EP2231545A2 - Verfahren zum verbessern der produkteigenschaften von klinker beim brennen von rohmehl - Google Patents

Verfahren zum verbessern der produkteigenschaften von klinker beim brennen von rohmehl

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EP2231545A2
EP2231545A2 EP08871151A EP08871151A EP2231545A2 EP 2231545 A2 EP2231545 A2 EP 2231545A2 EP 08871151 A EP08871151 A EP 08871151A EP 08871151 A EP08871151 A EP 08871151A EP 2231545 A2 EP2231545 A2 EP 2231545A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
synthesis gas
clinker
alternative fuels
fuels
flame temperature
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08871151A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Albert Obrist
Peter Von Zedtwitz
Christian Wieckert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holcim Technology Ltd
Original Assignee
Holcim Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP2231545A2 publication Critical patent/EP2231545A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
    • C04B7/44—Burning; Melting
    • C04B7/4407—Treatment or selection of the fuel therefor, e.g. use of hazardous waste as secondary fuel ; Use of particular energy sources, e.g. waste hot gases from other processes
    • C04B7/4446—Treatment or selection of the fuel therefor, e.g. use of hazardous waste as secondary fuel ; Use of particular energy sources, e.g. waste hot gases from other processes the fuel being treated in a separate gasifying or decomposing chamber, e.g. a separate combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the product properties of clinker in the burning of raw meal in a clinker or cement kiln, in which at least partially alternative fuels are used.
  • a decrease in the temperature in the range of the burner by 200 to 300 ° C by using low-grade fuels and in particular by using alternative fuels leads to a less favorable temperature profile over the longitudinal axis of the rotary kiln and usually leads to the ideally extending over a short range Maximum temperature over a longer range at much lower temperature extends.
  • the observed reduction in the quality of the clinker primarily affects the clinker reactivity.
  • the criterion for measuring this reactivity is the reactivity index, defined as Blaine divided by the early strength after one day.
  • the use of low-grade fuels also leads to a reduction in production capacity in tonnes per day and to an increase in heat demand.
  • gasification reactors have already been proposed.
  • the shift of the ratio H 2 to CO can be achieved at temperatures of 550 to 750 ° C in a particularly simple manner with water vapor. At temperatures below 550 ° C, graphite, methane, CO 2 and H 2 O are thermodynamically stable. Only at much higher temperatures, a substantially uniform phase of H 2 and CO can be achieved.
  • the invention now starts from all these theoretical assumptions and now aims to render alternative fuels useful for improving the product properties of clinker when burning raw meal in a particularly advantageous manner.
  • the method according to the invention consists in subjecting waste products or alternative fuels containing organic substances to thermal dissociation and a reaction of the dissociation products or gasification using radiant energy and the product gas formed in this way Synthesis gas for raising the flame temperature is supplied to the burners of the main furnace.
  • the process according to the invention is carried out in such a way that product gas or synthesis gas is supplied to the burners of the main furnace in amounts of from 5 to 50% by weight, based on the introduced energy content of the fuel quantity used for the main combustion.
  • the synthesis gas produced in this way is used, overcoming the view represented by the experts, which has aimed that with solar gasifiers for alternative fuels as a rule a sufficient degree of implementation for an economic production is not possible.
  • This view as expressed, for example, in EP 548889, could be overcome, in particular, by proceeding in the context of the invention such that the alternative fuels in the form of a bed having a maximum particle size of 250 mm, preferably 200 mm, be used in a solar gasification reactor for the production of synthetic gas.
  • the inventive method comes with a very simple preparation of the fuels, which could be shown according to the invention that in particular when inferior products are used with a high proportion of easily volatilizing or vaporizing substances, here on the addition of water or water vapor can even be partially dispensed with, since the required Amount of steam directly from the Moisture of the starting materials is formed, or synthesis gas (essentially CO and H 2 ) is formed directly by conversion of the bound in the starting material H and O.
  • the procedure is such that the thermal dissociation of the alternative fuels is carried out at temperatures of above 700 ° C., preferably from 850 ° C. to 1300 ° C., these temperatures being optimum with respect to the production of the desired CO / Represent H 2 mixtures.
  • H 2 O steam
  • H 2 + CO synthesis gas
  • the method for improving the product properties of clinker is advantageously carried out so that the synthesis gas is supplied to the burners of the main furnace in an amount required for raising the flame temperature by 50 ° C. to 200 ° C., preferably the synthesis gas being generated substantially without pressure, cooled to temperatures below 550 ° C, preferably below 500 ° C and transported with a blower in the burner lances.
  • the non-pressurized production of the synthesis gas allows particularly simple facilities in which the alternative fuels can be used as a bed with relatively large particle sizes, wherein in the context of non-pressurized generation even at speaking lower temperatures a good turnover is achieved.
  • the process is carried out so that the burner or flame temperature is adjusted to values above 1700 ° C, preferably 1800 ° C to 2000 ° C with the synthesis gas.
  • any low-grade or alternative fuels can be used in the context of the method according to the invention, with sludge and waste having high contents of easily volatilizing or evaporating substances being found to be particularly suitable as alternative fuels.
  • the advantages can also be realized for conventional fuels such as low-grade coals, cokes and biomass.
  • the inventive method it is possible to increase the strength of the product obtained (cement) without increasing the fineness accordingly, whereby the advantage is achieved that only a lower water / cement ratio is required for the production of concrete.
  • the correspondingly increased reactivity thus leads to significant advantages in the subsequent processing of the product.
  • the production capacity of an opening plant with a precalciner can be achieved, for example, by substitution of about 50% of that required in the main firing. Chen energy can be increased by 3 to 4% by the synthesis gas according to the invention, while the total energy demand can be reduced by 1 to 2% and the C0 2 emissions from the fuels by up to 9%.
  • blowers used for the pressure increase required after the unpressurized generation of synthesis gas require a corresponding cooling of the product gas in order to keep the investments for the blowers correspondingly lower, such cooling to temperatures below 500 ° C. in a particularly simple manner, for example using contaminated Water is formed, which is transformed via a heat exchanger in contaminated water vapor and then passed into the gasification reactor.
  • it is essential to dispense with the comminution, which was customary to particle sizes of less than 5 mm, and in particular from 2 to 5 mm, in contrast to conventional combustion in the main furnace.
  • a number of genuine waste materials can be used, which have hitherto not been offered for use in the main furnace due to their properties (water content, consistency).
  • the required vapor content in the production of synthesis gas can be kept low in the context of the method according to the invention, since the steam gasification of carbon makes much lower contributions to the production of synthesis gas than the reaction of the substantially hydrocarbon-containing starting materials.
  • stoichiometric water vapor additions are always required.
  • the high-quality product gases can be stored as needed and also be supplied to other uses such as use in a precalciner. At this point, however, the fuel quality requirements are not directly comparable with the flame temperature requirements in the cement kiln.
  • the one for the gasification required water vapor content can preferably be obtained by using contaminated water by heat recovery during the cooling of the product gas.
  • 1 denotes the charging bunker for low-grade or alternative fuels.
  • the material passes into a solar reactor 2, in which concentrated solar energy is schematically indicated by the arrow 3.
  • the product gas formed passes through a line 4 at temperatures of about 1100 ° C in a heat exchanger 5, in which water, in particular contaminated water from a tank 6 can be added as steam via the line 7 to the solar reactor 2.
  • Ashes can be discharged via a line 8 and a mill 9 are abandoned.
  • the cooled to temperatures of about 500 ° C product gas is added via a blower 10 to the burners of a rotary kiln 11, wherein unused amounts of gas via a line 12 to a memory and fed via a line 14 in turn into the rotary kiln 11.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Verbessern der Produkteigenschaften von Klinker beim Brennen von Rohmehl in einem Klinker- bzw. Zement- ofen, in welchem zumindest teilweise niederwertige oder alternative Brennstoffe eingesetzt werden, werden organische Substanzen enthaltende Abfallprodukte bzw. niederwertige oder alternative Brennstoffe einer thermischen Dissoziation und einer Reaktion der Dissoziationsprodukte unter Anwendung von Strah- lungsenergie unterworfen. Das auf diese Weise gebildete Produktgas bzw. Synthesegas wird zur Anhebung der Flammentemperatur den Brennern der Hauptfeuerung zugeführt.

Description

Verfahren zum Verbessern der Produkteigenschaften von Klinker beim Brennen von Rohmehl
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbessern der Produkteigenschaften von Klinker beim Brennen von Rohmehl in einem Klinker- bzw. Zementofen, in welchem zumindest teilweise alternative Brennstoffe eingesetzt werden.
Für den Betrieb von Klinker- bzw. Zementöfen werden große Brennstoffmengen benötigt und es ist eine Reihe von Versuchen unternommen worden, hier geringerwertige Brennstoffe einzusetzen, um Kosten zu sparen. Der Einsatz geringerwertiger Brennstoffe ist allerdings mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. So führt beispielsweise der Ersatz von hochwertiger Kohle durch geringerwertige Brennstoffe zu einem Absinken der Brennertemperaturen in der Sinterzone oder Hauptfeuerung von 2000° C auf Temperaturen von unter 1600° C, wobei bereits bei Temperaturen von unter 1800° C bedeutende Nachteile beim Klinkerprozess beobachtet werden. Ein Absinken der Temperatur im Bereich des Brenners um 200 bis 300° C durch Einsatz geringerwertiger Brennstoffe und insbesondere durch Einsatz alternativer Brennstoffe führt zu einem ungünstigeren Temperaturprofil über die Längsachse des Drehrohrofens und führt in aller Regel dazu, dass sich das idealerweise über einen kurzen Bereich erstreckende Temperaturmaximum über einen längeren Bereich bei wesentlich geringerer Temperatur erstreckt. Die dabei beobachtete Verringerung der Qualität des Klinkers betrifft in erster Linie die Klinkerreaktivität. Als Kriterium für die Messung dieser Reaktivität dient der Reaktivitätsindex, definiert als Blaine divi- diert durch die Frühfestigkeit nach einem Tag. Der Einsatz geringerwertiger Brennstoffe führt ferner zu einer Verringerung der Produktionskapazität in Tagestonnen sowie zu einer Erhöhung des Wärmebedarfs.
Zur Verbesserung der Nutzbarkeit von alternativen Brennstoffen wurden bereits Vergasungsreaktoren vorgeschlagen. Bekannt sind Verfahren und Einrichtungen, über welche alternative Brennstof- fe an bestimmten Stellen des Zementbrennprozesses unmittelbar in den Ofen eingebracht werden, wobei eine derartige Verfahrensweise naturgemäß den Nachteil mit sich bringt, dass die verbleibenden Aschenanteile alternativer Brennstoffe und ander- weitige Rückstände unkontrollierbare Einflüsse auf die Klinkerqualität bewirken (chemische und mineralogische Fluktuation). Es wurde des weiteren bereits vorgeschlagen, gesonderte Vergasungsreaktoren einzusetzen, wobei diese hier selbst aber wiederum die erforderliche Wärme aus einer teilweisen Verbrennung beziehen und damit ein entstehendes Produktgas bzw. Schwelgas mit Verbrennungsabgasen verdünnen, sowie einen Teil des Heizwerts der Brennstoffe verbrauchen.
Prinzipiell wurde bereits erkannt, dass kohlenstoffhaltige Brennstoffe, wie beispielsweise Petrolkoks, sich unter Verwendung von Strahlungsenergie in besonders vorteilhafter Weise vergasen lassen. Aus der EP 548889 ist es in diesem Zusammenhang bekannt geworden, konzentrierte solare Energie als Wärmequelle für die Produktion von Synthesegas aus einer Reihe von alternativen Brennstoffen herzustellen. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren wurde erkannt, dass unter Verwendung von Sonnenenergie energetisch höherwertige Produktgase erzielt werden können als mit konventioneller Kohlevergasung unter Verwendung von Dampf.
Vereinfacht dargestellt läuft eine Vergasung in einem Solarreaktor in Anwesenheit von Wasserdampf nach der Gleichung CHxOy + H2O -> CO + H2 ab. Diese Gleichung ist allerdings eine grobe Vereinfachung der tatsächlich vorherrschenden Bedingungen, wie sie bei unterschiedlichen Temperaturen im Gleichgewicht vorliegen, wobei hier im einzelnen folgende Reaktionen von besonderer Bedeutung sind: Die DampfVergasung nach der Gleichung C(gr) + H2O = CO + H2 ist naturgemäß überlagert von dem Boudouard- Gleichgewicht nach der Gleichung 2 CO = C(gr) + CO2 sowie Neben- reaktionen, bei welchen aus Kohlenstoff beispielsweise Methan nach der Gleichung C(gr) + 2 H2 = CH4 gebildet wird. Eine Reformierreaktion verläuft nach der Gleichung CH4 + H2O = CO + 3H2, wobei schließlich eine Verschiebung des CO/CO2-Gleichgewichts auch mit Wasserdampf erzielt werden kann, wofür die nachfolgende Gleichung CO + H2O = CO2 + H2 charakteristisch ist. Alle diese Gleichgewichtsreaktionen finden bei unterschiedlichen Tempe- raturen bevorzugt statt, wobei die Qualität des erzielten Synthesegases naturgemäß vom Verhältnis H2 zu CO und vom Verhältnis CO2 zu CO wesentlich bestimmt ist. Die Verschiebung des Verhältnisses H2 zu CO kann bei Temperaturen von 550 bis 750° C in besonders einfacher Weise mit Wasserdampf erzielt werden. Bei Temperaturen unter 550° C sind Graphit, Methan, CO2 und H2O thermodynamisch stabil. Erst bei wesentlich höheren Temperaturen lässt sich eine im wesentlichen einheitliche Phase aus H2 und CO erzielen.
Die Erfindung geht nun von all diesen theoretischen Voraussetzungen aus und zielt nun darauf ab, alternative Brennstoffe in besonders vorteilhafter Weise für die Verbesserung der Produkt- eigenschaften von Klinker beim Brennen von Rohmehl brauchbar zu machen. Im Zusammenhang mit dem Brennen von Rohmehl sind bisher nur klassische, autotherme Vergasungsreaktoren vorgeschlagen worden oder die eingangs genannten Maßnahmen ergriffen worden, mit welchen alternative Brennstoffe unmittelbar in den Klinkerofen eingebracht wurden. Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren nun darin, dass organische Substanzen enthaltende Abfallprodukte bzw. alternative Brennstoffe einer thermischen Dissoziation und einer Reaktion der Dissoziationsprodukte bzw. Vergasung unter Anwendung von Strahlungsenergie unterworfen werden und dass das auf diese Weise gebildete Produktgas bzw. Synthesegas zur Anhe- bung der Flammentemperatur den Brennern der Hauptfeuerung zugeführt wird. Dadurch, dass nun die Vergasungsreaktion der Abfallprodukte bzw. alternativen Brennstoffe unter Anwendung von Strahlungsenergie vorgenommen wird, wird die Belastung mit ü- berflüssigen Verbrennungsabgasen vermieden und der Energiege- halt steigt infolge der absorbierten Strahlungsenergie, wodurch ein wesentlich höherwertiges Produktgas entsteht, welches sich durch eine niedrige Verbrennungsgasmenge pro Energieeinheit auszeichnet. Dieses Produktgas bzw. Synthesegas eignet sich daher zur Anhebung der Flaπunentemperatur und kann in entsprechender Teilmenge den Brennern zugeführt werden, um auf diese Weise den Klinkerprozess und das Temperaturprofil über den Klinkerofen entsprechend zu verbessern.
In besonders vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren hierbei so durchgeführt, dass Produktgas bzw. Synthesegas in Mengen von 5 bis 50 % Energieanteil, bezogen auf den eingebrachten Energiegehalt der für die Hauptfeuerung verwendeten Brennstoffmenge, zur Anhebung der Flammentemperatur den Brennern der Hauptfeuerung zugeführt wird.
Prinzipiell erfolgt der Einsatz von auf diese Weise hergestell- tem Synthesegas unter Überwindung der durch die Fachwelt vertretenen Ansicht, welche darauf abgezielt hat, dass mit Solarvergasern bei alternativen Brennstoffen in aller Regel ein hinreichender Grad der Umsetzung für eine wirtschaftliche Produktion nicht möglich ist. Diese Ansicht, wie sie z.B. in der EP 548889 zum Ausdruck gebracht wurde, konnte insbesondere dadurch überwunden werden, dass im Rahmen der Erfindung so vorgegangen wird, dass die alternativen Brennstoffe in Form einer Schüttung mit einer maximalen Teilchengröße von 250 mm, vorzugsweise 200 mm, in einem Solarvergasungsreaktor zur Herstellung des Synthe- segases eingesetzt werden. Während die bekannten Verfahren zum Einsatz alternativer Brennstoffe in Solarvergasern eine überaus aufwändige Vorbereitung des Materials und insbesondere eine entsprechende Zerkleinerung für die Herstellung eines Fließbettes oder aber die Herstellung von Suspensionen erforderten, um die alternativen Brennstoffe in den Reaktor einzudüsen, kommt das erfindungsgemäße Verfahren mit einer überaus einfachen Vorbereitung der Brennstoffe aus, wobei erfindungsgemäß gezeigt werden konnte, dass insbesondere dann, wenn minderwertige Produkte mit einem hohen Anteil an leicht verflüchtigenden oder verdampfenden Substanzen eingesetzt werden, hier auf den Zusatz von Wasser bzw. Wasserdampf sogar teilweise verzichtet werden kann, da die erforderliche Menge an Dampf unmittelbar aus der Feuchte der Ausgangsprodukte gebildet wird, bzw. Synthesegas (im wesentlichen CO und H2) direkt durch Umsatz des im Ausgangsprodukt gebundenen H und O gebildet wird. Dies gilt beispielsweise für feuchte Kohlen oder wenn als alternative Brennstoffe Schlämme eingesetzt werden. Durch den Verzicht auf hohe Mengen an Dampf, wie sie bei der konventionellen Herstellung von Synthesegas in Solarreaktoren eingesetzt werden, wird das Produktgas weiter verbessert und erhält die gewünschten Eigenschaften, welche den Einsatz zur Anhebung der Flammentemperatur ermögli- chen. In besonders bevorzugter Weise wird hierbei so vorgegangen, dass die thermische Dissoziation der alternativen Brennstoffe bei Temperaturen von über 700° C, vorzugsweise von 850° C bis 1300° C vorgenommen wird, wobei diese Temperaturen ein Optimum in Bezug auf die Herstellung des gewünschten CO/H2-Gemisches darstellen.
Wie bereits erwähnt, kann erforderlichenfalls H2O (Dampf) zur weitestgehend vollständigen Umsetzung der Dissoziationsprodukte zu H2 + CO (Synthesegas) zugesetzt werden, wobei sich überra- schenderweise gezeigt hat, dass in vielen Fällen ein derartiger Wasserdampfzusatz entfallen kann, wenn Wasserdampf durch thermische Dissoziation von feuchten Kohlen oder durch den Einsatz von Schlämmen od. dgl. im Verfahren selbst hergestellt wird.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren zur Verbesserung der Produkteigenschaften von Klinker mit Vorteil so durchgeführt, dass das Synthesegas den Brennern der Hauptfeuerung in einer zur Anhebung der Flammentemperatur um 50° C bis 200° C erforderlichen Menge zugeführt wird, wobei vorzugsweise das Synthesegas im wesentlichen drucklos erzeugt, auf Temperaturen unter 550° C, vorzugsweise unter 500° C abgekühlt und mit einem Gebläse in die Brennerlanzen transportiert wird. Insbesondere die drucklose Herstellung des Synthesegases ermöglicht besonders einfache Einrichtungen, bei welchen die alternativen Brennstoffe als Schüttung mit relativ großen Teilchengrößen eingesetzt werden können, wobei im Rahmen der drucklosen Erzeugung auch bei ent- sprechend geringeren Temperaturen ein guter Umsatz erreicht wird.
In bevorzugter Weise wird das Verfahren so durchgeführt, dass die Brenner- bzw. Flammentemperatur mit dem Synthesegas auf Werte über 1700° C, vorzugsweise 1800° C bis 2000° C eingestellt wird.
Um eine Verschlechterung der Klinkerqualität durch das erfin- dungsgemäße Verfahren zu vermeiden, kann je nach Art der Ausgangsprodukte und nach chemischer Zusammensetzung der verbleibenden Feststoffe in der Folge entschieden werden, wie diese Feststoffe weiterverarbeitet werden sollen. In besonders einfacher Weise kann dies so erfolgen, dass die bei der Vergasung im Solarvergasungsreaktor verbleibenden Feststoffe gesondert ausgetragen und gewünschtenfalls als Rohmaterialkomponente bei der Aufbereitung des Rohmehls eingesetzt oder als Mischkomponente dem Zement zugesetzt werden.
Wie bereits zuvor erwähnt, können beliebige niederwertige bzw. alternative Brennstoffe im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden, wobei sich als alternative Brennstoffe Schlämme und Abfallstoffe mit hohen Anteilen an leicht verflüchtigenden oder verdampfenden Substanzen als besonders ge- eignet herausgestellt haben. Die Vorteile lassen sich aber auch für konventionelle Brennstoffe wie niederwertige Kohlen, Kokse und Biomassen realisieren.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es, die Festigkeit des erzielten Produkts (Zement) ohne Erhöhung der Mahlfeinheit entsprechend zu erhöhen, wodurch der Vorteil erreicht wird, dass nur eine geringere Wasser/Zement-Ratio für die Herstellung von Beton erforderlich ist. Die entsprechend erhöhte Reaktivität führt somit zu wesentlichen Vorteilen bei der nachfolgenden Verarbeitung des Produkts. Die Herstellungskapazität einer O- fenanlage mit Vorkalzinierer kann hierbei beispielsweise durch Substitution von etwa 50 % der in der Hauptfeuerung erforderIi- chen Energie durch das erfindungsgemäße Synthesegas um 3 bis 4 % gesteigert werden, wobei gleichzeitig der Gesamtenergiebedarf um 1 bis 2 % und die C02-Emissionen aus den Brennstoffen um bis zu 9 % reduziert werden können. Die für die nach der drucklosen Erzeugung von Synthesegas erforderliche Druckerhöhung verwendeten Gebläse erfordern eine entsprechende Abkühlung des Produktgases, um die Investitionen für die Gebläse entsprechend niedriger zu halten, wobei eine derartige Abkühlung auf Temperaturen unter 500° C in besonders einfacher Weise beispielsweise unter Einsatz von kontaminiertem Wasser erfolgt, das über einen Wärmetauscher in verunreinigten Wasserdampf umgeformt und anschließend in den Vergasungsreaktor geleitet wird. Wesentlich gegenüber einer herkömmlichen Verbrennung in der Hauptfeuerung ist hierbei, dass auf die Zerkleinerungen, wie sie üblicherwei- se auf Teilchengrößen von unter 5 mm, und insbesondere 2 bis 5 mm üblich waren, verzichtet werden kann. Darüber hinaus kann eine Reihe von echten Abfallstoffen eingesetzt werden kann, welche sich bisher aufgrund ihrer Eigenschaften (Wassergehalt, Konsistenz) nicht für den Einsatz in der Hauptfeuerung angebo- ten haben. Der erforderliche Dampfanteil bei der Herstellung von Synthesegasen kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gering gehalten werden, da die WasserdampfVergasung von Kohlenstoff wesentlich geringere Beiträge zur Herstellung von Synthesegas leistet als die Umsetzung der im wesentlichen koh- lenwasserstoffhältigen Ausgangssubstanzen. Für die Umsetzung der flüchtigen Stoffe zu CO und H2 braucht es jedoch immer auch entsprechend stöchiometrische Wasserdampfzugäbe.
Wenn hinreichende Mengen an niederwertigen Brennstoffen für eine Vergasungsreaktion zur Verfügung stehen und die Strahlungsenergie in Form von konzentrierter Solarstrahlung bereitgestellt werden kann, können die hochwertigen Produktgase erforderlichenfalls gespeichert und auch anderen Verwendungen, wie einem Einsatz in einem Vorkalzinierer, zugeführt werden. An dieser Stelle sind aber die Anforderungen an die Brennstoffqualität nicht unmittelbar mit den Anforderungen an die Flammentemperatur im Zementofen vergleichbar. Der für die Vergasung benötigte Wasserdampfanteil kann bevorzugt unter Einsatz von kontaminiertem Wasser durch Wärmerückgewinnung bei der Abkühlung des Produktgases gewonnen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung näher erläutet.
In der Zeichnung ist mit 1 der Aufgabebunker für niederwertige bzw. alternative Brennstoffe bezeichnet. Das Material gelangt in einen Solarreaktor 2 , in welchem konzentrierte Sonnenenergie schematisch durch den Pfeil 3 angedeutet geleitet wird. Das gebildete Produktgas gelangt über eine Leitung 4 bei Temperatu- ren von etwa 1100° C in einen Wärmetauscher 5, in welchem Wasser, insbesondere kontaminiertes Wasser aus einem Tank 6 als Dampf über die Leitung 7 dem Solarreaktor 2 zugefügt werden kann. Über eine Leitung 8 kann Asche ausgetragen werden und einer Mühle 9 aufgegeben werden. Das auf Temperaturen von etwa 500° C gekühlte Produktgas wird über ein Gebläse 10 den Brennern eines Drehrohrofens 11 zugesetzt, wobei nicht benötigte Gasmengen über eine Leitung 12 einem Speicher zugeführt und über eine Leitung 14 wiederum in den Drehrohrofen 11 geleitet werden können.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Verbessern der Produkteigenschaften von Klinker beim Brennen von Rohmehl in einem Klinker- bzw. Zementofen, in welchem zumindest teilweise niederwertige oder alternative Brennstoffe eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass organische Substanzen enthaltende Abfallprodukte bzw. niederwertige oder alternative Brennstoffe einer thermischen Dissoziation und einer Reaktion der Dissoziationsprodukte unter Anwen- düng von Strahlungsenergie unterworfen werden und dass das auf diese Weise gebildete Produktgas bzw. Synthesegas zur Anhebung der Flammentemperatur den Brennern der Hauptfeuerung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Produktgas bzw. Synthesegas in Mengen von 5 bis 50 % Energieanteil der für die Hauptfeuerung verwendeten Brennstoffe zur Anhebung der Flammentemperatur den Brennern der Hauptfeuerung zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die alternativen Brennstoffe in Form einer Schüttung mit einer maximalen Teilchengröße von 250 mm, vorzugsweise 200 mm, in einem Solarvergasungsreaktor zur Herstellung des Synthesega- ses eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Dissoziation der alternativen Brennstoffe bei Temperaturen von über 700° C, vorzugsweise von 850° C bis 1300° C vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass erforderlichenfalls H2O (Dampf) zur weitestgehend vollständigen Umsetzung der Dissoziationsprodukte zu H2 + CO (Synthesegas) zugesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas den Brennern der Hauptfeuerung in einer zur Anhebung der Flammentemperatur um 50° C bis 200° C erforderlichen Menge zugeführt' wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas im wesentlichen drucklos erzeugt, auf Temperaturen unter 550° C, vorzugsweise unter 500° C abgekühlt und mit einem Gebläse in die Brennerlanzen transpor- tiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner- bzw. Flammentemperatur mit dem Synthesegas auf Werte über 1700° C, vorzugsweise 1800° C bis 2000° C eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Vergasung im Solarvergasungsreaktor verbleibenden Feststoffe gesondert ausgetragen und gewünschten- falls als Rohmaterialkomponente oder als Mischkomponente dem Zement zugesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als alternative Brennstoffe Schlämme und Abfall- Stoffe mit hohen Anteilen an leicht verflüchtigenden oder verdampfenden Substanzen eingesetzt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsenergie durch Konzentration von Solarenergie bereitgestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das während der Sonnenscheindauer am Tag erzeugte Syngas zum Teil zwischengespeichert wird und für eine über 24 Stunden pro Tag weitgehend kontinuierliche Zufeuerung in den Zementofen verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Vergasung benötigte Wasserdampf durch Wärmerückgewinnung bei der Abkühlung des heißen Produktgases erzeugt wird.
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