EP4688694A1 - Verfahren zum aktivieren von tonen mit sekundärbrennstoffen - Google Patents

Verfahren zum aktivieren von tonen mit sekundärbrennstoffen

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Publication number
EP4688694A1
EP4688694A1 EP24711850.8A EP24711850A EP4688694A1 EP 4688694 A1 EP4688694 A1 EP 4688694A1 EP 24711850 A EP24711850 A EP 24711850A EP 4688694 A1 EP4688694 A1 EP 4688694A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clay
fluidized bed
bed reactor
reactor
entrained flow
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP24711850.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc FEISS
Alexander Knoch
Matthias Mersmann
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.)
KHD Humboldt Wedag GmbH
Original Assignee
KHD Humboldt Wedag GmbH
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
Application filed by KHD Humboldt Wedag GmbH filed Critical KHD Humboldt Wedag GmbH
Publication of EP4688694A1 publication Critical patent/EP4688694A1/de
Pending 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
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • 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
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/10—Clay

Definitions

  • the invention relates to a method for activating clays with secondary fuel.
  • Cement clinker as a basis for concrete requires production via the calcination of limestone (CaCOs), which formally drives carbon dioxide (CO2) out of the limestone to produce burnt lime (CaO), and then sinters the burnt lime with silicate rock (CaSiOs) at high temperatures.
  • CO2 carbon dioxide
  • CaO burnt lime
  • CaSiOs silicate rock
  • the generation of high temperatures requires a correspondingly high fuel input, which also produces carbon dioxide (CO2) from the fuel.
  • CO2 carbon dioxide
  • the carbon dioxide balance in the production of cement clinker is quite high and, in view of the quantities used in civil building construction and in the construction of municipal infrastructure, is now so high that efforts are being made to reduce carbon dioxide emissions by using other building materials as a complete replacement or as an aggregate, the production of which releases less carbon dioxide.
  • Thermally activated clay is known to be used as a substitute or additive for cement clinker as a building material. Thermally activated clay does not require the formal expulsion of carbon dioxide (CO2) from raw clay and the activation temperature of 800°C is lower than the calcination temperature of cement clinker. A necessary sintering temperature of 1,450°C, which is required for the production of cement clinker, is completely eliminated.
  • CO2 carbon dioxide
  • thermally activated clays do not achieve the strength of concrete based on cement clinker, the properties of activated clays as a building material are sufficient for a wide range of construction projects where a particular performance of the building material is important, as is the case with prestressed concrete bridges, for example, or as is the case with extremely tall skyscrapers far beyond the 100 m limit.
  • the object of the invention is therefore to propose a method for activating clays with secondary fuel, in which the energy-intensive processing for use of the fuel in a calciner / activation reactor can be avoided or at least in which a large part of the secondary fuel does not require energy-intensive processing.
  • a fluidized bed reactor is used in addition to the entrained flow reactor for calcining/activating the clay.
  • This fluidized bed reactor is used to slowly burn the secondary fuels at a temperature of approx. 800°C.
  • a fluidized bed of preheated process air a medium from the clay crushing and/or a portion of already thermally activated clay is created in the fluidized bed reactor and secondary fuel is burned in it, with the residence time of the fuel-clay mixture fluidized in the preheated process air being between 1 s and 20 s.
  • the residence time is between 5 s and 15 s.
  • the process is based on the following process steps, namely drying and crushing moist clay as raw material, thermally activating the dried and crushed clay in an entrained flow reactor, whereby a first part of the clay is swirled together with secondary fuel in a fluidized bed reactor and the secondary fuel is burned there in the presence of this first part of the clay, introducing the exhaust gas from the fluidized bed reactor, which contains the first part of the clay, into the entrained flow reactor, where a second part of the clay is thermally activated together with the first part of the clay in the entrained flow reactor to form thermally activated clay.
  • the combustion of the fuel together with the supplied clay in the fluidized bed reactor enables slow burnout at temperatures of around 800°C, whereby the clay in the fluidized bed is already activated there.
  • the hot exhaust gases from the fluidized bed reactor are then fed together with the clay, which has already been at least partially activated, into a conventional entrained flow reactor, where a known type of calcination/activation takes place.
  • a fine fraction of the crushed clay is fed into the entrained flow reactor.
  • a mixture of a coarser fraction of the crushed clay and the fine fraction is fed into the fluidized bed reactor.
  • the stability of the fluidized bed can be controlled by adjusting the clay mixture of the clay fed into the fluidized bed reactor.
  • the unfiltered exhaust gases from the fluidized bed reactor are fed into the fluidized bed reactor in an adjustable amount. fed to the entrained flow reactor and the remaining portion is cooled and separated as thermally activated clay.
  • the exhaust gas from the fluidized bed reactor which is mixed with clay and fuel residues, can be combined with the already activated clay from the entrained flow reactor for heat recuperation in order to transfer the heat from the activated clay to the exhaust gas.
  • all of the clay is separated from the exhaust gas in a cyclone stage that acts as a recuperator before the exhaust gas enters the entrained flow reactor.
  • the separated and activated clay can, however, be passed on to a cooling stage.
  • the activated fine fraction can be cooled with a fresh gas, with the now heated fresh gas being passed under a nozzle base of the fluidized bed reactor after the activated fine fraction has been cooled. This procedure enables maximum use of the heat in the process.
  • the fluidized bed reactor may contain non-airborne substances from the fuel burned there and possibly pieces of clay that are too large in the crushed clay.
  • a discharge of non-airworthy contaminants from the secondary fuel and/or oversized ash particles from the fluidized bed can be provided at the level of a nozzle bottom of the fluidized bed reactor.
  • the following process steps are provided: drying and crushing moist clay as raw material in a device for drying and crushing, sifting the dried and crushed clay in a sifter with an outlet for a middle fraction, a) whereby a sifted coarse fraction of the dried and crushed clay is fed back to the device for drying and crushing, b) the sifted middle fraction of the dried and crushed clay is fed to a fluidized bed reactor, and c) a sifted fine fraction of the dried and crushed clay suspended in sifting air is fed to a dust collector, dedusting the sifting air in the dust collector, wherein a) the fine fraction from the sifting air is passed to a heat exchanger, b) a first part of the dedusted sifting air is discarded as exhaust gas, and c) a second part of the dedusted sifting air is passed back to the device for drying and crushing, preheating the fine fraction in the heat exchanger with
  • FIG. 1 is a diagram of a plant for calcining / activating clay for carrying out the process according to the invention
  • Fig. 2 is a flow chart of the plant shown in Figure 1 with individual process steps.
  • Figure 1 shows a diagram of a plant for calcining/activating clay for carrying out the method according to the invention.
  • the material flow is shown as line arrows, whereas the gas flow is shown as bar arrows with a black border, as shown in the legend.
  • Fuel is shown as a black filled bar arrow.
  • Raw material 1 is fed via a bunker 150 via a conveyor system into a circuit of a device 270 for drying and crushing. There, the raw material 1, wet clay, is dried and crushed.
  • a line for pneumatic transport of dried and crushed clay 100 leads from the device 270 for drying and crushing, which leads to a cyclone sifter 250 with an outlet for medium material 120.
  • the cyclone 250 directs the separated fine fraction 130 via a line for pneumatic transport to a dust collector 210, the separated medium fraction 120 via a line to a fluidized bed reactor 200 and the separated coarse fraction 110 back to the drying and crushing device 270.
  • the fine material 130 is separated from the separating air in the dust collector 210 and directed to a heat exchanger 220.
  • the separating air is directed from the dust collector 220 to a line for exhaust gas, which branches off and returns part of the separating air instead of exhaust gas to the drying and crushing device 270.
  • the fine material 130 enters the heat exchanger 220 and is preheated there by exhaust gas 231 of an entrained flow reactor 230 and sifted by a cyclone at the reference number (6), which stands for the process step "sifting", and is led to the lower inlet of the entrained flow reactor 230, where the fine material 130 is thermally treated to form thermally activated clay 131.
  • the thermally activated clay 131 is then sifted by a cyclone at the reference number (8), which also stands for the process step "sifting", and fed to a recuperator 240 where the thermally activated clay with a first part as thermally activated clay 133 Heat is given off to process gas by recuperation.
  • a further part of the thermally activated clay 131 is fed as thermally activated clay 132 to the fluidized bed reactor 200 behind the cyclone at reference number (8) in the material flow direction.
  • the first part of the thermally activated clay 133 is then cooled with fresh gas in a further cyclone stage 260 and leaves the plant as activated clay.
  • the fresh gas heated by cooling the activated clay is fed to the fluidized bed reactor via a compressor with a first part.
  • a further part of the heated fresh gas is fed to a heating device 280, which further heats the fresh gas and leads it to the device 270 for drying and crushing.
  • a third part of the heated fresh gas is fed to the lower inlet of the entrained flow reactor.
  • the combined clay from the middle fraction 120 and the thermally activated clay 132 is swirled together with fuel, here biogenic fuel as a secondary fuel in contrast to high-quality primary fuels such as oil, coal and gas, and the secondary fuel is burned there.
  • the residence time of the fluidized bed in the fluidized bed reactor 220 is between 1 s and 20 s, preferably between 5 s and 15 s.
  • the unfiltered exhaust gas from the fluidized bed reactor is split and fed into the recuperator 240 on the one hand and directly into the lower inlet of the entrained flow reactor 230 on the other.
  • the relative quantities of the unfiltered exhaust gas from the fluidized bed reactor 220 can be adjusted using appropriate control elements.
  • Figure 2 shows a flow diagram of the system shown in Figure 1 with individual process steps.
  • the material flow is shown as line arrows, whereas the gas flow is shown as black outlined bar arrows, as shown in the legend.
  • Fuel is shown as black filled bar arrow.
  • Raw material 1 is dried and crushed in a combined drying and crushing device 270 as process step 2. From there, gas is fed as a carrier gas together with the dried and crushed clay for sifting in process step 3. From the sifting stage in In process step 3, a coarse fraction is fed back to the device 270 for drying and crushing. A medium fraction is fed to a fluidized bed reactor 200 in process step 12. The fine material from process step 3, on the other hand, is passed on for dedusting in process step 4.
  • the dedusted exhaust gas is discarded on the one hand and fed back to the device 270 for drying and crushing on the other.
  • the fine material is fed from dedusting in process step 4 on to preheating.
  • the gas from process step 5, preheating is fed on the one hand to recuperation in process step 9 and on the other hand back to heating in process step 11.
  • the fine material is sifted in the counterflowing gas in process step 6 and fed for thermal activation in process step 7.
  • thermal activation in process step 7 sifting follows in process step 8.
  • Thermally activated clay is fed to the fluidized bed reactor 200 on the one hand and to recuperation in process step 9 on the other.
  • the thermally activated clay goes to process step 10 for cooling and then leaves the process as activated clay.
  • fresh gas enters the process, with the heated fresh gas being fed to the fluidized bed reactor 220 on the one hand and to process step 11 for heating the fresh gas on the other.
  • the heated gas goes to device 270 for drying and heating.
  • Gas from process step 9, recuperation is fed to the entrained flow reactor, process step 7.
  • Gas from process step 8, which lies before in the direction of material flow, is fed to the sifter in process step 6.
  • unfiltered exhaust gas from the fluidized bed reactor 200 enters the entrained flow reactor in process step 7 and also enters process step 9, recuperation.
  • the gas paths take convoluted paths in order to return as much heat as possible to the process and to lose as little heat as possible with the exhaust gas that leaves the plant in process step 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren von Tonen mit sekundärem Brennstoff, aufweisend die folgenden Schritte: Trocknen und Zerkleinern (2) von feuchtem Ton als Rohmaterial (1), thermisches Aktivieren (7) des getrockneten und zerkleinerten Tons (100) in einem Flugstromreaktor (230), wobei ein erster Teil des Tons (120, 132) in einem Wirbelbettreaktor (200) zusammen mit sekundärem Brennstoff verwirbelt und der sekundäre Brennstoff dort in Gegenwart dieses ersten Teils des Tons (120, 132) verbrannt wird, Einleiten des Abgases aus dem Wirbelbettreaktor (200), das den ersten Teil des Tons (120, 132) in sich trägt, in den Flugstromreaktor (230), wo ein zweiter Teil des Tons (130) gemeinsam mit dem ersten Teil des Tons (120, 132) in dem Flugstromreaktor (230) zu thermisch aktiviertem Ton (131) thermisch aktiviert wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Description

KHD Humboldt Wedag GmbH
Verfahren zum Aktivieren von Tonen mit Sekundärbrennstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren von Tonen mit sekundärem Brennstoff.
Zementklinker als Basis für Beton erfordert eine Herstellung über die Calcinie- rung von Kalkstein (CaCOs), bei der formal Kohlendioxid (CO2) aus dem Kalkstein getrieben wird, so dass gebrannter Kalk (CaO) entsteht, und ein anschließendes Sintern des gebrannten Kalks mit Silikatgestein (CaSiOs) bei hoher Temperatur. Die Erzeugung von hohen Temperaturen erfordert einen entsprechend hohen Brennstoffeinsatz, bei dem ebenfalls Kohlendioxid (CO2) aus dem Brennstoff entsteht. Die Kohlendioxidbilanz bei der Herstellung von Zementklinker ist recht hoch und im Hinblick auf die verwendeten Mengen im zivilen Gebäudebau und bei der Errichtung kommunaler Infrastruktur inzwischen so hoch, dass man bemüht ist, zur Senkung des Kohlendioxid-Ausstoßes andere Baustoffe als vollkommener Ersatz oder als Zuschlagstoff einzusetzen, bei deren Herstellung weniger Kohlendioxid freigesetzt wird.
Als Ersatzstoff oder Zuschlagstoff für Zementklinker als Baustoff ist es bekannt, auf thermisch aktivierten Ton zurückzugreifen. Thermisch aktivierter Ton erfordert kein formales Austreiben von Kohlendioxid (CO2) aus Rohton und die Aktivierungstemperatur ist mit 800°C geringer als die Calcinierungstemperatur von Zementklinker. Eine notwendige Sintertemperatur von 1 ,450°C, die für die Herstellung von Zementklinker notwendig ist, entfällt vollständig.
Zwar erreichen thermisch aktivierte Tone nicht die Festigkeit von Beton, der auf Zementklinker basiert, jedoch sind die Eigenschaften von aktivierten Tonen als Baumaterial ausreichend für eine Vielzahl von Bauprojekten, bei denen es nicht auf eine besondere Leistungsfähigkeit des Baustoffes ankommt, wie es beispielsweise bei Spannbetonbrücken der Fall ist oder wie es bei extrem hohen Hochhäusern weit jenseits der 100 m-Grenze der Fall ist.
Um die Kohlendioxidbilanz von aktiviertem Ton, der auch "calcinierter Ton" genannt wird, weiter zu verbessern, ist es erstrebenswert, die fossilen Primärbrennstoffe Gas, Öl und Kohle durch biogene oder zumindest teilweise biogene Brennstoffe als Sekundärbrennstoffe zu ersetzen. Im Gegensatz zum klassischen Klinkerbrennprozess ist in diesem Fall die geringere Temperatur allerdings ein entscheidender Nachteil: Nur feinst aufbereitete sekundäre Brennstoffe können bei 800 °C innerhalb von 3 s bis 5 s in einem Flugstrom-Reaktor als Calcinator oder Aktivierungsreaktor umgesetzt werden. Da in diesem hier beschriebenen Verfahren auch kein Drehrohrofen zum Sintern nachgeschaltet ist, kann nicht ausgebranntes Material auch nicht im Drehrohrofen restausbrennen. Die feine Aufbereitung stückiger alternativer Brennstoffe als Sekundärbrennstoffe ist aber sehr energieintensiv, teilweise gar nicht umsetzbar. Der zunächst vordergründige Vorteil einer geringeren Feuerungstemperatur für den Calcinator / Aktivierungsreaktor erweist sich durch die notwendige Aufbereitung bei herkömmlicher Nutzung des Calcinators / Aktivierungsreaktors als an vorgelagerter Stelle wieder energieintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Aktivieren von Tonen mit sekundärem Brennstoff vorzuschlagen, bei dem die energieintensive Aufbereitung zur Nutzung des Brennstoffs in einem Calcinator / Aktivierungsreaktor umgangen werden kann zumindest aber, in dem ein großer Teil des sekundären Brennstoffs nicht der energieintensiven Aufbereitung bedarf.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 . Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 9 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben. Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass neben dem Flugstromreaktor zum Calcinieren / Aktivieren des Tons ein Wirbelbettreaktor eingesetzt wird. Dieser Wirbelbettreaktor wird dazu genutzt, die sekundären Brennstoffe langsam bei einer Temperatur von ca. 800°C zu verbrennen. Dazu wird in dem Wirbelbettreaktor ein Wirbelbett aus vorgewärmter Prozessluft, einem Mittelgut aus der Tonzerkleinerung und/oder einem Teil von bereits thermisch aktiviertem Ton erzeugt und darin sekundärer Brennstoff verbrannt, wobei die Verweilzeit des in der vorgewärmten Prozessluft fluidisiertem Brennstoff-Tongemischs zwischen 1 s und 20 s beträgt. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens beträgt die Verweilzeit zwischen 5 s und 15 s. Das Verfahren basiert auf folgenden Verfahrensschritten, nämlich Trocknen und Zerkleinern von feuchtem Ton als Rohmaterial, thermisches Aktivieren des getrockneten und zerkleinerten Tons in einem Flugstromreaktor, wobei ein erster Teil des Tons in einem Wirbelbettreaktor zusammen mit sekundärem Brennstoff verwirbelt und der sekundäre Brennstoff dort in Gegenwart dieses ersten Teils des Tons verbrannt wird, Einleiten des Abgases aus dem Wirbelbettreaktor, das den ersten Teil des Tons in sich trägt, in den Flugstromreaktor, wo ein zweiter Teil des Tons gemeinsam mit dem ersten Teil des Tons in dem Flugstromreaktor zu thermisch aktiviertem Ton thermisch aktiviert wird. Das mit dem zugeführten Ton gemeinsame Verbrennen des Brennstoffs im Wirbelbettreaktor ermöglicht ein langsames Ausbrennen bei Temperaturen um die 800°C, wobei der im Wirbelbett befindliche Ton dort schon aktiviert wird. Die heißen Abgase aus dem Wirbelbettreaktor werden gemeinsam mit dem bereits zumindest teilweise aktivierten Ton sodann in einen herkömmlichen Flugstromreaktor geleitet, wo eine bekannte Art der Calcinierung / Aktivierung stattfindet. Dazu ist es vorgesehen, dass dem Flugstromreaktor eine Feinfraktion des zerkleinerten Tons aufgegeben wird. Hingegen wird dem Wirbelbettreaktor eine Mischung aus einer gröberen Fraktion des zerkleinerten Tons und der Feinfraktion aufgegeben. Durch Einstellen der Tonmischung des in den Wirbelbettreaktor aufgegebenen Tons lässt sich die Stabilität des Wirbelbettes kontrollieren. Die ungesichteten Abgase aus dem Wirbelbettreaktor werden in einstellbarer Menge dem Flugstromreaktor zugeführt und der verbleibende Anteil wird als thermisch aktivierter Ton gekühlt und ausgesichtet.
Je nach erreichter Temperatur im Wirbelbettreaktor kann es vorgesehen sein, dass das mit Ton und Brennstoffresten versetzte Abgas des Wirbelbettreaktors zur Wärmerekuperation mit dem schon aktivierten Ton aus dem Flugstromreaktor vereint wird, um die Wärme aus dem aktivierten Ton auf das Abgas zu übertragen. Dabei wird in einer Zyklonstufe als Rekuperator sämtlicher Ton vom Abgas getrennt, bevor das Abgas in den Flugstromreaktor gelangt. Der abgetrennte und aktivierte Ton kann hingegen zu einer Kühlstufe weitergeleitet werden. Dort kann ein Kühlen der aktivierten Feinfraktion mit einem Frischgas durchgeführt werden, wobei das nun erwärmte Frischgas nach dem Kühlen der aktivierten Feinfraktion unter einen Düsenboden des Wirbelbettreaktors geleitet wird. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine maximale Ausnutzung der im Prozess befindlichen Wärme. Im Wirbelbettreaktor können sich nicht flugfähige Stoffe aus dem dort verbrannten Brennstoff befinden und auch gegebenenfalls zu große Tonstücke im zerkleinerten Ton. Um diese nicht flugfähigen Stoffe auszusortieren, kann ein Austragen von nicht flugfähigen Störstoffen aus dem sekundären Brennstoff und/oder von übergroßen Aschepartikeln aus dem Wirbelbett auf Höhe eines Düsenbodens des Wirbelbettreaktors vorgesehen sein.
In einer bestmöglichen Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: Trocknen und Zerkleinern von feuchtem Ton als Rohmaterial in einer Vorrichtung zum Trocknen und Zerkleinern, Sichten des getrockneten und zerkleinerten Tones in einem Sichter mit einem Ausgang für eine Mittelfraktion, a) wobei eine ausgesichtete Grobfraktion des getrockneten und zerkleinerten Tones zurück zur Vorrichtung zum Trocknen und Zerkleinern geleitet wird, b) die ausgesichtete Mittelfraktion des getrockneten und zerkleinerten Tones zu einem Wirbelbettreaktor geleitet wird, und c) eine ausgesichtete Feinfraktion des getrockneten und zerkleinerten Tones in Sichtluft suspendiert zu einem Entstauber geleitet wird, Entstauben der Sichtluft in dem Entstauber, wobei a) die Feinfraktion aus der Sichtluft zu einem Wärmetauscher geleitet wird, b) ein erster Teil der entstaubten Sichtluft als Abgas verworfen wird, und c) ein zweiter Teil der entstaubten Sichtluft zurück zur Vorrichtung zum Trocknen und Zerkleinern geleitet wird, Vorwärmen der Feinfraktion in dem Wärmetauscher mit Abgas eines Flugstromreaktors, Sichten der vorgewärmten Feinfraktion und thermisches Aktivieren der vorgewärmten Feinfraktion in dem Flugstromreaktor zu aktiviertem Ton, Sichten des im vorhergehenden Schritt aktivierten Tons und Einleiten eines ersten Teils dieses aktivierten Tons als thermisch aktivierter Ton in einen Rekuperator, und Einleiten eines zweiten Teils dieses aktivierten Tons als thermisch aktivierter Ton in den Wirbelbettreaktor gemeinsam mit der Mittelfraktion (des getrockneten und zerkleinerten Tones aus dem Sichter, Rekuperieren der Wärme aus dem thermisch aktivierten Ton in einer Zyklonstufe als Rekuperator, wobei die Wärme von dem thermisch aktivierten Ton auf ein Abgas aus dem Wirbelbettreaktor übergeht und den thermisch aktivierten Ton abkühlt, und wobei das zuvor genannte Abgas aus dem Wirbelbettreaktor in den Flugstromreaktor geleitet wird, Kühlen des thermisch aktivierten Tons in einer mit Frischgas betriebenen Zyklonstufe, deren Abgas als erwärmtes Frischgas a) mit einem ersten Teil in den Wirbelbettreaktor, b) mit einem zweiten Teil in den Flugstromreaktor, c) mit einem dritten Teil in eine Heizvorrichtung und d) mit einem vierten Teil in den Rekuperator geleitet wird, wobei ein Abgas aus der Heizvorrichtung zurück zur Vorrichtung zum Trocknen und Zerkleinern geleitet wird, wobei in dem Wirbelbettreaktor der dort eingeleitete Ton zusammen mit sekundärem Brennstoff verwirbelt wird und dort der sekundäre Brennstoff gezündet wird, wobei das ungesichtete Abgas aus dem Wirbelbettreaktor a) mit einem ersten Teil in den Flugstromreaktor, und b) mit einem zweiten Teil in die Zyklonstufe als Rekuperator geleitet wird.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm einer Anlage zum Calcinieren / Aktivieren von Ton zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein Flussdiagram der in Figur 1 dargestellten Anlage mit einzelnen Verfahrensschritten.
In Figur 1 ist ein Diagramm einer Anlage zum Calcinieren / Aktivieren von Ton zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In diesem Diagramm ist der Materialfluss als Linienpfeile gezeigt, hingegen ist der Gasfluss als schwarz umrandete Balkenpfeile gezeigt, wie es in der Legende dargestellt ist. Brennstoff ist als schwarz ausgefüllter Balkenpfeil gezeigt. Rohmaterial 1 wird über einen Bunker 150 über ein Fördersystem in einen Kreislauf einer Vorrichtung 270 zum Trocknen und Zerkleinern zugeführt. Dort wird das Rohmaterial 1 , feuchter Ton, getrocknet und zerkleinert. Aus der Vorrichtung 270 zum Trocknen und Zerkleinern führt eine Leitung für einen pneumatischen Transport von getrockneten und zerkleinerten Ton 100, die zu einem Zyklonsichter 250 mit einem Ausgang für Mittelgut 120 führt. Der Zyklon 250 leitet die ausgesichtete Feinfraktion 130 über eine Leitung für einen pneumatischen Transport zu einem Entstau- ber 210, die ausgesichtete Mittelfraktion 120 mit einer Leitung zu einem Wirbelbettreaktor 200 und die ausgesichtete Grobfraktion 110 zurück zur Vorrichtung 270 zum Trocknen und Zerkleinern. Das Feingut 130 wird in dem Entstauber 210 aus der Sichtluft ausgeschieden und zu einem Wärmetauscher 220 geleitet. Die Sichtluft wird vom Entstauber 220 zu einer Leitung für Abgas geleitet, die sich aufzweigt und einen Teil der Sichtluft anstelle von Abgas zu der Vorrichtung 270 zum Trocknen und Zerkleinern zurückführt. Das Feingut 130 gelangt in den Wärmetauscher 220 und wird dort durch Abgas 231 eines Flugstromreaktors 230 vorgewärmt und durch einen Zyklon bei dem Bezugszeichen (6), das für den Verfahrensschritt "Sichten" steht, ausgesichtet und zum unteren Eingang des Flugstromreaktors 230 geleitet, wo das Feingut 130 zu thermisch aktiviertem Ton 131 thermisch behandelt wird. Der thermisch aktivierte Ton 131 wird sodann mit einem Zyklon bei Bezugszeichen (8), das ebenfalls für den Verfahrensschritt "Sichten" steht, ausgesichtet und einem Rekuperator 240 zugeführt wo der thermisch aktivierte Ton mit einem ersten Teil als thermisch aktivierter Ton 133 seine Wärme an Prozessgas durch Rekuperation abgibt. Ein weiterer Teil des thermisch aktivierten Tons 131 wird in Materialflussrichtung hinter dem Zyklon bei Bezugszeichen (8) als thermisch aktiviertet Ton 132 zum Wirbelbettreaktor 200 geleitet. Der erste Teil des thermisch aktivierten Tons 133 wird sodann in einer weiteren Zyklonstufe 260 mit Frischgas gekühlt und verlässt die Anlage als aktivierter Ton. Das durch das Kühlen des aktivierten Tons erwärmte Frischgas wird über einen Verdichter mit einem ersten Teil zu dem Wirbelbettreaktor geleitet. Ein weiterer Teil des erwärmten Frischgases wird zu einer Heizvorrichtung 280 geleitet, die das Frischgas weiter aufheizt und zur Vorrichtung 270 zum Trocknen und Zerkleinern führt. Ein dritter Teil des erwärmten Frischgases wird hingegen zum unteren Eingang des Flugstromreaktors geführt. Im Wirbelbettreaktor 220 wird der vereinte Ton aus der Mittelfraktion 120 und dem thermisch aktivierten Ton 132 gemeinsam mit Brennstoff, hier biogener Brennstoff als Sekundärbrennstoff in Abgrenzung zu hochwertigen Primärbrennstoffen, wie Öl, Kohle und Gas verwirbelt und dort wird der Sekundärbrennstoff verbrannt. Dabei beträgt die Ver- weilzeit des Wirbelbetts im Wirbelbettreaktor 220 zwischen 1 s und 20 s, bevorzugt zwischen 5 s und 15 s. Das ungesichtete Abgas aus dem Wirbelbettreaktor wird aufgeteilt und zum einen in den Rekuperator 240 geführt und zum anderen direkt in den unteren Eingang des Flugstromreaktors 230 geführt. Die relativen Mengen des ungesichteten Abgases aus dem Wirbelbettreaktor 220 ist durch entsprechende Stellorgane einstellbar. in Figur 2 ist ein Flussdiagram der in Figur 1 dargestellten Anlage mit einzelnen Verfahrensschritten gezeigt. In diesem Diagramm ist der Materialfluss als Linienpfeile gezeigt, hingegen ist der Gasfluss als schwarz umrandete Balkenpfeile gezeigt, wie es in der Legende dargestellt ist. Brennstoff ist als schwarz ausgefüllter Balkenpfeil gezeigt. Rohmaterial 1 wird in einer kombinierten Vorrichtung 270 zum Trocknen und Zerkleinern als Verfahrensschritt 2 getrocknet und zerkleinert. Von da wird Gas als Trägergas gemeinsam mit dem getrockneten und zerkleinerten Ton zum Sichten bei Verfahrensschritt 3 geführt. Aus der Sichtstufe in Verfahrensschritt 3 wird eine Grobfraktion zurück zur Vorrichtung 270 zum Trocknen und Zerkleinern geführt, Eine Mittelfraktion wird zu einem Wirbelbettreaktor 200 in Verfahrensschritt 12 geführt. Das Feingut aus Verfahrensschritt 3 wird hingegen zum Entstauben als Verfahrensschritt 4 weitergeleitet. Das entstaubte Abgas wird zum einen verworfen und zum anderen zurück zur Vorrichtung 270 zum Trocknen und Zerkleinern geführt. Das Feingut wird vom Entstauben in verfahrensschritt 4 weiter zum Vorwärmen geführt. Das Gas aus dem Verfahrensschritt 5, dem Vorwärmen, wird zum einen um Rekuperieren in Verfahrensschritt 9 geleitet und zum anderen zurück zum Heizen in Verfahrensschritt 11 geleitet. Nach dem Vorwärmen wird das Feingut in dem entgegenströmenden Gas bei Verfahrensschritt 6 gesichtet und zum thermischen Aktivieren in Verfahrensschritt 7 geführt. Nach dem thermischen Aktivieren in Verfahrensschritt 7 folgt ein Sichten bei Verfahrensschritt 8. Thermisch aktivierter Ton wird dort zum Einen zum Wirbelbettreaktor 200 geführt und zum Anderen zum Rekuperieren in Verfahrensschritt 9. Vom Rekuperieren in Verfahrensschritt 9 gelangt der thermisch aktivierte Ton zum Kühlen in Verfahrensschritt 10 und verlässt danach das Verfahren als aktivierter Ton. In dem Verfahrensschritt 10 gelangt Frischgas in das Verfahren, wobei das erwärmte Frischgas zum einen zum Wirbelbettreaktor 220 geführt und zum anderen zu Verfahrensschritt 11 zum Heizen des Frischgases geleitet. Das erhitzte Gas gelangt zur Vorrichtung 270 zum Trocknen und Heizen. Gas aus dem Verfahrensschritt 9, dem Rekuperieren, wird in den Flugstromreaktor, Verfahrensschritt 7, geleitet. Gas aus dem in Materialflussrichtung davor liegenden Verfahrensschritt 8 wird zum Sichter in Verfahrensschritt 6 geleitet. Schließlich gelangt ungesichtetes Abgas aus dem Wirbelbettreaktor 200 zum einen in den Flugstromreaktor bei Verfahrensschritt 7 und zum anderen in den Verfahrensschritt 9, dem Rekuperieren. In diesem materialflusszentrierten Verfahrensdiagramm nehmen die Gaswege verschlungene Wege, um möglichst viel Wärme in den Prozess zurückzuführen und um möglichst wenig Wärme mit dem Abgas, das die Anlage bei Verfahrensschritt 4 verlässt, zu verlieren.
Rohmaterial 131 aktivierter Ton
Zerkleinern / Trocknen 132 Ton
Sichten 133 Ton
Entstauben 150 Bunker
Vorwärmen 200 Wirbelbettreaktor
Sichten 205 Düsenboden thermisches Aktivieren 210 Entstauber
Sichten 220 Wärmetauscher
Rekuperieren 230 Flugstromreaktor
Kühlen 231 Abgas
Heizen 240 Rekuperator
Verwirbeln / 250 Sichter thermisch behandeln 260 Zyklonstufe
270 Vorrichtung zum Zerkleinern zerkleinerter Ton 280 Heizvorrichtung
Grobfraktion 290 Sichter
Mittelfraktion
Feinfraktion

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Aktivieren von Tonen mit sekundärem Brennstoff, aufweisend die folgenden Schritte:
Trocknen und Zerkleinern (2) von feuchtem Ton als Rohmaterial (1 ), thermisches Aktivieren (7) des getrockneten und zerkleinerten Tons (100) in einem Flugstromreaktor (230), wobei ein erster Teil des Tons (120, 132) in einem Wirbelbettreaktor (200) zusammen mit sekundärem Brennstoff verwirbelt und der sekundäre Brennstoff dort in Gegenwart dieses ersten Teils des Tons (120, 132) verbrannt wird,
Einleiten des Abgases aus dem Wirbelbettreaktor (200), das den ersten Teil des Tons (120, 132) in sich trägt, in den Flugstromreaktor (230), wo ein zweiter Teil des Tons (130) gemeinsam mit dem ersten Teil des Tons (120, 132) in dem Flugstromreaktor (230) zu thermisch aktiviertem Ton (131 ) thermisch aktiviert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch
Entnehmen des ersten Teils des Tons (132) aus einem Sichter (290), der in Materialstromrichtung hinter dem Flugstromreaktor (230) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch
Entnehmen des ersten Teils des Tons (120) aus einem Sichter (250), der in Materialstromrichtung hinter einer Vorrichtung (270) zum Trocknen und Zerkleinern angeordnet ist angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Verweilzeit des sekundären Brennstoffes im Wirbelbettreaktor (200) zwischen 1 s und 20 s, bevorzugt zwischen 5 s und 15 s.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
Rekuperieren der Wärme aus einem Teil des thermisch aktivierten Tons (131 ) als thermisch aktivierter Ton (133) in einer Zyklonstufe als Rekuperator (240).
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
Kühlen des thermisch aktivierten Tons (133) mit einem Frischgas, das nach dem Kühlen des thermisch aktivierten Tons (133) unter einen Düsenboden (205) des Wirbelbettreaktors (200) geleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch
Austragen von nicht flugfähigen Störstoffen aus dem sekundären Brennstoff und/oder von übergroßen Aschepartikeln aus dem Wirbelbett auf Höhe eines Düsenbodens (205) des Wirbelbettreaktors (200).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch
Trocknen und Zerkleinern (2) von feuchtem Ton als Rohmaterial (1 ) in einer Vorrichtung (270) zum Trocknen und Zerkleinern,
Sichten (3) des getrockneten und zerkleinerten Tones (100) in einem Sichter (250) mit einem Ausgang für eine Mittelfraktion (120), wobei a) eine ausgesichtete Grobfraktion (110) des getrockneten und zerkleinerten Tones (100) zurück zur Vorrichtung (270) zum Trocknen und Zerkleinern geleitet wird, b) die ausgesichtete Mittelfraktion (120) des getrockneten und zerkleinerten Tones (100) zu einem Wirbelbettreaktor (200) geleitet wird, und c) eine ausgesichtete Feinfraktion (130) des getrockneten und zerkleinerten Tones (100) in Sichtluft suspendiert zu einem Entstauber (210) geleitet wird,
Entstauben (4) der Sichtluft in dem Entstauber (210), wobei a) die Feinfraktion (130) aus der Sichtluft zu einem Wärmetauscher (220) geleitet wird, b) ein erster Teil der entstaubten Sichtluft als Abgas verworfen wird, und c) ein zweiter Teil der entstaubten Sichtluft zurück zur Vorrichtung (270) zum Trocknen und Zerkleinern geleitet wird,
Vorwärmen (5) der Feinfraktion (130) in dem Wärmetauscher (220) mit Abgas (231 ) eines Flugstromreaktors (230),
Sichten (6) der vorgewärmten Feinfraktion (130) und thermisches Aktivieren (7) der vorgewärmten Feinfraktion (130) in dem Flugstromreaktor (230) zu aktiviertem Ton (131 ),
Sichten (8) des im vorhergehenden Schritt aktivierten Tons (131 ) und
Einleiten eines ersten Teils dieses aktivierten Tons (131 ) als thermisch aktivierter Ton (133) in einen Rekuperator (240), und
Einleiten eines zweiten Teils dieses aktivierten Tons (131 ) als thermisch aktivierter Ton (132) in den Wirbelbettreaktor (200) gemeinsam mit der Mittelfraktion (120) des getrockneten und zerkleinerten Tones (100) aus dem Sichter (250),
Rekuperieren (9) der Wärme aus dem thermisch aktivierten Ton (133) in einer Zyklonstufe als Rekuperator (240), wobei die Wärme von dem thermisch aktivierten Ton (133) auf ein Abgas aus dem Wirbelbettreaktor (200) übergeht und den thermisch aktivierten Ton (133) abkühlt, und wobei das zuvor genannte Abgas aus dem Wirbelbettreaktor (200) in den Flugstromreaktor (230) geleitet wird,
Kühlen (10) des thermisch aktivierten Tons (133) in einer mit Frischgas betriebenen Zyklonstufe (260), deren Abgas als erwärmtes Frischgas a) mit einem ersten Teil in den Wirbelbettreaktor (200), b) mit einem zweiten Teil in den Flugstromreaktor (230), c) mit einem dritten Teil in eine Heizvorrichtung (280) und d) mit einem vierten Teil in den Rekuperator (240) geleitet wird, wobei ein Abgas aus der Heizvorrichtung (280) zurück zur Vorrichtung (270) zum Trocknen und Zerkleinern geleitet wird, wobei in dem Wirbelbettreaktor (200) der dort eingeleitete Ton (120, 132) zusammen mit sekundärem Brennstoff verwirbelt wird und dort der sekundäre Brennstoff gezündet wird, wobei das ungesichtete Abgas aus dem Wirbelbettreaktor (200) a) mit einem ersten Teil in den Flugstromreaktor (230), und b) mit einem zweiten Teil in die Zyklonstufe als Rekuperator (240) geleitet wird.
9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens zum thermischen Aktivieren von Tonen mit sekundärem Brennstoff nach den Ansprüchen 1 bis 8, aufweisend: eine Vorrichtung (270) zum Trocknen und Zerkleinern von feuchtem Ton als Rohmaterial (1 ), einen Flugstromreaktor (230) zum thermischen Aktivieren des getrockneten und zerkleinerten Tons (100), einen Wirbelbettreaktor (200) zum Verbrennen von Sekundärbrennstoff in Gegenwart von Ton, wobei die Vorrichtung (270) zum Trocknen und Zerkleinern in Materialflussrichtung a) über einen Wärmetauscher (220) mit dem Flugstromreaktor (230) verbunden ist, und b) über eine Leitung für eine Mittelfraktion (120) mit dem Wirbelbettreaktor (200) verbunden ist, und der Wirbelbettreaktor (200) a) mit einer Leitung für Abgas mit dem Flugstromreaktor (230) verbunden ist, und b) mit einer Leitung für Abgas mit einem Rekuperator (240) verbunden ist, der Wärme aus thermisch aktiviertem Ton (133) aus dem Flugstromreaktor (230) in den Flugstromreaktor (230) mit einem Gas zurückleitet, und c) mit einer Leitung zur Zuführung von Ton mit einem Zyklon des Wärmetauschers (220) verbunden ist.
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