LU101611B1

LU101611B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Zementklinker mit einem mechanischen Wirbelbettreaktor

Info

Publication number: LU101611B1
Application number: LU101611A
Authority: LU
Inventors: Jürgen Schneberger; Andreas Hoppe; Gomez Rodrigo
Original assignee: Thyssenkrupp Ind Solutions Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker, wobei die Vorrichtung einen Vorwärmer 40, einen Calcinator 50 und einen Ofen 60 aufweist, wobei die Vorrichtung eine Zuführung für Zementrohmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zuführung für Zementrohmaterial und dem Vorwärmer 40 ein mechanischer Wirbelbettreaktor 20 angeordnet ist.

Description

| thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00LU ; thyssenkrupp AG 11 20.01.2020 101611 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Zementklinker mit einem | mechanischen Wirbelbettreaktor | Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker mit | 5 verbesserter Prozessführung auf Grund geringer Ansatzbildung vor allem im Calcinator | und im Bereich bis zum Ofeneinlauf.

! Aus der DE 27 26 138 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von | Zementklinker aus feuchtem agglomerierten Zementrohmaterial bekannt. Die : 10 Vorrichtung weist eine Vorwärmzone, eine Entsduerungszone und eine Sinterzone auf. | Aus der DE 10 2017 202 824 A1 ist eine Anlage zur Herstellung von Zement, ; insbesondere Zementklinker, mit einem Vorwärmer, welche eine Mehrzahl von ; Zyklonen aufweist, einem Calcinator zur Entsäuerung und einem Drehrohrofen bekannt. | 05 i Im Zementprozess wird das mineralische Ausgangsmaterial zunächst vermahlen, : anschließend im Vorwärmer vorgewärmt, im Calcinator entsäuert und anschließend im | Ofen abschließend erhitzt. Das aus dem Ofen kommende Material wird im ' anschlieBenden Kühler abgekühit.

] 20 | Ein übliches Problem ist es, dass es zu Materialablagerungen im Bereich des | Vorwärmers kommt. Diese Materialablagerungen entstehen insbesondere durch Staub, | sehr feinkôrniges Material, das beim Vermahlen des mineralischen Ausgangsmaterials | entsteht. Um diese Materialablagerungen zu entfernen, müssen die betroffenen | 25 Anlagenteile unter teilweise gefährlichen Arbeitsbedingungen gereinigt werden. Dazu | muss der Ofen gestoppt werden.

| Aus der EP 3 476 812 A1 ist eine Methode zur Trocknung von granuliertem Material | bekannt.

| 30 | Aufgabe der Erfindung ist es, Materialablagerungen gerade im Bereich des Vorwärmers 1 zu reduzieren oder gar zu verhindern.

; thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00OLU | thyssenkrupp AG - 20.01.2020 101611 ‘ Aus der EPO500561B1 ist eine Vorrichtung zum Mischen und thermischen , Behandeln von Feststoffpartikeln mit einem im Wesentlichen horizontal angeordnetem | Behalter bekannt. Aus der DE 1 051 250 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum | Mischen von pulverfôrmigen oder feinkôrnigen Massen mit Flüssigkeiten bekannt. Aus | 5 der DE2729477 C2 ist ein pflugschardhnliches Mischwerkzeug für solche | Vorrichtungen bekannt. Ein ähnliches Mischwerkzeug für solche Vorrichtungen ist auch ; aus der DE 197 06 364 C2 bekannt. Entsprechende Mischvorrichtungen werden von | der Firma Gebrüder Lödige Maschinenbau GmbH unter der Bezeichnung Pflugschar- ; Mischer angeboten und erzeugen in ihrem Inneren ein mechanisches Wirbelbett.

| 10 ; Gelôst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen ; Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen. ; Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der | nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.

| Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker weist einen | Vorwärmer, einen Calcinator und einen Ofen auf. Weiter weist die Vorrichtung eine | Zuführung für Zementrohmaterial auf. Dieses entspricht dem üblichen Aufbau einer | Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker und ist aus dem Stand der Technik Ë 20 bekannt.

| Erfindungsgemäß ist zwischen der Zuführung für Zementrohmaterial und dem | Vorwärmer ein Mischer, beispielsweise und bevorzugt ein mechanischer | Wirbelbettreaktor, angeordnet.

: 25 | Während in einem normalen Wirbelbettreaktor Gase eingesetzt werden, um einen | Feststoff mit dem Gasraum zu vermischen und so zu fluidisieren sowie zu | transportieren, wird in einem mechanischen Wirbelbettreaktor dieses rein mechanisch | mithilfe eines Mischwerkzeugs erzielt.

. 30 | Es hat sich gezeigt, dass der Effekt des mechanischen Wirbelbettreaktors ist, dass die | sehr feinen Partikeln, welche beim Vermahlen entstehen, agglomerieren. Hierdurch wird ; eine Staubbildung in den folgenden Prozessschritten vermieden, da insbesondere

; thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00LU | thyssenkrupp AG 511 20.01.2020 01611 besonders kleine Partikel sehr deutlich reduziert werden können. Hierdurch kommt es ; auch wesentlich weniger zum Verkleben von Material in Bereichen steigender | Temperatur, beispielsweise und insbesondere an den Wänden des Vorwärmers.

| 5 Der Vorwärmer kann als Gleichstromvorwärmer ausgeführt sein. Hierbei werden Gas . und Feststoff in die gleiche Richtung transportiert, während die Wärme vom Gas an den Feststoff übertragen wird. Ein Beispiel hierfür sind nacheinander geschaltete Zyklone. | Der Wärmeübertrag erfolgt in den Verbindungen zwischen den Zyklonen im | Gleichstrom, die Zyklone dienen dann zur Trennung von Gas und Feststoff, | 10 | Alternativ kann der Vorwarmer als Gegenstromvorwärmer ausgeführt sein. Ein : entsprechender Vorwdrmer ist beispielsweise und insbesondere aus der | DE 383 42 15 A1 bekannt.

| 15 In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der mechanische | Wirbelbettreaktor einen im Wesentlichen horizontal angeordneten Behälter auf. Entlang . der Längsachse des Behälters ist mittig eine Welle angeordnet, wobei radial an der ; Welle Mischwerkzeuge angeordnet sind. Diese Mischwerkzeuge kônnen im einfachsten | Fall stabfôrmig und senkrecht auf der Welle angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind | 20 die Mischwerkzeuge Pflugschar-förmig ausgebildet, Beispiele für Pflugschar-förmige ; Mischwerkzeuge können zum Beispiel der DE2729477C2 oder der | DE 197 06 364 C2 entnommen werden, | In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der mechanische ; 25 Wirbelbettreaktor wenigstens eine Fluidzuführung auf. Es können auch weitere | Fluidzuführungen, insbesondere entlang der Transportrichtung des Materials, | angeordnet sein. Besonders bevorzugt dient die Fluidzuführung zur Zuführung von | Wasser. Wasser unterstützt die Agglomeration und führt so zu gleichmäßigeren | Partikeln. Durch die Verringerung des Staubanteils wird ein Anhaften von Material in | 30 dem Vorwärmer besonders effizient vermieden.

| thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00LU | thyssenkrupp AG ani 20.01.2020 14101611 . In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vor dem mechanischen : Wirbelbettreaktor eine Fluidzuführung angeordnet. Diese kann zusätzlich oder alternativ | zu einer Fluidzuführung im mechanischen Wirbelbettreaktor vorhanden sein.

| 5 In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der mechanische | Wirbelbettreaktor eine Brennstoffzuführung aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann ; eine Brennstoffzuführung auch vor dem mechanischen Wirbelbettreaktor erfolgen. , Hierdurch kann der Brennstoff in die durch Agglomeration im mechanischen | Wirbelbettreaktor entstehenden Partikel eingebaut werden. Dieser Brennstoff entzündet | 10 sich in späteren Prozess nach Überschreiten seiner Zündtemperatur, beispielsweise im | Calcinator, und führt so zu einem wesentlich gezielteren Aufheizen des Rohmaterials.

| In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem mechanischen | Wirbelbettreaktor und dem Vorwarmer ein Steigrohrtrockner angeordnet. Der | 15 Steigrohrtrockner hat zwei Vorteile, Zum einen kann insbesondere Wasser, welches bei | der Agglomeration im mechanischen Wirbelbettreaktor verwendet wird, ausgetragen | werden. Zum anderen kann das Material auf die Eingangshöhe des Vorwärmer | transportiert werden. Des Weiteren kann der Steigrohrtrockner auch zur Einstellung der | Partikelgröße eingesetzt werden. Über die Gasgeschwindigkeit und gegebenfalls über : 20 einen Abscheidezyklon am oberen Ende des Steigrohrtrockners kônnen insbesondere | zu große Partikel abgetrennt und insbesondere zur erneuten Mahlung zurückgeführt ’ werden.

| In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Zuführung für ; 25 Zementrohmaterial eine Mühle auf.

| In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einem Steigrohrtrockner und einer ; Mühle weist die Vorrichtung eine Rückführung für grobes Material von der Unterseite | des Steigrohrtrockners zur Mühle auf. Hierdurch können Partikel, welche entweder nicht | 30 ausreichend fein vermahlen sind oder im mechanischen Wirbelbettreaktor zu zu großen Partikeln agglomeriert sind, entfernt und der Mahlung wieder zugeführt werden.

‘ thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00LU | : thyssenkrupp AG : 511 20.01.2020 101611 | In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von ; Zementklinker, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: ! a) Mahlen des Zementrohmaterial in einer Mühle, ; b) Vorwärmen in einem Vorwärmer, | 5 c) _Entsäuern in einem Calcinator, ; d) Brennen in einem Ofen.

| Das Zementrohmaterial durchläuft diese Schritte chronologisch nacheinander und wird | so zu Zementklinker verarbeitet. Rein praktisch laufen diese Prozesse in einem | 10 kontinuierlichen Prozess üblicherweise parallel nebeneinander ab.

; Von diesem üblichen Verfahren unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren | dadurch, dass zwischen Schritt a) und Schritt b) der folgende Schritt durchgeführt wird: | e) Agglomerierten des gemahlenen Materials, sodass 90 % aller Partikel eine , 15 PartikelgrôfBe zwischen 200 um und 5 mm aufweisen.

| Vorteilhafter Weise kann so das Ausgangsmaterial sehr fein vermahlen werden. | Ublicherweise muss ein Kompromiss eingegangen werden. Je feiner die Materialien | vermahlen werden, umso besser und homogener läuft der Brennprozess. Zu kleine | 20 Partikel sind jedoch für den Prozess störend, wie bereits ausgeführt. Da aber die | Partikel nicht in der feinen gemahlenen Größe in das Verfahren eingebracht werden, : entfällt diese Limitierung.

| In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Schritt e) in einem mechanischen ; 25 Wirbelbettreaktor durchgeführt.

| In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird Schritt e) mit einem | Granulierteller durchgeführt.

| 30 In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird Schritt e) mit einer : Gutbettwalzenmühle durchgeführt.

| thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288 P00LU | thyssenkrupp AG 6/11 20.01.2020 1101641 | In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird Schritt €) mit einer | Bricketierpresse durchgeführt.

Es hat sich gezeigt, dass gerade in einem mechanischen Wirbelbettreaktor eine Agglomeration des gemahlenen Materials eine besonders geeignete Partikelgrößenverteilung für die weiteren Prozessschritte ergibt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Schritt e) und Schritt b) ; der folgende Schritt durchgeführt wird: : 10 f) Trocknen in einem Steigrohrtrockner.

| In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor und/oder in Schritt e) ein | Fluid, insbesondere Wasser, zugegeben. Hierdurch kann die Agglomeration im | mechanischen Wirbelbettreaktor unterstützt werden.

| 15 | In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor und/oder in Schritt e) ein | Brennstoff, insbesondere ein Brennstoff mit einer Zündtemperatur von 500 °C bis | 650 °C, zugegeben. Bevorzugt wird der Brennstoff aus der Gruppe umfassend Kohle, | Kohlenstaub und Zellulose.

| 2 | In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein nasses Vermahlen in Schritt a) und ein anschließendes Agglomerieren in Schritt e) ohne eine vorhergehende | Trocknung.

| 25 In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung derart durchgeführt, dass der . Stickstoffanteil der Gasphase im Vorwärmer kleiner als 30 Vol.-%, bevorzugt kleiner als | 15 Vol.-%, besonders bevorzugt kleiner als 5 Vol.-% beträgt. Bevorzugt wird dieses | erreicht, in dem die Verbrennung mit sauerstoffangereicherter Luft durchgeführt wird. ; Vorteil ist, dass auf Grund der deutlich verringerten Gasmenge eine anschließende : 30 Abtrennung des entstehenden Kohlenstoffdioxids aus der Gasphase erleichtert ist.

| Dieses ist vorteilhaft mit der Agglomeration des Ausgangsmaterials, da Stäube bei der . Abscheidung des Kohlenstoffdioxids störend sind. Stäube werden aber durch das thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00LU | thyssenkrupp AG on 20.01.2020 u101641 | erfindungsgemäße Verfahren gerade besonders stark reduziert. Die Abscheidung des | Kohlenstoffdioxids dient dazu, die Emission klimaschadlicher Gase zu vermeiden. Ein | weiterer Vorteil ist, dass durch die Verwendung von sauerstoffangereicherter Luft der ; Calcinator insbesondere 50 °C bis 100 °C heißer betrieben werden kann. Die dadurch | 5 verstärkte Ansatzneigung des Materials wird durch den Einsatz von agglomeriertem | Material umgangen.

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren anhand eines | in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

: 10 | Fig. 1 Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker mit einem mechanischen Wirbelbettreaktor .

| In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Zunächst wird | 15 das Ausgangsmaterial in einer Mühle 10 vermahlen. Das vermahlene Material wird dann in einen mechanischen Wirbelbettreaktor 20 geleitet. Zwischen der Mühle 10 und | dem mechanischen Wirbelbettreaktor 20 kann ein Lager vorhanden sein. Es kann | ebenfalls eine Mischvorrichtung vor dem mechanischen Wirbelbettreaktor 20 ; angeordnet sein, um beispielsweise und insbesondere verschiedene Feststoffe zu | 20 mischen. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere feste Ausgangsstoffe mit | einer oder mehreren Flüssigkeiten gemischt werden, beispielsweise und insbesondere | kann Wasser hinzugemischt werden. Das aus dem mechanischen Wirbelbettreaktor 20 | austretende Material wird anschließend in einem Steigrohrtrockener 30 gefördert und / von dort in einen Vorwärmer 40 geleitet, welcher vorzugsweise aus einer Gruppe von 3 | 25 bis 8 hintereinander geschalteten Zyklonen besteht. Im Vorwärmer 40 strömt das heiße : Gas aus dem Ofen 60 und dem Calcinator 50 im Gegenstrom zum Feststoff, welcher | dadurch erwärmt wird. Der Calcinator 50 kann zusätzlich zur Wärme, welche durch den | Gasstrom aus dem Ofen 60 kommt, zusätzliche Wärmequellen, insbesondere Brenner, | aufweisen. Das Material wird vom Calcinator 50 weiter in den Ofen 60 und von dort in den Kühler 70 geleitet. Der fertige Zementklinker kann anschließend gelagert, abtransportiert oder weiterverarbeitet werden.

| thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00LU | thyssenkrupp AG 20.01.2020 ; 8/11 lu101611 | Bezugszeichen

; 10 Mühle mechanischer Wirbelbettreaktor :

| 30 Steigrohrtrockner

| 5 40 Vorwarmer

| 50 Calcinator

60 Ofen

. 70 Kühler

Claims

, thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00LU : thyssenkrupp AG 9/11 20.01.2020 101611 , Patentansprüche | 1. Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker, wobei die Vorrichtung einen , Vorwärmer (40), einen Calcinator (50) und einen Ofen (60) aufweist, wobei die | 5 Vorrichtung eine Zuführung für Zementrohmaterial aufweist, dadurch | gekennzeichnet, dass zwischen der Zuführung für Zementrohmaterial und dem . Vorwärmer (40) ein Mischer angeordnet ist.

; 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem | 10 Mischer und dem Vorwärmer (40) ein Steigrohrtrockner (30) angeordnet ist.

| 3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch | gekennzeichnet, dass die Zuführung für Zementrohmaterial eine Mühle (10) | aufweist.

‘ 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass | die Vorrichtung eine Rückführung für grobes Material von der Unterseite des | Steigrohrtrockners (30) zur Mühle (10) aufweist.

. 20 5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch | gekennzeichnet, dass der Mischer ein mechanischer Wirbelbettreaktor (20) ist. | 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische ; Wirbelbettreaktor (20) eine Fluidzuführung aufweist.

| 25 ; 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ; der mechanische Wirbelbettreaktor (20) einen im Wesentlichen horizontal | angeordneten Behälter aufweist, wobei entlang der Längsachse des Behälters ; mittig eine Welle angeordnet ist, wobei radial an der Welle Mischwerkzeuge , 30 angeordnet sind.

| 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ; Mischwerkzeuge Pflugschar-fôrmig ausgebildet sind.

; 35 9. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker, wobei das Verfahren die folgenden | Schritte aufweist:

| thyssenkrupp Industrial Solutions AG 190288P00LU | thyssenkrupp AG 10/11 20.01.2020 Iu101611 | a) Mahlen des Zementrohmaterial in einer Mühle (10), b) Vorwärmen in einem Vorwärmer (40), | c) Entsäuern in einem Calcinator (50), d) Brennen in einem Ofen (60), ; 5 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt a) und Schritt b) der folgende ; Schritt durchgeführt wird: | e) Agglomerierten des gemahlenen Materials, sodass 90 % aller Partikel eine Partikelgröße zwischen 200 um und 5 mm aufweisen.

‘ 10 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Agglomerieren in Schritt e) Materials in einem mechanischen Wirbelbettreaktor (20) | durchgeführt wird.

| 11.Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass | 15 zwischen Schritt e) und Schritt b) der folgende Schritt durchgeführt wird: | f) Trocknen in einem Steigrohrtrockner (30).

; 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass . vor und/oder in Schritt e) ein Fluid, insbesondere Wasser, zugegeben wird.

| 20 | 13.Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ! vor und/oder in Schritt e) ein Brennstoff, insbesondere ein Brennstoff mit einer | Zündtemperatur von 500 °C bis 650 °C, zugegeben wird.

| 25 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass | in Schritt c) und/ oder in Schritt d) sauerstoffangereicherte Luft zugeführt wird.