LU103008B1

LU103008B1 - Vermeidung von Emissionen bei der Herstellung künstlicher Puzzolane aus mineralischem Material, insbesondere Tonen

Info

Publication number: LU103008B1
Application number: LU103008A
Authority: LU
Inventors: Melanie Flasspöhler; Eugen Wagner; Guido Grund; Dirk Schefer
Original assignee: Thyssenkrupp Ind Solutions Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2022-09-19
Filing date: 2022-09-19
Publication date: 2024-03-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorrichtung zur thermischen Behandlung, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Vorwärmer 10, einen Calcinator 20 und einen Materialkühler 30 aufweist, wobei ein Feststoffstrom in den Vorwärmer 10, vom Vorwärmer 10 in den Calcinator 20, vom Calcinator 20 in den Materialkühler 30 und aus dem Materialkühler 30 heraus geführt wird, wobei ein Gasstrom in den Materialkühler 30, vom Materialkühler 30 in den Calcinator 20, vom Calcinator 20 in den Vorwärmer 10 und aus dem Vorwärmer 10 heraus geführt wird, wobei die Vorrichtung eine Brennkammer 40 aufweist, wobei der Gasstrom aus dem Materialkühler 30 zumindest teilweise durch die Brennkammer 40 in den Calcinator 20 geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkammer 40 und dem Calcinator 20 eine Verweilzeitvorrichtung 50 angeordnet ist.

Description

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 1/12

Vermeidung von Emissionen bei der Herstellung kiinstlicher Puzzolane aus mineralischem Material, insbesondere Tonen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit denen eine

Abgasbehandlung zur Umwandlung von Schadstoffen bereits innerhalb des Prozesses und damit ohne nachgelagerte Abgasbehandlung möglich ist, was wiederum den

Energieverbrauch für eine Abgasbehandlung reduziert oder vermeidet.

Bei der Verbrennung von Heizstoffen entstehen beispielsweise Stickoxide, kurz zusammen gefasst unter NO, sowie teilweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe und

Kohlenwasserstoff-haltige Verbindungen, hier und im Folgenden zur Vereinfachung (und unter Vernachlässigung weiterer Heteroatome) zusammengefasst unter C,H,. NO, kann entweder nicht-katalytisch(SNCR) oder katalytisch (SCR) insbesondere mit Ammoniak

NH; oder Harnstoff zu Stickstoff umgesetzt werden. Kohlenwasserstoff C,H, kann mit

Sauerstoff zu Wasser und Kohlendioxid umgesetzt werden. Fur diese Umsetzung ist ein

Temperaturfenster von über 800 °C sinnvoll. Daher ist es in der Abgasbehandlung üblicherweise notwendig, die vergleichsweise kalten Abgase wieder zu erwärmen, was

Energie verbraucht und oftmals zusätzliche Wärmetauscher notwendig macht.

Aus der DE 102011014498 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines

Klinkerersatzstoffes bekannt.

Aus der US 9458 059 B2 ist ein Herstellungsprozess für synthetische Puzzolane bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Abgasbehandlung Energie zu sparen, und so weitere CO»-Emissionen, beispielsweise aus der Verbrennung von Brennstoffen als

Wärmequelle, zu vermeiden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen

Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 20 angegebenen Merkmalen.

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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden

Beschreibung sowie der Zeichnung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur thermischen Behandlung beispielsweise und insbesondere von mineralischem Material, insbesondere Tonen, zur Herstellung von künstlichen Puzzolanen als Zusatzstoff für Zementklinker. Tone haben sich zunehmend als wichtiger Rohstoff in der Zementindustrie etabliert, da bei deren thermischer

Behandlung weniger oder kein CO, aus dem Rohstoff freigesetzt wird, wie dieses beispielsweise beim Brennen von Kalkstein geschieht. Da die Temperatur für die

Aktivierung mineralischer Materialien, insbesondere Tone, jedoch häufig unter 800 °C liegen kann, reicht die Temperatur innerhalb des Calcinators nicht aus, um Schadstoffe zuverlässig umzusetzen. Die Vorrichtung weist wenigstens einen Vorwärmer, einen

Calcinator und einen Materialkühler auf. Der Vorwärmer ist beispielsweise als

Gleichstromwärmetauscher mit Zyklonabscheider oder als Kaskade aus zwei bis sechs

Gleichstromwärmetauschern mit Zyklonabscheider ausgebildet. Alternativ kann der

Vorwärmer auch als Kreuzstromwärmetauscher ausgebildet sein. Der Materialkühler ist ebenfalls bevorzugt als Gleichstromwärmetauscher mit Zyklonabscheider oder als

Kaskade aus zwei bis sechs Gleichstromwärmetauschern mit Zyklonabscheider ausgebildet. Alternativ kann der Materialkühler auch als Kreuzstromwärmetauscher ausgebildet sein. Ein Feststoffstrom wird in den Vorwärmer, vom Vorwärmer in den

Calcinator, vom Calcinator in den Materialkühler und aus dem Materialkühler herausgeführt. Im Gegenstrom dazu wird ein Gasstrom in den Materialkühler, vom

Materialkühler in den Calcinator, vom Calcinator in den Vorwärmer und aus dem

Vorwärmer herausgeführt. Die Vorrichtung weist eine Brennkammer auf. Der Gasstrom aus dem Materialkühler wird zumindest teilweise durch die Brennkammer in den

Calcinator geführt. Es kann einen weiteren Teilstrom geben, der beispielsweise direkt vom Materialkühler in den Calcinator geführt wird, es also einen Brennkammerbypass gibt. In der Brennkammer wird durch die Verbrennung von Erdgas, Wasserstoff, Kohle,

Ammoniak oder Ersatzbrennstoffen, wie zum Beispiel Biomasse, Altreifen oder Hausmüll, die für den Prozess notwendige thermische Energie bereitgestellt. Derartige Anlagen sind für die thermische Behandlung von mineralischen Stoffen, insbesondere Tonen, bekannt.

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Erfindungsgemäß ist nun zwischen der Brennkammer und dem Calcinator eine

Verweilzeitvorrichtung angeordnet. In der Brennkammer entstehen Schadstoffe, beispielsweise NO, bei den Temperaturen der Verbrennung. Ebenso können hier

Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-haltige Verbindungen aus dem

Brennmaterial austreten. Üblicherweise ist die Brennkammer entweder innerhalb des

Calcinators angeordnet, beispielsweise im Falle einer Erdgasbefeuerung oder direkt an dem Calcinator angeordnet, insbesondere fur Ersatzbrennstoffe. Die direkte Verbindung sorgt zum einen für die Vermeidung von Wärmeverlusten und spart zusätzlich

Investitionskosten und Bauraum. Daher erscheint es zunächst nicht vorteilhaft, die

Brennkammer und den Calcinator räumlich zu trennen und dazwischen eine

Verweilzeitvorrichtung anzuordnen. Jedoch ist es hierdurch möglich, eine Behandlung der Abgase aus der Brennkammer auf einem idealen Temperaturniveau vorzunehmen und sich so eine nachträgliche und energieintensive Abgasbehandlung zu sparen. Durch die Verweilzeitvorrichtung kann eine Trennung der Temperaturen für die

Abgasbehandlung in der Verweilzeitvorrichtung und der thermischen Behandlung, beispielsweise des Tones, im Calcinator erreicht werden, wodurch sowohl für die

Abgasbehandlung als auch für die thermische Behandlung jeweils ein geeignetes

Temperaturfenster gewählt werden können. Insbesondere kann die Temperatur in der

Verweilzeitvorrichtung höher gewählt werden als im Calcinator, sodass hier eine

Verbrennung von C,H, insbesondere mit Sauerstoff erfolgen kann oder bei Anwesenheit von beispielsweise Ammoniak NO, durch Synproportionierung von NO, und NH; zu

Stickstoff (und Wasser) umgesetzt werden kann. Die Art der Schadstoffe ist üblicherweise sehr stark von der Art des verwendeten Brennstoffs abhängig.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Brennkammer und der

Verweilzeitvorrichtung und/oder in der Verweilzeitvorrichtung eine Hilfsbrennvorrichtung angeordnet. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, wenn die Brennkammer zur

Verbrennung von Ersatzbrennstoffen ausgebildet ist. Ersatzbrennstoffe weisen üblicherweise eine größere Schwankung des Brennwertes auf. Die Hilfsbrennvorrichtung ist bevorzugt zur Verbrennung eines Brennstoffes ausgebildet, der eine schnelle und gezielt anpassbare Verbrennung ermöglicht. Die Hilfsbrennvorrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet einen Brennstoff zu verbrennen, der ausgewählt ist aus der Gruppe thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 4/12 umfassend Kohlenstaub, Erdgas, Wasserstoff, Biogas und Ammoniak. Somit ist es möglich, Temperaturschwankungen, die durch Schwankungen des Brennmaterials in der

Brennkammer entstehen, gezielt und schnell auszugleichen, sodass in der

Verweilzeitvorrichtung eine stabile Temperatur gewährleistet ist und somit der Prozess des Schadstoffabbaus zuverlässig erfolgt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verweilzeitvorrichtung rohrförmig ausgebildet. Beispielsweise kann die rohrförmige Verweilzeitvorrichtung schwanenhalsförmig ausgebildet sein. Ebenso kann die rohrförmige

Verweilzeitvorrichtung als aufgeweitete Rohrleitung ausgebildet sein. Die

Verweilzeitvorrichtung kann optional mit einem oder mehreren Strömungseinbauten ausgestattet sein, die eine intensive Vermischung des Gases innerhalb der Einrichtung zu verbessern.

Verweilzeitvorrichtung eine erste Reaktionsmittelzuführung angeordnet. Die

Reaktionsmittelzuführung dient dazu, ein Reaktionsmittel zur Schadstoffumsetzung zuzuführen. Da die zu behandelnden Schadstoffe sehr stark von dem in der

Brennkammer verbrannten Brennstoff abhängig sind, ist das Reaktionsmittel und damit die erste Reaktionsmittelzuführung in Abhängigkeit des in der Brennkammer zu verwendenden Brennstoffs auszuwählen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Reaktionsmittelzuführung zur Zuführung von Sauerstoff, beispielsweise auch in Form von Luft oder von im

Materialkühler vorgewärmter Luft, ausgebildet. Sauerstoff wird als Reaktionspartner für die Umsetzung von Kohlenwasserstoff C,H, zu Wasser und Kohlendioxid benötigt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Reaktionsmittelzuführung zur Zuführung von verschiedenen Arten von Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoniak,

Harnstoff, deren Verbindungen oder Lösungen, insbesondere wässrige Lösungen, hieraus ausgebildet. Ammoniak oder Harnstoff können mit Stickoxiden NO, zu Stickstoff synproportionieren.

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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wenigstens einen ersten NO,-Analysator auf. Der NO,-Analysator dient zur Erfassung der NO,-

Konzentration. Üblicherweise wird als NO,-Analysator eine Vorrichtung unter Nutzung der Infrarot-Spektroskopie verwendet. Der wenigstens eine erste NO,-Analysator ist in einer Ausführungsform in der Verweilzeitvorrichtung oder zwischen der

Verweilzeitvorrichtung und dem Calcinator angeordnet. Dieses hat den Vorteil einer unmittelbaren Rückmeldung und schnelleren Regelbarkeit. Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine erste oder ein zweiter NO,-Analysator im oder hinter dem

Vorwärmer angeordnet sein. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Gase hier deutlich kühler sind, was die Messung vereinfacht. Der wenigstens eine erste oder ein zweiter NO,-Analysator kann auch nach dem Calcinator oder sogar nach dem Vorwärmer angeordnet sein, da in diesen die Temperatur zu Bildung von NO, nicht mehr hoch genug sein sollte, sodass somit auch dieser Wert für den NO,-Gehalt in der

Verweilzeitvorrichtung aussagekräftig ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wenigstens einen ersten NHz-Analysator auf. Der NHz-Analysator dient zur Erfassung der NHz-

Konzentration im Gasstrom. Vorzugsweise werden mehrere NHz-Analysatoren eingesetzt, um die Konzentration an unterschiedlichen Stellen im Wege des Abgasstroms zu ermitteln. Der beziehungsweise die wenigsten zwei NHz-Analysaten befinden sich beispielsweise in unterschiedlichen Ebenen des Calcinators und regeln/steuern die

Zugabe des Reaktionsmittels, um die Ausnutzung des Reaktionsmittels zu ermitteln und somit eine effektive Nutzung des Reaktionsmittels sicherzustellen. Der wenigstens eine

NHz-Analysator, vorzugsweise die wenigstens zwei NHz-Analysatoren, befinden sich beispielsweise und bevorzugt in räumlicher Nähe des wenigstens einen NO,-Analysators und/oder wenigstens einen Temperatursensors. Der beziehungsweise die NHz-

Analysatoren sind über wenigstens ein Dosiersystem mit entsprechenden Behältern, bevorzugt mit wenigstens einem Behälter für Ammoniak verbunden. So kann beispielsweise Ammoniak an unterschiedlichen Stellen und/oder Ebenen in gleicher oder unterschiedlicher Menge und/oder Konzentration in den Gasstrom eingedüst werden.

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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wenigstens eine erste Steuervorrichtung auf. Die wenigstens eine erste Steuervorrichtung ist zum

Auslesen des wenigstens einen ersten NO,-Analysators ausgebildet. Die wenigstens eine erste Steuervorrichtung ist zum Ansteuern der ersten Reaktionsmittelzuführung ausgeführt und/oder einer optionalen zweiten Reaktionsmittelzuführung in Abhängigkeit von dem, durch wenigstens einen ersten NO,-Analysator, erfassten NO,-Wert ausgebildet und regelt die erste Reaktionsmittelzuführung und/oder die optionale mindestens eine weitere Reaktionsmittelzuführung, vorzugsweise in unterschiedlichen

Ebenen und/oder mit mehreren Düsen, in Abhängigkeit des erfassten NO,-Wertes.

Hierdurch ist eine gezielte Zugabe des Reaktionsmittels, beispielsweise von Ammoniak, möglich, wodurch wiederum eine Überdosierung des Reaktionsmittels und damit verbunden eine Emission von beispielsweise Ammoniak vermieden werden kann.

Auslesen des wenigstens einen ersten NHz-Analysators ausgebildet. Die wenigstens eine erste Steuervorrichtung ist zum Ansteuern der ersten Reaktionsmittelzuführung und/oder mindestens einer weiteren Reaktionsmittelzuführung in Abhängigkeit von dem, durch wenigstens einen ersten NHz-Analysator, erfassten NHz-Wertes ausgebildet und regelt die erste Reaktionsmittelzuführung und/oder die mindestens eine optionale zweite

Reaktionsmittelzuführung in Abhängigkeit des erfassten NH3-Wertes. Hierdurch ist eine gezielte Zugabe des Reaktionsmittels, beispielsweise von Ammoniak, möglich, wodurch wiederum eine Überdosierung des Reaktionsmittels und damit verbunden eine Emission von beispielsweise Ammoniak vermieden werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen

Temperatursensor auf. Temperatursensor ist im Sinne der Erfindung weit zu verstehen und umfasst jedes Sensorsystem zur Temperaturerfassung. Der Temperatursensor kann ein Thermoelement sein. Alternativ kann ein Temperatursensor auch ein akustischer

Sensor sein, welcher die Temperatur über eine räumliche Strecke mittels der

Schallgeschwindigkeit ermittelt.. Bevorzugt ist der Temperatursensor in der ersten

Brennkammer, in der Verweilzeitvorrichtung oder zwischen der Brennkammer und der thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 7/12

Verweilzeitvorrichtung angeordnet. Die Vorrichtung kann auch mehrere

Temperatursensoren, insbesondere an den vorgenannten Positionen aufweisen.

Auslesen des Temperatursensors oder der Temperatursensoren ausgebildet. Die wenigstens eine erste Steuervorrichtung ist zum Ansteuern der ersten

Reaktionsmittelzuführung und/oder einer Mindestens optionalen zweiten

Reaktionsmittelzuführung und/oder der Hilfsbrennvorrichtung in Abhängigkeit der von dem Temperatursensor erfassten Temperatur ausgebildet. Hierdurch ist eine gezielte

Zugabe eines Brennstoffs möglich, wodurch wiederum eine exakte Anpassung der

Temperatur an das gewünschte Temperaturfenster möglich ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Reaktionsmittelzuführung für eine Zuführung mit einem Druck von 0,5 bar bis 5 bar ausgelegt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist benachbart zur erste

Reaktionsmittelzuführung eine erste Wasserzuführung angeordnet. Die

Wassereindüsung durch die Wasserzuführung kann zur gezielten Temperatureinstellung genutzt werden, um das Temperaturniveau für die Schadstoffminimierung optimal einzustellen. Die Wasserzuführung dient üblicherweise nicht nur zur Zuführung von

Wasser, üblicherweise werden wässrige Lösungen, insbesondere Prozessabwässer, verwendet, welche zusätzlich weitere Stoffe aufweisen können. Vorzugsweise ist der

Brennwert der weiteren Stoffe nicht so hoch, dass dadurch der Kühleffekt, welcher durch die Verdunstung des Wassers entsteht, kompensiert wird. So können beispielsweise wässrige Lösungen mit einem Anteil organischer Verbindungen hier eingesetzt werden, da die organischen Verbindungen bei den herrschenden Bedingungen sicher umgesetzt werden.

Auslesen des Temperatursensors oder der Temperatursensoren ausgebildet. Die thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 8/12 wenigstens eine erste Steuervorrichtung ist zum Ansteuern der Wasserzuführung in

Abhängigkeit der von dem Temperatursensor erfassten Temperatur ausgebildet.

Hierdurch ist eine gezielte Anpassung der Temperatur an das gewünschte

Temperaturfenster möglich.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Verweilzeitvorrichtung eine

Lange auf, sodass die Verweilzeit in der Verweilzeitvorrichtung zwischen 0,5 s und 10 s, insbesondere zwischen 1s und 5s, besonders bevorzugt von 1,5s bis 2,5 s, liegt.

Hierdurch wird ein geeignetes Fenster zwischen ausreichend Reaktionszeit sowie

Wärmeverlust und Strômungswiderstand erreicht.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Calcinator und dem

Materialkühler eine Reduktionsvorrichtung angeordnet. Eine Reduktionsvorrichtung dient zur Behandlung des thermisch behandelten Materials in einer reduzierenden Atmosphare insbesondere zur Farboptimierung. Zur Bildung der reduzierenden Atmosphäre können beispielsweise Gase, Feststoffe und/oder Flüssigkeiten eingesetzt werden, die beispielsweise Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid oder dergleichen oder entsprechende Verbindungen hieraus, beispielsweise Methan oder Ammoniak oder

Mischungen hieraus sowie zusätzlich auch Inertgase, insbesondere Stickstoff, aufweisen. Die reduzierende Atmosphäre kann auch durch eine unterstöchiometrische

Verbrennung (Unterschuss an Sauerstoff) erzeugt werden. Beispielsweise kann dadurch

Fe zu Fe" reduziert werden, was eine Farbreduktion des Produkts und damit eine erhöhte Marktakzeptanz zur Folge hat.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Verweilzeitvorrichtung einen

Katalysator auf. Der Katalysator ist beispielsweise ein Platin-Rhodium-Katalysator, welcher für die Umsetzung von NO, und NH; zu Stickstoff geeignet ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Verweilzeitvorrichtung wenigstens eine Umlenkung auf. Alternativ oder zusätzlich weist die

Verweilzeitvorrichtung Strömungseinbauten zur Gasmischung auf. Insbesondere kann die Verweilzeitvorrichtung schwanenhalsförmig ausgeführt sein. Neben der kompakten thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 9/12 räumlichen Anordnung führen die Umlenkungen zu einer Durchmischung. Zusätzlich können hierdurch auch Hôhenunterschiede ausgeglichen werden, was eine kompakte

Bauweise begünstigt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Verweilzeitvorrichtung wenigstens eine zweite Reaktionsmittelzuführung auf. Die wenigstens zweite

Reaktionsmittelzuführung ist zwischen der Brennkammer und der Verweilzeitvorrichtung oder an der Verweilzeitvorrichtung angeordnet und bevorzugt mit einer optionalen

Steuereinrichtung verbunden. In einem ersten Fall sind die erste

Reaktionsmittelzuführung und die wenigstens zweite Reaktionsmittelzuführung zur

Zuführung des gleichen Reaktionsmittels ausgebildet. Beispielsweise können beide zur

Zuführung von Ammoniak ausgebildet sein. Insbesondere sind somit die erste

Reaktionsmittelzuführung und die wenigstens zweite Reaktionsmittelzuführung zueinander beabstandet. Dadurch kann die Konzentration, beispielsweise des

Ammoniaks zum NO,-Abbau, konstanter gehalten werden. In einem zweiten Fall dient die erste Reaktionsmittelzuführung zur Zuführung eines ersten Reaktionsmittels, beispielsweise NH; für den NO,Abbau, und die wenigstens zweite

Reaktionsmittelzuführung zur Zuführung von wenigstens eines zweiten Reaktionsmittels, beispielsweise O, oder Luft fur den C,H,-Abbau.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen SCR-

Reaktor auf, wobei der SCR-Reaktor im Gasstrom hinter dem Vorwärmer angeordnet ist.

Der SCR-Reaktor kann insbesondere als Backup-Lôsung verwendet werden. Solange die erfindungsgemäße NO,-Minderung ausreichend ist, wird der SCR-Reaktor beispielsweise nicht betrieben und damit die notwendige Energie eingespart.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen Bypass auf, wobei der Bypass zwischen der Brennkammer und dem Calcinator angeordnet ist. Der

Bypass ist stromungstechnisch parallel zur Verweilzeitvorrichtung angeordnet. Somit wird ein erster Teilstrom durch die Verweilzeitvorrichtung geführt und ein zweiter Teilstrom wird durch den Bypass gefuhrt. Hierdurch ist eine optimale Ausnutzung der zulassigen

Emissionen möglich.

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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäfen Vorrichtung. Die Temperatur wird in der Verweilzeitvorrichtung zwischen 750 °C und 1300 °C gewählt. Insbesondere wird die Temperatur in der

Verweilzeitvorrichtung zwischen 800 °C und 1100 °C, besonders bevorzugt zwischen 900 °C und 1050 °C, gewählt.

IN einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine thermische Behandlung von mineralischem Material, inspesondere Tonen oder tonartigen Substanzen.

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 Vorrichtung

In Fig. 1ist eine beispielhafte Vorrichtung schematisch dargestellt. Das zu behandelnde

Material , zum Beispiel ein Ton, wird über eine Materialzuführung 110 dem Vorwärmer zugeführt, vorgewärmt in den Calcinator 20 eingebracht, dort thermisch behandelt.

Vom Calcinator 20 das Material in eine optionale Reduktionsvorrichtung 100, wird dort insbesondere farboptimiert und gelangt in den Materialkühler 30, aus dem dann das fertige Produkt Uber eine Produktentnahme 120 entnommen wird. Im Gegenstrom wird das Gas Uber eine Gaszufuhr 130 zunächst in den Materialkühler 30 geführt und dort durch das abzukühlende Produkt erwärmt. Das erwärmte Gas gelangt in die

Brennkammer 40. Dort wird beispielsweise ein Ersatzbrennstoff, zum Beispiel Mull, verbrannt. Bei der Verbrennung können alleine aufgrund der Temperatur und der

Anwesenheit von Stickstoff und Sauerstoff Stickoxide entstehen. Brennkammer (40) und

Verweilzeitvorrichtung (50) sind bevorzugt mit Temperatursensoren ausgestattet. Des

Weiteren sind die Gase beim Verlassen der Brennkammer 40 am heißesten, sodass sich dieser Zeitpunkt ideal eignet, um die Stickoxide wieder zu zersetzen. Um Schwankungen im Brennwert des Sekundärbrennstoffes auszugleichen, weist die Vorrichtung eine

Hilfsbrennvorrichtung 60 (optional mehrere Hilfsbrennvorrichtungen 60) auf, welche beispielsweise mit Gas, flüssigem Brennstoff oder Kohlestaub betrieben wird und damit thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 11/12 in der Lage ist, zuverlässig die Temperatur einzustellen. Zusätzlich weist die Anlage eine

Wasserzuführung 62 auf, mit welcher Wasser zugeführt und damit die Temperatur in einfacher Weise gesenkt werden kann. Durch die Kombination aus Hilfsbrennvorrichtung 60 und Wasserzuführung 62 ergibt sich somit die Möglichkeit einer besonders gezielten

Temperatureinstellung. Zusätzlich wird über eine erste Reaktionsmittelzuführung 70 eine

Ammoniaklôsung eingedüst. Dadurch kann in der Verweilzeitvorrichtung 50 eine

Reaktion zwischen NO, und NH; bei beispielsweise 1000 °C stattfinden. Um die

Umsetzung vollständig zu machen und nicht einen Überschuss an Ammoniak zu erzeugen (und so eine neue Schadstoffquelle einzuführen), weist die Vorrichtung noch eine zweite Reaktionsmittelzuführung 72 auf, in der an einer späteren Stelle in der

Verweilzeitvorrichtung 50 erneut Ammoniaklôsung eingedüst wird. Zusätzlich sind in der

Verweilzeitvorrichtung ein NO,-Analysator 80 und ein NHz-Analysator (82) angeordnet.

Zusätzlich sind nach dem Vorwärmer ein NO,-Analysator 80 und ein NH>-Analysator (82) angeordnet. Die NO,-Analysatoren 80 und die NHz-Analysatoren (82) sind mit einer ersten Steuervorrichtung 90 verbunden, die in Abhängigkeit des vom NO,-Analysator 80 erfassten NO,-Gehalt und des vom NHs-Analysator erfassten NH,;-Gehalt sowie des über

Temperatursensoren erfassten Temperaturniveaus die Eindüsung von Ammoniaklôsung durch die erste Reaktionsmittelzuführung 70 und die zweite Reaktionsmittelzuführung 72 regelt. Von dort gelangt das warme Gas, aber von NO, befreit und mit nur geringen

Gehalten an NH, in den Calcinator 20. Der Calcinator kann bei gewissen Produkten beispielsweise bei 750 °C betrieben werden, was wiederum zu gering wäre, um NO, innerhalb des Calcinators 20 umzusetzen. Vom Calcinator 20 wird das Gas in den

Vorwärmer 10 geführt, wo dieses seine Wärme an das zugeführte Material abgibt. Das

Abgas des Vorwärmers 1Owird dann über einen Gasablass 140 abgegeben und kann beispielsweise einer weiteren Behandlung, beispielsweise zur Entstaubung, zugeführt werden.

Bezugszeichen

Vorwärmer

Calcinator

Materialkühler

Brennkammer thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 12/12

Verweilzeitvorrichtung 60 Hilfsbrennvorrichtung 62 Wasserzuführung 70 erste Reaktionsmittelzuführung 72 zweite Reaktionsmittelzuführung 80 NO,-Analysator 82 NHz-Analysator 90 Steuervorrichtung 100 Reduktionsvorrichtung 110 Materialzuführung 120 Produktentnahme 130 Gaszufuhr 140 Gasablass

Claims

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 1/4 Patentanspriiche

1. Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mineralischen Materialien, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Vorwarmer (10), einen Calcinator (20) und einen Materialkühler (30) aufweist, wobei ein Feststoffstrom in den Vorwärmer (10), vom Vorwärmer (10) in den Calcinator (20), vom Calcinator (20) in den Materialkühler (30) und aus dem Materialkühler (30) heraus geführt wird, wobei ein Gasstrom in den Materialkühler (30), vom Materialkühler (30) in den Calcinator (20), vom Calcinator (20) in den Vorwärmer (10) und aus dem Vorwärmer (10) heraus geführt wird, wobei die Vorrichtung eine Brennkammer (40) aufweist, wobei der Gasstrom aus dem Materialkühler (30) zumindest teilweise durch die Brennkammer (40) in den Calcinator (20) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkammer (40) und dem Calcinator (20) eine Verweilzeitvorrichtung (50) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkammer (40) und der Verweilzeitvorrichtung (50) und/oder in der Verweilzeitvorrichtung (50) eine wenigstens eine Hilfsbrennvorrichtung (60) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkammer (40) und der Verweilzeitvorrichtung (50) eine erste Reaktionsmittelzuführung (70) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die erste Reaktionsmittelzuführung (70) zur Zuführung von Ammoniak, Harnstoff, deren Verbindungen oder Lösungen hieraus ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen ersten NO,-Analysator (80) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 in Kombination mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Steuervorrichtung (90) aufweist, wobei die wenigstens eine erste Steuervorrichtung (90) zum Auslesen thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221313P00LU thyssenkrupp AG LU103008 2/4 des wenigstens eines ersten NO,-Analysators (80) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine erste Steuervorrichtung (90) zum Ansteuern wenigstens einer ersten Reaktionsmittelzuführung (70) in Abhängigkeit von wenigstens einem ersten NO,-Analysators (80) erfassten NO,-Wertes durch Anpassung von Art und/oder Menge und/oder Konzentration des Reaktionsmittels ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Temperatursensor aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 in Kombination mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine erste Steuervorrichtung (90) aufweist, wobei die wenigstens eine erste Steuervorrichtung (90) zum Auslesen des Temperatursensors ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine erste Steuervorrichtung (90) zum Ansteuern wenigstens einer ersten Reaktionsmittelzuführung (70) und/oder wenigstens einer Hilfsbrennvorrichtung (60) und/oder wenigstens einer Wasserzuführung (62) in Abhängigkeit vom Temperatursensors erfassten Temperatur durch Anpassung von Art und/oder Menge und/oder Konzentration des Reaktionsmittels ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen NHz-Analysator aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8 in Kombination mit Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Steuervorrichtung (90) aufweist, wobei die wenigstens eine erste Steuervorrichtung (90) zum Auslesen des wenigstens eines ersten NHz- Analysators (82) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine erste Steuervorrichtung (90) zum Ansteuern von wenigstens einer ersten Reaktionsmittelzuführung (70) in Abhängigkeit von wenigstens einem ersten NHs- Analysators (82) erfassten NHz-Wertes durch Anpassung von Art und/oder Menge und/oder Konzentration des Reaktionsmittels ausgebildet ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmittelzuführung an wenigstens einer Zugabestelle, vorzugsweise wenigstens zwei Zugabestellen, in wenigstens einer Höhen-Ebene, vorzugsweise in wenigstens zwei unterschiedlichen Höhen-Ebenen, angebracht ist/sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reaktionsmittelzuführung (70) für eine Zuführung mit einem Druck von 0,5 bar bis 5 bar ausgelegt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zur erste Reaktionsmittelzuführung (70) wenigstens eine erste Wasserzuführung (62) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeitvorrichtung (50) eine Länge aufweist, sodass die Verweilzeit in der Verweilzeitvorrichtung (50) zwischen 0,5 s und 10 s, insbesondere zwischen 1 s und 5 s, besonders bevorzugt von 1,5 s bis 2,5 s, liegt.

15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Calcinator (20) und dem Materialkühler (30) eine Reduktionsvorrichtung (100) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeitvorrichtung (50) einen Katalysator aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeitvorrichtung (50) wenigstens eine Umlenkung und/oder Strömungseinbauten zur Gasmischung aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeitvorrichtung (50) wenigstens einer zweiten Reaktionsmittelzuführung (72) aufweist, wobei die zweite Reaktionsmittelzuführung (72) zwischen der Brennkammer (40) und der Verweilzeitvorrichtung (50) oder an der Verweilzeitvorrichtung (50) angeordnet ist.

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19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen katalytischen Reaktor aufweist, wobei der katalytische Reaktor im Gasstrom hinter dem Vorwärmer (10) angeordnet ist.

20. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Verweilzeitvorrichtung (50) zwischen 750 °C und 1300 °C gewählt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Verweilzeitvorrichtung (50) zwischen 900 °C und 1050 °C gewählt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Behandlung von Tonen oder tonartigen Substanzen, erfolgt.