LU103014B1

LU103014B1 - Ausschließliche Verwendung von Ersatzbrennstoffen zur thermischen Behandlung mineralischer Stoffe, insbesondere von Tonen

Info

Publication number: LU103014B1
Application number: LU103014A
Authority: LU
Inventors: Christina Priesemann; Karl Lampe; Claudia Berger
Original assignee: Thyssenkrupp Ind Solutions Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur thermischen Behandlung eines mineralischen Stoffes, wobei die Anlage eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 aufweist, wobei die Anlage eine Brennkammer 20 aufweist, wobei die Brennkammer 20 zur Überführung der Brenngase mit der Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 verbunden ist, wobei die Brennkammer 20 einen Feststoffaustrag aufweist, wobei die Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 eine Brennstoffzufuhrvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffaustrag der Brennkammer 20 mit einer mit einer Zerkleinerungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Zerkleinerungsvorrichtung mit der Brennstoffzufuhrvorrichtung verbunden ist.

Description

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 1/13

Ausschließliche Verwendung von Ersatzbrennstoffen zur thermischen

Behandlung mineralischer Stoffe, insbesondere von Tonen

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur thermischen Behandlung von mineralischen

Stoffen, beispielsweise und insbesondere Ton und Puzzolane aus künstlichen oder natürlichen Gesteinen, beispielsweise und insbesondere aus Siliziumdioxid, Tonerde,

Kalkstein, Eisenoxid und alkalischen Stoffen, aluminium- und/oder silizium-haltige

Reststoffe aus der Metallverarbeitung, Keramik- und/oder Papierindustrie oder Bagger- und Hafenschlämme beispielsweise zur Herstellung von künstlichen Puzzolanen, als

Ersatzstoff für die Herstellung von Zement, wobei vollständig auf Ersatzbrennstoffe zurückgegriffen werden kann und keine zusätzlichen fossilen Brennstoffe nötig sind.

Die Verwendung von Ersatzbrennstoffen zur Minderung von CO,-Emissionen ist bekannt und inzwischen in vielen Bereichen weit verbreitet. Ersatzbrennstoff weisen jedoch oft schwankende Eigenschaften, insbesondere Brennwerte auf. Außerdem weisen einige

Brennstoffe einen hohen Feuchtegehalt auf, sodass diese von sich aus oftmals nicht selbst zündfähig sind. Außerdem führt der unterschiedliche Feuchtegehalt zu einem unterschiedlichen Energiebedarf für die Verdampfung des Wassers, was ebenfalls die

Temperatur beeinflusst. Des Weiteren variiert bei Ersatzbrennstoffen auch die

PartikelgröRe. Kleine Partikel brennen schneller und können einfacher vollständig verbrennen, größere Partikel brennen langsamer und gegebenenfalls nicht vollständig.

Daher hat auch die Partikelgröße einen Einfluss auf die Temperatur. Daher werden in mit

Ersatzbrennstoffen befeuerten Anlagen oft Zusatzbrenner für schnell regelbare fossile

Brennstoff eingesetzt, um die Schwankungen im Brennwert (Brennwert fast hier und im

Folgenden insbesondere alle vorgenannten EinflussgröRen auf die Temperatur zusammen) und die daraus resultierenden Temperaturschwankungen auszugleichen.

Weiter ist es bei einigen energieintensiven thermischen Behandlungsprozessen vorteilhaft wenigstens ein Teil der Verbrennung und damit der Energieerzeugung direkt am Ort der thermischen Behandlung zu haben. Der Eintrag von fossilen Brennstoffen ist besser dosier- und dispergierbar, sodass sich eine homogenere Verteilung und eine bessere Interaktion mit den zu behandelnden Materialien ergibt. Hierfür werden bevorzugt Gas oder Kohlestaub eingesetzt. Somit werden heutzutage oftmals nur 60 bis thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 2/13 80 % des Brennstoffs in Form von Ersatzbrennstoff verwendet, 20 bis 40 % sind dennoch fossile Brennstoffe.

Aus der DE 10 2012 013 877 A1 ist ein Verfahren zur Behandlung von Biomasse als

Brennstoff in einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker bekannt, in welcher die

Biomasse durch die Abgase eines Wärmetauschers der Anlage zunächst vorgetrocknet wird und wobei ein Verkohlen der Biomasse in einem Reaktor erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der eine ausschließliche Verwendung von Ersatzbrennstoffen möglich wird und damit gänzlich auf fossile Brennstoffe verzichtet werden kann.

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

Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden

Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Die erfindungsgemäße Anlage dient zur thermischen Behandlung eines mineralischen

Stoffes. Beispiel für eine solche thermische Behandlung kann beispielsweise und insbesondere die thermische Behandlung von Ton und tonartigen Materialien zur

Erzeugung puzzolanischer Stoffe sein. Die Anlage weist eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung auf. Diese kann als Aktivator bezeichnet werden.

Beispielsweise und insbesondere kann diese als Flugstrom-Calcinator ausgeführt sein.

Üblicherweise ist vor der Vorrichtung zur thermischen Behandlung ein Vorwärmer angeordnet. Der WVorwärmer besteht oftmals aus einer Kaskade von

Gleichstromwärmetauschern mit einem Abscheidezyklon. Weiter sind der Vorrichtung zur thermischen Behandlung optional eine Reduktionsvorrichtung zur Farboptimierung des

Produkts und üblicherweise wenigstens ein Produktkühler nachgeschaltet, um die

Wärme zurück in den Prozess zu führen. Der Produktkühler kann auch mehrstufig ausgebildet sein. Die Anlage weist eine Brennkammer auf. In der Brennkammer wird ein

Brennstoff verbrannt, um die thermische Energie für die thermische Behandlung bereitzustellen. Dazu ist die Brennkammer zur Überführung der in der Brennkammer erzeugten Brenngase mit der Vorrichtung zur thermischen Behandlung verbunden.

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Weiter weist die Brennkammer einen Feststoffaustrag auf. Über den Feststoffaustrag werden feste Reststoffe, die bei der Verbrennung nicht zu gasförmigen Produkten umgesetzt werden, ausgetragen. Der Feststoffaustrag erfolgt bevorzugt durch Abwurf über eine Schurre und eine daran anschließende Austragsvorrichtung, kann aber auch direkt mechanisch, beispielsweise mit einer Schnecke oder einem Schieber, erfolgen.

Der Feststoffaustrag kann auch mit Hilfe eines Gasstromes pneumatisch oder fluidisierend erfolgen. Die Vorrichtung zur thermischen Behandlung weist wenigstens eine Brennstoffzufuhrvorrichtung auf. Die Vorrichtung zur thermischen Behandlung kann auch zwei oder mehr Brennstoffzufuhrvorrichtungen aufweisen, insbesondere an verschiedenen Orten. Über die Brennstoffzufuhrvorrichtung wird ein Brennstoff direkt der

Vorrichtung zur thermischen Behandlung zugeführt. Die Vorrichtung zur thermischen

Behandlung kann beispielsweise eine Reaktionszone und eine Behandlungszone aufweisen. In diesem Fall erfolgt die Zufuhr des Brennstoffs durch die

Brennstoffzufuhrvorrichtung in die Reaktionszone. Dadurch kann zum einen die

Temperatur in der Behandlungszone konstanter gehalten werden, da die thermische

Behandlung vor allem in der Reaktionszone dem Gasstrom üblicherweise Energie entzieht und dieser dadurch abkühlt. Zum anderen kann dadurch die Temperatur im

Inneren der Vorrichtung zur thermischen Behandlung gezielter und schneller gesteuert werden. Heutzutage werden in der Brennkammer oft Ersatzbrennstoffe eingesetzt, welche einen schwankenden Brennwert (einschließlich Feuchte, PartikelgrôBe und weiterer Einflussgrößen) aufweisen, wodurch es zu Temperaturschwankungen kommt.

Um diese auszugleichen wird beispielsweise Kohlenstaub direkt in die Vorrichtung zur thermischen Behandlung eingebracht, um gezielt die Schwankungen auszugleichen und so die Temperatur gezielt zu steuern, insbesondere konstant zu halten.

Erfindungsgemäß ist der Feststoffaustrag der Brennkammer mit einer

Zerkleinerungsvorrichtung verbunden. Der aus der Brennkammer ausgetragene brennbare Feststoff (oder brennwerthaltige Feststoff), welcher insbesondere heizwerthaltige und teilpyrolysierte Bestandteile enthält, wird somit zerkleinert. In der

Zerkleinerungsvorrichtung wird der aus der Brennkammer ausgetragene Feststoff zerkleinert. Ohne eine vorherige Kühlung ist die Verwendung eines Brechers zur

Zerkleinerung bevorzugt. Dieser brennbare Feststoff stellt wiederum einen thermisch verwertbaren aufbereiteten brennbaren Feststoff dar, der ähnlich wie Kohlenstaub thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 4/13 eingesetzt werden kann. Daher ist die Zerkleinerungsvorrichtung direkt oder bevorzugt indirekt Uber eine Lagervorrichtung mit der Brennstoffzufuhrvorrichtung verbunden.

Dadurch wird es möglich tatsächlich auf fossile Brennstoffe vollständig zu verzichten. Der hierfür notwendige hochkalorisch Brennstoff wird somit im Prozess selber hergestellt.

Als Zerkleinerungsvorrichtung kann eine Mühe oder ein Brecher verwendet werden. Da das teilpyrolisierte Material oftmals sehr spröde und porös ist, kann auch mit einem

Brecher oft eine ausreichende Zerkleinerung in technisch sehr einfacher Wiese erreicht werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Feststoffaustrag der

Brennkammer mit einer Kühlvorrichtung verbunden. Der aus der Brennkammer ausgetragene brennbare Feststoff (oder brennwerthaltige Feststoff), welcher insbesondere heizwerthaltige und teilpyrolysierte Bestandteile enthält, wird somit gekühlt.

Eine Kühlung verhindert eine ungewollte Oxidation, beispielsweise mit dem Sauerstoff der Luft. Die Kühlvorrichtung ist somit zur Kühlung des aus der Brennkammer ausgetragenen brennbare Feststoffs ausgebildet. Die Kühlvorrichtung ist mit der

Zerkleinerungsvorrichtung verbunden. In der Zerkleinerungsvorrichtung wird der aus der

Brennkammer ausgetragene und in der Kühlvorrichtung gekühlte brennbare Feststoff zerkleinert, insbesondere gemahlen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der

Zerkleinerungsvorrichtung und der Brennstoffzufuhrvorrichtung eine Lagervorrichtung angeordnet. Die Lagervorrichtung ermöglicht eine zeitlich gezielte Zugabe des

Zerkleinerten, insbesondere gemahlenen, brennbaren Feststoffs und somit eine gezielte

Steuerung insbesondere in Bezug auf die Temperatur in der Vorrichtung zur thermischen

Behandlung. Damit kann auch gezielt auf Schwankungen im Brennwert des in die

Brennkammer eingebrachten Ersatzbrennstoffs reagiert werden. Des Weiteren kann bei einem Überschuss an zerkleinertem, insbesondere gemahlenem, brennbaren

Feststoffdieser auch anderweitig in einfacher Weise verwendet werden, beispielsweise einer weiteren Anlage zugeführt werden.

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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der

Zerkleinerungsvorrichtung und der Brennstoffzufuhrvorrichtung eine Dosiervorrichtung angeordnet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn nicht nur die

Brennstoffzufuhrvorrichtung, sondern auch weitere Vorrichtungen mit dem zerkleinerten brennbaren Feststoff versorgt werden. Besonders bevorzugt ist diese Ausführungsform, wenn beispielsweise eine weitere Vorrichtung ein Verstromungsaggregat ist, welches leicht mit schwankender Auslastung betrieben werden kann. In diesem Fall wird jeder

Überschuss direkt in das Verstromungsaggregat geführt, sodass für die Anlage selbst immer genau die benötigte Menge an zerkleinertem, brennbaren Feststoff zur Verfügung steht und kein Überschuss prodoziert wird, da dieser immer direkt im

Verstromungsaggregat umgesetzt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kühlvorrichtung eine

Gaskühlung auf. Eine Kühlung mit einem sauerstoffhaltigen Gas weist den Vorteil auf, dass das dort erwärmte Gas leicht in andere Prozesse integriert werden kann und somit die Energie leicht wieder in den Prozess zurückgeführt werden kann. Beispielsweise weist die Kühlvorrichtung eine Verbindung zur Brennkammer zur Überführung des vorgewärmten sauerstoffhaltigen Gases auf. In diesem Beispiel wird Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff als Kühlgas verwendet. Ebenso kann auch ein Gas mit einem verringerten Sauerstoffgehalt, beispielsweise mit nur 5 bis 10 %, verwendet werden. Dieses Gas kann beispielsweise aus dem Gesamtprozess selber stammen.

Vorteil des reduzierten Sauerstoffgehaltes ist, dass eine ungewollte Oxidation des zu kühlenden brennbare Feststoffes vermieden werden kann.

In einer alternativen Ausführungsform wird für die Gaskühlung anstelle des sauerstoffhaltigen Gases ein gasfôrmiges Reduktionsmittel zur Kühlung des teilpyrolysierten Brennstoffes verwendet. Dieses gasférmige Reduktionsmittel kann beispielsweise einer Reduktionsvorrichtung zur Farboptimierung zugefuhrt werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Anlage wenigstens eine der Vorrichtung zur thermischen Behandlung nachgeschaltete Reduktionsvorrichtung auf. In der

Reduktionsvorrichtung werden beispielsweise im Produkt enthaltene Eisenverbindungen von Fell zu Fell mittels eines gasförmigen Reduktionsmittels reduziert, was eine thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 6/13

Farbjustierung von Rot in Richtung Schwarz des Produkts bewirkt. In dieser

Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung eine Verbindung zur Reduktionsvorrichtung zur Überführung des in der Kühlvorrichtung vorgewärmten gasférmigen

Reduktionsmittels auf. In dieser Ausführungsform können als Kühlgas beispielsweisekohlenwasserstoffhaltige, wasserstoffhaltige Gase und/oder CO oder

Gemische dieser Gase sowie Gemsiche dieser Gase insbesondere mit Inertagsen wie zum Beispiel Stickstoff oder Kohlendioxid genutzt werden, welche in der nachgeschalteten Reduktionsvorrichtung als gasförmiges Reduktionsmittel verwendet werden.

Wassereinspritzung auf. Hierdurch ist eine sehr schnelle Abkühlung möglich. Bevorzugt wird der dabei erzeugte Dampf in weiteren Prozessen verwendet, um die Energie zu nutzen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kühlvorrichtung ein

Wärmetauschmedium auf. Die Kühlvorrichtung weist ein Trennelement zur Trennung von

Wärmetauschmedium und ausgetragenem brennbare Feststoff auf. Beispielsweise kann hierbei das Wärmetauschmedium durch einen Rohrmantel fließen und im Inneren des

Rohres wird der aus der Brennkammer ausgetragene brennbare Feststoff beispielsweise mittels einer Schnecke gefördert. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass diese unter starker Reduktion von Luftzutritt erfolgen kann, also eine Oxidation oder gar ein

Abbrennen verhindert wird. In diesem Fall kann die in der Kühlvorrichtung aus das

Wärmetauschmedium übertragene Energie beispielsweise für die Erwärmung eines gasförmigen Reduktionsmittels genutzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Brennkammer eine

Transportvorrichtung für den Brennstoff auf. Durch eine Transportvorrichtung kann die

Verweilzeit des Brennstoffes in der Brennkammer gezielt eingestellt werden. Beispiele für solche Transportvorrichtungen in Brennkammern sind beispielswiese getrennt verschiebbare Streifenelemente, ein umlaufendes Förderband aus Kettenelementen oder auch Schubelemente oder Férderschnecken. Alternativ kann die

Transportvorrichtungen auch pneumatisch oder fluidisierend betrieben werden.

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Beispielsweise kann von unten ein fluidisierendes Gas, vorzugsweise mit

Strömungsrichtung entlang der Förderrichtung zugeführt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine

Hilfsbrennvorrichtung auf. Die Hilfsbrennvorrichtung ist mit der Brennkammer zur

Überführung heißer Brenngase verbunden. Dieses kann beispielsweise für das Anfahren verwendet werden, um die Brennkammer auf eine Starttemperatur zu bringen. Analog kann auch im Regelbetrieb eine Zufeuerung erfolgen, um beispielweise eine ausreichend hohe Zündtemperatur, beispielsweise bei feuchten Ersatzbrennstoffen, sicherzustellen.

Die Hilfsbrennvorrichtung ist mit der Zerkleinerungsvorrichtung verbunden. Dieses kann direkt oder über Lagervorrichtung erfolgen. Dadurch wird der zerkleinerte brennbare

Feststoff der Hilfsbrennvorrichtung zugeführt.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Anlage. Als Brennstoff werden für die Anlage nur Ersatzbrennstoffe eingesetzt. Der Ersatzbrennstoff wird der Brennkammer zugeführt. Durch die

Verwendung des zerkleinerten, insbesondere gemahlenen, aus der Brennkammer ausgetragenen brennbaren Feststoff als weiteren Brennstoff kann auf die Nutzung von fossilen Brennstoffen verzichtet werden und ausschließlich auf Ersatzbrennstoffe zurückgegriffen werden. Stammen die Ersatzbrennstoffe aus regenerativen Quellen, also beispielsweise Biomasse einschließlich Holz, so ist die Verfeuerung CO,-neutral. Da auch aus den Tonen kein oder nur sehr wenig CO, freigesetzt wird, stellt der Prozess eine Möglichkeit zur weiteren Reduktion der Klimaauswirkung in diesem sehr relevanten

Bereich der Zementindustrie dar.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Verbrennung in der

Brennkammer unter oxidierenden Bedingungen durchgeführt. Das bedeutet, dass die die

Brennkammer verlassenden Brenngase noch einen Restsauerstoffgehalt aufweisen. Ziel ist eine stöchiometrische oder leicht überstöchiometrische Verbrennung des eingesetzten

Brennstoffes, wobei ein Teil des Ersatzbrennstoffes pyrolysiert, also praktisch verkohlt.

Dieser Kohlenstoffanteil des brennbaren Feststoffs kann dann nach dem Vermahlen hervorragend als Brennstoff erneut im Prozess eingesetzt werden.

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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als mineralischer Stoff Ton, künstliche oder natürliche Gesteinen, beispielsweise und insbesondere aus

Siliziumdioxid, Tonerde, Kalkstein, Eisenoxid und alkalischen Stoffen, aluminium- und/oder silizium-haltige Reststoffe aus der Metallverarbeitung, Keramik- und/oder

Papierindustrie eingesetzt. Besonders bevorzugt als mineralischer Stoff wird Ton eingesetzt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Ersatzbrennstoff Biomasse, vorzugsweise Holz oder ein Holzprodukt, eingesetzt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der ausgetragene brennbare

Feststoff auf eine flugfähige PartikelgröRe vermahlen. Als flugfähig im Sinne der

Erfindung werden Partikel angesehen, welche kleiner als 500 um, vorzugsweise kleiner als 250 um, héchstvorzugshalber kleiner 100 um sind. Hierdurch ist eine spätere

Einbringung in den Prozess in einfacher Weise möglich. Gleichzeitig ermöglicht es, diesen in bestehenden Anlagen beispielsweise entsprechende Brennvorrichtungen oder

Förderaggregate zum Beispiel für Kohlestaub weiter zu verwenden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der gemahlene und gekühlte brennbare Feststoff zwischengelagert. Die Zwischenlagerung erlaubt zum einen die gezielte Steuerung des Prozesses, um insbesondere die Temperatur gezielt zu steuern.

Zusätzlich kann dieses helfen, Brennwertschwankungen im Ersatzbrennstoff auszugleichen. Zusätzlich kann aus der Zwischenlagerung beispielsweise auch eine

Hilfsbrennvorrichtung mit dem brennbaren Feststoff aus der Zwischenlagerung betrieben werden, um beispielsweise mit der Hilfsbrennvorrichtung vor oder am Eingang der

Brennkammer eine ausreichend hohe Temperatur zur Verbrennung des

Ersatzbrennstoffes einzustellen. Die Zwischenlagerung ermöglicht es, auch die

Stoffströme zwischen den unterschiedlichen Verwendungen unterschiedlich aufzuteilen und so flexibler zu reagieren. Außerdem kann ein bereits vorhandener zwischengelagerter brennbare Feststoff für weitere Anfahrvorgänge eingesetzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Gaszufuhr zur Brennkammer derart geregelt, dass der Sauerstoffgehalt in den Brenngasen zwischen 1 % und 5 %

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 9/13 liegt. Der Prozentanteil wird auf den Volumenanteil im trockenen Gas und bei

Normbedingungen bezogen. Hierdurch wird eine saubere Verbrennung ermöglicht.

Außerdem ist auch eine weitere Verbrennung in der nachgeschalteten Vorrichtung zur thermischen Behandlung möglich, da noch ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Anteil des ausgetragenen brennbaren Feststoffes über die Verweilzeit des Brennstoffs in der Brennkammer eingestellt. Da der Ersatzbrennstoff keine konstante und klar vorhersagbare

Zusammensetzung, Feuchtigkeit und Größe und damit Brennverhalten aufweist, ist eine gezielte Regelung der Verweilzeit vorteilhaft. Diese über den Anteil des ausgetragenen brennbaren Feststoffes, beispielsweise über die Masse des ausgetragenen brennbaren

Feststoffes zu regeln, stellt eine einfache und zielgerichtete Möglichkeit dar, ohne die

Verbrennungsprozesse im Inneren der Brennkammer selber genau kennen zu müssen.

Außerdem kann so sichergestellt werden, dass immer ausreichend zerkleinerter,

Insbesondere gemahlener, brennbarer Feststoff als weiterer Brennstoff zur Verfügung steht. Diese Entkopplung bietet den Vorteil einer konstanten Betriebsweise der thermischen Behandlungseinrichtung.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Gaszufuhr zur Brennkammer einen Sauerstoffgehalt von mindestens 50 % bevorzugt von mindestens 90 %, besonders bevorzugt von mindestens 95 %, auf. Dadurch weist die Abluft am Ende des gesamten

Prozesses hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid auf. Dadurch ist das Kohlendioxid vergleichsweise einfach abtrennbar und kann weiter verwendet oder gelagert werden, um eine zusätzliche Minimierung des CO>-Emission zu erreichen und so gegebenenfalls andere CO,-Emissionen aus anderen Prozessen in einfacher Weise zu kompensieren.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der zerkleinerte, insbesondere gemahlene, brennbare Feststoff mit einem Gasstrom zur Verbrennung der Vorrichtung zur thermischen Behandlung zugeführt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der zerkleinerte, insbesondere gemahlene, brennbare Feststoff der Brennkammer zugeführt. Dieses erfolgt insbesondere in einer Hilfsbrennvorrichtung, welche zur Erzeugung einer ausreichenden thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 10/13

Zündtemperatur für den Ersatzbrennstoff sorgt. Die Hilfsbrennvorrichtung kann auch der

Brennkammer vorgelagert sein, sodass nur heiße Gase aus der Hilfsbrennvorrichtung in die Brennkammer eingebracht werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Regelung der Verweilzeit des

Brennstoffs in der Brennkammer derart, dass dadurch die Temperatur der die

Brennkammer verlassenden Gase geregelt wird und somit die Temperatur in der

Vorrichtung zur thermischen Behandlung. Beispielsweise wird die Verweilzeit erhöht, um eine vollständigere Verbrennung und damit eine höhere Temperatur zu erreichen oder die Verweilzeit wird verkürzt, um eine weniger vollständige Verbrennung und damit eine geringere Temperatur zu erreichen. Als Nebenergebnis wird die Menge an ausgetragenem brennbaren Feststoff verändert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der zerkleinerte brennbare

Feststoff der Reduktionsvorrichtung zugeführt. Hier kann der zerkleinerte brennbare

Feststoff zur Erzeugung einer reduzierenden Atmosphäre genutzt werden.

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anlage anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 erste beispielhafte Ausführungsform

Fig. 2 zweite beispielhafte Ausführungsform

Fig. 3 dritte beispielhafte Ausführungsform

In Fig. 1 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage gezeigt, anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden soll. Der

Materialstrom des thermisch zu behandelnden mineralischen Stoffes, beispielsweise und insbesondere eines Tones, wird in den Vorwärmer 11 eingebracht, vorgewärmt und gelangt vorgewärmt in die Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12. Beispielsweise einen Flugstromcalcinator. Dort erfolgt bei hohen Temperaturen, beispielsweise zwischen 700°C und 1200 °C die thermische Behandlung, insbesondere die Aktivierung des Tones. Anschließend gelangt der Materialstrom in eine Reduktionsvorrichtung 13, wo in einer reduzierenden Atmosphäre, die zum Beispiel Kohlenwasserstoffe,

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Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid aufweist, farbgebende Bestandteile, beispielsweise Fell zu weniger farbigen Substanzen, beispielsweise Fe", umgesetzt werden. Anschließend erfolgt in einem Produktkühler 14 eine Abkühlung des fertigen

Produkts, welches beispielsweise in der Zementindustrie Verwendung findet.

Um die für die Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 notwendige Energie zur

Verfügung zu stellen, weist die Anlage eine Brennkammer 20 auf. Der Brennkammer 20 wird ein Ersatzbrennstoff, beispielsweise Biomasse, zugeführt und in der Brennkammer 20 teilweise verbrannt. Ein Teil des Ersatzbrennstoffes pyrolysiert aber auch nur in der

Brennkammer 20. Der Anteil zwischen Verbrennung und Pyrolyse kann insbesondere über die Aufgabemenge an Ersatzbrennstoff und/oder Transport beziehungsweise

Verweilzeit des Ersatzbrennstoffes durch die Brennkammer 20 eingestellt werden. Je kürzer die Verweilzeit in der Brennkammer 20 ist, umso höher fällt in erster Näherung der

Anteil an pyrolysiertem Material aus. Die heißen Brenngase werden direkt aus der

Brennkammer 20 in die Vorrichtung zur thermischen Behandlung 20 geleitet. Hierzu können die Brennkammer 20 und die Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 direkt aneinander angrenzen, insbesondere ist die Brennkammer 20 seitlich direkt an die

Vorrichtung zur thermischen Behandlung12 angesetzt. Das in der Brennkammer 12 pyrolysierte Material wird aus der Brennkammer 20 ausgetragen und in eine

Kühlvorrichtung 30 überführt. Beispielswiese kann die Kühlvorrichtung 30 eine

Wassereindüsung aufweisen. Hierdurch wird das pyrolysierte Material sehr schnell abgekühlt, sodass eine ungewollte weitere Oxidation schnell verhindert wird. Das abgekühlte Material wird aus dem Produktkühler 30 in die Mühle 40 überführt und dort gemahlen. Das gemahlene Material wird in der Lagervorrichtung 60 gelagert. Aus der

Lagervorrichtung 60 wird ein Teil des pyrolysierten gekühlten und gemahlenen Materials über eine Brennstoffzufuhrvorrichtung in die Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 eingeführt. Hierdurch kann die Temperatur in der Vorrichtung zur thermischen

Behandlung 12 gezielt und einfach gesteuert werden, auch bei einem schwankenden

Brennwert des Ersatzbrennstoffs. Zusätzlich kann auch zweite

Brennstoffzufuhrvorrichtung vorgesehen sein, um beispielsweise an zwei Orten der

Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 Brennstoff zuzuführen und so die

Temperatur über die Länge der Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 konstanter zu halten oder gegebenfalls zu erhöhen. Ebenso kann eine dritte thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 12/13

Brennstoffzufuhrvorrichtung oder noch weitere Brennstoffzufuhrvorrichtungen vorgesehen sein.

Aus der Lagervorrichtung 60 wird ein anderer Teil des pyrolysierten und gemahlenen

Materials in eine Hilfsbrennvorrichtung 60 gebracht, welche für ausreichend hohe

Temperaturen am Eingang der Brennkammer 20 sorgt und so für eine gute Verbrennung des Ersatzbrennstoffes ermöglicht.

Fig. 2 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform, welche zusätzlich zur ersten beispielhaften Ausführungsform zusätzliche aufgezeigte Gasströme aufweist. Das Gas, welches in dem Produktkühler 14 zur Kühlung des Produktes eingesetzt wird, wird vom

Produktkühler zur Brennkammer 20 geführt. Dadurch wird die Wärme in den Prozess zurückgeführt. Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um Luft. Als Gas kann aber auch angereicherter Sauerstoff, beispielsweise mit mindestens 50 %, bevorzugt

Mindestens 90 % Sauerstoff sein. Für die Reduktionsvorrichtung 13 wird jedoch ein anderes Gas benötigt, da hier kein Sauerstoff, sondern reduzierende Komponenten des

Gases benötigt werden. Daher kann dieses reduzierende Gas, welches beispielsweise

Synthesegas ist und somit insbesondere Wasserstoff und Kohlenmonoxid als reduzierende Komponenten aufweist, in der Kühlvorrichtung 30 zur Kühlung des aus der

Brennklammer 20 ausgetragenen brennbare Feststoffes verwendet werden und so vorgewärmt der Reduktionsvorrichtung 13 zugeführt werden.

In Fig. 3 ist eine dritte beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage gezeigt. Diese weist keine Reduktionsvorrichtung 13 auf, sodass der Gasstrom und der

Materialstrom vom Vorwärmer 11 über die Vorrichtung zur thermischen Behandlung 12 und den Produktkühler 14 im Gegenstrom geführt werden. Das der Brennkammer 20 zugeführte Gas wird in der Kühlvorrichtung 30 vorgewärmt.

Bezugszeichen 11 Vorwärmer 12 Vorrichtung zur thermischen Behandlung 13 Reduktionsvorrichtung 14 Produktkühler thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 13/13 20 Brennkammer 30 Kühlvorrichtung 40 Mühle 50 Lagervorrichtung 60 Hilfsbrennvorrichtung

Claims

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 1/3 Patentansprüche

1. Anlage zur thermischen Behandlung eines mineralischen Stoffes, wobei die Anlage eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung (12) aufweist, wobei die Anlage eine Brennkammer (20) aufweist, wobei die Brennkammer (20) zur Überführung der Brenngase mit der Vorrichtung zur thermischen Behandlung (12) verbunden ist, wobei die Brennkammer (20) einen Feststoffaustrag aufweist, wobei die Vorrichtung zur thermischen Behandlung (12) eine Brennstoffzufuhrvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffaustrag der Brennkammer (20) mit einer Zerkleinerungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Zerkleinerungsvorrichtung mit der Brennstoffzufuhrvorrichtung verbunden ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffaustrag der Brennkammer (20) mit einer Kühlvorrichtung (30) verbunden ist, wobei die Kühlvorrichtung (30) zur Kühlung des aus der Brennkammer (20) ausgetragenen brennbare Feststoffs ausgebildet ist, wobei die Kühlvorrichtung (30) mit einer Zerkleinerungsvorrichtung verbunden ist.

3. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zerkleinerungsvorrichtung und der Brennstoffzufuhrvorrichtung eine Lagervorrichtung (50) angeordnet ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (30) eine Gaskühlung aufweist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (30) eine Verbindung zur Brennkammer (20) zur Überführung der vorgewärmten Luft aufweist.

6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine der Vorrichtung zur thermischen Behandlung (12) nachgeschalteten Reduktionsvorrichtung (13) aufweist, wobei die Kühlvorrichtung (30) eine thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221575P00LU thyssenkrupp AG LU103014 2/3 Verbindung zur Reduktionsvorrichtung (13) zur Überführung des vorgewärmten Gases aufweist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (30) eine Wassereinspritzung aufweist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (30) ein Warmetauschmedium aufweist, wobei die Kühlvorrichtung (30) ein Trennelement zur Trennung von Wärmetauschmedium und ausgetragenem brennbare Feststoff aufweist.

9. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (20) eine Transportvorrichtung für den Brennstoff aufweist.

10. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Hilfsbrennvorrichtung (60) aufweist, wobei die Hilfsbrennvorrichtung (60) mit der Brennkammer (20) zur Überführung heißer Brenngase verbunden ist, wobei die Hilfsbrennvorrichtung (60) mit der Zerkleinerungsvorrichtung verbunden ist.

11.Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungsvorrichtung eine Mühle (40) oder ein Brecher, insbesondere eine Mühle (40), ist.

12. Verfahren zum Betreiben einer Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff für die Anlage nur Ersatzbrennstoffe eingesetzt werden und wobei der Ersatzbrennstoff der Brennkammer (20) zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in der Brennkammer (20) unter oxidierenden Bedingungen durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als mineralischer Stoff Ton und/oder tonhaltige Stoffe eingesetzt wird.

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15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Ersatzbrennstoff Holz oder ein Holzprodukt eingesetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgetragene brennbare Feststoff auf eine flugfähige Partikelgröße zerkleinert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte brennbare Feststoff zwischengelagert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr zur Brennkammer (20) derart geregelt wird, dass der Sauerstoffgehalt in den Brenngasen zwischen 1 % und 5 % liegt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des ausgetragenen brennbare Feststoffes über die Zufuhrmenge und Verweilzeit des Brennstoffs in der Brennkammer (20) eingestellt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr zur Brennkammer (20) einen Sauerstoffgehalt von mindestens 50%, bevorzugt von mindestens 90 %, besonders bevorzugt von mindestens 95 %, aufweist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte brennbare Feststoff mit einem Gasstrom zur Verbrennung der Vorrichtung zur thermischen Behandlung (12) zugeführt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte brennbare Feststoff der Brennkammer (20) zugeführt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der zerkleinerte brennbare Feststoff der Reduktionsvorrichtung (13) zugeführt wird.