WO1990002104A1 - Verfahren zum brennen von karbonatgesteinen auf bestimmten co2-gehalt - Google Patents
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- C04B2/10—Preheating, burning calcining or cooling
- C04B2/12—Preheating, burning calcining or cooling in shaft or vertical furnaces
Definitions
- This invention relates to a method for burning carbonate rocks, in particular from lumpy limestone to hard lime to a certain degree of burning.
- Methods customary today for the provision of such limes primarily include mixing together differently burned limes with known CO 2 contents and - if appropriate - jointly grinding these limes together.
- lime with a very specific degree of firing is required in certain processes in the building materials industry. As long as it is ground lime, this degree of burning can be achieved by mixing soft, hard-fired and unburned lime. However, if lump lime is to be produced with a specific degree of firing, all limestone pieces must be brought to the same degree of firing. The technical requirements for this are still lacking today.
- the method according to the invention allows the desired product to be produced immediately in the furnace system, whereby not readily apparent even to the expert - that
- Process can be carried out in various plants customary today without adversely affecting the material and / or energy balances.
- the method according to the invention for burning carbonate rocks, in particular from lumpy limestone to hard lime to a certain degree of burning in systems with exhaust gas heat recovery, is characterized by
- the exhaust gas can be freed of dust with approx. 20% by volume of CO 2 by means of a filter, cooled to T ⁇ 40 ° C by means of heat exchangers and the condensed portion separated out and compressed to the operating pressure with or without fresh cooling air.
- the exhaust gas is mixed into the cooling air in such a proportion that the mixture has an (XL content of advantageously> 2 vol.%).
- the re-carbonation usually takes place in countercurrent and the lime runs through a temperature range of 600 to 100 ° C.
- Double-shaft lime kilns with internal exhaust gas heat recupera are suitable for carrying out the method according to the invention tion; these contain, in addition to the shafts with preheating zones, combustion zones and cooling zones, in addition to the supply for the fuel and the combustion air supply in the exhaust gas discharge line, - a removal line and therein
- Rotary shaft furnaces preheated and fired and cooled in standing shafts can be used to carry out the process; these systems contain, in addition to the supply for the fuel and the combustion air supply in the exhaust gas discharge line, an extraction line and therein
- the method can also be used for lime kilns of the rotary kiln type, whereby the CO 2 -containing flue gas must be cooled.
- the CO 2 -containing flue gas must be cooled.
- T L1 air outlet temperature from duct 1150 ° C
- T L2 air inlet temperature in cooling zone 50oC
- T K1 Lime inlet temperature in the cooling zone 1200 ° C
- T K2 Lime exit temperature from cooling zone 100oC Lime heat content:
- Cooling air: 0.76 - 0.104 0.66 m 3 / kg
- Figure 1 shows schematically a double-shaft lime kiln with internal exhaust gas heat recovery, which for Execution of the inventive method was converted.
- the necessary amount of high-CO 2 -containing exhaust gas is now removed from the exhaust line 1.8 through the extraction line 1.9.
- the temperature of such gases is usually between 80 and 120 ° C.
- the gases are then freed of dust in filter 1.10 and cooled to temperatures below 40 ° C. in heat exchanger 1.11 using air as the coolant.
- the heated cooling air can be fed into the kiln in the furnace in 1.7.
- the cleaned and cooled CO 2 -containing exhaust gas is now brought to the necessary operating pressure by means of the compressor 1.12, which is driven by the adjustable motor 1.13, and, together with fresh cooling air, is introduced into both shafts as a cooling medium through line 1.15 below.
- FIG. 2 shows, schematically, a rotary-shaft-lime kiln combination system with external exhaust gas heat recuperation, which was converted to carry out the method according to the invention.
- the system has: - the rotary shaft 2.1,
- the necessary amount of high-CO 2 -containing exhaust gas is now removed from the extraction line 2.9.
- the temperature of such gases is usually above 600 ° C.
- the gases are then freed of dust in the special filter 2.10, eg ceramic filter, and in the heat exchanger 2.11, with air as the coolant, cooled to temperatures below 40 ° C.
- the heated cooling air is fed to the combustion zone in the kiln system in 2.7.
- the cleaned and cooled CO 2 -containing exhaust gas is now brought to the necessary operating pressure by means of the compressor 2.12, which is driven by the adjustable motor 2.13, and, together with fresh cooling air, is introduced into both shafts as a cooling medium through line 2.15 below.
- the burnt lime which is cooled in the cooling shaft from temperatures above 700 ° C. to those from 80 to 120 ° C., again absorbs CO 2 in accordance with the method according to the invention.
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Abstract
Das neue Verfahren dient zum Brennen von Karbonatgesteinen, insbesondere von stückigem Kalkgestein zu Hartbrandkalk auf einen bestimmten Brenngrad; dazu sind die folgenden Verfahrensschritte Voraussetzung: entnahme von Abgas, Reinigen, Kühlen und Rekomprimieren desselben, zumischen von derart behandeltem Abgas zum Kühlluftstrom im Gew.-Verhältnis von 0,1 und Kühlen des stückigen Brandkalkes mit dem genannten Gemisch unter kontrollierter, teilweiser Rekarbonatisierung. Das Verfahren kann durchgeführt werden in einer Doppelschacht-Kalkofenanlage mit interner Abgas-Wärmerekuperation; diese ist zusätzlich auszurüsten mit einer Entnahme-Leitung (1.9), mit darin einem Filter (1.10), einem Wärmetauscher (1.11), einem Verdichter (1.12) mit regelbarem Motor (1.13) und einer Zuführleitung (1.14) zur Kühlluftzuführung (1.15), alles mit den notwendigen Mess- und Überwachungsgeräten. Aber auch in analog ausgerüsteten Drehschacht-Kalkofenkombinationsanlagen mit externer Abgas-Wärmerekuperation kann das Verfahren ausgeführt werden.
Description
Verfahren zum Brennen von Karbonatgesteinen auf bestimmten
CO2-Gehalt
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Karbonatgesteinen, insbesondere von stückigem Kalkstein zu Hartbrandkalk auf einen bestimmten Brenngrad.
Derartige Kalke werden, wegen der heute aufkommenden automatisierten Weiterverarbeitung desselben, immer wichtiger.
Heute übliche Verfahren zur Bereitstellung derartiger Kalke umfassen primär das Zusammenmischen von verschieden stark gebrannten Kalken mit bekannten CO2-Gehalten und - gegebenenfalls - das gemeinsame Vermählen dieser Kalke.
Speziell ist hier zu bemerken, dass in gewissen Prozessen der Baumaterial industrie Kalk mit einem ganz bestimmten Brenngrad benötigt wird. Solange es sich um gemahlenen Kalk handelt, kann dieser Brenngrad durch Mischung von weichgebranntem, härtergebranntem und ungebranntem Kalk erreicht werden. Soll nun aber ein Stückkalk mit einem ganz bestimmten Brenngrad hergestellt werden, müssen alle Kalksteinstücke auf denselben Brenngrad gebracht werden. Dazu fehlen bis heute die technischen Voraussetzungen.
Demgegenüber erlaubt es das erfindungsgemässe Verfahren, das gesuchte Produkt gleich in der Ofenanlage zu produzieren, wobei
auch für den Fachmann nicht ohne weiteres ersichtlich - das
Verfahren in verschiedenen heute üblichen Anlagen gefahren werden kann, ohne dass darin die Material und/oder Energiebilanzen ungünstig beeinflusst werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Brennen von Karbonatgesteinen, insbesondere von stückigem Kalkstein zu Hartbrandkalk auf einen bestimmten Brenngrad in Anlagen mit Abgas-Wärmerekuperation ist gekennzeichnet durch
- Entnahme von CO2-haltigem Abgas, Reinigen, Kühlen und
Rekomprimieren desselben,
- Zumischen von derart behandeltem Abgas zum Kühlluftstrom im
Gew. -Verhältnis von > 0,1 und
- Kühlen des stückigen Brandkalkes mit dem genannten Gemisch unter kontrollierter, teilweiser Recarbonatisierung. Beim genannten Verfahren kann das Abgas mit ca. 20 Vol-% CO2 mittels Filter von Stäuben befreit, mittels Wärmetauschern auf T<40ºC abgekühlt und der kondensierte Anteil dabei ausgeschieden und mit oder ohne Frisch-Kühlluft auf den Betriebsdruck komprimiert werden.
Weiter wird das Abgas in einem derartigen Anteil der Kühlluft zugemischt, dass das Gemisch einen (XL-Gehalt von vorteilhafterweise > 2 Vol.-% hat. Die Rekarbonatisierung geschieht üblicherweise im Gegenstrom und der Brandkalk durchläuft dabei einen Temperaturbereich von 600 bis 100°C.
Zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignen sich Doppel schacht-Kalkofenanlagen mit interner Abgas-Wärmerekupera
tion; diese enthalten, neben den Schächten mit Vorwärmezonen, Brennzonen und Kühlzonen, neben der Zuführung für den Brennstoff und der Verbrennungsluftzufuhr in der Abgas-Ableitung, - eine Entnahme-Leitung und darin
- einen Filter,
- einen Wärmetauscher,
- einen Verdichter mit regelbarem Motor und
- eine Zuführleitung zur Kühlluftzuführung,
alles mit den notwendigen Mess und Ueberwachungsgeräten versehen.
Aber auch Drehschacht-Kalkofenkombinationsanlagen mit externer Abgas- Wärmerekuperation, d.h. Anlagen, in denen in liegenden
Drehschachtöfen vorgewärmt und gebrannt und in stehenden Schächten gekühlt wird, können zur Ausführung des Verfahrens verwendet werden; diese Anlagen enthalten, neben der Zuführung für den Brennstoff und der Verbrennungsluftzufuhr in der Abgas- Ableitung, eine Entnahme-Leitung und darin
- einen Filter,
- einen Wärmetauscher,
- einen Verdichter mit regelbarem Motor und
- eine Zufuhrleitung zur Kaltluftzuführung,
alles mit den notwendigen Mess- und Ueberwachungsgeräten versehen. Durch Rückführung eines Teils des CO2-haltigen Abgases aus dem Kalkofen (Entnahme aus dem Abgasstrom, z.B. nach dem Filter), durch eventuell zusätzliche Abkühlung des Teil Stromes in einem Luft/Luft-Wärmetauscher, durch Verdichtung in einem Kompressor und Einleitung in die Kühlzone zusammen mit weiterer Kühlluft kann also gemäss dem hier beschriebenen Verfahren eine Wiederaufnahme
von CO2 dosiert bewerkstelligt werden. Der Brenngrad kann über die Menge des so zudosierten CO2 beliebig eingestellt werden. In einem Doppel schacht-Kalkofen ist dazu ein separater Verdichter (Kompressor) nötig. Der vorher weichgebrannte Kalk nimmt CO2 bei ungefähr 600°C mit guter Reaktionsgeschwindigkeit auf.
Prinzipiell ist die Methode auch bei Kalköfen vom Drehofentyp anwendbar, wobei das CO2-haltige Abgas abgekühlt werden muss. Im Drehofen wird gewöhnlich nur Stückkalk bis maximal 40 mm hergestellt.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun anhand einer entsprechenden Mengen- und Energiebilanz eines Doppel schacht-Kalkbrennofens mit interner Abgas-Wärmerekuperation und anhand der Beschreibung zweier in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellter Ofenanlagen näher erläutert:
1. Wärmebilanz für Kühlzone am Kalkschachtofen mit Rauchgasrückführung
.1. Notwendige Rückgasmenge:
In einem kg Kalk soll 5 % - 0,5 % = 4,5 % zusätzliches CO2 eingebracht werden = 0,045 kg CO2/kg Produkt.
CO2 im Abgas ca. 22 Vol.-% (ɣ = 1,97) = 0,433 kg CO2 /m3 Abgas 0,104 m3 Abgas/kg Produkt
0,045 kg CO2 + 0,0573 kg CaO = 0,102 kg CaCO3
44 : 56 : 100 Wärme pro kg Kalk:
0,0573 .753 = 43,2 kcal/kg Kalk
Wärmeinhalt des Kalkes beim Eintritt in die Kühlzone:
1 kg .0,218 .1200°C = 262 kcal/kg
+ Reaktionswärme
(Cm für CaO bei 1200°C = 0,128 kcal/kg) d.h. würde der Ofen mit einer Kanaltemperatur von 1200ºC betrieben und enthält die Kühlluft soviel CO2, dass sich ca. 4,5 % CO2 im Kalk binden können, so müssen bei der Abkühlung von 1 kg Kalk 305,2 kcal /kg abgeführt werden (auf 0°C).
Es wird die folgende Kühlluftmenge (CO2-haltig) benötigt:
TL1: Luftaustrittstemperatur aus Kanal 1150°C
TL2 : Lufteintrittstemperatur in Kühlzone 50ºC
TK1 : Kalkeintrittstemperatur in Kühlzone 1200°C
TK2 : Kalkaustrittstemperatur aus Kühlzone 100ºC
Wärmeinhalt des Kalkes:
0,21 . (TK1 - TK2) .1 kg = 231 kcal/kg
+ Reaktionswärme
Nötige Luftmenge:
274,2 kcal = 0,33 . (TL1 - TL2) m3 L = 0,76 m3/kg Kalk
.3. Auslegedaten des Rauchgasrückführungsgebläses (220 t/d Ofen)
Kühlluft: 0,76 - 0,104 = 0,66 m3/kg
0,66 . 10000 = 6600 m3/h
Auslegedaten um 20 % höher = 7920 m3/h Kühlluft.
2. Beschreibung der Figuren
.1. Die Figur 1 stellt schematisch eine Doppel schacht-Kalkofenanlage mit interner Abgas-Wärmerekuperation dar, welche zur
Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens umgerüstet wurde.
Wie üblich weist die Anlage auf:
- die Schächte 1.1 und 1.2, wobei in diesen zu unterscheiden ist zwischen Vorwärmzone 1.3, eigentlicher Brennzone 1.4 und Kühlzone (oder Kühlkanal) 1.5; - die Zuführungsvorrichtung für den Brennstoff 1.6;
- die Brennluftzufuhrleitung 1.7, wobei die letzten beiden Anlageteile nur für den Schacht 1.1 eingezeichnet sind, und - die Abgasleitung 1.8, nur für Schacht 1.2 angegeben.
Der Abgasleitung 1.8 wird nun durch die Entnahmeleitung 1.9 die notwendige Menge hoch-CO2-haltiges Abgas entnommen. Die Temperatur derartiger Gase liegt normalerweise zwischen 80 und 120°C. Die Gase werden anschliessend im Filter 1.10 von Staub befreit und im Wärmetauscher 1.11, mit Luft als Kühlmittel, auf Temperaturen von unter 40°C abgekühlt. Die dabei erwärmte Kühlluft kann in 1.7 der Brennzone in der Ofenanlage zugeführt werden. Das gereinigte und abgekühlte CO2-haltige Abgas wird nun mittels des Kompressors 1.12, welcher durch den regulierbaren Motor 1.13 angetrieben wird, auf den notwendigen Betriebsdruck gebracht und, zusammen mit FrischKühlluft, durch die Leitung 1.15 unten in beide Schächte als Kühlmedium eingeführt.
Mit strich-punktierten Linien sind übrigens in der Figur 1 auch die Kalksteinzuführung und die Brennkalkentnahme angedeutet. Der gebrannte Kalk, welcher in den Kühlzonen 1.3 beider
Schächte von Temperaturen über 700°C auf solche von 80 bis
120°C abgekühlt wird, nimmt dabei gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wieder CO2 auf. Die Menge des wieder aufgenommenen CO2 hängt primär ab vom CO2-Partialdruck im Kühlgas und von den verfahrenstechnischen Parametern wie Massengeschwindigkeiten, Temperaturprofilen usw.
.2. Die Figur 2 stellt, schematisch, eine Dreh-Schacht-Kalkofenkombinationsanläge mit externer Abgas-Wärmerekuperation dar, welche zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens umgerüstet wurde.
Wie üblich weist die Anlage auf: - den Drehschacht 2.1,
- den Kühlschacht 2.2, wobei beim ersten zu unterscheiden ist zwischen Vorwärmzone 2.3 und eigentlicher Brennzone 2.4 - die Zuführungsvorrichtung für den Brennstoff 2.6,
- die Brennluftzufuhrleitung 2.7, wobei die letzten beiden Anlageteile nur für den Schacht 2.1 gelten, und - die Abgasleitung 2.8.
Der Abgasleitung 2.8 wird nun durch die Entnahmeleitung 2.9 die notwendige Menge hoch-CO2-haltiges Abgas entnomnen. Die Temperatur derartiger Gase liegt normalerweise über 600°C. Die Gase werden anschliessend im Spezialfilter 2.10, z.B. Keramikfilter, von Staub befreit und im Wärmetauscher 2.11, mit Luft als Kühlmittel, auf Temperaturen von unter 40°C abgekühlt. Die dabei erwärmte Kühlluft wird in 2.7 der Brennzone in der Ofenanlage zugeführt. Das gereinigte und
abgekühlte CO2-haltige Abgas wird nun mittels des Kompressors 2.12, welcher durch den regulierbaren Motor 2.13 angetrieben wird, auf den notwendigen Betriebsdruck gebracht und, zusammen mit Frisch-Kühlluft, durch die Leitung 2.15 unten in beide Schächte als Kühlmedium eingeführt.
Mit strich-punktierten Linien sind übrigens in der Figur 2 auch die Kalksteinzuführung und die entnähme angedeutet. Der gebrannte Kalk, welcher im Kühlschacht von Temperaturen über 700°C auf solche von 80 bis 120°C abgekühlt wird, nimmt dabei gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wieder CO2 auf.
Die Menge des wieder aufgenommenen CO2 hängt prmär ab vom
CO2-Partialdruck im Kühlgas und von den verfahrenstechnischen Parametern wie Massengeschwindigkeiten, Temperaturprofilen usw.
Claims
1. Verfahren zum Brennen von Karbonatgesteinen, insbesondere von
stückigem Kalkstein, auf bestimmten CO2-Gehalt in Anlagen mit Abgas-Wärmerekuperation, gekennzeichnet durch
- Entnahme von CO2-haltigem Abgas, Reinigen, Kühlen und
Rekomprimieren desselben,
- Zumischen von derart behandel tem Abgas zum Kühlluftstrom im
Gew. -Verhältnis von > 0,1 und
- Kühlen des stückigen Brandkalkes mit dem genannten Gemisch unter kontrollierter, teilweiser Rekarbonatisierung.
2. Verfahren gemäss Patentanspruchl, dadurch weiter gekennzeichnet, dass das Abgas mit ea.20 Vol-% CO2 mittels Filter von Stäuben befreit wird, mittels Wärmetauschern auf T<40°C abgekühlt und der kondensierte Anteil dabei ausgeschieden wird und mit oder ohne Frisch-Kühlluft auf den Betriebsdruck komprimiert wird.
3. Verfahren gemäss Patentanspruch 1 oder 2, dadurch weiter gekennzeichnet, dass das Abgas in einem derartigen Anteil der Kühlluft zugemischt wird, dass das Gemisch einen CO2-Gehalt von
> 2 Vol.-% hat.
4. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch weiter gekennzeichnet, dass die Rekarbonatisierung im Gegenstrom geschieht und dass der Brandkalk dabei einen Temperaturbereich von 600 bis 100°C durchläuft.
5. Doppel schacht-Kalkofenanlage mit interner Abgas-Wärmerekuperation zur Ausführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch 1 b.u.m. 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage, neben den Schächten (1.1) und (1.2) mit Vorwärmezonen (1.3), Brennzonen (1.4) und Kühlzonen (1.5), neben der Zuführung für Brennstoff (1.6) und der Verbrennungsluftzufuhr (1.7) in der Abgas-Ableitung (1.8), - eine Entnahme-Leitung (1.9) enthält, die,
- einen Filter (1.10),
- einen Wärmetauscher (1.11),
- einen Verdichter (1.12) mit regelbarem Motor (1.13) und
- eine Zuführleitung (1.14) zur Kühlluftzuführung (1.15),
alles mit den notwendigen Mess und Ueberwachungsgeräten versehen, aufweist.
6. Drehschacht-Kalkofenkombinationsanlage mit externer Abgas-Wärmerekuperation zur Ausführung des Verfahrens gemäss den Patentansprüchen 1 b.u.m. 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage, neben dem Dreh-Brennofen (2.1) und dem Kühlschacht (2.2), neben der Zuführung für den Brennstoff (2.6) und der Verbrennungsluftzufuhr (2.7) in der Abgas-Ableitung (2.8),
- eine Entnahme-Leitung (2.9) enthält, die
- einen Filter (2.10),
- einen Wärmetauscher (2.11),
- einen Verdichter (2.12) mit regelbarem Motor (2.13) und
- eine Zufuhrleitung (2.14) zur Kaltluftzuführung (2.15), alles mit den notwendigen Mess und Ueberwachungsgeräten versehen, aufweist.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| CH3101/88-5 | 1988-08-19 | ||
| CH310188 | 1988-08-19 |
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|---|---|
| WO1990002104A1 true WO1990002104A1 (de) | 1990-03-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO1990002104A1 (de) |
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| DE19637320A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Zement |
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