WO2013083546A1 - Verfahren zur herstellung eines mineralischen feststoffs - Google Patents

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WO2013083546A1
WO2013083546A1 PCT/EP2012/074322 EP2012074322W WO2013083546A1 WO 2013083546 A1 WO2013083546 A1 WO 2013083546A1 EP 2012074322 W EP2012074322 W EP 2012074322W WO 2013083546 A1 WO2013083546 A1 WO 2013083546A1
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separated solid
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Joseph Biermann
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Voith Patent GmbH
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    • D21H19/40—Coatings with pigments characterised by the pigments siliceous, e.g. clays

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a mineral solid from a raw material containing calcium and kaolin and is thermally treated in a combustion process at a temperature between 600 and 850 ° C, preferably between 700 and 780 ° C.
  • Such a process is known from WO 96/06057, which describes a process for the production of a pozzolanic and hydraulic solid from sludges, as obtained in waste paper processing and papermaking.
  • the sludges contain calcium and kaolin and are thermally treated at 720-850 ° C in a fluidized bed.
  • the fiber remains burn and the mineral material is converted into CaO or Ca (OH) 2 , CaCO3 and metakaolin.
  • the solid thus produced has a high reactivity with water, whereby it sets and solidifies. This makes it very suitable as a replacement for cement. For applications in which the reactivity with water and the associated setting are not desirable, this method and the solid thus prepared are not suitable.
  • the problem is that mineral solids that have been treated at a lower temperature show a high reactivity with water and that those that have been treated at higher temperatures have larger particles and, above all, a larger proportion of hard, abrasive particles.
  • the object of the invention is now to further develop the process in question so that the solid produced no or only one having low reactivity with water without the need for a higher temperature in the combustion process and without the undesirable too large or too hard, abrasive particles.
  • the object is achieved by the method according to claim 1.
  • the thermally treated solid is separated by means of a filter unit from a gas flow which has left the combustion process, and the separated solid flows through a CO 2 -containing hot gas, which has a CO 2 content of at least 5 vol.% on the dry gas, and a temperature between 70 and 500 ° C has.
  • the temperature of the gas is between 200 and 400 ° C.
  • the raw material may preferably be sludge from paper or board production, in particular from stock preparation during the recycling of waste paper, for example so-called DIP or deinking sludge.
  • These sludges contain calcium and kaolin from the filler and the coating pigments together with fiber residues, ink residues and paper processing polymers.
  • the calcium is mainly present as CaCO 3 .
  • the solids content of the aqueous slurry is in the range of about 50%, of which 1/4 to 8/10 is mineral content.
  • the non-mineral residues burn.
  • CaO or Ca (OH) 2 , CaCO 3 and metakaolin are present in the thermally treated solid.
  • the solid is discharged with the gas flow.
  • solid is meant a powdered, granular material.
  • the solids-laden gas flow can be performed by one or more heat recovery steam generator and heat exchanger, for example, for combustion air preheating. Boiler and heat exchanger can be spatially connected to the vortex chamber directly be affiliated or stand separately.
  • the loading of the gas flow with solid is in the range of 100 g / kg flue gas.
  • the solid is separated completely or partially, preferably to a large extent, from the gas flow.
  • the filter unit can be designed, for example, as a hose filter unit, a membrane filter unit or an electrostatic filter unit.
  • the separated solid particles accumulate in a region of the filter unit, for example by falling into a lower region of the filter unit after cleaning the filter surfaces. From there, the solid is usually further transported to a product container in which the solid is stored.
  • the filter unit can also be designed as a cyclone separator or a battery of cyclone separators.
  • the combustion process is carried out in a fluidized bed, wherein the temperature in the fluidized bed between 600 and 850 ° C, preferably between 700 and 780 ° C.
  • the temperature in the fluidized bed between 600 and 850 ° C, preferably between 700 and 780 ° C.
  • An advantageous embodiment of the method uses as CO2-containing, hot gas flue gas combustion and especially flue gas, which comes from the combustion process for thermal treatment. Since this is already conveniently available in the system and meets the conditions mentioned.
  • the separated solid is traversed in the filter unit with the CO2-containing, hot gas.
  • the gas is introduced specifically in the area in which collects the separated solid after cleaning the filter surfaces.
  • a separate from the filter unit reaction space is provided, in which the separated solid is traversed by the CO2-containing, hot gas.
  • the reaction space is arranged in the process after the filter unit and in front of a product container in which the product can be stored.
  • the reaction space can be for example a container, a hopper for intermediate storage, a vortex chamber, a fluidized bed chamber or even a tube reactor.
  • the inventive embodiment of the method may also include a step for separating the solid particles by size classes, for example in a device for air classification. This can be used as a gas for air classification preferably, CO2-containing, hot gas, in particular flue gas, can be used, so that the desired reactions proceed even more completely.
  • the particles of the separated solid can be comminuted or deagglomerated with the aid of a device for impact comminution.
  • a device for impact comminution preferably CO2-containing, hot gas, in particular flue gas, can be used as gas for the impact comminution.
  • Facilities for impact comminution are also referred to as jet or air jet mills. The solid particles are accelerated in a gas jet so that they meet each other at high speed and are crushed by the shocks.
  • the solid produced according to the invention After the solid produced according to the invention is no longer reactive with water and no longer solidifies in water, it can be suspended after passing through with the hot gas containing CO2 in water or in an aqueous solution. So it can be stored and promoted easier.
  • the solid produced according to the invention can be advantageously used as a filler or coating pigment for paper or board production. Due to the low reactivity with water, the solid can be stored both as a powder and as a suspension in water, as a so-called slurry.
  • the use includes both the use as a filler which is added to the fiber suspension for the production of paper or board webs, as well as the use as a pigment in the coating color, which is used for the coating of paper or board webs. Particularly in newsprint, other graphic papers, packaging paper or paperboard, filler is used to increase opacity or to save fibers.
  • a further advantageous use of a solid produced according to the invention is as a sorbent for the incorporation of metals which are present in the gaseous phase.
  • the solid is, for example, introduced into the flue gas of a combustion plant, in particular a coal-fired incinerator, and sorptively binds heavy metals present there, so that they are separated from the flue gas.
  • the solid produced according to the invention can be used as a pozzolanic material, i. as an improvement additive in concrete or cement processing.
  • Pozzolanic means that the material reacts and sets in the presence of water and alkali hydroxide.
  • FIG. 1 shows a plant in which the thermally treated solid 1 1 in a product container 7, which is designed for example as a silo, with flue gas 24, which was branched off from the process flows through.
  • the raw material 10 for example deinking sludge from a paper mill, is fed to a combustion chamber 1 boiler via a compactor 2, which may be a screw conveyor.
  • the combustion process is preferably carried out in a fluidized bed.
  • the sludge may already be pre-dried before it is fed as raw material.
  • the boiler 1 has a combustion chamber in which the raw material is burned or thermally treated.
  • the raw material In case of a Fluidized bed is fluidized by means of the combustion air 31 and / or further air supply, the raw material. During the thermal treatment, care must be taken that the temperature is kept in the range between 600 and 850 ° C, preferably between 700 and 780 ° C. In the case of a fluidized bed, the temperatures for the fluidized bed apply.
  • Fine solid particles are discharged from the combustion chamber with the combustion flue gas.
  • the solids-laden gas stream may be passed through a waste heat boiler connected to the combustion chamber where steam 30 is produced for power generation.
  • a waste heat boiler connected to the combustion chamber where steam 30 is produced for power generation.
  • various overheating stages and possibly air heat exchangers can be provided in or after the boiler.
  • Coarser particles which remain in the fluidized bed during execution with a fluidized bed combustion, can after some time be discharged from the fluidized bed, passed through a comminution stage or a grinding and subsequently returned to the fluidized bed.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Feststoffs aus einem Rohmaterial, das Calcium und Kaolin enthält und in einem Verbrennungsprozess bei einer Temperatur zwischen 600 und 850°C, bevorzugt zwischen 700 und 780°C, thermisch behandelt wird, und wobei thermisch behandelter Feststoff mit Hilfe einer Filtereinheit aus einer Gasströmung, die die Wirbelschicht verlässt, abgetrennt wird, und der abgetrennte Feststoff mit einem CO2-haltigen, heißen Gas durchströmt wird,

Description

Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Feststoffs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Feststoffs aus einem Rohmaterial, das Calcium und Kaolin enthält und in einem Verbrennungsprozess bei einer Temperatur zwischen 600 und 850°C, bevorzugt zwischen 700 und 780°C, thermisch behandelt wird.
Bekannt ist ein solches Verfahren aus der WO 96/06057, die ein Verfahren zur Herstellung eines puzzolanischen und hydraulischen Feststoffs aus Schlämmen, wie sie bei der Altpapierverarbeitung und Papierherstellung anfallen, beschreibt. Die Schlämme enthalten Calcium und Kaolin und werden hierbei in einer Wirbelschicht thermisch bei 720-850°C behandelt. Die Faserreste verbrennen und das mineralische Material wird in CaO bzw. Ca(OH)2, CaCO3 und Metakaolin umgewandelt. Der so hergestellte Feststoff weist eine hohe Reaktivität mit Wasser auf, wobei er dabei abbindet und fest wird. Dadurch ist er sehr gut als Ersatz für Zement geeignet. Für Einsatzzwecke, bei denen die Reaktivität mit Wasser und das damit einhergehende Abbinden nicht erwünscht sind, sind dieses Verfahren und der damit hergestellte Feststoff nicht geeignet.
Es ist bekannt, dass die Reaktivität mit Wasser verschwindet, wenn die thermische Behandlung bzw. Verbrennung bei weit über 850°C erfolgt. Allerdings werden dadurch auch noch weitere Eigenschaften des Feststoffs verändert, wie z.B. die Korngrößenverteilung, die Oberflächenstruktur oder die Zusammensetzung aufgrund weiterer Reaktionen mit Silikaten.
Problematisch ist, dass mineralische Feststoffe, die bei niedrigerer Temperatur behandelt wurden, eine hohe Reaktivität mit Wasser zeigen und dass solche, die mit höherer Temperatur behandelt wurden, größere Partikel und vor allem einen größeren Anteil harter, abrasiver Partikel aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, das betreffende Verfahren so weiterzuentwickeln, dass der hergestellte Feststoff keine oder nur noch eine geringe Reaktivität mit Wasser aufweist, ohne dass eine höhere Temperatur im Verbrennungsprozess angewendet werden muss und ohne das unerwünschte zu große oder zu harte, abrasive Partikel entstehen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Der thermisch behandelte Feststoff wird dabei mit Hilfe einer Filtereinheit aus einer Gasströmung, die den Verbrennungsprozess verlassen hat, abgetrennt und der abgetrennte Feststoff mit einem CO2-haltigen, heißen Gas durchströmt, welches einen CO2-Gehalt von mindestens 5 Vol.%, bezogen auf das trockene Gas, und eine Temperatur zwischen 70 und 500°C aufweist. Bevorzugt ist die Temperatur des Gases zwischen 200 und 400°C.
Das Rohmaterial kann bevorzugt Schlamm aus der Papier- oder Kartonherstellung sein, insbesondere aus der Stoffaufbereitung bei der Wiederverwertung von Altpapier, z.B. sogenannter DIP- oder Deinking-Schlamm. Diese Schlämme enthalten Calcium und Kaolin aus dem Füllstoff und den Streichpigmenten zusammen mit Faserresten, Druckfarbenresten und Polymeren aus der Papierverarbeitung. Das Calcium liegt vor allem als CaCO3 vor. Der Feststoffgehalt der wässrigen Schlämme ist im Bereich von etwa 50 %, wovon 1/4 bis 8/10 mineralischer Anteil sind. Bei der thermischen Behandlung verbrennen die nicht-mineralischen Reststoffe. Im thermisch behandelten Feststoff liegt CaO bzw. Ca(OH)2, CaCO3 und Metakaolin vor. Im Gegensatz zur bekannten Schlamm-Verbrennung bei Temperaturen von deutlich über 850°C reagiert es in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht oder kaum weiter zu den unerwünschten Ca-Al-Slicaten, wie beispielsweise Gehlenit oder Anorthit, welche sehr hart und abrasiv sind.
Nach der thermischen Behandlung in dem Verbrennungsprozess wird der Feststoff mit der Gasströmung ausgetragen. Unter Feststoff wird ein pulverförmiges, körniges Material verstanden. Die feststoffbeladene Gasströmung kann durch einen oder mehrere Abhitzekessel zur Dampferzeugung und durch Wärmetauscher beispielsweise zur Verbrennungsluftvorwärmung geführt werden. Kessel und Wärmetauscher können räumlich mit der Wirbelkammer direkt zusammengeschlossen sein oder separat stehen. Die Beladung der Gasströmung mit Feststoff ist im Bereich von 100 g/kg Rauchgas.
In einer Filtereinheit wird der Feststoff ganz oder teilweise, bevorzugt zu einem großen Teil, aus der Gasströmung abgetrennt. Die Filtereinheit kann beispielsweise als eine Schlauchfiltereinheit, eine Membranfiltereinheit oder eine Elektrofiltereinheit ausgeführt sein. Die abgetrennten Feststoff-Partikel sammeln sich in einem Bereich der Filtereinheit an, zum Beispiel in dem sie nach dem Abreinigen der Filterflächen in einen unteren Bereich der Filtereinheit fallen. Von dort wird der Feststoff üblicherweise weitertransportiert zu einem Produktbehälter, in dem der Feststoff bevorratet wird. Die Filtereinheit kann auch als Zyklonabscheider oder eine Batterie von Zyklonabscheidern ausgeführt sein.
Damit der Feststoff möglichst wenig mit Wasser reagieren kann und nicht verfestigt, muss der CaO- bzw. Ca(OH)2-Anteil stark reduziert werden. Dadurch, dass der thermisch behandelte Feststoff nach dem Abtrennen mit einem Gas mit mindestens 5 Vol.% CO2, bezogen auf das trockene Gas, und einer Temperatur zwischen 100 und 500°C durchströmt wird, wird das Gleichgewicht von CaO bzw. Ca(OH)2 hin zu CaCO3 verschoben und somit das gewünschte Ergebnis nämlich eine Carbonatisierung des Calciums erreicht. Die Reaktionsgleichungen für die Carbonatisierung sind vereinfacht:
CaO + CO2 CaCO3 bzw. Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
Während der Durchströmung liegt der Feststoff als trockenes oder leicht feuchtes Pulver vor, er ist nicht in Wasser suspendiert. Das Verfahren ist daher ein sogenanntes trockenes Behandlungsverfahren und kein nasschemisches Verfahren. Um diese Gas-Feststoff-Reaktionen in ausreichendem Maße zu erreichen, sind lange Kontakt- bzw. Verweilzeiten im Bereich von mehreren Stunden notwendig. Obwohl die Verweilzeit zum Beispiel im Produktbehälter bzw. im Silo lang ist im Vergleich zur Verweilzeit im Verfahren, würde allerdings auch dies unter normalen Bedingungen für die angestrebten Gas-Feststoff-Reaktionen nicht ausreichen. Aus der Fachliteratur (z.B. K.van Baien, D.van Gemert: Modeling lime mortar carbonation, Materials and Structures, Vol.27, Number 7, 1994, p.393- 398) ist nämlich bekannt, dass diese Reaktionen selbst nach 5 Stunden unter normalen Bedingungen noch nicht abgeschlossen sind.
Es wurde aber herausgefunden, dass die Umsetzung von CaO in CaCO3 im abgetrennten Feststoff bei Kontakt mit dem CO2-haltigen Gas überraschenderweise beschleunigt wird, wenn die thermische Behandlung des Rohmaterials bei niedrigeren Temperaturen im Verbrennungsprozess erfolgte. Das ist ganz besonders der Fall, wenn die Temperatur im Bereich zwischen 700 und 780°C gehalten wird. Als weiterer Vorteil ergibt sich durch die thermische Behandlung bei niedrigen Temperaturen ein geringerer CaO-Gehalt im Feststoff nach der thermischen Behandlung. Erst der reduzierte CaO-Gehalt und die herausgefundene erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit im Feststoff ermöglichen es nun, im nachfolgenden Prozessschritt das CaO mit technisch aktzeptablen Verweilzeiten in einer Gas-Feststoff-Reaktion zu CaCO3 weiter umzusetzen.
Besonders bevorzugt wird der Verbrennungsprozess in einer Wirbelschicht ausgeführt, wobei die Temperatur im Wirbelbett zwischen 600 und 850°C, bevorzugt zwischen 700 und 780°C liegt. Noch verbessert wird das Ergebnis, wenn das CO2-haltige, heiße Gas einen CO2- Gehalt zwischen 10 und 30 Vol.%, bezogen auf das trockene Gas, aufweist.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens benutzt als CO2-haltiges, heißes Gas Rauchgas einer Verbrennung und insbesondere Rauchgas, das aus dem Verbrennungsprozess zur thermischen Behandlung stammt. Da dies in der Anlage bereits günstig zur Verfügung steht und die genannten Bedingungen erfüllt.
Es hat sich auch gezeigt, dass insbesondere ein Wassergehalt von bis zu 50 Vol.% im CO2-haltigen, heißen Gas, die gewünschte Reaktion noch weiter beschleunigt, besonders bevorzugt wird der Bereich 10 bis 50 Vol.% Wassergehalt. Um einen intensiven Kontakt zu erzielen, aber gleichzeitig keinen Austrag von kleineren Partikeln zu verursachen, ist es von Vorteil das Gewichtsverhältnis von abgetrenntem Feststoff zu heißem Gas bei der Durchströmung größer als 500 g/kg, bevorzugt größer als 1 kg/kg, zu halten.
In einer bevorzugten Ausführung wird der abgetrennte Feststoff in der Filtereinheit mit dem CO2-haltigen, heißen Gas durchströmt. Beispielweise indem das Gas gezielt in den Bereich eingeleitet wird, in welchem sich der abgetrennte Feststoff nach der Abreinigung der Filterflächen sammelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist ein von der Filtereinheit getrennter Reaktionsraum vorgesehen, in dem der abgetrennte Feststoff mit dem CO2- haltigen, heißen Gas durchströmt wird. Der Reaktionsraum ist im Verfahren nach der Filtereinheit und vor einem Produktbehälter, in dem das Produkt bevorratet werden kann, angeordnet. Der Reaktionsraum kann beispielsweise ein Behälter, ein Trichter zur Zwischenspeicherung, eine Wirbelkammer, eine Fließbettkammer oder auch ein Rohrreaktor sein.
Meist wird der abgetrennte Feststoff nach der Filtereinheit pneumatisch, das heißt mit Druckluft durch die Rohrleitung zu einem Produktbehälter, zum Beispiel einem Silo, gefördert. Um eine lange Kontaktzeit zu erreichen, kann der abgetrennte Feststoff anstatt mit Luft mit dem CO2-haltigen, heißen Gas pneumatisch gefördert werden. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der abgetrennte Feststoff in einem Produktbehälter, beispielsweise in einem Silo oder Vorratsbehälter, mit dem CO2- haltigen, heißen Gas durchströmt wird. Hier ist eine relativ lange Verweilzeit möglich, so dass eine ausreichende Reaktion erfolgen kann. Die erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens kann auch einen Schritt zur Trennung der Feststoffpartikel nach Größenklassen aufweisen, beispielsweise in einer Einrichtung zum Windsichten. Hierbei kann als Gas zum Windsichten bevorzugt CO2-haltiges, heißes Gas, insbesondere Rauchgas, verwendet werden, so dass die gewünschten Reaktionen noch vollständiger ablaufen.
Weiterhin können die Partikel des abgetrennten Feststoffs mit Hilfe einer Einrichtung zur Prallströmzerkleinerung zerkleinert oder deagglomeriert werden. Auch hierbei kann bevorzugt CO2-haltiges, heißes Gas, insbesondere Rauchgas, als Gas für die Prallströmzerkleinerung verwendet werden. Einrichtungen zur Prallströmzerkleinerung werden auch als Strahl- oder Luftstrahlmühlen bezeichnet. Die Feststoffpartikel werden in einem Gasstrahl so beschleunigt, dass sie sich mit hoher Geschwindigkeit gegenseitig treffen und durch die Stöße zerkleinert werden.
Nachdem der erfindungsgemäß hergestellte Feststoff nicht mehr reaktiv mit Wasser ist und in Wasser nicht mehr verfestigt, kann er nach der Durchströmung mit dem CO2-haltigen, heißen Gas in Wasser oder in einer wässrigen Lösung suspendiert werden. So kann er einfacher gelagert und gefördert werden.
Alle diese genannten Maßnahmen können gemäß der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen angewandt werden.
Der erfindungsgemäß hergestellte Feststoff kann vorteilhaft als Füllstoff oder Streichpigment zur Papier- oder Kartonherstellung verwendet werden. Aufgrund der geringen Reaktivität mit Wasser kann der Feststoff sowohl als Pulver als auch als Suspension in Wasser, als sogenannte Slurry, zwischengelagert werden. Die Verwendung schließt sowohl den Einsatz als Füllstoff, welcher zur Fasersuspension für die Herstellung von Papier- oder Kartonbahnen zugegeben wird, ein, als auch den Einsatz als Pigment in der Streichfarbe, welche für die Beschichtung von Papier- oder Kartonbahnen verwendet wird. Insbesondere bei Zeitungsdruckpapier, anderen grafischen Papieren, Verpackungspapier oder Karton wird Füllstoff zur Erhöhung der Opazität oder zur Einsparung von Fasern eingesetzt. Eine weitere vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Feststoffs ist die als Sorptionsmittel für die Einbindung von Metallen, die in der gasförmigen Phase vorliegen. Der Feststoff wird dazu beispielsweise in das Rauchgas einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer kohlegefeuerten Verbrennungsanlage, eingebracht und bindet dort vorliegende Schwermetalle sorptiv, so dass sie aus dem Rauchgas abgetrennt werden.
Weiterhin kann der erfindungsgemäß hergestellte Feststoff als puzzolanisches Material eingesetzt werden, d.h. als Verbesserungszusatz in der Beton- oder Zementverarbeitung. Puzzolanisch bedeutet, dass das Material in Anwesenheit von Wasser und Alkalihydroxid reagiert und abbindet.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Sie zeigen
in Fig.1 eine beispielhafte Anlage für das erfindungsgemäße Verfahren in Fig.2 eine weitere Anlage für das erfindungsgemäße Verfahren
in Fig.3 noch eine Anlage für das erfindungsgemäße Verfahren
in Fig.4 noch eine weitere Ausführung einer Anlage für das
erfindungsgemäße Verfahren
Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Die genannten Ausführungsformen können jeweils auch untereinander und auch in Einzelteilen kombiniert werden. Das Verfahren wird anhand der Anlagen beschrieben. Fig.1 zeigt eine Anlage bei der der thermisch behandelte Feststoff 1 1 in einem Produktbehälter 7, der z.B. als Silo ausgeführt ist, mit Rauchgas 24, das aus dem Prozess abgezweigt wurde, durchströmt wird. Das Rohmaterial 10, beispielsweise Deinking-Schlamm aus einer Papierfabrik, wird über einen Kompaktierer 2, der als Förderschnecke ausgebildet sein kann, einem Kessel mit Verbrennungskammer 1 zugeführt. Der Verbrennungsprozess wird bevorzugt in einer Wirbelschicht ausgeführt. Der Schlamm kann unter Umständen bereits vorgetrocknet sein, bevor er als Rohmaterial eingespeist wird. Der Kessel 1 hat eine Verbrennungskammer, in der das Rohmaterial verbrannt bzw. thermisch behandelt wird. Im Falle einer Wirbelschicht wird mit Hilfe der Verbrennungsluft 31 und/oder weiterer Luftzuführung das Rohmaterial fluidisiert. Bei der thermischen Behandlung ist darauf zu achten, dass die Temperatur im Bereich zwischen 600 und 850°C, bevorzugt zwischen 700 und 780°C, gehalten wird. Im Falle einer Wirbelschicht gelten die Temperaturen für das Wirbelbett.
Feine Feststoffpartikel werden mit dem Rauchgas der Verbrennung aus der Verbrennungskammer ausgetragen. Die feststoff-beladene Gasströmung kann durch einen an die Verbrennungskammer angeschlossenen Abhitzekessel geführt werden, in dem Dampf 30 zur Energieerzeugung produziert wird. Selbstverständlich können im oder nach dem Kessel verschiedene Überhitzungsstufen und gegebenenfalls Luftwärmetauscher vorgesehen sein.
Gröbere Partikel, die bei Ausführung mit einer Wirbelschichtverbrennung in der Wirbelschicht verbleiben, können nach einiger Zeit aus der Wirbelschicht ausgeschleust, über eine Zerkleinerungsstufe oder eine Mahlung gefahren und anschließend der Wirbelschicht wieder zugeführt werden.
Nach dem Kessel und eventuellen Zwischenaggregaten wird das Rauchgas mit Feststoff 20 eine Filtereinheit 4 zugeführt, in der der Feststoff ganz oder teilweise, bevorzugt zum überwiegenden Teil, aus der Gasströmung abgetrennt wird. Dargestellt ist ein Schlauchfilter mit mehreren Filtergeweben. Denkbar sind aber auch andere Filtertypen oder Staubabscheideeinrichtungen. Nach dem Abreinigen der Filterflächen, beim Schlauchfilter erfolgt dies über Vibration oder kurzzeitiges Zurückblasen des Rauchgases oder Pulsieren des Rauchgases oder Anschlagen, fällt der Feststoff in einen darunter angeordneten Trichter. Über eine Zellradschleuse 3, die eine Abdichtung gegenüber der Gasströmung ermöglicht, wird der abgetrennte Feststoff 1 1 mithilfe einer Fördereinrichtung 2.1 , beispielsweise einer Förderschnecke, weitertransportiert und über eine pneumatische Förderung einem Produktbehälter 7, z.B. einem Silo zugeführt. Nicht dargestellt sind eventuell vorhandene Zwischenbehälter und weitere Trichter. Die pneumatische Förderung erfolgt mithilfe eines Gebläses 6, welches Transportluft 33 in die Rohrleitung bläst. Rauchgas 24 aus der Verbrennung im Kessel mit Verbrennungskammer 1 wird in den Produktbehälter eingeblasen und durchströmt den dort gelagerten Feststoff, um die gewünschte Reaktion von CaO bzw. Ca(OH)2 zu CaCO3 zu erreichen. Die Verweilzeit kann im Produktbehälter 7 so lange gewählt werden, dass die Reaktionen ausreichend ablaufen können. Aufgrund der thermischen Behandlung bei niedrigen Temperaturen wird eine erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit für diese normalerweise sehr langsamen Gas-Feststoff-Reaktionen erreicht. Das Rauchgas 24 zur Durchströmung des Feststoffs kann beispielsweise direkt nach dem Kessel 1 , vor oder nach der Filtereinheit 4 oder nach einem Rauchgasgebläse 5 oder an einer anderen Stelle entnommen werden. Es kann auch eine Mischung aus mehreren Gasströmen sein. Das Rauchgas aus dem Verbrennungsprozess bzw. aus der Wirbelschichtverbrennung hat insbesondere einen CO2-Gehalt im Bereich von 12 Vol. % bezogen auf das trockene Gas und einen Wassergehalt von circa 30 Vol.%. Die Temperatur liegt zwischen 100 und 400°C. Nach der Durchströmung wird das Rauchgas 25 in den Abluftkanal der Anlage geführt. Erfindungsgemäß kann ebenso auch das Rauchgas einer anderen Verbrennung oder ein anderes CO2-haltiges, heißes Gas zur Durchströmung verwendet werden. Der Feststoff 13 nach der Carbonatisierung ist nicht mehr reaktiv mit Wasser, d.h. er bindet mit Wasser nicht mehr ab. Dadurch kann er beispielsweise als Füllstoff oder Streichpigment in der Papierherstellung verwendet werden. Der Feststoff 13 nach der Carbonatisierung kann auch als Suspension in Wasser gelagert oder transportiert werden.
Die in Fig.2 dargestellte Anlage ist ähnlich zu der in Fig.1 . Sie unterscheidet sich darin, dass der abgetrennte Feststoff 1 1 vor dem Zuführen zum Produktbehälter 7 in einem Gas-Feststoff-Reaktor 8 von Rauchgas 24 durchströmt wird, um die Carbonatisierung zu erreichen. Die gezeigte pneumatische Förderung mithilfe des Gebläses 6 könnte auch nach dem Gas-Feststoff-Reaktor 8 angeordnet sein oder ganz entfallen. Der carbonatisierte Feststoff 12 wird dem Produktbehälter 7 zugeführt.
Die Anlage gemäß Fig.3 ist ebenfalls ähnlich zu den zuvor beschriebenen Anlagen. Anstatt oder zusätzlich zur Durchströmung des Feststoffs im Produktbehälter 7 oder im Gas-Feststoff-Reaktor 8 wird der abgetrennte Feststoff 1 1 mit Rauchgas pneumatisch gefördert. Auch hierbei wird der Feststoff vom Rauchgas durchströmt. Die Carbonatisierungsreaktionen laufen dann in der Rohrleitung ab, hier dargestellt als Transportrohr 9, welches allerdings nicht zwingend gerade ausgeführt sein muss. Der carbonatisierte Feststoff 12 wird wiederum dem Produktbehälter 7 zugeführt.
In Fig.4 ist noch eine ähnliche Anlage dargestellt. Der Unterschied zu den vorgenannten Anlagen besteht darin, dass der abgetrennte Feststoff 1 1 noch in der Filtereinheit 4 von Rauchgas 24 durchströmt wird. Dazu wird das Rauchgas 24 im unteren Bereich der Filtereinheit 4, wo sich der abgetrennte Feststoff in einem trichterförmigen Bereich ansammelt, zugeführt. Danach wird der carbonatisierte Feststoff über eine Zellradschleuse 3 und weitere Fördereinrichtungen (2.1 , 6) zum Produktbehälter 7 transportiert.
Bezugszeichenliste
1 Kessel mit Verbrennungskammer zur thermischen
Behandlung
2 Kompaktierer/Fördereinrichtung
2.1 . Fördereinrichtung
3 Zellradschleuse
4 Filtereinheit
5 Rauchgasgebläse
6 Gebläse
7 Produktbehälter
8 Gas-Feststoff-Reaktor
9 Transportrohr
10 Rohmaterial
1 1 Feststoff nach Abtrennung
12 Feststoff nach Carbonatisierung
13 Feststoff nach Carbonatisierung
20 Rauchgas mit Feststoff
22 Rauchgas nach Filtereinheit
23 Rauchgas nach Anlage
24 Rauchgasabzweigung zur Feststoff-Durchströmung
25 Rauchgas nach Feststoff-Durchströmung 30 Dampf zur Energieerzeugung oder Weiternutzung
31 Verbrennungsluft
33 Transportluft

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Feststoffs (12,13) aus einem Rohmaterial (10), das Calcium und Kaolin enthält und in einem Verbrennungsprozess bei einer Temperatur zwischen 600 und 850°C, bevorzugt zwischen 700 und 780°C, thermisch behandelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der thermisch behandelte Feststoff mit Hilfe einer Filtereinheit (4) aus einer Gasströmung (20), die den Verbrennungsprozess verlassen hat, abgetrennt wird und dass der abgetrennte Feststoff (1 1 ) mit einem CO2-haltigen, heißen Gas (24) durchströmt wird, welches einen CO2-Gehalt von mindestens 5 Vol.%, bezogen auf das trockene Gas, und eine Temperatur zwischen 70 und 500°C aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verbrennungsprozess in einer Wirbelschicht ausgeführt wird und die Temperatur im Wirbelbett zwischen 600 und 850°C, bevorzugt zwischen 700 und 780°C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
dass das CO2-haltige, heiße Gas (24) einen CO2-Gehalt zwischen 10 und 30 Vol.%, bezogen auf das trockene Gas, aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass das CO2-haltige, heiße Gas (24) Rauchgas einer Verbrennung ist, und insbesondere aus dem Verbrennungsprozess der thermischen Behandlung stammt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass das CO2-haltige, heiße Gas (24) einen Wassergehalt von 10 bis 50 Vol.%, bezogen auf das trockene Gas, hat.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gewichtsverhältnis von abgetrenntem Feststoff (1 1 ) zu CO2-haltigem, heißem Gas (24) bei der Durchströmung größer als 500 g/kg, bevorzugt größer als 1 kg/kg ist.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der abgetrennte Feststoff (1 1 ) in der Filtereinheit (4) mit dem CO2-haltigen, heißen Gas (24) durchströmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der abgetrennte Feststoff (1 1 ) in einem Reaktionsraum (8,9), der im Verfahren zwischen Filtereinheit und einem Produktbehälter angeordnet ist, mit dem CO2-haltigen, heißen Gas (24) durchströmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der abgetrennte Feststoff mit dem CO2-haltigen, heißen Gas pneumatisch gefördert wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der abgetrennte Feststoff (1 1 ) in einem Produktbehälter (7) mit dem CO2- haltigen, heißen Gas (24) durchströmt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass der abgetrennte Feststoff (1 1 ) mit Hilfe einer Einrichtung zum Windsichten nach Größenklassen getrennt wird, wobei bevorzugt CO2-haltiges, heißes Gas (24), insbesondere Rauchgas, als Gas zum Windsichten verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der abgetrennte Feststoff (1 1 ) mit Hilfe einer Einrichtung zur Prallströmzerkleinerung in seinen Partikeln zerkleinert oder deagglomeriert wird, wobei bevorzugt CO2-haltiges, heißes Gas (24), insbesondere Rauchgas, als Gas für die Prallströmzerkleinerung verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der abgetrennte Feststoff (1 1 ) nach der Durchströmung mit dem CO2- haltigen, heißen Gas (249 in Wasser oder in einer wässrigen Lösung suspendiert wird.
14. Verwendung eines mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten Feststoffs (12,13) als Füllstoff oder Streichpigment zur Papier- oder Kartonherstellung.
15. Verwendung eines mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten Feststoffs (12.13) als Sorptionsmittel für die Einbindung von Metallen, die in der gasförmigen Phase vorliegen.
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