BE1032932B1

BE1032932B1 - Verfahren zum flexiblen Betreiben einer Kohlendioxidabscheidung in einem Zementwerk

Info

Publication number: BE1032932B1
Application number: BE20245606A
Authority: BE
Inventors: Theodor Beisheim; Karl Lampe; Anna Ivanova Dinkova; Manoj Paneru
Original assignee: thyssenkrupp Polysius GmbH; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2024-09-11
Filing date: 2024-09-11
Publication date: 2026-04-21
Also published as: BE1032932A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur thermischen Behandlung mineralischer Stoffe, wobei die Vorrichtung einen Vorwärmer 10, einen Calcinator 20 und einen Ofen 30 aufweist, wobei der mineralische Stoff anteilig in den Vorwärmer 10 eingebracht wird, vom Vorwärmer 10 in den Calcinator 20 und vom Calcinator 20 in den Ofen 30 geführt wird, wobei der Gasstrom des Ofens 30 am Calcinator 20 vorbei geführt wird, wobei die Vorrichtung eine Sauerstoffquelle 60 aufweist, wobei ein sauerstoffreiches Gas von der Sauerstoffquelle 60 zum Calcinator 20 geführt wird, wobei der Gasstrom vom Calcinator 20 in den Vorwärmer 10 geleitet wird, wobei die Vorrichtung eine Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung 70 aufweist, wobei die Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung 70 gasstromab des Calcinators 20 angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen Ofencalcinator 21 und einen Ofenvorwärmer 11 aufweist, wobei der Gasstrom aus dem Ofen 30 in den Ofencalcinator 21 und aus dem Ofencalcinator 21 in den Ofenvorwärmer 11 geleitet wird, wobei der mineralische Stoff anteilig in den Ofenvorwärmer 11 eingebracht wird, wobei der den Ofenvorwärmer 11 verlassende Feststoffstrom auf den Calcinator 20 und den Ofencalcinator 21 aufgeteilt wird, wobei eine lastabhängige anteilige Rückführung des dem Vorwärmer 10 verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiches Gas zwischen der Sauerstoffquelle 60 und dem Calcinator 20 erfolgt.

Description

Verfahren zum flexiblen Betreiben einer Kohlendioxidabscheidung in einem

Zementwerk

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um die partielle Abscheidung von Kohlendioxid in einem mit einem Oxyfuel-Calcinator nachgerüsteten Zementwerk in Abhängigkeit von der

Verfügbarkeit von regenerativ erzeugtem Strom zu regeln, um im langfristigen Mittel ein

Optimum zu erreichen.

Die Zementindustrie zählt zu den stärksten Emittenten von Kohlendioxid, da aus dem

Kalkstein selbst Kohlendioxid freigesetzt wird. Selbst bei der Verwendung von fossilen

Brennstoffen stammen somit etwa 2/3 des CO2 aus dem Kalkstein und nur etwa 1/3 aus dem Brennstoff. Dieses eröffnet die Möglichkeit bereits mit einer einfachen Nachrüstung im Bereich des Calcinators einen hohen Anteil des CO: in einfacher Wiese abtrennen zu können, da im Calcinator der größte Anteil der Entsäuerung, also der Freisetzung von

Kohlendioxid aus dem Kalkstein erfolgt.

Eine besonders effiziente Methode zur Abtrennung von Kohlendioxid stellt das Oxyfuel-

Verfahren dar. Idealisiert ausgedrückt wird anstelle von Luft reiner Sauerstoff verwendet.

Durch die Verbrennung wird der Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt, zusätzlich kommt Kohlendioxid aus dem Kalkstein dazu. Am Ende besteht das Gas idealisiert und vereinfacht aus Kohlendioxid und Wasserdampf. Dadurch entfällt die sehr aufwändige Abtrennung des Kohlendioxids. Da die Realität leider nicht so idealisiert ist und auch durch den Brennstoff noch weitere Komponenten eingetragen werden können,

Nebenluft nie ganz vermieden werden kann und auch eine vollständige Abtrennung des

Stickstoffs vom Sauerstoff wirtschaftlich nicht sinnvoll ist, erfolgt am Ende eine gegenüber anderen Verfahren jedoch stark vereinfachte Gasreinigung. Somit treten zum normalen

Zementprozess einmal die Luftzerlegung und zum anderen die Verdichtung und

Aufreinigung des Kohlendioxids dem Prozess hinzu. Diese Prozesse werden aber im

Regelfall mit elektrischer Energie betrieben, die im bisherigen Klinkerprozess eine untergeordnete Rolle spielen.

Aus der WO 2019/211 196 A1 ist eine Oxyfuel-Klinkerherstellung ohne Rezirkulation der Vorwärmerabgase bekannt.

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Da es mit diesem Verfahren um die Vermeidung von Kohlendioxidemissionen und damit die Klimaneutralität des Klinkerherstellungsprozesses geht, ist die weitestgehende

Nutzung regenerativer Stromquellen für die CO2-Bilanz besonders wichtig. Regenerative

Quellen für elektrische Energie unterliegen jedoch Schwankungen, es ist also nicht zu

Jeder Zeit die gleiche Menge an regenerativ erzeugter elektrischer Energie verfügbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb einer solchen mit einem Oxyfuel-Calcinator nachgerüsteten Zementanlage in Hinblick auf die schwankende regenerative

Stromerzeugung anzupassen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen

Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Betreiben einer Vorrichtung zur thermischen

Behandlung mineralischer Stoffe, also insbesondere einer Zementanlage zur Herstellung von Klinker . Die Vorrichtung weist einen Vorwärmer, einen Calcinator, einen Ofen und üblicherweise einem Klinkerkühler auf. Dieses entspricht der üblichen Konfiguration eines

Zementwerkes. Der mineralische Stoff wird anteilig in den Vorwärmer eingebracht. Vom

Vorwärmer wird der vorgewärmte Stoff in den Calcinator und vom Calcinator in den Ofen geführt und dort thermisch behandelt. Dieses entspricht soweit der üblichen Fahrweise einer Zementanlage. Der Gasstrom des Ofens wird am Calcinator vorbei geführt. Dieses entspricht nicht der klassischen Fahrweise einer konventionellen Zementanlage, bei der die heißen Gase aus dem Ofen eben in den Calcinator geführt werden, um so die Wärme zu nutzen. Die Vorrichtung weist eine Sauerstoffquelle auf. Eine Sauerstoffquelle kann zum Beispiel eine Luftzerlegung sein, es kann sich aber auch um einen Tank für flüssigen

Sauerstoff handeln. Bevorzugt liegt der Sauerstoffgehalt des sauerstoffhaltigen Gases, welches die Sauerquelle verlässt, bei mehr als 50 Vol.-% Sauerstoff, bevorzugt bei mehr als 75 Vol.-% Sauerstoff, weiter bevorzugt bei mehr als 90 Vol.-% Sauerstoff und besonders bevorzugt bei mehr als 95 Vol.-% Sauerstoff. Das sauerstoffreiches Gas wird von der Sauerstoffquelle zum Calcinator geführt. Der Gasstrom, welcher durch

Verbrennung und Kohlendioxidfreisetzung aus dem mineralischem Material reich an

Kohlendioxid ist, wird vom Calcinator in den Vorwärmer geleitet. Die Vorrichtung weist eine Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung auf. Die

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Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung ist gasstromab des Calcinators angeordnet, also eben nicht gasstromab des Ofens. Es wird also nur der extrem kohlendioxidhaltige

Gasstrom aus dem Calcinator, der ungefähr 75 bis 80 % des gesamten Kohlendioxids aus dem Gesamtprozess aufweist der Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung zugeführt.

Dieses wiederum bedeutet, dass eben nicht alle anderen Anlagenteile, insbesondere der

Ofen, entsprechend gasdicht umgebaut werden müssen, sodass eben eine einfache

Nachrüstmôglichkeit zur raschen Einsparung von ungefähr 75 bis 80% der CO-z-

Emissionen in einfacher Wiese möglich ist. Somit kann aber auch die

Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung auf einen extrem hohen Anteil an Kohlendioxid und insbesondere einen sehr geringen Anteil an Stickstoff ausgelegt werden, was wiederum den Energieaufwand im Betrieb minimiert. Hierbei kann vor der

Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung beispielsweise ein Staubfilter und/oder ein

Wärmetauscher angeordnet sein. Die Vorrichtung weist einen Ofencalcinator und einen

Ofenvorwärmer auf. Beispielsweise und bevorzugt sind diese Komponenten

Altkomponenten einer bestehenden Altanlage, die um den neuen, im Oxyfuel-Verfahren betriebenen Calcinator erweitert wurde. Der Gasstrom wird entsprechend aus dem Ofen in den Ofencalcinator und aus dem Ofencalcinator in den Ofenvorwärmer geleitet. Der mineralische Stoff wird anteilig in den Ofenvorwärmer eingebracht, also auf den

Vorwärmer und den Ofenvorwärmer aufgeteilt. Dadurch kann die Abwärme aus beiden

Prozessen zurückgewonnen werden. Der den Ofenvorwärmer verlassende

Feststoffstrom wird auf den Calcinator und den Ofencalcinator aufgeteilt. Hierbei ist auch möglich den gesamten Feststoffstrom ausschließlich dem Calcinator zuzuführen.

Erfindungsgemäß erfolgt eine lastabhängige anteilige Rückführung des dem Vorwärmer verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiches Gas zwischen der Sauerstoffquelle und dem Calcinator. Diese anteilige Rückführung ermöglicht es, den Calcinator auf einer geringeren Teillast zu fahren, ohne dabei die Betriebsparameter des Calcinators negativ zu beeinflussen. Reduziert man die Last am Calcinator, so wird weniger Brennstoff und

Material zugeführt, es entsteht deutlich weniger Kohlendioxid. Dieses wird durch die rückgeführte Menge kompensiert, sodass Strömungsverhältnisse und Verweilzeit im

Calcinator über unterschiedliche Lastzustände annähernd konstant gehalten werden können und somit die Produktqualität keine Funktion des Lastzustandes ist.

Hierbei wird der Lastzustand des Calcinators in Abhängigkeit der Verfügbarkeit von regernativ erzeugtem Strom (bevorzugt bei Erzeugung auf dem Gelände) oder in

Abhängigkeit von Preis (bevorzugt bei Bezug über ein Netz als Äquivalent der

Verfügbarkeit). Steht also wenig Strom zur Verfügung, so wird der Calcinator in einen geringen Teillastbetrieb genommen, beispielswese 60 %. Damit werden aber auch nur noch etwa 60 % des Sauerstoffs benötigt und auch nur noch etwa 60 % an Kohlendioxid abgegeben (Effizienzverluste zur Vereinfachung vernachlässigt). Damit wird die Teillast direkt auch auf die Sauerstoffquelle und auf die Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung übertragen und somit im genannten Beispiel ungefähr 60 % der elektrischen Energie eingespart.

Würde man nun bei Volllast von einer Abscheidung von etwa 75 bis 80 % des gesamten

Kohlendioxids ausgehen, so würde im diesem Teillastzustand die Abscheidung auf ungefähr unter 50 % sinken, während die Produktion des Klinkers unverändert durchläuft und der Ofencalcinator entsprechend die Teillastabsenkung des Calcinators kompensiert und so eine konstante Produktion mit unveränderten Bedingungen im Ofen erfolgt.

Alternativ kann auch die Gesamtproduktion gedrosselt werden, um den

Sauerstoffverbrauch sowie den CO2-Strom zur Kohlendioxidaufbereitungsvorrichtung zu verringern, gleichzeitig aber die Abscheiderate des Kohlendioxids nicht zu reduzieren, was wiederum einen größeren Einfluss auf das Produkt hat, wenn der Ofen nur im

Teillastbetrieb betrieben wird, da dort das mineralische Material nicht in einem Gasstrom behandelt wird, sondern als Festbett beziehungsweise Wanderbett vorliegt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das sauerstoffreiches Gas vor dem

Calcinator erwärmt. Bisher stammte das dem Calcinator zugeführte Gas in konventionellen Anlagen aus dem Ofen, kam also mit sehr hoher Temperatur in den

Calcinator. Da im Calcinator gerne auch Ersatzbrennstoffe verwendet werden, soll hier durch eine hohe Eingangstemperatur des Gasstroms eine sichere Zündung und ein zuverlässiger Ausbrand sichergestellt werden. Das zugeführte sauerstoffhaltige Gas komm nun kalt von der Sauerstoffquelle. Da dieses gerade bei der Verwendung von

Ersatzbrennstoffen im Calcinator kritisch ist ist eine Vorwärmung vorteilhaft.

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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das sauerstoffreiche Gas vor

Eintritt in den Calcinator auf wenigstens 900 °C, bevorzugt auf wenigstens 1050 °C, erhitzt. Dieses bezieht sich auf die Eintrittstemperatur in den Calcinator. Wird, insbesondere im Teillastbetrieb, das sauerstoffreiche Gas mit der Rückführung des dem

Vorwärmer verlassenden Gasstromes vermischt, so gilt dieses für die Mischtemperatur.

Hierbei kann erst die Vermischung (davor oder danach oder anteilig gemischt) erfolgen und dann eine gemeinsame Erwärmung oder der Sauerstoff wird stärker erwärmt und dann mit dem kohlendioxidreichen Rückführungsgas auf diese Temperatur gemischt.

Eintritt in den Calcinator auf höchsten 1300 °C, bevorzugt auf höchstens 1200 °C, erhitzt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das sauerstoffreiches Gas mittels

Verbrennung erwärmt. Da die Zündung sicher bei geringen Temperaturen erfolgen muss, wird bevorzugt ein feinkörniger, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff wie Kohlenstaub,

Öl oder Gas eingesetzt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das sauerstoffreiches Gas mittels eines Wärmetauschers durch das den Vorwärmer verlassende Gas erwärmt. Der

Wärmetauscher kann hierbei direkt oder mit einem Wärmeüberträger zweiteilig ausgeführt sein.

Bevorzugt kann auch erst eine Erwärmung mittels Wärmetauscher und anschließend durch Verbrennung erfolgen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen hinter dem

Ofen angeordneten Materialkühler auf. Der Materialkühler dient dazu, wie aus dem Stand der Technik bekannt, das aus dem Ofen kommende Produkt abzukühlen und die Wärme auf ein Gas zu übertragen, welches dann nach dem Stand der Technik beispielsweise und bevorzugt dem Ofen zugeführt und dadurch selber vorgewärmt ist. Das sauerstoffreiche Gas wird als Kühlgasstrom durch den Materialkühler geführt und dadurch im Materialkühler erwärmt. Bevorzugt weist der Materialkühler drei Zonen auf, wobei eine erste Zone ein dem Ofen zugeführtes Luftgemisch vorwärmt, eine zweite Zone das sauerstoffreiche dem Calcinator zugeführte Gas vorwärmt und eine dritte Zone, in der das Kühlgas weder dem Calcinator noch dem Ofen zugeführt, sondern beispielsweise direkt an die Umgebung abgegeben wird. Diese dritte Zone ist üblicherweise die letzte und dient zur letzten Abkühlung auf eine Temperatur, mit der das Produkt einfach zu handhaben ist.

Ofen angeordneten Materialkühler auf. Der Materialkühler wird von einem Kühlgasstrom durchströmt. Das sauerstoffreiches Gas wird mittels des Kühlgasstromes in einem

Wärmetauscher erwärmt. Die indirekte Methode hat den Vorteil, dass so zuverlässig ein

Falschgaseintrag in das sauerstoffhaltige Gas vermieden werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei sich verringernder

Verfügbarkeit elektrischer Energie die anteilige Rückführung des dem Vorwärmer verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiches Gas zwischen der Sauerstoffquelle und dem Calcinator erhöht. Gleichzeitig wird die Last des Calcinators reduziert, also weniger Brennstoff und weniger mineralisches Material eingebracht. Brennstoff und zu calcinierendes mineralisches Material stehen durch den Energiebedarf der Reaktion in einem bekannten Verhältnis. Dadurch wird aber bei einem Absenken der Teillast sowohl durch die Verbrennung als auch durch die Reaktion eben weniger Kohlendioxid gebildet.

Um dennoch die Strömungsbedingungen im Calcinator aufrecht erhalten zu können, wird eben kohlendioxidhaltiges Gas zurückgeführt. Hierbei erfolgt die Regelung bevorzugt so, dass der Anteil der Rückführung so gewählt wird, den aus dem Calcinator austretenden

Volumenstrom des CO»-haltigen Gases konstant zu halten. Der Effekt ist, dass eben nur der um die Rückführung reduzierte Gasstrom der Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung zugeführt wird. Werden also beispielsweise etwa 1/3 zurückgeführt, so erreichen eben auch nur etwa 2/3 die Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung, die damit einen deutlich verringerten Energiebedarf hat. Ebenso muss die Sauerstoffquelle auch nur etwa 2/3 an sauerstoffhaltigem Gas bereitstellen (unter Vernachlässigung der

Effizienzverschlechterung) und fährt somit auch elektrische energiesparend im

Teillastbetrieb. Dadurch kann eine Zeit mit verminderter Produktion an regenerativ erzeugtem Strom überbrückt werden, ohne dass dieses einen Einfluss auf die

Produktqualität hätte.

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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei sich verringernder

Verfügbarkeit elektrischer Energie der Anteil an des in den Vorwärmer eingebrachten mineralischen Stoffes im Verhältnis zum in den Ofenvorwärmer eingebrachten mineralischen Stoffes reduziert und/oder der Anteil des den Ofenvorwärmer verlassende

Feststoffstrom, der dem Calcinator zugeführt wird, erniedrigt. Dadurch gelangt weniger zu calcinierendes mineralisches Material in den Calcinator, der Calcinator wird im reduzierten Teillastbetrieb betrieben. Wird der Anteil des den Ofenvorwärmer verlassende Feststoffstrom erhöht, der dem Ofencalcinator zugeführt wird, so kann die

Produktionskapazität aufrecht erhalten bleiben und gleichzeitig durch die konstante

Betriebsweise die Produktqualität unverändert bleiben.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bei minimaler Verfügbarkeit elektrischer Energie 30 bis 60 Vol.-% des dem Vorwärmer verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiche Gas zwischen der Sauerstoffquelle und dem Calcinator zurückgeführt. Bei maximaler Verfügbarkeit elektrischer Energie werden weniger als 15 Vol.-%, bevorzugt weniger als 5 Vol-%, besonders bevorzugt 0%, des dem

Vorwärmer verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiche Gas zwischen der

Sauerstoffquelle und dem Calcinator zurückgeführt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei Volllast der den Ofenvorwärmer verlassende Feststoffstrom vollständig dem Calcinator zugeführt.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 erstes Beispiel

Fig. 2 zweites Beispiel

Fig. 3 drittes Beispiel

Im Fig. 1 ist eine erste beispielhafte Vorrichtung zur thermischen Behandlung mineralischer Stoffe gezeigt. Die Vorrichtung besteht beispielsweise aus einer bestehenden Bestandsanlage (rechts umrandet dargestellt) und einen auf der linken

Seite dargestellten neu ergänzten Calcinator 20, welcher nach dem Oxyfuelprinzip arbeitet. Dazu weist die linke Seite eine Sauerstoffquelle 60 auf. Das sauerstoffhaltige

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Gas der Sauerstoffquelle 60 wird über eine Gasvorwärmung 80 in den Calcinator 20 geführt. Die Gasvorwärmung 80 kann entweder durch Verbrennung oder elektrisch erfolgen. Zur Wärmerückgewinnung wird der kohlendioxidhaltige Gasstrom aus dem

Calcinator 20 in den Vorwärmer 10 überführt und von dort zu

Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung 70.

Das mineralische Material, zum Beispiel Kalkstein kommt aus einem Lager 50 und wird auf den Vorwärmer 10 und den Ofenvormwärmer 11 aufgeteilt, beispielsweise werden im

Vollastbetrieb 40 bis 60 Gew.-% auf den Vorwärmer 60 bis 40 Gew.-% auf den

Ofenvorwärmer gegeben. Das vorgewärmte Material wird bei Volllast sowohl aus dem

Vorwärmer 10 als auch dem Ofenvorwärmer 11 vollständig in den Calcinator 20 überführt.

Nach dem Calcinieren wird das calcinierte Material aus dem Calcinator 20 in den Ofen 30 überführt, dort gebrannt und anschließend im Materialkühler 40 abgekühlt.

Insbesondere für den Teillastbetrieb weist die Vorrichtung eine Rückführung 90 auf. Ist beispielsweise regenerativ erzeugter Strom wenig verfügbar, so kann beispielsweise der

Calcinator bei einer Auslastung von 50 % betrieben werden. Entsprechend wird durch die

Rückführung ein Anteil von 50 % des Gasstromes zurückgeführt. Damit erreicht nur die

Hälfte des kohlendioxidhaltigen Gasstromes die Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung 70, die somit einen entsprechend verringerten Strombedarf hat. Ebenso wird die

Sauerstoffquelle 60, beispielsweise eine Luftzerlegung nach dem Membranverfahren, mit entsprechend verringerter Teillast betrieben, sodass auch hier elektrische Energie eingespart wird. Beispielsweise wird auch nur die Hälfte des mineralischen Materials aus dem Lager auf den Vorwärmer 10 und den Ofenvorwärmer 11 aufgebracht, sodass die

Vorrichtung insgesamt mit einer Teillast von 50% betrieben wird. Alternativ uns bevorzugt wird der Ofencalcinator 21 in diesem Fall so betrieben, dass insgesamt die

Produktion weiter unter Volllast bleibt, damit auch der Ofen 30 kontinuierlich unverändert arbeitet. In diesem Fall wird lediglich die Menge des abgetrennten Kohlendioxids reduziert.

Fig. 2 zeigt ein zweites Beispiel als Variante des ersten Beispiels. Zur Vorwärmung des sauerstoffreichen Gases wird in der Gasvorwärmung 80 der Abgasstrom des Vorwärmers 10 genutzt, der Gasvorwärmer ist als Wärmetauscher ausgebildet. Alternativ zu dem hier

9 BE2024/5606 gezeigten zweiten Beispiel kann auch eine indirekte Wärmeübertragung erfolgen, also mit zwei Wärmetauschern und einem Wärmeübertragungsmedium dazwischen.

In Fig. 3 zeigt ein drittes Beispiel als Variante des ersten Beispiels. Zur Vorwärmung des sauerstoffreichen Gases wird das sauerstoffreiche Gas durch den Materialkühler 40 geführt und so vorgewärmt. Auch hier ein als alternative Ausführung eine indirekte

Wärmeübertragung denkbar, sodass ein Gas, beispielsweise Luft durch den

Materialkühler 40 geführt wird und das das sauerstoffreiche Gas in einem

Wärmetauscher erwärmt.

Bezugszeichen 10 Vorwärmer 11 Ofenvorwärmer 20 Calcinator 21 Ofencalcinator 30 Ofen 40 Materialkühler 50 Lager 60 Sauerstoffquelle 70 Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung 80 Gasvorwärmung 90 Rückführung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur thermischen Behandlung mineralischer Stoffe, wobei die Vorrichtung einen Vorwärmer (10), einen Calcinator (20) und einen Ofen (30) aufweist, wobei der mineralische Stoff anteilig in den Vorwärmer (10) eingebracht wird, vom Vorwärmer (10) in den Calcinator (20) und vom Calcinator (20) in den Ofen (30) geführt wird, wobei der Gasstrom des Ofens (30) am Calcinator (20) vorbei geführt wird, wobei die Vorrichtung eine Sauerstoffquelle (60) aufweist, wobei ein sauerstoffreiches Gas von der Sauerstoffquelle (60) zum Calcinator (20) geführt wird, wobei der Gasstrom vom Calcinator (20) in den Vorwärmer (10) geleitet wird, wobei die Vorrichtung eine Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung (70) aufweist, wobei die Kohlendioxidaufarbeitungsvorrichtung (70) gasstromab des Calcinators (20) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen Ofencalcinator (21) und einen Ofenvorwärmer (11) aufweist, wobei der Gasstrom aus dem Ofen (30) in den Ofencalcinator (21) und aus dem Ofencalcinator (21) in den Ofenvorwärmer (11) geleitet wird, wobei der mineralische Stoff anteilig in den Ofenvorwärmer (11) eingebracht wird, wobei der den Ofenvorwärmer (11) verlassende Feststoffstrom auf den Calcinator (20) und den Ofencalcinator (21) aufgeteilt wird, wobei eine lastabhängige anteilige Rückführung des dem Vorwärmer (10) verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiches Gas zwischen der Sauerstoffquelle (60) und dem Calcinator (20) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffreiches Gas vor dem Calcinator (20) erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffreiche Gas vor Eintritt in den Calcinator (20) auf wenigstens 900 °C, bevorzugt auf wenigstens 1050 °C, erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffreiche Gas vor Eintritt in den Calcinator (20) auf höchstens 1300 °C, bevorzugt auf höchstens 1200 °C, erhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffreiches Gas mittels Verbrennung erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffreiches Gas mittels eines Wärmetauschers durch das den Vorwärmer (10) verlassende Gas erwärmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen hinter dem Ofen (30) angeordneten Materialkühler (40) aufweist, wobei das sauerstoffreiche Gas als Kühlgasstrom durch den Materialkühler (40) geführt und dadurch im Materialkühler (40) erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen hinter dem Ofen (30) angeordneten Materialkühler (40) aufweist, wobei der Materialkühler (40) von einem Kühlgasstrom durchströmt wird, wobei das sauerstoffreiches Gas mittels des Kühlgasstromes in einem Wärmetauscher erwärmt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei sich verringernder Verfügbarkeit elektrischer Energie die anteilige Rückführung des dem Vorwärmer (10) verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiches Gas zwischen der Sauerstoffquelle (60) und dem Calcinator (20) erhôht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Rückführung so gewählt wird, den aus dem Calcinator (20) austretenden Volumenstrom des CO--haltigen Gases konstant zu halten.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei sich verringernder Verfügbarkeit elektrischer Energie der Anteil an des in den Vorwärmer (10) eingebrachten mineralischen Stoffes im Verhältnis zum in den Ofenvorwärmer (11) eingebrachten mineralischen Stoffes reduziert wird und/oder der Anteil des den Ofenvorwärmer (11) verlassende Feststoffstrom, der dem Calcinator (20) zugeführt wird, erniedrigt wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei minimaler Verfügbarkeit elektrischer Energie 40 bis 60 Vol.-% des dem Vorwärmer (10) verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiche Gas zwischen der Sauerstoffquelle (60) und dem Calcinator (20) zurückgeführt werden, wobei bei maximaler Verfügbarkeit elektrischer Energie weniger als 15 Vol.-%, bevorzugt weniger als 5 Vol.-%, des dem Vorwärmer (10) verlassenden Gasstromes in das sauerstoffreiche Gas zwischen der Sauerstoffquelle (60) und dem Calcinator (20) zurückgeführt werden.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Volllast der den Ofenvorwärmer (11) verlassende Feststoffstrom vollständig dem Calcinator (20) zugeführt wird.