DE3621170C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von bei der Zementherstellung anfallendem Bypass-Staub, mit den Hauptbestandteilen CaO, Al₂O₃, SiO₂ und Fe₂O₃ sowie mit kondensierten Verunreinigungen, wie Na₂O, K₂O, SO₃ und Cl.

Aus der Veröffentlichung Zement-Kalk-Gips, Nr. 6/1978, Seiten 288-290, ist ein Verfahren zur Aufbereitung von bei der Zementherstellung anfallendem Staub bekannt, bei dem der Staub zu Pellets von 1 bis 5 mm verarbeitet und in einem mit Kohle gefeuerten Fließbett bei 1200-1250°C calciniert wird. Bei diesem Verfahren wird eine stationäre Wirbelschicht eingesetzt, was den Nachteil hat, daß ein starkes Herausblasen des Feinkornanteils nur schwer zu vermeiden ist. Die Gasgeschwindigkeit im Fließbett muß daher bei diesem Verfahren unterhalb 0,02 cm/sec bleiben.

Aus der US-PS 45 84 022 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von bei der Zementherstellung anfallendem Staub bekannt, bei dem zunächst aus Wasser, Kohle und Staub Preßlinge oder Pellets hergestellt werden, die anschließend in einen Trockner und danach in einen Brecher gelangen. Das gebrochene Ausgangsmaterial wird in einen Wirbelschichtreaktor eingetragen. Auch nach diesem Verfahren ist vorgesehen, eine stationäre Wirbelschicht einzusetzen.

Die Veröffentlichung Cement-Data-Book, Bd. 1, 1985, Seiten 455 bis 461 beschreibt ein Verfahren, bei dem hochalkalihaltiger Bypass-Staub ausgelaugt oder verworfen wird. Wird der Bypass-Staub verworfen, so fallen relativ hohe Deponiekosten an. Das Auslaugen des Bypass-Staubs hat den Nachteil, daß unter Einsatz von Chemikalien Waschprozesse durchgeführt werden müssen, der Bypass-Staub somit mit Flüssigkeiten kontaktiert wird, was die Handhabung des Bypass-Staubs erschwert.

Die Veröffentlichung Zement-Kalk-Gips, Nr. 9/1983, Seiten 512-516 beschreibt ein Verfahren zur Kalzination von Zementrohmehl, bei dem eine zirkulierende Wirbelschicht, bestehend aus dem schachtförmigen Reaktor, einem Abscheider in Form eines Heißzyklons und einem Druckabschluß zwischen Zyklon und Reaktor in Form eines Syphons verwendet wird. Der für die endotherme Reaktion erforderliche Brennstoff kann bei diesem Verfahren als Heizgas, flüssiger Brennstoff oder als meist feinkörniger, fester Brennstoff im unteren Teil des Reaktors radial zugegeben und direkt in der Suspension ohne die sonst übliche Flamme verbrannt werden. Daß bei diesem Verfahren bei Temperaturen von 850°C eine nahezu vollständige Entsäuerung bei verschiedenen Rohmehlsorten erzielt werden kann, wird in der Veröffentlichung Zement-Kalk-Gips, Nr. 5/1984, Seiten 219-225 beschrieben. Das dort beschriebene Verfahren zur Calcination verschiedener Rohmehlsorten in der zirkulierenden Wirbelschicht kann großtechnisch eingesetzt werden.

Bei der Zementherstellung werden die heißen Abgase des Brennofens zur Vorwärmung und zur Entsäuerung des Rohmehls benutzt. Infolge der Abkühlung kondensieren die im Abgas enthaltenen dampfförmigen Bestandteile, wie Na₂O, K₂O, SO₃ und Cl und werden mit dem Rohmehl wieder in den Brennofen zurückgeführt. Dadurch entsteht bei der Zementherstellung ein interner Kreislauf von solchen Stoffen, die im Brennofen verdampfen und bei der Vorwärmung des Rohmehls aus dem Abgas auskondensieren. Solche Kreisläufe würden durch mit dem Rohmehl neu eingebrachte Verunreinigungen immer mehr angereichert, wenn man nicht ständig einen Teil der heißen Abgase des Brennofens abziehen und damit auch anteilig die verdampften Verunreinigungen aus dem Herstellungsprozeß entfernen würde. Dieser Teilgasstrom wird gekühlt und entstaubt, wobei die Verunreinigungen kondensieren und mit dem Staub aus dem Abgas abgeschieden werden. Der dabei anfallende Bypass-Staub ist ohne aufwendige Aufbereitung nicht verwendbar und wird deshalb bei vielen Zementherstellern lediglich deponiert, was jedoch mit einer erheblichen Umweltbelastung verbunden ist. Trockener Staub wird vom Wind verweht und führt dazu, daß die ganze Umgebung "Zementfarbe" annimmt. Durch Regen werden die lösbaren, teils sehr schädlichen Verunreinigungen aus dem Staub ausgewaschen und ins Grundwasser eingetragen. Da der Bypass-Staub - je nach Anteil der Verunreinigungen im Rohmehl - u.U. in erheblichen Mengen anfällt, entstehen entsprechend große Deponien mit den genannten Umweltproblemen, aber auch entsprechend hohe Verluste an bei der Zementherstellung brauchbaren Bestandteilen.

Es besteht somit die Aufgabe, den bei der Zementherstellung anfallenden Bypass-Staub aufzubereiten, d.h. die brauchbaren Bestandteile von den Verunreinigungen abzutrennen, um einerseits möglichst viel wiederverwendbares Material zu gewinnen und andererseits die die Verunreinigungen enthaltende Fraktion möglichst klein zu halten.

Hierzu sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, die sich aber wegen mangelnder Wirtschaftlichkeit in der Praxis bisher nicht durchsetzen konnten.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Aufbereitung unter Zugabe von Brennstoff in einer aus Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung bestehenden und mit sauerstoffhaltigem Gas als Fluidisierungsmittel betriebenen zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt, aus der die verdampften Verunreinigungen mit dem Abgas und ein bei der Zementherstellung wiederverwendbarer Staub abgeführt wird.

Das sauerstoffhaltige Gas wird zweckmäßigerweise in zwei Stufen zugegeben. Außerdem ist vorgesehen, daß das Abgas aus der zirkulierenden Wirbelschicht konditioniert und entstaubt wird und daß der bei der Entstaubung anfallende, mit Verunreinigungen hoch angereicherte Staub einer gesonderten Aufbereitung oder Verwendung zugeführt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Flußbild einer üblichen Zementherstellungsanlage mit Bypass.

Fig. 2 zeigt das Flußbild einer Aufbereitungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Kernstück einer Zementherstellungsanlage gemäß Fig. 1 ist der Drehrohrofen (1), der über die Leitung (7) mit vorgewärmten und mehr oder weniger entsäuertem Rohmehl beschickt wird. Das Rohmehl wird über die Leitung (6) in das Vorwärmsystem (2) aufgegeben, das aus vier Suspensionswärmetauscher/Abscheidereinheiten (a bis d) besteht. Über die Leitung (12) wird das Abgas einem Verdampfungskühler (3) und von dort mittels Gebläse (23) über Leitung (13) einem Staubabscheider (4) zugeführt und schließlich über die Leitung (14) an die Umgebung abgegeben. Der im Verdampfungskühler (3) und im Staubabscheider (4) anfallende Staub wird über die Leitungen (21 und 22) in den Zementherstellungsprozeß zurückgeführt. Die heißen Abgase des Drehrohrofens (1) werden über die Leitung (11) in das Vorwärmsystem (2) eingespeist, wobei jedoch ein Teilgasstrom über die Leitung (17) abgezweigt wird. Dieser Teilgasstrom wird über das Gebläse (16) mit Luft gekühlt und im Staubabscheider (18) entstaubt. Über Leitung (19) wird der gereinigte Teilgasstrom in die Atmosphäre abgegeben. Über die Leitung (20) wird der Bypass-Staub der erfindungsgemäßen Aufbereitung zugeführt.

Die Zementherstellungsanlage wird durch die Kühleinrichtung (5) mit den Gebläsen (9) sowie das Gebläse (10) für den Drehrohrofen (1) vervollständigt. Der fertige Zementklinker wird über die Leitung (8) aus der Anlage abgeführt, während über die Leitung (15) die erwärmte Kühlluft einer Nutzung zugeführt werden kann.

Vielfach wird die erwärmte Kühlluft ganz oder teilweise als Verbrennungsluft für den Drehrohrofen (1) benutzt, wobei dann ein gesondertes Gebläse (10) entfallen kann.

Die erfindungsgemäß einzusetzende Aufbereitungsanlage gemäß Fig. 2 besteht aus einem Wirbelschichtreaktor (1) mit Überleitung (1a), einem Abscheider (2) und einer Rückführleitung (3), die zusammen das System der zirkulierenden Wirbelschicht bilden, in der der über die Leitung (5) zugeführte Bypass-Staub im Kreislauf geführt wird. In den Wirbelschichtreaktor wird außerdem über Leitung (4) Brennstoff und über die Leitungen (6 und 7) ein sauerstoffhaltiges Gas als Fluidisierungsmittel aufgegeben. Außerdem ist zur Fluidisierung des im Abscheider (2) anfallenden Staubes noch eine Luftzuführung über die Leitung (8) vorgesehen. Der aufbereitete Bypass-Staub, der im wesentlichen frei ist von im Brennofen verdampfenden Bestandteilen, wird über die Leitung (14) in die Zementherstellungsanlage zurückgeführt. Die Staub und verdampfte Verunreinigungen enthaltenden Abgase werden über die Leitung (9) aus der zirkulierenden Wirbelschicht abgeführt und in den Apparaten (10 und 11) gekühlt und entstaubt, so daß mittels Gebläse (12) ein gereinigtes Abgas an die Umgebung abgegeben werden kann. Der im Apparat (11) anfallende Staub enthält die kondensierten Verunreinigungen in hoher Konzentration und wird über die Leitung (13) einer Deponie oder weiteren Aufbereitung zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den bei der Zementherstellung anfallenden Bypass-Staub auf wirtschaftliche Weise aufzubereiten, d.h. mindestens 70 bis 85% des anfallenden Staubes für die Zementherstellung zurückzugewinnen und den zu deponierenden bzw. anderweitig aufzubereitenden oder zu verwendenden Staubanteil auf weniger als 30 bis 15% der Bypass-Staubmenge zu reduzieren. Die Aufbereitung von Bypass-Staub in einer zirkulierenden Wirbelschicht kann den jeweiligen Verhältnissen sehr gut angepaßt werden. So ist insbesondere die Verweilzeit des Staubes in der Aufbereitungseinrichtung sehr einfach und in weiten Grenzen zu regeln, so daß alle vorkommenden verdampfbaren Verunreinigungen in dem gewünschten Umfang von dem wiederverwendbaren Staub abgetrennt und in einer verhältnismäßig kleinen Reststaubmenge konzentriert werden können.

Ein bei der Zementherstellung anfallender, in agglomerierter Form vorliegender Bypass-Staub mit den Hauptbestandteilen CaO, Al₂O₃, SiO₂ und Fe₂O₃, der 1,88 Gew.-% Na₂O, 2 Gew.-% K₂O, 4,05 Gew.-% Cl₂ und 7,7 Gew.-% SO₃ enthält und in einem Korngrößenbereich von 0,5 bis 2 mm vorliegt, wird unter Zugabe von Brennstoff in einer aus Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung bestehenden, mit sauerstoffhaltigem Gas als Fluidisierungsmittel betriebenen zirkulierenden Wirbelschichtanlage behandelt. Wird ein Korngrößenbereich von 0,5 bis 2 mm gewählt, so lassen sich die Verunreinigungen Na₂O, K₂O, SO₃ und Cl₂ zu 75-95% aus dem Bypass-Staub entfernen, wobei der Wirbelschichtreaktor über längere Zeit kontinuierlich betrieben werden kann. Liegt der Korngrößenbreich des Bypass-Staubs außerhalb 0,5 bis 2 mm, so können maximal 70% der Verunreinigungen Na₂O, K₂O, SO₃ und Cl₂ aus dem Bypass-Staub entfernt werden, wobei ein kontinuierlicher Betrieb des Wirbelschichtreaktors in manchen Fällen erschwert wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Aufbereitung von bei der Zementherstellung anfallendem Bypass-Staub mit den Hauptbestandteilen CaO, Al₂O₃, SiO₂ und Fe₂O₃ sowie mit kondensierten Verunreinigungen wie Na₂O, K₂O, SO₃ und Cl, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung unter Zugabe von Brennstoff in einer aus Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung bestehenden und mit sauerstoffhaltigem Gas als Fluidisierungsmittel betriebenen zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt, aus der die verdampften Verunreinigungen mit dem Abgas und ein bei der Zementherstellung wieder verwendbarer Staub abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas in zwei Stufen zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas aus der zirkulierenden Wirbelschicht konditioniert und entstaubt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Entstaubung anfallende, mit den Verunreinigungen hoch angereicherte Staub einer gesonderten Aufbereitung oder Verwendung zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein ausgewähltes Korngrößenspektrum des Bypass-Staubes in den Wirbelschichtreaktor aufgegeben wird.