LU103061B1 - Energieeffiziente Abscheidung von Kohlendioxid aus einem Abgasstrom mittels eines Calciumcarbonat-Kreislaufs - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus einem Abgasstrom, wobei Kohlenstoffdioxid in einem ersten Schritt aus dem Abgas an Calciumoxid gebunden wird, wobei in einem zweiten Schritt durch thermische Behandlung des Calciumcarbonats freigesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des zweiten Schrittes zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials verwendet wird
Description
thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 1/11
Energieeffiziente Abscheidung von Kohlendioxid aus einem Abgasstrom mittels eines Calciumcarbonat-Kreislaufs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Abgas
Mittels eines Calciumcarbonat-Kreislaufs, auch Carbonate-Looping oder Calcium-
Looping genannt.
Um der menschgemachten Klimaerwarmung entgegenzuwirken, muss die Emission von
Kohlendioxid reduziert werden. Eine Möglichkeit ist es, Kohlendioxid aus dem Abgas abzutrennen, wofür es verschiedene Verfahren gibt. Eines der Verfahren ist das
Carbonate-Looping-Verfahren.
Das Carbonate-Looping-Verfahren (CaL-Prozess) nutzt aus, dass Kohlendioxid an
Calciumoxid, Magnesiumoxid oder anderen Mineraloxiden, die aus der Calcinierung von
Karbonaten resultieren, angelagert werden kann. Dieses erfolgt in einem von dem zu reinigenden Abgas durchstrômten Carbonator, beispielsweise bei etwa 650 °C. Dann wird das entstehende Calciumcarbonat (meist als Gemisch mit Calciumoxid) in einen
Calcinator überführt, wo bei beispielsweise 950 °C das Kohlendioxid wieder entfernt wird.
Die erforderliche Wärmezufuhr für den Calcinationsprozess erfolgt beispielsweise und bevorzugt durch Zuführung von Brennstoff und reinem Sauerstoff. Alternativ kann auch eine indirekte Warmezufuhr in den Calcinator erfolgen. Das so erzeugte Oxid, beispielsweise Calciumoxid, gegebenfalls mit Restanteilen Calciumcarbonat, wird in den
Carbonator zurückgeführt (und somit im Kreislauf geführt). Vorteil ist, dass der
Abgasstrom des Calcinators im Carbonate-Looping-Verfahren beispielsweise unter
Oxyfuel-Bedingungen oder bei indirekter Erwärmung praktisch reines Kohlendioxid erzeugt. Auf diese Weise kann das Kohlendioxid aus dem Abgasstrom der
Prozessanlage, welcher keine grôBeren Anteile von Stickstoff oder andere stôrende
Gaskompenenten enthält, mit einer hohen Konzentration vom Staub und Wasserdampf getrennt werden. Somit kann auf eine zusätzliche Reinigung oder Trennung verzichtet werden, die sich an den Carbonate-Looping-Prozess anschließen würde.
Das Carbonate-Looping-Verfahren ist bekannt. Beispielsweise sind dem Fachmann die folgenden Dokumente bekannt: ITMI 20120383 A1, ITMI 20120382 A1,
thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 2/11
US 2012 175136 A1, WO 2020 193410 A1, US 2009 169452 A1, EP 3594597 A1,
US 2018 028967 A1, US 2014 161696 A1, US 2009 101050 A1, WO 2006 113673 A2,
FR 2921059 A1, US 2018 320481 A1, US 2012 141354 A1, US 2013 164202 A1 und
WO 2013 024339 A1.
Da bei dem Carbonate-Looping-Prozess vergleichsweise hohe Temperaturen im
Abgasstrom auftreten können, ist eine intensive Nutzung der Abwärme sinnvoll, um die
Effizienz der Anlage im Vergleich zu anderen Verfahren der CO»-Abtrennung zu optimieren und nicht durch den Einsatz von fossilen Energietragern verbunden mit großen Wärmeverlusten eine neue Kohlendioxidquelle zu schaffen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst effiziente Warmenutzung fur das Carbonate-
Looping-Verfahren bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen sowie durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 10 angegebenen
Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus einem
Abgasstrom. Besonders bevorzugt stammen die Abgase aus einer Zement- oder
Kalkanlage zur Herstellung von Bindemitteln oder Kalkprodukten für industrielle
Prozesse. Dieses hat den Vorteil, dass in einer Zement- oder Kalkanlage insbesondere
Kalkstein verarbeitet wird und sich dadurch hohe Synergien zum Carbonate-Looping-
Verfahren ergeben. In einem ersten Schritt wird Kohlenstoffdioxid aus dem Abgas an ein
Oxid eines calcinierten Carbonats, beispielsweise und bevorzugt Calciumoxid, gebunden. Dieses erfolgt in einem sogenannten Carbonator in einem exothermen
Prozessschritt. Durch die selektive Anbindung des Kohlendioxids erfolgt eine Abtrennung des Kohlendioxids von den übrigen Komponenten des Abgases der Prozessanlage
Insbesondere vom Stickstoff. Hierbei wird üblicherweise eine maximale Abtrennung angestrebt. In einem zweiten Schritt wird das Kohlendioxid durch thermische Behandlung des Carbonats, beispielsweise des Calciumcarbonats, wieder freigesetzt. Dazu ist eine
Wärmequelle erforderlich, die in einer speziellen Ausführung durch den Einsatz von thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 3/11 alternativen Brennstoffen und reinem Sauerstoff bereitgestellt wird. Alternativ kann die benötigte thermische Energie indirekt zugeführt werden, beispielsweise über einen
Wärmetauscher oder euch ein elektrisches Heizelement. Auf diese Weise resultiert aus der Freisetzung des Kohlendioxids im Calcinator eine Reinheit von bis zu 95 vol.-% (im trockenen Gasstrom) bezogen auf die Kohlendioxid-Konzentration. Dieser Prozess ist bekannt, wie im Stand der Technik ausgeführt. Alternativ kann, wie ausgeführt, die für die
Calcination erforderlich Wärme in einer speziellen Ausführung indirekt zum Beispiel mittels Heat-Pipes bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck wird dem Carbonate-Looping -Prozess eine Brennkammer parallelgeschaltet, die die thermische Energie bereitstellt.
Als weitere Alternative kann die Wärme durch einen elektrischen Energieträger oder mittels Solarenergie bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß wird die Abwärme des zweiten Schrittes zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials verwendet. Durch die direkte Kopplung mit einem weiteren
Prozess zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials kann die Wärme direkt auf dem vorliegenden Warmeniveau verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das das Oxid ein
Erdalkalimetalloxdid oder ein Alkalimetalloxid. Besonders bevorzugt ist das Oxid
Cacliumoxid oder Magnesiumoxid.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Abwärme des zweiten Schrittes zur partiellen Calcinierung und/oder Vorwärmung von Carbonat, beispielsweise und insbesondere Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, verwendet. Das partiell calcinierte und/oder vorgewärmte Carbonatmaterial wird dem Kohlendioxid-Abtrennungsprozess zugefuhrt. Auch wenn das Carbonate-Looping-Verfahren theoretisch ein Kreislauf ist, nimmt die Aktivitat des Oxids/Carbonats, beispielsweise des
Calciumoxids/Calciumcarbonats, im Laufe der Zeit ab. Beispielswiese verändert (verringert) sich die Korngrößen, so dass ein Teil des Materials kontinuierlich ersetzt werden muss. Dadurch kann die sowohl die PartikelgrôBe als auch die Kohlendioxid-
Separation konstant gehalten werden. Somit muss regelmäßig beispielsweise neuer
Kalkstein zugeführt werden. Dieser muss in einem ersten Schritt vorgewärmt und calciniert werden. Hierzu wird nun ein Teil der Abwärme des ersten Calcinators thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 4/11 verwendet, was dazu führt, dass eine partielle Calcination erfolgt. Dadurch kann die
Wärme auf dem vorhandenen Niveau effizient genutzt werden. Dafür ist vorzugsweise ein zweiter Calcinator, vorzugsweise mit einem vorgeschalteten Vorwärmer, aber ohne eigene Heizquelle so angeordnet, dass der Abgasstrom aus dem ersten Calcinator durch den zweiten Calcinator strömt und dort eine, wenn auch nicht vollständige, Umsetzung erreicht. Dieses System aus Vorwärmer und Calcinator kann bevorzugt als Flugstrom-
Prozess konzipiert werden. Ausgetriebenes Kohlendioxid wird daher bevorzugt zusammen mit dem Abgas aus der ersten Calcinierstufe, dem Calcinator des Carbonate-
Looping-Prozesses, der Abgasreinigung und der Kohlendioxid-Separation zugeführt.
Eine Abgasreinigung kann beispielsweise eine Entstaubung und/oder Entfeuchtung sein.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird als mineralisches
Material ein mineralisches Material ausgewählt, welches Calciumcarbonat,
Magnesiumcarbonat oder Lithiumcarbonat enthält. Viele natürliche mineralische
Materialien weisen eine komplexe Zusammensetzung auf und können insbesondere zwei oder mehr verschiedene Kationen aufweisen. Vorteil dieser Kopplung ist, dass für die thermische Behandlung des mineralischen Materials ein niedriger Temperatur-
Betriebspunkt verwendet werden kann, sodass die Abwärme des Abgasstromes des ersten Calcinators ideal geeignet sind, um nachgeführtes frisches Carbonatmaterial vorzuwärmen und zu calcinieren. Auch hier kann eine der thermischen Behandlung nachgelagerte Vorwärmung weitere Wärme in den Prozess zurückführen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Abwärme des zweiten Schrittes nach Abtrennung der festen Phase zunächst in einem ersten Wärmetauscher auf ein erstes Wärmetauschmedium übertragen. Das erste Wärmetauschmedium kann Dampf,
Öl, Salzschmelze oder dergleichen sein. Die Wärme des ersten Wärmetauschmediums wird in einem zweiten Wärmetauscher auf einen Gasstrom übertragen. Der so erwärmte
Gasstrom wird zur thermischen Behandlung des mineralischen Materials verwendet.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das durch das Carbonate-Looping-
Verfahren abgetrennte und gereinigte Kohlendioxid nicht erneut kontaminiert werden kann, beispielsweise durch aus dem mineralischen Material austretende Bestandteile.
Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, wenn das Temperaturniveau in der thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 5/11
Vorrichtung zur thermischen Behandlung des mineralischen Materials niedriger ist als das Temperaturniveau im ersten Calcinator.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Prozesswärme des ersten
Schrittes zum Trocknen und/oder Vorwärmen eines mineralischen Materials verwendet.
Beispielsweise handelt es sich bei dem mineralischen Material um ein Ton oder ein tonartiges Material. Bevorzugt wird hierzu die Prozesswärme des ersten Schrittes zunächst auf ein zweites Wärmetauschmedium übertragen. Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Wärmetauschmedium um Dampf. In einer besonderen Ausführung kann das Kohlendioxid-reiche Abgas des ersten Schrittes direkt für die Aktivierung des
Tones genutzt werden. Fehlende Wärme kann beispielsweise durch Ergänzung einer
Oxyfuel Brennkammer oder durch Zuführung von reinem Sauerstoff und Brennstoff bereitgestellt werden. Alternativ kann beispielsweise eine elektrische Heizung erfolgen.
Der Carbonator wird auf einem geringeren Temperaturniveau betrieben als der erste
Calcinator, sodass hier die Wärme effizient für einen Trocknungsvorgang eines mineralischen Materials, beispielsweise eines feuchten Tones, verwendet werden kann.
Tone werden zunehmend als Ausgangsstoffe für die Zementherstellung verwendet, beispielsweise zur Herstellung künstlicher Puzzolane, da hierbei im Gegensatz zur
Aktivierung von Kalkstein kein Kohlendioxid aus dem mineralischen Material freigesetzt wird. Daher ist es besonders bevorzugt, wenn eine Zementanlage als Quelle der
Kohlendioxid-haltigen Abgase verwendet wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die überschüssige Prozesswärme des ersten Schrittes zum Trocknen und/oder Vorwärmen von Materialien eines benachbarten industriellen Produktionsprozesses verwendet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung weist einen Carbonator auf. Der
Carbonator ist von dem Abgasstrom durchströmbar angeordnet. Beispielsweise stammt der Kohlendioxid-haltige Abgasstrom von einer Zementanlage. Der Carbonator dient dazu, das Kohlendioxid aus dem Abgas an den Feststoff (Calciumoxid) zu binden und so selektiv aus dem Abgas herauszutrennen. Die Vorrichtung weist einen ersten Calcinator auf. Der erste Calcinator weist einen ersten Gasauslass auf. Der Carbonator ist mit dem thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 6/11 ersten Calcinator zur Überführung von carbonathaltigem Material verbunden. Weiter ist der erste Calcinator mit dem Carbonator zur Überführung von carbonatarmen Material verbunden. Somit ergibt sich ein Kreislauf für den Feststoff, welcher insbesondere aus
Calciumoxid und Calciumcarbonat besteht. Derartige Anlage sind wie oben beschrieben bekannt.
Erfindungsgemäß ist der erste Gasauslass mit einer Vorrichtung zur thermischen
Behandlung eines mineralischen Materials verbunden. Dadurch wird eine direkte
Nutzung der Wärme möglich. Bisher wurde das aus dem ersten Calcinator abgegebene
Kohlendioxid insbesondere nur noch abgekühlt und gegebenenfalls nachbehandelt, um es dann weiter zu verwenden. Durch die direkte Kopplung mit einem weiteren Schritt zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials ergibt sich die Möglichkeit der besonders effizienten Wärmenutzung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zur thermischen
Behandlung eines mineralischen Materials einen ersten Materialauslass auf. Der
Carbonator weist einen Carbonatormaterialeinlass auf. Der erste Materialauslass ist mit dem Carbonatormatereinlass verbunden. Dieses ist besonders bevorzugt, wenn in der
Vorrichtung zur thermischen Behandlung eine Teilcalcinierung von Calciumcarbonat erfolgt und dadurch der ständige Austausch im Kreislauf erzielt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Gasauslass derart mit einer
Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials verbunden, dass der erste Gasauslass mit einem ersten Wärmetauscher verbunden ist. Die Vorrichtung weist einen zweiten Wärmetauscher auf. Der erste Wärmetauscher und der zweite
Wärmetauscher sind über einen erste Wärmetauschmediumskreislauf miteinander verbunden. Der zweite Wärmetauscher ist mit der Vorrichtung zur thermischen
Behandlung verbunden oder ist ein Bestandteil der Vorrichtung zur thermischen
Behandlung. In der ersten Alternative wird im zweiten Wärmetauscher insbesondere ein
Gasstrom erwärmt und in die Vorrichtung zur thermischen Behandlung geleitet. In der zweiten Alternative wird die Wärme über das Wärmetauschmedium direkt in die
Vorrichtung zur thermischen Behandlung eingebracht. Dieses indirekte Verfahren hat den
Nachteil, dass die in der Vorrichtung zur thermischen Behandlung erzielbare Temperatur thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 7/11 etwas geringer ist, dafür der Kohlendioxidstrom aus dem ersten Calcinator sauber gehalten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Carbonator einen dritten
Wärmetauscher auf. Der dritte Wärmetauscher ist Uber einen zweiten
Wärmetauschmediumskreislauf mit einer Trocknungsvorrichtung verbunden. Das
Temperaturniveau im Carbonator liegt beispielsweise bei 650°C.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Carbonator einen
Abgasauslass auf. Der Abgasauslass ist mit einem vierten Wärmetauscher verbunden.
Der vierte Wärmetauscher ist über einen dritten Wärmetauschmediumskreislauf mit einer
Trocknungsvorrichtung verbunden. Hierbei kann die Trocknung direkt an der Oberfläche eines Wärmetauschers erfolgen oder zunächst wird die Wärme in einem weiteren
Wärmetauscher auf ein Gas übertragen, welches dann der Trocknungsvorrichtung zugeführt wird. Diese Trocknungsvorrichtung kann beispielsweise als Steigrohrtrockner ausgeführt sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste
Wärmetauschmediumskreislauf, der zweite Wärmetauschmediumskreislauf oder der dritte Wärmetauschmediumskreislauf einen Wärmetauschmediumsspeicher auf. Der
Wärmetauschmediumsspeicher dient dazu, beispielsweise zeitliche Schwankungen zwischen den beiden gekoppelten Prozessen auszugleichen. Beispielsweise kann ein
Thermoël oder eine Salzsschmelze als Wärmetauschmedium verwendet werden. In diesem Fall besteht der Wärmetauschmediumsspeicher aus einem Speichertank für das
Wärmetauschmedium auf hohem Temperaturniveau und einem Speichertank für das
Warmetauschmedium auf niedrigem Temperaturniveau. Hierdurch kann der Durchsatz bei den beiden Prozessen entkoppelt voneinander geregelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird überschüssige Wärme oder
Energie in einem Anlagenverbund beispielsweise aus einer Zement- oder Kalkanlage und einer erfindungsgemäfBen Vorrichtung intern genutzt. Vorteil eines solchen
Anlagenverbunds ist insbesondere, dass das aus dem Carbonate-Looping-Verfahren thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 8/11 ausgeschleuste Calcium-Material direkt in den Herstellungsprozess von Klinker oder Kalk eingebracht und zum Produkt Klinker oder Kalk umgesetzt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird überschüssige Wärme zur
Verstromung genutzt. Die erzeugte elektrische Energie kann entweder innerhalb des
Prozesses genutzt werden oder nach außen abgegeben werden, beispielsweise in ein
Stromnetz eingespeist zu werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird überschüssige Wärme zum Antrieb von Kompressoren genutzt, beispielsweise zur Verdichtung des Kohlendioxids.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird überschüssige Wärme zum Antrieb mechanischer Komponenten, beispielsweise einer Mühle, genutzt. Hierzu wird beispielsweise eine Turbine durch die überschüssige Wärme angetrieben, die Turbine ist dann kraftschlüssig beispielsweise mit einer Mühle verbunden.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 erstes Beispiel
Fig. 2 zweites Beispiel
Fig. 3 drittes Beispiel
Im Folgenden sind gleiche Teile in allen Beispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zeichnungen sind rein schematisch und nicht maßstabsgerecht.
In Fig. 1 ist ein erstes Beispiel gezeigt. Basis aller Beispiele ist der Kern des Carbonate-
Looping-Verfahrens. Über einen Abgaszufluss wird ein von Kohlendioxid zu reinigendes
Gas einem Carbonator 10 zugeführt. Dort wird bei einer Temperatur von beispielsweise 650 °C CO, an CaO gebunden und so aus dem Abgasstrom entfernt. Das CO,-armes
Abgas 40 verlässt den Carbonator 10.Das CaCO; wird in den Calcinator 20 überführt und dort bei beispielsweise 950°C in CaO und CO, aufgespalten. Um eine
Materialveränderung des Calcium-Feststoffs auszugeichen wird Uber eine erste thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 9/11
Materialzuführung frisches CaCOs zugeführt und über eine erste Materialausschleusung 80 ausgetragen. Dadurch kann eine konstante Partikelgröße und damit eine konstante
Flugfähigkeit gehalten werden. Dieses entspricht soweit einer herkömmlichen Anlage zur
Abtrennung von CO, mittels des Carbonate-Looping-Verfahrens.
Die bei etwa 950 °C aus dem ersten Calcinator 20 kommenden Gase (in erster Näherung möglichst reines Kohlendioxid) wird in einen zweiten Calcinator 20 geleitet, wo Kalkstein vorcaleiniert wird, welcher über die erste Materialzuführung 70 dem ersten Calcinator 20 zugeführt wird. Da hier keine zusätzliche Energiezufuhr erfolgt, erfolgt auch nur eine partielle Umsetzung. Jedoch kann dadurch die Abwärme in sehr effizienter Weise genutzt werden. Um diesen Effekt weiter zu steigern ist vor dem zweiten Calcinator 50 ein
Vorwärmer 52 angeordnet. Das CO,-Abgas 90 verlässt dann den Vorwärmer 52 nach optimaler Wärmenutzung. Im Gegenstrom zum CO--haltigen Abgas wird über eine dritte
Materialzuführung 100 beispielsweise kalter Kalkstein dem Vorwärmer 52 zugeführt und vorgewarmte Uber eine zweite Materialzuführung 60 vorgewärmt dem zweiten Calcinator 50 zugeführt.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Wärme des Carbonate-Looping-Verfahrens beispielsweise genutzt wird, um aus Ton künstliche Puzzolane herzustellen, die ebenfalls neben Klinker ein wichtiger Baustein in der Zementindustrie sind. Alternativ könnten beispielsweise Lithiumerze hier aufgearbeitet werden, beispielsweise zur Herstellung von
Lithiumoxid. Im Folgenden wird zur Vereinfachung auf das Beispiel der Tone eingegangen. Der Ton wird über eine vierte Materialzuführung 160 einer
Trocknungsvorrichtung 140 zugeführt. Der Trocknungsvorrichtung 140 wird ebenfalls das
CO»-armes Abgas 40 aus dem Carbonator 10 zugeführt. Die abgekühlte Abluft 150 kann dann beispielsweise an die Umgebung abgegeben werden. Der getrocknete Ton gelangt dann über die dritte Materialzuführung in den Vorwärmer 52 und gelangt dann vorgewärmt über die zweite Materialzuführung 60 in den zweiten Calcinator 50. Das fertige Produkt kann dann über die zweite Materialausschleusung 170 entnommen werden.
Des Weiteren unterscheidet sich das zweite Beispiel vom ersten Beispiel dadurch, dass das Kohlendioxid aus dem ersten Calcinator 20 nicht in den zweiten Calcinator 50 geleitet thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 10/11 wird. Anstelle dessen wird das Kohlendioxid in einen ersten Wärmetauscher 110 geleitet und nach Wärmeabgabe als CO--Abgas 90 der weiteren Verwertung zugeführt. Der erste
Wärmetauscher 110 ist über einen ersten Wärmetauschmediumskreislauf 130 mit einem zweiten Wärmetauscher 120 verbunden, in dem ein über eine Gaszufuhr 180 zugeführtes
Gas erwärmt und dann dem zweiten Calcinator 20 zugeführt wird.
In Fig. 3 ist ein drittes Beispiel gezeigt, welches sich von dem zweiten Beispiel dadurch unterscheidet, dass das CO--armes Abgas 40 nicht in die Trocknungsvorrichtung 140 geleitet wird, sondern in einen vierter Wärmetauscher 200. Der vierte Wärmetauscher 200 ist mit einem Wärmetaucher, welcher ein integrativer Bestandteil der
Trocknungsvorrichtung 140 ist über einen dritter Wärmetauschmediumskreislauf 210 verbunden. Dadurch wird eine Kontamination der Abluft 150 durch beispielsweise aus dem Ton austretende Stoffe vermieden.
Bezugszeichen 10 Carbonator erste Calcinator 30 Abgaszufluss 40 CO»-armes Abgas 20 50 zweiter Calcinator 52 Vorwärmer 60 zweite Materialzuführung 70 erste Materialzuführung 80 erste Materialausschleusung 90 CO--Abgas 100 dritte Materialzuführung 110 erster Wärmetauscher 120 zweiter Wärmetauscher 130 erster Wärmetauschmediumskreislauf 140 Trocknungsvorrichtung 150 Abluft 160 vierte Materialzuführung 170 zweite Materialausschleusung thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 11/11
180 Gaszufuhr
190 Abluft
200 vierter Wärmetauscher
210 dritter Wärmetauschmediumskreislauf
Claims (16)
1. Verfahren zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus einem Abgasstrom, wobei Kohlenstoffdioxid in einem ersten Schritt aus dem Abgas an ein Oxid eines calcinierten Carbonats gebunden wird, wobei in einem zweiten Schritt durch thermische Behandlung des Carbonats Kohlendioxid freigesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des zweiten Schrittes zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxid ein Erdalkalimetalloxdid oder ein Alkalimetalloxid ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxid Cacliumoxid oder Magnesiumoxid ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des zweiten Schrittes zur Vorwärmung und/oder partiellen Calcinierung von Carbonat verwendet wird, wobei das vorgewärmte und/oder partiell calcinierte Carbonatmaterial dem Kohlendioxid-Abtrennungsprozess zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als mineralisches Material ein mineralisches Material ausgewählt wird, welches Calcium-, Magnesium- oder Lithiumcarbonat enthält.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des zweiten Schrittes zunächst in einem ersten Wärmetauscher (110) auf ein erstes Wärmetauschmedium übertragen wird, wobei die Wärme des ersten Wärmetauschmediums in einem zweiten Wärmetauscher (120) auf einen Gasstrom übertragen wird, wobei der Gasstrom zur thermischen Behandlung des mineralischen Materials verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesswärme des ersten Schrittes zum Trocknen und/oder Vorwärmen eines mineralischen Materials verwendet wird.
thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 2/3
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Prozesswärme des ersten Schrittes zum Trocknen und/oder Vorwarmen von Materialien eines benachbarten industriellen Produktionsprozesses verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesswärme des ersten Schrittes zunächst auf ein zweites Warmetauschmedium übertragen wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung einen Carbonator (10) aufweist, wobei der Carbonator (10) von dem Abgasstrom durchstrémbar angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen ersten Calcinator (20) aufweist, wobei der erste Calcinator (20) einen ersten Gasauslass aufweist, wobei der Carbonator (10) mit dem ersten Calcinator (20) zur Überführung von carbonathaltigem Material verbunden ist, wobei der erste Calcinator (20) mit dem Carbonator (10) zur Überführung von carbonatarmen Material verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasauslass mit einer Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials einen ersten Materialauslass aufweist, wobei der Carbonator (10) einen Carbonatormaterialeinlass aufweist, wobei der erste Materialauslass mit dem Carbonatormatereinlass verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasauslass derart mit einer Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials verbunden ist, dass der erste Gasauslass mit einem ersten Wärmetauscher (110) verbunden ist, wobei die Vorrichtung einen zweiten Wärmetauscher (120) aufweist, wobei der erste Wärmetauscher (110) und der zweite Wärmetauscher (120) über einen erste Wärmetauschmediumskreislauf (130) miteinander verbunden sind, wobei der thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221694P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103061 3/3 zweite Wärmetauscher (120) mit der Vorrichtung zur thermischen Behandlung verbunden oder ein Bestandteil der Vorrichtung zur thermischen Behandlung ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Carbonator (10) einen dritten Wärmetauscher aufweist, wobei der dritte Wärmetauscher über einen zweiten Wärmetauschmediumskreislauf mit einer Trocknungsvorrichtung (140) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Carbonator (10) einen Abgasauslass aufweist, wobei der Abgasauslass mit einem vierten Wärmetauscher (200) verbunden ist, wobei der vierte Wärmetauscher über einen dritten Wärmetauschmediumskreislauf (210) mit einer Trocknungsvorrichtung (140) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauschmediumskreislauf (130), der zweite Wärmetauschmediumskreislauf oder der dritte Wärmetauschmediumskreislauf (210) einen Wärmetauschmediumsspeicher aufweist.
16. Anlagenverbund aus einer Zementanlage und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15.
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