LU103071B1 - Optimized heat management in a plant for the thermal treatment of mineral substances - Google Patents

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LU103071B1
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LU
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preheater
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Eike Willms
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Thyssenkrupp Ag
Thyssenkrupp Ind Solutions Ag
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials, wobei die Anlage einen Vorwärmer 10, einen Calcinator 20 und einen Ofen 30 aufweist, wobei die Anlage einen Gaseinlass 61 und einen Gasauslass 62 sowie einen Materialeinlass 51 und einen Materialauslass 52 aufweist, wobei die Bestandteile zur Überführung eines Materialstromes vom Materialeinlass 51 über den Vorwärmer 10, den Calcinator 20 und den Ofen 30 zum Materialauslass 52 verbunden sind, wobei die Bestandteile zur Überführung eines Gasstromes vom Gaseinlass 61 über den Ofen 30, den Calcinator 20 und den Vorwärmer 10 zum Gasauslass 62 verbunden sind, wobei der Vorwärmer 10 mehrstufig ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Calcinator 20 zur Überfügung des den Calcinator 20 verlassenden Materialstrom oder der Vorwärmer 10 zur Überführung des eine Stufe 11, 12, 13 des Vorwärmers 10 verlassenden Materialstrom mit einer Wärmetauschvorrichtung 70 verbunden ist, wobei die Wärmetauschvorrichtung 70 zur Rückführung des Materialstroms mit dem Vorwärmer 10 verbunden ist.The present invention relates to a plant for the thermal treatment of a mineral material, wherein the plant has a preheater 10, a calciner 20 and a furnace 30, wherein the plant has a gas inlet 61 and a gas outlet 62 as well as a material inlet 51 and a material outlet 52, wherein the components for transferring a material flow from the material inlet 51 via the preheater 10, the calciner 20 and the furnace 30 to the material outlet 52 are connected, wherein the components for transferring a gas flow from the gas inlet 61 via the furnace 30, the calciner 20 and the preheater 10 to the gas outlet 62 are connected, wherein the preheater 10 is designed in several stages, characterized in that the calciner 20 for transferring the material flow leaving the calciner 20 or the preheater 10 for transferring the one stage 11, 12, 13 of the Preheater 10 leaving material flow is connected to a heat exchange device 70, wherein the heat exchange device 70 is connected to the preheater 10 for returning the material flow.

Description

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 1/12thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 02/13/2023 LU103071 1/12

Optimierte Warmefiihrung in einer Anlage zur thermischen Behandlung mineralischer StoffeOptimized heat management in a plant for the thermal treatment of mineral materials

Die Erfindung betrifft dient der Erhöhung der Warmeausschleusung aus einemThe invention relates to increasing the heat discharge from a

Brennprozess, um insbesondere weitere Befeuerungen zu vermeiden und so beispielsweise und insbesondere die Abgasreinigung des Hauptprozesses vollständig nutzen zu kénnen.Combustion process in order to avoid further firing and thus, for example and in particular, to be able to fully utilize the exhaust gas purification of the main process.

Zementanlagen sind komplexe Systeme. Die Komplexität nimmt derzeit weiter zu, beispielsweise um die Anlagen umweltschonender zu gestalten. Daher werden beispielsweise Ersatzbrennstoffe eingesetzt, um dadurch insbesondere fossileCement plants are complex systems. The complexity is currently increasing, for example to make the plants more environmentally friendly. For example, substitute fuels are being used to save fossil fuels in particular.

Ressourcen zu schonen. Ebenso werden Vorrichtungen integriert, um das erzeugte und freigesetzte Kohlendioxid abzutrennen und damit eine Freisetzung des Treibhausgases zu vermeiden. Hierfür wird jedoch Energie benötigt. Gleichzeitig werden beispielsweiseto conserve resources. Devices are also integrated to separate the carbon dioxide produced and released and thus prevent the release of the greenhouse gas. However, this requires energy. At the same time, for example,

Tone eingesetzt und calciniert, um die Kohlendioxidfreisetzung aus dem Edukt zu minimieren, jedoch müssen diese Tone regelmäßig getrocknet werden. Für vieleClays are used and calcined to minimize the release of carbon dioxide from the reactant, but these clays must be dried regularly. For many

Prozesse wird daher versucht, Energie aus dem Hauptprozess zu nutzen, beispielsweise werden intensiv Wärmetauscher im Bereich der den Prozess verlassenden Gase eingesetzt. Die dadurch zur Verfügung stehende Wärmemenge ist jedoch begrenzt.Processes therefore attempt to use energy from the main process, for example, heat exchangers are used intensively in the area of the gases leaving the process. However, the amount of heat available is limited.

Gleichzeitig würde eine weitere Verbrennungseinheit die Komplexität insbesondere bei einer Kohlendioxidabtrennung erhöhen.At the same time, an additional combustion unit would increase the complexity, especially when it comes to carbon dioxide separation.

Aus der DE 10 2018 206 673 A1 ist eine Oxyfuel-Klinkerherstellung mit speziellerDE 10 2018 206 673 A1 describes an oxyfuel clinker production with special

Sauerstoffzugasung bekannt.Oxygen gassing is known.

Aus der DE 10 2018 206 674 A1 ist eine Oxyfuel-Klinkerherstellung ohne Rezirkulation der Vorwärmerabgase bekannt.From DE 10 2018 206 674 A1, an oxyfuel clinker production without recirculation of the preheater exhaust gases is known.

Daher besteht der Wunsch, thermische Energie möglichst integriert bereitzustellen.Therefore, there is a desire to provide thermal energy as integrated as possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausreichend thermische Energie aus dem eigentlichenThe object of the invention is to extract sufficient thermal energy from the actual

Hauptprozess auch für alle vor-, nach- oder nebengelagerten Prozesse bereitzustellen.Main process also for all upstream, downstream or secondary processes.

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 2/12thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 02/13/2023 LU103071 2/12

Gelöst wird diese Aufgabe durch Anlage mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved by a system having the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgendenAdvantageous further developments result from the subclaims, the following

Beschreibung sowie den Zeichnungen.Description and drawings.

Die erfindungsgemäße Anlage dient zur thermischen Behandlung eines mineralischenThe plant according to the invention is used for the thermal treatment of a mineral

Materials. Insbesondere ist die Anlage eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker.Materials. In particular, the plant is a plant for the production of cement clinker.

Die Anlage weist einen Vorwarmer, einen Calcinator und einen Ofen auf. Die Anlage weist einen Gaseinlass und einen Gasauslass sowie einen Materialeinlass und einenThe plant has a preheater, a calciner and a furnace. The plant has a gas inlet and a gas outlet as well as a material inlet and a

Materialauslass auf. Die Bestandteile (Vorwärmer, Calcinator und Ofen) sind zurThe components (preheater, calciner and furnace) are designed for

Überführung eines Materialstromes vom Materialeinlass über den Vorwärmer, denTransfer of a material flow from the material inlet via the preheater, the

Calcinator und den Ofen zum Materialauslass verbunden. Die Bestandteile sind weiter zur Überführung eines Gasstromes vom Gaseinlass über den Ofen, den Calcinator und den Vorwärmer zum Gasauslass verbunden. Somit ist die Anlage grundsätzlich imCalciner and the furnace to the material outlet. The components are further connected to transfer a gas flow from the gas inlet via the furnace, the calciner and the preheater to the gas outlet. Thus, the plant is basically in

Gegenstrom aufgebaut, wobei streckenweise, beispielsweise im Calcinator dennoch lokal die Ströme im Gleichstrom fließen können. Der Vorwärmer ist mehrstufig ausgeführt. Dieses stellt eine auf die wichtigsten Grundkomponenten reduzierte übliche thermische Behandlungsvorrichtung, beispielsweise zur Herstellung von Zementklinker, dar und ist aus dem Stand der Technik gut und in vielfältigen Ausprägungen bekannt.Countercurrent is constructed, although in some sections, for example in the calciner, the currents can still flow locally in cocurrent. The preheater is designed in several stages. This represents a conventional thermal treatment device, for example for the production of cement clinker, reduced to the most important basic components and is well known from the state of the art and in many different forms.

Üblicherweise weist die Anlage auch einen Materialkühler auf, der üblicherweise zwischen Ofen und Gaseinlass angeordnet ist, in welchem das Produkt abgekühlt und das dem Ofen zugeführte Gas aufgewärmt wird. Hierbei kann der Materialkühler auch so ausgeführt sein, dass nur ein Teilgasstrom in den Ofen überführt wird, ein weiterer Teil des Materialkühlers wird mit einem anderen Gasstrom gekühlt (üblicherweise der kältereUsually, the system also has a material cooler, which is usually arranged between the furnace and the gas inlet, in which the product is cooled and the gas supplied to the furnace is heated. The material cooler can also be designed in such a way that only a partial gas flow is transferred into the furnace, another part of the material cooler is cooled with another gas flow (usually the colder

Bereich) und der so erwärmte Gasstrom an anderer Stelle, beispielsweise bei einerarea) and the heated gas stream at another location, for example at a

Trocknungsvorrichtung, verwendet. Beispielsweise kann die Anlage für den Oxyfuel-drying device. For example, the system can be used for the oxyfuel

Betrieb ausgelegt sein, also wird (idealisiert) am Anfang reiner Sauerstoff verwendet, welcher durch Verbrennungsprozesse zu (idealisiert) am Ende reinem Kohlendioxid (zuzüglich Wasser, welches leicht abtrennbar ist) umgesetzt (weiteres Kohlendioxid wird meist aus dem mineralischen material zusätzlich freigesetzt). Dieses (idealisiert) reineoperation, so (idealized) pure oxygen is used at the beginning, which is converted by combustion processes to (idealized) pure carbon dioxide at the end (plus water, which is easily separated) (additional carbon dioxide is usually released from the mineral material). This (idealized) pure

Kohlendioxid kann dann ohne aufwändige Gastrennung anderweitig verwendet werden und so die Emission vermeiden werden. Eine der Herausforderungen im Oxyfuel-Prozess ist es, Falschluft, insbesondere Stickstoff aus der Umgebungsluft, zu vermeiden, wozu alle möglichen Gasleckagestellen entsprechend möglichst weitestgehend abgedichtet thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 3/12 werden müssen. Beispielsweise kann Uber den gesamten Prozess die Falschluftmenge bei 5 % bis 10 % liegen. Jede Reduktion der Falschluft führt somit unmittelbar zu einer erhöhten Reinheit des Kohlendioxids und dadurch zu einer Reduktion des Aufwands der notwendigen Aufreinigung. Daher ist kritisch, wenn Umgebungsluft und damit Stickstoff in den Gasstrom eindringt, ein Entweichen von Gas in die Umgebung ins wenigstens inCarbon dioxide can then be used elsewhere without complex gas separation, thus avoiding emissions. One of the challenges in the oxyfuel process is to avoid false air, especially nitrogen from the ambient air, for which all possible gas leakage points must be sealed as far as possible. For example, the amount of false air can be 5% to 10% over the entire process. Any reduction in false air therefore leads directly to an increase in the purity of the carbon dioxide and thus to a reduction in the effort required for the necessary purification. It is therefore critical that if ambient air and thus nitrogen penetrates the gas stream, gas escapes into the environment to at least

Hinblick auf den Aspekt der notwendigen Reinigung, nicht relevant. Die Erfindung ist zwar für den Oxyfuel-Prozess besonders geeignet, jedoch nicht auf diesen beschränkt.With regard to the aspect of necessary cleaning, this is not relevant. Although the invention is particularly suitable for the oxyfuel process, it is not limited to it.

Erfindungsgemäß ist der Calcinator zur Überführung des den Calcinator verlassendenAccording to the invention, the calciner is designed to transfer the slurry leaving the calciner

Materialstrom oder der Vorwärmer zur Überführung des eine Stufe des Vorwärmers verlassenden Materialstrom mit einer Warmetauschvorrichtung verbunden. DieMaterial flow or the preheater for transferring the material flow leaving a stage of the preheater is connected to a heat exchanger. The

Warmetauschvorrichtung ist zur Rückführung des Materialstroms mit dem Vorwärmer verbunden. Somit wird erfindungsgemäß ein warmer Feststoffstrom und kein Gasstrom aus dem Prozess ausgeschleust. Dieses hat eine Reihe von Vorteilen. Zum einen kann die Ausschleusung eines festen Materialstroms in einfacher Weise gegen das Eindringen von Falschluft abgesichert werden und eignet sich daher insbesondere fur den Oxyfuel-Heat exchanger is connected to the preheater to return the material flow. According to the invention, a warm solid flow and not a gas flow is discharged from the process. This has a number of advantages. Firstly, the discharge of a solid material flow can be easily secured against the ingress of false air and is therefore particularly suitable for the oxyfuel

Prozess. Zum anderen kann dadurch in sehr einfacher Weise zusätzlich aus demprocess. On the other hand, it is also possible to use the

Prozess auch in vergleichsweise einfacher Form in größerer Menge ausgeschleust werden. Die dafür benötigte Energie kann im Hauptprozess in einfacher Weise bereitgestellt werden, wodurch insbesondere alle zusätzlichen Maßnahmen (Verwendung von Ersatzbrennstoffen, Abgasaufreinigung, Kohlendioxidabtrennung und dergleichen) vollumfänglich genutzt und nicht mehrfach vorgehalten werden müssen, was der Fall wäre, wenn an anderer Stelle eine weitere Verbrennungsvorrichtung zurThe energy required for this can be provided in a simple manner in the main process, which means that all additional measures (use of alternative fuels, exhaust gas purification, carbon dioxide separation and the like) can be fully utilized and do not have to be kept in reserve multiple times, which would be the case if another combustion device were to be used elsewhere for

Erzeugung von Wärme der Fall wäre. Auch kann gerade bei der Verwendung vonThe generation of heat would be the case. Also, especially when using

Ersatzbrennstoffen so die erforderliche Temperatur und Verweilzeit für die sichereSubstitute fuels thus achieve the required temperature and residence time for the safe

Verbrennung in einfacher Weise gewährleistet werden. Die Wärmetauschvorrichtung dient also insbesondere dazu, weitere Wärmeerzeugungsvorrichtung, insbesondereCombustion can be ensured in a simple manner. The heat exchange device therefore serves in particular to provide further heat generation devices, in particular

Verbrennungsvorrichtungen im Gesamtkomplex zu vermeiden. Weitere Vorteile werden im Folgenden ausgeführt.To avoid combustion devices in the entire complex. Further advantages are explained below.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmetauschvorrichtung einIn a further embodiment of the invention, the heat exchange device is a

Gleichstromwärmetauscher mit Abscheidezyklon oder ein Wirbelbettwärmetauscher.Cocurrent heat exchanger with separation cyclone or a fluidized bed heat exchanger.

Beide Varianten haben Vorzüge, insbesondere abhängig von der Art, wie die Wärme thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 4/12 übertragen werden soll. Ein Gleichstromwärmetauscher mit Abscheidezyklon ermöglicht einen extrem schnellen Wärmeübergang durch den direkten Kontakt zwischen dem Gas und dem festen Material, welches von dem Gasstrom transportiert wird. Als Gas eignen sich hier insbesondere Luft oder auch ein im Kreislauf gefahrenes Prozessgas. EinBoth variants have advantages, especially depending on the way in which the heat is to be transferred. A direct current heat exchanger with a separation cyclone enables extremely fast heat transfer through the direct contact between the gas and the solid material that is transported by the gas stream. Air or a circulating process gas are particularly suitable as gases. A

Wirbelbettwärmetauscher hingegen weist in einem Wirbelbett angeordnete meist rohrförmige Führungen eines Wärmeträgermediums auf. Hier erfolgt derFluidized bed heat exchangers, on the other hand, have mostly tubular guides for a heat transfer medium arranged in a fluidized bed.

Wärmeübergang als durch eine Wandung, was den Prozess deutlich langsamer macht.Heat transfer than through a wall, which makes the process significantly slower.

Auf der anderen Seite wird dadurch eine Trennung zwischen Material undOn the other hand, this creates a separation between material and

Wärmeträgermedium erreicht, sodass sich hierfür insbesondere Thermodle und vor allemHeat transfer medium is achieved, so that Thermodle and especially

Dampf eignen. Hierbei sind insbesondere auch sehr hohe Dampftemperaturen zu erzielen, was wiederum den Wirkungsgrad, beispielsweise in einer Turbine zumSteam is particularly suitable for very high steam temperatures, which in turn increases the efficiency, for example in a turbine for

Antreiben eines Verdichters oder eines Generators, erhöht. DerDriving a compressor or a generator. The

Wirbelbettwärmetauscher wird vorzugsweise mit wenig Fluidisierungsgas fluidisiert, wobei das Fluidisierungsgas bevorzugt im Kreis geführt wird. Hierdurch kann beispielsweise der Eintrag von Falschluft in die Anlage sicher ausgeschlossen werden.Fluidized bed heat exchangers are preferably fluidized with a small amount of fluidizing gas, whereby the fluidizing gas is preferably circulated. This can safely exclude, for example, the entry of false air into the system.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmetauschvorrichtung mit einer Mahlvorrichtung oder einer Trocknungsvorrichtung verbunden. Bevorzugt ist dieIn a further embodiment of the invention, the heat exchange device is connected to a grinding device or a drying device. Preferably, the

Wärmetauschvorrichtung in diesem Fall ein Gleichstromwärmetauscher mitHeat exchange device in this case a direct current heat exchanger with

Abscheidezyklon, indem ein Gasstrom erwärmt wird, der dann wiederrum erwärmt in dieSeparation cyclone, in which a gas stream is heated, which is then heated again into the

Mahlvorrichtung geleitet wird. In diesem Fall ist die Verbindung zwischen dergrinding device. In this case, the connection between the

Wärmetauschvorrichtung und der Mahlvorrichtung oder der Trocknungsvorrichtung eineheat exchange device and the grinding device or the drying device.

Gasleitung für dieses erwärmte Gas.Gas line for this heated gas.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Gasauslass der Anlage mit einerIn a further embodiment of the invention, the gas outlet of the system is provided with a

Kohlendioxidabtrennvorrichtung verbunden. Gerade die Zementindustrie ist eineCarbon dioxide separation device. The cement industry in particular is a

Kohlendioxid-intensive Industrie. Eine Abtrennung hat daher einen sehr großen Effekt.Carbon dioxide-intensive industry. Separation therefore has a very big effect.

Derzeit stehen bereits mehrere alternative Verfahren zur Kohlendioxidabtrennung aus einem Abgasstrom zur Verfügung. Zwei sind beispielsweise die Amin-Wäsche sowie derCurrently, several alternative processes are available for separating carbon dioxide from an exhaust gas stream. Two examples are amine scrubbing and

Carbonate-Looping-Prozess (auch Calcium-Looping-Prozess). Hierbei sind die für denCarbonate looping process (also calcium looping process). Here, the

Carbonate-Looping-Prozess benötigten Temperaturen jedoch deutlich höher. In beidenCarbonate looping process, however, required significantly higher temperatures. In both

Fällen wird das Kohlendioxid aus dem Abgasstrom zunächst chemisch gebunden, einmal an ein Amin, einmal an CaO. Das geschieht im Absorber genannten Teil der thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 5/12In these cases, the carbon dioxide from the exhaust gas stream is first chemically bound, once to an amine, once to CaO. This takes place in the absorber part of the thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 5/12

Kohlendioxidabtrennvorrichtung. Dann wird das mit Kohlendioxid beladene Medium in einen anderen Bereich der Kohlendioxidabtrennvorrichtung transferiert und dort regeneriert, also das Kohlendioxid wieder freigesetzt. Dadurch ist der Kohlendioxidstrom frei von zum Beispiel Stickstoff oder Argon. Fur die Regeneration wird üblicherweiseCarbon dioxide separation device. The medium loaded with carbon dioxide is then transferred to another area of the carbon dioxide separation device and regenerated there, i.e. the carbon dioxide is released again. This means that the carbon dioxide stream is free of nitrogen or argon, for example. For the regeneration,

Energie benötigt. Beispielsweise und bevorzugt ist die Kohlendioxidabtrennvorrichtung ein Amin-Wascher. Der Amin-Wascher weist eine Amin-Regenerationsvorrichtung auf, in welchem das am Amin gebundene Kohlendioxid wieder freigesetzt wird. Die Amin-Energy is required. For example and preferably, the carbon dioxide separation device is an amine washer. The amine washer has an amine regeneration device in which the carbon dioxide bound to the amine is released again. The amine

Regenerationsvorrichtung ist mit der Warmetauschvorrichtung zur Überführung des in der Warmetauschvorrichtung erwarmten Mediums verbunden. Hierbei kann dieRegeneration device is connected to the heat exchange device for transferring the medium heated in the heat exchange device. Here, the

Wärmetauschvorrichtung beispielsweise als Wirbelbettwärmetauscher zur Erzeugung von Dampf ausgefuhrt sein.The heat exchange device can be designed, for example, as a fluidized bed heat exchanger for generating steam.

In einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung die dem Calcinator benachbarte ersteIn a further embodiment of the invention, the first adjacent to the calciner

Stufe des Vorwärmers zur Überführung des die erste Stufe des Vorwärmeres verlassenden Materialstrom mit der Warmetauschvorrichtung verbunden. Benachbart bedeutet hier, dass der Materialstrom beziehungsweise der Gasstrom jeweils von dem einen benachbarten Bauteil zu dem anderen benachbarten Bauteil geführt wird, hier als der Materialstrom vom der dem Calcinator benachbarte erste Stufe des Vorwärmers in den Calcinator und der Gasstrom von dem Calcinator in die dem Calcinator benachbarte erste Stufe des Vorwärmers. Die Wärmetauschvorrichtung ist zur Rückführung desStage of the preheater for transferring the material flow leaving the first stage of the preheater to the heat exchanger. Adjacent here means that the material flow or the gas flow is led from one adjacent component to the other adjacent component, here as the material flow from the first stage of the preheater adjacent to the calciner into the calciner and the gas flow from the calciner into the first stage of the preheater adjacent to the calciner. The heat exchanger is for returning the

Materialstroms mit der zweiten Stufe des Vorwärmers verbunden. Die zweite Stufe ist die der ersten Stufe in Materialstromrichtung nachfolgende und in Gasstromrichtung vorangehende Stufe der ersten Stufe. Dieses hat sich als ideales Temperaturfenster herausgestellt, um so beispielsweise hochwertigen Dampf für eine effiziente weiterematerial flow to the second stage of the preheater. The second stage is the stage following the first stage in the material flow direction and preceding the first stage in the gas flow direction. This has proven to be an ideal temperature window for producing, for example, high-quality steam for efficient further

Nutzung zu gewinnen.to gain use.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anlage für den Betrieb mit einemIn a further embodiment of the invention, the system is designed for operation with a

Gas mit weniger als 50 Vol.-%, bevorzugt weniger als 10 Vol.-%, Stickstoff in dem demGas containing less than 50 vol.%, preferably less than 10 vol.%, nitrogen in the

Gaseinlass zugeführten Gasstrom ausgelegt. Es handelt sich somit um eine Oxyfuel-gas flow supplied to the gas inlet. It is therefore an oxyfuel

Anlage. Ziel ist es hierbei, möglichst jede Nebenluft oder sonst wie in das System gelangende Luft zu vermeiden, um am Ende des Prozesses möglichst reinesThe aim is to avoid any secondary air or other air entering the system in order to obtain the purest possible air at the end of the process.

Kohlendioxid zu haben. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch dieCarbon dioxide. The process according to the invention enables the

Ausschleusung nur des festen mineralischen Materials dieses in einfacher Weise.Removing only the solid mineral material in a simple manner.

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 6/12thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 02/13/2023 LU103071 6/12

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die WarmetauschvorrichtungIn a further embodiment of the invention, the heat exchange device

Umgebungsluft als Warmetauschmedium auf. Das Warmetauschmedium Luft wird mit dem Materialstrom in direkten Kontakt gebracht. Hieraus ergibt sich ein besondererAmbient air as a heat exchange medium. The heat exchange medium air is brought into direct contact with the material flow. This results in a special

Vorteil, wenn die Anlage mit einer Kohlendioxidabtrennvorrichtung verbunden ist und/oder nach dem Oxyfuel-Verfahren betrieben wird. In beiden Fallen gelangt dasAdvantage if the plant is connected to a carbon dioxide separation device and/or is operated according to the oxyfuel process. In both cases, the

Kohlendioxid aus dem Hauptprozess nicht in die Umwelt. Aber durch den Kontakt derCarbon dioxide from the main process does not enter the environment. But through the contact of the

Umgebungsluft, welche auch, wenn nur in geringen Mengen, Kohlendioxid enthält, mit dem heißen, wenigstens teilweise decarbonatisierten, Material nimmt das decarbonatisierte Material wieder Kohlendioxid auf (besonders optimal um 650 °C).Ambient air, which also contains carbon dioxide, even if only in small quantities, comes into contact with the hot, at least partially decarbonated, material and the decarbonated material absorbs carbon dioxide again (particularly optimal at around 650 °C).

Dieses Kohlendioxid wird spätestens im Calcinator wieder freigesetzt und somit mit dem weiteren Kohlendioxid abgetrennt und nicht in die Umgebung abgegeben. Somit wird nicht nur die Emission von neuem Kohlendioxid verhindert, sondern (wenn auch in geringem Maße) der Atmosphäre entnommen und anschließend gemeinsam mit demThis carbon dioxide is released again in the calciner at the latest and is thus separated with the other carbon dioxide and not released into the environment. This not only prevents the emission of new carbon dioxide, but also removes it (albeit to a small extent) from the atmosphere and then

Kohlendioxid aus dem Ofenprozess abgeschieden und in Folge sequestriert werden.Carbon dioxide is separated from the furnace process and subsequently sequestered.

Hierbei ist der Aufwand minimal, sodass im Vergleich zu herkömmlichen CO,-The effort involved is minimal, so that compared to conventional CO,-

Abscheidung und nachfolgenden Sequestrierung Kosten und Energieaufwand minimal sind.Separation and subsequent sequestration costs and energy expenditure are minimal.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Ofen und/oder der Calcinator eine Ersatzbrennstoffzufuhrvorrichtung auf. Ersatzbrennstoffe müssen (auch gesetzlich vorgegeben) bei einer Mindesttemperatur und für eine Mindestzeitdauer verbrannt werden. Dieses ist im Hauptprozess gut möglich. Für kleine Feuerungsanlagen, beispielsweise in einer Trocknungsvorrichtung, wo wesentlich geringere Temperaturen benötigt werden, wäre dieses unwirtschaftlich. Durch die Nutzung der erfindungsgemäßen Wärmetauschvorrichtung kann aber somit auch die benötigteIn a further embodiment of the invention, the furnace and/or the calciner has a substitute fuel supply device. Substitute fuels must be burned at a minimum temperature and for a minimum period of time (also prescribed by law). This is easily possible in the main process. For small combustion plants, for example in a drying device, where much lower temperatures are required, this would be uneconomical. By using the heat exchange device according to the invention, however, the required

Wärme in einfachster Weise mittels Ersatzbrennstoffen bereitgestellt werden.Heat can be provided in the simplest way using alternative fuels.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmetauschvorrichtung mit einer Turbine verbunden. Die Turbine ist mit einem Kohlendioxidkompressor verbunden.In a further embodiment of the invention, the heat exchange device is connected to a turbine. The turbine is connected to a carbon dioxide compressor.

Bei einer Abtrennung von Kohlendioxid, beispielsweise nach dem Oxyfuel-Verfahren oder durch Abscheidung in einem Amin-Wäscher, wird das Kohlendioxid verdichtet.When carbon dioxide is separated, for example using the oxyfuel process or by separation in an amine scrubber, the carbon dioxide is compressed.

Dieser Schritt ist vergleichsweise energieintensiv im Prozess. Alternativ könnte die thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 7/12This step is comparatively energy-intensive in the process. Alternatively, the thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 7/12

Turbine auch mit einem Generator zur Stromerzeugung verbunden sein, um beispielsweise die Anlage autark von einem externen Stromnetz zu machen.Turbine can also be connected to a generator to produce electricity, for example to make the system self-sufficient from an external power grid.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Warmetauschvorrichtung zweistufig ausgebildet. Die erste Warmetauschstufe ist zum Übertrag der Wärme von dem Materialstrom auf einen Gasstrom ausgebildet. Die zweite Warmetauschstufe ist zur indirekten Übertragung der Wärme von dem in der ersten Wärmetauschstufe erwärmtenIn a further embodiment of the invention, the heat exchange device is designed in two stages. The first heat exchange stage is designed to transfer the heat from the material flow to a gas flow. The second heat exchange stage is designed to indirectly transfer the heat from the material heated in the first heat exchange stage.

Gasstroms auf einen Dampfstrom ausgebildet. Daher kann die zweite Warmetauschstufe beispielsweise als Plattenwärmetauscher oder als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt sein. Hierbei wird bevorzugt das Gas zwischen der ersten Warmetauschstufe und der zweiten Warmetauschstufe im Kreis geführt.gas flow to a steam flow. Therefore, the second heat exchange stage can be designed as a plate heat exchanger or as a tube bundle heat exchanger. In this case, the gas is preferably circulated between the first heat exchange stage and the second heat exchange stage.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage eine weitereIn a further embodiment of the invention, the system has a further

Warmetauschvorrichtung auf. Beispielsweise ist eine erste Warmetauschvorrichtung zwischen der ersten Stufe des Vorwärmers und der zweiten Stufe des Vorwärmers angeordnet und eine zweite Warmetauschvorrichtung zwischen der zweiten Stufe desHeat exchange device. For example, a first heat exchange device is arranged between the first stage of the preheater and the second stage of the preheater and a second heat exchange device is arranged between the second stage of the

Vorwärmers und der dritten Stufe des Vorwärmers angeordnet. Die erstepreheater and the third stage of the preheater. The first

Warmetauschvorrichtung und die zweite Warmetauschvorrichtung können dabei unabhängig voneinander verwendet werden, beispielsweise um Wärme für zweiHeat exchanger and the second heat exchanger can be used independently of each other, for example to provide heat for two

Unterschiedliche Prozesse bereitzustellen. Alternativ können diese aber auch für dasTo provide different processes. Alternatively, these can also be used for the

Wärmetauschmedium in Reihe geschaltet sein. Beispielsweise wird Wasserdampf in der zweiten Wärmetauschvorrichtung zunächst erhitzt und dann in der erstenHeat exchange medium can be connected in series. For example, water vapor is first heated in the second heat exchange device and then in the first

Wärmetauschvorrichtung noch weiter erhitzt. Hierdurch kann für den Dampf insgesamt ein höheres Temperaturniveau erreicht werden und so ein höherer Wirkungsgrad.Heat exchanger device heats up even further. This allows the steam to reach a higher temperature level overall and thus a higher efficiency.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Wärmetauschvorrichtung eineIn a further embodiment of the invention, the heat exchange device has a

Kaltmaterialzuführung auf. Über die Kaltmaterialzuführung wird ein kalter Feststoffstoff der Wärmetauschvorrichtung zugeführt. In der Wärmetauschvorrichtung wird derCold material feed. A cold solid material is fed to the heat exchanger via the cold material feed. In the heat exchanger, the

Materialstrom und der Kaltmaterialstrom, welcher durch die Kaltmaterialzuführung zugeführt wird, vermischt. Es werden in der Wärmetauschvorrichtung die beidenmaterial flow and the cold material flow, which is fed through the cold material feed, are mixed. In the heat exchanger device, the two

Feststoffströme, heiß und kalt direkt gemischt und dadurch wird die Wärme direkt übertragen. Die Wärmetauschvorrichtung ist zur Rückführung des Materialstroms über den Materialeinlass mit dem Vorwärmer verbunden. Insbesondere und bevorzugt wird thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 8/12 der kombiniert Gasstrom (warm und kalt) gemeinsam wieder am Anfang des Verfahrens eingebracht. Hierbei erfolgt beispielsweise und bevorzugt durch die Erwärmung desSolid streams, hot and cold, are mixed directly and the heat is transferred directly. The heat exchanger is connected to the preheater via the material inlet to return the material flow. In particular and preferably, the combined gas flow (hot and cold) is introduced together again at the beginning of the process. This is done, for example and preferably, by heating the

Kaltmaterialstroms eine Trocknung des Kaltmaterialstroms. Dieser wird durch dieCold material flow drying of the cold material flow. This is done by the

Mischung in der Wärmetauschvorrichtung beispielsweise auf 90 °C erwärmt und dadurch getrocknet. Die entweichende Feuchtigkeit wird vorzugsweise über die Gasphase abgeführt und entfernt. Beispielsweise kann über die Kaltmaterialzuführung feinkörnigeThe mixture is heated in the heat exchanger to 90 °C, for example, and thus dried. The escaping moisture is preferably removed via the gas phase. For example, fine-grained

Materialien zugesetzt, wie zum Beispiel Rohmehl, Kalkstein, Flugaschen, Schlacken,Materials such as raw meal, limestone, fly ash, slag,

Altsande und/oder Rückstände aus Betonrückbau, wie beispielsweise Brechsande oderUsed sand and/or residues from concrete demolition, such as crushed sand or

Zementstein.Cement stone.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anlage eine Anlage zurIn a further embodiment of the invention, the system is a system for

Herstellung von Zementklinker.Production of cement clinker.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Anlage nach einem Verfahren betrieben, wobei die Verbrennungsprozesse ausschließlich innerhalb der Anlage durchgeführt werden. Es wird also auf weitere Verbrennungsprozesse, beispielsweise in einem Trockner oder einem Amin-Wäscher verzichtet oder diese zumindest in hohemIn a further embodiment of the invention, the plant is operated according to a method in which the combustion processes are carried out exclusively within the plant. Further combustion processes, for example in a dryer or an amine scrubber, are therefore dispensed with or at least reduced to a high degree.

Maße reduziert. Wie bereits ausgeführt, erleichtert dieses wesentlich die Abgasreinigung und insbesondere die Kohlendioxidabtrennung. Ebenso erleichtert es die Verwendung von Ersatzbrennstoffen für alle thermischen Prozesse.As already mentioned, this significantly facilitates exhaust gas purification and in particular carbon dioxide separation. It also facilitates the use of substitute fuels for all thermal processes.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die in der Wärmetauschvorrichtung ausgeschleuste Wärmemenge in Abhängigkeit der Temperatur des Gasstromes amIn a further embodiment of the invention, the amount of heat discharged in the heat exchange device is determined as a function of the temperature of the gas stream at the

Gasauslass oder einem dem Gasauslass nachgelagerten Punkt des Gasstromes geregelt. Die Regelung kann beispielsweise über die Regelung der Durchflussmenge desGas outlet or a point of the gas flow downstream of the gas outlet. The control can be achieved, for example, by controlling the flow rate of the

Wärmetauschfluids durch die Wärmetauschvorrichtung erfolgen. Es gibt den Prozessen nachgelagerte Abgasreinigungsprozesse, beispielsweise spezielle Staubabscheider, die nicht über eine gewisse Temperatur kommen dürfen. Durch diese Regelung ist es möglich, auch bei Temperaturschwankungen im Prozess die Austrittstemperatur desHeat exchange fluids through the heat exchange device. There are exhaust gas purification processes downstream of the processes, for example special dust separators, which must not exceed a certain temperature. This control makes it possible to maintain the outlet temperature of the exhaust gas even when there are temperature fluctuations in the process.

Gasstromes in einfacher Weise zu kontrollieren, ohne direkt in den Hauptprozess einzugreifen.gas flow in a simple manner without directly interfering with the main process.

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 9/12thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 02/13/2023 LU103071 9/12

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anlage anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The system according to the invention is explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawings.

Fig. 1 Stand der TechnikFig. 1 State of the art

Fig. 2 erstes BeispielFig. 2 first example

Fig. 3 zweites BeispielFig. 3 second example

Fig. 4 drittes BeispielFig. 4 third example

Fig. 5 viertes BeispielFig. 5 fourth example

Fig. 6 fünftes BeispielFig. 6 fifth example

In Fig. 1 ist zunächst eine Anlage nach dem Stand der Technik. Thermisch zu behandelndes Material wird über den Materialeinlass 51 in den Vorwärmer 10 eingebracht und stufenweise in der dritten Stufe 13, der zweiten Stufe 12 und der erstenFig. 1 shows a system according to the state of the art. Material to be thermally treated is introduced into the preheater 10 via the material inlet 51 and is gradually heated in the third stage 13, the second stage 12 and the first

Stufe 11 vorgewärmt. Die Stufen 11, 12, 13 sind hierbei als Gleichstromwärmetauscher mit Abscheidezyklon ausgeführt. Das vorgewärmte Material wird in den Calcinator 20 überführt, anschließend in den Ofen 30 sowie abschließend einen Materialkühler 40 und von dort zum Materialauslass 52. Der Gasstrom wird zum Materialstrom insgesamt imStage 11 is preheated. Stages 11, 12, 13 are designed as co-current heat exchangers with a separating cyclone. The preheated material is transferred to the calciner 20, then to the furnace 30 and finally to a material cooler 40 and from there to the material outlet 52. The gas flow is added to the overall material flow in the

Gegenstrom geführt. Das Gas wird durch den Gaseinlass 61 in den Materialkühler 40 eingebracht, dort vorgewärmt und in den Ofen 30 überführt. Im Ofen 30 erfolgt üblicherweise eine Verbrennung zur Erwärmung / Energiebereitstellung. Das Gas wird weiter in den Calcinator 20 überführt, wo zumeist eine weitere Verbrennung erfolgt. DasThe gas is fed through the gas inlet 61 into the material cooler 40, preheated there and transferred to the furnace 30. In the furnace 30, combustion usually takes place for heating/energy provision. The gas is then transferred to the calciner 20, where further combustion usually takes place. The

Gas wird aus dem Calcinator 20 in den Vorwärmer 10 und anschließend zum Gasauslass 62 überführt.Gas is transferred from the calciner 20 to the preheater 10 and then to the gas outlet 62.

Hierbei sind alle weiteren dem Fachmann bekannte Abwandlungen oder Variationen möglich, die für solche Anlagen üblich und bekannt sind, beispielsweise und insbesondere ein Gasbypass zwischen dem Materialkühler 40 und dem Calcinator 20.In this case, all other modifications or variations known to the person skilled in the art that are customary and known for such systems are possible, for example and in particular a gas bypass between the material cooler 40 and the calciner 20.

Ebenso kann der Materialkühler 40 beispielsweise einen weiteren Gasstrom aufweisen, beispielsweise insbesondere im Endbereich (bei geringer Temperatur des Materials).Likewise, the material cooler 40 can, for example, have a further gas flow, for example in particular in the end region (at low material temperature).

Fig. 2 zeigt nun zusätzlich zum Stand der Technik eine Wärmetauschvorrichtung 70 in einem ersten Beispiel auf. Der Materialstrom nach dem Abscheidezyklon der zweitenFig. 2 now shows, in addition to the prior art, a heat exchange device 70 in a first example. The material flow after the separation cyclone of the second

Stufe wird teilweise in die Wärmetauschvorrichtung 70 überführt. Dadurch kann das thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 10/12Stage is partially transferred to the heat exchanger device 70. This allows the thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 10/12

Material in einfacher Weise ausgeschleust werden, ohne dass beim WiedereinbringenMaterial can be easily removed without any problems when reinserting

Nebenluft in die Anlage eingebracht wird. Im gezeigten Beispiel wird der Materialstrom mit einem Medium, beispielsweise Luft, welches durch den Mediumeinlass 71 zugeführt wird, in einem Gleichstromwarmetauscher in Kontakt gebracht und anschließend in einem Abscheidezyklon wieder getrennt. Somit kann das erwarmte Medium, beispielsweise Luft, durch den Mediumauslass 72 abgegeben und einem weiterenSecondary air is introduced into the system. In the example shown, the material flow is brought into contact with a medium, for example air, which is supplied through the medium inlet 71, in a direct current heat exchanger and then separated again in a separating cyclone. The heated medium, for example air, can thus be discharged through the medium outlet 72 and fed to another

Prozess zugeführt werden.process.

Das in Fig. 3 gezeigte zweite Beispiel weist zusätzlich zum in Fig. 2 gezeigten Beispiel zusätzlich ein Mahlvorrichtung 80 auf. Das in der Wärmetauschvorrichtung 70 erwärmteThe second example shown in Fig. 3 has, in addition to the example shown in Fig. 2, an additional grinding device 80. The heated in the heat exchange device 70

Medium wird in die Mahlvorrichtung 80 überführt. Über den Mahlguteinlass 81 wird das ungemahlene Material der Mahlvorrichtung 80 zugeführt, dort vermahlen und dann über den Materialeinlass 51 in den Vorwärmer 10 überführt. Hierbei muss das Material nicht direkt und unverzüglich überführt werden, vielmehr kann bevorzugt eineMedium is transferred to the grinding device 80. The unground material is fed to the grinding device 80 via the grinding material inlet 81, ground there and then transferred to the preheater 10 via the material inlet 51. The material does not have to be transferred directly and immediately, but rather a

Zwischenspeicherung in einem Silo erfolgen. Beispielsweise kann auch eine weitereIntermediate storage in a silo. For example, another

Versmischung, auch mit weiteren Feststoffen, erfolgen. Das in der Mahlvorrichtung 80 abgekühlte Medium wird über den Kaltmediumauslass 73 abgegeben und könnte wenigstens teilweise zum Mediumeinlass 71 zurückgeführt werden.Mixing, also with other solids, can take place. The medium cooled in the grinding device 80 is discharged via the cold medium outlet 73 and could be at least partially returned to the medium inlet 71.

Das in Fig. 4 gezeigte dritte Beispiel weist zusätzlich zum in Fig. 2 gezeigten Beispiel eine Kohlendioxidabtrennvorrichtung 90, beispielsweise einen Amin-Wäscher auf. DasThe third example shown in Fig. 4 has, in addition to the example shown in Fig. 2, a carbon dioxide separation device 90, for example an amine scrubber. The

Abgas der Anlage wird vom Gasauslass 62 in die Kohlendioxidabtrennvorrichtung 90 überführt, genauer in den Absorber 91. Im Absorber 91 wird insbesondere ein großerExhaust gas from the plant is transferred from the gas outlet 62 into the carbon dioxide separation device 90, more precisely into the absorber 91. In the absorber 91, in particular, a large

Anteil, beispielsweise 90 %, des Kohlendioxids gebunden, beispielsweise an einemA portion, for example 90%, of the carbon dioxide is bound, for example in a

Amin. Das so gereinigte Abgas wird dann über den Abgasauslass 63 abgegeben. Das mit gebundenem Kohlendioxid beladene Waschsystem, beispielsweise Amin, wird vomAmin. The exhaust gas cleaned in this way is then discharged via the exhaust outlet 63. The scrubbing system loaded with bound carbon dioxide, for example amine, is

Absorber 91 in einen Regenerator 92 überführt, um dort das Kohlendioxid wieder freizusetzen und so das Waschsystem weder in den Absorber 91 zurück überführt werden. Die für die Regeneration notwendige Energie wird durch das in derAbsorber 91 is transferred to a regenerator 92 in order to release the carbon dioxide there again and thus the washing system is not transferred back to the absorber 91. The energy required for the regeneration is provided by the

Wärmetauschvorrichtung 70 erwärmte Medium aus dem Mediumauslass 72 derHeat exchange device 70 heated medium from the medium outlet 72 of the

Kohlendioxidabtrennvorrichtung 90 zugeführt und nach Abgabe der notwendigen Energie über den Kaltmediumauslass 73 wieder abgegeben. Hierbei verläuft das Medium üblicherweise in einem getrennten System, beispielsweise Wärmetauschrohren, sodass thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 11/12 es nicht zu einem direkten Kontakt zwischen dem Amin und dem Medium kommt.Carbon dioxide separation device 90 and, after the necessary energy has been released, is released again via the cold medium outlet 73. The medium usually runs in a separate system, for example heat exchanger tubes, so that there is no direct contact between the amine and the medium.

Hierdurch wird auch eine anschließende Trennung des Mediums vom Amin oderThis also enables subsequent separation of the medium from the amine or

Kohlendioxid vermeiden. Das Medium kann vom Kaltmediumauslass 73 erneut demAvoid carbon dioxide. The medium can be returned to the cold medium outlet 73

Mediumeinlass 71 zugeführt werden. Nach der erneuten Freisetzung des Kohlendioxids wird dieses Uber den Kohlendioxidauslass 93 abgegeben und kann weiterverwendet werden.Medium inlet 71. After the carbon dioxide has been released again, it is discharged via the carbon dioxide outlet 93 and can be reused.

Fig. 5 zeigt ein viertes Beispiel. Die Anlage wird in diesem Fall im Oxyfuel-Verfahren betrieben, sodass das Abgas am Gasauslass 62 (nach einer nicht gezeigtenFig. 5 shows a fourth example. In this case, the plant is operated in the oxyfuel process, so that the exhaust gas at the gas outlet 62 (after a not shown

Entfeuchtung) zu einem extrem hohen Anteil aus Kohlendioxid, sodass dieses in einendehumidification) to an extremely high proportion of carbon dioxide, so that this

Verdichter 100 geführt und über einen Kohlendioxidauslass 102 abgegeben wird. Dercompressor 100 and discharged via a carbon dioxide outlet 102. The

Verdichter 100 wird über einer Turbine 101 angetrieben. Um die Turbine 101 anzutreiben ist die Warmetauschvorrichtung 70 zweistufig ausgeführt. In einer erstenCompressor 100 is driven by a turbine 101. In order to drive the turbine 101, the heat exchanger device 70 is designed in two stages. In a first

Wärmetauschstufe wird die Wärme auf ein im Kreis geführtes Gas übertragen und in der zweiten Warmetauschstufe 74 auf einen Dampf, welcher über den Dampfeinlass 75 zugeführt und als HeiRdampf 76 in die Turbine 101 überführt wird, übertragen. Der nach der Turbine 101 abgekühlte Dampf wird Uber den Dampfauslass 77 wieder abgegeben und kann zu Dampfeinlass 75 zurückgeführt werden.In the first heat exchange stage, the heat is transferred to a gas that is circulated and in the second heat exchange stage 74, it is transferred to a steam that is fed in via the steam inlet 75 and is transferred to the turbine 101 as hot steam 76. The steam cooled down after the turbine 101 is released again via the steam outlet 77 and can be returned to the steam inlet 75.

Fig. 6 zeigt ein funftes Beispiel, welches sich in der Art der Warmetauschvorrichtung 70 von dem zweiten Beispiel aus Fig. 3 unterscheidet. Die Wärmetauschvorrichtung 70 ist im gezeigten fünften Beispiel ein Wirbelbettwärmetauscher 78, welches über eineFig. 6 shows a fifth example, which differs in the type of heat exchange device 70 from the second example in Fig. 3. The heat exchange device 70 in the fifth example shown is a fluidized bed heat exchanger 78, which has a

Fluidisierungsluftkreislauf 79 eine Wirbelschicht im Inneren erzeugt. Innerhalb derFluidization air circuit 79 creates a fluidized bed inside. Within the

Wirbelschicht sind Wärmetauschrohre angeordnet, die Über einen Mediumeinlass 71 mit einem Medium versorgt werden und dieses Medium erwärmt über den Medienauslass 72 an die Mahlvorrichtung 80 weiter geführt wird.Heat exchanger tubes are arranged in the fluidized bed, which are supplied with a medium via a medium inlet 71 and this medium is heated and passed on to the grinding device 80 via the media outlet 72.

Bezugszeichen 10 Vorwärmer 11 erste Stufe 12 zweite Stufe 12 dritte Stufe 20 Calcinator thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 12/12 30 Ofen 40 Materialkühler 51 Materialeinlass 52 Materialauslass 61 Gaseinlass 62 Gasauslass 63 Abgasauslass 70 Warmetauschvorrichtung 71 Mediumeinlass 72 Mediumauslass 73 Kaltmediumauslass 74 zweite Warmetauschstufe 75 Dampfeinlass 76 HeilRdampf 77 Dampfauslass 78 Wirbelbettwärmetauscher 79 Fluidisierungsluftkreislauf 80 Mahlvorrichtung 81 Mahlguteinlass 82 Kaltmediumauslass 90 Kohlendioxidabtrennvorrichtung 91 Absorber 92 Regenerator 93 Kohlendioxidauslass 100 Verdichter 101 Turbine 102 KohlendioxidauslassReference numerals 10 Preheater 11 First stage 12 Second stage 12 Third stage 20 Calciner thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 12/12 30 Furnace 40 Material cooler 51 Material inlet 52 Material outlet 61 Gas inlet 62 Gas outlet 63 Exhaust gas outlet 70 Heat exchange device 71 Medium inlet 72 Medium outlet 73 Cold medium outlet 74 Second heat exchange stage 75 Steam inlet 76 Heating steam 77 Steam outlet 78 Fluidized bed heat exchanger 79 Fluidization air circuit 80 Grinding device 81 Grinding material inlet 82 Cold medium outlet 90 Carbon dioxide separation device 91 Absorber 92 Regenerator 93 Carbon dioxide outlet 100 Compressor 101 Turbine 102 Carbon dioxide outlet

Claims (16)

thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 1/3 Patentanspriichethyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG February 13, 2023 LU103071 1/3 patent claims 1. Anlage zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials, wobei die Anlage einen Vorwärmer (10), einen Calcinator (20) und einen Ofen (30) aufweist, wobei die Anlage einen Gaseinlass (61) und einen Gasauslass (62) sowie einen Materialeinlass (51) und einen Materialauslass (52) aufweist, wobei die Bestandteile zur Überführung eines Materialstromes vom Materialeinlass (51) über den Vorwärmer (10), den Calcinator (20) und den Ofen (30) zum Materialauslass (52) verbunden sind, wobei die Bestandteile zur Überführung eines Gasstromes vom Gaseinlass (61) Uber den Ofen (30), den Calcinator (20) und den Vorwärmer (10) zum Gasauslass (62) verbunden sind, wobei der Vorwärmer (10) mehrstufig ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Calcinator (20) zur Überführung des den Calcinator (20) verlassenden Materialstrom oder der Vorwärmer (10) zur Überführung des eine Stufe (11, 12, 13) des Vorwärmers (10) verlassenden Materialstrom mit einer Warmetauschvorrichtung (70) verbunden ist, wobei die Warmetauschvorrichtung (70) zur Rückführung des Materialstroms mit dem Vorwärmer (10) verbunden ist.1. Plant for the thermal treatment of a mineral material, the plant having a preheater (10), a calciner (20) and a furnace (30), the plant having a gas inlet (61) and a gas outlet (62) as well as a material inlet (51) and a material outlet (52), the components for transferring a material flow from the material inlet (51) via the preheater (10), the calciner (20) and the furnace (30) to the material outlet (52) being connected, the components for transferring a gas flow from the gas inlet (61) via the furnace (30), the calciner (20) and the preheater (10) to the gas outlet (62) being connected, the preheater (10) being designed in several stages, characterized in that the calciner (20) for transferring the material flow leaving the calciner (20) or the preheater (10) for Transfer of the material flow leaving a stage (11, 12, 13) of the preheater (10) is connected to a heat exchange device (70), wherein the heat exchange device (70) is connected to the preheater (10) for returning the material flow. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmetauschvorrichtung (70) ein Gleichstromwärmetauscher mit Abscheidezyklon oder ein Wirbelbettwärmetauscher (78) ist.2. Plant according to claim 1, characterized in that the heat exchange device (70) is a direct current heat exchanger with a separation cyclone or a fluidized bed heat exchanger (78). 3. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschvorrichtung (70) mit einer Mahlvorrichtung (80) oder einer Trocknungsvorrichtung verbunden ist.3. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchange device (70) is connected to a grinding device (80) or a drying device. 4. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass (62) der Anlage mit einer Kohlendioxidabtrennvorrichtung (90) verbunden ist.4. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the gas outlet (62) of the plant is connected to a carbon dioxide separation device (90). 5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlendioxidabtrennvorrichtung (90) ein Amin-Wäscher ist, wobei der Amin- Wäscher eine Amin-Regenerationsvorrichtung aufweist, wobei die Amin-5. Plant according to claim 4, characterized in that the carbon dioxide separation device (90) is an amine scrubber, the amine scrubber having an amine regeneration device, the amine thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 2/3 Regenerationsvorrichtung mit der Wärmetauschvorrichtung (70) zur Überführung des in der Wärmetauschvorrichtung (70) erwärmten Mediums verbunden sind.thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 2/3 regeneration device is connected to the heat exchange device (70) for transferring the medium heated in the heat exchange device (70). 6. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Calcinator (20) benachbarte erste Stufe (11) des Vorwärmers (10) zur Überführung des die erste Stufe (11) des Vorwärmers (10) verlassenden Materialstrom mit der Wärmetauschvorrichtung (70) verbunden ist und die Wärmetauschvorrichtung (70) zur Rückführung des Materialstroms mit der zweiten Stufe (12) des Vorwärmer (10) verbunden ist, wobei die zweite Stufe (12) die der ersten Stufe (11) in Materialstromrichtung nachfolgende und in Gasstromrichtung vorangehende Stufe der ersten Stufe (11) ist.6. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the first stage (11) of the preheater (10) adjacent to the calciner (20) is connected to the heat exchange device (70) for transferring the material flow leaving the first stage (11) of the preheater (10), and the heat exchange device (70) is connected to the second stage (12) of the preheater (10) for returning the material flow, wherein the second stage (12) is the stage of the first stage (11) following the first stage (11) in the direction of the material flow and preceding it in the direction of the gas flow. 7. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage für den Betrieb mit einem Gas mit weniger als 50 Vol.-%, bevorzugt weniger als 10 Vol.-%, Stickstoff in dem dem Gaseinlass (61) zugeführten Gasstrom ausgelegt ist.7. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the plant is designed for operation with a gas with less than 50 vol.%, preferably less than 10 vol.%, nitrogen in the gas stream supplied to the gas inlet (61). 8. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschvorrichtung (70) Umgebungsluft als Wärmetauschmedium aufweist, wobei das Wärmetauschmedium Luft mit dem Materialstrom in direkten Kontakt gebracht wird.8. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchange device (70) has ambient air as heat exchange medium, wherein the heat exchange medium air is brought into direct contact with the material flow. 9. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (30) und/oder der Calcinator (20) eine Ersatzbrennstoffzufuhrvorrichtung aufweist.9. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the furnace (30) and/or the calciner (20) has a substitute fuel supply device. 10. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschvorrichtung (70) mit einer Turbine verbunden ist, wobei die Turbine mit einem Kohlendioxidkompressor verbunden ist.10. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchange device (70) is connected to a turbine, wherein the turbine is connected to a carbon dioxide compressor. 11.Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschvorrichtung (70) zweistufig ausgebildet ist, wobei die erste Wärmetauschstufe zum Übertrag der Wärme auf einen Gasstrom ausgebildet ist, wobei die zweite Wärmetauschstufe (74) zur indirekten Übertragung der Wärme thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 3/3 von dem in der ersten Warmetauschstufe erwärmten Gasstroms auf einen Dampfstrom ausgebildet ist.11. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchange device (70) is designed in two stages, wherein the first heat exchange stage is designed to transfer the heat to a gas stream, wherein the second heat exchange stage (74) is designed to indirectly transfer the heat thyssenkrupp Industrial Solutions AG 230063P00LU thyssenkrupp AG 13.02.2023 LU103071 3/3 from the gas stream heated in the first heat exchange stage to a steam stream. 12.Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine weitere Wärmetauschvorrichtung (70) aufweist.12.System according to one of the preceding claims, characterized in that the system has a further heat exchange device (70). 13.Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmetauschvorrichtung (70) eine Kaltmaterialzuführung aufweist, wobei in der Warmetauschvorrichtung (70) der Materialstrom und der Kaltmaterialstrom, welcher durch die Kaltmaterialzuführung zugeführt wird, vermischt wird, wobei die Wärmetauschvorrichtung (70) zur Rückführung des Materialstroms über den Materialeinlass (51) mit dem Vorwärmer (10) verbunden ist.13. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchange device (70) has a cold material feed, wherein in the heat exchange device (70) the material flow and the cold material flow which is fed through the cold material feed are mixed, wherein the heat exchange device (70) is connected to the preheater (10) via the material inlet (51) for returning the material flow. 14. Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker ist.14. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the plant is a plant for producing cement clinker. 15. Verfahren zum Betreiben einer Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsprozesse ausschließlich innerhalb der Anlage durchgeführt werden.15. Method for operating a plant according to one of the preceding claims, characterized in that combustion processes are carried out exclusively within the plant. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Wärmetauschvorrichtung (70) ausgeschleuste Wärmemenge in Abhängigkeit der Temperatur des Gasstromes am Gasauslass (62) oder einem dem Gasauslass (62) nachgelagerten Punkt des Gasstromes geregelt wird.16. Method according to claim 15, characterized in that the amount of heat discharged in the heat exchange device (70) is regulated as a function of the temperature of the gas flow at the gas outlet (62) or at a point of the gas flow downstream of the gas outlet (62).
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