LU103155B1 - Farboptimierung aktivierter Tone mit Ammoniak - Google Patents

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LU103155B1
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color optimization
color
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optimization
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Rincon Carlos Jacome
Melanie Flasspöhler
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thyssenkrupp Polysius GmbH
Thyssenkrupp Ag
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00Hydraulic cements
    • C04B7/12Natural pozzuolanas; Natural pozzuolana cements; Artificial pozzuolanas or artificial pozzuolana cements other than those obtained from waste or combustion residues, e.g. burned clay; Treating inorganic materials to improve their pozzuolanic characteristics

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aktivierung von Tonen, wobei die Vorrichtung eine Aktivierungsvorrichtung zur thermischen Aktivierung und eine der Aktivierungsvorrichtung nachgeschaltete Farboptimierungsvorrichtung 30 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Farboptimierungsvorrichtung 30 eine Ammoniakzuführung 31 aufweist.

Description

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Farboptimierung aktivierter Tone mit Ammoniak
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Farboptimierung von aktivierten Tonen.
Insbesondere in der Zementindustrie werden zunehmend aktivierte Tone als Zusatzstoff verwendet. Im Gegensatz zur Herstellung von Klinker aus Kalk wird hier kein
Kohlendioxid aus dem Rohmaterial, dem Ton freigesetzt. Jedoch haben die meisten Tone einen gewissen Gehalt an Eisen, welcher bei der Aktivierung üblicherweise zu Eisen-Ill aufoxidiert wird und dem Produkt eine ungewünschte rote Farbe gibt. Daher wird der noch heiße aktivierte Ton direkt nach der Aktivierung farboptimiert. Dieses hat sich als effizienter herausgestellt als beispielsweise eine Aktivierung unter reduzierender
Atmosphäre. Die Farboptimierung erfolgt hierbei üblicherweise in einer der
Aktivierungsvorrichtung nachgelagerten Farboptimierungsvorrichtung. Zur
Farboptimierung wird beispielsweise Kohle oder Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel
Propan, verwendet. Hierdurch wird jedoch auch in der Farboptimierung Kohlendioxid erzeugt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Farboptimierung von aktivierten Tonen bereitzustellen, welches Kohlendioxid-Emissionen vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen, durch das Verfahren mit den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen sowie durch die Verwendung mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden
Beschreibung sowie der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Aktivierung von Tonen. Die Vorrichtung ist zur Aktivierung und zur Farboptimierung ausgebildet. Derartige Vorrichtungen sind umfanglich aus dem Stand der Technik bekannt. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine
Aktivierungsvorrichtung zur thermischen Aktivierung und eine der
Aktivierungsvorrichtung nachgeschaltete Farboptimierungsvorrichtung auf. Alternativ können die Aktivierung und die Farboptimierung auch in einemgemeinsamen Gehäuse,
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LU103155 2/5 also in nur einem Bauteil erfolgen. Die Aktivierungsvorrichtung kann beispielsweise aus einem Vorwärmer und einen Flugstromcalcinator bestehen. Die
Farboptimierungsvorrichtung kann beispielsweise aus einem Wirbelschichtreaktor bestehen. Die genaue Ausführung der Aktivierungsvorrichtung und der Farboptimierung ist für die Erfindung beliebig und dem Fachmann in verschiedensten Ausführungsformen bekannt.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung, bevorzugt die Farboptimierungsvorrichtung, eine Ammoniakzuführung auf. Wesentlich ist, dass somit der
Farboptimierungsvorrichtung Ammoniak als Reduktionsmittel zugeführt wird. Damit kann beispielsweise auf Kohle oder Propan verzichtet werden. Ammoniak wird zunehmend grün, also ohne Kohlendioxid als Nebenprodukt hergestellt. Somit ermöglicht die
Verwendung von Ammoniak eine kohlendioxidfreie Farboptimierung. Es hat sich gezeigt, dass gerade Ammoniak als Reduktionsmittel der farbgebenden Eisen-Ill-Zentren geeignet ist und diese in grau gefärbtes Magnetit umzuwandeln in der Lage ist. Ein weiterer Vorteil von der Verwendung von Ammoniak ist, dass nicht verbrauchtes
Ammoniak im Prozess entweder als kohlendioxidfreier Brennstoff eingesetzt werden kann und/oder zur nichtkatalytischen Reduktion von Stickoxiden verwendet werden kann.
Somit ist Ammoniak auch beispielsweise gegen über regenerativ erzeugtem Wasserstoff vorteilhaft, welcher wenigstens keinen positiven Einfluss auf Stickoxide hat. Zudem sind die Lagerung und das Handling von Ammoniak einfacher.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Farboptimierungsvorrichtung einen Gasauslass auf. Die Aktivierungsvorrichtung weist einen Gaseinlass auf. Der
Gasauslass und der Gaseinlass sind zur Überführung von nicht umgesetzten Ammoniak miteinander verbunden. Hierdurch kann der Ammoniak entweder als Brennstoff verwendet werden oder dieser wird bevorzugt nach der eigentlichen Verbrennung, beispielsweise und insbesondere eines Ersatzbrennstoffes, zur nicht katalytischen
Reduktion von bei der Verbrennung entstandenen Stickoxiden zugeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Farboptimierungsvorrichtung ein
Wirbelschichtreaktor. Der Wirbelschichtreaktor hat sich für die Farboptimierung mit
Ammoniak als besonders geeignet herausgestellt.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Farboptimierung eines aktivierten Tones in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zur Farboptimierung wird dem aktivierten Ton Ammoniak zugeführt. Es wird eben nicht Kohle oder Propan oder ein vergleichbares Reduktionsmittel zugegeben, welches als Nebenprodukt Kohlendioxid erzeugt. Damit ist auch die Farboptimierung klimaneutral durchführbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Farboptimierung bei 450 °C bis 900 °C durchgeführt. Bereits in dem Temperaturfenster von 450 bis 550 °C kann somit eine erfolgreiche Farboptimierung durchgeführt werden, was gegenüber dem üblichen höheren Temperaturfenster von 800 bis 900 °C energetisch vorteilhaft ist. Zusätzlich reduziert dieses die Probleme und Risiken einer erneuten Oxidation bei der Abkühlung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der bei der Farboptimierung nicht umgesetzte Ammoniak aus der Aktivierungsvorrichtung zugeführt. Hierdurch kann der
Ammoniak eben als Brennstoff und/oder als Agens für die SNCR verwendet werden, wobei die SNCR Umsetzung auch vorzugsweise in einem Temperaturfenster von 800 °C bis 900 °C durchgeführt, beispielsweise in der Mitte oder am Ende eines
Flugstromcalcinators als Bestandteil der Aktivierungsvorrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Ammoniak in einem
Gasgemisch, bevorzugt in einem Kohlendioxid-haltigen Gasgemisch zugeführt.
Beispielsweise wird als Kohlendioxid-haltiges Gasgemisch ein Abgas verwendet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung von Ammoniak zur
Farboptimierung eines aktivierten Tones. Bisher werden für die Farboptimierung
Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoffverbindungen oder Wasserstoff verwendet. Die
Verwendung von Ammoniak, insbesondere von grün erzeugtem Ammoniak eignet sich nicht nur besonders gut für die Farboptimierung, sondern ist auch besonders gut zur
Kohlendioxid-freien Farboptimierung geeignet.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig. 1 beispielhafte Vorrichtung
In Fig. 1 ist eine beispielhafte Vorrichtung stark schematisiert gezeigt, anhand der auch das Verfahren beispielhaft dargestellt wird.
Der zu aktivierende Ton wird über die Materialzufuhr 11 in einen Vorwärmer 10 eingebracht, vorgewärmt und von dort in einen Calcinator 20 überführt, wo die thermische
Aktivierung des Tones erfolgt. Dem Calcinator 20 werden daher über eine Gaszufuhr ein
Gasstrom, welcher aus dem Materialkühler 4B stammen kann, und über die
Brennstoffzufuhr 22 Brennstoff zugeführt. Als Brennstoff kann beispielsweise ein
Sekundärbrennstoff, zum Beispiel Biomasse, eingesetzt werden. Der aktivierte Ton 23 wird in die Farboptimierungsvorrichtung 30 überführt, beispielsweise ein
Wirbelschichtreaktor. Der Farboptimierungsvorrichtung 30 wird Ammoniak über eine
Ammoniakzuführung 31 zugeführt. Der Ammoniak reagiert mit den Eisen-Ill-
Verbindungen und führt zu einer Entfärbung / Graufärbung des Produktes. Nicht verbrauchter Ammoniak wird über die Ammoniaküberführung 32 in den Calcinator 20 beispielswiese auch in eine Brennkammer des Calcinators 20 geleitet, wo beispielsweise
Ersatzbrennstoffe bei einer Temperatur von 850 °C für mindestens 2 S verbrannt werden, um dort entstandene Stickoxide nichtkatalytisch umzusetzen. Der aktivierte und farboptimierte Ton wird aus der Farboptimierungsvorrichtung 30 in einen Materialkühler 40 überführt und diesem als fertiges Produkt 41 entnommen.
Bezugszeichen 10 Vorwärmer 11 Materialzufuhr 12 Abgasauslass 20 Calcinator 21 Gaszufuhr 22 Brennstoffzufuhr 23 aktivierter Ton 30 Farboptimierungsvorrichtung 31 Ammoniakzuführung
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LU103155 5/5 32 Ammoniaküberführung
Materialkühler 41 Produkt

Claims (10)

230118P00LU LU103155 1/2 Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Aktivierung von Tonen, wobei die Vorrichtung zur Aktivierung und zur Farboptimierung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Ammoniakzuführung (31) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Aktivierungsvorrichtung zur thermischen Aktivierung und eine der Aktivierungsvorrichtung nachgeschaltete Farboptimierungsvorrichtung (30) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Farboptimierungsvorrichtung (30) eine Ammoniakzuführung (31) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farboptimierungsvorrichtung (30) einen Gasauslass aufweist, wobei die Aktivierungsvorrichtung einen Gaseinlass aufweist, wobei der Gasauslass und der Gaseinlass zur Überführung von nicht umgesetzten Ammoniak miteinander verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farboptimierungsvorrichtung (30) ein Wirbelschichtreaktor ist.
6. Verfahren zur Farboptimierung eines aktivierten Tones (23) in einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Farboptimierung dem aktivierten Ton (23) Ammoniak zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Farboptimierung bei 450 °C bis 900 °C, bevorzugt bei 450 bis 550 °C, durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Farboptimierung nicht umgesetzte Ammoniak aus der Aktivierungsvorrichtung zugeführt wird.
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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ammoniak in einem Gasgemisch, bevorzugt in einem Kohlendioxid-haltigen Gasgemisch zugefuhrt wird.
10. Verwendung von Ammoniak zur Farboptimierung eines aktivierten Tones (23).
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