WO2015067363A1 - Verfahren zur reinigung von bypassgasen der zement- oder mineralsindustrie sowie anlage der zement- oder mineralsindustrie - Google Patents

Verfahren zur reinigung von bypassgasen der zement- oder mineralsindustrie sowie anlage der zement- oder mineralsindustrie Download PDF

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Melanie Flaßpöhler
Kathrin Rohloff
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Definitions

  • the invention relates to a method for the purification of by-pass gases of the cement or mineral industry and a plant of the cement or mineral industry with a kiln and a bypass system connected thereto for the withdrawal of a bypass gas.
  • the bypass exhaust gas is diverted at the kiln inlet with temperatures depending on the application of the kiln plant, for example, more than 600 ° C or more than 1000 ° C and shortly after withdrawal, for example in the so-called bypass bell or heat exchange to 500 to 150 ° C, preferably 400 to 200 C, most preferably 370 to 240 ° C quenched.
  • the gas can be fed to an electric or a tissue filter for dust separation. Due to their condensation temperatures, gaseous chlorine and sulfur are also integrated in the bypass filter.
  • an alkali and chlorine-containing bypass gas from the clinker burning process at temperatures of 1050 to 1250 ° C is diverted and cooled by supplying fresh air to 700 to 1050 ° C. Thereafter, 50 to 70% of the dust contained in the gas stream are separated from the gas stream and returned to the burning process. Due to the low degree of separation in the separation of the dust from the gas flow only the low-alkali, coarse-grained dust particles from the
  • CONFIRMATION COPY Gas stream separated and abandoned the firing process. At temperatures of 700 to 1050 ° C, some of the alkalis are still volatile or only precipitate at the smallest particle fractions of the dust. After further cooling, these pollutants are then separated from the gas stream.
  • Nitrogen oxides are formed in the clinker production due to the high temperatures in the furnace by the oxidation of nitrogen from the combustion air. A reduction is typically achieved by a staged combustion and the injection of an ammonia-containing reducing agent in the range of the calciner or kiln inlet. Nitrogen oxides in the furnace exhaust gas are also removed by means of catalysts in the downstream exhaust line.
  • the invention is therefore based on the object to improve the reduction of gaseous pollutants in the bypass gas of the cement or minerals industry.
  • the process according to the invention for purifying bypass gases of the cement or mineral industry is characterized by the following process steps: a. Cooling of the withdrawn bypass gas to 500 ° C to 150 ° C, preferably 400 to 200 ° C, most preferably 370 to 240 ° C, b. Coarse dedusting of the bypass gas, wherein the dust load is reduced by 30 to 95%, preferably 50 to 95%, most preferably 80 to 95%, wherein the process steps a) and b) can also be carried out in the reverse order, c.
  • the plant according to the invention of the cement or mineral industry with a kiln and a bypass system connected thereto for extracting a bypass gas provides the following facilities with regard to the bypass system: a. a cooling device for cooling the withdrawn bypass gas to 500 to 150 ° C, preferably 400 to 200 ° C, most preferably 370 to 240 ° C b. a coarse dedusting device for reducing the dust loading of the bypass gas by 30 to 95%, preferably 50 to 95%, most preferably 80 to 95% c. a cleaning device for reducing the gaseous components contained in the partially dedusted bypass gas, which comprises a Feinentstaubungsease, wherein the cleaning device comprises a doped with catalytically active components separator.
  • the exhaust gases of a plant of the cement or mineral industry are composed of the preheater exhaust gases and the bypass gas. So far, only the preheater exhaust gas in its nitrogen oxide concentrations has been reduced so much that even after mixing with the previously not denitrified bypass gas, the limits could be complied with. Due to the increasing use of alternative fuels, however, the pollutant cycles increase enormously, so that a higher bypass gas rate must be diverted. By the proposed denitrification of the bypass gas according to the invention, the low limit values can also be maintained in this case.
  • the reduction of the nitrogen oxides is advantageously carried out at temperatures of 500 to 150 ° C, preferably 400 to 200 C, most preferably 370 to 240 ° C.
  • a partial amount of kiln exhaust gases produced in a kiln is withdrawn as a bypass gas and purified according to the above measures.
  • the nitrogen oxides of the remaining furnace exhaust gas are reduced, for example by means of SNCR method, before the furnace exhaust gas is recombined with the purified bypass gas.
  • further process stages such as crude and coal mills or cooling towers may be included.
  • an exhaust gas line with an SNCR device for reducing the nitrogen oxides joins the kiln.
  • the bypass gas is diverted from the exhaust line in the area of the kiln and after the SNCR device re-connected to the exhaust system or emitted via a separate chimney. If the latter is the case, adherence to the nitrogen oxide emissions is determined by means of a mixed calculation between volume flow and nitrogen oxide concentration of the two exhaust gas sources. A mixed calculation can also be applied if other emission sources, such as a coal mill with a separate chimney, are installed.
  • the removal of the dusts in the first chamber takes place, for example, by electrostatic forces, while in the second, filtering chamber in addition to the separation of Fine dust removal of the nitrogen oxides takes place.
  • a pressurized reducing agent for example ammonia water
  • a reduction of the nitrogen oxides takes place on a separator doped with catalytically active components.
  • the catalytic material is preferably applied or applied in or on a ceramic or other filtering material, such as Teflon or fiberglass.
  • the ammonia-containing reducing agent which is required for the denitrification of the bypass gases, can be injected before or after the coarse dedusting.
  • the prior dedusting of the bypass gas is advantageous, since dust loads relatively greater than 100 g / Nm 3 may be present in the bypass gas.
  • high dust load requires high cleaning pressures on fabric filters, which reduce the stability and function of the media for catalytic purification.
  • high pressure losses occur.
  • nitrogen oxides and hydrocarbons and / or carbon monoxide which arise due to incomplete combustion in the kiln inlet, could be catalytically reduced.
  • a fine cleaning of acidic gas constituents containing such as S0 2 or HCl in addition to the separation of dust, a fine cleaning of acidic gas constituents containing such as S0 2 or HCl.
  • a suitable sorbent such as sodium bicarbonate
  • Sodium bicarbonate typically deposits on a filtering tissue upon injection into the exhaust gas.
  • the temperature-dependent formation of ammonium salts at high partial pressures of NH 3 and S0 2 and S0 3 can lead to deactivation of the catalytic active components and prevent the degradation of nitrogen oxides, so that the bypass gas should not be cooled below 150 ° C.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a system according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a hybrid filter with a than
  • FIG. 3 is a schematic representation of a hybrid filter with a designed as an electrostatic precipitator first chamber
  • Fig. 4 is a schematic representation of a hybrid filter with one as filtering
  • FIG. 5 schematic representation of the bypass system with a as
  • Centrifugal separator formed coarse dedusting.
  • the plant shown in Fig. 1 of the cement and minerals industry consists essentially of a preheater 1, here as a 5-stage cyclone preheater is formed and preheated in the raw meal 2 with exhaust gases from a kiln 3.
  • the preheated material 2 'then passes into a calciner 4, which is also flowed through by the exhaust gases of the kiln 3.
  • the precalcined raw meal 2 is finally fed to the kiln 3.
  • means 5 for injecting a reducing agent are provided in the region of the calciner 4.
  • Optional means 6 for injecting a reducing agent can also be provided in the upper region of the preheater 1 to be ordered.
  • the furnace exhaust gas 7 leaving the preheater 1 is optionally further de-nitrogenized in an optional SCR reactor 8.
  • bypass system 9 To interrupt the resulting between kiln 3 and preheater 1 pollutant cycles a bypass system 9 is provided.
  • part of the kiln exhaust gas is diverted as bypass gas 11 in the region of the kiln inlet 10.
  • the amount to be withdrawn as bypass gas may well account for 10% or more of the effluent from the kiln 3 exhaust gas.
  • the bypass gas which is initially hot, for example, above 1000 ° C., is cooled to 500 to 150 ° C., preferably 400 to 200 ° C., most preferably 370 to 240 ° C.
  • the cooling device 12 may be formed as a mixing chamber, wherein the bypass gas 11 is mixed with fresh air 13.
  • the cooled bypass gas 1 ⁇ then passes into a coarse dedusting device 14 for reducing the dust load of the cooled bypass gas by 30 to 95% and then into a cleaning device 15 for reducing the gaseous constituents contained in the partially dedusted bypass gas, which comprises a fine dedusting stage.
  • the purification stage 15 also has a separator doped with nitrogen for the reduction of nitrogen oxides with catalytically active components.
  • optional means 17 for injection of a Sorbent for desulfurization and optional means 18 for injecting a reducing agent for SCR reaction are provided before or after the coarse dedusting device 14 .
  • FIGS. 2 to 4 show a preferred embodiment in which the coarse dedusting device 14 and the cleaning device are accommodated in a hybrid filter 19.1, 19.2 or 19.3 consisting of at least two chambers, wherein the coarse dusting device is in the first chamber and in the second chamber the cleaning device are housed together with Feinentstaubungsease.
  • the coarse dedusting direction of the hybrid filter 19.1 is designed as a gravity separator 14.1.
  • the cleaning device in the second chamber of the hybrid filter 19.1 is formed by a separator 15.1 doped with catalytically active components.
  • the coarse dust 20 is first separated from the cooled bypass gas 11 ', which is then preferably returned and, for example, added to the raw meal at a suitable point.
  • the cleaning device 15.1 the reaction of nitrogen oxides and optionally further acidic gas constituents takes place at the separator 15.1.
  • the particulate matter 21 discharged there is heavily loaded and is usually discarded.
  • the bypass gas leaves the separator 15.1 then as purified bypass gas 11 ".
  • the hybrid filter 19.2 shown in FIG. 3 differs only in the region of the first chamber, in which case the coarse dedusting device is formed by an electrostatic precipitator 14.2.
  • the second chamber in turn, a doped with catalytically active components separator 15.2 is provided.
  • the coarse dedusting device of the first chamber of the hybrid filter 19.3 is designed as a filtering separator 14.3.
  • the coarse dedusting means and the cleaning means need not necessarily be disposed within a common housing of a hybrid filter.
  • the coarse dedusting device is designed as a centrifugal separator 14.4, which is connected via a connecting line 22 to a separator 15.4 doped with catalytically active components.
  • the preferred embodiment of the invention is to accommodate the coarse dedusting device 14 and the cleaning device 15 in a two-chamber hybrid filter, wherein in the second chamber not only the customary in hybrid filters dedusting, but at least a denitrification using a catalytically active components doped separator is provided. Furthermore, there is also the possibility of discharging via the fine dust 21 acid constituents, such as S0 2 , S0 3 , HCl and HF with the aid of a sorbent sprayed in via the means 17.
  • bypass gas 11 "cleaned in this way, in particular, can thus be combined with the denitrified furnace exhaust gas 7 'without the limit values for nitrogen oxides being exceeded even with a large proportion of bypass gas
  • bypass exhaust gases drawn off at the furnace inlet it is also possible to divert a gas bypass elsewhere in the furnace-preheater system and to supply this gas to the appropriate process stages.
  • the cooling of the other gas bypass could be used for example for a heat extraction.
  • a gas extraction of up to 50% of the total gas flow could take place.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Bypassgasen der Zement- oder Mineralsindustrie ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a. Abkühlung des entnommenen Bypassgases auf 500°C bis 150°C, b. Grobentstaubung des Bypassgases, wobei die Staubbeladung um 30 bis 95%, vorzugsweise 50 bis 95%, höchstvorzugsweise 80 bis 95%, reduziert wird, wobei die Verfahrensschritte a) und b) auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können, c. Minderung der im teilentstaubten Bypassgas enthaltenen, gasförmigen Bestandteile, wobei eine katalytische Minderung von Stickoxiden und/oder Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoffmonoxid und eine weitere Entstaubung erfolgt.

Description

VERFAHREN ZUR REINIGUNG VON BYP ASSGASEN DER ZEMENTODER MINERALSINDUSTRIE SOWIE ANLAGE DER ZEMENT- ODER
MINERALSINDUSTRIE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Bypassgasen der Zementoder Mineralsindustrie sowie eine Anlage der Zement- oder Mineralsindustrie mit einem Brennofen und einem daran angeschlossenen Bypasssystem zum Abzug eines Bypassgases.
Bei der Klinkerherstellung steigt der Anteil von Ersatzbrennstoffen stark an, was wiederum einen zunehmenden Eintrag von Chlor in den Herstellungsprozess zufolge hat. Aufgrund seiner Verdampfungs- und Kondensationstemperaturen bildet Chlor einen internen Kreislauf im Vorwärmer/Ofensystem aus. Über ein Bypasssystem, bei dem ein Teil des Ofengases am Ofeneinlauf entnommen wird, wird dieser Kreislauf entlastet. Auch eine Entlastung von S02 und Alkalien kann mit einem solchen Bypass erfolgen. Der steigende Einsatz von Ersatzbrennstoffen fordert teilweise hohe Bypassraten in der Größenordnung von bis zu 10% und mehr. Das Bypassabgas wird am Ofeneinlauf mit Temperaturen in Abhängigkeit der Anwendung der Ofenanlage von beispielsweise mehr als 600 °C oder von mehr als 1000°C abgezweigt und kurz nach dem Abzug beispielsweise in der sogenannten Bypassglocke oder einem Wärmeaustausch auf 500 bis 150°C vorzugsweise 400 bis 200 C, höchstvorzugsweise 370 bis 240 °C gequencht. Mit diesen Temperaturen kann das Gas einem Elektro- bzw. einem Gewebefilter zur Staubabscheidung zugeführt werden. Aufgrund ihrer Kondensationstemperaturen werden so auch gasförmiges Chlor und Schwefel im Bypassfilter eingebunden.
Gemäß der DD 274 022 AI wird ein alkali- und chlorhaltiges Bypassgas aus dem Klinkerbrennprozess bei Temperaturen von 1050 bis 1250°C abgezweigt und durch Zuführung von Frischluft auf 700 bis 1050°C abgekühlt. Danach werden 50 bis 70% des in Gasstrom enthaltenen Staubes vom Gasstrom getrennt und dem Brennprozess wieder zugeführt. Durch den geringen Abscheidegrad bei der Trennung des Staubes vom Gasstrom werden nur die alkaliarmen, grobkörnigen Staubanteile aus dem
BESTÄTIGUNGSKOPIE Gasstrom abgetrennt und dem Brennprozess wieder aufgegeben. Bei Temperaturen von 700 bis 1050°C sind die Alkalien zum Teil noch flüchtig bzw. schlagen sich nur an den kleinsten Kornfraktionen des Staubes nieder. Nach einem weiteren Abkühlen werden dann diese Schadstoffe vom Gasstrom getrennt.
Stickoxide entstehen bei der Klinkerherstellung aufgrund der hohen Temperaturen im Ofen durch die Oxidation von Stickstoff aus der Verbrennungsluft. Eine Minderung erfolgt typischerweise durch eine gestufte Verbrennung und die Eindüsung eines ammoniakhaltigen Reduktionsmittels im Bereich des Kalzinators oder Ofeneinlaufs. Stickoxide im Ofenabgas werden außerdem mittels Katalysatoren im nachgeschalteten Abgasstrang entfernt.
Bestehen hohe Anforderungen an die Stickoxidkonzentration im Reingas, wie sie beispielsweise mit 200 mg/Nm3 nach der 17. BImSchV bei der Mitverbrennung von Abfällen in Zementwerken gefordert werden, kann für eine Vielzahl von Anlagen die Stickstoffkonzentration in einer gemittelten Abgaskonzentration von Bypass- und Ofengas nicht eingehalten werden. Eine Verbesserung könnte durch die Entstickung des Bypassgases erreicht werden. Allerdings kann die SNCR-Reaktion aufgrund der geringen Verweilzeiten bei ausreichend hohen Temperaturen im Bypassgas nur unzureichend ablaufen. Klassische SCR-Katalysatoren besitzen einen vergleichsweise hohen Anlagenaufwand und können nur unzureichend auf schwankende Staubfrachten, wie sie im Bypassgas auftreten, reagieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Minderung von gasförmigen Schadstoffen im Bypassgas der Zement- oder Mineralsindustrie zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Bypassgasen der Zement- oder Mineralsindustrie ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a. Abkühlung des entnommenen Bypassgases auf 500°C bis 150°C, vorzugsweise 400 bis 200 °C, höchstvorzugsweise 370 bis 240 °C, b. Grobentstaubung des Bypassgases, wobei die Staubbeladung um 30 bis 95%, vorzugsweise 50 bis 95%, höchstvorzugsweise 80 bis 95% , reduziert wird, wobei die Verfahrensschritte a) und b) auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können, c. Minderung der im teilentstaubten Bypassgas enthaltenen, gasförmigen Bestandteile, wobei eine weitere Entstaubung erfolgt, wobei, im Verfahrensschritt c) eine katalytische Minderung von Stickoxiden und/oder Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoffmonoxid erfolgt.
Die erfindungsgemäße Anlage der Zement- oder Mineralsindustrie mit einem Brennofen und einem daran angeschlossenen Bypasssystem zum Abzug eines Bypassgases sieht bezüglich des Bypasssystems folgende Einrichtungen vor: a. eine Kühleinrichtung zur Abkühlung des entnommenen Bypassgases auf 500 bis 150°C, vorzugsweise 400 bis 200 °C, höchstvorzugsweise 370 bis 240 °C b. eine Grobentstaubungseinrichtung zur Reduzierung der Staubbeladung des Bypassgases um 30 bis 95%, vorzugsweise 50 bis 95%, höchstvorzugsweise 80 bis 95% c. eine Reinigungseinrichtung zur Minderung der im teilentstaubten Bypassgas enthaltenen, gasförmigen Bestandteile, die eine Feinentstaubungsstufe umfasst, wobei die Reinigungseinrichtung einen mit katalytisch aktiven Komponenten dotierten Abscheider umfasst.
Die Abgase einer Anlage der Zement- oder Mineralsindustrie setzen sich aus den Vorwärmerabgasen und dem Bypassgas zusammen. Bisher wurde lediglich das Vorwärmerabgas in seinen Stickoxidkonzentrationen soweit reduziert, dass auch nach dem Vermischen mit dem bisher nicht entstickten Bypassgas die Grenzwerte eingehalten werden konnten. Aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Ersatzbrennstoffen steigen jedoch die Schadstoffkreisläufe enorm an, sodass eine höhere Bypassgasrate abgezweigt werden muss. Durch die erfindungsgemäße vorgeschlagene Entstickung des Bypassgases können auch in diesem Fall die niedrigen Grenzwerte eingehalten werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Reduktion der Stickoxide erfolgt zweckmäßigerweise bei Temperaturen von 500 bis 150 °C vorzugsweise 400 bis 200 C, höchstvorzugsweise 370 bis 240 °C. Beim Verfahren zur Herstellung von gebranntem Material mit Hilfe eines Brennofens wird eine Teilmenge von in einem Brennofen entstehender Ofenabgase als Bypassgas abgezogen und gemäß den obigen Maßnahmen gereinigt. Weiterhin werden die Stickoxide des verbleibenden Ofenabgases beispielsweise mittels SNCR- Verfahren reduziert, bevor das Ofenabgas mit dem gereinigten Bypassgas wieder zusammengeführt wird. Im weiteren Abgasstrang können vor oder nach der Zusammenführung der Abgase, weitere Verfahrensstufen, wie Roh- und Kohlemühlen oder Kühltürme enthalten sein. Anlagentechnisch schließt sich dann an dem Brennofen ein Abgasstrang mit einer SNCR-Einrichtung zur Minderung der Stickoxide an. Das Bypassgas wird im Bereich des Brennofens vom Abgasstrang abgezweigt und nach der SNCR-Einrichtung wieder an den Abgasstrang angeschlossen oder emittiert über einen separaten Kamin. Ist letzteres der Fall, wird die Einhaltung der Stickoxidemissionen über eine Mischkalkulation zwischen Volumenstrom und Stickoxidkonzentration der beiden Abgasquellen ermittelt. Eine Mischkalkulation kann ebenfalls angewendet werden, wenn weitere Emissionsquellen, wie beispielsweise eine Kohlemühle mit einem separaten Kamin installiert ist.
Ist die Grobentstaubungseinrichtung und die Reinigungseinrichtung in einem aus mindestens zwei Kammern entstehenden Hybridfilter untergebracht, erfolgt die Entfernung der Stäube in der ersten Kammer beispielsweise durch elektrostatische Kräfte, während in der zweiten, filternden Kammer neben der Abscheidung von Feinstäuben eine Entfernung der Stickoxide erfolgt. Mit Hilfe eines eingedüsten Reduktionsmittels, beispielsweise Ammoniakwasser, erfolgt an einem mit katalytisch aktiven Komponenten dotierten Abscheider eine Reduktion der Stickoxide. Das katalytische Material wird bevorzugt in oder auf einem keramischen oder einen anderen filternden Material, wie beispielsweise Teflon oder Fiberglas ein- oder aufgebracht. Das ammoniakhaltige Reduktionsmittel, das für die Entstickung der Bypassgase erforderlich ist, kann vor oder nach der Grobentstaubung eingedüst werden. Vorteilhaft ist die vorherige Entstaubung des Bypassgases, da im Bypassgas Staubbeladungen relativ größer als 100 g/Nm3 vorliegen können. Eine hohe Staubfracht fordert aber an Gewebefiltern hohe Abreinigungsdrücke, welche die Stabilität und die Funktion der Medien zur katalytischen Reinigung mindern. Außerdem entstehen hohe Druckverluste. Neben der Stickoxide könnten auch Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid, die aufgrund unvollständiger Verbrennung im Ofeneinlauf entstehen, katalytisch gemindert werden.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt neben der Abscheidung von Staub eine Feinreinigung von enthaltenden sauren Gasbestandteilen, wie S02 oder HCl. Durch die Abkühlung des entnommenen Bypassgases und die Entstaubung werden diese Bestandteile im Bypassgas typischerweise zu mehr als 90% gemindert. Da jedoch auch geringere Emissionen dieser Stoffe unerwünscht sind, können diese beispielsweise durch die Eindüsung eines geeigneten Sorbens (wie Natriumbicarbonat) in das Bypassgas gemindert werden. Natriumbicarbonat legt sich typischerweise nach Eindüsung in das Abgas auf einem filternden Gewebe ab. Beim Durchströmen erfolgt durch eine chemische Reaktion eine hohe Abscheiderate der enthaltenden sauren Bestandteile. Würde man das Natriumbicarbonat in das staubbeladene Bypassgas eindüsen, würde die hohe Abscheiderate aufgrund des wesentlich höheren Staubanteils gegenüber der eingedüsten Menge an Natriumbicarbonat deutlich gesenkt. Neben Natriumbicarbonat können auch weitere Stoffe, wie Kalkhydrat oder Branntkalk, aber auch behandelte Edukte der Klinkerherstellung, wie Rohmehl und Filterstaub, zur Abscheidung bzw. zur Optimierung der Abscheidung oder des Prozesses eingesetzt werden. Die Verfahren der Abgasentstickung und die Entfernung saurer Schadstoffe werden vorzugsweise miteinander kombiniert. Nach der Grobentstaubung erfolgt einer Eindüsung von Natriumbicarbonat und einem ammoniakhaltigen Reduktionsmittel. Die Abscheidung von sauren Schadgasen und Stickoxiden erfolgen simultan und in der nachgeschalteten Reinigungseinrichtung. Aufgrund der Einbindung von S02 und S03 wird zugleich die Reaktion der Schwefelverbindungen mit NH3 verbunden. Die temperaturabhängige Bildung von Ammoniumsalzen bei hohen Partialdrucken von NH3 und S02 und S03, kann zu einer Deaktivierung der katalytischen aktiven Komponenten führen und den Abbau der Stickoxide verhindern, sodass das Bypassgas nicht unter 150°C abgekühlt werden sollte.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage der
Zement- oder Mineralsindustrie mit einem Bypasssystem zum Abzug eines Bypassgases,
Fig. 2 schematische Darstellung eines Hybridfilters mit einer als
Schwerkraftabscheider ausgebildeten ersten Kammer,
Fig. 3 schematische Darstellung eines Hybridfilters mit einer als elektrostatischer Abscheider ausgebildeten ersten Kammer,
Fig. 4 schematische Darstellung eines Hybridfilters mit einer als filternder
Abscheider ausgebildeten ersten Kammer und
Fig. 5 schematische Darstellung des Bypasssystems mit einer als
Fliehkraftabscheider ausgebildeten Grobentstaubungseinrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage der Zement- und Mineralsindustrie besteht im Wesentlichen aus einem Vorwärmer 1, der hier als 5-stufiger Zyklonvorwärmer ausgebildet ist und in dem Rohmehl 2 mit Abgasen aus einem Brennofen 3 vorgewärmt werden. Das vorgewärmte Material 2' gelangt anschließend in einen Kalzinator 4, der ebenfalls von den Abgasen des Brennofens 3 durchströmt wird. Das vorkalzinierte Rohmehl 2" wird schließlich dem Brennofen 3 zugeführt. Zur Entstickung des Ofenabgases nach dem SNCR- Verfahren sind im Bereich des Kalzinators 4 Mittel 5 zur Eindüsung eines Reduktionsmittels vorgesehen. Optionale Mittel 6 zur Eindüsung eines Reduktionsmittels können zudem im oberen Bereich des Vorwärmers 1 angeordnet werden.
Das den Vorwärmer 1 verlassende Ofenabgas 7 wird ggf. in einem optionalen SCR- Reaktor 8 weiter entstickt. Außerdem ist es möglich das Ofenabgas 7 ausschließlich mit dem SCR Reaktor 8 zu entsticken und auf die SNCR Eindüsung 5 zu verzichten.
Zur Unterbrechung der zwischen Brennofen 3 und Vorwärmer 1 entstehenden Schadstoffkreisläufe ist ein Bypasssystem 9 vorgesehen. Hierzu wird im Bereich des Ofeneinlaufs 10 ein Teil des Ofenabgases als Bypassgas 11 abgezweigt. Je nach dem, welcher Brennstoff im Bereich des Brennofens 3 und des Kalzinators 4 verwendet wird, kann die als Bypassgas abzuziehende Menge durchaus 10% und mehr des aus dem Brennofen 3 ausströmenden Abgases ausmachen. In einer Kühleinrichtung 12 des Bypasssystems 9 wird das zunächst beispielsweise über 1000°C heiße Bypassgas auf 500 bis 150°C vorzugsweise 400 bis 200 C, höchstvorzugsweise 370 bis 240 °C abgekühlt. Die Kühleinrichtung 12 kann dabei als Mischkammer ausgebildet sein, wobei das Bypassgas 11 mit Frischluft 13 vermischt wird. Anschließend gelangt das abgekühlte Bypassgas 1 Γ in eine Grobentstaubungseinrichtung 14 zur Reduzierung der Staubbeladung des abgekühlten Bypassgases um 30 bis 95% und anschließend in eine Reinigungseinrichtung 15 zur Minderung der im teilentstaubten Bypassgas enthaltenen, gasförmigen Bestandteile, die eine Feinentstaubungsstufe umfasst. Die Reinigungsstufe 15 weist ferner einen zur Reduktion von Stickoxiden mit katalytisch aktiven Komponenten dotierten Abscheider auf. Vor oder nach der Grobentstaubungseinrichtung 14 können optionale Mittel 17 zur Eindüsung eines Sorbens zur Entschwefelung und optionale Mittel 18 zur Eindüsung eines Reduktionsmittels zur SCR-Reaktion vorgesehen werden.
Anhand der Fig. 2 bis Fig. 5 werden im Folgenden verschiedene Ausführungsbeispiele zur Realisierung der Grobentstaubungseinrichtung 14 und der Reinigungseinrichtung 15 dargestellt. Fig. 2 bis Fig. 4 zeigen dabei eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Grobentstaubungseinrichtung 14 und die Reinigungseinrichtung in einem aus mindestens zwei Kammern bestehenden Hybridfilter 19.1, 19.2 bzw. 19.3 untergebracht sind, wobei in der ersten Kammer die Grobeinstaubungseinrichtung und in der zweiten Kammer die Reinigungseinrichtung nebst Feinentstaubungsstufe untergebracht sind.
Gemäß Fig. 2 ist die Grobentstaubungsrichtung des Hybridfilters 19.1 als Schwerkraftabscheider 14.1 ausgebildet. Die Reinigungseinrichtung in der zweiten Kammer des Hybridfilters 19.1 wird durch einen mit katalytisch aktiven Komponenten dotierten Abscheider 15.1 gebildet. Im Schwerkraftabscheider wird zunächst der Grobstaub 20 aus dem abgekühlten Bypassgas 11 ' abgeschieden, der dann vorzugsweise wieder zurückgeführt und beispielsweise dem Rohmehl an geeignete Stelle beigemischt wird. In der Reinigungseinrichtung 15.1 findet die Reaktion von Stickoxiden und ggf. weiterer saurer Gasbestandteile am Abscheider 15.1 statt. Der dort ausgetragene Feinstaub 21 ist stark belastet und wird üblicherweise verworfen. Das Bypassgas verlässt den Abscheider 15.1 dann als gereinigtes Bypassgas 11 ".
Der in Fig. 3 dargestellte Hybridfilter 19.2 unterscheidet sich nur im Bereich der ersten Kammer, wobei hier die Grobentstaubungseinrichtung durch einen elektrostatischen Abscheider 14.2 gebildet wird. In der zweiten Kammer ist wiederum ein mit katalytisch aktiven Komponenten dotierter Abscheider 15.2 vorgesehen.
Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Grobentstaubungseinrichtung der ersten Kammer des Hybridfilters 19.3 als filternder Abscheider 14.3 ausgebildet. Gemäß der Erfindung müssen jedoch die Grobentstaubungseinrichtung und die Reinigungseinrichtung nicht notwendigerweise innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses eines Hybridfilters angeordnet werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist daher die Grobentstaubungseinrichtung als Fliehkraftabscheider 14.4 ausgebildet, der über eine Verbindungsleitung 22 mit einem mit katalytisch aktiven Komponenten dotierten Abscheider 15.4 verbunden ist.
Die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht jedoch darin, die Grobentstaubungseinrichtung 14 und die Reinigungseinrichtung 15 in einem aus zwei Kammer bestehenden Hybridfilter unterzubringen, wobei in der zweiten Kammer nicht nur die bei Hybridfiltern übliche Feinentstaubung, sondern zumindest auch eine Entstickung mit Hilfe eines mit katalytisch aktiven Komponenten dotierten Abscheiders vorgesehen ist. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, über den Feinstaub 21 saure Bestandteile, wie S02, S03, HCl und HF mit Hilfe eines über die Mittel 17 eingedüsten Sorbens auszuschleusen.
Das auf diese Weise gereinigte, insbesondere entstickte Bypassgas 11 " kann daher problemlos mit dem entstickten Ofenabgas 7' zusammengeführt werden, ohne dass dabei auch bei einem großen Anteil an Bypassgas die Grenzwerte für Stickoxide überschritten werden. Alternativ ist die Einhaltung der Stickoxidemissionen über eine Mischkalkulation möglich oder die Kamine könnten in ihren Genehmigungen auch separate Anforderungen an die Gasreinheit besitzen und diese mittels des beschriebenen Verfahrens einhalten..
Neben der Reinigung, der am Ofeneinlauf abgezogenen Bypassabgase, ist es außerdem möglich einen Gasbypass an anderen Stellen im Ofen- Vorwärmer-System abzuzweigen und dieses Gas den entsprechenden Verfahrensstufen zu zuführen. Die Abkühlung des anderen Gasbypasses könnte beispielsweise für eine Wärmeauskopplung genutzt werden. Hierfür könnte eine Gasentnahme von bis zu 50% des Gesamtgasstroms erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung von Bypassgasen (11) der Zement- oder Mineralsindustrie mit den wenigstens folgenden Verfahrensschritten: a. Abkühlung des entnommenen Bypassgases (11) auf 500°C bis 150°C, b Grobentstaubung des Bypassgases (1 ), wobei die Staubbeladung um 30 bis 95% reduziert wird, wobei die Verfahrensschritte a) und b) auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können, c Minderung der im teilentstaubten Bypassgas enthaltenen, gasförmigen Bestandteile, wobei eine weitere Entstaubung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c) eine katalytische Minderung von Stickoxiden und/oder Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoffmonoxid erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktion von Stickoxiden mit Hilfe eines vor oder nach der Grobentstaubung des Bypassgases eingedüsten Reduktionsmittels in Verbindung mit einem mit katalytisch aktiven Komponenten dotierten Abscheider (15.1, 15.2, 15.3, 15.4) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verfahrensschritte b) und c) ein aus mindestens zwei Kammern bestehender Hybridfilter (19.1, 19.2, 19.3) eingesetzt wird, wobei in der ersten Kammer die Grobentstaubung und in der zweiten Kammer neben der Feinentstaubung auch die Reduktion der Stickoxide erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abscheider für die katalytische Minderung Teflon mit katalytisch aktiven Komponenten, keramische Filter mit katalytisch aktiven Komponenten oder Fiberglas mit katalytisch aktiven Komponenten eingesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Minderung bei Temperaturen zwischen 150°C und 500°C erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c) saure Bestandteile des Bypassgases mit Hilfe eines eingedüsten Sorbens gemindert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass behandelte Edukte der Klinkerherstellung, wie Rohmehl und Filterstaub oder auch Kalkhydrat oder Branntkalk zur Optimierung der Abscheidung oder des Prozesses eingesetzt werden.
8. Verfahren zur Herstellung von gebranntem Material, wobei eine Teilmenge von in einem Brennofen (3) entstehender Ofenabgase als Bypassgas (11) abgezogen und gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gereinigt wird und die Stickoxide des verbleibenden Ofenabgases (7) mittels SNCR- und/oder S CR- Verfahren reduziert werden und anschließend das Ofenabgas (7') mit dem gereinigten Bypassgas (11 ") zusammengeführt wird oder über einen separaten Kamin emittiert.
9. Anlage der Zement- oder Mineralsindustrie mit einem Brennofen (3) und einem daran angeschlossenen Bypasssystem (9) zum Abzug eines Bypassgases, wobei das Bypasssystem (9) folgende Einrichtungen umfasst: a. eine Kühleinrichtung (12) zur Abkühlung des entnommenen Bypassgases auf vorzugsweise 500 °C bis 150°C, b. eine Grobentstaubungseinrichtung (14) zur Reduzierung der Staubbeladung des Bypassgases um 30 bis 95%, c. eine Reinigungseinrichtung (15) zur Minderung der im teilentstaubten Bypassgas enthaltenen, gasförmigen Bestandteile, die eine Feinentstaubungsstufe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung einen mit katalytisch aktiven Komponenten dotierten Abscheider (15.1, 15.2, 15.3, 15.4) umfasst.
10. Anlage der Zement- oder Mineralsindustrie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobentstaubungseinrichtung (14) und die Reinigungseinrichtung (15) in einem aus mindestens zwei Kammern bestehenden Hybridfilter (19.1, 19.2, 19.3) untergebracht sind, wobei in der ersten Kammer die Grobentstaubungseinrichtung (14) und in der zweiten Kammer die Reinigungseinrichtung (15) nebst Feinentstaubungsstufe untergebracht sind.
11. Anlage der Zement- oder Mineralsindustrie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Brennofen (3) ein Abgasstrang mit einer SNCR-Einrichtung zur Minderung der Stickoxide anschließt, und das Bypasssystem (9) im Bereich des Brennofens (3) vom Abgasstrang abzweigt wird und an den Abgasstrang nach einer SNCR- oder einer SCR-Einrichtung wieder angeschlossen ist oder über einen separaten Kamin emittiert.
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