WO2024251709A1

WO2024251709A1 - Climate-friendly puzzolana production

Info

Publication number: WO2024251709A1
Application number: PCT/EP2024/065279
Authority: WO
Inventors: Guido Grund; Eugen Wagner; Dirk Schefer
Original assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Polysius GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Polysius GmbH
Priority date: 2023-06-06
Filing date: 2024-06-04
Publication date: 2024-12-12
Anticipated expiration: 2025-12-06
Also published as: CN121311728A; EP4702299A1

Abstract

The present invention relates to a device for producing a thermally activated clay, wherein the device has a rotary kiln (10) and a hot-gas generating device (20) separate from the rotary kiln (10), wherein the hot-gas generating device (20) and the rotary kiln (10) are connected by a gas line (23) for transferring hot gases generated in the hot-gas generating device (20).

Description

Klimaschonende Puzzolanerzeugung Climate-friendly pozzolana production

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines thermisch aktivierten Tones, eines künstlichen Puzzolans, in einem Drehrohrofen. The invention relates to a device and a method for producing a thermally activated clay, an artificial pozzolan, in a rotary kiln.

Da beim Brennvorgang von Kalkstein aus dem Kalkstein selber mineralisch gebundenes Kohlendioxid freigesetzt wird, wird zu Verringerung der Kohlendioxidemissionen im Zementbereich zunehmend auf aktivierte Tone, auch künstliche Puzzolane genannt, gesetzt, da bei deren Aktivierung eine derartige Kohlendioxidfreisetzung aus dem Ton nicht erfolgt. Somit ist bei der Aktivierung von Tonen die Energiequelle und somit der eingesetzte Brennstoff die wesentliche Quelle für die Kohlendioxidemissionen. Um diese zu reduzieren wird zunehmend auf Ersatzbrennstoffe gesetzt, welche aber anspruchsvoller bei der Verbrennung sind. Since the burning process of limestone releases mineral-bound carbon dioxide from the limestone itself, activated clays, also known as artificial pozzolans, are increasingly being used to reduce carbon dioxide emissions in the cement sector, since such carbon dioxide does not occur from the clay when they are activated. Thus, when clays are activated, the energy source and thus the fuel used is the main source of carbon dioxide emissions. In order to reduce these, alternative fuels are increasingly being used, although these are more demanding to burn.

Ursprünglich erfolgte die Herstellung von künstlichen Puzzolanen durch die thermische Aktivierung von Tonen in einem Drehrohrofen. Da in einem Drehrohrofen die Verwendung von Ersatzbrennstoffen jedoch nicht unproblematisch ist, werden derzeit Flugstromprozesse verwendet, wobei der Einsatz von Ersatzbrennstoffen wesentlich einfacher möglich ist. Bei dem Einsatz von Ersatzbrennstoffen sind zwei Aspekte wichtig. Zum einen muss ein sicherer und vollständiger Ausbrand gewährleistet sein. Dieser erfordert ausreichend hohe Temperaturen und ausreichend hohe Brenndauer bei ausreichend hohem Sauerstoffangebot. In einem Drehrohrofen ist somit aber keine gleichzeitige Optimierung der Aktivierung des Tones und des Ausbrands des Ersatzbrennstoffs möglich. Originally, artificial pozzolans were produced by thermally activating clays in a rotary kiln. However, since the use of substitute fuels in a rotary kiln is not without its problems, entrained flow processes are currently used, whereby the use of substitute fuels is much easier. Two aspects are important when using substitute fuels. Firstly, safe and complete combustion must be ensured. This requires sufficiently high temperatures and a sufficiently long combustion time with a sufficiently high oxygen supply. In a rotary kiln, however, it is not possible to simultaneously optimize the activation of the clay and the combustion of the substitute fuel.

Aus der WO 2018 / 195 642 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Puzzolanen mit Farbwechsel bekannt. From WO 2018 / 195 642 A2 a process for the production of pozzolanas with color change is known.

Aus der WO 2022 / 058 206 A1 ist die Energierückgewinnung bei der Kühlung farboptimierter Tone bekannt. Energy recovery during the cooling of color-optimized clays is known from WO 2022 / 058 206 A1.

Aus der DE 10 2004 009 689 A1 ist eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker bekannt. Aus der DE 10 2012 108 295 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von Ersatzbrennstoffen bekannt. A plant for the production of cement clinker is known from DE 10 2004 009 689 A1. From DE 10 2012 108 295 A1 a device and a method for processing substitute fuels are known.

Aus der US 2023 / 002 277 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Klinker und einem zweiten calcinierten Material bekannt. From US 2023/002 277 A1 a process for producing clinker and a second calcined material is known.

Aus der US 2023 / 110 304 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Zement bekannt. From US 2023/110 304 A1 a method and a device for producing cement is known.

Aus der CN 113 387 367 A ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Kaolin durch Verwertung von städtischem Bauschutt bekannt. From CN 113 387 367 A a process for the processing of kaolin by recycling urban construction waste is known.

Aus der US 2014 / 000 491 A1 ist ein Klinkerersatzstoff auf Basis eines calcinierten Tones bekannt. A clinker substitute based on calcined clay is known from US 2014 / 000 491 A1.

Es wäre wünschenswert, die Aktivierung eines Tones auch in einem Drehrohrofen unter Vermeidung von Emissionen, insbesondere durch die möglichst vollständige Verwendung von Ersatzbrennstoffen, zum Beispiel Biomasse, zu ermöglichen. It would be desirable to enable the activation of a clay also in a rotary kiln while avoiding emissions, in particular by using substitute fuels, such as biomass, as completely as possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einem Drehrohrofen für die thermische Aktivierung von Tonen bereitzustellen, welche ohne eine Feuerung von Primärrohstoffen wie Öl oder Gas im Drehrohrofen auskommt und so besonders klimaschonend betrieben werden kann. The object of the invention is to provide a device with a rotary kiln for the thermal activation of clays, which does not require the firing of primary raw materials such as oil or gas in the rotary kiln and can thus be operated in a particularly climate-friendly manner.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 13 angebenden Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. This object is achieved by the device with the features specified in claim 1 and by the method with the features specified in claim 13. Advantageous further developments emerge from the subclaims, the following description and the drawings.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Erzeugung eines thermisch aktivierten Tones. Die Vorrichtung weist einen Drehrohrofen und eine von dem Drehrohrofen getrennte Heißgaserzeugungsvorrichtung auf. Durch die Trennung ist eine Trennung der Prozessbedingungen möglich, sodass beispielsweise Ersatzbrennstoff in der Heißgaserzeugungsvorrichtung unter für die Verbrennung des Ersatzbrennstoffes optimalen Bedingungen erfolgen kann, während die Prozessbedingungen im Drehrohrofen auf die Aktivierung des Tones optimiert werden können. Die Heißgaserzeugungsvorrichtung und der Drehrohrofen sind über eine Gasleitung zur Überführung in der Heißgaserzeugungsvorrichtung erzeugter heißer Gase verbunden. Da nur das Heißgas somit durch die Gasleitung übertragen wird, ergibt sich auf der einen Seite der Vorteil der Trennung der beiden thermischen Vorgänge. Auf der anderen Seite ist nachteilig, dass die Energieerzeugung eben nicht mehr unmittelbar im Drehrohrofen erfolgt und damit der Wärmeübergang vom Gas auf den Ton limitiert ist. Dieses erschwert die thermische Aktivierung ohne direkte Wärmeerzeugung in einem Drehrohrofen. Die Heißgaserzeugungsvorrichtung ist eine Verbrennungsvorrichtung für einen Ersatzbrennstoff oder eine elektrische Gasheizung. Es handelt sich also um eine diskrete Heißgaserzeugungsvorrichtung, deren Funktion eben die Erzeugung von Heißgas ist und nicht ein Prozess, bei dem ein Heißgas als Abfallprodukt anfällt. Die Verwendung einer Verbrennungsvorrichtung für einen Ersatzbrennstoff und/oder einer elektrischen Gasheizung ermöglich die vom CO2-freie Erzeugung der thermischen Energie, beispielsweise wenn als Ersatzbrennstoff Biomasse oder für die elektrische Gasheizung Strom aus einer regenerativen Quelle verwendet wird. Ein Ersatzbrennstoff kann natürlich im Sinne der Erfindung ein Gemisch sein. Ersatzbrennstoffe sind beispielsweise Abfälle oder Biomasse oder eben auch beispielsweise ein Gemisch hieraus. The device according to the invention serves to produce a thermally activated clay. The device has a rotary kiln and a hot gas generating device that is separate from the rotary kiln. The separation enables the Process conditions are possible so that, for example, substitute fuel can be produced in the hot gas generation device under conditions that are optimal for the combustion of the substitute fuel, while the process conditions in the rotary kiln can be optimized for the activation of the clay. The hot gas generation device and the rotary kiln are connected via a gas line to transfer hot gases generated in the hot gas generation device. Since only the hot gas is transferred through the gas line, this has the advantage of separating the two thermal processes. On the other hand, it is disadvantageous that energy is no longer generated directly in the rotary kiln and the heat transfer from the gas to the clay is limited. This makes thermal activation difficult without direct heat generation in a rotary kiln. The hot gas generation device is a combustion device for a substitute fuel or an electric gas heater. It is therefore a discrete hot gas generation device whose function is to generate hot gas and not a process in which hot gas is produced as a waste product. The use of a combustion device for a substitute fuel and/or an electric gas heater enables the CO2-free generation of thermal energy, for example when biomass is used as a substitute fuel or electricity from a renewable source is used for the electric gas heater. A substitute fuel can of course be a mixture within the meaning of the invention. Substitute fuels are, for example, waste or biomass or even a mixture of these.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen ersten Temperatursensor auf. Der erste Temperatursensor ist ein Infrarotsensor. Der erste Temperatursensor ist im Auslaufbereich unterhalb des Drehrohrofens angeordnet. Diese spezielle Anordnung ermöglicht eine kontaktlose (verschleißfreie) Messung der Temperatur des aktivierten Tones. Bei der üblichen Messung von oben ist keine so zuverlässige Temperaturmessung möglich, da Staub die Messung beeinflusst. Eine Messung des austretenden Materials von der Unterseite hingegen hat sich als sehr zuverlässig herausgestellt. In a further embodiment of the invention, the device has a first temperature sensor. The first temperature sensor is an infrared sensor. The first temperature sensor is arranged in the outlet area below the rotary kiln. This special arrangement enables contactless (wear-free) measurement of the temperature of the activated clay. With the usual measurement from above, a temperature measurement that is not as reliable is possible because dust influences the measurement. Measuring the emerging material from the bottom, on the other hand, has proven to be very reliable.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen zweiten Temperatursensor auf. Der zweite Temperatursensor ist in oder an dem Drehrohrofen angeordnet. Beispielsweise kann der zweite Temperatursensor auf der Außenseite des Drehrohrofens angeordnet sein. Hier wird dann natürlich nur die Außentemperatur des Drehrohrofens gemessen. Vorteil ist, dass das wartungsarm und verschleißfrei ist. Nachteilig ist, dass die Messung vergleichsweise ungenau ist. Alternativ kann der zweite Temperatursensor in einem feuerfesten Schutzrohr im Inneren des Drehrohrofens angeordnet sein. Somit ist eine Messung des Materials im Drehrohrofen möglich.. Der zweite Temperatursensor kann beispielsweise auf drei Seiten von einem metallischen Schutz umgeben und geschützt sein. In a further embodiment of the invention, the device has a second temperature sensor. The second temperature sensor is in or on the rotary kiln arranged. For example, the second temperature sensor can be arranged on the outside of the rotary kiln. Here, of course, only the outside temperature of the rotary kiln is measured. The advantage is that it is low-maintenance and wear-free. The disadvantage is that the measurement is comparatively inaccurate. Alternatively, the second temperature sensor can be arranged in a fireproof protective tube inside the rotary kiln. This makes it possible to measure the material in the rotary kiln. The second temperature sensor can, for example, be surrounded and protected on three sides by a metal guard.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Gasleitung eine Länge auf, sodass das Gas innerhalb der Gasleitung eine Verweilzeit zwischen 0 und 10 s, bevorzugt zwischen 0,5 und 10 s aufweist. Somit kann die Gasleitung beispielsweise kürzer, dafür aber mit einem größeren Innendurchmesser ausgeführt sein oder aber länger und mit einem kleineren Innendurchmesser. Bevorzugt weist die Gasleitung eine Länge auf, sodass das Gas innerhalb der Gasleitung eine Verweilzeit zwischen 1 und 5 s aufweist. Weiter Bevorzugt weist die Gasleitung eine Länge auf, sodass das Gas innerhalb der Gasleitung eine Verweilzeit zwischen 1 ,5 und 2,5 s aufweist. Durch diese Verweilzeit in der Gasleitung kann ein sicherer Ausbrand gewährleistet werden, falls dieses nicht bereits in der Heißgaserzeugungsvorrichtung erfolgt ist. Dieses ermöglicht somit die Verwendung einer Heißgaserzeugungsvorrichtung, welcher selber an sich nicht beispielsweise den gesetzlichen Vorgaben zum sicheren Ausbrand entspricht. Zusätzlich können weitere Maßnahmen, beispielsweise die Zufuhr von Ammoniak oder Harnstoff zur Entfernung von möglichen Stickoxiden genutzt werden. Auch dafür sind entsprechende Reaktionszeiten sinnvoll. In a further embodiment of the invention, the gas line has a length such that the gas within the gas line has a residence time of between 0 and 10 s, preferably between 0.5 and 10 s. The gas line can thus be shorter, for example, but with a larger inner diameter, or longer and with a smaller inner diameter. The gas line preferably has a length such that the gas within the gas line has a residence time of between 1 and 5 s. The gas line is also preferably long such that the gas within the gas line has a residence time of between 1.5 and 2.5 s. This residence time in the gas line can ensure safe burnout if this has not already occurred in the hot gas generation device. This thus enables the use of a hot gas generation device which itself does not, for example, meet the legal requirements for safe burnout. In addition, other measures can be used, such as the supply of ammonia or urea to remove possible nitrogen oxides. Appropriate reaction times are also useful for this.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen Materialkühler auf. Der Drehrohrofen ist mit dem Materialkühler zur Überführung des thermisch behandelten Tones verbunden. Der Materialkühler ist mit der Heißgaserzeugungsvorrichtung zur Überführung von im Materialkühler vorgewärmten Gas verbunden. Hierdurch wird zum einen das fertige Produkt gekühlt, zum anderen die Wärme in den Prozess zurückgeführt. Bevorzugt ist zwischen dem Materialkühler und der Heißgaserzeugungsvorrichtung ein Staubfilter angeordnet. Der hierbei abgeschiedene Staub wird bevorzugt dem fertigen Produkt zugeführt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Materialkühler ein Trommelkühler. Bevorzugt wird im Trommelkühler der Gasstrom im Gegenstrom zum Materialstrom geführt. Vorteil des Trommelkühlers ist, dass die Partikelgröße des aktivierten Tones weniger relevant ist im Vergleich zu Flugstromwärmetauschern. Daher ist die Anforderung an den Ton und der Energiebedarf für die Zerkleinerung entsprechend gering. In a further embodiment of the invention, the device has a material cooler. The rotary kiln is connected to the material cooler for transferring the thermally treated clay. The material cooler is connected to the hot gas generation device for transferring gas preheated in the material cooler. This cools the finished product on the one hand and returns the heat to the process on the other. A dust filter is preferably arranged between the material cooler and the hot gas generation device. The dust separated in this way is preferably fed to the finished product. In a further embodiment of the invention, the material cooler is a drum cooler. Preferably, the gas flow in the drum cooler is guided countercurrently to the material flow. The advantage of the drum cooler is that the particle size of the activated clay is less relevant compared to entrained flow heat exchangers. Therefore, the requirements for the clay and the energy required for comminution are correspondingly low.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Materialkühler ein walking floor, Zweischichtkühler oder Rostkühler. In a further alternative embodiment of the invention, the material cooler is a walking floor, two-layer cooler or grate cooler.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Materialkühler ein Zyklon- oder Wirbelschichtkühler. Vorteil ist, dass hier eine sehr viel schnellere Kühlung erreicht werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass die maximale Partikelgröße des aktivierten Tons auf eine flugfähige Partikelgröße (Beispielsweise unter 2 mm) begrenzt ist. In a further alternative embodiment of the invention, the material cooler is a cyclone or fluidized bed cooler. The advantage is that much faster cooling can be achieved here. The disadvantage, however, is that the maximum particle size of the activated clay is limited to a particle size that can be flown (for example, less than 2 mm).

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Drehrohrofen und dem Materialkühler eine Zerkleinerungsvorrichtung angeordnet. Die Zerkleinerungsvorrichtung ist beispielsweise ein Walzenbrecher. Die Zerkleinerungsvorrichtung kann insbesondere gekühlt, bevorzugt luftgekühlt, sein. Dieses ist besonders bevorzugt, wenn der Materialkühler ein Zyklon- oder Wirbelschichtkühler ist. In a further embodiment of the invention, a comminution device is arranged between the rotary kiln and the material cooler. The comminution device is, for example, a roller crusher. The comminution device can in particular be cooled, preferably air-cooled. This is particularly preferred if the material cooler is a cyclone or fluidized bed cooler.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Drehrohrofen und dem Materialkühler ein Sieb, insbesondere ein Trommelsieb, angeordnet. Besonders bevorzugt ist hinter dem Grobauslass des Siebes, insbesondere des Trommelsiebs, ein Brecher angeordnet. Hierdurch kann die Menge des heißen zu zerkleinernden Materials, welches auf den Brecher aufgetragen wird, deutlich reduziert werden, sodass Wärme weniger problematisch ist. Das Sieb kann auch als statisches Sieb, insbesondere als Sieb mit einer Neigung von 30 ° bis 60 °, ausgebildet sein. Hierdurch ist ein rein schwerkraftsgetriebener Transport möglich und somit kann auf eine aktive Förderung verzichtet werden. In a further embodiment of the invention, a screen, in particular a drum screen, is arranged between the rotary kiln and the material cooler. A crusher is particularly preferably arranged behind the coarse outlet of the screen, in particular the drum screen. This allows the amount of hot material to be crushed that is applied to the crusher to be significantly reduced, so that heat is less of a problem. The sieve can also be designed as a static sieve, in particular as a sieve with an inclination of 30° to 60°. This enables purely gravity-driven transport and thus active conveying can be dispensed with.

Vorzugsweise weist das Sieb eine Maschengröße von 2 mm auf, sodass Partikel mit weniger als 2 mm passieren können und Partikel mit mehr als 2 mm zurückgehalten werden. Preferably, the sieve has a mesh size of 2 mm so that particles smaller than 2 mm can pass through and particles larger than 2 mm are retained.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Produktrückführung auf. Die Produktrückführung ist zur Rückführung von im Materialkühler gekühltem Produkt zwischen den Drehrohrofen und den Materialkühler ausgebildet. Dieses ist besonders bevorzugt, wenn zwischen dem Drehrohrofen und dem Materialkühler eine Zerkleinerungsvorrichtung angeordnet ist, da auf diese Weise durch die Vermischung von heißen, aus dem Drehrohrofen kommendem aktivierten Ton mit kalten zurückgeführten aktivierten Ton, eine schnelle Abkühlung und damit geringere thermische Belastung für die Zerkleinerungsvorrichtung erreicht werden kann. Für weitere Ausführungen wird auf die DE 10 2020 211 750 A1 verwiesen. In a further embodiment of the invention, the device has a product return. The product return is designed to return product cooled in the material cooler between the rotary kiln and the material cooler. This is particularly preferred if a comminution device is arranged between the rotary kiln and the material cooler, since in this way, by mixing hot activated clay coming from the rotary kiln with cold, returned activated clay, rapid cooling and thus lower thermal load for the comminution device can be achieved. For further details, see DE 10 2020 211 750 A1.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen Vorkühler auf. Der Vorkühler ist zwischen dem Drehrohrofen und dem Materialkühler angeordnet. Der Vorkühler weist eine direkte oder indirekte Wasserkühlung auf. Bei einer direkten Wasserkühlung wird Wasser direkt auf den aktivierten Ton aufgebracht, insbesondere aufgesprüht. Hierdurch ist eine extrem schnelle und effiziente Abkühlung möglich, was besonders vorteilhaft ist, um eine Farbveränderung des aktivierten Tones nach der thermischen Behandlung zu vermeiden, bei denen der aktivierte Ton bei hohen Temperaturen mit Sauerstoff in Kontakt kommt. Bei der indirekten Wasserkühlung wird das Wasser auf die Außenseite des Vorkühlers gesprüht und somit der Vorkühler selber stark abgekühlt. Nachteil des Verfahrens ist die geringe Effizienz bei der Rückgewinnung der Wärme. In a further embodiment of the invention, the device has a pre-cooler. The pre-cooler is arranged between the rotary kiln and the material cooler. The pre-cooler has direct or indirect water cooling. With direct water cooling, water is applied directly to the activated clay, in particular sprayed on. This enables extremely fast and efficient cooling, which is particularly advantageous in order to avoid a change in the color of the activated clay after thermal treatment, in which the activated clay comes into contact with oxygen at high temperatures. With indirect water cooling, the water is sprayed onto the outside of the pre-cooler and thus the pre-cooler itself is cooled down considerably. The disadvantage of the process is the low efficiency in recovering the heat.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Drehrohrofen Einbauten zur vertikalen Förderung des Tones auf. Die Einbauten zur vertikalen Förderung des Tones dienen dazu, den Ton anzuheben, wodurch dieser dann durch den Gasstrom im Inneren des Drehrohrofens fällt, wodurch der Wärmeübergang vom Gasstrom auf den Ton optimiert wird. Die Einbauten können gerade, gewinkelte oder gebogene Einbauten sein. Es können Waben- oder Kreuzeinbauten oder es können Kettenelemente sein. Wesentlich ist, dass durch die Einbauten der Ton wenigstens partiell angehoben wird und dadurch wenigstens teilweise durch den Gasstrom wieder herunterfällt. Da der Verschleiß der Einbauten stark temperaturabhängig ist, sind diese Einbauten bevorzugt nur in der der Heißgaserzeugungsvorrichtung abgewandten Seite des Drehrohrofens eingebaut, also in Bereichen des Drehrohofens, in denen die Temperatur des Tones unter 650 °C, gegebenenfalls unter 500 °C liegt. In a further embodiment of the invention, the rotary kiln has internals for the vertical conveyance of the clay. The internals for the vertical conveyance of the clay serve to lift the clay, whereby it is then transported by the gas flow inside of the rotary kiln, which optimizes the heat transfer from the gas flow to the clay. The fittings can be straight, angled or curved. They can be honeycomb or cross fittings or they can be chain elements. It is important that the clay is at least partially lifted by the fittings and thus at least partially falls back down again through the gas flow. Since the wear of the fittings is highly temperature-dependent, these fittings are preferably only installed in the side of the rotary kiln facing away from the hot gas generation device, i.e. in areas of the rotary kiln where the temperature of the clay is below 650 °C, possibly below 500 °C.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Drehrohrofen Stauringe auf. Hierdurch wird die Füllhöhe im Drehrohrofen erhöht, die Verweilzeit erhöht und damit verbessert sich der Wärmeübergang von der Gasphase auf den zu aktivierenden Ton. Vorzugsweise weist der Drehrohrofen einen oder mehrere Stauringe auf. In a further embodiment of the invention, the rotary kiln has retaining rings. This increases the filling level in the rotary kiln, increases the residence time and thus improves the heat transfer from the gas phase to the clay to be activated. The rotary kiln preferably has one or more retaining rings.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Gasleitung eine Stickstoffzuführung zur Entfernung von Stickoxiden auf. Über die Stickstoffzuführung kann zum Beispiel Ammoniak, wässrige Ammoniaklösung, Harnstofflösung oder dergleichen zugeführt werden, sodass der zugeführte Stickstoff mit Stickoxiden synproportioniert und so die Stickoxide entfernt werden. Weitere Ausführungsmöglichkeiten können insbesondere der DE 10 2022 209 826 entnommen werden. In a further embodiment of the invention, the gas line has a nitrogen supply for removing nitrogen oxides. For example, ammonia, aqueous ammonia solution, urea solution or the like can be supplied via the nitrogen supply, so that the supplied nitrogen is synproportioned with nitrogen oxides and the nitrogen oxides are thus removed. Further possible embodiments can be found in particular in DE 10 2022 209 826.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in Gasstromrichtung hinter dem Drehrohrofen ein Saugzugventilator angeordnet. Aufgrund der hohen Temperaturen in der Gasleitung zwischen der Heißgaserzeugungsvorrichtung und dem Drehrohrofen ist dort kein Ventilator anordbar, sodass die Förderleistung bevorzugt vollständig von dem Saugzugventilator ist. Dieses führt wiederum dazu, dass der Druck in der Heißgaserzeugungsvorrichtung höher ist als der Druck in dem Drehrohrofen. Aufgrund des üblicherweise nur sehr geringen Unterdrucks in dem Drehrohrofen führt dieses dazu, dass die Heißgaserzeugungsvorrichtung praktisch keinen Unterdrück, gegebenfalls sogar einen kleinen Überdruck aufweist. Ein solcher Betrieb ist für die Verbrennung von Ersatzbrennstoffen unüblich. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in Gasstromrichtung hinter dem Drehrohrofen ein Staubfilter angeordnet. Der Staubfilter ist zur Rückführung des abgeschiedenen Staubes mit dem Drehrohrofen verbunden. Durch die indirekte Beheizung und den damit verbundenen höheren Gasstrom durch den Drehrohrofen ist eine höhere Staubentwicklung und damit ein Austrag gerade von Feinstmaterial mit dem Gasstrom aus dem Drehrohrofen zu erwarten. In a further embodiment of the invention, an induced draft fan is arranged behind the rotary kiln in the gas flow direction. Due to the high temperatures in the gas line between the hot gas generating device and the rotary kiln, no fan can be arranged there, so that the conveying capacity is preferably completely provided by the induced draft fan. This in turn leads to the pressure in the hot gas generating device being higher than the pressure in the rotary kiln. Due to the usually very low negative pressure in the rotary kiln, this leads to the hot gas generating device having practically no negative pressure, and possibly even a small positive pressure. Such operation is unusual for the combustion of substitute fuels. In a further embodiment of the invention, a dust filter is arranged behind the rotary kiln in the direction of gas flow. The dust filter is connected to the rotary kiln to return the separated dust. Due to the indirect heating and the associated higher gas flow through the rotary kiln, a higher level of dust development and thus a discharge of very fine material with the gas flow from the rotary kiln is to be expected.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Drehrohrofen im mittleren Bereich einen größeren Durchmesser auf. Insbesondere ist der mittlere Bereich zwischen dem ersten Laufring und dem zweiten Laufring verbreitert. Im mittleren Bereich ist auch der mittlere Temperaturbereich anzutreffen. Durch die Verbreiterung wird die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich herabgesetzt, was wiederum den Austrag von Feinstmaterial verringert und den Wärmeaustausch zwischen Gas und Ton in diesem Bereich verbessert. In a further embodiment of the invention, the rotary kiln has a larger diameter in the middle area. In particular, the middle area between the first race and the second race is widened. The middle area also contains the middle temperature range. The widening reduces the flow velocity in this area, which in turn reduces the discharge of fine material and improves the heat exchange between gas and clay in this area.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen Vorwärmer und/oder einen Trockner auf. Der Vorwärmer oder der Trockner ist gasströmungstechnisch hinter dem Drehrohrofen und materialströmungstechnisch vor dem Drehrohrofen angeordnet. Zwar kann auch eine Trocknung und eine Erwärmung vollständig und ausschließlich im Drehrohrofen erfolgen, aber durch den durch die externe Erzeugung des Heißgasstromes größeren Gasstrom ist es vorteilhaft, wenn der Wärmeübertrag in einem zusätzlichen Trockner und/oder Vorwärmer erfolgt. Der Vorwärmer kann als Kaskade von Zyklonvorwärmern oder auch als Steigrohrwärmetauscher mit längerer Verweilzeit und einem Abscheidezyklon ausgebildet sein. Als Trockner wird bevorzugt ein Trommeltrockner eingesetzt. Der Vorteil des Trommeltrockners ist, dass dieser auch mit sehr groben Partikeln (bis in den cm Bereich) arbeiten kann. Ebenso kann eine Mühle oder ein Brecher mit anschließendem Steigrohrtrockner mit Abscheidezyklon als Trockner verwendet werden. In a further embodiment of the invention, the device has a preheater and/or a dryer. The preheater or dryer is arranged behind the rotary kiln in terms of gas flow and in front of the rotary kiln in terms of material flow. Drying and heating can also take place completely and exclusively in the rotary kiln, but due to the larger gas flow caused by the external generation of the hot gas flow, it is advantageous if the heat transfer takes place in an additional dryer and/or preheater. The preheater can be designed as a cascade of cyclone preheaters or as a riser heat exchanger with a longer residence time and a separation cyclone. A drum dryer is preferably used as the dryer. The advantage of the drum dryer is that it can also work with very coarse particles (down to the cm range). A mill or a crusher with a subsequent riser dryer with a separation cyclone can also be used as a dryer.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Heißgaserzeugungsvorrichtung eine Verbrennungsvorrichtung für einen Ersatzbrennstoff. Besonders bevorzugt ist die Verbrennungsvorrichtung zur Verbrennung von Biomasse ausgebildet. Alternativ kann es sich um einen elektrisch betriebenen Überhitzer handeln, der beim Betrieb mit regenerativ erzeugtem Strom ebenfalls klimaneutral wäre. In a further embodiment of the invention, the hot gas generating device is a combustion device for a substitute fuel. The combustion device is particularly preferably designed for the combustion of biomass. Alternatively, it can It would be an electrically operated superheater, which would also be climate-neutral when operated with electricity generated from renewable sources.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Verbrennungsvorrichtung einen gasdichten Feststoffaustrag auf. Dadurch wird ein Betrieb der Verbrennungsvorrichtung auch bei einem Überdruck möglich. In a further embodiment of the invention, the combustion device has a gas-tight solids discharge. This makes it possible to operate the combustion device even at excess pressure.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verbrennungsvorrichtung ein Rückschubrost, ein Drehrohr, ein Gleichstromrost oder ein Drehherd. In a further embodiment of the invention, the combustion device is a reverse-acting grate, a rotary kiln, a direct-current grate or a rotary hearth.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Drehrohrofen eine Hilfsbrennvorrichtung auf. Bei der Verwendung von Ersatzbrennstoffen, beispielsweise Biomasse, kommt es üblicherweise zu Schwankungen des Brennwertes und der Feuchtigkeit, sodass die erzeugte Temperatur in der Verbrennungsvorrichtung Schwankungen unterliegt. Diese können zwar regelungstechnisch durch die Zuführung des Ersatzbrennstoffes abgemildert werden, dieses ist jedoch oft langsam. Daher kann es sinnvoll sein, eine Hilfsbrennvorrichtung vorzusehen, die mit einem einfach zu dosierenden, schnell und leicht verbrennbaren Brennstoff arbeitet. Typischerweise kann dieses ein Gasbrenner sein, zur Vermeidung auch dieser Kohlendioxidemissionen zum Beispiel für Biogas. Hierdurch kann in sehr schneller Weise auf diese Schwankungen reagiert und die Temperatur dadurch im Drehrohrofen besonders konstant gehalten werden. In a further embodiment of the invention, the rotary kiln has an auxiliary combustion device. When using substitute fuels, for example biomass, there are usually fluctuations in the calorific value and humidity, so that the temperature generated in the combustion device is subject to fluctuations. These can be mitigated by the control technology by supplying the substitute fuel, but this is often slow. It can therefore be useful to provide an auxiliary combustion device that works with a fuel that is easy to dose and burns quickly and easily. Typically, this can be a gas burner, to avoid these carbon dioxide emissions, for example for biogas. This makes it possible to react very quickly to these fluctuations and thus keep the temperature in the rotary kiln particularly constant.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine Mischvorrichtung auf. Die Mischvorrichtung ist zur Vermischung des Tones mit einem Reduktionsmittel ausgebildet. Die Mischvorrichtung ist in Materialstromrichtung vor dem Drehrohrofen angeordnet. Die Mischvorrichtung kann beispielsweise zwischen einem Trockner und dem Drehrohrofen angeordnet sein. Als Reduktionsmittel kann beispielsweise Kohle eingesetzt werden. Ebenso kann beispielsweise unverbrannte Kohlenstoffreste aus der Verbrennungsvorrichtung verwendet werden. Durch die Vermischung wird eine lokal reduzierende Atmosphäre um den zu aktivierenden Ton im Drehrohrofen geschaffen, was wiederum verhindert, dass der Ton, beispielsweise durch die Oxidation von Eisen, eine ungewollte Farbe annimmt. Wesentlich ist jedoch, dass nur so wenig Reduktionsmittel verwendet wird, damit am Ende kein und nicht störend Reduktionsmittel im fertigen Produkt landet. In a further embodiment of the invention, the device has a mixing device. The mixing device is designed to mix the clay with a reducing agent. The mixing device is arranged in front of the rotary kiln in the direction of material flow. The mixing device can be arranged, for example, between a dryer and the rotary kiln. Coal can be used as a reducing agent, for example. Unburned carbon residues from the combustion device can also be used, for example. The mixing creates a locally reducing atmosphere around the clay to be activated in the rotary kiln, which in turn prevents the clay from taking on an undesirable color, for example due to the oxidation of iron. It is important, however, that only as little reducing agent as possible is used so that no reducing agent ends up in the finished product and does not cause any disruption.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Drehrohrofen wenigstens eine seitlich angeordnete Zuführungsvorrichtung für ein Reduktionsmittel auf. Die seitlich angeordnete Zuführungsvorrichtung kann beispielsweise ein sogenannter Scoop Feeder sein. Hierdurch kann das Reduktionsmittel insbesondere in den richtigen Temperaturbereich direkt zugeführt werden. In a further embodiment of the invention, the rotary kiln has at least one laterally arranged feed device for a reducing agent. The laterally arranged feed device can be, for example, a so-called scoop feeder. This allows the reducing agent to be fed directly, in particular into the correct temperature range.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Drehrohrofen wenigstens eine seitlich angeordnete Luftzuführung auf. Durch die Luftzuführung kann insbesondere sauerstoffhaltiges Gas zugeführt werden. Hierdurch ist eine vollständige Verbrennung beispielsweise eines Reduktionsmittels oder dessen gasförmigen Reaktionsprodukte möglich. Gleichzeitig kann gerade im Bereich der höchsten Temperatur eine extrem sauerstoffarme Umgebung erhalten werden. In a further embodiment of the invention, the rotary kiln has at least one air supply arranged on the side. In particular, oxygen-containing gas can be supplied through the air supply. This enables complete combustion of, for example, a reducing agent or its gaseous reaction products. At the same time, an extremely oxygen-poor environment can be maintained, especially in the area of the highest temperature.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Ton wird hierbei in einem Drehrohrofen thermisch mittels außerhalb des Drehrohrofens erzeugtem Heißgas aktiviert. Wesentlich ist, wie bereits ausgeführt, die räumliche Trennung von Heißgaserzeugung und thermischer Aktivierung, wodurch beide getrennt voneinander optimiert werden können. Insbesondere kann die Heißgaserzeugungsvorrichtung mittels eines Ersatzbrennstoffes bei ausreichend hohen Temperaturen mit ausreichend Sauerstoff über ausreichend lange Zeit erfolgen, wohingegen die thermische Aktivierung insbesondere bei geringeren Temperaturen und vorzugsweise sehr geringem Sauerstoffgehalt durchgeführt wird. Das Heißgas wird mit einer Temperatur von 600 bis 1800 °C dem Drehrohrofen zugeführt. Bei der Verwendung von Ersatzbrennstoffen ist eine Temperatur von 800 bis 1200 °C bevorzugt, bei einer elektrischen Gasheizung 600 bis 1800 °C. Die höchsten Temperaturen ergeben sich bevorzugt bei der Kombination einer Verbrennungsvorrichtung für einen Ersatzbrennstoff und einer elektrischen Gasheizung. Dieser Temperaturbereich liegt teilweise sehr deutlich über dem der thermischen Behandlung von Tonen. Da aber durch die thermische Behandlung die Temperatur durch den Energieverbrauch sinkt, erwärmt sich der Ton nicht auf die volle Temperatur des Heißgases, bei der der Ton deaktiviert werden würde. Daher hat sich dieses Temperaturfenster als ausreichend und nicht zu hoch herausgestellt, es erfolgt eine gute Aktivierung ohne Deaktivierung durch zu hohe Temperatur. Dieses ist wichtig, da die so zugeführte Wärmemenge für die Aktivierung ausreichen muss, da die Aktivierung eben ausschließlich durch das von außen zugeführte Heißgas aktiviert wird, also keine zusätzliche Verbrennung oder andere Energiezufuhr innerhalb des Drehrohrofens erfolgt. In a further aspect, the invention relates to a method for operating a device according to the invention. The clay is thermally activated in a rotary kiln by means of hot gas generated outside the rotary kiln. As already explained, the spatial separation of hot gas generation and thermal activation is essential, as a result of which both can be optimized separately. In particular, the hot gas generation device can be carried out using a substitute fuel at sufficiently high temperatures with sufficient oxygen over a sufficiently long time, whereas the thermal activation is carried out in particular at lower temperatures and preferably with a very low oxygen content. The hot gas is fed to the rotary kiln at a temperature of 600 to 1800 °C. When using substitute fuels, a temperature of 800 to 1200 °C is preferred, and 600 to 1800 °C with an electric gas heater. The highest temperatures are preferably achieved when combining a combustion device for a substitute fuel and an electric gas heater. This temperature range is sometimes very significantly higher than that of the thermal treatment of clays. However, since the temperature drops due to energy consumption during the thermal treatment, the clay does not heat up to the full temperature of the hot gas, which would deactivate the clay. Therefore, this temperature window has proven to be sufficient and not too high; good activation takes place without deactivation due to excessively high temperatures. This is important because the amount of heat supplied in this way must be sufficient for activation, since activation is only activated by the hot gas supplied from outside, so no additional combustion or other energy supply takes place within the rotary kiln.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Druck in der Verbrennungsvorrichtung höher als der Druck in dem Drehrohrofen. Diese Fahrweise ist bevorzugt, um lediglich mittels eines Saugzugventilators gasströmungstechnisch hinter dem Drehrohrofen arbeiten zu können. Hierbei kann der Druck in der Heißgaserzeugungsvorrichtung um oder auch über dem Umgebungsdruck gewählt werden. In a further embodiment of the invention, the pressure in the combustion device is higher than the pressure in the rotary kiln. This mode of operation is preferred in order to be able to work in terms of gas flow behind the rotary kiln using only an induced draft fan. The pressure in the hot gas generation device can be selected to be around or above the ambient pressure.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur in der Verbrennungsvorrichtung höher gewählt als die Temperatur in dem Drehrohrofen. Hierdurch ist eine sichere Verbrennung von Ersatzbrennstoffen, beispielsweise Biomasse, möglich ohne dass dieses eine negative Auswirkung auf die Produktqualität hat, da eine zu hohe Temperatur zu einer Deaktivierung des Tones führt. In a further embodiment of the invention, the temperature in the combustion device is selected to be higher than the temperature in the rotary kiln. This enables the safe combustion of substitute fuels, such as biomass, without this having a negative effect on the product quality, since too high a temperature leads to deactivation of the clay.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur im Drehrohrofen durch die Zuführung von Ersatzbrennstoff zur Verbrennungsvorrichtung geregelt. Der Vorteil ist, dass eben keine weiteren, meist primären, Brennstoffe eingesetzt werden müssen und dadurch die Kohlendioxidemission aus nicht-regenerativen Brennstoffen minimiert werden kann. In a further embodiment of the invention, the temperature in the rotary kiln is regulated by supplying substitute fuel to the combustion device. The advantage is that no other, usually primary, fuels need to be used and thus the carbon dioxide emissions from non-renewable fuels can be minimized.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Ton zusammen mit einem Reduktionmittel dem Drehrohrofen zugeführt. Das Reduktionsmittel kann beispielsweise Kohle, Holz oder andere biogene Materialien, bevorzugt nicht vollständig verbrannte Rückstände aus der Verbrennung eines Ersatzbrennstoffes, sein. Durch die gemeinsame Einführung wird im Bereich des zu aktivierenden Tones im Drehrohrofen eine lokale reduzierende Atmosphäre geschaffen, welche verhindert, dass beispielsweise Eisen im Ton aufoxidiert wird und dadurch der Ton bei der Aktivierung eine für das Produkt unerwünschte Farbe annimmt. Dieses unterstützt weiter die Trennung zwischen den Bedingungen bei der Heißgaserzeugung und der Aktivierung, da somit auch die Sauerstoffkonzentration freier gewählt werden kann. In a further embodiment of the invention, the clay is fed into the rotary kiln together with a reducing agent. The reducing agent can be, for example, coal, wood or other biogenic materials, preferably incompletely burned residues from the combustion of a substitute fuel. By introducing them together, a local reducing atmosphere is created in the area of the clay to be activated in the rotary kiln, which prevents, for example, iron in the clay from oxidizing and thus the clay from acquiring a product takes on an undesirable color. This further supports the separation between the conditions during hot gas generation and activation, as the oxygen concentration can also be selected more freely.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in den Drehrohrofen in einem Temperaturbereich des Prozessgases von 400 bis 850 °C, bevorzugt 500 bis 650 °C Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch eingeleitet. Dieses erfolgt bevorzugt, um den vollständigen Ausbrand von nicht vollständig umgesetzte Verbrennungsprodukten der organischen Bestandteile des Aufgabematerials (Ton) und / oder der nicht vollständig umgesetzten Reaktionsprodukte eines Reduktionsmittels sicher zu stellen. In a further embodiment of the invention, oxygen or an oxygen-containing gas mixture is introduced into the rotary kiln in a process gas temperature range of 400 to 850 °C, preferably 500 to 650 °C. This is preferably done to ensure the complete burnout of incompletely converted combustion products of the organic components of the feed material (clay) and/or the incompletely converted reaction products of a reducing agent.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird nach der Heißgaserzeugungsvorrichtung in der Gasleitung der Sauerstoffgehalt unter 2 Vol.-%, bevorzugt unter 1 Vol.-%, gewählt. Hierdurch wird die Aufoxidation eines Tones und damit eine ungewollte Farbveränderung minimiert. In a further embodiment of the invention, the oxygen content in the gas line after the hot gas generation device is selected to be below 2 vol.%, preferably below 1 vol.%. This minimizes the oxidation of a clay and thus an unwanted color change.

In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Heißgaserzeugungsvorrichtung elektrisch beheizt. Durch die Verwendung von grünem Strom ist somit auch eine Vermeidung von Kohlendioxid-Emissionen möglich. In a further embodiment of the invention, the hot gas generating device is heated electrically. By using green electricity, it is also possible to avoid carbon dioxide emissions.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird über das Heißgas dem Drehrohrofen eine Wärmeenergie von 300 bis 1200 kcal pro kg Produkt zugeführt. Die zugeführte Wärmemenge ergibt sich aus der Wärmekapazität des Heißgases sowie der Temperatur des Eintrittes des Heißgases in den Drehrohrofen und der Temperatur beim Austritt aus dem Drehrohrofen, also die im Drehrohrofen vom Heißgas tatsächlich abgegebene Wärmemenge. In a further embodiment of the invention, a heat energy of 300 to 1200 kcal per kg of product is supplied to the rotary kiln via the hot gas. The amount of heat supplied is determined by the heat capacity of the hot gas and the temperature at the entry of the hot gas into the rotary kiln and the temperature at the exit from the rotary kiln, i.e. the amount of heat actually released by the hot gas in the rotary kiln.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden 1 bis 5 Normkubikmeter Heißgas dem Drehrohrofen pro kg Produkt zugeführt. In a further embodiment of the invention, 1 to 5 standard cubic meters of hot gas are fed to the rotary kiln per kg of product.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Verweilzeit des Tones im Drehrohrofen zwischen 15 und 90 min gewählt. Die Verweilzeit ist höher als bei einer Verbrennung im Drehrohrofen, da der Temperaturgradient stärker ausfällt und zum anderen Wärmeübertrag aus Strahlungswärme wie bei einer offenen Flamme entfällt. Es ist also nur der direkt Wärmeübertrag vom Gas auf den Ton möglich, weshalb eine gute Durchmischung zur Verkürzung der Verweilzeit führen kann. Die Verweilzeit im Drehrohofen wird insbesondere über Drehzahl, Neigung und den Einbau von Einbauten, insbesondere Stauungen eingestellt. In a further embodiment of the invention, the residence time of the clay in the rotary kiln is chosen between 15 and 90 minutes. The residence time is longer than with a Combustion in a rotary kiln is more effective because the temperature gradient is higher and there is no heat transfer from radiant heat as with an open flame. Only direct heat transfer from the gas to the clay is possible, which is why good mixing can lead to a shortening of the residence time. The residence time in the rotary kiln is set in particular by speed, inclination and the installation of fittings, especially accumulations.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Aktivierung so geregelt, dass das Heißgas den Drehrohrofen am Ofeneinlauf mit 100 bis 600 °C verlässt. In a further embodiment of the invention, the activation is controlled so that the hot gas leaves the rotary kiln at the kiln inlet at 100 to 600 °C.

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The device according to the invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawings.

Fig. 1 erstes Beispiel Fig. 1 first example

Fig. 2 zweites Beispiel Fig. 2 second example

Fig. 3 drittes Beispiel Fig. 3 third example

Fig. 4 viertes Beispiel Fig. 4 fourth example

In Fig. 1 wird ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Der zu aktivierende Ton gelangt über eine Tonzufuhr in einen Trockner 40, beispielsweise einen Trommeltrockner. Von dort wird der Ton in einen Drehrohrofen 10 überführt und dort thermisch behandelt. Der aktivierte Ton wird aus dem Drehrohrofen 10 in einen Materialkühler 30 überführt und dort gekühlt. Während der Überführung wird die Temperatur des Tones mittels eines Temperatursensors 11 erfasst, welcher unterhalb des Drehrohrofens 10 angeordnet ist und so kontaktlos mittels Infrarot und ohne starke Staubbelastung die Temperatur verschleißfrei erfassen kann. Das gekühlte aktivierte Produkt wird über den Produktauslass 32 aus dem Materialkühler 30 entfernt. Das ist der Materialstrom durch die Vorrichtung. Der Gasstrom läuft dazu im Gegenstrom. Das kalte Gas wird über die Gaszufuhr 31 dem Materialkühler 30 zugeführt und dort erwärmt. Das erwärmte Gas wird in einen Staubfilter 50 geführt. Der abgeschiedene Staub wird dem Produkt am Produktauslass 32 zugeführt. Das staubfreie erwärmet Gas wird der Heißgaserzeugungsvorrichtung 20 zugeführt. In der Heißgaserzeugungsvorrichtung 21 wird ein Ersatzbrennstoff, beispielsweise Biomasse, über eine Ersatzbrennstoffzufuhr 21 eingebracht und dort beispielsweise bei 1100 °C für wenigstens 20 s sicher und vollständig verbrannt. Rückstände des Ersatzbrennstoffs werden über eine Schleuse 22 ausgeschleust, damit die Heißgaserzeugungsvorrichtung 21 unter einem leichten Überdruck betrieben werden kann. Das in der Heißgaserzeugungsvorrichtung 21 erzeugte Heißgas wird über eine Gasleitung 23, welche eine Länge hat, sodass Heißgas etwa 5 s in der Gasleitung 23 verweilt, in den Drehrohrofen 10 geführt. Dort erfolgt der Wärmeübergang auf den zu aktivierenden Ton und damit die Aktivierung des Tones. Da die Wärmeerzeugung nicht innerhalb des Drehrohrofens 10 erfolgt, ist anzunehmen, dass ein Teil der Wärme indirekt, also erst vom Gas auf den Drehrohrofen 10 und dann vom Drehrohrofen 10 auf den Ton erfolgt, da die Oberfläche des Drehrohrofens 10 größer als die Oberfläche des Tons im Drehrohrofen 10 ist. Das im Drehrohrofen 10 deutlich abgekühlte Gas wird aus dem Drehrohrofen 10 in den Trockner 40 geführt. Der Trockner 40 ist als Trommeltrockner ausgeführt. Aus dem Trockner 40 wird das Gas dann über das Abgas 42 abgeführt. Fig. 1 shows a first example of a device according to the invention. The clay to be activated is fed via a clay feed into a dryer 40, for example a drum dryer. From there, the clay is transferred to a rotary kiln 10 and thermally treated there. The activated clay is transferred from the rotary kiln 10 into a material cooler 30 and cooled there. During the transfer, the temperature of the clay is recorded by means of a temperature sensor 11, which is arranged below the rotary kiln 10 and can thus record the temperature without contact using infrared and without heavy dust pollution, without wear. The cooled activated product is removed from the material cooler 30 via the product outlet 32. This is the material flow through the device. The gas flow runs in countercurrent to this. The cold gas is fed to the material cooler 30 via the gas feed 31 and heated there. The heated gas is fed to a dust filter 50. The separated dust is fed to the product at the product outlet 32. The dust-free heated gas is fed to the hot gas generating device 20. In the hot gas generating device 21, a substitute fuel, for example biomass, is fed via a substitute fuel feed 21 and there safely and completely burned at, for example, 1100 °C for at least 20 s. Residues of the substitute fuel are discharged via a lock 22 so that the hot gas generation device 21 can be operated under a slight overpressure. The hot gas generated in the hot gas generation device 21 is led into the rotary kiln 10 via a gas line 23 which is long enough so that the hot gas stays in the gas line 23 for about 5 s. There, the heat is transferred to the clay to be activated and thus the clay is activated. Since the heat is not generated within the rotary kiln 10, it can be assumed that part of the heat is transferred indirectly, i.e. first from the gas to the rotary kiln 10 and then from the rotary kiln 10 to the clay, since the surface of the rotary kiln 10 is larger than the surface of the clay in the rotary kiln 10. The gas, which has been significantly cooled in the rotary kiln 10, is led from the rotary kiln 10 into the dryer 40. The dryer 40 is designed as a drum dryer. The gas is then discharged from the dryer 40 via the exhaust gas 42.

Fig. 2 zeigt ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßem Vorrichtung. Der Ton wird über die Tonzufuhr 41 in einen Vorwärmer 43 geführt, welcher als kaskadierter Flugstromwärmetauscher ausgeführt ist. Das in dem Vorwärmer 43 vorgewärmte Material wird in den Drehrohrofen 10 überführt und dort thermisch aktiviert. Das im Drehrohrofen 10 aktivierte Material wird an dem Temperatursensor 11 vorbei auf ein Sieb 60 geführt. Beispielsweise Partikel mit mehr als 2 mm werden in einen Brecher 61 geführt, und das feien Material mit weniger als 2 mm von dem Sieb 60 zusammen mit dem im Brecher 61 zerkleinerten Material wird in einen Mischer 62 gegeben und dort mit kaltem, zurückgeführtem Material vermischt und anschließend in einem Materialkühler 30 in Form eines Flugstromwärmetauschers gekühlt. Das den Materialkühler 30 verlassende aktivierte und gekühlte Material wird aufgeteilt und zum Teil über die Produktrückführung 33 zum Mischer 62 zurückgeführt und zum anderen Teil über den 32 Produktauslass 32 abgeführt. Der Gasstrom wird analog zum ersten Beispiel geführt, lediglich ist nach dem Vorwärmer 43 ein Staubfilter 50 angeordnet, um feinstes Material über den Vorwärmer 43 zurück in den Drehrohrofen 10 und damit letztendlich in das fertige Produkt zu überführen. Das in Fig. 3 gezeigte dritte Beispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel dadurch, dass der Temperatursensor 11 unterhalb des Siebes 60 angeordnet ist. Fig. 2 shows a second example of a device according to the invention. The clay is fed via the clay feed 41 into a preheater 43, which is designed as a cascaded entrained flow heat exchanger. The material preheated in the preheater 43 is transferred to the rotary kiln 10 and thermally activated there. The material activated in the rotary kiln 10 is fed past the temperature sensor 11 onto a sieve 60. For example, particles larger than 2 mm are fed into a crusher 61, and the free material smaller than 2 mm from the sieve 60 together with the material crushed in the crusher 61 is fed into a mixer 62 and mixed there with cold, returned material and then cooled in a material cooler 30 in the form of an entrained flow heat exchanger. The activated and cooled material leaving the material cooler 30 is divided and partly returned to the mixer 62 via the product return 33 and partly discharged via the product outlet 32. The gas flow is guided analogously to the first example, only a dust filter 50 is arranged after the preheater 43 in order to transfer the finest material via the preheater 43 back into the rotary kiln 10 and thus ultimately into the finished product. The third example shown in Fig. 3 differs from the example shown in Fig. 2 in that the temperature sensor 11 is arranged below the sieve 60.

Das in Fig. 4 gezeigte vierte Beispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Beispiel dadurch, dass das Sieb 60 als Trommelsieb ausgeführt ist und auf einer Ebene mit dem Drehrohrofen 10 angeordnet ist. Daher ist die Gasleitung 23 der Heißgaserzeugungsvorrichtung 20 mit dem Sieb 60 verbunden, sodass das heiße Gas durch das Trommelsieb dem Drehrohrofen 60 zugeführt wird. Daher ist auch der Temperatursensor 11 hinter dem Sieb 60 angeordnet. The fourth example shown in Fig. 4 differs from the second example shown in Fig. 2 in that the screen 60 is designed as a drum screen and is arranged on the same level as the rotary kiln 10. Therefore, the gas line 23 of the hot gas generating device 20 is connected to the screen 60 so that the hot gas is fed to the rotary kiln 60 through the drum screen. Therefore, the temperature sensor 11 is also arranged behind the screen 60.

Bezugszeichen reference sign

10 Drehrohrofen 10 rotary kilns

11 Temperatursensor 11 temperature sensor

20 Heißgaserzeugungsvorrichtung 20 hot gas generation device

21 Ersatzbrennstoffzufuhr 21 Alternative fuel supply

22 Schleuse 22 lock

23 Gasleitung 23 gas pipeline

30 Materialkühler 30 material coolers

31 Gaszufuhr 31 gas supply

32 Produktauslass 32 product outlet

33 Produktrückrührung 33 Product recirculation

40 Trockner 40 dryers

41 Tonzufuhr 41 sound supply

42 Abgas 42 exhaust

43 Vorwärmer 43 preheaters

50 Staubfilter 50 dust filters

60 Sieb 60 sieve

61 Brecher 61 crushers

62 Mischer 62 mixers

Claims

patent claims

1. Device for producing a thermally activated clay, the device comprising a rotary kiln (10) and a hot gas generating device (20) separate from the rotary kiln (10), the hot gas generating device (20) and the rotary kiln (10) being connected via a gas line (23) for transferring hot gases generated in the hot gas generating device (20), the hot gas generating device (20) being a combustion device for a substitute fuel and/or an electric gas heater.

2. Device according to claim 1, characterized in that the device has a first temperature sensor (11), wherein the first temperature sensor (11) is an infrared sensor, wherein the first temperature sensor (11) is arranged in the outlet region below the rotary kiln (10).

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has a second temperature sensor, wherein the second temperature sensor is arranged in or on the rotary kiln (10).

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas line (23) has a length such that the gas within the gas line (23) has a residence time of between 0.5 and 10 s.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has a material cooler (30), wherein the rotary kiln (10) is connected to the material cooler (30) for transferring the thermally treated clay, wherein the material cooler (30) is connected to the hot gas generating device (20) for transferring gas preheated in the material cooler (30).

6. Device according to claim 5, characterized in that a dust filter (50) is arranged between the material cooler (30) and the hot gas generating device (20).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary kiln (10) has internals for the vertical conveyance of the clay.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary kiln (10) has retaining rings.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary kiln (10) has a larger diameter in the middle region.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion device has a gas-tight solids discharge.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion device is a reverse-acting grate, a rotary kiln, a direct current grate or a rotary hearth.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary kiln (10) has an auxiliary combustion device.

13. Method for operating a device according to one of the preceding claims, characterized in that the clay is thermally activated in a rotary kiln (10) by means of hot gas generated outside the rotary kiln (10), wherein the hot gas is supplied to the rotary kiln (10) at a temperature of 600 to 1800 °C.

14. The method according to claim 13, characterized in that the pressure in the combustion device is higher than the pressure in the rotary kiln (10).

15. Method according to claim 13, characterized in that the temperature in the rotary kiln (10) is regulated by the supply of substitute fuel to the combustion device.

16. The method according to any one of claims 13 to 15, characterized in that oxygen or an oxygen-containing gas mixture is introduced into the rotary kiln (10) in a temperature range of 400 to 850 °C, preferably 500 to 650 °C.

17. Method according to one of claims 13 to 16, characterized in that after the hot gas generating device (20) in the gas line (23) the oxygen content is below 2 vol.%, preferably below 1 vol.%.

18. Method according to one of claims 13 to 17, characterized in that a thermal energy of 300 to 1200 kcal per kg of product is supplied to the rotary kiln (10) via the hot gas.

19. Process according to one of claims 13 to 18, characterized in that 1 to 5 standard cubic meters of hot gas are fed to the rotary kiln (10) per kg of product.

20. Method according to one of claims 13 to 19, characterized in that the residence time of the clay in the rotary kiln (10) is selected between 15 and 90 minutes.