LU103179B1 - Erhöhung des Anteils von Ersatzbrennstoffen bei der Herstellung aktivierter Tone - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials, wobei die Vorrichtung eine Aktivierungsvorrichtung 30 aufweist, wobei die Aktivierungsvorrichtung 30 als Flugstromreaktor ausgebildet ist, wobei die Aktivierungsvorrichtung 30 mit einen Abscheidezyklon 40 zur Abtrennung des aktivierten mineralischen Materials aus dem Gasstrom verbunden ist, wobei die Vorrichtung einen Materialkühler 60 aufweist, wobei der Abscheidezyklon 40 über eine erste Materialleitung 51 mit dem Materialkühler 60 zur Überführung von aktiviertem Material verbunden ist, wobei der Materialkühler 60 über eine Gasleitung 80 mit der Aktivierungsvorrichtung 30 zur Überfügung eines im Materialkühler 60 vorgewärmten Gasstroms verbunden ist, wobei die Aktivierungsvorrichtung 30 eine Brennvorrichtung für einen Ersatzbrennstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidezyklon 40 mit einer zweiten Materialleitung 52 verbunden ist, wobei die zweite Materialleitung 52 mit der Aktivierungsvorrichtung 30 oder der Gasleitung 80 zur Überführung von aktiviertem Material in die Aktivierungsvorrichtung 30 verbunden ist.
Description
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Erhöhung des Anteils von Ersatzbrennstoffen bei der Herstellung aktivierter Tone
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines aktivierten mineralischen Materials, insbesondere eines Tones, insbesondere als CO-- emissionsarmen Zementbestandteil mit einem besonders hohen Anteil an
Ersatzbrennstoff zum weitest gehenden Verzicht auf fossile Brennstoffe sowie ein so aktiviertes Material.
Bei der Zementherstellung wird klassisch Kalkstein (CaCOs) zu Klinker (CaO) gebrannt, was eine große Quelle für menschlich freigesetztes Kohlendioxid darstellt. Daher werden zunehmend mineralische Materialien, insbesondere Tone, aktiviert, die ähnliche
Bindeeigenschaften aufweisen, bei der Aktivierung aber eben nicht die Mengen an
Kohlendioxid erzeugen. Somit ist bei der Aktivierung von Tonen die Hauptquelle für
Kohlendioxid der Brennstoff zur Erzeugung der notwendigen Temperaturen und
Energien. Um auch diese Quelle fur menschgemachtes Kohlendioxid zu reduzieren, werden zunehmend Ersatzbrennstoffe anstelle von fossilen Brennstoffen eingesetzt.
Dadurch werden die Ressourcen wie Kohle, Öl oder Gas geschont. Besonders bevorzugt werden diese fossilen Brennstoffe durch CO,-neutrale oder CO--arme Ersatzbrennstoffe ersetzt. Ersatzbrennstoffe sind hierbei vielfaltig bekannt und im Einsatz und reichen von
Kunststoffabféllen bis zu Biomasse.
Aus der DE 102013 105096 A1 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines
Materialstromes und zur Trocknung eines kohlenstoffhaltigen Stoffstromes bekannt.
Aus der DE 10 2020 211 750 A1 ist eine Energierückgewinnung bei der Kühlung farboptimierter aktivierter Tone bekannt.
Aus der WO 2017 / 125 579 A1 ist ein U-férmiger Verbrenner und ein Verfahren zur
Verwendung in einem Zementwerk bekannt.
Aus der EP 2 735 554 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung fester
Abfälle mittel Gas aus einem Klinkerkühler bekannt.
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Aus der WO 2007 / 017 748 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwerten von alternativen Brennstoffen bei der Klinker- und Zementherstellung bekannt.
Aus der EP 582 394 A1 ist ein Verfahren zur Verbrennung von Müll in einer
Zementanlage bekannt.
Aus der KR 2005 079 028 A ist ein Verfahren zur Herstellung fester Brennstoffe unter
Verwendung von Kunststoffabfällen bekannt.
Ein wichtiger Punkt bei der Verbrennung von Ersatzbrennstoffen ist, dass diese regelmäßig eine hohe Temperatur benötigen, um sicher zu zünden und verbrennen zu können. Daher werden heutzutage oftmals HeiRgaserzeuger eingesetzt, welche die aus einem Materialkühler kommenden Gase weiter erwärmen, wobei hierfür auf konventionelle Brennstoffe, zum Beispiel Erdgas zurückgegriffen wird. Dadurch kann der konventionelle Brennstoff derzeit nur anteilig durch Ersatzbrennstoff ersetzt werden. Es besteht jedoch der Wunsch, konventionelle Brennstoffe möglichst weitgehend oder optimal vollständig zu ersetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen erhöhten Anteil von Ersatzbrennstoff als Energiequelle ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials, beispielsweise und insbesondere von Tonen zur Herstellung als
Klinkerersatzstoff. Die Vorrichtung weist eine Aktivierungsvorrichtung auf. Die
Aktivierungsvorrichtung ist als Flugstromreaktor ausgebildet. Hierbei wird das zu aktivierende Material im Gleichstrom mit einem Gasstrom transportiert und durch die
Temperatur aktiviert. Die Aktivierungsvorrichtung ist mit einen Abscheidezyklon zur
Abtrennung des aktivierten mineralischen Materials aus dem Gasstrom verbunden. Der abgetrennte Gasstrom wird üblicherweise dann in einen Vorwärmer geleitet, um dort die
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Wärme an das zu aktivierende mineralische Material abzugeben, welches so vorgewärmt der Aktivierungsvorrichtung zugeführt werden kann, was den Energiebedarf in der
Aktivierungsvorrichtung reduziert. Die Vorrichtung weist einen Materialkühler auf. Im
Materialkühler wird das aktivierte mineralische Material abgekühlt und gleichzeitig die
Wärme auf einen Gasstrom übertragen, der dann der Aktivierungsvorrichtung zugeführt wird. Der Abscheidezyklon ist über eine erste Materialleitung mit dem Materialkühler zur
Überführung von aktiviertem Material verbunden. Der Materialkühler ist über eine
Gasleitung beispielsweise mit der Aktivierungsvorrichtung oder einer vorgeschalteten
Trocknungseinrichtung zur Überfügung eines im Materialkühler vorgewärmten
Gasstroms verbunden. Die Aktivierungsvorrichtung weist eine Brennvorrichtung für einen
Ersatzbrennstoff auf. Mit Hilfe der Brennvorrichtung wird die für die Aktivierung notwendige Energie zur Verfügung gestellt. Die Brennvorrichtung kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Vergleichsweise einfach kann Brennvorrichtung sein, wenn der
Ersatzbrennstoff vollständig flugfähig ist. Dann besteht die Brennvorrichtung quasi nur aus einer Zuführung für den Ersatzbrennstoff. Üblicherweise weist die Brennvorrichtung jedoch einen Bereich auf, welcher beispielsweise schräg und zur Verbrennung fester und nicht flugfähiger Ersatzbrennstoffe ausgebildet ist. Alternativ kann auch eine waagerecht angeordnete Brennvorrichtung beispielsweise mit einem im Boden befindlichen
Fördersystem verwendet werden. Weiter alternativ kann auch eine Brennvorrichtung mit einer Wirbelschicht verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist der Abscheidezyklon mit einer zweiten Materialleitung ausgestattet.
Die zweite Materialleitung ist mit der Aktivierungsvorrichtung oder der Gasleitung zur
Überführung von aktiviertem Material in die Aktivierungsvorrichtung verbunden. Somit wird das heiße aktivierte Material anteilig direkt oder indirekt in die
Aktivierungsvorrichtung zurückgeführt. Dort kann das heiße aktivierte Material seine
Wärme an den aus dem Materialkühler kommenden Gasstrom abgegeben und diesen erwärmen. Hierdurch ist es möglich, den Gasstrom unter Verzicht auf die Zufeuerung über einen HeilRgaserzeuger mittels sicher zündender fossiler Brennstoffe zu erwärmen, wodurch der Anteil an fossilen Brennstoffe wenigstens stark reduziert werden kann.
Nachteilig ist, dass durch das rückgeführte Material des Gasstromes in der
Aktivierungsvorrichtung erhöht wird und dass dadurch die teilweise Rückführung eine
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Verbreiterung des Verweilzeitspektrums des Materials in der Aktivierungsvorrichtung gegeben ist.
Die Gasleitung, Uber die der Materialkühler beispielsweise mit der
Aktivierungsvorrichtung oder einer vorgeschalteten Trocknungseinrichtung zur
Überfügung eines im Materialkühler vorgewärmten Gasstroms verbunden ist, kann beispielsweise eine Gasweiche aufweisen, um ein Teil des im Materialkühler vorgewärmten Gasstromes an einen anderen Ort oder zu einem anderen Prozess zu bringen, wo diese Wärme eingesetzt werden soll.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Brennvorrichtung für den
Ersatzbrennstoff innerhalb der Aktivierungsvorrichtung angeordnet. Durch die direkte
Anordnung innerhalb wird die Energie genau da erzeugt und abgegeben, wo diese für die Aktivierung benötigt und verbraucht wird. Dadurch werden Temperaturspitzen und damit auch eine mögliche Deaktivierung des Materials durch zu hohe Temperatur zuverlässiger vermieden. Eine derartige Umsetzung kann beispielsweise der
DE 10 2021 203 071 A1, der DE 10 2021 203 072 A1, der DE 10 2021 203 073 A1 oder der DE 10 2021 203 074 A1 entnommen werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist dem Abscheidezyklon ein Sichter vor- und/oder nachgelagert und/oder der Abscheidezyklon ist als Sichter ausgebildet.
Hintergrund ist, dass eine größenselektive Trennung und Rückführung sinnvoll sein kann, insbesondere um den Anteil an Kohlenstoff und/oder nicht vollständig verbranntem
Brennstoff im fertigen Produkt zu reduzieren. Hierfür gibt es Insbesondere zwei
Hauptquellen. Zum einen kann aus der Verbrennung der Ersatzbrennstoffe ein nicht vollständig ausgebrannter Rest entstehen. Dieser ist sehr klein und sehr leicht und kann daher als feinste Fraktion (Leichtfraktion) abgetrennt und optional zurückgeführt werden.
Beispielsweise kann daher der Sichter derart eingestellt sein, dass eine Fraktion von etwa
Gew.-% als Feinstfraktion abgetrennt und zurückgeführt wird. In den verbleibenden 30 70 Gew.-% der Grobfraktion (Schwerfraktion) ist dann nur ein sehr geringer
Kohlenstoffanteil zu finden. Alternativ oder zusätzlich kann der Sichter so ausgebildet sein, dass eine Grobfraktion mit PartikelgrôBen über 2 mm abgetrennt wird. Derartige große Partikel enthalten mit vergleichsweise hoher Wahrscheinlichkeit große,
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LU103179 5/11 unverbrannte Stücke des Ersatzbrennstoffes. Daher ist es vorteilhaft diese Großfraktion abzutrennen und zurückzuführen. Durch die Rückführung kann dann eine weitestgehend vollständige Verbrennung ermöglicht werden, was wiederum zwei Vorteile hat. Zum einen kann der gesamte Energieinhalt des Ersatzbrennstoffes ausgenutzt werden, zum anderen wird der Kohlenstoffanteil im fertigen Produkt reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Sichter zu Trennung einer
Grobfraktion, einer Mittelfraktion und einer Feinfraktion ausgebildet. Durch die Trennung in drei Fraktionen kann sowohl der nicht vollständig ausgebrannte Rest über die
Feinfraktion als auch unverbrannte Stücke des Ersatzbrennstoffs zurückgeführt werden und die Mittelfraktion weist ein besonders reines Produkt auf. Daher ist die zweite
Materialleitung vorzugsweise so mit dem Sichter verbunden, dass sowohl die Feinfraktion als auch die Grobfraktion zurückgeführt werden. Die erste Materialleitung ist hingegen so mit dem Sichter verbunden, dass die Mittelfraktion in den Materialkühler überführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen
HeiRgaserzeuger auf. Der HeiRgasauslass des HeiRgaserzeugers ist mit der Gasleitung verbunden. Die Verbindung ist in Gasströmungsrichtung hinter der Verbindung der zweiten Materialleitung mit der Gasleitung angeordnet. Dadurch wird der Gasstrom zunächst durch das zurückgeführte aktivierte Material erwärmt und kann hilfsweise in einem weiteren zweiten Schritt über einen HeiRgaserzeuger weiter erwärmt werden.
Dieses kann beispielsweise sinnvoll sein, um beispielsweise Schwankungen im
Brennwert des Ersatzbrennstoffes ausgleichen zu können. Ebenso kann dieses für das
Anfahren der Vorrichtung sinnvoll sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen
HeiRgaserzeuger auf. Der HeiRgasauslass des HeiRgaserzeugers ist mit der Gasleitung verbunden. Die Verbindung ist in Gasströmungsrichtung vor der Verbindung der zweiten
Materialleitung mit der Gasleitung angeordnet. Diese Anordnung führt zu einer guten
Durchmischung der Gasstrôme.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der ersten Materialleitung zwischen Abscheidezyklon und Materialkühler eine Reduktionsvorrichtung zur
Farboptimierung angeordnet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung wird derart betrieben, dass der
Gasstrom den Materialkühler mit einer Temperatur von 350 °C bis 900 °C, bevorzugt von 400 bis 600 °C, verlässt. Dieses Temperaturfenster hat sich im Hinblick auf die
Farboptimierung des aktivierten Materials als vorteilhaft herausgestellt, ist jedoch deutlich
Zu gering, um bei dieser Temperatur Ersatzbrennstoffe sicher und zuverlässig zu zünden und dann zu verbrennen. Die Aktivierung in der Aktivierungsvorrichtung wird bei 750 °C bis 950 °C durchgeführt. Hierbei erfolgt sowohl eine zuverlässige Aktivierung des mineralischen Materials als auch eine sichere Zündung und vollständige Verbrennung des Ersatzbrennstoffes. Die unterste Temperatur für die sichere Zündung von
Ersatzbrennstoffen wird üblicherweise bei 700 °C angenommen. Somit kommt der
Gasstrom mit wenigstens 100 °C zu wenig aus dem Materialkühler. Um den Gasstrom ausreichend zu erwärmen werden 15 bis 60 Gew.-% des aktivierten Materials vom
Abscheidezyklon zurück in die Aktivierungsvorrichtung und die restlichen 40 bis 85 Gew.- % des aktivierten Materials dem Materialkühler zugeführt. Hierdurch wird in einfacher
Weise ein Energietransfer ermöglicht, der den Gasstrom ohne die Verwendung fossiler
Brennstoffe erwärmt und so den Anteil von Ersatzbrennstoffen im Gesamtprozess weiter deutlich steigert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Gasstrom aus dem
Materialkühler durch das zurückgeführte aktivierte Material um 50 C bis 400 °C, bevorzugt 100 °C bis 200 °C, erwärmt bevor der Gasstrom die Brennvorrichtung für den
Ersatzbrennstoff erreicht. Dieses kann über den Anteil des zurückgeführten aktivierten
Materials eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt der Anteil des Ersatzbrennstoffs an der Gesamtmenge des Brennstoffs mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 85 %, weiter bevorzugt wenigstens 90 %, besonders bevorzugt wenigstens 95 %. Der Anteil ist bezogen auf den Brennwert, um verschiedenen Brennstoff zielgerichtet gewichten zu
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Steigerung des Anteils an Ersatzbrennstoffen gegenüber den herkömmlichen Anlagen zu erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Ersatzbrennstoff zu wenigstens 60 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 70 Gew.-%, aus flugfähigen
Bestandteilen. Der Vorteil eines flugfähigen Ersatzbrennstoffes ist der, dass dieser in einfacher Weise im Gasstrom und damit in unmittelbarer räumlicher Nähe zu dem zu aktivierenden mineralischen Material verbrennt und so Energie freisetzt, die wiederum durch das mineralische Material aufgenommen und für die Umsetzung zur Aktivierung verwendet wird, wodurch Temperaturspitzen und —senken deutlich reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Ersatzbrennstoff zu wenigstens 20 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 30 Gew.-%, aus biogenem Brennstoff.
Beispielsweise kann der Ersatzbrennstoff zu 30 % aus Biomasse bestehen. Diese gilt als
CO--neutral, da das freigesetzte CO, zuvor aus der Atmosphäre durch das
Pflanzenwachstum gebunden wurde und kann daher als besonders klimafreundlich angesehen werden. Die weiteren 70 % bestehen beispielsweise auf zerkleinerten
Kunststoffabfällen, welche insbesondere flugfahig sind, einen vergleichsweise konstanten Brennwert aufweisen und praktisch keine Feuchtigkeit (Energiebedarf für die
Verdunstung des Wassers bei der Verbrennung). Hierdurch kann eine Balance zwischen
Klimaschutz, Kosten und stabilen Prozessbedingungen erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Verweilzeit in der
Aktivierungsvorrichtung weniger als 10s, bevorzugt weniger als 8s, besonders bevorzugt weniger als 6 s. Je kürzer die Verweilzeit, um so kritischer ist die vollständige
Verbrennung eines Ersatzbrennstoffes und umso größer kann der Anteil an Kohlenstoff und/oder nicht vollständig verbranntem Brennstoff im fertigen Produkt ausfallen. Da aber erfindungsgemäß wenigstens ein Teil zurückgeführt wird und damit die Verweilzeit für den Brennstoff sich verlängert, insbesondere, wenn dieser bevorzugt größenselektiv verstärkt zurückgeführt wird, kann selbst bei derart kurzen Verweilzeiten und damit hohen
Durchsätzen eine zuverlässige Verbrennung erreicht werden, was sowohl den Brennwert
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LU103179 8/11 des Ersatzbrennstoffs optimal ausnutzt als auch zu einer verbesserten Produktqualität mit geringem Kohlenstoffanteil führt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Grobfraktion mit mehr als 2 mm über die zweite Materialleitung zurückgeführt. Gerade in der Grobfraktion können sich vergleichsweise große Bestandteile an unverbranntem Ersatzbrennstoff befinden, sodass durch die selektive Rückführung dieser größten Grobfraktion gerade die
Kohlenstofffracht zurückgeführt wird, wodurch zum einen der Brennwert des
Ersatzbrennstoffs optimal ausgenutzt wird als auch die Produktqualität durch
Verringerung des Kohlenstoffanteils gesteigert wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Feinfraktion über die zweite
Materialleitung zurückgeführt. Gerade die Feinfraktion kann einen hohen Anteil von
Kohlenstoff, insbesondere in Form von nicht vollständig ausgebranntem Reststoff, zurück
Zur weiteren Verbrennung gebracht werden. Hierdurch wird zum einen der Brennwert des
Ersatzbrennstoffs optimal ausgenutzt als auch die Produktqualität durch Verringerung des Kohlenstoffanteils gesteigert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Heizgaserzeuger nur zum
Anfahren der Vorrichtung benutzt. Beim Anfahren hat das Gesamtsystem meist kommend von Umgebungstemperatur noch keine ausreichende Wärme zur Verbrennung von Ersatzbrennstoffen. Daher ist es vorteilhaft, über einen Heißgaserzeuger die benötigte Wärme initial in das System zu bringen. Da der Heißgaserzeuger somit vergleichsweise wenig betrieben wird und somit nur einen sehr geringen Einfluss auf die gesamte CO--Bilanz hat, kann es sich beispielsweise um einen einfachen Erdgasbrenner handeln, der leicht zu betreiben und vergleichsweise einfach im Aufbau ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Gasbeladung in der
Aktivierungsvorrichtung bei 500 bis 4000 g pro Normkubikmeter, bevorzugt bei 1000 bis 2500 g pro Normkubikmeter. Der Normkubikmeter bezieht sich auf das (trockene)
Gasvolumen bei Umgebungsdruck und -temperatur. Durch die erhöhte Temperatur ist das reale Volumen etwa drei- bis viermal so groß, zuzüglich des zusätzlichen
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Gasvolumens durch Wasserdampf, der bei den hohen Temperaturen gasförmig und nicht flüssig ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein aktiviertes Material hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei das aktivierte Material weniger als 1, bevorzugt weniger 0,5, weiter bevorzugt weniger als 0,2 Gew.-% Kohlenstoff aufweist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, ein Produkt zu erzeugen, dass sowohl einen sehr geringen bis keinen CO--FuBabdruck wie auch einen sehr geringen Kohlenstoffanteil aufweist.
Eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist daher bevorzugt eine Regelungseinheit auf, insbesondere eine Vorrichtung zur elektronischen
Datenverarbeitung, mit ausführbaren Programminstruktionen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 erste beispielhafte Ausführungsform
Fig. 2 zweite beispielhafte Ausführungsform
Fig. 3 dritte beispielhafte Ausführungsform
In Fig. 1 eine erste beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Über die Materialzufuhr 10 wird zu aktivierendes Material, beispielsweise ein Ton, einem
Vorwarmer 20 zugeführt. Der Vorwärmer 20 kann beispielsweise als eine Kaskade aus zwei bis sechs Gleichstromwärmetauschern mit anschließendem Abscheidezyklon ausgebildet sein. Das vorgewärmte Material 11 wird in die Aktivierungsvorrichtung 30 überführt, in der dieses mit Hilfe der durch die Verbrennung eines Ersatzbrennstoffes in der Brennvorrichtung 31 freigesetzten Wärme aktiviert wird. Im gezeigten Beispiel ist die
Brennvorrichtung 31 eine seitlich angesetzte Kammer mit schrägem Boden zur
Verbrennung des Ersatzbrennstoffes, beispielweise von Biomasse. Nach der Aktivierung des Materials wird dieses im Abscheidezyklon 40 abgeschieden. Beispielsweise 70 Gew.-% des abgeschiedenen aktivierten Materials werden über die erste
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Materialleitung 51 dem Materialkühler 60 zugeführt, dort abgekühlt und über den
Produktauslass 70 abgegeben. Die restlichen beispielsweise 30 Gew.-% des abgeschiedenen aktivierten Materials werden über die zweite Materialleitung 52 der
Gasleitung 80 zugeführt und erwärmen dort den aus dem Materialkühler 60 kommenden
Gasstrom.
Der Gasstrom läuft zum Materialstrom prinzipiell entgegengesetzt. Das Gas gelangt über die Gaszufuhr 100 in den Materialkühler 60 und wird dabei beispielsweise auf 550 °C erwärmt. Das Gas verlässt den Materialkühler 60 über die Gasleitung, wo der Gasstrom mit dem aktivierten Material aus der zweiten Materialleitung 52 versetzt wird und dadurch beispielsweise um 250 °C auf 800 °C erwärmt wird. Der somit auf 800 °C erwärmte
Gasstrom kommt in die Aktivierungsvorrichtung 30, wird mit dem vorgewärmten Material 11 beladen und durch die Verbrennung des Ersatzbrennstoffes in der Brennvorrichtung 31 weiter auf beispielsweise 900 °C erhitzt. Nach der Abtrennung des aktivierten
Materials im Abscheidezyklon 40 wird das HeiRgas 101 in den Vorwärmer 20 überführt und gibt dort seine Wärme größtenteils ab. Das Gas wird dann über den Gasablass (nach einer optionalen Abgasreinigung, insbesondere einer Entstaubung) wieder abgegeben.
Für das Anfahren weist die Vorrichtung einen HeiRgaserzeuger 90 auf, welcher heißes
Gas zur Erwärmung des Gasstromes und damit der gesamten Vorrichtung in die
Gasleitung 80 einbringen kann.
Die in Fig. 2 gezeigte zweite beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der in
Fig. 1 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass das vorgewärmte
Material 11 aus dem Vorwärmer mit dem Materialstrom der zweiten Materialleitung 52 vereint und gemeinsam in die Aktivierungsvorrichtung eingebracht wird.
Die in Fig. 3 gezeigte dritte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der in
Fig. 1 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass die
Brennvorrichtung 31 als schräger Bereich innerhalb der Aktivierungsvorrichtung 30 ausgebildet ist, wodurch eine größere Nähe zwischen der exothermen Verbrennung eines festen Ersatzbrennstoffes und der darüber in der Gasphase stattfindenden
222373 P00LU
LU103179 11/11 endothermen Aktivierung erreicht wird, was wiederum zu einer Vergleichmäßigung des
Temperaturprofils innerhalb der Aktivierungsvorrichtung 30 führt.
Bezugszeichen
Materialzufuhr 11 vorgewärmtes Material 20 Vorwärmer 30 Aktivierungsvorrichtung 31 Brennvorrichtung 10 40 Abscheidezyklon 51 erste Materialleitung 52 zweite Materialleitung 60 Materialkühler 70 Produktauslass 80 Gasleitung 90 HeilRgaserzeuger 100 Gaszufuhr 101 Heißgas 102 Gasablass
Claims (16)
1. Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines mineralischen Materials, wobei die Vorrichtung eine Aktivierungsvorrichtung (30) aufweist, wobei die Aktivierungsvorrichtung (30) als Flugstromreaktor ausgebildet ist, wobei die Aktivierungsvorrichtung (30) mit einen Abscheidezyklon (40) zur Abtrennung des aktivierten mineralischen Materials aus dem Gasstrom verbunden ist, wobei die Vorrichtung einen Materialkühler (60) aufweist, wobei der Abscheidezyklon (40) über eine erste Materialleitung (51) mit dem Materialkühler (60) zur Überführung von aktiviertem Material verbunden ist, wobei der Materialkühler (60) über eine Gasleitung (80) mit der Aktivierungsvorrichtung (30) zur Überfügung eines im Materialkühler (60) vorgewärmten Gasstroms verbunden ist, wobei die Aktivierungsvorrichtung (30) eine Brennvorrichtung für einen Ersatzbrennstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidezyklon (40) mit einer zweiten Materialleitung (52) verbunden ist, wobei die zweite Materialleitung (52) mit der Aktivierungsvorrichtung (30) oder der Gasleitung (80) zur Überführung von aktiviertem Material in die Aktivierungsvorrichtung (30) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennvorrichtung für den Ersatzbrennstoff innerhalb der Aktivierungsvorrichtung (30) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abscheidezyklon (40) ein Sichter vor- oder nachgelagert ist oder der Abscheidezyklon (40) als Sichter ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sichter zu Trennung einer Grobfraktion, einer Mittelfraktion und einer Feinfraktion ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Heißgaserzeuger (90) aufweist, wobei der HeiRgasauslass des HeiRgaserzeugers (90) mit der Gasleitung (80) verbunden ist,
222373 P00LU LU103179 2/3 wobei die Verbindung in Gasstrômungsrichtung hinter der Verbindung der zweiten Materialleitung (52) mit der Gasleitung (80) angeordnet ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung derart betrieben wird, dass der Gasstrom den Materialkühler (60) mit einer Temperatur von 400 °C bis 600 °C verlässt, wobei die Aktivierung in der Aktivierungsvorrichtung (30) bei 750 °C bis 950 °C durchgeführt wird, wobei 15 bis 60 Gew.-% des aktivierten Materials vom Abscheidezyklon (40) zurück in die Aktivierungsvorrichtung (30) und die restlichen 40 bis 85 Gew.-% des aktivierten Materials dem Materialkühler (60) zugeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom aus dem Materialkühler (60) durch das zurückgeführte aktivierte Material um 100 °C bis 200 °C erwärmt wird bevor der Gasstrom die Brennvorrichtung (31) fur den Ersatzbrennstoff erreicht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Ersatzbrennstoffs an der Gesamtmenge des Brennstoffs mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 85 %, weiter bevorzugt wenigstens 90 %, besonders bevorzugt wenigstens 95 %, betragt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ersatzbrennstoff zu wenigstens 60 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 70 Gew.-%, aus flugfahigen Bestandteilen besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ersatzbrennstoff zu wenigstens 20 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens
Gew.-%, aus biogenem Brennstoff besteht. 30
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit im der Aktivierungsvorrichtung (30) weniger als 10 s, bevorzugt weniger als 8 s, besonders bevorzugt weniger als 6 s, beträgt.
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12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobfraktion mit mehr als 2 mm über die zweite Materialleitung (52) zurückgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfraktion über die zweite Materialleitung (52) zurückgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizgaserzeuger nur zum Anfahren der Vorrichtung benutzt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbeladung in der Aktivierungsvorrichtung (30) bei 500 bis 4000 g pro Normkubikmeter liegt.
16. Aktiviertes Material hergestellt dem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei das aktivierte Material weniger als1 Gew.-% Kohlenstoff aufweist.
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