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Title:
OXYFUEL CLINKER PRODUCTION WITH SPECIAL OXYGEN ADDITION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/211202
Kind Code:
A1
Abstract:
Methods and systems for the production of cement clinker, wherein an oxygen-containing gas, which has a proportion of 15 vol.% or less of nitrogen and a proportion of 50 vol.% or more of oxygen, is guided from a first section of the cooler directly adjoining the kiln head to the rotating kiln and optionally also guided to the calciner and wherein more than 50 vol.% (preferably more than 85 vol.%) of the gas flows supplied to the combustion processes in total consist of oxygen.

Inventors:
LEMKE, Jost (Eschenweg 8, Ennigerloh, 59320, DE)
WILLMS, Eike (Petra-Kelly-Str. 17, Dortmund, 44309, DE)
Application Number:
EP2019/060773
Publication Date:
November 07, 2019
Filing Date:
April 26, 2019
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
International Classes:
F27B7/36; C04B7/36; F27B7/38
Domestic Patent References:
WO1999006778A11999-02-11
Foreign References:
US3162431A1964-12-22
EP1037005A22000-09-20
JP2007126328A2007-05-24
DE10013929C22002-11-21
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung zur Herstellung von Zementklinker umfassend die Schritte

a) Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur,

b) Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes,

c) Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes in einem Drehofen,

d) Kühlung des Zementklinkers,

e) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, das einen Anteil von 15 Vol.-% oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol.-% oder mehr Sauerstoff aufweist, aus einer ersten, direkt an den Ofenkopf angrenzenden Sektion des Kühlers in i) den Drehofen,

dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsprozessen zugeführten Gasströme in Summe zu mehr als 50 Vol.-% aus Sauerstoff bestehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt e) zusätzlich

ii) das Zuführen des sauerstoffhaltigen Gases in den Calcinator

umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt wird, wobei zur Vorwärmung bevorzugt mindestens ein Zyklonvorwärmer eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt wird, wobei der Calcinator bevorzugt ein Flugstromcalcinator ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Calcinator, der bevorzugt ein über einen nicht-senkrechten Abschnitt verfügender Flugstromcalcinator ist, grobe Brennstoffe mit einer Kantenlänge von 70 mm oder mehr, bevorzugt 100 mm oder mehr, aufgegeben werden, so dass sie von den heißen Gasen im Calcinator überstrichen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ofenkopf zur Verbrennung ein Teilgasstrom aus in Materialflussrichtung stromaufwärts gelegenen Anlagenteilen, bevorzugt aus dem Ofeneinlauf oder nach dem Calcinator, zurückgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass heiße Abluft aus dem Klinkerkühler

a) wenigstens teilweise der Vorwärmung,

oder

b) wenigstens teilweise der Trocknung und Mahlung,

oder

c) wenigstens teilweise der Vorwärmung und anschließend der Trocknung und Mahlung zugeführt wird,

wobei eine Vermischung mit dem Abgas aus dem Calcinier- und Brennprozess vermieden wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Ofeneinlaufbereich entnommene sauerstoffreiche Gas nach Abreicherung an zumindest Schwefel und Chlor dem Ofensystem zurückgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas

i) 75 Vol.-% oder mehr Sauerstoff enthält, bevorzugt 85 Vol.-% oder mehr, 90 Vol.-% oder mehr, 95 Vol.-% oder mehr, 98 Vol.-% oder mehr oder 99% Vol.-% oder mehr, oder

ii) 10 Vol.-% oder weniger Stickstoff enthält, bevorzugt 8 Vol.-% oder weniger, 6 Vol.-% oder weniger, 4 Vol.-% oder weniger, oder Stickstoff unterhalb der Nachweisgrenze enthält,

oder

iii) 75 Vol.-% oder mehr Sauerstoff enthält, bevorzugt 85 Vol.-% oder mehr, 90 Vol.-% oder mehr, 95 Vol.-% oder mehr, 98 Vol.-% oder mehr oder 99% Vol.-% oder mehr, und 10 Vol.-% oder weniger Stickstoff enthält, bevorzugt 8 Vol.-% oder weniger, 6 Vol.-% oder weniger, 4 Vol.-% oder weniger, oder Stickstoff unterhalb der Nachweisgrenze, enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zudosierten Mengen von Gas und Brennstoff in Abhängigkeit von Verbrennungstemperatur und Gasvolumenströmen geregelt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des sauerstoffhaltigen Gases so eingestellt wird, dass der zugeführte Sauerstoff für die vollständige Verbrennung am Hauptbrenner und Calcinator ausreichend ist

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des sauerstoffhaltigen Gases ausschließlich auf der Seite eines in dem Kühler angeordneten Gastrennvorrichtung erfolgt, die dem Ofenkopf direkt angrenzt,

wobei die Gastrennvorrichtung

i) eine mechanische Gastrennvorrichtung,

ii) ein auf einer Sperrgas-Aufgabe basierendes System, oder

iii) ein kombiniertes System

ist.

13. Anlage zur Herstellung von Zementklinker umfassend

einen Vorwärmer,

einen Calcinator,

einen Drehofen und

einen Klinkerkühler,

wobei die Anlage an der dem Ofenkopf direkt angrenzenden Sektion des Kühlers eine Vorrichtung zur Zuführung von Gas aus dem Kühler zu

i) dem Drehofen

aufweist, die konfiguriert ist, ein Gas mit einem Anteil von 15 Vol.-% oder weniger Stickstoff und einem Anteil von 50 Vol.-% oder mehr Sauerstoff zuzuführen, und

wobei die Anlage konfiguriert ist, um den Verbrennungsprozessen Gasströme zuzuführen, die in Summe zu mehr als 50 Vol.-% aus Sauerstoff bestehen.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich

ii) eine Vorrichtung zur Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases in den Calcinator aufweist.

Description:
Oxyfuel-Klinkerherstellung mit spezieller Sauerstoffzugasung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Anlagen zur Herstellung von Zementklinker wobei ein sauerstoffhaltiges Gas, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, aus einer ersten, direkt an den Ofenkopf angrenzenden Sektion des Kühlers in den Drehofen und gegebenenfalls zusätzlich den Calcinator geführt wird.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Anlagen bekannt, bei dem Luft im Klinkerkühler eingeleitet und vorgewärmt wird, wobei ein Teil dieser Luft in den Ofen fließen kann. Weiterhin ist es bekannt, dem Kühler anstelle von Luft Mischungen aus C0 2 und 0 2 aufzugeben.

Beispiele für Stand der Technik sind EP 1 037 005 Bl, JP 2007-126328 A oder DE 100 13 929 C2.

Aufgrund stetig steigender Anforderungen an die Ökonomie und Ökologie besteht nach wie vor ein Bedarf an verbesserten Anlagen und Verfahren für die Herstellung von Zementklinker.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demgemäß unter anderem verbesserte Anlagen und Verfahren für die Herstellung von Zementklinker zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen, bzw. gegenüber den Anlagen und Verfahren des Standes der Technik im Hinblick auf Ökonomie und Ökologie verbessert sind.

Gelöst wird die Aufgabe im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch die Gegenstände der anhängenden Ansprüche, wobei die Unteransprüche bevorzugte Ausgestaltungen darstellen.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einer Ausführungsform eine Drehofenanlage zur Herstellung von Zementklinker, die eine Vorrichtung konfiguriert zur Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, aus einer ersten, direkt an den Ofenkopf angrenzenden Sektion des Kühlers in den Drehofen und gegebenenfalls zusätzlich den Calcinator, aufweist und wobei die Anlage konfiguriert ist, um den Verbrennungsprozessen Gasströme zuzuführen, die in Summe zu mehr als 50 Vol.-%, vorzugsweise zu mehr als 85 Vol.-%, aus Sauerstoff bestehen.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung entsprechend ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker, wobei ein sauerstoffhaltiges Gas, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, aus einer ersten, direkt an den Ofenkopf angrenzenden Sektion des Kühlers in den Drehofen und gegebenenfalls zusätzlich den Calcinator geführt wird, wobei die den Verbrennungsprozessen zugeführten Gasströme in Summe zu mehr als 50 Vol.-%, vorzugsweise zu mehr als 85 Vol.-%, aus Sauerstoff bestehen.

Die erfindungsgemäße Anlage bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann also mit einer Form von Oxyfuel-Verfahren verglichen werden.

Gegenüber bisher bekannten Konzepten grenzt sich die Anlage der vorliegenden Erfindung unter anderem auch dadurch ab, dass als Sekundärgas am Ofenkopf keine übliche 0 2 /C0 2 - Mischung aufgegeben, sondern ein möglichst reines Sauerstoffgas eingesetzt wird. Dies wurde bisher aufgrund von erwarteten Problemen aufgrund höherer Verbrennungstemperaturen im Drehrohrofen und verringerter Gasvolumenströme (also geringerer Tragfähigkeit des oder der Gase für Feststoff im Calcinator und Vorwärmerbereich) nicht näher betrachtet. Durch mehrere gezielte Anpassungen des Prozesses können diese Probleme aber überwunden werden und führen in der Konsequenz zu einer deutlich reduzierten Bauhöhe und einem verringerten Platzbedarf der Anlage bei gleichzeitig höherer C0 2 -Konzentration im Abgas.

In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht die Drehofenanlage aus einem Zyklonvorwärmer, einem In-Iine-Calcinator ohne Tertiärluftleitung, einem Drehofen und einem Kühler. Vom Kühler verläuft eine Leitung für Mittenluft zu einer mittleren Zyklonstufe im Vorwärmer und anschließend zur Rohmühle.

In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht der Zyklonvorwärmer aus einer mehrstufigen Zyklonkaskade, die mit einer deutlich geringeren Gasmenge betrieben wird. Der Abgasvolumenstrom nach Vorwärmer liegt bei etwa 0,50 bis 0,70 Nm 3 /kg Klinker. Das Verhältnis Aufgabemenge zu Abgas ist dementsprechend höher möglich als bisher und beträgt in einer Variante 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas. Parallel zur Zyklonkaskade ist eine zusätzliche Zyklonstufe vorgesehen, die mit heißer Luft aus dem Kühler beschickt wird. Bezogen auf den Mehlfluss befindet sich diese zusätzliche Stufe in einer bevorzugten Ausgestaltung mittig innerhalb der Zyklonkaskade.

Falls die Kühlerabluft für zur Mehlvorwärmung alternative Zwecke genutzt werden soll, ist es auch möglich, dass die Vorwärmung nur durch Abgase aus dem Calcinator erfolgt. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Vorwärmer als Wirbelschichtreaktor ausgestaltet sein, insbesondere in Form einer so genannten blasenbildenden Wirbelschicht.

Entsprechend wird in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Vorwärmschritt das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt, bzw. die Anlage ist entsprechend konfiguriert, im Vorwärmer ein solches Verhältnis einzustellen (Aufgabemenge zu Abgasstrom).

Der Calcinator entspricht in verschiedenen Ausführungsformen im Wesentlichen dem klassischen Design, wobei das Feststoff-Gas-Verhältnis deutlich höher ist, es treten lokal Feststoffbeladungen von mehr als 2 kg je kg Gas auf, beispielsweise 2 bis 8 kg je kg Gas. Im Calcinator wird der größte Teil (mehr als 60%, beispielsweise ca. 80 % der Brennstoffwärme umgesetzt. Durch das vorhandene Mehl ist trotz anfänglicher Sauerstoffkonzentration von etwa 75 % eine ausreichende Wärmesenke gegeben, die eine Überhitzung verhindert. Falls grobstückiger Ersatzbrennstoff (mit Kantenlängen von >100 mm verbrannt werden soll, ist ggf. ein geneigter Bereich mit höherer Verweildauer für den Brennstoff vorzusehen. Beispiele für solche geneigten Bereiche sind Treppenstufen, Vorschubroste, Rückschubroste etc.

Entsprechend wird in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Calcinierschritt das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt, bzw. die Anlage ist entsprechend konfiguriert, im Calcinator ein solches Verhältnis einzustellen.

Da die Anlage im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ohne„Tertiärluft" bzw.„Tertiärgas" (d.h. einem Gasstrom, der dem Ofen im Bypass geschaltet und an den Calcinator angeschlossen ist) betrieben wird, kann beispielsweise eine separate, mit„Tertiärluft" bzw.„Tertiärgas" beaufschlagte Brennkammer nicht in gewohnter Bauweise eingesetzt werden.

Mögliche Alternativen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine Überströmung des Brennstoffes in dem geneigten Bereich des Calcinators mit dem Ofenabgas als in den Calcinator integrierte Variante oder eine verkürzte Ausführung, die an den einen Calcinator ohne geneigte Flächen angesetzt ist. Der Drehofen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit heißem Gas aus der vordersten Sektion des Kühlers angeströmt. Dabei handelt es sich um ein sauerstoffhaltiges Gas, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist.

In einer Variante der vorliegenden Erfindung handelt es sich dabei um möglichst reinen Sauerstoff (mehr als 90 %).

Der Drehofenbrenner führt den Brennstoff in die Sinterzone, wofür als Transportgas für den Brennstoff rezirkuliertes C0 2 oder eine Mischung aus C0 2 und Sauerstoff verwendet wird.

Die Brennstoffmenge wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung so gewählt, dass die erforderliche Sinterzonenbeschaffenheit erreicht wird. Für die Herstellung von Zementklinker wird durch die Verbrennung ein heißer, erster Bereich des Ofens von etwa 1/3 der Gesamtofenlänge zur Verfügung gestellt, dessen Funktion die Bildung von C 3 S (Tricalciumsilikat bzw. Alit) ist und an dessen heißester Stelle Materialtemperaturen von mehr als 1450°C erreicht werden. Um eine hinreichende Ausdehnung des heißen Bereiches auf das etwa erste Drittel des Ofens zu gewährleisten, ist in manchen Ausführungsformen der Einsatz gröberer Brennstoffe im Vergleich zum Stand der Technik denkbar, da in der heißen Sauerstoffatmosphäre ein sehr schneller Ausbrand erfolgt. Gleichzeitig oder alternativ ist es denkbar die Primärgasmenge und / oder gebläseseitige Pressung zu reduzieren, die bei Drehofenbrennern üblicherweise notwendig ist, um die Flamme zu formen. Beides resultiert in Einsparungen im elektrischen Energieverbrauch und kleineren Strömungsmaschinen zur Druckerhöhung und Beschleunigung des Primärgases. Die in der Sinterzone umgesetzte Brennstoffmenge liegt bei 20 % oder mehr der gesamten Brennstoffwärme. Da dem Drehofen die gesamte Sauerstoffmenge zugeführt wird, die für den Verbrennungsprozess nötig ist, liegt der Sauerstoffüberschuss in der Sinterzone bei ca. l = 5 (d.h. Überschuss im Hinblick auf die für die Verbrennung notwendige Sauerstoffmenge).

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber genauso gut möglich, Klinker mit hohen C 3 S Gehalten und niedrigen C 2 S (Dicalciumsilikat) Gehalten zu erbrennen. Die Klinkermineralogie wird üblicherweise über die Rohmehlmischung eingestellt. Übliche Werte für Zementklinker mit 65 % C 3 S, 13 % C 2 S etc. sind ein Kalkstandard von 95, TM=2,3 (Tonerdemodul), SM=2,5 (Silicatmodul). Wenn eine höhere Temperatur in der Sinterzone bei gleicher Verweilzeit eingestellt wird, ist es möglich, den Kalkstandard zu erhöhen. In diesem Fall wird bei gleichen Freikalkgehalten im Produkt ein höherer C 3 S Gehalt erzielt. C 3 S-reiche Klinker erzielen bessere Festigkeitseigenschaften im Zement im Vergleich mit C 3 S ärmeren Klinkern. Da die C 2 S Komponente schwerer mahlbar ist als die C 3 S Komponente, erzeugt der höhere C 3 S Gehalt darüber hinaus eine Verringerung des notwendigen elektrischen Energieaufwandes für die Zementmahlung.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Verweilzeit des Materials im Ofen zu verringern. Es ist in Varianten möglich, die Öfen in Bezug auf die Verweilzeit zu kürzen, wenn bei höheren Temperaturen Zementklinker mit den oben angegebenen„Standardwerten" produziert werden soll. Eine bevorzugte Ausführung könnte darin bestehen, die Öfen dann schneller zu drehen (z.B. mit mehr als 5 rpm) und / oder eine geringere Ofenneigung einzustellen.

Aufgrund des stark erhöhten Sauerstoffangebotes in der Sinterzone ist mit einem schnellen Ausbrand auch von weniger gut aufbereiteten Brennstoffen zu rechnen. Dabei kann es sich um gröbere, feuchtere oder heizwertärmere Brennstoffe handeln. Wird für das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise ein fester Brennstoff wie Kohle verwendet, muss der Brennstoff weniger fein aufgemahlen werden. Dies spart elektrische Energie, die ansonsten für die Vermahlung des Brennstoffes bereitgestellt werden muss. Der Brennstoff kann aber ebenso weniger gut getrocknet sein. Dies spart thermische Energie, die anderweitig genutzt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anlage sind so insbesondere für den Einsatz von Abfallfraktionen, so genannten Ersatzbrennstoffen vorteilhaft.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Flamme im Brennofen beispielsweise durch die drei folgenden Methoden A), B) und C) oder eine Kombination davon, gekühlt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, falls die für die Verbrennung notwendige Brennstoffmenge bzw. die Verbrennungsbedingungen, insbesondere die stark angereicherte Sauerstoffatmosphäre zu zu hohen Flammentemperaturen führt.

A) Rückführung eines Teils des Ofenabgases nach dem Ofeneinlauf, verbunden mit einer gezielten Abkühlung dieses Gases. Die Abkühlung des Gases erfolgt bevorzugt indirekt mit einem Wärmetauscher, dem eine Entstaubungseinrichtung, wie beispielsweise ein Abscheidezyklon, vorgeschaltet sein kann. Die durch den indirekten Wärmetausch entnommene Wärmemenge kann in ein Konzept zur Abbwärmenutzung eingebunden sein.

B) Rückführung eines Teils des Ofenabgases mittels eines separaten Calcinierungsstranges dem ein Zyklonabscheider nachgeschaltet ist, verbunden mit einer gezielten Abkühlung dieses Gases. Die Abkühlung des Gases erfolgt bevorzugt direkt im separaten Calcinator mit Abscheidezyklon, indem ein Teil nicht entsäuerten Rohmehls dem Gasstrom aufgegeben und dessen Gastemperatur eingestellt werden kann. C) Aufgabe von Klinkerstaub in die dem Ofen zugeführte heiße Luft. Hiermit wird die Flamme praktisch gestreckt, die heißen Bereiche des Ofens verlagern sich in Richtung der Ofenmitte, auch der Ofeneinlaufbereich wird heißer gefahren. Dies führt insgesamt zu einer Reduzierung des Wärmeanspruchs im Calcinatorbereich.

Der Kühler, bzw. Klinkerkühler, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verfahrenstechnisch in mindestens drei funktional verschiedene Teile unterteilt werden:

Einen ersten Teil, dem das sauerstoffhaltige Gas zugeführt wird und in welchem der Sauerstoff vorgewärmt und dem Drehofen zugeführt wird. Dieser Teil hebt sich gegenüber dem konventionellen Zementherstellungsprozess und bekannten Oxyfuel Prozessen dadurch ab, dass gegenüber den konventionellen Zementherstellungsprozessen keine Umgebungsluft eingesetzt wird und gegenüber den bekannten Oxyfuelprozessen keine Vormischung von rezirkuliertem Vorwärmerabgas mit Sauerstoff erfolgt und dadurch dem Ofen eine geringere Gasmenge zugeführt wird. Gleichzeitig wird aber Wärme aus dem heißen Ofenprodukt zurückgewonnen und dem Drehofen zurückgeführt, wobei der Gasstrom aufgrund seiner geringen Menge im Vergleich zu den anderen Prozessen wesentlich heißer sein kann. In einer Variante der vorliegenden Erfindung wird diesem Teil insbesondere eine für die Verbrennung im Ofen und Calcinator hinreichende Menge an Sauerstoff zugeführt.

Einem zweiten Teil, in welchem eine Trennung zwischen dem heißen, dem Drehofen zugeführten Gasstromes und dem am Ofen vorbeigeführten Gasstrom erfolgt. Die Trennung kann z.B.

a) mechanisch erfolgen, z.B. über einen Brecher ggf. mit vorgeschalteter Materialsäule oder eine über dem Klinkerbett positionierte Trennwand, welche die Gasräume trennt, oder b) einem System bestehend aus zwei oder mehr räumlichen Trennvorrichtungen, wobei auf den entstehenden Zwischenraum ein Zwischengas aufgegeben wird, welches für den Verbrennungsprozess entweder als Inertgas (insbesondere C0 2 , Ar, H 2 0) oder Verbrennungsgas wirkt (0 2 ) wirkt, oder eine Mischung aus diesen Gasen.

Einem dritten Teil, in welchem die Endkühlung des Klinkers mit einem beliebigen Medium erfolgt. Dabei kann es sich konventionell um Luft oder einen intern rezirkulierten Gasstrom handeln, der dem Kühler mit dem Ziel der weiteren Erwärmung zugeführt wird, z.B. zur nachgeschalteten Nutzung in einem System zur Nutzung von Abwärme.

Bei der vorliegenden Erfindung kann durch die geringe, dem Kühler als Verbrennungsluft entnommene Gasmenge, beispielsweise bei Verwendung eines Kreuzstromkühlers, ein erheblicher Wärmeüberschuss entstehen. Der aus dem Bereich austretende Klinker, dessen Wärmeinhalt nicht für die Verbrennung genutzt wird kann Temperaturen von etwa 1000°C aufweisen. Der Wärmeüberschuss kann durch die Abkühlung des Klinkers von etwa 1000°C auf etwa 100°C erzeugt werden. Diese Wärme kann einerseits verwendet werden, um eine im Vorwärmer zwischengeschaltete Vorwärmstufe mit Wärme zu versorgen und die verbliebene Wärme der Rohmühle zuzuführen. Alternativ kann diese Wärme, zumindest teilweise, für die Verstromung eingesetzt werden.

Wird ein klassischer Wasser-Dampf-Kreislauf betrachtet, können in diesem im Vergleich mit konventionell betriebenen Zementanlagen wesentlich höhere Heißdampfdrücke erzielt werden, weil das Gastemperaturniveau in der letzten Überhitzerstufe mit bis zu 900°C, oder in einzelnen Varianten sogar darüber liegt. Im Vergleich zu den üblicherweise nach Vorwärmer vorliegenden etwa 350°C - 400°C wesentlich höher liegt. Damit kann die Dampfturbine auch einen höheren Wirkungsgrad erzielen. Zusätzlich ergeben sich geringere Wärmeverluste bei der Verstromung, weil die für die Wärmeauskopplung genutzten Wärmetauscher nah beieinander angeordnet sein können.

Um das Rohmehl in der Rohmühle so vorzutrocknen, dass im Vorwärmer nur noch eine vergleichsweise geringe Wärmeleistung für die Trocknung aufgewendet werden muss, ist üblicherweise das Wärmeangebot und weniger die zur Verfügung stehende Temperatur von Interesse. Hierfür kann das in der Abwärmenutzung nicht verwendete Kühlerabgas oder aber der aus der Abwärmenutzung austretende Gasstrom genutzt werden. Dieser verfügt in der Regel noch über eine hinreichend hohe Temperatur und Wärmeinhalt, um eine Trocknung des Rohmehls zu realisieren.

Idealerweise, mithin bevorzugt, ist der Standort der Rohmühle in der Nähe zum Kühler, um die Gaswege für den Gasverbund kurz zu halten. Bei zwischengeschalteter Abwärmenutzung, beispielsweise für eine Verstromung, ist die Mühle stromabwärts von dem Kühler angeordnet.

Im Oxyfuelprozess treten ähnlich dem konventionellen Prozess zur Herstellung von Zementklinker Schadstoffkreisläufe auf. Gibt es einen internen Schadstoffkreislauf zwischen Ofen und Vorwärmer, wie er sich in ähnlicher Form bei der Klinkerherstellung für Schwefel und Chlor darstellt, ist auch hier ein System notwendig, welches an der Schnittstelle zwischen Ofen und Vorwärmer bzw. Ofen und Calcinator den Kreislauf entlastet. Wird zur Entlastung ein Feststoff abgezogen und anschließend extern weiter behandelt, ergeben sich keine Änderungen zum konventionellen Klinkerherstellungsprozess. Wird ein Gasstrom abgezogen, weil der Chlorkreislauf hoch ist, enthält dieser auch einen hohen Sauerstoffanteil. In konventionellen Drehöfen werden derzeit Bypassgasmengen von 15%, bezogen auf den im Ofeneinlauf vorliegenden Gasstrom, abgezogen. Da der Sauerstoff des sauerstoffhaltigen Gases bei der vorliegenden Erfindung zuvor beispielsweise durch Luftzerlegung, d.h. einen energetisch aufwändigen Prozess erzeugt wurde, ist es sinnvoll, diesen Strom wieder dem Calcinator als Verbrennungsgas zuzuführen.

Deshalb wird in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Bypassanlage die folgende Verschaltung ausgeführt. Es wird der Bypassstrom aus dem Ofeneinlauf abgezogen, mit einem kalten Rückgas vermischt, anschließend durch einen Gas-Gas-Wärmetauscher und einen Verdampfungskühlturm weiter auf ca. 140°C abgekühlt und schließlich entstaubt, wobei die Schadstoffe - überwiegend Alkalien, Schwefel und Chlor - am Filterstaub kondensieren und mit diesem abgeschieden werden. Der verbleibende Gasstrom wird geteilt und einem weiteren Kühler zugeführt, wobei dieser Kühler vorzugsweise indirekt ist und ggf. auch unterhalb den Taupunkt kühlt, so dass in dem Gas enthaltene Feuchte auskondensiert. Dieser Teil wird verwendet, um das heiße Bypassgas abzukühlen. Der andere Teil wird, bevor er dem Calcinator zurückgeführt werden kann, zweckmäßigerweise zumindest teilweise von Feuchte befreit und anschließend im Gas-Gas- Wärmetauscher mit dem in der Bypassglocke gekühltem Abgas erwärmt. Das im Verdampfungskühlturm verwendete Wasser wird nach der Entnahme aus dem Wasserspeicher mittels eines indirekten Wärmetauschers vorgewärmt, um das aus dem Einspritzkühler austretende Wasser abzukühlen. Das aus dem Einspritzkühler austretende Wasser wird weiter in einem Luftkühler abgekühlt und anschließend teilweise dem Wasserreservoir zugeführt oder dem Einspritzkühler wieder zurückgeführt.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Bindemittel, bevorzugt Zementklinker, aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsprozessen zugeführten Gasströme in Summe zu mehr als 50 Vol.-%, vorzugsweise zu mehr als 85 Vol.-%, aus Sauerstoff bestehen.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von

Zementklinker und/oder hydraulischem Klinker, dabei kann es sich beispielsweise um Portlandklinker handeln, bestehend aus einem Vorwärmer, einem (Flugstrom-)calcinator, einem Drehofen und einem Kühler, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Kühler der Ofenanlage (Drehofen und Calcinator) zugeführte Gas zu mehr als 50 Vol.- %, vorzugsweise mehr als 85 Vol.-%, aus Sauerstoff besteht. Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsprozessen zugeführten Gasströme mehr als 50 Vol.-% Sauerstoff aufweisen und zu weniger als 50 Vol.-% aus zurückgeführtem Abgas aus einem Verbrennungsprozess bestehen, welches durch einen Stickstoffgehalt von weniger als 8 Vol.-% in feuchtem Bezugszustand gekennzeichnet ist.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmen in einem Zyklonvorwärmer geschieht, in dem das Verhältnis von zugeführtem Feststoff und Abgas größer als 1 bis 2 kg Feststoff je 1 kg Gas ist, bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg Feststoff je kg Gas.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker, bestehend aus mindestens einem Zyklonvorwärmer, einem Flugstromcalcinator, einem Drehofen und einem Klinkerkühler, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugstromcalcinator über einen nicht-senkrechten Abschnitt verfügt, in dem grobe Brennstoffe mit mehr als 100 mm Kantenlänge (das heißt nicht flugfähige Größe) aufgegeben und von den heißen Gasen im Calcinator überstrichen werden.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ofenkopf / der Verbrennung, also dem Hauptbrenner, ein Teilgasstrom aus in Materialflussrichtung stromauf gelegenen Anlagenteilen (z.B. aus dem Ofeneinlauf oder nach Calcinator) zurückgeführt wird.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass einer ersten Sektion des Kühlers ein Gas mit einem Gehalt von 85 Vol.-% Sauerstoff zugeführt wird.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Trocknen und Mahlen des Rohmaterials, Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass heiße Luft aus dem Klinkerkühler wenigstens teilweise der Vorwärmung und anschließend der Trocknung und Mahlung zugeführt wird wobei eine Vermischung mit dem Abgas aus dem Calcinier- und Brennprozess vermieden wird.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Trocknen und Mahlen des Rohmaterials, Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Ofeneinlaufbereich entnommene sauerstoffreiche Gas nach Abreicherung an Schwefel, Chlor und ähnlichen Komponenten dem Ofensystem zurückgeführt wird. Durch diese

Ausführungsform wird einerseits der meistens teuer hergestellte Sauerstoff aufgefangen und bleibt weiter verwendbar und zum anderen wird die Abscheidung der Abfallprodukte Chlor und Schwefel auf Staub erreicht.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas N 2 -abgereicherte Luft, insbesondere sehr stark N 2 -abgereicherte Luft.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas stark mit 0 2 angereicherte Luft.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas reiner (technischer) Sauerstoff.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas keine 0 2 /C0 2 - Mischung.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der zugeführte Gasstrom kein rezirkuliertes Gas. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung enthält der zugeführte Gasstrom kein rezirkuliertes Gas.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas keine Luft bzw. keine behandelte oder aufgearbeitete Luft. Dies ist eine bevorzugtere Ausgestaltung.

Zu berücksichtigen ist, dass durch den Betrieb der Anlage im Unterdrück möglicherweise Luft in geringer Menge von außen eingesaugt wird. Geringe Menge bedeutet in diesem Falle weniger als 10 Vol.-%, insbesondere 1 bis 5 Vol.-%. Diese eventuell von außen angesaugte Luft wird bei der Definition des sauerstoffhaltigen Gases nicht berücksichtigt.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung entweichen nur geringe Anteile, bevorzugt keine Anteile des sauerstoffhaltigen Gases als Abluft aus dem Kühler.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beträgt in einigen Ausführungsformen die dem Drehofen (sekundäres Aggregat zur Bindemittelsinterung) zugeführte Brennstoffenergie weniger als 33% (1/3) der Brennstoffenergie, die für den Prozess notwendig ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beträgt in einigen Ausführungsformen die dem Drehofen zugeführte Wärmemenge weniger als 30% der insgesamt dem Prozess zugeführten Wärmemenge, wobei die Gesamtwärmeenergie der Summe der dem Drehofen, dem Calcinator, dem Abgasweg und den Drehofengasen zugeführten Wärmeenergie entspricht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt in einigen Ausführungsformen die gesamte durch Verbrennung und Calcination erzeugte Abgasmenge für das Bindemittel (Zementklinker) bei weniger als <1 Nm 3 /kg Klinker. Ein Nm 3 Gas entspricht dabei einem m 3 Gas bei einem Druck von 101,325 kPa bei einer Temperatur von 273,15 K.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt in einigen Ausführungsformen die C0 2 -Konzentration im Abgas oberhalb von 85 % oder mehr.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird in einigen Ausführungsformen die Abgasrezirkulation auf weniger als 15% begrenzt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich nach dem Vorwärmer C0 2 mit einem stark erhöhten Reinheitsgrad zu erhalten, so dass die weitere Aufarbeitung im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik erleichtert bzw. günstiger Möglich ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Gas- und Brennstoffmengen so aufeinander abzustimmen, dass es entgegen den Erwartungen des Standes der Technik zu deutlich weniger bzw. sogar gar nicht zu Problemen durch höhere Verbrennungstemperaturen und verringerte Gasvolumenströme kommt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind unter anderem auch die folgenden mit römischen Ziffern bezeichneten Ausführungsformen:

I. Verfahren zur Herstellung zur Herstellung von Zementklinker umfassend die Schritte a) Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur,

b) Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes,

c) Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes in einem Ofen,

d) Kühlung des Zementklinkers,

gekennzeichnet durch den Schritt

e) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, aus einer ersten, direkt an den Ofenkopf angrenzenden Sektion des Kühlers in

i) den Drehofen und

ii) gegebenenfalls zusätzlich den Calcinator. la. Verfahren zur Herstellung zur Herstellung von Zementklinker umfassend die Schritte a) Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur,

b) Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes,

c) Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes in einem Ofen,

d) Kühlung des Zementklinkers,

e) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, aus einer ersten, direkt an den Ofenkopf angrenzenden Sektion des Kühlers in

i) den Drehofen und

ii) gegebenenfalls zusätzlich den Calcinator,

dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsprozessen zugeführten Gasströme in Summe zu mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt zu mehr als 85 Vol-%, aus Sauerstoff bestehen.

II. Verfahren nach Ausführungsform I oder la, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt wird, wobei der Vorwärmer bevorzugt ein Zyklonvorwärmer ist.

III. Verfahren nach Ausführungsform I, la oder II, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt wird, wobei der Calcinator bevorzugt ein Flugstromcalcinator ist.

IV. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis III, dadurch gekennzeichnet, dass in den Calcinator, der bevorzugt ein über einen nicht-senkrechten Abschnitt verfügender Flugstromcalcinator ist,

grobe Brennstoffe mit einer Kantenlänge von 70 mm oder mehr, bevorzugt 100 mm oder mehr, aufgegeben werden, so dass sie von den heißen Gasen im Calcinator überstrichen werden.

V. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis IV, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ofenkopf zur Verbrennung ein Teilgasstrom aus in Materialflussrichtung stromaufwärts gelegenen Anlagenteilen, bevorzugt aus dem Ofeneinlauf oder nach dem Calcinator, zurückgeführt wird.

VI. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis V, dadurch gekennzeichnet, dass heiße Abluft aus dem Klinkerkühler

a) wenigstens teilweise der Vorwärmung,

oder

b) wenigstens teilweise der Trocknung und Mahlung,

oder

c) wenigstens teilweise der Vorwärmung und anschließend der Trocknung und Mahlung zugeführt wird,

wobei eine Vermischung mit dem Abgas aus dem Calcinier- und Brennprozess vermieden wird.

VII. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis VII, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Ofeneinlaufbereich entnommene sauerstoffreiche Gas nach Abreicherung an zumindest Schwefel und Chlor dem Ofensystem zurückgeführt wird.

VIII. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis VII, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas i) 75 Vol. % oder mehr Sauerstoff enthält, bevorzugt 85 Vol. % oder mehr, 90 Vol. % oder mehr, 95 Vol. % oder mehr, 98 Vol. % oder mehr oder 99% Vol. % oder mehr, oder

ii) 10 Vol. % oder weniger Stickstoff enthält, bevorzugt 8 Vol. % oder weniger, 6 Vol. % oder weniger, 4 Vol. % oder weniger, oder Stickstoff unterhalb der Nachweisgrenze enthält,

oder

iii) 75 Vol. % oder mehr Sauerstoff enthält, bevorzugt 85 Vol. % oder mehr, 90 Vol. % oder mehr, 95 Vol. % oder mehr, 98 Vol. % oder mehr oder 99% Vol. % oder mehr, und 10 Vol. % oder weniger Stickstoff enthält, bevorzugt 8 Vol. % oder weniger, 6 Vol. % oder weniger, 4 Vol. % oder weniger, oder Stickstoff unterhalb der Nachweisgrenze,

enthält.

IX. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis VIII, dadurch gekennzeichnet, dass die zudosierten Mengen von Gas und Brennstoff in Abhängigkeit von Verbrennungstemperatur und Gasvolumenströmen geregelt werden.

X. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis IX, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des sauerstoffhaltigen Gases so eingestellt wird, dass am Hauptbrenner ein Sauerstoffüberschuß vorliegt und Restmengen des Sauerstoffs für eine dortige Verbrennung in den Calcinator gelangen ist.

XI. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis X, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des sauerstoffhaltigen Gases ausschließlich auf der Seite eines in dem Kühler angeordneten Gastrennvorrichtung erfolgt, die dem Ofenkopf direkt angrenzt,

wobei die Gastrennvorrichtung

i) eine mechanische Gastrennvorrichtung,

ii) ein auf einer Sperrgas-Aufgabe basierendes System, oder

iii) ein kombiniertes System

ist.

XII. Anlage zur Herstellung von Zementklinker umfassend

einen Vorwärmer,

einen Calcinator,

einen Drehofen und

einen Klinkerkühler,

dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage an der dem Ofenkopf direkt angrenzenden Sektion des Kühlers eine Vorrichtung zur Zuführung von Gas aus dem Kühler zu i) dem Drehofen und

ii) gegebenenfalls zusätzlich dem Calcinator

aufweist, wobei das zugeführte Gas einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr aufweist.

Xlla. Anlage zur Herstellung von Zementklinker umfassend

einen Vorwärmer,

einen Calcinator,

einen Drehofen und

einen Klinkerkühler,

wobei die Anlage an der dem Ofenkopf direkt angrenzenden Sektion des Kühlers eine Vorrichtung zur Zuführung von Gas aus dem Kühler zu

i) dem Drehofen und

ii) gegebenenfalls zusätzlich dem Calcinator

aufweist, die konfiguriert ist, um ein Gas mit einem Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einem Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff zuzuführen, und

wobei die Anlage konfiguriert ist, um den Verbrennungsprozessen Gasströme zuzuführen, die in Summe zu mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt zu mehr als 85 Vol.-%, aus Sauerstoff bestehen aufweist.

Die Vorteilhaftigkeit der vorliegenden Erfindung ergibt sich unter anderem aus folgenden Aspekten: Da Ofen und Vorwärmer immer nach der Gasmenge projektiert werden, besteht die Vorteilhaftigkeit bei Wegfallen von Stickstoff aus der Mischung darin, dass neue Anlagen wesentlich kleiner ausgeführt sein können und dadurch erheblich kostengünstiger werden, oder bestehende Anlagen bei Umstellung mit wesentlich höherer Kapazität betrieben werden könnten.

Die verschiedenen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Varianten der vorliegenden Erfindung, beispielsweise, aber nicht auf diese beschränkt, der verschiedenen Ansprüche, können dabei beliebig miteinander kombiniert werden, sofern solche Kombinationen sich nicht widersprechen.

Die vorliegende Erfindung kann auch mit den speziellen Gegenständen der parallelen Erfindung „Oxyfuel-Klinkerherstellung ohne Rezirkulation der Vorwärmerabgase", insbesondere den folgenden mit römischen Ziffern CI bis CXII bezeichneten Ausführungsformen, kombiniert werden, wobei diese Kombinationen ausdrücklich auch Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind:

Ausführungsform CI. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker umfassend die Schritte a) Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur,

b) Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes,

c) Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes in einem Drehofen,

d) Kühlung des Zementklinkers,

e) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, in

i) den Calcinator,

dadurch gekennzeichnet, dass

zum Calcinieren keine Gase aus dem Drehofen zugeführt werden,

zur Vorwärmung eine- oder mehrzügige Zyklonvorwärmer eingesetzt werden, deren einzelne Zyklone kaskadenartig miteinander verbunden sind,

zwischen den einzelnen Zyklonvorwärmern Material- und/oder Gas-Transfer möglich ist, und keine Rezirkulation der Vorwärmerabgase erfolgt.

Ausführungsform Cla. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker umfassend die Schritte a) Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur,

b) Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes,

c) Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes in einem Drehofen,

d) Kühlung des Zementklinkers,

e) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, in

i) den Calcinator,

dadurch gekennzeichnet, dass

zum Calcinieren keine Gase aus dem Drehofen zugeführt werden,

zur Vorwärmung eine- oder mehrzügige Zyklonvorwärmer eingesetzt werden, deren einzelne Zyklone kaskadenartig miteinander verbunden sind,

zwischen den einzelnen Zyklonvorwärmern Material- und/oder Gas-Transfer möglich ist, und keine Rezirkulation der Vorwärmerabgase erfolgt, und

dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg Feststoff zu Gas eingestellt wird.

Ausführungsform Cll. Verfahren nach Ausführungsform CI oder Cla, dadurch gekennzeichnet, dass mehrstufige ein-, oder mehrzügige Zyklonvorwärmer eingesetzt werden. Ausführungsform CIN. Verfahren nach einer der Ausführungsformen CI, Cla oder Cll, dadurch gekennzeichnet, dass zweizügige Zyklonvorwärmer mit zwei bis sechs Stufen, bevorzugt fünf Stufen eingesetzt werden.

Ausführungsform CIV. Verfahren nach einer der Ausführungsformen CI bis CIN, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Vorwärmern eines mehrzügigen Zyklonvorwärmers eine Überkreuzung von Mehlströmen nach jeder Stufe erfolgt, aber keine Kreuzung der Gasströme.

Ausführungsform CV. Verfahren nach einer der Ausführungsformen CI bis CIV, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung unter Einbindung mindestens eines Carbonators erfolgt.

Ausführungsform CVI. Verfahren nach einer der Ausführungsformen CI bis CV, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Carbonator aufweisender Vorwärmer eines zweiten Vorwärmerzuges mit aus dem Drehofen kommenden Abgasen beschickt wird, wobei die Abgase einen geringen Anteil C0 2 von weniger als 35% in trockenem Bezugszustand aufweisen.

Ausführungsform CVII. Verfahren nach einer der Ausführungsformen CV bis CVI, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierungstemperatur mittels eines Carbonators mit Kühler eingestellt wird.

Ausführungsform CVIII. Verfahren nach einer der Ausführungsformen CI bis CVII, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Calcinator oder die Gasmenge in dem Calcinator oder die Temperatur und die Gasmenge in dem Calcinator über eine teilweise Rückführung von Gasen geregelt wird, wobei die rückgeführten Gase Abgase aus einer der dem Calcinator folgenden Vorwärmerstufen, bevorzugt der ersten nach dem Calcinator folgenden Vorwärmerstufe, sind.

Ausführungsform CIX. Verfahren nach Ausführungsform CVIII, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der rückgeführten Gase nach dem ersten Abscheidezyklon oder zwischen dem ersten oder vorletzten Abscheidezyklon, oder nach mehreren Abscheidezyklonen erfolgt.

Ausführungsform CX. Verfahren nach einer der Ausführungsformen CI bis CVII, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Calcinator zudosierten Mengen von sauerstoffhaltigem Gas und Brennstoff in Abhängigkeit von Calcinierungstemperatur und Temperatur im Vorwärmer geregelt werden. Ausführungsform CXI. Verfahren nach einer der Ausführungsformen CI bis CX, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Rezirkulation der Calcinatorabgase erfolgt.

Ausführungsform CXI I. Anlage zur Herstellung von Zementklinker umfassend einen Vorwärmer, einen Calcinator, einen Drehofen und einen Klinkerkühler, wobei die Anlage eine Vorrichtung zur Zuführung von Gas zu i) dem Calcinator aufweist, wobei das zugeführte Gas einen Anteil von 15 Vol.-% oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol.-% oder mehr Sauerstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Calcinator keine Luft aus dem Drehofen zugeführt wird, als Vorwärmer Zyklonvorwärmer eingesetzt werden, deren einzelne Zyklone kaskadenartig miteinander verbunden sind, und zwischen den einzelnen Zyklonvorwärmern Material- und/oder Gas-Transfer möglich ist, und keine Rezirkulationsvorrichtung für die Vorwärmerabgase vorhanden ist.

Ausführungsform CXI la. Anlage zur Herstellung von Zementklinker umfassend einen Vorwärmer, einen Calcinator, einen Drehofen und einen Klinkerkühler, wobei die Anlage eine Vorrichtung zur Zuführung von Gas zu i) dem Calcinator aufweist, wobei das zugeführte Gas einen Anteil von 15 Vol.-% oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol.-% oder mehr Sauerstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Calcinator keine Luft aus dem Drehofen zugeführt wird, als Vorwärmer Zyklonvorwärmer eingesetzt werden, deren einzelne Zyklone kaskadenartig miteinander verbunden sind, und zwischen den einzelnen Zyklonvorwärmern Material- und/oder Gas-Transfer möglich ist, und keine Rezirkulationsvorrichtung für die Vorwärmerabgase vorhanden ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage konfiguriert ist, im Vorwärmer das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg Feststoff zu Gas einzustellen.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind dabei nicht limitierend auszulegen und nicht maßstabsgetreu. Weiterhin enthalten die Zeichnungen nicht alle Merkmale, die übliche Anlagen aufweisen, sondern sind auf die für die vorliegende Erfindung und ihr Verständnis wesentlichen Merkmale reduziert.

Figuren beschreibung:

In den Figuren 4 und 5 sind Feststoffübergänge als durchgezogene Pfeile dargestellt und Übergänge von gasförmigen Stoffen als gepunktete Pfeile.

Figur 1 zeigt illustrativ einen Kühler (Klinkerkühler) K, der in fünf verschiedene Kühlzonen Kl bis K5 aufgeteilt ist. Dabei wird über die verschiedenen Gebläse G entsprechend Gas zugeführt. Über die den Zonen K3 bis K5 zugeordneten Gebläse G wird Kühlluft für den Klinker zugeführt, jedoch keine Verbrennungsluft zum Ofen. Über das der Zone Kl zugeordnete Gebläse wird das sauerstoffhaltige Gas A zugeführt, das als Verbrennungsluft in den Ofen geleitet wird. Über das der Zone K2 zugeordnete Gebläse wird Sperrgas B zugeführt. Dieses Sperrgas kann beispielsweise zu 85 Volumenprozent oder mehr aus Kohlendioxid bestehen, wobei der Rest Inertgas ist oder beispielsweise zu 85 Volumenprozent oder mehr aus Sauerstoff bestehen, wobei der Rest in Inertgas ist. Mit Inertgas sind dabei bevorzugt Komponenten wie Wasserdampf, Argon, etc. gemeint. In beiden Fällen dient das Gas B als Sperrgas für die Abdichtung des Sauerstoffbereichs von dem Luftbereich des Kühlers. Ferner ist in Figur 1 eine C0 2 -Scheide Ta dargestellt, die durch die Aufgabe des Sperrgases funktioniert.

Figur 2 zeigt illustrativ einen Kühler (Klinkerkühler) K, im Wesentlichen wie in Figur 1 dargestellt. Im Unterschied zu Figur 1 ist lediglich die C0 2 -Scheide Tb als mechanische Scheide ausgestaltet, bei der die Trennung von sauerstoffhaltigem Gas mittels Aufgabe von Sperrgas und mechanischen Mitteln, wie beispielsweise auf der Schüttung beweglich aufliegenden pendelartig ausgeführten Trennwänden, erfolgt. Obwohl dies nicht in Figur 2 gezeigt ist, kann gegebenenfalls auf die Zone K2 verzichtet werden, wenn die mechanische C0 2 -Scheide ausreichend effektiv ist.

Figur 3 zeigt zwei Fließschemata, die zwei mögliche Varianten der vorliegenden Erfindung illustrieren, bei denen aus dem Ofen heißer Klinker in Kühler Teil 1 eintritt und gleichzeitig aus dem Kühler Teil 1 sauerstoffhaltiges Gas in den Ofen geleitet wird (Rekuperation für Verbrennungsgas zum Ofen). Anschließend an den Kühler Teil 1 ist eine Gastrenneinrichtung angeordnet, an die sich wiederum Kühler Teil 2 anschließt. Anschließend an den Kühler Teil 2 verlässt der Klinker dann die Anlage und wird zum Silo verbracht. Im oberen Teil der Figur ist eine mechanische Gastrenneinrichtung 2b zwischen Kühler Teil 1 (entsprechend Kühlzone Kl) und Kühler Teil 2 (entsprechend Kühlzonen K3 bis K5) dargestellt, wohingegen im unteren Teil eine auf Sperrgas basierende Gastrenneinrichtung 2a dargestellt ist. Im Zusammenhang mit Kühler Teil 2 erfolgt in beiden Varianten eine Wärmerückgewinnung für andere Zwecke als für den Einsatz zur Verbrennung, wobei Wärmeträger Verbrennungsluft, C0 2 etc. sind. An den Kühler Teil 2 schließt sich in beiden Fällen zunächst ein Wärmeübertragersystem an, dass auf direkter Wärmeübertragung oder auf indirekter Wärmeübertragung basieren kann. Anschließend daran ist für beide Varianten noch eine Abgasbehandlung dargestellt, die Entstaubung und oder Kamin umfassen kann.

Figur 4 zeigt eine Anlage zur Klinkerherstellung, bei der die Einbindung der Kühlerabluft in die Vorwärmung dargestellt ist. Der Kühler ist dabei im Vergleich zu den Figuren 1 und 2 vereinfacht dargestellt, dahingehend, dass lediglich ein Gebläse links für die Zuführung von sauerstoffhaltigen Gas gemäß vorliegende Erfindung dargestellt ist, und die übrigen vier Gebläse für die Luftzufuhr dargestellt sind. Gemäß der in dieser Figur dargestellten Ausführungsform wird die Kühlerabluft über einen Zyklonabscheider zur Abtrennung von Feststoffpartikeln in den Vorwärmer geleitet.

Figur 5 beschreibt eine ähnliche Ausführungsform wie Figur 4, die Abwärme wird jedoch anders genutzt als in Figur 4. Die Kühlerabluft wird auch hier durch einen Zyklonabscheider jedoch dann nicht in die Vorwärmerstufe geführt, sondern durch einen Wärmetauscher und dann zur Trocknung des Rohmehls in die Rohmahlanlage geführt.

Bezugszeichenliste:

K Kühler (Klinkerkühler)

Ta Gastrenneinrichtung mit Sperrgas (C0 2 -Scheide (Sperrgas))

Tb mechanische Gastrenneinrichtung bzw. mechanische Gastrenneinrichtung in Kombination mit Sperrgas (C0 2 -Scheide (mechanisch bzw. Kombination mechanisch/Sperrgas))

G Gebläse

Kl Kühlzone 1 (erste Kühlzone)

K2 Kühlzone 2 (zweite Kühlzone)

K3 Kühlzone 3 (dritte Kühlzone)

K4 Kühlzone 3 (vierte Kühlzone)

K5 Kühlzone 5 (fünfte Kühlzone)

A sauerstoffhaltiges Gas

B Sperrgas

hV heiße Verbrennungsluft

AI Abluft

O Ofen

KT1 Kühler, Teil 1

KT2 Kühler, Teil 2

AB Abgasbehandlung

W Wärmeübertragersystem

S Silo

1 Vorwärmer

la Vorwärmer (obere Sektion)

lb Vorwärmer (untere Sektion)

lc Vorwärmzyklon mit Kühlerabluft beaufschlagt

2 Calcinator

3 Drehofen

4a Kühler mit Sauerstoff als Kühlmedium

4b Kühler mit Luft als Kühlmedium

5 Luft-Luft-Wärmetauscher

100 Rohmaterial 100a, b Heißmehl

101 Heißmehl zum Calcinator

102 Heißmehl zum Drehofen

103 Heißklinker

104 Heißklinker (ca. 1000 °C)

105 Kaltklinker

200 Sauerstoff (> 85 %)

201 Sekundärgas

202 Ofenabgas

203 Calcinatorabgas

203a Abgas untere Vorwärmersektion

204 Vorwärmerabgas

300 Kühlerzuluft

301 Kühlerabluft

302 Kühlerabluft zur Rohmühle

400 Luft zum Wärmetauscher

401 Erwärmte Luft zur Rohmühle

500 Brennstoff Hauptfeuerung

501 Brennstoff Calcinator