Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut, insbesondere von Kalkstein oder anderen Karbonaten, mit einem Ofen, der wenigstens einen Brennschacht und einen Kühl schacht aufweist.

Aus der CH 378 217 A ist ein Schachtofen zum kontinuierlichen Brennen von mineralischen Werkstoffen mit einer Brennzone und einer Kühlzone bekannt, wobei die Heißgase der Brennzone und die Brenngutkühlluft über einen im Übergangsbereich zwischen Brenn- und Kühlzone ausgebildeten Absaugraum abgeführt werden.

In der DE 27 22 719 AI wird ein GGR-Ofen mit zwei gleichartigen jeweils eine Brennzone und eine Kühlzone aufweisenden Schächten beschrieben, wobei jeder Schacht im Bereich zwischen Brennzone und Kühlzone einen Ringkanal aufweist, die über einen Überströmkanal miteinander verbunden sind.

Aus der EP 2 230 223 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalkherstellung bekannt, bei dem als Abgas möglichst reines, sequestrierfähiges Kohlendioxid entstehen soll. Hier wird das Material zunächst einem Ofenraum zugeführt und dort mit Brennstoff und einem Gas mit einem Sauer stoffgehalt von über 90 Vol.-% gebrannt. Das kalzinierte Produkt wird anschließend in einer Kühlzone mit einem Kühlgas gekühlt. Zwischen dem Ofen und der Kühlzone ist eine Schleusenanordnung vorgesehen, um die Atmosphären der beiden Behandlungsräume zu trennen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass kein Kühlgas, welches üblicherweise durch Luft gebildet wird, in den Ofen gelangt. Im Ofen kann der Brennstoff somit im Wesentlichen mit reinem Sauerstoff verbrannt werden, sodass ein sehr kohlendioxidreiches Abgas entsteht, welches durch Rezirkulation weiter aufkonzentriert werden kann. Die zwischen Ofen und Kühlzone vorgesehene Schleusenanordnung muss einerseits einen gasdichten Abschluss der beiden Prozessräume gewährleisten und soll andererseits dem sehr heißen, gebrannten Gut standhalten. Die für diese Aufgabe geeigneten Schleusenanordnungen sind jedoch relativ aufwendig und teuer und benötigen eine große Bauhöhe.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine platzsparende Vorrichtung und ein Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut mit einem Brennschacht und einem Kühlschacht anzugeben, sodass die Atmosphären im Brennschacht und im Kühl Schacht gezielt auf einfache und kostengünstige Art eingestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut weist im Wesentlichen wenigstens einen Brennschacht und wenigstens einen Kühlschacht auf, wobei der wenigstens eine Brennschacht in einem unteren Bereich wenigstens eine Brennstoffzuleitung und wenigstens eine Oxidationsmittelzuleitung und im oberen Bereich eine Material aufgäbe und eine Abgasabzugsleitung aufweist und der mit dem Brennschacht verbundene Kühlschacht im unterem Bereich einen Materialabzug und eine Kühlgaszuführung und im oberen Bereich eine Kühlgasabzugsleitung umfasst.

Die Vorrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Brennschachts zumindest im Verbindungsbereich mit dem Kühlschacht kleiner als der Querschnitt des Kühlschachts ausgebildet ist und der Brennschacht mit seinem unteren Ende offen in den Kühl Schacht hineinragt, wobei der Brennschacht derart in den Kühlschacht mündet, dass sich im Betrieb ein Materialkegel mit dem zu behandelnden stückigen Gut im Kühlschacht und darüber ein materialfreier Ringraum ausbilden, wobei die Kühlgasabzugsleitung an den sich ausbildenden Ringraum angeschlossen ist und ein in der Kühlgasabzugsleitung angeordnetes Regelorgan sowie eine mit dem Regelorgan in Verbindung stehende Steuereinrichtung zur Beeinflussung des Kühlgasabzugs über die Kühlgasabzugsleitung vorgesehen sind.

Durch die spezielle Ausbildung des Übergangsbereichs zwischen Brennschacht und Kühlschacht wird ein Ringraum gebildet, der eine einfache Beeinflussung des Kühlgasabzugs über die an den freien Ringbereich angeschlossene Kühlgasabzugsleitung ermöglicht. Die Atmosphäre im Brennschacht wird von der Atmosphäre im Kühlschacht im Wesentlichen nur durch das im untersten Teil des Brennschachtes befindliche Material getrennt. Das mit Überdruck in den Kühlschacht eingeführte Kühlgas nimmt grundsätzlich den Weg des geringsten Widerstandes. Durch das beispielsweise in der Kühlgasabzugsleitung angeordnete und als Klappe, Schieber oder Ventil ausgebildete Regelorgan lässt sich sehr einfach steuern, dass das gesamte Kühlgas über den freien Ringraum abgezogen wird und nicht über die Materialschüttung in den Brennschacht gelangt. Selbstverständlich ist es durch eine geeignete Stellung des Regelorgans auch möglich, dass lediglich eine Teilmenge des Kühlgases über die Kühlgasabzugsleitung abgezogen und der Rest dem Brennschacht zugeführt wird. Schließlich ist es grundsätzlich auch denkbar, dass das Regelorgan so weit geöffnet wird, dass ein Teil des Abgases aus dem Brennschacht durch die Material schüttung in die Kühlzone und von dort über den freien Ringraum und die Kühlgasabzugsleitung abgezogen wird.

Wenngleich die Vorrichtung vorzugsweise als Einschachtofen mit nur einem Brennschacht und nur einem Kühlschacht ausgebildet ist, könnte die Erfindung auch bei so genannten Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Öfen zur Anwendung kommen. Derartige Öfen weisen zwei parallele Schachtöfen auf, die jeweils einen Brennschacht (mit Vorwärmzone und Brennzone) und einen Kühlschacht umfassen, wobei die beiden Schachtöfen in einem unteren Bereich der Brennschächte über einen Überströmkanal miteinander in Verbindung stehen. Im Betrieb werden die beiden Schachtöfen in bekannter Art und Weise abwechselnd als Brennschacht bzw. Abgasschacht betrieben.

Dieser Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Öfen zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass das Brennen von Kalkstein im Gleichstrom zum Gasstrom erfolgen kann, was zu einem hochreaktivem Kalk führt. Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in jedem der beiden parallelen Schachtöfen der Übergangsbereich von Brennschacht und Kühlschacht gemäß dem Anspruch 1 ausgestaltet. Dabei können die beiden im Übergangsbereich gebildeten Ringräume an eine separate, vorzugsweise aber an eine gemeinsame Kühlgasabzugsleitung angeschlossen werden. Somit hat man dann auch bei einem Gleichstrom- Gegenstrom-Regenerativ-Öfen die Möglichkeit, das Abgas des Brennschachts vom Kühlgas zu trennen, indem das Abgas über den Überströmkanal und das Kühlgas über die Kühlgasabzugsleitung abgezogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem

Gut zeichnet sich dadurch aus, dass

das Gut in einem Brennschacht unter Zuführung von Brennstoff und einem Oxidationsmittel gebrannt wird, wobei ein bei der Verbrennung entstehendes C0 ₂ -haltiges Abgas im Gegenstrom zum Gut durch den Brennschacht strömt und in einem oberen Bereich des Brennschachts über eine Abgasabzugsleitung abgeleitet wird,

der Brennschacht mit seinem unteren Ende offen in einen Kühl Schacht hineinragt, sodass das gebrannte Gut vom Brennschacht mittels Schwerkraft in den Kühlschacht gelangt und dort einen Materialkegel ausbildet und oberhalb des Materialkegels ein materialfreier Ringraum im Kühlschacht entsteht, das gebrannte Gut im Kühlschacht von einem zugeführten Kühlgas durchströmt und dabei gekühlt wird,

wenigstens ein Teil des dabei erhitzten Kühlgases im Ringraum des

Kühlschachts über eine Kühlgasabzugsleitung abgezogen und

die Menge des über die Kühlgasabzugsleitung (15) abzuziehenden Kühlgases über ein in der Kühlgasabzugsleitung angeordnetes und mit einer

Steuereinrichtung (25) in Verbindung stehendes Regelorgan (16) eingestellt wird.

Gemäß einer ersten Anwendung der Erfindung kann das Regelorgan so eingestellt werden, dass weder das Abgas der Brennzone in die Kühlzone noch das Kühlgas der Kühlzone in die Brennzone strömt. Auf diese Weise sind die Atmosphären der beiden Zonen voneinander getrennt. Wird in dieser Situation in der Brennzone ein Oxidationsmittel mit einem sehr hohen Sauer stoffgehalt von beispielsweise über 90 Vol.-%, vorzugsweise über 99 Vol.-%, eingeleitet, kann ein sehr kohlendioxidhaltiges Abgas entstehen, welches für eine nachfolgende Sequestrierung geeignet ist.

Das mit der oben beschriebenen Vorrichtung bzw. dem entsprechenden Verfahren entstehende Abgas ist ferner auch für die Sodaindustrie von Interesse. Hierzu sollte das Abgas einen C0 ₂ -Gehalt von etwa 40-42% und einen 0 ₂ -Gehalt von unter 2% aufweisen. Um eine solches Abgas zu erzeugen, ist es erforderlich, dass lediglich eine Teilmenge des Kühlgases über die Kühlgasabzugsleitung abgezogen wird, während der Rest über die Material schüttung in den Brennschacht gelangt. Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Regelorgan durch eine Klappe, einen Schieber oder ein Ventil gebildet, deren Stellung über die Steuereinrichtung gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt zweckmäßigerweise über geeignete Messwerte, wie z. B. einer Messung der Druckdifferenz zwischen Brennzone und Kühlzone und/oder Messungen des Sauerstoffsgehalts und/oder des C0 ₂ -Gehaltes in der Abgasleitung und/oder der Kühlgasabzugsleitung, wobei die Sensoren mit der Steuereinrichtung zur Steuerung des Regelorgans in Verbindung stehen. So lässt sich durch eine Druckdifferenzmessung an einer geeigneten Stelle problemlos ermitteln, ob Kühlgas in die Brennzone oder Abgas in die Kühlzone strömt. Auch der Sauer stoffgehalt und/oder der C0 ₂ -Gehalt in der Abgasleitung und/oder der Kühlgasabführleitung geben unmittelbaren Aufschluss darüber, ob und in welchem Umfang eine Vermischung der Atmosphären der beiden Zonen stattfindet.

Für die Verbrennung kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn ein Teil des über die Abgasleitung aus der Brennzone abgeleiteten Abgases wieder zur Brennzone rezirkuliert wird. Auf diese Weise kann zum einen der C0 ₂ -Gehalt des Abgases weiter aufkonzentriert werden und das rezirkulierte Abgas kann außerdem zur Temperaturregulierung verwendet werden, um insbesondere ein übermäßiges Erhitzen bei einer Verbrennung mit einem sehr sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel zu vermeiden. Hierbei kann das abgezogene Kühlgas zur indirekten Erhitzung des rezirkulierten Abgases genutzt werden.

Um eine Beeinträchtigung eines hierfür genutzten Wärmetauschers durch unerwünschte Ablagerungen zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, wenn das abgezogene Kühlgas vor dem Wärmetauscher auf eine Temperatur unter 700°C, vorzugsweise unter 600°C, abgekühlt wird. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut, insbesondere von Kalkstein.

Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Brennschacht 1, wobei in einem unteren Bereich Brennstoffleitungen 3, 4 und Oxidationsmittelzuleitungen 5, 6 angeschlossen sind. In einem oberen Bereich ist eine Material aufgäbe 7 zur Zuführung von stückigem Gut, insbesondere von Kalkstein, sowie eine Abgasabzugsleitung 8 vorgesehen.

Der Brennschacht 1 mündet mit seinem unteren Ende la offen in einen Kühl Schacht 2, wobei der Querschnitt des Brennschachtes zumindest im Verbindungsbereich mit dem Kühl schacht kleiner als der entsprechende Querschnitt des Kühl Schachtes ausgebildet ist, sodass sich zwischen der äußeren Wandung lb des Brennschachtes 1 und der inneren Wandung 2a des Kühlschachtes 2 ein Ringraum 9 ausbildet.

Im Betrieb bildet sich im Brennschacht 1 eine Materialsäule mit dem über die Material aufgäbe 7 zugeführten Gut 10 aus, wobei das Gut 10 durch Schwerkraft nach unten wandert und im Bereich des Kühlschachtes 2 über einen Materialabzug 11 als kalziniertes Produkt, beispielweise Branntkalk, abgezogen wird. Das Gut 10 füllt dabei den Brennschacht über den gesamten Querschnitt aus, sodass sich am unteren Ende la des Brennschachts ein Materialkegel 10a im Kühlschacht 2 ausbildet. Der materialfreie Ringraum 9 wird somit nach unten durch das Gut und nach oben durch die Decke 2b des Kühlschachtes 2 begrenzt.

Über eine Kühlgaszuführung 12 wird mittels eines Verdichters 13 Kühlluft 14 im unteren Bereich des Kühlschachtes 2 zugegeben, wobei beispielsweise ein Überdruck von 200 bis 300 mbar im Kühlschacht 2 als auch im Brennschacht 1 eingestellt wird. Das Kühlgas durchströmt die Material schüttung und gelangt in den Ringraum 9, an dem eine Kühlgasabzugsleitung 15 angeschlossen ist. Am Ende der Kühlgasabzugsleitung 15 ist ein Regelorgan 16 in Form einer Klappe angeordnet.

Das über die Abgasabzugsleitung 8 aus dem Brennschacht 1 abgezogene Abgas wird in einem Filter 17 entstaubt und dann zur weiteren Verarbeitung als entstaubtes Abgas 19 abgeführt. Alternativ kann vorher noch eine Kühlung, insbesondere eine Wasserkühlung, in einer Kühleinrichtung 18 erfolgen. Das vor oder nach der Kühleinrichtung 18 abgeführte Abgas 19 bzw. 20 weist einen hohen CC^-Anteil auf und kann beispielsweise einer Sequestrierung und/oder einer weiteren industriellen Verwertung, wie beispielsweise der Herstellung von Soda oder gefälltem Calciumcarbonat, zugeführt werden.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen Teil 21 des über die Abgasleitung 8 abgezogenen Abgases zusammen oder separat mit dem Oxidationsmittel dem Brennschacht 1 zuzuführen. Hierzu wird der rezirkulierte Teil 21 in einem durch das abgezogene Kühlgas betriebenen Wärmetauscher 22 auf beispielsweise 500° vorgewärmt. Damit die Wärmeübertragung im Wärmetauscher 22 nicht durch Ablagerungen vermindert wird, kann es zweckmäßig sein, dass das abgezogene Kühlgas, welches beispielsweise eine Temperatur von 900°C hat, zuvor auf unter 700°C, vorzugsweise unter 600°C, abzukühlen, wobei die Abkühlung beispielsweise durch Vermischung mit Luft 23 erfolgen kann.

Das im Wärmetauscher 22 genutzte Kühlgas wird anschließend in einem Filter 24 entstaubt, bevor es das Regelorgan 16 passiert und anschließend in die Atmosphäre gelangt. In der Kühlgasabzugsleitung 15 sind somit nacheinander der Wärmetauscher 22, der Filter 24 und die Regelklappe 16 vorgesehen.

Das Regelorgan 16 steht ferner mit einer Steuereinrichtung 25 in Verbindung, die wiederum mit ein oder mehreren Sensoren verbunden ist. So kann beispielsweise wenigstens ein Sensor 26 zur Messung der Druckdifferenz zwischen Brennschacht und Kühl schacht, insbesondere unterhalb des eigentlichen Verbrennungsbereichs bzw. im Ringschacht vorgesehen werden. Des Weiteren können Sensoren 27, 28 zur Messung des Sauerstoffgehaltes und /oder des CC^-Gehaltes in der Abgasabzugsleitung 8 und/oder Kühlgasabzugsleitung 15 angeordnet werden.

Die Messwerte geben Aufschluss darüber, welche Menge des über die Kühlgaszuführung 12 dem Kühlschacht 2 zugeführten Kühlgases 14 über die Kühlgasabzugsleitung 15 abgeführt wird. Die Menge lässt sich dabei insbesondere über das Regelorgan 16 einstellen. Das Kühlgas wird immer den Weg des geringsten Widerstandes wählen. So lässt sich beispielsweise bei einer bestimmten Stellung des Regelorgans erreichen, dass der Kühlgasabzug so eingestellt ist, dass das Kühlgas weder in die Brennzone noch das Abgas der Brennzone in die Kühlzone strömt. In dieser Situation würde sich am Sensor 26 eine Druckdifferenz von Null bzw. nahe Null einstellen. Eine entsprechende Überprüfung lässt sich aber beispielsweise auch durch den Sauer stoffgehalt und/oder CC^-Gehalt des abgeleiteten Kühlgases oder des Abgases durchführen. Würde man das Regelorgan im Sinne einer weiteren Öffnung verstellen, würde allmählich ein Teil des Abgases aus dem Brennschacht 1 in den Kühlschacht 2 und von dort über die Kühlgasabzugsleitung abgeleitet werden. Entsprechend wird bei einem weiteren Verschließen des Regelorgans 16 ein Teil der Kühlluft in den Brennschacht 1 überströmen, sodass nur ein Teilabzug des Kühlgases über die Kühlgasabzugsleitung 15 erfolgt.

Das durch eine Absperrklappe gebildete Regelorgan 16 ermöglicht somit eine sehr einfache, effiziente und kostengünstige Beeinflussung des Kühlgasabzuges. Dennoch können gewünschtenfalls die beiden Atmosphären im Brennschacht und im Kühlschacht voneinander getrennt werden, ohne dass eine aufwendige Schleusenanordnung erforderlich ist.

Die Stellung des Regelorgans 16 hängt in erster Linie von der gewünschten Anwendung, insbesondere von der gewünschten Zusammensetzung des Abgases 19 bzw. 20 ab. Will man beispielsweise ein Abgas mit einem hohen CC -Anteil von beispielsweise 90% Vol.-% bezogen auf ein trockenes Abgas erhalten, muss durch das Regelorgan sichergestellt werden, dass kein Kühlgas in die Brennzone gelangt. Außerdem wird man ein Oxidationsmittel mit einem sehr hohen Sauerstoffgehalt von wenigstens 90%, vorzugsweise mehr als 90% Vol.-%, wählen. Das sich dabei ergebende Abgas eignet sich insbesondere für eine nachfolgende Sequestrierung.

Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch denkbar, dass die oben beschriebene Vorrichtung bzw. das zugehörige Verfahren zur Herstellung eines Abgases genutzt wird, welches in der Sodaindustrie benötigt wird. Hierzu sollte das Abgas einen C0 ₂ - Gehalt von etwa 40 bis 42% und einen Sauerstoffgehalt von unter 2% aufweisen. Um ein solches Abgas zu erhalten, muss die Regelklappe so eingestellt werden, dass lediglich eine Teilmenge des Kühlgases über die Kühlgasabzugsleitung abgezogen wird, während der andere Teil in den Brennschacht gelangt.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit stellt die Herstellung von gefälltem Calciumcarbonat dar.

Durch die spezielle Konstruktion der im Überdruck betriebenen Vorrichtung, mit einem materialfreien, gasgefüllten Ringraum im Kühlschacht in Kombination mit dem Regelorgan ergibt sich eine Vorrichtung zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut, die sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Abgases 19 bzw. 20 bzw. der Atmosphären im Brennschacht bzw. Kühlschacht auszeichnet.