DE102024101342A1 - Schachtofen und Verfahren zum Brennen von karbonathaltigem Material in einem Schachtofen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material in einem Schachtofen (1) mit zumindest einem Schacht (2), wobei das Material durch einen Materialeinlass (3) in eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Brennen des Materials und eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials zu einem Materialauslass (40) strömt, wobei Kühlluft in die Kühlzone (22) eingelassen wird, wobei das Abgas über einen Abgasauslass (19) aus der Vorwärmzone eines Schachts (2) ausgelassen wird, wobei der Brennzone (20) zum Brennen des Materials ein Gasstrom zugeführt wird, der mittels eines elektrisch betriebenen Heißgaserzeugers (10) erhitzt ist.Die Erfindung umfasst auch einen Schachtofen (1) zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material mit zumindest einem Schacht (2), aufweisend in Strömungsrichtung des Materials, einen Materialeinlass (3), eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Brennen des Materials, eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials, und einen Materialauslass (40) zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen (1), wobei der Schachtofen (1) einen Abgasauslass (19) zum Auslassen von Abgas aus der Vorwärmzone eines Schachts (2) aufweist, wobei der Schachtofen (2) einen elektrisch betreibbaren Heißgaserzeuger aufweist, der zum Brennen des Materials gastechnisch mit der Brennzone (20) verbunden ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schachtofen mit mindestens einem Schacht und Verfahren zum Brennen von Kalkstein oder anderen Karbonaten, mit einem Schachtofen, der wenigstens eine Brennzone und eine Kühlzone aufweist.
• Aus der CH 378 217 A ist ein Schachtofen zum kontinuierlichen Brennen von mineralischen Werkstoffen mit einer Brennzone und einer Kühlzone bekannt. Aus der WO 2022/229118 A1 ist ebenfalls ein Gleichstrom-Gegenstrom-RegenerativSchachtofen (GGR-Kalkofen) bekannt, der eine Abgasrückführung aufweist.
• In der Kalkindustrie werden derzeit Kalkschachtöfen mit einer hohen Durchsatzleistung von mindestens 400 bis 800t/d gefordert. Des Weiteren ist Kalk mit einer hohen Reaktivität gewünscht, wobei gleichzeitig das entstehende Abgas eine hohe CO₂-Konzentration aufweisen soll, um eine anschließende Sequestierung zu ermöglichen. Ein weiteres globales Ziel ist es, die CO₂- Emissionen insgesamt zu verringern.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schachtofen und ein Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von Karbonatgestein anzugeben, das auf möglichst energieeffiziente Weise die Herstellung von Kalk, insbesondere Branntkalk, mit einer hohen Reaktivität bei gleichzeitig geringeren CO₂-Emissionen ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schachtofen mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Ein Verfahren zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material in einem Schachtofen mit zumindest einem Schacht umfasst nach einem ersten Aspekt Einlassen des Materials durch einen Materialeinlass in eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des gebrannten Materials, welches zu einem Materialauslass strömt, wobei Kühlluft in die Kühlzone eingelassen wird, wobei das Abgas über einen Abgasauslass aus der Vorwärmzone eines Schachts ausgelassen wird, und wobei der Brennzone zum Brennen des Materials ein Gasstrom zugeführt wird, der mittels eines elektrisch betriebenen Heißgaserzeugers erhitzt ist.
• Bei dem Gasstrom handelt es sich vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig um Abgas, das über den Abgasauslass aus einem Schacht des Schachtofens abgeführt wurde. Der Heißgaserzeuger ist vorzugsweise mit dem Abgasauslass gastechnisch verbunden. Insbesondere weist der Heißgaserzeuger einen rohrförmigen Bereich mit einem Einlass und einem Auslass für das Abgas auf, wobei der Auslass vorzugsweise gastechnisch mit der Brennzone verbunden ist, sodass das erhitzte Abgas der Brennzone zugeführt wird. Der Heißgaserzeuger ist vorzugsweise vollständig elektrisch betrieben, sodass kein Brennstoff in den Schacht eingeführt oder zur Kalzinierung des Materials verwendet wird. Insbesondere wird kein Oxidationsmittel, wie Luft oder ein anderes Sauerstoffhaltiges Gas, der Brennzone des Schachts oder dem rezirkulierten Abgas zugeführt. Insbesondere wird die zur Kalzinierung des Materials in der Brennzone benötigte Wärme vollständig über den elektrisch betriebenen Heißgaserzeuger der Brennzone zugeführt. Der Schachtofen weist daher zur Kalzinierung des Materials vorzugsweise keine Einrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen auf.
• Optional weist der Schachtofen ein Verbrennungsaggregat auf, das mit dem Heißgaserzeuger, beispielsweise zusätzlich zu der elektrischen Energiequelle, zu Erhitzung des Gases verbunden ist. Beispielsweise umfasst der Schachtofen eine Mehrzahl von Brennerlanzen, die sich in den Brennschacht erstrecken und Brennstoff zur Verbrennung in den Schacht, insbesondere die Brennzone, leiten. Beispielsweise wird die zur Kalzinierung des Materials in der Brennzone benötigte Wärme zu einem Anteil von bis zu 20%, 30%, 40% 50% bis 90% über den elektrisch betriebenen Heißgaserzeuger der Brennzone zugeführt, wobei der verbleibende Anteil mittels Verbrennung von Brennstoff der Kalzinierung zugeführt wird. Der Schachtofen weist daher zur Kalzinierung des Materials vorzugsweise Einrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen, wie Brennerlanzen, auf. Beispielsweise sind die Heißgaserzeuger vollständig elektrisch betrieben, wobei zusätzlich Brennerlanzen zur Verbrennung von Brennstoff in dem Schacht oder an dem Schacht angeordneten Brennkammern vorgesehen sind. Den Brennerlanzen wird vorzugsweise ein Oxidationsmittel, wie reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereichertes Gas mit mindestens 40Vol% bis 90Vol%, vorzugswiese mindestens 60Vol% bis 80Vol%, Sauerstoff, zugeführt.
• Ein solcher elektrisch betriebener Heißgaserzeuger ermöglicht eine Reduzierung der Menge an CO₂, die der Schachtofen emittiert. Vorzugsweise resultiert der CO₂-Gehalt im Abgas ausschließlich aus der Kalzinierung des Materials.
• Bei dem Schachtofen handelt es sich beispielsweise um einen Schachtofen mit ausschließlich einem, zwei oder mehr Schächten. Ein Schachtofen mit zwei oder mehr Schächten wird auch als Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativschachtofen (GGR-Schachtofen) bezeichnet. Bei einem Verfahren zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, in einem GGR-Schachtofen mit zwei Schächten, werden die Schächte abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betrieben und sind mittels eines Verbindungskanals miteinander verbunden. Das Material strömt in dem GGR-Schachtofen durch einen Materialeinlass in eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des Materials zu einem Materialauslass, wobei ein Kühlgas in die Kühlzone eingelassen wird. Das Abgas wird vorzugsweise über einen Abgasauslass aus einem der Schächte, insbesondere dem Regenerativschacht, ausgelassen, wobei das über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassene Abgas zumindest teilweise in zumindest einen der Schächte, insbesondere den Brennschacht, eingeleitet wird. Der Verbindungskanal ist zur gastechnischen Verbindung der beiden Schächte ausgebildet und verbindet vorzugsweise die Brennzonen der Schächte miteinander. Im Betrieb des GGR-Schachtofens wird jeweils einer der Schächte als Brennschacht betrieben und ist aktiv, wobei der jeweils andere Schacht als Regenerativschacht betrieben wird und passiv ist. Der GGR-Schachtofen wird insbesondere zyklisch betrieben, wobei nach Ablauf der Zykluszeit die Funktion der Schächte getauscht wird. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend. In dem als Brennschacht betriebenen, aktiven Schacht wird das mittels des Heißgaserzeugers erhitzte Gas eingeleitet. Das zu brennende Material wird in der Vorwärmzone des Brennschachts vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 700°C erwärmt. In dem als Brennschacht betriebenen Schacht ist die Brennzone beispielsweise als Gleichstrombrennzone ausgebildet, wobei das zu brennende Material parallel zu dem Gas strömt. Das Gas strömt innerhalb des Brennschachts von der Vorwärmzone in die Brennzone und anschießend über den Verbindungskanal in die Brennzone und die Vorwärmzone des Regenerativschachts. In dem als Regenerativschacht betriebenen Schacht strömt das Gas in der Vorwärmzone und der Brennzone im Gegenstrom zu dem zu brennenden Material. Sowohl in dem Brennschacht als auch in dem Regenerativschacht wird Kühlgas, insbesondere Luft, im Gegenstrom zu dem zu kühlenden Material durch die Kühlzone geleitet und vorzugsweise vollständig über einen Kühlgasauslass einer Kühlluftabzugseinrichtung aus dem Schacht ausgelassen, sodass vorzugsweise kein Kühlgas von der Kühlzone in die Brennzone strömt.
• Die folgenden Ausführungen beziehen sich vorzugsweise auf einen Schachtofen mit nur einem oder mehr Schächten.
• Bei dem zu brennenden Material handelt es sich beispielsweise um Kalkstein oder Dolomitstein insbesondere mit einer Korngröße von 10 bis 200mm, vorzugsweise von 15 bis 120mm, höchstvorzugsweise 30 bis 100mm. Das Abgas weist vorzugsweise einen C02-Anteil von mindestens 35% bis 45%, vorzugsweise mindestens 90% auf, beispielsweise bezogen auf trockenes Gas.
• Der Materialeinass ist insbesondere an dem oberen Ende des Schachtes angeordnet. In Strömungsrichtung des Materials vor der Brennzone ist die Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials angeordnet. Die Vorwärmzone schließt sich vorzugsweise direkt an einen Materialeinlass des Materials in den Schachtofen an und dient der Vorwärmung des Materials auf eine Temperatur von etwa 600°C bis 800°C. Die Brennzone schließt sich vorzugsweise direkt an die Vorwärmzone an und dient dem Brennen, insbesondere Kalzinieren, des Materials, wobei dieses vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 900°C bis 1700°C, insbesondere 1200°C, erhitzt wird. Die Kühlzone schließt sich vorzugsweise direkt an die Brennzone an und dient der Kühlung des gebrannten Materials auf eine Temperatur von beispielsweise 100 °C. Der Materialauslass ist beispielsweise in einem sich an die Kühlzone anschließenden Auslasstrichter angeordnet, wobei der Materialauslass beispielsweise einen Drehteller oder Schubtische aufweist zum Austragen von Material aus der Kühlzone in den Auslasstrichter. Die Kühlluft wird vorzugsweise über einen Kühllufteinlass in die Kühlzone des Schachtofens eingeblasen.
• Der Materialeinlass und/ oder der Materialauslass ist/sind insbesondere als Schleuse zum Einlassen und/ oder Auslassen von Material in den Schachtofen ausgebildet. Ein als Schleuse ausgebildeter Materialeinlass ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass lediglich das zu brennende Rohmaterial in den Schacht gelangt, nicht aber die Umgebungsluft. Vorzugsweise ist die Schleuse derart ausgebildet, dass sie den Schacht luftdicht gegen die Umgebung abdichtet und einen Eintritt von Feststoffen, wie das zu brennende Gut, in den Schacht erlaubt.
• In dem Schacht, insbesondere bei einem Schachtofen mit nur einem Schacht, sind vorzugsweise eine oder mehrere Heißgaskammerebenen angeordnet, in denen materialfreie Räume, insbesondere Heißgaskammern, vorzugsweise umfangsmäßig um die Brennzone herum angeordnet sind. Die Heißgaserzeuger sind vorzugsweise als Heißgaskammern der Heißgaskammerebenen ausgebildet oder separat zu diesen angeordnet und gastechnisch mit diesen verbunden. Beispielsweise umfasst jede Heißgaskammerebene zumindest einen oder 2 bis 6 Heißgaserzeuger. Unter dem Begriff „materialfrei“ ist vorzugsweise „frei von Brenngut“ zu verstehen. Bei einem materialfreien Raum handelt es sich vorzugsweise um einen Raum, in dem kein zu brennendes Material vorhanden ist. Der materialfreie Raum weist insbesondere eine Mehrzahl von Gaseinlässen auf, über welche das rezirkulierte und erhitzte Abgas in die Brennzone eingelassen wird. Optional sind zwischen den Heißgaskammern einer Heißgaskammerebene zumindest eine als Seitenbrenner ausgebildete Brennerlanze vorgesehen, die sich in den Schacht, insbesondere die Brenne, erstreckt und zur Verbrennung von Brennstoff in dem Schacht ausgebildet ist. Optional weist der Schachtofen zwei Heißgaskammerebenen auf, die jeweils 2 bis 6 Heißgaserzeuger aufweisen. Vorzugsweise wird bis zu 1/3 der gesamten zur Kalzinierung benötigten Energie, insbesondere Wärme, der obere der beiden Heißgaskammerebenen zugeführt, wobei der unteren Heißgaskammerebene bis zu 2/ 3 der Energie, insbesondere Wärme, die insgesamt zur Kalzinierung benötigt wird, zugeführt wird.
• An den in der Vorwärmzone angeordneten Abgasauslass schließt sich vorzugsweise eine Abgasauslassleitung an zum Leiten des aus dem Schacht, insbesondere der Vorwärmzone, abgezogenen Abgases. Das aus der Vorwärmzone über den Abgasauslass abgeführte Abgas weist vorzugsweise eine Temperatur von etwa 400°C auf. Die Abgasauslassleitung weist beispielsweise in Strömungsrichtung des Abgases im Anschluss an den Abgasauslass einen Verdichter, insbesondere einen Ventilator, und einen Abgasfilter auf. Vorzugsweise schließt sich in Strömungsrichtung eine Kühleinrichtung, wie beispielsweise ein Wärmetauscher mit einer Wasserkühlung, an. Die Kühleinrichtung kühlt das Abgas vorzugsweise auf eine Temperatur von 30°C. Vorzugsweise wird ein Teilstrom des Abgases ausgeschleust und ein weiterer Teilstrom vorzugsweise über zumindest einen weiteren Ventilator oder Verdichter und einer Abgasleitung der Brennzone zugeführt.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform wird das über den Abgasauslass aus der Vorwärmzone des Schachts ausgelassene Abgas zumindest teilweise mittels des Heißgaserzeugers erhitzt und in die Brennzone geleitet. Vorzugsweise wird dem oder allen Heißgaserzeugern des Schachtofens ausschließlich Abgas der Vorwärmzone zugeführt. Beispielsweise wird das Abgas der Vorwärmzone teilweise aus dem Schachtofen abgeführt, der Brennzone und/ oder dem Heißgaserzeuger zugeführt. Das Zuführen von Abgas zu dem Heißgaserzeuger bietet eine energieeffiziente Möglichkeit der Abgasnutzung.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Abgas einen CO₂- Gehalt von mindestens 90Vol%, insbesondere mindestens 95Vol% bis vorzugsweise 99Vol% oder 100Vol% auf. Dies ermöglicht eine anschließende kostengünstige Verflüssigung und Speicherung des CO₂-reichen Abgases. Vorzugweise wird lediglich ein Teil des Abgases, beispielsweise etwa 20% bis 80%, insbesondere 50% der Brennzone wieder zugeführt, wobei der übrige Teil des Abgases aus dem Schachtofen abgeführt und beispielsweise für eine anschließenden Sequestierung in einem Speicher gespeichert wird.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform erhitzt der elektrisch betriebene Heißgaserzeuger das Gas, insbesondere das Abgas, außerhalb des zumindest einen Schachts, insbesondere außerhalb der Brennzone, Vorwärmzone und der Kühlzone des Schachts. Der Heißgaserzeuger ist vorzugsweise vollständig außerhalb aller Schächte des Schachtofens angeordnet. Insbesondere ist der Heißgaserzeuger gastechnisch mit zumindest einem Schacht verbunden. Vorzugsweise weist der Schachtofen eine Mehrzahl von Heißgaserzeugern auf, die auf unterschiedlichen Heißgaskammerebenen, insbesondere um die Brennzone herum angeordnet sind. Insbesondere sind alle Heißgaserzeuger außerhalb des zumindest einen Schachts angeordnet und mit dem Abgasauslass zumindest eines Schachts gastechnisch verbunden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Gas innerhalb des Heißgaserzeugers, insbesondere ausschließlich, mittels Plasma und/ oder einer elektrischen Widerstandsheizung aufgeheizt. Beispielsweise ist zusätzlich zu dem Plasma eine elektrische Widerstandsheizung vorgesehen, die zur Erhitzung des Gases innerhalb des Heißgaserzeugers ausgebildet und angeordnet ist. Die elektrische Widerstandsheizung und der Plasmagenerator sind vorzugsweise in Reihe zueinander geschaltet, sodass der Gasstrom mittels der elektrischen Widerstandsheizung vorzugsweise in einem ersten Schritt und anschließend mittels des Plasmas in einem zweiten Schritt erhitzt wird. Das Plasma wird vorzugsweise vollständig elektrisch mittels elektrischer Energie erzeugt. Vorzugsweise wird das Gas innerhalb des Heißgaserzeugers mittels des Plasmas auf eine Temperatur von 1100°C bis 1800°C, vorzugswiese 1200°C bis 1700°C, insbesondere 1300°C bis 1500°C erhitzt. Insbesondere weist jeder Heißgaserzeuger einen jeweiligen Plasmagenerator zur Erhitzung des Gases innerhalb des Heißgaserzeugers auf.
• Unter dem Begriff Plasma wird ein Gas verstanden, das einen physikalischer Zustand aufweist, bei dem das aus Atomen und/oder Molekülen bestehende Gas, durch Energiezufuhr, zumindest teilweise in ionisierter Form vorliegt. Ein Plasma umfasst negativ geladene Elektronen, positiv geladene Ionen und neutrale Teilchen. Die Anteile können je nach Art und Ionisierungsgrad des Plasmas variieren.
• Ein Plasmazustand wird technisch üblicherweise erreicht, indem das Gas durch ausreichend starke elektrische Felder geleitet wird, um eine Ionisation des Gases hervorzurufen. Das Plasma ist vorzugsweise durch eine oder mehrere der folgenden Plasmaerzeugungsverfahren hergestellt: Dielektrische Barriere Entladung (DBD), Mikrowellen (MW), Gleit-/Lichtbogen, Atmosphärendruck-Glimmentladungen, und/ oder Corona- und Funkenentladungen.
• Das Plasma ist vorzugsweise als ein Plasmastrahl oder eine Plasmazone oder ein mit Plasma gefüllter Raum ausgebildet.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Plasma, mittels eines nicht transferierten Gleichstromlichtbogens erzeugt. Dies ermöglicht das Erzeugen eines besonders energiereichen Plasmas, sodass das Gas innerhalb des Heißgaserzeugers auf einfache und energieeffiziente Weise auf eine Temperatur von bis zu 1700°C, insbesondere bis zu 1800°C erhitzt werden kann.
• Im Unterschied zu dem nicht transferierten Plasma erfolgt bei einem transferierten Plasma die Wärmeübertragung direkt auf den Feststoff der Elektrode. Durch den Widerstand, den der Strom in der Elektrode erfährt, wird diese aufgeheizt. Das nichttransferierte Plasma wird vorzugsweise dazu eingesetzt, um das Gas, insbesondere das rezirkulierte Abgas, zu erhitzen. Vorzugsweise wird das zu heizende Gas durch das Plasma geleitet, sodass es durch dieses hindurch strömt und dabei erhitzt wird.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Abgas zumindest teilweise mittels eines Injektors in Richtung des Heißgaserzeugers beschleunigt. Dies sorgt für eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Heißgasstroms innerhalb der Brennzone.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Umwälzgas aus der Brennzone abgeführt und mittels des Injektors zusammen mit dem Abgas in die Brennzone eingeführt. Vorzugsweise wird das Umwälzgas an dem unteren Bereich der Brennzone abgeführt und an einem oberen Bereich der Brennzone wieder eingeführt. Bei dem Injektor handelt es sich beispielsweise um eine Düse, die derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie den Gasstrom aus dem unteren Bereich der Brennzone ansaugt und in den oberen Bereich der Brennzone beschleunigt einführt. Dadurch wird vorzugsweise eine Gleichstrombrennzone innerhalb der Brennzone erzeugt, in welcher das erhitzte Gas in Gleichstrom mit dem zu brennenden Material strömt. Eine Gleichstrombrennzone sorgt für eine besonders gleichmäßige und vollständige Kalzinierung des Materials. Bei einem GGR-Schachtofen wird vorzugsweise ein Umwälzgas aus der Vorwärmzone oder der Brennzone des Brennschachts entnommen und der Vorwärmzone oder der Brennzone des Regenerativschachts wieder zugeführt, wobei das Umwälzgas insbesondere zumindest teilweise dem Injektor zugeführt wird.
• Die Erfindung umfasst auch einen Schachtofen zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material mit zumindest einem Schacht, aufweisend in Strömungsrichtung des Materials einen Materialeinlass, eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des Materials, eine Kühlzone zum Kühlen des gebrannten Materials, und einen Materialauslass zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen, wobei der Schachtofen einen Abgasauslass zum Auslassen von Abgas aus der Vorwärmzone eines Schachts aufweist, wobei der Schachtofen einen elektrisch betreibbaren Heißgaserzeuger aufweist, der zum Brennen des Materials gastechnisch mit der Brennzone verbunden ist. Vorzugsweise weist der Schachtofen eine Mehrzahl von elektrisch betriebenen Heißgaserzeugern auf. Der Schachtofen, insbesondere der zumindest eine Heißgaserzeuger, ist vorzugsweise derart ausgebildet und eingerichtet, dass die zum Kalzinieren des Materials in dem Schachtofen erforderliche Wärme vollständig durch den zumindest einen elektrisch betreibbaren Heißgaserzeuger der Brennzone zugeführt wird.
• Die mit Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausführungen treffen in vorrichtungsgemäßer Entsprechung ebenfalls auf den Schachtofen zu.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Abgasauslass zur Rückführung des Abgases mit dem Heißgaserzeuger und der Brennzone verbunden, sodass das Abgas von dem Heißgaserzeuger erwärmt und in die Brennzone eingeleitet wird.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Heißgaserzeuger, insbesondere vollständig, außerhalb des zumindest einen Schachts, insbesondere aller Schächte, des Schachtofens angeordnet.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Heißgaserzeuger einen elektrisch betreibbaren Plasmagenerator und/ oder eine elektrische Widerstandsheizung, der zur Erhitzung des Gases innerhalb des Heißgaserzeuger ausgebildet und eingerichtet ist. Vorzugsweise ist der Plasmagenerator derart angeordnet, dass der mittels des Plasmagenerators erzeugte Plasmas das rezirkulierte Abgas innerhalb des Heißgaserzeugers erhitzt. Bei dem Plasmagenerator handelt es sich vorzugsweise um einen Plasmagenerator, der dazu ausgebildet ist, das Plasma mittels Dielektrische Barriere Entladung (DBD), Mikrowellen (MW), Gleit-/Lichtbogen, Atmosphärendruck-Glimmentladungen, und/ oder Corona- und/ oder Funkenentladungen zu erzeugen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Plasmagenerator ein nicht transferierter Gleichstromplasmagenerator, der dazu ausgebildet ist, das Plasma mittels eines nicht transferierten Gleichstromlichtbogens zu erzeugen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schachtofen einen Injektor, der mit der Abgasleitung und dem Heißgaserzeuger gastechnisch verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass er das Abgas in Richtung des Heißgaserzeugers beschleunigt.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schachtofen eine Umwälzeinrichtung zum Umwälzen von Umwälzgas innerhalb der Brennzone auf, wobei die Umwälzeinrichtung mit dem Injektor gastechnisch verbunden ist, sodass das Abgas zumindest teilweise zusammen mit dem Umwälzgas in die Brennzone eingeführt wird.
• Eine solche Umwälzeinrichtung bietet den Vorteil, dass innerhalb der Brennzone eine Gleichstrombrennzone ausgebildet wird, in welcher das zu brennende Material und das Gas in die gleiche Richtung, nämlich von oben nach unten, durch den Schacht strömen.
• Bei einer Umwälzung von Umwälzgas innerhalb eines Teils der Brennzone wird eine Kalzinierung des Material bei geringen Temperaturen von etwa 900°C bis 1100°C ermöglicht, wodurch das fertige Brenngut eine hohe Reaktivität erhält, wie sie beispielsweise für Anwendungen in Stahlwerken gefordert wird.
• Bei dem Umwälzgas handelt es sich vorzugsweise um Gas der Brennzone, insbesondere dem unteren, an die Kühlzone angrenzenden Bereich der Brennzone. Das Umwälzgas besteht im Wesentlichen aus CO₂, insbesondere, da kein Kühlgas aus der Kühlzone in die Brennzone gelangt. Vorzugsweise weist die Brennzone in Strömungsrichtung des Materials eine Gegenstrombrennzone und eine sich daran direkt anschließende Gleichstrombrennzone auf. Das Umwälzgas wird vorzugsweise ausschließlich der Gleichstrombrennzone entnommen und insbesondere ausschließlich der Gleichstrombrennzone wieder zugeführt.
• Die Umwälzgaseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie das Umwälzgas außerhalb des Schachtes, insbesondere außerhalb der Brennzone, von dem Umwälzgasauslass hin zu dem Umwälzgaseinlass beschleunigt. Insbesondere ist die Umwälzgaseinrichtung derart ausgebildet, dass sie an dem Umwälzgasauslass einen Unterdruck erzeugt.
• Alternativ, insbesondere bei einem als Ringschachtofen ausgebildeten Schachtofen, umfasst die Umwälzeinrichtung einen beispielhaft konzentrisch zu dem Schacht und innerhalb dessen angeordneten Innenzylinder. Der Innenzylinder ist beispielsweise innerhalb der Brennzone angeordnet und erstreckt sich von der Gleichstrombrennzone in die Gegenstrombrennzone und vorzugsweise bis in die Vorwärmzone oder insbesondere bis an die Grenze zwischen der Vorwärmzone und der Brennzone und über einen oder eine Mehrzahl von Auslässen durch die Schachtwand aus dem Schacht hinaus. Der Umwälzgasauslass ist vorzugsweise im Innenzylinder innerhalb der Gleichstrombrennzone ausgebildet und dient zum Einlassen von Gas der Gleichstrombrennzone in den Innenzylinder. Über den Umwälzgasauslass wird das Umwälzgas aus der Gleichstrombrennzone ausgelassen und dem Umwälzgaseinlass zum Einlassen des Umwälzgases in die Brennzone über die Umwälzeinrichtung zugeführt.
• Der Injektor ist insbesondere zum Beschleunigen des Umwälzgases in Richtung des Umwälzgaseinlasses in die Brennzone ausgebildet und angeordnet. Der Injektor weist vorzugsweise eine Querschnittsverengung auf oder ist insbesondere düsenförmig ausgebildet. Eine Beschleunigung des Umwälzgases sorgt für einen Unterdruck an dem Umwälzgasauslass, sodass sich innerhalb der Brennzone eine Gasströmung in Richtung des Umwälzgasauslasses ausbildet. Diese Gasströmung erzeugt die Gleichstrombrennzone zwischen dem Umwälzgaseinlass und dem Umwälzgasauslass. Vorzugsweise weist das Gas innerhalb der Gleichstrombrennzone eine Temperatur von etwa 900°C bis 1200°C oder bis zu 1800°C, insbesondere bis zu 1700°C auf. Die Kalzinierung des Materials in der Gegenstrombrennzone und die anschließende weitere Kalzinierung in der Gleichstrombrennzone ermöglicht die Herstellung von hochreaktivem Branntkalk.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Umwälzeinrichtung über eine Abgasleitung mit dem Abgasauslass verbunden, sodass das Abgas zumindest teilweise zusammen mit dem Umwälzgas in die Brennzone eingeführt wird.
• Die Abgasleitung ist beispielsweise mit einem Wärmetauscher zur Erwärmung des Abgases verbunden. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise mit der Kühlgasabzugseinrichtung verbunden, sodass das Abgas in dem Wärmetauscher insbesondere im Gegenstrom zu der abgezogenen Kühlluft erwärmt wird. Vorzugsweise wird das Abgas in dem Wärmetauscher auf eine Temperatur von etwa 400°C bis 700°C, insbesondere 500°C erwärmt.
• Optional weist die Brennzone einen Gaseinlass zum Einlassen von über den Abgasauslass abgeführten Abgases in die Brennzone auf. Der Gaseinlass ist vorzugsweise separat zu dem Umwälzgaseinlass in der Brennzone angeordnet.
• Der Schachtofen weist vorzugswiese eine Kühlgasabzugseinrichtung zum Auslassen von Kühlluft aus dem Schacht auf. Die Kühlgasabzugseinrichtung ist beispielsweise als materialfreier Raum in der Kühlzone ausgebildet, wobei der materialfreie Raum beispielswiese seitlich, radial auswärts des Schachts oder Ringraum um die Kühlzone herum ausgebildet. Die Kühlgasabzugseinrichtung ist optional als Innenzylinder innerhalb der Kühlzone ausgebildet. Der Innenzylinder erstreckt sich vorzugsweise vollständig oder teilweise mittig durch die Kühlzone, sodass die Kühlzone vollständig oder teilweise als Ringschacht ausgebildet ist. Die Kühlluft der Kühlzone wird vorzugsweise vollständig über die Kühlgasabzugseinrichtung aus dem Schacht ausgelassen, sodass keine Kühlluft in die Brennzone gelangt.
• Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
• 1 zeigt zwei schematische Darstellungen eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht und einer um 90° gedrehten Längsschnittansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
• 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
• 4 zeigt eine schematische Darstellung eines GGR-Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
• 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
• 1 zeigt einen Schachtofen 1 in zwei Ansichten, wobei der dargestellte Schachtofen 1 vorzugsweise bei geringeren Produktionsleistungen von beispielweise 250t/d eingesetzt wird. Der Schachtofen 1 zum Brennen von körnigem Material umfasst einen Schacht 2, der sich vorzugsweise in vertikaler Richtung erstreckt und beispielsweise einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist. Beispielsweise weist der Schacht 2 einen runden, insbesondere kreisförmigen, oder eckigen, insbesondere viereckigen Querschnitt auf. Der Schacht 2 ist von einer Schachtwand umgeben, die beispielsweise aus Stahl mit einer sich daran anschließenden gemauerten, feuerfesten Innenwand ausgebildet ist. Der Schacht 2 weist an seinem oberen Ende einen Materialeinlass 3 auf, der beispielsweise als obere Öffnung des Schachts 2 und insbesondere als Schleuse 3 ausgebildet ist und sich vorzugsweise über den gesamten oder einen Teil des Querschnitts des Schachts 2 erstreckt. Der Materialeinlass 3 dient dem Einlassen von zu brennenden Material in den Schachtofen 1. Ein als Schleuse 3 ausgebildeter Materialeinlass ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass lediglich das zu brennende Rohmaterial in den Schacht 2 gelangt, nicht aber die Umgebungsluft. Vorzugsweise ist die Schleuse 3 derart ausgebildet, dass sie den Schacht 2 luftdicht gegen die Umgebung abdichtet und einen Eintritt von Feststoffen, wie das zu brennende Gut, in den Schacht erlaubt.
• Der Schacht 2 weist in einem oberen Bereich einen Abgasauslass 19 zum Abführen von Ofenabgas aus dem Schacht 2 auf. Das Abgas wird aus dem Abgasauslass 19 in eine Abgasauslassleitung 39 geführt. Innerhalb des Schachts 2 wird das zu brennende Material schwerkraftbedingt von oben nach unten durch den Schacht 2 gefördert, wobei der Schacht 2 in Förderrichtung des Materials eine Vorwärmzone 21 zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone 20 zum Brennen des Materials und eine Kühlzone 22 zum Kühlen des gebrannten Materials aufweist. Die Vorwärmzone 21 erstreckt sich vorzugsweise von dem Materialeinlass 3 zu der Brennzone 20 und dient der Vorwärmung des Materials vor dem Brennen. In der Brennzone 20 findet im Unterschied zur Vorwärmzone 21 ein Brennen, insbesondere Kalzinieren, vorzugsweise durch eine Entsäuerung, des Materials statt.
• Der Schachtofen 1 weist beispielhaft vier materialfreie Räume 16, 48, 49, 55 auf, die an dem Schacht 2 angeordnet sind, wobei sich ein in Strömungsrichtung des Materials erster materialfreier Raum 16 an der Brennzone 20, insbesondere an dem Übergang zwischen der Brennzone 20 und der Vorwärmzone 21 befindet. Der Schachtofen 1 weist einen zweiten materialfreien Raum 55 an der Brennzone 20 und einen dritten materialfreien Raum 48 stromabwärts am unteren Bereich der Brennzone 20 auf. Ein vierter materialfreier Raum 49 ist an der Kühlzone 22 angeordnet. Der Schacht 2 erstreckt sich beispielhaft in vier parallel zueinander versetzten, vertikalen Abschnitten, wobei die materialfreien Räume 16, 48, 49, 55 jeweils lokale Querschnittsvergrößerungen des Schachtes 2 darstellen, in welche das Material schwerkraftbedingt nicht einströmt. Die materialfreien Räume 16, 48, 49, 55 erstrecken sich beispielhaft radial nach außen und sind durch eine sich von oben vertikal zwischen den materialfreien Raum 16, 48, 49, 55 und dem Schacht 2 erstreckende Wand teilweise von dem Schacht 2 getrennt.
• Der erste materialfreie Raum 16 weist einen Gasauslass 12 zum Auslassen von Abgas aus der Brennzone 20 auf. Der zweite materialfreie Raum 55 in der Brennzone 20 weist beispielhaft ein Gaseinlass 15 zum Einlassen von aus dem Abgasauslass 19 aus dem Schacht 2 abgeführten Abgas in die Brennzone 20 auf. Des Weiteren weist der zweite materialfreie Raum 55 optional einen Umwälzgaseinlass 17 auf zum Einlassen eines Umwälzgases aus der Brennzone 20. Der dritte materialfreie Raum 48 weist optional einen Umwälzgasauslass 18 zum Auslass des Umwälzgases aus der Brennzone 20 auf. Der vierte materialfreie Raum 49 ist vorzugsweise als Kühlgasabzugseinrichtung ausgebildet und weist beispielhaft einen Kühlgasauslass 36 zum Auslassen von Kühlluft über eine mit dem Kühlgasauslass 36 verbundene Kühlluftabzugsleitung 11 auf.
• Bei dem Umwälzgas handelt es sich um Gas, das innerhalb der Brennzone 20 zirkuliert wird. Vorzugsweise wird Gas aus der Brennzone 20 über den Umwälzgasauslass 18 abgezogen und dem Umwälzgaseinlass 17 wieder zugeführt. Zwischen dem Umwälzgasauslass 18 und dem Umwälzgaseinlass 17 ist eine Umwälzeinrichtung 54 angeordnet, mittels welcher das Umwälzgas von dem Umwälzgasauslass 18 zu dem Umwälzgaseinlass 17 beschleunigt wird. Der Umwälzgasauslass 18 ist in Strömungsrichtung des zu brennenden Materials hinter dem Umwälzgaseinlass 17 angeordnet. Vorzugsweise ist an dem Umwälzgasauslass 18 ein Unterdruck ausgebildet, sodass das Umwälzgas innerhalb der Brennzone 20 in Richtung des Umwälzgasauslasses 18 beaufschlagt wird. Das in die Brennzone 20 über den Umwälzgaseinlass 17 eintretende Umwälzgas strömt teilweise entgegen der Strömungsrichtung des zu brennenden Materials in Richtung der Vorwärmzone 21 und teilweise im Gleichstrom mit dem Material in Richtung des Umwälzgasauslasses 18. Innerhalb der Brennzone 20 bildet sich vorzugsweise zwischen dem Umwälzgaseinlass 17 und dem Umwälzgasauslass 18 eine Gleichstrombrennzone 24 aus. Vorzugsweise ist in Strömungsrichtung des Materials vor dem Umwälzgaseinlass 17 eine Gegenstrombrennzone 23 ausgebildet. Die Gegenstrombrennzone 23 der Brennzone 20 ist vorzugsweise ausschließlich zwischen dem Umwälzgaseinlass 17 und der Vorwärmzone 21 ausgebildet.
• Die Umwälzgaseinrichtung 54 umfasst beispielsweise einen Injektor 57, der vorzugsweise als Düse ausgebildet ist. Mittels des Injektors 57 wird das Umwälzgas in Richtung des Umwälzgaseinlasses 17 beschleunigt, wobei der Unterdruck an dem Umwälzgasauslass 18 ausgebildet wird und vorzugsweise einstellbar ist.
• Am unteren Ende des Schachts 2 ist ein Materialauslass 40 zum Abführen des gebrannten Materials angeordnet. Bei dem Materialauslass 40 handelt es sich beispielsweise um eine wie mit Bezug auf den Materialeinlass 3 beschriebene Schleuse. An die Kühlzone 22 schließt sich In Materialförderrichtung ein Auslasstrichter 25, insbesondere ein unterer Materialbunker, an, der in dem Materialauslass 40 zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen 1 mündet. In dem Auslasstrichter 25 ist beispielhaft eine Austragsvorrichtung 41 angeordnet, die dem Auslassen von Material aus der Kühlzone 22 des Schachtofens 1 in den Auslasstrichter 25 dient. Bei der Austragsvorrichtung 41 handelt es sich beispielsweise um einen Drehteller oder Schubtische.
• Der Schachtofen 1 weist einen oder mehrere Kühllufteinlässe 7 zum Einbringen von Kühlluft in den Schachtofen 1 auf. Beispielhaft ist in dem Schachtofen 1 der 1 ein Kühllufteinlass 7 angeordnet, der Kühlluft in den Auslasstrichter 25 einleitet. Vorzugsweise wird die Kühlluft mit einem Druck von bis zu 500 mbar in den Auslasstrichter 25 mittels eines Kühlluftverdichters 26 eingeblasen.
• Das Material strömt Im Betrieb des Schachtofens 1 im Wesentlichen schwerkraftbedingt durch den Schacht 2 und wird im Gegenstrom oder teilweise im Gleichstrom thermisch behandelt.
• Im Betrieb des Schachtofens 1 bildet sich in der Brennzone 20 des Schachts 2 eine Materialsäule mit dem über die Materialaufgabe 3 zugeführten Gut aus, wobei das Gut durch Schwerkraft nach unten wandert und im Bereich der Kühlzone 22 über den Materialauslass 40 als kalziniertes Produkt, beispielweise Branntkalk, abgezogen wird. Das Gut füllt dabei die Brennzone 20 vorzugsweise über den gesamten vorzugsweise eckigen Querschnitt und die Kühlzone 22 aus. Das Kühlgas durchströmt die Materialschüttung und gelangt in den vierten materialfreien Raum 49, insbesondere die Kühlgasabzugseinrichtung. Vorzugsweise wird über die Kühlgasabzugseinrichtung ausschließlich Kühlgas und kein Abgas der Brennzone 20 aus dem Schacht 2 ausgelassen. Insbesondere strömt das Kühlgas durch die Kühlzone 22 und anschließend in die Kühlgasabzugseinrichtung, sodass das Kühlgas vollständig über die Kühlgasabzugseinrichtung aus dem Schacht ausgelassen wird und nicht die Brennzone 20 gelangt.
• Der vierte materialfreie Raum 49 ist vorzugsweise über die Kühlluftabzugsleitung 11 mit einem Regelorgan 46 in Form von beispielsweise einer Klappe verbunden zur Regelung der Menge an Gas, das durch den vierten materialfreien Raum 49, insbesondere die sich daran anschließende Kühlluftabzugsleitung 11 strömt.
• Der Abgasauslass 19 zum Abführen des Abgases aus der Vorwärmzone 21 ist vorzugsweise über die Abgasauslassleitung 39 mit einem Abgasfilter 31 zur Entstaubung des Abgases und optional mit einer Kühleinrichtung 32, zur Kühlung des heißen Abgases verbunden, die beispielhaft als Wärmetauscher ausgebildet ist. Über die Abgasauslassleitung 39 wird zumindest teilweise oder vollständig das Abgas der Brennzone 20 aus dem Schacht 2 abgeführt. Das vor oder nach der Kühleinrichtung 32 abgeführte Abgas weist vorzugsweise einen hohen CO₂-Anteil, von mindestens 90, insbesondere mindestens 95Vol% oder mehr, vorzugsweise bis zu 100Vol%, auf und kann beispielsweise einer Sequestrierung und/ oder einer weiteren industriellen Verwertung, wie beispielsweise der Herstellung von Soda, Zucker oder gefälltem Calciumcarbonat, zugeführt werden.
• Das gekühlte Abgas wird vorzugsweise teilweise abgeführt und teilweise, vorzugsweise stromabwärts der Kühleinrichtung 32, über eine Treibgasleitung 43 als Treibgas zu der Umwälzeinrichtung 54 geführt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Verbindung der Treibgasleitung 43 mit der Umwälzeinrichtung 54 lediglich für die linke Ansicht des Schachtofens 1 dargestellt. Die Treibgasleitung 43 ist vorzugsweise mit dem Injektor 57 verbunden, sodass das Treibgas unterhalb oder auf dem Höhenniveau des Umwälzgasauslasses 18 in den Injektor 57 eingeführt wird.
• Optional ist die Treibgasleitung 43 mit einem Wärmetauscher 35 verbunden, wobei der Wärmetauscher 35 mit dem Kühlgasauslass 36 verbunden ist, sodass das Treibgas 43 vor dem Eintritt in die Umwälzeinrichtung 54 im Gegenstrom mit der abgezogenen Kühlluft erwärmt wird.
• In dem zweiten materialfreien Raum 55 ist optional ein Heißgaserzeuger 10 angeordnet. Der Heißgaserzeuger 10 ist insbesondere mit der Treibgasleitung 43, zur Zuführung von Abgas zu dem Heißgaserzeuger 10 verbunden. Beispielsweise wird ein Teil des mittels der Abgasauslassleitung 39 abgeführten Abgases über den Heißgaserzeuger 10 und/ oder den Gaseinlass 15 in die Brennzone 20 eingeführt. Dieses rezirkulierte Abgas wird vorzugsweise stromaufwärts der Kühleinrichtung 32 und stromabwärts des Abgasfilters 31 abgezweigt. Der Heißgaserzeuger 10 ist optional zumindest teilweise in der Schachtwand und vorzugsweise vollständig außerhalb des Schachts 2 angeordnet.
• Die Kühlluftabzugsleitung 11 ist insbesondere mit dem Wärmetauscher 35 und im Anschluss daran optional mit einem Filter 50 verbunden, sodass die über den vierten materialfreien Raum 49 abgezogene Kühlluft gekühlt und entstaubt wird. Zur weiteren Kühlung der abgezogenen Kühlluft wird optional ein Kühlmittel, wie Luft mit der abgezogenen Kühlluft vermischt, vorzugsweise vor dem Eintritt in den Wärmetauscher 35. In Strömungsrichtung der abgezogenen Kühlluft ist optional vor dem Regelorgan 46 ein Filter zur Staubabscheidung angeordnet. In der Kühlgasabzugsleitung 11 sind somit nacheinander der Wärmetauscher 35, das Regelorgan 46 und optional ein Filter 50 vor oder nach dem Regelorgan 46 angeordnet.
• Beispielhaft wird das über den ersten materialfreie Raum 16 aus der Brennzone 20 abgeführte Gas in einen zweiten Wärmetauscher 52 und anschließend in die Brennzone 20 geleitet. Der Schachtofen 1 weist beispielhaft zwei Wärmetauscher 35 und 52 auf, denen jeweils ein Teil des über den Abgasauslass 19 abgezogenen Abgases zur Erwärmung zugeführt wird. Die Menge der Abgasteilströme wird vorzugsweise über Regeleirichtungen, wie beispielsweise eine Klappe oder ein Ventil, in der Abgasauslassleitung 39 eingestellt. Die Wärmetauscher 35 und 52 sind vorzugsweise parallel zueinander geschaltet.
• Die Erwärmung des Teilstroms des Abgases erfolgt in dem Wärmetauschern 52 mit dem über den ersten materialfreien Raum 16 abgezogenen Gas und in dem anderen Wärmetauscher 35 mit dem über den vierten materialfreie Raum 49 abgezogenen Kühlgases jeweils im Gegenstrom. Der in dem Wärmetauscher 52 mittels des aus der Brennzone 20 abgezogenen Gases erwärmte Abgasteilstrom wird mit dem in dem Wärmetauscher 35 mittels des aus der Kühlzone 22 abgezogenen Gases erwärmten Abgasteilstrom zusammengeführt und ich die Brennzone 20 eingeleitet.
• Vor dem Einlassen des abgezogenen Abgases in die Brennzone 20, insbesondere in den Gaseinlass 15 des zweiten materialfreien Raums 55 oder den Heißgaserzeuger 10, wird das Abgas mittels des Wärmetauschers 35, 52 auf eine Temperatur von etwa 500°C bis 800°C erwärmt.
• Der Heißgaserzeuger 10 der 1 umfasst beispielhaft einen Plasmagenerator und/ oder eine Widerstandsheizung 63, sodass der Plasmagenerator 63 das Abgas innerhalb des Heißgaserzeugers 10 mittels eines Plasmas, insbesondere eines Plasmastrahls oder eines Plasmaraums, erhitzt. Bei dem Plasmagenerator 63 handelt es sich vorzugsweise um einen nicht transferierten Gleichstromplasmagenerator, der dazu ausgebildet ist, das Plasmamittels eines nicht transferierten Gleichstromlichtbogens zu erzeugen. Der Plasmagenerator 63 wird vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig elektrisch betrieben. Der Plasmagenerator 63 ist insbesondere außerhalb des Schachts 2 angeordnet. Beispielsweise umfasst jeder Heißgaserzeuger genau einen Plasmagenerator.
• 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, der größtenteils dem der 1 entspricht und wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Schachtofen 1 wird vorzugsweise zum Erreichen von hohen Durchsatzleistungen wie beispielsweise 500t/d verwendet mit dem Unterschied zu dem Schachtofen der 1, dass der Schachtofen 1 der 2 als Ringschachtofen ausgebildet ist. Beispielhaft erfolgt der Abzug des Abgases über einen materialfreien Ringspalt 37. Im Unterschied zu der 1 sind in der Brennzone 20 des Schachts 2 der zweite und der dritte materialfreie Raum jeweils vorzugsweise als Heißgaskammerebene 8, 9 ausgebildet, wobei in jeder Heißgaskammerebene 8, 9 zumindest eine Heißgaskammer angeordnet ist. In 2 sind beispielhaft zwei Heißgaskammerebenen 8, 9 an dem Schacht 2 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass leidglich eine Heißgaskammerebene 8, 9 oder mehr als zwei Heißgaskammerebene vorhanden sind.
• Beispielhaft ist der Heißgaserzeuger 10 als Heißgaskammer ausgebildet. Beispielhaft weist jede Heißgaskammerebene 8, 9 sechs Heißgaserzeuger 10 auf. Der Heißgaserzeuger 10 umfasst optional zumindest eine Lanze, insbesondere eine Düse, die sich im Wesentlichen horizontal erstreckt. Die Heißgaserzeuger 10 weisen jeweils einen Gaseinlass zum Einlassen von rezierkuliertem Abgas auf. Die Abgasauslassleitung 39 ist vorzugsweise wie mit Bezug auf die vorangehende Figur ausgebildet, sodass ein Teil des Abgases als Treibgas über die Treibgasleitung 43 abgezweigt und vorzugsweise über den Wärmetaucher 35 dem Injektor 57, insbesondere dem Heißgaserzeuger 10 der Umwälzeinrichtung 54 zugeführt wird. Die Heißgaserzeuger 10 umfassen beispielhaft jeweils einen Plasmagenerator 63 zur Erhitzung des Abgases in dem Heißgaserzeuger 10. Bei dem Plasmagenerator 63 handelt es sich vorzugsweise um den mit Bezug auf 1 beschriebenen Plasmagenerator 63.
• Vorzugsweise bildet sich innerhalb der Brennzone 20 eine Gegenstrombrennzone 23 aus, in welcher das Material entgegen der Gasströmung durch den Schacht 2 strömt. Die Gegenstrombrennzone 23 bildet sich beispielhaft oberhalb der unteren Heißgaskammerebene 9 aus. Zusätzlich bildet sich innerhalb der Brennzone 20 eine Gleichstrombrennzone 24 aus, in welcher die Gasströmung in gleicher Richtung zu der Materialströmung durch den Schacht 2 verläuft. Die Gleichstrombrennzone 24 ist beispielhaft unterhalb der unteren Heißgaskammerebene 9 ausgebildet. Die Anordnung der Gleichstrombrennzone 24 und der Gegenstrombrennzone kann je nach Fließgeschwindigkeit des Materials und der Gasströmung variieren, wobei die Gegenstrombrennzone 23 vorzugsweise immer oberhalb der Gleichstrombrennzone 24 ausgebildet ist.
• Der Schachtofen 1 der 2 weist, insbesondere zur Ausbildung der Gleichstrombrennzone 24, eine Umwälzeinrichtung 54 zum Umwälzen eines Umwälzgases in der Brennzone 20 auf. Die Umwälzeinrichtung 54 umfasst einen beispielhaft konzentrisch zu dem Schacht 2 und innerhalb dessen angeordneten Innenzylinder 58. Der Innenzylinder 58 ist innerhalb der Brennzone 20 angeordnet und erstreckt sich von der Gleichstrombrennzone 24 in die Gegenstrombrennzone 23 und vorzugsweise bis in die Vorwärmzone 21 oder insbesondere bis an die Grenze zwischen der Vorwärmzone 21 und der Brennzone 20 und über einen oder eine Mehrzahl von Auslässen 59 durch die Schachtwand aus dem Schacht 2 hinaus.
• Der Innenzylinder 58 erstreckt sich durch den Schacht 2 beispielsweise bis zu dem Gasauslass zum Auslassen des Gases aus dem Schacht 2 oder über diesen hinaus. In der Gleichstrombrennzone 24 weist der Innenzylinder einen Gaseinlass zum Einlassen von Gas der Gleichstrombrennzone 24 in den Innenzylinder 58 auf. Der Gaseinlass weist die Funktion des Umwälzgasauslasses 18, wie mit Bezug auf die vorangehende Figur beschrieben auf. Über den Umwälzgasauslass 18 wird das Umwälzgas aus der Brennzone 20, insbesondere der Gleichstrombrennzone 24 ausgelassen und dem Umwälzgaseinlass 17 zum Einlassen des Umwälzgases in die Brennzone 20 über den Injektor 57 zugeführt. Der Gasauslass ist vorzugsweise auf dem Höhenniveau der Brennzone 20 angeordnet. Vorzugsweise ist die Brennzone 20 des Schachts 2 zumindest teilweise oder vollständig als Ringraum ausgebildet, der konzentrisch zu Innenzylinder 58 der Umwälzeinrichtung 54 angeordnet ist. Der Innenzylinder 58 ist mit dem Injektor 57 verbunden, sodass das über den Innenzylinder 58 abgezogene Umwälzgas in den Injektor 57 strömt. Die Umwälzeinrichtung 54 erzeugt einen Unterdruck an dem Umwälzgasauslass 18, sodass das Umwälzgas innerhalb der Brennzone 20 von dem Umwälzgaseinlass 17 zu dem Umwälzgasauslass 18 strömt und die Gleichstrombrennzone 24 ausbildet.
• Zur Kühlung des Innenzylinders 58 weist der Schacht 2 vorzugsweise einen Kühllufteinlass auf, durch welchen Kühlluft oberhalb der Austragsvorrichtung 41 mittels eines Kühlluftverdichters 27 in eine Kühlluftleitung 47 eingeleitet wird. Die Kühlluftleitung 47 erstreckt sich vorzugsweise entlang des Innenzylinders 58, insbesondere entlang der Außenwand des Innenzylinders 58 und wird zum Wärmetauscher 45 geleitet. Der Innenzylinder 58 ist insbesondere nach oben geschlossen, sodass kein zu brennendes Material in den Innenzylinder 58 eintritt. Die Brennzone 20 weist insbesondere einen kreisringförmigen Querschnitt auf.
• Der Schachtofen 1 der 2 weist beispielhaft eine Kühlluftabzugseinrichtung 29 auf, die einen unteren Innenzylinder 53 mit einem Kühlgasauslass 36 aufweist. Der untere Innenzylinder 53 ist unterhalb des Innenzylinders 58 der Umwälzeinrichtung 54 angeordnet und erstreckt sich, insbesondere vollständig, durch die Kühlzone 22. Der untere Innenzylinder 53 weist einen Gaseinlass zum Einlassen der Kühlluft in den unteren Innenzylinder 53 auf, wobei der Gaseinlass oberhalb des Kühlgasauslasses 36 angeordnet ist.
• Über den Kühlgasauslass 36 wird mittels der Kühlluftabzugsleitung 11 vorzugsweise die gesamte durch die Kühlzone 22 strömende Kühlluft abgezogen und dem Wärmetauscher 35 zur Erwärmung des rezirkulierten Abgases zugeführt. Stromabwärts des Wärmetauschers 35 wird die Kühlluft mittels eines Filters 50 entstaubt und abgeführt. Die Menge an abzuziehender Kühlluft ist über das Regelorgan 46, wie mit Bezug auf 1 beschrieben einstellbar.
• Der Schachtofen 1 weist des Weiteren optional einen oberen Innenzylinder 6 auf, der sich von der Brennzone 20 zumindest teilweise durch die Vorwärmzone 21 erstreckt und oberhalb der Kühlgasabzugseinrichtung 29 angeordnet ist. Der obere Innenzylinder 6 weist einen Auslass 12 zum Auslassen von Gas aus dem Schacht 2 auf. Im Betrieb des Schachtofens 1 dient der obere Innenzylinder 6 einer Vergleichmäßigung des Materialflusses innerhalb der Vorwärmzone 21 und erfüllt die Funktion des ersten materialfreien Raums 16, wie mit Bezug auf die vorangehenden Figuren beschrieben. Über den oberen Innenzylinder 6 wird Gas aus der Brennzone 20, insbesondere der Gegenstrombrennzone 23 aus dem Schacht 2 über den Gasauslass 12 abgeführt und vorzugsweise dem Wärmetauscher 52 zur Erwärmung des rezirkulierten Abgases vor dem Eintritt in die Brennzone 20 zugeführt. Vorzugsweise ist in der Vorwärmzone 21 ein Kühllufteinlass zum Kühlen des oberen Innenzylinders 6 angeordnet. Durch den Kühllufteinlass strömt vorzugsweise mittels eines Ventilators beschleunigte Kühlluft in eine um die Vorwärmzone 21 herum angeordnete Ringleitung und/ oder eine zumindest teilweise innerhalb des oberen Innenzylinders 6 angebrachte Kühlluftleitung. Die Kühlluft wird beispielhaft mittels der Kühlluftleitung 47 und den Ventilator 27 zugeführt.
• Der Schachtofen 1 der 3 entspricht im Wesentlichen dem der 2 mit dem Unterschied, dass der Schachtofen 1 der 3 einen weiteren, vorzugsweise dritten Heißgaserzeuger 10 aufweist, der beispielhaft an dem Injektor 57 angeordnet ist. Der Heißgaserzeuger 10 ist vorzugsweise mit der Abgasleitung 43 und dem Gasauslass des Innenzylinders 58 verbunden, sodass dem Heißgaserzeuger rezirkuliertes Abgas und Umwälzgas zugeführt wird. Der beispielhaft als Lanze ausgebildete Heißgaserzeuger 10 weist vorzugsweise in axialer Richtung des Schachts 2 in Richtung der unteren Heißgaskammerebene 9. Die Heißgaserzeuger 10 umfassen beispielhaft jeweils einen Plasmagenerator 63 zur Erhitzung des Abgases in dem Heißgaserzeuger 10. Bei dem Plasmagenerator 63 handelt es sich vorzugsweise um den mit Bezug auf 1 beschriebenen Plasmagenerator und/ oder die elektrische Widerstandsheizung 63. Beispielhaft weist der Schachtofen 1 der 3 drei Plasmageneratoren 63 auf.
• 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, wobei der Schachtofen 1 als Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativschachtofen (GGR-Schachtofen) ausgebildet ist. Der GGR-Schachtofen 1 weist zwei parallele und vertikal ausgerichtete Schächte 2 auf. Die Schächte 2 des GGR-Schachtofens 1 sind im Wesentlichen identisch aufgebaut, sodass in 4 lediglich einer der beiden Schächte 2 mit Bezugszeichen versehen ist und im Folgenden der Einfachheit halber lediglich einer der beiden Schächte 2 beschrieben ist. Jeder Schacht 2 weist jeweils einen Materialeinlass 3 auf zum Einlassen von zu brennenden Material in den jeweiligen Schacht 2 des GGR-Schachtofens 1. Bei dem zu brennenden Material handelt es sich, wie bei dem Schachtofen der 1 bis 3, insbesondere um Kalkstein und/ oder Dolomitstein vorzugsweise mit einer Korngröße von 10 bis 200mm, vorzugsweise von 15 bis 120mm, höchstvorzugsweise 30 bis 100mm. Die Materialeinlässe 3 sind beispielhaft an dem oberen Ende des jeweiligen Schachts 2 angeordnet, sodass das Material durch den Materialeinlass 3 schwerkraftbedingt in den Schacht 2 fällt. Der Materialeinlass 3 ist beispielsweise als obere Öffnung des Schachts 2 und insbesondere als Schleuse 3 ausgebildet und erstreckt sich vorzugsweise über den gesamten oder einen Teil des Querschnitts des Schachts 2. Ein als Schleuse 3 ausgebildeter Materialeinlass ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass lediglich das zu brennende Rohmaterial in den Schacht 2 gelangt, nicht aber die Umgebungsluft. Vorzugsweise ist die Schleuse 3 derart ausgebildet, dass sie den Schacht 2 luftdicht gegen die Umgebung abdichtet und einen Eintritt von Feststoffen, wie das zu brennende Gut, in den Schacht erlaubt.
• Jeder Schacht 2 weist an seinem oberen Ende des Weiteren einen Abgaseinlass 14 zum Einlassen von insbesondere entstaubtem Abgas zumindest eines der Schächte 2, wobei das Abgas vorzugsweise einen CO₂-Anteil von mindestens 90Vol%, insbesondere mindestens 95Vol% aufweist und vorzugsweise nicht mit Sauerstoff angereichert ist und auch keinen oder nur eine vernachlässigbar geringe Meine an Sauerstoff beinhaltet. Des Weiteren weist jeder Schacht 2 einen Abgasauslass 4 zum Auslassen von Abgasen aus dem jeweiligen Schacht 2 auf. Jedem Abgasauslass 4 und Abgasgaseinlass 14 ist beispielhaft jeweils ein Regelorgan zugeordnet. Über die Regelorgane, wie beispielsweise einen mengenregulierbaren Verdichter, ist vorzugsweise die Menge an Abgas in den jeweiligen Abgaseinlass 14 und die Menge an über den jeweiligen Abgasauslass 4 abzuziehendes Abgas einstellbar. Der Abgaseinlass 14 und der Abgasauslass 4 sind beispielhaft auf dem gleichen Höhenniveau und insbesondere innerhalb der Vorwärmzone 21 des jeweiligen Schachts 2 angeordnet.
• An dem unteren Endbereich des Schachts 2 ist vorzugsweise einen Kühlgaseinlass 23 zum Einlassen von Kühlgas in den jeweilige Schacht 2 angeordnet. Das Kühlgas wird vorzugsweise mittels eines Verdichters 26 in den Kühlgaseinlass geleitet.
• Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 strömt das zu brennende Material von oben nach unten durch den jeweiligen Schacht 2, wobei die Kühlluft von unten nach oben, im Gegenstrom zu dem Material, durch den jeweiligen Schacht 2 strömt. Das Ofenabgas wird durch den Abgasauslass 4 aus dem Schacht 2 abgeführt.
• Unterhalb des Materialeinlasses 3 und des Abgasgaseinlasses 14 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials die Vorwärmzone 21 des jeweilige Schachtes 2 an. In der Vorwärmzone 21 wird das Material und das Abgas vorzugsweise auf etwa 700°C vorgewärmt. Vorzugsweise ist der jeweilige Schacht 2 mit zu brennendem Material gefüllt. Das Material wird vorzugsweise oberhalb der Vorwärmzone 21 in den jeweiligen Schacht 2 aufgegeben.
• An die Vorwärmzone 21 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials die Brennzone 20 an. Die Brennzone 20 ist vorzugsweise mit zumindest einer oder eine Mehrzahl von Heißgaserzeugern 10 gastechnisch verbunden, sodass in dem Heißgaserzeuger 10 erhitztes Gas in die Brennzone 20 geleitet wird. Die Brennzone 20 weist beispielhaft einen Heißgaseinlass 60 auf zum Einlassen von in dem Heißgaserzeuger 10 erhitztes Abgas in die Brennzone 20. Die Heißgaserzeuger 10 sind vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig außerhalb der Brennzone 20 angeordnet und gastechnisch mit dieser verbunden. Die Heißgaserzeuger 10 sind vorzugsweise jeweils mit zumindest einer oder einer Mehrzahl von Lanzen verbunden, die sich in die Brennzone 20 erstrecken. Vorzugsweise sind in jedem Schacht 2 eine Mehrzahl von Lanzen und im Wesentlichen gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Der Heißgaserzeuger 10 umfasst vorzugsweise einen mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen Plasmagenerator und/ oder eine elektrische Widerstandsheizung 63, sodass das Abgas in dem Heißgaserzeuger 10 mittels Plasma, insbesondere eines Plasmastrahls, des Plasmagenerators und/oder Widerstandsheizung 63 erhitzt wird.
• Der GGR-Schachtofen 1 weißt des Weiteren beispielhaft eine Umwälzeinrichtung 54 auf. Die Umwälzeinrichtung 54 umfasst vorzugsweise einen Injektor 57, wie vorangehend mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben, der mit der Abgasleitung 39 und einer Umwälzgasleitung 61 gastechnisch verbunden ist. Der Schacht 2 weist, vorzugsweise in der Vorwärmzone 21 oder der Brennzone 20 eine Umwälzgasanschluss 62, vorzugsweise in der Schachtwand, auf. Der Umwälzgasanschluss 62 ist insbesondere gastechnisch mit der Umwälzgasleitung 61 und dem Schachtinneren zum Abziehen oder Zuführen des Umwälzgases verbunden. Das Umwälzgas dient beispielsweise zumindest teilweise als Treibgas in dem Injektor 57. Der Injektor 57 ist insbesondere mit dem Heißgaserzeuger 10 derart gastechnisch verbunden, dass Abgas der Abgasleitung 39 durch den Injektor 57 in den Heißgaserzeuger 10 strömt. Ein Teil des Umwälzgases wird vorzugsweise mittels des Wärmetauschers 35 durch die abgegzogene Kühlluft auf eine Temperatur von insbesondere 600°C erhitzt und dem Umwälzgasanschluss 62 des Regenerativschachts zugeführt. Vorzugsweise weist die Umwälzgasleitung 61 zumindest ein oder eine Mehrzahl von Regelorganen auf, die derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass das Umwälzgas über den Umwälzgasanschluss 62 des Brennschachts 2 aus dem Brennschacht abgezogen und über den Umwälzgasanschluss 62 des Regenerativschachts in den Regenerativschacht eingeführt wird.
• In der Brennzone 20 wird das vorgewärmte Material bei einer Temperatur von etwa 1000°C gebrannt, insbesondere kalziniert. Der GGR-Schachtofen 1 weist des Weiteren einen Verbindungskanal 19 zum gastechnischen Verbinden der beiden Schächte 2 miteinander auf. In dem Verbindungskanal 19 ist insbesondere kein zu brennendes Material vorhanden.
• Der GGR-Kalkofen 1 weist beispielswiese einen runden Schachtquerschnitt auf. Der Schachtquerschnitt kann jedoch eine andere geometrische Kontur aufweisen, wie beispielsweise rund, halbrund, oval, viereckig oder vieleckig. Die Brennzone 20 erstreckt sich beispielhaft in einem Schachtabschnitt mit einen im Wesentlichen konstanten oder nach unten geringfügig grösser werdenden Querschnitt.
• An die Brennzone 20 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials in jedem Schacht 2 eine Kühlzone 22 an, die sich bis zum Materialauslass 40 erstreckt. Jede Kühlzone 22 weist jeweils eine Kühlluftabzugseinrichtung 29 mit jeweils einem Kühlgasauslass auf. Die Kühlluftabzugseinrichtung 29 ist beispielsweise als materialfreier, insbesondere ringförmiger Raum ausgebildet. Der Kühlgasauslass ist vorzugsweise in der Schachtwand des materialfreien Raums, insbesondere am oberen Ende der Kühlzone 22 angeordnet. Das über den Kühlgaseinlass 23 in die Kühlzone 22 strömende Kühlgas strömt vorzugsweise vollständig aus dem Kühlgasauslass der Kühlluftabzugseinrichtung 29 aus dem jeweiligen Schacht 2 heraus.
• Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 ist jeweils einer der Schächte 2 aktiv, wobei der jeweils andere Schacht 2 passiv ist. Der aktive Schacht 2 wird als Brennschacht und der passive Schacht 2 als Regenerativschacht bezeichnet. Der GGR-Schachtofen 1 wird insbesondere zyklisch betrieben, wobei eine übliche Zykluszahl beispielsweise 75 bis 150 Zyklen pro Tag beträgt. Nach Ablauf der Zykluszeit wird die Funktion der Schächte 2 getauscht. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend. Über die Materialeinlässe 3 wird abwechselnd Material wie Kalk- oder Dolomitstein in die Schächte 2 aufgegeben. In dem als Brennschacht betriebenen, aktiven Schacht 2 wird über den zumindest einen Heißgaserzeuger 10 erhitztes Abgas in den Brennschacht 2 eingeleitet. Das zu brennende Material wird in der Vorwärmzone 21 des Brennschachts auf eine Temperatur von etwa 700°C erwärmt. In dem Ausführungsbeispiel der 1 wird der linke Schacht 2 als Brennschacht betrieben, wobei der rechte Schacht 2 als Regenerativschacht betrieben wird.
• Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 strömt sowohl in dem Brennschacht 2 als auch in dem Regenerativschacht 2 das Kühlgas im Gegenstrom zu dem zu kühlenden Material durch die Kühlzone 22 und wird vorzugsweise vollständig über den Kühlgasauslass der Kühlluftabzugseinrichtung 29 aus dem Schacht 2 ausgelassen, sodass vorzugsweise kein Kühlgas von der Kühlzone 22 in die Brennzone 20 strömt. Bei dem Kühlgas handelt es sich vorzugsweise um ein Gas mit einem geringen oder keinen CO₂- Anteil, wie beispielsweise Luft.
• Innerhalb des als Brennschacht betriebenen Schachts 2 strömt das Abgas durch den Abgaseinlass 14 in den Brennschacht und im Gleichstrom mit dem Material innerhalb der Brennzone 20 in den Verbindungskanal 19 und anschließend in den als Regenerativschacht betriebenen Schacht 2. Innerhalb des Regenerativschachts strömt das Gas von dem Verbindungskanal 19 im Gegenstrom zu dem zu brennenden Material durch die Brennzone 20 in die Vorwärmzone 21 und verlässt den Regenerativschacht durch den Abgasauslass 4 des Regenerativschachts. Vorzugsweise weist das aus dem Schacht 2 ausgelassene Abgas eine Temperatur von 60°C bis 160°C, vorzugsweise 100°C auf.
• Das Abgas wird in eine sich an den Abgasauslass 4 anschließende Abgasleitung 39 geleitet. Die Abgasleitung 39 weist in Strömungsrichtung des Abgases im Anschluss an den Abgasauslass 4 optional einen Abgasfilter 31 zum Filtern von feinen Partikeln, insbesondere Staub, aus dem Abgas auf. Die Abgasleitung 39 ist beispielhaft mit einem Ventilator 34 verbunden, der insbesondere stromabwärts des Abgasfilters 31 angeordnet ist. Die Abgasleitung 39 ist vorzugsweise mit den Abgaseinlässen 14 der Schachte 2 verbunden, wobei über ein dem Abgaseinlass 14 vorgeschaltetes Regelorgan vorzugsweise lediglich dem Abgaseinlass 14 des als Brennschacht betriebenen Schachts 2 das Abgas zugeführt wird.
• An den Verdichter 34 schließt sich stromabwärts in der Abgasleitung 39 eine Kühleinrichtung 32 an, wobei ein Teil des Abgases stromabwärts der Kühleinrichtung 32 vorzugsweise mittels eines Verdichters 33 abgeführt wird Die Kühleinrichtung 32 ist beispielsweise ein Wärmetauscher, der vorzugsweise mit einem Kühlmittel, wie Wasser, im Gegenstrom bestrieben wird. Das Abgas wird vorzugsweise stromabwärts der Kühleinrichtung über eine Abzweigung teilweise in einen Gastank 64 zur Verstetigung des zyklischen Abgasstroms abgeführt und teilweise dem GGR-Schachtofen 1 wieder zugeführt.
• Die Abgasleitung 39 weist beispielhaft stromabwärts der Kühleinrichtung 32 einen Wärmetauscher 35 zur Erwärmung des Abgases auf. Der Wärmetauscher 35 ist beispielhaft als Rekuperator ausgebildet, wobei das Abgas im Gegenstrom zu dem abgezogenen Kühlgas erwärmt wird und sich das Kühlgas gleichzeitig abkühlt. Der Wärmetauscher 35 ist insbesondere über eine Kühlluftabzugsleitung 11 mit den Kühlgasauslässen beider Schachte 2 verbunden, sodass das Abgas in dem Wärmetauscher 35 mittels des abgezogenen Kühlgases vorzugsweise im Gegenstrom erwärmt wird. Im Anschluss an den Wärmetauscher 35 weist die Kühlluftabzugsleitung 11 optional ein Regelorgan zum Einstellen der abzuziehenden Kühlgasmenge und einen Filter 42 zum Entstauben des Kühlgases auf. Das Abgas wird in dem Wärmetauscher 35 vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 500°C bis 800°C, insbesondere 600°C erhitzt. Das in dem Wärmetauscher 35 erhitzte Abgas wird anschließend vorzugsweise dem Heißgaserzeuger 10 zugeführt. Das Kühlgas wird im Anschluss an den Filter 42 beispielhaft einem weiteren Wärmetauscher 45 zugeführt, der mit der Abgasleitung 39 verbunden ist, dass das Abgas vorzugsweise im Gegenstrom mittels des Kühlgases erwärmt wird.
• Die Kühlluftabzugseinrichtung 29 weist vorzugsweise ein Regelorgan auf, wie beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe, über welches die Menge an über die Kühlluftabzugseinrichtung 29 abzuführendem Kühlgas einstellbar ist. Die Regelung dient insbesondere einem möglichst vollständigen Abzug des Kühlgases aus dem GGR-Schachtofen 1 bei einem gleichzeitig möglichst geringen oder vorzugsweise keinem CO₂ in der Kühlluftabzugseinrichtung 29.
• Die Abgasleitung 39 ist vorzugsweise über eine Vielzahl von Verdichtern 35 mit dem Wärmetauscher 35, dem Heißgaserzeuger 10, dem Injektor 57 und oder dem Abgaseinlass 14 des Schachts verbunden. Die Abgasleitung weist insbesondere eine Mehrzahl von Regelorganen, wie beispielsweise Ventile oder Klappen auf, die derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass das Abgas ausschließlich dem als Brennschacht betrieben Schacht 2 zugeführt wird und vorzugsweise aus dem als Regenerativschacht betriebenen Schacht 2 abgeführt wird.
• Der mit dem vorangehend beschriebenen GGR-Schachtofen 1 der 4 hergestellte Kalk weist eine hohe Reaktivität auf, wobei gleichzeitig Prozessgas mit einem CO₂-Gehalt von mehr als 90% bezogen auf trockenes Gas hergestellt wird. Bei einem solchen Prozessabgas ist es mit geringerem Aufwand möglich, dieses zu verflüssigen und zu sequestrieren. Beispielsweise wird das verflüssigte Prozessabgas weiteren Verfahrensschritten zugeführt oder gelagert. Alternativ kann mit dem vorangehend beschriebenen GGR-Schachtofen auch Abgas mit weniger CO2-Gehalt, beispielsweise 45% für die Sodaherstellung oder 35% für die Zuckerherstellung oder 30% für die Herstellung von gefälltem Kalziumkarbonat, erzeugt werden.
• 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Schachtofen entspricht größtenteils dem der 1 bis 3, wobei der Schachtofen der 5 keine Umwälzgaseinrichtung und keinen Injektor aufweist. Die Heißgaserzeuger 10 des Schachtofens der 5 sind beispielhaft auf gleicher Höhe an der Brennzone angeordnet und jeweils oder zusammen mit einem Plasmagenerator und/ oder einer elektrischen Widerstandsheizung 63 verbunden. Das Abgas des Schachtofens 1 der 5 weist vorzugsweise einen CO₂- Gehalt von mindestens 95Vol%, insbesondere mindestens 95Vol% auf.
• Bezugszeichenliste

1

Schachtofen

2

Schacht

3

Materialeinlass/ Schleuse

4

Abgasauslass

6

oberer Innenzylinder

7

Kühllufteinlass

8

obere Heißgaskammerebene

9

untere Heißgaskammerebene

10

Heißgaserzeuger

11

Kühlluftabzugsleitung

12

Gasauslass

13

Brennstoffleitung

14

Abgaseinlass

15

Gaseinlass

16

erster materialfreier Raum

17

Umwälzgaseinlass

18

Umwälzgasauslass

19

Abgasauslass

20

Brennzone

21

Vorwärmzone

22

Kühlzone

23

Gegenstrombrennzone

24

Gleichstrombrennzone

25

Auslasstrichter

26

Kühlluftverdichter

27

Kühlluftverdichter

28

Verdichter / Ventilator

29

Kühlluftabzugseinrichtung

30

Verdichter / Ventilator

31

Abgasfilter

32

Kühleinrichtung

33

Verdichter / Ventilator

34

Verdichter / Ventilator

35

erster Wärmetauscher

36

Kühlgasauslass

37

Ringspalt

38

Seitenbrenner

39

Abgasauslassleitung/ Abgasleitung

40

Materialauslass/ Schleuse

41

Austragsvorrichtung

42

Filter

43

Treibgasleitung

44

Regeleinrichtung

45

Wärmetauscher

46

Regelorgan

47

Kühlluftleitung

48

dritter materialfreier Raum

49

vierter materialfreier Raum

50

Filter

51

Verdichter / Ventilator

52

zweiter Wärmetauscher

53

unterer Innenzylinder

54

Umwälzeinrichtung

55

zweiter materialfreier Raum

57

Injektor

58

Innenzylinder

59

Auslass

60

Heißgaseinlass

61

Umwälzgasleitung

62

Umwälzgasanschluss

63

Plasmagenerator

64

Gastank

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• CH 378217 A [0002]
• WO 2022229118 A1 [0002]

Claims (15)

1. Verfahren zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material in einem Schachtofen (1) mit zumindest einem Schacht (2), wobei das Material durch einen Materialeinlass (3) in eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Brennen des Materials und eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials zu einem Materialauslass (40) strömt, wobei Kühlluft in die Kühlzone (22) eingelassen wird, wobei das Abgas über einen Abgasauslass (19) aus der Vorwärmzone eines Schachts (2) ausgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennzone (20) zum Brennen des Materials ein Gasstrom zugeführt wird, der mittels eines elektrisch betriebenen Heißgaserzeugers (10) erhitzt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das über den Abgasauslass (19) aus der Vorwärmzone des Schachts (2) ausgelassene Abgas zumindest teilweise mittels des Heißgaserzeugers (10) erhitzt und in die Brennzone (20) geleitet wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Abgas einen CO₂- Gehalt von mindestens 95Vol% aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der elektrisch betriebene Heißgaserzeuger (10) das Gas, insbesondere das Abgas, außerhalb des zumindest einen Schachts (2) erhitzt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gas innerhalb des Heißgaserzeugers (10) mittels Plasma und/oder einer elektrischer Widerstandsheizung aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Plasma mittels eines nicht transferierten Gleichstromlichtbogens erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Abgas zumindest teilweise mittels eines Injektors (57) in Richtung des Heißgaserzeugers (10) beschleunigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Umwälzgas aus der Brennzone (20) abgeführt und mittels des Injektors (57) zusammen mit dem Abgas in die Brennzone (20) eingeführt wird.
9. Schachtofen (1) zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material mit zumindest einem Schacht (2), aufweisend in Strömungsrichtung des Materials einen Materialeinlass (3), eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Brennen des Materials, eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials, und einen Materialauslass (40) zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen (1), wobei der Schachtofen (1) einen Abgasauslass (19) zum Auslassen von Abgas aus der Vorwärmzone eines Schachts (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schachtofen (2) einen elektrisch betreibbaren Heißgaserzeuger aufweist, der zum Brennen des Materials gastechnisch mit der Brennzone (20) verbunden ist.
10. Schachtofen (1) nach Anspruch 9, wobei der Abgasauslass (19) zur Rückführung des Abgases mit dem Heißgaserzeuger (10) und der Brennzone (20) verbunden ist, sodass das Abgas von dem Heißgaserzeuger (10) erwärmt und in die Brennzone (20) eingeleitet wird.
11. Schachtofen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Heißgaserzeuger (10) außerhalb des zumindest einen Schachts (2) des Schachtofens (1) angeordnet ist.
12. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Heißgaserzeuger (10) einen elektrisch betreibbaren Plasmagenerator und/oder eine elektrische Widerstandsheizung (63) aufweist, der zur Erhitzung des Gases innerhalb des Heißgaserzeugers (10) ausgebildet und angeordnet ist.
13. Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Plasmagenerator (63) ein nicht transferierter Gleichstromplasmagenerator ist, der dazu ausgebildet ist, das Plasma mittels eines nicht transferierten Gleichstromlichtbogens zu erzeugen.
14. Schachtofen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schachtofen (1) einen Injektor (57) umfasst, der mit der Abgasleitung (39, 43) und dem Heißgaserzeuger (10) gastechnisch verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass er das Abgas in Richtung des Heißgaserzeugers (10) beschleunigt.
15. Schachtofen (1) nach Anspruch 12, wobei der Schachtofen (1) eine Umwälzeinrichtung (54) zum Umwälzen von Umwälzgas innerhalb der Brennzone (20) aufweist und wobei die Umwälzeinrichtung (54) mit dem Injektor (57) gastechnisch verbunden ist, sodass das Abgas zumindest teilweise zusammen mit dem Umwälzgas in die Brennzone (20) eingeführt wird.

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