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EP2864454A1 - Verfahren und anlage zur erhöhung des brennwerts eines kohlenstoffhaltigen stoffstroms - Google Patents

Verfahren und anlage zur erhöhung des brennwerts eines kohlenstoffhaltigen stoffstroms

Info

Publication number
EP2864454A1
EP2864454A1 EP13730218.8A EP13730218A EP2864454A1 EP 2864454 A1 EP2864454 A1 EP 2864454A1 EP 13730218 A EP13730218 A EP 13730218A EP 2864454 A1 EP2864454 A1 EP 2864454A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
stream
hot gas
exhaust gas
thermal treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13730218.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Lampe
Richard Erpelding
Jürgen DENKER
Meike Dietrich
Dirk Schefer
Werner Brosowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Industrial Solutions AG filed Critical ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Publication of EP2864454A1 publication Critical patent/EP2864454A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
    • C04B7/44—Burning; Melting
    • C04B7/4407—Treatment or selection of the fuel therefor, e.g. use of hazardous waste as secondary fuel ; Use of particular energy sources, e.g. waste hot gases from other processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B7/47—Cooling ; Waste heat management
    • C04B7/475—Cooling ; Waste heat management using the waste heat, e.g. of the cooled clinker, in an other way than by simple heat exchange in the cement production line, e.g. for generating steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B21/00—Heating of coke ovens with combustible gases
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    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
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    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
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    • F27D17/001—Extraction of waste gases, collection of fumes and hoods used therefor
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y02P40/121—Energy efficiency measures, e.g. improving or optimising the production methods

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for increasing the calorific value of a carbon-containing material stream, preferably a stream of renewable raw materials, wherein the stream is brought into direct contact in a reactor with at least one oxygen-poor, inert hot gas stream.
  • thermal treatment processes such as cement clinker and / or Kalkbrenn- method
  • pyrometallurgical processes and / or processes for power generation and / or oil extraction are sometimes required large amounts of fuel, mostly fossil fuels are used.
  • the operators of such plants aim to replace at least part of fossil fuels with substitute fuels, in particular C0 2 -neutral biomass.
  • US Pat. No. 7,434,332 B2 discloses the use of biomass as a fuel in cement production, where the moist biomass is brought into direct contact with the exhaust air of the cooler for drying.
  • US Pat. No. 7,461,466 B2 describes an indirect drying process of moist biomass by means of the clinker exhaust air, in order subsequently to use the dried biomass as fuel in the cement production process.
  • Torrefaction is the thermal treatment of biomass under low-oxygen conditions at low temperatures of 240 to 320 ° C by pyrolytic decomposition.
  • WO 2012/007574 describes such a method in which a carbon-containing material stream is dried and torrefied in a multiple-hearth furnace, wherein a drying zone through which flows a drying zone and a second hot gas stream through which a Torrefiz michszone are provided.
  • a Torrefizleitersgasstrom discharged via an outlet of the Torrefiz michtechnikszone becomes then burned in a combustion unit and heated.
  • the resulting exhaust gas is used in a heat exchanger for heating the drying gas flow, wherein the hot exhaust gas flow of the combustion unit cools to the Torrefizéesstemperatur and is then returned to the Torrefiztechnikszone.
  • the material flow occurs both in the
  • Drying zone and in the Torrefizleiterszone with the respective oxygen-poor, inert hot gas stream in direct contact ensures a much more efficient heat transfer compared to an indirect heating.
  • torrefaction is preferably possible with an oxygen-poor and inert hot gas stream, otherwise unwanted uncontrollable exothermic reactions would occur in the torrefaction zone.
  • DE 10 2009 053 059 A1 discloses an apparatus and a method for producing a fine-grained fuel from solid or pasty energy raw materials by torrefaction and comminution. Furthermore, the co-gasification of biomass and coal is sought in a Flugstromvergaser, wherein the exhaust gas of the torrefaction is fed to the gasification and exhaust gas of the gasification is used in Torrefizêt.
  • the invention is based on the object, the method and the system for increasing the calorific value of a carbonaceous material stream, preferably one
  • the stream is brought into direct contact in a reactor with at least one oxygen-poor, inert hot gas stream, the hot gas stream to at least 50%, preferably at least 80%, by Exhaust gas from a process for the thermal treatment of cement raw meal and / or lime and / or an ore is formed, wherein at least part of a preheater exhaust gas is used to preheat the cement raw meal and / or lime and / or ore as the hot gas stream.
  • An oxygen-lean, inert hot gas stream in the sense of the invention is understood as meaning a hot gas stream which has an oxygen concentration of ⁇ 8%, preferably ⁇ 6%.
  • the oxygen limit concentration for wood and other biomass is well below and prevents an oxidizing reaction of the biogenic components.
  • the thermal treatment of biomass under these conditions leads to a release of volatile components, which can not further oxidize and thus do not require additional heat input into the process zone.
  • a further increase in efficiency results when the method for increasing the calorific value of a carbonaceous stream with the thermal treatment process is coupled not only in terms of providing the hot gas, but also in the reverse direction by the treated carbonaceous material flow in the reactor as a solid fuel in the thermal treatment process is used and / or an exhaust gas of the reactor is supplied to the thermal treatment process as gaseous fuel.
  • Hot gases in the sense of the application are exhaust gases from the process for the thermal treatment of cement raw meal and / or lime and / or ore, which have at least a temperature> 200 ° C and a maximum oxygen concentration of 8%, preferably less than 6%. Exhaust gases from these thermal processes with temperatures above 400 ° C can be cooled to the required temperature with colder low-oxygen exhaust streams, which may possibly also originate from the circuits of Torrefiz michmaschinesreas.
  • the hot gas stream is preferably introduced into the reactor at a temperature of less than 400 ° C and an oxygen content of less than 8%.
  • the hot gas stream is used for drying and / or Torrefiz réelle the material flow in the reactor.
  • an emerging during the drying of exhaust gas from the drying area can be used for water extraction.
  • a Torrefikat resulting in the torrefaction can be cooled and a resulting during the cooling radiator exhaust gas can be used as a hot gas stream for drying the material flow.
  • a Torrefikat resulting in Torrefizleiter can hot milled and / or briquetted, and then used as a solid fuel. Furthermore, it is conceivable that in the Torrefiz réelle biochar is generated, which is used as a reducing agent in a pyrometallurgical process. In addition, at least a portion of an exhaust gas derived from the reactor may be utilized to recover an organic acid by supplying the exhaust gas to a condenser and / or a rectification column. It is also conceivable that a Torrefikat resulting in Torrefikat hot or cold grinding an entrainment gasifier or non-comminuted a fluidized bed gasifier for the production of combustible gases is supplied.
  • the invention further relates to a plant for the thermal treatment of cement raw material, limestone or ore and to increase the calorific value of a carbonaceous material stream with a preheater for preheating and / or calcining cement raw material, limestone or ore, and a reactor in which the material flow with at least one oxygen-lean, inert hot gas stream is brought into direct contact, wherein the preheater is in communication with the reactor to supply preheater exhaust gases occurring in the preheater as a hot gas stream to the reactor.
  • the reactor may in particular comprise a drying zone and a Torrefiz istszone, wherein the reactor is designed for example as a multi-stage furnace.
  • the reactor for the discharge of exhaust gases formed in the reactor to an exhaust pipe, which is connected to the plant for thermal treatment.
  • Fig. 1 is a block diagram for explaining the method according to the invention.
  • Fig. 2 is a block diagram of a plant for the thermal treatment of cement raw material, limestone or ore and a system for increasing the calorific value of a carbonaceous material flow.
  • a reactor for increasing the calorific value of a carbonaceous stream 2 preferably a stream of renewable resources.
  • This reactor is designed, for example, as a multi-level oven with at least one upper and one lower process space, the upper being designed as a drying zone 1a and the lower as a torrefying zone 1b.
  • the drying zone la and / or the Torrefiz istszone lb each consist of a plurality of superimposed stoves.
  • a means of transport for example Krählarme and Krählzähne be used, which rotate about a central shaft.
  • a mechanical transfer device for the transfer of the dried, carbonaceous material flow can be provided, which is preferably gas-tight, in order to prevent mixing of the two atmospheres.
  • the carbonaceous stream 2 is fed to the drying zone la and, if appropriate, previously pretreated in a mill or press 3. In the drying zone, the carbonaceous stream 2 comes into direct contact with an oxygen-poor, inert first hot gas stream 4 and is thereby dried.
  • the temperature of the hot gas stream 4 is suitably in the range of 150 ° to 400 ° C, preferably in the range of 200 ° C to 300 ° C.
  • the oxygen content is preferably less than 8%.
  • the hot gas stream 4 absorbs the moisture of the stream 2 and is discharged as exhaust 4 'from the drying zone la and can then, for example, a condenser 5 for the recovery of water or the thermal treatment process 7 réelle- or discharged directly through a chimney 19.
  • the hot gas stream 4 is formed by an exhaust gas of a thermal treatment process 7, which is taken there at a location which meets the desired properties in terms of oxygen content and temperature.
  • a thermal treatment process 7 may be, for example, a cement clinker and / or lime burning process, a pyrometallurgical process and / or a process for power generation and / or oil recovery.
  • the dried in the drying zone la through the hot gas stream 4 stream 2 then passes into the Torrefiz istszone lb, in which it is brought into direct contact with an oxygen-poor, inert second hot gas stream 6.
  • the temperature of the second hot gas stream 6 is usually higher and is preferably in the range of 250 ° to 400 ° C and causes the torrefaction of the carbonaceous, dried material stream 2.
  • the second hot gas stream 6 is removed from the thermal treatment process 7 and can by admixing other exhaust gas streams, eg from the Torrefiz michsRIS itself, be adapted to the required properties.
  • the two hot gas streams 4, 6 for the reactor 1 to at least 50%, preferably at least 80%, formed by an exhaust gas of the thermal treatment process 7.
  • the carbonaceous material flow is converted into a Torrefikat 8, which can be used as a solid fuel in the thermal treatment process 7.
  • the Torrefikat 8 can be cooled in a cooler 9, wherein a resulting cooler exhaust gas 10 can be used at least partially as a first hot gas stream 4 in the drying zone la for drying the material flow 2.
  • the Torrefikat 8 could also be milled without cooling in a mill or press 11 hot and / or briquetted before it is used in the thermal treatment process 7. It is also possible to temporarily store the Torrefikat 8 in the cooled, ground or briquetted state in a silo 12.
  • an exhaust gas 13 which can be used as a gaseous fuel in the thermal treatment process 7.
  • the combustible Torrefiz istsgas 13 is supplied to the thermal treatment process 7 either directly or pre-burned by means of a burner 18 and fed as hot exhaust gas in the treatment process 7.
  • at least a portion of the exhaust gas 13 may be supplied to a condenser 14 for recovery of acid and / or salt.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which the thermal treatment process takes place in a plant 70 for the treatment of cement raw material, limestone or ore comprising at least one preheater 700, which is connected to the reactor 1 via a hot gas line 15, to preheater exhaust gases arising in the preheater feed as hot gas stream 4 to the reactor 1.
  • a hot gas line 17 also connects the preheater 700 with the Torrefiz istszone lb for supplying the second hot gas stream 6.
  • the reactor 1 is further connected to the discharge of the resulting exhaust gas 13 in the reactor with an exhaust pipe 16 to the system 70, for example, to a rotary kiln 701.
  • the plant 70 is designed as a cement production plant, the serves Rotary kiln 701 for burning the preheater 700 and a possibly present calciner preheated or precalcined cement raw material to cement clinker.
  • the preheater is usually operated with the exhaust gas of the rotary kiln, which is the ideal hot gas for the reactor 1 in terms of oxygen content and inert properties.
  • Temperatures of the two hot gases 4, 6 are adjusted by subtracting the preheater exhaust gas at exactly the location of the preheater 700 at which the preheater exhaust gas has the desired temperature or the exhaust preheater exhaust gas is still mixed with another gas stream.

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Abstract

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms, vorzugsweise eines Stoffstroms aus nachwachsenden Rohstoffen, wird der Stoffstrom in einem Reaktor mit wenigstens einem sauerstoffarmen, inerten Heißgasstrom in direkten Kontakt gebracht, wobei der Heißgasstrom zu wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 80%, durch Abgas eines Prozesses zur thermischen Aufbereitung von Zementrohmehl und/oder Kalk und/oder eines Erzes gebildet wird, wobei als Heißgasstrom wenigstens ein Teil eines Vorwärmerabgases zur Vorwärmung des Zementrohmehls und/oder Kalks und/oder Erzes verwendet wird.

Description

Verfahren und Anlage zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms, vorzugsweise eines Stoffstroms aus nachwachsenden Rohstoffen, wobei der Stoffstrom in einem Reaktor mit wenigstens einem sauerstoffarmen, inerten Heißgasstrom in direkten Kontakt gebracht wird.
Bei thermischen Aufbereitungsprozessen, wie Zementklinker- und/oder Kalkbrenn- Verfahren, pyrometallurgischen Verfahren und/oder Verfahren zur Stromerzeugung und/oder Ölgewinnung werden zum Teil große Mengen an Brennstoff benötigt, wobei meist fossile Brennstoffe zum Einsatz kommen. Zur Minderung von C02- Emissionen und im Hinblick auf eine nachhaltige Nutzung von Ressourcen sind die Betreiber derartiger Anlagen bestrebt zumindest einen Teil der fossilen Brennstoffe durch Ersatzbrennstoffe insbesondere C02-neutrale Biomasse zu ersetzen.
Aus der US 7,434,332 B2 ist der Einsatz von Biomasse als Brennstoff bei der Zementherstellung bekannt, wobei die feuchte Biomasse zur Trocknung mit Kühlerabluft in direkten Kontakt gebracht wird. Die US 7,461,466 B2 beschreibt hingegen ein indirektes Trocknungsverfahren von feuchter Biomasse mittels der Klinkerabluft, um die getrocknete Biomasse anschließend als Brennstoff im Zementherstellungsverfahren zu nutzen.
Die getrocknete Biomasse kann jedoch noch effizienter genutzt werden, wenn sie im torrefizierten Zustand eingesetzt wird. Unter der Torrefizierung versteht man die thermische Behandlung von Biomasse unter sauerstoffarmen Bedingungen bei niedrigen Temperaturen von 240 bis 320°C durch pyrolytische Zersetzung. Die WO 2012/007574 beschreibt ein solches Verfahren, bei dem ein kohlenstoffhaltiger Stoffstrom in einem Etagenofen getrocknet und torrefiziert wird, wobei eine mit einem ersten Heißgasstrom durchströmte Trocknungszone und eine mit einem zweiten Heißgasstrom durchströmte Torrefizierungszone vorgesehen sind. Ein über einen Auslass der Torrefizierungszone abgeführter Torrefizierungsgasstrom wird anschließend in einem Verbrennungsaggregat verbrannt und aufgeheizt. Das dabei entstehende Abgas wird in einem Wärmetauscher zum Aufheizen des Trocknungsgasstroms genutzt, wobei sich der heiße Abgasstrom des Verbrennungsaggregats auf die Torrefizierungstemperatur abkühlt und dann in die Torrefizierungszone zurückgeführt wird. Der Stoffstrom kommt dabei sowohl in der
Trocknungszone als auch in der Torrefizierungszone mit dem jeweiligen sauerstoffarmen, inerten Heißgasstrom in direkten Kontakt. Der direkte Kontakt gewährleistet gegenüber einer indirekten Erwärmung einen wesentlich effizienteren Wärmeübergang. Eine Torrefizierung ist darüber hinaus bevorzugt mit einem sauerstoffarmen und inerten Heißgasstrom möglich, da es ansonsten zu unerwünschten nicht kontrollierbaren exothermen Reaktionen in der Torrefizierungszone kommen würde.
Aus der DE 10 2009 053 059 AI ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs aus festen oder pastösen Energierohstoffen durch Torrefizierung und Zerkleinerung bekannt. Des Weiteren wird die Co-Vergasung von Biomasse und Kohle in einem Flugstromvergaser angestrebt, wobei das Abgas der Torrefizierung der Vergasung zugeführt wird und Abgas der Vergasung bei der Torrefizierung genutzt wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Anlage zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms, vorzugsweise eines
Stoffstroms aus nachwachsenden Rohstoffen, noch effizienter zu gestalten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 1 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms, vorzugsweise eines Stoffstroms aus nachwachsenden Rohstoffen, wird der Stoffstrom in einem Reaktor mit wenigstens einem sauerstoffarmen, inerten Heißgasstrom in direkten Kontakt gebracht, wobei der Heißgasstrom zu wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 80%, durch Abgas eines Prozesses zur thermischen Aufbereitung von Zementrohmehl und/oder Kalk und/oder eines Erzes gebildet wird, wobei als Heißgasstrom wenigstens ein Teil eines Vorwärmerabgases zur Vorwärmung des Zementrohmehls und/oder Kalks und/oder Erzes verwendet wird.
Unter einem sauerstoffarmen, inerten Heißgasstrom im Sinne der Erfindung wird ein Heißgasstrom verstanden, der eine Sauerstoffkonzentration < 8%, bevorzugt < 6% aufweist. Damit wird die Sauerstoffgrenzkonzentration für Holz und andere Biomassen deutlich unterschritten und eine oxidierende Reaktion der biogenen Komponenten verhindert. Die thermische Behandlung von Biomasse führt unter diesen Bedingungen zu einer Freisetzung von flüchtigen Komponenten, die nicht weiter oxidieren können und somit keinen zusätzlichen Wärmeeintrag in die Prozesszone bedingen.
Durch die Kopplung des Torrefizierungs- Verfahrens zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms mit einem thermischen Aufbereitungsprozess kann überschüssige Abwärme des Aufbereitungsprozesses als Heißgasstrom für die Trocknung und Torrefizierung genutzt werden. Auf diese Weise kann Heißgas ohne oder zumindest mit relativ geringer zusätzlicher Energie bereitgestellt werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter anspräche.
Eine weitere Effizienzsteigerung ergibt sich dann, wenn das Verfahren zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms mit dem thermischen Aufbereitungsprozess nicht nur hinsichtlich der Bereitstellung des Heißgases, sondern auch in umgekehrter Richtung gekoppelt ist, indem der im Reaktor behandelte kohlenstoffhaltige Stoffstrom als fester Brennstoff im thermischen Aufbereitungsprozess genutzt wird und/oder ein Abgas des Reaktors dem thermischen Aufbereitungsprozess als gasförmiger Brennstoff zugeführt wird.
Heißgase im Sinne der Anmeldung sind Abgase aus dem Prozess zur thermischen Aufbereitung von Zementrohmehl und/oder Kalk und/oder Erz , die mindestens eine Temperatur > 200 °C und eine maximale Sauerstoffkonzentration von 8%, bevorzugt kleiner 6% aufweisen. Abgase aus diesen thermischen Prozessen mit Temperaturen oberhalb von 400 °C können mit kälteren sauerstoffarmen Abgasströmen, die ggf. auch den Kreisläufen des Torrefizierungsprozesses entstammen können, auf die erforderliche Temperatur abgekühlt werden.
Der Heißgasstrom wird vorzugsweise in den Reaktor mit einer Temperatur von weniger als 400°C und einem Sauerstoffanteil von weniger als 8% eingeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Heißgasstrom zur Trocknung und/oder Torrefizierung des Stoffstroms im Reaktor genutzt. Dabei kann ein bei der Trocknung entstehendes Abgas aus dem Trocknungsbereich zur Wasser-Gewinnung genutzt werden. Weiterhin kann ein bei der Torrefizierung entstehendes Torrefikat gekühlt werden und eine bei der Kühlung entstehendes Kühlerabgas als Heißgasstrom zur Trocknung des Stoffstroms verwendet werden.
Ein bei der Torrefizierung entstehendes Torrefikat kann heiß vermählen und/oder brikettiert werden, um dann als fester Brennstoff eingesetzt zu werden. Weiterhin ist es denkbar, dass bei der Torrefizierung Biokohle erzeugt wird, die als Reduktionsmittel in einem pyrometallurgischen Prozess eingesetzt wird. Außerdem kann wenigstens ein Teil eines aus dem Reaktor abgeleiteten Abgases zur Gewinnung einer organischen Säure genutzt werden, indem das Abgas einem Kondensator und/oder einer Rektifizierkolonne zugeführt wird. Ferner ist denkbar, dass ein bei der Torrefizierung entstehendes Torrefikat heiß oder kalt vermählen einem Flugstrom- Vergaser oder unzerkleinert einem Wirbelschichtvergaser zur Erzeugung von brennbaren Gasen zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zur thermischen Aufbereitung von Zementrohmaterial, Kalkstein oder Erz und zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms mit einem Vorwärmer zum Vorwärmen und/oder Calcinieren von Zementrohmaterial, Kalkstein oder Erz, sowie einem Reaktor, in dem der Stoffstrom mit wenigstens einem sauerstoffarmen, inerten Heißgasstrom in direkten Kontakt gebracht wird, wobei der Vorwärmer mit dem Reaktor in Verbindung steht, um im Vorwärmer anfallende Vorwärmerabgase als Heißgasstrom dem Reaktor zuzuführen. Der Reaktor kann insbesondere eine Trocknungszone und eine Torrefizierungszone umfasst, wobei der Reaktor beispielsweise als Mehretagenofen ausgebildet ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Reaktor zur Ableitung von im Reaktor entstehenden Abgasen eine Abgasleitung auf, die an die Anlage zur thermischen Aufbereitung angeschlossen ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anlage zur thermischen Aufbereitung von Zementrohmaterial, Kalkstein oder Erz und einer Anlage zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms.
In Fig.l ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Reaktor zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms 2, vorzugsweise eines Stoffstroms aus nachwachsenden Rohstoffen, bezeichnet. Dieser Reaktor ist beispielsweise als Mehretagenofen mit wenigstens einem oberen und einem unteren Prozessraum ausgebildet, wobei der obere als Trocknungszone la und der untere als Torrefizierungszone lb ausgeführt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Trocknungszone la und/oder die Torrefizierungszone lb jeweils aus mehreren, übereinander angeordneten Herden. Als Transportmittel kommen beispielsweise Krählarme und Krählzähne zur Anwendung, die um eine Zentralwelle rotieren. Zwischen den beiden Zonen kann weiterhin eine mechanische Übergabeeinrichtung für die Übergabe des getrockneten, kohlenstoffhaltigen Stoffstroms vorgesehen werden, die vorzugsweise gasdicht ausgebildet ist, um eine Vermischung der beiden Atmosphären zu verhindern. Der kohlenstoffhaltige Stoffstrom 2 wird der Trocknungszone la zugeführt und ggf. zuvor in einer Mühle oder Presse 3 vorbehandelt. In der Trocknungszone kommt der kohlenstoffhaltige Stoffstrom 2 mit einem sauerstoffarmen, inerten ersten Heißgasstrom 4 in direkten Kontakt und wird dabei getrocknet. Die Temperatur des Heißgasstroms 4 liegt zweckmäßiger Weise im Bereich von 150° bis 400°C, vorzugsweise im Bereich von 200°C bis 300°C. Der Sauerstoffgehalt beträgt vorzugsweise weniger als 8%. Der Heißgastrom 4 nimmt die Feuchtigkeit des Stoffstroms 2 auf und wird als Abluft 4' aus der Trocknungszone la ausgeschleust und kann dann beispielsweise einem Kondensator 5 zur Gewinnung von Wasser zu- oder zum thermischen Aufbereitungsprozess 7 zurück- oder direkt über einen Kamin 19 abgeführt werden.
Der Heißgasstrom 4 wird durch ein Abgas eines thermischen Aufbereitungsprozesses 7 gebildet, der dort an einer Stelle entnommen wird, welche die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Sauerstoffgehalt und Temperatur erfüllt. Zudem ist es möglich dem Heißgasstrom 4 einen Teilstrom des Trocknerabgases 4' beizumischen, um die gewünschten Eigenschaften des Heißgases einzustellen. Bei dem thermischen Aufbereitungsprozess 7 kann es sich beispielsweise um ein Zementklinker- und/oder Kalkbrenn- Verfahren, ein pyrometallurgisches Verfahren und/oder ein Verfahren zur Stromerzeugung und/oder Oelgewinnung handeln.
Der in der Trocknungszone la durch den Heißgastrom 4 getrocknete Stoffstrom 2 gelangt anschließend in die Torrefizierungszone lb, in der er mit einem sauerstoffarmen, inerten zweiten Heißgasstrom 6 in direkten Kontakt gebracht wird. Die Temperatur des zweiten Heißgasstroms 6 ist üblicherweise höher und liegt vorzugsweise im Bereich von 250° bis 400°C und bewirkt die Torrefizierung des kohlenstoffhaltigen, getrockneten Stoffstroms 2. Auch der zweite Heißgasstrom 6 wird dem thermischen Aufbereitungsprozess 7 entnommen und kann durch Beimischung anderer Abgasströme, z.B. aus dem Torrefizierungsprozess selbst, auf die erforderlichen Eigenschaften angepasst werden. Erfindungsgemäß werden die beiden Heißgasströme 4, 6 für den Reaktor 1 zu wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 80%, durch ein Abgas des thermischen Aufbereitungsprozesses 7 gebildet.
In der Torrefizierungszone lb wird der kohlenstoffhaltige Stoffstrom in ein Torrefikat 8 umgewandelt, das als fester Brennstoff im thermischen Aufbereitungsprozess 7 genutzt werden kann. Zuvor kann das Torrefikat 8 in einem Kühler 9 gekühlt werden, wobei eine dabei entstehendes Kühlerabgas 10 zumindest teilweise als erster Heißgasstrom 4 in der Trocknungszone la zur Trocknung des Stoffstroms 2 genutzt werden kann. Das Torrefikat 8 könnte aber auch ohne Kühlung in einer Mühle oder Presse 11 heiß vermählen und/oder brikettiert werden, bevor es im thermischen Aufbereitungsprozesses 7 genutzt wird. Außerdem besteht die Möglichkeit, das Torrefikat 8 im gekühlten, gemahlenen oder brikettierten Zustand in einem Silo 12 zwischenzulagern.
Neben dem Torrefikat 8 entsteht in der Torrefikationszone lb noch ein Abgas 13 das als gasförmiger Brennstoff im thermischen Aufbereitungsprozess 7 genutzt werden kann. Das brennbare Torrefizierungsgas 13 wird dem thermischen Aufbereitungsprozess 7 entweder direkt zugeführt oder vorab mittels eines Brenners 18 nachverbrannt und als heißes Abgas in den Aufbereitungsprozess 7 eingespeist. Alternativ kann zumindest ein Teil des Abgases 13 einem Kondensator 14 zur Gewinnung von Säure und/oder Salz zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem der thermische Aufbereitungsprozesses in einer Anlage 70 zur Aufbereitung von Zementrohmaterial, Kalkstein oder Erz erfolgt, die zumindest einen Vorwärmer 700 umfasst, der mit dem Reaktor 1 über eine Heißgasleitung 15 in Verbindung steht, um im Vorwärmer anfallende Vorwärmerabgase als Heißgasstrom 4 dem Reaktor 1 zuzuführen. Eine Heißgasleitung 17 verbindet den Vorwärmer 700 außerdem mit der Torrefizierungszone lb zur Zuführung des zweiten Heißgasstroms 6. Der Reaktor 1 ist ferner zur Ableitung des im Reaktor entstehenden Abgases 13 mit einer Abgasleitung 16 an die Anlage 70, beispielsweise an einen Drehrohrofen 701, angeschlossen. Ist die Anlage 70 als Zementherstellungsanlage ausgebildet, dient der Drehrohrofen 701 zum Brennen des im Vorwärmer 700 und einem ggf. vorhandenen Calcinator vorgewärmten bzw. vorcalcinierten Zementrohmaterials zu Zementklinker. Der Vorwärmer wird dabei üblicherweise mit dem Abgas des Drehrohrofens betrieben, welches hinsichtlich des Sauerstoffgehalts und der inerten Eigenschaften das ideale Heißgas für den Reaktor 1 darstellt. Die benötigten
Temperaturen der beiden Heißgase 4, 6 werden dadurch eingestellt, dass das Vorwärmerabgas an genau der Stelle des Vorwärmers 700 abgezogen wird, an der das Vorwärmerabgas die gewünschte Temperatur hat oder das abgezogene Vorwärmerabgas wird noch mit einem anderen Gasstrom vermischt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms (2), vorzugsweise eines Stoffstroms aus nachwachsenden Rohstoffen, wobei der Stoffstrom in einem Reaktor (1) mit wenigstens einem sauerstoffarmen, inerten Heißgasstrom (4) in direkten Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom (4) zu wenigstens 50% durch Abgas eines Prozesses (7) zur thermischen Aufbereitung von Zementrohmehl und/oder Kalk und/oder eines Erzes gebildet wird, wobei als Heißgasstrom (4) wenigstens ein Teil eines Vorwärmerabgases zur Vorwärmung des Zementrohmehls und/oder Kalks und/oder Erzes verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Reaktor (1) behandelte kohlenstoffhaltige Stoffstrom (2) als fester Brennstoff im thermischen Aufbereitungsprozess (7) genutzt wird und/oder ein Abgas (13) des Reaktors (1) dem thermischen Aufbereitungsprozess (7) als gasförmiger Brennstoff zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom (4) zur Trocknung und/oder Torrefizierung des Stoffstroms (2) im Reaktor (1) genutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Trocknung entstehendes Abgas (4') zur Wasser-Gewinnung genutzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Torrefizierung entstehendes Torrefikat (8) gekühlt wird und ein bei der Kühlung entstehendes Kühlerabgas (10) als Heißgasstrom zur Trocknung des Stoffstroms (2) verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Torrefizierung entstehendes Torrefikat (8) heiß vermählen und/oder brikettiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Torrefizierung entstehendes Torrefikat (8) heiß oder kalt vermählen einem Flugstrom- Vergaser oder unzerkleinert einem Wirbelschichtvergaser zur Erzeugung von brennbaren Gasen zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Torrefizierung Biokohle erzeugt wird, die als Reduktionsmittel in einem pyrometallurgischen Verfahren eingesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom (4) in den Reaktor (1) mit einer Temperatur von weniger als 450°C und einem Sauerstoffanteil von weniger als 8% eingeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil eines aus dem Reaktor (1) abgeleiteten Abgases zur Gewinnung einer organischen Säure genutzt wird, indem das Abgas einem Kondensator und/oder einer Rektifizierkolonne (14) zugeführt wird.
11. Anlage (70) zur thermischen Aufbereitung von Zementrohmaterial, Kalkstein oder Erz und zur Erhöhung des Brennwerts eines kohlenstoffhaltigen Stoffstroms mit einem Vorwärmer (700) zum Vorwärmen und/oder Calcinieren von Zementrohmaterial, Kalkstein oder Erz, sowie einem Reaktor (1) zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, wobei der Vorwärmer (700) mit dem Reaktor (1) in Verbindung steht, um im Vorwärmer anfallende Vorwärmerabgase als Heißgasstrom (4) dem Reaktor (1) zuzuführen.
12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) eine Trocknungszone (la) und eine Torrefizierungszone (lb) umfasst.
13. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) als Mehretagenofen mit wenigstens einem oberen und unteren Prozessraum ausgebildet ist.
14. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) zur Ableitung von im Reaktor (1) entstehender Abgase (13) eine Abgasleitung (16) aufweist, die an die Anlage (70) zur thermischen Aufbereitung angeschlossen ist.
15. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (70) zur thermischen Aufbereitung durch eine Zementherstellungsanlage gebildet wird, die einen Drehrohrofen (701) zum anschließenden Brennen des vorgewärmten Zementrohmaterials zu Zementklinker umfasst.
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