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1. (WO2018158057) VERFAHREN UND ANLAGE ZUR HERSTELLUNG VON ZEMENT
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Verfahren und Anlage zur Herstellung von Zement

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Zement, wobei zunächst in einem Zementklinkerprozess Zementklinker aus Zementrohmehl hergestellt wird und anschließend der Zementklinker in einem Zementmahlprozess zu Zement gemahlen wird.

Zemente sind hydraulische Bindemittel aus den Bestandteilen Zementklinker, Gips sowie Kompositmaterialien, wie beispielsweise Flugasche oder Hüttensand. Des Weiteren kommen ggf. das Gefüge verbessernde Materialien, wie insbesondere Kalkstein zum Einsatz.

Bei der Klinkerherstellung entstehen durch das verwendete Zementrohmehl und den Brennstoffen Schadstoffe im Abgas. Besonders problematisch sind dabei die entstehenden Quecksilber-Emissionen. Die bei der Klinkerherstellung entstehenden Abgase werden im sogenannten „Verbundbetrieb" bei der Mahltrocknung der Rohmaterialien genutzt, sodass das im Abgas enthaltene Quecksilber nahezu vollständig im Zementrohmehl eingebunden wird. Eine Minderung der Emissionen ist daher insbesondere im Direktbetrieb erforderlich, bei dem die Abgase zuvor nicht in der Rohmühle genutzt werden. Im Direktvertrieb findet eine Anreicherung des Quecksilbers an dem im Abgas mitgeführten Staub statt. Die Anreicherung kann dabei durch eine Abgaskühlung zusätzlich gesteigert werden, wodurch die Emissionen entsprechend sinken.

Aus der DE 10 2014 113 620 AI ist weiterhin die Verwendung von Puzzolanen zur Entfernung von Schadstoffen aus Abgasen von Feuerungsanlagen bekannt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde die Abgasreinigung bei der Zementherstellung insbesondere hinsichtlich der Quecksilberemissionen zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Zement wird zunächst in einem Zementklinkerprozess Zementklinker aus Zementrohmehl hergestellt, wobei

ein schadstoffhaltiges Abgas entsteht. Anschließend wird der Zementklinker in einem Zementmahlprozess in einer Zementmühle zu Zement gemahlen. Dabei wird zumindest einem Teil des beim Zementklinkerprozess entstehenden Abgases Puzzolan zur Einbindung von Schadstoffen zugegeben, das nachfolgend in einem Filter als mit Schadstoffen angereichertes Puzzolan abgeschieden wird. Anschließend wird zumindest ein Teil des mit Schadstoffen angereicherten Puzzolans dem Zementklinker vor und/oder nach der Zementmühle zugegeben.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zement sieht eine Zementklinkerherstellungsanlage zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl und eine Zementmahlanlage mit einer Zementmühle zur Mahlung des Zementklinkers zu Zement vor. Zur Reinigung des bei der Herstellung des Zementklinkers entstehenden Abgases kommt ein Filter zum Einsatz, dem in Strömungsrichtung des Abgases eine Puzzolan-Zugabeeinrichtung zur Zugabe von Puzzolan in das Abgas vorgeordnet ist, wobei der Filter einen Auslass für mit Schadstoffen angereichertes Puzzolan aufweist. In der Zementmahlanlage ist vor und/oder nach der Zementmühle eine Zugabestelle für das mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan vorgesehen, die mit dem Auslass des Filters zur Zugabe des mit Schadstoffen angereicherten Puzzolans zum Zementklinker in Verbindung steht.

Zementmühlen werden üblicherweise mit einem erwärmten Prozessgas betrieben. Wird das Quecksilber im Zementklinkerprozess lediglich an dem in den Abgasen enthaltenen Staub angereichert und wird dieser Filterstaub anschließend in der Zementmühle beigemischt, kann es aufgrund der Erwärmung zu einer erneuten Verdampfung und in der Folge auch zu Sekundäremissionen von Quecksilber kommen. Durch die Verwendung von Puzzolan zur Einbindung der Schadstoffe im Zementklinkerprozess kann zum einen eine sehr effektive Einbindung der Schadstoffe erreicht werden und zum anderen werden durch die (nochmalige) Zugabe des nun mit Schadstoffen angereicherten Puzzolans vor und/oder nach der Zementmühle eine erneute Verdampfung und infolge auch Sekundäremissionen von Quecksilber vermieden. Dieser Effekt beruht darauf, dass die Schadstoffe, insbesondere Quecksilber besser am Puzzolan als am normalen Filterstaub haften.

Dies hat insbesondere mit der höheren spezifischen Oberfläche und der chemischen Zusammensetzung zu tun. Des Weiteren stellt sich der Effekt ein, dass das Quecksilber, welches vom Filterstaub desorbiert, an dem Puzzolan wieder adsorbiert. Zwar wäre hierfür prinzipiell auch der Einsatz von Aktivkohle denkbar, jedoch würde dies zu einer ungewollten Kohlenstoffanreicherung im Zement führen. Die Einbindung von Schadstoffen, wie Quecksilber, ist hingegen in der Regel nicht limitiert.

Für den oben beschriebenen Zweck kann sowohl ein natürliches als auch ein künstliches Puzzolan zur Einbindung der Schadstoffe zur Anwendung kommen. Des Weiteren kann die Zementmühle mit einem (heißen) Gasstrom betrieben werden, wobei der gemahlene Zement anschließend in wenigstens einer ersten Abscheidestufe, insbesondere einer Sichter- und/oder Zyklonstufe vom Gasstrom getrennt werden. Dabei kann vorgesehen werden, dass das mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan des Filters aus dem Zementklinkerprozess zwischen der Zementmühle und der ersten Abscheidestufe in den Gasstrom eingeführt wird. Das mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan kann aber auch mit dem Zementklinker der Zementmühle aufgegeben werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der in der ersten Abscheidestufe abgetrennte Gasstrom wenigstens einer zweiten Abscheidestufe zugeführt werden. Dabei ist denkbar, dass das mit Schadstoffen angereichte Puzzolan und/oder weiteres Puzzolan zwischen der ersten und der zweiten Abscheidestufe in den von der ersten Abscheidestufe abgetrennten Gasstrom eingeführt wird.

Als Puzzolan kommt insbesondere ein Puzzolan mit einer inneren Oberfläche von 3-500 m2/g vorzugsweise von 5 - 50 m2/g zum Einsatz. Weiterhin soll das Puzzolan zweckmäßig mit einem Blainewert von 500 - 2000 cm2/g zum Einsatz kommen. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Puzzolan mit einer mittleren Korngröße < 10 μιη eingesetzt wird.

Gemäß einer weiteren Option kommt im Zementmahlprozess ein Gasstrom in der Zementmühle zum Einsatz, dessen Schadstoffkonzentration nach wenigstens einer ersten Entstaubung gemessen wird und die Zugabe des mit Schadstoffen angereicherten Puzzolans aus dem Zementklinkerprozess und/oder von weiterem Puzzolan erfolgt im Zementmahlprozess in Abhängigkeit der gemessenen Schadstoffkonzentration. In entsprechender Weise wir auch die Zugabemenge des Puzzolans im Zementklinkerprozess in Abhängigkeit einer Messung der Schadstoffkonzentration des Abgases des Zementklinkerprozesses geregelt.

Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn die Zugabe des Puzzolans in das im Zementklinkerprozess entstandene Abgas bei einer Temperatur des Abgases von weniger als 400°C, vorzugsweise weniger als 300°C und höchstvorzugsweise bei weniger als 200°C erfolgt. Dadurch kann eine effektive Anreichung des Quecksilbers am Puzzolan erfolgen. Damit das im Zementmahlprozess zugegebene und mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan die eingebundenen Schadstoffe, wie Quecksilber, nicht wieder freisetzt, ist es zweckmäßig, die Zementmühle mit einem Gasstrom zu betreiben, der eine Temperatur von weniger als 250°C, vorzugsweise weniger als 200°C und höchstvorzugsweise weniger als 150°C aufweist. Auf diese Weise könne Sekundäremissionen von Quecksilber weitgehend vermieden werden.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der Zementklinkerherstellungsanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der Zementanlage und

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild der Zementklinkerherstellungsanlage gemäß einem zweiten Herstellungsbeispiel.

Die in Fig. 1 dargestellte Zementklinkerherstellungsanlage 100 dient zur Herstellung von Zementklinker 2 aus Rohmehl 3. In einer Anlage 1, umfassend einen Vorwärmer und einen Ofen, erfolgt die Herstellung des Zementklinkers 2 in an sich bekannter Art und Weise, wobei insbesondere das Zementrohmehl 3 zunächst im Vorwärmer vorgewärmt und das vorgewärmte Zementrohmehl anschließend im Ofen gebrannt wird. Optional kann das Zementrohmehl vor dem Brennen noch vorcalciniert werden. Der gebrannte Zementklinker wird anschließend in einem Kühler gekühlt.

Der Anlage 1 wird neben dem Zementrohmehl 3 insbesondere Brennstoff 4 und Luft 5 zugeführt.

Das beim Zementklinkerprozess entstehende Abgas 6 wird im Verbundbetrieb einer Rohmühle zugeführt, in der Rohmaterial 8 zu dem Zementrohmehl 3 gemahlen wird. Das staubhaltige Abgas 6 wird nach der Rohmühle einen Filter 9 zugeführt.

Im sogenannten Direktvertrieb, bei dem die Rohmühle 7 nicht im Einsatz ist, wird das Abgas 6 des Zementklinkerprozesses in einem Kühlturm 10 vorzugsweise mit Wasser auf eine Temperatur von weniger als 200°C gekühlt. Das abgekühlte Abgas gelangt dann ebenfalls in den Filter 9, bei dem es sich beispielsweise um einen Elektrofilter oder einen Schlauchfilter handelt. Zwischen der Rohmühle 7 und dem Filter 9 bzw. dem Kühlturm 10 und dem Filter 9 ist wenigstens eine erste Puzzulan-Zugabeeinrichtung 11 zur Zugabe von Puzzolan 13 in das Abgas vorgesehen. Optional kann auch vor dem Kühlturm 10 bzw. vor der Rohmühle 7 eine zweite Puzzolan-Zugabeeinrichtung 12 vorgesehen werden. Dort herrschen üblicherweise Temperaturen im Bereich von 200 bis 400°C. Das über die erste Puzzolan-Zugabeeinrichtung 11 und/oder die zweite Puzzolan-Zugabeeinrichtung 12 zugegebene Puzzolan 13 bewirkt die Einbindung der im Abgas flüchtigen Schadstoffe, insbesondere eine Anlagerung des Quecksilbers an das Puzzolan 13 bzw. an den im Abgas mitgeführten Staub.

Im Filter 9 wird das mit Schadstoffen belastete Puzzolan 13" zusammen mit dem ebenfalls mit Schadstoff belasteten Staub 14 abgeschieden, während das Abgas als gereinigtes Abgas 6" entweder einer weiteren Reinigung unterzogen oder in die Atmosphäre abgegeben wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Zementmahlanlage 200 besteht im Wesentlichen aus einer Zementmühle 15, einer ersten Abscheidestufe 16 und einer zweiten Abscheidestufe 17. Die Zementmühle 15 wird mit einem Gasstrom 18 betrieben, bei dem es sich beispielsweise um Kühlerabluft oder ein sonstiges Gas handelt. Des Weiteren wird der Zementmühle 15 ein Aufgabematerial 19 zugegeben, bei dem es sich zum einen um den in der Zementklinkerherstellungsanlage 100 herstellten Zementklinker 2, Gips sowie ggf. weiteren Zuschlagsstoffe handelt. Das Aufgabematerial wird in der Zementmühle 15 zu Zement 26 gemahlen und zusammen mit dem Gasstrom 18 ausgetragen und der ersten Abscheidestufe 16 zugeführt. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Sicht- und/oder Zyklonstufe die baulich auch in der Zementmühle 15 integriert sein kann. Dort wird der Zement 26 vom Gasstrom 18 getrennt und als Produkt ausgetragen. Der Gasstrom 18 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel einer optionalen zweiten Abscheidestufe 17 zugeführt, die beispielsweise als Schlauchfilter ausgebildet ist. Dort wird der noch im Gasstrom verbliebene Zement 20 abgeschieden bzw. vom Gasstrom 18 getrennt. Der Gasstrom 18 kann dann ganz oder teilweise nach der ersten Abscheidestufe 16 bzw. nach der zweiten Abscheidestufe 17 zur Zementmühle 15 rezirkuliert werden.

Des Weiteren ist vor und/oder nach der Zementmühle 15 eine erste Zugabestelle 20 bzw. eine zweite Zugabestelle 21 für das mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan 13" aus der Zementherstellungsanlage. An der ersten Zugabestelle 20 wird das mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan 13" zusammen mit dem Aufgabematerial 19 in die Zementmühle 15 eingeführt. Bei der zweiten Zugabestelle 21 wird das mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan 13" in das von der Zementmühle 15 kommende Gas-Feststoff-Gemisch zugegeben. Schließlich kann zwischen der ersten Abscheidestufe 16 und der zweiten Abscheidestufe 17 noch eine dritte Zugabestelle 22 für das mit Schadstoffen belastete Puzzolan 13" in den Gasstrom 18 vorgesehen werden. An den Zugabestellen 20, 21 und 22 wird neben dem mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan 13" auch der im Filter 9 abgeschiedene Staub 14 zugegeben, wenn dieser gemeinsam mit dem mit Schadstoffen angereicherte Puzzolan 13" abgeschieden wird.

Neben dem mit Schadstoffen belasteten Puzzolan 13" und ggf. dem im Filter 9 abgeschiedenen Staub 14 aus dem Zementklinkerprozess können an der ersten, zweiten bzw. dritten Zugabestelle 20, 21 und 22 auch weiteres (zusätzliches) Puzzolan zugegeben werden. Das Puzzolan hat gegenüber dem herkömmlichen, mit dem Abgas 6 mitgeführten Staub 14 den Vorteil, dass es die Schadstoffe,

insbesondere Quecksilber effektiver einbindet. Die Zugabe im Bereich der Zementmahlanlage 200 hat außerdem den weiteren Effekt, dass die bereits eingebundenen Schadstoffe, insbesondere das Quecksilber, nicht wieder freigesetzt bzw. wieder sofort eingebunden werden.

Je nach gewünschter Zementnorm kann der Zement bis zu einer Größenordnung von etwa 30% Puzzolan enthalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung können dabei bis zu 10% des im Endprodukt (Zement) enthaltenen Puzzolan bereits im Zementklinkerprozess über die erste Puzzolan-Zugabeeinrichtung 11 und/oder die zweite Puzzolan-Zugabeeinrichtung 12 zugegeben werden.

Fig. 3 zeigt eine Zementklinkerherstellungsanlage 101 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, dass sich im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass nach dem Filter 9 ein weiterer Filter 24 vorgesehen ist. Vor dem Filter 9 erfolgt auch keine Zugabe von Puzzolan, sodass im Filter 9 eine Abscheidung des im Abgas enthaltenen Staubes 14 erfolgt, sodass ein vorgereinigtes Abgas entsteht, in das durch eine dritte Puzzolan-Zugabeeinrichtung 23 Puzzolan 13 zugegeben wird, an dem sich die Schadstoffe, insbesondere das Quecksilber niederschlagen. Im weiteren Filter 24 wird schließlich das mit Schadstoffen belastete Puzzolan 13" abgeschieden, sodass ein gereinigtes Abgas 6" verbleibt.

Das zweite Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass der im Abgas enthaltene Staub 14 separat vom mit Schadstoffen belastete Puzzolan 13" abgeschieden wird und somit im Zementmahlprozess im Wesentlichen nur das mit Schadstoffen belastete Puzzolan zugegeben wird, wodurch eine bessere Dosierbarkeit erreicht wird. Außerdem ist die Menge des normalen Filterstaubs, der in der Zementmahlanlage zugeben werden darf, durch die Zementnorm limitiert. Weiterhin können insbesondere spezielle Zementeigenschaften ohne Filterstaub leichter erreicht werden. Üblicherweise wird nur der Filterstaub im Direktbetrieb in die Zementmahlanlage verschoben, da die Filterstaubmengen im Verbundbetrieb zu hoch sind. Durch die getrennte Abscheidung von Filterstaub und Puzzolan, kann die Zugabe des Puzzolans nun auch im Verbundbetrieb mit der Rohmühle erfolgen.Die Menge des im Zementmahlprozess zugegebenen mit Schadstoffen belasteten Puzzolans 13" bzw. das Gemisch aus Staub 14 und mit Schadstoffen belasteten Puzzolans 13" wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit einer Schadstoffmessung zugeführt. Dazu wird beispielsweise der Quecksilbergehalt des Gasstromes 18 nach der ersten bzw. zweiten Abscheidestufe 16, 17 gemessen und für die Mengendosierung herangezogen.