BE1031302A1 - Ofen und Verfahren zum Brennen von Karbonatgestein - Google Patents

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Brennen von Material, wie Karbonatgesteinen, in einem Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen (1) mit zwei Schächten (2), die abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betrieben werden und mittels eines Verbindungskanals (19) miteinander verbunden sind, 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 Materials zu einem Materialauslass (40) strömt, wobei ein Kühlgas in die Kühlzone (22) eingelassen wird, wobei Abgas über einen innerhalb oder oberhalb der Vorwärmzone (21) angeordneten Abgasauslass (6) aus einem Schacht (2) des Ofens ausgelassen wird und wobei das über den Abgasauslass (6) aus dem Schacht (2) ausgelassene Abgas in einen ersten Teil des Abgases und einen zweiten Teil des Abgases verzweigt wird und wobei der erste Teil des Abgases über einen ersten Abgaseinlass (12) einem oberen Bereich der Vorwärmzone (21) zugeführt wird, wobei der zweite Teil des aus dem Schacht (2) ausgelassene Abgases über einen zweiten Abgaseinlass (15) stromabwärts des ersten Abgaseinlasses (12) der Vorwärmzone (21) zugeführt wird.

Description

t BE2023/5063

Ofen und Verfahren zum Brennen von Karbonatgestein

Die Erfindung betrifft einen Ofen sowie ein Verfahren zum Brennen und Kühlen von

Material, wie Karbonatgesteinen, mit einem GGR-Schachtofen. Bei dem Ofen handelt es sich beispielsweise um einen Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen (GGR-

Schachtofen) oder um einen Schachtofen, insbesondere einen Ringschachtofen.

Das Brennen von Karbonatgestein in einem Schachtofen oder einem GGR-Schachtofen ist seit etwa 60 Jahren bekannt. Ein derartiger, beispielsweise aus der WO 2011/072894

A1 bekannter GGR-Schachtofen weist zwei vertikale, parallele Schächte auf, die zyklisch arbeiten, wobei nur in einem Schacht, dem jeweiligen Brennschacht, gebrannt wird, während der andere Schacht als Regenerativschacht arbeitet. Dem Brennschacht werden Oxidationsgas im Gleichstrom mit dem Material und Brennstoff zugeführt, wobei die dabei entstehenden heißen Abgase zusammen mit der von unten zugeführten, erwärmten Kühlluft über den Überstromkanal in den Abgasschacht geleitet werden, wo die Abgase im Gegenstrom zum Material nach oben abgeleitet werden und das Material dabei vorwärmen. Das Material wird üblicherweise von oben zusammen mit dem

Oxidationsgas in den Schacht aufgegeben, wobei Brennstoffe in der Brennzone eingedüst werden.

Das zu brennende Material passiert üblicherweise in jedem Schacht eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine sich daran anschließende Brennzone, in der das

Material gebrannt wird und eine sich daran anschließende Kühlzone, in der Kühlluft dem heißen Material zugeführt wird.

Um den Qualitätsanforderungen bezüglich einer hohen Reaktivität des Branntkalkes, wie sie beispielsweise in Stahlwerken gefordert wird, gerecht zu werden, dürfen die

Temperaturen in der Brennzone einen Wert von 1100°C, vorzugsweise 1000°C, nicht überschreiten. Des Weiteren steigt die Nachfrage nach umweltfreundlicher Herstellung von Branntkalk ebenfalls, sodass bestimmte Anforderungen an den CO2-Gehalt des

Abgases zur anschließenden Nachbehandlung erfüllt werden müssen. Zur Erhöhung des

CO2-Gehalts im Abgas ist es bekannt zumindest einen Teil des Abgases in einen der

Schächte zurückzuleiten. Eine solche Abgasrückführung erfordert eine aufwendige und

? BE2023/5063 kostenintensive Behandlung des Abgases bevor es in den Schacht zurückgeführt werden kann.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ofen, wie einen

Schachtofen und/ oder einen kostengünstigen und energieeffizienten GGR-Schachtofen und ein Verfahren zum Brennen von Karbonatgestein mit einem solchen Ofen bereitzustellen, mit welchem Kalk mit einer hohen Reaktivität hergestellt wird, wobei bei gleichzeitig eine CO2-Abscheidung aus dem Abgas ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Nach einem ersten Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Brennen von

Material, wie Karbonatgesteinen, in einem Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-

Schachtofen mit zwei Schächten, die abwechselnd als Brennschacht und als

Regenerativschacht betrieben werden und mittels eines Verbindungskanals miteinander verbunden sind, wobei das Material 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 strömt, wobei ein Kühlgas in die Kühlzone eingelassen wird, wobei Abgas über einen innerhalb oder oberhalb der

Vorwärmzone angeordneten Abgasauslass aus einem Schacht des Ofens ausgelassen wird und wobei das über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassene Abgas in einen ersten Teil des Abgases und einen zweiten Teil des Abgases verzweigt wird und wobei der erste Teil des Abgases über einen ersten Abgaseinlass einem oberen Bereich der Vorwärmzone zugeführt wird. Der zweite Teil des aus dem Schacht ausgelassene

Abgases wird über einen zweiten Abgaseinlass stromabwärts des ersten Abgaseinlasses der Vorwärmzone zugeführt.

Eine Zufuhr von Abgas an zwei unterschiedlichen Positionen innerhalb der Vorwärmzone sorgt für eine optimale Abgasströmung innerhalb der Vorwärmzone, wobei insbesondere eine zu geringe Temperatur innerhalb der Vorwärmzone zuverlässig verhindert wird und somit eine Kondensation des Abgaseses innerhalb der Vorwärmzone vermieden wird.

Dadurch verringert sich zudem das Korrosionsrisiko in den Komponenten der weiteren

Abgasbehandlung. Der Schacht weist vorzugsweise eine Mehrzahl von ersten

Abgaseinlässen auf, die beispielsweise umfangsmäBig um den Schacht insbesondere auf der gleichen Höhe angeordnet sind und denen der erste Teil des Abgases zugeführt 5 wird. Vorzugsweise sind die ersten Abgaseinlässe jeweils mit einer Leitung, insbesondere einer Ringleitung, zum Leiten des ersten Teils des Abgases verbunden.

Beispielswiese sind die ersten Abgaseinlässe gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Der Schacht weist vorzugsweise eine Mehrzahl von zweiten Abgaseinlässen auf, die beispielsweise umfangsmäßig um den Schacht insbesondere auf der gleichen

Höhe, angeordnet sind und denen der zweite Teil des Abgases zugeführt wird.

Vorzugsweise sind die zweiten Abgaseinlässe jeweils mit einer Leitung, insbesondere einer Ringleitung, zum Leiten des zweiten Teils des Abgases verbunden. Beispielswiese sind die zweiten Abgaseinlässe gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet.

Das über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassene Abgas wird beispielsweise vollständig in einer Kühleinrichtung gekühlt und anschließend in einer

Erwärmungseinrichtung auf eine Temperatur von maximal 200°C, insbesondere 50°C bis 160°C, vorzugsweise 70°C bis 120°C erwärmt. Dies bewirkt eine Verringerung der relativen Feuchte des Abgases. Insbesondere wird das Risiko stark vermindert, dass

Wasser auskondensiert und zu Betriebsproblemen in den Verdichtern führt. Es ist ebenfalls möglich, dass nur ein Teil des Abgases der Kühleinrichtung und anschließend der Erwärmungseinrichtung zugeführt wird. Das Abgas wird beispielsweise in der

Kühleinrichtung auf eine Temperatur von 10°C bis 50°C, insbesondere 15°C bis 40°C gekühlt. Dabei erfolgt eine zumindest teilweise Kondensation des Wassers in dem Abgas, wodurch die absolute Feuchte des Abgases reduziert wird. Die Kühleinrichtung und/ oder die Erwärmungseinrichtung sind optional als Wärmetauscher ausgebildet. Dies ermöglicht eine Nutzung der Abwärme, insbesondere der Temperaturdifferenz eines

Fluids an einer anderen Position des Ofenprozesses. Beispielsweise wird das Abgas vor der Kühlung in der Kühleinrichtung in einem Filter entstaubt. Der Filter ist vorzugsweise zwischen dem Abgasauslass und der Kühleinrichtung angeordnet. Bei dem Filter handelt es sich vorzugsweise um einen Staubfilter zum Filtern von Staubpartikeln aus dem

Abgas. Der Filter wird beispielsweise im Überdruck oder im Unterdruck mit einem stromabwärts angeordneten Ventilator betrieben. Vorzugsweise ist in Strômungsrichtung des Abgases vor dem Filter ein Verdichter, insbesondere ein Ventilator, angeordnet.

‘ BE2023/5063

Bei dem zu brennenden Material handelt es sich vorzugsweise um Kalkstein oder

Dolomitstein mit einer Korngröße von 10 bis 200mm, vorzugsweise von 15 bis 120mm, höchstvorzugsweise 30 bis 100mm. Bei dem Kühlgas handelt es sich beispielsweise um

Luft. Vorzugsweise wird dem Ofen als Brennstoff Methan oder Wasserstoff zugeführt. Am

Abgasauslass weist das Abgas vorzugsweise einen Anteil an Wasser von etwa 5 Vol% bis 40 Vol%, Insbesondere 10 Vol% bis 25 Vol% auf, wobei die Temperatur beispielsweise etwa 80°C bis 100°C und insbesondere beim Start der Anlage weniger als 80°C beträgt.

Bei dem Ofen handelt es sich beispielsweise um einen Gleichstrom-Gegenstrom-

Regenerativ-Schachtofen mit zwei parallelen Schächten oder einen Schachtofen mit genau einem Schacht. Ein Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen weist mindestens zwei Schächte auf, die vorzugsweise parallel zueinander und vertikal angeordnet sind. Die Schächte sind abwechselnd als Brennschacht und als

Regenerativschacht betreibbar, wobei jeder Schacht in Strömungsrichtung des Materials eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des

Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des Materials aufweist. Jeder Schacht weist vorzugsweise einen Materialeinlass zu Einlassen von zu brennendem Material in den

Schacht auf, wobei sich der Materialeinlass insbesondere am oberen Ende des jeweiligen

Schachts befindet, sodass das Material schwerkraftbedingt in den jeweiligen Schacht fällt. 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. Auch ein Austreten von Gas über den Materialeinlass aus dem

Schacht wird durch die Materialschleuse verhindert. 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.

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

> BE2023/5063 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 über die Brennerlanzen ein Brennstoff in die Brennzone 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 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 im

Gegenstrom zu dem zu kühlenden Material durch die Kühlzone geleitet und vorzugsweise vollständig über den Kühlgasauslass der Kühlluftabzugseinrichtung aus dem Schacht ausgelassen, sodass vorzugsweise kein Kühlgas von der Kühlzone in die

Brennzone strömt.

Jeder Schacht weist vorzugsweise zumindest einen Abgasauslass, beispielsweise an dem oberen Ende des Schachts innerhalb der Vorwärmzone, auf. Vorzugsweise ist der

Abgasauslass oberhalb der Materialsäule in einem materialfreien Bereich der

Vorwärmzone angeordnet. Das Abgas wird vorzugsweise ausschließlich aus einem

Schacht, insbesondere dem Regenerativschacht, ausgelassen. Das ausgelassene

Abgas wird vorzugsweise dem jeweils anderen Schacht, insbesondere dem

Brennschacht, oder dem Regenerativschacht zugeführt. Vorzugsweise wird lediglich ein

Teil des aus dem Regenerativschacht ausgelassenen Abgases zumindest einem

Schacht wieder zugeführt. Ein Teil des aus dem Regenerativschacht ausgelassenen

Abgases wird beispielsweise aus dem GGR-Schachtofen abgeführt und beispielweise einer weiteren Behandlung, wie einer Sequestrierung, zugeführt. Das Abgas besteht vorzugsweise aus CO2 und optional H2O.

Der Brennzone und/ oder der Vorwärmzone des als Brennschacht betriebenen Schachts wird vorzugsweise ein Brennstoff über eine Brennstoffleitung zugeführt. Vorzugsweise

° BE2023/5063 wird der Brennstoff Brennerlanzen zugeführt, die in der Brennzone und/ oder der

Vorwärmzone angeordnet sind. Bei dem Brennstoff handelt es sich beispielsweise um ein Brenngas, wie Hochofengas, Methan, Wasserstoff oder Erdgas, oder Kohlenstaub oder Biomasse oder flüssige Brennstoffe. In der Brennzone wird das Material vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 1100°C erhitzt.

Jeder Schacht weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Brennerlanzen auf, die sich zumindest teilweise durch die Vorwärmzone erstrecken und insbesondere in die

Brennzone des jeweiligen Schachts münden und zum Leiten von beispielsweise

Brennstoff und/ oder einem Oxidationsgas, wie Luft oder mit Sauerstoff angereicherte

Luft oder reinem Sauerstoff, dienen. Vorzugsweise ist der Brenngasauslass der

Brennerlanzen an dem oberen Ende der Brennzone angeordnet, sodass sich die

Vorwärmzone bis zu dem Brenngasauslass zumindest einer Brennerlanze erstreckt.

Eine Rückführung des Abgases in zumindest einen Schacht oder beide Schächte ermöglicht die Herstellung von Kalk mit einer hohen Reaktivität, wobei gleichzeitig

Prozessgas mit einem CO2-Gehalt von mehr als 90% bezogen auf trockenes Gas hergestellt wird. Bei einem solchen Prozessabgas ist es möglich, dieses mit geringerem

Aufwand 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.

Insbesondere wird das Abgas in die Vorwärmzone des als Brennschacht und/ oder als

Regenerativschacht betriebenen Schachts eingeleitet. Vorzugsweise weist jeder Schacht einen Abgaseinlass, insbesondere einen Verbrennungsgaseinlass auf, der in dem oberen

Bereich des Schachts in der Vorwärmzone angeordnet ist und dem Einlass des zur

Verbrennung benötigten Gases dient.

Der GGR-Schachtofen weist vorzugsweise stromabwärts des Abgasauslasses eine

Abzweigung auf, die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie das aus dem

Abgasauslass ausgelassene Abgas in einen ersten Teil des Abgases und einen zweiten

Teil des Abgases abzweigt. Vorzugsweise ist die Abzweigung in Strömungsrichtung des

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Abgases hinter einem Staubfilter, der Erwärmungseinrichtung und/ oder der

Kühleinrichtung angeordnet. Der erste Teil des Abgases wird über einen ersten

Abgaseinlass einem oberen Bereich der Vorwärmzone des Brennschachts und/ oder des

Regenerativschachts zugeführt, wobei der zweite Teil des Abgases über einen zweiten

Abgaseinlass stromabwärts des ersten Abgaseinlasses der Vorwärmzone des

Brennschachts und/ oder des Regenerativschachts zugeführt wird. Vorzugsweise weist die Vorwärmzone des Brennschachts und des Regenerativschachts jeweils einen ersten

Abgaseinlass und einen in Strômungsrichtung des Materials hinter diesem angeordneten zweiten Abgaseinlass auf.

Insbesondere ist die Menge an Abgas, die der Vorwärmzone des als Brennschacht betriebenen Schachts und/ oder des als Regenerativschacht betriebenen Schachts über den ersten und/ oder den zweiten Abgaseinlass zugeführt wird, einstellbar. Der GGR-

Schachtofen weist vorzugsweise zumindest ein Regelorgan, wie beispielsweis eine

Klappe oder ein Ventil, auf. Vorzugsweise ist dem ersten und dem zweiten Abgaseinlass jeweils ein Regelorgan vorgeschaltet, sodass die Menge des ersten Teils des Abgases zu dem ersten Abgaseinlass und/ oder die Menge des zweiten Teils des Abgases zu dem zweiten Abgaseinlass einstellbar ist. Insbesondere wird die Menge an Abgas zu dem ersten und/ oder dem zweiten Abgaseinlass in Abhängigkeit des CO2-Gehalts des

Abgases eingestellt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird dem ersten und/ oder dem zweiten Teil des

Abgases vor dem Einleiten in die Vorwärmzone Sauerstoff zugeführt. Vorzugsweise ist eine mit dem Abgasauslass verbundene Abgasleitung mit einer Oxidationsmittelleitung zur Leitung von Sauerstoff verbunden, sodass Sauerstoff in die Abgasleitung eingeleitet wird. Beispielsweise wird Luft, ein sauerstoffreiches Gas oder reiner Sauerstoff dem ersten und/ oder dem zweiten Teil des Abgases zugeführt. Die Oxidationsmittelleitung ist vorzugsweise mit einer Sauerstoffquelle verbunden. Beispielsweise weist der GGR-

Schachtofen zumindest zwei Oxidationsmittelleitungen auf, die jeweils mit einem

Abgaseinlass zum Einlassen von Abgas in die Vorwärmzone verbunden sind.

Insbesondere wird dem ersten Abgaseinlass und/ oder ausschließlich dem zweiten

Abgaseinlass der Vorwärmzone des als Brennschacht betriebenen Schachts Sauerstoff zugeführt.

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der zweite Teil des Abgases vor dem

Einleiten in die Vorwärmzone des Brennschachts auf etwa von 100mbar bis 600mbar, vorzugswiese 200mbar bis 550mbar, insbesondere 500mbar verdichtet. Der GGR-

Schachtofen weist vorzugsweis einen Verdichter auf, der zwischen dem Abgasauslass und dem zweiten Abgaseinlass angeordnet und dazu ausgebildet ist den zweiten Teil des

Abgases auf etwa von 100mbar bis 600mbar, vorzugswiese 200mbar bis 550mbar, insbesondere 500mbar zu verdichten. Dadurch wird einem Druckverlust innerhalb des

GR-Schachtofens entgegengewirkt. Vorzugsweise wird der zweite Teil des Abgases vor dem Einleiten in die Vorwärmzone des Regenerativschachts auf etwa von 50mbar bis 200mbar, vorzugswiese 7Ombar bis 150mbar, insbesondere 100mbar verdichtet. Bei einem Einleiten des zweiten Teils des Abgases in den zweiten Abgaseinlass in dem

Regenerativschacht ist der Druckverlust innerhalb des GGR-Ofens vorzugsweise geringer als beim Einleiten in den Brennschacht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der zweite Teil des Abgases am unteren

Ende der Vorwärmzone, insbesondere direkt, in diese eingeleitet. Insbesondere wird der zweite Teil des Abgases in Strömungsrichtung des Materials vor der Brennzone, insbesondere vor einem Brenngasauslass einer Brennerlanze, in die Vorwärmzone eingeleitet. Der zweite Teil des Abgases wird vorzugsweise über einen oder mehrere als

Durchlass in der Schachtwand ausgebildeten zweiten Abgaseinlass oberhalb der

Brennzone in die Vorwärmzone eingeleitet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der zweite Teil des Abgases vor dem

Einleiten in den zweiten Abgaseinlass auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C, insbesondere 550°C bis 700°C, vorzugsweise 600°C erwärmt. Vorzugsweise wird der zweite Teil des Abgases zumindest teilweise oder vollständig in einem Wärmetauscher erwärmt. Dadurch wird eine optimale Vorwärmung des Materials innerhalb der

Vorwärmzone erreicht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der zweite Teil des Abgases in einen

Bereich der Vorwärmzone eingeleitet, der eine Temperatur aufweist, die der Temperatur des zweiten Teils des Abgases entspricht und/ oder eine Temperatur von 500°C bis 800°C, insbesondere 550°C bis 700°C, vorzugsweise 600°C aufweist. Vorzugswies weist die Vorwärmzone eine Gastemperatur von 70°C bis 800°C auf, wobei am oberen Ende

) BE2023/5063 der Vorwärmzone das Gas eine Temperatur von etwa 70°C bis 100°C aufweist und am unteren Ende das Gas eine Temperatur von etwa 700°C bis 900°C, vorzugsweise 800°C aufweist. Die Temperatur des Gases steigt in Strömungsrichtung des Materials vorzugsweise kontinuierlich an. Der zweite Abgaseinlass ist vorzugsweise auf einer Höhe der Vorwärmzone angeordnet, auf der innerhalb der Vorwärmzone eine Gastemperatur von 500°C bis 800°C, insbesondere 550°C bis 700°C, vorzugsweise 600°C eingestellt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorwärmzone eine sich in

Strömungsrichtung des Materials erstreckende Länge auf, wobei der zweite

Abgaseinlass zum Einlassen von Abgas in die Vorwärmzone in Strömungsrichtung des

Materials einen Abstand zu dem oberen Ende der Brennzone aufweist und wobei das

Verhältnis des Abstandes zu der Länge 0 bis 0,5, insbesondere 0,2 bis 0,3, vorzugsweise 0,25 beträgt. Vorzugsweise erstreckt sich die Vorwärmzone von der Füllhöhe des

Materials und/ oder von dem Materialeinlass bis zu der Brennzone, insbesondere bis zu eine Brenngasauslass einer Brennerlanze. Ein solches Verhältnis bietet eine optimale

Vermischung der Gasströme innerhalb der Vorwärmzone bei einem optimalen

Kapazitätsstromverhältnis.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das in der Kühlzone erwärmte Kühlgas über eine Kühlgasabzugseinrichtung aus der Kühlzone des Schachts ausgelassen und einem

Wärmetauscher zur Erwärmung des zweiten Teils des Abgases insbesondere im

Gegenstrom zugeführt. Das in der Kühlzone erwärmte Kühlgas wird vorzugsweise über die Kühlgasabzugseinrichtung aus der Kühlzone des Schachts ausgelassen.

Insbesondere wird das in die Kühlzone eingelassene Kühlgas vollständig über die

Kühlgasabzugseinrichtung aus dem jeweiligen Schacht ausgelassen.

Die Kühlgasabzugseinrichtung weist vorzugsweise einen materialfreien Raum innerhalb der Kühlzone des Schachts auf. Der materialfreie Raum der Kühlgasabzugseinrichtung ist beispielsweise als Innenzylinder ausgebildet, der sich insbesondere mittig und in vertikaler Richtung durch die Kühlzone erstreckt. Insbesondere erstreckt sich der

Innenzylinder zumindest teilweise in die Brennzone hinein oder endet in einem vertikalen

Abstand zu der Brennzone. In dem Innenzylinder ist der Kühlgasauslass zum Auslassen des Kühlgases aus dem Schacht angeordnet. Der Innenzylinder weist vorzugsweise einen Kühlgaseinlass zum Einlassen von Kühlgas der Kühlzonen in das Innere des

Innenzylinders auf, wobei der Kühlgaseinlass vorzugsweise oberhalb des

Kühlgasauslasses in dem Innenzylinder angeordnet ist. Insbesondere ist der

Kühlgaseinlass am oberen Ende der Kühlzone angeordnet, sodass das Kühlgas vorzugsweise durch die gesamte Kühlgaszone und anschließend in den Innenzylinder der Kühlgasabzugseinrichtung strömt. Innerhalb des Innenzylinders strömt das Kühlgas vorzugsweise nach unten in Richtung des Kühlgasauslasses und in die

Kühlgasabzugsleitung. Die Kühlgasabzugseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie das gesamte Kühlgas aus dem Schacht auslässt, sodass vorzugsweise kein Kühlgas in die Brennzone oder den Verbindungskanal zur Verbindung der Brennzonen der Schächte gelangt. Insbesondere ist die Kühlgasabzugseinrichtung mit einem Regelorgan, wie einer Klappe oder einem Ventil, zur Einstellung der Menge an abzuziehendem Kühlgas verbunden.

Die Erfindung umfasst auch einen Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, mit zwei Schächten, die abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betreibbar und mittels eines

Verbindungskanals miteinander verbunden sind, wobei jeder Schacht in

Strömungsrichtung des Materials eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine

Brennzone zum Brennen des Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des Materials aufweist, wobei zumindest ein Schacht des GGR-Schachtofens einen innerhalb oder oberhalb der Vorwärmzone angeordneten Abgasauslass zum Auslassen von Abgas aus dem Schacht und einen ersten Abgaseinlass zum Einlassen von Abgas aufweist, und wobei der Abgasauslass mit dem ersten Abgaseinlass zum Einlassen eines ersten Teils des Abgases in die Vorwärmzone verbunden ist. Der Schacht weist innerhalb der

Vorwärmzone einen zweiten Abgaseinlass in Strömungsrichtung des Materials hinter dem ersten Abgaseinlass auf, der mit dem Abgasauslass zum Einlassen eines zweiten

Teils des Abgases in die Vorwärmzone verbunden ist.

Die mit Bezug auf das Verfahren zum Brennen von Material, wie Karbonatgesteinen, in einem GGR-Schachtofen beschriebenen Ausführungsformen und Vorteile treffen in vorrichtungsgemäßer Entsprechung ebenfalls auf den GGR-Schachtofen zu.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Schachtofen ein Regelorgan auf, das dem ersten und/ oder dem zweiten Abgaseinlass vorgeschaltet ist zur Regelung der Menge an Abgas, die der Vorwärmzone des als Brennschacht betriebenen Schachts und/ oder des als Regenerativschacht betriebenen Schachts über den ersten und/ oder den zweiten

Abgaseinlass zugeführt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, weist der Schachtofen zumindest eine

Oxidationsmittelleitung, die mit dem ersten und/ oder dem zweiten Abgaseinlass zur

Einleitung eines Oxidationsmittels in das Abgas verbunden ist. Bei dem Oxidationsmittel handelt es sich beispielsweise um Luft, ein sauerstoffreiches Gas oder reinen Sauerstoff.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist dem zweiten Abgaseinlass ein Verdichter vorgeschaltet, der derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass er das Abgas vor dem

Einleiten in den zweiten Abgaseinlass des Brennschachts auf einen Druck von 100mbar bis 600mbar, vorzugswiese 200mbar bis 550mbar, insbesondere 500mbar verdichtet.

Insbesondere ist dem zweiten Abgaseinlass ein Verdichter vorgeschaltet ist, der derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass er das Abgas vor dem Einleiten in den zweiten

Abgaseinlass des Regenerativschachts auf einen Druck von 50mbar bis 200mbar, vorzugswiese /0mbar bis 150mbar, insbesondere 100mbar verdichtet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Abgaseinlass an dem unteren

Ende der Vorwärmzone angeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Abgasauslass und dem zweiten Abgaseinlass ein Wärmetauscher angeordnet, der derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass er den zweiten Teil des Abgases auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C, insbesondere 550°C bis 700°C, vorzugsweise 600°C erwärmt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorwärmzone eine sich in

Strömungsrichtung des Materials erstreckende Länge A auf, wobei der zweite

Abgaseinlass zum Einlassen von Abgas in die Vorwärmzone in Strömungsrichtung des

Materials einen Abstand B zu dem oberen Ende der Brennzone 20 aufweist und wobei das Verhältnis B/A des Abstandes B zu der Länge A, 0 bis 0,5, insbesondere 0,2 bis 0,3, vorzugsweise 0,25 beträgt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kühlzone einen Kühlgaseinlass zum

Einlassen von Kühlgas in die Kühlzone und eine Kühlgasabzugseinrichtung zum

Abführen von Kühlgas aus dem Schacht aufweist und wobei die

Kühlgasabzugseinrichtung mit dem Wärmetauscher zur Erwärmung des zweiten Teils des Abgases, insbesondere im Gegenstrom, verbunden ist.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines GGR-Schachtofens in einer

Schnittansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines GGR-

Schachtofens gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in einer

Schnittansicht.

Fig. 1 zeigt einen Ofen, insbesondere einen GGR-Schachtofen 1, mit zwei parallelen und vertikal ausgerichteten Schächten 2. Die Schächte 2 des GGR-Schachtofens 1 sind im

Wesentlichen identisch aufgebaut, sodass in Fig. 1 leidglich 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 insbesondere um Kalkstein und/ oder Dolomitstein vorzugsweise mit einer KorngrôBe 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

Verbrennungsgaseinlass 12 zum Einlassen von Verbrennungsgas zur Verbrennung von

Brennstoffen auf. Bei dem Verbrennungsgaseinlass 12 handelt es sich um einen ersten

Abgaseinlass 12, wobei jeder Schacht 2 vorzugsweise einen zweiten Abgaseinlass 15 aufweist, der in Strömungsrichtung des Materials hinter dem ersten Abgaseinlass 12 angeordnet ist. Beispielsweise weist der Schacht 2 eine Mehrzahl von sich umfangmäBig insbesondere auf gleicher Höhe und/ oder gleichmäßig zueinander beabstandete erste und zweite Abgaseinlässe auf. Bei dem Verbrennungsgas handelt es sich beispielsweise um entstaubtes Abgas zumindest eines der Schächte 2, wobei das Abgas vorzugsweise mit Sauerstoff angereichert ist. Des Weiteren weist jeder Schacht 2 einen

Abgasauslass 6 zum Auslassen von Abgasen aus dem jeweiligen Schacht 2 auf. Jedem

Abgasauslass 6 und Abgaseinlass 12, 15 ist beispielhaft jeweils ein Regelorgan zugeordnet. Über die Regelorgane, wie beispielsweise einem mengenregulierbarem

Verdichter 35, ist vorzugsweise die Menge an Verbrennungsgas, insbesondere Abgas, in den jeweiligen Abgaseinlass 12, 15 und die Menge an über den jeweiligen

Abgasauslass 6 abzuziehendes Abgas einstellbar. Der erste Abgaseinlass 12 und der

Abgasauslass 6 sind beispielhaft auf dem gleichen Höhenniveau und insbesondere innerhalb der Vorwärmzone 21 des jeweiligen Schachts 2 angeordnet. Beispielhaft ist der erste Abgaseinlass 12 und der Abgasauslass 6 in einem oberen Endbereich,

Insbesondere dem materialfreien oberen Ende der Vorwärmzone 21 des jeweiligen

Schachts 2 angeordnet.

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.

Das gebrannte Material wird beispielsweise in einen Auslasstrichter 25 geleitet, an den sich der Materialauslass 40 des Schachts 2 anschließt. Der Auslasstrichter 25 ist beispielhaft trichterförmig ausgebildet. Der Auslasstrichter 25 weist vorzugsweise einen

Kühlgaseinlass 23 zum Einlassen von Kühlgas in den jeweilige Schacht 2 auf. Das

Kühlgas wird vorzugsweise mittels eines Verdichters 33 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 6 aus dem Schacht 2 abgeführt.

Unterhalb des Materialeinlasses 3 und des ersten Abgaseinlasses 12 schließt sich in

Strömungsrichtung des Materials die Vorwärmzone 21 des jeweilige Schachtes 2 an. In der Vorwärmzone 21 wird das Material und das Verbrennungsgas 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. Zumindest ein Teil der Vorwärmzone 21 und der sich in

Strömungsrichtung des Materials daran anschließende Teil des jeweiligen Schachtes 2 sind beispielsweise mit einer feuerfesten Auskleidung umgeben.

In der Vorwärmzone 21 sind optional eine Mehrzahl von Brennerlanzen 10 angeordnet, die Jeweils in die Brennzone 20 münden und jeweils als Einlass für Brennstoff, wie beispielsweise ein Brenngas, Öl oder gemahlener fester Brennstoff dienen. Der GGR-

Schachtofen 1 weist beispielsweise eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Brennerlanzen 10 auf. Die Kühleinrichtung umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von

Kühlluftringleitungen, die sich ringförmig um den Schachtbereich erstrecken, in dem die

Brennerlanzen 10 angeordnet sind. Durch die Kühlluftringleitungen strömt vorzugsweise

Kühlluft zur Kühlung der Brennerlanzen 10. Vorzugsweise werden die Brennerlanzen 10 mittels des über den Abgasauslass 6 abgeführten Abgases gekühlt. Vorzugsweise ist der

Abgasauslass 6 mit den Brennerlanzen 10 zur Leitung von Abgas zu den Brennerlanzen 10 verbunden.

Die Brennerlanzen 10 sind vorzugsweise mit einer Brennstoffleitung 9 zur Leitung von

Brennstoff zu den Brennerlanzen 10 verbunden. Die Brennstoffleitung 9 ist beispielshaft zumindest teilweise als Ringleitung ausgebildet, die sich umfangsmäBig um den jeweiligen Schacht 2 herum erstreckt. Vorzugsweise weist jeder Schacht 2 eine jeweils den Brennerlanzen 10 des Schachts 2 zugeordnete Brennstoffleitung auf, die insbesondere jeweils ein Regelorgan zur Einstellung der Brennstoffmenge zu den

Brennerlanzen 10 aufweist.

An die Vorwärmzone 21 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials die Brennzone 20 an. In der Brennzone 20 wird der Brennstoff verbrannt und das vorgewärmte Material bei einer Temperatur von etwa 1000°C gebrannt. Vorzugsweise weisen die

Brennerlanzen an ihren Enden jeweils Brennstoffauslässe auf, wobei sich die Brennzone 20 insbesondere von den Brennstoffauslässen der Brennerlanzen 10 in

Strömungsrichtung des Materials erstreckt. 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.

Die Fig. 1 zeigt beispielhaft einen GGR-Kalkofen 1 mit runden Schachtquerschnitten. Der

Schachtquerschnitt kann jedoch eine andere geometrische Kontur aufweisen, wie beispielsweise rund, halbrund, oval, viereckig oder vieleckig.

An die Brennzone 20 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials in jedem Schacht 2 eine Kühlzone 22 an, die sich bis zur Austragseinrichtung 41 erstreckt. Das Material wird innerhalb der Kühlzone 22 auf etwa 100°C im Gegenstrom zu dem Material strömendem Kühlgas abgekühlt.

Jede Kühlzone 22 weist jeweils eine Kühlluftabzugseinrichtung 17 mit jeweils einem

Kühlgasauslass 29 auf. Das über den Kühlgaseinlass 23 in die Kühlzone 22 strömende

Kühlgas strömt vorzugsweise vollständig aus dem Kühlgasauslass 29 der

Kühlluftabzugseinrichtung 17 aus dem jeweiligen Schacht 2 heraus.

Jede Kühlzone 22 weist jeweils eine Kühlgasabzugseinrichtung 17 auf, die einen

Innenzylinder 26 umfasst, der sich von der Kühlzone 22 zumindest teilweise in die

Brennzone 20 oder bis auf eine Höhe erstreckt, die zu der Brennzone beabstandet ist und einen Kühlgasauslass 29 aufweist, der mit der Kühlgasabzugsleitung 11 verbunden ist.

Die Kühlzone 22 ist beispielhaft in einem Schachtabschnitt ausgebildet, der einen in etwa konstanten Querschnitt aufweist, wobei der Schachtquerschnitt der Kühlzone 22 in etwa dem Schachtquerschnitt dem unteren Bereich der Brennzone 20 entspricht.

Beispielsweise ist auf der Höhe des Verbindungskanals 19 ein materialfreier Ringraum ausgebildet. Jeder Schacht 2 des GGR-Schachtofens 1 weist vorzugsweise einen

Innenzylinder 26 auf, der sich mittig in vertikaler Richtung durch die Kühlzone 22 erstreckt. Beispielhaft erstreckt sich der Innenzylinder 26 von der Austragseinrichtung 41 durch die Kühlzone 22 in die Brennzone 20 bis auf die Höhe des Verbindungskanals 19.

Zur Kühlung des Innenzylinders 29 sind in dessen Außenwände eine Mehrzahl von

Kühlluftkanälen ausgebildet, die mit einer nicht dargestellten Kühlluftleitung zur Leitung von Kühlluft verbunden sind. Die erwärmte Kühlluft wird beispielhaft in die

Kühlgasabzugsleitung 11 geleitet und vorzugsweise zur Erwärmung des Abgases in den

Wärmetauscher 43 geführt. Beispielsweise wird die erwärmte Kühlluft als Energiequelle für anderer Prozesse wie zum Beispiel zur Trocknung von Biomasse oder Kalkstein verwendet.

Der Innenzylinder 26 der Kühlgasabzugseinrichtung 17 weist einen Kühlgasauslass 29 auf, der sich von dem Innenzylinder 26 radial nach außen durch die Schachtwand erstreckt und der Leitung von Kühlgas aus dem Innenzylinder 26 in die

Kühlgasabzugsleitung 11 dient. Der Innenzylinder 26 weist des Weiteren einen

Kühlgaseinlass 30 zum Einlassen von Kühlgas aus der Kühlzone 22 in den Innenzylinder 26 auf. Der Kühlgaseinlass 30 erstreckt sich durch die Innenzylinderwand in die Kühlzone 22 und verbindet das Innere des Innenzylinders 26 mit der Kühlzone 22. Der

Kühlgaseinlass 30 ist vorzugsweise oberhalb des Kühlgasauslasses 29 in der Kühlzone 22 angeordnet. Das Kühlgas strömt im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 von unten nach oben durch die Kühlzone 22 und in den Kühlgaseinlass 30 in den Innenzylinder 26 der

Kühlgasabzugseinrichtung 17. Vorzugsweise strömt das gesamte in die Kühlzone 22 eingeleitete Kühlgas durch die Kühlgaseinlässe 30 in die Kühlgasabzugseinrichtung 17,

sodass kein Kühlgas in die Brennzone 20 gelangt. Der Kühlluftauslass 29 des

Innenzylinders 26 ist vorzugsweise im unteren Bereich der Kühlzone 22 angeordnet. Das

Kühlgas strömt insbesondere von dem Kühlgaseinlass 30 in dem Innenzylinder 26 nach unten zu dem Kühlgasauslass 29.

An dem materialauslassseitigen Ende eines jeden Schachtes 2 ist vorzugsweise eine

Austragseinrichtung 41 angeordnet. Die Austragseinrichtungen 41 umfassen beispielsweise horizontale Platten, vorzugsweise einen Austragstisch, die einen seitlichen Durchtritt des Materials zwischen dem Austragstisch und der Gehäusewand des GGR-Schachtofens erlauben. Die Austragseinrichtung 41 ist vorzugsweise als

Schub- oder Drehtisch oder als Tisch mit Schubräumer ausgeführt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Durchsatzgeschwindigkeit des Brennguts durch die Schächte 2. Die

Austragseinrichtung 41 umfasst des Weiteren beispielhaft den Auslasstrichter 25, der sich an den Austragstisch anschließt und an dessen unterem Ende der Materialauslass 40 angebracht ist.

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 die Brennerlanzen 10 ein

Brennstoff 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 Fig. 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 29 aus dem Schacht 2 ausgelassen, sodass vorzugsweise kein Kühlgas von der Kühlzone 22 in die Brennzone 20 strömt.

Innerhalb des als Brennschacht betriebenen Schachts 2 strömt das Verbrennungsgas durch den ersten Abgaseinlass 12 in den Brennschacht und im Gleichstrom mit dem

Material innerhalb der Brennzone 20 in den als Ringkanal 18 ausgebildeten materialfreien

Raum. Von dem materialfreien Raum 18 strömt das Gas über den Verbindungskanal 19 in den als Regenerativschacht betriebenen Schacht 2. Innerhalb des

Regenerativschachts strömt das Gas von dem Verbindungskanal 19 und dem materialfreien Raum 18 des Regenerativschachts im Gegenstrom zu dem zu brennenden

Material durch die Brennzone 20 in die Vorwärmzone 21 und verlässt den

Regenerativschacht durch den Abgasauslass 6 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 6 anschließende Abgasleitung 39 geleitet. Die Abgasleitung 39 weist in Strömungsrichtung des Abgases im Anschluss an den Abgasauslass 6 optional einen Abgasfilter 31 zum Filtern von feinen Partikeln, insbesondere Staub, aus dem Abgas auf. Stromabwärts des Abgasfilters 31 weist die

Abgasleitung 39 eine Abzweigung auf, wobei ein erster Teil des Abgases in einer

Verbrennungsgasleitung 4 zu dem ersten Abgaseinlass 12 geleitet wird. Stromabwärts der Abzweigung weist die Verbrennungsgasleitung 4 in Strômungsrichtung des ersten

Teils des Abgases beispielhaft ein Regelorgan, wie beispielsweise eine Drosselklappe, und einen Verdichter 35 auf. Die Verbrennungsgasleitung 4 ist vorzugsweise mit den ersten Abgaseinlass 12 der Schachte 2 verbunden, wobei über ein dem ersten

Abgaseinlass 12 vorgeschaltetes Regelorgan vorzugsweise lediglich dem erste

Abgaseinlass 12 des als Brennschacht betriebenen Schachts 2 das Abgas zugeführt wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass ausschließlich dem Regenerativschacht oder beiden

Schächten 2 das Abgas der Verbrennungsgasleitung 4 zugeführt wird. Die

Verbrennungsgasleitung 4 ist vorzugsweise mit einer Oxidationsmittelleitung 14 verbunden, sodass ein Oxidationsmittel, vorzugsweise reiner Sauerstoff, in die

Verbrennungsgasleitung 4 und anschließend zusammen mit dem Abgas über den ersten

Abgaseinlass 12 in den Schacht 2 eingeführt wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass als

Oxidationsmittel ein sauerstoffreiches Gas mit einem Sauerstoffanteil von mindestens 70 bis 95%, vorzugsweise 90% in die Verbrennungsgasleitung 4 eingeführt wird.

Der Teil des Abgases, der nicht zu dem ersten Abgaseinlass 12 zurückgeführt wird, wird als zweiter Teil des Abgases bezeichnet und wird in der Abgasleitung 39 einem zweiten

Abgaseinlass 15 in der Vorwärmzone 21 zugeführt. Die Abgasleitung 39 weist stromabwärts der Abzweigung der Verbrennungsgasleitung 4 in Strömungsrichtung des zweiten Teils des Abgases vorzugsweise einen mengenregulierbaren Verdichter 36 und einen Wärmetauscher 43 auf. Der Wärmetauscher 43 ist beispielhaft als Rekuperator ausgebildet, wobei der zweite Teil des Abgases im Gegenstrom zu dem abgezogenen

Kühlgas erwärmt wird und sich das Kühlgas gleichzeitig abkühlt. Der Wärmetauscher 43 ist insbesondere über eine Kühlgasabzugsleitung 11 mit den Kühlgasauslässen 29 beider

Schachte 2 verbunden, sodass der zweite Teil des Abgases in dem Wärmetauscher 43 mittels des abgezogenen Kühlgases vorzugsweise im Gegenstrom erwärmt wird. Im

Anschluss an den Wärmetauscher 43 weist die Kühlgasabzugsleitung 11 optional ein

Regelorgan zum Einstellen der abzuziehenden Kühlgasmenge und einen Filter 16 zum

Entstauben des Kühlgases auf. Der zweite Teil des Abgases wird in dem Wärmetauscher 43 vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 500°C bis 800°C, insbesondere 550°C bis 700°C, vorzugsweise 600°C erhitzt.

Stromabwärts des Wärmtauschers 43 und vor dem zweiten Abgaseinlass 15 ist die

Abgasleitung 39 vorzugsweise mit einer Oxidationsmittelleitung 14 zum Einleiten von einem Oxidationsmittel, wie beispielsweise reinem Sauerstoff, Luft oder einem sauerstoffreichen Gas, in die Abgasleitung 39 verbunden.

Stromabwärts des Abgasfilters 31 ist insbesondere eine Kühleinrichtung 32 angeordnet.

Die Kühleinrichtung 32 ist beispielsweise ein Wärmetauscher, der vorzugsweise mit einem Kühlmittel, wie Wasser, im Gegenstrom bestrieben wird. Stromabwärts der

Kühleinrichtung 32 ist vorzugsweise eine Erwärmungseinrichtung 47 zur Erwärmung des abgekühlten Abgases angeordnet. Die Erwärmungseinrichtung 47 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie das Abgas auf eine Temperatur von maximal 200°C, insbesondere 50°C bis 160°C, vorzugsweise 70°C bis 120°C erwärmt. Die

Erwärmungseinrichtung 47 ist vorzugsweise als Wärmetauscher ausgebildet, wobei dieser mit der Kühlgasabzugsleitung 11 verbunden ist, sodass das aus dem Schacht 2 abgezogene Kühlgas der Erwärmungseinrichtung 47 zugeführt wird. Vorzugsweise wird das in dem Filter 16 gefilterte Kühlgas dem Wärmetauscher 47 zugeführt.

Stromabwärts der Erwärmungseinrichtung 47 ist eine Abzweigung angeordnet, über welche zumindest ein Teil des Abgases abgeführt und ein zweiter Teil über die

Abgasleitung 39 in einen der Schächte 2 zurückgeführt wird. Insbesondere wird ein

Teilstrom des zweiten Teils des Abgases stromabwärts der Abzweigung der

Verbrennungsgasleitung 4 abgeführt. Die Abgasleitung weist beispielhaft vor und nach der Abzweigung des abzuführenden Abgases jeweils einen Verdichter 36, 37 auf.

Die Vorwärmzone 21 weist einen zweiten Abgaseinlass 15 zum Einlassen von rezirkuliertem Abgas, insbesondere dem zweiten Teil des Abgases, in die Vorwärmzone 21 auf. Der Gaseinlass 15 ist über die Abgasleitung 39 mit dem Abgasauslass 6 des

Schachts 2 verbunden, sodass aus dem Schacht 2 abgeführtes, entstaubtes und erwärmtes Abgas in die Vorwärmzone 21 geleitet wird. Der zweiten Abgaseinlass 15 ist beispielhaft in einem unteren Endbereich der Vorwärmzone 21 angeordnet, wobei die

Position des Gaseinlasses 15 in der Fig. 2 detailliert gezeigt ist. Vorzugsweise ist der zweite Abgaseinlass 15 in Strömungsrichtung des Materials hinter dem ersten

Abgaseinlass 12 angeordnet.

Die Oxidationsmittelleitung 14 weist vorzugsweise ein Regelorgan auf, wie beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe auf, über welches die Menge an

Oxidationsmittel in die Verbrennungsgasleitung 4 einstellbar ist. Das Regelorgan ist vorzugsweise mit der Regeleinrichtung verbunden, wobei einer Regeleinrichtung insbesondere derart ausgebildet ist, dass sie die Menge an Oxidationsmittel in die

Verbrennungsgasleitung 4 in Abhängigkeit des Sauerstoff- und/ oder den CO:-Gehalts des Abgases regelt.

Die Kühlgasabzugsleitung 11 weist vorzugsweise ein Regelorgan auf, wie beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe auf, über welches die Menge an über die

Kühlgasabzugseinrichtung 17 abzuführendem Kühlgas einstellbar ist. Das Regelorgan ist vorzugsweise mit der Regeleinrichtung verbunden, wobei die Regeleinrichtung insbesondere derart ausgebildet ist, dass sie die Menge an über die

Kühlgasabzugseinrichtung 17 abgeführtem Kühlgas in Abhängigkeit des Sauerstoff- und/ oder den CO:-Gehalts des Kühlgases regelt.

Die Regelung dient insbesondere einem möglichst vollständigen Abzug des Kühlgases aus dem GGR-Schachtofen 1 bei einem gleichzeitig möglichst geringen oder vorzugsweise keinem CO: in der Kühlgasabzugsleitung 11.

Der mit dem vorangehend beschriebenen GGR-Schachtofen 1 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.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht eines Abschnitts des GGR-Ofens 1, in dem der zweite

Abgaseinlass 15 zum Einlassen von Abgas in die Vorwärmzone 21 dargestellt ist. Der zweite Abgaseinlass 15 weist einen vertikalen Abstand B zu dem oberen Ende

Brennzone 20 auf, wobei das obere Ende der Brennzone 20 auf der Höhe des

Brenngasauslasses der Brennerlanzen 10 angeordnet ist. Beispielhaft weist der Schacht 2 fünf Brennerlanzen 10 auf, die alle auf dem gleichen Höhenniveau enden. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Brennerlanzen 10 auf unterschiedlichem Höhenniveau enden, wobei das obere Ende der Brennzone 20 an dem obersten Brenngasauslass einer

Brennerlanze 10 beginnt. Die Vorwärmzone 21 weist eine Länge A auf, die sich von dem oberen Ende der Vorwärmzone 21 bis zu dem oberen Ende der Brennzone 20 erstreckt.

Das obere Ende der Vorwärmzone 21 ist beispielhaft an dem Materialeinlass 3 oder der

Materialbetthöhe angeordnet. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis B/A des Abstands B zu der Länge A 0 bis 0,5, insbesondere 0,2 bis 3, vorzugsweise 0,25. Ein an diesem

Längenverhältnis positionierter zweiten Abgaseinlasses bietet eine optimale

Einleitungsposition für das Abgas.

Vorzugsweise beträgt die Temperatur des Gases innerhalb der Vorwärmzone 21 etwa 80°C bis 800°C, wobei das Gas an dem Abgasauslass 6 der Vorwärmzone 21 eine

Temperatur von etwa 80°C bis 100°C und an dem Ende der Vorwärmzone 21, insbesondere dem Übergang zwischen der Vorwärmzone 21 und der Brennzone 20 etwa

800°C bis 900°C aufweist. Die Temperatur innerhalb der Vorwärmzone 21 steigt in

Strömungsrichtung des Materials vorzugsweise kontinuierlich an. Insbesondere ist der zweite Abgaseinlass 15 auf einer Höhe innerhalb der Vorwärmzone 21 angeordnet, in der innerhalb der Vorwärmzone eine Temperatur von etwa 500°C bis 700°C, vorzugsweise 550°C bis 650°C, insbesondere 600°C eingestellt ist.

Die Abgasleitung 39 weist vorzugsweise einen Verdichter auf, der dazu ausgebildet ist, das Abgas vor dem Einlass in die Vorwärmzone 21 auf etwa 100mbar bis 500mbar zu verdichten.

Bezugszeichenliste 1 Ofen 2 Schacht 3 Materialeinlass / Schleuse 4 Verbrennungsgasleitung 6 Abgasauslass 8 Heizeinrichtung 9 Brennstoffleitung 10 Brennerlanzen 11 Kühlgasabzugsleitung 12 Verbrennungsgaseinlass/ erster Abgaseinlass 13 Brennkammerebenen 14 Oxidationsmittelleitung 15 Gaseinlass / zweiter Abgaseinlass 16 Filter 17 Kühlgasabzugseinrichtung 18 Ringkanal / materialfreier Raum 19 Verbindungskanal 20 Brennzone 21 Vorwärmzone 22 Kühlzone 23 Kühlgaseinlass

Auslasstrichter 25 26 Innenzylinder 29 Kühlgasauslass

Kühlgaseinlass 31 Abgasfilter 32 Kühleinrichtung 30 33-37 Verdichter 39 Abgasleitung 40 Materialauslass / Schleuse 41 Austragseinrichtung 43 Wärmetauscher / Rekuperator 47 Erwärmungseinrichtung 48 Kühlluftleitung

Claims (16)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Brennen von Material, wie Karbonatgesteinen, in einem Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen (1) mit zwei Schächten (2), die abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betrieben werden und mittels eines Verbindungskanals (19) miteinander verbunden sind, 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 Materials zu einem Materialauslass (40) strömt, wobei ein Kühlgas in die Kühlzone (22) eingelassen wird wobei Abgas über einen innerhalb oder oberhalb der Vorwärmzone (21) angeordneten Abgasauslass (6) aus einem Schacht (2) des Ofens ausgelassen wird und wobei das über den Abgasauslass (6) aus dem Schacht (2) ausgelassene Abgas in einen ersten Teil des Abgases und einen zweiten Teil des Abgases verzweigt wird und wobei der erste Teil des Abgases über einen ersten Abgaseinlass (12) einem oberen Bereich der Vorwärmzone (21) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil des aus dem Schacht (2) ausgelassene Abgases über einen zweiten Abgaseinlass (15) stromabwärts des ersten Abgaseinlasses (12) der Vorwärmzone (21) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei dem ersten und/ oder dem zweiten Teil des Abgases vor dem Einleiten in die Vorwärmzone (21) Sauerstoff zugeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Teil des Abgases vor dem Einleiten in die Vorwärmzone (21) des Brennschachts auf etwa von 100mbar bis 600mbar, vorzugswiese 200mbar bis 550mbar, insbesondere 500mbar verdichtet wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Teil des Abgases am unteren Ende der Vorwärmzone (21) in diese eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Teil des Abgases vor dem Einleiten in den zweiten Abgaseinlass (15) auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C, insbesondere 550°C bis 700°C, vorzugsweise 600°C erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Teil des Abgases in einen Bereich der Vorwärmzone (21) eingeleitet wird, der eine Temperatur aufweist, die der Temperatur des zweiten Teils des Abgases entspricht und/ oder eine Temperatur von 500°C bis 800°C, insbesondere 550°C bis 700°C, vorzugsweise 600°C aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorwärmzone (21) eine sich in Strömungsrichtung des Materials erstreckende Länge (A) aufweist und wobei der zweite Abgaseinlass (15) zum Einlassen von Abgas in die Vorwärmzone (21) in Strömungsrichtung des Materials einen Abstand (B) zu dem oberen Ende der Brennzone (20) aufweist und wobei das Verhältnis (B/A) des Abstandes (B) zu der Länge (A) 0 bis 0,5, insbesondere 0,2 bis 0,3, vorzugsweise 0,25 beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das in der Kühlzone (22) erwärmte Kühlgas über eine Kühlgasabzugseinrichtung (17) aus der Kühlzone (22) des Schachts (2) ausgelassen wird und wobei das aus der Kühlzone (22) ausgelassene Kühlgas einem Wärmetauscher (43) zur Erwärmung des zweiten Teils des Abgases zugeführt wird.

9. Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen (1) zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, mit zwei Schächten (2), die abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betreibbar und mittels eines Verbindungskanals (19) miteinander verbunden sind,

wobei jeder Schacht (2) in Strömungsrichtung des Materials eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Brennen des Materials und eine Kühlzone (22) zum Kühlen des Materials aufweist, wobei zumindest ein Schacht (2) des GGR-Schachtofens (1) einen innerhalb oder oberhalb der Vorwärmzone (21) angeordneten Abgasauslass (6) zum Auslassen von Abgas aus dem Schacht (2) und einen ersten Abgaseinlass (12) zum Einlassen von Abgas aufweist, und wobei der Abgasauslass (6) mit dem ersten Abgaseinlass (12) zum Einlassen eines ersten Teils des Abgases in die Vorwärmzone (21) verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schacht (2) innerhalb der Vorwärmzone (21) einen zweiten Abgaseinlass (15) in Strömungsrichtung des Materials hinter dem ersten Abgaseinlass (12) aufweist, der mit dem Abgasauslass (6) zum Einlassen eines zweiten Teils des Abgases in die Vorwärmzone (21) verbunden ist.

10.GGR- Schachtofen (1) nach Anspruch 9, wobei der Schachtofen (1) ein Regelorgan aufweist, das dem ersten und/ oder dem zweiten Abgaseinlass (12, 15) vorgeschaltet ist zur Regelung der Menge an Abgas, die der Vorwärmzone (21) des als Brennschacht betriebenen Schachts (2) und/ oder des als Regenerativschacht betriebenen Schachts (2) über den ersten und/ oder den zweiten Abgaseinlass (12, 15) zugeführt wird.

11. GGR- Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei der Schachtofen (1) zumindest eine Oxidationsmittelleitung (14) aufweist, die mit dem ersten und/ oder dem zweiten Abgaseinlass (12, 15) zur Einleitung eines Oxidationsmittels in das Abgas verbunden ist.

12. GGR- Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei dem zweiten Abgaseinlass (15) ein Verdichter vorgeschaltet ist, der derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass er das Abgas vor dem Einleiten in den zweiten Abgaseinlass (15) des Brennschachts auf einen Druck von 100mbar bis 600mbar, vorzugswiese 200mbar bis 550mbar, insbesondere 500mbar verdichtet.

13.GGR- Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der zweite Abgaseinlass (15) an dem unteren Ende der Vorwärmzone (21) angeordnet ist.

14. GGR- Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei zwischen dem Abgasauslass (6) und dem zweiten Abgaseinlass (15) ein Wärmetauscher (43) angeordnet ist, der derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass er den zweiten Teil des Abgases auf eine Temperatur von 500°C bis 800°C, insbesondere 550°C bis 700°C, vorzugsweise 600°C erwärmt.

15.GGR- Schachtofen (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Vorwärmzone (21) eine sich in Strömungsrichtung des Materials erstreckende Länge (A) aufweist und wobei der zweite Abgaseinlass (15) zum Einlassen von Abgas in die Vorwärmzone (21) in Strömungsrichtung des Materials einen Abstand (B) zu dem oberen Ende der Brennzone (20) aufweist und wobei das Verhältnis (B/A) des Abstandes (B) zu der Länge (A) 0 bis 0,5, insbesondere 0,2 bis 0,3, vorzugsweise 0,25 beträgt.

16. Ofen (1) nach Anspruch 14, wobei die Kühlzone (22) einen Kühlgaseinlass (23) zum Einlassen von Kühlgas in die Kühlzone (22) und eine Kühlgasabzugseinrichtung (17) zum Abführen von Kühlgas aus dem Schacht (2) aufweist und wobei die Kühlgasabzugseinrichtung (17) mit dem Wärmetauscher (43) zur Erwärmung des zweiten Teils des Abgases verbunden ist.