DD227337A1 - Vorrichtung zur waermebehandlung von feinkoernigem material - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Waermebehandlung von feinkoernigem Material, vorzugsweise Aluminiumhydroxid, mit Vorwaermung des Materials in einem zwei- oder mehrflutigen Vorwaermer mit Dehydratisierung und anschliessender Kalzination in je einem Kalzinierreaktor. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, den Waermeverbrauch bei der Erzielung von hohen Anteilen von a-Al2O3 zu verringern, wobei die Behandlung des Materials entsprechend den physikalischen und oekonomischen Bedingungen der Dehydration und Phasenumwandlung erfolgt. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass einem mit Kuehlerabluft aus der materialseitig ersten Zyklonkuehlstufe beaufschlagten Reaktor ein oder mehrere Zyklonabscheider nachgeschaltet sind, deren Materialleitungen in eine zweite grossraeumige Kalzinierstufe muenden, die mit Kuehlerabluft aus der materialseitig zweiten Zyklonkuehlstufe betrieben wird. Der Kalzinierstufe ist ein Abscheider nachgeschaltet, dessen eine Teilmaterialleitung in das Steigrohr eines Zyklonkuehlers und dessen andere Teilmaterialisierung in die Kalzinierstufe muendet. Fig. 1

Description

Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Material Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine "Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Material, vorzugsweise Aluminiumhyaroxid, mit Vorwärmung des Materials in einem ein- oder menrflutigen mehrstufigen Vorwärmer, Dehydratisierung in einem speziellen Reaktor und anschließender Kalzination in einem Kalzinierreaktor.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

der·ZementIndustrie ist bekannt, feinkörniges Material vorzugsweise ^ementrohmehl, in einem aus mehreren Stufen bestehenden Vorwärmer vorzuwärmen und danach in einem separaten Kalzinierreaktor zu kalzinieren. Diese Kalzinierreaktoren, die mit einer oder mehreren Brennstoffeintragsvorrichtungen versehen sind, werden mit den Abgasen des daran anschließenden Sinterreaktors oder mit den Abgasen des Kühlers oder mit einem Gasgemisch bestehend aus den Abgasen des Kühlers und des Sinterreaktors betrieben. Durch Zufuhr von Brennstoff bzw. Wärmeenergie in den ^aI-zinierreaktor ist es möglich, eine Dekarbonisation des aufgegebenen Rohstoffes bis zu 90 % zu erreichen, wobei die Kalzination des Materials im Sekundenbereich erfolgt. Um den Kalzinierungsgrad des Materials weiter zu erhöhen, ist es bekannt, die Kalzination in zwei Stufen d.h. in zwei hintereinander geschalteten Kalzinierreaktoren durchzuführen·

Danach erfolgt die weitere Wärmebehandlung des vorkalzinierten Materials in einem Sinterreaktor, beispielsweise einem Drehrohrofen, während die Abgase des Drehrohrofens und des Kalzinierreaktors zur Vorwärmung verwendet werden.

Die für die Kalzination von Zementrohmehl zutreffende Betriebsweise dieser Reaktoren ist jedoch wegen zu geringer Aufenthaltszeiten des Gutes im Behandlungsraum auf die Herstellung eines Aluminiumoxides mit hohen Anteilen der cC -Modifikation nicht übertragbar.

So ist bekannt, daß zur Erhöhung der Verweilzeit des Materials im Reaktor das in einem Suspensionswärmetauscher aufgeheizte und teilweise oder völlig entwässerte Aluminiunhydroxid in einer zirkulierenden Wirbelschicht kalziniert wird. Nachteil der Anlage ist, daß der Abzug eines Teils noch nicht völlig kalzinierten Materials nicht verhindert werden kann, daß im Bereich des Tauche Verschlusses und des Siebbodens Verstopfungen durch Material anbackungen entstehen können und das eine genaue Einstellung der Betriebsbedingungen und deren ständige Überwachung das Betreiben der Anlage kompliziert.

Zur weiteren Erhöhung der Verweilzeit des Materials im Reaktor und zur Erreichung eines völlig kalzinierten Materials ist es bekannt, daß ein Teil des Materials ständig nach oben aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragen wird und nach Abscheidung aus dem Gasstrom wieder in den unteren Bereich des Wirbelschichtreaktors aufgegeben wird. Ein weiterer Teil des Gutes wird dem Wirbelschichtreaktor im unteren Bereich als Pertiggut entnommen und dem Kühler zugeführt. Nachteilig ist auch hierbei, die Gefahr von Verstopfungen durch Materialanbackungen sowie der hohe Energiebedarf zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht.

Weiterhin ist bekannt, das Material in einem Wärmetauscher aufzuheizen und vor Eintritt in den Kühler noch in einem zwischen Wärmetauscher und Kühler tief indlichen Verweilbehälter nachzubehandeln. Der Verweilbehälter ist schachtförmig ausgebildet und wird mit zusätzlich erhitzter Kühlerabluft, die axial von unten dem Behälter zugeführt wird, betrieben, Dem Verweilbehälter ist ein Abscheider nachgeschaltet. Ein Teil des Materials aus dem Abscheider wird dem Verweilbehälter wieder zugeführt, während der andere Teil dem Kühler aufgegeben wird.

Nachteilig ist bei dieser Anlage der erhöhte Bauaufwand und die Vergrößerung der Bauhöhe durch die Anordnung des zusätzlichen Verweilbehälters. Außerdem kann bei dieser Anlage nicht ausgeschlossen werden, daß noch nicht völlig kalziniertes Material ausgetragen wird.

Ziel der. Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, beim Kalzinieren von Aluminiumhydroxid den spezifischen Wärmeverbrauch un den Energieeinsatz sowie den Bauaufwand zu verringer, hohe Anteile an oC - Aluminiumhydroxid des Fertigproduktes zu erzielen und Verstopfungen zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kalzination von Aluminiumhydroxid zu schaffen, bei der die Wärmezufuhr und die Verweilzeit des Materials in der Behandlungsstufe entsprechend den physikalischen und chemischen Bedingungen der Dehydration und Phasenumwandlung des Materials erfolgt.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das -zu behandelnde Material in einem zwei- oder mehrflutigen mehrstufigen Wärmetauscher vorgewärmt und in einem als senkrecht stehenden Schacht mit konischen Querschnittsverengungen bzw. -erweiterungen und zylindrischen Teilen ausgebildeten Reaktor dehydratisiert wird. Dabei wird dem Reaktor Brennstoff

und axial von unten Kühlerabluft aus der materialseitig ersten Kühlstufe zugeführt.

Das in dem dem Reaktor nachgeschalteten Abscheidezyklon abgeschiedene Material wird zur Phasenumwandlung und zur Erzielung eines hohen Anteil ansC- Aluminiumhydroxid einer Kalzinierstufe aufgegeben. Zur Erzielung der zur Modifikationsumwandlung benötigten Verweilzeit ist die Kalzinier stufe großräumig und aus konischen und zylindrischen Teilen bestehend ausgebildet. Außerdem wird ein Teil des Materials aus der Kalzinierstufe nach Abscheidung vom Gasstrom wieder der KaIzinierstufe zugeführt und somit im Kreislauf gefördert.

Der Kalzinierstufe wird ebenfalls Brennstoff und axial von unten Kühlerabluft aus der materialseitig zweiten Kühlstufe zugeführt. Die dem Dehydrationsreaktor uaäden Kalzinierreaktor verlassenden Abgasströme werden getrennt durch je ein Vorwärmerflut geführt, wobei die Stufenzahl der Vorwärmerfluteη so gewählt wird, daß die Anzahl der über dem ^ehydrationsreaktor angeordneten Stufen geringer ist, als die Anzahl der über dem ^alzinierrea'ktor angeordneten Stufen.

Kühlerseitig ist die Unterschiedlicnkeit der Stufenzahl ebenfalls vorhanden, jedoch in der umgekehrten Anordnung. Die Anzahl der dem Dehydrationsreaktor materialseitig, nachgeschalteten Kühlstufen ist größer als die dem Kalzinierreaktor nachgeschalteten.

Au sfuhr ung sb e i sp ieI

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung ist die erfindungsgemäße Lösung schematisch dargestellt.

Die durchgezogenen Linien kennzeichnen den Gasweg, die gestrichelten Linien den Materialweg.

Die Vorrichtung zur Kalzination von Aluminiumhydroxid mit einer Feuchtigkeit von 10 - 12 % zu einem v/asserfreien AIpOo, "bei dem der Anteil an c€ - A^O^-Modif ikation mehr als 60 % betragen soll, besteht aus einem an sich bekannten zweiflutigen mehrstufigen Zyklonvorwärmer, dem ein Reaktor 1, der als senkrecht stehender Schacht mit konischen Querschnittsverengungen bzw. -erweiter ungen und zylindrischen Teilen ausgebildet ist, nachgeschaltet ist.

Im unteren Bereich des Reaktors 1 ist die Brennstoffzufuhr und die Zufuhr für die benötigte Verbrennungsluft angeordnet. Die Zufuhr der Verbrennungsluft erfolgt über ein Steigrohr 9> das axial von unten in den. Reaktor 1 mündet und mit der materialseitig ersten Zyklonstufe 4- verbunden ist.

Im oberen Bereich des Reaktorslist ein Abscheidezyklon 5 angeordnet, dessen Materialleitung 10 in eine Kalzinierstufe 2 mündet. Die Kalzinierstufe 2 ist großräumig ausgelegt und besteht aus konischen und zylindrischen Teilen. Im unteren Bereich der Kaiζinierstufe 2 ist ebenfalls eine Brennstoffzufuhr und Zufuhr für die Verbrennungsluft, die axial von unten in die Kalzinierstufe mündet und mit der materialseitig zweiten Zyklonkühlstufe 3 verbunden ist, angeordnet.

Im oberen Bereich der Kalzinierstufe 2 ist ein Abscheidezyklon 6 angeordnet, desse eine Teilmaterialleitung 14 wieder in die Kalzinierstufe 2 und dessen andere Teilmaterialleitung 13 in die zwischen der materialseitig ersten Zyklonkühlstufe 11 angeordneten Gasleitung mündet. Die Gasleitungen 7 und 8 nach den AbscheideZyklonen 5 und 6 führen jeweils zu den Abscheidern der untersten Vorwärmerstufen beider Fluten.

Der Kühler besteht aus einem vorzugsweise dreistufigen Zyklonkühler, dem eine weitere Kühlstufe 12 in Form eines Rohr- oder FlieiSbettkühlers nachgeschaltet ist. Dabei ist die materialseitig zweite Zyklonkühlstufe 3 und die dritte Zyklonkühlstufe 11 jeweils über eine Steigleitung mit einem

Kühlluftgebläse verbunden. Die Kühlstufe 12 wird von einem der beiden Kühl luft ge "blase gespeist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßeη Vorrichtung ist folgende:

Das thermisch zu behandelnde Material, in diesem Fall feuchtes Aluminiumhydroxid, wird vorgetrocknet einem Steigrohr 16 zwischen den Vorwärmer stufen 17 und 18 aufgegeben. In dem Steigrohr 16 und in dem daran anschließenden mehrstufigen Zyklonvorwärmer erfolgt die Vorwärmung des Materials. Das vorgewärmte Material gelangt danach in den Reaktor 1, in dem es unter Zuführung von Brennstoff und vorgewärmter Kühlluft dehydratisiert wird. Nach weitgehender Austreibung des Wassers und Erhitzung auf ca. 80O⁰C wird das Material einer Kalzinierstufe 2 aufgegeben, in der zur Erreichung der & Aluminiumoxidmodifikation die Phasenumwandlung bei Temperaturen, die deutlich höher als im ersten Reaktor 1 liegen, vollzogen wird.

Um hohe Anteile an o£- Al₂Oo zu erzielen, ist es notwendig, daß das Material zur Phasenumwandlung eine bestimmte Zeit im Reaktor verweilt. Die notwendigen Verweilzeiten werden durch die Größe der Kalzinierstufe 2 und der damit im ZusammeBkang stehenden geringen Gasgeschwindigkeiten-, durch mehrfache Einschnürungen und durch die Kreislaufführung eines Teils des Materials zwischen Kalzinierstufe 2, Abscheidezyklon 6 und Teilmaterialleitung 14, die wieder in die Kalzinierstufe 2 mündet, erreicht. Da für die Dehydratisierung im Reaktor 1 viel Reaktionswärme benötigt wird, ist diese Reaktionsstufe mit der materialseitig ersten Zyklonkühlstufe 4 verbunden. Die dem Reaktor 1 zugeführte Kühlerabluft besitzt dennoch eine höhere Temperatur als die dem Kalzinierreaktor 2 aus der materialseitig zweiten Zyklonkühlstufe 3 zugeführte Kühlerabluft. Durch die Anordnung von Kühlluftgebläsen an den materialseitig zweiten und dritten Kühlstufen lassen sich die Gasgeschwindigkeiten und Gasverhältnisse in den beiden Reaktorsystemen entsprechend den geforderten Bedingungen variabel einstellen·

ITach Austritt aus dem Kalzinierreaktor 2 und Abscheidung im Zyklon 6 gelangt das Material über die Kühlstufen 4,3 und 11 in die Künlstufe 12, aus der es aus dem System ausgetragen wird. Die aus der Kühlstufe 12 austretende vorgewärmte Kühlluft kann zur Vortrocknung verwendet werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung"besteht einerseits darin, daß durch die apparatetechnische Trennung der Dehydration und Phasenumwandlung des Materials eine bessere Wärmeausnutzung erfolgt und dadurch der thermische Wirkungsgrad verbessert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung "besteht in der unterschiedlichen Aufteilung der Kühlerabluft auf die Reaktoren und der damit verbundenen Anordnung von zwei Kühlluftgebläsen. Einerseits wird erreicht, daß der Reaktor mit hohem Reaktionswärmeverbrauch Kühlerabluft mit einem größeren Wärme inhalt erhält, andererseits sind die notwendigen Gasmengen auch bei betriebsbedingten unterschiedlichen Druckverlusten leicht einstellbar und regelbar.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Anzahl der Vorwärmerstufen je Flut in Abhängigkeit von den in den Reaktoren ablaufenden Prozessen festgelegt wird. Dadurch ergibt sich einerseits eine Minimierung des Einsatzes an Fertigmasse und der daran geknüpften Investkosten, andererseits wird unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Temperaturniveaus der die beiden Reaktoren verlassenden Abgas— ströme deren Wärmeinhalt besonders günstig genutzt.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch

   1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Material; vorzugsweise Aluminiumhydroxid, "bestehend aus einem vorzugsweise zweiflutigen mehrstufigen Vorwärmer, anschließenden in Reihe gekoppelten Reaktoren mit Rückführung eines Teils des Materials in den Kalzinierreaktor und nachgeschaltetem Kühler,gekennzeichnet dadurch, daß in einen als senkrecht stehenden Schacht mit konischen Querschnittsverengungen "bzw. -erweiterungen und zylindrischen Teilen ausgebildeten Reaktor (1) axial von unten ein Steigrohr (9) der materialseitig ersten Zyklonkühlstufe (4) einmündet und daß die Materialleitung (10) der ^bscheidezyklone (5) des Kalzinierreaktors (1) in eine zweite großräumige aus konischen und zylindrischen Teilen bestehende Kalzinier stufe (2) einmündet,.die gasseitig mit der materialseitig zweiten Zyklonkühlstufe (3) eines vorzugsweise dreistufigen Zyklonkühlers verbunden ist, und daß die Anzahl der Vorwärmerstufen über Kalzinierreaktor (2) stets größer als die über dem Reaktor (1) ist und daß die %izahl der unter dem Kalzinierreaktor (2) angeordneten Zyklonkühlstufen stets kleiner als die unter dem Reaktor (1) ist.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die materialseitig zweite Zyklonkühl-' stufe (3) und die materialseitig erste und. dritte Zyklonkühlstufe (4) und (11) gasseitig mit je einem Kühlluftgebläse verbunden ist und daß dem vorzugsweise dreistufigen Zyklonkühler eine weitere Kühlstufe (12) nachgeschaltet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine Teilmaterialleitung (13) des AbseheideZyklons (6) in die Gasleitung zwischen der materialseitig ersten Zyklonkühlstufe (3) und der materialseitig dritten Zyklonkühlstufe (11) mündet, während die andere Teilmaterialleitung (14·) in die Kalzinier stufe (2) einmündet.

   - Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -