DE3434237A1

DE3434237A1 - Verfahren und vorrichtung zum abbrennen organischer komponenten in rohphosphat

Info

Publication number: DE3434237A1
Application number: DE19843434237
Authority: DE
Inventors: Soeren Kopenhagen-Valby Hundeboel
Original assignee: FLSmidth and Co AS
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 1983-09-28
Filing date: 1984-09-18
Publication date: 1985-04-11
Also published as: FR2552417B1; DK443383A; FR2552417A1; MA20237A1; DK443383D0; US4605370A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abbrennen organischer Komponenten in Rohphosphat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalzinieren von Rohphosphat, d. h. zum Abbrennen organischer Komponenten und Austreiben von CO₂ durch Brennen in Suspension, die insbesondere geeignet sind für die Behandlung von Rohphosphat, das organische Komponenten in einer Menge enthält, die seine · direkte Verwendung verhindern, beispielsweise für die Herstellung von Phosphorsäure nach dem Naßverfahren.

Es ist bekannt, solche Komponenten durch Kalzination zu entfernen und ihren Heizwert als einen erheblichen Beitrag zu der Wärmemenge zu verwenden, die zum Trocknen und Erwärmen des Rohmaterials notwendig ist, das seinerseits üblicherweise Karbonat-Apatit ist.

Diese bekannten Verfahren umfassen das Kalzinieren in Fluidbettreaktoren, wo das Kalzinieren in zwei Stufen in Fluidbettreaktoren, beispielsweise gemäß US-PS 39 95 987, oder in einer Stufe in einem Suspensionstransportreaktor, beispielsweise FR-PS 24 86 924, stattfindet.

Die Verwendung von Fluidbettreaktoren für die ganze Kalzination

setzt jedoch die Investition eines erheblichen Kapitals in die Anlage voraus jind macht einen großen Energieverbrauch erforderlich, um die hohen Druckverluste, die während des Prozesses auftreten, zu überwinden, während die Verwendung von einstufigen Suspensionsreaktoranlagen trotz der geringeren Gestehungs- und Arbeitskosten die Gefahr nach sich ziehen, daß das kalzinierte Produkt Sulfid, das bei der Reduktion schwefelhaltiger Mineralien entsteht, und auch Ionen verschiedener Metalle enthält, die bei einem niedrigen Oxidationslevel auftreten. Ein kalziniertes Produkt mit einem hohen Sulfidgehalt, das zusätzlich andere reduzierende Komponenten enthält, ist kaum für die Herstellung von Phosphorsäure nach dem Naßverfahren geeignet, da die reduzierenden Komponenten einen Angriff bzw. eine Korrosion auf lebenswichtige Teile bei einer Phosphorsäureanlage bewirken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Brennen organischer Komponenten in Rohphosphat Karbonat-Apatit) zu schaffen und anzugeben, wodurch die oben genannten Nachteile überwunden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 4 gelöst.

Durch das Aufteilen des Brennens in zwei Stufen wird ein schnelleres Brennen des Hauptteils des organischen Materials in der ersten Stufe erreicht, während das restliche langsamere Brennen in einem Reaktor mit einem Volumen ausgeführt werden kann, das viel kleiner ist als das eines Einstufenreaktors. Es ist ein charakteristisches Merkmal der Erfindung, daß der Hauptteil der verbrauchten Abluft der ersten Stufe zugeführt wird, wo die Verweilzeit des Materials kurz und der Druckverlust gering ist, so daß der Energieverbrauch zur Suspension des Materials extrem niedrig ist. Nur ein kleinerer Teil der Luft gelangt zur zweiten Stufe mit einer längeren Verweilzeit des Materials und einem größeren Druckverlust, was zur Folge hat, daß der Energieverbrauch in der zweiten Stufe viel niedriger!

copy I

.-· / 3A34237

ist als derjenige, der erforderlich wäre, wenn das Verfahren 'in einer Stufe ausgeführt würde.

Die Entfernung von Sulfid und anderen reduzierenden Komponenten setzt auch die Anwesenheit von Sauerstoff voraus, und dann, wenn das Kalzinieren in einer Atmosphäre mit einem hohen SauerstoffProzentsatz stattfindet, wird die Zersetzung des Sulfids beschleunigt. Wenn eine gegebene Sulfidentfernung auf diese Weise in einem einzigen Reaktor stattfinden sollte, müßte dieser Reaktor zum einen Teil mit einem hohen Sauerstoffgehalt arbeiten, der die Wärmewirtschaftlichkeit beeinträchtigt, und zum anderen eine erhebliche Größe aufweisen. Erfindungsgemäß werden die oben angegebenen Nachteile dadurch überwunden, daß das Verfahren in zwei Stufen ausgeführt wird, und zwar unter Verwendung von zwei Kalzinatoren oder Reaktoren verhältnismäßig geringer Größe.

Das für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Rohmaterial ist pärtikelförmiges Rohphosphat, vorzugsweise mit einer maximalen Durchschnittsgröße von 3 mm, insbesondere mit einem Feinheitsgrad von 1 - 0,05, wobei für ein pärtikelförmiges Material ein Feinheitsgrad χ angenommen wird, wenn sich ein Siebrest von 50 Gew.-% bei einer Siebmaschengröße von χ mm ergibt.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus den Ansprüchen 2 und 3 zu ersehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in bevorzugter Weise mit einem Vorwärmer ausgestattet, beispielsweise einem an sich bekannten Suspensionsvorwärmer, in dem die heißen Abgase aus den beiden Kalzinatoren zum Vorwärmen des der Anlage zugeführten Rohmaterials verwendet werden.

Als Reaktor in der ersten Stufe können insbesondere Kalzinatoren des in Anspruch 8 beschriebenen Typs verwendet werden.

Als Reaktoren in der zweiten Stufe können insbesondere Fluidbett- und Wirbelbettreaktoren verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend weiter ins einzelne gehend unter

Bezugnahme auf die einzige Zeichnung beschrieben, die schematisch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Zweistufen-Kalzinierungsanlage zeigt.

3 ist ein erster und 5 ein zweiter Reaktor, die in Serie angeordnet sind. Der erste Reaktor 3 ist ein Suspensionstransportoder "flash"-Kalzinator mit kurzer Verweilzeit für das Material und mit Zuführung von Verbrennungsluft, Rohmaterial und Brennstoff nahe des Bodens. Rohmaterial wird über eine Leitung 14 und Verbrennungsluft über eine Leitung 9 von einem Kühler 7 aus zugeführt, der hinter dem zweiten Reaktor 5 angeschlossen und bei dem dargestellten Beispiel ein Zyklonkühler ist, während fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff über einen Brenner 8 zugeführt wird. Der Reaktor 5 ist ein Fluidbettreaktor mit einer Materialzuführung 15, einer Brennstoffzuführung 8, einem Materialauslaß 16 und einem Gebläse 6 zum Einblasen von Luft über eine Leitung i1. Partikelförmiges Rohmaterial wird der Anlage bei 1 zugeführt und in einer Leitung 13 und in dem Zyklon 2 durch Kalzinatorabgase vorerwärmt, die über ein Leitungssystem 17 zugeführt werden. Ein Gebläse tyO zieht den Luft/Gas-Strom durch die Anlage hindurch. Das fertige kalzinierte Produkt wird aus der Anlage bei 12 abgeführt.

Während des Verfahrens wird das vorerwärmte und getrocknete Rohmaterial, Karbonat-Apatit Rohphosphat, dem ersten Reaktor

3 zugeführt, um dort auf eine Kalzinierungstemperatur von 700 bis 850⁰C erwärmt zu werden, bei der der größte Teil der in dem Rohmaterial enthaltenen organischen Komponenten abgebrannt wird. Erfindungsgemäß 'ist die Verweilzeit des Materials in dem ersten Reaktor verhältnismäßig kurz und auf 1,5 bis

4 Sek. beschränkt. Der Reaktor 3 arbeitet mit einem geringen SauerstoffProzentsatz von 0 bis 3 und daher mit einem beschränkten Luftüberschuß, der mittels des Gebläses 10 geregelt wird. Von dem Reaktor 3 aus wird das eine restliche Menge organischer Komponenten enthaltende heiße Material und eine kleinere Menge in der ersten Stoffe gebildeten Sulfids über einen Abscheider 4 dem Fluidbettreaktor 5 mit verhältnismäßig langer Verweilzeit für das Material zugeführt, wobei diese Verweilzeit mindestens viermal so groß ist wie die Verweil- j

"zeit für das Material in dem ersten Reaktor 3. Der Reaktor 5 arbeitet mit einem hohen SauerstoffProzentsatz, der in der Praxis mindestens zweimal so hoch ist wie der Sauerstoff Prozentsatz in dem Reaktor 3, und bei einem gleichen Temperaturbereich von 700 bis 850⁰C. Der hohe Sauerstoffprozentsatz wird dadurch erreicht, daß der größte Teil des organischen Materials bereits ausgebrannt ist und weil das behandelte Material bei seiner Einführung in den Reaktor 5 bereits eine hohe Temperatur besitzt, was zu einem geringen Sauerstoffverbrauch für die Verbrennung von Brennstoff in diesem Reaktor führt. Der hohe SauerstoffProzentsatz stellt eine optimale Entfernung der restlichen Menge der organischen Komponenten und des Sulfids sicher. Von dem Reaktor 5 aus wird das Material dem Kühler 7 zugeführt, bevor es als kalziniertes Produkt bei 12 abgeführt wird. Die verbrauchte, heiße Kühlerluft wird als Verbrennungsluft im Reaktor 3 wiederverwendet.

Die aus Versuchen gewonnene Erfahrung mit dem Verfahren hat gezeigt, daß die Wahl der Kalzinierungstemperatur in den beiden Reaktoren einen kritischen Parameter darstellt, da es für jedes Rohmaterial nur eine optimale Reaktionstemperatur gibt. Wenn die gewählte Temperatur zu hoch ist, führt dies zu einem Zusammensintern und zu einer Wiederausbildung von Kristallen in dem behandelten Konglomerat aus Karbonat-Apatit, wodurch die Poren und Risse in dem Konglomerat allmählich geschlossen werden, was den Zutritt von Sauerstoffmolekülen zu dem umzuwandelnden organischen Komponenten und Sulfiden verhindert. Wenn die Temperatur zu niedrig gewählt wird, laufen die gewünschten Prozesse langsam ab, und machen sie eine sehr lange Verweilzeit in den Reaktoren erforderlich, und gleichzeitig gewährleistet die niedrige Temperatur nicht die Sulfidentfernung in irgendwie dem gleichen Ausmaß, wie sie die Bildung neuen Sulfids in dem Material bewirkt.

Die optimale Reaktionstemperatur für das Verfahren muß somit in dem Bereich zwischen 700 und 850⁰C gesehen werden, wobei die niedrigste Temperatur für geologisch junge Rohphosphate und die höchste Temperatur für alte Rohphosphate gewählt wird.

Des weiteren ist festgestellt worden, daß diese optimale Temperatur

^3131237

dazu dient, einen geeigneten CO₂-Restgehalt in dem Karbonat-Apatit beizubehalten, wodurch eine geeignete Reaktivität in dem für die Phosphorsäureherstellung verwendeten "Ansatz"-Tank sichergestellt wird. Zusätzlich kann das bei Berührung mit der Säure entwickelte CO₂ einen Beitrag in Richtung auf die gewünschte Kühlung während·· der Säureherstellung liefern. Die nachfolgenden Versuchsdaten sind Beispiele dessen, was mittels der zweistufigen Kalzinierung im Vergleich zu der einstufigen Kalzihierung erreicht werden kann.

%C %Sulfid %C0₂ ^%P2°5 BET(m /g) Rohmaterial, trocken 1,8 0,02 5,3 30,5 15,0

einmal im Suspensions-Förderreaktor kalziniert

bei 750⁰C, 2 s 0,40 0,08 4,8 32,5 8,0

einmal im Fluidbett · . ,.

kalziniert bei 750⁰C, *>

20 min. 0,15 0,06 3,5 33,2 3,5

einmal im Suspensions-Transportreaktor

kalziniert bei 900⁰C,

2 s 0,09 0,23 1,5 34,4 0,6

zweistufig behandelt bei 750⁰C

2 s/20 min 0,05

2 s/10 min 0,15

2 s/ 5 min 0,17

,02	2	,0	34	,0	2,	0
,02	3	,5	33	/1 ■	4,	6
,02	4	,4	33	,0	4,	9

Das Rohmaterial ist Moroccan Youssoufia-Phosphat, das des weitere einen Feuchtigkeitsgehalt von 15 bis 18 % aufweist, der weggetrocknet werden muß, bevor die Kalzinierung eingeleitet wird. Durch die einstufige flash-Behandlung ist es möglich, bei etwa 750⁰C ein Produkt zu erreichen, das in weitem Maße in Hinblick

. "' "-V-'"' " ^: 3Λ34237

auf das Sulfid akzeptabel ist, wobei jedoch der Kohlenstoff-"und CQ₂-Gehalt hoch sind. Versuche zur Zersetzung des CO₂ durch Anheben der-Temperatur auf beispielsweise 900⁰C führen jedoch zu einem Anwachsen cles Sulfidgehalts auf einen gänzlich unbrauchbaren Level, während der BET-Wert stark abnimmt. Durch einstufiges Kalzinieren im Fluidbett bei einer Verweilzeit von 20 min bei 750⁰C wird ein annehmbares Produkt erreicht, jedoch mittels eines Verfahrens mit einem extrem hohen Energieverbrauch. Nur durch- die erfindungsgemäße zweistufige Behandlung werden gleichzeitig annehmbare Kombinationen geringer Kohlenstoff-, CO₉- und extrem geringer Sulfidwerte erreicht. Der Energieverbrauch beim erfindungsgemäßen Verfahren ist halb so groß wie derjenige bei dem oben angegebenen Fluidbett-Verfahren.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Abbrennen organischer Komponenten in Rohphosphat, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennen in zwei Stufen mit je einer separaten Luftzuführung erfolgt, wobei das Rohmaterial in der ersten Stufe in einem ersten

- Luft/Gas-Strom mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 10 m/s suspendiert und von diesem Strom mitgenommen wird unter Bildung einer Suspension mit einer Dichte von 1 bis 50 kg/m³, zu der, sofern gewünscht, Brennstoff zugeführt wird, so daß der größte Teil der organischen Komponenten gebrannt wird, wobei das in der ersten Stufe behandelte Material anschließend aus dem Gasstrom abgeschieden und der zweiten Stufe zur Suspendierung in einem zweiten Luft/Gas-Strom mit einer Geschwindigkeit von 0,05 bis 5 m/s unter Bildung einer Suspension mit einer Dichte von 75 bis 1600 kg/m³ zugeführt wird, der, sofern

«se J

gewünscht, Brennstoff zugeführt wird, wonach das in der zweiten Stufe behandelte Material als das nach dem Verfahren er- '- , reichte Produkt abgeführt wird, daß das Verhältnis zwischen der Menge der in die erste Stufe eingeführten Luft und der der zweiten Stufe zugeführten Menge größer als 2, vorzugsweise 3, ist, daß die Materialverweilzeit in der zweiten Stufe mindestens viermal, vorzugsweise zehnmal, so groß . ist wie die Materialverweilz.eit in der ersten Stufe und daß das Gewichtsverhältnis zwischen der ersten Stufe zugeführtem Rohmaterial und Luft im Bereich von 1 bis 4 liegt, während das entsprechende Verhältnis für die zweite Stufe im Bereich von 2 bis 30, vorzugsweise 3 bis 20 liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur in jeder der beiden Stufen innerhalb des Bereichs von 700 bis 850⁰C liegt und daß die erste Stufe mit einem SauerstoffProzentsatz in·-dem Abgas von

0 bis 4 und mit einem kleineren Luftüberschuß als in der . .zweiten Stufe arbeitet, in der der Sauerstoffprozentsatz in dem Abgas mindestens zweimal so groß ist wie derjenige

in der ersten Stufe.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom aus jeder der beiden Stufen zum Trocknen und Vorerwärmen des der Anlage zugeführten Rohmaterials verwendet wird, bevor das Material der ersten Reaktorstufe, zugeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch zwei in Serie angeordnete Reaktoren (3, 5) ausgestattet mit Leitungen (8, 9, 11, 14 und 15) zur Zuführung von Brennstoff, Verbrennungsluft und vorerwärmten Material zu den Reaktoren (3, 5), wobei der erste Reaktor (3) ein Suspensionstransportreaktor zur Durchführung der ersten Stufe und der zweite Reaktor (5) ein Suspensionsreaktor zur Durchführung der zweiten Stufe ist, durch einen Materialabscheider (4) zur Abscheidung des in dem ersten Reaktor (3) behandelten Produkts ist, durch einen an dem zweiten Reaktor (5) angeschlossenen Kühler (7) zum Kühlen des behandelten Materials und durch eine Leitung (16) zur Abführung des in dem zweiten Reaktor (5) behandelten Materials.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel (13, 17) zum Vorerwärmen des der Anlage zugeführten Rohmaterials mittels der heißen Abgase der beiden Reaktoren (3, 5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß der zweite Reaktor (5) ein Fluiclbettreaktor ist.

Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reaktor (5) ein Wirbelbettreaktor ist.

Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reaktor (3) als rohrförmiger Reaktor mit vertikalem Schacht und konischem Boden gestaltet ist, der am Boden mit Leitungen (8, 14) zur Zuführung von Brennstoff .und vorerwärmtem Material ausgestattet ist und der

eine axial ausgerichtete Luftzuführungsleitung (9) aufweist

und der an seinem Oberteil mit einer Leitung zur Weiterführung der Suspension zu dem Materialabscheider (4) ausgestattet ist.