DE3738301A1 - Verfahren und vorrichtung zum brennen von gips - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalzinieren von fluidisiertem, pulverförmigem oder feinkörnigem Gut, ins­ besondere Gips, im indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträgermedium sowie im direkten Wäremaustausch des Guts mit einem Fluidisierungsgas, wobei die Wärme unter Entstehung von Verbrennungsgas erzeugt wird.

Beim Brennen von Kalziumsulfatdihydrat ergeben sich je nach Temperatur unterschiedliche Entwässerungsstufen mit unter­ schiedlichen Verfestigungseigenschaften bei Wasseraufnahme. So ergibt sich bei der Erhitzung auf wenig über 100°C im Auto­ klaven unter Druck und Wasserdampfatmosphäre sogenanntes Alpha-Halbhydrat, das zu einem Gips mit hoher Festigkeit und kleinem Wasser-Gipswert führt. Bei einer höheren Temperatur­ stufe ohne Druck und angereicherter Wasserdampfatmosphäre ergibt sich sogenanntes Beta-Halbhydrat, das zu einem Gips noch guter Festigkeit und mittlerer Abbindezeit führt und u.a. als Putzgips und als Gips für Fertigteile verwendbar ist. Hin­ gegen erhält man bei wenig höherer Temperatur (Umwandlungs­ punkt 151°C mit entsprechend höherer Brenntemperatur) und geringem Wasserdampf-Partialdruck sogenannten löslichen Anhydrit III, dessen Abbindezeit kurz ist und der daher weniger für Putzgips und zur Herstellung von Gips-Fertig­ teilen verwendet wird. Bei weiter steigender Temperatur fallen Anhydrit II und I an, die teilweise unlöslich sind bzw. sehr lange Abbindezeiten haben.

In der Praxis fallen diese Modifikationen im Gemisch an, weil die Einhaltung enger Temperaturintervalle bei großtechnischen Verfahren meist zu aufwendig ist. Das gilt insbesondere bei direktem Wärmeaustausch, weil dabei unvermeidbar ist, daß die Verbrennungsgase mit sehr unterschiedlicher Temperatur auf das Gut einwirken.

Zur Erzeugung von Halbhydrat nimmt man deshalb Zuflucht zu indirektem Wärmeaustausch (GB-PS 20 27 859), wobei die zunächst in indirektem Wärmeaustausch mit dem Gut auf mäßige Temperatur abgekühlten Verbrennungsgase schließlich als Fluidisierungsgas verwendet werden und dabei ihren restlichen Wärmeinhalt an das Gut abgeben.

Jedoch hat sich gezeigt, daß dies Verfahren nicht zu optimalen Ergebnissen führt. Einerseits sind Verbrennungsgase - entgegen ursprünglicher Annahme - praktisch nie völlig inert; vielmehr enthalten sie Bestandteile, die einen Einfluß auf sich bildende Modifikationen ausüben, und zwar im Sinne einer größeren Vielfalt und somit einer Beeinträchtigung der eigent­ lich erwünschten Modifikationen und der angestrebten Gips­ eigenschaften. Andererseits gibt es bei Verwendung von Verbrennungsgasen im direkten Wärmeaustausch Grenzen für eine willkürliche Steuerung der chemischen Zusammensetzung dieser Gase, und zwar auch dann, wenn man zusätzlich Wasser oder Dampf beimischt (GB-A-20 86 874).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine genauere Einstellung der erstrebten Gipseigenschaften ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Fluidisie­ rungsgas ein vom Verbrennungsgas gesondertes Gas, insbesondere Luft und/oder Wasserdampf, ist.

Die Erfindung vermeidet den direkten Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsgas auch in der zweiten Stufe, in welcher das Verbrennungsgas bereits eine mäßige Temperatur erreicht hat. Statt dessen heizt sie mit dem Verbrennungsgas das Fluidisie­ rungsmedium auf, das daher in gewünschter Weise zusammen­ gesetzt werden kann.

Dies hat zur Folge, daß die Erfindung zu einem Halbhydrat mit einem nur sehr geringen Anteil unerwünschter Modifikationen führt.

Darüber hinaus erlaubt die Erfindung sogar, wenn das Verfahren unter Druck mit Wasserdampft als Fluidisierungsgas durchge­ führt wird, die Erzeugung von Alpha-Halbhydrat, das bislang lediglich im Autoklaven bzw. in Wasser mit entsprechend hohem anschließendem Trocknungsaufwand erzeugt wird. Die Erfindung erlaubt ferner die Durchführung des kontinuierlichen Verfah­ rens auch bei hohen Ansprüchen an die Einheitlichkeit der Zusammensetzung, die im Stand der Technik nur bei chargen­ weiser Produktion befriedigt werden konnten.

Damit im Bereich des indirekten Wärmeaustauschs auch nicht örtliche Überhitzungen auftreten können, die zu höheren Modifikationen führen würden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Verbrennungsgase vor ihrer Zuführung zum indirekten Wärmeaustausch mit dem Brenngut durch Zumischung von kühlerem Verbrennungsgas abgekühlt werden, nämlich vorzugsweise auf eine Temperatur unter 1000°C. Die Rückführung von Verbren­ nungsgas gestattet trotz herabgesetzter Gastemperatur den Betrieb des Brenners mit geringem Luftüberschuß.

Zweckmäßigerweise findet der indirekte Wärmeaustausch der Verbrennungsgase mit dem Gut vor dem Wärmeaustausch mit dem Fluidisiergas statt, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Legt man hingegen größeren Wert auf eine besonders schonende Verarbeitung, verfährt man umgekehrt.

Zur Begrenzung der am Gut wirksam werdenden Temperatur­ differenz kann man auf den Wärmeaustausch mit dem Verbren­ nungsgas auch gänzlich verzichten und statt dessen dem Gut die Wärme mit niedriger Temperatur durch ein flüssiges Medium, insbesondere Wärmeträgeröl, zuführen.

Damit die im Verfahren anfallenden Brüden nicht zu Konden­ sation im Filter führen, kann ihnen vor dem Filter Verbren­ nungsgas zugegeben werden.

Schließlich kann der restliche Wärmeinhalt der Verbrennungs­ gase auch zum Trocknen des behandelten Guts verwendet werden, und zwar entweder im unmittelbaren Wärmeaustausch, wenn maßgebliche Änderungen der Modifikationen in diesem Stadium nicht mehr zu befürchten sind, oder nach indirektem Wärme­ austausch mit Luft durch diese.

Das erfingungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Verarbeitung von Rauchgasentschwefelungsgips alleine oder in Mischung mit gemahlenem Naturgips.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens können in Frage gestellt werden, wenn zur Durchführung eine Vorrichtung bekannten Typs verwendet wird, die keine hinreichend gleiche Verweildauer für die Gipspartikeln gewährleistet. Erfindungs­ gemäß wird deshalb eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß die Behandlungskammer durch Wände in mindestens zwei nachein­ ander von dem Gut zu durchlaufende Kammerabschnitte unterteilt ist. Damit man eine gleichmäßige Durchströmung dieser Ab­ schnitte erhält, sind diese zweckmäßigerweise mit unterschied­ lich starken Einrichtungen zur Zuführung von Fluidisiergas versehen, so daß sich eine gezielte Senk- und Steigbewegung in den Kammerabschnitten ergibt. Dabei kann nach der Erfindung vorgesehen sein, daß die Verbindung zwischen zwei Kammerab­ schnitten und/oder der Gutauslaß als Überlauf ausgebildet sind. Als Überlauf ausgebildete Verbindungen zwischen Kammer­ abschnitten können abwechselnd mit am Kammerboden gelegenen Verbindungsöffnungen vorgesehen sein, so daß sich eine wechselnde Sink- und Steigbewegung in den aufeinanderfolgenden Kammerabschnitten und demzufolge eine nur minimale Rückver­ mischung mit entsprechend engem Verweilzeitspektrum ergibt.

Bodenflächen mit teils stärkerer und teils schwächerer Belüftung können auch innerhalb einzelner Kammerabschnitte vorgesehen sein, um dadurch die Umwälzung in diesen Kammer­ abschnitten und den Wäremaustausch zu verbessern.

Ein Teil der Verbrennungsgase mit niedriger Temperatur kann auch zur Mahltrocknung bei Verarbeitung von Naturgips ver­ wendet werden. Auf eine Mahlanlage vor der Kalzinierung kann bei Verarbeitung von Rauchgasentschwefelungsgips verzichtet werden.

Durch die Anwendung verhältnismäßig geringer Temperatur­ differenzen sowohl im indirekten als auch im direkten Wärme­ austausch sowie durch genaue Bestimmbarkeit der Zusammen­ setzung des für den direkten Wärmeaustausch verwendeten Fluidisierungsmediums ermöglicht die Erfindung eine gezielte Herstellung vorbestimmter Gipsqualitäten, insbesondere mit langen Setzungszeiten und stabilen Eigenschaften auch bei längerer Lagerung. Ferner wird eine Reduzierung des Wasser-Gips-Werts ermöglicht. Durch Beimischung von Hoch­ branntgips können die Eigenschaften modifiziert werden, insbesondere im Hinblick auf eine Nachbearbeitung des Gipses.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Schnittdarstellung eines Kalzinators,

Fig. 2 das Schaltbild einer ersten Anlagenausführung und

Fig. 3 das Schaltbild einer zweiten Anlagenausführung.

Der Kalzinator gemäß Fig. 1 umfaßt einen zylindrischen Außen­ behälter 1, in dessen Boden zentrisch eine Gaszuführungs­ leitung 2 mündet und dessen Wand einen Abgasstutzen 3 enthält. Er ist oben offen zur Aufnahme eines ebenfalls zylindrischen Innenbehälters 4 und gegenüber dessen Außenfläche mittels hier nicht näher interessierenden Einrichtungen 5 abgedichtet.

Der Innenbehälter 4 enthält zentrisch ein Steigrohr 6 für die Verbrennungsgase, dessen unteres Ende 7 dicht in das Gaszufüh­ rungsrohr 2 greift. Nahe dem oberen Ende des Steigrohrs 6 geht von diesem eine Vielzahl von Fallrohren 8 aus, die in gleich­ mäßiger Verteilung über die Querschnittsfläche des Innenbe­ hälters 4 nach unten geführt sind und sich im Boden 9 des Innenbehälters nach außen öffnen.

Die vom Innenbehälter 4 eingeschlossene Kammer ist durch eine vertikale Wand 6 in zwei Kammerabschnitte unterteilt, die unterhalb der Wand 10 durch einen Schlitz 11 und/oder oberhalb des als Überlauf ausgebildeten Oberrands 12 der Wand 10 mit­ einander in Verbindung stehen.

Der Innenbehälter 4 enthält einen Guteinlaß 13, der in den in der Zeichnung links von der Wand 10 befindlichen Kammerab­ schnitt mündet, und einen als Überlaufrohr 14 ausgebildeten Gutauslaß in dem rechts von der Wand 10 befindlichen Kammer­ abschnitt.

Es können mehrere Wände 10 und entsprechend eine größere Zahl von Kammerabschnitten vorgesehen sein. Wichtig ist, daß durch die Ausbildung der Kammern und deren Verbindungen ein Weg für das Gut vom Einlaß 13 zum Auslaß 14 vorbestimmt ist, der - auch abhängig von der Stärke der Fluidisierung - für die Gutspartikel eine Verweilszeit in der von dem Innenbehälter 4 gebildeten Kammer vorgibt, von der statistisch nur gering­ fügige Abweichungen nach oben und unten stattfinden.

Der Boden 9 des Innenbehälters 4 ist mit bekannten Einrich­ tungen zum feinverteilten Einführen eines gasförmigen Fluidi­ sierungsmediums ausgerüstet, die auch Zuleitungen 15, 16 für das Fluidisierungsmedium mit Steuereinrichtungen 17, 18 um­ fassen. Sie sind (unter Berücksichtigung der Steuerein­ richtungen) so ausgebildet, daß bereichsweise unterschiedlich große spezifische Mengen des Fluidisierungsmediums eingeführt und damit eine unterschiedlich starke Fluidisierung des in der Kammer enthaltenen Guts erzielt werden kann.

Bei 19 kann das verbrauchte Fluidisierungsmedium abgeführt werden.

Im Betrieb wird zu kalzinierender Rohgips dem Einlaß 13 aufgegeben. Er wird in der vom Innenbehälter 4 gebildeten Kammer durch Zufuhr von Fluidisierungsmedium so weit aufgelockert, daß er in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand gelangt, wobei durch bereichsweise unterschiedlich starke Fluidisierung eine kräftige Umwälzung in jedem Kammerabschnitt sowie von Kammer zu Kammer erzielt werden kann. Nach dem Durchlaufen der Kammer verläßt das behandelte Gut diese durch den Auslaß 14, während die Brüden durch Leitung 19 abgeführt werden. Gleichzeitig werden Verbrennungsgase der Steigleitung 6 zugeführt, durchziehen die Fallrohre 8 und umgeben Boden und Seitenwand des Innenbehälters 4, wobei diese Teile Wärmeaus­ tauschflächen bilden, die die Wärme der Verbrennungsgase teils unmittelbar an die Partikeln, und teils an das Fluidisierungs­ medium abgeben, das die Wärme seinerseits an die Partikeln abgibt. Ferner gibt das Fluidisierungsmedium die ihm zuvor durch Aufheizung mitgeteilte Wärme an das Gut ab.

Fig. 2 veranschaulicht eine Anlage, in welcher der Kalzinator gemäß Fig. 1 Verwendung findet.

Von einem Silo 20 wird feinkörniger, von einer Rauchgasent­ schwefelungsanlage stammender Rohgips abgezogen und durch eine Schleuse 21 einem Trocknungsförderer 22 aufgegeben, der mit Heißgas von einem Brenner 23 und/oder Abgas mäßiger Temperatur von einer Leitung 24 her betrieben wird. In einem Abscheider 25 wird das Gut aus dem Trocknungsförderstrom ausgeschieden und durch eine Schleuse 26 einem Zuführungstrichter 27 aufgegeben, von dem es durch eine Förderschnecke 28 in konstanter, regelbarer Menge dem Kalzinator 29 zugeführt wird. Das fertig behandelte Gut wird durch den Auslaß 14 abgezogen.

Das von einen Heißgaserzeuger 30 erzeugte Verbrennungsgas wird durch eine Leitung 31 der Verbrennungsgas-Zuführungsleitung 2 des Kalzinators 2 zugeführt, und zwar mit einer ersten, hohen Temperatur. Nach Abkühlung auf eine zweite, mäßige Temperatur wird es durch die Leitung 32 abgezogen und teils zur Einstel­ lung der ersten, hohen Temperatur durch die Leitung 33 zum Heißgaserzeuger 30 zurückgeführt. Ein anderer Teil der Ver­ brennungsgase gelangt über die Leitungen 34, 24 zum Trockner 22, wobei es ganz oder teilweise einen Wärmetauscher 35 passiert, in welchem das Fluidisierungsmedium auf eine dritte, mäßige Temperatur aufgeheizt wird, bevor es über die Leitungen 36, 15, 16 dem Kalzinator aufgegeben wird. In der Darstellung ist vorausgesetzt, daß das Fluidisierungsmedium Luft ist. Zur Einstellung des Wasserdampfpartialdrucks kann ihm, wie an sich bekannt, Wasser zugegeben werden. Die Brüden vom Kalzinator 29 werden über Leitungen 37, ggf. zusammen mit Brüden aus dem Aufgabetrichter 27 durch Leitung 38, dem Filter 39 zugeführt, nachdem ggf. zur Senkung des Wasserdampfpartialdrucks und zur Vermeidung von Kondensation im Filter 39 ein Teil der auf der zweiten, mäßigen Temperatur befindlichen Verbrennungsgase über Leitung 40 zugegeben wurde. Der im Filter 39 abgeschiedene Staub wird über Schleuse 41 und Leitung 42 in den Kalzinator 29 zurückgeführt. Die gefilterten Abgase gelangen über die Leitungen 43 in die Atmosphäre.

Aufgabe und Funktion weiterer in der Schemazeichnung ange­ deuteter Organe ergeben sich aus dem Zusammenhang und bedürfen keiner Erläuterung.

Für die Herstellung von Beta-Halbhydrat kann die erste, höhere Temperatur der Verbrennungsgase auf vorzugsweise 850 bis 800°C und die zweite, mäßige Temperatur auf 200 bis 300°C einge­ stellt werden, während die dritte mäßige Temperatur, mit der das Fluidisierungsmedium dem Kalzinator zugeführt wird, zweck­ mäßigerweise kleiner als 200°C ist.

In der zweiten Ausführung gemäß Fig. 3 wird das Rohgut vom Silo 50 über eine Förderschnecke 51 mengenregelbar über einen Einschleusbehälter 53 dem Kalzinator 54 zugeführt, dessen Kammer 55 durch Wände 56 mit der oben geschilderten Funktion in einzelne Abschnitte unterteilt ist. Sie wird von Rohrschlangen 57 durchzogen. Ihnen wird Wärmeträgeröl über Leitung 58 und Mantelteil 59 von einem Brenner-Wärmetauscher 60 mit einer ersten, hohen Temperatur zugeführt, zu dem es nach Abkühlung auf eine zweite, mäßige Temperatur über Mantelteil 61 und Rohrleitung 62 zurückgeführt wird.

Ein Teil der Wärme wird im Wärmetauscher 63 zur Aufheizung von Trocknungsluft verwendet, die über Leitung 64 einem Trockner 65 mit einer Temperatur von mehr als 100°C zugeführt wird.

Ein weiterer Teil der Wärme wird zur Verdampfung und Über­ hitzung von Wasser in einem Wärmetauscher 66 zur Verwendung als Fluidisierungsmedium benutzt, das dem Kalzinatorboden über Leitung 67 zugeführt wird. Es können - wie im zuvor erläuter­ ten Anwendungsfall - Mittel zur unterschiedlich starken Flui­ disierung unterschiedlicher Bereiche der Kalzinatorkammer vorgesehen sein. Von dieser werden die Brüden über Leitung 68 abgezogen.

Der Überdruck in der Kalzinatorkammer wird durch druckab­ hängige Regelung des Ventils in der Abzugsleitung 68 aufrechterhalten. Die Zufuhrmenge des zu behandelnden Guts wird abhängig von der in der Abzugsleitung bei 52 gemessenen Endtemperatur des Guts geregelt, wobei diese Temperatur als Maß für den erreichten Entwässerungszustand genommen werden kann.

Da bei dieser Anordnung eine sehr genaue Temperaturführung mit geringen Temperaturdifferenzen möglich ist, das Gut in der Kalzinatorkammer 55 sich ausschließlich oder überwiegend in Wasserdampfatmosphäre befindet und der Kalzinator als Druck­ behälter ausgeführt ist und mit einem Druck von vorzugsweise 2 bis 6 bar betrieben wird, kann hier im kontinuierlichen Ver­ fahren ein Gips erzeugt werden, der zu einem gewünschten, maßgeblichen Anteil von Alpha-Halbhydrat gebildet ist.

Dafür wird die erste, höhere Temperatur zweckmäßigerweise in der Größenordnung von 300°C und die zweite, mäßigere Temperatur in der Größenordnung von 200 bis 275°C gewählt, während das Fluidisierungsmedium mit einer Temperatur von vorzugsweise größer als 150°C zugeführt wird.

Claims (11)

1. Verfahren zum Kalzinieren von fluidisiertem, pulver­ förmigem oder feinkörnigem Gut, insbesondere Gips, im indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeträgermedium sowie im direkten Wärmeaustausch mit einem Fluidisier­ ungsgas, wobei die Wärme unter Entstehung von Verbren­ nungsgas erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisierungsgas ein vom Verbrennungsgas gesondertes Gas, insbesondere Luft und/oder Wasserdampf, ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es unter Druck mit Wasserdampf als Fluidisierungsgas durch­ geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgas vor seiner Zuführung zum indi­ rekten Wärmeaustausch mit dem Gut durch Zumischung von kühlerem Verbrennungsgas auf eine Temperatur unter 1000°C abgekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch des Verbrennungs­ gases mit dem Gut vor dem Wärmeaustausch mit dem Fluidisiergas stattfindet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch des Verbrennungs­ gases mit dem Fluidisiergas vor dem Wärmeaustausch mit dem Gut stattfindet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nachtrocknen des behandelten Guts Luft verwendet wird, die mittels des Verbrennungsgases erwärmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeich­ net durch die Verwendung von Rauchgasentschwefelungsgips als Rohgips.

8. Vorrichtung zum Kalzinieren von fluidisiertem, pulver­ förmigem oder feinkörnigem Gut, insbesondere Gips, nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Behandlungskammer für das Gut, die einen Guteinlaß, einen Gutauslaß und Einrichtungen zum feinverteilten Ein­ führen des Fluidisierungsgases umfaßt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Behandlungskammer durch Wände (10, 56) in mindestens zwei nacheinander von dem Gut zu durch­ laufende Kammerabschnitte unterteilt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerabschnitte mit unterschiedlich starken Ein­ richtungen zur Zuführung von Fluidisiergas versehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen zwei Kammerabschnitten und/oder der Gutauslaß als Überlauf ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer als Wärmeaustauschflächen ein Zentralrohr, dem die Verbrennungsgase zuführbar sind und davon abgehende, in der Kammer verteilte Fallrohre (8) enthält.