DE102006062151A1

DE102006062151A1 - Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von partikulären Feststoffen, insbesondere zur Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid

Info

Publication number: DE102006062151A1
Application number: DE102006062151A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Ströder; Werner Stockhausen; Michael Missalla; Günter Schneider
Original assignee: Outotec Oyj
Current assignee: Metso Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-06-26
Also published as: EA016147B1; WO2008077462A3; BRPI0722087A2; AU2007338485A1; WO2008077462A2; EA200900866A1; BRPI0722087B1; AU2007338485B2; UA100498C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bspw. wasserfreiem Metalloxid aus Metallhydroxid, wobei das Metallhydroxid zumindest teilweise entwässert und vorgewärmt wird, bevor das Metallhydroxid in einen Wirbelschichtreaktor (19) eingebracht wird, in welchem das Metallhydroxid durch Verbrennen von Brennstoff auf eine Temperatur von etwa 650 bis etwa 1.250°C erhitzt und Metalloxid erzeugt wird, wobei dem Wirbelschichtreaktor (19) Primärluft und/oder Sekundärluft zugeführt wird, welche mit Sauerstoff angereichert ist. Um eine möglichst geringe Staubemission und einen geringen Kornzerfall zu erreichen, wird der Sauerstoff bzw. das mit Sauerstoff angereicherte Gas mit einer geringen Gasgeschwindigkeit in den Wirbelschichtreaktor (19) eingebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur Wärmebehandlung von partikulären Feststoffen, etwa der Herstellung von gebranntem Gips oder der Entwässerung anderer Salze, Verbrennung von Rückständen mit organischen Schadstoffen (z. B. Klärschlamm), Röstung von schwer röstbaren Erzen (z. B. Golderzen), Kalzinierung von CaCO₃ und anderen Carbonaten, Spaltung von CaSO₄, anderen Sulfaten oder anderen Salzen wie Nitraten, insbesondere aber der Herstellung von vorzugsweise wasserfreiem Metalloxid aus Metallhydroxid. Hierbei wird das Metallhydroxid zumindest teilweise entwässert und vorgewärmt, bevor das Metallhydroxid in einen Wirbelschichtreaktor eingebracht wird, in welchem das Metallhydroxid durch Verbrennen von Brennstoff auf eine Temperatur von etwa 650 bis etwa 1.250°C erhitzt und Metalloxid erzeugt wird, wobei dem Wirbelschichtreaktor Primärluft, welche mit Sauerstoff auf einen Sauerstoffanteil von etwa 22 bis etwa 99,9% angereichert ist, und/oder Sekundärluft zugeführt wird, welche mit Sauerstoff auf einen Sauerstoffanteil von etwa 30 bis etwa 99,9% angereichert ist.
Die Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid in einer zirkulierenden Wirbelschicht ist beispielsweise aus der DE 198 05 897 C1 bekannt. In der DE 197 22 382 A1 wird vorgeschlagen, das einem Wirbelschichtreaktor mit stationärer Wirbelschicht zugeführte Gas mit Sauerstoff anzureichern. Dabei soll der Sauerstoff über Laval-Düsen mit Überschallgeschwindigkeit oberhalb des Anströmbodens in den Reaktor eingebracht werden. Dies ist bei einer stationären Wirbelschicht notwendig, weil bei geringeren Gasgeschwindigkeiten die Düsen zur Sauerstoffzufuhr aufgrund der hohen Temperatur in der Wirbelschicht und der hohen Wärmeübertragung zwischen Wirbelschicht und Düsen verzundern und daher nur geringe Standzeiten erreichen. Andererseits führt die sehr hohe Ge schwindigkeit des sauerstoffangereicherten Gases in der Wirbelschicht zu einer starken Beanspruchung des körnigen Feststoffs, ähnlich zu der in einer Strahlmühle, wodurch der Feststoff je nach Festigkeit stark bis sehr stark zerfallen kann. In den meisten Fällen ist ein derartiger Kornzerfall unerwünscht.
In dem Verfahren gemäß DE 198 05 897 C1 kann der Feststoffdurchsatz gesteigert werden, wenn entsprechend mehr Wärme über den Brennstoff zur Verfügung gestellt wird. Solange zur Verbrennung nur Luft verwendet wird, die nicht mit Sauerstoff angereichert ist, steigen dadurch in einer existierenden Anlage die Gasgeschwindigkeiten, was zu erhöhter Staubemission und ebenfalls zu erhöhtem Kornzerfall des feinkörnigen Feststoffs führen kann. In ähnlicher Weise kann es zu erhöhten Gasgeschwindigkeiten kommen, wenn eine existierende Anlage bei gleichem Feststoffdurchsatz von einem Brennstoff mit hohem Heizwert auf einen Brennstoff mit niedrigem Heizwert umgestellt wird, solange Luft zur Verbrennung zugeführt wird.
Sowohl die bei höheren Gasgeschwindigkeiten auftretende vergrößerte Staubemission als auch der zunehmende Kornzerfall und die damit einhergehende Verschlechterung der Produktqualität werden als unbefriedigend empfunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren der eingangs genannten Art unter Verwendung einer zirkulierenden Wirbelschicht bereitzustellen, welches zu einer Leistungssteigerung bei vorhandenen Anlagen bzw. zu einer Ertüchtigung vorhandener Anlagen für den Einsatz heizwertschwächerer Brennstoffe führt, ohne dass dabei die Staubemission zunimmt und ohne dass die Produktqualität abnimmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die mit Sauerstoff angereicherte Sekundärluft mit einer Gasgeschwindigkeit zwischen etwa 5 und etwa 300 m/s, insbesondere weniger als 250, bevorzugt we niger als 200 m/s, besonders bevorzugt weniger als 150 m/s in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht eingebracht wird. Dieses Einbringen von Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereichertem Gas mit einer besonders niedrigen Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht eine für das entstehende Produkt, bspw. Metalloxid, besonders schonende Verfahrensführung durch Verringerung von Gasgeschwindigkeiten in den Aggregaten der Anlage, die zu einer signifikanten Verringerung des Kornzerfalls führt. Dies verbessert die Produktqualität erheblich.
Gleichzeitig sinkt infolge der Sauerstoffanreicherung der Sekundärluft die Gasgeschwindigkeit in dem Staubfilter des Verfahrens, wodurch sich auch die Staubemission verringern lässt. Dabei wurde festgestellt, dass die Zufuhr von sauerstoffangereicherter Sekundärluft in den Wirbelschichtreaktor auch zu einer deutlichen Leistungssteigerung bei der Kalzinierung führt. Dies ermöglicht entweder eine gesteigerte Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid bei gleichen Rahmenbedingungen oder eine Verwendung von heizwertschwächeren Brennstoffen ohne eine Verringerung der Anlagenleistung oder eine Kombination beider Änderungen. Insbesondere bei dem Einsatz heizwertschwächerer Brennstoffe, die einen hohen Anteil inerter Bestandteile enthalten, würden ohne die Sauerstoffanreicherung der Sekundärluft größere Volumenströme in der Anlage zur Herstellung von Metalloxid entstehen, was auch zu höheren Gasgeschwindigkeiten führt. Gleichzeitig verringert sich bspw. bei Brenngas aus einer Luftvergasung von Steinkohle der Luftbedarf zur Verbrennung, wodurch die Kühlung des erzeugten Metalloxids weniger effizient wird und die Feststofftemperatur ansteigt. Hierdurch steigt auch der spezifische Wärmebedarf. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch kompensiert, dass die dem Wirbelschichtreaktor als Primärluft und/oder Sekundärluft mit geringer Gasgeschwindigkeit zugeführte Gas mit Sauerstoff angereichert ist, da sich hierdurch nicht nur der effektive Volumenstrom, sondern auch die Gasgeschwindigkeiten absenken lassen.
Wenn bspw. die Stutzen der Sekundärluftzuführung in den Reaktor mit feuerfesten Steinen, feuerfestem Beton oder dgl. Material ausgekleidet sind, tritt auch bei einer erhöhten Sauerstoffkonzentration und geringen Gasgeschwindigkeiten keine Verzunderung auf. Bei bekannten Verfahren ist eine feuerfeste Auskleidung bei den Düsen des Anströmbodens nicht möglich.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das mit Sauerstoff angereicherte Gas mit einer Gasgeschwindigkeit von weniger als 100 m/s, insbesondere zwischen etwa 10 und etwa 100 m/s in die zirkulierende Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors eingebracht.
Für die Herstellung von Metalloxid, beispielsweise für die Aluminiumoxidproduktion, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Kalzinierung in dem Wirbelschichtreaktor bei einer Temperatur von etwa 850 bis etwa 1.050°C erfolgt.
Erfindungsgemäß ist die Verringerung des Kornzerfalls, welche bspw. über etwa 15% liegen kann, größer als die geringste Verringerung der Gasgeschwindigkeit in einem der Aggregate der Anlage. Die Verringerung der Gasgeschwindigkeit kann dabei in den verschiedenen Aggregaten der Anlage schwanken bspw. und zwischen etwa 15% und etwa 30% liegen.
Eine besonders deutliche Verringerung des Kornzerfalls und der Staubemissionen kann dadurch erreicht werden, dass die dem Wirbelschichtreaktor mit geringer Strömungsgeschwindigkeit zugeführte Primärluft mit Sauerstoff auf einen Sauerstoffgehalt von 22% bis 49% und/oder die Sekundärluft mit Sauerstoff auf einen Sauerstoffgehalt von etwa 90 bis etwa 99,5% angereichert ist.
Vorzugsweise werden die dem Wirbelschichtreaktor zugeführten Gase indirekt und/oder direkt mit Prozesswärme auf eine Temperatur zwischen etwa 100 und etwa 800°C, insbesondere zwischen etwa 150 und etwa 750°C vorgewärmt. Durch die Vorwärmung des dem Wirbelschichtreaktor zugeführten Primärgas, Sekundärgas und/oder des bspw. gasförmigen Brennstoffes mit Prozesswärme kann der Gesamtenergiebedarf des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter gesenkt werden. Als eine Alternative ist es auch möglich, die dem Wirbelschichtreaktor zugeführten Gase mit Fremdwärme vorzuwärmen.
Die Produkttemperatur des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Metalloxids soll üblicherweise maximal etwa 80°C betragen. Hierzu kann das aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogene Metalloxid in wenigstens einer ersten Kühlstufe durch direkten Kontakt mit Luft und/oder Sauerstoff bzw. einem Gemisch aus beiden und in wenigstens einer der wenigstens einen direkten Kühlstufe nachgeschalteten weiteren Kühlstufe, die als Wirbelbettkühler ausgebildet ist, indirekt gekühlt werden. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die dem Wirbelschichtreaktor zugeführte Sekundärgas in wenigstens einer der ersten und/oder zweiten Kühlstufen vorgewärmt werden. Somit kann der Sauerstoff zur Anreicherung der Sekundärluft bereits vor den Kühlstufen für das Metalloxid zugegeben, so dass der Sauerstoff auch zur Kühlung des Metalloxids beiträgt und dabei gleichzeitig vorgewärmt wird, bevor er in den Wirbelschichtreaktor gelangt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens eine der direkten Kühlstufen eine das Metalloxid pneumatisch aufwärts transportierende Förderleitung und einen Abscheidezyklon auf. Somit werden die Feststoffe gleichzeitig abgekühlt und zu einer höher gelegenen Position transportiert, die ggf. einen Weitertransport durch die Wirkung der Schwerkraft ermöglicht.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein vergleichsweise heizwertschwacher Brennstoff mit einem Heizwert von unter 7500 kJ/kg zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid eingesetzt wird, kann dem Wirbelschichtreaktor je 1 t/d hergestellten Aluminiumoxids mit der Sekundärluft zwischen etwa 1,5 und 3 Nm³/h, bevorzugt zwischen etwa 2 und 3 Nm³/h und besonders bevorzugt zwischen etwa 2,3 und etwa 2,5 Nm³/h Sauerstoff (95%ig) zugemischt werden. Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine beispielsweise mit Heizöl als Brennstoff betriebene Anlage auf ein Heizgas mit geringerem Heizwert von beispielsweise etwa 4000 bis etwa 5500 kJ/kg umgestellt werden, ohne die Produktion herunterzufahren oder die Produktqualität zu verschlechtern.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird dem Wirbelschichtreaktor je 1 t/d hergestellten Aluminiumoxids etwa 23 bis etwa 25 Nm³/h Zusatzluft zugeführt, der zwischen etwa 2 bis 4 Nm³/h, bevorzugt zwischen etwa 2,5 und 3,5, besonders bevorzugt zwischen 2,9 bis etwa 3,1 Nm³/h Sauerstoff (95%ig) zugemischt sind. Die Menge der dem Wirbelschichtreaktor zugeführten Zusatzluft wird dadurch gegenüber herkömmlichen Verfahren signifikant verringert, so dass sich der effektive Volumenstrom und damit im selben Maß auch die Geschwindigkeit verringert. Dies führt zu einer unerwartet hohen Verringerung des Kornzerfalls und damit zu einer Qualitätsverbesserung des Produkts.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird weiter durch eine Anlage zur Wärmebehandlung von partikulären Feststoffen gelöst, die wenigstens eine Vorwärmstufe, wenigstens einen Wirbelschichtreaktor, eine Einrichtung zur Zufuhr von Brenngas in den Wirbelschichtreaktor und wenigstens eine Kühlstufe aufweist, wobei die Kühlstufe aus wenigstens drei (Teil-)Kühlern besteht, von denen wenigstens einer derart angeordnet und mit der Einrichtung zur Zufuhr von Brenngas verbunden ist, dass das Brenngas zum Vorwärmen des Brennga ses vor dem Eintritt in den Wirbelschichtreaktor durch den wenigstens einen Kühler geleitet wird.
Vorzugsweise sind zwei der (Teil-)Kühler als Wirbelschichtkühler ausgebildet. Diese können jeweils aus mehreren Kammern bestehen. Der zur Erwärmung des Brenngases vorgesehene weitere (Teil-)Kühler kann nach einer bevorzugten Ausführungsform ein Kühlzyklon sein.
Erfindungsgemäß kann dem Wirbelschichtreaktor eine pneumatische Förderstrecke zur Zufuhr von Feststoffen in den Wirbelschichtreaktor vorgeschaltet sein, wobei die pneumatische Förderstrecke vorzugsweise über eine Leitung mit einer Förderleitung für heiße Feststoffe aus dem Wirbelschichtreaktor verbunden ist. Hierdurch wird bspw. ein dem Reaktor vorgeschalteter Zyklon mit einem dem Reaktor nachgeschalteten Zyklon so verbunden, dass sich das Gas aus dem dem Reaktor vorgeschalteten Zyklon mit den Feststoffen aus dem dem Reaktor nachgeschalteten Zyklon mischen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
1 ein Fließschema nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 ein Fließschema nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
3 ein Fließschema nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Verfahren wird das zu entwässernde Metallhydroxid durch eine Förderschnecke 1 oder dergleichen zugeführt und in eine Vorwärmstufe eingebracht, die durch einen Flugstromvorwärmer 2 gebildet sein kann. Dem Flugstromvorwärmer 2 wird durch eine Leitung 3 ein heißes Gasgemisch mit Temperaturen zwischen etwa 200 bis etwa 500°C zugeleitet. Über eine Leitung 4 wird das Feststoff-Gas-Gemisch einer Filtereinrichtung 5 zugeführt, die beispielsweise als ein Schlauchfilter, ein Zyklon oder ein Elektrofilter ausgebildet sein kann. Das Abgas der Filtereinrichtung 5 zieht über eine Leitung 6 ab. Alternativ kann nach der Filtereinrichtung 5 eine Einrichtung zur weiteren Behandlung des Abgases nachgeschaltet werden (Abgas-Wäscher, Verfahren zur Wasserkondensation etc.). Das derart getrocknete Metallhydroxid gelangt über eine Leitung 7 zum Fuß einer pneumatischen Förderstrecke 8, in welcher Feststoffe durch Zufuhr von Luft aus einer Leitung 9 zu einem Abscheidezyklon 10 geführt werden. Das Abgas des Abscheidezyklons 10 strömt über eine Leitung 11 zu einem weiteren Zyklon 12.
Die in dem Abscheidezyklon 10 anfallenden Feststoffe gelangen durch eine Leitung 13 zu einem weiteren Flugstromvorwärmer 14. In diesem kommt der zumindest teilentwässerte Feststoff in direkten Kontakt mit heißem Abgas aus einer Leitung 15 und wird anschließend durch eine Leitung 16 in einen Abscheidezyklon 17 geführt, dessen Abgas über die Leitung 3 dem ersten Flugstromvorwärmer 2 zugeführt wird. Die in dem weiteren Abscheidezyklon 17 abgetrennten Feststoffe werden über eine Leitung 18 einem Wirbelschichtreaktor 19 zugeführt, in welchen Temperaturen von etwa 850 bis 1.050°C herrschen.
Der Wirbelschichtreaktor 19 weist in seinem unteren Bereich ein relativ dichtes Wirbelbett 20 aus Metalloxidpartikeln auf. Die Fluidisierung dieses Wirbelbettes erfolgt durch Primärluft aus einer Leitung 21, welche durch einen Verteiler 22 in den unteren Bereich des Wirbelbettes 20 gelangt. Die Primärluft wird dabei in einem unten näher erläuterten Luftvorwärmer 23 vorgewärmt.
Zusätzlich wird durch eine oder mehrere Lanzen 24 von außen gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff in das Wirbelbett 20 eingebracht, wobei der Brennstoff durch die heißen Metalloxidpartikel des Wirbelbetts 20 erwärmt und gezündet wird. Die vollständige Verbrennung geschieht in dem Reaktor 19 zusammen mit der durch eine Leitung 25 zugeführten, vorgewärmten Sekundärluft. Durch diese Verbrennung wird die gewünschte Kalziniertemperatur erreicht.
Der Wirbelschichtreaktor 19 kann auch als Ringwirbelschichtreaktor entsprechend der DE 102 60 739 ausgebildet sein. Die Sekundärluftzufuhr kann in diesem Falle durch das Zentralrohr des Ringwirbelschichtreaktors erfolgen. Es ist aber auch möglich, die Sekundärluftzufuhr zu teilen und sie sowohl durch eine Leitung oberhalb des Anströmbodens als auch durch das Zentralrohr einzuführen.
Das heiße Abgas des Wirbelschichtreaktors 19, welches Metalloxid mit sich führt, gelangt durch einen Kanal 26 in einen Rückführzyklon 27. Das Abgas des Rückführzyklons 27 wird über die Leitung 15 dem zweiten Flugstromvorwärmer 14 zugeführt. Ein Teil der in dem Rückführzyklon 27 abgetrennten heißen Feststoffe gelangt über eine Leitung 28 zurück in den Wirbelschichtreaktor 19, während der übrige Teil der heißen Feststoffe durch eine Leitung 29 einer ersten Kühlstufe zugeführt wird. Diese erste Kühlstufe ist derart ausgebildet, dass über eine Leitung 30 Zusatzluft, über eine weitere Leitung 31 vorgewärmte Fluidisierungsluft und über eine dritte Leitung 32 technischer Sauerstoff miteinander gemischt und über eine weitere Leitung 33 einer pneumatischen Förderleitung 34 zugeführt werden. In diese Förderleitung 34 werden die heißen Feststoffe aus der Leitung 29 eingebracht, so dass die heißen Feststoffe sich mit dem Gemisch aus Luft und Sauerstoff aus Leitung 33 mischen, wodurch die Feststoffe abgekühlt werden, während sich das Gemisch aus Luft und Sauerstoff aufheizt. Diesem Feststoff-Gas-Gemisch wird über die Leitung 11 das Abgas des Abscheidezyklons 10 beigemischt und dann über eine Leitung 35 in den Kühlzyklon 12 eingebracht. Dort werden das Gas und die Feststoffe voneinander getrennt, wobei der Gasstrom über die Leitung 25 als vorgewärmte, sauerstoffangereicherte Sekundärluft dem Wirbelschichtreaktor 19 zugeführt wird. Der Feststoff wird über eine Leitung 36 dem Wirbelschichtkühler 23 zugeführt, der gleichzeitig den Luftvorwärmer für die Primärluft bildet. In dem Wirbelschichtkühler 23 wird der Feststoff weiter gekühlt, während die Primärluft in Rohrbündeln aufgeheizt wird. Die derart aufgeheizte Primärluft gelangt dann über die Leitung 21 in den Wirbelschichtreaktor 19.
In den Wirbelschichtkühler 23 wird über eine Leitung 37, die auch mit einem weiteren Wirbelschichtkühler 38 verbunden ist, Fluidisierungsluft zugeführt. In dem zweiten Wirbelschichtkühler 38 wird der Feststoff dabei mittels eines oder mehrerer flüssiger Kühlmedien 39 auf die gewünschte Endtemperatur gekühlt. Die über die Leitungen 37 in die beiden Wirbelschichtkühler eingebrachte Fluidisierungsluft wird über eine Leitung 40 von einem Gebläse 41 herangeführt. Die Primärluft, welche in den Rohrbündeln des ersten Wirbelschichtkühlers aufgeheizt wird, wird über ein weiteres Gebläse 42 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich zu der Sauerstoffzufuhr über die Förderleitung 34 kann der technische Sauerstoff auch der Primärluft über das Gebläse 42 oder der Fluidisierungsluft für die beiden Wirbelschichtkühler 23 und 38 über eine Leitung 43 zugemischt werden.
In der Ausführungsform nach 2 wird ein Heizgas als Brennstoff verwendet. Dieses wird wie oben beschrieben über die Lanzen 24 in den Wirbelschichtreaktor 19 eingebracht. Dabei kann das Heizgas vorgewärmt werden, bevor dieses dem Wirbelschichtreaktor 19 zugeleitet wird. Hierzu wird das Heizgas über eine Leitung 44 dem Rohrbündel eines weiteren Wirbelschichtkühlers 45 zugeführt, in welchem die Feststoffe aus dem Kühlzyklon 12 abgekühlt werden. Der Wirbelschichtkühler 45 ist somit dem Wirbelschichtkühler 23 vorgeschaltet, so dass die Feststoffe aus dem Kühlzyklon 12 zunächst den Wirbelschichtkühler 45, dann den Wirbelschichtkühler 23 und schließlich den Wirbelschichtkühler 38 passieren. Dabei können die Wirbelschichtkühler eine verschiedene Zahl von Kammern aufweisen.
Eine weitere Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Dabei wird ebenfalls Heizgas als Brennstoff in dem Wirbelschichtreaktor 19 verwendet. Das Heizgas wird hierzu aus einer Leitung 46 in einen weiteren Kühlzyklon 47 eingebracht, dessen Abgase über die Lanzen 24 in den Wirbelschichtreaktor 19 geleitet werden. Die in dem ersten Wirbelschichtzyklon 12 abgetrennten Feststoffe werden dabei in eine beispielsweise als pneumatische Förderleitung dienende Leitung 48 eingebracht, in die auch die Leitung 46 zur Zufuhr des Heizgases mündet. Das derart in den zweiten Kühlzyklon 47 eingebrachte Feststoff-Gas-Gemisch wird in dem Kühlzyklon 47 getrennt, wobei die Feststoffe über eine Leitung 36' dem ersten Wirbelschichtkühler 23 zugeleitet werden.
1. Beispiel: Ertüchtigung einer Anlage für den Einsatz eines heizwertschwachen Gases
Eine bestehende Anlage zur Erzeugung von 3300 t Aluminiumoxid pro Tag wird mit Heizöl betrieben, welches einen Heizwert von 39876 kJ/kg hat. Diese Anlage soll auf ein Heizgas umgestellt werden, welches lediglich einen Heizwert von 4642 kJ/kg hat. Dabei soll weiterhin eine Aluminiumoxidproduktion von 3300 t/d erreicht werden.
Der Zusatzluft werden etwa 8000 Nm³/h Sauerstoff (95%ig) zugemischt und das Heizgas wird vorgewärmt. Diese Vorwärmung des Heizgases erfolgt entweder in dem Wirbelschichtkühler 45 nach 2 auf 180°C oder, wenn es die Gasqualität zulässt, gemäß der Ausführungsform nach 3 direkt durch den Kühlzyklon 47 auf 450°C. Der Sauerstoff wird zusammen mit dem Heizgas über die Lanzen 24 mit einer Gasgeschwindigkeit zwischen etwa 20 und etwa 50 m/s in den Wirbelschichtreaktor 19 eingebracht. Das Aluminiumoxid verlässt den Wirbelschichtkühler 38 mit einer Produkttemperatur von maximal 80°C.
Durch die oben beschriebene Zufuhr von Sauerstoff in den Wirbelschichtreaktor 19 kann die Aluminiumproduktion von 3300 t/d auch mit dem heizwertschwächeren Brennstoff beibehalten werden. Gleichzeitig wird eine Qualitätsverbesserung des Produktes durch eine Verringerung des Kornzerfalls erreicht. Die effektiven Volumenströme in der Anlage sind kleiner oder maximal gleich den effektiven Volumenströmen des Heizölfalls. Hierdurch kann die Staubemission gering gehalten werden. Der Sauerstoffgehalt im Gasaustritt des Wirbelschichtreaktors 19 ist gleich dem Sauerstoffgehalt im Heizölfall.
2. Beispiel: Qualitätsverbesserung des Produkts bezüglich des Kornzerfalls
In einer Anlage gemäß der Ausführungsform nach 1, in welcher 3300 t Aluminiumoxid pro Tag mit einer Luftmenge von 120000 Nm³/h erzeugt werden, wird der über die Leitung 30 zugeführten Zusatzluft über die Leitung 32 etwa 10000 Nm³/h Sauerstoff (95%ig) zugemischt, wobei die Zufuhr von Zusatzluft über die Leitung 30 um etwa 40000 Nm³/h verringert wird. In der Leitung 33 stellt sich somit ein Sauerstoffgehalt von etwa 34,3% ein. Der effektive Volumenstrom und damit die Gasgeschwindigkeit verringert sich hierdurch in dem Flugstromvorwärmer 14 und dem Abscheidezyklon 17 um etwa 18%, in dem Kühlzyklon 12 um etwa 28% und in dem Wirbelschichtreaktor 19 und dem Rückführzyklon 27 um etwa 16%. Hierdurch kann der Kornzerfall des Aluminiumoxids um mehr als 16% verringert werden.

Claims

Verfahren zur Wärmebehandlung von partikulären Feststoffen, wobei der Feststoff zumindest teilweise entwässert und vorgewärmt wird, bevor der Feststoff in einen Wirbelschichtreaktor (19) eingebracht wird, in welchem der Feststoff durch Verbrennen von Brennstoff auf eine Temperatur von etwa 650 bis etwa 1.250°C erhitzt und ein neuer Feststoff erzeugt wird, wobei dem Wirbelschichtreaktor (19) Primärluft, welche mit Sauerstoff auf einen Sauerstoffanteil von etwa 22 bis 99,9% angereichert ist, und/oder Sekundärluft zugeführt wird, welche mit Sauerstoff auf einen Sauerstoffanteil von etwa 30 bis etwa 99,9% angereichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff bzw. das mit Sauerstoff angereicherte Gas mit einer Gasgeschwindigkeit zwischen etwa 5 und etwa 300 m/s, insbesondere weniger als 200 m/s, in den Wirbelschichtreaktor (19) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff bzw. das mit Sauerstoff angereicherte Gas mit einer Gasgeschwindigkeit zwischen etwa 10 und etwa 100 m/s, in den Wirbelschichtreaktor (19) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der partikuläre Feststoff Metallhydroxid ist, der zu Metalloxid umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Wirbelschichtreaktor (19) zugeführte Primärluft mit Sauerstoff auf einen Sauerstoffanteil von etwa 22 bis etwa 49% angereichert und/oder Sekundärluft mit Sauerstoff auf einen Sauerstoffanteil von etwa 90 bis etwa 99,5% angereichert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Wirbelschichtreaktor (19) zugeführten sauerstoffangereicherten Luftströme indirekt und/oder direkt mit Prozesswärme auf eine Temperatur zwischen etwa 100 und etwa 800°C, insbesondere zwischen etwa 150 und etwa 750°C, vorgewärmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Wirbelschichtreaktor (19) zugeführte Heizgas indirekt und/oder direkt mit Prozesswärme auf eine Temperatur zwischen etwa 100 und etwa 300°C, insbesondere zwischen etwa 150 und etwa 250°C, vorgewärmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Wirbelschichtreaktor (19) abgezogene Metalloxid in wenigstens einer ersten Kühlstufe (34) durch direkten Kontakt mit Luft und/oder Sauerstoff oder einer Mischung daraus und in wenigstens einer der ersten Kühlstufe (34) nachgeschalteten weiteren Kühlstufe (23, 38, 45), die als Wirbelbettkühler ausgebildet ist, indirekt gekühlt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Wirbelschichtreaktor (19) zugeführten Gase in wenigstens einer der ersten und/oder zweiten Kühlstufen (23, 34, 38, 45) vorgewärmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten Kühlstufen eine das Metalloxid pneumatisch aufwärts transportierende Förderleitung (34) und einen Abscheidezyklon (12) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff einen Heizwert von unter 7500 kJ/kg, insbesondere zwischen etwa 4000 und etwa 5500 kJ/kg, aufweist, wobei dem Wirbelschichtreaktor (19) Zusatzluft zugeführt wird, der je 1 t/d hergestellten Aluminiumoxids zwischen etwa 1,5 und etwa 3,5 Nm³/h Sauerstoff (95%ig) zugemischt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wirbelschichtreaktor (19) je 1 t/d hergestellten Aluminiumoxids etwa 23 bis etwa 25 Nm³/h Zusatzluft zugeführt wird, der zwischen etwa 2 und etwa 4 Nm³/h Sauerstoff (95%ig) zugemischt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallhydroxid in dem Wirbelschichtreaktor (19) durch Verbrennen von Brennstoff auf eine Temperatur von etwa 850 bis etwa 1.050°C erhitzt und Metalloxid erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Kornzerfalls größer ist, als die geringste Verringerung der Gasgeschwindigkeit in einem der Aggregate der Anlage.
Anlage zur Wärmebehandlung von partikulären Feststoffen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer Vorwärmstufe (2), wenigstens einem Wirbelschichtreaktor (19), einer Einrichtung zur Zufuhr von Brenngas in den Wirbelschichtreaktor (19) und wenigstens einer Kühlstufe (23, 34, 38, 45, 47), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstufe aus wenigstens drei (Teil-)Kühlern besteht, wobei wenigstens einer dieser Kühler (23, 34, 38, 45, 47) derart angeordnet und mit der Ein richtung zur Zufuhr von Brenngas verbunden ist, dass das Brenngas zum Vorwärmen des Brenngases vor dem Eintritt in den Wirbelschichtreaktor (19) durch den wenigstens einen Kühler (23, 34, 38, 45, 47) geleitet wird.
Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wirbelschichtreaktor (19) eine pneumatische Förderstrecke (8) zur Zufuhr von Feststoffen in den Wirbelschichtreaktor (19) vorgeschaltet ist, wobei die pneumatische Förderstrecke (8) über eine Leitung (11) mit einer Förderleitung (34) für heiße Feststoffe aus dem Wirbelschichtreaktor (19) verbunden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der (Teil-)Kühler als Wirbelschichtkühler (23, 38) ausgebildet sind.
Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelschichtkühler (23, 38) jeweils aus mehreren Kammern bestehen.
Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der (Teil-)Kühler (47) zur Erwärmung des Brenngases ein Kühlzyklon ist.