DE1767628B2

DE1767628B2 - Verfahren zur Durchführung endothermer Prozesse

Info

Publication number: DE1767628B2
Application number: DE1767628A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 6000 Bergen-Enkheim Reh; Karl- Heinz 6078 Neu-Isenburg Rosenthal; Hans-Werner Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Schmidt
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1968-05-30
Filing date: 1968-05-30
Publication date: 1978-10-26
Also published as: FR2009684A1; BE733919A; RO56487A; DE1767628A1; US3579616A; JPS5616705B1; SE355956B; NL6908171A; GB1265085A; DE1767628C3; FR2009684B1; NL166862B; NL166862C

Description

ι» Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung endothermer Prozesse nach dem Wirbelschichtprinzip, bei dem der überwiegende Teil der Feststoffe zusammen mit den Gasen am oberen Teil des Schachtes ausgetragen wird, ein Teil der Wärme durch min-

i' destens300° C heiße Gase in das Wirbelbett oberhalb des Rostes zugeführt wird und die am oberen Teil des Schachtes ausgetragenen Feststoffe in einem Rückführzyklon vom Gas getrennt und mindestens teilweise in das Wirbelbett zurückgeführt werden.

•2» Es ist bekannt, endotherme Prozesse in einer klassischen Wirbelschicht durchzuführen. Eine klassische Wirbelschicht besitzt einen Verteilungszustand, bei dem eine dichte Phase, deren Oberfläche etwa der einer kochenden Flüssigkeit ähnelt, durch einen deut-

-> liehen Dichtesprung von dem darüber befindlichen Gas- oder Staubraum getrennt ist. In der dichten fluidisierten Phase nimmt der vom Gas durchwirbelte Feststoff etwa 30 bis 55% des Bettvolumens ein. Da in der Praxis die Korngröße des Feststoffes niemals

in völlig uniform ist, werden stets einzelne Partikeln, vor allem die feineren, vom Gas mitgerissen, so daß auch der oberhalb des Niveaus der Wirbelschicht befindliche Gasraum nicht völlig frei von Feststoff ist. Die Menge des vom Gas mitgerissenen Feststoffes hängt > in erster Linie von der Korngrößenverteilung und dem spezifischen Gewicht des Feststoffes sowie der angewendeten Gasgeschwindigkeit ab. In jedem Fall ist aber die Feststoffdichte oberhalb der Wirbeischicht erheblich niedriger als in derselben und entspricht

4(i meist nur Bruchteilen eines Prozentes des vom Gas eingenommenen Volumens (GB-PS 878827 und US-PS 2799558).

Es ist auch bekannt, pulverförmige Stoffe in der Weise zu entwässern und zu erhitzen, daß man sie

π in Form einer Flugstaubwolke mit heißen Gasen behandelt. Unter Flugstaubwolken werden Verteilungszustände ohne definierte obere Grenzschicht mit einer wesentlich höheren Gasgeschwindigkeit verstanden, als sie zur Aufrechterhaltung einer stationären Wir-

">o belschicht zulässig sind, und bei denen der Feststoff vom Gas schnell aus dem Apparat ausgetragen würde, wenn nicht ständig neues Material nachgespeist wird. Innerhalb der Flugstaubwolke besteht eine Feststoffkonzentration, die niedriger ist als die einer klassi-

T) sehen Wirbelschicht, aber erheblich höher als die im Staubraum einer klassischen Wirbelschicht vorliegende. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und darüber befindlichem Staubraum tritt also nicht auf, jedoch nimmt innerhalb der Flugstaubwolke die Fest-

M) Stoffkonzentration nach oben hin kontinuierlich ab. Es sind über den Ofen gemittelte Feststoffdichten von etwa 10 bis 100 kg/m¹ üblich. Die Feststoffdichte kann örtlich bis zu 300 kg/m¹ ansteigen (vgl. DE-AS 1 146041).

h'i Ein anderer auf die Kalzination von feinkörnigem Tonerdehydrat bezogener Vorschlag sieht vor, im oberen Teil einer Flugstaubwolke bei verhältnismäßig niedriger Temperatur teilweise vorentwässertes Ton-

crdehydrat aufzugeben und bei 1 100 bis 1300° C fertig zu kalzinieren, wobei bei einer Gasgeschwindigkeit von 1500 bis 3000 Nm^-VmVh und einer entsprechend großen Feststoffbelastung eine nach oben abnehmende Suspensionsdichte im Durchschnitt über die ganze Höhe der Reaktionszone von über 30 kg/m^-1 und im unteren Teil der Reaktionszone von 100 bis 300 kg/m³ aufrechterhalten wird, und der mit dem Gas ausgetragene Feststoff in einem Abscheider gebracht und zum Teil wieder in den unteren Teil der Flugstaubwolke zurückgeführt wird (vgl. DE-AS 1 146041).

Bei einem weiteren auf die Herstellung von Al₂O₃ gerichteten Verfahren nach dem Wirbelschichtpunzip, bei dem die Feststoffe zusammen mit den Gasen am oberen Ende des Schachtes ausgetragen, in einem Abscheider vom Gas getrennt und teilweise zur Wärmezufuhr in das Wirbelbett rückgeführt werden und wenigstens ein Teil der Wärmezufuhr durch heiße Gase erfolgt, die in das Wirbelbett oberhalb des Rostes eingeleitet werden, erfolgt die Einführung der mindestens 500" C heißen Gase in Höhe einer Schachterweiterung mit solcher Geschwindigkeit, daß eine stark expandierte Wirbelschicht ohne definierte obere Grenze gebildet wird, und werden die rückgeführten Feststoffe an einer Stelle oberhalb des Rostes, aber unterhalb der Heißgaseinführung eingeleitet (DE-PS 1092889).

Den beschriebenen Verfahren gemeinsam ist der Nachteil einer noch nicht befriedigenden Wärmeausnutzung. Darüber hinaus weisen die einzelnen Vorschläge noch weitere Unzulänglichkeiten auf.

Infolge der geringen Korngröße vieler Reaktionsteilnehmer von etwa 50 bis 300 μ kann die klassische Wirbelschicht nur aufrechterhalten werden, wenn mit entsprechend niedrigen Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten gefahren wird. Dies bedingt einen, auf die Rostfläche des Wirbelschichtofens bezogen, geringen Durchsatz. Die Übereinanderschaltung mehrerer klassischer Wirbelschichten bereitet auch insofern Schwierigkeiten, als durch den Staubgehalt der Abgase gasseitig vorgeschalteter Stufen die Roste der gasseitig nachgeschalteten blockiert werden können und die Einhaltung der optimalen Fluidisierungsgasgeschwindigkeit in den Vorbehandlungszonen kompliziert ist.

Die bisher vorgeschlagenen Flugstaubwolkenverfahren sind noch unbefriedigend, weil die gleichmäßige Verbrennung des Brennstoffs ohne Überhitzungserscheinungen schwierig ist. Außerdem fordert die Verlegung der Verbrennung in eine Brennkammer außerhalb des Ofens besonders bei Hochtemperaturverfahren aus Gründen der Wärmewirtschaftlichkeit hohe, von der Werkstoffseite her schwer zu beherrschende Verbrennungstemperaturen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Durchführung endothermer Prozesse bereitzustellen, das die Mängel der bekannten, insbesondere vorgenannten Verfahren nicht besitzt und insbesondere eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs sowie eine hohe Wärmewirtschaftlichkeit gewährleistet.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß das dem Prozeß zu unterwerfende Material in einem mehrstufigen Schwebeaustauscher 3, 4, 5, 6, 7, der mit den 500-1200° C heißen Abgasen des Wirbelschichtofens 9 betrieben wird, vorentwässert und/oder erhitzt und über einen Abscheider 7 dem Wirbelschichtofen 9 zugeleitet wird, daß das Reaktionsprodukt dem aus Wirbelschichtofen 9 und Rückführzykion 8 gebildeten Kreislauf entnommen und einem mehrstufigen Wirbeikühler 16 aufgegeben wird, der die Betten der einzelnen Kühlkammern 17, 18, 19, 20 verbindende Kühlregister 21 aufweist und der mit Luft als Fluidisierungsgas und als im Gegenstrom geführtes Kühlmittel für die Kühlregister 21 betrieben wird, daß die aus den Kühlregistern austretende erhitzte Kühlluft mindestens teilweise dem Wirbelschichtofen 9 als Fluidisierungsgas, ein gegebenenfalls nicht als Fluidisierungsgas verbrauchter Teil oder mindestens ein Teil des aus dem Wirbelkühler 16 austretenden erhitzten Fluidisierungsgases dem Wirbelschichtofen 9 als Sekundärluft in eine Zone 12 oberhalb des Rostes 11 zugeleitet wird, wobei die Höhe der Zufuhrstelle der Sekundärluft über dem Rost 11 etwa dem 0,3- bis l,5fachen des in der Wirbelschicht des Ofenschachtes eingestellten Druckverlustes in mm WS entspricht und sich die dem Wirbelschichtofen 9 als Fluidisierungsgas und als Sekundärluft zugeführte, aus dem Wirbelkühler 16 stammende Kühlluft im Verhältnis 1:2 bis 5 : 1 aufteilt und daß die zur Durchführung der Reaktion erforderliche Beheizung durch Zufuhr 10 von Brennstoffen in die Reaktionszone erfolgt, ausgenommen die Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise anwendbar für

1. Entwässerungsprozesses kristalliner, anorganischer Verbindungen, wie Magnesium- oder Eisenhydroxid,

2. Brenn- oder Spaltprozesse, z. B. für Kalk, DoIomit, bestimmte Zementrohmehlsorten, Eisensulfat,

3. Reduktionsprozesse, z. B. die Reduktion von Gips,

4. Chemische Prozesse bei hohen Temperaturen, ζ. B. Oxidation von Ilmenit.

In vielen Fällen laufen die vorstehend aufgeführten Prozesse nicht isoliert, sondern nebeneinander ab. So werden z. B. Brenn- und Reduktionsprozesse in der Regel mit Entwässerungsprozessen gemeinsam stattfinden, insbesondere wenn filterfeuchtes Material in den Prozeß geführt wird. Ein Beispiel für einen gleichzeitig ablaufenden Entwässerungs- und Brennprozeß ist die Phosphatkalzinierung.

Der Druckverlust im Schacht des Wirbelschichtofens ist eine Funktion des Feststoffinhaltes und definiert gleichzeitig die Verweilzeit. Er liegt im Bereich von 400-5000 mm WS.

Der im Wirbelschichtofen sich einstellende Verteilungszustand des Materials wird durch Aufteilung der zur Verbrennung des Brennstoffs erforderlichen Luft erreicht. Die durch den Rost eingeführte Fluidisierungsluft erzeugt eine stark, bewegte Wirbelschicht, deren Feststoffkonzentration etwa im Bereich von 5-35 % des Gesamtvolumens liegt. Durch Zufuhr von Sekundärluft in den zylindrischen oder gegebenenfalls im oberen Teil erweiterten Ofenschacht in geeigneter Höhe wird im darüberliegenden Teil des Schachtes eine Flugstaubwolke erzeugt, in der die Feststoffkonzentration von den vorgenannten Werten kontinuierlieh bis auf etwa 0,05% am Gasaustritt abfällt. In Abhängigkeit von der Materialzirkulation im Ofeninnern selbst stellt sich eine mittlere Materialkonzentration von etwa 0,5-15,0% ein.

Die Abtrennung des mit dem vereinigten Verbrennungsgasstrom aus dem Ofenschacht ausgetragenen 500 bis 1200° C heißen Gutes erfolgt in einem Rückführzyklon. Mit derselben Temperatur gelangen die Abgase aus dem Rückführzyklon in eine mehrstufiges Schwebeaustauschersystem, in dem die Feuchtigkeit des aufgegebenen Materials unter weitgehend vollständiger Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Abgase entfernt wird. Die Schwebeaustauscher bestehen vorzugsweise aus einem Venturiwirbeltrockncr und einem Zyklonabscheider. Die Verwendung von Vcnturiwirbeltrocknern ist vorteilhaft, weil sie leicht zu bedienen, von hohem thermischen Wirkungsgrad sind und die Einstellung einer ausreichenden mittleren Materialverweilzeit im Bereich von mehreren Sekunden bis Minuten gestatten.

Das Material wird dem, vom Wirbelschichtofen gesehen, gasseitig letzten Schwebeaustauscher aufgegeben. Es bildet sich eine nach oben austretende Suspension, die von einem Zyklonabscheider erfaßt wird. Die abgeschiedenen Feststoffe werden in den gasseitig davorliegenden Schwebeaustauscher eingetragen und über einen weiteren Zyklonabscheider dem unteren Teil des Wirbelschichtofens zugeführt.

Mit Hilfe eines vorzugsweise eingesetzten zweistufigen Schwebeaustauschers mit Venturiwirbeltrocknern gelingt es, die Temperatur der Abgase bis zum Taupunkt zu senken.

Das im Rückführzyklon anfallende Reaktionsprodukt wird ganz oder teilweise in das Wirbelbett des Wirbelschichtofens zurückgeleitet. Die Produktion des Prozesses wird entweder dem Rückführzyklon oder auch einer anderen geeigneten Stelle, beispielsweise dem Wirbelschichtofen, in kontrollierbarer Weise entnommen und dem Wirbelkühler zugeleitet.

Im längs des Materialweges in mehrere Kammern unterteilten Wirbelkühler durchströmt die durch die Kühlregister geführte Luft das heiße Material im Gegenstrom, während die im Wirbelkühler verwendete Wirbelluft im Kreuzstrom zum Material fließt.

Die auf diese Weise aufgeheizten Teilströme werden getrennt dem System Wirbelschichtofen/Schwebeaustauscher zugeführt. Mindestens ein Teil der durch die Kühlregister des Wirbelkühlers geführten und indirekt erhitzten Luft dient im Wirbelschichtofen als Fluidisierungsluft. Der gegebenenfalls verbleibende Rest der indirekt erhitzten Luft und die im direkten Austausch mit dem zu kühlenden Material aufgeheizte Fluidisierungsluft werden dem Wirbelschichtofen als Sekundärluft zugeführt. Die gegebenenfalls vorhandenen Restslröme der direkt oder indirekt aufgeheizten Luft können einer dritten Stelle des Systems, z. B. als Nachverbrennungsluft oder als Trocknerluft, zugeleitet werden. Eine derartige Führung der Gasströme hat den Vorteil, daß das für den Wirbelschichtofen bestimmte Fluidisierungsgas staubfrei ist und damit Verstopfungen des Rostes mit Sicherheit vermieden werden, während der nach der Entstaubung in einem Zyklon verbleibende Staubgehalt der als Sekundärluft bestimmten Gase infolge der geringen Störanfälligkeit der Zuführorganc für Sekundärluft zu keinerlei Schwierigkeiten führt.

Die Aufteilung der Kühlluft zum indirekten und direkten Wärmeaustausch, die im Verhältnis 1 :2 bis 5 : 1 liegt, kann den Betriebsbedingungen des Wirbelschichtofens angepaßt werden.

Hs ist vorteilhaft, einen Teil der aus dem Wirbclkühlcr austretenden erhitzten Kühlluft in den gasseitig letzten Schwebeaustauscher zu führen, um dadurch eine Abkühlung der Abgase unterhalb des Taupunktes zu vermeiden. Gleichzeitig wird durch diese Maßnahme eine unnötig starke Gasbclastung des Wirbelschichtofens verhindert.

Zur restlichen Entfernung der im Produkt enthaltenen Wärme kann zur Ergänzung der Kühlung mit Luft in einer letzten Stufe auf indirektem Wege mit Wasser gekühlt werden. Hierbei findet die Kühlung zweckmäßigerweise im Kühler selbst statt. Diese Art der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere dann Anwendung finden, wenn der Wärmeinhalt des Reaktionsproduktes größer ist als die Wärmemenge, die von der im Prozeß verwendeten Luft aufgenommen werden kann.

Zur Deckung des Energiebedarfs dienen beliebige, direkt in den Wirbelschichtofen einzubringende Brennstoffe, ζ. B. Kohle, Heizöl und Heizgas. Ist mit dem erfindungsgemäßen Prozeß die herstellung eines sehr reinen Reaktionsproduktes beabsichtigt, so werden rückstandsfreie Brennstoffe, die in die Zone zwischen Rost und Sekundärlufteinleitung eingebracht werden können, verwendet. Geeignete rückstandsfreie Brennstoffe sind flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe. Bei z. B. Entwässerungs-, Brennoder Spaltprozessen wird das Verhältnis zwischen Verbrennungsluft-dem Wirbelschichtofen als Fluidisierungsgas und Sekundärluft zugeführt- und Brennstoff so bemessen, daß die Luftverhältniszahl A= 1,0-1,4, vorzugsweise 1,05-1,10, beträgt. Bei Prozessen, die in reduzierender Atmosphäre durchgeführt werden, wird das Brennstoff-/Luftverhältnis auf den jeweils erforderlichen Wert eingestellt. Die den Rückführzyklon verlassenden Gase enthalten in diesem Fall brennbare Bestandteile, die zweckmäßigerweise vor dem Eingang in den gasseitig ersten Schwebeaustauscher nachverbrannt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, bei niedrigen spezifischen Wärmeverbrauchszahlen ohne Schwierigkeiten in der Ofenführung, wie Verstopfen oder Schießen des Materials, Reaktionsprodukte gleichmäßiger Qualität bei hohen spezifischen Durchsatzleistungen zu erzeugen.

Ausfiihrungsbeispiel 1 (bezogen auf Fig. 1)

Rohphosphat soll durch Glühen bei möglichst konstanter Temperatur im Bereich von 900° C durch Umwandlung des enthaltenden CaCO₃ in CaO füt eine Aufbereitung durch Naßwäsche konditioniert werden.

Über den Aufgabebunker 1 werden stündlich 6,7 ι ζ. B. marokkanisches Rohphosphat mit 12% Glühverlust, 15 % oberflächig gebundenem Wasser und einer Körnung von

5,29% > 1 mm

28,3 % > 250 μ

54,9 % > 160 μ

72,2 % > 100 μ

89,0 % > 53 μ

mittels der Eintragvorrichtung 2 in den gasseitig zweiten Venturiwirbeltrockncr 3 eingetragen und von den aus dem gasseitig ersten Schwebeaustauscher 6, ' kommenden Abgasstrom mit einer Temperatur vor 450" C und der zwischen den beiden Schwcbcaustauschern 6, 7 bzw. 3, 4, 5 über die Leitung 26 zugeführten, im Ofen nicht benötigten Kühlluftmcngc vor 2 140 Nm Vh und 500" C erfaßt. Bevor der Gas-Materialstrom in den Zyklonabscheider 4 und im Zyklon-

abscheider zur Feinreinigung 5 vom Material befreit wird, ist praktisch das gesamte oberflächig gebundene Wasser abgetrieben. Das Abgas tritt mit ca. 100° C, einer Temperatur, die dicht über dem Taupunkt liegt, zur Endgasreinigung in einen nicht dargestellten Venturiwäscher. Das in den Zyklonabscheidern 4 und 5 abgeschiedene Material gelangt in den Venturiwirbeltrockner 6 und wird dort von dem aus dem Rückführzyklon 8 der zirkulierenden Wirbelschicht austretenden Gasstrom von ca. 900° C erfaßt und auf eine Temperatur von ca. 450° C erhitzt. Im Zyklonabscheider 7 wird wiederum der Gas-Materialstrom getrennt, und das entwässerte Material fällt über eine Falleitung in den Wirbelschichtofen 9; das Abgas geht in den Venturiwirbeltrockner 3.

Der Wirbelschichtofen hat einen Innendurchmesser von 1,0 mm und 8 m lichte Höhe. In etwa 0,2 m Höhe über dem Rost werden bei 10 150 kg/h Bunker-C-Öl in die an dieser Stelle dichte Wirbelschicht eingetragen. Die durch den Rost 11 zugeführte Luftmenge beträgt 1200 NmVh, die Sekundärluftmenge, die in ca. 1,8 m Höhe über dem Rost zugeführt wird, beträgt 5K)NmVh. Beide Luftmengen sind im Wirbclkühler 16 auf 500° C im indirekten Wärmeaustausch vorgewärmt. Das Verhältnis von Fluidisierungsluft zu Sekundärluft beträgt etwa 2,35 : 1.

In der oberen Ofenzone 13 baut sich durch interne Materialrezirkulation die Materialkonzentration kontinuierlich bis auf etwa 3-8 kg/m³ ab. Mit dieser Konzentration tritt die Suspension auch in den Rückführzyklon 8 ein, in welchem die Materialtrennung erfolgt.

Das abgeschiedene Phosphat wird über eine geeignete Vorrichtung 14 und eine Rückführleitung vollständig in den Wirbelschichtofen zurückgeführt. Über ein Dosieraggregat 15 wird die Produktion aus dem Wirbelschichtofen 9 abgezogen und in einen Wirbelkühler 16 eingetragen. Durch Regelung des Austrags wird der Druckverlust im Ofen auf 2500 mm WS eingestellt.

Im Wirbelkühler 16, in welchem eine Wirbelschicht mit genau begrenzter Oberfläche erzeugt wird und der in Richtung des Materialflusses in 4 Kammern unterteilt ist, wird der Ofenaustrag von 5,55 t/h gleichzeitig im indirekten und direkten Wärmeaustausch auf 200° C gekühlt. Dabei werden 1850 NmVh Luft im Gegenstrom zum Feststoff durch ein in die Kammern eingehängtes Rohrbündelsystem 21 geleitet und auf 500° C erhitzt. 1200NmVh dieser staubfreien Luft werden als Fluidisierungsluft durch den Rost 11 und 510NmVh als Sekundärluft bei 12 in den Wirbelschichtofen 9 gegeben, 140 NmVh gehen zusammen mit der direkt auf 500° C erhitzten Wirbelluft des Wirbelkühlers 16, die in einem Zyklonabscheider 23 entstaubt wurde, über eine Leitung 26 direkt in den giisseitig zweiten Schwebeaustauscher 3, 4, 5. Das aus dem Wirbelkühler 16 austretende Material wird über eine Zellenradschleuse 24 und ein Becherwerk 25 abgeleitet.

Durch die vorstehende Arbeitsweise werden bei vollständiger und rückstandsfreicr Verbrennung mit einem Luftüberschußfaktor A= 1,05 folgende Ergebnisse erzielt:

1. Die Kalzinicrtcmpcratur läßt sich sehr gleichmäßig bei 900" C± 10° C konstant über den gesamten Kalzinierkrcislauf einstellen;

2. der Matcrialinhalt der zirkulierenden Wirbelschicht liegt bei 1,8 t, wobei sich eine mittlere Matcrialverwcilzeit von 20 Min. einstellen läßt;

3. der spezifische Wärmeverbrauch liegt be 285 kcal/kg Kalzinat;

4. es wird eine hohe spezifische Durchsatzlcistunj von 160tato pro m^: Schachtquerschnitt erzielt.

Ausführungsbeispiel 2 (bezogen auf Fig. 2)

Das Beispiel veranschaulicht die Reduktion filterfeuchten Phosphorsäuregipses zu CaS.

Über einen Aufgabebunker 1 werden stündlich 12,5 t filterfeuchter Phosphorsäuregips mit 20% mechanisch gebundenem Wasser mittels einer Förderschnecke 2 in den gasseitig zweiten Venturiwirbeltrockner 3 eingetragen und von dem aus dem gasseitij ersten Schwebeaustauscher kommenden Abgasstrom der eine Temperatur von.ca. 700° C aufweist, erfaßt Bevor der Gas-Materialstrom in den beiden nachfolgenden Zyklonabscheidern 4, 5 getrennt wird, sine das gesamte mechanisch gebundene Wasser entferm und der Gips etwa zum Halbhydrat entwässert. Da: 200° C heiße, aus dem Zyklonabscheider 5 austretende Abgas wird zur Entstaubung einer Feinreinigung (nicht dargestellt) zugeführt.

Das aus den Zyklonabscheidern 4 und 5 austretende Material gelangt in den Venturiwirbeltrockner 6 und wird dort von dem aus der Nachverbrennung 27 der aus dem Rückführzyklon 8 austretender Gase, die eine Temperatur von etwa 1200° C aufweisen, erfaßt. Dabei wird das Material, das eine Korngröße von

10% > 90 μ,
35% > 60 μ,
60% > 40 μ,
78% > 20 μ,
90% > 10 μ

aufweist, von Kristallwasser befreit und auf 700° C aufgeheizt. Im Zyklonabscheider 7 tritt wiederurr eine Trennung des Gas-Materialstromes ein. Das entwässerte Material gelangt in den Wirbelschichtofen 9 und das Abgas wird in den obenerwähnten Venturiwirbeltrockner 3 geleitet.

Im Wirbelschichtofen 9, der einen lichten Durchmesser von 2 m und 12m lichte Höhe hat, wird die Reduktion des Kalziumsulfats gemäß Gleichung

CaSO₄ + 2 CO + 2 H₂

CaS + 2 H₂O + 2 CO

bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasserdampf durchgeführt. Als Reduktionsmittel und Brennstof! werden ca. 2,5 t/h Kohle mit 85% C und einer Körnung von 90% < 300 μ in Höhe der Sekundärluftzuführung bei 10 eingetragen. Die zur Herstellung dei Wirbelsuspension benötigte Luftmenge vor 6000 NmVh wird zu 80% durch den Rost 11 als Fluidisierungsgas und zu 20% in 1,5 m Höhe über dem Rost bei 12 als Sekundärluft zugeführt.

Die Temperatur im Wirbelschichtofen 9 liegt bei 1000-1050° C und ist im gesamten, aus Wirbelschichtofen 9, Rückführzyklon 8 und Rückführleitung gebildeten Kreislauf konstant.

In der oberen Ofcnzonc 13 baut sich durch interne Materialrezirkulation die Materialkonzentration kontinuierlich bis auf einen Konzentrationswert von ca. 3-8 kg/m¹ ab. Mit dieser Konzentration tritt die Suspension auch in den Rückführzyklon 8 ein, in dem die Gas-Matcrialtrennung erfolgt.

Das abgeschiedene Material wird über eine geeignete Vorrichtung 14 und eine Rückfiihrlcitung zum Teil in den Wirbelschichtofen 9 zurückgclcitet, zum

Teil über ein Dosieraggregat 15 in den Wirbelkühler 16 eingetragen. Die in den Wirbelkühler 16 eingespeiste Materialmenge wird so gesteuert, daß im Wirbelschichtofen ein Druckverlust von 1800 mm WS eingehalten wird.

Das in den Wirbelkühler 16, der vier Kammern 17, 18, 19, 20 aufweist, gelangende Material (ca. 5 t/h) wird in gleichzeitigem, direkten und indirekten Wärmeaustausch mit Luft auf unter 200° C abgekühlt. Hierzu werden 4800 NmVh Luft im Gegenstrom zum Feststoff durch ein in die Kammern 17, 18, 19, 20 eingehängtes Rohrbündelsystem 21 geleitet und dabei auf 300° C aufgeheizt. Ein zweiter Luftstrom von 1200 NmVh dient im Wirbelkühler 16 als Wirbelluft und erreicht nach Austritt aus den einzelnen Kammern bei 22 eine Mischtemperatur von 350° C. Die

10

durch das Rohrbündelsystem 21 des Wirbelkühlers 16 geleitete staubfreie Luft wird durch den Rost 11 dem Wirbelschichtofen 9 zugeleitet, die im Wirbelkühler 16 zum Wirbeln benutzte und erhitzte Luft wird im Zyklonabscheider 23 entstaubt und als Sekundärluft bei 12 in den Wirbelschichtofen ·* eingeblascn.

Das aus dem Wirbelkühler 16 austretende Material wird über eine Zellenradschleuse 24 und ein Becherwerk 25 abtransportiert.

Die aus dem Rückführzyklon 8 austretenden 1050" C heißen und reduzierende Bestandteile enthaltenden Gase werden in einer ausgemauerten Nachverbrennungsstrecke 27 durch radiales Einblasen von 700 NmVh Luft verbrannt. Die dabei entstehenden 1200° C heißen Gase treten wie oben beschrieben in den Venturiwirbeltrockner 6 ein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Durchführung endothermer Prozesse nach dem Wirbelschichtprinzip, bei dem der überwiegende Teil der Feststoffe zusammen mit den Gasen am oberen Teil des Schachtes ausgetragen wird, ein Teil der Wärme durch mindestens 300° C heiße Gase in das Wirbelbett oberhalb des Rostes zugeführt wird, und die am oberen Teil des Schachtes ausgetragenen Feststoffe in einem Rückführzyklon vom Gas getrennt und mindestens teilweise in das Wirbelbett zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Prozeß zu unterwerfende Material in einem mehrstufigen Schwebeaustauscher (3, 4, 5, 6, 7), der mit den 500-1200° C heißen Abgasen des Wirbelschichtofens (9) betrieben wird, vorentwässert und/oder erhitzt und über einen Abscheider (7) dem Wirbelschichtofen (9) zugeleitet wird, daß das Reaktionsprodukt dem aus Wirbelschichtofen (9) und Rückführzyklon (8) gebildeten Kreislauf entnommen und einem mehrstufigen Wirbelkühler (16) aufgegeben wird, der die Betten der einzelnen Kühlkammern (17, 18, 19, 20) verbindende Kühlregister (21) aufweist und der mit Luft als Fluidisierungsgas und als im Gegenstrom geführtes Kühlmittel für die Kühlregister (21) betrieben wird, daß die aus den Kühlregistern austretende erhitzte Kühlluft mindestens teilweise dem Wirbelschichtofen (9) als Fluidisierungsgas, ein gegebenenfalls nicht als Fluidisierungsgas verbrauchter Teil oder mindestens ein Teil des aus dem Wirbelkühler (16) austretenden erhitzten Fluidisierungsgases dem Wirbelschichtofen (9) als Sekundärluft in eine Zone (12) oberhalb des Rostes (11) zugeleitet wird, wobei die Höhe der Zufuhrstelle der Sekundärluft über dem Rost (11) etwa dem 0,3- bis l,5fachen des in der Wirbelschicht des Ofenschachtes eingestellten Druckverlustes in mm WS entspricht und sich die dem Wirbelschichtofen (9) als Fluidisierungsgas und als Sekundärluft zugeführte, aus dem Wirbelkühler (16) stammende Kühlluft im Verhältnis 1:2 bis 5 :1 aufteilt und daß die zur Durchführung der Reaktion erforderliche Beheizung durch Zufuhr (10) von Brennstoffen in die Reaktionszone erfolgt, ausgenommen die Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Prozeß zu unterwerfende Material in einem zweistufigen Schwebeaustauscher mit Venturiwirbeltrocknern (3, 6) vorentwässert und/oder erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der aus dem Wirbelkühler (16) austretenden erhitzten Kühlluft in den gasseitig letzten Schwebeaustauscher (3, 4, 5) geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Durchführung der Reaktion erforderliche Beheizung durch Zufuhr (10) rückstandsfreier Brennstoffe in die Zone zwischen Rost (11) und Sekundärlufteinleitung (12) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Durchführung endothermer Prozesse mit reduzierenden Gasen im Reaktionskreislauf (8, 9, 13) zwischen Ausgang des Rückführzyklons (8) und Eingang in den gasseitig ersten Schwebeaustauscher (6, 7) eine Nachverbrennung (27) vorgenommen wird.