AT394028B - Verfahren zur trocknung und vorwaermung von gips, der zur weiterverarbeitung in einer gips-schwefelsaeureanlage bestimmt ist - Google Patents
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Description
AT 394 028 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung und Vorwärmung von Gips, der zur Weiterverarbeitung in einer Gips-Schwefelsäureanlage bestimmt ist unter Ausnutzung des Wärmeinhaltes heißer Abgase.
Die Erzeugung von Schwefelsäure aus SO2, das durch thermische Spaltung von Gips nach dem sogenannten Müller-Kühne-Verfahren gewonnen wurde, ist bereits seit längerer Zeit bekannt. Hierbei wird die normalerweise bei über 1200 °C liegende Zersetzungstemperatur des Gipses durch Zuschlagstoffe wie Koks, Sand und Ton herabgesetzt, wobei gleichzeitig das Mischungsverhältnis von Gips und Zuschlagstoffen so gewählt wird, daß die Zusammensetzung des beim Brennen im Drehrohrofen entstehenden Produktes der Zusammensetzung von Portlandzement entspricht. Obwohl ein Teil der hohen Energiekosten, die für die thermische Spaltung des Gipses erforderlich sind, durch die Zementgewinnung gedeckt werden kann, ist das Gips-Schwefelsäureverfahren insgesamt gesehen immer noch sehr energieaufwendig.
Der Verfahrensgang in einer modernen Gips-Schwefelsäureanlage läßt sich dabei wie folgt kurz beschreiben:
Die Zuschlagstoffe Koks, Sand und Ton werden nach entsprechender Aufbereitung zunächst voneinander getrennt in separaten Silos gelagert. Der als Einsatzprodukt dienende Gips wird ebenso in einer gesonderten Aufbereitungsanlage weitgehend entwässert, wobei Anhydrit entsteht, der ebenfalls in einem separaten Silo gelagert wird. Das für die Beschickung der Drehrohröfen der Ofenanlage erforderliche Ofenmehl wird sodann aus dem Anhydrit und den vorstehend genannten Zuschlagstoffen in einem Mischer im gewünschten Gewichtsverhältnis gemischt und in einem sogenannten Ofenmehlsilo zwischengelagert
Von dort aus gelangt das Ofenmehl dann in die Wärmetauscher der Ofenanlage und danach in die Drehrohröfen derselben Anlage, in denen die thermische Zersetzung des Gipses unter S02-Bildung sowie die Umsetzung des dabei entstehenden Calciumoxids mit den Zuschlagstoffen zu Zementklinker stattfindet. Das aus dem Gips abgespaltene SO2 fällt dabei im Abgas der Ofenanlage an. Dieses Abgas wird, bevor es in den Gaswäscher der Schwefelsäureanlage eingeleitet wird, zum Zwecke der Entstaubung einer elektrostatischen Gasreinigung unterworfen. Die gesonderte Aufarbeitung des Einsatzgipses zu Anhydrit erfordert ebenfalls eine besondere Gasbehandlung durch Abgaswäscher und elektrostatische Gasreiniger, um die hierbei anfallenden Abgase insbesondere möglichst fluorfrei zu machen.
Die vorstehenden Ausführungen lassen klar erkennen, daß beim derzeitigen Stand des Gips-Schwefelsäureverfahrens nicht nur die Energie-(Betriebs-)Kosten, sondern auch die Investitionskosten außerordentlich hoch sind. Bei den zur Zeit geltenden Weltmarktpreisen für Schwefel ist dieses Verfahren in seiner bisherigen Form deshalb nur in solchen Fällen wirtschaftlich, in denen die Brennstoffkosten besonders niedrig sind oder sonstige ökonomische Gründe, wie z. B. Rohstoff- oder Transportprobleme, ausdrücklich für den Einsatz dieses Verfahrens sprechen. Die unsicheren Marktprognosen für den Schwefelpreis und die Brennstoffkosten stellen dabei weitere Risikofaktoren dar, die viele Interessenten von Realisierung eines Gips-Schwefelsäureprojektes abhalten können.
Die vorstehend geschüderten Schwierigkeiten können nur dann überwunden werden, wenn es gelingt, eine spürbare Senkung der Investitions· und der Energie- bzw. Betriebskosten zu erzielen.
Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß a) der als Einsatzprodukt dienende Gips zunächst einer Teilentwässerung bis auf einen Oberflächenwassergehalt von 10 bis 15 Gew.-% unterworfen wird, b) der teilentwässerte Gips einer zweistufigen Trocknung unterworfen wird, wobei als Wärmeträger das heiße Abgas der Ofenanlage mit einem S02-Gehalt von wenigstens 8 Vol.-% verwendet wird und wobei in der ersten
Trocknungsstufe eine Gegenstromführung von Gips und Wärmeträger sowie in dar zweiten Trocknungsstufe eine Gleichstromführung von Gips und Wärmeträg»' vorgesehen ist; c) das aus der ersten Trocknungsstufe austretende S02-haltige Abgas direkt in den Gaswäscher der Schwefelsäureanlage eingeleitet wird und d) der getrocknete und kalzinierte Gips nach Passieren der zweiten Trocknungsstufe zusammen mit den Zuschlagstoffen (z. B. Koks, Sand und Ton) üb»- ein Förderorgan direkt in den Wärmetauscher der Ofenanlage eingeleitet wird, so daß die Mischung des Ofenmehls im Förderorgan und/oder im Wärmetauscher erfolgt
Das heißt beim erfindungsgemäßen Verfahren wird im Gegensatz zur bisher bekannten Arbeitsweise darauf verzichtet den als Einsatzprodukt dienenden Gips zunächst in einer separaten Anlage in Anhydrit zu überführen. Stattdessen wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Einsatzgips in der ersten Behandlungsstufe lediglich einer Teilentwässerung unterworfen. Dies kann vorzugsweise dadurch geschehen, daß durch Zentrifugieren des Gipses dessen Oberflächenwassergehalt bis auf einen Wert von 10 bis 15 Gew.-% abgesenkt wird. Es hat sich gezeigt daß sich durch den ausschließlichen Einsatz von Zentrifugen für die Teilentwässerung des Gipses der Brennstoffverbrauch der Gesamtanlage um ca. 15 % reduzieren läßt. Eine andere Möglichkeit der Teilentwässerung des Einsatzgipses besteht darin, daß dieser durch Umkristallisieren zum Semihydrat und nachfolgende mechanische Entwässerung, z. B. auf Bandfiltem und/oder anschließendes Zentrifugieren, bis auf einen Oberflächenwassergehalt von 10 bis 15 Gew.-% gebracht wird.
Zur Erläuterung des verwendeten Begriffes "Oberflächenwassergehalt" ist hierbei folgendes auszuführen:
Der Gesamtwassergehalt des als Einsatzprodukt dienenden feuchten Gipses setzt sich zusammen aus dem Oberflächenwassergehalt und dem Kristallwassergehalt. Der Gesamtwassergehalt kann dabei durch 3-stündiges Trocknen der feuchten, gut homogenisierten Probe bei 220 °C ermittelt werden. Hierbei entspricht die aus dieser -2-
AT 394 028 B
Behandlung resultierende Gewichtsdifferenz dem Gesamtwassergehalt des Gipses und das Gewicht der Probe nach der Trocknung dem Anhydrit-Trockengewicht Der Oberflächenwassergehalt läßt sich hierbei aus den ermittelten Waten gemäß folgender Beziehung herleiten:
Ges. Wassergeh. - 0,2647 x Anhydrit-Tr. Gew.
OberfL-Wassergeh. (in %) =-x 100
Gewicht da feuchten Probe
Der teilentwässate Gips wird sodann einer zweistufigen Trocknung untoworfen, bei der das heiße SO2- haltige Abgas der Ofenanlage als Wärmeträger dient. Hierbei ist in der ersten Trocknungsstufe eine Gegenstromführung von Gips und Abgas vorgesehen, bei der gleichzeitig eine ausreichende Entstaubung des Abgases erfolgt, so daß dieses daran anschließend ohne weitere Nachreinigung direkt in den Gaswäscher der Schwefelsäureanlage eingeleitet werden kann. In der ersten Trocknungsstufe wird der Gips dabei bis auf einen Oberflächenwassergehalt von 5-10 Gew.-% getrocknet. In der zweiten Trocknungsstufe ist sodann eine Gleichstromführung von Gips und Abgas vorgesehen, wobei insbesondere Flugstromtrockner eingesetzt werden können. Hierbei erfolgt eine Trocknung und Kalzinioung des Gipses bis auf einen Gesamtwassergehalt von ca. 6 Gew.-%.
Da das in der zweistufigen Trocknung als Wärmeträger verwendete Abgas im Hinblick auf die Weiterverarbeitung zu Schwefelsäure einen möglichst hohen S02-Gehalt, wenigstens jedoch 8 Vol.-% SO2, sowie eine für den Trocknungsvorgang ausreichende Temperatur aufweisen soll, ist es zweckmäßig, zur Deckung der fehlenden Wärmemenge der Trocknungsanlage eine zusätzliche Brennkammer vorzusehen, in da vorzugsweise elementarer Schwefel verbrannt wird. Dadurch gelingt es gleichzeitig, die Temperatur und den S02-Gehalt des Abgases auf dem gewünschten Niveau zu halten. Außerdem können dadurch natürlich auch sonstige SO2-
Verluste, die in einem Phosphorsäure-Gipsschwefelsäure-Anlagenkomplex auftreten können, ausgeglichen woden. Sofem eine zusätzliche Brennkammer nicht vorhanden ist, kann die erforderliche Wärmezufuhr zum Ausgleich der Wärmebilanz auch im Drehrohrofen der Ofenanlage ofolgen.
Im Anschluß an die zweite Trocknungsstufe wird der getrocknete und kalziniote Gips über ein Förderorgan direkt in den Wärmetauscher der Ofenanlage eingeleitet. Das gleiche geschieht auch mit den restlichen Zuschlagstoffen (z. B. Koks, Sand und Ton) in den gewünschten Mengenverhältnissen, so daß die Mischung des Ofenmehles entweder im Förderorgan und/oder im Wärmetauscher der Ofenanlage erfolgt. Das heißt, beim erfindungsgemäßen Verfahren wird auf eine separate Mischanlage zur Herstellung des Ofenmehls sowie einen besonderen Silo zur Zwischenlagerung desselben verzichtet. Es wird in diesem Falle vielmehr davon ausgegangen, daß der heutige Stand der Analysentechnik und Laborautomation eine kontinuierliche und sichere Erfassung aller notwendigen Analysendaten da zur Ofenmehlbereitung gelangenden Stoffströme erlaubt, so daß gegebenenfalls schnelle Eingriffe in den Ofenbetrieb möglich sind. Selbstverständlich ist dabei eine gleichmäßige Dosierung der Rohstoffe in Verbindung mit der Analytik die Voraussetzung für ein einwandfreies Gelingen der erfindungsgemäßen Arbeitsweise.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Fluorentfemung aus den Abgasen wesentlich vereinfacht, da mit dem Wegfall der separaten Trocknungsanlage für die Umwandlung des Einsatzgipses in Anhydrit auch der dazugehörige Trocknerabgaswäscher entfällt
Die Fluorelimination aus den Ofengasen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Trocknerabgasen identisch sind, erfolgt in der hochwirksamen Gasreinigungsanlage, die der Schwefelsäure-Anlage ohnehin vorgeschaltet waden muß. Dies führt zu eina Verbilligung und Vaeinfachung sowie zu bedeutend niedrigeren Fluor-Emissionswerten der Gesamtanlage, was in bezug auf den Umweltschutz von besonderem Vorteil ist
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprüchen und sollen nachfolgend an Hand des in der Fig. dargestellten Fließschemas durch das Ausführungsbeispiel erläutert werden.
Da im Ausführungsbeispiel als Einsatzprodukt verwendete Gips weist einen Oberflächenwassagehalt von ca. 25 Gew.-% auf und wird über die Aufgabe (1) der Zentrifuge (2) zugeführt. In dieser erfolgt die Teilentwässerung des Gipses bis auf einen Oberflächenwassergehalt von 15 Gew.-%. Das hierbei anfallende Filtrat wird über die Leitung (3) abgezogen. Der teilweise entwässerte Gips gelangt sodann über das Förderband (4), das Becherwerk (5) und die Förderschnecke (6) zum Gegenstromtrockner (7), der die erste Trocknungsstufe darstellt. Die Aufgabe des Gipses erfolgt über die Verteilungseinrichtung (8), die im Oberteil des Gegenstromtrockners (7) angeordnet ist. Das als Wärmeträger dienende Abgas aus der zweiten Trocknungsstufe wird über die Leitung (9) mit einer Temperatur von ca. 180 °C in den Gegenstromtrockner (7) eingeleitet,, wobei der Gips im Gegenstrom zum heißen, S02-haltigen Abgas bis auf einen Oberflächenwassergehalt von 7 Gew.-% getrocknet wird. Der im Abgas enthaltende Staub wird dabei gleichzeitig an der Oberfläche der Gipspartikel gebunden, so daß das Abgas praktisch staubfrei mit einer Temperatur von ca. 85 °C über die Leitung (10) aus dem Gegenstrombockna (7) austritt. Nach entsprechender Vadichtung durch das Gebläse (11) gelangt dieses Abgas über die Leitung (12) direkt in den nicht daigestellten Gaswäscher da Schwefelsäureanlage. -3-
Claims (7)
- AT 394 028 B Der unten aus dem Gegenstromtrockner (7) austretende Gips wird über die Förderschnecke (13) zum Gleichstromtrockner (14) transportiert, in den er von unten aufgegeben wird. Beim Gleichstromtrockner (14) handelt es sich im vorliegenden Falle um einen sogenannten Flugstromtrockner, der mit dem heißen, SO2-haltigen Abgas aus der Ofenanlage beschickt wird. Dieses Abgas wird über die Leitung (15) und das Gebläse (16) in den Unterteil des Gleichstromtrockners (14) mit einer Temperatur von ca. 450 °C eingeleitet. Außerdem wird zusätzlich SOj-haltiges Rauchgas über die Leitung (17) in den Unterteil des Gleichstromtrockners (14) eingeleitet. Dieses Rauchgas hat eine Temperatur von ca. 700 °C und wird durch Verbrennung von elementarem Schwefel in der Brennkammer (18) erzeugt. Der erforderliche Schwefel wird dabei über die Leitung (19) zugeführt, und das Gebläse (20) dient der notwendigen Rauchgasverdichtung. Der aus dem Gleichstromtrockner (14) austretende Gips ist bis auf einen Gesamtwassergehalt von 6 % getrocknet und kalziniert. Dieser kalzinierte Gips wird im Abscheidezyklon (21) vom als Wärmeträger dienenden Abgas abgetrennt und gelangt über die Förderschnecke (22), die Leitung (23), den Aufgabetrichter (24) sowie die Förderschnecke (25) zum Wärmetauscher (26) der Ofenanlage. Gleichzeitig werden die schon getrockneten und gemahlenen Zuschlagstoffe im richtigen Mischungsverhältnis über die Leitung (27) und das Becherwerk (28) in den Aufgabetrichter (24) gefördert Das heißt, die Zuschlagstoffe und der kalzinierte Gips erfahren bereits in der Förderschnecke (25) eine erste Durchmischung. Im Wärmetauscher (26) erfolgt dann die endgültige Durchmischung aller Komponenten des Ofenmehles, bevor dieses in die nicht näher dargestellten Drehrohröfen der Ofenanlage gelangt, in denen die weitere Umsetzung zu Zement erfolgt. Das aus dem Wärmetauscher (26) austretende Abgas der Ofenanlage weist eine Temperatur von ca. 450 °C und eine S02*Konzentration von ca. 9 Vol.-% auf. Durch die Leitung (15) und das Gebläse (16) gelangt dieses Abgas, wie bereits dargestellt wurde, in den Gleichstromtrockner (14). Durch die Zuführung von S02-haltigem Rauchgas aus der Brennkammer (18) wird die S02-Konzentration im Gas bis auf ca. 10 Vol.-% erhöht. Mit dieser S02-Konzentration wird das Abgas im Abscheidezyklon (21) vom kalzinierten Gips getrennt und gelangt sodann mit einer Temperatur von ca. 180 °C über die Leitung (9) in den Gegenstromtrockner (7). Der weitere Gasweg ergibt sich aus der vorstehenden Verfahrensbeschreibung. Wegen des S02*Gehaltes des Abgases sowie einer Unterschreitung des S02/S03*Taupunktes müssen die einzelnen Teile der erfindungsgemäßen Anlage, insbesondere aber der Gegenstromtrockner (7) und der Gleichstromtrockner (14) mit einer geeigneten säurefesten Auskleidung versehen sein. Eingehende Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, daß bei Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrenskonzeptes eine Energieeinsparung bis zur Größenordnung von 35 % sowie eine Einsparung von Investitionskosten bis zu 30 % erzielt werden können. Dadurch wird natürlich die Wirtschaftlichkeit des Gips-Schwefelsäureverfahrens beträchtlich verbessert und die Anwendung dieses Verfahrens insbesondere für das Rohstoffrecycling im Zusammenhang mit Phosphorsäureanlagen ermöglicht. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Trocknung und Vorwärmung von Gips, der zur Weiterverarbeitung in einer Gips-Schwefelsäure-anlage bestimmt ist, unter Ausnutzung des Wärmeinhaltes heißer Abgase, dadurch gekennzeichnet, daß a) der als Einsatzprodukt dienende Gips zunächst einer Teilentwässerung bis auf einen Oberflächenwassergehalt von 10 bis 15 Gew.-% unterworfen wird; b) der teilentwässerte Gips sodann einer zweistufigen Trocknung unterworfen wird, wobei als Wärmeträger das heiße Abgas der Ofenanlage mit einem S02-Gehalt von wenigstens 8 Vol.-% verwendet wird und wobei in der ersten Trocknungsstufe eine Gegenstromführung von Gips und Wärmeträger sowie in der zweiten Trocknungsstufe eine Gleichstromführung von Gips und Wärmeträger vorgesehen ist; c) das aus der ersten Trocknungsstufe austretende S02-haltige Abgas der Ofenanlage direkt in den Gaswäscher der Schwefelsäureanlage eingeleitet wird und d) der getrocknete und kalzinierte Gips nach Passieren der zweiten Trocknungsstufe zusammen mit den Zuschlagstoffen (z. B. Koks, Sand und Ton) über ein Förderorgan direkt in den Wärmetauscher der Ofenanlage eingeleitet wird, so daß die Mischung des Ofenmehls im Förderorgan und/oder im Wärmetauscher erfolgt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilentwässerung des Gipses ausschließlich durch Zentrifugieren desselben erfolgt
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilentwässerung des Gipses durch Umkristallisieren zum Semihydrat und anschließende mechanische Entwässerung erfolgt -4- AT 394 028 B
- 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Deckung der fehlenden Wärmemenge der Trocknungsanlage eine zusätzliche Brennkammer verwendet wird.
- 5. Verfahren nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zusätzlichen Brennkammer 5 elementarer Schwefel verbrannt wird.
- 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gips in der ersten Trocknungsstufe bei einer Gaseintrittstemperatur von 180 °C bis auf einen Oberfläche-Wassergehalt von S bis 10 Gew.-% getrocknet wird. 10
- 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gips in der zweiten Trocknungsstufe bei einer Gaseintrittstemperatur von 430 bis 500 °C bis auf eine Gesamtwassergehalt von ca. 6 Gew.-% getrocknet und kalziniert wird. 15 Hiezu 1 Blatt Zeichneg 20 -5-
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| DE102020100260A1 (de) | 2020-01-08 | 2021-07-08 | Thyssenkrupp Ag | Integriertes Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäureprozess-geeigneter Schwefeldioxidqualität aus Kalziumsulfat/Phosphorgips aus der Phosphorsäureproduktion |
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| DE3222721C2 (de) | 1990-03-08 |
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