CH647689A5

CH647689A5 - METHOD FOR PRODUCING SPHERICAL SINTER GRAIN FROM BAUXITE.

Info

Publication number: CH647689A5
Application number: CH4308/81A
Authority: CH
Inventors: Sten Mortensen; Eugene Paul Lunghofer; Aubrey Preston Ward
Original assignee: Niro Atomizer As; Dresser Ind
Priority date: 1980-07-07
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1985-02-15
Also published as: CA1172837A; DE3126568A1; GB2079261A; FR2486930B1; FR2486930A1; GB2079261B

Description

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert unter The invention is explained in more detail below

Bezugnahme auf die Zeichnung, die ein Flussschema darstellt, das eine Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht. Reference to the drawing illustrating a flow diagram illustrating one embodiment of the method.

Auf der Zeichnung ist ein Speisetank mit 1 bezeichnet. In diesem Tank wird eine wässrige Speisesuspension aus Bauxit und einem Bindemittel zubereitet. Diese Speisesuspension enthält 40-60 Gew.-%, bevorzugterweise etwa 50 Gew.-%, Bauxit (wie weiter vorn definiert) und bevorzugterweise 0,25-5 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 0,5-2,5 Gew.-%, Bindemittel. Der Bauxit soll bevorzugterweise eine Korngrösse unter 20 |im haben, was sich mit Vorteil unter Anwendung eines Nassmahlverfahrens erreichen lässt, das einen kleineren Energieaufwand erfordert als das Trockenmahlen, das im Zusammenhang mit einigen der bekannten Verfahren beschrieben ist. In the drawing, a feed tank is labeled 1. In this tank, an aqueous food suspension made from bauxite and a binder is prepared. This food suspension contains 40-60% by weight, preferably about 50% by weight, bauxite (as defined above) and preferably 0.25-5% by weight, still more preferably 0.5-2.5% by weight. -%, binder. The bauxite should preferably have a grain size of less than 20 μm, which can advantageously be achieved using a wet grinding process which requires less energy than the dry grinding described in connection with some of the known processes.

Die bevorzugten Bindemittel sind Polyvinylacetat, Poly-vinylalkohol, Methylcellulose, Dextrin und Melasse. The preferred binders are polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, methyl cellulose, dextrin and molasses.

Das Bindemittel hat die Funktion, den Pellets Grünfestigkeit zu verleihen, bis sie gesintert werden. Während des Sinterns zerfallen dann die meisten der in Betracht kommenden Bindemittel. Dies bedeutet, dass ein relativ hoher Gehalt an Bindemittel die Festigkeit des fertigen Sinterproduktes beeinträchtigen würde, und aus diesem Grund werden auch Bindemittel bevorzugt, die auch dann eine hinreichende temporäre Bindefahigkeit aufweisen, wenn sie nur in kleinen Mengen Anwendung finden. The function of the binder is to impart green strength to the pellets until they are sintered. Most of the binders in question then disintegrate during the sintering. This means that a relatively high binder content would adversely affect the strength of the finished sintered product, and for this reason binders are preferred which have sufficient temporary binding capacity even if they are used only in small amounts.

Der Speisesuspension können auch weitere Hilfsmittel zugesetzt werden, wie beispielsweise Dispergierungsmittel, z.B. Ammoniumeitrat. Other auxiliaries can also be added to the feed suspension, such as, for example, dispersants, e.g. Ammonium citrate.

Vom Tank 1 wird die Speisesuspension einer Pumpe 2 zugeführt, die in einer Wirbelbetteinheit 4 angebrachte Zerstäubungsdüsen 3 speist. From the tank 1, the feed suspension is fed to a pump 2, which feeds atomization nozzles 3 attached in a fluidized bed unit 4.

Zwischen dem Speisetank 1 und den Düsen 3 kann eine Mahlvorrichtung und/oder ein Sieb (nicht eingezeichnet) eingeschaltet sein, um zu verhindern, dass zu grobe Partikeln zu den Düsen und der Wirbelschicht gelangen. A grinding device and / or a sieve (not shown) can be switched on between the feed tank 1 and the nozzles 3 in order to prevent coarse particles from reaching the nozzles and the fluidized bed.

Die Zerstäubungsdüsen 3 sind Druckdüsen herkömmlicher Konstruktion oder Zweistoffdüsen. Die Konstruktion derartiger Düsen ist an sich bekannt, z. B. aus K. Masters «Spray Drying Handbook», John Wiley and Sons, New York (1979). The atomizing nozzles 3 are pressure nozzles of conventional construction or two-substance nozzles. The construction of such nozzles is known per se, e.g. B. from K. Masters "Spray Drying Handbook", John Wiley and Sons, New York (1979).

Die Wirbelbetteinheit 4 ist von herkömmlicher Konstruktion, wie sie z.B. in der USA-Patentschrift Nr. The fluidized bed unit 4 is of conventional construction, e.g. in U.S. Patent No.

3 533 829 und in der britischen Patentschrift Nr. 1 401 303 beschrieben ist. 3 533 829 and in British Patent No. 1 401 303.

Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Wirbelschicht 5 über einer perforierten Platte 6 erzeugt, In the illustrated embodiment, a fluidized bed 5 is created over a perforated plate 6,

durch die heisses Fluidisierungsgas strömt. Das genannte heisse Gas wird mit Hilfe eines Gebläses 7 und eines Lufterhitzers 8 in den unteren Teil der Wirbelbetteinheit eingeleitet. flows through the hot fluidizing gas. The hot gas mentioned is introduced into the lower part of the fluidized bed unit with the aid of a blower 7 and an air heater 8.

Der Abstand, in dem die Zerstäubungsdüsen 3 von der perforierten Platte 6 angeordnet sind, ist einstellbar, und die Düsen werden bevorzugterweise so angebracht, dass sie sich in einem ziemlich kleinen Abstand über der Oberfläche der Wirbelschicht 5 befinden. Die genaue Lage der Düsen muss in jedem einzelnen Fall unter sorgfaltiger Berücksichtigung des Umstandes festgelegt werden, dass ein zu grosser Abstand zwischen den Düsen und der Oberfläche der Wirbelschicht zu einer unerwünschten Staubbildung führt, weil die feinen Tröpfchen der zerstäubten Suspension zu weitgehend getrocknet werden, bevor sie in die Wirbelschicht gelangen, während ein zu kleiner Abstand auf der anderen Seite zur Bildung von unregelmässigen und zu groben Partikeln führt. Die Lage der Düsen muss somit jeweils an Hand der Ergebnisse von Analysen eingestellt werden, die an der Wirbelbetteinheit entnommenen Pulverproben vorgenommen werden. The distance at which the atomizing nozzles 3 are arranged from the perforated plate 6 is adjustable, and the nozzles are preferably mounted so that they are at a fairly small distance above the surface of the fluidized bed 5. The exact position of the nozzles must be determined in each individual case taking careful account of the fact that too great a distance between the nozzles and the surface of the fluidized bed leads to undesirable dust formation, because the fine droplets of the atomized suspension are dried too much before they get into the fluidized bed, while too small a distance on the other side leads to the formation of irregular and coarse particles. The position of the nozzles must therefore be adjusted based on the results of analyzes carried out on the powder samples taken from the fluidized bed unit.

Die Geschwindigkeit der durch die Wirbelschicht 5 hin5 The velocity of the fluidized bed 5 5

10 10th

15 15

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30 30th

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4 4th

durchströmenden Fluidisierungs- und Trockenluft beträgt bevorzugterweise 0,5-1,5 m/s, und die Stärke der Wirbelschicht beträgt typisch 20-60 cm. flowing fluidization and dry air is preferably 0.5-1.5 m / s, and the thickness of the fluidized bed is typically 20-60 cm.

Die Temperatur der Trocken- und Fluidisierungsluft beträgt beim Eintritt in den unteren Teil der Wirbelbetteinheit 4 bevorzugterweise 250-650 °C, noch stärker bevorzugt 400-600°C. The temperature of the drying and fluidizing air when entering the lower part of the fluidized bed unit 4 is preferably 250-650 ° C, more preferably 400-600 ° C.

Beim Verlassen der Wirbelbetteinheit liegt die Temperatur der genannten Luft bevorzugterweise unter 100 °C, noch stärker bevorzugt bei etwa 70 °C. When leaving the fluidized bed unit, the temperature of the air mentioned is preferably below 100 ° C., even more preferably around 70 ° C.

Die die Wirbelbetteinheit verlassende Luft, die Staub mitführt, der hauptsächlich aus feinen Bauxitpartikeln besteht, wird einem Entstauber 9 zugeführt, der beispielsweise ein Elektrofilter, ein Zyklon, ein Schlauchfilter oder ein Wäscher oder eine Kombination von diesen sein kann. The air leaving the fluidized bed unit, which carries dust which mainly consists of fine bauxite particles, is fed to a dust extractor 9, which can be, for example, an electrostatic filter, a cyclone, a bag filter or a washer or a combination of these.

Die im Entstauber 9 abgeschiedenen Partikeln können entweder in den Speisetank 1 und/oder in die Wirbelbetteinheit 4 rückgeführt werden. Es hat sich erwiesen, dass sich die im Entstauber 9 abgeschiedenen feinen Partikeln auf Grund ihrer einheitlichen, kugelähnlichen Form vorzüglich dazu eignen, als Keimpartikeln in die Wirbelbetteinheit rückgeführt zu werden, und dass sie in dieser Hinsicht anderen Keimpartikeln überlegen sind, die durch Vermählen erzeugt worden sind, so wie es nachstehend erläutert ist. The particles separated in the dust collector 9 can either be returned to the feed tank 1 and / or to the fluidized bed unit 4. It has been found that the fine particles deposited in the dust collector 9 are, owing to their uniform, spherical shape, particularly suitable for being returned to the fluidized bed unit as seed particles, and that they are superior in this respect to other seed particles which have been produced by grinding as explained below.

Es ist wesentlich, dass die Wirbelbetteinheit 4 so konstruiert ist, dass sie eine lange und gleichbleibende Aufenthaltszeit der Partikeln in der Wirbelschicht gewährleistet, damit sich eine gewünschte Korngrössenverteilung und die gewünschte kugelige Form des Produktes erzielen lässt. Deshalb muss die Strömung der Partikeln in der Wirbelschicht von einer Art sein, die herkömmlich als Stempelströmung bezeichnet wird, welche eine Strömungsart ist, bei der nur eine sehr geringfügige Rückmischung stattfindet. Dadurch wird eine gleichartige Behandlung aller Partikeln sichergestellt. It is essential that the fluidized bed unit 4 is constructed in such a way that it ensures a long and constant residence time of the particles in the fluidized bed, so that a desired particle size distribution and the desired spherical shape of the product can be achieved. Therefore, the flow of the particles in the fluidized bed must be of a type that is conventionally referred to as stamp flow, which is a type of flow in which there is very little backmixing. This ensures that all particles are treated in the same way.

In einer Wirbelschicht lässt sich eine Stempelströmung der Partikeln durch verschiedene Massnahmen hervorbringen. Bei der auf der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsform wird die gewünschte Strömungsart durch Einführen von als Keime oder Kerne dienenden Partikeln durch einen Pulvereintritt 10 am einen Ende der Wirbelbetteinheit 4 und Austragen von Partikeln aus der Wirbelschicht 5 durch einen Austritt 11 hervorgebracht, der sich am entgegengesetzten Ende der Wirbelbetteinheit befindet. Alternativ lässt sich eine Stempelströmung durch die Anwendung von Leitblechen im Wirbelbett erzeugen, so wie es an sich bekannt ist. A plunger flow of the particles can be produced in a fluidized bed by various measures. In the embodiment illustrated in the drawing, the desired flow type is brought about by introducing particles serving as nuclei or nuclei through a powder inlet 10 at one end of the fluidized bed unit 4 and discharging particles from the fluidized bed 5 through an outlet 11 which is located at the opposite end of the bed Fluid bed unit is located. Alternatively, a stamp flow can be generated by using baffles in the fluidized bed, as is known per se.

Die Keim- oder Kernpartikeln, die durch den Pulvereintritt 10 eingeführt werden, bestehen aus rückgeführtem Material, so wie es bereits erklärt worden ist und nachstehend noch näher erläutert werden wird. The germ or core particles that are introduced through the powder inlet 10 consist of recycled material, as has already been explained and will be explained in more detail below.

Alternativ zu der veranschaulichten Ausführungsform kann die Wirbelbetteinheit zwei oder mehrere Abteilungen umfassen, in denen hinsichtlich Fluidisierungsluftgeschwin-digkeit, Temperatur und Schlammeintragbedingungen unterschiedliche Bedingungen herrschen. Derartige Wirbelbetteinheiten mit mehr als einer Abteilung sind an sich bekannt und können z.B. eine kreisförmige perforierte Platte und radiale Trennwände haben, die eine Rückmischung verhindern. As an alternative to the illustrated embodiment, the fluidized bed unit can comprise two or more compartments in which different conditions prevail with regard to fluidization air speed, temperature and sludge entry conditions. Such fluidized bed units with more than one department are known per se and can e.g. have a circular perforated plate and radial partitions that prevent back mixing.

Durch den Pulveraustritt 11 wird ein Pulver ausgetragen, das einen Feuchtigkeitsgehalt von 1-5% hat, und dieses Pulver gelangt durch ein Zellenrad 12 in eine Siebeinheit 13, in der es in drei oder mehr Fraktionen zerlegt wird, und zwar in eine Überkornfraktion, eine oder mehrere Produktfraktionen (in der dargestellten Ausführungsform zwei Produktfraktionen) und eine Unterkornfraktion. A powder having a moisture content of 1-5% is discharged through the powder outlet 11, and this powder passes through a cellular wheel 12 into a sieving unit 13, in which it is broken down into three or more fractions, namely an oversize fraction, one or multiple product fractions (two product fractions in the illustrated embodiment) and one undersize fraction.

Die Überkornfraktion wird einer Mahleinheit zugeführt, The oversize fraction is fed to a grinding unit,

die eine Mühle 14 und ein Sieb 15 umfasst, welche gegebenenfalls miteinander kombiniert sein können. Material von Überkorngrösse wird vom Sieb 15 wieder in die Mühle 14 zurückgeführt, und die Fraktionen, die bevorzugterweise eine Korngrösse von etwa 0,5 mm besitzen, werden bei der veranschaulichten Ausführungsform zusammen mit der feinen Fraktion zum Pulvereintritt 10 der Wirbelbetteinheit geleitet. Für den Fall, dass die aus diesen beiden Fraktionen bestehende Materialmenge zusammen mit dem im Entstauber 9 abgeschiedenen Material nicht ausreicht, um genügend Keim- oder Kernmaterial für die Wirbelschicht zu bilden, kann ihr ein Teil der Produktfraktion oder einer der Produktfraktionen hinzugefügt werden, so wie es durch die gestrichelte Linie im unteren Teil der Zeichnung angegeben ist. Ein Teil oder die Gesamtmenge der rückgeführten Produktfraktion kann vor dem Einbringen in die Wirbelschicht aufgemahlen werden, so wie es auf der Zeichnung angedeutet ist. Ist auf der anderen Seite die von der Überkornfraktion und der Unterkornfraktion gebildete Materialmenge grösser als die als ergänzendes Keim- oder Kernmaterial erforderliche Materialmenge, kann ein Teil davon in den Speisetank 1 geleitet werden, so wie es durch die gestrichelte Linie im linken oberen Teil der Zeichnimg angegeben ist. which comprises a mill 14 and a sieve 15, which can optionally be combined with one another. Oversize material is returned from the screen 15 to the mill 14, and the fractions, which preferably have a grain size of about 0.5 mm, are passed in the illustrated embodiment together with the fine fraction to the powder inlet 10 of the fluidized bed unit. In the event that the amount of material consisting of these two fractions together with the material deposited in the dust collector 9 is not sufficient to form enough germ or core material for the fluidized bed, part of the product fraction or one of the product fractions can be added to it, such as it is indicated by the dashed line in the lower part of the drawing. Part or all of the recycled product fraction can be ground before being introduced into the fluidized bed, as indicated in the drawing. If, on the other hand, the amount of material formed by the oversize fraction and the undersize fraction is larger than the amount of material required as a supplementary germ or core material, part of it can be fed into the feed tank 1, as indicated by the dashed line in the upper left part of the drawing is specified.

Nicht rückgeführte Produktfraktion oder -fraktionen gelangen in einen Trockenofen 16, in dem Restfeuchtigkeit und organische Zusatzstoffe verdampfen, und anschliessend in einen Brennofen 17, z.B. einen Drehofen, in dem die Partikeln zu kugeligem Korn von hoher Festigkeit gesintert werden, das für die Verwendung als Proppant geeignet ist. Der im Brennofen 17 erfolgende Brennvorgang findet unter den gleichen Bedingungen statt wie das Brennen nach den bekannten Verfahren, nach welchen eine Agglomeration in einem Mischer vorgenommen wurde. Product fractions or fractions which are not returned pass into a drying oven 16, in which residual moisture and organic additives evaporate, and then into a firing oven 17, e.g. a rotary kiln in which the particles are sintered into spherical granules of high strength that are suitable for use as proppants. The firing process taking place in the kiln 17 takes place under the same conditions as the firing according to the known methods, according to which agglomeration was carried out in a mixer.

Die Grenzen für die Korngrössen der in der Siebeinheit 13 abgetrennten Produktfraktionen müssen unter sorgfältiger Berücksichtigung des Umstandes festgelegt werden, dass beim sich anschliessenden Brennen im Brennofen 17 eine erhebliche Schwindung auftritt. Das Ausmass dieser Schwindung ist davon abhängig, woher der ursprüngliche Bauxit kommt, und die lineare Schwindung kann typisch etwa 25% betragen. The limits for the grain sizes of the product fractions separated in the sieve unit 13 must be determined with careful consideration of the fact that a considerable shrinkage occurs in the subsequent firing in the kiln 17. The extent of this shrinkage depends on where the original bauxite comes from, and the linear shrinkage can typically be about 25%.

Wie ersichtlich, kann das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden und eignet sich vorzüglich für eine automatische Steuerung unter Aufwendung eines Minimums an Arbeitskraft. As can be seen, the method can be carried out continuously and is particularly suitable for automatic control with the use of a minimum of manpower.

Wie bereits erwähnt, hat der erzielte Proppant eine höhere Dichte und eine höhere Bruchfestigkeit als die nach den Ausführungsbeispielen des der eingangs erwähnten amerikanischen Patentanmeldung gemässen Verfahrens hergestellten Proppants. Die Bruchfestigkeit wird nach einem Verfahren ermittelt, bei dem die Fraktion zwischen etwa 600 |im und etwa 700 Jim in einem Stahlzylinder von 41 mm Durchmesser angebracht und mit Hilfe eines zum Zylinderkopf passenden Tauchkolbens mit Druck beaufschlagt wird. Dabei wird jeweils so vorgegangen, dass der Druck im Laufe von 1 Minute auf ca. 700 bar gebracht, dieser Druck 3 Minuten lang aufrechterhalten und dann im Laufe von 1 Minute bis auf 0 entlastet wird. Danach wird die Materialmenge in der Probe bestimmt, deren Korngrösse unter 600 [im liegt, und in Gew.-% der Gesamtmenge ausgedrückt. Das Ergebnis wird als Bruchverlust in Gew.-% angegeben. As already mentioned, the proppant obtained has a higher density and a higher breaking strength than the proppant produced according to the exemplary embodiments of the process according to the above-mentioned American patent application. The breaking strength is determined by a method in which the fraction between approximately 600 μm and approximately 700 Jim is placed in a steel cylinder with a diameter of 41 mm and pressure is applied with the aid of a plunger fitting the cylinder head. The procedure in each case is such that the pressure is raised to approximately 700 bar in the course of 1 minute, this pressure is maintained for 3 minutes and then released to 0 in the course of 1 minute. The amount of material in the sample is then determined, the grain size of which is below 600 [mu] m, and expressed in% by weight of the total amount. The result is given as a breakage loss in% by weight.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele noch eingehender erläutert. The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments.

Beispiel 1 example 1

Das Verfahren wird in einer Anlage durchgeführt, die der auf der Zeichnung veranschaulichten entspricht. The process is carried out in a plant which corresponds to that illustrated in the drawing.

Im Speisetank wird aus Wasser, frischem Bauxit, rückges In the food tank, water, fresh bauxite is returned

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

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45 45

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führtem Bauxitstaub aus dem Entstauber und den nachstehend angegebenen Zusatzstoffen eine Speisesuspension hergestellt, und zwar werden dabei solche Mengen der Bestandteile verwendet, dass die Speisesuspension einen Feststoffgehalt von etwa 50 Gew.-% erhält, welche Feststoffe aus etwa 98% Bauxit, 1% Polyvinylalkohol und 0,3% Ammoniumci-trat bestehen. Diese Speisesuspension wird in einer Menge von 4000 kg/Stunde durch die Druckdüsen 3 in einer Wirbelbetteinheit zerstäubt, die im Prinzip so konstruiert ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht, und eine Wirbelbett-Grundfläche von 3 m2 hat. leaded bauxite dust from the deduster and the additives specified below, a food suspension is made, namely such quantities of the components are used that the food suspension has a solids content of about 50% by weight, which solids consist of about 98% bauxite, 1% polyvinyl alcohol and 0.3% ammonium ci-exist. This food suspension is atomized in a quantity of 4000 kg / hour through the pressure nozzles 3 in a fluidized bed unit, which in principle is constructed as shown in the drawing and has a fluidized bed base area of 3 m2.

Die Geschwindigkeit der Fluidisierungsluft beträgt 1,2 m/s, und die Temperatur der Luft beträgt beim Eintritt in die Einheit 550 °C und beim Austritt 70 °C. Die Menge rückgeführten Materials, die durch den Pulvereintritt 10 eingeführt wird, beläuft sich auf 1700 kg/Stunde. Die Stärke der Wirbelschicht 5 beträgt etwa 35 cm. The fluidizing air velocity is 1.2 m / s, and the temperature of the air is 550 ° C when it enters the unit and 70 ° C when it exits. The amount of recycled material introduced through the powder inlet 10 is 1700 kg / hour. The thickness of the fluidized bed 5 is approximately 35 cm.

Die durchschnittliche Aufenthaltszeit der Partikeln in der Wirbelschicht lässt sich unter diesen Bedingungen auf 15 Minuten veranschlagen. The average residence time of the particles in the fluidized bed can be estimated at 15 minutes under these conditions.

Durch den Austritt 11 wird Material in einer Menge von 3400 kg/Stunde ausgetragen und durch Sieben in eine Überkornfraktion mit einer Korngrösse über 2,1 mm (50 kg/ Stunde), eine grobe Produktfraktion mit einer Korngrösse zwischen 1,2 und 2,1 mm (300 kg/Stunde), eine feine Produktfraktion mit einer Korngrösse zwischen 0,6 und 1,2 mm (2450 kg/Stunde) und eine Unterkornfraktion mit einer Korngrösse unter 0,6 mm (600 kg/Stunde) zerlegt. Material is discharged through the outlet 11 in a quantity of 3400 kg / hour and by sieving into an oversize fraction with a grain size over 2.1 mm (50 kg / hour), a coarse product fraction with a grain size between 1.2 and 2.1 mm (300 kg / hour), a fine product fraction with a grain size between 0.6 and 1.2 mm (2450 kg / hour) and an undersize fraction with a grain size below 0.6 mm (600 kg / hour).

Im Entstauber 9, der von einem Schlauchfilter gebildet wird, werden 300 kg/Stunde mitgeführte Partikeln abgeschieden und in den Speisetank 1 rückgeführt. In the dust collector 9, which is formed by a bag filter, 300 kg / hour of entrained particles are separated and returned to the feed tank 1.

Die gesamte Überkornfraktion wird zusammen mit 400 kg/Stunde der feinen Produktfraktion in einer Mahlvorrichtung, die ein Sieb mit einer Maschenweite von 3000 (j.m enthält, gemahlen und dann zusammen mit der Unterkornfraktion als Keim- oder Kernmaterial in die Wirbelbetteinheit eingeführt. 650 kg/Stunde der feinen Produktfraktion werden ohne vorheriges Vermählen zum Pulvereintritt 10 rückgeführt. The entire oversize fraction is ground together with 400 kg / hour of the fine product fraction in a grinding device which contains a sieve with a mesh size of 3000 (jm) and then introduced together with the undersize fraction as germ or core material into the fluidized bed unit. 650 kg / hour the fine product fraction is recycled to the powder inlet 10 without prior grinding.

Das restliche Material der Produktfraktionen wird durch einen Ofen hindurchgeschickt, in dem die restliche Feuchtigkeit und die organischen Zusatzmittel (insgesamt etwa 4 Gew.-%) aus ihm entfernt werden, und anschliessend in einem Drehofen bei einer Temperatur von etwa 1500 °C gesintert. Die Aufenthaltszeit der Partikeln bei dieser Temperatur beträgt etwa 10 Minuten. The remaining material of the product fractions is passed through an oven in which the remaining moisture and the organic additives (in total about 4% by weight) are removed, and then sintered in a rotary kiln at a temperature of about 1500 ° C. The particles stay at this temperature for about 10 minutes.

Die gesinterten Partikeln werden einer weiteren Siebung unterworfen, um sicherzustellen, dass im wesentlichen das gesamte Produkt eine Korngrösse zwischen 0,4 und 1,5 mm hat. Die Rundheit der Partikeln ist hervorragend, und ihre Dichte beträgt etwa 3,8 g/cm3. Der nach dem obengenannten Verfahren bestimmte Bruchverlust beträgt 1,5 Gew.-%, so dass das Produkt für die Verwendung als Proppant als vorzüglich geeignet angesehen werden muss. The sintered particles are subjected to a further screening to ensure that essentially the entire product has a grain size between 0.4 and 1.5 mm. The roundness of the particles is excellent and their density is around 3.8 g / cm3. The breakage loss determined by the abovementioned method is 1.5% by weight, so that the product must be regarded as particularly suitable for use as proppant.

Beispiel 2 Example 2

In dieser Ausführungsform wird das Verfahren in einer Anlage durchgeführt, die sich von der in Beispiel 1 benutzten nur dadurch unterscheidet, dass sie eine Siebeinheit 13 hat, die die Partikeln in nur drei Fraktionen aufteilt (und zwar in eine Überkornfraktion, eine Produktfraktion und eine Unterkornfraktion), und dass ihr Entstauber 9 sowohl einen Zyklon, in dem Partikeln abgeschieden werden, die gröber als etwa 100 |im sind, als auch einen Wäscher umfasst, in dem die feineren Partikeln als wässriger Schlamm abgeschieden werden. In this embodiment, the process is carried out in a plant which differs from that used in Example 1 only in that it has a sieve unit 13 which divides the particles into only three fractions (namely an oversize fraction, a product fraction and an undersize fraction) ), and that their deduster 9 comprises both a cyclone in which particles larger than about 100 μm are separated and a scrubber in which the finer particles are separated out as aqueous sludge.

Auch bei dieser Ausführungsform beträgt der Gesamtfeststoffgehalt der Speisesuspension etwa 50 Gew.-%, und die zerstäubte Menge beläuft sich auf4000 kg/Stunde. In this embodiment too, the total solids content of the feed suspension is about 50% by weight and the atomized amount is 4000 kg / hour.

Die Temperatur der Trockenluft beträgt beim Eintritt 530 °C und beim Austritt 68 °C. The temperature of the dry air is 530 ° C at the inlet and 68 ° C at the outlet.

Die Materialmenge, die als Keimmaterial zum Pulvereintritt 10 rückgeführt wird und aus der Unterkornfraktion, der gemahlenen Überkornfraktion und einem (gemahlenen) Teil der Produktfraktion besteht, beträgt 300 kg/Stunde. The amount of material which is returned as seed material to the powder inlet 10 and which consists of the undersize fraction, the ground oversize fraction and a (ground) part of the product fraction is 300 kg / hour.

Wie in Beispiel 1 beträgt die Geschwindigkeit der Fluidisierungsluft 1,2 m/s und die Stärke der Wirbelschicht etwa 35 cm. Die durchschnittliche Aufenthaltszeit ist etwa 20 Minuten. As in Example 1, the speed of the fluidizing air is 1.2 m / s and the thickness of the fluidized bed is approximately 35 cm. The average stay is about 20 minutes.

Die durch den Pulveraustritt 11 aus der Wirbelschicht ausgetragene Materialmenge beträgt etwa 2100 kg/Stunde und wird der Siebeinheit 13 zugeführt, die zwei Siebe mit 1,5 mm Maschenweite bzw. 0,6 mm Maschenweite enthält. Durch das Sieben ergeben sich 30 kg/Stunde Überkornfraktion, 2030 kg/Stunde Produktfraktion und 40 kg/Stunde Unterkornfraktion. The amount of material discharged from the fluidized bed through the powder outlet 11 is approximately 2100 kg / hour and is fed to the sieve unit 13, which contains two sieves with a mesh size of 1.5 mm and a mesh size of 0.6 mm. Sieving results in 30 kg / hour oversize fraction, 2030 kg / hour product fraction and 40 kg / hour undersize fraction.

230 kg/Stunde der Produktfraktion werden zusammen mit der Überkornfraktion auf eine Korngrösse unter 600 um vermählen und dann zusammen mit der Unterkornfraktion so rückgeführt, wie es weiter vorn erwähnt wurde. 230 kg / hour of the product fraction are ground together with the oversize fraction to a particle size below 600 μm and then returned together with the undersize fraction as mentioned above.

Im oben erwähnten Zyklon werden 100 kg/Stunde Partikeln mit einer Korngrösse über 100 um abgeschieden und zum Pulvereintritt 10 der Wirbelbetteinheit rückgeführt, während in dem mit dem Zyklon zusammengeschalteten Wäscher 200 kg/Stunde Partikeln mit einer durchschnittlichen Korngrösse unter 100 |xm abgeschieden und als Schlamm in den Speisetank 1 rückgeführt werden. In the cyclone mentioned above, 100 kg / hour of particles with a grain size of more than 100 μm are separated off and returned to the powder inlet 10 of the fluidized bed unit, while in the scrubber connected to the cyclone 200 kg / hour of particles with an average grain size of less than 100 μm are separated out and as sludge be returned to the feed tank 1.

Die nicht rückgeführte Produktfraktion, die sich auf 1800 kg/Stunde beläuft, wird so getrocknet und gesintert, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Der Bruchverlust beträgt 1,7 Gew.-% und die Dichte etwa 3,8 g/cm3. The non-recycled product fraction, which amounts to 1800 kg / hour, is dried and sintered as described in Example 1. The breakage loss is 1.7% by weight and the density is about 3.8 g / cm 3.

5 5

10 10th

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20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

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55 55

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S S

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

647 689

2nd

PATENT CLAIMS

1. Process for the production of spherical sintered grain from bauxite with a grain size in the range from 0.4 to

2.5 mm, which is suitable as a proppant for filling in oil wells, characterized by the following stages:

a) preparation of an aqueous food suspension containing bauxite and a binder,

b) continuous atomization of the food suspension mentioned into a layer of partially dried bauxite particles which are fluidized with the aid of a stream of dry air,

c) continuous discharge of particles from said layer,

d) continuous separation of the discharged particles into oversize, undersize and product fractions, taking into account the extent of the shrinkage that occurs during the subsequent sintering,

e) continuous return of material from the group consisting of undersize fractions, relatively fine product fractions, ground product fractions and ground oversize fractions to the layer of fluidized particles at a location which, measured in the direction of flow of the particles, is at a considerable distance from the place where the particles are discharged, and f) drying and sintering the non-recycled product fractions by heating to a temperature between 1200 and 1650 ° C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the aqueous feed suspension contains 40-60 wt .-% bauxite with a grain size below 20 microns and 0.25-5 wt .-% of a binder which either polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, methyl cellulose, Can be dextrin or molasses.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the material returned to stage (e) has been ground to a controlled grain size distribution.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the dry air flow, with the aid of which the bauxite particles are fluidized, has a speed of 0.5-1.5 m / s.

5. Spherical sintered grain, produced by the method according to claim 1.

It is known that the productivity of an oil or gas borehole can often be improved by breaking up the underground rock formations surrounding the borehole and then by introducing a granular filler material to prevent the cracks and cracks caused by the breaking up or "tails" Close breaks again. Methods of this type are described in U.S. Patent Nos. 3,701,383 and 4,068,718. Since the American term "Proppant" or "Propping Agent" is used throughout the world for the filling material to be introduced into the cracks and fractures in the mountains, this term is also used in the explanations below.

An overview of such proppants and their production is contained in DE-OS No. 2 921 336.

A granular material has to meet a number of requirements in order to be suitable for use as a proppant. The particles of this material must have a high strength so that they are not crushed under the high pressure to which they are subjected when they are used. The shape of the individual particles should deviate as little as possible from the spherical shape, and the grain size distribution must be within well-defined, relatively narrow limits, so that sufficient oil and gas permeability of the cracks and fractures filled with the proppant is guaranteed. Furthermore, the particles must be able to withstand the corrosive influences to which they may be exposed when they are used.

The material that is considered the most suitable when it comes to meeting these requirements is bauxite pellets.

A number of methods for producing sintered bauxite particles have been proposed, but the method which has so far been most widely used is that described in the aforementioned DE-OS No. 2 921 336.

According to this process, spherical granules of bauxite are produced, which are first produced by agglomeration of a mixture of bauxite, temporary binder and water in an intensive mixer, a spherical material called green pellets, and then sintered by firing. In the exemplary embodiments of the abovementioned application, the products have a typical density of 3.7 g / cm 3 and their breakage loss, determined by the method described below, is 8.16% and 6.8%, respectively.

However, the above-mentioned process is deficient in that the granulation, which is carried out in an intensive mixer, can only be carried out in batches. Furthermore, according to the prior art, it is usually necessary to predry the starting material.

However, it is generally believed that in the case of large-scale production, production using a continuous process is preferred to production in batches.

The aim of the invention is therefore to create a method for producing spherical sintered grain from bauxite, the steps of which can all be carried out in a continuous process.

Since any breakage of the spherical bauxite grain when used as a proppant in boreholes leads to a deterioration in the permeability of the cracks and fractures filled with it, the aim is to achieve a strength of the particles which corresponds to a fracture loss which is even lower than the fracture losses, which were measured in the granules produced according to the aforementioned DE-OS No. 2 921 336.

Accordingly, it is a further object of the invention to provide a method for producing spherical bauxite grain, which is characterized by a fracture loss of less than 5% measured by the method specified below.

With the known method mentioned above, according to which an intensive mixer is used, the possibilities for mastering the granulation and thus the grain size of the product are quite limited, for example because a certain minimum of mixing intensity is always necessary to ensure the homogeneity of the individual particles . This means that a product with a very narrow grain size range, as is usually required for proppants, can only be produced with the simultaneous production of a considerable amount of particles, which are either too small or too large and therefore require a complex sieving and that Macroeconomics of the process deteriorate.

Another object of the invention is therefore the creation

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

3rd

647 689

a process that can be easily mastered to the effect that the main fraction of the particles produced satisfies various requirements with regard to the particle size distribution.

The stated objectives are achieved according to the invention by a method for producing spherical sintered grain from bauxite with a grain size in the range from 0.4 to 2.5 mm, which is suitable as a proppant for filling into oil boreholes. This process is characterized by the following stages:

a) preparation of an aqueous food suspension containing bauxite and a binder,

c) continuous discharge of particles from said layer,

d) continuous separation of the discharged particles into oversize, undersize and product fractions, taking into account the dimensions for the shrinkage that occurs during the subsequent sintering,

e) continuous recycling of material from the group consisting of undersize fractions, relatively fine product fractions, ground product fractions and ground oversize fractions into the layer of fluidized particles at a point which, measured in the direction of flow of the particles through the layer, in is located at a considerable distance from the point where the particles are discharged, and f) drying and sintering the non-recycled product fractions by heating to a temperature between 1200 and 1650 ° C.

A method comprising stages which correspond in principle to the above stages (b) - (e) is called fluidized bed granulation and has been proposed for granulating various inorganic and organic products. However, fluidized bed granulation has never been suggested for the production of green proppant pellets, and the suitability of the process for this specific purpose was in no way predictable. In fact, it is quite surprising that a perfect spherical shape of the pellets can be achieved considering how quickly the water content of the atomized suspension evaporates when the process is carried out.

The fracture toughness of the resulting sintered particles is highly dependent on the homogeneity of the green proppant pellets, and it is also quite surprising that a fluidized bed granulation process can produce pellets that also have superior properties in this regard.

In the present description and the associated claims, the term "bauxite" is used in the broadest sense of the word, i.e. it also includes very poor qualities of this material.

The process according to the invention can be carried out continuously with all of its stages, which makes this process particularly suitable for large-scale proppant production. Another advantage of the method is that it does not require the predrying required by the prior art when it is used.

By using steps (a) - (e) it is possible to obtain pellets with a spherical shape and sufficient strength for their handling before and during the final drying and sintering. After sintering, these pellets are a proppant, which has a higher strength than the proppants produced according to the prior art.