CH682398A5

CH682398A5 - A method for saving energy in the production of titanium dioxide.

Info

Publication number: CH682398A5
Application number: CH2703/91A
Authority: CH
Inventors: Josef Mauer; Parmanand Bansal
Original assignee: Escher Wyss Ag
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-09-15
Also published as: DE4136678C2; DE4136678A1

Description

1 1

CH 682 398 A5 CH 682 398 A5

2 2nd

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energie-einsparung bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren, wobei die Wärme der Kalzinierabgase zur Konzentration der bei der Herstellung von Titandioxid anfallenden Abfallschwefelsäure ausgenutzt wird. The invention relates to a method for saving energy in the production of titanium dioxide by the sulfate process, the heat of the calcining exhaust gases being used to concentrate the waste sulfuric acid produced in the production of titanium dioxide.

Bei einem solchen aus der EP 97 259 vorbekannten Verfahren werden die mit einer Temperatur oberhalb von 320°C anfallenden Kalzinierabgase in einem Waschturm oder Venturi-Wäscher in direkten Kontakt mit im Kreislauf geführter Schwefelsäure gebracht. Da die bei der Kalzinierung des Hydrolyseschlammes zu Titandioxid im Drehrohrofen entstehenden Abgase ausser Wasserdampf noch erhebliche Mengen von Staub, Schwefeloxiden und Titandioxid enthalten, müssen die Kalzinierabgase bei diesem bekannten Verfahren vor dem direkten Kontakt mit rezyklierter Schwefelsäure bei hohen Temperaturen oberhalb 320°C durch Filter oder elektrostatische Gasreinigung von diesen Fremdstoffen gereinigt werden. Dies erfordert jedoch eine aufwendige Filteranlage, wobei zudem ein beträchtlicher Teil der Abwärme der Kalzinierabgase verloren geht. In such a process, which is known from EP 97 259, the calcining waste gases which are produced at a temperature above 320 ° C. are brought into direct contact with sulfuric acid circulated in a washing tower or venturi scrubber. Since the flue gases generated during the calcination of the hydrolysis sludge to titanium dioxide in the rotary kiln contain considerable amounts of dust, sulfur oxides and titanium dioxide in addition to water vapor, the calcining gases in this known process must be subjected to filters or at high temperatures above 320 ° C before direct contact with recycled sulfuric acid Electrostatic gas cleaning can be cleaned of these foreign substances. However, this requires a complex filter system, and in addition a considerable part of the waste heat from the calcining waste gases is lost.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die Nachteile des angegebenen Standes der Technik zu vermeiden und die Wärme der bei der Titandioxidherstellung anfallenden Kalzinierabgase mit grösserer Effizienz und unter Vermeidung aufwendiger Anlagen auszunutzen. The object of the invention is to avoid the disadvantages of the stated prior art and to utilize the heat of the calcining waste gases produced in the production of titanium dioxide with greater efficiency and with the avoidance of complex systems.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die ungefilterten Kalzinierabgase in einem indirekten Wärmetauscher auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes der in den Kalzinierabgaben enthaltenen Fremdstoffe abgekühlt werden, wobei das aufgeheizte Wärmeträgermedium des Wärmetauschers zur Aufheizung wenigstens einer Verdampferstufe zur Konzentration der bei der Herstellung von Titandioxid anfallenden Abfallschwefelsäure verwendet wird. According to the invention, this object is achieved in that the unfiltered calcining gases are cooled in an indirect heat exchanger to a temperature above the dew point of the foreign substances contained in the calcining charges, the heated heat transfer medium of the heat exchanger being used to heat up at least one evaporator stage to concentrate those occurring in the production of titanium dioxide Waste sulfuric acid is used.

Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung der bei der Herstellung von Titandioxid mit einer Temperatur von ca. 350-400°C anfallenden Kalzinierabgase im Wärmetauscher auf ca. 200°C. Mit Vorteil kann in diesem Temperaturbereich ein Tantalwärmetau-scher verwendet werden, während ein Glaswärmetauscher auch etwas niedrigere Endtemperaturen zulässt. Mit Vorteil wird als Wärmeträgermedium ein für die genannten Temperaturen geeignetes Wär-meträgeröl verwendet, welches den Vorteil hat, dass es zum Zwecke des Anfahrens der Anlage am Ofen elektrisch vorgeheizt werden kann, um eine Kondensation im Wärmetauscher zu vermeiden. Prinzipiell ist jedoch auch die Verwendung von Dampf als Wärmeträgermedium möglich. The calcining waste gases produced in the production of titanium dioxide at a temperature of approximately 350-400 ° C. are preferably cooled to approximately 200 ° C. in the heat exchanger. A tantalum heat exchanger can advantageously be used in this temperature range, while a glass heat exchanger also allows somewhat lower end temperatures. A heat transfer oil suitable for the temperatures mentioned is advantageously used as the heat transfer medium, which has the advantage that it can be electrically preheated for the purpose of starting the system on the furnace in order to avoid condensation in the heat exchanger. In principle, however, steam can also be used as a heat transfer medium.

Das erfindungsgemässe Verfahren mit indirektem Wärmeaustausch hat die Vorteile, dass keine Vorfiltration der Abgase erforderlich ist, dass ebenfalls keine Filtration der durch die Abwärme der Kalzinierabgase vorkonzentrierten Dünnsäure erforderlich ist, so dass die Anlage erheblich vereinfacht ist und zudem eine effizientere Ausnutzung der Abwärme am Drehrohrofen gestattet. Die in den Abgasen nach der Abkühlung auf 200°C verbleibende Wärmemenge kann wie gewohnt durch Absenkung auf ca. 70°C als Warmwasser genutzt werden. The method according to the invention with indirect heat exchange has the advantages that no prefiltration of the waste gases is necessary, and that no filtration of the thin acid pre-concentrated by the waste heat from the calcining waste gases is required, so that the system is considerably simplified and moreover allows more efficient utilization of the waste heat in the rotary kiln . The amount of heat remaining in the exhaust gases after cooling to 200 ° C can be used as normal hot water by lowering it to approx. 70 ° C.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand des in der Figur dargestellten Anlagenschemas näher erläutert. The method according to the invention is explained in more detail using the system diagram shown in the figure.

Die aus dem Drehrohrofen 1 mit einer Temperatur von ca. 350-400°C austretenden Kalzinierabgase 2 werden aus dem Hauptrohr 3 durch eine Rohrklappe 4 in einen Bypass 5 umgeleitet und durchströmen dort in ungefiltertem Zustand einen indirekten Wärmetauscher 6, in welchem sie auf eine Temperatur von etwa 200°C oder etwas darüber abgekühlt werden, bevor sie in den Kühlturm 7 gelangen, wo sie auf ca. 70°C gekühlt werden. The calcining gases 2 emerging from the rotary kiln 1 at a temperature of approx. 350-400 ° C. are diverted from the main pipe 3 through a pipe flap 4 into a bypass 5 and flow through an indirect heat exchanger 6 in the unfiltered state, in which they reach a temperature be cooled from about 200 ° C or slightly above, before they get into the cooling tower 7, where they are cooled to about 70 ° C.

Als Wärmetauscher 6 wird in dem genannten Temperaturbereich mit Vorteil ein Tantalwärmetauscher verwendet. Bei niedrigeren Temperaturen ist jedoch auch ein Glaswärmetauscher geeignet. A tantalum heat exchanger is advantageously used as the heat exchanger 6 in the temperature range mentioned. However, a glass heat exchanger is also suitable at lower temperatures.

Als Wärmeträgermedium wird mit Vorteil ein hinreichend wärmebeständiges Öl in einem geschlossenen Kreislauf verwendet, wobei eine Pumpe 8 für die Zirkulation des Wärmeträgermediums sorgt. Das zunächst ca. 140°C heisse Wärmeträgermedium passiert den Wärmetauscher 6, wird dort durch die Kalzinierabgase auf ca. 250°C erhitzt und gelangt mit dieser Temperatur zur letzten Verdampferstufe 9 und anschliessend mit einer Temperatur von ca. 140°C zur vorhergehenden Verdampferstufe 10, bevor es wieder zur Pumpe 8 gelangt und von dort in den Kreislauf zurückfliesst. Eine der Pumpe 8 nachgeschaltete Elektroheizung 11 dient zur Aufheizung des zunächst kalten Wärmeträgermediums auf ca. 140°C beim Anfahren der Anlage. Statt Wärmeträ-geröl kann jedoch auch Dampf verwendet werden. Sufficiently heat-resistant oil is advantageously used as the heat transfer medium in a closed circuit, a pump 8 ensuring the circulation of the heat transfer medium. The heat transfer medium, which is initially approx. 140 ° C, passes through the heat exchanger 6, where it is heated to approx. 250 ° C by the calcining exhaust gases and reaches the last evaporator stage 9 at this temperature and then at a temperature of approx. 140 ° C to the previous evaporator stage 10 , before it returns to pump 8 and from there flows back into the circuit. An electric heater 11 downstream of the pump 8 is used to heat the initially cold heat transfer medium to approximately 140 ° C. when the system is started up. However, steam can also be used instead of thermal oil.

Die Abwärme aus diesem Wärmeträgerkreislauf wird in den Verdampferstufen 9 und 10 zur Aufkonzentration der aus dem Titandioxid-Herstellprozess anfallenden Abfallschwefelsäure A verwendet. Diese mit einer Konzentration von 23 Gew.-% anfallende sogenannte Dünnsäure wird in einer 3stufigen Vorverdampfung 12, 13, 14 bei 60°C, 85°C bzw. 110°C auf Konzentrationen von 28, 34, bzw. 60 Gew.-% vorkonzentriert. Diese Vorkonzentrationsstufen 12, 13, 14 können mit Dampf aus einer der durch das Wärmeträgermedium gespeisten Aufkonzentrationsstufen 9 bzw. 10 versorgt werden. Anschliessend an die letzte Vorkonzentrationsstufe 14 gelangt die vorkonzentrierte Säure mit einer Konzentration von 60% in die erste Aufkonzentrationsstufe 10 wo sie bei 140°C auf ca. 76 Gew.-% aufkonzentriert wird. Die dabei ausfallenden Metallsulfate werden mittels eines Filters 15 abgeschieden, bevor die aufkonzentrierte Schwefelsäure in die folgende Aufkonzentrationsstufe 9 gelangt, wo sie bei ca. 250°C auf eine Konzentration von 86 Gew.-% konzentriert wird und somit wieder in den Herstell-prozess zum Aufschluss von Titanerz oder Schlak-ke zurückgeführt werden kann. The waste heat from this heat transfer circuit is used in the evaporator stages 9 and 10 to concentrate the waste sulfuric acid A obtained from the titanium dioxide production process. This so-called thin acid, which is obtained with a concentration of 23% by weight, is pre-evaporated 12, 13, 14 at 60 ° C, 85 ° C or 110 ° C to concentrations of 28, 34 or 60% by weight. pre-concentrated. These preconcentration stages 12, 13, 14 can be supplied with steam from one of the concentration stages 9 or 10 fed by the heat transfer medium. Following the last preconcentration stage 14, the pre-concentrated acid reaches the first concentration stage 10 at a concentration of 60%, where it is concentrated at 140 ° C. to approximately 76% by weight. The precipitated metal sulfates are separated by means of a filter 15 before the concentrated sulfuric acid reaches the following concentration stage 9, where it is concentrated to a concentration of 86% by weight at approx Digestion of titanium ore or Schlak-ke can be traced back.

Hierbei kann die gesamte aufkonzentrierte Schwefelsäure das Filter 15 durchlaufen. Um mit einer geringeren Filterkapazität auszukommen, kann jedoch ein Bypass 16 vorgesehen sein, über welchen ein Teil der aufkonzentrierten Säure direkt hinter das Filter 15 geleitet wird. Here, all of the concentrated sulfuric acid can pass through the filter 15. In order to manage with a lower filter capacity, however, a bypass 16 can be provided, via which a portion of the concentrated acid is passed directly behind the filter 15.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

2 2nd

3 3rd

CH 682 398 A5 CH 682 398 A5

Da das beschriebene Verfahren mit einem indirekten Wärmetauscher 6 arbeitet und somit die Kalzinierabgase nicht in direkte Berührung mit der Abfallsäure kommen, ist keine Reinigung der Kalzinierabgase vor dem Wärmeaustausch nötig und auch keine Reinigung der Abfallschwefelsäure von den in sie aus den Kalzinierabgasen gelangten Fremdstoffen. Da der grösste Teil des Wärmeinhalts der Kalzinierabgase im Prozess wiederverwendet wird, ist die Energiebilanz des beschriebenen Verfahrens besonders günstig. Die nicht im Verfahren verwendete Wärmemenge kann als Warmwasser 17 aus dem Kühlturm 7 wiederverwendet werden. Since the described method works with an indirect heat exchanger 6 and thus the calcining waste gases do not come into direct contact with the waste acid, no cleaning of the calcining waste gases is necessary before the heat exchange, and also no cleaning of the waste sulfuric acid from the foreign substances that have entered it from the calcining waste gases. Since the majority of the heat content of the calcining waste gases is reused in the process, the energy balance of the process described is particularly favorable. The amount of heat not used in the method can be reused as hot water 17 from the cooling tower 7.

Claims

1. A method for saving energy in the production of titanium dioxide according to the sulfate process, the heat of the calcining waste gases (G) being used to concentrate the waste sulfuric acid (A) produced in the production of titanium dioxide, characterized in that the unfiltered calcining waste gases (G) are combined in one indirect heat exchanger (6) are cooled to a temperature above the dew point of the foreign substances contained in the calcining waste gases, the heated heat transfer medium (H) of the heat exchanger (6) for heating at least one evaporator stage (9, 10) for concentrating the production of titanium dioxide waste sulfuric acid (A) is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the calcining exhaust gases (G) in the indirect heat exchanger (6) are cooled to a temperature of approximately 200 ° C.

3. The method according to claim 2, characterized in that the cooling of the calcining waste gases (G) is carried out in a tantalum heat exchanger (6).

4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that the heat transfer medium (H) by means of a pump (8) through the heat exchanger (6) and at least one evaporator stage (9, 10) for concentrating the waste sulfuric acid (A) in one closed circuit is performed.

5. The method according to claim 4, characterized in that the heat transfer medium (H) for starting the circuit is preheated to a predetermined temperature by means of a heating device (11).

6. The method according to any one of claims 1-5, characterized in that the waste heat from the evaporator stages (9, 10) for the pre-concentration of the waste sulfuric acid (A) is used in at least one pre-concentration stage (12, 13, 14).

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

3rd