DE102007041586B4 - Process and plant for the heat treatment of granular solids - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Wärmebehandlung von körnigen Feststoffen, insbesondere zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, wobei die Feststoffe nach Vorwärmung in wenigstens einer Vorwärmstufe in einem Wirbelschichtreaktor erhitzt und dann wenigstens einem Wirbelschichtkühler zugeführt werden, in welchem die wärmebehandelten Feststoffe mit Hilfe von Fluidisierungsluft gekühlt werden, wobei man die Fluidisierungsluft aus dem Kühler abzieht und als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor leitet und der Sekundärgasstrom aufgeteilt und ein Bypassstrom an dem Wirbelschichtreaktor vorbei in eine Förderleitung für die Feststoffe geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Bypassstromes variabel ist und dass die Größe des Bypassstromes in Abhängigkeit von der Zufuhrrate der Feststoffe in den Wirbelschichtreaktor geregelt wird.Process for the heat treatment of granular solids, in particular for the production of aluminum oxide from aluminum hydroxide, the solids are heated after preheating in at least one preheating in a fluidized bed reactor and then fed to at least one fluidized bed cooler, in which the heat-treated solids are cooled by means of fluidizing air the fluidizing air is withdrawn from the condenser and passed as secondary gas into the fluidized bed reactor and split the secondary gas flow and a bypass flow is passed to the fluidized bed reactor in a feed line for the solids, characterized in that the size of the bypass flow is variable and in that the size of the bypass stream Depending on the feed rate of the solids is regulated in the fluidized bed reactor.
Description
Die Erfindung betrifft die Wärmebehandlung von körnigen Feststoffen, insbesondere die Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, wobei die Feststoffe nach Vorwärmung in wenigstens einer Vorwärmstufe in einem Wirbelschichtreaktor erhitzt, insbesondere kalziniert und dann wenigstens einem Wirbelschichtkühler zugeführt werden, in welchem die wärmebehandelten Feststoffe mit Hilfe von Fluidisierungsgas gekühlt werden, wobei man das Fluidisierungsgas aus dem Kühler abzieht und als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor leitet.The invention relates to the heat treatment of granular solids, in particular the production of aluminum oxide from aluminum hydroxide, the solids are heated after preheating in at least one preheating in a fluidized bed reactor, in particular calcined and then fed to at least one fluidized bed cooler, in which the heat-treated solids with the aid of fluidizing gas are cooled, wherein the fluidizing gas is withdrawn from the condenser and passes as a secondary gas in the fluidized bed reactor.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid (Al2O3) aus Aluminiumhydroxid (Al(OH)3) ist aus der
Aus der gattungsgemäßen
Die
Auch aus der
Es hat sich herausgestellt, dass bei Teillastbetrieb einer solchen Kalzinieranlage der spezifische Energieverbrauch (kJ/t Al2O3) höher ist als im Volllastbetrieb. Dies liegt daran, dass im Teillastbetrieb eine stark überstöchiometrische Verbrennung erfolgt (Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis λ >> 1), die zu höheren Abgastemperaturen führt als im Volllastbetrieb. Im Teillastbetrieb kann die Verbrennungsluft nicht beliebig verringert werden, um das λ-Verhältnis anzupassen, da die Verbrennungsluft gleichzeitig auch als Fördergas in den Förderleitungen eingesetzt wird und somit eine Mindestgeschwindigkeit bzw. Mindestförderluftmenge nicht unterschreiten darf.It has been found that at partial load operation of such a calcining plant the specific energy consumption (kJ / t Al 2 O 3 ) is higher than in full load operation. This is due to the fact that in partial load operation a strong superstoichiometric combustion takes place (combustion air / fuel ratio λ >> 1), which leads to higher exhaust gas temperatures than in full load operation. In partial load operation, the combustion air can not be arbitrarily reduced in order to adjust the λ ratio, since the combustion air is also used as a delivery gas in the delivery lines and thus must not fall below a minimum speed or minimum delivery air quantity.
Aufgabe der Erfindung ist es, den spezifischen Energieverbrauch einer Anlage auch bei Teillastbetrieb zu verringern.The object of the invention is to reduce the specific energy consumption of a system even at partial load operation.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Sekundärgasstrom wird an einer oder mehreren Stellen des Stromes aufgeteilt und ein Bypassstrom oder mehrere Bypassströme wird an dem Wirbelschichtreaktor vorbei in eine Förderleitung für die Feststoffe geleitet. Die Transport- und Verbrennungsaufgaben der Luft werden somit entkoppelt. Der als Verbrennungsluft in den Wirbelschichtreaktor eingebrachte Anteil des Sekundärgasstroms kann entsprechend der für die Kalzinierung der zugeführten Feststoffe ausreichenden Brennstoffzufuhr angepasst werden. Der verbleibende Teil des Sekundärgasstroms wird als Bypassstrom an dem Wirbelschichtreaktor vorbei direkt in eine Förderleitung für die Feststoffe geleitet, so dass dort eine ausreichende Fördergasmenge gewährleistet wird. Die Größe des Bypassstromes ist variabel, wobei sie vorzugsweise gemeinsam mit der Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Zufuhrrate der Feststoffe in den Wirbelschichtreaktor geregelt wird. Dadurch kann das λ-Verhältnis im Wirbelschichtreaktor für unterschiedliche Lastzustände des Reaktors jeweils optimal eingestellt werden.This object is achieved with the invention in a method of the type mentioned above essentially by the features of claim 1. The secondary gas stream is split at one or more locations of the stream, and one bypass stream or multiple bypass streams is passed past the fluidized bed reactor into a solids delivery line. The transport and combustion tasks of the air are thus decoupled. The introduced as combustion air in the fluidized bed reactor fraction of the secondary gas stream can be adjusted according to the sufficient for the calcination of the supplied solids fuel. The remaining part of the secondary gas stream is passed as a bypass flow past the fluidized bed reactor directly into a feed line for the solids, so that there is a sufficient amount of conveying gas is ensured. The size of the bypass stream is variable, and it is preferably controlled together with the fuel supply as a function of the feed rate of the solids in the fluidized bed reactor. As a result, the λ ratio in the fluidized bed reactor can be optimally adjusted for different load states of the reactor.
Es hat sich herausgestellt, dass auch bei einer sehr geringen Anlagenlast, bei der bis zu 70% des Sekundärgasstromes als Bypassstrom an dem Wirbelschichtreaktor vorbeigeführt werden, eine deutliche Verringerung des spezifischen Energieverbrauchs erreichbar ist.It has been found that even with a very low system load, in which up to 70% of the secondary gas flow are bypassed as a bypass flow to the fluidized bed reactor, a significant reduction in specific energy consumption can be achieved.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Bypassstrom vor einer Vorwärmstufe für die Feststoffe in die Förderleitung geleitet, um dort eine ausreichende Fluidisierung zu gewährleisten. Hierdurch kann gleichzeitig die im Sekundärgas enthaltene Wärmeenergie zur Vorwärmung der Feststoffe genutzt werden.In a further development of the invention, the bypass stream is passed before a preheating stage for the solids in the delivery line to ensure there adequate fluidization. As a result, at the same time the heat energy contained in the secondary gas can be used to preheat the solids.
Werden die Feststoffe einem Vorwärmer, insbesondere einem Suspensionsvorwärmer, zugeführt, in welchem sie mit Abgas aus einem dem Wirbelschichtreaktor nachgeordneten Abscheider vorgewärmt werden, wobei die Gas-/Feststoffmischung aus dem Suspensionsvorwärmer über eine zweite Förderleitung einem zweiten Abscheider zugeführt wird, so wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Bypassstrom in die zweite Förderleitung eingespeist. In dem Suspensionsvorwärmer wird bei der Kalzinierung von Aluminiumhydroxid frisches Hydrat zugemischt, welches unmittelbar mit den aus dem ersten Abscheider abgezogenen heißen Ofengasen reagieren sollte. If the solids are fed to a preheater, in particular a suspension preheater, in which they are preheated with exhaust gas from a separator arranged downstream of the fluidized bed reactor, the gas / solids mixture being fed from the suspension preheater via a second delivery line to a second separator, according to one particular preferred embodiment of the invention, the bypass flow fed into the second delivery line. In the suspension preheater fresh hydrate is mixed in the calcination of aluminum hydroxide, which should react directly with the withdrawn from the first separator hot furnace gases.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Bypassstrom in eine erste Förderleitung eingespeist, über welche Abgas aus dem dem Wirbelschichtreaktor nachgeordneten ersten Abscheider in den Suspensionsvorwärmer eingeführt wird.According to another preferred embodiment of the invention, the bypass flow is fed into a first delivery line, via which exhaust gas from the fluidized bed reactor downstream first separator is introduced into the suspension preheater.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Gas-/Feststoffmischung aus dem Suspensionsvorwärmer einem zweiten Abscheider zugeführt, dessen Abgas zur Vorwärmung und Förderung frischer Feststoffe über eine dritte Förderleitung einer ersten Vorwärmstufe zugeführt wird, wobei der Bypassstrom direkt in die dritte Förderleitung eingespeist wird.In a further preferred embodiment of the invention, the gas / solids mixture from the suspension preheater is fed to a second separator, the exhaust gas for preheating and conveying fresh solids via a third delivery line of a first preheating is fed, wherein the bypass flow is fed directly into the third delivery line.
Grundsätzlich kann der Sekundärgasstrom an jeder Stelle des Prozesses mit einem oder mehreren Bypassströmen geteilt werden. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird aber der Sekundärgasstrom nach dem Durchlaufen der Vorwärmstufen des Sekundärgasstromes (Kühlstufen des Materials aus dem Reaktor) geteilt.In principle, the secondary gas stream can be divided at any point of the process with one or more bypass streams. In the preferred embodiment of the invention, however, the secondary gas stream is divided after passing through the preheating stages of the secondary gas stream (cooling stages of the material from the reactor).
Eine Anlage zur Wärmebehandlung von körnigen Feststoffen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, wird durch die Merkmale des Anspruchs 7 beschrieben. In der Bypassleitung ist ein Regelventil, Schieber oder dgl. inklusive Messeinrichtung für den Volumenstrom vorgesehen. Weiterhin kann in einer Weiterbildung der Erfindung in der Bypassleitung und/oder in der verbleibenden Sekundärluftleitung eine Einrichtung zur Kontrolle des Druckes und/oder des Druckverlustes vorgesehen sein.A plant for heat treatment of granular solids, which is suitable for carrying out the method according to the invention is described by the features of claim 7. In the bypass line, a control valve, slide or the like. Provided including measuring device for the flow rate. Furthermore, in a development of the invention in the bypass line and / or in the remaining secondary air line, a device for controlling the pressure and / or the pressure loss can be provided.
Um die in dem Sekundärgasstrom enthaltene Wärme optimal auszunutzen, ist die Bypassleitung mit einer zu der wenigstens einen Vorwärmstufe führenden Förderleitung verbunden. In order to optimally utilize the heat contained in the secondary gas flow, the bypass line is connected to a conveying line leading to the at least one preheating stage.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Wirbelschichtreaktor ein erster Abscheider nachgeordnet, dessen Abgas über eine erste Förderleitung in einen Vorwärmer, insbesondere einen Suspensionsvorwärmer, geleitet wird, wobei der Suspensionsvorwärmer über eine zweite Förderleitung mit einem zweiten Abscheider verbunden ist und die Bypassleitung in die zweite Förderleitung mündet.In one embodiment of the invention, the fluidized bed reactor is followed by a first separator, the exhaust gas via a first feed line in a preheater, in particular a suspension preheater is passed, the suspension preheater is connected via a second delivery line with a second separator and the bypass line in the second delivery line empties.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Bypassleitung mit der ersten Förderleitung verbunden.In another embodiment of the invention, the bypass line is connected to the first delivery line.
Bei einer noch weiteren Ausgestaltung ist der zweite Abscheider über eine dritte Förderleitung mit einer ersten Vorwärmstufe für frische Feststoffe verbunden, und die Bypassleitung mündet in die dritte Förderleitung.In a still further embodiment, the second separator is connected via a third delivery line to a first preheating stage for fresh solids, and the bypass line opens into the third delivery line.
Die oben beschriebenen Einspeisungspunkte für die Bypassleitungen können in Abhängigkeit von den Anlagebedingungen alternativ oder kumulativ vorgesehen werden, wobei die jeweiligen Anteile individuell über die in den Bypassleitungen vorgesehenen Regelventile geregelt werden.The above-described feed points for the bypass lines can be provided alternatively or cumulatively, depending on the conditions of the installation, wherein the respective proportions are controlled individually via the control valves provided in the bypass lines.
Die erfindungsgemäße Prozessführung kann für alle Prozesse eingesetzt werden, die eine Förderung von Feststoffen benötigen z. B. Kalzinierung von Magnesiumcarbonat, Spaltung von Magnesiumsulfat, Röstung von Erzen oder Eisenerzvorwärmung.The process control according to the invention can be used for all processes that require a promotion of solids z. As calcination of magnesium carbonate, cleavage of magnesium sulfate, roasting ores or Eisenerzvorwärmung.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and the drawings. All described and / or illustrated features alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their combination in the claims or their dependency.
Es zeigen:Show it:
Jede der Figuren zeigt nur die bevorzugte Ausführung, in der jeweils beispielhaft eine Bypassleitung nach der letzten Vorwärmung der Sekundärluft von der Sekundärluftleitung abzweigt.Each of the figures shows only the preferred embodiment, in each case a bypass line branches off after the last preheating of the secondary air from the secondary air line.
Bei der in
Der aus der Abscheideeinrichtung
Die in dem Abscheidezyklon
Die Gas-Feststoff-Suspension tritt über eine Verbindungsleitung
Von der Sekundärgasleitung
Bei Volllastbetrieb der Anlage wird das Regelventil
Alternativ kann der Bypassstrom auch beispielsweise aus der Leitung
Die in
Im Übrigen entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise der in
Bei der in
Bei der dritten Ausführungsform führt die von der Sekundärgasleitung
Im Übrigen entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise der in
Die in
Die in
Bei der in
Die
Es versteht sich, dass die alternativen Einspeisungspunkte der Bypassleitung
Mit der erfindungsgemäßen Aufteilung des Sekundärgasstromes in einen als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Aufgabestationfeeding station
- 22
- Flash-Reaktor (erste Vorwärmstufe)Flash reactor (first preheating stage)
- 33
- Abscheideeinrichtungseparating
- 44
- Gasreinigunggas cleaning
- 55
- Leitungmanagement
- 66
- Vorwärmerpreheater
- 77
- erste Förderleitungfirst support line
- 88th
- Rückführzyklon (erster Abscheider)Recycle cyclone (first separator)
- 99
- zweite Förderleitungsecond funding line
- 1010
- Abscheidezyklon (zweiter Abscheider)Separation cyclone (second separator)
- 1111
- dritte Förderleitungthird funding line
- 1212
- FeststoffzufuhrleitungSolid supply line
- 13a13a
- Wirbelschichtreaktor (zirkulierende Wirbelschicht)Fluidised bed reactor (circulating fluidized bed)
- 13a'13a '
- RückführleitungReturn line
- 13b13b
- Flash-ReaktorFlash reactor
- 13c13c
- RingwirbelschichtreaktorAnnular fluidized bed reactor
- 1414
- Brennstoffleitungfuel line
- 1515
- PrimärgasleitungPrimary gas line
- 1616
- SekundärgasleitungSecondary gas line
- 1717
- Verbindungsleitungconnecting line
- 1818
- Abfuhrleitungdischarge line
- 1919
- Steigleitungriser
- 2020
- Zyklonabscheidercyclone
- 2121
- Steigleitungriser
- 2222
- Zyklonabscheidercyclone
- 2323
- Leitungmanagement
- 2424
- WirbelschichtkühlerFluidized bed cooler
- 2525
- Leitungmanagement
- 26a, b, c26a, b, c
- Bypassleitungbypass line
- 27a, b, c27a, b, c
- Regelventilcontrol valve
- 2929
- erste Kühlstufe des Wirbelschichtkühlersfirst cooling stage of the fluidized bed cooler
- 3030
- zweite Kühlstufe des Wirbelschichtkühlerssecond cooling stage of the fluidized bed cooler
- 3131
- Hydratbypasshydrate bypass
- 3232
- Mischkammermixing chamber
- 3333
- Hydratbypasshydrate bypass
Claims (10)
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