DE102009006094A1

DE102009006094A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Metalloxid aus Metallsalzen

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Publication number: DE102009006094A1
Application number: DE102009006094A
Authority: DE
Inventors: Michael Missalla; Günter Schneider; Jan Dr. Jarzembowski; Erwin Dr. Schmidbauer
Original assignee: Outotec Oyj
Current assignee: Outotec Oyj
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2029-01-27
Also published as: GB2478671B; GB201109905D0; GB2478671A; CA2747370A1; CA2747370C; EA201190029A1; BRPI1006994A2; AU2010206320B2; US20120014863A1; DE102009006094B4; US8313715B2; EA019025B1; WO2010083961A1; FI20110260A; FI124836B; CN102292150B; CN102292150A; AU2010206320A1; SA110310075B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Metalloxid aus Metallsalzen, insbesondere aus Aluminiumhydroxid, wobei das Metallsalz in einer Trockeneinrichtung getrocknet, in wenigstens einer Vorwärmstufe vorgewärmt und in einem Wirbelschichtreaktor zu Metalloxid kalziniert wird, und wobei das gewonnene Metalloxid dann abgekühlt wird. Um den Energiebedarf einer Kalzinieranlage zu verringern, wird das Metallsalz vor der Trocknung in wenigstens einem Filter gereinigt und in der Trockeneinrichtung gebildeter Dampf in den Filter zurückgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid oder anderen Metallsalzen, insbesondere aus Aluminiumhydroxid, wobei das Metallsalz in einer Trockeneinrichtung getrocknet, in wenigstens einer Vorwärmstufe vorgewärmt und in einem Wirbelschichtreaktor zu Metalloxid kalziniert wird, und wobei das gewonnene Metalloxid dann abgekühlt wird.
Metallhydroxide sind ein Rohmaterial zur Herstellung von Metalloxiden, welche einen wichtigen Grundstoff der anorganischen Chemie darstellen. In ihren natürlichen Vorkommen liegen Metallhydroxide überwiegend in einer gemischten Form vor, so dass die Rohstoffe aufgereinigt werden müssen.
Im Falle der Herstellung von Aluminiumhydroxid geschieht dies durch das sog. Bayer-Verfahren, bei dem die bergmännisch abgebauten Mineralien, vor allem Bauxit, zerkleinert und mit Natriumhydroxidlösung versetzt werden. Unlösliche Rückstände, wie etwa Rotschlamm, der vor allem Eisenoxid enthält, können so durch Filtration von dem gelösten Aluminiumhydrat abgetrennt werden. Durch Kristallisation und erneute Filtration gewinnt man aus dieser Lösung reines Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃).
Ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid (Al₂O₃) aus Aluminiumhydroxid ist bspw. aus der EP 0 861 208 B1 oder der DE 10 2007 014 435 A1 bekannt. Hierbei wird das feuchte Aluminiumhydroxid zunächst in einem ersten Suspensionswärmetauscher getrocknet und auf eine Temperatur von etwa 160°C vorgewärmt. Der Feststoff wird nach Abscheidung in einem Zyklonabscheider einem zweiten Suspensionsvorwärmer zugeführt, in welchem er mit dem Abgas aus dem Rückführzyklon einer zirkulierenden Wirbelschicht weiter getrocknet wird, und dann einem Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wir belschicht aufgegeben. In dem Wirbelschichtreaktor wird das Aluminiumhydroxid bei Temperaturen von etwa 1.000°C zu Aluminiumoxid kalziniert. Ein Teilstrom des vorgewärmten Aluminiumhydroxids wird nach dem ersten Suspensionsvorwärmer ( EP 0 861 208 B1 ) bzw. nach dem zweiten Suspensionsvorwärmer ( DE 10 2007 014 435 A1 ) abgezweigt und mit aus dem Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht abgezogenem heißem Aluminiumoxid vermischt. Das heiße Produktgemisch wird anschließend in einem mehrstufigen Suspensionskühler in direktem Kontakt mit Luft gekühlt und dann zur Schlusskühlung einem Wirbelschichtkühler zugeführt.
Aus der EP 0 245 751 B1 ist ein Verfahren zur Durchführung endothermer Prozesse an feinkörnigen Feststoffen bekannt, mit welchem die Produktwärme innerhalb des Gesamtprozesses besser genutzt werden soll. Bei der Kalzinierung von Aluminiumhydroxid wird ein Teilstrom des Ausgangsmaterials zur Trocknung einem indirekt beheizten Vorwärmer zugeleitet und anschließend gemeinsam mit dem direkt zugeführten Aufgabegut in einen Elektrofilter eingetragen. Der Feststoff wird dann von dem Elektrofilter über zwei hintereinander geschaltete Vorwärmsysteme einer zirkulierenden Wirbelschicht zugeleitet, in welcher der Feststoff mit Fluidisierungsgas (Primärluft) fluidisiert und bei Temperaturen von etwa 1.000°C kalziniert wird. Der aus der zirkulierenden Wirbelschicht abgezogene Feststoffstrom wird in einem eine erste Kühlstufe bildenden indirekten Wirbelschichtkühler abgekühlt und dann einer zweiten und dritten Kühlstufe, jeweils wiederum in Form von Wirbelschichtkühlern, zugeführt, um das Feststoffprodukt weiter abzukühlen. Die in dem ersten Wirbelschichtkühler aufgeheizte Primärluft wird mit einer Temperatur von 520°C als Fluidisierungsluft in den Wirbelschichtreaktor eingeführt, während die Fluidisierungsluft der Wirbelschichtkühler mit einer Temperatur von 670°C als Sekundärluft in den Wirbelschichtreaktor eingespeist wird. Das Wärmeträgermedium des zweiten Wirbelschichtkühlers wird mit einer Temperatur von 200°C als Heizmittel dem indirekten Vorwärmer für das Ausgangsmaterial zugeführt und dann nach Ab kühlung auf 160°C wieder zum Eingang des zweiten Wirbelschichtkühlers zurückgeführt. Das Abgas des als Trocknungseinrichtung für das zugeführte Hydrat dienenden Vorwärmers wird nach Reinigung in dem Elektrofilter an die Umgebung abgegeben.
Die Kalzinierung von Aluminiumhydroxid ist sehr energieaufwendig. Bei herkömmlichen Prozessen ist ein Energieaufwand von etwa 3000 kJ/kg erzeugtem Aluminiumoxid erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Energiebedarf einer Kalzinieranlage zu verringern und den Kornzerfall insbesondere bei der Trocknung des Hydrats zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das Metallsalz vor der Trocknung in einem Filter gereinigt wird und dass in der Trockeneinrichtung gebildeter Dampf in den Filter zurückgeführt wird.
Durch die Rückführung von Dampf zu dem Filter wird dort die Temperatur erhöht, so dass eine stärkere Trocknung des Metallsalzes (Hydrats) erreicht wird. Dadurch lässt sich der Massenstrom des Hydrats in die Trockeneinrichtung erhöhen, so dass der spezifische Energiebedarf der Anlage reduziert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das zu trocknende Metallsalz in der Trockeneinrichtung fluidisiert, um den Wärmeübergang zu erhöhen und so die Wärmeaustauschfläche möglichst klein halten zu können.
Die Fluidisierung erfolgt erfindungsgemäß durch die Zufuhr von Fluidisierungsgas, bspw. Luft.
Um den Wasserdampfgehalt im Abgas der Trockeneinrichtung zu verringern, kann die Zufuhr des Fluidisierungsgases in Weiterbildung der Erfindung aber auch reduziert oder sogar ganz abgeschaltet werden. Das Hydrat fluidisiert sich durch das Verdampfen des Oberflächenwassers selbst.
Erfindungsgemäß wird der Trockeneinrichtung ein vorzugsweise flüssiges Wärmeträgermedium, bspw. ein Wärmeträgeröl oder vorzugsweise Wasser, zugeführt wird, mit dem das Metallsalz indirekt erwärmt wird und das in einer im Anschluss an den Wirbelschichtreaktor vorgesehenen indirekten Kühlstufe, bspw. einem Wirbelschichtkühler oder einem Drehrohrkühler, aufgeheizt wird.
In Weiterbildung der Erfindung wird das Wärmeträgermedium zwischen der indirekten Kühlstufe und der Trockeneinrichtung im Kreislauf geführt, so dass kein zusätzliches Wärmeträgermedium zugeführt werden muss. In der Kühlstufe steht eine ausreichende Energie zur Verfügung, um das Wärmeträgermedium aufzuheizen und eine effiziente Trocknung zu erreichen. Gleichzeitig wird der Energietransfer zwischen Kühlstufe und Trocknung in Abhängigkeit von der Menge und Feuchte des Aluminiumhydroxids geregelt, so dass eine höhere Flexibilität bei der Anlagensteuerung erreicht und der Energieverbrauch verringert wird.
Das Wärmeträgermedium wird der Trockeneinrichtung erfindungsgemäß mit einer Temperatur von 130 bis 220°C, vorzugsweise 150 bis 200°C und insbesondere 170 bis 190°C zugeführt. Durch die langsame Trocknung des Hydrates auf einem niedrigen Temperaturniveau wird die Belastung der Hydratpartikel und damit die Wahrscheinlichkeit für Bruch reduziert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ein Teilstrom des Hydrats an der Trockeneinrichtung vorbeigeführt. Hierdurch ist es möglich, auf unterschiedliche Feuchtegehalte des Hydrats zu reagieren. Gleichzeitig kann die Temperatur des Abgases geregelt werden. Die Abgastemperatur lässt sich erfindungsgemäß auf 110 bis 170°C, vorzugsweise 120 bis 140°C absenken, so dass der Energieverlust durch das nach Durchlaufen des Filters über den Kamin abgeführte Abgas verringert wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Herstellung von Metalloxid aus Metallsalzen, die zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Die Anlage weist eine Trockeneinrichtung zur Trocknung des Metallsalzes, wenigstens einen Vorwärmer zur Vorwärmung des Metallsalzes, einen Reaktor zur Kalzinierung des Metallsalzes zu Metalloxid, und wenigstens eine Kühleinrichtung zur Kühlung des gewonnenen Metalloxids auf. Erfindungsgemäß ist vor der Trockeneinrichtung wenigstens ein Filter zur Filtration des Metallsalzes vorgesehen, wobei eine Abgasleitung der Trockeneinrichtung mit dem Filter verbunden ist.
Vorzugsweise weist der Filter eine Dampfhaube auf, in welche die Abgasleitung der Trockeneinrichtung mündet. Durch das von der Trockeneinrichtung zugeführte Abgas, im Wesentlichen Dampf, kann die Temperatur in dem Filter erhöht und dadurch eine stärkere Trocknung des Hydrats erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird das Wärmeträgermedium über Zirkulationsleitungen durch die Trockeneinrichtung geführt, wobei die Zirkulationsleitungen vorzugsweise mit der ersten Stufe der indirekten Kühlstufe nach dem Wirbelschichtreaktor verbunden sind. Hierdurch kann die im Prozess gewonnene Wärme effizient zur Trocknung des Hydrats eingesetzt werden und der Energiebedarf des Anlage wird weiter verringert.
Eine einfache Wartung und Anpassung der Anlage an die Erfordernisse kann in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Zirkulationslei tungen zu mehreren Wärmetauscherbündeln zusammengefasst sind, die getrennt aus einem Gehäuse der Trockeneinrichtung entnehmbar sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist um den Hydrattrockner eine Bypassleitung vorgesehen, die mit der ersten Vorwärmstufe verbunden ist, um einen Teilstrom des Hydrats direkt der ersten Vorwärmstufe zuführen zu können.
Die Aufteilung des Hydratstroms zwischen dem Hydrattrockner und der Bypassleitung erfolgt erfindungsgemäß über ein Regelventil, welches vorzugsweise in Abhängigkeit von der Abgastemperatur betätigt wird.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 schematisch eine Trockeneinrichtung für das Metallsalz und
3 schematisch eine perspektivische Darstellung der Trockeneinrichtung für das Metallsalz
Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Edukt, insbesondere Aluminiumhydroxidschlamm, einer mehrstufigen Filtrationseinrichtung (Hydratfilter) 50 aufgegeben, in welcher das Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃) mit über eine Leitung 51 zugeführtem und im Gegenstrom zu dem Hydratschlamm geführtem Waschwasser bzw. Waschlauge gewaschen wird, um die gewünschte Produktreinheit zu erreichen. Die Waschlauge wurde über die Leitung 56 aus der Kammer 50a des Hydratfilters 50 abgeführt. In eine Dampfhaube 52 der letzten Stufe 50c des Hydratfilters 50 wird Dampf über eine Leitung 53 eingebracht, um die Temperatur zu erhöhen und dadurch eine weitere Trocknung des Hydrats zu ermöglichen. Die Feuchte des über eine Austragsschnecke 54 abgeführten Hydrats lässt sich hierdurch von den üblichen 7% auf 3 bis 6% verringern.
Das filterfeuchte Aluminiumhydroxid wird dann über eine Leitung 55 einer Aufgabestation 1 einer Kalzinieranlage zugeführt und über eine Leitung 2 in eine Trockeneinrichtung (Hydrattrockner) 60 eingeführt, in welcher das Hydrat in indirektem Wärmetausch mit einem flüssigen Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, auf eine Temperatur von etwa 100 bis 110°C erwärmt und nahezu vollständig getrocknet wird.
Das getrocknete Hydrat wird anschließend über eine Leitung 3 einem Suspensionswärmetauscher 4 einer ersten Vorwärmstufe zugeführt und auf eine Temperatur von 100 bis 200°C vorgewärmt. Die Temperaturregelung im Hydrattrockner 60 erfolgt in Abhängigkeit von der Feuchte des zugeführten Hydrates, so dass auf Schwankungen im Ausgangsstoff schnell reagiert werden kann, ohne die Energieeffizienz der Anlage zu verringern.
Ein Teilstrom des Hydrats kann über eine Bypassleitung 5 an dem Hydrattrockner 60 vorbei direkt dem Suspensionswärmetauscher 4 zugeführt werden. Die Größe des Teilstroms wird hierbei über ein Regelventil 6 eingestellt, das in der Leitung 2 oder der Bypassleitung 5 angeordnet sein kann. Die Regelung des Bypassstromes erfolgt in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, um den Energieverlust so gering wie möglich zu halten. Wird ein größerer Anteil des Hydrats über den Hydrattrockner 60 geführt, so steigt die Abgastemperatur des Suspensionswärmetauscher 4, da mehr Feuchtigkeit (Wasser) im Hydrattrockner 60 entfernt und nicht erst im nachfolgenden Suspensionswärmetauscher 4 verdampft wird. Bei Zufuhr einer geringen Hydratmenge zum Hydrattrockner 60 wird dem Suspensionswärmetauscher 4 mehr feuchtes Hydrat zugeführt und die Abgastemperatur sinkt entsprechend.
Die in den Suspensionswärmetauscher 4 eingebrachten Feststoffe werden von einem aus einer zweiten Vorwärmstufe kommenden Abgasstrom erfasst, durch diesen erwärmt und über eine Leitung 7 pneumatisch in den als Vorabscheider ausgebildeten Eingangsbereich einer elektrostatischen Gasreinigung (ESP) 8 eingetragen. Im Elektrofilter 8 wird das Gas gereinigt und mit einer Temperatur von 110 bis 170°C, vorzugsweise 120 bis 140°C, in einen nicht dargestellten Kamin abgeleitet. Wegen des durch den vorgeschalteten Hydrattrockner 60 verringerten Gehaltes an Wasser aus dem feuchtem Hydrat im Abgas ist trotz dieser niedrigen Temperatur keine Kondensation von Wasser an den Anlagenteilen zu befürchten. Durch die ausbleibende Kondensation wird die Korrosion in der Anlage vermieden.
Der aus der elektrostatischen Gasreinigung 8 austretende Feststoff gelangt über eine Leitung 9 in einen zweiten Suspensionswärmetauscher 10 der zweiten Vorwärmstufe, in welchem der Feststoff von dem aus einer dritten Vorwärmstufe austretenden Gasstrom erfasst, auf eine Temperatur von 150 bis 300°C aufgeheizt und über eine Leitung 11 einem Abscheidezyklon 12 zugeführt wird. Der Abgasstrom des Abscheidezyklons 12 wird über eine Leitung 13 dem Suspensionswärmetauscher 4 zugeführt, um das Hydrat zu erwärmen und zu dem Elektrofilter 8 zu fördern.
Die Feststoffe aus dem Abscheidezyklon 12 werden über eine Leitung 14 in einen dritten Suspensionswärmetauscher 15 (dritte Vorwärmstufe) eingetragen, von einem aus einem Rückführzyklon 16 einer zirkulierenden Wirbelschicht austretenden Gasstrom erfasst und bei Temperaturen von 200 bis 450°C, insbesondere 250 bis 370°C, weiter entwässert und zumindest teilweise zu Aluminiummonohydrat (AlOOH) dehydratisiert (vorkalziniert).
Der Gas-Feststoff-Strom wird über eine Leitung 17 einem Abscheidezyklon 18 zugeführt, in dem wiederum eine Trennung des Gas-Feststoff-Stromes erfolgt, wobei der Feststoff durch eine Leitung 19 nach unten abgeführt und das Abgas in den zweiten Suspensionswärmetauscher 10 der zweiten Vorwärmstufe geleitet wird.
In der zweiten und insbesondere der dritten Vorwärmstufe erfolgt somit eine Vorkalzinierung der Metallsalze. Unter Vorkalzinierung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung die teilweise Entwässerung oder Abspaltung von Verbindungen, wie z. B. HCl und NOx, verstanden. Kalzinierung bezeichnet dagegen die vollständige Entwässerung bzw. Abspaltung von Verbindungen wie z. B. SO₂. Metallsalze im Sinne der Erfindung sind vorzugsweise Metallhydroxide oder Metallcarbonate, insbesondere Aluminiumhydroxid. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Metallsalze beschränkt, sondern kann für alle Verbindungen, insbesondere Metallverbindungen, eingesetzt werden, die vor einer Wärmebehandlung einer Flüssigkeitsabtrennung unterzogen werden, z. B. auch Silikate.
Nach dem sich an den dritten Suspensionswärmetauscher 14 anschließenden Abscheidezyklon 18 wird der Feststoffstrom mittels einer beispielsweise in der DE 10 2007 014 435 A1 beschriebenen Vorrichtung aufgeteilt. Ein etwa 80 bis 90% des Feststoffstromes enthaltender Hauptstrom wird über eine Leitung 19 einem Wirbelschichtreaktor 20 zugeführt, in dem das Aluminiummonohydrat bei Temperaturen von 850 bis 1.100°C, insbesondere etwa 950°C, kalziniert und zu Aluminiumoxid (Al₂O₃) dehydratisiert wird. Die Zuführung des für die Kalzinierung erforderlichen Brennstoffs erfolgt über eine Brennstoffleitung 21, die in geringer Höhe über dem Rost des Wirbelschichtreaktors 20 angeordnet ist. Die zur Verbrennung erforderlichen sauerstoffhaltigen Gasströme werden über eine Zufuhrleitung 22 als Fluidisierungsgas (Primärluft) und über eine Zufuhrleitung 23 als Sekundärluft zugeführt. Infolge der Gaszuführung stellt sich im unteren Reaktorbereich zwischen dem Rost und der Sekundärgaszuführung 23 eine relativ hohe Suspensionsdichte, oberhalb der Sekundärgaszuführung 23 eine vergleichsweise geringere Suspensionsdichte ein. Die Primärluft wird nach der üblichen Kompression ohne weitere Erwärmung mit einer Temperatur von etwa 90°C in den Wirbelschichtreaktor 20 eingespeist. Die Temperatur der Sekundärluft liegt bei etwa 550°C.
Die Gas-Feststoff-Suspension tritt über eine Verbindungsleitung 24 in den Rückführzyklon 16 der zirkulierenden Wirbelschicht ein, in dem eine neuerliche Trennung von Feststoff und Gas erfolgt. Der über die Leitung 25 aus dem Rückführzyklon 16 austretende Feststoff, der eine Temperatur von etwa 950°C aufweist, wird in einen Mischbehälter 26 eingetragen. In den Mischbehälter 26 wird über eine Bypassleitung 27 auch der unterhalb des Abscheidezyklon 18 abgetrennte Teilstrom des Aluminiummonohydrats, das eine Temperatur von etwa 320 bis 370°C aufweist, eingebracht. In dem Mischbehälter 26 wird entsprechend dem Mischungsverhältnis zwischen dem über die Leitung 25 zugeführten heißen Aluminiumoxid-Strom und dem über die Bypassleitung 27 zugeführten Aluminiummonohydrat-Strom eine Mischtemperatur von etwa 700°C eingestellt. Die beiden Produktströme werden in dem Mischbehälter 26, der eine fluidisierte Wirbelschicht aufweist, durchmischt, um auch das über die Bypassleitung 27 zugeführte Aluminiummonohydrat vollständig zu Aluminiumoxid zu kalzinieren. Eine sehr lange Verweilzeit von bis zu 30 Minuten oder bis zu 60 Minuten führt zu einer hervorragenden Kalzinierung im Mischbehälter. Es kann jedoch auch schon eine Verweilzeit von weniger als 2 Minuten, insbesondere etwa 1 Minute oder sogar weniger als 30 Sekunden ausreichen.
Aus dem Mischbehälter 26 wird das erhaltene Produkt einem ersten, aus Steigleitung 28 und Zyklonabscheider 29 gebildeten Suspensionskühler geleitet. Das Abgas des Zyklonabscheiders 29 gelangt über die Leitung 23 als Sekundärluft in den Wirbelschichtreaktor 20, der Feststoff in den aus Steigleitung 30 und Zyklonabscheider 31 gebildeten zweiten Suspensionskühler und schließlich in den aus Steigleitung 32 und Zyklonabscheider 33 gebildeten dritten Suspensionskühler. Der Gasfluss durch die einzelnen Suspensionskühler erfolgt im Gegenstrom zum Feststoff über die Leitungen 35 und 34.
Nach dem Verlassen des letzten Suspensionskühlers erfährt das erzeugte Aluminiumoxid eine Schlusskühlung in dem mit drei bis vier Kühlkammern ausgestatteten Wirbelschichtkühler 36. In dessen erste Kammer 36a tritt das Aluminiumoxid mit einer Temperatur von etwa 300°C ein und heizt ein flüssiges Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, auf eine Temperatur von 140 bis 195°C, vorzugsweise 150 bis 190°C und insbesondere 160 bis 180°C. Das aufgeheizte Wärmeträgermedium wird über eine Zirkulationsleitung 37 dem Hydrattrockner 60 zugeführt, um dort das Metallsalz (Hydrat) über indirekten Wärmetausch zu trocknen. Der Druck im Wärmetransportkreislauf wird vorzugsweise so eingestellt, dass eine Kondensation des Wärmeträgermediums im Hydrattrockner 60 vermieden wird und liegt bei 1 bis 50 bar und insbesondere zwischen 2 und 40 bar.
Nach Durchlaufen des Hydrattrockners 60 wird das Wärmeträgermedium über die Zirkulationsleitung 37 mit einer Temperatur von 100 bis 190°C, bevorzugt 120 bis 180°C und insbesondere 140 bis 170°C, wieder zu der ersten Stufe 36a des Wirbelschichtkühlers 36 zurückgeführt.
In den nachgeschalteten Kammern 36b bis 36d wird das Aluminiumoxid durch ein im Gegenstrom geführtes Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, weiter auf eine Temperatur von etwa 80°C abgekühlt und dann über eine Leitung 38 als Produkt abgeführt.
Die Feststoffe in den Kammern 36a bis 36d werden mit Hilfe von Sekundärluft, die über eine Leitung 39 mit einer Temperatur von 80 bis 100°C zugeführt wird, fluidisiert. Die Sekundärluft wird anschließend aus dem Wirbelschichtkühler 36 abgezogen und als Förderluft für den dritten Suspensionskühler eingesetzt. Über eine Leitung 40 kann zusätzliche Luft zugeführt werden. Anstatt Luft kann über die Leitungen 39 und/oder 40 auch reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von 20 bis 100 Vol.-% zugeführt werden.
In den 2 und 3 ist der Hydrattrockner 60 näher dargestellt. Das über die Zirkulationsleitung 37 herangeführte Wärmeübertragungsmedium wird in Wärmetauschleitungen 61 eingespeist und durchläuft den Hydrattrockner 60 bevor es über die Zirkulationsleitung 37 wieder zu dem Wirbelschichtkühler 36 zurückgeführt wird. Die Wärmetauschleitungen 61 sind zu bspw. drei Wärmetauscherbündeln zusammengefasst, die über separate Einschübe 62a bis 62c aus dem Gehäuse 63 des Hydrattrockners 60 herausgezogen werden können (vgl. 3). Hierdurch wird die Wartung des Hydrattrockners 60 wesentlich vereinfacht.
Das von der Aufgabestation 1 über eine Förderschnecke 64 in den Hydrattrockner 60 eingebrachte Hydrat wird durch die Zufuhr von Fluidisierungsgas, insbesondere Luft, in fluidisiertem Zustand gehalten, um den Wärmeübergang zu erhöhen und dadurch die Wärmeaustauschfläche möglichst klein zu dimensionieren. Es erfolgt eine langsame Trocknung des Hydrates auf einem niedrigen Temperaturniveau und mit relativ geringen Temperaturgradienten bzw. Aufheizgeschwindigkeiten. Durch diese schonende Behandlung wird die Belastung der Hydratpartikel reduziert und die Wahrscheinlichkeit für Partikelbruch verringert. Hierdurch wird der Feinstaubanteil im Feststoff reduziert, was zu geringeren Druckverlusten in der Anlage führt. Da auch der bei der Trocknung des Hydrates entstehende Wasserdampf eine Fluidisierung der Feststoffe bewirkt, kann die Zufuhr des Fluidisierungsgases verringert oder sogar ganz unterbrochen werden. Hierdurch wird eine noch schonendere Behandlung des Hydrats erreicht. Der Volumenstrom des zugeführten Fluidisierungsgases wird vorzugsweise entsprechend der Feuchte des Metallsalzes so geregelt und eingestellt, dass eine ausreichende Fluidisierung sichergestellt ist.
Es ist auch möglich, das Abgas aus der Anlage ganz oder teilweise als Fluidisierungsgas einzusetzen. Hierzu kann der ganze oder ein Teil des Abgasstromes nach der Staubabtrennung, z. B. nach dem ESP und ggf. einer weiteren Gasreinigung, mit z. B. einem als Schlauchfilter ausgebildeten Staubfilter, verwendet werden. Zusätzlich kann noch Umgebungsluft und/oder Abgas aus einer Sauerstoffanreicherungsanlage (d. h. Gas mit verringerten Sauerstoffgehalt) eingemischt werden.
Das getrocknete Hydrat fließt über ein Fallrohr 65 aus dem Hydrattrockner 60 ab. Am Boden 66 des Fallrohres 65 zweigt ein Steigrohr 67 ab, das sich im Wesentlichen vertikal nach oben erstreckt. Der Feststoff am Boden des Fallrohres 65 wird mit Hilfe einer Düse fluidisiert. Die Düse kann hierbei nach oben oder abwärts gerichtet, um Verstopfungen zuverlässiger verhindern zu können. Der Fachmann kann alle ihm bekannten Maßnahmen zur geeigneten Fluidisierung des Feststoffes am Boden des Fallrohres 65 einsetzen. Bspw. ist es möglich, eine Kappendüse oder eine Düse mit einem an ihrem Ende vorgesehenen porösen Körper, der ein Verstopfen der Düse verhindern soll, vorzusehen. Auch besteht die Möglichkeit, das Fördergas über ein Fluidisiertuch oder sonstiges poröses Medium zuzuführen, das am Boden des Fallrohres über einem hier nicht dargestellten Gasverteiler angeordnet wird. Der Feststoff steigt durch das Steigrohr 67 in einen Entspannungsbehälter 68 und wird von diesem über die Leitung 3 dem Suspensionswärmetauscher 4 der ersten Vorwärmstufe zugeführt. Anstelle des Entspannungsbehälters 68 kann auch ein einfacher Krümmer am Ende des Steigrohres 67 vorgesehen sein.
Der bei der Trocknung des Hydrates entstehende Wasserdampf wird über die Leitung 53 zu dem Hydratfilter 50 zurückgeführt und dort wie oben beschrieben zur Verringerung der Hydratfeuchte eingesetzt. Da die Wärmemenge, die von dem Wirbelschichtkühler 36 an das Wärmeträgermedium abgegeben wird, nur von der produzierten Menge an Aluminiumoxid abhängt, kann der Massenstrom des Hydrates in den Hydrattrockner 60 durch die niedrigere Hydratfeuchte erhöht werden. Hierdurch lässt sich der spezifische Energiebedarf der Anlage weiter reduzieren.
Der Gasstrom aus dem Trockner 60 kann vollständig, aber bevorzugt nur teilweise, mit dem Abgas der Anlage, z. B. nach der ESP 8, ggf. nach einer weiteren Gasreinigung, z. B. mit einem Staubfilter, vermischt werden. Eine Mischung mit Umgebungsluft und/oder Abgas aus einer Sauerstoffanreicherungsanlage (d. h. Gas mit verringerten Sauerstoffgehalt) ist ebenfalls möglich. Damit lässt sich die Temperatur, der Volumenstrom und/oder der Wassergehalt des Gases, der zur Dampfhaube 52 geleitet wird, entsprechend den Bedürfnissen regeln und einstellen
Mit der Erfindung kann die Temperatur in den einzelnen Stufen des Prozesses genau eingestellt werden, wodurch der Prozess optimiert und der Energieverbrauch verringert werden kann. Auf Schwankungen in der Qualität, insbesondere der Feuchte, des Ausgangsproduktes kann schnell reagiert werden. Die Abgastemperaturen im Kamin und damit die Energieverluste lassen sich gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduzieren. Simulationsrechnungen lassen bei gleichbleibender Produktqualität eine Verringerung der benötigten Energie pro kg Produkt von bis zu 10% erwarten. Zudem ergibt sich eine schonende Behandlung der Feststoffe, so dass der Partikelbruch verringert werden kann.

1: Aufgabestation
2: Leitung
3: Hydrattrockner
4: Suspensionswärmetauscher
5: Bypassleitung
6: Regelventil
7: Leitung
8: Elektrofilter
9: Leitung
10: Suspensionswärmetauscher
11: Leitung
12: Abscheidezyklon
13: Leitung
14: Leitung
15: Suspensionswärmetauscher
16: Rückführzyklon
17: Leitung
18: Abscheidezyklon
19: Leitung
20: Wirbelschichtreaktor
21: Brennstoffleitung
22: Zufuhrleitung
23: Zufuhrleitung
24: Verbindungsleitung
25: Leitung
26: Mischbehälter
27: Bypassleitung
28: Steigleitung
29: Zyklonabscheider
30: Steigleitung
31: Zyklonabscheider
32: Steigleitung
33: Zyklonabscheider
34: Leitung
35: Leitung
36: Wirbelschichtkühler
37: Zirkulationsleitung
38: Leitung
39: Leitung
40: Leitung
50: Hydratfilter
51: Leitung
52: Dampfhaube
53: Leitung
54: Austragsschnecke
55: Leitung
56: Leitung
60: Trockeneinrichtung (Hydrattrockner)
61: Wärmetauschleitungen
62a–c: Einschübe
63: Gehäuse
64: Förderschnecke
65: Fallrohr
66: Boden
67: Steigrohr
68: Entspannungsbehälter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0861208 B1 [0004, 0004]
- DE 102007014435 A1 [0004, 0004, 0037]
- EP 0245751 B1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Metalloxid aus Metallsalzen, insbesondere aus Aluminiumhydroxid, wobei das Metallsalz in einer Trockeneinrichtung getrocknet, in wenigstens einer Vorwärmstufe vorgewärmt und in einem Wirbelschichtreaktor zu Metalloxid kalziniert wird, und wobei das gewonnene Metalloxid dann abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz vor der Trocknung in wenigstens einem Filter gereinigt wird und dass in der Trockeneinrichtung gebildeter Dampf in den Filter zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu trocknende Metallsalz in der Trockeneinrichtung fluidisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zu trocknende Metallsalz in der Trockeneinrichtung durch die Zufuhr von Fluidisierungsgas fluidisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zu trocknende Metallsalz in der Trockeneinrichtung durch den bei der Trocknung entstehenden Wasserdampf fluidisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockeneinrichtung ein vorzugsweise flüssiges Wärmeträgermedium zugeführt wird, mit dem das Metallsalz indirekt erwärmt wird und das in einem im Anschluss an den Wirbelschichtreaktor vorgesehenen indirekten Kühler aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium zwischen der Trockeneinrichtung und dem indirekten Kühlerzirkuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeträgermedium der Trockeneinrichtung mit einer Temperatur von 130 bis 220°C zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom des Metallsalzes an der Trockeneinrichtung vorbeigeführt wird.
Anlage zur Herstellung von Metalloxid aus Metallsalzen, insbesondere aus Aluminiumhydroxid, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Trockeneinrichtung (60) zur Trocknung des Metallsalzes, wenigstens einem Vorwärmer (4) zur Vorwärmung des Metallsalzes, einem Reaktor (20) zur Kalzinierung des Metallsalzes zu Metalloxid, und wenigstens einer Kühleinrichtung (28, 29, 30, 31, 32, 33) zur Kühlung des gewonnenen Metalloxids, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Trockeneinrichtung (60) ein Filter (50) zur Filtration des Metallsalzes vorgesehen ist, und dass eine Abgasleitung (53) der Trockeneinrichtung (60) mit dem Filter (50) verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (50) eine Dampfhaube (52) aufweist und dass die Abgasleitung (64) der Trockeneinrichtung (60) in die Dampfhaube (52) mündet.
Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trockeneinrichtung (60) Wärmetauschleitungen (61) für ein Wärmeträgermedium vorgesehen sind.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschleitungen (61) zu mehreren Wärmetauscherbündeln zusammengefasst sind, die über Einschübe (62a–c) getrennt aus einem Gehäuse (62) der Trockeneinrichtung (60) entnehmbar sind.
Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung für das Metalloxid einen mehrstufigen Kühler (36) zur indirekten Kühlung des Metalloxids aufweist und dass die Wärmetauschleitungen (61) der Trockeneinrichtung (60) über eine Zirkulationsleitung (37) für das Wärmeträgermedium mit der ersten Stufe (36a) des indirekten Kühlers (36) verbunden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch eine Bypassleitung (5) um die Trockeneinrichtung (60), die mit der ersten Vorwärmstufe verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Regelventil (6) zur Aufteilung des Hydratstroms zwischen der Trockeneinrichtung (60) und der Bypassleitung (5).