DE102015108722A1

DE102015108722A1 - Verfahren und Anlage zur thermischen Behandlung von körnigen Feststoffen

Info

Publication number: DE102015108722A1
Application number: DE102015108722.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Ströder; Peter Sturm; Michael Missalla; Cornelis Klett
Original assignee: Outotec Finland Oy
Current assignee: Outotec Finland Oy
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-08
Also published as: CN107709240A; BR112017025933A2; CA2985896C; AU2016269697B2; UA121333C2; US20180207598A1; WO2016193345A1; CN107709240B; EP3303222B1; CA2985896A1; AU2016269697A1; EP3303222A1; BR112017025933B1; EA034660B1; EA201792523A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehörige Anlage zurthermischen Behandlung von körnigen Feststoffen, insbesondere zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, bei dem der Feststoff in wenigstens einer Vorwärmstufe erwärmt und anschließend in einem Reaktor bei 700 bis 1400 °C umgesetzt wird. Dazu beträgt in wenigstens einer Vorwärmstufe der mittlere Temperaturgradient des Feststoffes < 15 K/s und die Verweilzeit des Feststoffes ≥ 15 s.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen Behandlung von körnigen Feststoffen, bei dem der Feststoff zunächst in wenigstens einer Vorwärmstufe erwärmt und anschließend in einem Reaktor bei 700 bis 1400 °C umgesetzt wird. Die Erfindung umfasst auch eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
In der Gewinnung von Metallen und ihren Salzen sind oftmals thermische Behandlungen der Rohmaterialen Bestandteil des jeweiligen Herstellungsverfahrens, wie z.B. Röstverfahren für Erze. Die thermische Behandlung eines Feststoffes ist zudem insbesondere bei der Herstellung eines Metalloxides notwendig, da dieses oft durch Kalzinierung aus einem anderen Metallsalz hergestellt wird, wie z.B. die Herstellung von Rutilmischphasen aus Titandioxidhydrat (vgl. z.B. DE 26 05 651 A1 ).
Von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung ist die Herstellung von Aluminiumoxid (Al₂O₃) aus Aluminiumhydroxid, wie es bspw. aus der EP 0 861 208 B1 bekannt ist. Hierbei wird das feuchte Aluminiumhydroxid zunächst in einem ersten Suspensionswärmetauscher getrocknet und auf eine Temperatur von etwa 160 °C vorgewärmt. Der Feststoff wird dann nach Abscheidung der Gase im Zyklonabscheider einem zweiten Suspensionsvorwärmer zugeführt, in welchen er mit dem Abgas aus dem Rückführungszyklon einer zirkulierenden Wirbelschicht weiter getrocknet wird. Anschließend wird der Feststoff einem Wirbelschichtreaktor mit einer zirkulierenden Wirbelschicht aufgegeben, in dem das Aluminiumhydroxid bei Temperaturen um etwa 1000 °C zu Aluminiumoxid kalziniert wird. Die Abgase dieser Wirbelschicht werden in dem zweiten Suspensionsvorwärmer als Heizmedium verwendet. Zudem wird ein Teilstrom des vorgewärmten Aluminiumhydroxids nach dem ersten Suspensionsvorwärmer abgezweigt und mit dem aus dem Rückfuhrzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht abgezogenen heißen Aluminiumoxid vermischt. Das heiße Produktgemisch wird anschließend in einem mehrstufigen Suspensionskühler in direktem Kontakt mit Luft gekühlt und dann zur Schlusskühlung einem Wirbelschichtkühler zugeführt. So entsteht Aluminiumoxid, welches einen hohen γ-Oxidanteil aufweist und gleichzeitig mit minimalem Wärmeverbrauch erzeugt werden kann.
Das in der DE 102 60 739 B3 beschriebene Verfahren umfasst ebenfalls eine zirkulierende Wirbelschicht in Kombination mit zwei Vorwärmstufen. Hierbei wird hoch qualitatives γ-Aluminiumoxid produziert, wobei das vorgewärmte Aluminiumhydroxid nach dem zweiten Suspensionsvorwärmer abgezweigt und mit dem heißen Aluminiumoxid aus der Wirbelschicht vermischt wird.
Problematisch an diesen Verfahren ist ein erheblicher Kornzerfall der Zwischenund Endprodukte, der als Zunahme des Kornanteils mit Partikelgrößen unter 45 µm gemessen wird. Dadurch entstehen Flugstäube, die aus dem Prozess entfernt werden müssen, was zum Austrag von werthaltigem Produkt führt.
Überaus kritisch ist auch, dass Stäube mit einem Partikeldurchmesser von 10 µm oder kleiner lungengängig sind. Diese Stäube können zu Schädigungen oder Krebserkrankungen führen, weshalb die Arbeitsplatzgrenzwerte hier verhältnismäßig niedrig liegen.
Schließlich ist eine möglichst enge Korngrößenverteilung auch deshalb wünschenswert, weil so die Produktqualität gesteigert wird. Mit verbesserter Produktqualität steigt der zu erzielende Preis.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Kornzerfall während der thermischen Behandlung eines körnigen Feststoffes, insbesondere auch von Aluminiumhydroxid bei dessen Umwandlung zu Aluminiumoxid, deutlich reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der körnige Feststoff wird erfindungsgemäß zuerst in eine Vorwärmung eingespeist, wobei diese Vorwärmung mindestens eine Vorwärmstufe, vorzugsweise zwei Vorwärmstufen aufweist. Anschließend wird der vorgewärmte Feststoff in einen Reaktor überführt, der bei 700 bis 1400 °C, vorzugsweise 800 bis 1200 °C, besonders bevorzugt bei 950 bis 1050 °C betrieben wird. Indem der Feststoff in wenigstens einer Vorwärmstufe mit einer Verweilzeit von ≥ 15 s und einem mittleren Temperaturgradient von < 15 K/s aufgewärmt wird, kann der Kornzerfall deutlich reduziert werden. Als mittlerer Temperaturgradient (TG) ist dabei die über die gesamte Verweilzeit (Δt) gemittelte Temperaturzunahme (ΔT) zu verstehen, nämlich: TG = ΔT / Δt
Den erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es während des Vorwärmens zu einer Umwandlung des Kristallgitters kommt. Durch die Umwandlung des Kristallgitters entstehen Instabilitäten in dem Gitter, wodurch die einzelnen Körner gegen mechanische Beanspruchungen wie Abrieb, Stöße etc. sehr empfindlich werden. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass bei einer sehr langsamen Umwandlung der Kristallstruktur ein Ausheilen von Fehlstellungen in Kristallgitter möglich ist, wodurch sich die Anzahl möglicher Bruchstellen in den Körnern signifikant verringert und somit der Kornzerfall deutlich abnimmt.
Zusätzlich muss davon ausgegangen werden, dass bei einer Entwässerung des körnigen Feststoffes, beispielsweise der Umwandlung des jeweiligen Trihydrats zum Monohydrat wie es bei der Aluminiumkalzination der Fall ist, der aus dem Partikel austretende Wasserdampf auch eine mechanische Belastung des Partikels darstellt. Je langsamer das Korn aufgeheizt wird, umso besser kann der Wasserdampf aus dem Korn austreten, ohne dass es aufgrund von Wasserdampfexplosionen zu Kornbruch kommt.
In einer begünstigten Ausgestaltung der Erfindung wird der Feststoff mit einer Verweilzeit von ≥ 30 s, bevorzugt ≥ 60 s, besonders bevorzugt ≥ 90 s und ganz bevorzugt ≥ 180 s vorgewärmt, um ein Ausheilen von Fehlstellungen im Kristallgitter zuverlässig zu ermöglichen.
Vorteilhaft ist dabei auch, wenn der Temperaturgradient < 15 K/s, bevorzugt < 13 K/s, besonders bevorzugt < 10 K/s und ganz bevorzugt < 7 K/s beträgt, da so die Vorwärmung und das Entfernen des Kristallwassers besonders schonend und somit ohne Schäden im Kristallgitter erfolgt.
Eine Ausgestaltung des Erfindungsgedanken sieht vor, dass der Feststoff zuerst schnell aufgewärmt wird, was einer mittleren Erwärmung oberhalb des mittleren Temperaturgradienten über die gesamte Verweilzeit entspricht. Der Temperaturgradient bezogen auf die ersten 10 % der Gesamtverweilzeit ist dabei größer als der Temperaturgradient bezogen auf die Gesamtverweilzeit. Bevorzugt ist er mindestens doppelt so groß, ganz besonders bevorzugt dreimal so hoch wie der Temperaturgradienten über die gesamte Verweilzeit. Dadurch wird das Material ohne große Wärmeverluste sehr schnell auf eine vergleichsweise hohe Temperatur gebracht und gleichzeitig die einzelnen Partikel durch ein langsameres Erwärmen bzw. im Extremfall sogar bei einer bestimmten Temperatur verweilenden thermischen Behandlung stabilisiert.
Insbesondere lässt sich der Effekt des abgesenkten Kornzerfalls bei der Umwandlung von Aluminiumtrihydrat (Al(OH)₃) zu Aluminiummonohydrat (AlO(OH)) feststellen, weshalb das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Umwandlung von Aluminiumhydroxid zu Aluminiumoxid geeignet ist.
Als Heizmedium für die Vorwärmung kann bspw. Rauchgas verwendet werden. Gleichzeitig ist auch eine Salzschmelze als Heizmedium geeignet, da diese eine sehr große Wärmekapazität aufweist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Vorwärmstufen vor, wobei in wenigstens einer Vorwärmstufe der Feststoff mit einer Verweilzeit von ≥ 15 s und einem mittleren Temperaturgradient von < 15 K/s aufgewärmt wird.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, in der in allen vorhandenen Vorwärmstufen der Feststoff mit einer Verweilzeit von ≥ 15 s und einem mittleren Temperaturgradient von < 15 K/s aufgewärmt wird, da hier in jeder Stufe die schonende Wärmebehandlung sichergestellt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Vorwärmung zwei Vorwärmstufen aufweist, wobei der Feststoff in der ersten Vorwärmstufe auf eine Temperatur zwischen 140 und 180 °C, vorzugsweise 160 bis 170 °C erwärmt wird und/oder in der zweiten, der ersten Vorwärmstufe nachgeschalteten Vorwärmstufe auf eine Temperatur von 200 bis 400 °C, vorzugsweise 300 bis 350 °C vorgewärmt wird.
Insbesondere bei der Vorwärmung von Aluminiumhydroxid und der damit verknüpften Umwandlung von Aluminiumtrihydrat zu Aluminiummonohydrat empfiehlt sich die Aufteilung der Vorwärmung in die zwei genannten Temperaturbereiche. Dies liegt darin begründet, dass bei der Umwandlung von Aluminiumtrihydrat zu Aluminiummonohydrat die kritische Umwandlung des Metallgitters vor allem in der zweiten Vorwärmstufe erfolgt, so dass in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Feststoff in einer der ersten Vorwärmstufe nachgeschalteten Vorwärmstufe auf 200 bis 400 °C, vorzugsweise 300 bis 350 °C bei einer Verweilzeit von ≥ 15 s und einem mittleren Temperaturgradienten des Feststoff von < 15 K/s erwärmt wird. So kann sichergestellt werden, dass während der Umwandlung entstehende Fehlstellungen im Kristallgitter ausgeheilt werden und sich potentielle Bruchstellen deutlich reduzieren.
Weiterhin hat es sich als günstig herausgestellt, wenn bei der Verwendung von wenigstens zwei nacheinander geschalteten Vorwärmstufen der Feststoff im Gegenstrom zum Heizmedium erwärmt wird, da so die Temperaturdifferenz zwischen Feststoff und Heizmedium annähernd konstant bleibt, so dass ein besonders guter Wärmeübergang erfolgt. Insbesondere kann durch die annähernd gleiche Temperaturdifferenz sichergestellt werden, dass der Temperaturgradient < 15 K/s bleibt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht weiterhin vor, dass wenigstens eine Vorwärmstufe als Ringwirbelschicht ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist diejenige Vorwärmstufe, in der eine Verweilzeit von ≥ 15 s und ein Temperaturgradient von < 15 K/s erreicht werden, als Ringwirbelschicht ausgestaltet. Die Ausgestaltung als Ringwirbelschicht hat den Vorteil, dass eine solche Ringwirbelschicht ein Wirbelschichtbett und ein darüber liegende Wirbelmischkammer aufweist (vgl. die DE 102 69 733 A2 ). Aus Wärmebilanzgründen weist die eigentliche Wirbelschicht eine geringere Temperatur auf, als die Wirbelmischkammer derselben Ringwirbelschichtvorwärmung. Typischerweise liegt die Temperatur der Ringwirbelschicht bei 200 bis 500 °C, bevorzugt 280 bis 310 °C, und die Temperatur der Wirbelmischkammer zwischen 325 und 340 °C, vorzugsweise 330 °C, teilweise aber auch bis zu 550 °C. Die Temperatur in der Ringwirbelschicht liegt wegen der endothermen Reaktion immer unterhalb der Temperatur in der Wirbelmischkammer. Indem der Feststoff zuerst in die Ringwirbelschicht eintritt, wird er dort langsam aufgeheizt, bis er aufgrund des Wasserverlustes auch immer wieder in die Wirbelmischkammer getragen wird und dort mit höheren Temperaturen erwärmt wird. In der Ringwirbelschicht wird so ein geänderter Temperaturverlauf über die Zeit erreicht, indem die Erwärmung des einzelnen Kornes langsamer erfolgt.
Bevorzugt wird in einem Aluminiumproduktionsverfahren in einer der ersten Vorwärmstufe nachgeschalteten Vorwärmstufe zur Erwärmung von 200 bis 400 °C, besonders bevorzugt 300 bis 350 °C eine Ringwirbelschicht eingesetzt.
Weiterhin hat es sich als günstig herausgestellt, dass in wenigstens einer Vorwärmstufe der Feststoff zuerst einer Aufwärmvorrichtung und dann einem Verweilzeitbehälter zugeführt wird. Dadurch können auch Vorwärmvorrichtungen verwendet werden, die in ihrer Ausbildung grundsätzlich keine lange Verweilzeiten insbesondere keine Verweilzeiten von ≥ 15 s gewährleisten. Dabei wird der Feststoff zuerst in der Aufwärmvorrichtung erwärmt und anschließend einem Verweilzeitbehälter zugeführt, so dass die Feststoffverweilzeit im jeweiligen Temperaturbereich der Vorwärmung deutlich gesteigert werden kann.
Es hat sich bei der Verwendung einer zweiteiligen Stufe bestehend aus Aufwärmung und Verweilzeitbehälter als günstig herausgestellt, einen Flashreaktor oder einen Plug-Flow-Reaktor als Aufwärmvorrichtung zu nutzen, da es sich hierbei um in der Regelung einfach zu betreibende, verhältnismäßig günstige und im Anlagenbau etablierte Reaktortypen handelt.
Bei der Verwendung eines Flash-Reaktors oder eines Plug-Flow-Reaktors hat es sich insbesondere als günstig herausgestellt, diese Aufwärmvorrichtung im Gegenstrom zu betreiben, da so die Temperaturdifferenz zwischen Feststoff und Wärmeträgermedium praktisch konstant ist und somit insgesamt ein höherer Wärmeübergang möglich ist. Vorzugsweise erfolgt der Wärmeübergang bei einem Flash-Reaktor oder einem Plug-Flow-Reaktor über indirekten Wärmetausch mit Hochdruckdampf, flüssigem Salz oder heißen Abgasen aus anderen Verfahrensstufen als Heizmedium.
Der Verweilzeitbehälter kann als einfacher Wirbelschichtreaktor, oder als Schurre, vorzugsweise mit einem variablen Querschnitt, mit rückstauerzeugendem Feststoffventil ausgebildet sein, worüber sich das Niveau regeln lässt.
Als besonders begünstigt hat sich jedoch herausgestellt, einen so genannten Tauchtopf oder Sealpot zu verwenden. Dabei wird aus einem Feststoffbehälter oder auch aus dem Vorwärmer selbst über eine abfallende Leitung (Fallrohr) der körnige Feststoffstrom abgezogen. Am Boden des Fallrohrs wird der Feststoff durch Zufuhr eines Fluidisiergases fluidisiert und über eine von dem Fallrohr abzweigende, aufsteigende Leitung (Steigrohr) auf ein höheres Niveau transportiert. Über die Einstellung des Fluidisiergases kann der aus dem System ausgetragene Feststoffstrom und somit die Verweilzeit eingestellt werden. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass eine Transportvorrichtung des Feststoffes und der Verweilzeitbehälter gleichzeitig in einem Apparat realisiert sind.
Der Verweilzeitbehälter kann dabei sowohl auf die Endtemperatur geheizt werden. Dies bietet den Vorteil, dass so eine bestimmte Endtemperatur gezielt erreicht werden kann.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Verweilzeitreaktor adiabatisch zu betreiben, wodurch die apparative Ausführung stark vereinfacht wird. Beim adiabatischen Betrieb wird eine einheitliche Temperatur aller Partikel erreicht, wobei es durchaus zum Abkühlen einzelner Teilchen kommt. Entscheidend bei der Verwendung eines Verweilzeitreaktors ist jedoch, dass die Partikel
Die Verschaltung von Aufwärmevorrichtung und Verweilzeitbehälter hat den Vorteil, dass der Feststoff nicht gleichmäßig, sondern zu Beginn schnell aufgewärmt wird und im Verweilzeitbehälter dann die fortwährende thermische Behandlung zu einer Stabilisierung der Kornstruktur führt. Die mittlere Verweilzeit ist dabei die Summe aller Verweilzeiten in dem System Aufwärmvorrichtung-Verweilzeitbehälter.
Schließlich ist es auch möglich, sehr viele Rührkesselstufen als Vorwärmung zu schalten, so dass der Feststoff dort schrittweise schonend erwärmt wird, indem die Verweilzeit in den einzelnen Rührkesseln bei ≥ 15 s und der mittlere Temperaturgradient von < 15 K/s in den einzelnen Rührkesseln eingehalten wird. Vorzugsweise muss bei der Herstellung von Aluminiumoxid nur bei Vorwärmungen zwischen 280 und 400 °C eine Verweilzeit von ≥ 15 s und ein mittlerer Temperaturgradient von < 15 K/s eingestellt werden. Das Heizmedium kann bei dieser Variante im Gegenstrom zu den einzelnen Kesseln geführt werden.
Die längeren Verweilzeiten, die auch zu insgesamt höheren Verfahrenszeiten führen, können durch höhere Durchflussgeschwindigkeiten an anderen Verfahrensstellen kompensiert werden.
Insbesondere hat es sich als günstig herausgestellt, zwischen den einzelnen Vorwärmstufen und/oder einer Vorwärmstufe und dem Reaktor und/oder zwischen Aufwärmreaktor und Verweilzeitreaktor Gas und Feststoffe mittels eines Fliehkraftabscheiders voneinander zu trennen, um so sehr hohe Volumenströme und damit verbunden eine sehr große und teure Dimensionierung der Anlage zu vermeiden. Diese Fliehkraftabscheider werden begünstigt mit erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten, vorzugsweise 20 bis 50 ms^–1 betrieben, da so die Abscheideeffizienz des Fliehkraftabscheiders gesteigert werden kann.
Vorteilhafterweise kann auch die Kapazität der Hydratfällung, z.B. bei der Fällung des Aluminiumhydroxids aus der Aluminatlauge als Schritt des Herstellungsverfahrens nach dem Bayer-Verfahren, gesteigert werden. Das so rapider gefällte Hydroxid führt in einem Verfahren nach dem Stand der Technik ebenfalls zu erhöhtem Kornzerfall, dies kann jedoch durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgeglichen werden.
Trotz der verlängerten Verweilzeit des Feststoffes in der Vorwärmung kann durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten hin zum Fliehkraftabscheider und in dem Fliehkraftabscheider und/oder eine erhöhte Fällungsrate in der Hydratfällung die Produktion des Gesamtprozesses pro Zeiteinheit gleich bleiben oder sogar erhöht werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Anlage zur thermischen Behandlung von körnigen Feststoffen mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Insbesondere ist eine solche Anlage geeignet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Eine solche Anlage umfasst wenigstens eine Vorwärmstufe zum Vorwärmen des Feststoffes und einen Reaktor zur Umsetzung der Feststoffe bei 700 bis 1400 °C. Dabei ist die wenigstens eine Vorwärmstufe so ausgestaltet, dass der mittlere Temperaturgradient des Feststoffes bei der Vorwärmung < 15 K/s und die Verweilzeit des Feststoffes ≥ 15 s ist. Durch diese Ausgestaltung kann ein geringerer Kornzerfall sichergestellt werden, da Fehlstellungen im Kristallgitter, die Sollbruchstellen bilden, ausgeheilt werden bzw. gar nicht entstehen können.
Es hat sich weiterhin als günstig herausgestellt, den Reaktor zur Umsetzung des körnigen Feststoffs bei 700 bis 1400 °C als Wirbelschichtreaktor auszubilden, da so gleichzeitig ein guter Stoff- und Wärmetransport gewährleitet wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorwärmstufe als Ringwirbelschichtreaktor ausgestaltet ist. Dies bietet zum einen die Möglichkeit, lange Verweilzeiten sicherzustellen, zum anderen tritt der Feststoff in die Ringwirbelschicht ein, die aus Wärmebilanzgründen eine geringere Temperatur aufweist als die Wirbelmischkammer. Dadurch ist der Temperaturgradient des Feststoffes während des Aufheizens abgesenkt, wodurch die Umwandlung langsamer vollzogen wird und zudem der Wasseraustritt durch verdampfendes Kristallwasser nicht mehr schlagartig, sondern auch langsamer erfolgt, weshalb Schädigungen durch Wasserdampfexplosionen abgemildert werden.
Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Vorwärmstufe aus einem Aufwärmreaktor und einem Verweilzeitreaktor gebildet wird, wobei das Aufwärmen hier mit einer verhältnismäßig kurzen Verweilzeit geschieht und anschließend der Feststoff bis zu einer Gesamtverweilzeit von ≥ 15 s bei der jeweiligen Zieltemperatur in Verweilzeitreaktor verbleibt, wodurch ebenfalls Schäden im Kristallgitter verheilt werden können.
Zwischen Aufwärmreaktor und Verweilzeitreaktor kann ein Zyklon zum Abscheiden von Partikeln und Gas verwendet werden, so dass keine sehr hohen Gesamtvolumenströme in den Verweilzeitrektor geführt werden müssen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich 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, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen schematisch:
1 schematisch eine erfindungsgemäße Anlage,
2 eine erfindungsgemäße Vorwärmstufe,
3 schematisch eine erfindungsgemäße Anlage mit Flash-Reaktor und Verweilzeitreaktor.
4 schematisch einen ersten erfindungsgemäßen Anlagekomplex,
5 schematisch einen zweiten erfindungsgemäßen Anlagekomplex und
6 schematisch einen dritten erfindungsgemäßen Anlagekomplex,
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Aluminiumoxid. Der Ausgangsstoff Aluminiumhydroxid wird als körniger Feststoff über eine Zufuhr 11, bspw. eine Förderschnecke, der ersten Vorwärmstufe 10 zugeführt und auf 160 °C erwärmt. Der erwärmte Feststoff wird dann über Leitung 12 zu einer zweiten Vorwärmstufe 20 geleitet.
In der zweiten Vorwärmstufe 20 wird das Aluminiumhydroxid weiter auf eine Temperatur von 400 °C aufgewärmt. Die Aufwärmung erfolgt dabei bspw. mit einer Verweilzeit von 15 s und einem Temperaturgradienten von 13 K/s. Um dies zu gewährleisten, kann die Vorwärmstufe 20 auch zweistufig, nämlich bestehend aus einer Aufwärmvorrichtung und einem Verweilzeitbehälter ausgestaltet sein.
Anschließend wird das teilweise entwässerte Aluminiumhydroxid über eine Leitung 21 einem Fliehkraftabscheider 22 zugeführt. Ist die Vorwärmstufe 20 zweistufig ausgestaltet, so hat es sich insbesondere als günstig herausgestellt, den Verweilzeitbehälter nach dem Fliehkraftabscheider 22 zu positionieren, da so der Verweilzeitbehälter kleiner dimensioniert werden kann.
Anschließend wird der erwärmte Feststoff einem Wirbelschichtreaktor 30 zugeführt. Dieser wird über eine Leitung 31 mit Gas gespeist, so dass Aluminiumhydroxid in einer Wirbelschicht 32 bei Temperaturen von 950 °C zu Aluminiumoxid kalziniert wird.
Es hat sich als günstig herausgestellt, den Wirbelschichtreaktor 30 als zirkulierende Wirbelschicht auszugestalten. Dazu wird über eine Leitung 33 der heißen Feststoff mitführende Gasstrom einem Zyklon 34 zugeführt, in dem Feststoff und Gase getrennt werden. Teile des Feststoffs aus dem Zyklon 34 werden über Leitung 35 aus dem Prozess ausgeschleust und beispielsweise einer nicht dargestellten Kühlung zugeführt. Der verbleibende Feststoff wird über Leitung 36 in die Wirbelschicht 32 im Wirbelschichtreaktor 30 rezirkuliert.
Statt des Wirbelschichtreaktors 30 kann auch ein anderer Kalzinierreaktor, beispielsweise ein Flash-Reaktor verwendet werden.
Das im Zyklon 34 abgetrennte heiße Gas kann über Leitung 37 abgezogen und als Heizmedium in einer Vorwärmstufe genutzt werden. Als vorteilhaft hat sich vor allem die Verwendung in der zweiten Vorwärmstufe 20 herausgestellt, da hier größere Wärmemengen als in der ersten Vorwärmstufe 10 erforderlich sind.
Zur Steigerung der Energieeffizienz der Anlage kann ferner auch das heiße Gas aus dem Zyklon 22 über eine Leitung 24 der ersten Vorwärmstufe 10 zugeführt werden und/oder in der nicht dargestellten Kühlung des Produktes entstehende Wärme in wenigstens einer der Vorwämungen 10, 20 genutzt werden.
Problematisch an einer Rückführung der erwärmten Gase in die erfindungsgemäß ausgestaltete Vorwärmstufe ist, dass hier die Temperaturen stark schwanken können. Bei der Aluminiumherstellung ist beispielsweise von Temperaturschwankungen zwischen 970 und 1100 °C auszugehen. Eine Regelung ist daher unbedingt erforderlich.
Die in 2 nahegestellte erfindungsgemäße Vorwärmstufe 20 ist als Ringwirbelschichtreaktor ausgestaltet.
Über eine Zufuhr 201 wir der körnige Feststoff in die Vorwärmstufe 20 eingebracht. Er gelangt dort in eine Wirbelschicht 202.
Der Feststoff wird in dieser Wirbelschicht 202 mit dem über eine Leitung 203 in ein Zentralrohr 204 eingebrachten Gas auf die zur Umsetzung benötigte Temperatur gebracht. Bereits erwärmter Feststoff gelangt immer wieder aus der ringförmigen Wirbelschicht 202 in eine oberhalb entstehende Wirbelmischkammer 205 und wird dort teilweise über einen Auslass 206 aus der Vorwärmstufe 20 abgezogen. Der verbleibende Teil des Feststoffs fällt zurück in die Wirbelschicht 202.
Die Vorwärmstufe 20 ist vorzugsweise mit einem Doppelmantel 208 ausgestaltet, um so Wärmeverluste zu vermeiden.
Das Zentralrohr 204 weist eine möglichst dünne Wandstärke von 100 oder 150 mm auf, um einen möglichst guten Wärmeübergang zu ermöglichen.
In der Wirbelmischkammer 205 kann der Feststoff überdies mit Wasser aus einer Düse 207 beaufschlagt werden, sofern Hydratmangel herrscht.
Normalerweise findet in der Wirbelmischkammer 205 eine endotherme Reaktion statt: Aluminiumtrihydroxid zu Aluminiummonohydroxid. Das bewirkt eine starke Abkühlung des Abgases aus dem Reaktor 30. Wird nun der eintretende Hydratmassenstrom 201 reduziert, dann wird entsprechend weniger Reaktionswärme verbraucht, das Abgas aus dem Reaktor 30 wird nicht ausreichend gekühlt und den nachgeschalteten Apparaten und Rohrleitungen droht eine Beschädigung. Deshalb wird durch die Düse 207 Wasser eingedüst, was bei der Temperatur der zweiten Vorwärmstufe vollständig verdampft. Die Verdampfungswärme des Wassers ersetzt dann ganz oder teilweise den verringerten Wärmeverbrauch für die chemische Reaktion.
Der Deckel der Vorwärmstufe 20 ist über Schweißflanschverbindungen 209 mit dem Reaktor verbunden, da so der Reaktor verhältnismäßig einfach geöffnet und das Zentralrohr 203 getauscht werden kann.
3 entspricht schließlich im Wesentlichen der 1 und zeigt ebenfalls das Schema einer Kalzinierungsanlage gemäß der Erfindung. Die einzelne, als Ringwirbelschicht ausgestaltete Vorwärmstufe 20 ist dabei ersetzt durch einen Aufwärmreaktor 40 und den nachfolgenden Verweilzeitreaktor 42.
Über Leitung 12 wird das vorzuwärmende Gut hin zum Aufwärmreaktor 40 transportiert. dieser Aufwärmreaktor 40 kann sowohl mit heißen Gasen aus dem Zyklon 34 oder anderweitig betrieben werden. Vorzugsweise erfolgt hier eine schnelle Aufheizung des Feststoffes, also mit einem Temperaturgradienten in den ersten 10 % der Gesamtverweilzeit, der oberhalb des Temperaturgradienten über die Gesamtverweilzeit liegt.
Als mittlerer Temperaturgradient über die Gesamtverweilzeit wird dabei derjenige Temperaturgradient angesehen, der sich als Quotient der Temperaturdifferenz zur Gesamtverweilzeit ergibt. Die Temperaturdifferenz ist diejenige zwischen der Einlasstemperatur des Feststoffes bei Eintritt in den Aufwärmreaktor 40 und der Auslasstemperatur des Feststoffes bei Austritt des Feststoffes aus dem Verweilzeitreaktor 42. Die Gesamtverweilzeit entspricht der Verweilzeit zwischen Eintritt und Austritt des Feststoffes aus dem Verweilzeitreaktor 42.
Das derart aufgeheizte Gut, welches vorzugsweise bereits eine Temperatur aufweist, welche maximal 20 °C, bevorzugt nur 10 °C von der zu erreichenden Endtemperatur der Vorwärmung aufweist, wird aus dem vorzugsweise als Flash-Reaktor ausgestalteten Aufwärmreaktor 40 über Leitung 41 abgezogen und dem Verweilzeitreaktor 42 zugeführt. Besonders vorteilhafter Weise ist der Verweilzeitreaktor 42 dabei so ausgestaltet, dass er gleichzeitig als Feststofftransportvorrichtung dient, was beispielsweise durch einen Tauchtopf realisiert wird.
Über Leitung 21 gelangt dann der vorgewärmte Feststoff in die nachfolgenden, aus 1 bekannten Anlagenteile. Gemäß dem in 4 dargestellten Fließschemas des erfindungsgemäßen Verfahrens wird feuchtes Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃) über Leitung 101 auf einen Hydratfilter 100 aufgegeben und dort mit Waschwasser gereinigt.
Bevorzugt ist der Hydratfilter mit einer Dampfhaube ausgestattet, wodurch das Hydrat bereits bei der Filtrierung teilweise getrocknet wird. Das Filtrat wird über Leitung 102, bevorzugt mit einer nicht dargestellten Förderschnecke einer ersten Vorwärmstufe 106 zugeführt, in der es auf eine Temperatur zwischen 100 und 200 °C vorgewärmt wird.
Über Leitung 107, 107' gelangt dann das Hydrat in einen Venturi 110, aus dem die Abgase über Leitung 112 in eine elektrostatische Gasreinigung (ESP) 108 geleitet werden. Von dort werden die Abgase mit einer Temperatur von 110 bis 170 °C, vorzugsweise 120 bis 140 °C über Leitung 109 in einen nicht dargestellten Kamin abgeleitet. Der aus der elektrostatischen Gasreinigung 108 austretende Feststoff gelangt über Leitung 111 direkt zu dem Produkt der Kalzinierung.
Über Leitung 119 wird aus dem Feststoffabscheider 110 der Feststoff in eine zweite Vorwärmstufe 128 transportiert. In dieser wird er auf eine Temperatur von 150 bis 300 °C aufgeheizt und über Leitung 113 einem Abscheidezyklon 115 zugeführt. Der Abgasstrom des Abscheidezyklons 115 wird über Leitung 114 dem Wärmetauscher 106 zugeführt, um das Hydrat zu erwärmen und zu dem Elektrofilter 118 zu fördern.
Die Feststoffe aus dem Abscheidezyklon 115 werden über Leitung 116 und 118 einem Wirbelschichtreaktor 120 zugeführt, in dem der Feststoff bei Temperaturen von 850 bis 1100 °C, insbesondere etwa 950 °C, kalziniert und zu Aluminiumoxid (Al₂O₃) dehydratisiert wird.
Die Zufuhr, die für die Kalzinierung erforderlichen Brennstoffs erfolgt über eine Leitung 151, die in geringer Höhe über dem Rost des Wirbelschichtreaktors 120 angeordnet ist.
Die zur Verbrennung erforderlichen sauerstoffhaltigen Gasströme werden über eine Zufuhrleitung 154 als Fluidisierungsgas und über Leitung 132 als Sekundärluft zugeführt. In Folge der Gaszuführung stellt sich im unteren Reaktorbereich zwischen dem Rost und der Sekundärgaszuführung 132 eine relativ hohe Suspensionsdichte, oberhalb der Sekundärgaszuführung 132 eine vergleichsweise geringe Suspensionsdichte ein. Die Primärluft wird nach der üblichen Kompression ohne weitere Erwärmung mit einer Temperatur von etwa 80 °C in den Wirbelschichtreaktor 120 eingespeist, wobei die Temperatur der Sekundärluft bei etwa 550 °C liegt.
Die Gasfeststoffsuspension tritt über Leitung 123 in den Rückführzyklon 122 der zirkulierenden Wirbelschicht ein, in dem eine neuerliche Trennung von Feststoff und Gas erfolgt. Der über die Leitung 124 aus dem Rückführzyklon 122 austretende Feststoff, der eine Temperatur von etwa 950 °C aufweist, wird in einen Mischbehälter 125 eingetragen. In dem Mischbehälter 125 wird über Leitung 111 auch der in der elektrostatischen Gasreinigung 108 abgetrennte Feststoff sowie Feststoff aus Leitung 116, 117 zugemischt. Vorzugweise weist der Mischbehälter 125 eine fluidisierte Wirbelschicht auf, um hier eine vollständige durch Mischung zu erreichen. Günstig sind hierzu auch lange Verweilzeiten von 30 Minuten oder mehr.
Aus dem Mischbehälter 125 wird das erhaltene Produkt über eine Leitung 26, 131' einem Suspensionskühler 130 zugeführt. Das Abgas des Suspensionskühlers 130 gelangt über Leitung 132 als die Sekundärluft in den Wirbelschichtreaktor 120. Der Feststoff aus dem Suspensionskühler 130 wird über Leitung 133, 139 in den Suspensionskühler 137 eingebracht. Dessen Abgas wird über Leitung 131, 131' in den Kühler 130 zurückgeführt, während der Feststoff über Leitung 138 abgezogen wird.
Das Aluminiumoxid aus Leitung 138 wird einer Schlusskühlung in einem Wirbelschichtkühler mit mehreren Kühlkammern unterzogen, die über eine Leitung 150 mit Fluidisierungsluft bestückt wird. In die erste Kammer 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 auf. In der zweiten Wärmekammer wird das Aluminiumoxid weiterhin mit Wasser gekühlt, das über Leitung 155 zu- und über Leitung 157 wieder abgeführt wird. In den ein oder zwei folgenden Kammern der Wirbelschichtkühlung 140 wird vorzugsweise mit Gas gekühlt.
5 zeigt eine ähnlich ausgestaltete Anlage zur Kalzinierung, unterscheidet sich jedoch gleich in mehrerer Hinsicht von dem in 4 gezeigten Verfahren.
Zum einen zweigt von der Leitung 102 eine Leitung 103 ab, die in einen Hydrattrockner 104 mündet. In diesem wird das Hydrat im indirekten Wärmetausch mit einem flüssigen Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, auf eine Temperatur von 100 bis 110 °C erwärmt und ausgehend von einer Feuchte von etwa 6 Gew.-% nahezu vollständig getrocknet. Anschließend wird es über Leitung 105 in bekannter Weise der Vorwärmstufe 106 zugeführt.
Das Wasser zum Erwärmen des Hydrats stammt aus der Wirbelschichtkühlung 140 des Produktes und wird über Leitung 141 zu- und über Leitung 142 wieder abgeführt, so dass ein geschlossener Kreislauf zwischen dem Hydrattrockner 104 und der ersten Kammer der Wirbelschichtkühlung 140 entsteht.
Weiterhin sieht ein Verfahren gemäß 5 eine weitere Vorwärmstufe vor, so dass sich hier die Vorwärmstufen 106, 114 und 115 zeigen. Das Material wird daher zuerst über Leitung 111 der zweiten Vorwärmstufe 114 zugeführt, von der aus es über Leitung 118 in Fliehkraftabschnitte 110 gelangt. Die Abgase aus dem Fliehkraftabschnitt 110 werden in bekannter Weise über Leitung 112 wenn nur der ersten Vorwärmstufe 106 zugeführt und dienen so als Wärmeträgermedium. Die Feststoffe werden über Leitung 119 einer zweiten Vorwärmstufe 128 und von dort über Leitung 113 in einen Fliehkraftabschnitt 115 geführt.
Schließlich zeigt 5 noch einen weiteren Suspensionswärmetauscher, so dass sich nach dem Reaktor 120 insgesamt drei Suspensionswärmetauscher 130, 134 und 137 finden.
6 zeigt ein stark vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Al₂O₃. Dabei wird über Leitung 301 und Hydratfilter 300 das Material aufgegeben. Über Leitung 302 wird das Edukt abgezogen und der ersten Vorwärmstufe 304 zugeführt. Über Leitung 305 gelangt das vorgewärmte Material in den Fliehkraftabscheider 310.
Das Abgas wird über Leitung 311 einem zweiten Fliehkraftabscheider 312 zugeführt. Über die Leitungen 314 und 315 wird der Feststoff in Leitung 317 abgeleitet.
Über Leitung 313 wird das gesammelte Abgas einer elektrostatischen Gasreinigung 318 zugeführt, aus dem über Leitung 319 gereinigte Abgase entweichen, während über Leitung 336 der Feststoff abgeführt wird.
Der über 317 in die zweite Vorwärmstufe 320 gelangende Feststoff wird dort in der erfindungsgemäßen Weise mit entsprechender Verweilzeit weiter erwärmt und anschließend über Leitung 321 einem zweiten Fliehkraftabscheider 322 zugeführt. Dieser führt den Feststoff über Leitung 324 in Wirbelschichtreaktor 330 und dessen zugehörigen Fliehkraftabscheider 331. Eine Abtrennung des Feststoffs erfolgt über zusätzliche Einspeisung von Fluidisierungsgas über Leitung 335 und Abzug des Feststoffs über Leitung 338.
Das Abgas aus dem Fliehgasabschnitt 322 wird über Leitung 323 als Wärmeträgermedium der ersten Vorwärmstufe 304 zugeführt.
Über Leitung 333 wird dem Reaktor 330 Brennstoff zur Erzeugung der notwendigen Temperatur zugeführt. Über Leitung 334 gelangt Fluidisierungsluft in den Reaktor. Über Leitung 335 wird zusätzliches Gas in den Reaktor befördert, welches auch den Feststoff aus Leitung 336 transportiert.
Zudem gelangt aus Leitung 341 über einen Zyklon 340 und Leitung 342 Sekundärluft in den Reaktor 330.
Beispiel

In einer gemäß der Darstellung von 6 ausgestalteten Anlage werden 50.000 kg/h Aluminiumhydrat mit einer Feuchte von 7 Gew.-% Wasser mit Umgebungstemperatur eingespeist. In der ersten Vorwärmstufe 304 wird das Hydrat auf eine Temperatur von 170 °C gebracht. Anschließend wird es in einer zweiten Vorwärmstufe 320 auf 370 °C erhitzt, bevor es in dem Reaktor 332 bei 1000 °C kalziniert wird. Es zeigt sich dabei in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der Erwärmung von 170 °C auf 370 °C in der zweiten Vorwärmstufe folgender Partikelbruch mit Partikeln > 45 µm: Tabelle 1:

Versuch	Verweilzeit	Aufwärmrampe(n)	Partikelbruch
V1	10 s	20 K/s	39 Gew.-%
V2	30 min	0,111 K/s	33 Gew.-%
V3	60 min	0,056 K/s	29 Gew.-%
V4	90 min	0,037 K/s	29 Gew.-%
V5	60 min	1 min mit 3 K/s + 59 min mit 0,0056 K/s	29 Gew.-%

Versuch V1 zeigt dabei eine herkömmliche Erwärmung. Im Vergleich dazu wird durch die Versuche V2, V3 und V4, dass durch eine deutlich langsamere Erwärmung der Partikelbruch deutlich abgesenkt werden kann. Versuch V5 zeigt, dass auch ein erstes schnelles Aufheizen mit einer ersten Rampe und anschließendes Stabilisieren durch eine zweite, sehr viel langsamere Aufheizrampe den erfindungsgemäßen Effekt zeigen, der als Zusammenspiel aus Aufwärmrate und Verweilzeit verstanden werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Vorwärmstufe
11, 12: Leitung
20: Vorwärmstufe
21: Leitung
22: Zyklon
23, 24: Leitung
30: Reaktor
31: Leitung
32: Wirbelschicht
33: Leitung
34: Zyklon
35–37: Leitung
40: Aufwärmreaktor
41: Leitung
42: Verweilzeitreaktor
100: Hydratfilter
101–103: Leitung
104: Hydrattrockner
105: Leitung
106: Vorwärmstufe
108: elektrostatische Gasreinigung
109: Leitung
110: Feststoffabscheider
111–113: Leitung
114: Vorwärmstufe
115: Feststoffabscheider
116–118: Leitung
120: Wirbelschichtreaktor
121: Leitung
122: Feststoffabscheider
123, 124: Leitung
125: Mischbehälter
126: Leitung
130: Suspensionskühler
131–133: Leitung
134: Suspensionskühler
135, 136: Leitung
137: Suspensionskühler
138, 139: Leitung
140: Wirbelschichtkühler
141–143: Leitung
151–158: Leitung
201: Zufuhr
202: Ringwirbelschicht
203: Leitung
204: Zentralrohr
205: Wirbelmischkammer
206: Auslass
207: Düse
208: Doppelmantel
209: Schweißflanschverbindungen
300: Hydratfilter
301, 302: Leitung
304: Vorwärmstufe
305: Leitung
310: Fliehkraftabscheider
311: Leitung
312: Fliehkraftabscheider
313–317: Leitung
318: elektrostatische Gasreinigung
319: Leitung
320: Vorwärmstufe
321: Leitung
322: Fliehkraftabscheider
324: Leitung
330: Wirbelschichtreaktor
331: Rückführzyklon
333–338: Leitung
340: Fliehkraftabscheider
341, 342: Leitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2605651 A1 [0002]
EP 0861208 B1 [0003]
DE 10260739 B3 [0004]
DE 10269733 A2 [0023]

Claims

Verfahren zur thermischen Behandlung von körnigen Feststoffen, insbesondere zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, bei dem der Feststoff in wenigstens einer Vorwärmstufe erwärmt und anschließend in einem Reaktor bei 700 bis 1400 °C umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Vorwärmstufe der mittlere Temperaturgradient des Feststoffes < 15 K/s und die Verweilzeit des Feststoffes ≥ 15 s beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff in einer ersten Vorwärmstufe auf 140 bis 180 °C erwärmt wird und/oder in einer der ersten Vorwärmstufe nachgeschalteten Vorwärmstufe auf 200 bis 400 °C erwärmt wird und/oder in der nachgeschalteten Vorwärmstufe der mittlere Temperaturgradient des Feststoffs < 15 K/s und die Verweilzeit des Feststoffs > 15 s beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Temperaturgradient des Feststoffes in den ersten 10 % der Verweilzeit oberhalb des mittleren Temperaturgradienten über die gesamte Verweilzeit liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Temperaturgradient des Feststoffes in den ersten 10 % der Verweilzeit mehr als doppelt so groß wie der mittlere Temperaturgradient über die gesamte Verweilzeit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff in wenigstens zwei nacheinander geschalteten Vorwärmstufen im Gegenstrom zum Heizmedium erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorwärmstufe als Ringwirbelschicht ausgestaltet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Vorwärmstufe der Feststoff zuerst einer Aufwärmvorrichtung und dann einem Verweilzeitbehälter zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verweilzeitbehälter dergestalt betrieben wird, dass über ein Fallrohr ein Feststoffstrom abgezogen wird, wobei der aus dem Feststoffbehälter abgezogene Feststoffstrom am Boden des Fallrohrs durch Zufuhr eines Fördergases fluidisiert und über ein von dem Fallrohr abzweigendes Steigrohr auf ein höheres Niveau transportiert wird und die Verweilzeit durch den durch das Steigrohr geförderten Feststoffstrom durch die variable Zufuhr des Fördergases variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmvorrichtung ein Flash-Reaktor oder ein Plug-Flow-Reaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmvorrichtung im Gegenstrom betrieben wird.
Anlage zur Kalzinierung von körnigen Feststoffen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit wenigstens einer Vorwärmstufe (10, 20) zum Vorwärmen des Feststoffes und einem Reaktor (30) zu Umsetzung des Feststoffes bei 700 bis 1400 °C, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vorwärmstufe (10, 20) so ausgestaltet ist, dass der mittlere Temperaturgradient des Feststoffes < 15 K/s und die Verweilzeit des Feststoffes ≥ 15 s beträgt.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorwärmstufe (10, 20) einen Ringwirbelschichtreaktor oder eine Kombination aus einem Aufwärmreaktor (40) und einem Verweilzeitreaktor (42) aufweist.