DE10331364B3

DE10331364B3 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid

Info

Publication number: DE10331364B3
Application number: DE10331364A
Authority: DE
Inventors: Michael Missalla; Martin Dr. Hirsch; Michael Dr. Ströder; Karsten Hoffhaus
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Metso Outotec Oyj
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-07-12
Also published as: WO2005005318A2; WO2005005318A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid, bei dem das Metallhydroxid vorgewärmt über wenigstens eine pneumatische Förderstrecke und über wenigstens einen dieser nachgeschalteten Abscheidezyklone (8, 11) zumindest teilweise in einen Reaktor (12) mit Wirbelschicht geführt, dort durch Verbrennen von Brennstoff auf eine Temperatur von 650 bis 1250 DEG C erhitzt und Metalloxid erzeugt wird. Das Metalloxid wird in einem Mischbehälter (19) mit einem Teilstrom von vorgewärmtem Metallhydroxid derart gemischt, dass das vorgewärmte Metallhydroxid weiter erwärmt und zumindest teilweise kalziniert wird. Das Metalloxid wird dann aus dem Mischbehälter (19) wenigstens einer Kühlstufe (27, 28, 30, 31) zugeführt. Die Energieausnutzung des Verfahrens wird dadurch gesteigert, dass das Abgas des wenigstens einen Abscheidezyklons (8, 11) als Förderluft derart in den Mischbehälter (19) eingebracht wird, dass Metalloxid aus dem Mischbehälter (19) pneumatisch in die wenigstens eine Kühlstufe bzw. eine zu dieser führende Förderstrecke (24) transportiert wird. Weiter betrifft die Erfindung eine entsprechende Anlage (Fig. 2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid, bei dem das Metallhydroxid vorgewärmt über wenigstens eine pneumatische Förderstrecke und über wenigstens einen nachgeschalteten Abscheidezyklon zumindest teilweise in einen Reaktor mit Wirbelschicht geführt, dort durch Verbrennen von Brennstoff auf eine Temperatur von 650 bis 1250 °C erhitzt und Metalloxid erzeugt wird, welches in einem Mischbehälter mit einem Teilstrom von vorgewärmtem Metallhydroxid derart gemischt wird, dass das vorgewärmte Metallhydroxid weiter erwärmt und zumindest teilweise kalziniert wird, wobei das Metalloxid aus dem Mischbehälter wenigstens einer Kühlstufe zugeführt wird. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Anlage.

Aus der EP 0 861 208 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid (Tonerde) aus Aluminiumhydroxid (Hydrat) in einem Wirbelschichtreaktor bekannt, bei welchem das Aluminiumhydroxid zunächst in mehreren Vorwärmstufen getrocknet, teilweise kalziniert und vorgewärmt in den Reaktor geleitet wird. In diesem wird durch Verbrennen von Brennstoff bei Temperaturen von 800 bis 1000 °C Aluminiumoxid erzeugt. Das bei der Verbrennung entstehende Abgas des Reaktors wird energetisch ausgenutzt, indem es den Vorwärmstufen zugeleitet wird. Das aus dem Reaktor abgezogene Aluminiumoxid wird zur Abkühlung durch eine direkte Kühlstufe geführt, in welcher das Aluminiumoxid in einer Förderleitung pneumatisch aufwärts in einen Zyklon transportiert wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Energieausnutzung des Kalzinierungsschrittes jedoch als verbesserungsbedürftig empfunden.

Weiter ist aus der DE 101 40 261 A1 ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid bekannt, bei welchem das Aluminiumhydroxid dem Reaktor vorgewärmt über eine erste pneumatische Förderstrecke, die in einen Abscheidezyklon mündet, zugeführt wird. Aus dem Reaktor wird dann Aluminiumoxid zusammen mit teilweise getrocknetem Aluminiumhydroxid aus dem Abscheidezyklon der ersten pneumatischen Förderstrecke in einen Mischbehälter geleitet, in welchem das Aluminiumhydroxid durch das heiße Aluminiumoxid aufgeheizt und kalziniert wird. Hierdurch wird eine verbesserte Energieausnutzung des Kalzinierungsschrittes erreicht, da die Wärmeenergie des aus dem Reaktor ausgetragenen Aluminiumoxids zur Kalzinierung des vorgewärmten Aluminiumhydroxids in dem Mischbehälter genutzt wird. Aus diesem Mischbehälter fällt das Aluminiumoxid in eine weitere pneumatische Förderleitung, die das Aluminiumoxid weiter in verschiedene Kühlstufen transportiert. Durch diese gravimetrische Förderung des Aluminiumoxids aus dem Mischbehälter in die pneumatische Förderleitung ist es erforderlich, dass der Reaktor mit dem Mischbehälter vertikal oberhalb der Förderleitung angeordnet ist. Hierdurch steigt die Bauhöhe einer derartigen Anlage, so dass auch die Montage dieser Anlage aufwändig ist.

Die Abluft des Abscheidezyklons, welcher der ersten pneumatischen Förderstrecke nachgeschaltet ist, wird dabei in die dem Mischbehälter nachgeschaltete pneumatische Förderstrecke an deren Ende eingebracht, wobei die Abluft dabei erwärmt wird, um sie später dem Reaktor als Verbrennungsluft zuzuführen. Da in dem Abscheidezyklon das Aluminiumhydroxid nicht vollständig von der Förderluft der pneumatischen Förderstrecke getrennt werden kann, wird stets ein Anteil nicht kalziniertes Aluminiumhydroxid über die pneumatische Förderstrecke in die Kühlstufen eingebracht und mit dem Aluminiumoxid vermischt, welches dadurch verunreinigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, bei der Kalzinierung von Metallhydroxid die Ausnutzung der eingesetzten Wärmeenergie weiter zu verbessern und gleichzeitig die Reinheit des Produkts zu steigern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem das Abgas des wenigstens einen Abscheidezyklons als Förderluft derart in den Mischbehälter eingebracht wird, dass Metalloxid aus dem Mischbehälter pneumatisch in die wenigstens eine Kühlstufe bzw. eine zu dieser führende Förderstrecke gefördert wird. Die Förderluft der ersten pneumatischen Förderstrecke wird dabei zu einer Zwischenförderung genutzt, durch welche das Metalloxid aus dem Mischbehälter in die Kühlstufe transportiert werden kann. Aufgrund dieser Zwischenförderung ist ein Niveauunterschied zwischen dem Mischbehälter und der zu der Kühlstufe führenden weiteren pneumatischen Förderstrecke, welche bei den bekannten Verfahren notwendig war, nun entbehrlich, so dass der Mischbehälter bspw. auf Bodenniveau aufgestellt werden kann. Dies reduziert die Bauhöhe einer Kalzinieranlage zum Betreiben des erfindungsgemäßen Verfahrens um etwa 6 bis 7 Meter und vereinfacht dadurch auch die Montage.

Diese Reduzierung der Bauhöhe einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere dann erreicht werden, wenn das Metalloxid aus dem Mischbehälter über eine zumindest bereichsweise aufsteigende pneumatische Zwischenförderstrecke in die wenigstens eine Kühlstufe oder eine zu dieser führende Förderstrecke transportiert wird. Hierzu wird das Abgas des wenigstens einen Abscheidezyklons vorzugsweise mit einem Druck von wenigstens 150 mbar als Förderluft in den Mischbehälter eingebracht. Vorzugsweise beträgt der Druck über 200 mbar, insbesondere etwa 350 mbar. Dieser Mindestdruck ist von der Förderhöhe abhängig.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in dem Abgas des wenigstens einen Abscheidezyklons enthaltenes Metallhydroxid in dem Mischbehälter durch das Metalloxid erwärmt und dabei kalziniert. Das heiße Metalloxid, welches aus dem Reaktor entnommen wird, wird mit der Förderluft und dem darin enthaltenen Metallhydratstaub gemischt, so dass eine Kalzinierung des Metallhydratstaubs in dem Mischbehälter oder der aus diesem führenden Zwischenförderstrecke erfolgt. Durch die Mischung des Metallhydroxid mit dem heißen Metalloxid bereits in dem Mischbehälter bei höherer Temperatur wird gegenüber dem Stand der Technik, bei welchem das Metallhydroxid erst am Ende der dem Mischbehälter nachgeschaltete pneumatische Förderstrecke und damit bei niedrigerer Temperatur eingebracht wird, eine erheblich verbesserte Kalzinierung erreicht, so dass das Metalloxid nicht durch nur teilweise kalziniertes Metallhydroxid verunreinigt wird.

Der Wärmebedarf des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dadurch weiter verbessert werden, dass aus dem wenigstens einen Abscheidezyklon über eine Bypassleitung Metallhydroxid in die Mischkammer eingebracht wird. Dieses wird in der Mischkammer ebenfalls durch das heiße Metalloxid erwärmt und kalziniert, so dass die Wärmeenergie, die in dem aus dem Reaktor ausgebrachte Metalloxid enthalten ist, zur Kalzinierung von zusätzlichem Metallhydroxid genutzt werden kann. Vorzugsweise wird das Metallhydroxid aus dem der ersten pneumatischen Förderstrecke unmittelbar nachgeschalteten Abscheidezyklon über die Bypassleitung in die Mischkammer eingebracht. Grundsätzlich kann jedoch unkalziniertes oder vorkalziniertes Metallhydroxid auch aus jedem anderen Anlagenteil abgezogen und über eine Bypassleitung in die Mischkammer eingebracht werden. In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, die der Mischkammer aus dem Abscheidezyklon zugeführte Metallhydroxidmenge durch ein Dosierorgan, bspw. eine Zellenradschleuse, zu regeln, so dass eine Anpassung an andere Verfahrensparameter erfolgen kann.

Um eine ausreichende Kalzinierung des dem Mischbehälter aus dem Abscheidezyklon zugeführten Metallhydroxids zu erzielen, wird es bevorzugt, wenn das Metallhydroxid vor dem Abscheidezyklon in wenigstens einer Vorwärmstufe suspendiert, getrocknet, auf eine Temperatur von wenigstens 75 °C, vorzugsweise zwischen 100 und 200 °C, insbesondere auf etwa 150 °C vorgewärmt und/oder teilkalziniert wird. Eine derartige Vorwärmstufe besteht bspw. aus einem Wärmetauscher und einem nachgeschalteten Abscheider.

Eine annähernd vollständige Kalzinierung des Metallhydroxids in dem Mischbehälter kann dann erreicht werden, wenn die Temperatur des Metalloxids in dem Mischbehälter zwischen 550 und 900 °C, bevorzugt zwischen 600 und 850 °C, insbesondere etwa 750 °C, beträgt. Die Temperatur in der pneumatischen Zwischenförderstrecke, in welcher Metalloxid aus dem Mischbehälter in die wenigstens eine Kühlstufe bzw. eine zu dieser führende Förderstrecke gefördert wird, beträgt dann zwischen 500 und 850 °C, bevorzugt zwischen 550 und 800 °C, insbesondere etwa 680 °C.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Kalzinierung von Aluminiumhydroxid, welches als Ausgangsmaterial bspw. mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 100 μm zugeführt wird.

Zur Kalzinierung des Metallhydroxids in dem Reaktor wird diesem vorzugsweise ein vorgewärmtes, sauerstoffhaltiges Gas sowie gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff zugeführt. Die Energieausnutzung kann dabei weiter gesteigert werden, wenn in der wenigstens einen Kühlstufe Gas erwärmt und einer vorgeschalteten Kühlstufe, einer Vorwärmstufe und/oder dem Reaktor zugeführt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, teilweise staubbeladene Abgase aus dem Mischbehälter in eine dem Reaktor vorgeschaltete Vorwärmstufe zu leiten. Die Abgase mit ggf. nicht vollständig kalziniertem Metallhydroxid werden dadurch nicht gemeinsam mit dem Metalloxid durch die Kühlstufen ausgetragen. Gleichzeitig wird hierdurch die in dem Abgas enthaltene Wärmeenergie für die Vorwärmung des Metallhydroxids benutzt. Die Vorwärmstufe, in welche das Abgas des Mischbehälters geleitet wird, ist dabei vorzugsweise zwischen dem Abscheidezyklon und dem Reaktor angeordnet.

Eine erfindungsgemäße Anlage, welche insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet ist, weist zur Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid einen als Wirbelschichtreaktor ausgebildeten Reaktor auf, in dem Metallhydroxid durch Verbrennen von Brennstoff erhitzt und Metalloxid erzeugt wird. Dem Reaktor ist dabei wenigstens eine Vorwärmstufe und wenigstens eine erste pneumatische Förderstrecke mit wenigstens einem nachgeschalteten Abscheidezyklon vorgeschaltet sowie ein Mischbehälter nachgeschaltet, welcher mit wenigstens einer Kühlstufe verbunden ist. Der wenigstens eine Abscheidezyklon weist eine in den Mischbehälter führende Abgasleitung auf, welcher über eine zumindest bereichsweise aufsteigende weitere pneumatische Zwischenförderstrecke mit der wenigstens einen Kühlstufe bzw. einer zu dieser führenden Förderstrecke verbunden ist. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß eine Verunreinigung von Metalloxid durch in dem Abgas des Abscheidezyklons enthaltenes Metallhydroxid vermieden werden, welches in dem Mischbehälter durch das heiße Metalloxid aus dem Reaktor kalziniert werden kann. Gleichzeitig ist es durch die Zwischenförderstrecke nicht mehr erforderlich, den Mischbehälter und den Reaktor mehrere Meter oberhalb der zu der Kühlstufe führenden Förderstrecke anzuordnen. Die Bauhöhe der erfindungsgemäßen Anlage kann dadurch deutlich geringer gehalten werden, so dass auch die Montage vereinfacht wird. Der Mischbehälter ist daher unterhalb oder im Wesentlichen auf der Höhe des vertikal unteren Endes der Förderstrecke angeordnet, die zu der dem Mischbehälter nachgeschalteten Kühlstufe führt.

Die Verweilzeit des Metalloxids und des diesem ggf. beigemischten Metallhydroxids in dem Mischbehälter kann dadurch erhöht werden, dass in dem Mischbehälter zwischen einer Feststoffeintragsöffnung und einer dieser gegenüberliegenden Feststoffaustragsöffnung mehrere Wehre angeordnet sind, die von dem Metalloxid und/oder dem Metallhydroxid über- und/oder unterströmt werden. Auf diese Weise findet auch eine gute Durchmischung des Metalloxids mit dem Metallhydroxid statt. Hierzu kann auch wenigstens eine in den Mischbehälter mündende Leitung für Fluidisierungsgas vorgesehen sein. Insbesondere kann diese Leitung in den Boden des Mischbehälters münden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Zwischenförderstrecke ein in das Metalloxid und/oder das Metallhydroxid eintauchendes Förderrohr auf. Die Abgasleitung des Abscheidezyklons mündet dabei vorzugsweise vertikal unterhalb der Unterkante dieses Förderrohres in den Mischbehälter. Auf diese Weise wird das ggf. in dem Abgas aus dem Abscheidezyklon mitgeführte Metallhydroxid mit dem Metalloxid in dem Mischbehälter vermischt und über das Förderrohr aus dem Mischbehälter ausgetragen. Die Kalzinierung des in dem Abgas des Abscheidezyklons enthaltenen Metallhydroxids erfolgt dabei in dem Förderrohr bzw. der Zwischenförderstrecke.

Zusätzlich zu dem Förderrohr kann eine weitere Abgasleitung vorgesehen sein, die den Mischbehälter mit einer dem Reaktor vorgeschalteten Vorwärmstufe oder der zu der wenigstens einen Kühlstufe führenden Förderstrecke verbindet. Das ggf. durch das Fluidisierungsgas anfallende heiße Abgas des Mischbehälters kann damit entweder zur Vorwärmung des Metallhydroxids oder zur Förderung des Metalloxids in die Kühlstufe genutzt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Abscheidezyklon über eine Bypassleitung mit dem Mischbehälter verbunden, so dass kontinuierlich Metallhydroxid aus dem Abscheidezyklon direkt in den Mischbehälter gelei tet werden kann. Durch die hohe Wärme des aus dem Reaktor entnommenen Metalloxids wird das Metallhydroxid aus dem Abscheidezyklon in der Mischkammer kalziniert. Zur Regelung der den Mischbehälter für die Bypassleitung zugeführten Menge an Metallhydroxid kann bspw. ein Zellenradschleuse vorgesehen sein.

Die Energieausnutzung der erfindungsgemäßen Anlage lässt sich dadurch weiter verbessern, dass dem Mischbehälter wenigstens zwei Kühlstufen nachgeschaltet sind, in welchen das Metalloxid fluidisiert wird und von denen wenigstens eine eine Leitung aufweist, über die erwärmtes Fluidisierungsgas einer vorgeschalteten Kühlstufe, einer Vorwärmstufe und/oder dem Reaktor zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. 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.
Es zeigen:
1 ein Prozessdiagramm eines Verfahrens in einer Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung und
2 eine schematische Schnittansicht des Mischbehälters.
In 1 ist eine Anlage zur Wärmebehandlung (Kalzinierung) von Metallhydroxid, bspw. Aluminiumhydroxid (Hydrat), zu Metalloxid, z. B. Aluminiumoxid (Tonerde), dargestellt, in welcher Metallhydroxid über eine Förderschnecke 1 in einen als Wärmetauscher dienenden Venturivorwärmer 2 einer ersten Vorwärm stufe eingebracht wird. In dem Venturivorwärmer 2 kommt der feinkörnige Feststoff, bspw. mit einer Korngröße, die im Wesentlichen weniger als 5 mm beträgt, in direkten Kontakt mit heißem Gas, so dass es zu einer Trocknung und Vorwärmung des Feststoffes kommt. Hierbei kann das Metallhydroxid bereits teilweise kalziniert werden. Dazu wird dem Venturivorwärmer 2 der ersten Vorwärmstufe durch eine Abgasleitung 3 ein heißes Gasgemisch (Abgas) mit Temperaturen von bspw. 200 bis 500 °C zugeleitet, welches den feinkörnigen Feststoff über eine Feststoffleitung 4 in eine als Abscheider 5 ausgebildete Filtereinrichtung, bspw. ein Schlauch- oder Elektrofilter, transportiert. Dort wird das Abgas von dem Feststoff getrennt und zieht in einer Abgasleitung 6 über einen Kamin oder dgl. ab.
Aus dem Abscheider 5 wird der Feststoff über eine erste pneumatische Förderstrecke 7 einem Abscheidezyklon 8 zugeleitet, in welchem das Metallhydroxid von der Förderluft der pneumatischen Förderstrecke 7 getrennt wird. Über eine Feststoffleitung 9 wird das Metallhydroxid einem weiteren Venturivorwärmer 10 einer zweiten Vorwärmstufe und einem dem Venturivorwärmer 10 nachgeschalteten Abscheidezyklon 11 zugeführt. In dem Abscheidezyklon 11 wird der Feststoff, welcher in den Reaktor 12 eingebracht wird, von dem Abgas getrennt, welches über die Abgasleitung 3 dem Venturivorwärmer 2 der ersten Vorwärmstufe zugeführt wird.
Der Reaktor 12 ist ein Wirbelbettreaktor, bspw. mit einer zirkulierenden Wirbelschicht, welchem über eine Leitung 13 flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoff sowie über eine Leitung 14 Fluidisierungsgas zugeführt wird. Durch die Zufuhr von Fluidisierungsgas wird das Metallhydroxid in dem Reaktor 12 fluidisiert, so dass sich eine Wirbelschicht ausbildet, in welcher eine intensive Durchmischung des Feststoffes mit dem Brennstoff und der Fluidisierungsluft erfolgt. Der in den Reaktor 12 eingebrachte Brennstoff wird durch den vorgewärmten Feststoff erwärmt und dadurch gezündet. Durch Zufuhr von weiterer Luft durch Luft durch Leitung 15 wird eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs in dem Reaktor 12 erreicht, so dass die erforderliche Kalziniertemperatur von etwa 650 bis etwa 1250 °C erreicht wird. Zumeist herrschen in dem Reaktor 12 Temperaturen von etwa 900 bis 1000 °C.
Das heiße Abgas des Reaktors 12, in welchem Metalloxid mitgeführt wird, gelangt durch eine Überleitung 16 in einen Rückführzyklon 17. In diesem wird das Metalloxid von dem Abgas getrennt, welches zur Vorwärmung des Metallhydroxids in den Venturivorwärmer 10 der zweiten Vorwärmstufe geleitet wird. Ein Teil des heißen Feststoffes wird über eine Rückführleitung 18a in die Wirbelschicht des Reaktors 12 zurückgeleitet, während der Rest des heißen Metalloxids über Leitungen 18b einem Mischbehälter 19 zugeführt wird.
Weiter mündet in den Mischbehälter 19 eine Bypassleitung 20, aus welcher Metallhydroxid aus dem Abscheidezyklon 8 eingebracht wird, welches nicht den Reaktor 12 durchlaufen hat. Die Einmündung der Bypassleitung 20 in den Mischbehälter 19 ist so gestaltet, dass sich das Metallhydroxid aus der Bypassleitung 20 mit dem Metalloxid aus der Leitung 18b mischt. Durch das heiße Metalloxid stellt sich in dem Mischbehälter 19 eine Temperatur von bspw. etwa 750 °C ein, so dass das Metallhydroxid durch das heiße Metalloxid erwärmt und kalziniert wird. Die Menge des durch die Bypassleitung 20 dem Mischbehälter 19 zugeführten Metallhydroxids ist bspw. über ein in 1 schematisch dargestelltes Drosselorgan regelbar. Alternativ oder zusätzlich zu der in 1 dargestellten Bypassleitung 20 kann dem Mischbehälter 19 auch Metallhydroxid aus einer Bypassleitung aus dem Abscheidezyklon 11 der zweiten Vorwärmstufe zugeführt werden. Durch die weitere Erwärmung in der zweiten Vorwärmstufe ist das Metallhydroxid dabei ggf. bereits teilweise kalziniert, wenn es in den Mischbehälter 19 eingebracht wird.
Über eine Abgasleitung 21 wird das von dem Metallhydroxid getrennte Abgas aus dem Abscheidezyklon 8 vorzugsweise von unten in den Mischbehälter 19 eingeblasen, so dass es das Metalloxid aus dem Mischbehälter 19 in eine Zwischenförderstrecke 23 fördern kann. Da sich das Abgas aus Leitung 21 durch den Kontakt mit dem heißen Metalloxid aus dem Mischbehälter 19 erwärmt, können Partikel aus Metallhydroxid, die in dem Abgas enthalten sind, noch zumindest teilweise kalziniert werden. Das Abgas aus dem Abscheidezyklon 8 wird dabei mit derartigem Druck in den Mischbehälter 19 eingebracht, dass das Metalloxid und das ggf. vorhandene Metallhydroxid über die Zwischenförderstrecke 23 aus dem Mischbehälter 19 ausgetragen werden, welche in eine pneumatische Förderstrecke 24 mündet. Das Abgas des Mischbehälters 19 kann entweder über eine Leitung 25 ebenfalls in die pneumatische Förderstrecke 24 eingebracht werden und/oder über Leitung 26 dem Venturivorwärmer 10 zugeführt werden. Zusätzlich kann über eine Fluidisierungsleitung 22 ein Fluidisierungsgas in den Mischbehälter 19 eingebracht werden.
Das Metalloxid wird durch die pneumatische Förderstrecke 24 in einen ersten Kühlzyklon 27 eingebracht, in welchem die Förderluft von dem Abgas getrennt wird. Die Förderluft wird über die Abgasleitung 15 zur Verbrennung dem Reaktor 12 zugeführt, während der Feststoff aus dem ersten Kühlzyklon 27 einem ersten Wirbelbettkühler 28 zugeführt wird. In diesem Wirbelbettkühler 28 verlaufen Kühlschlangen, in welcher die dem Reaktor 12 zugeleitete Fluidisierungsluft vorgewärmt wird. Zusätzlich wird in den Wirbelbettkühler 28 Fluidisierungsgas, bspw. Umgebungsluft, eingebracht. Der Feststoff aus dem Wirbelbettkühler 28 wird über eine Leitung 29 einem zweiten Kühlzyklon 30 zugeführt, von welchem der von dem Abgas getrennte Feststoff in einen zweiten Wirbelbettkühler 31 eingebracht wird. In dem zweiten Wirbelbettkühler 31 zirkuliert in einem Kühlmittelkreislauf 32 ein Kühlmedium, bspw. Wasser, so dass das Metalloxid weiter abgekühlt wird. Zusätzlich wird auch in dem zweiten Wirbelbettkühler 31 Fluidi sierungsgas eingebracht. Über eine Leitung 33 verlässt das gekühlte Produkt, bspw. Aluminiumoxid, den zweiten Wirbelbettkühler 31.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun die Gestaltung des Mischbehälters 19 näher erläutert. Auf der in der Figur linken Seite münden die Feststoffleitung 18b aus dem Reaktor 12 sowie die Bypassleitung 20 aus dem Abscheidezyklon 8 in einer Feststoffeintragsöffnung 34 des Mischbehälters 19. In dem Mischbehälter 19 sind mehrere Wehre 35 derart angeordnet, dass das in den Mischbehälter 19 eingebrachte Metalloxid und das Metallhydroxid die Wehre 35 über- bzw. unterqueren und dabei durchmischt werden. Weiter münden mehrere Fluidisierungsleitungen 22 in den Mischbehälter 19, so dass das Metalloxid weiter mit dem Metallhydroxid durchmischt wird.
Auf der in der Figur rechten Seite des Mischbehälters 19 ist ein topfartiger Bereich 36 ausgebildet, in welchem das Metalloxid und das durch den innigen Kontakt mit dem heißen Metalloxid ebenfalls kalzinierte Metallhydroxid strömen. In dem Boden dieses topfartigen Bereichs 36 mündet die Abgasleitung 21, aus welcher das ggf. staubartige Metallhydroxid enthaltende Abgas des Abscheidezyklons 8 unter Druck eingebracht wird. Der Abgasleitung 21 gegenüberliegend ragt ein Förderrohr 37 der pneumatischen Zwischenförderstrecke 23 in den topfartigen Bereich des Mischbehälters 19, so dass das in der Figur schematisch angedeutete Niveau des Metalloxids in dem topfartigen Bereich 36 oberhalb der unteren Öffnung des Förderrohrs 37 liegt.
Durch das unter Druck aus der Leitung 21 eingebrachte Abgas, welches ggf. staubartiges Metallhydroxid enthält, wird das Metalloxid aus dem topfartigen Bereich 36 mitgerissen und über das Förderrohr 37 durch die pneumatische Zwischenförderstrecke 23 der pneumatischen Förderstrecke 24 zugeführt, welche in den ersten Kühlzyklon 27 mündet. Die Temperatur in dem Förderrohr 37 bzw. der pneumatischen Zwischenförderstrecke 23 ist dabei durch das heiße Metalloxid so hoch, bspw. etwa 680 °C, dass das Metallhydroxid, welches bei einer nicht vollständigen Trennung von Abgas und Feststoff in dem Abscheidezyklon 8 ggf. in dem über Leitung 21 in den Mischbehälter 19 eingebrachten Abgas enthalten ist, erwärmt und in der Zwischenförderstrecke 23 kalziniert wird. In die pneumatische Förderstrecke 24 wird daher im Wesentlichen reines Metalloxid eingebracht, welches nicht durch Metallhydroxid verunreinigt ist.
Die Abluft des Mischbehälters 19 kann über die Leitung 25 ebenfalls der pneumatischen Förderstrecke 24 zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es auch möglich, Abgas aus dem Mischbehälter 19 durch die in 2 angedeutete Leitung 26 dem Venturivorwärmer 10 zuzuführen.
Beispiel (Herstellung von Aluminiumoxid)
In der Anlage gemäß 1 werden über die Förderschnecke 1 etwa 223.000 kg/h Aluminiumhydroxid mit einer Temperatur von 70 °C und 6 Gew.-% Oberflächenfeuchte zugeführt. Das in der ersten Vorwärmstufe vorbehandelte Aluminiumhydroxid wird aus dem Abscheidezyklon 8 zu einem Teil in den Mischbehälter 19 und zu sieben Teilen in die zweite Vorwärmstufe eingebracht. Hinter der zweiten Vorwärmstufe hat der Feststoff eine Temperatur von 340 °C und ist soweit vorgewärmt, dass etwa 65 % des Hydratwassers abgespalten ist. Als Brennstoff werden dem Wirbelbettreaktor 12 durch die Brennstoffleitung 13 etwa 9.500 Nm³/h kaltes Erdgas zugeführt, so dass bei der Verbrennung in dem Reaktor 12 eine Temperatur von etwa 950 °C entsteht.
Aus dem Reaktor 12 werden 124 t/h Aluminiumoxid und aus dem Abscheidezyklon 30 t/h Aluminiumhydroxid in den Mischbehälter 19 eingebracht. Dadurch stellt sich in dem Mischbehälter 19 eine Temperatur von etwa 650 °C ein.
Aus dem Abscheidezyklon 8 werden über Leitungen 21 etwa 9.500 Nm³/h Abgas, welches etwa 2 t/h Aluminiumhydroxid enthält, in den Mischbehälter 19 eingebracht. Auf diese Weise werden durch das Förderrohr 37 146 t/h Aluminiumoxid bei der Temperatur von etwa 605 °C ausgetragen. Das in dem Abgas des Abscheidezyklons 8 enthaltene Aluminiumhydroxid wird dabei kalziniert.
Der pneumatischen Förderstrecke 24 werden 87.000 Nm³/h Abgas aus dem zweiten Kühlzyklon 30 zugeführt, um das Aluminiumoxid in der pneumatischen Förderstrecke 24 in den ersten Kühlzyklon 27 zu transportieren.
Durch diesen Verfahrensablauf kann die Energie des aus dem Reaktor 12 ausgetragenen Aluminiumoxids zur Kalzinierung von Aluminiumhydroxid genutzt werden. Der Gesamtenergiebedarf der Anlage wird dadurch gesenkt. Weiter wird auch das in dem Abgas des Abscheidezyklons 8 enthaltene Aluminiumhydroxid zumindest teilweise kalziniert, so dass die Reinheit des aus der Austrittsleitung 33 ausgebrachten Aluminiumoxids verbessert ist.

1: Förderschnecke
2: Venturivorwärmer
3: Abgasleitung
4: Feststoffleitung
5: Abscheider, Filtereinrichtung
6: Abgasleitung
7: pneumatische Förderstrecke
8: Abscheidezyklon
9: Feststoffleitung
10: Venturivorwärmer
11: Abscheidezyklon
12: Reaktor
13: Brennstoffleitung
14: Fluidisierungsleitung
15: Abgasleitung
16: Überleitung
17: Rückführzyklon
18a: Feststoffrückführleitung
18b: Feststoffleitung
19: Mischbehälter
20: Bypassleitung
21: Abgasleitung
22: Fluidisierungsleitung
23: Zwischenförderstrecke
24: pneumatische Förderstrecke
25: Leitung
26: Leitung
27: Kühlzyklon
28: Wirbelbettkühler
29: Leitung
30: Kühlzyklon
31: Wirbelbettkühler
32: Kühlmittelkreislauf
33: Austrittsleitung
34: Feststoffeintragsöffnung
35: Wehr
36: topfartiger Bereich
37: Förderrohr

Claims

Verfahren zur Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid, bei dem das Metallhydroxid vorgewärmt über wenigstens eine erste pneumatische Förderstrecke (7) und über wenigstens einen nachgeschalteten Abscheidezyklon (8, 11) zumindest teilweise in einen Reaktor (12) mit Wirbelschicht geführt, dort durch Verbrennen von Brennstoff auf eine Temperatur von 650 bis 1.250 °C erhitzt und Metalloxid erzeugt wird, welches in einem Mischbehälter (19) mit einem Teilstrom von vorgewärmtem Metallhydroxid derart gemischt wird, dass das vorgewärmte Metallhydroxid weiter erwärmt und zumindest teilweise kalziniert wird, wobei das Metalloxid aus dem Mischbehälter (19) wenigstens einer Kühlstufe (27, 28, 30, 31) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas des wenigstens einen Abscheidezyklons (8, 11) als Förderluft derart in den Mischbehälter (19) eingebracht wird, dass Metalloxid aus dem Mischbehälter (19) pneumatisch in die wenigstens eine Kühlstufe (27, 28, 30, 31) oder eine zu dieser führende Förderstrecke (24) transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid aus dem Mischbehälter (19) über eine zumindest bereichsweise aufsteigende pneumatische Zwischenförderstrecke (37, 23) in die wenigstens eine Kühlstufe (27, 28, 30, 31) oder eine zu dieser führende Förderstrecke (24) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas des wenigstens einen Abscheidezyklons (8, 11) mit einem Druck von wenigstens 150 mbar als Förderluft in den Mischbehälter (19) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgas des wenigstens einen Abscheidezyklons (8, 11) enthaltenes Metallhydroxid in dem Mischbehälter (19) durch das Metalloxid erwärmt und kalziniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem wenigstens einen Abscheidezyklon (8, 11) über eine Bypassleitung (20) Metallhydroxid in den Mischbehälter (19) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallhydroxid vor dem wenigstens einen Abscheidezyklon (8, 11) in wenigstens einer Vorwärmstufe (2, 5), bestehend aus einem Wärmetauscher (2) und einem nachgeschalteten Abscheider (5), suspendiert, getrocknet, auf eine Temperatur von wenigstens 75 °C vorgewärmt und/oder teilkalziniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Mischbehälter (19) zwischen 550 und 900 °C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der pneumatische Zwischenförderstrecke (23, 37), in welcher Metalloxid aus dem Mischbehälter (19) in die wenigstens eine Kühlstufe (27, 28, 30, 31) bzw. eine zu dieser führende Förderstrecke (24) transportiert wird, zwischen 500 und 850 °C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, als Ausgangsmaterial Aluminiumhydroxid mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 100 μm zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktor (12) vorgewärmtes sauerstoffhaltiges Gas sowie gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Kühlstufe (30, 31) erwärmtes Gas einer vorgeschalteten Kühlstufe (27, 28), einer Vorwärmstufe (2, 5, 10, 11) und/oder dem Reaktor (12) zugeführt wird.
Anlage zur Herstellung von Metalloxid aus Metallhydroxid, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem als Wirbelschichtreaktor ausgebildeten Reaktor (12), in dem Metallhydroxid durch Verbrennen von Brennstoff erhitzt und Metalloxid erzeugt wird, wobei dem Reaktor (12) wenigstens eine Vorwärmstufe (2, 5, 10, 11) und wenigstens eine pneumatische Förderstrecke (7) mit wenigstens einem nachgeschalteten Abscheidezyklon (8, 11) vorgeschaltet und ein Mischbehälter (19), welcher mit wenigstens einer Kühlstufe (27, 28, 30, 31) verbunden ist, nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abscheidezyklon (8; 11) eine in den Mischbehälter (19) führende Abgasleitung (21) aufweist, und dass der Mischbehälter (19) über eine zumindest bereichsweise aufsteigende pneumatische Zwischenförderstrecke (23, 37) mit der wenigstens einen Kühlstufe (27, 28, 30, 31) bzw. einer zu dieser führenden Förderstrecke (24) verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbehälter (19) unterhalb oder auf der Höhe des vertikal unteren Endes der Förderstrecke (24) angeordnet ist, welche zu der dem Mischbehälter (19) nachgeschalteten Kühlstufe (27, 28, 30, 31) führt.
Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mischbehälter (19) eine Feststoffeintragsöffnung (34) und an einem dieser gegenüberliegenden Ende eine Feststoffaustragsöffnung (37) vorgesehen sind, zwischen denen mehrere Wehre (35) angeordnet sind, die von dem Metalloxid und/oder dem Metallhydroxid über- und/oder unterströmt werden.
Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenförderstrecke (23) ein in das Metalloxid und/oder das Metallhydroxid eintauchendes Förderrohr (37) aufweist.
Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (21) des wenigstens einen Abscheidezyklons (8, 11) vertikal unterhalb der Unterkante des Förderrohres (37) in den Mischbehälter (19) mündet.
Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mischbehälter (19) wenigstens eine Leitung (21) für Fluidisierungsgas mündet.
Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Förderrohr (37) eine weitere Abgasleitung (25, 2.6) vorgesehen ist, welche den Mischbehälter (19) mit einer der dem Reaktor (12) vorgeschalteten Vorwärmstufen (2, 5, 10, 11) oder der wenigstens einen Kühlstufe (27, 28, 30, 31) oder der zu dieser führenden Förderstrecke (24) verbindet.
Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abscheidezyklon (8, 11) über eine Bypassleitung (18b) mit dem Mischbehälter (19) verbunden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Mischbehälter (19) wenigstens zwei Kühlstufen (27, 28, 30, 31) nach geschaltet sind, in welchen das Metalloxid fluidisiert wird und von denen wenigstens eine eine Leitung aufweist, über die erwärmtes Fluidisierungsgas einer vorgeschalteten Kühlstufe (27, 28), einer Vorwärmstufe (2, 5, 10, 11) und/oder dem Reaktor (12) zugeführt wird.