DE1239667B - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung von chemischen Reaktionen zwischen rieselfaehigen Feststoffen und Gasen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4BPRR PATENTAMT Int. CL:

BOIj

19/28

Deutsche Kl.: 121

X -1

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 239 667
F 36957IV a/12 g
1. Juni 1962
3. Mai 1967

Zur Durchführung von Reaktionen zwischen rieselfähigen Stoffen und Gasen, bei denen im allgemeinen höhere Temperaturen zur Anwendung kommen, kennt man Verfahren, die zum Teil nur eine diskontinuierliche, zum Teil jedoch auch eine kontinuierliche Arbeitsweise gestatten.

Bei Anwendung von feststehenden, geschlossenen Behältern ist nur ein diskontinuierlicher Arbeitsvorgang möglich, der jedoch zettraubende Aufheiz- und Abkühlperioden erfordert. Auch wird die Ausbeute xo dieses Verfahrens durch die Anwesenheit rückwirkend störender Nebenprodukte oft beeinträchtigt.

Die Anwendung eines Wirbelbettes hat gegenüber dem genannten diskontinuierlichen Verfahren den Vorteil einer gleichmäßigen Wärmeverteilung auf »s das zu behandelnde Gut. Die hierfür erforderlichen Anlagen sind jedoch in ihrer Größe ziemlich begrenzt. Auch diese Anlagen gewährleisten auf die Dauer in vielen Fällen keinen voll befriedigenden Betrieb, weil durch unvermeidlichen Abrieb die ur- ao sprunglich gewählte Korngröße des Behandlungsgutes abnimmt.

Für eine ununterbrochene kontinuierliche Verfahrensweise kommt im wesentlichen nur der Einsatz eines Drehrohrofens in Betracht, und zwar in erster Linie dann, wenn es sich um die Durchführung von Reaktionen handelt, die eines längeren Reaktionszeitraumes bedürfen. Thermoneutrale Reaktionen verlaufen häufig nicht momentan, sondern benötigen eine gewisse Zeit, so daß gerade in einem solchen Fall die Verwendung eines Drehrohrofens von Vorteil ist, weil durch ihn auch eine entsprechende Raumzeitgröße zur Verfügung gestellt werden kann.

Man pflegte bis jetzt bei Benutzung von Drehrohröfen zur Durchführung chemischer Reaktionen nicht wesentlich exothermen Charakters so vorzugehen, daß ein oder auch sämtliche Reaktionspartner vor ihrer Beschickung in den Drehrohrofen mindestens auf Reaktionstemperatur vorgewärmt wurden. Die damit verbundenen konstruktiven und apparativen Schwierigkeiten verhinderten bisher jedoch eine großtechnische Verwirklichung, so daß sich die üblichen Verfahrensweisen in Kombination mit Drehrohröfen bekannter Bauart für die Praxis als ungeeignet erwiesen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehrohrofen zu schaffen, mit dessen Hilfe bei der Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen rieselfähigen Stoffen und Gasen eine erhöhte Ausbeute sowie ein reineres bzw. höherprozentiges Endprodukt erreicht wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Drehrohr-

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung
von chemischen Reaktionen zwischen rieselfähigen Feststoffen und Gasen

Anmelder:

Fellner & Ziegler G. m. b. H.,
Frankfurt/M.-West, Kreuznacher Str. 29;
Süddeutsche Kalkstickstoff-Werke
Aktiengesellschaft, Trostberg (Obb.)

Als Erfinder benannt:
Karl-Heinz Lesser, Mörfelden;
Ingomar Schumann, Mainz;
Dr.-Ing. Hermann Kronacher, München

ofen, dessen Mantel mit Heizkanälen versehen ist, die mit dem Reaktionsraum des Ofens nicht in Verbindung stehen und denen jeweils Brennstoffdüsen zugeordnet sind, die mit dem Drehrohrofen umlaufen und die an eine gemeinsame, ortsfest angeordnete Brennstoffzuführungsleitung angeschlossen sind, und der dadurch gekennzeichnet ist, daß in den Heizkanälen die Brennstoffdüsen abwechselnd am Einlaufende und am Austragsende des Drehrohrofens vorgesehen sind. Beschickt man die derart angeordneten Brennstoffdüsen mit einem vorzugsweise gasförmigen oder flüssigen Heizmittel, so erzielt man eine praktisch gleichmäßige Temperatur auf der gesamten Länge des Reaktionsraumes.

Es sind zwar schon Drehrohröfen bekannt, bei denen Heizkanäle in den Mantel des Ofens eingebaut (deutsche Patent 22t 281) bzw. deren Heizkanälen Heizbrenner zugeordnet sind, denen der Heizstoff durch eine zentrale Brennstoffzuführung von einem Drehrohrofenende aus zugeführt wird (deutsches Patent 109 234). Mit dieser bekannten Vorrichtung ist die gestellte Aufgabe nicht zu erfüllen. Das gelingt vielmehr erst durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Hierdurch ist die Gewähr dafür gegeben, daß die Beheizung der inneren Mantelfläche des Dreh' rohrofens auf der gesamten Länge der Heizzone praktisch völlig gleichmäßig erfolgt mit einer einstellbaren Heizintensität. Zweckmäßig kann die Anord-

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nung so getroffen werden, daß die Brennstoffdüsen in einem regulierbaren Abstand von den Stirnwänden des Drehrohrofens in den Innenraum der Heizkanäle hineinragen. Mit dieser Maßnahme hat man es in der Hand, einerseits die Länge der Heizzone, andererseits die Länge der Vorwärm- bzw. Kühlzone den jeweiligen Betriebsverhältnissen anzupassen.

Die Heizkanäle können durch Aussparungen in der keramischen Auskleidung zwischen dem Reaktionsraum und dem Ofenmantel gebildet werden, und es empfiehlt sich in diesem Fall, das keramische Material der Auskleidung vom Heizkanal aus in Richtung auf den Reaktionsraum unterschiedlich in der Weise zu gestalten, daß die Wärmeleitfähigkeit von außen nach innen zunimmt, um den Wärmefluß bei möglichst geringem Strahlungsverlust von den Heizkanälen aus zum Reaktionsraum zu leiten.

Um eine gute Durchmischung des Behandlungsgutes und erhöhte Berührungsflächen für das Behandlungsgut mit dem Reaktionsgas zu schaffen, ohne daß Bestandteile des Behandlungsgutes auch nur vorübergehend im Reaktionsraum zu lange zurückgehalten werden, kann bevorzugt der Reaktionsraum, jedenfalls auf einem wesentlichen Teil seiner Länge, ohne Einbauten vorgesehen werden, wobei jedoch seine Querschnittsfläche oval ausgebildet wird (deutsches Patent 280 428). Hierbei läßt sich der Füllungsgrad für den Reaktionsraum auf über 50% steigern, wenn am Auslaufende des Reaktionsraumes eine Stauvorrichtung vorgesehen wird, deren flächenmäßige Ausgestaltung für den Fall eines ovalen Querschnittes des Reaktionsraumes eine Längsachse aufweisen kann, die etwa senkrecht steht zu dem größten Durchmesser des Ovalquerschnittes des Reaktionsraumes. Zur besseren Wärmeverteilung im Reaktionsraum trägt auch die Maßnahme bei, die Heizkanäle am gesamten Umfang des ovalen Reaktionsraumquerschnittes etwa gleichmäßig verteilt anzuordnen.

Das Behandlungsgut kann dem Drehrohrofen in an sich bekannter Weise mittels einer Aufgabeschnecke zugeführt werden. Der Trog dieser Zuführungsschnecke kann hierbei im Sinne der Erfindung auch gleichzeitig ausgenutzt werden als Austrittskanal für das Reaktionsabgas und zur Vorbehandlung des Behandlungsgutes insbesondere im wärmetechnischen Sinne. Eine bevorzugte Ausführungsform des Drehrohrofens¹ ist dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufende in an sich bekannter Weise mit einer gassicheren Schleusenentleerung versehen ist und daß am Einlaufende eine Materialzufuhrschnecke vorgesehen ist, die gleichzeitig dem Abzug des oder der Reaktionsgase dient. Hierdurch wird ein unerwünschtes Entweichen des oder der Reaktionsgase weitgehend verhindert.

Besonders betriebssicher wird der Drehrohrofen dann, wenn die Brenner und ihre zugehörigen Heizmittelleitungen ortsfest am Drehrohrofen angebracht sind. Den einzelnen Heizkanälen kann alsdann an ihrem Gasaustrittsende ein ebenfalls, ortsfester Abgasringkanal zugeordnet sein, der den Ofenmantel umgibt. Sind die Brenner abwechselnd an den Enden der Heizkanäle angebracht, dann reichen insgesamt zwei Abgasringkanäle für einen Drehrohrofen aus.

Schließlich trägt auch noch eine solche Zufuhr des oder der Reaktionsgase, daß der Reaktionsraum unter Überdruck steht, zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Drehrohrofens bei, weil dadurch jede Möglichkeit einer Vermischung eventuell diffundierender Heizgase mit Reaktionsgas im Reaktionsraum ausgeschlossen wird.

Der erfindungsgemäße Drehrohrofen eignet sich zur kontinuierlichen Herstellung von Stoffen aller Art, die durch chemische Reaktion zwischen rieselfähigen Feststoffen und einem oder mehreren Reaktionsgasen entstehen. Er kommt in besonderem Maße in Betracht zur Durchführung solcher Reaktionen,

ίο an denen thermisch instabile Gase wie Ammoniak, Koblenoxyd, Blausäure beteiligt sind; das gilt speziell für die Herstellung von Calciumcyanamid aus CaI-ciumoxyd und Blausäure bzw. aus Calciumoxyd + Ammoniak -t- Kohlenoxyd.

is Ein unter Benutzung des erfindungsgemäßen Drehrohrofens empfehlenswertes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf die Calciumcyanamid-Herstellung des Reaktionspartner im Gegenstrom geführt werden und der Reaktionsraum

»o über einen wesentlichen Teil seiner Länge auf eine weitgehend gleichmäßige Temperatur oberhalb des Zersetzungspunktes der Reaktionsgase einreguliert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des

as Erfindungsgegenstandes wiedergegeben, und zwar " zeigt

F i g. 1 eine Drehtrommel mit zugehöriger Beheizungsanlage im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 1.

Die Drehtrommel 1 weist zwei Laufringe 2 und 3 auf. Die Laufringe 2 und 3 stützen sich ab auf Laufrollen 3' und 4', die ihrerseits auf einem Traggerüst 5 gelagert sind. Der Antrieb der Drehtrommel erfolgt über den Zahnkranz 6, das Antriebsritzel 7 mit dem . Getriebe 8 und dem Antriebsmotor 9.

Das Behandlungsgut wird über den Einlaufstutzen 11 der Aufgabeschnecke 12 zugeleitet, die in dem Trog gelagert ist. Der Antrieb dieser Aufgabeschnecke bzw. Zuführungsschnecke 12 erfolgt über den Flanschmotor 14, der an dem Getriebe im Gehäuse 15 angebracht ist. Der Trog 13 mit seinem Antrieb und seinem Einfüllstutzen ist ortsfest auf dem Traggestell 16 gelagert. Somit ist zwischen dem Trog 13 und der Stirnwand 17 der Drehtrommel 1 eine Dichtung 18 vorgesehen.

Die Drehtrommel 1 ist mit einer Ausmauerung,

so bestehend aus einem keramischen Material, versehen, derart, daß ein Reaktionsraum 19 entsteht, dessen Querschnitt, wie die F i g. 2 und 3 ausweisen, oval gestaltet ist. Am Austrittsende der Drehtrommel 1 befindet sich eine Stauvorrichtung 20, die im vorliegenden Fall ebenfalls aus keramischem Material aufgebaut ist und deren Längsachse etwa senkrecht steht zu dem größten Durchmesser des Ovalquerschnittes des Reaktionsraumes 19.
Am Austragende der Drehtrommel 1 ist die Stimwand 21 angebracht, in welche das Austragrohr 22 hineinragt. Das Behandlungsgut muß beim Verlassen der Drehtrommel durch dieses Austragrohr 22 hindurchtreten und kommt alsdann in den Entleerungsschacht 23, an dessen Austragende 24 eine gassichere Schleusenentleerung angeschlossen sein kann, die — da bekannt — in der Zeichnung nicht dargestellt ist und auch hier nicht näher beschrieben zu werden braucht.

Das zu verwendende Reaktionsgas wird über den Einlaßstutzen 25 dem Entleerungsschacht 23, damit dem Austragrohr 22 und dem Reaktionsraum 19 zugeführt. Das Reaktionsabgas verläßt die Drehtrommel 1 über den Trog 13 und dessen Auslaßstutzen 26.

In der keramischen Auskleidung der Drehtrommel 1 sind im vorliegenden Falle sechs Heizkanäle eingearbeitet. Es handelt sich einerseits um die Heizkanäle a, b, c und andererseits um die Heizkanäle d, e, f. Die Heizkanäle λ, b und c sind mit je einem Brenner 27 ausgerüstet, die über eine BrennstoffzufUhrungsleitung 27 a an eine Brennerringleitung 28 am Austragende der Drehtrommel 1 angeschlossen sind. Die Heizkanäle d, e und / sind am Einlaufende der Drehtrommel 1 je mit einem Brenner 29 ausgerüstet. Die Heizmittelzuleitungen 30' dieser Brenner 29 sind auf der ganzen Lange der Drehtrommel 1 entlanggeführt und enden in der Ringleitung 30, ebenfalls am Austragende der Drehtrommel 1. Die Ringleitungen 28 und 30 sind ihrerseits mit Rohrverbindungsstücken 31, 32 mit einem Ringhohlraum 33 verbunden, der das Austragrohr 22 umgibt. Die Zufuhr des Heizmittels, welches flüssig oder gasförmig sein kann, in diesen Ringhohlraum 33 erfolgt über den Stutzen 34. Die Ringleitungen 28, 30, die Brenner 27 und 29 sowie deren Heizmittelzuführungsleitungen 30', 31, 32 sind ortsfest mit dem Austragrohr 22 und dem den Ringhohlraum 33 bildenden Mantelrohr 35 ortsfest an der Drehtrommel 1 angebracht, so daß zwischen diesem Mantel 35 und dem Entleerungsschacht 23 eine Abdichtung 36 vorgesehen ist. Um die Heizmittelzufuhr durch den Stutzen 34 in das sich drehende und entsprechend mit Schlitzen versehene Mantelrohr 35 zu sichern, sind weitere Abdichtungen 37, 38 und eine Umhausung 39 mit Entlüftungsrohr 40 vorgesehen.

Die Gaskanäle a, b und c weisen abgewinkelte Gasaustrittsenden 41 auf, die in den Abgasringkanal 42 münden, der ortsfest die Drehtrommel am Austragende der Drehtrommel 1 umgibt. Über die Auslaßenden 43 kann hier über eine nicht gezeigte Abgasleitung das Abgas dieser Heizkanäle abgeführt werden. Ebenso führen die abgewinkelten Enden 44 der Heizkanäle d, e und / in einen ringförmigen Abgaskanal 45, der am Einlaufende der Drehtrommel 1 diese Drehtrommel ortsfest umgibt. Auch hier können die Abgase durch den Stutzen 46 und eine nicht gezeichnete Abgasleitung ins Freie geführt werden.

Dadurch, daß die Brenner 27 an dem Austragende der Drehtrommel 1 in ihre zugehörigen Heizkanäle einmünden, die Brenner 29 dagegen am Einlaufende der Drehtrommel in ihre zugehörigen Heizkanäle einmünden, die getrennt sind von den Heizkanälen der Brenner 27, ist eine möglichst gleichmäßige Aufheizung des Reaktionsraumes 19 auf seiner ganzen Länge möglich. Eine solche gleichmäßige Aufheizung wäre z. B. auch erreichbar durch eine entsprechende Außenbeheizung der Drehtrommel 1 auf elektrischem Wege.

Die Brenner 27 und 29 können in ihrer Achsrichtung verstellbar gestaltet werden, so daß der Abstand zwischen dem Brenner 27 und dem Brenner 29 entsprechend reguliert werden kann. Damit ist auch die Länge des eigentlichen Reaktionsraumes einregulierbar, so daß am Einlaufende der Drehtrommel und am Auslaufende dieser Drehtrommel Abschnitte des Reaktionsraumes 19 entstehen, die für die eigentlichen Reaktionen jedenfalls nicht mehr wesentlich ausgenutzt zu werden brauchen, die vielmehr als eine Art Vorwärm- und Abkühlzone innerhalb des ovalen Raumes 19 dienen.

Der ovale Querschnitt des Reaktionsraumes 19 gewährleistet in einem erhöhten Ausmaß eine Durchmischung des im Reaktionsraum befindlichen Behandlungsgutes. Unsere Untersuchungen haben ergeben, daß durch die ovale Ausgestaltung der

«ο Mischungseffekt, von dem die Ausbeute jeglicher Art sowie die gleichmäßige Umsetzung des Feststoffes abhängt, auf das anderthalbfache gesteigert wird. Das im Durchmesser stark eingeschnürte Austragrohr 22 in Verbindung mit der Stauvorrichtung 20 gewährleistet einen sehr hohen Füllungsgrad der Trommel, so daß das über den Stutzen 25 dem Reaktionsraum 19 zugeleitete Reaktionsgas sehr innig mit dem Behandlungsgut in Berührung kommt.

Die Auskleidung der Drehtrommel 1 ist mit einem keramischen Material durchgeführt, dessen Wärmeleitfähigkeit von den Heizkanälen aus betrachtet in Richtung auf den Reaktionsraum 19 zunimmt, so daß die durch Außenbeheizung erzeugte Wärme bevorzugt in Richtung auf den Reaktionsraum 19 fließt ohne wesentlichen Abstrahlungsverlust durch den Mantel der Drehtrommel 1. Steht das Reaktionsgas im Reaktionsraum 19 unter Überdruck, so können die Heizgase in den Heizkanälen nicht von den Heizkanälen aus durch das Ausmauerungsmaterial in den Reaktionsraum 19. treten. Wenn also dem Reaktionsraum, wie es bevorzugt nach der Erfindung erfolgen soll, lediglich das Behandlungsgut und das Reaktionsgas zugeleitet werden, dann ist ein ganz besonders reines und hochprozentiges Endprodukt zu erwarten.

Die Drehtrommel 1 gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb. Der Füllungsgrad der Drehtrommel kann besonders hoch gehalten werden. Die Ausbeute des Verfahrens ist somit mit dieser Einrichtung besonders hoch.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Drehrohrofen zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen riesclfähigen Feststoffen und einem oder mehreren Reaktionsgasen, dessen Mantel mit Heizkanälen versehen ist, die mit dem Reaktionsraum des Ofens nicht in Verbindung stehen und denen jeweils Brennstoffdüsen zugeordnet sind, die mit dem Drehrohrofen umlaufen

So und die an eine gemeinsame, ortsfest angeordnete Brennstoffzuführungsleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Heizkanälen die Brennstoffdüsen abwechselnd am Einlaufende und am Austragende des Drehrohrofens vorgesehen sind.

2. Drehrohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüsen in einem regulierbaren Abstand von den Stirnwänden des Drehrohrofens in den Innenraum der Heizkanäle hineinragen.

3. Drehrohrofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkanäle in an sich bekannter Weise in der keramischen Auskleidung des Ofens sich befinden und daß das keramische Material der Auskleidung vom Heizkanal aus in Richtung auf den Reaktionsraum unterschiedlich ist, derart, daß die Wärmeleitfähigkeit von außen nach innen zunimmt.

4. Drehrohrofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum in an sich bekannter Weise im Querschnitt etwa oval ausgestaltet ist und daß am Auslaufende des Ofens Staueinrichtungen (20) vorgesehen sind, derart, daß ein Füllungsgrad des Reaktionsraumes bis etwa 50*/» möglich ist.

5. Drehrohrofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkanäle am gesamten Umfang des ovalen Reaktionsraumquerschnittes etwa gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

6. Drehrohrofen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufende in an sich bekannter Weise mit einer gassicheren Schleusenentleerung versehen ist und daß am Einlaufende eine Materialzufuhrschnecke vorgesehen ist, die gleichzeitig dem Abzug des oder der Reaktionsgase dient.

7. Drehrohrofen nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch am Drehofenmantel ortsfest angeordnete Heizmittelabgasringkanäle.

8. Verfahren zum Betrieb eines Drehrohrofens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1

10 bis 7, gekennzeichnet durch eine Zufuhr des oder der Reaktionsgase derart, daß der Reaktionsraum unter Überdruck steht.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf die CaI-ciumcyanamidherstellung die Reaktionspartner im Gegenstrom geführt werden und der Reaktionsraum über einen wesentlichen Teil seiner Länge auf eine weitgehend gleichmäßige Temperatur oberhalb des Zersetzungspunktes der Reaktionsgase einreguliert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 109 234, 221281. 491, 280428, 281809, 659 979;

französische Patentschrift Nr. 1 220 983;

britische Patentschrift Nr. 629 385;

Ullmann, Enzykl. d. techn. Chemie, Bd. 1,1953. S. 845;

Henglein, Grundriß der ehem. Technik, 1959. S. 191.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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