DE1592140C - Vorrichtung zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid aus Aluminiumoxid-Hydrat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid aus AIuminiumoxid-Kydrat mit einer Dehydrationszone, einer bei 600 bis 1200⁰C betriebenen Wirbelschicht-Calcinationszone und einem Wirbelkühler.

Es ist bekannt, die Dehydratisierung von Tonerde in einer klassischen Wirbelschicht durchzuführen. Eine klassische Wirbelschicht ist ein Verteilungszustand, bei dem eine dichte Phase, deren Oberfläche etwa der einer kochenden Flüssigkeit ähnelt, durch einen deutlichen Dichtesprung von dem darüber befindlichen Gas- oder Staubraum getrennt ist. In der dichten fluidisierten Phase nimmt der vom Gas durchwirbelte Feststoff etwa 30 bis 55% des Bettvolumens ein. Da in der Praxis die Korngröße des Feststoffes niemals völlig uniform ist, werden stets einzelne Partikel, vor allem die feineren, vom Gas mitgerissen, so daß auch der oberhalb des Niveaus der Wirbelschicht befindliche Gasraum nicht völlig frei von Feststoff ist. Die Menge des vom Gas mitgerissenen Feststoffes hängt in erster Linie von der Korngrößenverteilung und dem speziti sehen Gewicht des Feststoffes sowie der angewendeten Gasgeschwindigkeit ab. In jedem Fall ist aber die Feststoffdichte oberhalb der Wirbelschicht erheblich niedriger als in derselben und entspricht meist nur Bruchteilen eines Prozentes des vom Gas eingenommenen Volumens (britische Patentschrift 878 827 und USA.-Patentschrift 2 799 558).

Es ist auch bekannt, pulverförmige Stoffe in der Weise zu entwässern und zu erhitzen, daß man sie in Form einer Flugstaubwolke mit heißen Gasen behandelt. Unter Flugstaubwolken werden Verteilungszustände ohne definierte obere Grenzschicht mit einer wesentlich höheren Gasgeschwindigkeit verstanden, als sie zur Aufrechterhaltung einer stationären Wirbelschicht zulässig sind, und bei denen der Feststoff vom Gas schnell aus dem Apparat ausgetragen würde, wenn nicht ständig neues Material nachgespeist wird. Innerhalb der Flugstaubwolke besteht eine Feststoffkonzentration, die niedriger ist als die einer klassischen Wirbelschicht, aber erheblich höher als die im Staubraum einer klassischen Wirbelschicht vorliegende. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und darüber befindlichem Staubraum tritt also nicht auf, jedoch nimmt innerhalb der Flugstaubwolke die Feststoffkonzentration nach oben hin kontinuierlich ab. Es sind über den Ofen gemittelte Feststoffdichten von etwa 10 bis 100 kg/m³ üblich. Die Feststoffdichte kann örtlich bis zu 300 kg/m³ ansteigen (deutsche Auslegeschrift 1 146 041).

Ein anderer Vorschlag zum Calcinieren von feinkörnigem Tonerdehydrat sieht vor, im oberen Teil einer Flugstaubwolke bei verhältnismäßig niedriger Temperatur teilweise vorentwässertes Tonerdehydrat aufzugeben und bei 1100 bis 1300° C fertig zu calcinieren, wobei bei einer Gasgeschwindigkeit von 1500 bis 3000 Nm³/m²/h und einer entsprechend großen Feststoffbelastung eine nach oben abnehmende Suspensionsdichte im Durchschnitt über die ganze Höhe der Reaktionszone von über 30 kg/m³ und im unteren Teil der Reaktionszone von 100 bis 300 kg/m³ aufrechterhalten wird und der mit dem Gas ausgetragene Feststoff in einen Abscheider gebracht und zum Teil wieder in den unteren Teil der Flugstaubwolke zurückgeführt wird (deutsche Auslegeschrift 1 146 041).

Ein weiteres zum Stand der Technik gehörendes Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid der α-Phase in zwei Stufen durch kontinuierliche Dehydratisierung und anschließende Kristallisation sieht vor, die Dehydratisierung in einer Zeit von im allgemeinen weniger als einer Minute durch sehr schnellen Wärmeaustausch zwischen dem Hydroxid und den Heizgasen durchzuführen und die anschließende Umwandlung des hydratisierten Produktes zur α-Phase dadurch zu bewirken, daß man dieses ohne oder unter nur sehr geringer weiterer Wärmezufuhr während einer Zeit von etwa 10 bis 120 Minuten in dem an sich bekannten Temperaturbereich von 900 bis 1200° C beläßt (deutsche Auslegeschrift 1 184 744 und deutsche Auslegeschrift 1 207 361).

Nach dem Verfahren der österreichischen Patentschrift 209 315 läßt man pulverisierten Feststoff zunächst in Gestalt einer durch die Behandlungs- und gegebenenfalls Heizgase verdünnten Wirbelschicht eine Vorbehandlungszone passieren bei kurzer Kontaktzeit mit dem Gas, überführt dann in eine Hauptbehandlungszone, in welcher es in verhältnismäßig dichter Wirbelschicht bedeutend langer verbleibt und behandelt schließlich in verdünnter oder dichter Wirbelschicht verhältnismäßig kurz nach. Die Hauptbehandlungszone arbeitet mithin nach dem klassischen Wirbelschichtverfahren.

Ebenfalls klassisch wird der Wirbelschichtreaktor mit mehreren horizontal nebeneinanderliegenden, lediglich durch Schleusen getrennten Wirbelschichtbetten betrieben (deutsche Auslegeschrift 1 046 577). Die Besonderheit dieses auch für die Herstellung von Tonerde bestimmten Vorschlages besteht in der besonderen Gestaltung der Schleuse.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Al₂O₃ nach dem Wirbelschichtprinzip, bei dem die Feststoffe zusammen mit den Gasen am oberen Ende des Schachtes ausgetragen, in einem Abscheider vom Gas getrennt und teilweise zur Wärmezufuhr in das Wirbelbett rückgeführt werden und wenigstens ein Teil der Wärmezufuhr durch heiße Gase erfolgt, die in das Wirbelbett oberhalb des Rostes eingeleitet werden, erfolgt die Einführung der mindestens 500⁰C heißen Gase in Höhe einer Schachterweiterung mit solcher Geschwindigkeit, daß eine stark expandierte Wirbelschicht ohne definierte obere Grenze gebildet wird, und werden die rückgeführten Feststoffe an einer Stelle oberhalb des Rostes, aber unterhalb der Heißgaseinführung eingeleitet (deutsche Patentschrift 1 092 889).

Den beschriebenen Verfahren gemeinsam ist der Nachteil einer noch nicht befriedigenden Wärmeausnutzung. Darüber hinaus weisen die einzelnen Vorschläge noch weitere Unzulänglichkeiten auf.

Beim Dehydratisieren in der dichten oder klassischen Wirbelschicht tritt die Schwierigkeit auf, daß das Material in der Hochtemperaturzone seine Dichte stark vergrößert. Infolge dieses Schrumpfvorganges wird die Wirbelschicht sehr leicht unbeweglich. Weiterhin kann infolge der geringen Korngröße des Aluminiumhydroxids von etwa 50 bis 100 μ. die klassische Wirbelschicht nur aufrechterhalten werden, wenn mit entsprechend niedrigen Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten gefahren wird. Dies bedingt einen, auf die Rostfläche des Wirbelschichtofens bezogen, geringen Durchsatz. Die Übereinanderschaltung mehrerer klassischer Wirbelschichten bereitet auch insofern Schwierigkeiten, als durch den Staubgehalt der Abgase gasseitig vorgeschalteter Stufen die Roste der gasseitig nachgeschalteten blockiert werden können und die Einhaltung der optimalen Fluidierungsgasgeschwindigkeit in den Vorentwässerungszonen kompliziert ist.

Die bisher vorgeschlagenen Flugstaubwolkenverfahren sind noch unbefriedigend, weil die gleichmäßige Verbrennung des Brennstoffes ohne Überhitzungserscheinungen schwierig ist. Außerdem fordert die Verlegung der Verbrennung in eine Brennkammer außerhalb des Ofens besonders bei Hochtemperaturverfahren aus Gründen der Wärmewirtschaftlichkeit hohe, von der Werkstoffseite her schwer zu beherrschende Verbrennungstemperaturen. Dieser zuletzt genannte Nachteil tritt auch bei den Vorschlägen der deutsche Auslegeschrift 1 184 744 und deutsche Auslegeschrift 1 207 361 auf.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung werden die beschriebenen Unzulänglichkeiten beseitigt. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid aus Aluminiumoxid-Hydrat mit einer Dehydrationszone, einer bei 600 bis 1200⁰C betriebenen Wirbelschicht-Calcinationszone und einem Wirbelschichtkühler und ist gekennzeichnet durch eine Dehydrationszone aus mehreren hintereinandergeschalteten Schwebeaustauschern 3, 4, 5, 6, 7, eine Wirbelschicht-Calcinationszone aus einem mit Wirbelschichtofen 9 und Rückführzyklon 8 gebildeten expandierten Zirkulationssystem, einen Wirbelschichtkühler 16 mit Kühlkammern 17, 18, 19, 20 und darin befindlichen, untereinander verbundenen, von Luft im Gegenstrom durchflossenen Kühlregistern 21, eine Zuleitung für die dem Wirbelschichtofen 9 als Fluidisierungsgas dienende, im Wirbelschichtkühler 16 indirekt aufgeheizte Luft sowie eine Zuleitung für die dem Wirbelschichtofen als Sekundärluft dienende, im Wirbelschichtkühler 16 direkt aufgeheizte Luft mit einer Mündung in einer Höhe 12 über dem Rost 11, die etwa dem 0,3- bis l,5fachen des in der Wirbelschicht des Ofenschachtes eingestellten Druck Verlustes in mm WS entspricht, und eine zwischen Rost 11 und Sekundärluftzufuhr 12 in den Wirbelschichtofen 9 führende Brennstoffleitung 10.

Vorzugsweise mündet die Verbindungsleitung für die Sekundärluft in einer Höhe 12 über dem Rost 11, die etwa dem 0,5- bis 0,8fachen des in der Wirbelschicht des Ofenschachtes eingestellten Druckverlustes in mm WS entspricht.

Der-Druckverlust im Ofenschacht ist eine Funktion des Feststoffinhaltes und definiert gleichzeitig dei Verweilzeit. Er liegt im Bereich von 400 bis 2500 mm WS.

Der im Wirbelschichtofen sich einstellende Verteilungszustand des Materials wird durch Aufteilung der zur Verbrennung des Brennstoffes erforderlichen Luft erreicht. Die durch den Rost eingeführte Fluidisierungsluft erzeugt eine stark bewegte Wirbelschicht, deren Feststoffkonzentration etwa an der unteren Grenze der bei der klassischen Wirbelschicht üblichen Konzentration liegt, d. h. bei etwa 600 bis 100 kg/m³. Durch Zufuhr von Sekundärluft in den zylindrischen oder gegebenenfalls im oberen Teil erweiterten Ofenschacht in geeigneter Höhe wird im darüberliegenden Teil des Schachtes eine Flugstaubwolke erzeugt, in der die Feststoffkonzentration von den vorgenannten Werten kontinuierlich bis auf etwa 1 kg/m³ am Gasaustritt abfällt. In Abhängigkeit von der Materialzirkulation im Ofeninnern selbst stellt sich eine mittlere Materialkonzentration von etwa 10 bis 100 kg/m³ ein.

Die Abtrennung des mit dem vereinigten Verbrennungsgasstrom aus dem Schachtofen ausgetragenen 600 bis 1200⁰C heißen Gutes erfolgt in'einem Rückführzyklon. Mit derselben Temperatur gelangen die Abgase aus dem Rückführzyklon in ein mehrstufiges Schwebeaustauschersystem, in dem sie das feuchte Hydroxid unter weitgehend vollständiger Ausnutzung des Wärmeinhaltes vorentwässern und dehydratisieren. Vorentwässern und dehydratisieren bedeutet die praktisch quantitative Entfernung des mechanisch anhaftenden und die teilweise Entfernung des chemisch gebundenen Wassers. Die Schwebeaustauscher sind vorzugsweise als Venturiwiibeltrockner ausgebildet, wobei je ein Venturiwirbeltrockner und ein zugehöriger Zyklon eine Trockenstufe bilden. Die Verwendung von Venturiwirbeltrocknern ist vorteilhaft, weil sie einerseits leicht zu bedienen und andererseits von hohem thermischen Wirkungsgrad sind.

Das Frischgut wird dem vom Wirbelschichtofen gesehen gasseitig letzten Venturiwirbeltrockner in filterfeuchtem Zustand aufgegeben. Es bildet sich eine nach oben austretende Suspension, die von einem Zyklon erfaßt wird. Die abgeschiedenen Feststoffe werden in den gasseitig davorliegenden Venturitrockner eingetragen und über einen weiteren Abscheider dem unteren Teil des Wirbelschichtofens zugeführt.

Mit Hilfe eines zweistufigen Venturisystems gelingt es, die Temperatur der Abgase bis zum Taupunkt und

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den Wassergehalt des Hydroxids entsprechend einem unter 800 kcal/kg Al₂O₃ liegen, ohne Schwierigkeiten

Glühverlust von 1 bis 3% zu senken. in der Ofenführung, wie Verstopfen oder Schießen des

Das im Rückführzyklon anfallende wasserfreie AIu- Materials, Oxide sehr hoher Reinheit und gleich-

miniumoxid (<0,2% Glühverlust) wird ganz oder mäßiger Qualität zu erzeugen. Es lassen sich ohne

teilweise in das Wirbelbett des Wirbelschichtofens 5 Veränderung der zur Anwendung kommenden Anlage

zurückgeleitet. Die Produktion des Prozesses wird durch Variation der Luftmengenverhältnisse, der CaI-

entweder dem Rückführzyklon oder auch einer anderen ciniertemperatur und der mittleren Verweilzeit des

geeigneten Stelle, beispielsweise dem Wirbelschicht- Materials im Wirbelschichtofen Aluminiumoxide ver-

ofen, in kontrollierbarer Weise entnommen und einem schiedener Modifikation herstellen.

Wirbelkühler zugeleitet. io . .

Zur Kühlung des Gutes im Wirbelkühler dient die .. Ausfuhrungsbeisp.el 1 (bezogen auf F.gur 1)

für den Wirbelschichtofen benötigte Verbrennungsluft, Über einen Aufgabebunker 1 werden stündlich 2,97 t die kalt in zwei Ströme zum direkten und indirekten feuchtes Aluminiumhydroxid mit 12% mechanisch geWärmeaustausch aufgeteilt wird. Für den direkten bundenem Wasser mittels einer Förderschnecke 2 in Wärmeaustausch wird Luft als Fluidisierungsgas, für 15 den gasseitig zweiten Venturitrockner 3 eingetragen den indirekten Wärmeaustausch Luft als Kühlmittel und von dem aus der gasseitig ersten Trockenstufe durch im Wirbelbett angeordnete Kühlregister benutzt. kommenden Abgasstrom, der eine Temperatur von

Der Wirbelkühler ist längs des Materialweges in 550 bis 630⁰C aufweist, erfaßt. Bevor der Gas-Mate-

mehrere Kammern unterteilt, so daß die durch die rial-Strom in den beiden nachfolgenden Zyklonen 4, 5

Kühlregister geführte Luft dem heißen Material ent- 20 getrennt wird, sind das gesamte mechanisch gebundene

gegenströmt und die im Wirbelkühler verwendete und ein Teil des chemisch gebundenen Wassers ver-

Wirbelluft im Kreuzstrom fließt. dampft. Das 100°C warme aus dem Zyklon 5 aus-

Die auf diese Weise aufgeheizten Teilströme werden tretende Abgas wird zur Entstaubung einer elektro-

getrennt dem Wirbelschichtofen zugeführt. Der durch statischen Gasreinigung (nicht dargestellt) zugeführt,

die Kühlregister des Wirbelkühlers gegangene und 25 Das aus den Zyklonen 4, 5 austretende Material

indirekt erhitzte Teilstrom dient dem Wirbelschicht- gelangt in den Venturiwirbeltrockner 6 und wird dort

ofen als Fluidisierungsgas, das Fluidisierungsgas des von dem aus dem Rückführzyklon 8 der zirkulierenden

Wirbelkühlers dem Wirbelschichtofen als Sekundär- Wirbelschicht austretenden Gasstrom erfaßt und bis

luft. Eine derartige Führung der Gasströme hat den auf einen Glühverlust von 2 bis 3% entwässert. Im

Vorteil, daß das für den Wirbelschichtofen bestimmte 3° Zyklon 7 tritt wiederum eine Trennung des Gas-

Fluidisierungsgas staubfrei ist und damit Verstopfun- Material-Stromes ein, das entwässerte Material gelangt

gen des Rostes mit Sicherheit vermieden werden, in den Wirbelschichtofen 9, und das Abgas wird in den

während der nach der Entstaubung in einem Zyklon obenerwähnten Wirbeltrockner 3 geleitet,

verbleibende Staubgehalt der als Sekundärluft bestimm- Der Wirbelschichtofen 9 hat einen lichten Durch-

ten Gase infolge der geringen Störanfälligkeit der 35 messer von 0,8 m und 9 m lichte Höhe. Die zur Calci-

Zuführorgane für Sekundärluft zu keinerlei Schwierig- nierung benötigte Wärmemenge wird durch direkte

keiten führt. Verbrennung von etwa 140 kg/h Bunker-C-ÖI, das in

Die Aufteilung der Kühlluft zum indirekten und geringer Höhe über dem Rost 11 bei 10 in die Schicht

direkten Wärmeaustausch wird in der Regel im Ver- eingedüst wird, gedeckt. Die zur Herstellung der

hältnis 1:2 bis 4:1 vorgenommen und kann damit den 40 Wirbelsuspension benötigte Luftmenge von 1900 Nm³/h

Betriebsbedingungen der Calciniervorrichtung ange- wird zu 50% durch den Rost 11 als Fluidisierungsgas

paßt werden., und zu 50% in 0,8 m Höhe über dem Rost bei 12 als

Es ist vorteilhaft, einen Teil der aus dem Wirbel- Sekundärluft zugeführt. Dabei stellt sich in der unteren

kühler austretenden erhitzten Kühlluft in die gasseitig Ofenzone zwischen Rost 11 und Sekundärlufteintritt 12

letzte Schwebeaustauscherstufe zu führen, um dadurch 45 eine Wirbelschicht mit einer Materialkonzentration

eine Abkühlung der Abgase unterhalb des Taupunktes von etwa 800 kg/m³ ein, die einerseits die Verbrennung

zu vermeiden. Gleichzeitig wird durch diese Maß- des Öls begünstigt und andererseits eine starke Er-

nahme eine unnötig starke Gasbelastung des Wirbel- höhung der mittleren Verweilzeit im Wirbelschichtofen

schichtofens verhindert. Bei der erwähnten vorteil- mit sich bringt.

haften Ausgestaltung des Verfahrens könnten sich die im 5° In der oberen Ofenzone 13 baut sich durch interne

vorstehenden Absatz genannten Grenzen des Verhält- Materialzirkulation die Materialkonzentration konti-

nisses der Kühlluftaufteilung geringfügig verschieben. nuierlich bis auf einen Konzentrationswert von etwa

Zur Deckung des Energiebedarfs dienen rückstands- 4 kg/m³ ab. Mit dieser Konzentration tritt die Suspenfreie Brennstoffe. Besonders vorteilhaft sind flüssige sion auch in den Rückführzyklon 8 ein, in dem die und gasförmige Kohlenwasserstoffe. Das Verhältnis 55 Gas-Materialtrennung erfolgt.

zwischen Verbrennungsluft — dem Wirbelschichtofen Das abgeschiedene Aluminiumoxid wird über eine als Fluidisierungsgas und Sekundärluft zugeführt — geeignete Vorrichtung 14 zum Teil in den Wirbel- und Brennstoff wird so bemessen, daß die Luftver- schichtofen 9 zurückgeleitet, zum Teil über ein Dosierhältniszahl λ = 1,0 bis 1,4, vorzugsweise 1,05 bis 1,10, aggregat 15 in einen Wirbelkühler 16 eingetragen. Die beträgt. Obwohl an der Zufuhrstelle für Brennstoff, 60 in den Wirbelkühler eingespeiste Materialmenge wird nämlich im unteren Teil des Wirbelschichtofens unter- so gesteuert, daß im Wirbelschichtofen ein Druckhalb der Sekundärluftzufuhr, Sauerstoffunterschuß verlust von 1200 mm WS eingehalten wird,
herrscht, ist infolge der hohen Konzentration an gleich- Das in den Wirbelkühler, der vier Kammern 17, 18, mäßig temperiertem Feststoff in der Wirbelschicht eine 19, 20 aufweist, gelangende Aluminiumoxid (1,70 t/h) quantitative Umsetzung des Brennstoffes am Ofen- 65 wird in gleichzeitigem, direktem und indirektem Wärausgang erreicht, meaustausch mit Luft auf unter 250° C abgekühlt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelingt es, Hierzu werden 950 Nm³/h Luft im Gegenstrom zum

bei niedrigen spezifischen Wärmeverbrauchszahlen, die Feststoff durch ein in die Kammern 17, 18, 19, 20

eingehängtes Rohrbündefsystem 21 geleitet und dabei auf 500'⁵C bis 550ⁿC aufgeheizt. 950 Nm¹Yh dienen im Kühler als Wirbelluft und erreichen nach Austritt aus den einzelnen Kammern bei 22 eine Mischtemperatur von ebenfalls etwa 500⁰C. Die durch das Rohrbündelsystem 21 des Kühlers geleitete staubfreie Luft wird durch den Rost 11 dem Wirbelschichtofen 9 zugeleitet, die im Wirbelkühler 16 zum Wirbeln benutzte und erhitzte Luft wird im Zyklon 23 entstaubt und als Sekundärluft bei 12 in den Wirbelschichtofen 9 eingeblasen.

Das aus dem Wirbelkühler 16 austretende Material wird über eine Zellenradschleuse 24 und ein Becherwerkes zur pneumatischen Förderung in die Elektrolyse geleitet.

Durch die vorstehend beschriebene Arbeitsweise werden folgende Vorteile erzielt:

l.Die Verbrennung des Bunker-C-Öls im Ofen ist sehr gleichmäßig und rußfrei.

2. Die Calciniertemperatur im Wirbelschichtofen bzw. im gesamten Kreislauf der zirkulierenden Wirbelschicht ist konstant und gleichmäßig. Sie beträgt 1100 ± 15⁰C.

3. Das gesamte System der zirkulierenden Wirbelschicht kann auf den als wünschenswert erachteten Materialinhalt eingestellt werden, so daß sich daraus die jeweils erwünschte Verweilzeit ergibt. Der Materialinhalt war auf 1,6 t eingestellt, was einer Verweilzeit von 56,5 Min. entspricht.

4. Es wird ein für Elektrolysezwecke geeignetes, sehr gleichmäßiges Produkt gewonnen.

5. Der Wärmeverbrauch beträgt 790 kcal/kg Al₂O₃.

6. Die spezifische Durchsatzleistung pro m³ Schachtquerschnitt beträgt 51 ta to erzeugtes Al₂O₃.

35 Ausführungsbeispiel 2 (bezogen auf Figur 2)

Die zur Anwendung kommende Vorrichtung ist mit der des Ausführungsbeispiels 1 praktisch identisch, weist lediglich eine zusätzliche Leitung 26 auf, die einen Teil der aus den Rohrbündeln 21 austretenden Kühlluft einer Stelle zwischen erster und zweiter Vortrockenstufe, d. h. zwischen Positionen 3 und 7, zuführt.

Über den Aufgabebunker 1 werden stündlich 3,48 t feuchtes Aluminiumhydroxid mit 12% mechanisch gebundenem Wasser mittels der Förderschnecke 2 in den gasseitig zweiten Venturitrockner 3 eingetragen und von dem aus der gasseitig ersten Venturitrockenstufe 6, 7 kommenden Abgasstrom mit einer Temperatur von 300 bis 35O⁰C und der zwischen den beiden Venturistufen über die Leitung 26 zugeführten Kühlluftmenge von 400 Nm³/h und 500° C erfaßt. Bevor der Gas-Material-Strom in dem Zyklon 4 und im Feinreinigungszyklon 5 vom Material befreit wird, sind das gesamte mechanisch gebundene Wasser und ein kleiner Teil des chemisch gebundenen Wassers ausgetrieben. Das Abgas tritt mit 82⁰C — einer Temperatur, die dicht über dem Taupunkt liegt — zur Endgasreinigung in einen nicht dargestellten Venturiwäscher. Das in den Zyklonen 4 und 5 abgeschiedene Material gelangt in den Venturiwirbeltrockner 6 und wird dort von dem aus dem Rückführzyklon 8 der zirkulierenden Wirbelschicht austretenden Gasstrom erfaßt und bis auf einen Glühverlust von 5 bis 7% entwässert. Im Zyklon 7 wird wiederum der Gas-Material-Strom getrennt und das entwässerte Material fällt über eine Falleitung in den Wirbelschichtofen 9, das Abgas geht in den Wirbeltrockner 6.

Der Wirbelschichtofen hat einen Innendurchmesser von 0,8 m und 9 m lichte Höhe. In etwa 0,2 m Höhe über dem Rost 11 werden bei 10150 kg/h Bunker-C-Öl in die an dieser Stelle dichte Wirbelschicht mit einer Materialkonzentration 600 kg/m^:1 eingetragen. Die zur Herstellung dieser Materialkonzentration im Ofenunterteil unterhalb des Sekundärlufteintritts 12 erforderliche Luftmenge von 1250 Nrtr'/h wird durch den Rost 11, die Sekuiidärluftmenge von 430 Nnr'/h wird in ca. 1,2 in Höhe über dem Rost 11 zugeführt. Beide Luftmengen sind im Wirbelschichtkühler 16 auf 500" C im direkten und indirekten Wärmetausch vorgewärmt. Das Verhältnis von Rostluft zu Sekundärluft beträgt etwa 3:1.

In der oberen Ofenzone 13 baut sich durch interne Materialzirkulation die Materialkonzentration kontinuierlich bis auf etwa 3 kg/m³ ab. Mit dieser Konzentration tritt die Suspension auch in den Rückführzyklon 8 ein, in welchem die Materialtrennung erfolgt.

Das abgeschiedene Aluminiumoxid wird über eine geeignete Vorrichtung 14 vollständig in den Wirbelschichtofen zurückgeführt und zum Teil über ein Dosieraggregat 15 in einen Wirbelkühler 16 eingetragen. Durch Regelung des Austrags wird der Druckverlust im Ofen auf 1700 mm WS eingestellt.

Im Wirbelschichtkühler 16, in dem eine Wirbelschicht mit genau begrenzter Oberfläche erzeugt wird und der in Richtung des Materialflusses in vier Kammern unterteilt ist, wird der Ofenaustrag von 2,0 t/h gleichzeitig im indirekten und direkten Wärmeaustausch auf 200° C gekühlt. Dabei werden 1650 Nm³/h Luft im Gegenstrom zum Feststoff durch ein in die Kammern eingehängtes Rohrbündelsystem 21 geleitet und auf 500⁰C erhitzt. 1250 N;n³/h dieser staubfreien Luft werden als Fluidisierungsluft durch den Rost 11 gegeben, 400 Nm³/h gehen direkt in die gasseitig zweite Venturistufe. 430 Nin³/h Luft dienen im Kühler als Wirbelluft und erreichen nach Austritt aus den Kammern bei 22 eine Mischtemperatur von etwa 500⁰C. Diese Luft wird nach Reinigung im Zyklon 23 als Sekundärluft in den Wirbelofen 9 in der Höhe 12 zugegeben. Das Verhältnis von indirekt zu direkt aufgeheizter Luft am Kühler beträgt 3,8:1. Das aus dem Wirbelkühler 16 austretende Material wird über eine Zellenradschleuse 24 und ein Becherwerk 25 zum Silo geleitet.

Durch die vorstehende Arbeitsweise werden bei vollständiger und rückstandsfreier Verbrennung mit einem Luftüberschußfaktor λ = 1,05 folgende Ergebnisse erzielt:

l.Die Calciniertemperatur läßt sich sehr gleichmäßig bei 850 ± 10° C konstant über den gesamten Calcinierkreislauf einstellen.

2. Der Materialinhalt der zirkulierenden Wirbelschicht liegt bei 2,25 t, wobei sich eine mittlere Materialverweilzeit von 67 Min. einstellen läßt.

3. Der spezifische Wärmeverbrauch liegt bei 725 kcal/kg Al₂O₃.

4. Es wird eine hohe spezifische Durchsatzleistung von 60 tato pro m² Schachtquerschnitt erzielt.

5. Es wird ein sehr reines und gleichmäßiges y-Oxyd erzeugt, welches als Ausgangsprodukt eines chemischen Prozesses besonders vorteilhaft ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von wasserfreiem Aluminiumoxid aus Aluminiumoxid-Hydrat mit einer Dehydrationszone, einer bei 600 bis 1200° C betriebenen Wirbelschicht-Calcinationszone und einem Wirbelkühler, gekennzeichnet durch eine Dehydrationszone aus mehreren hintereinandergeschalteten Schwebeaustauschern (3, 4, 5, 6, 7), eine Wirbelschicht-Calcinationszone aus einem mit Wirbelschichtofen (9) und Rückführzyklon (8) gebildeten expandierten Zirkulationssystem, einen Wirbelschichtkühler (16) mit Kühlkammern (17, 18, 19, 20) und darin befindlichen, untereinander verbundenen, von Luft im Gegenstrom durchHossenen Kühlregistern (21), eine Zuleitung für die dem Wirbelscnichtofen (9) als Fluidisierungsgas dienende, im Wirbelschichtkühler (16) indirekt aufgeheizte Luft sowie eine Zuleitung für die dem Wirbelschichtofen als Sekundärluft dienende, im Wirbelschichtkühler (16) direkt aufgeheizte Luft mit einer Mündung in einer Höhe (12) über dem Rost (11), die etwa dem 0,3- bis l,5fachen des in der Wirbelschicht des Ofenschachtes eingestellten Druckverlustes in mm WS entspricht, und eine zwischen Rost (11) und Sekundärluftzufuhr (12) in den Wirbelschichtofen (9) führende Brennstoffleitung (10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung für die Sekundärluft mit einer Mündung in einer Höhe (12) über dem Rost (11), die etwa dem 0,5- bis 0,8fachen des in der Wirbelschicht des Ofenschachtes eingestellten Druckverlustes in mm WS entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung (26) für den Eintrag indirekt aufgeheizter Kühlluft in die gasseitig letzte Schwebeaustauscherstufe (3).

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