-
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung eines trockenen, grobkörnigen Produktkristallisats eines bruchempfindlichen Salzes, insbesondere eines grobkörnigen Ammoniumsulfat-Kristallisats.
-
Ammoniumsulfat ((NH4)2SO4) ist ein in großem Maßstab hergestelltes Produkt, das hauptsächlich als Düngemittel in der Landwirtschaft zur Lieferung von Stickstoff und Schwefel benutzt wird. In industrieller Hinsicht fällt Ammoniumsulfat als Nebenprodukt bei einigen chemischen Prozessen, insbesondere bei der Produktion von Caprolactam an. Um den Anforderungen als Düngemittel zu genügen, muss das Ammoniumsulfat als grobkörniges Produkt (Korngröße d’ (RRSB) im Bereich von 1 bis 4 mm) zur Verfügung stehen. Dies ist wichtig, um eine gute Streufähigkeit zu gewährleisten und im Falle einer Vermischung mit anderen Düngestoffen die Neigung zur Entmischung, die durch Feinanteile in einem Korngemisch verstärkt würde, zu unterdrücken.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll unter einem grobkörnigen Kristallisat ein solches verstanden werden, bei dem die Korngröße der Kristallisatmasse im Wesentlichen mindestens 1,7 mm beträgt, der Feinkristallisatanteil also nur von untergeordneter Bedeutung ist (z.B. weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%).
-
Grundsätzlich lassen sich grobkörnige Kristallisate aus Lösungen in Kristallisatoren der Bauart DTB (Draft Tube Baffled) oder des Oslo-Typs herstellen. In beiden Fällen tritt das Problem auf, dass die im Kristallisator erzeugte mittlere Korngröße des Produktkristallisats periodischen Schwankungen unterliegt, d.h. Phasen mit hohem Grobkornanteil wechseln ab mit Phasen, in denen vorwiegend feinkörniges Kristallisat (z.B. Korngröße unter 1 mm) anfällt. Dies ist die Folge einer starken spontanen primären Keimbildung bei erhöhter Übersättigung im Kristallisator. In Betriebsphasen mit ausgeprägter Grobkornbildung werden alle gebildeten Keime durch die starke Feinkristallauflösung infolge der Temperaturerhöhung im Wärmetauscher des externen Kreislaufs eines DTB-Kristallisators bzw. in der Umwälzung eines Oslo-Kristallisators aufgelöst.
-
Aus der
EP 0632738 B1 ist eine Anlage für ein kontinuierliches Kristallisationsverfahren bekannt, bei dem ein grobkörniges Ammoniumsulfat-Kristallisat aus einer übersättigten wässrigen Ammoniumsulfat-Lösung in einem DTB-Kristallisator herstellbar ist. In diesem Verfahren wird eine Suspension aus übersättigter Ammoniumsulfat-Lösung und bereits gebildetem Kristallisat innerhalb des DTB-Kristallisators in einem internen Kreislauf ständig umgewälzt. Durch Verdampfung des Lösungsmittels (Wasser) wird ständig neue Übersättigung geschaffen, die infolge der stattfindenden Kristallisation wieder abgebaut wird. Der bei der Verdampfung entstehende Brüden wird am Kopf des DTB-Kristallistors abgezogen. Aus einem durch Strömungsleitwände im oberen Bereich des Kristallisationsraums des DTB-Kristallistors vom internen Kreislauf der Suspension abgetrennten Teil (Klärbereich), in dem im Unterschied zum Bodenbereich des Kristallisators eine geklärte Lösung mit einem im Wesentlichen aus Kristallisationskeimen und Feinkristallen bestehenden Feststoffanteil vorliegt, wird ein Teilstrom an geklärter Lösung abgezogen und nach Auflösung des darin enthaltenen Feststoffanteils wieder in den Bodenbereich des Kristallisationsraums zurückgeführt. Zur Auflösung des Feststoffanteils ist in den externen Kreislauf ein Wärmetauscher eingeschaltet, der die Temperatur der geklärten Lösung und damit das Lösungsvermögen des Lösungsmittels (Wasser) für Ammoniumsulfat erhöht. Außerdem mündet in den externen Kreislauf vor dem Wärmetauscher auch die Zuführleitung, durch die neue konzentrierte Ammoniumsulfat-Lösung in den Kristallisator eingespeist werden kann. Aus dem Bodenbereich wird kontinuierlich ein Teilstrom an Suspension mit dem darin enthaltenen Anteil an Feststoff in der gewünschten Korngröße des Produktkristallisats abgezogen. Das Produktkristallisat wird von der Mutterlösung in einem Eindicker und durch anschließendes Zentrifugieren abgetrennt und die Mutterlösung wieder in den DTB-Kristallisator zurückgeführt. Um die Erzeugung eines ausreichend grobkörnigen Kristallisats zu erhöhen und die Produktion hinsichtlich der zyklischen Schwankungen der Korngröße zu verbessern, wird zusätzlich zur Zuführung gesättigter Ammoniumsulfat-Lösung in diesem Verfahren eine Kristallisat-Suspension aus Ammoniumsulfat mit einer konstanten Zuflussrate aus einer externen Quelle in den Kristallisator eingespeist.
-
Aus der gattungsbildenden
WO 2009077346 A1 ist eine Anlage für ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines grobkörnigen Ammoniumsulfat-Kristallisats bekannt, bei dem aus einem DTB-Kristallisator eine Suspension aus Mutterlösung und grobkörnigem Ammoniumsulfat-Kristallisat abgezogen und in einen Wascheindicker geführt wird. Die Aufströmgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit ist in diesem Wascheindicker derart einstellbar, dass das Kristallisat aus dem Feinkornbereich, also beispielsweise mit einer Korngröße unter 1 mm, ausgeschwemmt wird und mit dem Oberlauf des Wascheindickers in den Kristallisator zurückgeführt werden kann. Nur das gröbere Kristallisat wird mit einem Rest an Mutterlösung in eine Zentrifuge geführt. Nach dem Zentrifugieren wird das Kristallisat in einem Trockner getrocknet und anschließend zur Gewinnung des grobkörnigen Produktkristallisats gesiebt. Das abgesiebte Feinkristallisat wird, sofern es nicht als minderwertigeres Produkt verkauft werden soll, wieder aufgelöst und in den Kristallisator zurückgeführt.
-
Das aus dem Kristallisator in der Suspension abgezogene Kristallisat weist im Wesentlichen eine kugelförmige Korngestalt auf. Durch die in der Anlage eingesetzten Pumpen wird regelmäßig ein Teil der Kristallkörner zertrümmert. Das aus der Zentrifuge kommende Kristallisat weist üblicherweise einen Feinkornanteil (z.B. Korngröße unter 1,7 mm) auf, der in einer Größenordnung von etwa 15 Gew.-% über dem Feinkornanteil der aus dem Kristallisator bzw. einem diesem nachgeschalteten Wascheindicker abgezogenen Suspension liegt. Da für grobkörniges Ammoniumsulfat ein wesentlich höherer Marktpreis als für feinkörniges Ammoniumsulfat erzielbar ist, wird nach der Trocknung das feinkörnige Material in der Regel durch eine Siebung vom grobkörnigen getrennt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Effektivität einer gattungsgemäßen Anlage zur Erzeugung eines trockenen, grobkörnigen Produktkristallisats eines Salzes zu verbessern, also die Ausbringung an Grobkristallisat zu erhöhen, und den Aufwand für die Trocknung und Siebung von feinkörnigem Kristallisat weitgehend zu vermeiden. Der Aufwand für Bau und Betrieb der Anlage und ihr Platzbedarf sollen möglichst gering sein.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anlage zur Herstellung eines trockenen, grobkörnigen Produktkristallisats eines bruchempfindlichen Salzes, insbesondere eines Ammoniumsulfat-Kristallisats, mit einem Kristallisator, insbesondere einem DTB-Kristallisator, mit einem an den Kristallisator angeschlossenen Wascheindicker, mit einem an den Wascheindicker angeschlossenen mechanischen Trennaggregat zur Trennung von Mutterlauge und Kristallisat und mit einem an das Trennaggregat angeschlossenen Trockner zur Trocknung des Kristallisats, erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Trennaggregat als Rüttelsieb oder Bandfiltereinrichtung derartig ausgebildet ist, dass die auf das Kristallisat einwirkenden Beschleunigungskräfte einen Maximalwert von 10 g nicht überschreiten.
-
Im Rahmen der Erfindung konnte herausgefunden werden, dass ein erheblicher Teil des unerwünschten Feinkristallisats erst durch das Zentrifugieren der Kristallmasse entsteht, weil das bruchempfindliche Kristallisat infolge der starken Fliehkräfte bei der Rotation der Zentrifuge einem erheblichen mechanischen Druck ausgesetzt wird. Durch Nass-Absieben oder einfaches Filtrieren der aus der Wascheindickung kommenden eingedickten Suspension, wie dies etwa durch Einsatz eines Rüttelsiebs mit einer auf die gewünschte Grobkorngröße abgestimmten Maschenweite oder durch einen Bandfilter leicht erreichbar ist, kann eine sehr schonende Trennung von Mutterlösung und Kristallisat gewährleistet werden. Dabei muss zwar eine weniger scharfe Fest/Flüssig-Trennung in Kauf genommen werden; so ist bei einfacher Rüttelsiebung etwa mit einer Restfeuchte in einer Größenordnung von etwa 6% zu rechnen, wohingegen durch Zentrifugierung eine Restfeuchte von etwa nur 1,5–2% ermöglicht wird. Aber statt eines Feinkornanteils im Kristallisat, das mit dem Grobkristallisat der Trocknung zugeführt wird, von etwa 15 Gew.-% bei Zentrifugierung fallen in der erfindungsgemäßen Anlage nur etwa 2 Gew.-% oder sogar noch weniger an. Dabei ist die Wassermenge, die bei der Trocknung des erfindungsgemäß erzeugten Kristallisats im Vergleich zur herkömmlichen Verfahrensweise wegen seiner höheren Restfeuchte zusätzlich verdampft werden muss, aber erheblich geringer als die Wassermenge, die im Falle einer Wiederauflösung des bei herkömmlicher Verfahrensweise zusätzlich anfallenden Feinkristallisats nach dessen Rückführung in die Kristallisation dort wieder verdampft werden muss, um die gleiche Menge Grobkristallisat zu gewinnen.
-
Um die Kristallkornzertrümmerung bei der Abtrennung der Mutterlösung vom Kristallisat noch besser zu vermeiden, empfiehlt es sich die Beschleunigungskräfte auf einen Maximalwert von 6 g, vorzugsweise 3 g, insbesondere von 2 g, zu begrenzen.
-
Da die Kristallisation üblicherweise als kontinuierliche Verfahrensstufe betrieben wird, wird vorzugsweise auch die mechanische Trennstufe zur Abtrennung der Mutterlösung kontinuierlich betrieben, wenngleich eine Batch-Verarbeitung selbstverständlich möglich ist. Daher werden Trennstufen bevorzugt, in denen das Kristallisat wandert, also translatorisch bewegt wird wie etwa bei einer Rüttelsiebung. Hierdurch wird auch die Abtrennung von Mutterlösung gefördert.
-
Als sehr wirksam für die Abtrennung der Mutterlösung hat sich auch eine Bandfiltrierung erwiesen, insbesondere dann, wenn Luft oder ein anderes Gas durch das zu behandelnde Kristallisat gesaugt oder gedrückt wird. Der Gasstrom bewirkt einen Abstreif- und Trocknungseffekt.
-
Das mechanische Trennaggregat arbeitet besonders dann sehr effektiv, wenn das Kristallisat vergleichsweise wenig Feinkristallisat enthält, da letzteres nicht nur die Zwischenräume zwischen einzelnen Grobkörnern verstopft und dadurch das Abtropfen behindert, sondern auch wegen der wesentlich größeren spezifischen Oberfläche mehr Flüssigkeit an sich bindet. Deshalb wird die Wascheindickung vorzugsweise in der Weise betrieben, dass feinkörniges Kristallisat möglichst weitgehend ausgeschwemmt und mit dem Großteil der Mutterlauge in die Kristallisationsstufe zurückgeführt wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Trocknung ein Trocknungsgasstrom mit erhöhter Geschwindigkeit (bevorzugt von unten nach oben) durch das Kristallisat geblasen wird, so dass dadurch im Sinne einer Windsichtung Feinkristallisat ausgetragen und abgeführt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass auf eine abschließende Absiebung von Feinkristallisat völlig verzichtet werden kann, da praktisch nur ausreichend grobkörniges Kristallisat als Produkt die Trocknung verlässt.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der einzigen Figur, die ein exemplarisches Anlagenbeispiel für die Herstellung von grobkörnigem Ammoniumsulfat zeigt, näher erläutert. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Herstellung von Ammoniumsulfat-Kristallisat beschränkt ist, sondern auch zur Herstellung grobkörniger, bruchempfindlicher Kristallisate anderer Stoffe geeignet ist.
-
Kern der dargestellten Anlage zur Herstellung von grobkörnigem Ammoniumsulfat ist ein DTB-Kristallisator 1, dessen Kopf mit 4 und dessen Bodenbereich mit 2 bezeichnet ist. Im Inneren des Kristallisators 1 ist koaxial zu dem im Wesentlichen zylindrischen Mantel des Kristallisatorgehäuses ein Strömungsleitrohr 6 angeordnet. Der nicht eingezeichnete Flüssigkeitsspiegel liegt bei in Betrieb befindlicher Anlage im Bereich des oberen Endes des Strömungsleitrohrs 6, an dessen unterem Ende eine Umwälzpumpe 5 für einen internen Suspensionskreislauf angeordnet ist. Der Antrieb der Umwälzpumpe 5 ist außen am Boden des Kristallisators 1 angeflanscht. In einem oberen Bereich des Kristallisators 1 ist eine unterhalb des Flüssigkeitsspiegels endende, eine ringförmige, nach unten offene Kammer bildende Strömungsleitwand vorgesehen, die im Sinne eines Klärbereichs 3 als strömungsberuhigter Raum vom internen Suspensionskreislauf abgekoppelt ist. Selbstverständlich kann diese ringförmige Klärkammer auch durch radiale Trennwände in mehrere Teilkammern aufgeteilt sein. Aus dem Klärbereich 3 führt eine Leitung 7 eines externen Lösungskreislaufs heraus, die mit einer Umwälzpumpe 8 versehen ist und in der Nähe des unteren Endes des Strömungsleitrohrs 6 in den Bodenbereich 2 des Kristallisators 1 zurückführt. In Strömungsrichtung hinter der Umwälzpumpe 8 ist ein indirekter Wärmetauscher 9 zur Feststoffauflösung in der klaren Lösung in die Leitung 7 eingeschaltet. Die externe Zufuhr von Ammoniumsulfat-Lösung zum Kristallisator 1 ist mit 10 bezeichnet und führt direkt in den Bodenbereich 2, könnte aber beispielsweise auch in die Leitung 7 des externen Lösungskreislaufs oder – bei starker Untersättigung – zweckmäßig auch in den Löseapparat 24 (letzeres nicht dargestellt) münden.
-
Am Kopf 4 des Kristallisators 1 ist eine Brüdenableitung 11 angeschlossen, die zu einem indirekt gekühlten Kondensator 12 führt. Zur Kühlung des Kondensators 12 wird ein Kühlmittel (z.B. Wasser) durch eine Kühlmittelzuleitung 13 dem Kondensator 12 zugeleitet und nach Erwärmung über eine Kühlmittelableitung 14 wieder abgegeben. Der aus dem Kristallisator 1 abgezogene Brüden kann als Kondensat aus dem Kondensator 12 durch eine Kondensatableitung in einen Kondensatsammelbehälter 15 geführt und dort gesammelt werden für eine anschließende Weiterverwendung innerhalb (Kondensatleitung 17) oder außerhalb (Kondensatableitung 16) der Anlage.
-
Weiterhin ist an den Kristallisator 1 im Bodenbereich 2 eine Suspensionsabzugsleitung 18 mit einer Suspensionspumpe 30 angeschlossen. Die Suspensionsabzugsleitung 18 führt zu einem Wascheindicker 19, in dem die Aufströmgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit derart eingestellt ist, dass Feinkristallisat mit einer Korngröße von beispielsweise bis zu 1 mm mit dem Oberlauf des Wascheindickers 19 ausgeschwemmt und wahlweise durch eine Mutterlösungsableitung 27 in einen Löseapparat 24 geleitet oder durch eine Suspensionsrückführung 31 direkt in den Kristallisator 1 zurückgeführt wird. Das abgetrennte gröbere Kristallisat wird als eingedickte Suspension einer mechanischen Trennstufe zugeführt, die beispielsweise als Rüttelsieb oder Bandfilter ausgebildet ist und in der das kontinuierlich hindurchgeförderte Kristallisat vorzugsweise von einem Luftstrom durchströmt wird (nicht dargestellt), so dass sich eine besonders gute Abtrennung der Mutterlösung ergibt. Die abgetrennte Mutterlösung kann durch eine Mutterlösungsableitung 23 ebenfalls in den Löseapparat 24 abgeführt werden.
-
Da über die Kondensatleitung 17 auch Kondensat in den zweckmäßig mit einem Rührapparat ausgestatteten Löseapparat 24 eingeleitet werden kann, ist eine vollständige Auflösung des zugeführten Feinkristallisats aus dem Wascheindicker 19 zu einer wiederverwendbaren Lösung erreichbar. Diese Lösung kann durch eine z.B. als Überlaufleitung gestaltete Lösungsleitung 25 einem Lösungssammelbehälter 26, der ebenfalls zweckmäßig mit einem Rührwerk versehen ist, zugeführt und von diesem aus mittels einer Förderpumpe 28 durch eine Lösungsleitung 29 in den Kristallisator 1 zurückgeführt werden. Die Einspeisung der zurückgeführten Lösung kann beispielsweise, wie dargestellt, in der Nähe des ringförmigen Klärbereichs 3 des Kristallisators 1 erfolgen. Besonders zweckmäßig kann aber auch eine Einspeisung z.B. am Beginn der Leitung 7 des externen Lösungskreislaufs sein, wobei dann vor der Einleitung in den Kristallisationsraum eine Erwärmung im Wärmetauscher 9 erfolgen kann. Zur Förderung einer vollständigen Feststoffauflösung im externen Kreislauf kann bei Bedarf auch ein Teil des Kondensats aus dem Kondensatsammelbehälter 15 in die Leitung 7 eingespeist werden (nicht dargestellt).
-
Das in der Trennstufe 20 gewonnene noch feuchte grobkörnige Kristallisat wird zur Trocknung einem Trockner 21 zugeführt. Typischerweise enthält das so gewonnene trockene grobkörnige Ammoniumsulfat-Produkt 22 nur noch einen sehr geringen Feinkornanteil in einer Größenordnung von lediglich 1–5 Gew.-% und stellt somit ein gut verkaufsfähiges Grobkorn-Produkt dar.
-
Insbesondere wenn die Trocknung unter Hindurchleitung eines Trocknungsgasstroms mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit erfolgt, kann das enthaltene Feinkristallisat unter Ausnutzung des Windsichteffektes weitestgehend ausgetragen und ebenfalls über den Löseapparat 24 rezykliert werden (nicht dargestellt). Eine Siebung zur Abtrennung von Feinkristallisat ist dann nicht mehr erforderlich. Eine solche Trocknung mit Windsichteffekt würde sich bei einer herkömmlichen Fest/Flüssig-Trennung mittels Zentrifuge keinesfalls eignen, da in diesem Fall der zu erwartende Anteil an Feinkristallisat mit etwa 15–20 Gew.-% gegenüber nur 1–5 Gew.-% bei der vorliegenden Erfindung vergleichsweise sehr hoch wäre und daher einen unangemessen hohen Anlagenaufwand mit sich bringen würde.
-
Mit der erfindungsgemäßen Anlage lässt sich beispielsweise durch Verwendung eines Bandfilters ein Kristallisat mit einer Restfeuchte von etwa 4–5 % und einem Feinkornanteil von unter 5 Gew.-% gewinnen. Pro Tonne erzeugten Grobkorn-Produkts bedeutet das den Aufwand zur Verdampfung von allenfalls etwa 50 kg Wasser bei der Trocknung. Nach der Verfahrensweise in einer herkömmlichen Anlage unter Einsatz einer Zentrifuge würde die Restfeuchte zwar nur etwa 1,5 % betragen, was je Tonne Kristallisat einer Verdampfung von lediglich 15 Kg Wasser in der Trocknung entsprechen würde. Allerdings würde die Rückführung des hierbei erheblich größeren Feinkristallisatanteils von etwa 15 Gew.-% für die Wiederauflösung des Feinkristallisats das Zusetzen von etwa 250 kg Wasser erfordern, die jeweils in der Kristallisation zusätzlich zu verdampfen wären. Somit steht je Tonne Produkt bei der Erfindung ein Mehraufwand an Energie zur Verdampfung von zusätzlich etwa 35 kg Wasser in der Trocknung einem Mehraufwand an Energie bei der herkömmlichen Verfahrensweise für die Verdampfung von 250 kg Wasser in der Kristallisation gegenüber.
-
Die vorliegende Erfindung bringt wegen des sehr geringen Feinkornanteils in jedem Fall eine erhebliche Verringerung des Handling-Aufwands nach der Trocknung des Kristallisats mit sich. Auf eine Siebung des Endprodukts kann vielfach völlig verzichtet werden. Als weiterer Vorteil ergibt sich wegen der vergleichsweise höheren Ausbringung an Grobkristallisat bei gleicher Kristallisierkapazität ein kleineres Bauvolumen (kleinere Apparate) und somit eine entsprechende Einsparung an Platzbedarf und Investitionskosten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kristallisator
- 2
- Bodenbereich
- 3
- Klärbereich
- 4
- Kopf des Kristallisators
- 5
- Interne Umwälzpumpe
- 6
- Strömungsleitrohr
- 7
- Leitung des externen Kreislaufs
- 8
- Externe Umwälzpumpe
- 9
- Indirekter Wärmetauscher
- 10
- Externe Zufuhr von Ammoniumsulfat-Lösung
- 11
- Brüdenableitung
- 12
- Kondensator
- 13
- Kühlmittelzuleitung
- 14
- Kühlmittelableitung
- 15
- Kondensatsammelbehälter
- 16
- Kondensatableitung
- 17
- Kondensatleitung
- 18
- Suspensionsabzug
- 19
- Wascheindicker
- 20
- Mechanische Trennstufe
- 21
- Trockner
- 22
- Grobkörniges Ammoniumsulfat-Produkt
- 23
- Mutterlösungsableitung
- 24
- Löseapparat
- 25
- Lösungsleitung
- 26
- Lösungssammelbehälter
- 27
- Mutterlösungsableitung
- 28
- Förderpumpe
- 29
- Lösungsleitung
- 30
- Suspensionspumpe
- 31
- Suspensionsrückführung
-
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
-
- EP 0632738 B1 [0005]
- WO 2009077346 A1 [0006]
