DE2129499A1

DE2129499A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Russ-Pellets

Info

Publication number: DE2129499A1
Application number: DE19712129499
Authority: DE
Inventors: Myers Claude Vernon
Original assignee: Cities Service Co
Current assignee: Cities Service Co
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1972-01-20
Also published as: FR2097927A5; JPS5410559B1; US3740861A; BE768543A; NL7108259A; GB1284380A

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. EIDENEIER Dipl.-Chem. Dr. R U F F Dipl.-Ing. J. B EI E R

7 STUTTGART 1 Neckarstraße 5O Telefon 22 70 51

11. Juni 1971 R/Fi

Anmelderin: Cities Service Company

Cranbury, New Jersey 08512 USA

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Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Ruß-Pellets

Frisch hergestelltes Rußpulver wird zur Erhöhung seiner Schüttdichte pelletisiert, wodurch seine Handhabung erleichtert und die Verschiffung wirtschaftlicher wird· "Naßpelletisieren" ist ein Überaus gebräuchliches Verfahren, bei dem ein wäßriges Pelletisiermedium und das Rußpulver zur Bildung nasser Pellets mit einem Gehalt von 35 bis 60 Gewichtsprozent Wasser vermischt und hin- und herbewegt werden. Die Pellets müssen dann getrocknet

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werden, um ein trockenes pelletisiertes Produkt mit weniger als ca. 10 Gewichtsprozent und häufiger weniger als 1 Gewichtsprozent Wasser zu ergeben.

Das herkömmliche Verfahren zur Entfernung von Wasser aus nassen Rußpellets bedient sich eines indirekt beheizten Drehtrommeltrockners, weil dieser mit den Pellets sehr sanft umgeht und technisch verläßlich ist« Mit solchen Trocknern ist es allerdings schwierig, die Kontrolle über den Trocknungsvorgang zu behalten, wenn der Durchsatz von nassen Pellets über eine bestimmte Grenze hinaus erhöht wird, denn in solchen Fällen wird es im gleichen Verhältnis schwieriger, ein einheitliches Temperaturprofil im ganzen Trockner zu erhalten, oder die Temperaturen in den notwendigen Grenzen zu halten, normalerweise ca, 163 bis 232°C (325 bis 450⁰F.)„ Folglich kann das Pellet-Trocknungsverfahren zu einem "Engpaß" werden, wenn es sonst möglich ist, die Produktionsrate beim Herstellungsgang von Ruß zu erhöhen«.

Es wurden Anstrengungen unternommen, die Trocknungsgeschwindigkeit von Rußpellets zu erhöhen durch Verwendung von Wirbelbett-Trocknern, die ja im Verhältnis zu ihrer Größe eine hohe Trocknungskapazität und einen hohen Wirkungsgrad besitzen. Sie sind auch äußerlich kleiner als Drehtrommeltrockner der gleichen Kapazität. Die Anstrengungen waren jedoch leider ziemlich erfolglos, da es bei Wirbelbettverfahren leicht vorkommen kann, daß die zerreibbaren Rußpellets beschädigt werden,

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d.h. weil die Pellets im Bett extrem beweglich sind, können sie schnell durch wiederholtes gegenseitiges Zusammenprallen auseinanderbrechen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der nasse Rußpellets getrocknet werden können, und gleichzeitig, die Beschädigung der Pellets zu verringern.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung.

Erfindungsgemäß werden nasse Rußpellets in einem zweistufigen Verfahren getrocknet, wobei die Pellets in der ersten Stufe in einem Wirbelbett teilweise getrocknet und dann in der folgenden Stufe in ungewirbeltem Zustand Trocknungsbedingungen ausgesetzt werden. Durch dieses Vorgehen werden die Vorteile des hohen Wirkungsgrads und hoher Kapazität bei einem Wirbelbettverfahren großenteils erhalten, ohne dadurch den Pellets übermäßig zu schaden, denn es wurde gefunden, daß der meiste Schaden, der vom Trocknen der Pellets in einem Wirbelbett herrührt, erst dann entsteht, wenn eine wesentliche Wassermenge aus dem Wirbelbett verdampft ist. Bei der Erfindung werden die Pellets daher nur teilweise mit dem Wirbelbettverfahren getrocknet, im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen das Trocknen im Wirbelbett ja bis zur im wesentlichen vollständigen Verdampfung der Feuchtigkeit aus den Pellets durchgeführt wird.

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Die Wassermenge, die im Wirbelbett erfindungsgemäß risikolos aus den nassen Pellets entfernt werden kann, ist unterschiedlich, aber die Feuchtigkeit sollte nie im wesentlichen vollständig entfernt werden, und man kann allgemein sagen, daß die Pellets aus dem Wirbelbett entfernt werden sollen, solange sie immerhin noch einen Feuchtigkeitsgehalt von nicht weniger als ca. 20 Gewichtsprozent haben.

Es ist selbstverständlich wünschenswert, das Trocknen so weitgehend wie möglich im Wirbelbett durchzuführen, und das Ausmaß, bis zu dem es in einem gegebenen Fall praktisch ist, kann experimentell bestimmt werden. Im allgemeinen sollten nicht mehr als ca. 10 Gewichtsprozent CTrockenbasis) der Pellets zu Staub umgewandelt sein, der vom Wirbelgas eingefangen wird und so aus dem Bett verloren geht.

Die Pellets werden, nachdem sie im Wirbelbett teilweise getrocknet sind, in nicht aufgewirbeltem Zustand weiter getrocknet, wie schon erwähnt. Der hier verwendete Begriff "Wirbelbett" soll bedeuten, daß die nassen Pellets in einem Strom erwärmter Gase suspendiert sind und sich daher wie ein strömungsfähiges Medium verhalten, während jedoch die Geschwindigkeit des Wirbelgases niedrig genug gehalten wird, um ein wesentliches Hitnehmen und einen wesentlichen Verlust der Pellets aus der Wirbelzone zu verhindern. Der Begriff "nicht aufgewirbelt" soll also bedeuten, daß die Pellets nicht in einem Gas-

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strom suspendiert sind oder durch einen solchen befördert werden. Daher paßt der Begriff " nicht aufgewirbelt" u.a. auf ein statisches Bett oder auf ein sanftes, mechanisch bewirktes sich Hin- und Herbewegen der Pellets in einem Bett, wie es beispielsweise durch einen Drehtrommeltrockner, einen Drehplatten trockner oder einen UmI auf rechentrockner erzielt wird«

Erfindungsgemäß kann der Durchsatz eines mechanischen Trockners beträchtlich erhöht werden, z.B. um 25 bis 50%, ohne daß dabei die Fähigkeit, die Temperatur beim Trocknungsvorgang zu steuern, beeinträchtigt wird. Es ist auch begrüßenswert, daß die Erfindung mit Vorteil in einem bestehenden Betrieb verwendet werden kann, in dem ein Drehtrommeltrockner schon verwendet wird, d„h_o ein relativ einfacher und wirtschaftlicher Wirbelbett-Trockner kann vor der Trommel installiert werden, um deren Durchsatzrate beträchtlich zu steigern.

Die Wirbelung von nassen Rußpellets in der Erfindung läßt sich mit einer herkömmlichen Vorrichtung und Arbeitsweise zur Erzeugung von Wirbelbetten aus Feststoff teilen erreichen. Wie schon erwähnt, erfolgt das teilweise Trocknen der Pellets in der ersten Stufe durch Kontakt mit einem erwärmten Gas, das durch ein Bett aus Pellets geführt wird, die einen Wirbelzustand erreichen sollen. Das feuchtigkeitsbeladene Gas kann nach dem Hindurchführen durch das Bett einem Separator zur Entfernung von Rußstaub zugeführt werden, und das gereinigte Gas kann dann in einer anderen Phase des

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Rußherstellungsverfahrens verwendet oder verbraucht werden,

Die zur Bildung des Pellet-Wirbelbetts verwendete Gasart kann beträchtlich variieren, aber im Normalfall wird das Gas mit dem Ruß bei den bei der Wirbelung herrschenden Bedingungen nicht reaktiv sein. Einige Gase, die für diesen Zweck verwendbar sind, sind unter anderem erwärmte Luft, Luft gemischt mit den heißen Gasen aus der Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas und Abgase, die im Rußreaktor während der Rußherstellung erzeugt wurden_o Es lassen sich zufriedenstellende Ergebnisse erzielen, wenn das Wirbelgas bei seinem Eintritt in das Bett aus nassen Pellets eine Temperatur im Bereich von ca» 370 bis ca» 65O°C {ca. 700 bis ca. 1200°F.) hat. Man kann mit niedrigeren oder höheren Temperaturen arbeiten, aber bei niedrigeren Temperaturen wird natürlich die Trocknungsgeschwindigkeit verringert,und wenn man mit höheren Temperaturen arbeitet, so besteht die Gefahr, daß die Pellets übermäßig beschädigt werden und eine schädliche chemische Reaktion zwischen dem Ruß und dem Gas stattfindet. Wenn das Gas bei einer Temperatur innerhalb des oben genannten Bereichs in das Pelletbett eingeführt wird, kann die Temperatur des Wirbelbetts im Bereich von ca. 55 bis ca. 70⁰C ica. 130 bis ca. 160°F.) gehalten werden, um eine überaus hohe Trocknungswirkung zu erreichen.

Da die sich ergebende Temperatur des Wirbelbetts von seiner Tiefe mehr oder weniger unabhängig ist, braucht man bei der Erfindung zum Trocknungsvorgang im Wirbel-

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bett kein relativ tiefes Bett , wie es normalerweise verwendet wird. Eine Bettiefe von ca· 150 bis 300mm kann mit Vorteil verwendet werden, während man mit einem Verhältnis von Bettiefe zu Querschnittsfläche im Be-

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reich von ca« O,3m/l,12m zu ca. O,3m/2,23m (ca, Ift.

1 fto/12 sq. fto zu ca» 1 ft./24 sq. ft.) arbeitet. Daß man mit einem solchen flachen Wirbelbett arbeiten kann, hat den Vorteil, daß man einen niedrigeren Druck für das Wirbel-Trocken-Gas benötigt und gleichzeitig den Abrieb der Pellets im Bett verringert.

Erfindungsgemäß kann die Verweilzeit der Pellets in der ersten und folgenden Trocknungsstufe so festgesetzt sein, daß sie viel kürzere Zeit im Wirbelbett bleiben als in der folgenden nicht aufgewirbelten Stufe, wodurch der Abrieb der Pellets verringert und gleichzeitig die Trocknungsgeschwindigkeit immer noch wesentlich erhöht wird. Die Zeit, in der die Pellets den Trocknungsbedingungen ausgesetzt werden, kann in der ersten Stufe beispielsweise im Bereich von ca. 5 bis ca. 10 Minuten liegen, während in der folgenden Stufe diese Zeit ca. 20 bis ca. 30 Minuten beträgt. Im allgemeinen werden in der folgenden, nicht aufgewirbelten Stufe die Temperaturen in einem Bereich von ca. 120 bis ca. 26O°C (ca. 250 bis ca. 500°F.) gehalten, in der die Pellets bis zum Schluß auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als ein Gewichtsprozent getrocknet werden.

Die Zeichnung stellt ein graphisches Fließschema teilweise im Schnitt dar, das eine Ausführungsform der Erfindung zeigt·

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Die Zeichnung zeigt, wie frisch hergestelltes Rußpulver durch Leitung 2 in einen geschlossenen Behälter 1 geführt und dann mit konstanter Geschwindigkeit in eine Pelletisiervorrichtung 4 für nassen Ruß durch eine Förderschnecke 3 befördert wird. Wasser oder ein wäßriges Pelletisiermittel wird der Pelletisiervorrichtung durch Leitung 5 mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt. Die Mischung aus Wasser und Ruß wird in der Pelle tidervor richtung zur Bildung von nassen Pellets umgewälzt, die durch Leitung 6 in einen Wirbelbett-Trockner entlassen werden, der insgesamt mit 7 bezeichnet ist«, Der Wirbelbett-Trockner weist ein Gehäuse 8 auf, das eine obere Kammer 9a und eine untere Kammer 9b umfaßt, die durch eine perforierte Gasverteilungsplatte 10 getrennt sind. Die in den Wirbelbett-Trockner geführten nassen Pellets bilden ein oberhalb der Verteilungsplatte liegendes Bett. Dieses Bett aus nassen Pellets wird gewirbelt und getrocknet, indem man ein erwärmtes Gas durch die Platte 10 aus der Kammer 9b treibt. In dem erläuterten Fall wird Luft in die Kammer 9b und durch die Platte IO mit Hilfe eines Gebläses 11 und Verbindungsrohrs 12 getriebene Das Verbindungsrohr 12 ist mit einem Brenner 13 versehen, dem Brennstoff mit gemessener Geschwindigkeit durch Leitung 14 zugeführt wird. Durch die Verbrennung des Brennstoffs am Brenner 13 wird Wärme an die durch das Verbindungsrohr 12 strömende Luft abgegeben, so daß das sich oberhalb der Platte 10 befindliche Bett aus nassen Rußpellets aufgewirbelt und teilweise getrocknet wird,. Andererseits

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kann die in die Kammer 9b geführte Luft durch einen nicht gezeigten Röhren- und Schalenwärmeaustauscher erwärmt werden„

Bei dem dargestellten Betrieb kommen nasse Pellets kontinuierlich durch Leitung 6 in den Wirbelbett-Trockner, während teilweise getrocknete Pellets kontinuierlich aus dem Bett durch Leitung 15 abgezogen werden· Das Pellet-Wirbelbett befindet sich daher oberhalb der Platte 10 und unterhalb der öffnung 16 des Trockners· Feuchtigkeitsbeladenes Wirbelgas wird aus dem Gehäuse 8 durch Leitung 17 abgeführt. Das Gas aus Leitung 17 kann in einen Separator 18für Feststoffe z.B. einen Zyklonentstauber zur Entfernung von Rußstaub geleitet werden, und das gereinigte Gas kann dann abgelassen oder durch Leitung 19 zu einem Rußsammeisystem rückgeführt werden. Rußstaub der aus dem Gas durch den Separator entfernt wurde, kann durch Leitung 20 in die Förderschnecke 3 geführt werden.

Nachdem im Wirbelbett-Trockner 7 die Feuchtigkeit teilweise aus den nassen Pellets entfernt ist, werden sie in einen mechanischen Trockner geführt, wo die in ihnen verbliebene Feuchtigkeit im wesentlichen vollständig entfernt wird. Der mechanische Trockner kann ein Schalen- oder Tunneltrockner sein; aber es läßt sich mit Vorteil ein Drehtrommeltrockner, wie er bei 21 gezeigt ist, verwenden. Die teilweise getrockneten Pellets aus dem Wirbelbett-Trockner kommen durch Leitung 15 in die Drehtrommel 22. Das Einlaßende der Trommel ist mit einer Kappe 23 versehen, die das Innere von der Atmosphäre

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abdichtete Die Trommel ist längsseitig zum größten Teil von einem Mantel 24 umgeben, der heiße Gase über das Äußere der Trommel streichen läßt, so daß deren Inhalt indirekt beheizt wird. Die heißen Gase werden hergestellt, indem man aus der Leitung 25 kommenden Brennstoff an den Brennern 26 verbrennt, und werden aus dem Manteltrockner durch Leitung 27 entlassen. Getrocknete Rußpellets werden von der Trommel 22 in den Abzugskasten 28 geführt und durch Leitung 29 entfernt und zum Verpacken geführt» Feuchtigkeitsdampf aus der Trockentrommel wird durch Leitung 30 entfernt und von dort einem Separator zur Entfernung von Rußstaub zugeführt, z.B. durch den dargestellten Separator 18.

BEISPIEL 1

Unter ¥eri^endung einer Vorrichtung, die im wesentlichen so wie in der Zeichnung angeordnet ist, wurden nasse Rußpellets mit Hilfe der Naßpelletisiereinrichtung mit einer Geschwindigkeit von 2 380kg (5240 lbs.) pro Stunde hergestellt, wobei der Wassergehalt der Pellets 49,3 Gewichtsprozent betrug» Die nassen Pellets wurden direkt in einen Wirbelbett-Trockner mit rechteckigem Querschnitt und den Maßen 0,9m χ 1,2m χ 2,4m Breite χ Tiefe χ Höhe geführt. Die Luftverteilungsplatte wurde mit Löchern mit einem Durchmesser v©n I₉6mm (1/16 inch) perforiert» Das untere Ende der Auslsßoffnung für die Pellets befand sich 200mm (8 inches) oberhalb sä@£ ^©rtsllyngsplatfess» ^p-^ß(S ®^s esrqsb sich sorait eine Sisf© voa 200 Ms 25Se5» C8-10 inches}. Mit

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Hilfe eines Leitungsbrenners erwärmte Luft wurde mit einer Temperatur von ca. 37O°C (70O⁰P₀) und einer Geschwindigkeit von ca. 510 hl (ca. 1800 SCFM) pro Minute in das Wirbelbett geführt. Im Wirbelbett-Trockner wurden die Pellets teilweise getrocknet auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 34 Gewichtsprozent, somit wurde der Wassergehalt um ca« 47% verringert- Die teilweise getrockneten nassen Pellets wurden dann auf eine Temperatur von ca. 23O°C (450⁰F) während sie durch die Drehtrommel geführt wurden, '1,5m χ 15,2m; 5 ft« Do χ 50 ft« L₀) erwärmt und so auf einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 0,5 Gewichtsprozent getrocknete

Es muß noch betont werden, daß die Kapazität des Drehtrockners bei diesem Betrieb auf eine Wasserverdampfung von nicht mehr als ca. 833kg (1835 lbs.) pro Stunde beschränkt war. Durch die hier vorbeschriebene Verwendung eines Wirbelbett-Trockners in Verbindung mit einem Drehtrockner wurde die Kapazität des Trocknungssystems um 40% erhöht, d.h. auf ca. 1 173kg (2585 lbs.) Wasser pro Stunde, während die Qualität der Pellets erhalten blieb und die Steuerung der Trocknungstemperaturen aufrecht erhalten wurde.

Während des Trockenvorgangs wurden weniger als 10 Gewichtsprozent (Trockenbasis) der Pellets als Staub in dem aus dem Wirbelbett-Trockner ausströmenden Gasstrom eingefangene Der Staub wurde mit Hilfe eines Zyklonentstaubers abgetrennt und dann über die Förderschnecke zur

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Pelletisiereinrichtung zur nochmaligen Umwandlung in nasse Pellets rückgeführte

Die Erfindung wurde zwar in Bezug auf bestimmte Bedingungen, Materialien, Verhältnisse, Vorrichtungsanordnungen und dergl« beschrieben, doch es sei bemerkt, daß viele Änderungen und Abarten möglich sind, ohne von der in den Ansprüchen dargelegten Erfindung abzuweichen₀

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Claims

Ansprüche

Verfahren zum Trocknen nasser Rußpellets zur Gewinnung von trockenen Pellets, gekennzeichnet durch Ca) eine erste Stufe, in der ein Bett aus nassen Rußpellets durch ein erwärmtes Gas aufgewirbelt und durch Kontakt mit diesem teilweise getrocknet wird, und (b) eine folgende Stufe, in der die teilweise getrockneten Pellets aus der ersten Stufe einer weiteren Trocknung in im wesentlichen nicht aufgewirbelten Zustand unterworfen werden_o

2_e Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bett aus den teilweise getrockneten Pellets erwärmt und einer sanften, mechanisch bewirkten Umwälzbewegung während der folgenden Stufe unterworfen wird»

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett aus den Pellets erwärmt und bewegt wird, indem man die teilweise getrockneten Pellets einem Drehtrommeltrockner zuführt und sie durch ihn hindurchführt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets während der ersten Stufe bis zu einem Trockenheitsgrad teilweise getrocknet werden, der geringer ist als der, bei dem es zu einem wesentlichen Abrieb der Pellets kommt«

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nassen Rußpellets

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in der ersten Stufe auf einen Feuchtigkeitsgehalt von nicht weniger als ca. 20 Gewichtsprozent getrocknet werden.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, mit dem das Bett aus nassen Pellets aufgewirbelt wird, dem Bett bei einer Temperatur im Bereich von ca» 260 bis caο 65O°C (ca_o 500 bis ca„ 1200°F.). zugeführt wirdo

7ο Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wirbelbetts in einem Bereich von ca. 55 bis ca« 70°C (ca. 130 bis ca« 160⁰F₀) gehalten wird»

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirbelgas Luft verwendet wird»

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirbelgas Luft gemischt mit heißen Verbrennungsprodukten aus der Verbrennung eines strömungsfähigen Brennstoffs mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas verwendet wird,.

lOoVerfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Höha- zu Flächenverhältnis des Wirbelbetts im Bereich von ca« 0,3m/ 1,1m² zu ca. O,3m/2,2m² liegt.

11.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer während

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der die Pellets den Trocknungsbedingungen in der ersten Stufe ausgesetzt sind, wesentlich kürzer ist als in der folgenden Stufe.

12o Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit in der ersten Stufe im BereichVDn ca<» 5 Minuten bis ca« 10 Minuten und in der folgenden Stufe im Bereich von ca. 20 Minuten bis ca. 30 Minuten liegt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets auf eine Temperatur im Bereich von ca. 120 bis ca. 26O°C (ca. 250 bis ca. 500⁰F.) während der folgenden Stufe erwärmt werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Wirbelbetts aus nassen Pellets im Bereich von ca. 0,15m bis ca. 0,30m (ca. 6 bis ca. 12 inches) liegt.

15. Vorrichtung zur Herstellung von trockenen Pellets aus Ruß, gekennzeichnet, durch (a) eine Naßpelletisiervorrichtung für Ruß, (b) einen Wirbelbett-Trockner der für die Aufnahme von Pellets aus der Pelletisiervorrichtung geeignet ist, und (c) einen mechanischen Trockner, der für die Aufnahme von Pellets aus dem Wirbelbett-Trockner geeignet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Trockner ein Drehtrommeltrockner ist·

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17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch (a) einen Separator zur Entfernung von Feststoffen aus der Suspension in einem Gasstrom, (b) eine Ein richtung zum Befördern eines Feststoffe enthaltenden Gasstroms aus dem Wirbelbett-Trockner zum Separator.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung zum Einführen der Feststoffe aus dem Separator in den Rußausgangsstrom, der der Pelletisiervorrichtung zugeführt wird·

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