DE2133185C3 - Vorrichtung zum Herstellen von Nickel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Nickel durch thermisches Zersetzen von Nikkelkarbonyl, bei der sich ein Gemisch von Nickelpeüets verschiedener Korngrößen im Gegenstrom zu einem Nickelkarbonyl enthaltenden Gasstrom durch einen Vorerhitzer, eine Auffangkammer und eine Reaktionskammer abwärts bewegt.

Vorrichtungen der vorerwähnten Art sind in »The Winning of Nickel« von J. R. B ο I d t, Verlag Longmans Canada Ltd., Toronto, S. 378, beschrieben und führen häufig zu Betriebsstörungen. Dabei handelt es sich insbesondere um Störungen in der Reaktionskammer und um ein sogenanntes Stoßen der Pelletschicht.

Das Stoßen der Pelletschicht resultiert aus einer ungleichmäßigen Korngrößenverteilung. Das heißt, in periodischen Abständen fallen bei ungleichmäßiger Korngrößenverteilung plötzlich übermäßig viele Pellets mit großer Korngröße an, die die Vorrichtung verstopfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch gleichmäßige Korngrößenverteilung Betriebsstörungen zu verhindern. Die Lösung dieser Aufgabe basiert darauf, daß größere Pellets schneller als kleinere Pellets wachsen und ein Zusammenhang zwischen dem Stoßen der Pelletschicht und dem Entmischen der Pellets verschiedener Korngrößen in der Auffangkammer zwischen dem Vorerhitzer und der Reaktionskammer besteht In der Auffangkammer neigen die größeren Pellets dazu, sich in radialer Richtung nach außen abzusondern.

Nach der Erfindung wird die gleichmäßige Korngrößenverteilung und die Beseitigung der daraus resultierenden Betriebsstörungen durch ein zusätzliches Mischen der Pellets vor Eintritt in die Reaktionskammer erreicht. Zum Mischen dient eine in Bewegungsrichtung der Pellets nach außen geneigte Prallwand in der Auffangkammer, die mit der Innenwand der Auffangkammer einen sich in den oberen T^l der Reaktionskammer öffnenden ringförmigen Durchtritt bildet. Die Prallwand lenkt die auftreffenden Pellets radial nach außen ab.

Auf diese Weise werden die nach unten fließenden Pellets, die aus dem Vorerhitzer nahe dessen Achse austreten, mit den im Abstand von der Achse austretenden Pellets vermischt, d. h., die aus den äußeren und mittleren Röhren eines Röhren-Vorerhitzers austretenden Pellets werden mit den Pellets aus den dazwischenliegenden Röhren vermischt.

Die Prallwand besitzt in Kombination mit einem Röhren-Vorerhitzer den Vorteil, daß der Fluß der Pellets nach abwärts durch die der Achse des Vorerhitzers am nächsten liegenden Röhren, durch die die Pellets sons! am raschesten fließen würden, verzögert wird. Durch geeignete Wahl der Prallwandneigung können die Fließgeschwindigkeiten durch alle Röhren von der Achse bis zum Rand des Vorerhitzers im wesentlichen gleich, d. h. innerhalb des für eine gleichmäßige Pelleterwärmung üblicherweise zulässigen Verhältnisses von 2 :1 gehalten werden. Es hat sich gezeigt, daß bei bevorzugter kegelförmiger Ausbildung der Prallwand ein zufriedenstellender Wert für deren Scheitelwinkel etwa 90° beträgt. Wenn die Auffangkammer zugleich als umgekehrt stehender Kegel ausgebildet ist, so beträgt ein entsprechend günstiger Winkel zwischen der Wand der AuffangKammer und der Vertikalen etwa 23'. Optimale Werte lassen sich jeweils experimentell bestimmen.

Um ein wirksames Vermischen zu gewährleisten, sollte der durchschnittliche Radius des Ringspaltes etwa die Hälfte des Radius des Bodenteils des Vorerhitzers betragen. Der Spalt sollte weit genug sein, um zu gewährleisten, daß die Pellets ihn frei passieren können; die Breite des Spaltes sollte jedoch in bezug auf seinen durchschnittlichen Radius gering sein und beispielsweise ¹A bis '/β des Radius betragen. Eine geeignete Breite beträgt das 4- bis 7fache des Durchmessers der größten Pellets in der Schicht.

Die Verwendung eines ringförmigen Durchgangs in die Reaktionskammer zum radialen Vermischen der Pellets hat den weiteren Vorteil, daß die damit verbundene Querschnittsverminderung der Eintrittsöffnung in die Reaktionskammer verhindert, daß karbonylhaltiges

Gas aus der Reaktionskammer in den Vorerhitzer diffundiert, wo es unerwünschte Metallablagerungen verursachen könnte. Ais weitere Vorsichtsmaßnahme gegen diese Diffusion ist die innere konische Prallwand ir. der bevorzugten Vorrichtung vort^ilhafterweise am Bodenteil offen und mit einem Rohr versehen, durch das Gas aus dem Raum innerhalb des Kegels abgezogen werden kann. Dieses Gas kann mit Hilfe eine- Gebläses zu di rn Bodenteil der Reaktionskammer unterhalb der Zuführung für das karbonylhaltige Gas zurückgeführt werden und wird vorzugsweise in der Nähe der Pellet-Entnahmeöffnung der Reaktionskammer zugeführt. Dort verhindert es, daß in die Reaktionskammer eingeleitetes, Karbonyl enthaltendes Gas mit den entnommenen Pellets aus der Reaktionskamnvr austritt.

Nach einer weiteren Ausführung der Frfindung sind in der Wand der Auffangkammer ein oder mehrere abwärts geneigte Abflüsse mit Abflußventilen vorgesehen, die zu einem Hilfs-Absetzbehälter führen, damit die Pellets aus dem Vorerhitzer abgezogen werden können, wenn die Vorrichtung außer Betrieb gesetzt werden muß. Vorteilhafterweise sind drei oder mehrere dieser Abflüsse in gleicher Höhe symmetrisch rund um die Auffangkammer angeordnet.

Wenn aus irgendeinem Grund die Kreislaufbewegung der Pellets aufhört und Gefahr besteht, daß die Pellets miteinander verschmelzen und die Röhren blokkieren, müssen alle Röhren des Vorerhitzers gleichzeitig und sehr rasch geleert werden. Dies wird durch ventilgesteuerte Abflüsse in der Auffangkammer erleichtert. Vorteilhafterweise sind die Abflußventiie Magnetventile. Mit den Magnetventilen wird ein äußeres Magnetfeld erzeugt, das ein Fließen des ferromagnetischen Nickels verhindert. Läßt man das Magnetfeld zusammenbrechen, so können die Pellets herausfließen. Um eine unverzügliche entleerung des Vorerhitzers sicherzustellen, sind die Ventile so ausgebildet, daß sie sich automatisch öffnen. Das geschieht bei Unterbelastung oder Überbelastung des Förderantriebes oder wenn die Energiezuführung zu dem Antrieb versagt. Eine Unterbelastung tritt auf, wenn keine Pellets mehr aus dem Austrittsrohr ausströmen, während ein Versagen der Fördervorrichtung eine Übcrbelastung zur Folge haben kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung des oberen Teiles eines Karbonylzersetzers und

F i g. 2 einen Schnitt durch den unteren Teil des Zei setzers.

Ein Pellet-Vorerhitzer 1 ist über einer Reaktionskammer 3 angeordnet und mit dieser durch eine Pellct-Auffangkammer 2 verbunden. Die Reaktionskammer ist mit einem Austrittsrohr 4 versehen, das zu dem Gehäuse 5 eines vollständig geschlossenen Becherförderers 6 führt. Der Becherförderer 6 nimmt Nickelpellets auf, die durch das Austrittsrohr aus der Reaktionskam mer kommen und fördert sie zum oberen Teil der Vorrichtung. Von dort gelangen die Pellets durch ein Rohr 7 in einen oberhalb des Vorerhitzers 1 ungeordneten Pellei-Vorratsbehälter 8.

Die Nickelpellets treiei« aus dem Vorratsbehälter mit einer Temperatur von etwa 180"C aus und fließen durch vertikale Röhren 9 des Vorerhitzers 1 herab. In den Röhren 9 werden sie von heißen Gasen auf etwa 22O°C erhitzt. Die Gase strömen aus einer Eintrittsöffnune U durch den die Röhren umgebenden Heizmantel 10 zu einer Austrittsoffnung 12. Wenn die Pellets aus der Rohrleitung 7 in den Vorratsbehälter gelangen, besitzen sie Korngrößen im Bereich von sehr kleinen Keirr.teüchep. bis etwa 9,5 mm. Die größeren Pellets S neigen dazu, sich auf der Außenseite der Masse in den Vorratsbehälter abzuscheiden und durch die äußeren Röhren des Vorerhitzers nach unten zu fließen.

Aus dem unteren Ende der Röhren 9 treten die PeI-leis in die kegelstumpfförmige Auffangkammer 2 ein, ° deren Wände unter einem Winkel von etwa 23° gegen die Vertikale geneigt sind. Im Inneren dieser Kammer ist eine Prallwand 13 in Form eines umgekehrten Hohlkegels von 90° angeordnet. Die Prallwand 13 verzögert die Abwärtsbewegung der Pellets und wirkt mit den nach innen geneigten Wänden der Auffangkammer derart zusammen, daß die kleineren Pellets von den inneren Röhren des Vorerhitzers nach außen und die größeren Pellets von den äußeren Röhren nach innen geleitet und miteinander vermischt werden. Danach treten die Pellets gemeinsam durch die ringförmige öffnung 14 in den oberen Teil des Zersetzers 3 ein. Diese öffnung ist etwa 51 mm breit.

Eine Rohrleitung 15 führt aus dem Inneren der kegelförmig ausgebildeten Prallwand 13 über ein Gebläse 16 zu einer Gaszuführung 17 am oberen Ende des Austrittsrohrs des Zersetzers. Außerdem führen drei in gleichem Abstand angeordnete Austrittsrohre 18 von der Auffangkammer über Magnetventile 19 zu einem Hilfsabzieh- bzw. Absetzbehälter 35 für die Pellets. Die Magnetventile 19 sind normalerweise geschlossen. In der Zeichnung ist nur eines der Rohre 18 und Ventile 19 dargestellt. Ein Abflußrohr 34 führt von dem Hüfsabziehbehälter 35 zu einem Trichter 24.

Ein Gemisch aus gasförmigem Kohlenmonoxyd und 3S 5 bis 6 Volumprozent Nickelkarbonyl wird durch Zuführungsrohre 20, die mit wassergekühlten Mänteln versehen sind, in den unteren Teil der Reaktionskammer eingeführt. In der Zeichnung ist nur eines der Rohre dargestellt. Die Zuführungsrohre 20 besitzen erweiterte Enden, die sich nach unten in die Masse der Pellets öffnen. Dadurch wird der Druckunterschied am Rohrende vermindert, und es entsteht unterhalb des Rohrendes ein Gasraum, während die Masse der Pellets sich daran vorbei nach unten bewegt. Das Gas aus den Zuführungsrohren 20 strömt nach oben durch die Masse der heißen Pellets, die das Nickelkarbonyl unter Bildung von Nickel zersetzen, das sich auf den Pellets ablagert und diese anwachsen läßt. Gleichzeitig werden die Pellets durch die endotherme ^s" Reaktion gekühlt, so daß das Gas nach und nach mit heißeren Pellets in Berührung kommt, während sein Karbonylgehalt abnimmt. Fast das gesamte Gas, das noch etwa 0,15% nicht zersetztes Karbonyl enthält, wird durch die Abführungsrohre 21 entfernt, die mit *■> einem ringförmigen Raum 22 in Verbindung stehen, der unter der Schulter der Reaktionskammer die sich aus dem Hals 36 der Reaktionskammer nach unten bewegenden Pellets umgibt.

Die Abführungsrohrc 21 sind mit von Wasser durch-•itrönuen Mänteln versehen, um die Zersetzung des (Carbonyls zu verhindern. Ferner weisen sie glatte Innenflächen auf. um die Turbulenz des Gases auf ein Minimum ?u vermindern, bis es unter die Zersetzungstemperatur abgekühlt ist. Die Reaktionskammer ist ebenfalls mit einem Mantel 23 versehen, durch den 90° heißes Wasser strömt. Dadurch wird die Zersetzung von Karbonyl und die Bildung einer Nickelschicht an der Wand des Gefäßes verhindert. Gleichzeitig entsteht ein

geringer Wärmeverlust bei den Pellets, deren Strömung im wesentlichen laminar ist.

Die verbleibende geringe Gasmenge strömt mit sehr niedriger Oberflächengeschwindigkeit nach oben durch den Hals der Reaktionskammer, wo sie mit den heißesten Pellets aus dem Vorerhitzer in Berührung kommen. Diese Pellets zersetzen den verbliebenen geringen Anteil an Nickelkarbonyl. Das resultierende, im wesentlichen karbonylfreie Kohlenmonoxydgas wird zusammen mit Kohlenmonoxyd, das durch den Vorerhitzer und den ringförmigen Spalt 14 nach unten strömt, durch die Rohrleitung 15 aus dem Raum unter dem Kegel 13 abgezogen. Letzteres Gas stellt den Hauptteil des Gases dar, das aus dem Raum unterhalb des Kegels abgezogen wird, und verhindert eine nach oben gerichtete Diffusion von Gas aus der Reaktionskammer. Das aus dem Hohikegel abgezogene Gas wird von dem Gebläse 16 komprimiert und durch die Zuführung 17 in den oberen Teil des Austrittsrohres 4 gedrückt. Der Druck des Gases und die Abmessungen des Austrittsrohres sind so gewählt, daß dieses Gas ein Ausströmen karbonylhaltiger Gase, die aus den Zuführungen 20 zuströmen, durch das Austrittsrohr verhindert. Das bei 17 eingeführte Gas dringt nach oben durch die Verbindungsleitung 6 der Fördervorrichtung und strömt in den Pellet-Behälter und den Vorerhitzer nach unten zu dem Hohlkegel 13 zurück.

Die Fließgeschwindigkeit der Pellets wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Absperrschiebers am unteren Ende des Austrittsrohrs geregelt. Die das Austrittsrohr verlassenden Pellets fallen in einen Trichter 24, aus dem sie durch eine öffnung 25 auf eine geneigte Platte 26 fließen, die auf den Boden des Gehäuses der Fördervorrichtung führt.

Um ein Verstopfen des Fördersystems durch Pellets zu vermeiden, die sich bei einem Stillstand der Fördervorrichtung im Bodenteil des Gehäuses ansammeln, muß die Neigung der Platte 26 so stei! sein, daß auch kleine oder unregelmäßig geformte Pellets herabgleiten können, sie darf jedoch wiederum nicht so steil sein, daß ein Überfluten des unteren Gehäuseteils eintritt, wenn die Fördervorrichtung außer Betrieb gesetzt wird. In der Praxis hat sich eine Neigung von 28° gegen die Horizontale als zufriedenstellend erwiesen. Wenn die Fördervorrichtung stillsteht, häufen sich die Pellets an der Platte 26 vor der öffnung 25 an und verstopfen diese. Der Trichter 24 füllt sich dann gewöhnlich mit Pellets auf, bis die Austrittsöffnung des Austrittsrohrs blockiert ist.

Während die Pellets wiederholt den Zersetzer durchlaufen, wachsen sie allmählich durch Abscheidung von Nickel. Pellets, die eine vorbestimmte Größe erreichen, werden in der Weise abgeschieden, daß sie von einem kegelförmigen Haufen 27 am oberen Ende des Vorratsbehälters bevorzugt vor den kleineren Pellets über einen Damm 28 überfließen und über eine spiralförmige Schüttrinne 29 und eine Entnahmeleitung 30 auf ein Sieb 31 gelangen. Pellets mit Untergröße, die über den Damm gerollt sind, fallen durch das Sieb und werden durch das Rohr 32 in den Kreislauf zurückgeführt, während die voll ausgewachsenen Pellets über das Sieb in einen Produkttrichter 33 fließen, aus dem sie periodisch abgezogen werden.

Indem Nickel in Form von voll ausgewachsenen Pellets in der gleichen Menge aus dem Kreislauf entfern! wird, wie sich Nickel in der Reaktionskammer auf den Pellets ablagert, wird ein kontinuierliches Verfahren gewährleistet Außerdem werden wirksame Keimteilchen, d. h. Teilchen, die groß genug sind, um als Wachstumskerne zu wirken, in gleicher Anzahl eingeführt wie ausgewachsene Pellets abgezogen werden. Keimteilchen entstehen z. B. durch Zerbrechen ausgewachsener Pellets. Wenn keine ausreichende Menge an wirksamen Keimen im Inneren der Vorrichtung entstehen, werden zusätzliche Teilchen in den Kreislauf gegeben. Andererseits werden beispielsweise durch ein zusätzliches Sieben Keimteilchen entfernt, wenn sich ein Überschuß an Keimteilchen im Kreislauf zeigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von Nickel durch thermische Zersetzung von Nickelkarbonyl, bei de sich ein Gemisch von Nickelpellets verschiedener Korngröße im Gegenstrom zu einem Nickelkarbonyl enthaltenden Gasstrom durch einen Vorerhitzer, eine Auffangkammer und eine Reaktionskammer abwärts bewegt, dadurch gekenn- '° zeichnet, daß in der Auffangkammer (2) für die Pellets eine in deren Bewegungsrichtung von der vertikalen Achse der Reaktionskammer nach außen geneigte Prallwand (13) angeordnet ist, die mit der Innenwand der Auffangkammer (2) einen sich in den oberen Teil der Reaktionskammer (3) öffnenden ringförmigen Durchtritt (14) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (13) kegelförmig ausgebildet und mit dem Scheitel nach eben angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelwinkel des Kegels etwa 90° beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Auffangkammer (2) als Stumpf eines umgekehrten Kegels ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Radius des Ringspalts (14) die Hälfte des Radius des Bodenteils des Vorerhitzers beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Ringspalts (14) ein Viertel bis ein Sechstel des mittleren Radius der Öffnung beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorerhitzer (1) aus einem Bündel vertikaler Heizröhren besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangkammer (2) mit mindestens einer Abziehöffnung (18) versehen ist, die ein normalerweise geschlossenes Ventil (19) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- 4s zeichnet, daß das Ventil (19) ein Magnetventil ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (13) nach unten offen ist und eine Abführung (15) zum Abziehen von Gas aus dem oberen Teil der Reaktionskammer (3) so aufweist.