DE2654980A1

DE2654980A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermebehandlung eines materialbetts

Info

Publication number: DE2654980A1
Application number: DE19762654980
Authority: DE
Inventors: Toshikatsu Haga; Saburo Hori
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1975-12-04
Filing date: 1976-12-03
Publication date: 1977-07-07
Also published as: FR2357843A1; US4106892A; IT1080528B; CA1045906A; GB1548264A

Description

Möhlstraße 37 Kureha Kagaku Kogyo D-8000 München 80

Kabushiki Kaisha JeL: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Tokio, Japan Telegramme:ellipsoid

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Materialbetts

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von festen und fließfähigen (fluid) Materialien in einem Ofen mit z.B. Heißluft.

Bisher wurde eine Vorrichtung/ bei der ein erhitztes Strömungsmittel entweder von oben oder von unten in ein fließfähiges, bewegliches oder ortsfestes, zu behandelndes Materialbett eingeleitet wird, als Verbrennungsofen, Crackofen, (Ein)Brennofen, Kohlenstoffaktivierungsofen, Röstofen oder Regenerierofen verwendet.

Eine bei derartigen Vorrichtungen auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß leichte Teilchen aus dem Bett bzw. der Schicht ausgetrieben werden. Bei den leichten Teilchen handelt es sich um solche, die von Anfang an in dem zu behandelnden

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Materialbett vorhanden sind, sowie tun solche, die durch, die physikalische und chemische Wechselwirkung zwischen dem Bettmaterial und dem erhitzten Strömungsmittel gebildet werden. Dabei erweist es sich als sehr schwierig, diese leichten Teilchen im Bett zurückzuhalten und ihre Wechselwirkung im Materialbett zu steuern. Aus diesem Grund wurden getrennte Wärmebehandlungsöfen und Vorrichtungen zur Abtrennung und Rückgewinnung von Feststoffen aus dem Gas vorgesehen, was im Hinblick auf Anlagenkosten und -größe nachteilig ist.

Im Hinblick auf Umweltschutzprobleme und zur weitgehenden Vermeidung einer Luftverschmutzung besteht ein großer Bedarf für eine Wärmebehandlung von kleinsten (winzigen) Feststoffteilchen, wie Ruß sowie in Industrieanlagen und Behandlungsoder Verarbeitungseinrichtungen anfallendem Abfallmaterial, sowie von solche Teilchen enthaltenden Schlämmen oder Trüben. Beispielsweise ist in dem durch das Rauchrohr eines Kessels oder einer Verbrennungsanlage entlassenen Abgas eine große Menge an unvollständig verbrannten Teilchen vorhanden, und dies stellt eine der Grundursachen für Luftverschmutzung dar. Ebenso werden große Mengen an Kohlenstaub an den Auffangabschnitten der Kessel von Kraftwerken rückgewonnen, an denen 50 - 98 % Kohlenstoff enthaltende Asche sowie Ammoniumsulfat, Metall, Siliziumoxid und Aluminiumoxid,anfallen. Die Wärmebehandlung dieses Kohlenstoffstaubs erweist sich als notwendig. Alle Metallverarbeitungsbetriebe wenden irgendeinen Metallpolierprozeß an, bei dem sich Schleifmittel- und Metallpulver mit einer Öl/Wasser-Trübe vermischen. Dabei ist es notwendig, diese Trübe einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, um die Metall- und Schleifmittelpulver rückzugewinnen und dadurch eine Luftverschmutzung zu verhindern.

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Für die Behandlung bieten sich zudem zahlreiche Arten industrieller Schlämme oder Trüben an, z.B. Metallschlamm, in der Nahrungsmittelindustrie entstehender Schlamm, Papier(stoff)schlamm und beim Polieren von Quarz anfallender Schlamm.

Auf zahlreichen industriellen Gebieten wird Asbest verwendet, beispielsweise für Dichtungen, Dichtungspackungen, elektrolytische Membranen, Bremsbeläge, Wärmeisolatoren und hitzebeständige Materialien. Bei der Aufbereitung des Rohmaterials sowie beim Formen, Schneiden und Polieren dieses Werkstoffs entsteht eine große Abfallmenge.

Darüber hinaus ist es erforderlich, industriellen Formsand, der etwa 1 Gew.-% Phenolharz als Bindemittel enthält, der Wiederverwendung zuzuführen. Weiterhin müssen auch chemische Stoffe, wie Ammoniumsulfat, Schwefelwasserstoff, Alkalimetallsalze, Dithionsäure, Imidodisulfonat usw., die bei Entschwefelungs- und Denitrierungsverfahren in Kesseln und öfen anfallen, thermisch gecrackt bzw. aufgespalten werden.

Bisher wurden die meisten asbesthaltigen Abfallstoffe weggeschüttet. In neuerer Zeit wurde jedoch das Wegschütten dieser Abfallstoffe verboten, weil bekannt ist, daß Asbest eine der Hauptursachen für Lungenkrebs darstellt.

Aus diesem Grund besteht ein großer Bedarf für eine kompakt gebaute und wirkungsvolle bzw. wirtschaftliche Wärmebehandlungsvorrichtung, die sich für die Behandlung kleinster Feststoffteilchen eignet.

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Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Abtrennung und zum Auffangen von Ruß aus Gasen bzw. Abgasen und zur Wiederverbrennung des Rußes vorgeschlagen worden. Da Ruß jedoch ein niedriges spezifisches Gewicht besitzt, ist er durch Schleudern schwierig abzutrennen und aufzufangen. Ebenso schwierig ist es, Ruß mittels einer elektrischen Fällvorrichtung zu sammeln, weil sein elektrischer Widerstand sehr niedrig ist. Obgleich sich Ruß nämlich leicht (elektrisch) aufladen läßt, gleicht sich beim Auffangen seine Polarität an diejenige der Elektrode an, so daß der Ruß wieder freigegeben und in die Atmosphäre zurückgeführt wird.

Zudem sind die bisherigen Verfahren zur Rußverbrennung mit dem Nachteil behaftet, daß die dafür benötigten Vorrichtungen unzulässig groß sind und es schwierig ist, in ihnen eine vollständige Verbrennung zu erreichen.

Infolgedessen wurden Ruß und Schlämme oder Trüben, wie Metallschlämme, Nahrungsmittelschlämme oder -trüben, Papier(stoff)schlamm und Quarzpolierschlamm, sowie kleinste Feststoffteilchen, wie Formsand und Asbest, bisher nicht rückgewonnen oder wiederverwendet, sondern einfach verworfen. Außerdem ist auch noch kein Verfahren zur Wiederverwendung dieser Abfallstoffe vorgeschlagen worden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung, wodurch die aus einem Wärmebehandlungsofen austretende Menge an Feinteilchen weitgehend vermindert wird und wobei die Vorrichtung kompakt gebaut und wirtschaftlich ist.

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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren, zur Wärmebehandlung eines Materialbetts bzw. einer Material schicht in einem lotrecht angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Ofen mit einem Einlaß zur Einführung des die Schicht bildenden Guts und einem Abgasauslaß an der Oberseite des Ofens, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß oberhalb der Materialschicht mehrere Gasströme unter einem durch die Beziehung O <>-< 30 bestimmten Abwärts-Neigungswinkel·^ zwischen der Achse jedes Gasstroms und einer waagerechten Querschnittsebene durch den Ofen und unter einem Schrägungswinkel ß zwischen der Achse jedes Gasstroms und einer den Ofenumfang an einer Stelle, an welcher die Gasstromachse die Ofenwand schneidet, tangierenden waagerechten Linie entsprechend der Beziehung 45° < ß < 85 in den Ofen eingeleitet werden, wobei die Gasströme gemeinsam eine abwärts gerichtete Wirbelströmung mit kegelstumpfförmiger Gestalt erzeugen, durch welche etwa aus der Materialschicht herausgeschleuderte oder herausgeblasene Teilchen eingeschlossen und mitgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird also Gas über eine Anzahl von Düsen in der Wand eines Wärmebehandlungsofens so eingeführt, daß eine abwärts gerichtete Wirbelströmung gebildet wird, die an der Oberseite konvergiert bzw. zusammenläuft und an der Unterseite divergiert bzw. auseinanderläuft. Durch diese abwärts gerichtete Wirbelströmung wird das darunter befindliche Materialbett bzw. Materialschicht einer Wärmebehandlung unterworfen, wobei etwa aus dem Materialbett herausgeschleuderte oder -geblasene Teilchen ebenfalls wärmebehandelt werden und das Abgas über den oberen Teil bzw. die Kegelspitze der Wirbelströmung entlassen wird. Der Abwärts— bzw. Neigungswinkel

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zwischen jeder Gaseinlaßdüse und der Ofenwand bestimmt sich durch die Beziehung 0°<uL^ 30°, und der Schrägungswinkel ß, den jede Düsenachse mit einer den Ofenumfang in einer horizontalen Schnittebene tangierenden Linie bildet, bestimmt sich durch die Beziehung 45° < ß < 85°.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmebehandlungsofen mit Merkmalen nach der Erfindung, in welchem das der Wärmebehandlung zu unterwerfende Material ein ortsfestes Bett bzw. Festbett bildet,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsofen, in welchem das der Wärmebehandlung zu unterwerfende Material ein Fließbett bzw. eine Wirbelschicht bildet, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Wärmebehandlungsofen zur Behandlung von unvollständig verbrannten Verbrennungsabgasen.

Gemäß den Fig. 1 und 2 durchsetzen mehrere Düsen 11 den Oberteil eines praktisch lotrechten, zylindrischen Ofens in der Weise, daß die Achse jeder Düse einen Winkel ß gegenüber einer den horizontalen Querschnitt des Ofens

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tangierenden Linie und einen Winkelet gegenüber einer senkrecht zur lotrechten Achse des Ofens verlaufenden Linie festlegt. Der Ofen weist weiterhin einen schrägen Einlaß für' die Zufuhr des zu behandelnden Materials bzw. Behandlungsguts, einen Auslaß 13 für das verfestigte Gut nach der Behandlung und eine Austrittsöffnung 14 auf. Der Auslaß 13 ist dabei nicht nötig, wenn nach der Behandlung kein festes Material zurückbleibt.

Das Behandlungsgut bildet ein ortsfestes Bett bzw. eine Festschicht, obgleich der Ofen auch dann angewandt werden kann, wenn das Material ein bewegliches Bett bzw. eine Wirbelschicht bildet, sofern die Positionen von Einlaß 12 und Auslaß 13 entsprechend geändert werden. Im Fall einer Wirbelschicht kann ein nicht dargestellter Primärgas—Einblaszulaß vorgesehen sein, über den das zu behandelnde Gut zuströmt.

Im Betrieb wird ein Teil des behandelten Guts aus dem Bett bzw. der Materialschicht ausgeblasen oder ausgeschleudert. Bei einem festen oder einem beweglichen Bett werden leichte Teilchen aus diesem herausgeschleudert, wenn die Wärmebehandlung durch von unten her erfolgendes Einblasen von Heißgas durch das Materialbett hindurch erfolgt. Bei einem Fließbett bzw. einer Wirbelschicht erfolgt das Herausschleudern von Teilchen an einer weit von der Wirbelschicht entfernten Stelle. Derartige Teilchen sind zeitweilig in dem Gut vor dessen Behandlung enthalten oder eingeschlossen, und zeitweilig werden sie während der Wärmebehandlung selbst gebildet. Diese herausgeschleuderten Teilchen besitzen nicht immer eine gleichförmige Gestalt, und sie können aus Fasern oder Pulverpartikeln bestehen. Es kann daher eine große Vielfalt unterschiedlich geformter Teilchen angetroffen werden.

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Wenn ein Gasstrom 15 durch die einzelnen Düsen 11 schräg zur Vertikalachse des Ofens und leicht abwärts eingeblasen wird, wird im Ofen eine Wirbelgasströmung 16 erzeugt. Hierdurch wird eine Zone verringerten Drucks gebildet, bei welcher der niedrigste Druck im Mittelteil der Wirbelströmung 16 herrscht. Die Form dieser Unterdruckzone ähnelt einem Kegelstumpf, wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.

Mit einer solchen abwärts gerichteten Wirbelströmung 16 wird das Herausschleudern von Teilchen aus dem Ofen weitgehend vermindert, wobei diese Teilchen effektiv von der Wirbelströmung erfaßt und in ihr eingeschlossen werden. Durch die Wirbelströmung wird den Teilchen eine Abwärtskraft erteilt, wodurch die Hochströmgeschwindigkeit der Strömung verringert wird. Außerdem konvergiert die Wirbelströmung in ihrem oberen Bereich, wodurch die Zahl der entweichenden Teilchen verringert wird. Herausgeschleuderte Teilchen mit hohem spezifischen Gewicht werden dabei ohne weiteres in die Abwärtswirbelströmung verlagert, wobei sie die leichteren Teilchen mit sich mitnehmen. Wenn die Wirbelströmung eine zylindrische Form besitzen würde, d.h. wenn der Winkel ß gleich 0° entsprechen würde, würde den leichteren Teilchen die Verlagerung in die Abwärtswirbelströmung erschwert werden. Infolge der konischen Gestalt gemäß der Erfindung laufen die herumwirbelnden und umherspritzenden Teilchen bei ihrer Aufwärtsbewegung zusammen. Infolgedessen werden sie durch die Abwärts strömung leicht erfaßt und eingeschlossen und dadurch zum Ofenbett zurückgeführt. Dies führt zu einer Erhöhung der Dichte der Teilchen sowie zur

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Verbesserung der physikalischen und chemischen Wechselwirkung zwischen den Teilchen und den Heißgasen.

Die gewünschten bzw. Sollbedingungen für die Bildung einer abwärts gerichteten Wirbelströmung im lotrechten, zylindrischen Ofen 10 sind folgende!

a) Der Abwärts-Neigungswinkel.Ό der Einblasdüsen 11 entspricht der Beziehung

CCC 30°;

b) der Neigungswinkel ß gegenüber einer den Ofenumfang tangierenden waagerechten Linie beträgt

45° < ß C 85° und

c) die Zahl (n) der Düsen 11 entspricht η > 2.

Wenn der Winkelt 0° oder weniger beträgt, wird eine aufwärts gerichtete Wirbelströmung gebildet. Theoretisch kann sich der Neigungswinkel >'^ dem Wert von 90 nähern und dabei immer noch zu einer Abwärts strömung führen. Zur Verminderung des Störeinflusses der Strömung auf die Materialschicht wäre es dabei allerdings nötig, eine große Strecke zwischen der Schicht und der Düse vorzusehen, was aber unerwünscht ist. Versuche haben gezeigt, daß der

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Winkel χ, 30 oder weniger betragen und zur Gewährleistung bester Ergebnisse vorzugsweise zwischen 5 und 25 liegen sollte.

Wenn der Durchmesser des Mittelteils der spiraligen Strömung an der Stelle, an welcher die Wirbelströmung entsteht, d.h. an der Oberseite des Kegels, mit d und der Durchmesser eines waagerechten Querschnitts durch den Ofen an derselben Stelle mit D vorausgesetzt werden, läßt sich die Beziehung zwischen diesen Durchmessern wie folgt ausdrücken:

d = D sin (90° - ß) .

Unter Berücksichtigung des noch näher zu erläuternden AbmessungsVerhältnisses für den Ofen entsprechend 0,1 ^. - < 0,7 wird notwendigerweise eine Begrenzung

auf 45° <£ ß ^ 85° erreicht. Versuche haben gezeigt,

daß ein Bereich entsprechend 60 £ ß < 82 am günstigsten ist.

Mit nur einer Düse ist es sehr schwierig, eine stabile Wirbelströmung zu erzeugen. Infolgedessen müssen mindestens zwei Düsen vorgesehen sein. Die optimale Zahl der Düsen hängt von der Konfiguration des Ofens und den Eigenschaften des zu behandelnden Guts ab.

Bezüglich des Wirbels der Wirbelströmung läßt sich sagen, daß bei abnehmendem Durchmesser des Mittelteils der Wirbelströmung an ihrem Entstehungsort die durch die Abwärtskraftkomponente der Strömung beeinflußte Fläche ebenso wie der Einfluß der Strömung auf den Gasstrom im Mittelteil des

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Ofens zunimmt» Wenn jedoch, der Winkel β zur Verkleinerung des Mittelteils des Wirbels zu stark vergrößert wird/ beginnen die aus den verschiedenen Düsen austretenden Gasströme sich gegenseitig zu beeinflussen. Dabei wird dann keine glatte bzw. gleichmäßige Wirbelströmung erzielt, und selbst wenn eine Wirbelströmung erzeugt wird, wird diese infolge des Auftriebs von der Materialschicht turbulent. Versuche haben ergeben, daß das Durchmesserverhältnis d/D zur Bildung eines stabilen Wirbels größer sein sollte als 0,1, während der obere Grenzwert des Verhältnisses d/D bei 0,7 oder darunter liegen sollte, so daß die Abwärtskraftkomponente der Wirbelströmung auf mehr als die Hälfte der Querschnittsfläche des Ofens einwirkt. Ist das Verhältnis größer als 0,7, so ist die Abwärtskraftkomponente unzureichend, so daß herausgeschleuderte Teilchen leichter aus dem Ofen entweichen können.

Die Düsen 11 sind im Oberteil der Ofenwand angeordnet, und die Ofenwand muß dabei eine bestimmte Länge über und unter den Düsen besitzen. Mit anderen Worten: über die Auslaßöffnung 14 tritt ein sauberes bzw. gereinigtes Gas aus, und wenn die Auslaßöffnung eine geringe Größe besitzt, wird an ihrem Einlauf eine Turbulenzströmung erzeugt. Aus diesem Grund muß über den Düsen ausreichend Raum vorgesehen sein, damit diese Turbulenzströmung die eigentliche Wirbeloder Durchwirbelungsstromung nicht beeinflußt. Andererseits ist unter den Düsen ein ausreichender Abstand erforderlich, damit die Wirbelströmung das Materialbett nicht unzulässig stört. In der Praxis sind die Düsen häufig in Positionen oberhalb des lotrechten Mittelpunkts der Ofenwand angeordnet.

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Die Positionen der Düsen lassen sich, jedoch, nicht zwingend festlegen, weil sie häufig in zwei oder mehr Reihen angeordnet sind.

Die Strömungsmenge des über die Düsen in den Ofen einge~ leiteten Gases hängt u.a., von den Ofenabmessungen ab. Wenn die Strömungsmenge zu klein ist, wird keine stabile Wirbelströmung erzeugt, und das Materialbett bzw. die -schicht wird ungünstig beeinflußt. Die Strömungsmenge muß daher in einem geeigneten Bereich, vorzugsweise von 10—100 m/s liegen.

Der Aufbau des Ofens gemäß Fig. 3 ähnelt grundsätzlich demjenigen gemäß Fig. 1, doch ist der Ofendurchmesser über den Düsen vergrößert, und beide Ofenabschnitte gehen an einem sanft geneigten, gekrümmten Übergangsteil gleichmäßig ineinander über, so daß die durch die Pfeile angedeuteten Strömungsbahnen gebildet werden. Infolgedessen werden einige der herausgeschleuderten Teilchen, die durch den oberen Bereich der Wirbelströmung hindurchtreten, wieder nach unten gespült, so daß ihr Austritt über die Auslaßöffnung 14 wirksamer verhindert wird. Die Ausführungsform gemäß Fig. arbeitet mit einer Wirbelschicht. Ein solcher Ofen besitzt eine vergrößerte Wärmekapazität, was eine vollständigere Wärmebehandlung bewirkt; außerdem ist die Wärmeübertragungsfläche ziemlich groß, wodurch eine wirksamere bzw. wirtschaftlichere Wärmeausnutzung gewährleistet wird.

Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die speziell für die Wärmebehandlung von unvollständig verbrannten Abgasen ausgelegt ist. Diese, der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ähnelnde Ausführungsform weist mehrere im

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Oberteil eines im wesentlichen lotrechten Ofenzylinders 40 angeordnete Düsen 41 auf, welche die Zylinderwand jeweils so durchsetzen, daß ihre Achsen unter einem Winkel ß zu einer den Umfang des Zylinders tangierenden waagerechten Linie liegen und unter einem Winkel·X. nach unten geneigt sind. Über die Düsen 41 kann ein heißes Gas, üblicherweise Heißluft, mit einer Temperatur von mindestens 500 C und vorzugsweise 600 C oder mehr in den Ofenzylinder 40 eingeleitet werden. Die im Ofen 44 entstehenden, unvollständig verbrannten Abgase werden über eine Leitung 45 zugeführt, die derart mit dem Ofenzylinder 40 verbunden ist, daß das eingeleitete Gas in einer Wirbelbewegung, ähnlich der durch die Düsen 41 eingeführten'Abwärtswirbelströmung, aufwärts strömt. Wahlweise kann die Einlaßleitung 45 axial unter dem Ofenzylinder 40 angeordnet sein, wobei ein feststehender, geschränkter Rost oder ein Drehlüfter vorgesehen sein kann, um das aufwärts strömende Gas in Wirbelbewegung zu versetzen.

Im Betrieb wird durch die über die Düsen 41 eingeführte Heißluft 42 eine abwärts gerichtete Wirbelströmung eingeleitet. Das unverbrannte, einströmende Abgas 47 steigt durch den Mittelteil der Wirbelströmung hoch, nämlich durch den einen reduzierten Druck besitzenden Abschnitt der Wirbelströmung. Da die Wirbeldrehrichtung des einströmenden Abgases 47 derjenigen der Abwärtswirbelströmung 46 entspricht, wird die Durchwirbelung verstärkt bzw. beschleunigt. Infolgedessen werden im Gasstrom enthaltene Feststoffteilchen, wie Asche, bei ihrer Aufwärtsbewegung im Ofenzylinder unter Fliehkrafteinfluß nach aussen geschleudert.

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Wenn die Fliehkraft gering ist und die Wirbelströmung infolgedessen eine mehr zylindrische Form besitzt, ist es schwierig, die Feststoffteilchen auszuschleudern. Auch leichte Feststoffteilchen, wie Ruß, werden in der hügelförmigen, aufgehäuften Form der wirbelnden Gase eingefangen. Wenn daher die sich in der Wirbelströmung" abwärts bewegende Luft in der Nähe der Düsen heiß genug ist, tritt an der Grenzfläche zwischen Aufwärts- und Abwärtsgasstrom eine Verbrennung in Form einer sog. "Flammenfront" auf. Da die gesamte Verbrennung ausschließlich in diesem begrenzten Bereich erfolgt, wird der Ruß effektiv verbrannt. Falls in der Aufwärtsströmung nicht-brennfähige Teilchen, wie Asche, enthalten sind, werden diese zur Abwärtswirbelströmung verlagert und während ihrer Abwärtsbewegung längs der Zylinderwand unter dem Zykloneffekt abgeschieden. Infolgedessen enthält das aus der Vorrichtung entlassene Abgas nur noch sehr wenige Staubteilchen.

Die Erfindung ist nicht auf die Wärmebehandlung allein beschränkt, sondern läßt sich auch auf die Gewinnung von anorganischen Stoffen durch Verbrennung organischer Stoffe anwenden. Im Vergleich zu den bisherigen Öfen lassen sich die Wärmebehandlungsbedingungen leichter kontrollieren, und eine Verkleinerung der Abmessungen läßt sich leichter erreichen. Darüber hinaus läßt sich der Ofen infolge des Wirbelstromkonzepts leichter an unterschiedliche Wärmebehandlungsbedingungen sowie an die Behandlung eines weiten Bereichs von Materialien anpassen. In der Praxis hat sich der erfindungsgemäße Ofen als Verbrennungs-, Crack-, Kohleaktivierungsund Rückgewinnungsofen bewährt.

Der Ausdruck "Wärmebehandlung" wird anstelle des Ausdrucks "Verbrennung" benutzt, weil sich die Erfindung für abflammfreien Einsatz als zufriedenstellend erwiesen hat. Die mög-

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lichen Einsatzzwecke umfassen die Verbrennung von Ruß, Kohlenstaub, Schmutzstoffen, Formsand und dgl., die Behandlung von nicht brennfähigen Stoffen, wie Asbest, die thermische Crackung bzw. Aufspaltung von Ammoniumsulfat, Schwefelwasserstoff, Alkalimetallsalzen, Dithionsäure und Imidodisulfonat sowie die Verbrennung von Katalysatoren.

Tabelle 1 enthält die bei der Wärmebehandlung verschiedener Stoffe mittels des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ermittelten Daten. Wie in Beispiel 1 angegeben, können dann, wenn ein asbesthaltiger Abfallstoff einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700 - 1500⁰C unterworfen wird, die Asbestflocken rückgewonnen und wiederverwendet werden. Der für Bremsbeläge und Dichtungen verwendete Asbest enthält häufig öle oder (Kunst-)Harze, und selbst wenn der Asbest anfänglich rein ist, wird er durch das verwendete Schneid- oder Schleiföl verunreinigt. Ein solcher verunreinigter Asbest besitzt einen üblen Geruch und eine ungleichmäßige Güte, und seine Rückgewinnung und Wiederverwendung haben sich bisher als praktisch unzweckmäßig erwiesen. Erfindungsgemäß wiedergewonnener Asbest besitzt dagegen einen frischen Geruch und kann für Bremsbeläge, Dichtungspackungen, warmfeste Materialien, Wärmeisolierungen usw. wiederverwendet werden. Darüber hinaus sind die Fasern des rückgewonnenen Asbests verhältnismäßig kurz und schwer, so daß sie nicht so leicht weggeblasen werden wie "Federstaub". Bei Verwendung dieses rückgewonnenen Asbests lassen sich daher die Arbeitsbedingungen verbessern.

Auch wenn das Abfallmaterial andere Stoffe als Asbest enthält, werden hierdurch kaum Schwierigkeiten hervorgerufen.

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Da bei der Wärmebehandlung organische Stoffe verbrannt werden, brauchen diese Stoffe nicht abgetrennt zu werden, es sei denn, sie sollen wiedergewonnen werden. Die meisten anorganischen Stoffe verbleiben dagegen im gebrannten Asbest. Beispielsweise schmelzen Metalle manchmal bei der Wärmebehandlung, wobei sie den rückgewonnenen Asbest verfestigen. Hierbei empfiehlt es sich, die anorganischen Stoffe durch irgendeine physikalische (mechanische) oder chemische Vorbehandlung zu entfernen.

Die Temperatur für die Wärmebehandlung von asbesthaltigen

ο Abfallstoffen sollte bei 700 - 1500 C liegen. Bei einer

Temperatur von unter 700⁰C werden die organischen Stoffe möglicherweise nicht vollständig verbrannt, so daß der rückgewonnene Asbest immer noch einen üblen Geruch besitzt. Bei einer Temperatur von über 1500°C werden andererseits die Asbestfasern angeschmolzen, so daß sie zusammenballen.

Wenn unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 4 Polyäthylen im Ofen 44 verbrannt wird, ohne daß über die Düsen Gas mit hoher Temperatur eingeführt wird, beträgt die Rußstaubmenge im Abgasstrom 48 2 g/Nm . Bei Einführung von Luft mit Raumtemperatur über die Düsen 41 sinkt die Rußstaubmenge

auf 0,03 g/Nm ab, und wenn die Lufttemperatur auf 800 C erhöht wird, beträgt die Rußstaubmenge nur noch 0,003 g/Nm~

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9650/Z.2860Z.

Beispiel

- . 17 -

Tabelle

Behandlungsgut

Mit Phenolharz Polystyrol- Polyäthyimprägniertes schaum lenfolien· Asbestpulver abfall

Mit Phenol- Kohlenstaub, KHSO₄ Formsand -harz impräg- im Trockner (Pulver) (Phenolharz, niertes Glas-getrocknet etwa 1 Gew.-%)

fasergewebe (Kohlenstoff:

98 %,Asche,

Metall: 2 %)

Behandlungsofen	d/D	ν (m/s)	Fig. 1
	Düseneinblas-	(Wirbelschicht)
Behandlungsmenge	temperatur ( C)	1 η
(kg/h)	Behandlungstemper.	ι υ
Behandlungsart	im Raum zwischen	kontinuierlich
Behandlungszeit	Wirbelströmung und	—
Wirbelströmung-	Materialbett
Erz eugung s-
bedingungen
.-· (Grad)	20
ß (Grad)	70
η	4
0,34
62

1100



1100

Fig.

20 Fig. 1 Fig. 3
(Wirbelsch.)

5 20

Fig. 3

120

Geschwindigk.der hochsteig.Luft

/O,

0,2 m/s

Temperatur ( C) der hochsteig.Luft Raumtemp. Ausgetragene Feststoffe Asbest

10 80 4 0,17 28	10 80 4 0,17 28	10 80 4 0,17 20
Raumtemp.	Raumtemp.	300-600
1200	1200	300-600
10 m/s	10 m/s	10 m/s
Raumtemp.	Raumtemp.	300-600
keine	keine	Glasfasern

chargenweise kontinuierl.kontin, kontinuierl. 8 Tage ' — — 15 min.

20

70

0,34
28

Raumtemp.

10	10
80	70
4	4
0,17	0,34
62	62

800

900

1100-1200 600 800

0,2 m/s 10 m/s 1m/s

Raumtemp. 600 800 Asche,Metall E

CD co O

rückgewonnener Sand

(Anmerkung 1) Fig. 1 zeigt ein Festbett; das Beispiel

bezieht sich jedoch auf ein Fließbett bzw. eine Wirbelschicht, in welche(s) auf Raumtemperatur befindliche oder erhitzte Luft von unten her eingeblasen wird. Die hochsteigende Luftmenge ist die über den Einlaß am unteren Ende der Vorrichtung einströmende Luftmenge. Die Temperatur der hochsteigenden Luft bezieht sich auf die Temperatur am Einlaß.

(Anmerkung 2) Temperatur der hochsteigenden Luft und

Düsen-Einblastemperatur jeweils Raumtemperatur. Beispiele 2, 3 und 5 verwenden Hilfsbrenner für das Anfahren.

(Anmerkung 3) Innendurchmesser des Ofens beträgt 480 mm.

Die Offenbarung läßt sich also wie folgt zusammenfassen: Heißgas wird über eine Anzahl von in der Ofenwand angeordneten Düsen 11 in einen Wärmebehandlungsofen 10 eingeleitet, so daß ein kegel(stumpf)förmiger, abwärts gerichteter Wirbelgasstrom erzeugt wird, der an der Oberseite konvergiert und an der Unterseite divergiert. Dieses GasStromschema bewirkt sowohl eine Erwärmung des darunter liegenden Materialbetts bzw. der -schicht als auch einen Einschluß und eine

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Oxydierung etwaiger nach oben aus der Materialschicht herausgeblasener oder herausgeschleuderter Teilchen. Das Abgas wird nach oben durch die Kegelstumpfspitze des Wirbelstroms abgeleitet. Der AbwärtsneigungswinkeliX , den jede Düsenachse mit der lotrechten Ofenwand einschließt/ genügt der Beziehung O^oi,^ 30°, während sich der Schrägstellwinkel β jeder Düsenachse gegenüber einer waagerechten, den Ofenonfang tangierenden Linie nach der Beziehung 45° < ß < 85° bestimmt.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Materialbetts bzw. einer Materialschicht in einem lotrecht angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Ofen mit einem Einlaß zur Einführung des die Schicht bildenden Guts und einem Abgasauslaß an der Oberseite des Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Materialschicht mehrere Gasströme unter einem durch die Beziehung O O:>6< 30 bestimmten Abwarts-Neigungswinkel06 zwischen der Achse jedes Gasstroms und einer waagerechten Querschnittsebene durch den Ofen und unter einem Schrägungswinkel ß zwischen der Achse jedes Gasstroms und einer den Ofenumfang an einer Stelle, an welcher die Gasstromachse die Ofenv/and schneidet, tangierenden waagerechten Linie entsprechend der Beziehung 45 ^ ß <T 85 in den Ofen

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eingeleitet werden, wobei die Gasströme gemeinsam eine abwärts gerichtete Wirbelströmung mit kegelstumpfförmiger Gestalt erzeugen, durch welche etwa aus der Materialschicht herausgeschleuderte oder herausgeblasene Teilchen eingeschlossen und mitgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch'1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsgeschwindigkeit der Gasströme von 10 - 100 m/s angewandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströme durch ein sauerstoffhaltiges Gas mit einer Temperatur von über 500°C gebildet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströme in der gleichen waagerechten Ebene in den Ofen eingeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel-X durch die Beziehung 5° < oC< 25° bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ß durch die Beziehung 60° < ß < 82° bestimmt wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß als das zu behandelnde Gut ein asbesthaltiges Abfallmaterial verwendet wird und daß eine Ofentemperatur von 700 - 1500⁰C angewandt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7_f dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gut brennfähige Stoffe enthält und aus Kunststoffabfall, Kohlenstaub, Schlamm bzw. Trübe und/oder Formsand besteht.
9. Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Materialbetts bzw. einer Materialschicht, mit einem lotrecht angeordneten, im wesentlichen zylindrischen Ofen mit einem Einlaß zur Einführung des die Schicht bildenden Guts und einem Abgasauslaß an der Oberseite des Ofens, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofen (10) oberhalb des Materialbetts mehrere Gaseinlaß-Düsen (11) vorgesehen sind, die unter einem Abwärts-Neigungswinkel-vS zwischen der Achse jeder Düse und einer waagerechten Querschnittsebene durch den Ofen entsprechend der Beziehung O⁰^xL^ 30° und unter einem Schrägungswinkel ß zwischen der Achse jeder Düse und einer den Ofenumfang an der Stelle, an welcher die Düsenachse die Ofenwand schneidet, tangierenden waagerechten Linie entsprechend der Beziehung 45° <£ ß ^ 85 angeordnet sind, wobei die über die Düsen eingeleiteten Gasströme gemeinsam eine abwärts gerichtete Wirbel-

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strömung kegelstumpfförmiger Gestalt erzeugen, durch welche etwa aus der Materialschicht herausgeschleuderte oder herausgeblasene Materialteilchen einschließbar und mitführbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die Düsen Luft mit einer Temperatur von mehr als 500⁰C einführbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkel ·χ. durch die Beziehung 5° <:.<,<: 25° bestimmt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkel ß durch die Beziehung 60° < ß < 82° bestimmt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Oberteils des Ofens oberhalb der Düsen größer ist als in dem die Düsen enthaltenden Ofen-Unterteil und daß Ober- und Unterteil durch einen geneigten, gekrümmten Abschnitt miteinander verbunden sind.

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14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen einen etwa lotrechten, zylindrischen Abschnitt und einen von diesem nach unten abgehenden konischen Abschnitt aufweist, daß der Einlaß für die Zufuhr des der Wärmebehandlung zu unterziehenden Guts in einer Seitenwand des zylindrischen Abschnitts vorgesehen ist, daß ein Auslaß zur Abfuhr von Feststoffen im unteren Mittelteil des konischen Abschnitts angeordnet ist und daß in einer Seitenwand des konischen Abschnitts eine Düsenöffnung zum Einblasen eines Primärgases mit hoher Temperatur vorgesehen ist, wobei das zugeführte Gut ein Fließbett bzw. eine Wirbelschicht bildet und durch die Strahlströmung wärmebehandelbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen einen etwa lotrechten, zylindrischen Abschnitt und einen sich unter diesen erstreckenden konischen Abschnitt aufweist, daß in der unteren Seitenwand des zylindirschen Abschnitts ein Einlaß zur Zufuhr von ein der Wärmebehandlung zu unterwerfendes Gut enthaltendem Gas vorgesehen ist und daß der Ofen so ausgelegt ist, daß das Gas im Ofen auf Abstand von der Mittelachse des zylindrischen Abschnitts und dabei aufwärts in Richtung auf die abwärts gerichtete Wirbelströmung strömt.

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16. Vorrichtung nach, einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen einen etwa lotrechten, zylindrischen Abschnitt und einen sich unter diesen erstreckenden konischen Abschnitt aufweist, daß im Unterteil des zylindrischen Abschnitts ein Einlaß zur Zufuhr von ein der Wärmebehandlung zu unterwerfendes Gut enthaltendem Gas vorgesehen ist und daß in der Nähe des Gaseinlasses ein fester, geschränkter Rost oder ein Lüfter bzw. Gebläse angeordnet ist, wodurch eine aufwärts gerichtete Wirbelströmung erzeugbar ist.

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