DE2839794A1 - Verfahren zur verarbeitung huettenmaennischer zwischenprodukte, sulfidischer erze und/oder erzkonzentrate - Google Patents
Verfahren zur verarbeitung huettenmaennischer zwischenprodukte, sulfidischer erze und/oder erzkonzentrateInfo
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Description
"Ζ"
NORDDEUTSCHE AFFINERIE 12. September 1978
Alsterterrasse 2 DrOz/LWü
2000 Hamburg 36
Prov. Nr. 8052 NA
Erzkonzentrate
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer
Zwischenprodukte, sulfidischer Erze und/oder Erzkonzentrate in Gegenwart von sauerstoffhaltigen Gasen und Brennstoff
bei einer Flammentemperatur von mindestens 1500 0C unter Bildung
von Schwefeldioxid und von schmelzflüssiger Phase..
Es sind zahlreiche Verfahren zur Verarbeitung von hüttenmännischen
Zwischenprodukten, sulfidischen Erzen und/oder Erzkonzentraten bekannt, die nicht autogen ablaufen, sondern insbesondere
zur Überführung der schmelzbaren Bestandteile in schmelzflüssige Phaseneinen Zusatz von Brennstoff benötigen.
ζ,,Β.
Derartige Verfahren können/m Herdflammöfen, Kurztrommelöfen, Drehtroinmelöfen durchgeführt werden. Von besonderem Interesse ist das sogenannte Schwebeschmelzen oder das Flammofenschmelzen, bei dem aus dem mehr oder minder erzreichen Aufgabegut nach
Derartige Verfahren können/m Herdflammöfen, Kurztrommelöfen, Drehtroinmelöfen durchgeführt werden. Von besonderem Interesse ist das sogenannte Schwebeschmelzen oder das Flammofenschmelzen, bei dem aus dem mehr oder minder erzreichen Aufgabegut nach
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Zugabe von Schmelzzusätzen und zusätzlicher Verbrennung von Brennstoff ein „Konzentrat", z.B. von Kupferstein mit - je
nach Beschaffenheit des Aufgabegutes - unterschiedlichem Gehalt von Nickel-, Zink- und Bleisulfid erhalten wird (vgl.
Meyers Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, Bibliographisches Institut Mannheim, Wien, Zürich, 3. Band,
Seite 2308; Winnacker und Küchler, Chemische Technologie, Band 6, Carl Hanser Verlag München 1973, Seiten 228/229).
Ein Mangel der vorstehend skizzierten Verfahren ist, daß in Abhängigkeit vom Aufgabegut zum Erreichen angestrebter Reaktionstemperaturen
mitunter beträchtliche Brennstoffmengen erforderlich sind, die im Extremfall die Anwendung des Verfahrens
unter wirtschaftlichen Aspekten ausschließt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer Zwischenprodukte, sulfidischer Erze und/oder
Erzkonzentrate bereitzustellen, das insbesondere die Brennstoffkosten
reduziert, dennoch die Verfahrensführung nicht kompliziert und in herkömmlichen Anlagen anwendbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten
Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man mindestens einen Teil des Brennstoffes durch
Säureharz mit einem Gehalt von max. 85 Gew.-% anorganischen
Bestandteilen austauscht.
Säureharz ist ein bei der Raffination von Mineralölen mittels Schwefelsäure anfallendes Abfallprodukt, dessen Weiter- oder
Aufarbeitung meist mit großen Schwierigkeiten verbunden ist. Neben Verfahren zur thermischen Zersetzung von Säureharz zu
Spaltkoks und Schwefeldioxid (DE-PS 15 71 664) und zur Verbrennung in bekannten Brennkammern, wie sie zur Verbrennung
von Elementarschwefel, Pyrit oder anderen schwefelhaltigen Stoffen verwendet werden (US-PS 1 459 084) sind auch solche
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"beschrieben, "bei denen eine gemeinsame Verarbeitung von Säureharz
und kohlenstoffarmer Abfallschwefelsäure zwecks Rückgewinnung von Schwefeldioxid bzw. Schwefelsäure oder Oleum erfolgt
(DE-PS 960 184, AT-PS 254 220). Abgesehen von der
Spaltkokserzeugung haben sich sämtliche Verfahren wegen der nur unvollständigen Verbrennung der organischen Bestandteile
des Säureharzes und der Entstehung beträchtlicher' Schwefel-Trioxidmengen
in der Praxis nicht durchsetzen können.
Beim Einsatz des Säureharzes innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens treten diese Nachteile nicht auf. Es wird eine
vollständige Verbrennung der organischen Bestandteile erzielt» Infolge der beim erfindungsgemäßen Verfahren einzustellenden
hohen Flammtemperatur wird ein praktisch schwefeltrioxidfreies Gas erhalten.
Die Erfindung ist bei allen Verfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer
Zwischenprodukte, sulfidischer Erze und/oder Erzkonzentrate anwendbar, die einerseits mit der Entstehung
schmelzflüssiger Phasenund andererseits ohnehin mit der Bildung schwefeldioxidhaltiger Abgase verbunden sind. Hierbei
handelt es sich insbesondere um Schwebeschmelz- oder Flammofenschmelzverfahren und um Verfahren, die in Herdflammöfen,
Kurztrommelöfen, Drehtrommelöfen durchgeführt werden.
Der Eintrag des Säureharzes kann mittels herkömmlicher für
hochviskose Flüssigkeiten ausgelegte Brenner,, insbesondere Zerstäubungsbrenner, erfolgen. Infolge der Eigenschaft des
Säureharzes, bei höheren Temperaturen zur Verkokung zu neigen und bei Normaltemperatur kaum mehr pumpfähig zu sein, ist eine
Eintragslanze besonders geeignet, die ein Innenrohr für das Säureharz, einen darumliegenden, ir-Jieren Ringraum für ein
Temperiermedium, wie Wasser, und einen Ringraum für das Zerstäubungsmedium aufweist. Zweckmäßigerweise werden mehrere
Säurelanzen eingesetzt, die über eine Ringleitung versorgt v/erden können.
* Die Temperaturkonditionierung des Brennerkopfes verringert ■
entscheidend die Korrosionswirkung an dieser Stelle.
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Die Dosierung des Säureharzes erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe einer drehzahlgeregelten Zahnradpumpe, der ein Mengenbzw.
Druckmesser nachgeschaltet ist. Auf diese Weise kann ein
geschlossener Regelkreis aufgebaut werden.
Bei der Bemessung der zum Austausch mindestens eines Teils des Brennstoffes bestimmten Säureharzmenge sind die Heizwerte
beider in Relation zu setzen. Beispielsweise hat schweres Heizöl einen Heizwert von 40 100 kJ/kg und ein Säureharz mit
50 Gew.-% Schwefelsäure und 50 Gew.-% Kohlenwasserstoffen einen
solchen von 18 800 kJ/kg. Beim Säureharz ist der tatsächlich zur Verfügung stehende Heizwert eingesetzt, d.h. die zur Spaltung
der Schwefelverbindungen aufzuwendende Wärmemenge ist in Abzug gebracht. Die Mengeneinheit Heizöl ist daher durch die
2,13-fache Mengeneinheit Säureharz austauschbar. Mit zunehmendem
Schwefelsäuregehalt und abnehmendem Kohlenstoffgehalt wird der Faktor größer und mit abnehmendem SchwefelSäuregehalt
und zunehmendem Kohlenstoffgehalt kleiner. Das Diagramm gemäß Fig. 1 veranschaulicht den Heizv/ert in MJ/kg (Mega-Joule/
Kilogramm) des Säureharzes in Abhängigkeit von seinem Schwefelsäuregehalt. Dabei ergibt sich die Spreizung der
Kurve aus den unterschiedlichen Beschaffenheiten einzelner Säureharze, insbesondere aus den verschiedenen Gehalten an
organischen Schwefelverbindungen, die neben der Schwefelsäure einen weiteren Wärmeanteil zur Spaltung benötigen.
Bei stöchiometrischer Verbrennung von Heizöl bzw. Säureharz der vorgenannten Qualität mit Luft entstehen theoretische
Verbrennungstemperaturen von 2100 0C (Heizöl) bzw. von 1900 0C
(Säureharz). Die' bei der Verbrennung von Säureharz gebildeten Abgase mit gegenüber Heizöl hohen Schwefeldioxid- und Wasserdampfpartialdrucken
bewirken eine Vergrößerung der Strahlungsintensität, so daß die niedrigere Flammentemperatur sich im
Wärmeübertragungsverhalten zwischen Flamme und Ausgangsmaterial wenig auswirkt.
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Beim Austausch von Brennstoffen, insbesondere durch kohlenwasserstoff
ärmeres Säureharz, erhöht sich die Abgasmenge um mehrere Zehnerprozent. In bestehenden Anlagen, in denen die
Installation zur Aufnahme der Abgase bereits bei Verwendung von Brennstoff ausgelastet ist, würde bei unverändertem Einsatz
von hüttenmännischen Zwischenprodukten, sulfidischen
Erzen und/oder Erzkonzentraten eine über die Gaskapazität hinausgehende Abgasmenge anfallen, die nicht aufgenommen werden
könnte. Dem könnte nur durch Senkung der Durchsatzmenge der Ausgangsstoffe begegnet werden.
Um diesen gegebenenfalls auftretenden Nachteil zu vermeiden, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, den
Sauerstoffgehalt in dem zuzuführenden sauerstoffhaltigen Verbrennungswind
in Abstimmung auf die ausgetauschte Säureharzmenge derart zu bemessen, daß gegenüber dem Zustand ohne Brennstoffaustausch
die Abgasmenge nicht vermehrt wird. Eine konstante Abgasmenge wird erhalten, wenn der Sauerstoffgehalt
des anteiligen, auf die Säureharzverbrennung entfallenden Verbrennungswindes entsprechend der Formel
X= M02
MA HUS _ M
^- MA + M02
eingestellt wird.
Hierbei bedeuten:
X = Sauerstoffgehalt des Verbrennungswindes für Säureharzverbrennung (m 0 /m Wind);
MOp = Sauerstoffbedarf für Säureharzverbrennung
(mJO2/kg Säureharz);
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M. = Abgasmenge aus Säureharzverbrermung bei Verbrennung mit reinem Sauerstoff
(m/kg Säureharz);
H~ = unterer Heizwert des Säureharzes unter Berücksichtigung der Spaltwärme
(kJ/kg Säureharz);
HuB = unterer Heizwert des bislang eingesetzten
Brennstoffes (kJ/kg Brennstoff);
SMA = sPeziiisciie Abgasmenge des bislang eingesetzten
Brennstoffes (m /kg Brennstoff). (m bedeutet jeweils das Volumen unter
Normalbedingungen)
Während die Abgasmenge bei Verbrennung von schwerem Heizöl mit
einem Heizwert von 40 100 kJ/kg bei etwa 11,3 m /kg liegt, sind für das jeweilige Säureharz die Abgasmengen bei Verbrennung
mit reinem Sauerstoff und die für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff menge und - sofern die Angaben in der Fig.
nicht genau genug erscheinen - auch der Heizwert durch Vorversuche zu ermitteln.
Die Erfindung wird mittels der Figuren 1 bis 3 sowie des Ausführungsbeispiels
näher und beispielsweise erläutert:
Figur 1 beinhaltet die bereits in der allgemeinen Beschreibung der Anmeldung erläuterte Abhängigkeit des Heizwertes in
MJ/kg (Mega-Joule/Kilogramm) vom Schwefelsäuregehalt des
Säureharzes. Die Spreizung der Kurve ergibt sich aus der unterschiedlichen Beschaffenheit verschiedener Säureharze,
insbesondere aus den verschiedenen Gehalten an organischen Schwefelverbindungen, die neben der Schwefelsäure einen weiteren
Wärmeanteil zur Spaltung beanspruchen. Das Diagramm läßt außerdem erkennen, daß Säureharz mit mehr als 85 Gew.-°/a
anorganischen Bestandteilen praktisch keinen Heizwert mehr
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besitzt und mithin für das erfindungsgemäße Verfahren ungeeignet ist.
Die Figuren 2 und 3 veranschaulichen eine zum Eintrag des Säureharzes vorzugsweise einzusetzende Lanze. Sie weist ein
Innenrohr 1 für das Säureharz, einen inneren ringförmigen Temperierraum 2 und einen äußeren Raum 3 zur Zufuhr des Zerstäubungsmediums
auf. Der Durchmesser des Innenrohres 1 ist dabei so gewählt, daß Verstopfungen vermieden vrerden. Lediglich
der Austrittsquerschnitt 4 des Innenrohres 1 ist verengt ausgeführt, so daß eine Austrittsgeschwindigkeit des
Säureharzstrahles bis 10 m/sec erreichbar ist. Der innere
Ringraum 2 für das Temperiermedium ist durch eine durchgehende Yfand 5 in einen Zulauf- und einen Ablauf teil getrennt. Bei
Temperierung auf 30 bis 80 0C ist einerseits einwandfreie
Pumpbarkeit des Säureharzes gewährleistet, andererseits werden Verkokung und Korrosion des Werkstoffes vermieden.
Der äußere Ringraum 3 wird vorzugsweise mit Preßluft oder Dampf als Zerstäbungsmedium beaufschlagt. Zum Austritt des
Zerstäubungsmediums sind ringförmig angeordnete, gegen den Säureharzstrahl gerichtete Bohrungen 6 vorgesehen, wobei die
Austrittsgeschwindigkeit des Zerstäubungsmediums nahezu Schallgeschwindigkeit erreichen kann„ Die Bohrungen 6 können
auch als Lavaldüse ausgeführt werden, so daß das Zerstäubungsmedium
mit Überschallgeschwindigkeit austritt.
Ein Schwebeschmelzofen mit einer Durchsatzleistung von 50 t/h Kupferkonzentrat wurde bislang unter Verwendung von
2100 kg/h Schweröl betrieben, dessen Zugabe mit 750 kg/h über mehrere am Schacht und mit 1350 kg/h über mehrere am
Unterofen angeordnete Brenner erfolgt.
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Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden 500 kg/h
Schweröl durch 1600 kg/h Säureharz ersetzt. Es wurden mithin
aufgegeben:
1600 kg/h Schweröl
1600 kg/h Säureharz
1600 kg/h Säureharz
Vom Schweröl wurden 620 kg/h dem Schacht und 980 kg/h dem
Unter ο fen, jeweils über Brenner, zugeführt. Die Säureharzzugabe
erfolgte mit 400 kg/h im Schacht und mit 1200 kg/h im Unterofen, jeweils mittels zweier Lanzen gemäß Fig. 2 und Fig. 3.
Hierbei waren die ringförmigen Temperierräume 2 mit Wasser auf 50 0C temperiert. Als Zerstäubungsmedium diente ein Luft/
Sauerstoff-Gemisch, das in Mengen von 0,5 m /kg Säureharz und mit einem Druck von 4 bar zugeführt wurde.
Die Heizwerte waren
für das Säureharz 13,6 Mj/kg
für das Schweröl 40,6 Mj/kg
Infolge der bilanzmäßig guten Erfaßbarkeit im Unterofen des SchwebeSchmelzofens lassen sich dessen Betriebsbedingungen
besonders übersichtlich vergleichen und tabellarisch gegenüberstellen:
Energieeintrag [GJ/hJ Schwerölnenge jkg/hj
Säureharzmenge {kg/hj
Luftmenge für Schwerölverbrennung jm /hj Luftmenge für Säureharzverbrennung
[nrVhJ 4 800
Sauerstoffzusatz für Säureharzverbrennung (m /hl 200
| Schweröl + | |
| Schweröl | Säureharz |
| 54,8 | 56,1 |
| 1 350 | 980 |
| 1 200 | |
| 18 600 | 13 500 |
030013/013 7
| 2839794 | |
| Schweröl + | |
| Schweröl | Säureharz |
| 24,1 | |
| 1670 | 1675 |
| 19 500 | 19 900 |
Sauerstoffgehalt des für die Säureharzverbrennung bestimmten anteiligen
Verbrennungswindes JVb 1.-%]
Theoretische Verbrennungstemperatur £°
Abgasmenge [nr/hj
Theoretische Verbrennungstemperatur £°
Abgasmenge [nr/hj
(als Anteil des Unterofens gerechnet)
Abgasmenge, bezogen auf Energieeintrag ]m5/GJJ 355,8 354,7
Abgasmenge, bezogen auf Energieeintrag ]m5/GJJ 355,8 354,7
In der erfindungsgemäßen Betriebsweise ist die gesamte eingesetzte
Luftmenge anteilig für die Schwerölverbrennung und für die Säureharzverbrennung ausgewiesen. Sie ergibt sich für das
Schweröl aus dem Wert für das Verfahren mit ausschließlicher Schwerölverbrennung durch entsprechende Umrechnung auf die
verringerte Schwerölmenge, für das Säureharz unter Verwendung der Formel auf Seite 5 der Beschreibung mit den Werten für
| MO2 = | 1,0 | (m3/kg) |
| MA = | 1,66 | (m3/kg) |
| HuS = | 13,6 | (MJ/kg) |
| HuB = | 40,6 | |
| SMA = | 14,4 | (m3/kg) |
Der Sauerstoffgehalt des gesamten für die Säureharzverbrennung eingesetzten anteiligen Verbrennungswindes betrug demnach
24,1 VoI.-^ (entsprechend χ = 0,241). Außerdem war bei Ermittlung
der Werte vom ursprünglichen Betriebszustand mit alleiniger Schwerölverbrennung und einer Luftverhältniszahl A= 1,3
(entsprechend dem 1,3-fachen des theoretisch erforderlichen Sauerstoffbedarfs) ausgegangen worden.
Insbesondere ein Vergleich der theoretischen Verbrennungstemperaturen
sowie der jeweiligen Abgasmengen*zeigt, daß gegenüber dem Zustand mit ausschließlicher Schwerölverbrennung keine verfahrenswesentlichen Änderungen eingetreten sind und trotz Austausch
einer beträchtlichen Schwerölmenge gegen Säureharz die einwandfreie Betriebsweise des SchwebeSchmelzofens aufrechterhalten
bleibt.
* bezogen auf Energieeintrag,
* bezogen auf Energieeintrag,
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Auch folgt aus der im Prozeß insgesamt erzeugten Dampfmenge, in die auch der Betrieb des Schachts des Schwebeschmelzofens
eingeht, daß mit - für beide Betriebsfälle übereinstimmend - 0,85 t/t Kupferkonzentrat keine das erfindungsgemäße
Verfahren nachteilig beeinträchtigenden Unterschiede bestehen.
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Claims (1)
- PatentansprücheVerfahren zur Verarbeitung hüttenmännischer Zwischenprodukte, sulfidischer Erze und/oder Erzkonzentrate in Gegenwart von sauerstoffhaltigen Gasen und Brennstoff bei einer Flammentemperatur von mindestens 1500 0C unter Bildung von Schwefeldioxid und von schmelzflüssiger Phase, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des Brennstoffes durch Säureharz mit einem Gehalt von maximal 85 Gew.-% anorganischen Bestandteilen austauscht.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das mindestens einen Teil des Brennstoffes austauschende Säureharz mittels einer Lanze einträgt, die ein inneres Zuführrohr (1) für das Säureharz, einen das Zuführrohr (1) umfassenden inneren Ringraum (2) für ein Temperiermedium und einen äußeren Ringraum (3) für das Zerstäubungsmedium aufweist.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Sauerstoffgehalt im zuzuführenden sauerstoffhaltigen Gas in Abstimmung auf die auszutauschende Säureharzmenge derart bemißt, daß gegenüber dem Zustand ohne Brennstoffaustausch die wärmespezifische Abgasmenge nicht vermehrt wird.030013/0137ORIGINAL INSPECTED
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
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