-
-
Verfahren und Anlage zur Herstellung von Alkali-
-
polyphosphaten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von Alkalipolyphosphaten, insbesondere von Alkalitriphosphaten, aus
Alkaliphosphatlösungen oder -suspensionen durch Versprühen der Ausgangsprodukte
mittels mindestens einer Düse in einem Sprühturm durch eine von einem Brennerkranz
erzeugte Flammzone sowie eine Anlage zur Lurchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Es ist bekannt, Alkaliphosphate, insbesondere Alkalipolyphosphate,
durch Versprühen von Alkaliphosphatlösungen oder -suspensionen mit Hilfe einer Nehrstoffdüse
durch eine Flammzone in einem Sprühturm herzustellen. Dabei bewegt sich die versprühte
Lösung im Gleichstrom mit den heißen Gasen der Flammzone nach unten und wird dabei
sehr schnell entwässert und gegebenenfalls in kondensierte Phosphate überführt.
Die Hauptmenge des gebildeten Phosphates wird im unteren Bereich des Sprühturmes
gesammelt und von dort kontinuierlich ausgetragen, während die feineren Anteile
des gebildeten Phosphates den Sprühturm mit dem Abgas verlassen und daraus durch
nachgeschaltete Zyklone sowie durch eine Naßwäsche entfernt werden (vergl.
-
"Ullmann Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 18,
1979, Seiten 326 bis 328).
-
Aus der nichtvorverdfientlichten europäischen Patentanmeldung Nr.
82 105 978.9 ist ein Verfahren zur Herstellung von Alkaliphosphaten, insbesondere
von Alkalipolyphosphaten, durch Versprühen von Alkaliphosphatlösungen oder -suspensionen
in einem Turm durch eine von einem Brennerkranz er-
zeugte Flammzone
bekannt, bei welchem das Versprühen mit Hilfe mehrerer Einstoffdüsen bei Vordrucken
der Alkaliphosphatlösungen oder -suspensionen von 6 bis 66 bar erfolgt.
-
Nachteilig ist bei den genannten Verfahren, daß es mit ihnen nicht
möglich ist, grobkörnige Alkalipolyphosphate mit einem hohen Kondensationsgrad herzustellen,
da offensichtlich die größeren Lösungströpfchen nur langsam trocknen und anschließend
die Temperatur im unteren Teil des Sprühturmes für eine vollständige Kondensation
nicht mehr ausreicht.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung von Alkalipolyphosphaten, insbesondere von Alkalitriphosphaten1durch
Versprühen von Alkaliphosphatlösungen oder -suspensionen in einen Sprühturm durch
eine Flammzone sowie eine Anlage zu seiner Durchfahrung anzugeben, durch welche
es möglich ist, grobkörnige Alkalipolyphosphate mit einem hohen Kondensationsgrad
zu erhalten. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zusätzlich feinkörnige
Alkalipolyphosphate, insbesondere Alkalitriphosphate, von oben her in den Sprühturm
eingebracht und gleichmäßig über den Sprühbereich der Düse(n) unter Bildung agglomerierter
Produkte verteilt werden.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann weiterhin wahlweise auch noch
dadurch ausgestaltet sein, daß a) als feinkörnige Alkalipolyphosphate aus dem Abgas
des Sprühturms abgeschiedene Stäube verwendet sind; b) als feinkörnige Alkalipolyphosphate
durch Absieben des am unteren Ende des Sprühturmes abgezogenen Produktes erhaltene
Feinanteile verwendet sind;
c) als feinkörnige Alkalipolyphosphate
aus dem Abgas des Sprühturmes abgeschiedene Stäube und durch Absieben des am unteren
Ende des Sprühturmes abgezogenen Produktes erhaltene Feinanteile verwendet sind;
d) die feinkörnigen Alkalipolyphosphate Korngrößen von 20 bis 500/um, vorzugsweise
von 20 bis 250/um, aufweisen; e) das Gewichtsverhältnis des in den Sprühturm mit
den Alkaliphosphatlösungen eingebrachten Feststoffes und der in den Sprühturm eingeführten
feinkörnigen Alkalipolyphosphate von 0,2 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise von 0,5 : 1
bis 2 : 1, beträgt.
-
Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche
aus einem mit einem Deckel verschlossenen, zylindrischen Sprühturm mit einem spitz
zulaufenden Unterteil besteht, wobei der Deckel mittig von einem mit einer Versprüheinrichtung
verbundenen Lösungszuführungsrohr durchdrungen ist und wobei der Deckel weiterhin
von mehreren, konzentrisch um das Zuführungsrohr angeordneten Brennern durchdrungen
ist und wobei das Unterteil von einem schräg nach oben gerichteten Abgasrohr durchdrungen
ist, kann dadurch gekennzeichnet sein, daß konzentrsich zum und mit Abstand vom
Lösungszuführungsrohr ein den Deckel durchdringender Feststoffschacht angeordnet
ist, welcher innerhalb des Sprühturmes eine konische Form aufweist und in welchen
außerhalb des Sprühturmes ein Feststoffzuführungsrohr einmündet.
-
Die Anlage kann weiterhin auch noch dadurch weitergebildet sein, daß
f) der Feststoffschacht innerhalb des Sprühturmes eine konische Erweiterung aufweist;
g)
der Feststoffschacht innerhalb des Spruhturmes eine konische Einziehung aufweist;
h) das Abgasrohr des Sprühturmes mit einem Zyklon über eine in seinem oberen Bereich
einmündende Leitung strömungsmäßig verbunden ist, und daß der im Zyklon abgeschiedene
Feststoff über ein Transportorgan in das Feststoffzu£uhrungsrohr einführbar ist;
i) unterhalb des Sprühturmes ein mit ihm strömungsmäßig verbundener Kühler angeordnet
ist, welcher mit einer einen oberen Stutzen und einen unteren Stutzen aufweisenden
Siebeinrichtung strömungsmäßig verbunden ist, und daß die aus dem unteren Stutzen
austretende feine Siebfraktion über ein weiteres Transportorgan in das Feststoffzuführungsrohr
einführbar ist; J) das Abgasrohr des Sprühturmes mit einem Zyklon über eine in seinem
oberen Bereich einmündende Leitung strömungsmäßig verbunden ist, daß unterhalb des
Sprühturmes ein mit ihm strömungsmäßig verbundener Kühler angeordnet ist, welcher
mit einer einen oberen Stutzen und einen unteren Stutzen aufweisenden Siebeinrichtung
strömungsmäßig verbunden ist, und daß die aus dem unteren Stutzen austretende feine
Siebfraktion über ein weiteres Transportorgan sowie der im Zyklon abgeschiedene
Feststoff über ein Transportorgan in das Feststoffzuführungsrohr einführbar ist;
k) das Abgasrohr des Sprühturmes mit einem Zyklon über eine in seinen oberen Bereich
einmündende Leitung strömungsmäßig verbunden ist, daß unterhalb des Sprühturmes
ein mit ihm strömungsmäßig verbundener Kühler angeordnet ist, welcher mit einer
einen obe-
ren Stutzen und einen unteren Stutzen aufweisenden Siebeinrichtung
strömungsmäßig verbunden ist, daß der im Zyklon abgeschiedene Feststoff über eine
Leitung in den Kühler einleitbar ist, und daß die aus dem unteren Stutzen der Siebeinrichtung
austretende feine Siebfraktion über ein weiteres Transportorgan in das Feststoffzuführungsrohr
einführbar ist.
-
Die Abriebfestigkeit der beim Verfahren gemäß der Erfindung erhaltenen
Alkalipolyphosphate ist wesentlich höher als die der bekannten Alkalipolyphosphate.
Dabei gilt als Maß für die Abriebfestigkeit die mittlere Korngröße des Alkalipolyphosphates
nach Durchführung eines standardisierten mechanischen Abriebtestes.
-
Beim erfindungsgemäßen Alkalipolyphosphat sind nach dem Abriebtest
mittlere Korngrößen von über 0,5 mm möglich.
-
Die mittlere Korngröße der beim Verfahren gemäß der Erfindung erhaltenen
Alkalipolyphosphate ist größer als bei den bekannten Alkalipolyphosphaten.
-
Trennt man beispielsweise die Siebfraktion unter 0,5 mm ab und bringt
sie erfindungsgemäß von oben her in den Sprühturm ein, so wird ein Alkalipolyphosphat
mit einer mittleren Korngröße von 1 mm erhalten.
-
Das mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Alkalipolyphosphat
weist ein relativ enges Kornspektrum auf, d. h. seine Korngröße ist rela-
tiv
einheitlicher als die der bekannten Alkalipolyphosphate.
-
Das Schüttgewicht des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Alkalipolyphosphates ist im Vergleich zu den bekannten Alkalipolyphosphaten wesentlich
abgesenkt.
-
Besonders bei leichten Alkalipolyphosphaten, bei welchen das Schüttgewicht
einen Qualitätsparameter darstellt, wird ein niedriges Schüttgewicht angestrebt.
Selbst bei Zugabe von Blähmitteln, beispielsweise Harnstoff, zur Monophosphatlösung
wird bei den bekannten Alkalipolyphosphaten bestenfalls ein Schüttgewicht von 400
g/l erreicht. Im Gegensatz dazu weisen die erfindungsgemäß hergestellten Alkalipolyphosphate
Schüttgewichte von 350 g/l und weniger auf.
-
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wird grobkörniges Alkalipolyphosphat
ohne Zugabe von Bindemittel, d.h.
-
ohne Fremdmaterial, allein durch Agglomeration erhalten.
-
In der beigefügten Zeichnung sind Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens schematisch und teilweise im Schnitt dargestellt. Dabei zeigen: Figur
1 eine Seitenansicht eines Sprühturmes mit angeschlossenem Zyklon.
-
Figur 2 eine Seitenansicht eines Sprühturmes mit Siebeinrichtung
Figuren 3 Seitenansichten eines Sprühturmes mit und 4 Siebeinrichtung und angeschlossenem
Zyklon Ein zylindrischer Sprühturm 1 ist mit einem konischen Deckel 2 verschlossen
und mit einem spitz zulaufenden Unterteil 3 versehen, wobei vom Unterteil 3 ein
Abgasrohr 4 abgeht. Der konische Deckel 2 ist zentrisch von einem
Lösungszuführungsrohr
5 durchdrungen, an dessen Ende im Inneren des Sprühturmes 1 eine Verspruheinrichtung
6 angeordnet ist, während sich im Lösungszuführungsrohr 5 außerhalb des Sprühturmes
1 mindestens eine Druckerhöhungspumpe 7 befindet. Konzentrisch zum und mit Abstand
vom Lösungszuführungsrohr 5 mündet in den konischen Deckel 2 ein Feststoffschacht
8 ein, welcher innerhalb des Sprühturmes 1 eine konische Form, entweder eine konische
Erweiterung 9 oder eine konische Einziehung 23, aufweist. In den Feststoffschacht
8 mündet außerhalb des Sprühturmes 1 ein Feststoffzuführungsrohr 10 ein. Mit Abstand
vom Feststoffschacht 8 und auf einer konzentrisch zu ihm verlaufenden Kreislinie
sind mehrere Brenner 11 angeordnet, welche den konischen Deckel 2 durchdringen und
in den Sprühturm 1 hineinragen.
-
Die Versprüheinrichtung 6 besteht aus einem Speiserohr 15, welches
mit dem Lösungszuführungsrohr 5 stromungsmäßig verbunden ist, und an dessen entgegengesetztem
Ende ein Sprühkopf 12 mit nach unten weisender Stirnfläche angeordnet ist, während
sich oberhalb des SprUhkopfes 12 weitere Sprühköpfe 14 mit schräg nach unten auf
die Innenwand des Sprühturmes 1 gerichteten Stirnflächen befinden. In die Stirnflächen
der Sprühköpfe (12, 14) sind jeweils mehrere Einstoffdüsen eingelassen.
-
In Figur 1 ist das Abgasrohr 4 des Sprühturmes 1 über eine Leitung
13 mit einem Zyklon 16 verbunden. Während das Gas den Zyklon 16 über eine Leitung
17 verläßt, wird der abgeschiedene Feststoff von der Spitze. des Zyklons 16 über
das Transportorgan 18 in das Feststoffzuführungsrohr 10 eingeführt.
-
In Figur 2 sind unterhalb des Sprühturmes 1 ein Kühler 24 und eine
Siebeinrichtung 19 angeordnet, wobei die
Siebeinrichtung 19 das
Sprühprodukt in eine feine und eine grobe Fraktion aufteilt. Die grobe Fraktion
tritt aus der Siebeinrichtung 19 durch deren oberen Stutzen 20 aus, während die
aus ihrem unteren Stutzen 21 austretende feine Fraktion über das weitere Transportorgan
22 in das Feststoffzuführungsrohr 10 gelangt.
-
In Figur 3 sind unterhalb des Sprühturmes 1 ein Kühler 24 und eine
Siebeinrichtung 19 angeordnet. Das Abgasrohr 4 des Sprühturmes 1 ist über eine Leitung
13 mit einem Zyklon 16 verbunden. Die feine Fraktion aus der Siebeinrichtung 19
wird über deren unteren Stutzen 21 und das weitere Transportorgan 22 ebenso in das
Feststoffzuführungsrohr 10 eingeleitet wie der im Zyklon 16 abgeschiedene Feststoff
über das Transportorgan 18.
-
In Figur 4 sind unterhalb des Sprühturmes 1 ein Kühler 24 und eine
Siebeinrichtung 19 angeordnet. Das Abgasrohr 4 des Sprühturmes 1 ist über eine Leitung
13 mit einem Zyklon 16 verbunden, wobei der im Zyklon 16 abgeschiedene Feststoff
über eine weitere Leitung 25 dem Kühler 24 zugeführt wird. Die feine Fraktion aus
der Siebeinrichtung 19 wird über deren unteren Stutzen 21 und das weitere Transportorgan
22 in das Feststoffzuführungsrohr 10 eingeleitet.
-
Die gemäß den folgenden Beispielen hergestellten Produkte wurden diesem
Abriebtest unterworfen: 50 g des Produktes wurden nach Ermittelung seiner Siebanalyse
in einen zylindrischen Behälter (Durchmesser: 11, 5 cm; Höhe: 10,0 cm) aus rostfreiem
Stahl
eingefüllt. Nach Zugabe von acht Stahlkugeln (Durchmesser:
1,96 cm; Gewicht: 32,6 g) wurde der Behälter mit einem Deckel verschlossen. Der
Behälter wurde horizontal auf eine elektrisch antreibbare Rollenbahn gelegt und
darauf 5 Minuten mit 100 U/min rotieren gelassen. Anschließend wurde die Siebanalyse
erneut ermittelt.
-
Beispiel 1 (nach dem Stand der Technik) In einem Sprühturm von etwa
15 m Höhe und 7 m Durchmesser befand sich als Versprüheinrichtung ein Speiserohr,
welches mit 5 Sprühköpfen strömungsmäßig verbunden war. Dabei waren in Jeden Sprühkopf
7 Einstoffdüsen eingelassen und jede Düse wies eine Bohrung von 4 mm auf. Durch
die insgesamt 35 Düsen wurden 8 m3/h, entsprechend 12,5 t/h, Natriumorthophosphatlösung
mit einem Feststoffgehalt von 60 Gew% und mit einem Na2O : P205-Verhältnis von 5
: 3, welcher Je m3 4 kg Harnstoff als Blähmittel zugesetzt waren, unter einem Druck
von 11 bar versprüht. Es resultierten insgesamt 6,4 t/h Natriumtripolyphosphat mit
einem Na5P3010-Gehalt von 97,0 ,, einem Schüttgewicht von 430 g/l und folgendem
Kornspektrum: >0,425 mm 16,8 96 >0.150 mm 84,0 46 >0,105 mm 91,4 46 >0,053
mm 99,8 % Das Endprodukt bestand pro Stunde aus einer Mischung von 1,2 t, welche
mit dem Abgas aus dem Sprühturm
ausgetragen und mit Hilfe von Zyklonen
abgeschieden wurden ("Zyklonprodukt") und aus 5,2 t, welche am unteren Ende des
Sprühturmes abezogen wurden ("Turmprodukt).
-
Das Zyklonprodukt wies folgendes Kornspektrum auf: >0,425 mm 1,8%
> 0,150 mm 66,7 % > 0,105 mm 79,3 % >0,053 mm 94,0 % Das Turmprodukt wies
folgendes Kornspektrum auf: > 0,425 mm 24,1 % > 0,150 mm 96,2 % > 0,105
mm 98,4 , > 0,053 mm 100,0 % Das Endprodukt wies eine mittlere Korngröße von
320 um auf. Nach Durchführung des Abriebtestes betrug die mittlere Korngröße 220/um.
-
Beispiel 2 (gemäß der Erfindung) In den Sprühturm nach Beispiel 1
wurden 8 m3/h1 entsprechend 12,5 t/h, Natriumorthophosphat-Lösung mit einem Feststoffgehalt
von 60 Gew% und mit einem Na2O P205-Verhältnis von 5 : 3, welcher Je m 4 kg Harnstoff
als Blähmittel zugesetzt waren, unter einem Druck von 11 bar
versprüht.
Gleichzeitig wurden in dem Sprühturm durch einen konzentrisch zum Lösungszuführungsrohr
angeordneten Feststoffschacht (vergl. Figur 1) 1,3 t/h Zyklonprodukt in den Sprühturm
eingeführt. Dabei entstanden 6,4 t/h eines Agglomerationsproduktes mit folgenden
Eigenschaften: Na3P5010-Gehalt: 97,0 % Schüttgewicht: 420 g/l Kornspektrum: >0,425
mm 35,2 96 >0,150 mm 94,3 % >0,105 mm 97,7 96 >0,053 mm 99,7 96 Das Agglomerationsprodukt
wies eine mittlere Korngröße von 415 µm auf. Nach Durchführung des Abriebtestes
betrug die mittlere Korngröße 270 /um.
-
Beispiel 3 (gemäß der Erfindung) In Anlehnung an Beispiel 1 wurde
ein Tripolyphosphat mit folgenden Eigenschaften hergestellt: Na3P5O10-Gehalt: 97,3
% Schüttgewicht: 420 g/l Kornspektrum: >0,425 mm 16,5 % >0,150 mm 76,7 % >0,105
mm 88,2 96 >0,053 mm 98,1 % Das Produkt wies eine mittlere Korngröße von 330
um auf.
-
Nach Durchführung des Abriebtestes betrug die mittlere Korngröße 200
/um.
-
Während der Herstellung des Tripolyphosphates wurde aus der Mischung
von Zyklonprodukt und Turmprodukt (vergl. Beispiel 1) mit Hilfe einer Siebeinrichtung
die Fraktion kleiner als 250/um abgesiebt und durch einen konzentrisch zum Lö-Sungszuführungsrohr
angeordneten Feststoffschacht (vergl.
-
Figur 4) in den Sprühturm zurückgeführt, wobei das Gewichtsverhältnis
von in den Sprühturm eingeführter Natriumorthophosphatlösung und zurückgeführter
Siebfraktion 0,8 : 1 betrug. Das dabei entstehende Agglomerationsprodukt wies folgende
Eigenschaften auf: Na3P5O10-Gehalt: 96,8 % Schüttgewicht: 380 g/l Kornspektrum:
>0,425 mm 59,9 % >0,150 mm 99,8 % >0,105 mm 100,0 % Das Agglomerationsprodukt
wies eine mittlere Korngröße von 535 µm auf. Nach Durchführung des Abriebtestes
betrug die mittlere Korngröße 290 /um.
-
Beispiel 4 (gemäß der Erfindung) In Anlehnung an Beispiel 1 wurde
ein Tripolyphosphat mit folgenden Eigenschaften hergestellt: Na5P3010-Gehalt: 96,9
5' Schüttgewicht: 420 g/l Kornspektrum: >0,425 mm 2S,2 % >0,150 mm 86,2 96
>0,105 mm 92,6 26 >0,053 mm 97,5 % Das Produkt wies eine mittlere Korngröße
von 360 um auf.
-
Nach Durchführung des Abriebtestes betrug die mittlere Korngröße 215
/um.
-
Während der Herstellung des Tripolyphosphates wurde aus der Mischung
von Zyklonprodukt und Turmprodukt (vergl. Beispiel 1) mit Hilfe einer Siebeinrichtung
die Fraktion kleiner als 500 /um abgesiebt und durch einen konzentrisch zum Lösungszuführungsrohr
angeordneten Feststoffschacht (vergl. Figur 4) in dem Sprühturm zurückgeführt, wobei
das Gewichtsverhältnis von in den Sprühturm eingeführter Natriumorthophosphatlösung
und von zurückgeführtem, aDgesiebtem Tripolyphosphat 0,35: 1 betrug. Das dabei entstehende
Agglomerationsprodukt wies folgende Eigenschaften auf: Na5PJ5010-Gehalt: 97,2 %
Schüttgewicht: 340 g/l Kornspektrum: >0,840 mm 25,3 % Q,425 mm 99,0 96 Das Agglomerationsprodukt
wies eine mittlere Korngröße von 810 /um auf. Nach Durchführung des Abriebtestes
betrug die mittlere Korngröße 375 /um.
-
Beispiel 5 (gemäß der Erfindung) Beispiel 2 wurde mit der Änderung
wiederholt, daß zusätzlich zu dem Zyklonprodukt Tripolyphosphat einer Siebfraktion
kleiner als 150 um in einem konzentrisch zum Lösungszuführungsrohr angeordneten
Feststoffschacht (vergl.
-
Figur 3) in den Sprühturm zurückgeführt wurde, wobei die Siebfraktion
aus dem am unteren Ende des Sprühturmes abgezogenen Tripolyphosphat erhalten wurde.
Dabei betrug das Gewichtsverhältnis von Natriumorthophosphatlösung, Zyklonprodukt
und Siebfraktion, welche gemeinsam in den Sprühturm eingeführt wurden; 9 : 2 : 1.
-
Das durch die Einführung der drei genannten Komponenten in den Sprühturm
entstehende Agglomerationsprodukt wies folgende Eigenschaften auf: Na5P3010-Gehalt:
96,5 % Schüttgewicht: 400 g/l Kornspektrum: > 0,425 mm 42,2 26 >0,150 mm 99,2
% > 0,105 mm 100,0 5' Das Agglomerationsprodukt wies eine mittlere Korngröße
von 440/um auf. Nach Durchführung des Abriebtestes betrug die mittlere Korngröße
260'um.
-
Beispiel 6 (gemäß der Erfindung) Beispiel 5 wurde mit der Änderung
wiederholt, daß zusätzlich zu dem Zyklonprodukt Tripolyphosphat einer Siebfraktion
kleiner als 250/um in den Sprühturm zurückgeführt wurde. Das Gewichtsverhältnis
von Natriumorthophosphatlö-Sung, Zyklonprodukt und Siebfraktion betrug 1,6 : 1 :
1.
-
Das Agglomerationsprodukt wies folgende Eigenschaften auf: Na5P3010-Gehalt:
97,4 % Kornspektrum: > 0,425 mm 56,4 % >0,150 mm g9,6 5' >0,105 mm 100,0
5' Schüttgewicht: 370 g/l Das Agglomerationsprodukt wies eine mittlere Korngröße
von 5201um. Nach Durchführung des Abriebtestes betrug die mittlere Korngröße 290/um.
-
Leerseite