EP0135078B2 - Drehrohrofen und dessen Verwendung - Google Patents

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EP0135078B2
EP0135078B2 EP84108997A EP84108997A EP0135078B2 EP 0135078 B2 EP0135078 B2 EP 0135078B2 EP 84108997 A EP84108997 A EP 84108997A EP 84108997 A EP84108997 A EP 84108997A EP 0135078 B2 EP0135078 B2 EP 0135078B2
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EP
European Patent Office
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gas
kiln according
revolving tubular
tubular kiln
pipe
Prior art date
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EP84108997A
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English (en)
French (fr)
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EP0135078B1 (de
EP0135078A2 (de
EP0135078A3 (en
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. Janz
Fritz Dr. Rodi
Alfred Dipl.-Ing. Soppe
Jakob Dr. Rademachers
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Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Publication of EP0135078A2 publication Critical patent/EP0135078A2/de
Publication of EP0135078A3 publication Critical patent/EP0135078A3/de
Application granted granted Critical
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Publication of EP0135078B2 publication Critical patent/EP0135078B2/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/14—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge
    • F27B7/16—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge the means being fixed relatively to the drum, e.g. composite means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B11/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive
    • F26B11/02—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles
    • F26B11/04—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles rotating about a horizontal or slightly-inclined axis
    • F26B11/0463—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles rotating about a horizontal or slightly-inclined axis having internal elements, e.g. which are being moved or rotated by means other than the rotating drum wall
    • F26B11/0477—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles rotating about a horizontal or slightly-inclined axis having internal elements, e.g. which are being moved or rotated by means other than the rotating drum wall for mixing, stirring or conveying the materials to be dried, e.g. mounted to the wall, rotating with the drum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/08—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined externally heated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/14—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge
    • F27B7/16—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge the means being fixed relatively to the drum, e.g. composite means
    • F27B7/161—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge the means being fixed relatively to the drum, e.g. composite means the means comprising projections jutting out from the wall

Definitions

  • the present invention relates to a rotary kiln for carrying out gas-solid reactions, consisting of an indirectly heated, rotating and provided with feed and discharge devices for solids and gas inlets and outlets with internal fittings.
  • the invention relates to the use of the rotary kiln.
  • Rotary tube furnaces are used to carry out numerous reactions between gases and free-flowing, non-sticky solids (Chem.-Ing.-Techn. 51 (1979) No. 8, pp. 771-778; Verlag Chemie Weinheim).
  • a directly heated rotary kiln is known, in which sieves or perforated plates are arranged around a central tube and separate the entire spiral sections from one another. In these spiral sections, ball fillings ensure that the material to be dried is ground.
  • Indirectly heated rotary kilns are used in particular in those processes in which a gas flow and gas composition that is independent of the type and quantity of flue gas is required within the rotary tube.
  • Such indirectly heated ovens can be equipped with both electrical heating elements and burners. Even with oil or gas-fired ovens, the external heating leads to a gas routing and gas composition within the rotary tube that is independent of the type and quantity of flue gas. Desired temperature profiles can be set using separately adjustable heating zones.
  • Rotary kilns have the advantage of continuous reaction control in the moving bed. However, they have the disadvantage of cross and longitudinal mixing during the passage of the reactants through the furnace. As a result, the individual particles experience different reaction conditions in accordance with their different residence times in the individual zones.
  • the aim of this invention is to provide a rotary kiln in which it is possible to achieve the narrowest possible residence spectrum with the best possible contact between gas and solid.
  • the rotary kiln according to the invention for carrying out gas-solid reactions consisting of an indirectly heated, rotating and provided with feed and discharge devices for solids and gas inlets and outlets, is characterized in that the internals consist of a via the the entire length of the furnace, the central tube closed on both sides and a spiral, which in turn is tightly connected to both the central tube and the outer rotary tube, and the inner circumference of the outer rotary tube is provided with positively positioned lifting blades, the height of which is dimensioned as "h", that the material particles do not touch the inner tube.
  • the rotary tube should be gas-tight for most reactions.
  • the aforementioned internals contained in the rotary tube hereinafter referred to as a closed helix with lifting blades, are particularly effective if the reaction gas which is moved helically around the central tube is conducted in countercurrent to the solid.
  • a gas chamber in each helix chamber that is loaded with solids, which is generated by the product veils trickling off the lifting blades.
  • these zones are comparable to mechanically supported fluidized beds.
  • the number of turns over the length of the rotary tube corresponds to the number of fluidized beds connected in series.
  • This rotary tube which is to be regarded as a multi-stage fluidized bed reactor, should be treated with solid matter as evenly as possible in the free space of each turn due to the intensive gas contact.
  • the positively positioned lifting blades result in a higher pressure difference between the gas entry and exit points during operation. It has been found that with a good solids distribution in the gas space, the pressure loss generated by the fluidized bed is many times higher than the pressure loss which is caused only by the curved channel flow with the bed at rest.
  • the height of the lifting blades is advantageously dimensioned such that the rest of the solid falling off the lifting blades does not yet touch the inner central tube. This ensures that the product is not mixed from one spiral chamber into the other.
  • the advantage of the rotary kiln according to the invention is an improved contact of gas and solid, corresponding to an increased utilization of the gas to be reacted in countercurrent flow.
  • the capacity of the rotary kiln according to the invention can be increased significantly in comparison to conventional processes without having to accept a deterioration in the product.
  • the quality properties can be improved.
  • the required oven temperatures can often be reduced with the same or a shorter residence time, which, in addition to saving heating energy, also improves the material properties for thermosensitive materials.
  • the influence of the grain spectrum on product quality is strongly suppressed, thus achieving a homogeneous product quality.
  • the rotary kiln according to the invention can be used from a technical point of view for continuously conducted reaction processes of gases with free-flowing, non-sticky solids. In principle, it can also be used for thermal treatments such as for heating or cooling processes or for tempering in various gas atmospheres. It is irrelevant whether chemical reactions or only physical processes such as heat transfers from gas to solid occur in the material to be treated.
  • Another object of the present invention is therefore the use of the rotary kiln for various processes.
  • this includes the use of the rotary kiln according to the invention for oxidation, reduction, chlorination, roasting, digestion, catalysis, tempering or cooling processes.
  • the subject of the present invention preferably includes the use of the rotary kiln for the production of finely divided metals or metal oxides by reducing higher-quality oxides with reducing gases, in particular for the production of finely divided iron oxides with a defined degree of oxidation and metallic iron for magnetic recording purposes.
  • the advantage of the use according to the invention comes into play, since these products tend to sinter sintering due to their fine particle size during temperature treatments. At the same time, the magnetic data of these high-quality products are essentially dependent on a narrow particle spectrum.
  • metals such as tungsten, copper or nickel
  • metals such as tungsten, copper or nickel
  • the production of mixed phase pigments, activated carbon and ceramic solids is made possible in such furnaces, to give just a few examples.
  • Fig. 1 the solid is fed into the rotary tube via a product task 1. It is continued in the indicated direction of travel through the helix 5, which is tightly installed between the outer rotary tube 9 and the inner central tube 6, in accordance with the number of revolutions of the rotary tube.
  • the treated product exits the rotary tube at 2.
  • the reaction or process gas is fed to the rotary tube at 3. So that the gas flows counter to the solid according to the spiral, the inner central tube 6 is provided with sealing plugs 7 at both ends. At 4, the gas is discharged from the rotating reaction tube.
  • FIG. 2 the portion of the solids can be seen schematically above the cross section, which rests as a bed on the lifting blades 8, which are evenly arranged over the inner handling of the outer rotary kiln 9.
  • FIG. 10 the direction of rotation of the gas flow is opposite to the product curtains falling off the blades 8, and in FIG. 11 the direction of rotation of the reaction tube is shown.
  • the dimensioning of the internals depends on the intended volume flows, the required material ratios and the product-specific properties of the reactants.
  • the grain size, grain distribution, angle of repose and density of the solids, and to a lesser extent the viscosity and density of the gases, are key factors in the design, which also play an important role in fluid bed technology.
  • the helix increase, the diameter of the central tube, the number, shape, height and position of the lifting blades, there are sufficient options for influencing the operating behavior.
  • the feed quantity, temperature profile, number of revolutions of the rotating tube, gas quantity, proportion of inert gas and outlet temperature of gas and solid serve as changeable parameters.
  • the speed should be selected so that the material is raised enough times. If the rotation is too low, the bed will rest on the lifting blades. If at normal speeds the dwell time for a given reactor length is not sufficient for complete conversion, it makes sense to operate the rotating tube alternately in both directions of rotation, the direction of rotation that is decisive for the product passage prevailing over time. This measure results in longer dwell times at the same speed. The setting of the lifting blades no longer has an advantageous effect in this special procedure.
  • the degree of filling of the rotary tube is preferably set in this way. that the product is not overshot over the lifting blades.
  • acicular a-Fe 2 0 3 hematite
  • Surface of 29 m 2 / g is continuously fed from a storage bunker into the rotary kiln via a belt weigher.
  • the gas-tight rotary tube has a heating section of 2 m divided into three separately controllable zones with an inner diameter of 30 cm.
  • the internal internals consist of the closed helix with 43 turns.
  • lifting vanes are mounted, distributed uniformly over the circumference, at an angle of 25 °.
  • the height of the lifting blades is 35 mm.
  • the central tube has a diameter of 76 mm.
  • the channel length is approx. 25 m.
  • a-FeOOH (goethite) is added in an amount of 2 kg / h.
  • the grain size of the material fed is between 0.5 and 2 mm.
  • the spec. surface is 56 m 2 / g.
  • the temperatures of the reaction tube rotating at 4% inclination and 2 rpm are set in the three heating zones to about 430 ° C.
  • the amount of hydrogen supplied in countercurrent is 15 Nm 3 / h.
  • 2 Nm 3 / h of nitrogen are introduced via the furnace heads.
  • 1.25 kg of pyrophoric iron with a metal content of 98.5% are obtained per hour.
  • the surface of the needle-shaped iron is 20 m 2 / g, the coercive force is 1100 Oe.
  • the product is particularly suitable for incorporation into magnetic tapes.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehrohrofen für die Durchführung von Gas-Feststoff-Reaktionen, bestehend aus einem indirekt beheizten, rotierenden und mit Auf- und Abgabevorrichtungen für Feststoffe und Gasein- und -ableitungen versehenen Reaktionsrohr mit inneren Einbauten.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung des Drehrohrofens.
  • Drehrohröfen werden für die Durchführung zahlreicher Reaktionen zwischen Gasen und rieselfähigen, nicht klebenden Feststoffen eingesetzt (Chem.-Ing.-Techn. 51 (1979) Nr. 8, S. 771-778; Verlag Chemie Weinheim).
  • Aus der BE-A 414 362 ist ein direkt beheizter Drehrohrofen bekannt, bei dem um ein Zentralrohr Siebe oder Lochbleche angeordnet sind, die ganze Wendelabschnitte voneinander abtrennen. In diesen Wendelabschnitten sorgen Kugelfüllungen für eine Mahlung des zu trocknenden Gutes.
  • Indirekt beheizte Drehrohröfen werden insbesondere bei solchen Prozessen eingesetzt, bei denen eine von der Rauchgasart und -menge unabhängige Gasführung und Gaszusammensetzung innerhalb des Drehrohres benötigt wird.
  • Derartig indirekt beheizte Öfen können sowohl mit elektrischen Heizelementen als auch mit Brennern ausgerüstet sein. Selbst bei öl- oder gasbeheizten Öfen führt die Aussenheizung zu einer von der Rauchgasart und -menge unabhängigen Gasführung und Gaszusammensetzung innerhalb des Drehrohres. Gewünschte Temperaturprofile können durch getrennt regelbare Heizzonen eingestellt werden.
  • Da solche Drehrohröfen gasdicht betrieben werden können, erlauben sie eine Fahrweise unter erhöhtem Gasdruck. Deshalb werden sie für die Durchführung von Reaktionen in einer gewünschten Gasatmosphäre unter völligem Ausschluss von Luftsauerstoff bevorzugt eingesetzt. Besonders sind sie für Reaktionen interessant geworden. bei denen eine erhöhte Gefahr zur Bildung explosiver Gemische mit Luft besteht, wie es bei leicht entzündlichen Gasen und feinteiligen. pyrophoren Pulvern der Fall ist.
  • Drehrohröfen haben den Vorteil der kontinuierlichen Reaktionsführung im bewegten Bett. Sie weisen aber den Nachteil der Quer- und Längsvermischung während des Durchgangs der Reaktionspartner durch den Ofen auf. Hierdurch erfahren die Einzelpartikel verschiedene Reaktionsbedingungen entsprechend ihrer unterschiedlichen Verweilzeit in den einzelnen Zonen.
  • Ändern sich aber die Eigenschaken der Feststoffe während der Reaktion, so lässt sich die mittlere Verweiizeit der Einzeipartike) nur noch schwer vorherberechnen. Sie kann nur noch experimentell, beispielsweise durch Dotierung, ermittelt werden. Allgemein werden unter diesen Umständen relativ breite Verweilzeitspektren erhalten. Das bedeutet eine für das Einzelkorn unterschiedliche Behandlungsdauer, die bei empfindlichen Produkten zu einem deutlichen Qualitätsnachteil führen kann.
  • Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen Drehrohrofen bereitzustellen, in dem es möglich ist, ein möglichst enges Verweilspektrum bei möglichst gutem Kontakt zwischen Gas und Feststoff zu erzielen.
  • Bisher sind bereits Massnahmen zur Erzielung engerer Verweilzeitspektren bekannt geworden. So ist es heute üblich, mit der Ofenwand fest verbundene Wendeln einzubauen, die auf das Produkt eine Zwangsförderung ausüben. Auch sind Massnahmen beschrieben, die einen besseren Kontakt von Gas und Feststoff herbeiführen sollen. So werden beispielsweise Wendeleisten oder Hubschaufeln eingebaut, die das Produkt anheben und quer zur Gasströmung abfallen lassen.
  • Es ist aus der DE-A 3 025 716 eine Vorrichtung bekannt geworden, die bei einheitlicher Verweilzeit durch wendelförmige Zwangsförderung einen besseren Kontakt von Gas und Feststoff ergibt, indem das Gas ebenfalls entlang der wendelförmigen Bahn geleitet wird. Der Nachteil dieses indirekt beheizten, rotierenden wendelförmigen Reaktionsrohres besteht darin, dass die Zuführung des Feststoffes schwierig ist und in der normalen Ausführungsform bei jeder Umdrehung des Wendelrohres intermittierend erfolgt. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, dass die reaktionsfähigen Gase nur oberhalb der Schüttung entlang geleitet werden können, infolgedessen kann kein sehr hoher Nutzungsgrad des Gases erreicht werden.
  • Es gelang nun, einen solchen Drehrohrofen zu konstruieren, der die genannten Forderungen hervorragend erfüllt, ohne die oben beschriebenen Nachteile aufzuweisen.
  • Der erfindungsgemässe Drehrohrofen für die Durchführung von Gas-Feststoff-Reaktionen, bestehend aus einem indirekt beheizten, rotierenden und mit Auf- und Abgabevorrichtungen für Feststoffe und Gasein- und -ableitungen versehenen Reaktionsrohr mit inneren Einbauten ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten aus einem über die gesamte Ofenlänge verlaufenden, beidseitig geschlossenen Zentralrohr und einer Wendelung, die ihrerseits sowohl mit dem Zentralrohr und dem äusseren Drehrohr dicht verbunden ist, bestehen und der innere Umfang des äußeren Drehrohres mit positiv angestellten Hubschaufeln versehen ist, wobei deren Höhe «h» so bemessen ist, daß die Materialteilchen das Innenrohr nicht berühren.
  • In einem solchen Drehrohrofen geschieht eine Zwangsförderung ohne Rückvermischung durch die geschlossenen Wendel. Dies bedingt ein enges Verweilzeitspektrum der Einzelteilchen; jedes Feststoffteilchen erfährt somit die gleichen Bedingungen und zeigt gleiche Eigenschaken auf.
  • Zur Durchführung der meisten Reaktionen sollte das Drehrohr gasdicht abgeschlossen sein.
  • Die vorgenannten im Drehrohr enthaltenen Einbauten, im folgenden als geschlossene Wendel mit Hubschaufeln bezeichnet, sind besonders wirkungsvoll, wenn das wendelförmig um das Zentralrohr bewegte Reaktionsgas im Gegenstrom zum Feststoff geführt wird. In der Freizone zwischen Zentralrohr und Hubschaufeln liegt in jeder Wendelkammer ein feststoffbeladener Gasraum vor, der durch die von den aufwärtsgeführten Hubschaufeln abrieselnden Produktschleier erzeugt wird. Bei Gegenstromführung von Gas und Feststoff sind diese Zonen mit mechanisch unterstützten Wirbelschichten vergleichbar. Die Anzahl der Windungen über die Länge des Drehrohres entspricht der Anzahl der hintereinandergeschalteten Wirbelschichten.
  • Dieses als Vielstufenwirbelschichtreaktor anzusehende Drehrohr sollte im Freiraum jeder Wendelung wegen des intensiven Gaskontaktes möglichst gleichmässig mit Feststoff beaufschlagt werden. Durch die positiv angestellten Hubschaufeln ergibt sich während des Betriebes eine höhere Druckdifferenz zwischen den Gaseinund -austrittsstellen. Es wurde nämlich festgestellt, daß bei guter Feststoffverteilung im Gasraum der durch die Wirbelschicht erzeugte Druckverlust um ein Vielfaches höber liegt als der Druckverlust, der lediglich durch die gekrümmte Kanalströmung mit ruhender Schüttung hervorgerufen wird.
  • Die Höhe der Hubschaufeln, in Fig. 2 mit h bezeichnet, wird vorteilhafterweise so bemessen, dass der Rest des von den Hubschaufeln abfallenden Feststoffes noch gerade nicht das innere Zentralrohr berührt. Hierdurch ist gewährleistet, dass keine Vermischung des Produktes von einer Wendelkammer in die anderen erfolgt.
  • Der Vorteil des erfindungsgemässen Drehrohrofens besteht in einem verbesserten Kontakt von Gas und Feststoff, entsprechend einer verstärkten Ausnutzung des zu reagierenden Gases bei Gegenstromführung.
  • Glechzeitig ergibt sich ein enges Verweilzeitspektrum der Feststoffteilchen. Die Steuerung der Verweilzeit wird vereinfacht, da sie in grossen Bereichen nur noch von der Drehzahl und nicht mehr von Aufgabemenge und Ofenneigung beeinflusst wird. Ebenfalls lässt sich der Füllgrad des Drehrohres leichter einstellen, da er von der Aufgabemenge und weniger von Drehzahl und Neigung des Ofens abhängt.
  • Die Kapazität des erfindungsgemässen Drehrohrofens kann im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wesentlich gesteigert werden, ohne eine Verschlechterung des Produktes in Kauf nehmen zu müssen. In vielen Fällen lassen sich die Qualitätseigenschaken verbessern. Die erforderlichen Ofentemperaturen können häufig bei gleicher oder verkürzter Verweilzeit erniedrigt werden, wodurch neben Einsparung von Heizenergie Verbesserungen der Materialeigenschaften für thermoempfindliche Stoffe erzielt werden. Der Einfluss des Kornspektrums auf die Produktqualität wird stark zurückgedrängt, somit eine homogene Produktqualität erreicht.
  • Der erfindungsgemässe Drehrohrofen ist technisch veilseitig einsetzbar für kontinuierlich geführte Reaktionsprozesse von Gasen mit rieselfähigen, nicht klebenden Feststoffen. Er kann auch prinzipiell für thermische Behandlungen, wie für Aufheiz- oder Abkühlvorgänge oder für Temperungen in verschiedenen Gasatmosphären eingesetzt werden. Es ist hierbei unerheblich, ob in dem zu behandelnden Gut chemische Reaktionen oder nur physikalische Prozesse, wie Wärmeübergänge von Gas auf Feststoff, ablaufen.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch die Verwendung des Drehrohrofens für verschiedene Verfahren. Beispielsweise gehört hierzu die Verwendung des erfindungsgemässen Drehrohrofens für Oxidations-, Reduktions-, Chlorierungs-, Abröst-, Aufschluss-, Katalyse-, Temper- oder Abkühlprozesse. Zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehört bevorzugt die Verwendung des Drehrohrofens für die Herstellung feinteiliger Metalle oder Metalloxide durch Reduktion höherwertiger Oxide mit reduzierenden Gasen, insbesondere zur Herstellung von feinteiligen Eisenoxiden mit definiertem Oxidationsgrad und metallischem Eisen für magnetische Aufzeichnungszwecke.
  • Gerade bei solchen magnetischen Aufzeichnungsmaterialien kommt der Vorteil der erfindungsgemässen Verwendung zum Tragen, da diese Produkte wegen ihrer Feinteiligkeit bei Temperaturbehandlungen leicht zu Versinterungen neigen, gleichzeitig sind die magnetischen Daten dieser qualitativ hochwertigen Produkte wesentlich von einem engen Teilchenspektrum bedingt.
  • Aber auch die Gewinnung von Metallen, wie Wolfram, Kupfer oder Nickel, kann vortelhaft im erfindungsgemässen Drehrohrofen erfolgen. Weiter wird die Herstellung von Mischphasenpigmenten, Aktivkohle und keramischen Feststoffen in solchen Öfen ermöglicht, um nur einige Beispiele anzuführen.
  • In den Abbildungen ist der erfindungsgemässe Drehrohrofen rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Im einzelnen zeigen
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Drehrohr,
    • Fig. 2 einen Querschnitt des Drehrohres.
  • In Fig. 1 wird der Feststoff über eine Produktaufgabe 1 in das Drehrohr geführt. Er wird durch die zwischen äusserem Drehrohr 9 und innerem Zentralrohr 6 dicht eingebaute Wendel 5 entsprechend der Umdrehungszahl des Drehrohres in angezeigter Durchlaufrichtung weitergeführt. Das behandelte Produkt tritt bei 2 aus dem Drehrohr. Im Gegenstrom hierzu wird bei 3 das Reaktions- oder Prozessgas dem Drehrohr zugeführt. Damit das Gas entsprechend der Wendelung spiralförmig dem Feststoff entgegenströmt, ist das innere Zentralrohr 6 an beiden Enden mit Verschlussstopfen 7 versehen. Bei 4 wird das Gas aus dem sich drehenden Reaktionsrohr abgeleitet.
  • In Fig. 2 ist über dem Querschnitt gesehen schematisch der Anteil der Feststoffe zu erkennen, der als Schüttung auf den gleichmässig über den inneren Umgang des äusseren Drehrohrofens 9 angebrachten Hubschaufeln 8 ruht. In 10 ist der Drehsinn des Gasstromes entgegen den von den Schaufeln 8 abfallenden Produktschleiern, und in 11 ist die Drehrichtung des Reaktionsrohres angezeigt.
  • Die Dimensionierung der Einbauten ist abhängig von den vorgesehenen Mengenströmen, den erforderlichen Stoffverhältnissen und den produktspezifischen Eigenschaften der Reaktionspartner. Besonders gehen in die Auslegung Korngrösse, Kornverteilung, Schüttwinkel und Dichte der Feststoffe sowie in geringerem Umfang Viskosität und Dichte der Gase ein, Kennzahlen, die auch in der Fliessbettechnik eine wichtige Rolle spielen.
  • Durch die Festlegung von Drehrohrdurchmesser und -länge, Wendelsteigerung, Zentralrohrdurchmesser, Hubschaufelanzahl, -form, -höhe und - anstellung sind ausreichend Beeinflussungsmöglichkeiten für das Betriebsverhalten gegeben. Als veränderbare Parameter dienen Aufgabemenge, Temperaturprofil, Umdrehungszahl des Drehrohres, Gasmenge, Inertgasanteil und Ausgangstemperatur von Gas und Feststoff.
  • Die Drehzahl ist so zu wählen, dass das Material genügend oft angehoben wird. Bei zu geringer Umdrehung überwiegt das Ruhen der Schüttung auf den Hubschaufeln. Wenn beinormalen Drehzahlen die Verweilzeit bei gegebener Reaktorlänge für den vollständigen Umsatz nicht ausreicht, ist es sinnvoll, alternierend das Drehrohr in beiden Drehrichtungen zu betreiben, wobei die für die Produktdurchschleusung massgebende Drehrichtung zeitlich überwiegt. Durch diese Massnahme werden bei gleicher Drehzahl längere Verweilzeiten erhalten. Das Anstellen der Hubschaufeln wirkt sich bei dieser besonderen Verfahrensweise nicht mehr vorteilhaft aus.
  • Der Füllgrad des Drehrohres wird bevorzugterweise so eingestellt. dass kein Überschiessen des Produktes über die Hubschaufeln erfolgt.
  • Zur weiteren Erläuterung der erfindungsgemässen Verwendung des Drehrohrofens dienen nachfolgend aufgeführte Beispiele, ohne dass darin eine Einschränkung der Erfindung zu sehen ist.
    • Beispiel 1
  • Herstellung von Magnetit aus Hämatit durch Reduktion mit Wasserstoff.
  • Durch Entwässerung von a-FeOOH (Goethit) gewonnenes. nadelförmiges a-Fe203 (Hämatit) mit einer Korngrösse von 0,5 bis 2 mm und einer spez. Oberfläche von 29 m2/g wird aus einem Vorratsbunker kontinuierlich über eine Bandwaage in den Drehrohrofen geleitet. Das indirekt beheizbare. gasdichte Drehrohr verfügt über eine in drei getrennt regelbaren Zonen aufgeteilte Heizstrecke von 2 m bei einem inneren Durchmesser von 30 cm. Die inneren Einbauten bestehen aus der geschlossenen Wendel mit 43 Windungen. In jeder Wendelkammer sind über den Umfang gleichmässig verteilt 16 mit einem Winkel von 25° positiv angestellte Hubschaufeln angebracht. Die Höhe der Hubschaufeln beträgt 35 mm. Das Zentralrohr besitzt einen Durchmesser von 76 mm. Die Kanallänge errechnet sich zu ca. 25 m.
  • Mit einer eingestellten Drehzahl von 2 Upm wird eine Verweilzeit von etwa 20 min erhalten. Die Temperaturen werden von der Durchlaufrichtung der Feststoffe her gesehen in der ersten Zone auf 420°C und in der zweiten und dritten Zone auf 440°C gehalten. Bei einer Aufgabemenge an Hämatit von 24 kg/h beträgt der Füllgrad 11,5%. Die im Gegenstrom zugeführte Wasserstoffmenge liegt bei 3 Nm3/h. Zusätzlich wird noch 1 Nm3/h Wasserdampf eingespeist. Zur Abdichtung von den Ofenköpfen dient die Aufgabe von 0,75 Nm3/h Stickstoff. Der Druckverlust im bewegten Drehrohr liegt bei 10 mm, im ruhenden bei 4 mm Wassersäule.
  • Am Ofenauslauf wurden kontinuierlich etwa 23 kg/h Magnetit mit einem FeO-Gehalt von 30% erhalten. Nach der thermischen Behandlung des Produktes bei 100°C in einer Stickstoffatmosphäre mit 6,5 Vol.% Sauerstoff erniedrigt sich der FeO-Gehalt auf 25 bis 27%. Der nun stabilisierte nadelförmige Magnetit weist eine spez. Oberfläche von 28 m2/g auf. Die Ausrichtbarkeit (Rechteckigkeitsverhältnis) beträgt 0,90, gemessen in einem Magnetfeld von 3000 Oe. Die Koerzitivkraft liegt bei 450 Oe. Damit ist das erhaltene Produkt in der Anwendung als magnetisches Aufzeichnungsmaterial vorzüglich geeignet.
  • Vergleichsversuche in einem Drehrohr gleicher Abmessungen, jedoch lediglich mit Wendeleisten als innere Einbauten, zeigten, dass bei gleicher Temperatureinstellung und bei gleichem Wasserstoffdurchsatz nur die halbe Gewichtsmenge Hämatit reduziert werden konnte. Zudem betrug die spezifische Oberfläche des erhaltenen stabilisierten Magnetits nur 24 m2/g bei einer niedrigeren Ausrichtbarkeit von 0.85.
    • Beispiel 2
  • Herstellung von metallischen Eisenteilchen durch Reduktion von Goethit mittels Wasserstoff.
  • In dem in Beispiel 1 beschriebenen Drehrohr wird a-FeOOH (Goethit) in einer Menge von 2 kg/h aufgegeben. Die Korngrösse des zugeführten Materials liegt zwischen 0,5 und 2 mm. Die spez. Oberfläche beträgt 56 m2/g. Die Temperaturen des mit 4% Neigung und 2 Upm sich drehenden Reaktionsrohres werder in den drei Heizzonen auf etwa 430°C eingestellt. Die im Gegenstrom zugeführte Wasserstoffmenge liegt bei 15 Nm3/h. Zusätzlich werden über die Ofenköpfe 2 Nm3/h Stickstoff eingeleitet. Man erhält stündlich 1,25 kg pyrophores Eisen mit einem Metallgehalt von 98,5%. Die spez. Oberfläche des nadelförmigen Eisens beträgt 20 m2/g, die Koerzitivkraft 1100 Oe. Das Produkt ist besonders zur Einarbeitung in Magnetbänder geeignet.

Claims (7)

1. Drehrohrofen für die Durchführung von Gas-Feststoff-Reaktionen, bestehend aus einem indirekt beheizten, rotierenden und mit Auf- und Abgabevorrichtungen für Gasein- und -ableitungen versehenen Reaktionsrohr mit inneren Einbauten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten aus einem über die gesamte Ofenlänge venaufenden, beidseitig geschlossenen Zentralrohr (6) und einer Wendelung (5), die ihrerseits sowohl mit Zentralrohr (6) und dem äußeren Drehrohr (9) dicht verbunden ist, bestehen und der innere Umfang des äußeren Drehrohres (9) mit positiv angestellten Hubschaufeln (8) versehen ist, wobei deren Höhe « h » so bemessen ist, daß die Materialteilchen das Innenrohr nicht berühren.
2. Drehrohrofen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubschaufetn gleichmäßig verteilt sind.
3. Drehrohrofen gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsrohr gasdicht abgeschlossen ist.
4. Verwendung des Drehrohrofens gemäß einem der Ansprüche 1 - 3 zur Durchführung von Oxidations-, Reduktions-, Chlorierungs-, Abröst-, Aufschluß-, Katalyse-, Temper- oder Abkühlprozessen.
5. Verwendung des Drehrohrofens gemäß einem der Ansprüche 1 - 3 zur Herstellung von magnetischen Eisenoxidpigmenten.
6. Verwendung des Drehrohrofens gemäß einem der Ansprüche 1 - 3 zur Herstellung von magnetischen Metallteilchen.
7. Verwendung des Drehrohrofens gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase im Gegenstrom zu den Feststoffen geleitet werden.
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