EP0222433A1 - Verfahren zur Durchführung von Hochtemperaturreaktionen - Google Patents

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EP0222433A1
EP0222433A1 EP86201796A EP86201796A EP0222433A1 EP 0222433 A1 EP0222433 A1 EP 0222433A1 EP 86201796 A EP86201796 A EP 86201796A EP 86201796 A EP86201796 A EP 86201796A EP 0222433 A1 EP0222433 A1 EP 0222433A1
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EP
European Patent Office
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gas
solids
temperature
fluidized bed
heated
Prior art date
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Application number
EP86201796A
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English (en)
French (fr)
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EP0222433B1 (de
Inventor
Paul Broedermann
Harald Dr. Sauer
Werner Stockhausen
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GEA Group AG
Original Assignee
Metallgesellschaft AG
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Publication date
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Priority to AT86201796T priority Critical patent/ATE40923T1/de
Publication of EP0222433A1 publication Critical patent/EP0222433A1/de
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Publication of EP0222433B1 publication Critical patent/EP0222433B1/de
Expired legal-status Critical Current

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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
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/003—Cyclones or chain of cyclones

Definitions

  • the invention relates to a method for carrying out high-temperature reactions between hot gas and previously heated solids, which lose their free-flowing properties in the high-temperature treatment, in a substantially vertical conveying path with subsequent cooling and separation from the gas.
  • the method according to DE-AS 23 50 768 provides, inter alia, for the material preheated in a first zone into a to heat the second zone to a final temperature by passing a flame, an air stream surrounding the flame being introduced into the second zone, which is intended to protect the wall of the flame space from formation of deposits.
  • This measure has the disadvantage, in particular, that the unavoidable mixture of the air flow introduced into the second zone and the gas / solid suspension initially heated to sufficiently high temperatures result in cooling before the high-temperature reaction is complete. This means that there is no guarantee that the residence time required for the reaction will actually be available at the high temperature.
  • the object of the invention is to provide a method for carrying out high-temperature reactions between hot gas and previously heated solids, which does not have the known, in particular the aforementioned disadvantages, allows a faultless procedure and moreover can be used universally and is easy to carry out.
  • the object is achieved by designing the method of the type mentioned at the outset in accordance with the invention in such a way that the heated solids are introduced from below and in the conveying direction through a burner flame located in the lower region of the conveying path 17, and are passed through a sufficiently long reaction zone and after completion the reaction with unchanged flow direction cools at least to the temperature at which flowability is achieved by separate addition of coolant downstream in the flow direction.
  • the gas / solid suspension goes through the critical reaction phase between heating to high temperature and cooling to a temperature which makes the gas / solid suspension easy to handle allowed, without redirection and thus without the possibility of forming an approach.
  • the subsequent separate addition of coolant allows the dwell time at the required high temperature, which meets the respective requirements, to be set precisely.
  • the average gas velocity to be set in the conveyor section is to be dimensioned such that high relative velocities occur between the solid and the wall.
  • the average gas velocity is usually in the range of 2 and 10 m / sec (indicated as empty tube velocity).
  • the entry of the preheated solid into the conveyor is expediently carried out in the form of a gas / solid suspension through the center of an annular burner which is operated, for example, with gas as the fuel.
  • This type of solids supply ensures practically instantaneous heating to the desired temperature. Depending on the feed material and the desired result, it is approximately in the range from 1,300 to 1,700 ° C, preferably between 1,400 and 1,500 ° C.
  • the length of the conveyor line is measured according to the required dwell time depending on the reaction type. As a rule, a few seconds are sufficient, so that the length of the conveyor line is max. 20 m, generally 5 to 15 m, should be.
  • the cooling required after the high-temperature reaction has ended can be carried out using gaseous, liquid or solid coolants. Your entry should be done in such a way that a rapid intermingling with the gas / solid suspension takes place and contact with the wall of the conveyor line is avoided. An entry in the tangential direction at high speed perpendicular to or at an angle up to 60 ° against or with the flow direction is particularly expedient.
  • the gas / solid separation takes place in a conventional manner, e.g. in a cyclone separator.
  • the solids to be subjected to the high-temperature reaction can be heated in any desired manner.
  • the heating which is generally also associated with a chemical reaction, takes place particularly advantageously in a so-called circulating fluidized bed.
  • the circulating fluidized bed is characterized in that - in contrast to the "classic" fluidized bed, in which a dense phase is separated from the gas space above it by a clear density jump - there are distribution states without a defined boundary layer. A leap in density between the dense phase and the dust space above it does not exist, but the solids concentration within the reactor decreases continuously from bottom to top.
  • Reh et al describes "fluidized bed processes for the chemical and metallurgical industry, energy conversion and environmental protection", Chem. Ing. Techn. 55 (1983), No. 2, pages 87-93 and DE -PS 17 67 628 or the US-PS 3 579 616 referenced.
  • the advantage of the circulating fluidized bed lies in the high throughput per reactor area and in the possibility of being able to set the residence time of the solid to be heated so high that the chemical reaction associated with the heating is practically complete. Only the actual high-temperature reaction then has to be carried out within the process according to the invention, i.e. there are practically no reactions that can also be carried out at a lower temperature level.
  • a preferred embodiment of the invention consists in integrating the high-temperature treatment according to the invention into the overall process with solid heating and final cooling in such a way that the individual gas streams can be used mutually.
  • oxygen-containing gas can be preheated in the cooler, which is then entered in the heating and / or high-temperature treatment stage.
  • the exhaust gas from the conveyor line can be entered in the heating zone.
  • An optimal management of the overall process consists in heating the feed material in a circulating fluidized bed, which in turn has preheaters operated with the exhaust gases, and the final cooling in a fluidized bed cooler with several cooling chambers flowing through one after the other.
  • the solid can be cooled directly and / or indirectly with oxygen-containing gases which are then fed to the conveying section as conveying gas and / or the circulating fluidized bed as fluidizing gas.
  • the fluidizing gases used in the fluidized bed cooler can finally serve as a cooling medium for the conveying section, and the exhaust gases of the conveying section of the circulating fluidized bed can serve as secondary gas.
  • the figure shows a flow diagram of a composite circuit of the aforementioned type.
  • the material to be treated is fed to a last Venturi exchanger 2 on the gas side via a metering device 1, heated by the sensible heat of the exhaust gas and separated from the gas in the cyclone separator 3.
  • a conveying device 4 then leads to a further preheating system, which consists of a Venturi exchanger 5 with an associated cyclone separator 6 and a Venturi exchanger 7 Cyclone separator 8 exists.
  • a bypass line 9 conveyed solid can be fed directly to the venturi exchanger 7 bypassing a preheating stage.
  • the solid is introduced into a circulation system consisting of a fluidized bed reactor 10, return cyclone 11 and return line 12.
  • the fluidized bed reactor 10 is supplied via line 13 with fuel, via line 14 with fluidizing gas and via line 15 with secondary gas.
  • the heated material passes via line 16 to the lower region of the conveyor section 17 and is introduced from below into the burner flame generated from fuel (line 18) and oxygen-containing gas (line 19).
  • line 18 fuel
  • line 19 oxygen-containing gas
  • the gas / solid suspension is discharged via line 21 and separated in the cyclone separator 22. The solid enters the fluidized bed cooler 23, the gas via line 15 as secondary gas into the fluidized bed reactor 10.
  • the fluidized bed cooler 23 is divided into a plurality of cooling chambers through which the solid flows successively and has a total of three cooling sections.
  • oxygen-containing gas is heated, which is then fed via line 19 to the conveyor section 17.
  • the heating of the oxygen bed to be fed to the fluidized bed reactor 10 via line 14 is carried out term gas.
  • the final cooling of the solid takes place by means of cooling water, which is supplied or discharged via lines 24 and 25.
  • the cooled product is discharged via device 26.
  • the fluidizing gas streams used in the fluidized bed cooler 23 are collected and fed via line 20 to the conveyor path 17 as a cooling medium.
  • Filter-moist aluminum hydroxide is to be converted into high-fired aluminum oxide.
  • Aluminum hydroxide with a moisture content of 12% by weight and a temperature of 60 ° C is fed in an amount of 8.69 t / h via the metering device 1 to the Venturi exchanger 2.
  • the gases from the cyclone separator 6 brought to 390 ° C. the aluminum hydroxide is heated to 160 ° C. and the gas is cooled to approximately the same temperature.
  • the preheated aluminum hydroxide in the Venturi exchanger 5 is brought into contact with the 510 ° C. hot exhaust gases of the cyclone separator 8 by means of the conveying device 4. This heats up the solid or cools the gas to approx. 390 ° C.
  • the solid enters the Venturi exchanger 7, which is charged with the exhaust gases of 1,150 ° C. from the circulating fluidized bed.
  • the intimate mixing results in a gas / solid suspension with a temperature of 510 ° C.
  • the solid gets into the circulating fluidized bed.
  • the fluidized bed reactor 10 of the circulating fluidized bed is via line 14 with 2,000 Nm 3 / h of fluidizing air of 580 ° C (originating from the second section of the fluidized bed cooler 23), via line 15 with 4,800 Nm 3 / h of secondary air of 1,020 ° C (from the cyclone separator 22 originating) and supplied via line 13 with 390 Nm 3 / h of natural gas. This results in a temperature of 1,150 ° C., which is practically constant over the entire circulation system formed from fluidized bed reactor 10, return cyclone 11 and return line 12.
  • a solid stream corresponding to the feed quantity is fed continuously via line 16 to the conveying path 17 and heated to 1,400 ° C. by the burner flame or the burner exhaust gases.
  • the burner is fed with 110 Nm 3 / h natural gas and 1,200 Nm 3 / h air at 650 ° C (originating from the first section of the fluidized bed cooler 23).
  • the high-temperature reaction is complete after approx. 4 sec.
  • the gas / solid suspension is cooled by introducing 3,500 Nm 3 / h of air at a temperature of 470 ° C. (originating from the fluidized bed cooler 23). As a result, the suspension cools down to a temperature of 1,020 ° C, at which sufficient flowability of the solid is ensured.
  • the gas / solid suspension is then separated in the cyclone separator 22, the gas (4,800 Nm 3 / h) to the fluidized bed reactor 10 as secondary gas, and the solid to the fluidized bed cooler 23.
  • the solid is cooled in several sections to a final temperature of 80 ° C.
  • a final temperature of 80 ° C For this purpose - seen in the direction of flow of the solid - in the first section 1,200 Nm 3 / h of air heated to 650 ° C, in the second section 2,000 Nm 3 / h of air heated to 580 ° C and in the third section 2 0 m 3 / h of water at 35 ° C is warmed to 65 ° C.
  • the gas streams are returned to the process.
  • the production is 5 t / h aluminum oxide with a BET surface area of 3 m 2 / g.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Durchführung von Hochtemperaturreaktionen zwischen Heißgas und zuvor aufgeheizten Feststoffen, die bei der Nochtemperaturbehandlung ihre Rieselfähigkeit verlieren, führt man die aufgeheizten Feststoffe von unten und in Förderrichtung durch eine im unteren Bereich der Förderstrecke (17) befindliche Brennerflamme. Nachdem sie eine hinreichend lange Reaktionszone durchlaufen haben und die Reaktion abgeschlossen ist, wird bei unveränderter Strömungsrichtung durch in Strömungsrichtung nachgeschaltete separate Zugabe von Kühlmittel mindestens auf die Temperatur, bei der Rieselfähigkeit erlangt wird, gekühlt. Vorzugsweise heizt man die Feststoffe in einer durch sauerstoffhaltiges Fluidisierungsgas und sauerstoffhaltiges Sekundärgas betriebenen zirkulierenden Wirbelschicht (10, 11, 12) unter Verwendung der Abgase der Förderstrecke (17) auf. Die vom Gas abgeschiedenen Feststoffe werden dann in einem Wirbelschichtkühler (23) gekühlt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Hochtemperaturreaktionen zwischen Heißgas und zuvor aufgeheizten Feststoffen, die bei der Hochtemperaturbehandlung ihre Rieselfähigkeit verlieren, in einer im wesentlichen senkrechten Förderstrecke mit anschließender Kühlung und Abscheidung vom Gas.
  • Bei Hochtemperaturreaktionen werden Feststoffe auf Temperaturen erhitzt, die oberhalb der Temperatur liegen, bei der diese Feststoffe ihre Rieseloder Fließfähigkeit verlieren. Die Einzelpartikeln neigen dazu, miteinander zu verkleben, aneinander zu haften und/oder an der Reaktorinnenwand bzw. in Rohrleitungen Ansätze zu bilden. Ursachen für den Verlust der Rieseloder Fließfähigkeit können die Reaktionsabläufe der Feststoffe mit der Gasphase oder mit andersartigen Bestandteilen sein. Die vorstehend angesprochenen Probleme können beim Brennen bzw. Sintern von z.B. Tonerde, Kalk, Dolomit, Magnesit und Zementrohmehl auftreten.
  • Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen das Ziel verfolgt wird, die prozeßtechnisch bedingten Schwierigkeiten zu lösen.
  • So sieht z.B. das Verfahren gemäß DE-AS 23 50 768 u.a. vor, das in einer ersten Zone vorerhitzte Gut in eine zweite Zone durch Passieren einer Flamme auf Endtemperatur zu erhitzen, wobei in die zweite Zone ein die Flamme umgebender Luftstrom eingeführt wird, der die Wandung des Flammenraumes vor Ansatzbildung schützen soll. Diese Maßnahme hat insbesondere den Nachteil, daß durch die nicht zu verhindernde Mischung des in die zweite Zone eingeführten Luftstromes mit der zunächst auf ausreichend hohe Temperaturen erhitzte Gas/Feststoff-Suspension eine Abkühlung erfolgt, bevor die Hochtemperaturreaktion abgeschlossen ist. Das heißt es ist nicht gewährleistet, daß die für die Reaktion erforderliche Verweilzeit bei der hohen Temperatur tatsächlich zur Verfügung steht.
  • Bei Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut gemäß DE-PS 28 46 584 mit Vorwärmzone, Kalzinierzone, als Suspensionsreaktionszone ausgebildete Sinterzone und Kühlzone wird zumindest ein Teil des weitgehend kalzinierten Gutes vor Eintritt in die Sinterzone einer gesonderten Wärmebehandlung zur Verflüchtigung der schmelzphasenbildenden Bestandteile unterworfen. Dieser Stand der Technik ist naturgemäß nur auf solche Fälle anwendbar, bei denen der Erhalt der Rieselfähigkeit durch Verflüchtigung schmelzphasenbildender Bestandteile erzielbar ist. In den anderen Fällen läßt sich hierdurch nicht vermeiden, daß bei der Sinterung in der Suspensionsreaktionszone infolge von Umlenkung der Gas/Feststoff-Suspension Ansatzbildungen entstehen können. Nachteilig ist zudem eine zusätzliche Reaktionszone.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Durchführung von Hochtemperaturreaktionen zwischen Heißgas und zuvor aufgeheizten Feststoffen bereitzustellen, daß die bekannten, insbesondere vorgenannten Nachteile nicht aufweist, eine einwandfreie Verfahrensführung gestattet und zudem universell einsetzbar sowie einfach durchführbar ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man die aufgeheizten Feststoffe von unten und in Förderrichtung durch eine im unteren Bereich der Förderstrecke 17 befindliche Brennerflamme einträgt, eine hinreichend lange Reaktionszone durchlaufen läßt und nach Abschluß der Reaktion bei unveränderter Strömungsrichtung durch in Strömungsrichtung nachgeschaltete separate Zugabe von Kühlmittel mindestens auf die Temperatur, bei der Rieselfähigkeit erlangt wird, kühlt.
  • Durch den Eintrag des Feststoffes von unten und in Förderrichtung sowie durch die nachgeschaltete separate Zugabe von Kühlmittel bei unveränderter Strömungsrichtung durchläuft die Gas/Feststoff-Suspension die kritische Reaktionsphase zwischen Aufheizen auf Hochtemperatur und Abkühlung auf eine Temperatur die eine problemlose Handhabung der Gas/Feststoff-Suspension erlaubt, ohne Umlenkung und damit ohne die Möglichkeit einer Ansatzbildung. Durch die nachgeschaltete separate Kühlmittelzugabe läßt sich die den jeweiligen Erfordernissen gerecht werdende Verweildauer bei der erforderlichen Hochtemperatur exakt einstellen.
  • Die in der Förderstrecke einzustellende mittlere Gasgeschwindigkeit ist derart zu bemessen, daß hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Feststoff und Wand auftreten. Üblicherweise liegt die mittlere Gasgeschwindigkeit im Bereich von 2 und 10 m/sec (angegeben als Leerrohrgeschwindigkeit).
  • Der Eintritt des vorgewärmten Feststoffes in die Förderstrecke geschieht zweckmäßigerweise in Form einer Gas/ Feststoff-Suspension durch das Zentrum eines ringförmigen Brenners, der z.B. mit Gas als Brennstoff betrieben wird. Diese Art der Feststoffzuführung gewährleistet eine praktisch augenblickliche Aufheizung auf die erwünschte Temperatur. Sie liegt je nach Einsatzmaterial und angestrebtem Ergebnis etwa im Bereich von 1.300 bis 1.700°C, vorzugsweise zwischen 1.400 und 1.500°C.
  • Die Länge der Förderstrecke bemißt sich nach der erforderlichen vom Reaktionstyp abhängigen Verweildauer. In der Regel sind wenige Sekunden ausreichend, so daß die Länge der Förderstrecke max. 20 m, im allgemeinen 5 bis 15 m, betragen dürfte.
  • Die nach Beendigung der Hochtemperaturreaktion erforderliche Kühlung kann mit gasförmigen, flüssigen oder festen Kühlmitteln erfolgen. Ihr Eintrag sollte in der Weise geschehen, daß eine schnelle Verwirbelung mit der Gas/ Feststoff-Suspension erfolgt und ein In-Kontakt-Kommen mit der Wand der Förderstrecke vermieden wird. Besonders zweckmäßig ist ein Eintrag in tangentialer Richtung mit hoher Geschwindigkeit senkrecht zur oder unter einem Winkel bis zu 60° gegen die oder mit der Strömungsrichtung.
  • Im Anschluß an die Kühlung unter die kritische Temperatur erfolgt die Gas/Feststoff-Trennung auf konventionelle Weise, z.B. in einem Zyklonabscheider.
  • Die Aufheizung der der Hochtemperaturreaktion zu unterwerfenden Feststoffe kann auf jede beliebige Weise erfolgen. Besonders vorteilhaft geschieht die Aufheizung, die im allgemeinen auch mit einer chemischen Reaktion verbunden ist, in einer sogenannten zirkulierenden Wirbelschicht. Die zirkulierende Wirbelschicht zeichnet sich dadurch aus, daß - im Unterschied zur "klassischen" Wirbelschicht, bei der eine dichte Phase durch einen deutlichen Dichtesprung von dem darüber befindlichen Gasraum getrennt ist - Verteilungszustände ohne definierte Grenzschicht vorliegen. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und darüber befindlichem Staubraum ist nicht existent, jedoch nimmt innerhalb des Reaktors die Feststoffkonzentration von unten nach oben ständig ab. Wegen Einzelheiten zum Betrieb von zirkulierenden Wirbelschichten wird auf L. Reh et al "Wirbelschichtprozesse für die Chemieund Hüttenindustrie, die Energieumwandlung und den Umweltschutz", Chem. Ing. Techn. 55 (1983), Nr. 2, Seiten 87-93 sowie die DE-PS 17 67 628 bzw. die US-PS 3 579 616 verwiesen.
  • Der Vorteil der zirkulierenden Wirbelschicht liegt in der hohen Durchsatzleistung pro Reaktorfläche sowie in der Möglichkeit, die Verweilzeit des aufzuheizenden Feststoffes so hoch einstellen zu können, daß die mit der Aufheizung verbundene chemische Reaktion praktisch abgeschlossen ist. Innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dann nur die eigentliche Hochtemperaturreaktion vorzunehmen, d.h. es finden praktisch keine Umsetzungen statt, die auch auf niedrigerem Temperaturniveau durchführbar sind.
  • Nach der Abscheidung der aus der Förderstrecke austretenden Feststoffe erfolgt üblicherweise eine weitergehende Kühlung. Hierzu können herkömmliche Kühler, insbesondere aber Wirbelschichtkühler dienen.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die erfindungsgemäße Hochtemperaturbehandlung derart in den Gesamtprozeß mit Feststoffaufheizung und abschließender Kühlung zu integrieren, daß die einzelnen Gasströme wechselseitig Verwendung finden können. Beispielsweise kann im Kühler sauerstoffhaltiges Gas vorgewärmt werden, das dann in die Stufe der Aufheizung und/oder der Hochtemperaturbehandlung eingetragen wird. Weiterhin kann das Abgas der Förderstrecke in die Zone der Aufheizung eingetragen werden.
  • Eine optimale Führung des Gesamtverfahrens besteht darin, die Aufheizung des Aufgabegutes in einer zirkulierenden Wirbelschicht, die ihrerseits mit den Abgasen betriebene Vorwärmer aufweist, und die abschließende Kühlung in einem Wirbelschichtkühler mit mehreren nacheinander durchflossenenen Kühlkammern vorzunehmen. Die Kühlung des Feststoffes kann direkt und/oder indirekt mit sauerstoffhaltigen Gasen, die dann der Förderstrecke als Fördergas und/oder der zirkulierenden Wirbelschicht als Fluidisierungsgas zugeleitet werden, geschehen. Die im Wirbelschichtkühler verwendeten Fluidisierungsgase können schließlich der Förderstrecke als Kühlmedium, die Abgase der Förderstrecke der zirkulierenden Wirbelschicht als Sekundärgas dienen.
  • Die Erfindung wird anhand der Figur und des Beispiels näher und beispielsweise erläutert.
  • Die Figur stellt ein Fließschema einer Verbundschaltung der vorgenannten Art dar.
  • Das zu behandelnde Material wird über eine Dosiervorrichtung 1 einem gasseitig letzten Venturiaustauscher 2 aufgegeben, durch die fühlbare Wärme des Abgases erwärmt und im Zyklonabscheider 3 vom Gas abgetrennt. Es gelangt dann über eine Fördereinrichtung 4 zu einem weiteren Vorwärmsystem, das aus Venturiaustauscher 5 mit zugehörigem Zyklonabscheider 6 und aus Venturiaustauscher 7 mit Zyklonabscheider 8 besteht. Mittels einer Bypass-Leitung 9 kann geförderter Feststoff unter Umgehung einer Vorwärmstufe direkt dem Venturiaustauscher 7 zugeführt werden.
  • Vom Zyklonabscheider 8 wird der Feststoff in ein aus Wirbelschichtreaktor 10, Rückführzyklon 11 und Rückführleitung 12 bestehendes Zirkulationssystem eingetragen. Der Wirbelschichtreaktor 10 wird über Leitung 13 mit Brennstoff, über Leitung 14 mit Fluidisierungsgas und über Leitung 15 mit Sekundärgas versorgt.
  • Nach ausreichend langer Verweilzeit gelangt das aufgeheizte Material über Leitung 16 zum unteren Bereich der Förderstrecke 17 und wird von unten in die aus Brennstoff (Leitung 18) und sauerstoffhaltiges Gas (Leitung 19) erzeugte Brennerflamme eingetragen. Während der Aufwärtsbewegung der Gas/Feststoff-Suspension im unteren Teil der Förderstreke 17 erfolgt die Hochtemperaturreaktion, nach deren Abschluß eine Abkühlung durch über Leitung 20 zugeführte Gase erfolgt. Nach hinreichender Kühlung bei unveränderter Strömungsrichtung wird die Gas/Feststoff-Suspension über Leitung 21 ausgetragen und im Zyklonabscheider 22 getrennt. Der Feststoff gelangt in den Wirbelschichtkühler 23, das Gas über die Leitung 15 als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor 10.
  • Der Wirbelschichtkühler 23 ist in mehrere vom Feststoff nacheinander durchflossene Kühlkammern aufgeteilt und weist insgesamt drei Kühlabschnitte auf. Im - im Feststofffluss gesehen - ersten heißesten Abschnitt wird sauerstoffhaltiges Gas aufgeheizt, das dann über Leitung 19 der Förderstrecke 17 zugeführt wird. Im zweiten Abschnitt wird die Aufheizung des dem Wirbelschichtreaktor 10 über Leitung 14 zuzuführenden sauerstoffhaltigen Gases vorgenommen. Im dritten Kühlabschnitt erfolgt die Schlußkühlung des Feststoffes mittels Kühlwasser, das über Leitungen 24 und 25 zu- bzw. abgeführt wird. Das gekühlte Produkt wird über Vorrichtung 26 ausgetragen. Die im Wirbelschichtkühler 23 eingesetzten Fluidisierungsgasströme werden gesammelt und über Leitung 20 der Förderstrecke 17 als Kühlmedium zugeleitet.
    • Beispiel:
  • Es soll filterfeuchtes Aluminiumhydroxid in hochgebranntes Aluminiumoxid überführt werden.
  • Aluminiumhydroxid mit einer Feuchte von 12 Gew.% und einer Temperatur von 60°C wird in einer Menge von 8,69 t/h über die Dosiervorrichtung 1 dem Venturiaustauscher 2 zugeführt. Durch Wärmeaustausch mit den vom Zyklonabscheider 6 herangeführten Gasen von 390°C erfolgt eine Erwärmung des Aluminiumhydroxids auf 160°C und eine Abkühlung des Gases auf etwa die gleiche Temperatur.
  • Mittels der Fördervorrichtung 4 wird das vorgewärmte Aluminiumhydroxid im Venturiaustauscher 5 mit den 510°C heißen Abgasen des Zyklonabscheiders 8 in Kontakt gebracht. Hierbei erfolgt eine Aufheizung des Feststoffes bzw. eine Abkühlung des Gases auf ca. 390°C. Nach erfolgter Gas/Feststoff-Trennung im Zyklonabscheider 6 gelangt der Feststoff in den Venturiaustauscher 7, der mit den Abgasen von 1.150°C der zirkulierenden Wirbelschicht beaufschlagt wird. Infolge der innigen Vermischung entsteht eine Gas/Feststoff-Suspension mit einer Temperatur von 510°C. Nach erneuter Gas/Feststoff-Trennung im Zyklonabscheider 8 gelangt der Feststoff in die zirkulierende Wirbelschicht.
  • Der Wirbelschichtreaktor 10 der zirkulierenden Wirbelschicht wird über Leitung 14 mit 2.000 Nm3/h Fluidisierungsluft von 580°C (aus dem zweiten Abschnitt des Wirbelschichtkühlers 23 stammend), über Leitung 15 mit 4.800 Nm3/h Sekundärluft von 1.020°C (aus dem Zyklonabscheider 22 stammend) und über Leitung 13 mit 390 Nm3/h Erdgas versorgt. Dadurch stellt sich eine Temperatur von 1.150°C ein, die über das gesamte aus Wirbelschichtreaktor 10, Rückführzyklon 11 und Rückführleitung 12 gebildete Zirkulationssystem praktisch konstant ist.
  • Nach einer mittleren Verweilzeit von etwa 20 min., während der das Aluminiumoxid vollständig kalziniert ist, wird kontinuierlich ein der Aufgabemenge entsprechender Feststoffstrom über Leitung 16 der Förderstrecke 17 zugeleitet und durch die Brennerflamme bzw. die Brennerabgase auf 1.400°C erhitzt. Der Brenner wird mit 110 Nm3/h Erdgas und 1.200 Nm3/h Luft von 650°C (aus dem ersten Abschnitt des Wirbelschichtkühlers 23 stammend) gespeist.
  • Nach ca. 4 sec ist die Hochtemperaturreaktion abgeschlossen. Durch Eintrag von 3.500 Nm3/h Luft einer Temperatur von 470°C (aus dem Wirbelschichtkühler 23 stammend) wird die Gas/Feststoff-Suspension gekühlt. Hierdurch tritt eine Abkühlung der Suspension auf eine Temperatur von 1.020°C ein, bei der ausreichende Rieselfähigkeit des Feststoffes gewährleistet ist. Die Gas/Feststoff-Suspension wird anschließend im Zyklonabscheider 22 getrennt, das Gas (4.800 Nm3/h) dem Wirbelschichtreaktor 10 als Sekundärgas, der Feststoff dem Wirbelschichtkühler 23 zugeleitet.
  • Im Wirbelschichtkühler 23 wird der Feststoff in mehreren Abschnitten auf Endtemperatur von 80°C gekühlt. Hierzu dienen im - in Fließrichtung des Feststoffes gesehen - ersten Abschnitt 1.200 Nm3/h Luft, die auf 650°C aufgeheizt wird, im zweiten Abschnitt 2.000 Nm3/h Luft, die auf 580°C aufgeheizt und im dritten Abschnitt 20 m3/h Wasser, das von 35°C auf 65°C aufgewärmt wird. Die Gasströme werden - wie vorstehend erwähnt - in den Prozeß zurückgeführt. Die Produktion beträgt 5 t/h Aluminiumoxid mit einer BET-Oberfläche von 3 m2/g.

Claims (6)

1. Verfahren zur Durchführung von Hochtemperaturreaktionen zwischen Heißgas und zuvor aufgeheizten Feststoffen, die bei der Hochtemperaturbehandlung ihre Rieselfähigkeit verlieren, in einer im wesentlichen senkrechten Förderstrecke mit anschließender Kühlung und Abscheidung vom Gas, dadurch gekennzeichnet, daß man die aufgeheizten Feststoffe von unten und in Förderrichtung durch eine im unteren Bereich der Förderstrecke (17) befindliche Brennerflamme einträgt, eine hinreichend lange Reaktionszone durchlaufen läßt und nach Abschluß der Reaktion bei unveränderter Strömungsrichtung durch in Strömungsrichtung nachgeschaltete separate Zugabe von Kühlmittel mindestens auf die Temperatur, bei der Rieselfähigkeit erlangt wird, kühlt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Feststoffe in einer durch sauerstoffhaltiges Fluidisierungsgas und sauerstoffhaltiges Sekundärgas betriebenen zirkulierenden Wirbelschicht (10,11,12) aufheizt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Feststoffe unter Verwendung der Abgase der Förderstrecke (17) aufheizt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die vom Gas abgeschiedenen Feststoffe in einem Wirbelschichtkühler (23) kühlt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Feststoffe durch Wärmeaustausch mit sauerstoffhaltigen Gasen kühlt, die nach ihrer Aufheizung in der Stufe der Feststoffaufheizung (10,11,12) und/oder der Hochtemperaturreaktion (17) eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Aufheizung des Feststoffes in der zirkulierenden Wirbelschicht (10,11,12) als Fluidisierungsgas (14) im Wirbelschichtkühler (23) indirekt aufgeheiztes sauerstoffhaltiges Gas und als sauerstoffhaltiges Sekundärgas (15) Abgas der Förderstrecke (17) einsetzt.
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