EP3394310A1 - Wärmeübertrager zur erwärmung von gas und verwendung des wärmeübertragers - Google Patents

Wärmeübertrager zur erwärmung von gas und verwendung des wärmeübertragers

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EP3394310A1
EP3394310A1 EP16825390.4A EP16825390A EP3394310A1 EP 3394310 A1 EP3394310 A1 EP 3394310A1 EP 16825390 A EP16825390 A EP 16825390A EP 3394310 A1 EP3394310 A1 EP 3394310A1
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EP
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heat exchanger
gas
drying
heat
exchanger according
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Oskar Stephan
Karl-Friedrich SCHNEIDER
Matthias Weismantel
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
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Definitions

  • the invention is based on a heat exchanger for heating gas to a temperature in the range of 150 to 400 ° C, wherein the gas is heated by indirect heat transfer.
  • heating gas to a temperature higher than 150 ° C is required when the gas is used as the drying gas.
  • Such applications are, for example, dryers in superabsorbent production.
  • For the production of superabsorbers two different processes are known.
  • the preparation in a mixing kneader wherein the superabsorbent thus prepared is dried in a belt dryer in a subsequent step and on the other polymerized in a spray tower, in which the monomer solution is sprayed in countercurrent to a drying gas, during the fall in the spray tower to superabsorbent particles and is dried at the same time.
  • An object of the present invention is therefore to provide a heat exchanger which does not have the disadvantages known from the prior art.
  • the object is achieved by a heat exchanger for heating gas to a temperature in the range of 150 to 400 ° C, wherein the gas is heated by indirect heat transfer, wherein all surfaces of the walls of the heat exchanger, which come into contact with the gas are hot dip galvanized and the surfaces in contact with the gas after hot-dip galvanizing at a temperature in the range of 400 to 750 ° C are heat treated.
  • the heat treatment following the hot-dip galvanizing has surprisingly shown that the zinc coating remains stable and the Kirkendall effect does not occur even when the gas is heated to a temperature in the range from 150 to 400 ° C. and the coating remains intact.
  • the heat exchanger in the production of superabsorbers, it is prevented that the superabsorbent particles are contaminated by stripping zinc layers.
  • the components of the heat exchanger to be galvanized are first immersed in a bath of molten zinc after an appropriate pretreatment.
  • zinc deposits on the surface of the heat exchanger and connects to the surface.
  • the material from which the heat exchanger is made is stable to the temperatures of the hot dip galvanizing.
  • Suitable materials are therefore especially metals.
  • the walls of the heat exchanger are made of sheet steel.
  • the heat exchanger After cooling and solidification of the zinc coating produced by the hot-dip galvanizing, the heat exchanger according to the invention a heat treatment at a temperature in the range of 400 to 750 ° C, preferably in the range of 525 to 575 ° C, for example at an average component temperature of 550 ° C, subjected.
  • the duration of the heat treatment at a temperature of more than 525 ° C is preferably in the range of 1 to 5 minutes, in particular in the range of 2 to 3 minutes.
  • the duration of the heat treatment is extended up to 90 minutes.
  • the required duration of the heat treatment must be adjusted accordingly and decreases with increasing temperature.
  • the heat treatment can be carried out in any oven known to the person skilled in the art.
  • Suitable furnaces are for example continuous furnaces.
  • the heat exchanger can have any type of heat exchanger known to the person skilled in the art, in which an indirect heat transfer takes place.
  • the heating of the gas can be done in cocurrent, countercurrent, cross flow or any combination thereof. Typical variants are for example cross-countercurrent or cross-direct current.
  • Suitable heat exchangers are, for example, plate heat exchangers, tube bundle heat exchangers or spiral heat exchangers.
  • indirect heat transfer is meant that heat is transferred from a hot fluid to a colder fluid, wherein the hot fluid and the colder fluid are separated by a wall. As a result, the heat transfer takes place through the wall of the heat exchanger.
  • the gas is the colder
  • the hot fluid used is a suitable heat transfer medium whose temperature is above the temperature to which the gas is to be heated.
  • a suitable heat transfer medium whose temperature is above the temperature to which the gas is to be heated.
  • superheated steam, a thermal oil suitable for the temperature, an ionic liquid or a salt melt are suitable as the heat transfer medium.
  • Preferred as the heat transfer medium is superheated steam.
  • the surface coming into contact with the gas to be heated is as large as possible.
  • the ribs are preferably soldered to the wall or welded to the wall.
  • Bonding of the ribs to the wall is generally less advantageous since conventional polymer-based adhesives on the one hand do not withstand the temperatures and, on the other hand, polymers have poorer thermal conductivity than metals, so that the effect of the increased heat transfer surface through the ribs during bonding only very small. Also, a connection of the ribs by screws or rivets is not advantageous because it can not be ensured in this case that the ribs completely against the wall. If a gap between wall and rib is established, it is flowed through by the gas to be heated, wherein the gas to be heated has a much lower thermal conductivity than metal, so that the ribs in these areas can not assume the surface temperature of the wall and so also the Effect by the ribs does not occur. While galvanizing usually also zinc flows into a possible gap between the ribs and the wall, but this can not be ensured that the gap is closed by the galvanizing.
  • the invention further relates to the use of such a heat exchanger.
  • the heat exchanger is used for drying superabsorber particles.
  • Superabsorbents are materials that can absorb and store many times their mass of liquid.
  • Superabsorbents are typically polymers based on polyacrylate or polymethacrylate, also referred to hereinafter as poly (meth) acrylate. These are usually off Esters of acrylic acid or methacrylic acid and suitable, known to those skilled crosslinkers.
  • the educts used for the preparation of the poly (meth) acrylates and their reaction in a mixing kneader are described, for example, in WO 2006/034853 A1.
  • the heat exchanger is used in a belt dryer for drying superabsorbent particles.
  • the superabsorbent is prepared in a reactor, removed from the reactor and then dried in a belt dryer.
  • the reactor used in this case is usually a mixing kneader.
  • the educts for the production of the superabsorber are added to this.
  • the mixing kneader the reactants are converted to superabsorbent, forming a highly viscous mass. This mass is torn with suitable kneading bars in the mixing kneader.
  • the product is a coarse-grained material.
  • the superabsorbent material is distributed on a drying belt of the belt dryer and with a gas having a temperature of preferably at least 50 ° C, more preferably at least 100 ° C, most preferably at least 150 ° C, and preferably up to 250 ° C, especially preferably up to 220 ° C, very particularly preferably up to 200 ° C overflowed.
  • a gas having a temperature of preferably at least 50 ° C, more preferably at least 100 ° C, most preferably at least 150 ° C, and preferably up to 250 ° C, especially preferably up to 220 ° C, very particularly preferably up to 200 ° C overflowed.
  • the gas for example, air or inert gases to the superabsorbent material, for example, nitrogen, can be used. However, the use of air as the drying gas is preferred.
  • the drying gas is heated in the heat exchanger according to the invention to the temperature required for drying.
  • the heat exchanger can be arranged within the belt dryer, for example, below the drying belt. Alternatively, it is also possible to position the heat exchanger outside of the belt dryer and to supply the gas heated in the heat exchanger on one side of the belt dryer, remove it at another position again from the belt dryer and feed it back to the heat exchanger. Here, the drying gas is circulated. If the heat exchanger is arranged outside the belt dryer, this has the advantage that a suitable particle separator can be positioned between belt dryer and heat exchanger in order to remove entrained superabsorbent particles from the gas stream. Suitable particle separators are, for example, cyclones or filters.
  • the heated drying gas rises and flows around from below the superabsorber particles. In this case, the gas cools down and flows down again, so that adjusts a gas flow in the belt dryer.
  • This has the advantage over a heat exchanger positioned outside the dryer that no large gas flows have to be circulated by means of a suitable blower and conducted through the heat exchanger, since natural convection occurs.
  • the disadvantage is that it is not possible to separate superabsorber particles from the gas, which flows through the heat exchanger and is heated therein. In both variants, however, it is necessary to remove some of the gas from the process in order to remove the water absorbed during drying. When all the gas is circulated, the water liberated during drying accumulates in the gas and the water concentration becomes higher and higher until no more effective drying is possible.
  • the superabsorbent particles are ground and fed to post-crosslinking and drying. Finally, the superabsorbent particles are classified according to size, whereby a screening machine with several screen decks is usually used for this purpose. Superabsorbent particles that are too small are reintroduced into the mixing kneader, so that they mix with the resulting superabsorbent mass and thus sufficiently large particles can be produced. Superabsorbent particles that are too large are returned to the mill and subjected to the grinding process again to further crush them.
  • the superabsorbent particles are prepared in a spray tower.
  • the educts used for the production of the superabsorbent are first mixed and then dripped into a spray tower, whereby drops are generated whose size is selected so that the superabsorbent particles formed in the spray tower from the droplets by reaction of the starting materials of the desired specification.
  • the drops fall from top to bottom while simultaneously supplying a drying gas.
  • the drying gas is heated to a temperature which is necessary for the production of the superabsorber and its subsequent drying.
  • the addition of the drying gas can be done in cocurrent or in countercurrent.
  • drying gas is supplied at the top of the spray tower above the feed point for the educts.
  • the liquid starting materials in the drops are converted to the superabsorbent polymer. This produces superabsorbent particles whose size essentially corresponds to the size of the drops.
  • the drops fall into a fluidized bed at the bottom of the spray tower, in which drying gas is supplied from below. The post-polymerization is carried out in the fluidized bed.
  • drying gas is supplied both from above and from below, there is above the fluidized bed a gas sampling point, in which the drying gas is withdrawn from the spray tower. Since entrained superabsorbent particles are contained in the drying gas, this is freed of solids contained therein.
  • cyclones and / or filters can be used for this purpose.
  • the drying gas is typically circulated, whereby a portion of the drying gas must be removed to keep the water content in the drying gas constant.
  • this requires a lot of energy, so that this only makes sense if a different gas from air, for example nitrogen is used as the drying gas. If air is used as the drying gas, is It is possible to remove a part as exhaust gas from the process and at the same time to replace the discharged amount with fresh air.
  • the heat exchanger described above is used.
  • the heat exchanger is preferably located at a position in the drying gas cycle behind the removal of the solids.
  • the heating of the drying gas for the belt dryer or for the spray dryer is effected by heat transfer from a heat transfer medium to the drying gas in the heat exchanger.
  • a heat transfer medium for example, a thermal oil, an ionic liquid, a molten salt or steam is suitable.
  • Particularly preferred as the heat transfer medium is steam, wherein both saturated steam and superheated steam can be used.
  • the heat exchanger according to the invention can also be used in any other processes in which a gas must be heated to a temperature of more than 150 ° C, the gas compared to the materials commonly used for heat exchangers Contains corrosive or abrasive components and is created by a coating with zinc, a surface that is not attacked by the components contained in the gas, so that on the one hand no contamination is removed by the heat exchanger abraded material in the gas and on the other a corrosion of réelleübertra - Gers is prevented and thus the life of the heat exchanger is extended.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Erwärmung von Gas auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400°C, wobei das Gas durch indirekte Wärmeübertragung erwärmt wird und alle Oberflächen der Wandungen des Wärmeübertragers, die mit dem Gas in Kontakt kommen feuerverzinkt sind und die mit dem Gas in Kontakt kommenden Oberflächen nach dem Feuerverzinken bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 750°C wärmebehandeltwerden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung des Wärmeübertragers

Description

Wärmeübertrager zur Erwärmung von Gas und Verwendung des Wärmeübertragers Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einem Wärmeübertrager zur Erwärmung von Gas auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400°C, wobei das Gas durch indirekte Wärmeübertragung erwärmt wird. Eine Erwärmung von Gas auf eine Temperatur von mehr als 150°C ist zum Beispiel erforderlich, wenn das Gas als Trocknungsgas eingesetzt wird. Derartige Anwendungen sind zum Beispiel Trockner bei der Superabsorberherstellung. Zur Herstellung von Superabsorbern sind zwei unterschiedliche Prozesse bekannt. Zum Einen die Herstellung in einem Mischkneter, wobei der so hergestellte Superabsorber in einem nachfolgenden Schritt in einem Bandtrockner getrocknet wird und zum Anderen in einem Sprühturm, in dem die Monomerlösung in Gegenstrom zu einem Trocknungsgas eingesprüht wird, während des Falls im Sprühturm zu Superabsorberpartikeln polymerisiert und gleichzeitig getrocknet wird.
Insbesondere bei Einsatz in der Superabsorberherstellung neigen übliche Wärmeübertrager zur Korrosion. Daher ist es notwendig, die Oberflächen des Wärmeübertragers gegen Korrosion zu schützen. Hierzu ist es möglich, den Wärmeübertrager aus Edelstahl zu fertigen. Dies hat allerdings den Nachteil, dass aufgrund der schlechteren Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl ein deutlich größerer Wärmeübertrager benötigt wird. Eine weitere Möglichkeit wäre eine Herstellung des Wärmeübertragers aus Aluminium. Dies hat jedoch bei der Superabsorberherstellung den Nachteil, dass insbesondere bei Kreislaufführung des Gases noch Superabsorberpartikel im Gas enthalten sein können und der Superabsorber insbesondere gegenüber dem im Vergleich zu Stahl weichen Aluminium abrasiv wirkt. Alternativ ist es auch möglich, die mit dem Gas in Kontakt kommenden Oberflächen mit einer geeigneten Beschichtung zu versehen. Hierzu können die Oberflächen zum Beispiel mit einer Zinkbeschichtung durch Feuerverzinkung versehen werden.
Bei den im Wärmetauscher auftretenden Temperaturen von mehr als 200°C neigt die Zinkbeschichtung jedoch zur Delamination. Dieser Effekt ist auch als Kirkendall-Effekt bekannt. Hierdurch können sich Zinkpartikel ablösen und den Superabsorber verunreinigen. Dies führt jedoch zu einer unerwünschten Qualitätsminderung des Superabsorbers.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist. Gelöst wird die Aufgabe durch einen Wärmeübertrager zur Erwärmung von Gas auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400°C, wobei das Gas durch indirekte Wärmeübertragung erwärmt wird, wobei alle Oberflächen der Wandungen des Wärmeübertragers, die mit dem Gas in Kontakt kommen feuerverzinkt sind und die mit dem Gas in Kontakt kommenden Oberflächen nach dem Feuerverzinken bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 750°C wärmebehandelt werden.
Durch die an das Feuerverzinken anschließende Wärmebehandlung hat sich überraschender- weise gezeigt, dass die Zinkbeschichtung stabil bleibt und sich der Kirkendall-Effekt selbst bei einer Aufheizung des Gases auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400°C nicht einstellt und die Beschichtung unversehrt bleibt. Hierdurch wird insbesondere beim Einsatz des Wärmeübertragers bei der Herstellung von Superabsorbern verhindert, dass die Superabsorberpartikel durch sich ablösende Zinkschichten verunreinigt werden.
Zur Herstellung der verzinkten Oberfläche werden die zu verzinkenden Bauteile der Wärmeübertrager nach einer entsprechenden Vorbehandlung zunächst in ein Bad aus geschmolzenem Zink eingetaucht. Hierbei lagert sich Zink auf der Oberfläche des Wärmeübertragers an und verbindet sich mit der Oberfläche. Um eine stabile Verbindung zu erhalten und eine Feuer- verzinkung durchführen zu können, ist es notwendig, dass das Material, aus dem der Wärmeübertrager gefertigt ist, gegenüber den Temperaturen der Feuerverzinkung stabil ist. Zudem ist es erforderlich, dass eine gute Wärmeübertragung möglich ist, wozu das Material einen möglichst niedrigen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen sollte. Geeignete Materialien sind daher insbesondere Metalle. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Wandungen des Wärmeübertragers aus Stahlblech gefertigt.
Nach dem Eintauchen und Halten der zu verzinkenden Bauteile des Wärmeübertragers in das Bad aus geschmolzenem Zink, werden diese Bauteile aus dem Zinkbad entnommen und an Luft abgekühlt. Hierdurch bilden sich eine Zink-Eisen-Diffusionsschicht und eine reine Zink- schicht auf der Oberfläche der Wandungen des Wärmeübertragers aus. Die Feuerverzinkung wird dabei nach den üblichen Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, durchgeführt.
Nach dem Abkühlen und Erstarren der durch die Feuerverzinkung hergestellten Beschichtung aus Zink wird der Wärmeübertrager erfindungsgemäß einer Wärmebehandlung bei einer Tem- peratur im Bereich von 400 bis 750°C, bevorzugt im Bereich von 525 bis 575°C, beispielsweise bei einer mittleren Bauteiltemperatur von 550°C, unterzogen. Die Dauer der Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mehr als 525°C liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 min, insbesondere im Bereich von 2 bis 3 min. Wenn die Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 450°C durchgeführt wird, verlängert sich die Dauer der Wärmebehandlung auf bis zu 90 min. Bei Temperaturen zwischen 450°C und 525°C ist die erforderliche Dauer der Wärmebehandlung entsprechend anzupassen und nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Hierbei kann die Wärmebehandlung in jedem beliebigen, dem Fachmann bekannten Ofen durchgeführt werden. Geeignete Öfen sind zum Beispiel Durchlauföfen. Der Wärmeübertrager kann jede beliebige, dem Fachmann bekannte Bauart für Wärmeübertrager aufweisen, in denen eine indirekte Wärmeübertragung erfolgt. Die Erwärmung des Gases kann dabei im Gleichstrom, im Gegenstrom, im Kreuzstrom oder jeder beliebigen Kombination daraus erfolgen. Übliche Varianten sind zum Beispiel Kreuz-Gegenstrom oder Kreuz- Gleichstrom. Geeignete Wärmeübertrager sind zum Beispiel Plattenwärmeübertrager, Rohrbündelwärmeübertrager oder Spiralwärmeübertrager. Unter indirekter Wärmeübertragung wird dabei verstanden, dass Wärme von einem heißen Fluid an ein kälteres Fluid übertragen wird, wobei das heiße Fluid und das kältere Fluid durch eine Wand voneinander getrennt sind. Hierdurch erfolgt die Wärmeübertragung durch die Wand des Wärmeübertragers. Für die Aufhei- zung des Gases auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400°C ist das Gas das kältere
Fluid. Als heißes Fluid wird ein geeignetes Wärmeträgermedium eingesetzt, dessen Temperatur oberhalb der Temperatur liegt, auf die das Gas erhitzt werden soll. Als Wärmeträgermedium eignet sich zum Beispiel überhitzter Wasserdampf, ein für die Temperatur geeignetes Thermal- öl, eine ionische Flüssigkeit oder eine Salzschmelze. Bevorzugt als Wärmeträgermedium ist überhitzter Dampf.
Um einen guten Wärmeübergang zu erhalten, ist es bevorzugt, wenn die mit dem zu erwärmenden Gas in Kontakt kommende Oberfläche möglichst groß ist. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, die mit dem Gas in Kontakt kommenden Wandungen mit Rippen zu versehen. Auf- grund der guten Wärmeleitung des Materials, aus dem die Wandungen gefertigt sind, erwärmen sich auch die Rippen, die an der Wandung angebracht sind. Hierbei ist es erforderlich, dass die Verbindung der Rippen mit der Wandung gut wärmeleitend ist. Hierzu werden die Rippen vorzugsweise an die Wandung angelötet oder mit der Wandung verschweißt. Ein Verkleben der Rippen mit der Wandung ist in der Regel weniger vorteilhaft, da übliche Klebstoffe auf Polymer- basis zum Einen den Temperaturen nicht widerstehen und zum Anderen Polymere schlechter wärmeleitend sind als Metalle, so dass der Effekt der vergrößerten Wärmeübertragungsfläche durch die Rippen bei einer Verklebung nur sehr gering ist. Auch ist eine Anbindung der Rippen durch Schrauben oder Nieten nicht vorteilhaft, da in diesem Fall nicht sichergestellt werden kann, dass die Rippen vollständig an der Wandung anliegen. Wenn sich ein Spalt zwischen Wandung und Rippe einstellt, wird dieser von dem zu erwärmenden Gas durchströmt, wobei das zu erwärmende Gas eine wesentlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist als Metall, so dass die Rippen in diesen Bereichen nicht die Oberflächentemperatur der Wandung annehmen können und so ebenfalls der Effekt durch die Rippen nicht eintritt. Bei der Verzinkung fließt in der Regel zwar auch Zink in einen möglichen Spalt zwischen Rippen und Wandung, jedoch kann hierdurch nicht sichergestellt werden, dass der Spalt durch die Verzinkung geschlossen wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines solchen Wärmeübertragers. Vorteilhafterweise wird der Wärmeübertrager zur Trocknung von Superabsorberpartikeln eingesetzt.
Superabsorber sind Materialien, die ein Vielfaches ihrer Masse an Flüssigkeit aufnehmen und speichern können. Typischerweise sind Superabsorber Polymere auf Polyacrylat- oder Polyme- thacrylat-Basis, im Folgenden auch Poly(meth)acrylat genannt. Diese werden üblicherweise aus Estern der Acrylsäure oder Methacrylsäure und geeigneten, dem Fachmann bekannten Vernetzern hergestellt. Die zur Herstellung der Poly(meth)acrylate eingesetzten Edukte und deren Umsetzung in einem Mischkneter ist beispielsweise in WO 2006/034853 A1 beschrieben. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Wärmeübertrager in einem Bandtrockner zur Trocknung von Superabsorberpartikeln eingesetzt. In diesem Fall wird der Superabsorber in einem Reaktor hergestellt, aus dem Reaktor entnommen und anschließend in einem Bandtrockner getrocknet. Als Reaktor wird in diesem Fall üblicherweise ein Mischkneter eingesetzt. Diesem werden die Edukte zur Herstellung des Superabsorbers zugegeben. Im Mischkneter werden die Edukte zum Superabsorber umgesetzt, wobei sich eine hochviskose Masse bildet. Diese Masse wird mit geeigneten Knetbarren im Mischkneter zerrissen. Als Produkt entsteht ein grobkörniges Material.
Dieses grobkörnige Material wird dem Bandtrockner zugegeben. Hierzu wird das Superabsor- bermaterial auf einem Trocknungsband des Bandtrockners verteilt und mit einem Gas mit einer Temperatur von vorzugsweise mindestens 50°C, besonders bevorzugt mindestens 100°C, ganz besonders bevorzugt mindestens 150°C, und vorzugsweise bis zu 250°C, besonders bevorzugt bis zu 220°C, ganz besonders bevorzugt bis zu 200°C überströmt. Als Gas können zum Beispiel Luft oder gegenüber dem Superabsorbermaterial inerte Gase, beispielsweise Stickstoff, eingesetzt werden. Bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Luft als Trocknungsgas.
Das Trocknungsgas wird in dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager auf die für die Trocknung erforderliche Temperatur erwärmt. Der Wärmeübertrager kann dabei innerhalb des Bandtrockners, beispielsweise unterhalb des Trocknungsbandes angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, den Wärmeübertrager außerhalb des Bandtrockners zu positionieren und das im Wärmeübertrager erwärmte Gas auf einer Seite dem Bandtrockner zuzuführen, dieses an einer anderen Position wieder aus dem Bandtrockner zu entnehmen und erneut dem Wärmeübertrager zuzuführen. Hierbei wird das Trocknungsgas in einem Kreislauf geführt. Wenn der Wärmeübertrager außerhalb des Bandtrockners angeordnet ist, hat dies den Vorteil, dass ein geeigneter Partikelabscheider zwischen Bandtrockner und Wärmeübertrager positioniert werden kann, um mitgerissene Superabsorberpartikel aus dem Gasstrom zu entfernen. Geeignete Partikelabscheider sind zum Beispiel Zyklone oder Filter.
Bei einer Positionierung des Wärmeübertragers unterhalb des Trocknungsbandes steigt das erwärmte Trocknungsgas auf und umströmt so von unten die Superabsorberpartikel. Hierbei kühlt sich das Gas ab und strömt wieder nach unten, so dass sich eine Gasströmung im Bandtrockner einstellt. Dies hat gegenüber einem außerhalb des Trockners positionierten Wärmeübertrager den Vorteil, dass keine großen Gasströme mit Hilfe eines geeigneten Gebläses umgewälzt und durch den Wärmeübertrager geführt werden müssen, da sich eine natürliche Kon- vektion einstellt. Nachteil ist jedoch, dass es nicht möglich ist, Superabsorberpartikel aus dem Gas abzutrennen, das den Wärmeübertrager durchströmt und in diesem erwärmt wird. In beiden Varianten ist es jedoch notwendig, einen Teil des Gases aus dem Prozess zu entnehmen, um das bei der Trocknung aufgenommene Wasser zu entfernen. Wenn das gesamte Gas im Kreislauf geführt wird, reichert sich das bei der Trocknung freiwerdende Wasser im Gas an und die Wasserkonzentration wird immer höher, bis keine effektive Trocknung mehr möglich ist.
Im Anschluss an den Bandtrockner werden die Superabsorberpartikel gemahlen und einer Nachvernetzung und einer Trocknung zugeführt. Abschließend werden die Superabsorberpartikel nach Größe klassiert, wobei hierzu üblicherweise eine Siebmaschine mit mehreren Sieb- decks eingesetzt wird. Superabsorberpartikel, die zu klein sind, werden erneut in den Mischkne- ter eingeleitet, so dass sich diese mit der entstehenden Superabsorbermasse vermischen und so ausreichend große Partikel erzeugt werden können. Superabsorberpartikel, die zu groß sind, werden in die Mühle zurückgeführt und noch einmal dem Mahlvorgang unterzogen, um diese weiter zu zerkleinern.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Superabsorberpartikel in einem Sprühturm hergestellt. Hierzu werden die für die Herstellung der Superabsorber eingesetzten Edukte zunächst vermischt und dann in einem Sprühturm vertropft, wobei Tropfen erzeugt werden, deren Größe so gewählt ist, dass die im Sprühturm aus den Tropfen durch Reaktion der Edukte ent- stehenden Superabsorberpartikel der gewünschten Spezifikation entsprechen.
Im Sprühturm fallen die Tropfen von oben nach unten, während gleichzeitig ein Trocknungsgas zugeführt wird. Das Trocknungsgas ist dabei auf eine Temperatur geheizt, die für die Herstellung des Superabsorbers und dessen anschließende Trocknung erforderlich ist. Die Zugabe des Trocknungsgases kann dabei im Gleichstrom oder im Gegenstrom erfolgen. Üblicherweise wird Trocknungsgas am Kopf des Sprühturms oberhalb der Zugabstelle für die Edukte zugeführt. Während des Fallens werden die flüssigen Edukte in den Tropfen zum Superabsorberpolymer umgesetzt. Hierbei entstehen Superabsorberpartikel, deren Größe im Wesentlichen der Größe der Tropfen entspricht. Die Tropfen fallen in ein Wirbelbett im unteren Bereich des Sprühturms, in dem Trocknungsgas von unten zugeführt wird. Im Wirbelbett erfolgt die Nachpo- lymerisierung. Da Trocknungsgas sowohl von oben als auch von unten zugeführt wird, befindet sich oberhalb des Wirbelbettes eine Gasentnahmestelle, in der das Trocknungsgas aus dem Sprühturm abgezogen wird. Da im Trocknungsgas mitgerissene Superabsorberpartikel enthalten sind, wird dieses von darin enthaltenen Feststoffen befreit. Hierzu können zum Beispiel Zyk- lone und/oder Filter eingesetzt werden.
Das Trocknungsgas wird typischerweise im Kreis geführt, wobei ein Teil des Trocknungsgases entnommen werden muss, um den Wassergehalt im Trocknungsgas konstant zu halten. Alternativ ist es auch möglich, die Feuchtigkeit aus dem Trocknungsgas zunächst auszukondensie- ren und anschließend das Trocknungsgas wieder zu erwärmen. Dies benötigt jedoch viel Energie, so dass dies nur dann sinnvoll ist, wenn ein von Luft verschiedenes Gas, beispielsweise Stickstoff als Trocknungsgas eingesetzt wird. Wenn Luft als Trocknungsgas eingesetzt wird, ist es möglich, einen Teil als Abgas aus dem Prozess zu entfernen und gleichzeitig die abgeführte Menge durch Frischluft zu ersetzen.
Bevor das Trocknungsgas dem Sprühturm entweder am Kopf oder in der Wirbelschicht zuge- führt wird, muss dieses auf die notwendige Temperatur erwärmt werden. Hierzu wird der vorstehend beschriebene Wärmeübertrager eingesetzt. Um Schädigungen durch Abrasion aufgrund der vom Trocknungsgas mitgerissenen Superabsorberpartikel zu vermeiden, befindet sich der Wärmeübertrager vorzugsweise an einer Position im Trocknungsgaskreislauf hinter der Entfernung der Feststoffe.
Die Erwärmung des Trocknungsgases für den Bandtrockner oder für den Sprühtrockner erfolgt durch Wärmeübertragung von einem Wärmeträgermedium an das Trocknungsgas in dem Wärmeübertrager. Als Wärmeträgermedium eignet sich zum Beispiel ein Thermalöl, eine ionische Flüssigkeit, eine Salzschmelze oder Dampf. Besonders bevorzugt als Wärmeträgermedi- um ist Dampf, wobei sowohl Sattdampf als auch überhitzter Dampf eingesetzt werden können.
Neben dem Einsatz zur Erwärmung des bei der Superabsorberherstellung eingesetzten Trocknungsgases kann der erfindungsgemäß Wärmeübertrager auch bei beliebigen anderen Prozessen eingesetzt werden, in denen ein Gas auf eine Temperatur von mehr als 150°C erwärmt werden muss, wobei das Gas gegenüber den für Wärmeübertrager üblicherweise eingesetzten Werkstoffen korrosive oder abrasive Bestandteile enthält und durch eine Beschichtung mit Zink eine Oberfläche geschaffen wird, die durch die im Gas enthaltenen Bestandteile nicht angegriffen wird, so dass zum Einen keine Verunreinigungen durch vom Wärmeübertrager abgetragenes Material in das Gas eingebracht wird und zum Anderen eine Korrosion des Wärmeübertra- gers verhindert wird und damit die Lebensdauer des Wärmeübertragers verlängert wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Wärmeübertrager zur Erwärmung von Gas auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400°C, wobei das Gas durch indirekte Wärmeübertragung erwärmt wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass alle Oberflächen der Wandungen des Wärmeübertragers, die mit dem Gas in Kontakt kommen feuerverzinkt sind und die mit dem Gas in Kontakt kommenden Oberflächen nach dem Feuerverzinken bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 750°C wärmebehandelt werden.
2. Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von 1 bis 5 min durchgeführt wird.
3. Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen des Wärmeübertragers aus Stahlblech gefertigt sind.
4. Wärmeübertrager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager ein Plattenwärmeübertrager, ein Rohrbündelwärmeübertrager oder ein Spiralwärmeübertrager ist.
5. Wärmeübertrager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gas in Kontakt kommenden Wandungen Rippen aufweisen.
6. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Trocknung von Superabsorberpartikeln.
7. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß Anspruch 6 in einem Bandtrockner zur
Trocknung von Superabsorberpartikeln.
8. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher unterhalb des Trocknungsbandes des Bandtrockners angeordnet ist.
9. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß Anspruch 6 zur Erwärmung von Trocknungsgas, das einem Sprühturm zur Herstellung von Superabsorberpartikeln zugegeben wird.
10. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsgas im Kreis geführt wird. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträgermedium ein Thermalöl, eine ionische Flüssigkeit, eine Salzschmelze oder Dampf eingesetzt wird.
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