EP3394310B1 - Verwendung eines wärmeübertragers - Google Patents

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EP3394310B1
EP3394310B1 EP16825390.4A EP16825390A EP3394310B1 EP 3394310 B1 EP3394310 B1 EP 3394310B1 EP 16825390 A EP16825390 A EP 16825390A EP 3394310 B1 EP3394310 B1 EP 3394310B1
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EP
European Patent Office
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heat
gas
transferer
heat transferer
drying
Prior art date
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EP16825390.4A
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English (en)
French (fr)
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EP3394310A1 (de
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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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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
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Publication of EP3394310B1 publication Critical patent/EP3394310B1/de
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/06—Zinc or cadmium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C2/26—After-treatment
    • C23C2/28—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
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    • F26B17/04—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by belts carrying the materials; with movement performed by belts or elements attached to endless belts or chains propelling the materials over stationary surfaces the belts being all horizontal or slightly inclined
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Definitions

  • the description is based on a heat exchanger for heating gas to a temperature in the range of 150 to 400 ° C, the gas being heated by indirect heat transfer.
  • Heating gas to a temperature of more than 150 ° C is necessary, for example, if the gas is used as a drying gas.
  • Such applications are, for example, dryers in the production of superabsorbents, see US 2015/105527 .
  • Two different processes are known for producing superabsorbents. On the one hand, the production in a mixing kneader, whereby the superabsorbent produced in this way is dried in a belt dryer in a subsequent step and, on the other hand, in a spray tower, in which the monomer solution is sprayed in countercurrent to a drying gas, polymerized into superabsorbent particles during the fall in the spray tower and is dried at the same time.
  • One task is therefore to provide a heat exchanger that does not have the disadvantages known from the prior art.
  • the task is solved by a heat exchanger for heating gas to a temperature in the range of 150 to 400 ° C, the gas being heated by indirect heat transfer, all surfaces of the walls of the heat exchanger that come into contact with the gas being hot-dip galvanized and the surfaces that come into contact with the gas after hot-dip galvanizing, heat treated at a temperature in the range of 400 to 750°C.
  • the invention of the application is defined in claim 1.
  • the heat treatment following hot-dip galvanizing has surprisingly shown that the zinc coating remains stable and that the Kirkendall effect does not occur even when the gas is heated to a temperature in the range of 150 to 400 ° C and the coating remains intact. This prevents the superabsorber particles from becoming contaminated by peeling zinc layers, particularly when using the heat exchanger in the production of superabsorbers.
  • the heat exchanger components to be galvanized are first immersed in a bath of molten zinc after appropriate pretreatment. Zinc accumulates on the surface of the heat exchanger and bonds to the surface.
  • the material from which the heat exchanger is made is stable to the temperatures of hot-dip galvanizing. It is also necessary that good heat transfer is possible, for which the material should have the lowest possible thermal conductivity coefficient. Suitable materials are therefore particularly metals.
  • the walls of the heat exchanger are made of sheet steel.
  • the heat exchanger components to be galvanized After the heat exchanger components to be galvanized have been immersed and held in the bath of molten zinc, these components are removed from the zinc bath and cooled in air. This creates a zinc-iron diffusion layer and a pure zinc layer on the surface of the heat exchanger walls.
  • the hot-dip galvanizing is carried out using the usual methods known to those skilled in the art.
  • the heat exchanger according to the invention is subjected to a heat treatment at a temperature in the range from 400 to 750 ° C, preferably in the range from 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 takes into account increasing temperature.
  • the heat treatment can be carried out in any oven known to those skilled in the art. Suitable ovens are, for example, continuous ovens.
  • the heat exchanger can have any type of heat exchanger known to those skilled in the art, in which indirect heat transfer takes place.
  • the gas can be heated in cocurrent, countercurrent, crosscurrent or any combination thereof. Common 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 understood to mean that heat is transferred from a hot fluid to a colder fluid, with the hot fluid and the colder fluid being separated from one another by a wall. This causes heat to be transferred through the wall of the heat exchanger. For heating the gas to a temperature in the range of 150 to 400°C, the gas is the colder fluid.
  • a suitable heat transfer medium is used as the hot fluid, the temperature of which is above the temperature to which the gas is to be heated.
  • Suitable heat transfer mediums include, for example, superheated steam, a thermal oil suitable for the temperature, an ionic liquid or a molten salt. Superheated steam is the preferred heat transfer medium.
  • the surface area that comes 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.
  • Gluing the ribs to the wall is generally less advantageous because, on the one hand, conventional polymer-based adhesives do not withstand the temperatures and, on the other hand, polymers are less heat-conducting than metals, so that the effect of the increased heat transfer surface through the ribs is only very significant when bonded is low. Connecting the ribs using screws or rivets is also not advantageous, since in this case it cannot be ensured that the ribs lie completely against the wall. If a gap occurs between the wall and the rib, the gas to be heated flows through it, the gas to be heated having a significantly poorer thermal conductivity than metal, so that the ribs in these areas cannot assume the surface temperature of the wall and so does the gap Effect through the ribs does not occur. When galvanizing, zinc usually also flows into a possible gap between the ribs and the wall, but this cannot ensure that the gap is closed by the galvanizing.
  • the invention further relates to the use of such a heat exchanger, according to claim 1, for drying superabsorbent particles.
  • Superabsorbers are materials that can absorb and store many times their mass in liquid.
  • superabsorbents are polymers based on polyacrylate or polymethacrylate, also referred to below as poly(meth)acrylate. These are usually made from Esters of acrylic acid or methacrylic acid and suitable crosslinkers known to those skilled in the art are produced.
  • the starting materials used to produce the poly(meth)acrylates and their implementation in a mixing kneader are, for example, in WO 2006/034853 A1 described.
  • the heat exchanger is used in a belt dryer for drying superabsorbent particles.
  • the superabsorbent is produced in a reactor, removed from the reactor and then dried in a belt dryer.
  • a mixing kneader is usually used as the reactor.
  • the starting materials are added to this to produce the superabsorbent.
  • the mixer the educts are converted into superabsorbents, forming a highly viscous mass. This mass is broken up using suitable kneading bars in the mixing kneader.
  • the product is a coarse-grained material.
  • This coarse-grained material is added to the belt dryer.
  • the superabsorbent material is distributed on a drying belt of the belt dryer and mixed with a gas with a temperature of preferably at least 50 ° C, particularly preferably at least 100 ° C, very particularly preferably at least 150 ° C, and preferably up to 250 ° C, particularly preferably up to to 220 ° C, very particularly preferably up to 200 ° C.
  • the gas that can be used is, for example, air or gases that are inert to the superabsorbent material, such as nitrogen. However, the use of air as drying gas is preferred.
  • the drying gas is heated in the heat exchanger 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 the belt dryer and feed the gas heated in the heat exchanger to the belt dryer on one side, remove it from the belt dryer at another position and feed it to the heat exchanger again.
  • the drying gas is circulated in a circuit. If the heat exchanger is arranged outside the belt dryer, this has the advantage that a suitable particle separator can be positioned between the belt dryer and the heat exchanger in order to remove entrained superabsorbent particles from the gas stream. Suitable particle separators are, for example, cyclones or filters.
  • the superabsorbent particles are ground and sent for post-crosslinking and drying. Finally, the superabsorbent particles are classified according to size, usually using a screening machine with several screen decks. Superabsorbent particles that are too small are reintroduced into the mixing kneader so that they mix with the resulting superabsorbent mass and sufficiently large particles can be produced. Superabsorbent particles that are too large are returned to the mill and subjected to the grinding process again in order to further reduce them.
  • the superabsorbent particles are produced in a spray tower.
  • the educts used to produce the superabsorbents are first mixed and then dripped in a spray tower, producing drops whose size is selected so that the superabsorbent particles formed in the spray tower from the drops by reaction of the educts correspond to the desired specification.
  • the drops fall from top to bottom while a drying gas is supplied at the same time.
  • the drying gas is heated to a temperature that is required for the production of the superabsorbent and its subsequent drying.
  • the drying gas can be added in cocurrent or countercurrent. Drying gas is usually supplied at the top of the spray tower above the draw station for the educts. While falling, the liquid educts in the drops are converted into the superabsorbent polymer. This creates superabsorbent particles whose size essentially corresponds to the size of the droplets.
  • the drops fall into a fluidized bed in the lower area of the spray tower, into which drying gas is supplied from below. Post-polymerization takes place in the fluidized bed.
  • drying gas Since drying gas is supplied from both above and below, there is a gas extraction point above the fluidized bed in which the drying gas is withdrawn from the spray tower. Since the drying gas contains entrained superabsorbent particles, it is freed from the solids it contains. Cyclones and/or filters can be used for this purpose, for example.
  • the drying gas is typically circulated, with part of the drying gas having to be removed in order to keep the water content in the drying gas constant.
  • this requires a lot of energy, so this only makes sense if a gas other than air, for example nitrogen, is used as the drying gas. If air is used as a drying gas It is possible to remove part of the process as exhaust gas and at the same time replace the amount removed with fresh air.
  • the heat exchanger described above is used for this purpose.
  • the heat exchanger is preferably located at a position in the drying gas circuit behind the removal of the solids.
  • the drying gas for the belt dryer or for the spray dryer is heated by heat transfer from a heat transfer medium to the drying gas in the heat exchanger.
  • a suitable heat transfer medium is, for example, a thermal oil, an ionic liquid, a salt melt or steam. Steam is particularly preferred as a heat transfer medium, and both saturated steam and superheated steam can be used.
  • the heat exchanger can also be used in any other process in which a gas has to be heated to a temperature of more than 150 ° C, whereby the gas is corrosive to the materials commonly used for heat exchangers or abrasive components and a coating with zinc creates a surface that is not attacked by the components contained in the gas, so that, on the one hand, no contamination is introduced into the gas by material removed by the heat exchanger and, on the other hand, prevents corrosion of the heat exchanger and thus the lifespan of the heat exchanger is extended.

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Description

  • Die Beschreibung 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, siehe US 2015/105527 . 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 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. Die Erfindung der Anmeldung ist in Anspruch 1 definiert.
  • Durch die an das Feuerverzinken anschließende Wärmebehandlung hat sich überraschenderweise 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 Feuerverzinkung 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 Zinkschicht 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 Temperatur 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 Aufheizung 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 Thermalöl, 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. Aufgrund 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 Polymerbasis 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 Wärmeüberträgers, laut Anspruch 1, zur Trocknung von Superabsorberpartikeln.
  • Superabsorber sind Materialien, die ein Vielfaches ihrer Masse an Flüssigkeit aufnehmen und speichern können. Typischerweise sind Superabsorber Polymere auf Polyacrylat- oder Polymethacrylat-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 Superabsorbermaterial 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 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 Konvektion 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 Siebdecks eingesetzt wird. Superabsorberpartikel, die zu klein sind, werden erneut in den Mischkneter 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 entstehenden 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 Nachpolymerisierung. 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 Zyklone 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 auszukondensieren 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 zugeführt 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 Wärmeträgermedium 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 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 Wärmeübertragers verhindert wird und damit die Lebensdauer des Wärmeübertragers verlängert wird.

Claims (10)

  1. Verwendung eines Wärmeübertragers zur Trocknung von Superabsorberpartikeln, wobei in dem Wärmeübertrager Gas auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400°C 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 an Luft abgekühlt werden, so dass sich eine Zink-Eisen-Diffusionsschicht und eine reine Zinkschicht auf den Oberflächen der Wandungen des Wärmeübertragers ausbilden und die durch Feuerverzinkung hergestellte Beschichtung erstarrt, und dann bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 750°C wärmebehandelt werden.
  2. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß Anspruch 1 in einem Bandtrockner zur Trocknung von Superabsorberpartikeln.
  3. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher unterhalb des Trocknungsbandes des Bandtrockners angeordnet ist.
  4. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trocknungsgas, das einem Sprühturm zur Herstellung von Superabsorberpartikeln zugegeben wird, in dem Wärmeübertrager erwärmt wird.
  5. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsgas im Kreis geführt wird.
  6. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträgermedium ein Thermalöl, eine ionische Flüssigkeit, eine Salzschmelze oder Dampf eingesetzt wird.
  7. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 525 bis 750°C über einen Zeitraum von 1 bis 5 min durchgeführt wird.
  8. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen des Wärmeübertragers aus Stahlblech gefertigt sind.
  9. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager ein Plattenwärmeübertrager, ein Rohrbündelwärmeübertrager oder ein Spiralwärmeübertrager ist.
  10. Verwendung des Wärmeübertragers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gas in Kontakt kommenden Wandungen Rippen aufweisen.
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