LINDNER HEIKO (DE)
| EP0331294A2 | 1989-09-06 | |||
| CH153755A | 1932-04-15 | |||
| FR2311764A1 | 1976-12-17 | |||
| US3281508A | 1966-10-25 |
| 1. | I Patentansprüch : Verfahren zur thermischen Behandlung von feuchten Hydraten, bei welchem das Material in einer ersten Vorrichtung getrocknet und in einer zweiten Vorrich¬ tung der Kristallwassergehalt reduziert wird, indem entweder im Gasstrom ein Direktwärme und stoffaus tausch mit dem Gasstrommedium erfolgt oder sowohl ein Direktwärme und Stoffaustausch mit dem Gas¬ strommedium als auch ein indirekter Wärme und Stoff¬ austausch mit einem Wärmeträgermedium erfolgt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Oberflächenwasser aus einer fluidisierten Schicht des Materials in einem ersten Fließbettappa¬ rat (A) mit eingebauten Wärmeaustauschflächen (4) auf niedrigem Temperaturniveau bei kontinuierlichem Vorgang verdampft wird und daß danach das Kristall¬ wasser dem Material aus einer fluidisierten Schicht in einem zweiten Fließbettapparat (B) mit eingebau¬ ten Wärmeaustauschflächen (12) auf niedrigem Tempe¬ raturniveau bei kontinuierlichem Vorgang entzogen wird, wobei in beiden Apparaten (A und B) die einzu¬ setzende Wärme einerseits mit dem Fluidisierungsgas, andererseits mehrheitlich über die Wärmeaustauschflä¬ chen (4 bzw. |
| 2. | 12) eingetragen wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das zu behandelnde Material vor dem ersten Flie߬ bettapparat (A) mechanisch entwässert wird und dem entwässerten Material ein Teil des in dem ersten 6 Fließbettapparat (A) bereits behandelten Materials zugemischt wird, um ein in dem ersten Fließbettappa¬ rat (A) gut fluidisierbares Eintragsmaterial vorzu¬ bereiten. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Material in den ersten Fließbettapparat (A) an mehreren Stellen von oben in die Schicht eingetra¬ gen wird. |
| 5. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die verwendeten Fließbettapparate (A und B) je¬ weils einen rechteckigen Grundriß aufweisen, wodurch ein enges Verweilzeitspektrum der Materialteile er¬ zielt wird. |
| 6. | Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß beim sog. Kalzinieren von feuchtem Gips, insbe¬ sondere REAGipε, GipsDihydrat, der Kristallwasser¬ gehalt reduziert wird, wobei in dem ersten Fließbett¬ apparat (A) nur das Oberflächenwasser verdampft wird. |
| 7. | Anwendung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem zweiten Fließbettapparat (B) , der als Kalzinator dient, eine Abkühlung des Produkts vor seinem Austrag stattfindet, wozu vor der Produktaus¬ tragstelle eine integrierte Kühlzone vorgesehen ist, die zur Kühlung des kalzinierten Materials mit im Fließbett eingebauten Wärmeaustauschflächen (13) ver¬ sehen ist. ERSÄTZBLATT. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von feuchten Hydraten der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Ein solches Verfahren ist z.B. das sog. Kalzinieren von feuchtem Gips. Feuchter Gips, d.h. Kalziumsulfat-Dihy- drat, wozu auch Feuchtgips aus REA (Rauchgasentschwefe- lungs-Anlagen) gehört, kann bei Temperaturen bis zu 90 C oberflächengetrocknet werden, ohne das Kristallwas¬ ser zu entfernen. Bei Temperaturen bis etwa 145 C er¬ folgt der Entzug des Kristallwassers, die Entwässerung zum Halbhydrat. Je nach Wasserdampfpartialdruck ent¬ steht dabei die Alpha- oder Beta-Modifikation des Halb¬ hydrats. Oberhalb dieser Temperatur entstehen, je nach Temperaturniveau, durch vollständige Kristallwasserab¬ gabe die Anhydrit-Modifikationen, beginnend mit dem sog. A III Gips, einer sehr reaktiven Komponente mit kurzer Abbindezeit, gefolgt von reaktionsträgen, schwer¬ löslichen A II s und dem inerten A II u. Diese Unter¬ schiede im Reaktionsverhalten werden auf die durch die thermische Behandlung veränderte Oberflächenbeschaffen¬ heit zurückgeführt.
Um einen kalzinierten Gips mit konstanter und/oder rei¬ ner Phasenzusammensetzung zu erhalten, ist es daher wichtig, das Temperaturprofil bei der Herstellung genau steuern zu können. Es darf keine überhitzungen und In¬ homogenitäten bei der thermischen Behandlung geben, die bei einzelnen Partikeln des Materials zu unerwünschten
Phasenumwandlungen führen. Dies gilt für alle thermi¬ schen Schritte, also auch für die Trocknung.
Es gibt derzeit kein Verfahren, bei dem die o.g. Maxi¬ men wirklich erfüllt werden können. Bekannte Verfahren weisen getrennte Trocknungs- und Kaizinierungsstufen auf. Für die Trocknungsstufe werden Stromrohre oder Kombinationen aus beheizten Mischern und Stromrohren verwendet, die mit Rauchgasen bzw. mit indirekt erhitz¬ ten Gasen von über 200 C betrieben werden. Für einge¬ setzte Kontaktflächenbeheizung kommen darüber hinaus übliche Wärmeträger, z.B. Öl oder Dampf, ab ca. 150 C zur Anwendung. Es kann nicht verhindert werden, daß das Material, zumindest partiell, durch zu langen Kontakt mit Heißgasströmen bzw. Heizflächen überhitzt wird und sich bereits hier bei der Trocknung unerwünschte Pha¬ sen, z.B. A III, A II bilden.
Für die Kalzinierung werden sog. Kocher, Trommeln, Drehrohre mit Heizflächen ("Dampfröhr") sowie diverse Ofentypen verwendet. Direktbefeuerte Trommeln und Öfen stammen aus konventioneller Gipsbrandtechnik und eignen sich nur für stückiges Gut.
Kocher und Dampfrohr werden mit fluidisierbarem Gipspul¬ ver (Granulat) beschickt, wie er auch aus den REAs an¬ fällt.
Charakteristisch für die erwähnten Apparate ist entwe¬ der die direkte Befeuerung mit Heißgasen (Rauchgase bzw. Luft) von in der Regel über 400 C und/oder die un¬ vollständige Fluidisierung im Bereich von Heizflächen. Dadurch kommt es ebenso wie bei den Trocknern zu loka¬ ler Überhitzung und unkontrollierter Bildung von Mehr¬ phasengips. Darüber hinaus sind Rauchgase nicht inert, und es kann keine kontrollierte Atmosphäre (z.B. H O- Partialdruck) eingestellt werden. Diese Nachteile der
Kalzinatoren sind hinreichend bekannt und so Gegenstand von Verbesserungsvorschlägen. In der Praxis gleicht man diese Verfahrensnachteile aus, indem man durch unter¬ schiedliche Zugabe von Zuschlagstoffen sog. Stellmit¬ tel, bzw. durch zusätzliche Verfahrensschritte (Mahlen, Kühlen) die Produkteigenschaften nachträglich beein¬ flußt.
Die bekannten Vorschläge zielen darauf ab, den Rauchga¬ sen die schädliche Übertemperatur durch vorgeschalteten indirekten Wärmeaustausch zu nehmen, Fließbettapparate zur Intensivierung und Homogenisierung der Wärmeübertra¬ gung einzusetzen sowie Rauchgase nicht mit dem Produkt in Berührung kommen zu lassen.
So wird in der FR-PS 1 338 126 ein mit Heißluft betrie¬ bener Fließbettapparat beschrieben, der jedoch die Flui- disierungsprobleme in der Aufgabezone nur unvollkommen mit einem Rührwerk lösen kann, wodurch wiederum die Ge¬ fahr lokaler überhitzung besteht, und zwar insbesondere an den durch die Schicht führenden Rauchgaszügen. Diese Nachteile vermeidet das Verfahren gemäß DE-PS 37 21 421, ein Fließbett mit inerter Granulatfüllung, wie z.B. Sand und gasseitige KreislaufSchaltung. Die
DE-PS 26 22 994 beschreibt einen Fließbettapparat, der die inhomogene Produktqualität durch Vergleichmäßigung der Verweilzeit mit Hilfe von Kammern zu verbessern sucht. Diesen Apparaten steht als Nachteil gegenüber, daß zur Erzielung einer hinreichenden Trocknungslei- stung und eines Wirkungsgrades mit hohen Heißgastempera¬ turen gearbeitet werden muß - mit den bekannten Gefah¬ ren der überhitzung.
In der GB 2 027 859 A wird ein dem Kocher ähnlicher Apparat angeboten, der die Rauchgase durch Wärmeauε- tauschflachen in der Produktschicht abkühlt, bevor sie zur (partiellen) Fluidisierung verwendet werden. Die
ERSATZBLATT
DE-OS 37 38 301 greift dieses Prinzip des indirekten Wärmeaustausches auf. Darüber hinaus wird zur Fluidi- sierung indirekt erhitztes Heißgas, kein Rauchgas, ver¬ wendet und eine Homogenisierung der Verweilzeit durch unterschiedlich fluidisierte Kammern zu erreichen ver¬ sucht. Auch bei diesen beiden Verfahren besteht die Ge¬ fahr der überhitzung an den wärmeübertragenden Wänden, insbesondere bei partieller bzw. unterschiedlicher Flui- disierung. Darüber hinaus benötigen alle bislang be¬ schriebenen Verfahren - mit Ausnahme des Granulatflie߬ bettes (DE-PS 37 21 421) - ein konventionell getrockne¬ tes und daher, wie oben erklärt, vorgeschädigtes Dihy- drat-Pulver.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren zu thermi¬ scher Behandlung von feuchten Hydraten zu verbessern, um kontrollierbar zum gewünschten Ergebnis am Kristall¬ wasserentzug zu kommen. Insbesondere soll sich kontrol¬ lierbar ein kalzinierter Gips mit konstanter und/oder reiner Phasenzusammensetzung herstellen lassen, bei wel¬ chem eine inhomogene Behandlung sich im weiten Umfang vermeiden läßt, was auch zu einem qualitätsmäßig homo¬ genen Produkt führen soll.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß beim Verfahren der eingangs beschriebenen Art durch im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Maßnahmen er¬ füllt.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsbei¬ spiele des Verfahrens angegeben.
Mit diesem Verfahren werden die oben am Beispiel des Kalzinierens des feuchten Gipses erwähnten Nachteile vermieden. Sowohl Trocknung als auch Kristallwasserent¬ zug erfolgen schonend in jeweils einem Fließbettapparat ohne jede, auch partielle uberhitzungsgefahr. Dies wird
erreicht über eine vollständige, homogene Fluidisierung durch indirekt erhitztes Heißgas von niedriger Tempera¬ tur. Eine wesentliche Energiemenge wird durch Wärmetau¬ scherflächen in der Fluidatschicht übertragen, welche durch Medien, wie z.B. Sattdampf, Wärmeträgeröl, ggfs. auf niedrigem Temperaturniveau vorzugsweise auf z.B. ca. 200 C beheizt werden. Eine besonders vorteilhafte konstruktive Gestaltung der Apparate mit rechteckiger Grundfläche gewährleistet ein enges Verweilzeitspektrum und ein ausgeprägtes Temperatur/Feuchte-Profil ohne Zu¬ hilfenahme von unterschiedlich fluidisierten Kammern. Wegen der dadurch entstehenden vergleichsweise kalten Eintragszone und schonenden Erwärmung werden die Ober¬ flächen-Eigenschaften der Kristalle günstig beeinflußt.
Das Fließbett besteht aus dem zu behandelnden Material, d.h. z.B. einem Gipsgranulat selbst. Es ist kein Hilfs¬ material bzw. mechanisches Hilfsmittel (wie Rührer) er¬ forderlich. Die sichere Funktionsweise wird durch eine tiefe Schicht des Fließbetts, z.B. 0,5 bis 1,5 m, er¬ reicht. Um auch hochfeuchte Hydrate trocknen zu können, ist es erforderlich, solche Materialien vor dem Eintrag in die Trocknungsstufe mit rückgeführtem oberflächen¬ trockenem Material auf unkritische Feuchte zu mischen und die Aufgabe so zu verteilen, daß die spezifische Flächenbelastung die Fluidisierung nicht stört. Dies kann auf vorteilhafte Weise durch mehrere Aufgabestel¬ len und/oder impulsbremsende oder verteilende Einbauten in der Schicht bewerkstelligt werden.
Die Regelung der Fließbett-Temperatur kann entweder über den Produktdurchsatz oder durch die Wärmeträger¬ temperatur vorgenommen werden. Im Falle des feuchten Gipses wird ein oberflächentrockenes Dihydrat mit vol¬ lem Kristallwassergehalt bei etwa 90 C Produkttempera¬ tur erreicht. Mit diesem Ausgangsmaterial läßt sich im Kalzinator, dem zweiten Fließbettapparat, nur durch
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Variation der Austrittstemperatur, die in engen Grenzen konstant gehalten werden kann, jede gewünschte Gipsqua¬ lität herstellen: reines B-Halbhydrat, Zweiphasengipse mit Beta-Halbhydrat und je nach Temperatur unterschied¬ lichen Gehalten an A III sowie Mehrphasengipse mit Beta-Halbhydrat, A III- und A II-Anteilen bis hin zu reinem A II. In den Kalzinator integriert kann sich am Austragsende des Kalzinators eine Kühlzone befinden, die das Produkt auf moderate Temperaturen abkühlt und darüber hinaus die Möglichkeit bietet, durch gezielte Feuchtigkeitszugabe eine Arretisierung des Produkts durchzuführen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben und erklärt. Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnung, in wel¬ cher eine Anlage zur Durchführung eines Ausführungsbei- spiels, nämlich der Kalzinierung von feuchtem Gips, schematisch dargestellt ist.
Ein mechanisch entwässerter Feuchtgips aus einer REA wird aus dem Feuchtgutsilo 1 zusammen mit bereits ober- flächen-getrocknetem Dihydrat in einem Mischer 2 auf unkritische Feuchte gemischt, so daß das Granulat gut fluidisierbar ist. Dieses wird über eine Fördereinrich¬ tung 3 in einen ersten Fließbettapparat A, also in den Trockner, an zwei Stellen eingetragen. Die Fluidisie- rungsluft wird in einem Heizregister 5 auf 150 C er¬ wärmt. Eine wesentliche Energiemenge wird der Fluidat- schicht im Trockner A durch das Wärmetauschersystem 4 zugeführt. Die Abluft aus dem Trockner A wird im Filter bzw. Zyklon 6 entstaubt. Der Staub wird zusammen mit dem oberflächengetrockneten Dihydrat aus dem Trockner A pneumatisch über eine Leitung 7 in ein Trockengutsilo 8 gefördert. Eine Teilmenge wird über eine Förderschnecke 9 als Add-Back-Material zum Mischer 2 abgezweigt. Der Rest des Gutes aus dem Trockengutsilo gelangt über ein
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Dosiergerät 10 in einen zweiten Fließbettapparat, in den Kalzinator B. Die Fluidisierungsluft für den Heißteil des Fließbettapparats B wird durch ein Regi¬ ster 11 dem gewünschten Kalzinierungsgrad entsprechend erwärmt, die Fluidisierungsluft für eine in den Flie߬ bettapparat B integrierte Kühlzone wird nicht erwärmt. Eine wesentliche Energiemenge wird in den Heißteil des Kalzinators B über ein Wärmetauschersystem 12 entspre¬ chend dem gewünschten Kalzinierungsziel eingetragen, aus der Kühlzone wird die wesentliche Energiemenge über das Wärmetauschersystem 13 abgeführt. Die Abluft aus dem Kalzinator B wird im Zyklon 14 entstaubt, und der Staub wird - dem Kalzinierungsgrad des Materials ent¬ sprechend - an geeigneter Stelle in die Materialschicht zurückgegeben. Der fertig kalzinierte, gekühlte Gips gelangt über die Pneumatikleitungen 15 in ein Endpro¬ duktsilo 16 und kann von dort für eine Weiterverarbei¬ tung abgenommen werden.
Daß das Ausführungsbeispiel für REA-Dihydrat konzipiert wurde, für das das Verfahren besonders geeignet ist, schließt die Anwendung des Verfahrens zur Kalzinierung von auch anderen Gips-Dihydrat-Gattungsformen nicht aus. Auch dabei kann das Verfahren mit den beschriebe¬ nen Vorteilen eingesetzt werden. Auch andere feuchte Hydrate lassen sich auf die erfindungsgemäß angegebene Weise mit erwähnten Vorteilen behandeln.
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