DD255328A1 - Verfahren zur herstellung wasserfreier und staubfreier pottaschegranulate - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung kalzinierter und staubfreier Pottaschegranulate aus Pottasche-Nasssalz und Pottascheloesung. Erfindungsgemaess wird die Loesungsaufkonzentrierung, die Granulatbildung/-trocknung und Kalzination in drei getrennten Stufen durchgefuehrt. Die Granulatbildung und -trocknung erfolgt in einem Sprudelschichtgranulator mit klassierendem Austrag in den als Granulationskeime ausschliesslich feuchte Hydratpottasche gelangt und die Verduesung wird so ausgefuehrt, dass die Granulatbildung zum ueberwiegenden Teil durch Schalenwachstum der Koerner erfolgt. Die eigentliche Kalzinierung wird in einem nachgeschalteten Fliessbettapparat durchgefuehrt, der mit frischem Heissgas beaufschlagt wird. Vorteil dieses Verfahrens ist der relativ geringe energetische Aufwand, wobei Granalien hoher Festigkeit mit engem Kornband erzeugt werden koennen. Fig. 1

Description

Wirbelschichtapparat mit dem bereits in der ersten Stufe ebenfalls in einem Wirbelschichtapparat mit dem Abgas der zweiten Stufe vorgetrockneten Produkt in Kontakt gebracht. Diese Verfahrensweise ist für Pottaschegranalien nicht anwendbar, da der staubbeladene Abgasstrom der zweiten Stufe der ersten Stufe über einen Wirbelboden (Lochboden oder ähnliches) zugeführt wird, und es damit zu Verstopfungen der Öffnungen des Wirbelbodens, aufgrund der bekannten Eigenschaften der Pottasche, stark zu Ansatzbildungen zu neigen, kommt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, ein Verfahren zu entwickeln, welches ermöglicht, ein nichtstaubendes Pottaschegranulat einer gewünschten Körnung und einem engen Kornband mit einem minimalen Aufwand an Energie herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist die Aufgabe zu lösen, mit geringem energetischen Aufwand ein kalziniertes Granulat mit dem gewünschten Kornband zu erzeugen, ohne daß durch thermische Kornzerstörung ein hoher Feinkornanteil resultiert.

Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung der Pottaschegranalien in einer dreistufigen Anlage, wobei die einzelnen Stufen sowohl produkt- als auch abgas- beziehungsweise heißgasseitig gekoppelt sind. Die erste Stufe wurde als sogenannter Vorkonzentrierer für die Pottaschelösung ausgeführt, während die zweite Stufe einen bodenlosen Wirbel-Schichtapparat, einen sogenannten Sprudelschichttrockner darstellt. Die dritte SStufe ist als Fließbettapparat ausgebildet. In dem Verfahren kommt als Ausgangsstoffe die Pottasche in zwei verschiedenen Zuständen zum Einsatz, zum einen als Pottaschelösung und zum anderen als kristalline feuchte Hydratpottasche. Das durch Eindampfung auskristallisierte Pottaschehydrat (K2CO3 · 1,5H₂O) wird mittels Zentrifugen oder anderen geeigneten Apparaten bis auf eine Feuchte von 1,5% freies Wasser mechanisch entwässert, wobei das freie Wasser als 57%ige Haftlauge vorliegt und dem Sprudelschichttrockner (2. Stufe) mittels einer Aufgabevorrichtung, beispielsweise einer Eintragsschnecke mit Verteilungsvorrichtungen, zugeführt. Der Sprudelschichttrockner (2. Stufe) wird mit dem Abgas der Kalzinierung (3. Stufe) beaufschlagt. Gleichzeitig wird in der 2. Stufe die vorher in dem Vorkonzentrierer (1. Stufe) aufkonzentrierte Pottaschelösung verdüst, um die Granalien auf die erforderliche Größe zu bringen. Dabei wird die Verdüsung für die aufkonzentrierte Pottaschelösung so ausgeführt, daß die erforderliche Partikelvergrößerung zum überwiegenden Teil durch langsames Schalenwachstum erfolgt und nicht durch Agglomeration, damit für die Kalzinierung in der 3. Stufe Granulate ausreichender Festigkeit vorliegen. Durch das angestrebte Schalenwachstum soll weiterhin erreicht werden, daß der bei der Verdüsung der Pottaschelösung entstehende Feinanteil und damit der Produktaustrag aus dem Sprudelschichttrockner minimiert wird, in der 2. Stufe werden also erfindungsgemäß die bei der Eindampfungskristallisation anfallenden Teilchen weiter vergrößert, anschließend getrocknet und nur in sehr geringem Maße kalziniert. Der Granalienbildungsprozeß erfolgt demzufolge ausschließlich in der 2. Stufe. Der Sprudelschichttrockner wird so gestaltet, daß der Produktaustrag über das Zentralrohr erfolgt. Wenn die Granalien die gewünschte Größe erreicht haben, fallen diese durch das Zentralrohr entgegen dem Austragsluftstrom nach unten, da der Austragsluftstrom so eingestellt wird beziehungsweise das Zentralrohr so bemessen ist, daß die Sinkgeschwindigkeit der Pottaschegranulate etwas größer ist als die Luftgeschwindigkeit im Zentralrohr. Für die Heißluft im Zentralrohr wird ein Teilstrom des Abgases der Kalzinierung verwendet. Der Austrag der Granalien erfolgt durch ein abdichtendes Austragsorgan, beispielsweise eine Zellenradschleuse. Die Länge des Zentralrohres beträgt 3 bis 5m, vorzugsweise 4m, um eventuell feuchte Granalien, die die entsprechende Größe schon besitzen bevor die Fertigtrocknung erfolgt ist, auf ihrem Weg zum Austragsorgan noch nachzutrocknen, um ein Zusammenbacken der Granalien infolge ungenügender Trocknung zu vermeiden. Durch dieses lange Zentralrohr wird außerdem eine gute Korngrößenkontrolle gewährleistet, und es entsteht ein Teilchengrößenspektrum mit sehr engem Komband. Die getrockneten Granalien der 2. Stufe werden einem an sict^i bekannten Fließbettapparat (3. Stufe) zugeführt und hie/mit frischem Heißgas/Heißluft, welches direkt durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern oder über Rekuperatoren erzeugt wird, in Kontakt gebracht. In dieser Stufe erfolgt die eigentliche Kalzinierung des Pottaschegranulats. Durch eine hohe Heißgaseintrittstemperatur und günstige Partialdruckverhältnisse ist eine nahezu vollständige Kalzination der Granalien gewährleistet. Das Fließbett wird so gestaltet, daß die Staubanteile und die geringen Anteile an beim Kalzinationsprozeß zerplatzten Granalien zum größten Teil ausgetragen werden. Das die 3. Stufe verlassende Abgas wird ohne mechanische Zwischenreinigung der 2. Stufe (Sprudelschichttrockner) zugeführt. Da der Sprudelschichttrockner als bodenloser Apparat ausgeführt ist, sind störende Ansatzbildungen kaum zu verzeichnen.

Das die 2. Stufe (Sprudelschichttrockner) verlassende Abgas wird dem Vorkonzentrierer (I.Stufe) zugeführt, wo die Pottaschelösung aufkonzentriert und vorgewärmt wird. Dieser Apparat wird im Gegenstrom betrieben. Das aus dem Vorkonzentrierer austretende Abgas wird entweder der Karbonisierung der Kalilauge oder einem Naßwäscher zugeführt. Das Waschwasser des Naßwäschers wird im Kreislauf gefahren und bei entsprechender Konzentration an Pottasche dem Prozeß wieder zugeführt. Die Vorwärmung und Vorkonzentrierung der Pottaschelösung muß möglichst intensiv betrieben werden, um eine Pottaschelösung hoher Konzentration zur Verfügung zu haben, damit das Kornwachstum in der 2. Stufe positiv beeinflußt wird. Um die Konzentration der zu verdüsenden Pottaschelösung noch weiter zu erhöhen, ist es gegebenenfalls möglich, getrocknete Hydratpottasche aus der 2. Stufe zusätzlich zu verlösen. Das aus der Kalzinierung (3. Stufe) austretende Produkt wird zurKühlung und Entbrüdung einem Wirbelschichtkühler zugeführt. Der Warmluftstrom aus dem Wirbelschichtkühler gelangt in eine Gas-Feststoff-Trenneinrichtung, wird hier entstaubt und in der I.Stufe zur Vorwärmung und Vorkonzentrierung der Pottaschelösung genutzt.

Für den nötigen Unterdruck in der Anlage sorgt ein oder sorgen gegebenenfalls mehrere nach dem Vorkonzentrierer angeordnete naßbetriebene Abgasventilatoren, welche zur Vermeidung von Ansätzen beim Karbonisierbetrieb mit Kalilauge und beim Wäscherbetrieb mit Wasser beaufschlagt werden und beim Wäscherbetrieb gleichzeitig als solche fungieren. Die Vorteile der erfindungsgemäß beschriebenen Verfahrensweise bestehen neben den ausgezeichneten energetischen Kennziffern vor allem darin:

Durch die apparative Trennung von Trocknung und Kalzinierung und dadurch, daß die eigentliche Aufbaugranulation zum überwiegenden Teil durch Schalenbildung abläuft, wurde überraschend gefunden, daß die kalzinierten Granalien eine gegenüber nach anderen Verfahren hergestellten Granalien eine höhere Festigkeit, gleichmäßigere Kornstruktur und eine höhere Abriebfestigkeit aufweisen. Weiterhin wird der entstehende Feinkornanteil infolge Granalienzerstörung durch vorhandene Temperaturprofile bei dem Kalzinationsprozeß minimiert, da in der Kalzinationsstufe im gesamten Fließbett gleichmäßige Temperaturen herrschen. Diese wird bei den bekannten Sprüh-Granulationsverfahren mit Trocknung und Kalzination in einer Stufe nicht erreicht, da durch die Eindüsung große Temperaturgradienten entstehen beziehungsweise vorhanden sind. Im weiteren ist es gegenüber einstufigen Verfahren möglich, den Durchsatz pro Apparatevolumeneinheit erheblich zu steigern. Durch die Nutzung der Produktwärme des kalzinierten Produktes zur Erzeugung von Warmluft, welche dem Abgas des Spurdelschichttrockners (2. Stufe) zugemischt wird, wird der Konzentrierungseffekt durch die Veränderung der Partialdruckverhältnisse zwischen Abgas und Pottaschelösung erheblich verbessert. Das Verfahren wird an dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Ausführungsbeispiel

Die apparative Anordnung und der verfahrenstechnische Ablauf der Pottaschekalzination sind Figur 1 zu entnehmen. Eine mittels Zentrifugen auf eine Restfeuchte von 1,5% freies Wasser entwässerte Pottaschenaßsalzmenge von 3,0t/h, wobei das Wasser als 57%ige Haftlösung vorliegt, mit einer Temperatur von 65⁰C, wird mittels bekannter Eintragsvorrichtungen dem Sprudelschichtgranulator 1 zugeführt. Parallel dazu wird dem gleichen Apparat eine Pottaschelösungsmenge von 514kg/h mit einer Temperatur von 90°C und einer Konzentration von 140g K₂C(VIOOg H₂O mittels einer Verdüsungseinrichtung 8 aufgegeben. Die in den Sprudelschichttrockner 1 eintretende Pottaschelösung wurde zuvor in dem sogenannten Vorkonzentrierer 7 durch die den Wirbelschichtkühler 4 und den Sprudelschichtgranulator 1 verlassenden Abgase von einer Konzentration von 96g K₂CO₃/100g H₂O auf die Aufgabenkonzentration von 140g K₂CO₃/100g H₂O gebracht. Das den Vorkonzentrierer 7 verlassende Abgas wird durch einen naßlaufenden Abgasventilator 5 abgesaugt. Dem Abgasventilator 5 wird zur weiteren Reinigung des Abgases Wasser aufgegeben, welches bis zur Erreichung einer bestimmten Konzentration an K₂CO₃ im Kreislauf gefahren und dann erneuert wird. Das im Sprudelschichtgenerator 1 erzeugte Produkt wird über das Zentralrohr 9 und die Zellenradschleuse 2 ausgetragen und dem Wirbelschichtkalzinator 3 zur Kalzinierung aufgegeben. Der WirbelschichtkalzinatorSwird mit einer frischen, unbelasteten Heißgasmenge von 5500m³/hi.N. mit einer Temperatur von ca. 500°C beaufschlagt. In diesem Apparat wird das Pottaschegranulat nahezu vollständig kalziniert. Das den Wirbelschichtkalzinator 3 verlassende Abgas mit einer Temperatur von ca. 240⁰C wird dem Sprudelschichtgranulator 1 ohne mechanische Zwischenreinigung zugeführt. Daß heiße, kalzinierte Pottaschegranulat wird anschließend einem Wirbelschichtkühler 4 aufgegeben und in diesem auf Lagerungstemperatur gekühlt und entstaubt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung wasserfreier und staubfreier Pottaschegranulate mit engem Kornband, einstellbarer definierter Korngröße und hoher Granulatfestigkeit, gekennzeichnet dadurch, daß die Lösungsaufkonzentrierung, die GranulatbildungMrocknung und die Kalzination in drei apparativ getrennten Stufen durchgeführt wird, wobei Heißgas/Abgas und Produkt im Gegenstrom geführt werden und die GranulatbildungAtrocknung in einem bodenlosen Fließbettapparat, einem sogenannten Sprudelschichtgranulator mit klassierendem Austrag erfolgt, in den als Granulationskeime ausschließlich feuchte Hydratpottasche gelangt und die Verdüsung so ausgeführt wird, daß die Granulatbildung zum überwiegenden Teil durch Schalenwachstum der Körner erfolgt und die eigentliche Kalzinierung in einem dem bodenlosen Fließbettapparat nachgeschalteten Fließbettapparat erfolgt, welcher mit frischem, unbelastetem Heißgas beaufschlagt wird und das Abgas des Fließbettapparates ohne mechanische Zwischenreinigung dem bodenlosen Fließbettapparat zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das den bodenlosen Fließbettapparat und den Fließbettkühler verlassende Abgas gemischt und dem Vorkonzentrierer zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß gegebenenfalls ein Teil der in dem bodenlosen Fließbettapparat getrockneten Hydratpottasche zur zusätzlichen Lösungskonzentrierurig verwendet wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kalzinierter und staubfreier Pottaschegranulate mit einem engen Komspektrum und einer einstellbaren definierten Korngröße.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Den Ausgangsstoff zur Herstellung kristalliner Pottasche bildet meistens eine Pottaschelösung. Es ist bekannt, diese Pottaschelösung einzudampfen, das anfallende Kristallisat bis auf eine Restfeuchte von 1,5% freies Wasser mechanisch zu entwässern, wobei das freie Wasser in Form von 57%iger Haftlösung vorliegt und anschließend in einem Gegenstrom-Drehrohrapparat zu trocknen und zu kalzinieren. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt insbesondere darin begründet, daß die Pottascheteilchen in einem breiten Korngrößenspektrum mit einem hohen Staubanteil und einem gewissen Anteil an Agglomeraten/Überkom vorliegen. Die Agglomerate werden durch ein entsprechendes Aggregat zerkleinert und dem Fertigprodukt wieder zugeführt. Der hohe Staubanteil wird vor allem durch die ständige Umwälzung des Produktes in der Trommel infolge des sich bildenden Abriebs verursacht. Aufgrund der Spezifik einer Gegenstrom-Trommelkalzinierung in Verbindung mit den Produkteigenschaften ist auch der Anfall von Agglomeraten/Klumpen nicht auszuschließen. Insgesamt gesehen läßt sich bei dieser Verfahrensvariante das Korngrößenspektrum nur unbefriedigend gezielt beeinflussen und es läßt sich ohne Zusatzmaßnahmen, wie Siebung, Zerkleinerung und damit verbundenen hohen Produktionsrückführraten kein Produkt mit einem engen Korngrößenspektrum erzeugen, beziehungsweise es ist überhaupt unmöglich oder mit großen Aufwendungen verbunden, ein Produkt beispielsweise mit einer mittleren Korngröße von 2 mm herzustellen. Nach DD-WP 209612 ist ein Wirbelschichtverfahren bekannt, womit ein staubfreies in einem engen Kornspektrum liegendes Pottaschegranulat direkt aus der Lösung erzeugt wird. Der Stand der Technik bezieht sich auf die Anwendung von Heißluft als Wärmeträger. Die Erzeugung der Pottaschegranulate soll in zwei Stufen erfolgen. Während in der ersten Stufe das Granulat in einem Wirbelschichtapparat gebildet, getrocknet und fast vollständig kalziniert wird, dient die zweite Stufe lediglich als Nachkalzinationsstufe. Beide Stufen werden separat mit in Wärmeübertragern erzeugter Heißluft beaufschlagt, wobei die Heißluft der zweiten Stufe durch das austretende heiße Fertigprodukt in direktem Kontakt vorgewärmt und anschließend auf Eintrittstemperatur im Wärmeübertrager weiter erhitzt wird. Diese Verfahrensweise bedingt einen niedrigen energetischen Wirkungsgrad, da es sich, abgesehen von dem sogenannten Nachkalzinator, mit geringen Effekten bezüglich der Kristallwasserabspaltung doch im eigentlichen Sinne um ein einstufiges Verfahren handelt, und die Pottaschegranulate ausschließlich aus der Lösung gebildet werden. Die Partialdruckverhältnisse bedingen je nach Wasserdampfgehalt des Abgases eine bestimmte Höhe der Temperatur desselben.

Einerseits sind große Luftmengen als Trägermedium für die Pottaschegranulate erforderlich, andererseits muß die gesamte Energie für die Erzeugung der Pottaschegranulate von der Heißluft aufgebracht werden. Dieser Nachteil wird dann offensichtlich, wenn für das herkömmliche Verfahren und für das beschriebene Wirbelschichtverfahren als Ausgangsstoff Pottaschelösung gleicher Konzentration an Pottasche verwendet wird. Da die Erzeugung von Heißluft mit Temperaturen >200°C mittels Dampf unökonomisch ist, wird es bei den relativ geringen Temperaturen <200°C stets Schwierigkeiten hinsichtlich der vollständigen Kalzination geben. Aufgrund der relativ geringen Heißlufteintrittstemperatur und der Tatsache, daß die Abgastemperatur nicht beliebig weit abgesenkt werden kann, treten hohe Abgasverluste auf, die den geringen energetischen Wirkungsgrad bedingen. Nach der Patentschrift DD WP 76666 ist ein Verfahren zur Trocknung und Kalzination von chemischen Fällungsprodukten bekannt. Dabei handelt es sich um ein zweistufiges Verfahren, was in einem Apparat durchgeführt wird. Dabei wird das Heißgas im Gegenstrom zum Produkt der beiden Stufen geführt, das heißt der frische Heißgasstrom wird in der zweiten Stufe in einem