DE102009006095B4

DE102009006095B4 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid

Info

Publication number: DE102009006095B4
Application number: DE102009006095.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Missalla; Pekka Hiltunen; Roger Bligh; Dr. Schmidbauer Erwin; Dr. Klett Cornelis; Günter Schneider
Original assignee: Outotec Oyj
Current assignee: Metso Metals Fi Oy
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2029-01-27
Also published as: SA110310076B1; GB2478240A; EA201190030A1; WO2010083865A3; FI124834B; US8460624B2; US20120052000A1; GB2478240B; GB201109904D0; WO2010083865A2; CA2745572A1; CN102317202B; CN102317202A; BRPI0924110B8; CA2745572C; DE102009006095A1; AU2009337948A1; AU2009337948B2; FI20110259L; EA021211B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, wobei das Aluminiumhydroxid in einer ersten Vorwärmstufe vorgewärmt, in einer zweiten Vorwärmstufe vorkalziniert und in einem Wirbelschichtreaktor zu Aluminiumoxid kalziniert wird, und wobei das gewonnene Produkt dann in wenigstens einem Suspensionswärmetauscher und anschließend in einem mehrstufigen indirekten Kühler abgekühlt wird, wobei dem Wirbelschichtreaktor Fluidisierungsgas mit einer Temperatur von bis zu 150 °C zugeführt wird, wobei das feuchte Aluminiumhydroxid (Hydrat) vor dem Eintritt in die erste Vorwärmstufe wenigstens teilweise einem Hydrattrockner zugeführt wird, in welchem es mit Wärmeträgermedium aus der ersten Stufe des indirekten Kühlers indirekt erwärmt und getrocknet wird, und wobei ein Teilstrom des Aluminiumhydroxids an dem Hydrattrockner vorbeigeführt wird, wobei eine Abgastemperatur des Verfahrens über die Menge des dem Hydrattrockner zugeführten Aluminiumhydroxids geregelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, wobei das Aluminiumhydroxid in einer ersten Vorwärmstufe vorgewärmt, in einer zweiten Vorwärmstufe vorkalziniert und in einem Reaktor zu Aluminiumoxid kalziniert wird, und wobei das gewonnene Produkt dann in wenigstens einem Suspensionswärmetauscher und anschließend in einem mehrstufigen indirekten Kühler abgekühlt wird.
Metallhydroxide sind ein Rohmaterial zur Herstellung von Metalloxiden, welche einen wichtigen Grundstoff der anorganischen Chemie darstellen. In ihren natürlichen Vorkommen liegen Metallhydroxide überwiegend in einer gemischten Form vor, so dass die Rohstoffe aufgereinigt werden müssen.
Im Falle der Herstellung von Aluminiumhydroxid geschieht dies durch das sog. Bayer-Verfahren, bei dem die bergmännisch abgebauten Mineralien, vor allem Bauxit, zerkleinert und mit Natriumhydroxidlösung versetzt werden. Unlösliche Rückstände, wie etwa Rotschlamm, der vor allem Eisenoxid enthält, können so durch Filtration von dem gelösten Aluminiumhydrat abgetrennt werden. Durch Kristallisation und erneute Filtration gewinnt man aus dieser Lösung reines Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃).
Ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid (Al₂O₃) aus Aluminiumhydroxid ist bspw. aus der EP 0 861 208 B1 oder der DE 10 2007 014 435 A1 bekannt. Hierbei wird das feuchte Aluminiumhydroxid zunächst in einem ersten Suspensionswärmetauscher getrocknet und auf eine Temperatur von etwa 160 °C vorgewärmt. Der Feststoff wird nach Abscheidung in einem Zyklonabscheider einem zweiten Suspensionsvorwärmer zugeführt, in welchem er mit dem Abgas aus dem Rückführzyklon einer zirkulierenden Wirbelschicht weiter getrocknet wird, und dann einem Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht aufgegeben. In dem Wirbelschichtreaktor wird das Aluminiumhydroxid bei Temperaturen von etwa 1.000 °C zu Aluminiumoxid kalziniert. Ein Teilstrom des vorgewärmten Aluminiumhydroxids wird nach dem ersten Suspensionsvorwärmer ( EP 0 861 208 B1 ) bzw. nach dem zweiten Suspensionsvorwärmer ( DE 10 2007 014 435 A1 ) abgezweigt und mit aus dem Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht abgezogenem heißem Aluminiumoxid vermischt. Das heiße Produktgemisch wird anschließend in einem mehrstufigen Suspensionskühler in direktem Kontakt mit Luft gekühlt und dann zur Schlusskühlung einem Wirbelschichtkühler zugeführt. Die Fluidisierung der Wirbelschicht in dem Wirbelschichtreaktor erfolgt mit Hilfe von Fluidisierungsgas (Primärluft), welches in einer ersten Kammer des Wirbelschichtkühlers auf eine Temperatur von 188 °C vorgewärmt wurde. In den Suspensionswärmetauschern für die Kühlung des Produktes wird zudem Sekundärluft in direktem Wärmetausch mit dem Aluminiumoxid auf 525 °C aufgeheizt bevor sie dem Wirbelschichtreaktor zugeführt wird.
Aus der EP 0 245 751 B1 ist ein Verfahren zur Durchführung endothermer Prozesse an feinkörnigen Feststoffen bekannt, mit welchem die Produktwärme innerhalb des Gesamtprozesses besser genutzt werden soll. Bei der Kalzinierung von Aluminiumhydroxid wird ein Teilstrom des Ausgangsmaterials einem indirekt beheizten Vorwärmer zugeleitet und anschließend gemeinsam mit dem direkt zugeführten Aufgabegut in einen Elektrofilter eingetragen. Der Feststoff wird dann von dem Elektrofilter über zwei hintereinander geschaltete Vorwärmsysteme einer zirkulierenden Wirbelschicht zugeleitet, in welcher der Feststoff mit Fluidisierungsgas (Primärluft) fluidisiert und bei Temperaturen von etwa 1.000 °C kalziniert wird. Der aus der zirkulierenden Wirbelschicht abgezogene Feststoffstrom wird in einem eine erste Kühlstufe bildenden indirekten Wirbelschichtkühler abgekühlt und dann einer zweiten und dritten Kühlstufe, jeweils wiederum in Form von Wirbelschichtkühlern, zugeführt, um das Feststoffprodukt weiter abzukühlen. Die in dem ersten Wirbelschichtkühler aufgeheizte Primärluft wird mit einer Temperatur von 520 °C als Fluidisierungsluft in den Wirbelschichtreaktor eingeführt, während die Fluidisierungsluft der Wirbelschichtkühler mit einer Temperatur von 670 °C als Sekundärluft in den Wirbelschichtreaktor eingespeist wird. Das Wärmeträgermedium des zweiten Wirbelschichtkühlers wird mit einer Temperatur von 200 °C als Heizmittel dem indirekten Vorwärmer für das Ausgangsmaterial zugeführt und dann nach Abkühlung auf 160 °C wieder zum Eingang des zweiten Wirbelschichtkühlers zurückgeführt.
Die Kalzinierung von Aluminiumhydroxid ist sehr energieaufwendig. Bei herkömmlichen Prozessen ist ein Energieaufwand von etwa 3.000 kJ/kg erzeugtem Aluminiumoxid erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Energiebedarf einer Kalzinieranlage zu verringern und ein effizientes Verfahren für die Kalzinierung von Aluminiumhydroxid bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass dem Wirbelschichtreaktor Fluidisierungsgas mit einer Temperatur von 40 bis 150 °C, insbesondere 70 bis 120 °C zugeführt wird und dass das Aluminiumhydroxid vor dem Eintritt in die erste Vorwärmstufe wenigstens teilweise einem Hydrattrockner zugeführt wird, in welchem es mit Wärmeträgermedium aus der ersten Stufe des indirekten Kühlers indirekt auf eine Temperatur von vorzugsweise 80 bis 120 °C erwärmt und getrocknet wird. Da das Fluidisierungsgas (Primärgas) vor dem Eintritt in den Wirbelschichtreaktor nicht mehr auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, muss sie anders als beim Stand der Technik nicht mehr zum Aufheizen durch den indirekten Kühler geführt werden. Nachdem die erste Stufe des indirekten Kühlers nicht mehr für die Primärgasvorwärmung benötigt wird, kann sie für das Aufheizen eines Wärmeträgermediums genutzt werden, welches dann zur Trocknung des Aufgabematerials dem Hydrattrockner zugeführt wird. Zur indirekten Aufheizung des Wärmeträgermediums wird vorzugsweise ein Wirbelschichtkühler verwendet. Es sind auch andere Kühlertypen hierzu geeignet, z. B. Drehrohrkühler.
Da das Primärgas nicht vorgewärmt wird, wird die Fluidisierungsluft erfindungsgemäß nach der Kompression ohne weitere Aufheizung direkt in den Wirbelschichtreaktor eingeführt.
Das Wärmeträgermedium aus der ersten Stufe des Wirbelschichtkühlers wird dem Hydrattrockner vorzugsweise mit einer Temperatur von 130 bis 200 °C, insbesondere 140 bis 170 °C zugeführt.
In Weiterbildung der Erfindung wird das Wärmeträgermedium zwischen der ersten Stufe des Wirbelschichtkühlers und dem Hydrattrockner im Kreislauf geführt, so dass kein zusätzliches Wärmeträgermedium zugeführt werden muss. In der Kühlstufe steht eine ausreichende Energie zur Verfügung, um das Wärmeträgermedium aufzuheizen und eine effiziente Trocknung zu erreichen. Gleichzeitig wird der Energietransfer zwischen Kühlstufe und Trocknung in Abhängigkeit von der Menge und Feuchte des Aluminiumhydroxids geregelt, so dass eine höhere Flexibilität bei der Anlagensteuerung erreicht und der Energieverbrauch verringert wird.
Erfindungsgemäß wird ein flüssiges Wärmeträgermedium, z. B. Thermoöl, insbesondere aber Wasser, verwendet, da dies kostengünstig zur Verfügung steht und sich problemlos zwischen den Anlagenabschnitten verschieben lässt.
In dem Hydrattrockner wird das feuchte Aluminiumhydroxid (Hydrat) vorzugsweise in fluidisiertem Zustand gehalten, um den Wärmeübergang zu erhöhen und dadurch die Wärmeaustauschfläche möglichst klein zu halten. Als Fluidisierungsgas kann hierzu vorteilhaft Luft verwendet werden. Das Gas aus dem Hydrattrockner kann, ggf. nach einer Staubabtrennung, direkt in die Umgebungsluft abgegeben werden oder zur Wasserrückgewinnung eingesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Wärmeträgermedium, vorzugsweise Druckwasser, mit erhöhtem Druck von 1 bis 50 bar, vorzugsweise bei 2 bis 40 bar zirkuliert. Wird Thermoöl als Wärmeträgermedium verwendet, kann dieses nahezu drucklos auf die erforderliche Temperatur gebracht werden.
Ein Teilstrom des Hydrats wird an dem Hydrattrockner vorbeigeführt. Hierdurch ist es möglich, auf unterschiedliche Feuchtegehalte des Hydrats zu reagieren. Gleichzeitig wird die Temperatur des Abgases geregelt. Die Abgastemperatur lässt sich erfindungsgemäß auf 110 bis 170 °C, vorzugsweise 120 bis 140 °C absenken, so dass der Energieverlust durch das über den Kamin abgeführte Abgas verringert wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist nach der zweiten Vorwärmstufe eine dritte Vorwärmstufe vorgesehen, in welcher das Aluminiumhydroxid auf eine Temperatur von 250 bis 500 °C aufgeheizt wird. Durch diese stärkere Vorwärmung des Aluminiumhydroxids muss im Reaktor weniger Energie zugeführt werden, so dass die niedrigere Temperatur des Primärgases kein Problem bereitet. Zudem ermöglicht es die dritte Vorwärmstufe, die Temperatur in den einzelnen Prozessschritten genauer zu regeln und das Verfahren zu optimieren. Dadurch kann der Energieverbrauch weiter verringert werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, die zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Die Anlage weist wenigstens einen Vorwärmer in einer ersten Vorwärmstufe zur Vorwärmung des Aluminiumhydroxids, wenigstens einen Vorwärmer in einer zweiten Vorwärmstufe zur Vorkalzinierung des Aluminiumhydroxids, einen Wirbelschichtreaktor zur Kalzinierung des Aluminiumhydroxids zu Aluminiumoxid und wenigstens einen Suspensionskühler zur direkten Kühlung des gewonnen Produktes sowie einen danach vorgesehenen mehrstufigen Wirbelschichtkühler zur indirekten Kühlung des gewonnenen Produktes auf. Vor der ersten Vorwärmstufe ist erfindungsgemäß ein Hydrattrockner zur Trocknung des Aluminiumhydroxids vorgesehen, wobei durch den Hydrattrockner eine Zirkulationsleitung für ein Wärmeträgermedium zur indirekten Erwärmung des Hydrats geführt ist und wobei die Zirkulationsleitung mit der ersten Stufe des Wirbelschichtkühlers verbunden ist.
Um den Hydrattrockner ist eine Bypassleitung vorgesehen, die mit der ersten Vorwärmstufe verbunden ist, um einen Teilsstrom des Hydrats direkt der ersten Vorwärmstufe zuführen zu können.
Die Aufteilung des Hydratstroms zwischen dem Hydrattrockner und der Bypassleitung erfolgt erfindungsgemäß über ein Regelventil, welches in Abhängigkeit von der Abgastemperatur betätigt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist nach der zweiten Vorwärmstufe eine dritte Vorwärmstufe vorgesehen, die einen Suspensionswärmetauscher und eine Abscheidevorrichtung aufweist.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens wird filterfeuchtes Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃) an einer Aufgabestation 1 aufgegeben. Das Aluminiumhydroxid wird über eine Leitung 2 in einen Hydrattrockner 3 eingeführt, in welchem das Hydrat in indirektem Wärmetausch mit einem flüssigen Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, auf eine Temperatur von etwa 100 bis 110 °C erwärmt und ausgehend von einer Feuchte von beispielsweise 6 % nahezu vollständig getrocknet wird. Das getrocknete Hydrat wird anschließend einem Suspensionswärmetauscher 4 einer ersten Vorwärmstufe zugeführt und auf eine Temperatur von 100 bis 200 °C vorgewärmt. Die Temperaturregelung im Hydrattrockner erfolgt in Abhängigkeit von der Feuchte des zugeführten Hydrates, so dass auf Schwankungen im Ausgangsstoff schnell reagiert werden kann, ohne die Energieeffizienz der Anlage zu verringern.
Ein Teilstrom des Hydrats kann über eine Bypassleitung 5 an dem Hydrattrockner 3 vorbei direkt dem Suspensionswärmetauscher 4 zugeführt werden. Die Größe des Teilstroms wird hierbei über ein Regelventil 6 eingestellt, das in der Leitung 2 oder der Bypassleitung 5 angeordnet sein kann. Die Regelung des Bypassstromes erfolgt in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, um den Energieverlust so gering wie möglich zu halten. Wird ein größerer Anteil des Hydrats über den Hydrattrockner 3 geführt, so steigt die Abgastemperatur des Suspensionswärmetauschers 4, da mehr Feuchtigkeit (Wasser) im Hydrattrockner 3 entfernt und nicht erst im nachfolgenden Suspensionswärmetauscher 4 verdampft wird. Bei Zufuhr einer geringen Hydratmenge zum Hydrattrockner 3 wird dem Suspensionswärmetauscher 4 mehr feuchtes Hydrat zugeführt und die Abgastemperatur sinkt entsprechend.
Die in den Suspensionswärmetauscher 4 eingebrachten Feststoffe werden von einem aus einer zweiten Vorwärmstufe kommenden Abgasstrom erfasst, durch diesen erwärmt und über eine Leitung 7 pneumatisch in den als Vorabscheider ausgebildeten Eingangsbereich eines Elektrofilters (elektrostatische Gasreinigung; ESP) 8 eingetragen. Im Elektrofilter 8 wird das Gas gereinigt und mit einer Temperatur von 110 bis 170 °C, vorzugsweise 120 bis 140 °C, in einen nicht dargestellten Kamin abgeleitet. Wegen des durch den vorgeschalteten Hydrattrockner 3 verringerten Gehaltes an Wasser aus dem feuchten Hydrat im Abgas ist trotz dieser niedrigen Temperatur keine Kondensation von Wasser an den Anlagenteilen zu befürchten. Durch die ausbleibende Kondensation wird die Korrosion in der Anlage vermieden.
Der aus dem Elektrofilter 8 austretende Feststoff gelangt über eine Leitung 9 in einen zweiten Suspensionswärmetauscher 10 der zweiten Vorwärmstufe, in welchem der Feststoff von dem aus einer dritten Vorwärmstufe austretenden Gasstrom erfasst, auf eine Temperatur von 150 bis 300 °C aufgeheizt und über eine Leitung 11 einem Abscheidezyklon 12 zugeführt wird. Der Abgasstrom des Abscheidezyklons 12 wird über eine Leitung 13 dem Suspensionswärmetauscher 4 zugeführt, um das Hydrat zu erwärmen und zu dem Elektrofilter 8 zu fördern.
Die Feststoffe aus dem Abscheidezyklon 12 werden über eine Leitung 14 in einen dritten Suspensionswärmetauscher 15 (dritte Vorwärmstufe) eingetragen, von einem aus einem Rückführzyklon 16 einer zirkulierenden Wirbelschicht austretenden Gasstrom erfasst und bei Temperaturen von 200 bis 450 °C, insbesondere 250 bis 370 °C, weiter entwässert und zumindest teilweise zu Aluminiummonohydrat (AIOOH) dehydratisiert (vorkalziniert).
Der Gas-Feststoff-Strom wird über eine Leitung 17 einem Abscheidezyklon 18 zugeführt, in dem wiederum eine Trennung des Gas-Feststoff-Stromes erfolgt, wobei der Feststoff durch eine Leitung 19 nach unten abgeführt und das Abgas in den zweiten Suspensionswärmetauscher 10 der zweiten Vorwärmstufe geleitet wird.
In der zweiten und insbesondere der dritten Vorwärmstufe erfolgt somit eine Vorkalzinierung des Aluminiumhydroxids. Unter Vorkalzinierung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung die teilweise Entwässerung verstanden. Kalzinierung bezeichnet dagegen die vollständige Entwässerung .
Nach dem sich an den dritten Suspensionswärmetauscher 15 anschließenden Abscheidezyklon 18 wird der Feststoffstrom mittels einer beispielsweise in der DE 10 2007 014 435 A1 beschriebenen Vorrichtung aufgeteilt. Ein etwa 80 bis 90 % des Feststoffstromes enthaltender Hauptstrom wird über eine Leitung 19 einem Wirbelschichtreaktor 20 zugeführt, in dem das Aluminiummonohydrat bei Temperaturen von 850 bis 1.100 °C, insbesondere etwa 950 °C, kalziniert und zu Aluminiumoxid (Al₂O₃) dehydratisiert wird. Die Zuführung des für die Kalzinierung erforderlichen Brennstoffs erfolgt über eine Brennstoffleitung 21, die in geringer Höhe über dem Rost des Wirbelschichtreaktors 20 angeordnet ist. Die zur Verbrennung erforderlichen sauerstoffhaltigen Gasströme werden über eine Zufuhrleitung 22 als Fluidisierungsgas (Primärluft) und über eine Zufuhrleitung 23 als Sekundärluft zugeführt. Infolge der Gaszuführung stellt sich im unteren Reaktorbereich zwischen dem Rost und der Sekundärgaszuführung eine relativ hohe Suspensionsdichte, oberhalb der Sekundärgaszuführung eine vergleichsweise geringere Suspensionsdichte ein. Die Primärluft wird nach der üblichen Kompression ohne weitere Erwärmung mit einer Temperatur von etwa 80 °C in den Wirbelschichtreaktor 20 eingespeist. Die Temperatur der Sekundärluft liegt bei etwa 550 °C.
Die Gas-Feststoff-Suspension tritt über eine Verbindungsleitung 24 in den Rückführzyklon 16 der zirkulierenden Wirbelschicht ein, in dem eine neuerliche Trennung von Feststoff und Gas erfolgt. Der über eine Leitung 25 aus dem Rückführzyklon 16 austretende Feststoff, der eine Temperatur von etwa 950 °C aufweist, wird in einen Mischbehälter 26 eingetragen. In den Mischbehälter 26 wird über eine Bypassleitung 27 auch der unterhalb des Abscheidezyklons 18 abgetrennte Teilstrom des Aluminiummonohydrats, das eine Temperatur von etwa 320 bis 370 °C aufweist, eingebracht. In dem Mischbehälter 26 wird entsprechend dem Mischungsverhältnis zwischen dem über die Leitung 25 zugeführten heißen Aluminiumoxid-Strom und dem über die Bypassleitung 27 zugeführten Aluminiummonohydrat-Strom eine Mischtemperatur von etwa 700 °C eingestellt. Die beiden Produktströme werden in dem Mischbehälter 26, der eine fluidisierte Wirbelschicht aufweist, durchmischt, um auch das über die Bypassleitung 27 zugeführte Aluminiummonohydrat vollständig zu Aluminiumoxid zu kalzinieren. Eine sehr lange Verweilzeit von bis zu 30 Minuten oder bis zu 60 Minuten führt zu einer hervorragenden Kalzinierung im Mischbehälter 26. Es kann jedoch auch schon eine Verweilzeit von weniger als 2 Minuten, insbesondere etwa 1 Minute oder sogar weniger als 30 Sekunden ausreichen.
Aus dem Mischbehälter 26 wird das erhaltene Produkt einem ersten, aus Steigleitung 28 und Zyklonabscheider 29 gebildeten Suspensionskühler geleitet. Das Abgas des Zyklonabscheiders 29 gelangt über die Leitung 23 als Sekundärluft in den Wirbelschichtreaktor 20, der Feststoff in den aus Steigleitung 30 und Zyklonabscheider 31 gebildeten zweiten Suspensionskühler und schließlich in den aus Steigleitung 32 und Zyklonabscheider 33 gebildeten dritten Suspensionskühler. Der Gasfluss durch die einzelnen Suspensionskühler erfolgt im Gegenstrom zum Feststoff über die Leitungen 35 und 34.
Nach dem Verlassen des letzten Suspensionskühlers erfährt das erzeugte Aluminiumoxid eine Schlusskühlung in dem mit vier Kühlkammern 36a-d ausgestatteten Wirbelschichtkühler 36. In dessen erste Kammer 36a tritt das Aluminiumoxid mit einer Temperatur von etwa 300 °C ein und heizt ein flüssiges Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, auf eine Temperatur von 140 bis 195 °C, vorzugsweise 150 bis 190 °C und insbesondere 160 bis 180 °C. Das aufgeheizte Wärmeträgermedium wird über eine Zirkulationsleitung 37 dem Hydrattrockner 3 zugeführt, um dort das feuchte Aluminiumhydroxid (Hydrat) über indirekten Wärmetausch zu trocknen. Das Hydrat wird hierbei in fluidisiertem Zustand gehalten, um den Wärmeübergang zu erhöhen und dadurch die Wärmeaustauschfläche möglichst klein zu dimensionieren. Es erfolgt eine langsame Trocknung des Hydrates auf einem niedrigen Temperaturniveau und mit relativ geringen Temperaturgradienten bzw. Aufheizgeschwindigkeiten. Durch diese schonende Behandlung wird die Belastung der Hydratpartikel reduziert und die Wahrscheinlichkeit für Bruch verringert. Hierdurch wird der Feinstaubanteil im Feststoff reduziert, was zu geringeren Druckverlusten in der Anlage führt. Der bei der Trocknung des Hydrates entstehende Wasserdampf kann zur Verringerung der Hydratfeuchte auf einem (nicht dargestellten) Hydratfilter eingesetzt werden. Da die Wärmemenge, die von dem Wirbelschichtkühler 36 an das Wärmeträgermedium abgegeben wird, nur von der produzierten Menge an Aluminiumoxid abhängt, kann der Massenstrom des Hydrates in den Hydrattrockner 3 durch eine niedrigere Hydratfeuchte erhöht werden. Hierdurch lässt sich der spezifische Energiebedarf der Anlage weiter reduzieren.
Nach Durchlaufen des Hydrattrockners 3 wird das Wärmeträgermedium über die Zirkulationsleitung 37 mit einer Temperatur von etwa 100 bis 190 °C, bevorzugt 120 bis 180 °C und insbesondere 140 bis 170 °C, wieder zu der ersten Kammer 36a des Wirbelschichtkühlers zurückgeführt. Der Druck im Wärmetransportkreislauf wird vorzugsweise so eingestellt, dass eine Kondensation des Wärmeträgermediums im Hydrattrockner 3 vermieden wird und liegt bei 1 bis 50 bar und insbesondere zwischen 2 und 40 bar.
In den nachgeschalteten Kammern 36b bis 36d wird das Aluminiumoxid durch ein im Gegenstrom geführtes Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, weiter auf eine Temperatur von etwa 80 °C abgekühlt und dann über eine Leitung 38 als Produkt abgeführt.
Die Kammern 36a bis 36d werden mit Hilfe von Sekundärluft, die über eine Leitung 39 mit einer Temperatur von 80 bis 100°C zugeführt wird, fluidisiert. Die Sekundärluft wird anschließend aus dem Wirbelschichtkühler 36 abgezogen und als Förderluft für den dritten Suspensionskühler eingesetzt. Über eine Leitung 40 kann zusätzliche Luft zugeführt werden. Anstatt Luft kann über die Leitungen 39 und/oder 40 auch reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von 21 bis 100 Vol.-% zugeführt werden.
Mit der Erfindung kann die Temperatur in den einzelnen Stufen des Prozesses genau eingestellt werden, wodurch der Prozess optimiert und der Energieverbrauch verringert werden kann. Auf Schwankungen in der Qualität, insbesondere der Feuchte, des Ausgangsproduktes kann schnell reagiert werden. Die Abgastemperaturen im Kamin und damit die Energieverluste lassen sich gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduzieren. Simulationsrechnungen lassen bei gleichbleibender Produktqualität eine Verringerung der benötigten Energie pro kg Produkt von bis zu 10 % erwarten. Zudem ergibt sich eine schonende Behandlung der Feststoffe, so dass der Partikelbruch verringert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Aufgabestation
2: Leitung
3: Hydrattrockner
4: Suspensionswärmetauscher (Vorwärmer)
5: Bypassleitung
6: Regelventil
7: Leitung
8: Elektrofilter (elektrostatische Gasreinigung)
9: Leitung
10: Suspensionswärmetauscher (Vorwärmer)
11: Leitung
12: Abscheidezyklon
13: Leitung
14: Leitung
15: Suspensionswärmetauscher
16: Rückführzyklon
17: Leitung
18: Abscheidezyklon
19: Leitung
20: Wirbelschichtreaktor
21: Brennstoffleitung
22: Zufuhrleitung
23: Zufuhrleitung
24: Verbindungsleitung
25: Leitung
26: Mischbehälter
27: Bypassleitung
28: Steigleitung
29: Zyklonabscheider
30: Steigleitung
31: Zyklonabscheider
32: Steigleitung
33: Zyklonabscheider
34: Leitung
35: Leitung
36: Wirbelschichtkühler
36a-d: Kammern des Wirbelschichtkühlers 36
37: Zirkulationsleitung
38: Leitung
39: Leitung
40: Leitung

Claims

Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, wobei das Aluminiumhydroxid in einer ersten Vorwärmstufe vorgewärmt, in einer zweiten Vorwärmstufe vorkalziniert und in einem Wirbelschichtreaktor zu Aluminiumoxid kalziniert wird, und wobei das gewonnene Produkt dann in wenigstens einem Suspensionswärmetauscher und anschließend in einem mehrstufigen indirekten Kühler abgekühlt wird, wobei dem Wirbelschichtreaktor Fluidisierungsgas mit einer Temperatur von bis zu 150 °C zugeführt wird, wobei das feuchte Aluminiumhydroxid (Hydrat) vor dem Eintritt in die erste Vorwärmstufe wenigstens teilweise einem Hydrattrockner zugeführt wird, in welchem es mit Wärmeträgermedium aus der ersten Stufe des indirekten Kühlers indirekt erwärmt und getrocknet wird, und wobei ein Teilstrom des Aluminiumhydroxids an dem Hydrattrockner vorbeigeführt wird, wobei eine Abgastemperatur des Verfahrens über die Menge des dem Hydrattrockner zugeführten Aluminiumhydroxids geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidisierungsgas komprimiert und danach direkt dem Wirbelschichtreaktor zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhydroxid in dem Hydrattrockner auf eine Temperatur von 80 bis 120 °C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium aus der ersten Stufe des indirekten Kühlers dem Hydrattrockner mit einer Temperatur von 130 bis 200 °C zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium zwischen der ersten Stufe des indirekten Kühlers und dem Hydrattrockner im Kreislauf geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträgermedium ein flüssiges Wärmeträgermedium verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als flüssiges Wärmeträgermedium Wasser verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium mit einem Druck von 1 bis 50 bar zirkuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium mit einem Druck von 2 bis 10 bar zirkuliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumhydroxid in dem Hydrattrockner in fluidisiertem Zustand gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Vorwärmstufe eine dritte Vorwärmstufe vorgesehen ist, in welcher das Aluminiumhydroxid auf eine Temperatur von 200 bis 500 °C aufgeheizt wird.
Anlage zur Herstellung von Aluminiumoxid aus Aluminiumhydroxid, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Vorwärmer (4) in einer ersten Vorwärmstufe zur Vorwärmung des Aluminiumhydroxids, wenigstens einem Vorwärmer (10) in einer zweiten Vorwärmstufe zur Vorkalzinierung des Aluminiumhydroxids, einem Wirbelschichtreaktor (20) zur Kalzinierung des Aluminiumhydroxids zu Aluminiumoxid, und wenigstens einem Suspensionskühler (32, 33) zur direkten Kühlung des gewonnenen Aluminiumoxids sowie einem danach vorgesehenen mehrstufigen Kühler (36) zur indirekten Kühlung des gewonnenen Aluminiumoxids, wobei vor der ersten Vorwärmstufe ein Hydrattrockner (3) zur Trocknung des Aluminiumhydroxids vorgesehen ist, wobei durch den Hydrattrockner (3) eine Zirkulationsleitung (37) für ein Wärmeträgermedium zur indirekten Erwärmung des Aluminiumhydroxids geführt ist, wobei die Zirkulationsleitung (37) mit einer ersten Kammer (36a) des indirekten Kühlers (36) verbunden ist und wobei eine Bypassleitung (5) um den Hydrattrockner (3) vorgesehen ist, die mit der ersten Vorwärmstufe verbunden ist, wobei zwischen dem Hydrattrockner (3) und der Bypassleitung (5) ein Regelventil (6) zur Aufteilung eines Aluminiumhydroxidstroms vorgesehen ist und wobei das Regelventil (6) so ausgestaltet ist, dass die Regelgröße des Regelventils (6) eine Abgastemperatur eines nach dem ersten Vorwärmer (4) vorgesehen Elektrofilters (8) ist.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Vorwärmstufe eine dritte Vorwärmstufe mit einem Suspensionswärmetauscher (15) und einer Abscheidevorrichtung (18) vorgesehen ist.