Einsatz von Kontakttrocknern in Hochtemperatur-Anwendungen

Im Zuge der Entwicklung neuer, innovativer Materialien nimmt die Verbreitung von Hochtemperaturprozessen in der Chemieindustrie stetig zu. Die klassischen Lösungen mit Trockenschränken oder Drehrohröfen bringen dabei oft Nachteile bei der Produktqualität, aber auch hinsichtlich Handling, Emissionen und Effizienz mit sich. Drei exemplarische Anwendungen zeigen, an welchen Punkten und bei welchen Anforderungen der Einsatz moderner Hochtemperatur-Technik die Produktion besser und effizienter gestalten kann.

Kalzinierung mit hohem Mineraldurchsatz

Die Kalzinierung beschreibt eine breite Palette von Prozessen, bei denen Materialien unter thermischer Behandlung modifiziert werden. Sie kommt häufig bei Mineralien mit unterschiedlichen Hydratgehalten zum Einsatz und zielt darauf ab, physikalisch gebundenes Wasser abzuspalten. Je nach Produkt sind dafür hohe Temperaturen notwendig. Während eines Kalzinierprozesses entstehen Wasserdämpfe oder Gase, mit denen auch unerwünschte Stäube in die Umwelt gelangen.

Anwendungsbeispiel: Ein industrieller Kalzinierprozess hatte die Kernanforderungen: hoher Mineraldurchsatz und Betrieb unter Vakuum. Der für diese Anwendung entwickelte kontinuierliche Horizontaltrockner ließ sich für einen intensiven Wärmeübergang und eine exakte Materialförderung optimieren. Spezielle Hochtemperatur-Vakuumschleusen für Ein- und Ausgangsströme stellen den leistungsfähigen Vakuumbetrieb sicher. Brüden werden durch Heißgasfilter von Stäuben befreit. Seit der Inbetriebnahme ist der Trockner mit einer Durchsatzleistung von 10 t/h im Praxisbetrieb.

Batteriemassen: Temperierung von Kathodenmaterial

Der Hochtemperatur-Trockner für die Temperierung von Kathodenmassen erreicht Temperaturen von 400 °C. Bilder: AVA

Bei der Herstellung von Batteriemassen können Hochtemperaturreaktoren sowohl für die Produktion von Kathoden-, als auch Anodenmaterial zum Einsatz kommen. Die Temperierung von Kathodenmassen erfolgt typischerweise vor dem Sinterprozess als thermische Vorbehandlung bei Temperaturen >300 °C. Das Produkt wird dabei auf eine definierte Temperatur erhitzt, was bestimmte für die Batterieleistung relevante Eigenschaften verbessert. Für die kritischen Produkteigenschaften ist ein geschlossenes, dichtes System sehr wichtig. Automatisierte Abläufe reduzieren zudem den Handlingsaufwand und erhöhen den Schutz für den Bediener.

Anwendungsbeispiel: Für die Temperierung von Kathodenmassen wurde ein Hochtemperatur-Trockner gebaut, der mittels elektrischer Beheizung Temperaturen von 400 °C erreicht. Ein weiterer überaus wichtiger Aspekt war es, Material und Design der Maschine so zu gestalten, dass das Einwirken von Fremdstoffen (wie z. B. Kupfer) auf das sensible Produkt vollkommen ausgeschlossen werden konnte.

Pyrolyse und Vergasung zur Erzeugung von Recyclinggasen

Dieser Vertikaltrockner kommt für Pyrolyseanwendungen zum Einsatz.

Pyrolyse bedeutet die thermische Zersetzung von Materialien in Abwesenheit von Sauerstoff oder anderen Reaktionspartnern. Ziel ist es, Gase oder Öle zur weiteren Verwendung zu gewinnen. Die Vergasung wiederum ist ein Prozess, der organisches Material oder Biomasse in Gase und Asche umwandelt. Gase werden zur Verbrennung oder zur Synthese von flüssigem Brennstoff oder bestimmten gasförmigen Produkten verwendet.

In geschlossenen Systemen lassen sich bei niedrigeren Temperaturen vielfältige Crackingprozesse durchführen oder auch neue Verbindungen herstellen. Abhängig von den Prozesstemperaturen werden deutlich mehr kondensierbare Öle bzw. nicht kondensierbares Permanentgas erzeugt. Je nach Zielsetzung spricht man dann von Torrefizierung, NTK, Carbonisierung, Pyrolyse/Thermolyse oder Vergasung.

Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Altreifenpyrolyse. Oftmals werden Altreifen in Müllverbrennungsanlagen oder Zementöfen verbrannt. Die Altreifenpyrolyse erlaubt es jedoch, alte Reifen als Rohstoff zu nutzen, um industriellen Ruß (Carbon Black) und Öl zu gewinnen. Der hier gewonnene Ruß wird in einem abschließenden Schritt zum Endprodukt granuliert (perliert).

Anwendungsbeispiel: Der Anwender wollte organische Reststoffe in Recyclinggase umwandeln. Ziel war es dabei, Sondergase mit hoher Ausbeute zu erzeugen, also den Eintritt von Sauerstoff in den Prozess zu verhindern. Eine weitere wichtige Anforderung dieses Vergasungsprozesses bestand darin, bei konstanten und homogenen Produkttemperaturen zu arbeiten. Für diesen Prozess wurde ein einseitig gelagerter Mischreaktor konstruiert, der mit einem elektrischen Heizmantel für Temperaturen bis 600 °C ausgestattet ist. Zur schnellen Wärmeübertragung und konstanten Produkttemperatur wurde der Mischer mit Stahlkugeln beschickt. Ein Vorteil dieses dynamischen Systems ist die Handhabung von klebrigem viskosen Material ohne Einschränkung der Produkthomogenisierung und der Wärmeübertragung.

Weitere Prozesse, die sich vorteilhaft in Hochtemperatur-Kontakttrocknern umsetzen lassen, sind Festkörper-Gas-Reaktionen oder die thermische Reinigung von belasteten Böden oder Schlämmen.

Designt für hohe Produktqualität und Energieeffizienz

Anforderungen an den Horizontaltrockner zur Kalzinierung waren ein hoher Mineraldurchsatz und der Betrieb unter Vakuum.

Um die Anforderungen all dieser Anwendungen zu erfüllen, hat AVA einen horizontalen Hochtemperaturtrockner entwickelt, der in vielen Fällen eine effiziente Alternative zu den herkömmlichen Technologien darstellt. Durch elektrische Beheizung lassen sich mit dieser Maschine bis 650 °C erreichen. Die Gestaltung der beheizten Flächen sichert einen optimalen Wärmeübergang ins Produkt. Um eine gleichmäßige Temperatur im gesamten Produkt zu erreichen, wird dieses mit einem Mischwerk konstant und vollständig homogenisiert. Zur Fertigung des Trockners kommen spezielle Hochtemperatur-Stähle zum Einsatz. Um die Wärmeausdehnung bei hohen Temperaturen zu bestimmen, werden fundierte FEM-Berechnungen durchgeführt. Dadurch lassen sich dauerhaft hohe Belastungen bei Maximaltemperaturen darstellen.

Eine hohe Qualität des Endprodukts ist ein essenzielles Ziel jedes Produktionsprozesses. Je wertvoller das Produkt, desto wichtiger ist eine konstante, hohe Produktqualität. Jeglicher Ausschuss reduziert die Profitabilität des Vorhabens. Bei Hochtemperatur-Prozessen spielt die Temperatur jedes Partikels, auf die es erhitzt wird eine entscheidende Rolle. Zu niedrige oder zu hohe Temperaturen führen zu unkontrollierter Verbrennung bzw. Austrag. Durch die stetige Homogenisierung des Produkts im Kontakttrockner wird die benötigte Produkttemperatur stets exakt gesteuert. Unkontrollierte Effekte wie Hotspots oder ungewünschte Reaktionsprozesse werden vermieden.

Ökologische Überlegungen und hohe Energiekosten lassen dem Thema Energieeffizienz eine immer größere Bedeutung zukommen. Die homogene Durchmischung des Produkts im Kontakttrockner und die daraus folgende homogene Temperaturverteilung erlauben eine exakte Dosierung des Energieeintrags. Es wird exakt die benötigte Menge an Energie aufgewendet, die Kosten können so niedrig gehalten werden. Die Ausführung der Maschinen als komplett geschlossenes, isoliertes System reduziert Wärmeverluste auf ein Minimum.