用于制造硬石膏的方法以及设备 |
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| 申请号 | CN200980136140.9 | 申请日 | 2009-09-11 | 公开(公告)号 | CN102171156A | 公开(公告)日 | 2011-08-31 |
| 申请人 | 克劳迪亚斯·彼得斯工程有限责任公司; | 发明人 | V·格克; T·格勒; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于由燃烧的Beta半 水 合物 石膏 制造硬石膏的方法，该方法包括：将石膏材料输送到后反应器(3)，该石膏材料主要由Beta半水合物石膏组成；在后反应器(3)中进行后处理以形成硬石膏，其中，Beta半水合物石膏在95℃的 煅烧 温度 之上的温度下直接转 化成 Alpha半水合物石膏；从后反应器(3)中引出硬石膏；以及冷却。在将石膏材料输送到后反应器(3)时将温度调整到至少煅烧温度，在从外部输送水 蒸汽 的情况下以小于30分钟的 停留时间 在后反应器(3)中进行转化，并且如此调节在后反应器(3)中的温度以及压 力 ，即，温度至少为95℃并且存在超压。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制造硬石膏的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 用于制造硬石膏的方法以及设备技术领域[0001] 本发明涉及一种用于由燃烧(gebrannt)的Beta半水合物(Beta-Hemihydrat)制造硬石膏(Hartgips)的方法。该方法包括：将主要由Beta半水合物组成的煅烧的石膏材料输送到后反应器(Nachreaktor)；在后反应器中进行后处理，其中，Beta半水合物直接转化成Alpha半水合物(Alpha-Hemihydrat)；以及引出(Ausbringen)硬石膏和随后的冷却。 背景技术[0002] 已知的是，熟石膏(Stuckgips)可以不同的形式而存在，其以半水合物的所谓的Alpha型式(Modifikation)和Beta型式而区别(文件DE-B-1771625)。为了简洁起见，熟石膏的该型式也称为Alpha石膏(硬石膏)或Beta石膏。两种类型在其半水合物(Halbhydrat)的化学和矿物学特性方面是相同的。然而，其在单个粒子(Partikel)的组织结构和晶体结构中有所区别。在Beta石膏中，在煅烧(Kalzinieren)时形成的半水合物晶体一般构造得很小，并且充满(behaften)大量的晶体晶格缺陷。这尤其地适用于快速煅烧的石膏(闪速煅烧(Flash-Kalzinierung))，如通过磨碎煅烧(Mahlkalzinierung)、旋转管煅烧(Drehrohrkalzinierung)、锅炉煅烧(Kocherkalzinierung)以及流化煅烧(Fluidisierkalzinierung)获得这种石膏。在此，在晶体中显示出从弱到强地分裂的多孔的结构。相反地，Alpha石膏由此而出众，即，半水合物晶体良好地构造并且仅仅具有很少的晶格缺陷。Alpha晶型给予石膏高的抗压性(因此也称为硬石膏)，并且使该石膏成为有价值的建筑材料(Baustoff)。 [0003] 通常地，硬石膏由生石膏(二水合物)制成。为此，已知不同的方法。第一方法利用含水的石膏悬浮液工作，在高压釜中在105℃至165℃的温度下和足有(gut)1至6bar的超压下加工该石膏悬浮液。也存在无压力的方法，在该方法中，在带有其它酸的硫酸中使石膏悬浮液在低于105℃的温度下转化。此外，还存在所谓的半干燥(quasi-trocken)的方法(文件DE-A-3819652，DE-A-3819653，EP-A-0572781)，在其中，在高压釜中，使带有相对小的低于20％的剩余湿度(Restfeuchte)的脱水的石膏在105℃至165℃之间的温度和1至6bar的超压下转化。所有这些方法共同的是，使原材料(二水合物)直接转化成硬石膏(Alpha半水合物)，其中，如有可能还需要添加材料(Zuschlagsstoff)，例如份额为5％的Beta半水合物。此外这些方法共同的是，不仅在能量方面而且在使用的材料(酸)方面其均为昂贵的且导致高的成本。 [0004] 已知另一方法，在该方法中，为了提高机械的抗压强度，使Beta石膏在后处理范围中经受人工时效(Alterung)(文件DE-B-1771625)。该方法首先设置用于传统的熟石膏(Beta石膏)的煅烧，其中，在后续的过程中从Beta半水合物中部分地产生Alpha半水合物。为了使其实现，在后处理时添加水，具体而言以这样的程度，即，使得悬浮液的温度在煅烧温度以下的区域中降低。由此使得Beta半水合物开始二水合物的再水合(Rehydratisierung)。随后，将冷却的石膏再次加热到煅烧温度以上的温度，以使得从通过冷却再水合的二水合物中再次形成半水合物，具体而言，以Alpha型式。该方法的缺点在于，得到的Alpha型式的份额并不很高，从而其仅仅具有低的效率，此外，产品还具有相对高的BET值，该BET值显著地高于传统的硬石膏的BET值。 [0005] 为了可选地制造Beta石膏或Alpha石膏，已知这样的方法(文件DE-A-3738301)，即，在该方法中，在煅烧器(Kalzinator)中利用热的流化气体(Fluidisiergas)作用二水合物。通过调整温度和压力控制形成Beta石膏还是Alpha石膏。对于Alpha石膏，在煅烧器中需要高于250℃的温度，在2至6bar的压力下。由此，该方法与已知的高压釜的使用相似且共有其缺点。此外，在Alpha型式的份额方面的纯度不令人满意。 [0006] 从文件US-A-2008152559中已知用于煅烧的多级的设备。多个反应器串联，以用于将石膏材料批量地燃烧成无水石膏(Anhydrit)。可输送热蒸汽以用于加热。反应器可设有集成的磨碎设备，以用于将无水石膏磨碎成尽可能相同的小的颗粒尺寸。该设备设计成用于超过550℃的温度和70bar的压力。由此产生的脱水的(“死烧的(totgebrannt)”)Alpha石膏不具有Alpha半水合物石膏的有利的特性。 [0007] 最后，已知一种用于制造Alpha石膏的方法，在该方法中，直接将Beta石膏转化成Alpha石膏(文件DE-A-2049028)。为此，由与水混合的Beta石膏制成的坯料(Formling)在高压釜中经过数小时转化成Alpha石膏，其中，设置成附加添加材料。 发明内容[0008] 因此，本发明的目的为，基于以上提及的现有技术给出改进的方法以及相应的设备，其允许有效地制造硬石膏。 [0010] 在用于制造硬石膏的方法(其包括：将石膏材料输送到后反应器，该石膏材料主要由Beta半水合物石膏组成；在后反应器中进行后处理以形成硬石膏，其中，Beta半水合物石膏在95℃的煅烧温度之上的温度下直接转化成Alpha半水合物石膏；以及引出硬石膏)中，根据本发明设置成，在将石膏材料输送到后反应器时将温度调整到至少煅烧温度，在输送水蒸汽的情况下以最高30分钟的停留时间(Verweilzeit)在后反应器中进行转化，并且如此调节在后反应器中的温度以及压力，即，温度至少为95℃并且存在超压。 [0011] 首先定义几个概念。煅烧温度为这样的温度，即，从该温度起在石膏中二水合物转化成半水合物。在通常的硫酸钙石膏中，该温度约为95℃。“主要”理解为最小份额为50％，优选地为90％，并且更为优选地为95％，其中，100％或技术上的纯度(Reinheit)也应包括在内。 [0012] 本发明的核心在于这样的想法，即，通过需求保护的步骤实现Beta半水合物直接转化成Alpha半水合物，而在此不走通过再水合成二水合物的弯路。 [0013] 使本发明有利的是，通过在将燃烧的Beta石膏输送到后反应器时将温度调整到煅烧温度以上的值，可靠地避免了再水合为二水合物。此外，本发明认识到，通过从外界添加水蒸汽以实现这样的可能性，即，在湿热的环境中在超压条件下，将热的(也就是说至少具有煅烧温度的)Beta半水合物石膏直接转化成硬石膏。通过由此引入的湿度，满足了Beta石膏对水的需求，从而在与高温和超压的共同作用中消除晶体缺陷，直至在最长30分钟的停留时间中最终从Beta晶体结构中得到(在其机械的特性方面有利的)Alpha晶体结构。因此，产生这样的带有水/石膏比(Wassergipswert)的硬石膏，即，该水/石膏比基本上小于Beta石膏的水/石膏比，并且由此带来机械强度的显著提高。该制造避免了使用浪费时间和能量的高压釜，该高压釜需要数小时的停留时间，并且由此不仅为浪费的，而且实际上使连续的运行成为不可能的。本发明利用其方法和其短的停留时间不仅显著地减小了时间和能量消耗，而且由于短的停留时间使甚至在连续的运行中进行在其特性方面有利的从Beta石膏到Alpha石膏的直接转化成为可能。 [0014] 本发明的另一优点在于，不需要附加材料(Zuschlagsmaterial)，从而本发明可实施成不含附加材料。 [0015] 此外，该方法由此而出众，即，其在初始材料方面为稳定的(robust)。尤其地，代替天然石膏，也可使用大量积累的(anfallend)尤其地来自烟气脱硫设备(Rauchgasentschwefelungsanlage)中的合成的石膏或同样磷石膏，如其在制造磷酸时积累的那样。由于最后提及的类型刚好大量地积累且对其进行清除造成不小的成本，因此利用根据本发明的方法提供了新的机会，即，由其制造作为有价值的建筑材料的硬石膏。 [0016] 优选地，在绝对压力中，超压(在后反应器中在该超压下进行后处理)为至少1.5bar，优选地在1.6bar和2bar之间。对于直接从Beta半水合物转化成Alpha半水合物，该压力范围已证实为尤其适宜的，并且与传统的高压釜方法(该方法在直至6bar的压力下工作)相比，在构件的抗压强度方面该压力范围需要仅仅很小的费用。适宜地设置成，待后处理的物料(Gut)通过用于较合理的连续的运行的压力闸引入后反应器中或从后反应器中引出。 [0017] 优选地，在后反应器中的温度在150℃以下。在120℃和140℃之间的温度范围被证实为有利的。 [0018] 在被输送的Beta石膏的质量方面，根据本发明的方法是稳定的。因此，Beta石膏不需要完全地煅烧，而是同样可仅仅预煅烧(ankalzinieren)，如尤其地在闪速煅烧时出现的那样。 [0019] 适宜地，后处理设置成带有至少10分钟、更为优选地至少15分钟的后处理时间。由此，也可可靠地将仅仅部分地煅烧的石膏处理成期望的硬石膏。 [0020] 根据一种优选的实施形式，在后反应器中设置对物料进行机械搅动(Agitation)，例如通过均匀化。其理解为借助于涡轮搅拌器处理物料。由此，有效地粉碎晶体，从而可以期望的方式降低用于表面的布莱因值(Blaine-Wert)。附加地，可在后反应器之后的过程中进行再粉碎。尤其地，可在硬石膏的冷却之前进行再粉碎，如有可能也可在硬石膏的冷却之后。通过在后反应器本身中的均匀化可得到尤其好的结果，具体而言，尤其地同样在使用合成的石膏作为原材料时。 [0021] 此外，在后处理时可通过将流化气体输送到后反应器中改进搅匀(Durchmischung)。由此，可避免在后反应器中结块(Anbacken)或形成死区，在后反应器中出现强烈的搅匀和更加均匀的温度分布。这导致更高的产品质量。优选地，流化气体为热的。 [0022] 为此可使用系统废气，如尤其地在将初始材料燃烧成Beta半水合物石膏时积累的那样。有利地，在根据本发明的方法的上游存在预处理，在该预处理中，使用二水合物石膏作为初始材料并且将其煅烧成带有主要为Beta半水合物的石膏材料。在此积累的系统废气可被输送到后反应器，具体而言，作为流化气体或作为热的水蒸汽。这尤其地适合于，使用煅烧磨碎机(Kalziniermühle)作为燃烧器(Brenner)。该废气足够潮湿(水含量约为35％)和热(温度至少为150℃)。但是，在需求时也可附加地输送水或水蒸汽。在此，可设置热交换器以用于形成水蒸汽，系统废气被引导通过该热交换器并且由此产生用于后反应器的水蒸汽。 [0023] 对于该方法已证实为有效的参数为，在后反应器3中温度在120℃和140℃之间并且压力为1.65至1.85bar。执行后处理直至在10至30分钟之间的停留时间之后比表面2 积(spezifische )(BET)达到最高4m/g和/或水/石膏比基本上小于0.6、 优选地小于0.5。 [0024] 最后应说明的是，该方法的显著优点在于，除了将水蒸汽输送到后反应器之外，可干燥地执行该方法。该方面使良好的能量效率以及-与在后处理时水蒸汽的输送一起-高的产品质量成为可能。 [0025] 此外，本发明进一步延伸到用于执行以上所描述的方法的设备。该设备包括用于煅烧作为初始材料的二水合物石膏的燃烧器以及在过程进程方向上位于燃烧器后的单独的后反应器，通过用于煅烧的Beta石膏的运送器件连接燃烧器和后反应器，其中，根据本发明，在热方面上如此设计该运送器件，即，以至少95℃的温度将煅烧的Beta石膏输送到后反应器，其中，后反应器具有至少另一用于从外界输送热和湿度的端口(Anschluss)，并且设置有控制装置，该控制装置如此与蒸汽回路共同作用，即，使得在超过95℃的温度和超压时调整在后反应器中最高30分钟的停留时间。 [0027] 下面参考附图解释本发明，在附图中示出了有利的实施例。其中： [0028] 图1显示了煅烧设备的实施例的示意性的总览图；以及 [0029] 图2显示了煅烧设备的后反应器的截面视图。 具体实施方式[0030] 根据用于设备的实施例解释本发明，在该设备中，将通过煅烧磨碎机煅烧的熟石膏继续加工成硬石膏。 [0031] 在交付点(Aufgabestelle)10处将用于待煅烧的物料的原材料引入煅烧设备中。当然，原材料可为生石膏，或可使用合成的石膏。原材料通过管路11从交付点10处到达煅烧磨碎机1的输入端口(Eingangsanschluss)处。优选地，煅烧磨碎机1构造成闪速煅烧器。其包括用于粉碎和煅烧原材料的装置。为了达到用于闪速煅烧所必须的约150℃至 160℃的高温，在煅烧磨碎机1处联接有高温气体发生器19。一般10秒的停留时间足够用于闪速煅烧。应说明的是，也可设置任意其它的用于原材料的煅烧的类型。煅烧之后，石膏通过输出管路12离开煅烧磨碎机1。煅烧的石膏(熟石膏)具有这样的晶型，即，其称为Beta型式。因此，该石膏也以名称Beta半水合物石膏已知。 [0032] 通过管路12将熟石膏输送到气体-石膏分离器2。该气体-石膏分离器2将煅烧的石膏从系统废气中分离，该系统废气从煅烧磨碎机1中溢出到管路12中。该系统废气通过废气管路21、压力提高级 22和管路23被引导到废气排气烟囱29。此外，将回流管路24联接到管路23处，通过该回流管路24将热的系统废气的一部分引导回到煅烧磨碎机1中。此外，分离器2在其底部处具有用于煅烧的石膏的出口。通过管路13和输入闸(Eingangsschleuse)31将煅烧的石膏输送到后反应器3处。管路12， 13实施成热管(Thermorohr)以用于将石膏的温度调整到至少95℃。可通过加热主动地实施温度调整或通过相应地选择的隔离被动地实施温度调整。应说明的是，煅烧的石膏的温度(如其从分离器2中离开并进入后反应器3那样)仅仅很小地降低，并且在大多情况下还约为150℃。在本发明的备选的实施形式(对于其如有可能应要求独立的保护)中，取消热管，并且将石膏以任意温度输送到后反应器。 [0033] 后反应器3构造成压力反应器。为了这一目的设置输入闸31，通过管路13输送的煅烧的石膏通过该输入闸31到达后反应器3中。为了这一目的，输入闸31设有滑块装置，交替地操纵该滑块装置。在后反应器3中存在约0.5bar的超压。同样可能的是，设置更低或更高的超压，尤其地在直至1bar的范围内。在后反应器3中，使熟石膏(其利用以所谓的Beta型式的晶体而存在)在超压和输送水蒸汽的情况下直接再结晶(umkristallisieren)成根据Alpha型式的晶型。在此，重要的为，超压、至少超过二水合物的煅烧温度(90℃至95℃)的温度、以及富集的湿度(尤其地通过供给水蒸汽)的存在的组合。因此，根据本发明，石膏直接地从Beta型式再结晶为Alpha型式。在此，晶体的构成是完美的，其中，排除 2 (verschlossen)(消除)了在晶体中的缺陷。在此，BET表面积减小到小于4m/g的值，其中，水/石膏比减小到基本上小于0.6的值，例如0.4的值。利用这种再结晶成根据Alpha型式的晶体，实现石膏产品强度的显著提高。产生硬石膏。尤其地，在后反应器3中在120℃至140℃之间的温度且从1.65bar至1.68bar的压力已证实为有效的。 [0034] 由此制造的带有Alpha型式的石膏(硬石膏)通过出口33和输出闸42离开后反应器3。输出闸42形成量调节系统4的一部分，其调节待引出的硬石膏的量。此外，既可控制在后反应器3中的填充状态(Füllstand)，又可控制在后反应器3中的停留时间，并由此控制在后反应器3中的转化过程。为此，量调节系统4具有填充状态传感器46，其布置在后反应器3中。传感器46可以已知的方式构造成雷达高度计 该雷达高度计将其信号传输到量调节器44处，在量调节器44处可通过作为参考变量的期望的填充高度和期望的停留时间调整参数。量调节器44取决于通过传感器46测得的值传输控制信号，通过输出线路45将该控制信号施加到输出闸42的滑块处。 [0035] 在输出闸42之后，通过管路15将尚且热的硬石膏输送到旋转管冷却器5的输入端处。在该旋转管冷却器5中冷却硬石膏，并且最终通过管路16排出硬石膏。 [0036] 下面参考图2进一步解释后反应器3和与其共同作用的系统以及其工作原理。除了用于待再结晶的石膏的输入口32和输出口33外，后反应器3还具有用于流化气体的输入口34以及用于过程气体的输入口35。此外，在后反应器的内部中布置有流化底板(Fluidisierboden)30。该流化底板30基本上包括底板，该底板带有布置在其下的空腔以用于输送流化气体，通过端口34输送该流化气体。流化气体可通过在流化底板35中的开口向上离开，并且在此流过位于流化底板35上的待处理的石膏层，并且使其流化。此外，在后反应器3的工作空间的中间设置有从下向上伸延的竖管36。该竖管36由金属的管罩壳(Rohrmantel)形成。该竖管36布置在用于过程气体的端口35之上，端口35通入喷嘴37中。该喷嘴与竖管36的中心同轴地取向。由此实现，通过端口35输送的过程气体流指向竖管36。由此，在竖管36的下端部处(在该处喷嘴37的过程气体进入)静态的压力下降，由此，从周围吸入(heransaugen)颗粒。通过气体流36向上拖动(reiβen)颗粒穿过竖管 36，并且颗粒在上端部处再次在内部空间上分散。由此，形成循环运动，其在工作空间中提供物料良好的混匀。 [0037] 此外，还可设置搅拌装置7，该搅拌装置7包括引入到后反应器3的侧壁中的涡轮搅拌器70。控制装置73如此控制该涡轮搅拌器70，即，粉碎被输送的石膏的Beta型式的长形的晶体结构。由此，用于晶体转化到Alpha型式的作用面增大。在加工作为初始材料的合成石膏时该粉碎是尤其有利的，该石膏原本(von Haus aus)具有明显的长延伸的(langgestreckt)晶型。在所示出的实施例中，出于简明性的原因仅仅示出一个涡轮搅拌器70，优选地，设置多个在周缘上均匀分布的涡轮搅拌器70；如有可能也设置在多个层中。 [0038] 有利地，可从煅烧磨碎机1的系统废气中获得对于在流化底板35上的流化必要的气体，由分离器2将系统废气供给到管路23中。可通过分支管路(Zapfleitung)91从管路23处取出系统废气，并且在借助于气泵92提高压力后通过管路94将系统废气作为流化气体输送到端口34处。以这种方式，通过输送热的且潮湿的系统废气不仅实现物料在后反应器3中的流化，而且还同时提供压力提高和温度提高。 [0039] 为了调节在后反应器3中的压力，设置有调节回路6。该调解回路6包括控制器62，由压力传感器66测得的信号施加到控制器62处。控制器62确定(ermitteln)输出信号，该输出信号构造在伺服阀61处以用于调节通过管路60从后反应器3中引导出的排气。 通过管路60导出的排气被提供到除尘器63处。通过烟道69吹出除去粉尘(Staub)的排气。通过蜂窝轮闸(Zellenradschleuse)64和管路69将被收集的粉尘输送到输出管路15。 此外，压力调节单元62构造成，在操控压力调节阀61时调整在后反应器3中的压力。 [0040] 为了输送水蒸汽设置有热交换器81，其设置在用于系统废气的管路23和排气烟囱29之间。在热交换器81中利用该系统废气加热被输送的水，并且通过管路82将水输送到蒸汽回路8。蒸汽回路8包括控制器85，该控制器85监控混合阀83，以用于确定被输送的蒸汽的量以及通过混入环境空气也确定被输送的蒸汽的温度。通过管路84将如此调整的气体混合物输送到用于过程气体的端口35。 [0041] 由此，可通过单独的系统控制在后反应器3中的压力、湿度以及温度。由此，可在后反应器3中进行熟石膏到硬石膏的转化，其中，仅仅需要输送水和来自上游过程阶段(Prozessstufe)(尤其地煅烧磨碎机1)的系统废气；不需要单独地加热后反应器3。 [0042] 可通过再粉碎(Nachzerkleinerung)补充或替代布置在后反应器3处的带有涡轮搅拌器70的粉碎设备7。为此，在输出闸42之后设置有粉碎单元7′，其可布置在旋转管冷却器5之前或之后。 [0043] 由此，该设备使执行根据本发明的方法成为可能，具体而言，在连续的运行中，如同样在批量的运行中(尤其地在设置两个后反应器3时)。由此，由煅烧磨碎机1例如通过闪速煅烧产生的被输送的熟石膏可直接再结晶成硬石膏，其中，半水合物晶体的Beta型式直接转化成半水合物的Alpha型式，具体而言，在其间不进行再水合为二水合物的。由此，水/石膏比可从大于1的初始值下降到基本上小于0.6的值，并且BET表面积可从初始值2 2 10m/g下降到小于3m/g的值。 |
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