Trocknen, Kalzinieren, Reagieren: höhere Produktqualität, niedrigere Emissionen

Ob bei der Aufbereitung von Mineralien, dem Recycling von Batterien oder Solarzellen oder der Pyrolyse von Biomasse: Hochtemperaturprozesse sind integraler Bestandteil zahlreicher industrieller Anwendungen – und immer mehr gefragt. Voraussetzung ist die Einhaltung hoher Qualitätsanforderungen an Produkt und Durchsatz. Gleichzeitig gilt es, Emissionen zu reduzieren und Energie- und Ressourcenpotenziale voll auszuschöpfen.

Bisher finden die thermophysikalischen oder auch thermochemischen Prozesse, wie zum Beispiel Verbrennen, Kalzinieren, thermische Spaltung, Vergasung oder auch Schmelzung, in verschiedenen technischen Apparaten wie etwa Brennöfen, Drehrohren oder Trockenschränken statt. Bei diesen Prozessen ist ein besonders hoher Energieeinsatz nötig und oftmals leidet die Produktqualität. Das dynamische Verfahren der Kontakttrocknung ermöglicht dagegen eine effizientere Behandlung von Filterkuchen, Schlämmen oder Schüttgütern – und lässt sich in verschiedene Prozessketten integrieren.

Dabei wird das jeweilige Einsatzmaterial in einen Feststoff und ein flüssiges Kondensat getrennt. Die Reaktoren und Hochtemperaturtrockner von BHS-Sonthofen Process Technology erlauben Beheizungstemperaturen von bis zu 650 °C. Die Maschinen werden auf der Grundlage fundierter Berechnungen nach der Finite Element-Methode (FEM) mit speziellen Hochtemperaturstählen gefertigt und halten so auch dauerhaft hohen Belastungen stand.

Hohe Produktqualität dank konstant gleicher Temperatur

In traditionellen Hochtemperaturöfen findet keine Bewegung statt. Dies führt zu ungleicher Trocknung – eine genaue Prozesskontrolle ist damit nicht möglich. Bei Hochtemperaturprozessen spielt jedoch die Temperatur jedes Partikels eine zentrale Rolle. Abweichende Temperaturen führen zu Ausschuss. Durch die stetige Homogenisierung im Kontakttrockner werden demgegenüber Zeit und erforderliche Produkttemperatur immer präzise gesteuert, was zu höherer Produktqualität und niedrigerem Ausschuss führt.

Kontinuierliche Durchmischung bei dynamischen Verfahren

Das Besondere am dynamischen Verfahren in Kontakttrocknern ist die kontinuierliche Durchmischung während der gesamten Prozessdauer. Das heißt: Durch Kombination der Prozessschritte Erhitzen und Mischen wird über den gesamten Prozess ein perfekt homogenes Produkt erreicht. Dabei werden ständig neue Partikel am Heizelement vorbeigeführt, so dass die Heizfläche durchgehend optimal ausgelastet bleibt. Durch die Flächengestaltung erfolgt ein optimaler Wärmeübergang in das Produkt. Zudem verhindert die Durchmischung punktuelle, zu hohe oder zu niedrige Temperaturen. Sämtliche Parameter lassen sich durchgängig und exakt steuern. Das ist für die Produktqualität entscheidend. Gleichzeitig führt die homogene Durchmischung zu erheblichen Effizienzsteigerungen.

Nicht mehr Energie als nötig

Steigende Energiekosten sind seit vielen Jahren ein Thema – 2022 haben sie nochmal eine neue Bedeutung erhalten. Daher geraten zunehmend auch energieintensive Hochtemperaturprozesse auf den Prüfstand. Die Beheizung von Drehrohren erfolgt zum Beispiel durchgängig mit Erdgas. Das Produkt wird dabei kontinuierlich durchgerollt, was mit hohem Energieaufwand verbunden ist. Bei der Kontakttrocknung erlaubt die homogene Temperaturverteilung eine exakte Dosierung des Energieeintrags. Die Ausführung der Maschinen als komplett geschlossenes, isoliertes System reduziert Wärmeverluste auf ein Minimum. Das schont Energieressourcen und senkt so Produktionskosten.

Der Prozess im geschlossenen System erleichtert die Bedienung enorm. Anders als bei offenen Hochtemperaturöfen kommt das Produkt nicht mit der Umwelt in Berührung. Somit ist das Bedienpersonal keinen unerwünschten Emissionen ausgesetzt. Auch Befüllung und Entleerung erfolgen automatisiert. Dies erfordert also keinen Einsatz von Personal. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass kein Verlust von Produkt in die Umwelt entsteht.

Herzstück der eingesetzten Anlagen sind indirekt beheizte, vertikale oder horizontale Kontakttrockner, die sowohl chargenweise als auch kontinuierlich betrieben werden können. Oft lassen sich mehrere Schritte wie Mischen, Verdampfen und Reagieren in einer Maschine kombinieren. Auch weitere nachgeschaltete Zerkleinerungsprozesse können oft durch das dynamische Trocknungsverfahren eingespart werden, da das Produkt bereits in gewünschter Form aus dem Trockner kommt. Im Folgenden werden Einsatzbeispiele von Kontakttrocknern bei Kalzinierung und Pyrolyse erläutert.

Kalzinierung: hoher Mineralgehalt und leistungsfähiger Vakuumbetrieb

Die Kalzinierung beschreibt eine große Bandbreite von Prozessen, bei denen Ausgangsstoffe wie Mineralien oder Metalle unter thermischer Behandlung modifiziert werden. Oft werden Mineralien mit unterschiedlichem Hydratgehalt mit dem Ziel erhitzt, physikalisch gebundenes Wasser abzuspalten. Dabei werden Verflüchtigungen in Form von Gasen und Wasserdampf freigesetzt.

Für einen solchen Kalzinierprozess beim Kunden passte BHS einen kontinuierlichen Horizontaltrockner hinsichtlich eines intensiven Wärmeübergangs und exakter Materialförderung an. Spezielle Hochtemperaturschleusen für Ein- und Ausgangsströme stellen den leistungsfähigen Hochtemperaturbetrieb sicher. Brüden werden durch Heißgasfilter von Stäuben befreit. Seit der Inbetriebnahme läuft der Trockner mit einer Durchsatzleistung von mehr als einer Tonne pro Stunde.

Pyrolyse und Vergasung

Der Begriff Pyrolyse bezeichnet die thermische Spaltung von Materialien unter Ausschluss von Sauerstoff und kommt in vielen industriellen Prozessen zum Einsatz. Ziel ist es, Gase oder Öle zur weiteren Verwendung zu gewinnen. Die Vergasung geht als thermochemischer Umwandlungsprozess über die Pyrolyse hinaus. So wird zum Beispiel Biomasse in Gase oder Asche umgewandelt. Auch Kunststoffe werden in einen gasförmigen Zustand überführt. Ein weiteres Anwendungsgebiet für Hochtemperaturprozesse ist die Pyrolyse von Altreifen – so können diese Abfälle als Rohstoff für die Herstellung von Ruß und Öl verwendet werden.

BHS lieferte beispielsweise Equipment, um organische Reststoffe in Recyclinggase umzuwandeln. Ziel war es, unter Ausschluss von Sauerstoff Sondergase mit hoher Ausbeute zu erzeugen. Weitere Anforderung war eine konstante und homogene Produkttemperatur. Der in diesem Prozess eingesetzte Horizontaltrockner mit elektrischem Heizmantel ist für Temperaturen bis zu 600 °C ausgerüstet. Ein klarer Vorteil dieses dynamischen Systems ist die Handhabung von klebrigem, viskosem Material ohne Einschränkung der Produkthomogenisierung und Wärmeübertragung.

Umfassende Testmöglichkeiten für neue Anwendungen

BHS-Sonthofen bietet seinen Kunden umfassende Testmöglichkeiten im hauseigenen Test Center. Beispiele für weitere mögliche Anwendungen sind die thermische Reinigung von Metallen oder die Herstellung von Kathoden- und Anodenmaterial. Die Anlage vor Ort ist flexibel ausgeführt, BHS passt je nach Aufgabenstellung die Maschine an und wählt zusätzliche Module aus – etwa zur Abgasnachbehandlung.

Gerade in Forschung und Entwicklung, aber auch in vielen weiteren Bereichen der Chemie- und Prozessindustrie kann das dynamische Verfahren der Kontakttrocknung daher in Zukunft eine energieeffiziente Alternative zu Bestandstechnologien sein, die höhere Qualität sichert und Mensch wie Umwelt schützt.