Verfahren und Vorrichtung zum Trennen eines Staubgemisches in seine Staubanteile

Abstract

 Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Trennen eines Staubgemisches aus zwei Stäuben unterschiedlicher Dichten in seine Staubbestandteile wird eine partielle Fluidisierung des leichteren Staubes durchgeführt, wobei eine Vertikalkomponente einer Fluidisierungsgasmenge derart eingestellt ist, dass diese die Fluidisierung des einen Staubes bewirkt, jedoch niedriger ist als die Vertikalkomponente der Fluidisierungsgasmenge, bei der das Fluidisieren des anderes Staubes auftritt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Trennen eines Staubgemisches aus einem ersten Staub einer ersten Dichte und einem zweiten Staub einer zweiten, gegenüber der ersten Dichte höheren Dichte in seinen ersten und zweiten Staubanteil.

[0002] In vielen industriellen Anwendungen ist es gewünscht, Staubgemische aus Stäuben unterschiedlicher Dichten voneinander zu trennen.

[0003] So enthalten häufig organische Stäube, wie beispielsweise Getreidemehl, Pflanzenmehl, Holzstaub, Kunststoffpulver, Kohlenstaub und Klärschlammstaub unerwünschte Anteile anorganischer Stäube, zu denen beispielsweise Sand, Verbrennungsasche, Erde, Oxide und Metalle zählen.

[0004] Übliche Verfahren zum Trennen von Staubgemischen basieren auf einer Absiebung eines Staubanteils aus dem Staubgemisch. Dieser Ansatz scheitert jedoch bei Komgrößenüberlappungen der Stäube.

[0005] Aus der DE 699 38 137 B2 ist es bekannt, Feinstpartikel aus einem Materialgemisch zu trennen, indem die Feinstpartikel aus dem Materialgemisch durch einen Luftstrom getrennt werden, der das Materialgemisch mit so hoher Geschwindigkeit durchläuft, dass die Feinstpartikel aus dem Materialgemisch entgegen der Schwerkraftwirkung herausgerissen werden. Ein solches Verfahren eignet sich nicht zum Trennen eines Staubgemisches aus Stäuben unterschiedlicher Dichten.

[0006] Aus dem europäischen Patent EP 0 907 596 B 1 des Anmelders ist es bekannt, einheitliche Stäube zum Zwecke der Verbesserung ihres Förderverhaltens zu Fluidisieren (vgl. EP 0 907 596 B, Spalte 1, Zeilen 1-11).

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines Staubgemisches aus Stäuben einer ersten und zweiten Dichte in seine Staubanteile anzugeben.

[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung beruhen auf der Erkenntnis, dass eine Auftrennung eines Staubgemisches aus einem ersten Staub einer ersten Dichte und einem zweiten Staub einer zweiten, gegenüber der ersten Dichte höheren Dichte in seinen ersten und zweiten Staubanteil dadurch herbeigeführt werden kann, dass das Staubgemisch von einem Fluidisierungsgas durchströmt und nur partiell bezüglich des ersten Staubes fluidisiert wird, wobei eine Vertikalkomponente einer das Staubgemisch durchströmenden Fluidisierungsgasmenge derart eingestellt wird, dass diese die Fluidisierung des ersten Staubes bewirkt, jedoch niedriger ist als diejenige Vertikalkomponente der das Staubgemisch durchströmenden Fluidisierungsgasmenge, bei der ein Fluidisieren des zweiten Staubes auftritt.

[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung trennt sich das Staubgemisch aufgrund der partiellen Fluidisierung in einen unteren, nicht fluidisierten Bereich des zweiten Staubes und einen oberen, fluidisierten ersten Staubbereich. Der erste Staub innerhalb des oberen Bereiches verhält sich aufgrund seines fluidisierten Zustandes vergleichbar mit einer Flüssigkeit und lässt sich daher bei bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie eine Flüssigkeit aus dem ersten Bereich ableiten.

[0011] Gemäß einem bedeutsamen industriellen Aspekt ist der erste Staub ein organischer Staub mit Dichten im Ruhezustand zwischen 300 kgm^-3 und 800 kgm^-3, während der zweite Staub ein anorganischer Staub mit Dichten im Ruhezustand im Bereich zwischen 900 kgm^-3 und 2000 kgm^-3 ist.

[0012] Besondere praktische Bedeutung hat der Anwendungsfall, bei dem der erste Staub Kohlenstaub und der zweite Staub Sand ist. In diesem Fall ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Beseitigung der störenden Sandkomponente aus dem Kohlenstaub.

[0013] Obgleich die Fluidisierung mit jeglichem Gas als Fluidisierungsgas herbeigeführt werden kann, ist es besonders wirtschaftlich, als Fluidisierungsgas Luft einzusetzen.

[0014] Zu einer besonders einfachen Trennung kommt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann, wenn die Fluidisierungsluft im Wesentlichen vertikal von unten nach oben durch das Staubgemisch geführt wird. Unter dem Begriff "im Wesentlichen vertikal" im Sinne der vorliegenden Anmeldung seien Winkel im Bereich von bis zu 20 Grad bezogen auf die Vertikale zu verstehen.

[0015] Eine besonders stabile partielle Fluidisierung des organischen Staubes bei Nicht-Fluidisierung des anorganischen Staubes erreicht man erfindungsgemäß bei Fluidisierungsluftmengen pro Quadratmeter des horizontalen Querschnitts des Staubgemisches zwischen 60 m³ h^-1 und 160 m³ h^-1, vorzugsweise bei Fluidisierungsluftmengen zwischen 90 m³ h^-1 und 120 m³ h^-1. Die Vorrichtung zum Trennen umfasst gemäß einem bevorzugten Aspekt einen Behälter zur Aufnahme des Staubgemisches, der einen Boden und Wände aufweist, wobei die Wände einen von der Entfernung zum Boden im Wesentlichen unveränderlichen Querschnitt des vom Fluidisierungsgas durchströmbaren Staubgemisches festlegen. Bei einer einfachen Ausführungsform kann der Behälter ein senkrechtstehender zylindrischer Behälter sein.

[0016] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht der Behälterboden aus einem von dem Fluidisierungsgas durchströmbaren Fließmaterial, welches nicht von dem ersten oder zweiten Staub durchdringbar ist. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Maschenweite des Fließmaterials kleiner als die kleinste Korngröße des ersten oder zweiten Staubes.

[0017] Ein besonders stabiler Zustand des partiell fluidisierten ersten Staubanteils ergibt sich während des Trennverfahrens dann, wenn der Strömungswiderstand des Fließbodens höher ist als derjenige des partiell fluidisierten Staubgemisches.

[0018] Vorzugsweise wird der Strömungswiderstand des Fließbodens derart gewählt, dass bei einer Fluidisierungsluftmenge pro Quadratmeter des horizontalen Querschnitts des Staubgemisches zwischen 60 m³ h^-1 und 160 m³ h^-1, vorzugsweise von 100 m³ h^-1 ein Druckabfall über den Fließboden von mindestens 1000 Nm^-2, vorzugsweise von mehr als 1500 Nm^-2 bewirkt wird.

[0019] Eine besonders einfache Auftrennung des Staubgemisches in die Staubanteile wird dann erreicht, wenn der Behälter eine erste, im Vergleich zur Behälterhöhe nahe am Behälterboden angeordnete Entnahmeöffnung für den zweiten Staub und eine zweite Entnahmeöffnung für den ersten Staub aufweist, die oberhalb der ersten Entnahmeöffnung für den zweiten Staub angeordnet ist.

[0020] Vorzugsweise ist eine Niveausonde zum Erfassen der Höhe des partiell in dem Behälter fluidisierten Staubgemisches vorgesehen. Eine derartige Niveausonde ermöglicht über eine entsprechende Steuerung ein Nachführen des Staubgemisches in den Behälter der Trennvorrichtung, wenn das von der Niveausonde erfasste Niveau einen vorgegebenen Wert unterschreitet, so dass ein kontinuierlicher oder quasi-kontinuierlicher Trennbetrieb vorgenommen werden kann.

[0021] Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist eine Rührvorrichtung zum Rühren des Staubgemisches im Bereich des partiell fluidisierten ersten Staubes und/oder im Bereich des zweiten Staubes vorgesehen. Durch das Rühren wird einerseits eine Stabilisierung der partiellen Fluidisierung des ersten Staubes erreicht. Andererseits wird eine Abförderung des ersten Staubes und/oder des zweiten Staubes erleichtert.

[0022] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind zwei Temperaturensensoren am Behälter der Trennvorrichtung vorgesehen, wobei eine der Temperatursensoren bezogen auf die Behälterhöhe nahe dem Behälterboden zum Erfassen der Temperatur des zweiten Staubes und die andere oberhalb der einen Temperatursonde zum Erfassen der Temperatur des partiell fluidisierten ersten Staubes angeordnet ist. Im Beispielsfall der Trennung von organischen und anorganischen Stäuben voneinander zeigt der untere Temperatursensor dann einen niedrigeren Wert als der obere Temperatursensor an, wenn sich anorganischer Staub, wie beispielsweise Sand, im Bereich des unteren Temperatursensors angesammelt hat. Dies kann eine Bedienungsperson oder eine Steuerung veranlassen, bei Auftreten der genannten Temperaturdifferenz den zweiten Staub bzw. anorganischen Staub durch die nahe dem Behälterboden angeordnete Entnahmeöffnung aus dem Behälter zu entfernen.

[0023] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trennen eines Staubgemisches werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Trennvorrichtung;

Fig. 2

ein Detail der in Fig. 1 gezeigten Trennvorrichtung bezüglich der Entnahme des zweiten Staubes;

Fig. 3

eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Trennvorrichtung; und

Fig. 4

eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Trennvorrichtung.

[0024] In den beigefügten Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile, so dass auf eine wiederholte Beschreibung gleicher Teile verzichtet werden kann.

[0025] In Fig. 1 ist die Trennvorrichtung in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Diese umfasst einen zylindrischen, senkrecht stehenden Behälter 2 mit einer zylindrischen Wand 3. Der Aufnahmebereich des Behälters für ein Staubgemisch ist durch die Wand 3 und den Fließboden 4 begrenzt. Der Fließboden 4 ist luftdurchlässig, jedoch von so geringer Maschenweite, dass er nicht von den Stäuben des Staubgemisches durchdrungen werden kann. Ein unterer Behälterbereich 6 dient zur Zufuhr von Fluidisierungsluft durch eine Fluidisierungsluftzuleitung 7, welche den Fließboden 4 im Wesentlichen vertikal von unten nach oben und sodann das Staubgemisch 5 oberhalb des Fließbodens 4 durchläuft, bevor die Fluidisierungsluft den Behälter 2 durch eine Fluidisierungsluftableitung 8 verlässt. Das Staubgemisch 5 wird der Trennvorrichtung 1 über ein Zellenrad 9 zugeführt.

[0026] Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Behälter 2 die Gestalt eines senkrecht stehenden Zylinders. Andere Behälterformen, die im Wesentlichen gleichbleibende horizontale Querschnitte des Staubgemisches oberhalb des Fließbodens festlegen, kommen gleichfalls in Betracht.

[0027] Der Fließboden 4 besteht bei dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem Polyestergewebe, dessen Strömungswiderstand für die Fluidisierungsluft höher ist als der Strömungswiderstand des partiell fluidisierten Staubgemisches 5 oberhalb des Fließbodens. Vorzugsweise ist der Strömungswiderstand des Fließbodens derart gewählt, dass bei einer Fluidisierungsluftmenge pro Quadratmeter des horizontalen Querschnitts des Staubgemisches zwischen 60 m³ h^-1 und 160 m³ h^-1, vorzugsweise von 100 m³ h^-1 ein Druckabfall über den Fließboden von mindestens 1000 Nm^-2, vorzugsweise von mehr als 1500 Nm^-2 auftritt. Bei den genannten Fluidisierungsluftmengen und dem genannten Strömungswiderstand des Fließbodens 4 ergibt sich eine stabile partielle Fluidisierung des leichteren der beiden Staubanteile, wenn dessen Dichte im Ruhezustand im Bereich typischer Dichten organischer Stäube liegt, die zwischen 300 kgm^-3 und 800 kgm^-3 variieren. Sehr gute Fluidisierungsergebnisse wurden bei einem Fließboden mit einem Strömungswiderstand erzielt, der bei einer Fluidisierungsluftmenge pro Quadratmeter von 100 m³ h^-1 zu einem Druckabfall über den Fließboden von 2000 Nm^-2 führt.

[0028] Der Behälter 3 hat nahe dem Fließboden 4 bezogen auf die Behälterhöhe eine erste Entnahmeöffnung 10 zur Entnahme des Staubanteils mit der höheren Dichte und, oberhalb der Entnahmeöffnung 10, eine zweite Entnahmeöffnung 11 zur Entnahme des Staubanteils mit der geringeren Dichte.

[0029] Eine erhöhte Trennwirkung wird erreicht, wenn die Entnahmeöffnungen 10, 11 in horizontaler Richtung möglichst weit beabstandet sind von demjenigen Bereich, in den das Staubgemisch 5 durch das Zellenrad 9 eingebracht wird.

[0030] Verwendet man die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Trennvorrichtung 1 zum Trennen von Braunkohlestaub oder Klärschlammstaub einerseits von Sand andererseits, so führt die partielle Fluidisierung des Braunkohlestaubes oder Klärschlammstaubes zu einer fluidisierten Braunkohlestaubschicht oder Klärschlammstaubschicht von weitgehend konstanter Dichte, welche im Fall von Braunkohlestaub bei 310 kgm^-3 und im Falle von Klärschlammstaub bei 350 kgm^-3 liegt. Innerhalb des partiell fluidisierten Staubgemisches kommt es zu einem gleichmäßigen Aufschwimmen der organischen Stäube auf den sich absetzenden anorganischen Stäuben. Der Bereich 12 oberhalb des partiell fluidisierten Kohlenstaubes innerhalb des Behälters 3 ist optisch staubfrei. In diesem Bereich verbliebene Staubmengen sind für technische Anwendungszwecke vernachlässigbar.

[0031] Das Vorhandensein einer anorganischen Schicht im Bereich des Fließbodens 4 kann unter Verwendung von Temperatursensoren 13, 14 an der Außenseite des Behälters festgestellt werden. Sobald sich im Bereich des Fließbodens 4 eine Schicht aus anorganischem Staub aufgebaut hat, fällt die von dem unteren Temperatursensor 14 erfasste Temperatur deutlich gegenüber der von dem oberen Temperatursensor 13 erfassten Temperatur ab. Diese Temperaturdifferenzerfassung kann verwendet werden, um die Entnahme des anorganischen Staubanteils durch die erste Entnahmeöffnung 10 zu veranlassen.

[0032] Fig. 2 zeigt eine bauliche Variante der Anordnung der Entnahmeöffnung 10' für die Entnahme des schwereren oder dichteren Staubanteils. Die Entnahmeöffnung 10' ist in diesem Fall mit einem Auslauftrichter 15 verbunden, der in den Fließboden 4 eingelassen ist.

[0033] Wie in Fig. 3 verdeutlicht ist, kann der Fließboden 5 auch konisch in der Weise ausgestaltet sein, dass ein Auslauftrichter 15' im unteren Bereich des Konus mit der ersten Entnahmeöffnung 10" verbunden ist. Die konische Ausgestaltung des Fließbodens 5 erleichtert den Abzug etwaiger gröberer Verunreinigungen.

[0034] Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann der Behälter 3 in einem Bereich oberhalb der zweiten Entnahmeöffnung 11 mit einer unteren Niveausonde 16 und einer oberen Niveausonde 17 versehen sein, welche ausgebildet sind, um den Stand des fluidisierten Staubanteils der niedrigeren Dichte zu erfassen. Aufgrund der Messsignale der Niveausonden 16, 17 kann die Zufuhr des Staubgemisches mittels des Zellenrads 9 derart gesteuert werden, dass sich das Niveau des fluidisierten Staubanteils von niedrigerer Dichte zwischen den beiden Niveausonden 16, 17 einstellt.

[0035] Bei manchen Stäuben erweist sich die Wahl der erforderlichen Fluidisierungsluftmenge innerhalb der oben angegebenen Fluidisierungsluftmengenbereiche pro Quadratmeter des horizontalen Querschnitts des Staubgemisches als problematisch, um einerseits eine Fluidisierung des leichteren Staubanteils zu erreichen und um andererseits Luftdurchbrüche zu verhindern. Eine Stabilisierung des partiellen Fluidisierens und damit eine Verbesserung des Trennverhaltens erreicht man bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 durch Verwendung eines Rührers 18 mit einer rotierenden Welle 19, an der Rührarme 20 im Bereich kurz oberhalb der Schicht des Staubes mit der höheren Dichte angebracht sind. Vorzugsweise sind daher die Rührarme 12 vertikal geringfügig oberhalb der ersten Entnahmeöffnung 10 im Falle der seitlichen Entnahme des genannten Staubanteils angeordnet.

[0036] Eine weitere Stabilisierung kann durch Verwendung mehrerer Rührarme (nicht dargestellt) erreicht werden, von denen wenigstens einer unterhalb der Oberfläche des fluidisierten Staubes niedriger Dichte angeordnet ist.

Ansprüche

1. Verfahren zum Trennen eines Staubgemisches aus einem ersten Staub einer ersten Dichte und einem zweiten Staub einer zweiten, gegenüber der ersten Dichte höheren Dichte in seinen ersten und zweiten Staubanteil, bei dem das Staubgemisch von einem Fluidisierungsgas durchströmt und partiell bezüglich des ersten Staubes fluidisiert wird, wobei eine Vertikalkomponente einer das Staubgemisch durchströmenden Fluidisierungsgasmenge derart eingestellt wird, dass diese die Fluidisierung des ersten Staubes bewirkt und niedriger ist als diejenige Vertikalkomponente der das Staubgemisch durchströmenden Fluidisierungsgasmenge, bei der das Fluidisieren des zweiten Staubes auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Staub ein organischer Staub mit einer Dichte im Ruhezustand von 300 kgm^-3 bis 800 kgm^-3 und bei der der zweite Staub ein anorganischer Staub mit einer Dichte im Ruhezustand von 900 kgm^-3 bis 2000 kgm^-3 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der erste Staub Kohlenstaub und der zweite Staub Sand ist.

4. Vorrichtung zum Trennen eines Staubgemisches aus einem ersten Staub einer ersten Dichte und einem zweiten Staub einer zweiten, gegenüber der ersten Dichte höheren Dichte, in den ersten und zweiten Staubanteil, mit einer Einrichtung (4) zum partiellen Fluidisieren des Staubgemisches (5) bezüglich des ersten Staubes, welche das Staubgemisch (5) mit einem Fluidisierungsgas durchströmt, wobei eine Vertikalkomponente einer das Staubgemisch durchströmenden Fluidisierungsgasmenge derart eingestellt ist, dass diese die Fluidisierung des ersten Staubes bewirkt und niedriger ist als diejenige Vertikalkomponente der das Staubgemisch durchströmenden Fluidisierungsgasmenge, bei der das Fluidisieren des zweiten Staubes auftritt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der erste Staub ein organischer Staub mit einer Dichte im Ruhezustand von 300 kgm^-3 bis 800 kgm^-3 und der zweite Staub ein anorganischer Staub mit einer Dichte im Ruhezustand von 900 kgm^-3 bis 2000 kgm^-3 ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der das Fluidisierungsgas Luft ist, welche im Wesentlichen vertikal von unten nach oben durch das Staubgemisch geführt wird; und
bei der die Fluidisierungsluftmenge pro Quadratmeter des horizontalen Querschnitts des Staubgemisches zwischen 60 m³ h^-1 und 160 m³ h^-1, vorzugsweise zwischen 90 m³ h^-1 und 120 m³ h^-1 beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, mit einem Behälter (2) zur Aufnahme des Staubgemisches (5), welcher einen Boden (4) und Wände (3) aufweist, wobei die Wände (3) einen von der Entfernung zum Boden (4) im Wesentlichen unveränderlichen Querschnitt des vom Fluidisierungsgas durchströmbaren Staubgemisches (5) festlegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Boden (4) aus einem von dem Fluidisierungsgas durchströmbaren Fließmaterials besteht, welches nicht von dem ersten oder zweiten Staub durchdringbar ist; und bei der der Strömungswiderstand des Fließbodens (4) höher ist als derjenige des partiell fluidisierten Staubgemisches.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Strömungswiderstand des Fließbodens (4) derart gewählt ist, dass dieser bei einer Fluidisierungsluftmenge pro Quadratmeter des horizontalen Querschnitts des Staubgemisches zwischen 60 m³ h^-1 und 160 m³ h^-1, vorzugsweise von 100 m³ h^-1 einen Druckabfall über den Fließboden von mindestens 1000 Nm^-2, vorzugsweise von mehr als 1500 Nm^-2 bewirkt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Behälter (2) eine im Vergleich zur Behälterhöhe nahe am Behälterboden (4) angeordnete Entnahmeöffnung (10, 10', 10") für den zweiten Staub und eine oberhalb der Entnahmeöffnung (10, 10', 10") für den zweiten Staub angeordnete Entnahmeöffnung (11) für den ersten Staub aufweist.

Zeichnung