СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОРОШКООБРАЗНОГО, В ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩЕГО, ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК B22F9/18 F27B15/00 

Изобретение касается способа обработки порошкообразного, в особенности металлсодержащего, исходного материала, причем исходный материал и обрабатывающий газ, в особенности восстановительный газ, вводятся для образования кипящего слоя в камеру кипящего слоя, например в реактор кипящего слоя. Кроме того, изобретение касается устройства для образования кипящего слоя, например реактора кипящего слоя.

Эффективностью процесса в кипящем слое можно управлять прежде всего посредством состава обрабатывающего газа, а также посредством температуры в кипящем слое.

Из уровня техники известно регулирование температуры обрабатывающего газа в процессе в кипящем слое посредством надлежащих мер, например посредством добавления охлаждающего газа для достижения необходимого температурного уровня.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование способа в соответствии с родовым понятием п.1 формулы изобретения, а также устройства в соответствии с родовым понятием п.8 формулы изобретения, благодаря которым можно достичь особенно эффективной и тем самым экономичной формы термического влияния на процесс в кипящем слое.

Эта задача решается в изобретении посредством способа с признаками п.1 формулы и устройства, имеющего признаки п.8 формулы изобретения.

Предложенный способ подходит предпочтительно для обработки, в особенности для восстановления, порошкообразного оксида металла, в частности порошкообразного оксида железа. Однако изобретение не ограничивается таким применением, поэтому все варианты выполнения для восстановления нужно рассматривать в качестве примеров.

Вышеупомянутые специальные варианты выполнения действительны с соответствующей доработкой, которая по силам специалисту, для всех других, в особенности эквивалентных, промышленных процессов, в которых используется процесс в кипящем слое. Например, изобретение может также применяться в области цементной промышленности.

В соответствии с особой формой выполнения соответствующего изобретению способа кипящий слой образуют в части камеры кипящего слоя, в особенности в нижней ее части, и/или, по меньшей мере, частично превращенный обрабатывающий газ утилизируется внутри камеры кипящего слоя, предпочтительно над кипящим слоем, и/или, по меньшей мере, частично использованный обрабатывающий газ отводится, предпочтительно над кипящим слоем, из камеры кипящего слоя.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа в камере кипящего слоя над кипящим слоем приводится в действие средство для утилизации, по меньшей мере, частично превращенного в кипящем слое обрабатывающего газа, например кислородная горелка и/или кислородная фурма, причем, по меньшей мере, при частичной утилизации, в особенности при соответствующем экзотермическом окислении обрабатывающего газа, выделяется или потребляется тепловая энергия.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа тепловая энергия выделяется или потребляется над кипящим слоем в камере кипящего слоя.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа выделяемая или потребляемая над кипящим слоем тепловая энергия вводится в камеру кипящего слоя или выводится из камеры кипящего слоя на кипящим слоем.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа при необходимости при помощи средства для утилизации обрабатывающего газа, расположенного над кипящим слоем в камере кипящего слоя, для утилизации обрабатывающего газа вводится окислительное средство, например кислород и/или воздух, непосредственно в камеру кипящего слоя над кипящим слоем.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа при необходимости при помощи средства для утилизации обрабатывающего газа, расположенного над кипящим слоем в камере кипящего слоя, сжигается, по меньшей мере, частично, в частности окисляется, по меньшей мере, частично превращенный обрабатывающий газ, например восстановительный газ, в камере кипящего слоя над кипящим слоем.

Сжигание представляет собой химическую реакцию для получения тепловой энергии, например экзотермическое окисление.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению способа порошкообразный исходный материал, который выходит из кипящего слоя и, по меньшей мере, некоторое время находится над кипящим слоем, соответствующим образом частично нагревается или охлаждается за счет обрабатывающего газа, имеющегося над кипящим слоем в камере кипящего слоя и, по меньшей мере, частично утилизированного, в частности сгоревшего и/или окисленного, и/или нагретого, и/или при помощи средства для утилизации обрабатывающего газа.

В соответствии с особой формой выполнения соответствующего изобретению способа в камере кипящего слоя над кипящим слоем расположен циклон, причем порошкообразный исходный материал в области циклона, в особенности входного отверстия циклона, нагревается или охлаждается за счет обрабатывающего газа, имеющегося над кипящим слоем в камере кипящего слоя и, по меньшей мере, частично утилизированного, в частности окисленного и/или нагретого, и/или при помощи средства для утилизации обрабатывающего газа.

В соответствии с особой формой выполнения соответствующего изобретению способа находящийся над кипящим слоем нагретый или охлажденный порошкообразный исходный материал, по меньшей мере, частично вводится в кипящий слой, в частности используется вторично.

Кроме того, изобретение относится к устройству с признаками п.8 формулы изобретения, предпочтительно для осуществления способа по одному или нескольким пп.1-7 формулы изобретения.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению устройства средство для утилизации обрабатывающего газа, приспособленное для ввода жидкого и/или твердого средства горения, предпочтительно окислителя, в особенности предпочтительно кислорода и/или воздуха, установлено в камере кипящего слоя над кипящим слоем.

В соответствии с предпочтительной формой выполнения соответствующего изобретению устройства средство для утилизации обрабатывающего газа, расположенное над кипящим слоем в камере кипящего слоя, расположено в области зоны разбрызгивания так, что сам порошкообразный исходный материал, находящийся в области зоны разбрызгивания, посредством средства и/или посредством, по меньшей мере, частично утилизированного, в частности окисленного и/или нагретого обрабатывающего газа, по меньшей мере, частично нагревается или охлаждается.

Зона разбрызгивания обозначает при этом ту часть свободного пространства над псевдоожиженным (кипящим) слоем, в котором происходит выброс мелких твердых частиц, которые затем, по меньшей мере, частично снова падают обратно в кипящий слой.

В соответствии с особой формой выполнения соответствующего изобретению устройства, оно содержит циклон, который расположен над кипящим слоем в камере кипящего слоя, причем к выходному отверстию циклона примыкает при известных условиях так называемый диплег, который погружен в кипящий слой, и, кроме того, устройство для утилизации обрабатывающего газа, расположенное над кипящим слоем в камере кипящего слоя на уровне циклона, в особенности на уровне входного отверстия циклона, и порошкообразный исходный материал в области циклона, в особенности его входного отверстия, по меньшей мере, нагревается или охлаждается при помощи названного средства и/или за счет, по меньшей мере, частично утилизированного, в особенности окисленного, нагретого обрабатывающего газа.

Так называемый диплег представляет собой в соответствии с особой формой выполнения изобретения устройство для обратного движения вещества, осажденного в циклоне, в кипящий слой.

В различных способах восстановления в кипящем слое загруженная руда нагревается и восстанавливается в противотоке в 3-4 реакторах кипящего слоя. При этом устанавливается температурный профиль за счет энтальпии восстановительного газа и теплоты реакций.

Поэтому изменение теплового режима в соответствующем способе возможно только в узких пределах.

Из уровня техники известен внешний подогрев восстановительного газа, тем не менее такой подогрев оказывается неэкономичным. Частичное сжигание восстановительного газа до кипящего слоя ухудшает его восстановительный потенциал и вместе с тем эффект восстановления.

В многочисленных экспериментах по использованию горелок, в особенности кислородных горелок, в агрегатах кипящего слоя было установлено, что, в общем, посредством высокой концентрации частиц в агрегате кипящего слоя в области пламени возникает зашлаковывание, которое дестабилизирует процесс в кипящем слое. Кроме того, в этой области очень сложно реализовать надежный контроль пламени и приспособление для облегчения зажигания.

Благодаря настоящему изобретению достигается оптимизация энергетического баланса, в особенности расхода энергии.

Для осуществления способа согласно изобретению над кипящим слоем устанавливается в соответствии с особой формой выполнения изобретения, по меньшей мере, одна кислородная горелка для повышения температуры кипящего слоя. По сравнению с традиционными горелками соответствующая изобретению кислородная горелка характеризуется тем, что горение, в особенности окисление, обрабатывающего газа, в частности восстановительного газа, осуществляется перед кислородной горелкой уже в камере кипящего слоя. Кислородная горелка представляет собой в самой простой своей форме выполнения насадку (насадка) для подачи окислителя в камеру кипящего слоя.

В соответствии с особой формой выполнения соответствующего изобретению способа понятие окислителя включает все кислородсодержащие материалы и все материалы, предоставляющие кислород и/или высвобождающие в камере кипящего слоя, при существующих условиях окружающей среды, по меньшей мере, для частичного окисления обрабатывающего газа и/или порошкообразного исходного материала, в особенности, чистый кислород и/или воздух.

В соответствии с особой формой выполнения изобретения, вследствие выноса частиц из кипящего слоя, частицы в свободном пространстве над кипящим слоем нагреваются посредством кислородных горелок и потом снова оседают обратно в кипящий слой.

В соответствии с особой формой выполнения изобретения частицы или пыль, которая нагревается, далее осаживается в циклоне при известных условиях и снова возвращается в кипящий слой.

В отличие от нагревания газа до кипящего слоя в соответствии с особой формой выполнения изобретения с представленной установкой восстановительный потенциал восстановительного газа снижается лишь в кипящем слое. Вследствие этого восстановительный потенциал газа может использоваться при повышенной температуре слоя. Высокая температура газа при поступлении рабочего газа в реактор не требуется. Таким образом, уменьшаются известные проблемы возникновения нагара на распределительном коллекторе.

Далее снижается опасность зашлаковывания в области кипящего слоя или камеры кипящего слоя благодаря низкой концентрации частиц в области пламени.

Нижеприведенные отдельные преимущества могут быть реализованы посредством изобретения:

- эффективный и простой контроль над пламенем и средство для облегчения зажигания;

- более качественная и равномерная обработка, в особенности восстановление, посредством повышения температуры кипящего (псевдоожиженного) слоя при почти неизменном качестве обрабатывающего газа;

- эффективное и простое регулирование температурного профиля кипящего слоя;

- более продолжительный срок службы распределительного коллектора;

- более высокая производительность благодаря большей эффективности псевдоожижения.

Особенно эффективно установка согласно изобретению для применения в методе с несколькими параллельно и/или последовательно образованными кипящими слоями, так как в данном случае отдельные кипящие слои могут согласовываться один с другим в отношении температурного режима особенно гибко.

В соответствии с особой формой выполнения изобретения является возможным осуществлять реакцию в кипящем слое, например реакцию восстановления порошкообразного оксида металла, перед дальнейшей утилизацией обрабатывающего газа, например частичным сжиганием, и несмотря на это управлять температурой в кипящем слое, в особенности посредством возвращенных частиц, предпочтительно порошкообразного исходного материала.

Возврат осуществляется в соответствии с особыми формами выполнения изобретения, с одной стороны, посредством возврата из циклона, например через так называемый диплег, и/или, с другой стороны, посредством оседания частиц, выброшенных из кипящего слоя. В соответствии с этими формами выполнения достигается нагревание кипящего слоя, хотя на обрабатывающий газ не оказывается влияния перед реакцией в кипящем слое или во время нее.

Изобретение в соответствии с особой формой выполнения представлено при помощи схематичного чертежа, на котором представлен метод для обработки порошкообразного, в особенности содержащего металл, исходного материала.

На чертеже представлено устройство 1 для создания кипящего слоя, например реактор кипящего слоя, который имеет воздушную камеру 2, а также камеру кипящего слоя для кипящего слоя 4 со свободным пространством 5. Кроме того, устройство 1 имеет распределительный коллектор 3 для распределения обрабатывающего газа 6, в частности восстановительного газа.

В устройство 1 подводится через трубопровод 8 порошкообразный исходный материал, в особенности окись железа, который, по меньшей мере, в частично обработанном виде выходит через трубопровод 9 с другой стороны.

В устройстве 1 расположен циклон 10, а также так называемый диплег 11, который служит для отделения пыли или порошкообразного исходного материала и который их возвращает в кипящий слой 4. Кипящий слой 4 ведет себя, как известно специалисту, аналогично кипящей жидкости и ограничен, хотя неточно, посредством определенной, представленной на фиг.1 схематически, поверхности. Прямо над этой неточной границей находится так называемая зона разбрызгивания, которая характеризуется тем, что в ней встречаются мелкие частицы, которые выбрасываются из кипящего слоя и затем оседают обратно.

В камере кипящего слоя над кипящим слоем 4 расположена кислородная горелка 12 для подвода кислорода 13 в камеру кипящего слоя. В соответствии с особой формой выполнения изобретения кислородная горелка находится в зоне разбрызгивания (как представлено на фиг.1) или служит для прямого подвода тепла в зону разбрызгивания. Частица 16 нагревается посредством кислородной горелки 12 в зоне разбрызгивания до того, как она осядет обратно в кипящий слой, и поэтому также способствует нагреванию слоя.

В соответствии с другой формой выполнения изобретения в области циклона 10, в особенности в области входного отверстия циклона, предусмотрена горелка 14 для подвода окислителя 15.

Таким образом, обрабатывающий газ сжигается в камере кипящего слоя и над кипящим слоем 4 выделяется тепло, которое, например, за счет твердых частиц, отделенных в циклоне 10 и подаваемых посредством так называемого диплега 11, используется непосредственно для нагревания или прогревания кипящего слоя 4.

Посредством стрелки 17 наглядно изображен путь мелкой твердой частицы из кипящего слоя 4 через зону разбрызгивания в свободное пространство 5, которая, соответственно, посредством кислородной горелки 14 нагревается и через циклон 10 и так называемый диплег 11 возвращается в кипящий слой 4.

При этом, по меньшей мере, частично превращенный обрабатывающий газ отводится через трубопровод 7.

Изобретение касается обработки порошкообразного, в особенности металлсодержащего, исходного материала, вводимого с обрабатывающим газом, в частности восстановительным газом, для получения кипящего слоя в камеру кипящего слоя, например в реактор кипящего слоя. Обрабатывающий газ после, по меньшей мере, частичного превращения в кипящем слое отводят из кипящего слоя и затем вне его, по меньшей мере, частично утилизируют, предпочтительно окисляют посредством химической, в особенности экзотермической, реакции с газообразным и/или жидким окислителем. Тепловую энергию этой реакции, по меньшей мере, частично вводят в камеру кипящего слоя, в особенности в кипящий слой, или выводят из него. В камере кипящего слоя над кипящим слоем размещен циклон. Порошкообразный исходный материал в области циклона, в особенности входного отверстия циклона, нагревают или охлаждают за счет имеющегося обрабатывающего газа, по меньшей мере, частично утилизированного над кипящим слоем в камере кипящего слоя, в особенности нагретого или охлажденного, и/или при помощи средства для утилизации обрабатывающего газа. Изобретение позволит уменьшить нагар на распределительном коллекторе реактора кипящего слоя, снизить зашлакованность в области кипящего слоя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки порошкообразного, в особенности металлсодержащего, исходного материала, причем исходный материал и обрабатывающий газ, в частности восстановительный газ, вводят для получения кипящего слоя в камеру кипящего слоя, например, в реактор кипящего слоя, причем в камере кипящего слоя над кипящим слоем расположен циклон, отличающийся тем, что обрабатывающий газ, по меньшей мере, после частичного превращения в кипящем слое отводят из кипящего слоя и затем вне кипящего слоя, по меньшей мере, частично утилизируют, предпочтительно окисляют в химической реакции, в частности экзотермической, с реагентом, предпочтительно с газообразным и/или жидким окислителем, причем в камере кипящего слоя над кипящим слоем приводят в действие средство для утилизации, по меньшей мере, частично превращенного в кипящем слое обрабатывающего газа, например, кислородную горелку и/или кислородную фурму, причем тепловую энергию химической реакции вводят, по меньшей мере, частично в камеру кипящего слоя, в особенности в кипящий слой, или выводят из него, причем порошкообразный исходный материал в области циклона, в особенности входного отверстия циклона, нагревают или охлаждают за счет имеющегося обрабатывающего газа, по меньшей мере, частично утилизированного над кипящим слоем в камере кипящего слоя, в особенности нагретого или охлажденного, и/или при помощи средства для утилизации обрабатывающего газа.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кипящий слой образуют в части камеры кипящего слоя, в особенности в нижней части и, по меньшей мере, частично превращенный обрабатывающий газ утилизируют внутри камеры кипящего слоя, предпочтительно над кипящим слоем, и, по меньшей мере, частично использованный обрабатывающий газ, предпочтительно над кипящим слоем, отводят из камеры кипящего слоя.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что тепловую энергию выделяют или потребляют над кипящим слоем в камере кипящего слоя.4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при помощи средства для утилизации обрабатывающего газа, расположенного над кипящим слоем в камере кипящего слоя, при необходимости вводят окислитель, например, кислород и/или воздух для утилизации обрабатывающего газа непосредственно в камере кипящего слоя над кипящим слоем.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что посредством устройства для утилизации обрабатывающего газа, находящегося над кипящим слоем в камере кипящего слоя, по меньшей мере, частично превращенный обрабатывающий газ, в частности восстановительный газ, при необходимости, по меньшей мере, частично сжигают, в частности, по меньшей мере, частично окисляют в камере кипящего слоя над кипящим слоем.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что порошкообразный исходный материал, который выносится из кипящего слоя и, по меньшей мере, частично находится над кипящим слоем, при необходимости нагревают или охлаждают за счет имеющегося обрабатывающего газа, по меньшей мере, частично утилизированного над кипящим слоем в камере кипящего слоя, и/или при помощи средства для утилизации обрабатывающего газа.7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что нагретый или охлажденный порошкообразный исходный материал, находящийся над кипящим слоем, по меньшей мере, частично вводят в кипящий слой.8. Устройство для обработки порошкообразного, в особенности металлсодержащего исходного материала, например, для восстановления порошкообразного оксида железа в кипящем слое, которое содержит распределительный коллектор (3) для распределения обрабатывающего газа, в частности восстановительного газа, трубопровод (8) для подвода, в особенности псевдоожижаемого, порошкообразного исходного материала, в особенности порошкообразного оксида металла, трубопровод (9) для отвода обработанного исходного материала, трубопровод (6) для подвода обрабатывающего газа, трубопровод (7) для отвода обрабатывающего газа, камеру (1) кипящего слоя для создания кипящего слоя (4), циклон (10), который расположен над кипящим слоем (4) в камере (1) кипящего слоя, причем к выходному отверстию циклона примыкает диплег (11), погруженный в кипящий слой (4), отличающееся тем, что в камере кипящего слоя над кипящим слоем (4) предусмотрено средство (12) для утилизации, по меньшей мере, частично превращенного обрабатывающего газа кипящего слоя, через которое подается к кипящему слою (4) или отводится от него тепловая энергия, причем средство для утилизации обрабатывающего газа, расположенное над кипящим слоем (4) в камере (1) кипящего слоя, расположено на уровне циклона (10), в особенности входного отверстия циклона, и порошкообразный исходный материал в области циклона (10), в особенности входного отверстия циклона, нагревается или охлаждается при помощи средства (12) и/или посредством обрабатывающего газа, по меньшей мере, частично утилизированного, в частности окисленного.9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средство для утилизации обрабатывающего газа, расположенное в камере (1) кипящего слоя над кипящим слоем, предназначено для введения жидкого и/или твердого окислителя, предпочтительно кислородсодержащего, особенно предпочтительно кислорода и/или воздуха, в камеру кипящего слоя.10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что средство для утилизации обрабатывающего газа, расположенное над кипящим слоем в камере кипящего слоя, расположено в области зоны разбрызгивания частиц кипящего слоя так, что порошкообразный исходный материал, находящийся в области зоны разбрызгивания, нагревается или охлаждается посредством устройства и/или за счет, по меньшей мере, частично утилизированного, в частности окисленного, обрабатывающего газа.