专利名称：在流化床中热处理的方法和设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种细颗粒固体热处理特别是盐类热分解的方法，其中固体在流化床反应器中被加热到200-1400℃，以及涉及相应的设备。
这样的方法和设备例如从用于主要含硫酸铁的盐类在反应器的循环流化床中热分解生产氧化铁和二氧化硫的DE 2710978 A1中已知。为了使固体流化，在反应器的底部提供一次空气，另外将二次空气送入反应器的上部。将燃料在一次空气和二次空气进料导管之间送入反应器。优选的是，燃料总是首先进行不完全燃烧，以便在反应器中产生还原气氛，从而改进盐类的分解。在第二步骤中，为了使燃料完全燃烧，提供二次空气。但是，为了使固体流化，大量的一次空气是必要的，它使燃料进一步燃烧。另一方面，一次空气数量的减少使固体的流化不充分，从而使传热变差。所以，一次空气的数量仅能在小范围内调节。此外，为了使二次空气与燃料充分混合，二次空气的送入是相当复杂的。
类似的方法从由硫酸镁生产氧化镁和二氧化硫的DE 2408308 C2中已知。为此，燃料在流化床燃烧炉中燃烧过程中硫酸镁被热分解。
而且，用于固体热分解的反应器通常是已知的，形成固定流化床或循环流化床。但是，当使用固定流化床时，需要提高能量的利用。特别是由于较低的流化程度，传质和传热都较差。另一方面，由于较高的流化程度，循环流化床有更好的传质和传热条件，但存在固体停留时间的限制。
发明描述所以，本发明的目的是要改进在细颗粒固体的热处理过程中传质和传热条件以及盐类的分解。
根据本发明，这一目的通过上述的方法来达到，其中将一次气体或气体混合物通过优选中心配置的供气管(中心管)从底部送入反应器的混合室，中心管至少部分被流化用气体流化的环状固定流化床包围，以及其中这样调节一次气体或气体混合物的流速以及环状流化床的流化用气体的流速，以致中心管中的Particle-Froude-Numbers为1-100，在环状流化床中为0.02-2，而在混合室中为0.3-30。
在本发明的方法中，在热处理过程中特别是在盐类热分解过程中，固定流化床的优点例如足够长的固体停留时间可与循环流化床的优点例如良好的传热和传质可令人惊奇地彼此结合，而又可避免这两种体系的缺点。当一次气体或气体混合物通过中心管的上部时，它将来自称为环状流化床的环状固定流化床的固体带入混合室，以致由于固体和一次气体之间高的滑流速度，形成剧烈混合的悬浮流体，从而达到两相之间的最佳传质和传热。通过相应调节环状流化床中的床层高度以及一次气体或气体混合物和流化用气体的流速，可在宽范围内改变中心管孔板区上方的悬浮流体的固体含量，以致一次气体在中心管的孔板区和混合室上部出口之间的压力损失可在1-100毫巴范围内。在混合室中悬浮流体高固体含量的情况下，一大部分固体从悬浮流体中分出，并落回环状流化床中。这一循环称为固体内循环，在这一内循环中循环的固体流通常明显大于从外界提供到反应器的固体数量。该未沉积的固体(较少量)与一次气体或气体混合物一起从混合室排出。固体在反应器中的停留时间可通过选择环状流化床的高度和截面积在宽范围内变化，并适合所需的热处理。一方面由于高的固体含量以及另一方面固体在气体流中很好的悬浮，在中心管的孔板区上方获得极好的传质和传热条件。气体流从反应器夹带出的固体部分从气体流中分离，并完全或至少部分循环到反应器，循环料方便地送入固定流化床。如此循环到环状流化床的固体物流通常与外界提供到反应器的固体物流有相同的数量级。除了极好的能量利用外，本发明方法的另一优点是通过改变一次气体或气体混合物以及流化用气体的流速有可能迅速、简易和可靠地调节该方法的能量传递和传质到需要值。所以，提供的流化用气体(一次气体)的数量可这样计量，以致例如在环状流化床中得到还原气氛，而在混合室产生强烈的传热。
为了确保在混合室中特别有效的传热以及在反应器中足够的停留时间，优选这样调节流化床的一次气体混合物和流化用气体的气体速度，以致在中心管中无量纲Particle-Froude-Numbers(Frp)为1.15-20，特别是约7-8，在环状流化床中为0.115-1.15，特别是约0.4至0.5，和/或在混合室中为0.37-3.7，特别是约1.5至1.8。Particle-Froude-Numbers用以下方程式定义FrP=u(ρs-ρf)ρf*dp*g]]>其中u＝气流的有效速度，米/秒ρs＝固体颗粒的密度，公斤/米3ρf＝流化用气体的有效密度，公斤/米3dp＝在反应器操作过程中反应器藏量颗粒(或形成颗粒)的平均直径，米g＝重力常数，米/秒2当使用这一方程式时，应当认为dp不表示所用材料的平均直径(d50)，而是在反应器操作过程中形成的反应器藏量的平均直径，它可与所用材料(一次颗粒)的平均直径有明显差别。甚至从平均直径例如为3-10微米的很细颗粒材料出发，可在热处理过程中形成例如平均直径为20-30微米的颗粒(二次颗粒)。另一方面，某些材料例如矿石在热处理过程中会被烧裂。
根据本发明的一个发展，提出这样调节反应器中固体的床层高度，以致例如环状流化床至少部分延伸越过中心管的上孔板端几个厘米，因此固体不断送入一次气体或气体混合物，并被气流带入位于中心管孔板区上方的混合室。用这一方法，在中心管孔板区上方产生特别高固体含量的悬浮体。
用本发明的方法，特别是含硫酸盐的固体例如硫酸铁或硫酸镁可进行有效的热处理，特别是从盐类制得氧化物。可将固体经预热到例如约350℃再送入反应器。
反应器操作所需热量的产生可用这方面专业技术人员已知的任何方法进行，例如还通过燃料在反应器中的内燃烧。在0.8-10巴压力下特别优选在常压下操作反应器是有利的。热气体例如预热到约300至500℃的空气可通过中心管送入反应器。预热到300-500℃的空气也可作为流化用气体送入反应器。优选的是，燃料在环状流化床中在还原气氛下只进行不完全燃烧，而只在混合室中完全燃烧。
可在反应器的上游提供一个或多个预热段，在反应器中热处理以前，固体在预热段中悬浮、干燥和/或预热，在那里可除去固体中的至少一部分水分。
当反应器下游有生产硫酸的装置时，可利用得到的富含二氧化硫的反应器废气。
特别适用于实施上述方法的本发明设备有构成用于细颗粒固体特别是盐类热处理流化床反应器的反应器，所述的反应器有这样形成的供气体系，以致通过供气体系流动的气体将来自至少部分包围供气体系的固定环状流化床的固体带入混合室。优选的是，这一供气体系伸入混合室。但是，也可能让供气体系终止在环状流化床的表面下方。然后例如通过侧孔将气体送入环状流化床，因其流速将来自环状流化床的固体带入混合室。
根据本发明，供气体系优选有一个从反应器下部基本上竖直向上优选伸入混合室的中心管，所述的中心管被至少部分围绕中心管延伸的室包围，在室中形成固定环状流化床。中心管可在其出口有一喷嘴和/或有一个或多个沿壳壁表面分布的孔口，以致在反应器操作过程中固体不断通过孔口进入中心管，并通过中心管的一次气体或气体混合物带入混合室。当然，也可在反应器中设置有不同或相同尺寸和形状的两个或两个以上中心管。但是优选的是，根据反应器的截面，在大致中心位置设置至少一个中心管。
根据一个优选的实施方案，在反应器下游设置分离器，特别是分离固体的旋风分离器，所述的分离器有通向反应器环状流化床和/或下游处理段的固体导管。根据本发明，成品也可通过伸出反应器的环状流化床的固体导管从反应器直接排出。
为了提供固体可靠的流化和形成固定流化床，在反应器的环状室设置气体分配器，它将所述的室分成上部流化床和下部气体分配室，气体分配室与流化用气体的供应导管相连。代替气体分配室，也可设置由管子和/或喷嘴或风箱组成的气体分配器。
为了利用反应器中得到的有一定二氧化硫含量的废气，根据本发明的一个实施方案，在反应器的下游设置用于生产硫酸的设备。
根据本发明，在反应器的环状流化床和/或混合室中，可设置用于偏折固体和/或流体流的装置。例如，有可能在环状流化床中设置环状围堰，其直径在中心管直径和反应器壁直径之间，以致围堰的上缘超过操作过程中得到的固体料面，而围堰的下缘离气体分配器等有一定的距离。因此，在反应器壁附近从混合室分离出的固体必需在中心管的气流带回混合室以前首先在围堰下缘处通过围堰。用这一方法，增强了固体在环状流化床中的交换，以致得到固体在环状流化床中更均匀的停留时间。
从以下实施方案和附图的描述也可了解到本发明的一个发展、优点和可能的应用。所描述和/或说明的所有特点本身或任何组合构成本发明的主题，而与其包含于权利要求或其在前引用相独立。
附图简介唯一的附图表示本发明一个实施方案的方法和设备的工艺图。
优选实施方案的详述在
图1所示的方法中，它特别适用于含硫酸盐的盐类或类似固体的热处理，固体通过供料导管2送入反应器1。例如圆柱形反应器1有与其纵轴接近同轴设置的中心管3，所述的中心管从反应器1的底部基本上竖直向上延伸。
在反应器1的底部附近，设置有环状气体分配室4，其顶部终止于有通口的气体分配器5。供气导管6通到气体分配室4。
在形成混合室7的反应器1的竖直上部中，设置有排料导管8，它通到构成旋风分离器的分离器9。
当现在将固体通过供料导管2送入反应器1时，在气体分配器5上形成环状围绕中心管3的层，所述的层称为环状流化床10。通过供料导管6送入气体分配室4的流化用气体流过气体分配器5，并使环状流化床10流化，以致形成固定流化床。这样调节送入反应器1的气体速度，以致环状流化床10中的Particle-Froude-Number为约0.4至0.5。
由于更多的固体送入环状流化床10，反应器1中的固体料面升高到这样的程度，以致固体进入中心管3的孔板。同时将经加热的空气通过中心管3送入反应器1。优选这样调节送入反应器1的气体速度，以致中心管3中的Particle-Froude-Number为约7至8，混合室中为约1.5至1.8。由于这些高的气体速度，当气体通过孔板上部区域时，流过中心管3的气体将固体从固定流化床10带入混合室7。
因为环状流化床10的料面上升到超过中心管3的上缘，固体越过这一边缘上流入中心管3，从而形成强烈混合的悬浮流体。中心管3的上缘可为直的、波状的，或一些其他的形状，例如齿形的。它在壳体区也可有侧入口。由于离开中心管和/或通过在反应器壁之一上的碰撞，气体喷射流的膨胀，流速下降，携带的固体迅速减速，部分落回环状流化床10。未沉积的固体与气流一起通过导管8从反应器1排出。在固定环状流化床10的反应段和混合室7之间，形成固体循环，借此确保良好的传热。在进一步处理以前，通过导管8排出的固体在旋风分离器9中与气体或气体混合物分离。
在图中所示的方法中，将粒度小于3毫米的预热的细颗粒盐例如通过螺旋输送器送入反应器1，并在环状流化床10中用预热的空气(一次空气)流化。同时，例如将气体燃料与一次空气或固体燃料或液体燃料一起通过单独的供料导管11送入环状流化床10。在环状流化床中，燃料在还原条件下进行不完全燃烧。提供流化的一次空气的数量可在宽范围内变化，以致在环状流化床10中例如得到强还原气氛，它促进盐类的分解。一大部分传热发生在混合室7内，所以不大受送入环状流化床10中的流化用气体变化的影响。此外，提供的一次空气数量的下降防止固体的过度冷却，因此固体仍比较热。
将预热的空气(二次空气)通过中心管3送入反应器1，以致预燃烧的固体与二次空气有可能在混合室中强烈混合。在这些氧化条件下，在混合室7中燃料达到基本上完全的燃烧，同时发生强烈的传热。可将另外的燃料通过中心管3送入，以致可在不改变环状流化床10中的还原条件的条件下控制输入到反应器1的能量。在结构上，二次空气通过中心管3的送入以简单的方式进行，以致反应器1的制造费用可下降。
由于流过中心管3的高气体流速，通过时夹带的以及通过导管8排入旋风分离器9的固体数量或者可计量并通过导管12循环到环状流化床10，以便控制反应器1中固体的床层高度，或者与通过导管13从环状流化床10取出的固体流一起送去后处理。
反应器1下游旋风分离器9的废气可通过导管14送入这里未描述说明的生产硫酸的设备。用这一方法，可利用废气中所含的二氧化硫。
通过改变经导管6提供的空气(一次空气)和环状流化床10中燃料的数量，尤其硝酸盐或氯化物也可在还原条件和氧化条件下通过将燃料不是送入环状流化床10而是首先送入混合室7来分解。也可分解其他硫酸盐例如硫酸镁，一种肥料生产的废料。
下文参考两个说明本发明的实施例来说明本发明，但不是对本发明的限制。
实施例1(硫酸铁的热分解)在附图的设备中，将240公斤/小时350℃的预热的硫酸铁通过导管2送入反应器1的环状流化床中。同时，将20标米3/小时350℃预热的空气和17公斤/小时燃料(40000千焦/公斤)的混合物通过导管6送入气体分配室4，并在环状流化床10中在还原气氛下燃烧。
将另外180标米3/小时350℃预热的空气通过中心管3送入反应器1，它与来自环状流化床10的固体、不完全燃烧的燃料和一次空气混合。在混合室7中，燃料完全燃烧。得到310标米3/小时950℃的废气，二氧化硫的含量为9.5％，它通过导管8从反应器1中排出。用这一方法，可通过导管13从环状流化床10中取出120公斤/小时氧化铁。
实施例2(硫酸镁的热分解)将2.39吨/小时350℃预热的无水硫酸镁通过导管2送入反应器的环状流化床10，在那里用200标米3/小时400℃预热的空气通过气体分配室4使固体流化。此外，将450公斤/小时燃料(40000千焦/公斤)通过气体分配室送入反应器。燃料在环状流化床10中在还原气氛下不完全燃烧。
同时将3800标米3/小时400℃预热的空气通过中心管3送入反应器1，它与来自环状流化床10的固体、不完全燃烧的燃料和通过导管6提供的一次空气混合。在混合室7中，燃料完全燃烧，从而得到4500标米3/小时1130℃的废气，二氧化硫的含量为10.5％，它通过导管8从反应器1中排出。同时，可通过导管13从环状流化床10中取出1.07吨/小时氧化镁。
参考数表1 反应器2 供料导管3 中心管4 气体分配室5 气体分配器6 供料导管7 混合室8 导管9 分离器
10 环状流化床11 燃料供应12 固体返回导管13 固体导管14 废气导管
权利要求
1.一种细颗粒固体热处理特别是盐类热分解的方法，其中固体在流化床反应器(1)中被加热到200-1400℃的温度，其特征在于，将一次气体或气体混合物从底部通过优选中央供气管(3)送入反应器(1)的混合室(7)，所述的供气管(3)至少部分被用提供的流化用气体流化的固定环状流化床(10)包围，以及在于这样调节一次气体或气体混合物以及用于环状流化床(10)的流化用气体的气速，以致供气管(3)中的Particle-Froude-Numbers为1-100，在环状流化床(10)中为0.02-2，而在混合室(7)中为0.3-30。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，供气管(3)中的Particle-Froude-Number为1.15-20，特别是约7至8。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在环状流化床(10)中的Particle-Froude-Number为0.115-1.15，特别是约0.4至0.5。
4.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，在混合室(7)中的Particle-Froude-Number为0.37-3.7，特别是约1.5至1.8。
5.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，这样调节反应器(1)中固体的高度，以致环状流化床(10)伸出供气管(3)的上孔板端，以及在于将固体不断送入一次气体或气体混合物中，并被气流带入位于供气管(3)孔区上方的混合室(7)。
6.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将预热到例如约350℃的含硫酸盐的固体例如硫酸铁或硫酸镁作为原料送入。
7.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将预热到约300至500℃的空气通过供气管(3)送入反应器(1)。
8.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将预热到约300至500℃的空气作为流化用气体送入反应器(1)。
9.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将燃料送入反应器(1)的环状流化床(10)和/或混合室(7)，以及反应器(1)中的压力为0.8-10巴。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，燃料在环状流化床(10)中在还原气氛下不完全燃烧，而在混合室(7)中完全燃烧。
11.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将反应器(1)中热处理的废气送入生产硫酸的下游设备。
12.一种用于细颗粒固体热处理的特别是实施权利要求1-11中任一项的方法的设备，所述的设备包括构成用于热处理的流化床反应器的反应器(1)，其特征在于，反应器(1)有这样构成的供气体系，以致通过供气体系流动的气体将来自至少部分包围所述供气体系的固定环状流化床(10)的固体带入混合室(7)。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，供气体系有从反应器(1)的下部基本上竖直向上延伸到反应器(1)的混合室(7)的供气管(3)，所述的供气管(3)被至少部分围绕供气管延伸的并在其中形成固定流化床(10)的室包围。
14.根据权利要求12或13的设备，其特征在于，根据反应器(1)的截面，在接近中心位置设置供气管(3)。
15.根据权利要求12-14中任一项的设备，其特征在于，将分离固体的分离器(9)设置在反应器(1)的下游，以及所述的分离器(9)有导向反应器(1)的环状流化床(10)的固体导管(12)和/或导向下游处理段的固体导管(13)。
16.根据权利要求12-15中任一项的设备，其特征在于，在反应器(1)的环状室中，设置有气体分配器(5)，它将所述的室分成上部环状流化床(10)和与流化用气体供气导管(6)相连的下部气体分配室(4)。
17.根据权利要求12-16中任一项的设备，其特征在于，在反应器(1)的下游设置有生产硫酸的设备，所述的设备与反应器(1)和/或下游分离器(9)的废气导管相连。
全文摘要
本发明涉及一种固体热处理特别是盐类热分解的方法，其中固体在流化床反应器(1)中被加热到200－1400℃，以及涉及一种相应的设备。为了改进能量的利用和盐类的分解，提出将一次气体或气体混合物通过优选在中心位置安装的供气管(3)从底部送入反应器(1)的混合室(7)，所述的供气管(3)至少部分被用流化用气体流化的环状固定流化床(10)包围，以及这样调节一次气体或气体混合物的流速以及环状流化床(10)的流化用气体的流速，以致供气管(3)中的Particle－Froude－Numbers为1－100，在环状流化床(10)中为0.02－2，而在混合室(7)中为0.3－30。
文档编号C01F5/00GK1732041SQ200380107420
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月1日 优先权日2002年12月23日
发明者N·阿纳斯塔耶维克, M·希尔施 申请人:奥托昆普技术公司