專利名稱：用于細(xì)粒礦物固體的熱處理的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種細(xì)粒礦物固體的熱處理的方法，特別是用于煅燒粘土或粘土類物 質(zhì)或石膏的方法，并涉及用于執(zhí)行此方法的裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，煅燒細(xì)粒礦物固體例如粘土的煅燒在回轉(zhuǎn)窯或多膛爐中實(shí)現(xiàn)。這確保了 低溫的維持和用于在此方法中進(jìn)行處理所需的停留時間。例如，美國專利4，948，362描述 了一種煅燒粘土的方法，其中，通過熱煅燒氣體在多膛煅燒爐中處理高嶺土，以提高光澤， 并使磨耗最小化。在靜電沉降中，煅燒的粘土粉末與煅燒爐的廢氣分離，并進(jìn)行處理，從而 獲得預(yù)期的產(chǎn)物。還有這樣的已知方法，它們允許避免可移動的裝置設(shè)備，例如回旋窯或多膛爐中 的旋轉(zhuǎn)刮刀，并且減少停留時間。同樣包括閃燒反應(yīng)器和流體床技術(shù)。從美國專利6，168，424中獲知用于懸浮礦物固體尤其是粘土的熱處理的裝置，其 中，在多個預(yù)熱級預(yù)熱之后，將固體供給到閃燒反應(yīng)器。在閃燒反應(yīng)器中，固體通過在燃燒 室中產(chǎn)生的熱氣體在熱處理管中進(jìn)行煅燒。然后，在多個冷卻級中將煅燒后的產(chǎn)物冷卻到 期望的產(chǎn)物溫度。在“Claysand Clay Minerals”(卷· 33，No. 3，258-260，1985)的論文“Properties of Flash-Calcined Kaolinite，，中，D. Bridson, Τ. W. Davies 禾口 D. P. Harrison 還描述了使 用閃燒來處理高嶺土。在此方法中，固體被非?？焖俚剡M(jìn)行加熱，維持在該溫度下短時間 段，然后再快速地冷卻。高嶺土在900°C和1250°C之間溫度下閃燒0.2秒至2秒。然而認(rèn) 識到，盡管溫度足夠高，但僅實(shí)現(xiàn)部分脫羥基，因?yàn)樵摱烫幚頃r間不足以達(dá)到平衡。在閃燒反應(yīng)器中，停留時間非常短，這通過在反應(yīng)器中升高的處理溫度來補(bǔ)償。在 諸如粘土或石膏的熱敏性物質(zhì)的情況下，必須遵循最高溫度，這涉及到當(dāng)超過最高溫度時 材料有被燒結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，粘土尤其涉及到火山灰活性在過高溫度下消失的風(fēng)險(xiǎn)?；鹕?灰是硅酸鹽和鋁硅酸鹽物質(zhì)，它們與氫氧化鈣(熟石灰)和水發(fā)生水硬反應(yīng)，并形成硅酸鈣 水合物和鈣鋁水合物。這些晶體還由于水泥的硬化(水合)來獲得，并產(chǎn)生例如混凝土的 強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)密度。因此，對于高嶺土，尤其不應(yīng)當(dāng)一直超過800°C的溫度。在這樣的溫度下， 由于在閃燒反應(yīng)器中停留時間短，所以不能實(shí)現(xiàn)期望的材料特性。根據(jù)DE 102 60 741 Al，已知的是一種用于處理石膏的方法，其中，在具有再循環(huán) 旋風(fēng)分離器的環(huán)形流化床反應(yīng)器中將固體加熱到大約750°C的溫度，并煅燒成無水石膏。通 過環(huán)形流化床，實(shí)現(xiàn)了足夠長的固體停留時間，同時實(shí)現(xiàn)了良好的傳質(zhì)和傳熱。DE 25 24 540 C2描述了一種用于煅燒過濾的潮濕(filter-moist)氫氧化鋁的 方法，其中，將氫氧化鋁裝入到提供有流化空氣的流化床反應(yīng)器，其中通過兩級燃燒獲得 iioo°c的溫度，并進(jìn)行煅燒。經(jīng)過與氣體分離之后，將從流化床反應(yīng)器排出的固體供給到 停留時間反應(yīng)器，其中進(jìn)而通過以低速率加入氣體使固體在iioo°c的溫度下維持輕微的湍 動。經(jīng)由管道使部分固體流再循環(huán)到流化床反應(yīng)器。反應(yīng)體系中的停留時間在流化床反應(yīng)器和停留時間反應(yīng)器之間以1 3. 3的比值劃分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提出一種能量有效的配置以確保期望的顆粒特性，尤其是在煅燒 粘土或粘土類物質(zhì)或石膏時。對于該目標(biāo)的解決方案，通過根據(jù)本發(fā)明的方法，使固體穿過閃燒反應(yīng)器，在閃燒 反應(yīng)器中，使固體在450°C至1500°C、優(yōu)選500°C至890°C的溫度下與熱氣體接觸，隨后在 500°C至890°C的溫度下穿過停留時間反應(yīng)器，在1分鐘至600分鐘的停留時間之后將固體 從停留時間反應(yīng)器取出，當(dāng)使用具有固定流化床的反應(yīng)器時，停留時間優(yōu)選地在1分鐘和 60分鐘之間，并且當(dāng)反應(yīng)器被配置為回轉(zhuǎn)窯時，停留時間在10分鐘和600分鐘之間，并且可 能將固體供給到進(jìn)一步的處理級。閃燒反應(yīng)器提供了第一處理步驟的快速特性。由于顆粒的充分混合，顯著地改善 了傳熱和傳質(zhì)，因此化學(xué)反應(yīng)比在旋轉(zhuǎn)管或多膛煅燒爐中進(jìn)行地要快得多。隨后，通過停留 時間反應(yīng)器確保足夠的停留時間，從而通過遵循指定的最大溫度來提供期望的材料特性。 這提供了方法和用于此方法的裝置的更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。由于在閃燒反應(yīng)器中的充分混合，所以可能沒有任何使被煅燒的材料暫時暴露于 比通?？扇菰S的煅燒溫度明顯高的溫度下的風(fēng)險(xiǎn)。熱氣體的溫度可以比閃燒反應(yīng)器中的平 均溫度高200°C以上。因?yàn)閮H與熱氣體接觸非常短暫，且可以快速散熱，所以這是可能的。 因此，材料沒有負(fù)面變化。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，閃燒反應(yīng)器中的固體的停留時間在0. 5秒和20秒之間， 優(yōu)選地在1秒和10秒之間，且尤其在2秒和8秒之間。根據(jù)處理的材料和期望的材料特性 以及閃燒反應(yīng)器的構(gòu)造，可以確定氣體速率，因此可以確定固體的停留時間。即使在停留反 應(yīng)器中的最小停留時間僅為1分鐘，獲得了優(yōu)選小于1 6且尤其是小于1 7. 5的在閃 燒反應(yīng)器中非常短的處理時間與在停留時間反應(yīng)器中的處理時間之比。采用更長的在停留 時間反應(yīng)器中的停留時間，該比值相應(yīng)地減小至1 1200。具體地說，當(dāng)煅燒粘土或粘土類物質(zhì)時，根據(jù)本發(fā)明的閃燒反應(yīng)器中的溫度為大 約550 V至850 V，優(yōu)選600 V至750 V，特別優(yōu)選在650 V和700 V之間。閃燒反應(yīng)器中的溫度可以通過例如在上游燃燒室中的外部燃燒和通過閃燒反應(yīng) 器中的內(nèi)部燃燒來實(shí)現(xiàn)。還可以使用來自其它處理步驟或其它裝置的熱廢氣。內(nèi)部燃燒尤 其在高于700°C的較高處理溫度下是優(yōu)選的。根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)，可以向閃燒反應(yīng)器中填裝冷的或熱的熱解產(chǎn)物和/或氣化產(chǎn) 物或者由亞化學(xué)計(jì)量燃燒產(chǎn)生的產(chǎn)物(例如，含有CO的氣體)，并在閃燒反應(yīng)器中進(jìn)行進(jìn)一 步燃燒。然而，還可以使用具有低燃燒溫度的特定燃料，例如丙烷。閃燒反應(yīng)器中的內(nèi)部燃燒可以例如通過停留時間、閃燒反應(yīng)器的尺寸或者構(gòu)造 (例如，構(gòu)造成管或旋風(fēng)分離器)來控制。完全的內(nèi)部燃燒是優(yōu)選的，但是還可能在閃燒反 應(yīng)器之后提供后燃燒室，以確保燃料的完全燃燒。當(dāng)煅燒石膏時，閃燒反應(yīng)器中的溫度為大約540°C至大約880°C，但是當(dāng)供給熱氣 體時，其優(yōu)選地為大約650°C至850°C，特別優(yōu)選地在700°C和750°C之間，在內(nèi)部燃燒的情 況下，其優(yōu)選地在740°C和850°C之間，特別優(yōu)選地為大約750°C至800°C。
根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)，停留時間反應(yīng)器中的熱處理通過熱氣體來實(shí)現(xiàn)，其中，氣體在 停留時間反應(yīng)器中的停留時間優(yōu)選地在0. 1秒和10秒之間。這樣，能夠非常精確地調(diào)節(jié)停 留時間反應(yīng)器中的溫度。在構(gòu)成回轉(zhuǎn)窯的停留時間反應(yīng)器中，固體的停留時間優(yōu)選地為20 分鐘至300分鐘，在形成為流化床的反應(yīng)器中，其優(yōu)選地為1分鐘至30分鐘。在根據(jù)本發(fā)明的粘土或粘土類物質(zhì)的煅燒中，停留時間反應(yīng)器中的溫度為大約 550°C至850°C，優(yōu)選地為大約600°C至750°C，特別優(yōu)選地為大約650°C至700°C，由此可靠 地防止對火山灰活性造成損害。然而，在石膏的熱處理的情況下，根據(jù)本發(fā)明的停留時間反應(yīng)器中的溫度略微 更高，即大約540°C至880°C，優(yōu)選地為大約550°C至850°C，特別優(yōu)選地為大約700°C至 800°C。然而，在更高的處理溫度下，內(nèi)部燃燒在這里同樣是可能的。閃燒反應(yīng)器(其在廣泛意義上說為夾帶床反應(yīng)器)中的傳遞通過夾帶固體的氣體 流來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，提供熱氣體流。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，閃燒反應(yīng)器中的顆粒弗勞德數(shù) (Particle-Froude-Number)在40和300之間，優(yōu)選地在60和200之間，由此確保固體顆粒 非?？焖俚卮┻^，并因此具有相應(yīng)的短停留時間。顆粒弗勞德數(shù)均由下面的公式定義
權(quán)利要求
1.一種用于細(xì)粒礦物固體的熱處理的方法，特別是用于煅燒粘土或石膏的方法，其中 使所述固體穿過閃燒反應(yīng)器，在所述閃燒反應(yīng)器中，使所述固體在450°C至1500°C、優(yōu)選 500°C至890°C的溫度下與熱氣體接觸，且其中使所述固體隨后在500°C至890°C的溫度下 穿過停留時間反應(yīng)器，在1分鐘至600分鐘的停留時間之后將所述固體從所述停留時間反 應(yīng)器中取出，并可能供給到進(jìn)一步的處理級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固體在所述閃燒反應(yīng)器中的停留時 間在0. 5秒和20秒之間，優(yōu)選地在1秒和10秒之間，且尤其在2秒和8秒之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述停留時間反應(yīng)器包括固定流化 床，且特征在于在所述停留時間反應(yīng)器中的停留時間為1分鐘至60分鐘，優(yōu)選地為1分鐘 至30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述停留時間反應(yīng)器被構(gòu)造成回轉(zhuǎn) 窯，且特征在于在所述停留時間反應(yīng)器中的停留時間為10分鐘至600分鐘，優(yōu)選地在20分 鐘至300分鐘。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，具體對于粘土的煅燒，所述閃燒反 應(yīng)器中的溫度為大約550°C至850°C。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，具體對于石膏的煅燒，所述閃燒反 應(yīng)器中的溫度為大約540°C至880°C。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述閃燒反應(yīng)器(5)中的氣體通 過內(nèi)部燃燒來加熱。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述停留時間反應(yīng)器中的熱處理 通過熱氣體來進(jìn)行，且所述氣體在所述停留時間反應(yīng)器中的停留時間在0. 1秒和10秒之 間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，具體對于粘土的煅燒，所述停留時 間反應(yīng)器中的溫度為大約550°C至850°C。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，具體對于石膏的煅燒，所述停留 時間反應(yīng)器中的溫度為大約540°C至880°C。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述閃燒反應(yīng)器中的顆粒弗勞德 數(shù)在40和300之間。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述固體在引入到所述閃燒反應(yīng) 器中之前被預(yù)熱。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將所述停留時間反應(yīng)器中的廢氣 再循環(huán)到所述閃燒反應(yīng)器或再循環(huán)到預(yù)熱級。
14.一種用于細(xì)粒礦物固體的熱處理的裝置，例如用于煅燒粘土或石膏的裝置，特別 是用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法的裝置，包括閃燒反應(yīng)器(5)，所述固體在 450°C至1500°C、優(yōu)選500°C至890°C的溫度下穿過所述閃燒反應(yīng)器(5)；和停留時間反應(yīng)器 (7)，所述固體隨后在500°C至890°C的溫度下穿過所述停留時間反應(yīng)器(7)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述停留時間反應(yīng)器(7)為回轉(zhuǎn)窯。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述停留時間反應(yīng)器(7)包括固定流化床。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，在所述停留時間反應(yīng)器(7) 的下游提供冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括至少一個直接和/或間接冷卻級(10、13、14)，尤 其包括冷卻旋風(fēng)分離器和/或流化床冷卻器。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，在所述閃燒反應(yīng)器(5)的上 游提供燃燒室(6)，以產(chǎn)生熱氣體。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，在所述閃燒反應(yīng)器(5)的上 游提供至少一個預(yù)熱級(2、4)，以用于預(yù)熱所述固體。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，在所述閃燒反應(yīng)器(5)的下 游提供分離器，尤其是旋風(fēng)分離器。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，用于將所述停留時間反應(yīng)器 (7)的廢氣再循環(huán)到所述閃燒反應(yīng)器(5)或預(yù)熱級(2、4)的返回管(9)。
全文摘要
在細(xì)粒礦物固體的熱處理中，尤其是用于煅燒粘土或石膏的熱處理中，使所述固體穿過閃燒反應(yīng)器(5)，在所述閃燒反應(yīng)器(5)中，使所述固體在450℃至1500℃的溫度下與熱氣體接觸，并隨后使所述固體在550℃至800℃的溫度下穿過停留時間反應(yīng)器(7)，在1分鐘至600分鐘的停留時間之后將所述固體從所述停留時間反應(yīng)器(7)中取出，并可能供給到進(jìn)一步的處理級。
文檔編號C04B11/00GK102006926SQ200980113259
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者E·伽薩菲, G·施奈德, M·米薩拉 申請人:奧圖泰有限公司