專利名稱：在流化床內(nèi)熱處理粒狀固體的方法與成套設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在位于流化床反應(yīng)器中的流化床內(nèi)熱處理粒狀固體的方法，其中微波輻射經(jīng)至少一根波導(dǎo)管供入到流化床反應(yīng)器內(nèi)，和本發(fā)明涉及相應(yīng)的成套設(shè)備(plant)。
存在數(shù)種可能性將微波源耦合到流化床反應(yīng)器上。這些包括例如開放的波導(dǎo)管、槽縫天線、耦合環(huán)、振動(dòng)膜、用氣體或另一電介質(zhì)填充的同軸天線，或者被透微波物質(zhì)(窗口)阻止(occlude)的波導(dǎo)管?？梢杂貌煌绞竭M(jìn)行這類來自供料導(dǎo)管的微波的去耦合。
理論上，微波能量可在波導(dǎo)管內(nèi)沒有損失的情況下輸送。以包括線圈和電容器的電子振蕩電路邏輯發(fā)展到非常高頻率的形式獲得波導(dǎo)管的截面。理論上，這種振蕩電路同樣可在沒有損失的情況下操作。在顯著增加共振頻率的情況下，電子振蕩電路的線圈變?yōu)橐话氲睦@組，這相當(dāng)于波導(dǎo)管截面的一側(cè)。波導(dǎo)管變?yōu)槠桨咫娙萜?，這同樣相當(dāng)于波導(dǎo)管截面的兩側(cè)。實(shí)際上，振蕩電路損失能量，這是由于在線圈和電容器內(nèi)的歐姆電阻所致。波導(dǎo)管損失能量，這是由于在波導(dǎo)管管壁的歐姆電阻所致。
可通過在其上耦合從第一個(gè)振蕩電路中移出能量的第二個(gè)振蕩電路，從而從電子振蕩電路中分流能量。類似地，可通過用法蘭把第二根波導(dǎo)管連接到第一根波導(dǎo)管上，使能量從中去耦合(波導(dǎo)過渡)。當(dāng)?shù)谝桓▽?dǎo)管通過短路活塞在耦合點(diǎn)后斷路時(shí)，全部能量可甚至轉(zhuǎn)移到低二根波導(dǎo)管上。
通過導(dǎo)電管壁密閉在波導(dǎo)管內(nèi)的微波能。在該管壁內(nèi)，壁電流流動(dòng)，和在波導(dǎo)管截面內(nèi)，存在電磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度可以是數(shù)10KV/米。當(dāng)導(dǎo)電天線棒放入波導(dǎo)管內(nèi)時(shí)，其可直接消耗電磁場(chǎng)的電勢(shì)差，和在利用合適的形狀的情況下，還再次在其一端(天線或探針去耦合)流出。經(jīng)開口進(jìn)入波導(dǎo)管內(nèi)并在另一點(diǎn)處接觸波導(dǎo)管管壁的天線棒仍可直接接收壁電流且同樣在其一端流出。當(dāng)波導(dǎo)管通過短路活塞在天線耦合之后斷路時(shí)，在這一情況下，全部能量也可從波導(dǎo)管轉(zhuǎn)移到天線上。
當(dāng)通過槽縫中斷波導(dǎo)管內(nèi)壁電流的磁場(chǎng)線時(shí)，由于能量不可能在管壁內(nèi)流動(dòng)，因此微波能量從波導(dǎo)管經(jīng)這些槽縫出現(xiàn)(槽縫去耦合)。在矩形波導(dǎo)管內(nèi)的壁電流，在波導(dǎo)管的較寬一側(cè)的中間處，平行于中心線流動(dòng)，和在波導(dǎo)管的較窄一側(cè)的中間處，橫跨中心線流動(dòng)。因此在較寬一側(cè)的橫向槽縫和在較窄一側(cè)的縱向槽縫使微波輻射從波導(dǎo)管中去耦合。
可在所有類型幾何形狀的導(dǎo)電中孔部分內(nèi)進(jìn)行微波輻射，只要其尺寸沒有低于一些最小值即可。共振條件的恰當(dāng)計(jì)算包括相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)，因?yàn)樵诓捎孟鄳?yīng)的臨界條件下，最終必需解Maxwe11方程(不穩(wěn)定態(tài)、非線性的微分方程)。然而，在矩形或圓形波導(dǎo)管截面的情況下，該方程可簡(jiǎn)化到下述程度使得可分析地解方程且關(guān)于波導(dǎo)管設(shè)計(jì)之類的問題變得更清楚和更容易解決。因此，和由于相對(duì)容易的重現(xiàn)性，工業(yè)上使用僅僅矩形波導(dǎo)管或者圓形波導(dǎo)管，根據(jù)本發(fā)明，它們也是優(yōu)選使用的。在Anglo-Saxon文獻(xiàn)中使主要使用的矩形波導(dǎo)管標(biāo)準(zhǔn)化。德國(guó)采用這些標(biāo)準(zhǔn)尺寸，這是部分為何出現(xiàn)古怪(odd)尺寸的原因。一般來說，頻率為2.45GHz的所有工業(yè)微波源配有R26型矩形波導(dǎo)管，所述矩形波導(dǎo)管的截面為43×86mm。在波導(dǎo)管中，存在不同的振蕩狀態(tài)在橫向電模式(TE模式)中，電場(chǎng)分量(component)橫跨波導(dǎo)方向，和磁場(chǎng)分量位于波導(dǎo)方向。在橫向磁場(chǎng)模式(TM模式)中，磁場(chǎng)分量橫跨波導(dǎo)方向和電分量位于波導(dǎo)方向。這兩種振蕩狀態(tài)可在具有不同模式數(shù)量(例如，TE-1-1，TM-2-0)的空間內(nèi)在所有方向上看到。
根據(jù)US5972302，熱處理粒狀固體的方法是已知的，其中對(duì)硫化礦石進(jìn)行通過微波支持的氧化。該方法主要涉及在流化床內(nèi)焙燒黃鐵礦，其中引入到流化床內(nèi)的微波促進(jìn)形成赤鐵礦和元素硫并抑制形成SO2。使用固定流化床，其中通過直接在該流化床上方布置的微波源直接輻照所述流化床。必須使得微波源或微波的入口點(diǎn)與從流化床上升的氣體、蒸氣和灰塵接觸。
EP0403820B1公開了在流化床內(nèi)干燥物質(zhì)的方法，其中在流化床外部布置微波源，并借助波導(dǎo)管將微波引入到流化床內(nèi)。開放的波導(dǎo)管存在的危險(xiǎn)包括微波源被灰塵和氣體污染并最終受到破壞。這可通過透微波窗來避免，所述透微波窗阻止反應(yīng)器與微波源之間的波導(dǎo)。然而，在此情況下在窗上的沉積物導(dǎo)致?lián)p害微波輻射。
發(fā)明描述因此本發(fā)明的目的是使微波更有效地供入到固定或循環(huán)流化床內(nèi)，并保護(hù)微波源避免所得氣體、蒸氣和/或灰塵。
根據(jù)本發(fā)明，通過如上所述的方法基本上解決了這一目的，其中氣流經(jīng)波導(dǎo)管供入到流化床內(nèi)，所述波導(dǎo)管還用于引入微波。因此，微波源布置在固定或循環(huán)流化床的外部，微波輻射經(jīng)至少一根波導(dǎo)管被供入到流化床反應(yīng)器內(nèi)，且除了微波輻射以外，氣流也流過該波導(dǎo)管。借助來自波導(dǎo)管的氣流，可靠地避免了灰塵或工藝氣體進(jìn)入波導(dǎo)管，向上擴(kuò)散到微波源內(nèi)并破壞微波源。根據(jù)本發(fā)明，因此可省去在波導(dǎo)管內(nèi)用于屏蔽微波源的透微波窗，因?yàn)樵诂F(xiàn)有技術(shù)中它們通常被使用。透微波窗牽涉的問題是，灰塵或其它固體在窗上的沉積物可損害并部分吸收微波輻射。因此，本發(fā)明的開放的波導(dǎo)管尤其有利。
當(dāng)經(jīng)波導(dǎo)管引入的氣流含有與流化床反應(yīng)的氣體時(shí)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的改進(jìn)，和在循環(huán)流化床反應(yīng)器的情況下，可甚至利用所述氣體額外流化流化床。因此，至此經(jīng)其它供應(yīng)導(dǎo)管引入到流化床內(nèi)的部分氣體被用于使波導(dǎo)管脫塵。結(jié)果也可省去提供中性的吹掃氣體。
當(dāng)經(jīng)波導(dǎo)管引入的氣流相對(duì)于流化床反應(yīng)器內(nèi)存在的氣體和固體具有溫差時(shí)，獲得另一改進(jìn)。按照這一方式，可將額外的熱量特意引入到流化床內(nèi)或者可冷卻流化床，這取決于所需的效果。
不僅可在固定流化床，而且可在循環(huán)流化床內(nèi)進(jìn)行熱處理，其中固體在流化床反應(yīng)器、與該流化床反應(yīng)器的上部區(qū)域相連的固體分離器和連接固體分離器與流化床反應(yīng)器的下部區(qū)域的返回導(dǎo)管之間連續(xù)循環(huán)。一般來說，每小時(shí)的固體循環(huán)量是在流化床反應(yīng)器內(nèi)存在的固體量的至少3倍。
固體也可流經(jīng)至少兩個(gè)連續(xù)的流化床反應(yīng)器，例如通過堰(weir)或隔板彼此隔開的兩個(gè)流化室，其中在所述流化室內(nèi)形成固定流化床并供入來自波導(dǎo)管的電磁波(微波)。固體可從一個(gè)流化床反應(yīng)器移動(dòng)到相鄰的流化床反應(yīng)器中。一種變通方案在于在兩個(gè)相鄰的流化床反應(yīng)器之間布置中間室，所述中間室尤其與兩個(gè)流化室相連并含有粒狀固體的流化床，該中間室不具有相連的波導(dǎo)管。本發(fā)明方法的另一變通方案在于，在底部區(qū)域內(nèi)具有開口的隔板用于隔開兩個(gè)流化室。
對(duì)于特定的優(yōu)點(diǎn)來說，可不同地規(guī)定每一流化床反應(yīng)器的操作條件，尤其溫度，流化氣體的組成，能量輸入和/或流化速度。在一個(gè)流化床或者數(shù)個(gè)連續(xù)的流化床的情況下，固體例如首先可流經(jīng)第一流化床上游的預(yù)熱室。此外，可在充當(dāng)熱處理的最后的流化床的下游提供用于冷卻固體產(chǎn)物的冷卻室。
獲得另一優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橥ㄟ^氣流連續(xù)流經(jīng)波導(dǎo)管，從而避免了在波導(dǎo)管內(nèi)的固體沉積物。這些固體沉積物以非所需的方式改變波導(dǎo)管的截面并吸收部分微波能量，所述微波能量是為流化床內(nèi)的固體設(shè)計(jì)的。由于在波導(dǎo)管內(nèi)吸收能量，因此波導(dǎo)管被非常嚴(yán)重加熱，于是物料進(jìn)行強(qiáng)烈的熱磨耗。另外，在波導(dǎo)管內(nèi)的固體沉積物影響到達(dá)微波源的非所需的反饋。
合適的微波源，即電磁波源，包括例如磁控管或速調(diào)管。此外，可使用具有相應(yīng)線圈或功率晶體管的高頻發(fā)生器。從微波源發(fā)出的電磁波的頻率通常在300MHz-30GHz范圍內(nèi)。優(yōu)選使用435MHz、915MHz和2.45GHz的ISM頻率。最佳頻率方便地根據(jù)在試驗(yàn)操作中的每一應(yīng)用來決定。
根據(jù)本發(fā)明，波導(dǎo)管全部或大部分由導(dǎo)電材料，例如銅組成。波導(dǎo)管的長(zhǎng)度范圍為0.1-10m。波導(dǎo)管可以筆直或彎曲。優(yōu)選使用圓形或矩形截面的截面，其尺寸尤其適應(yīng)于所使用的頻率。
流化床內(nèi)的溫度范圍例如為300-1200℃，和建議例如通過間接傳熱引入額外的熱量到流化床內(nèi)。為了測(cè)量流化床內(nèi)的溫度，可使用絕緣敏感元件、輻射高溫計(jì)或光纖傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，調(diào)節(jié)波導(dǎo)管內(nèi)的氣體速度，以便在波導(dǎo)管內(nèi)的顆粒夫勞德數(shù)范圍介于0.1至100。顆粒夫勞德數(shù)定義如下Frp=u(ρs-ρf)ρf*dp*g]]>其中u＝氣體的有效流速(m/s)ρs＝固體顆粒的密度(kg/m3)ρf＝流化氣體的有效密度(kg/m3)dp＝在反應(yīng)器的操作過程中反應(yīng)器內(nèi)裝料的顆?；?形成的顆粒)的平均直徑(m)g＝重力常數(shù)(m/s2)為了防止來自反應(yīng)器的固體顆?；蛩傻墓に嚉怏w滲透到波導(dǎo)管內(nèi)，充當(dāng)吹掃氣體的氣體流過波導(dǎo)管。固體顆?？梢允抢绱嬖谟诜磻?yīng)器內(nèi)的灰塵顆?；蛘哌€是處理過的固體。工藝氣體在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的工藝中生成。通過規(guī)定一定的顆粒夫勞德數(shù)，當(dāng)調(diào)節(jié)氣體速度時(shí)，根據(jù)本發(fā)明確定(consider)滲透的固體顆?；蚬に嚉怏w對(duì)吹掃氣體的密度比，除了吹掃氣流的速度以外，該比例也是吹掃氣流是否可夾帶滲透顆粒這一問題的關(guān)鍵。于是可防止物質(zhì)滲透到波導(dǎo)管內(nèi)。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說，優(yōu)選顆粒夫勞德數(shù)介于2至30。
通過本發(fā)明方法處理的粒狀固體可以例如是礦石和尤其硫化礦石，它們例如是通過回收金、銅或鋅而制備的。此外，循環(huán)物質(zhì)，例如含鋅的處理氧化物或廢物可在流化床內(nèi)進(jìn)行熱處理。若硫化礦石，如含金的砷黃鐵礦進(jìn)行該方法，則硫化物轉(zhuǎn)化成氧化物，和在采用合適的工序的情況下，優(yōu)選形成元素硫和僅僅小量的SO2。本發(fā)明的方法有利地使礦石的結(jié)構(gòu)變松散，以便隨后金的浸提導(dǎo)致改進(jìn)的產(chǎn)率，優(yōu)選通過熱處理形成的硫化鐵砷(FeAsS)可被容易地處置。方便地，待處理的固體至少部分吸收所使用的對(duì)此輻射并因此加熱該床。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，尤其在高場(chǎng)強(qiáng)下處理的物料可更容易地浸提。同樣常?？蓪?shí)現(xiàn)其它技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，如降低的保留時(shí)間或所要求的工藝溫度下降。
本發(fā)明此外涉及尤其進(jìn)行以上所述方法以供在流化床內(nèi)熱處理粒狀固體的成套設(shè)備。本發(fā)明的成套設(shè)備包括流化床反應(yīng)器，布置在該流化床反應(yīng)器外部的微波源，和將微波輻射供入到流化床反應(yīng)器內(nèi)的波導(dǎo)管，將氣體供入到與波導(dǎo)管相連的流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣體供應(yīng)導(dǎo)管。
此外，反應(yīng)器可被延長(zhǎng)且具有供硫化氣體進(jìn)入的透氣底部，例如提供有孔隙或槽縫開口、喇叭噴嘴或適于流化技術(shù)的類似開口的底部。作為流化床通道設(shè)計(jì)的該反應(yīng)器可水平安裝或者具有數(shù)度的小的傾斜角度安裝且具有至少1.5-1，例如4-1的長(zhǎng)/寬比。在這種反應(yīng)器中，根據(jù)本發(fā)明可容易實(shí)現(xiàn)處理和運(yùn)輸粒狀固體。為了將流化通道反應(yīng)器分成數(shù)個(gè)區(qū)域，則可在通道內(nèi)形成的流化床內(nèi)部和/或在位于流化床之上的氣體空間內(nèi)布置隔板或堰，取決于該工藝，開口使粒狀固體流過。特別有利的是，對(duì)于分離的各區(qū)來說，當(dāng)隔板或堰是可調(diào)節(jié)的時(shí)候，結(jié)果流化物料的高度和槽縫高度可從一個(gè)區(qū)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)而變化。選擇在流化通道內(nèi)的床高，以便在每一區(qū)域內(nèi)，由于徹底混合導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)幾乎均勻的能態(tài)。在合適的流化物料的情況下，也可使用虹吸管替代轉(zhuǎn)移堰?？稍谒袇^(qū)內(nèi)或者在單個(gè)區(qū)內(nèi)提供波導(dǎo)管連接到其上的微波入口。
根據(jù)下述實(shí)施例的說明和根據(jù)附圖也可得到本發(fā)明的改進(jìn)、優(yōu)點(diǎn)和可能的應(yīng)用。所有描述的和/或所示的特征本身或者任何結(jié)合屬于本發(fā)明的主題，與在權(quán)利要求中它們包括的內(nèi)容或者它們涉及的內(nèi)容無關(guān)。
附圖簡(jiǎn)述在附圖中

圖1以圖示的方式示出了在固定流化床內(nèi)粒狀固體的熱處理；
圖2示出了采用循環(huán)流化床的方法的變通方案；和圖3、4、5、6示出了具有多個(gè)固定流化床的方法的變通方案。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明圖1示出了進(jìn)行本發(fā)明方法的成套設(shè)備以供在固定流化床層3(也稱為流化床)內(nèi)熱處理粒狀固體。
該成套設(shè)備包括流化床反應(yīng)器1，其中待處理的粒狀固體經(jīng)導(dǎo)管2引入到所述流化床反應(yīng)器1內(nèi)。在該室中，固體形成固定流化床3，流化氣體，例如空氣橫穿所述固定流化床3。為了這一目的，流化氣體經(jīng)氣體分配器4從下方進(jìn)入到流化床3內(nèi)。在流化床反應(yīng)器1的上部區(qū)域，導(dǎo)向微波源7的開放的波導(dǎo)管5被連接到具有固定流化床3的室內(nèi)。從微波源7發(fā)出的電磁波流經(jīng)波導(dǎo)管5并供入到流化床反應(yīng)器1的室內(nèi)。它們至少部分有助于加熱流化床3。此外，吹掃氣體，例如空氣或氮?dú)?，從?cè)面經(jīng)導(dǎo)管6供入到波導(dǎo)管內(nèi)，該吹掃氣體流入到流化床反應(yīng)器1內(nèi)并防止灰塵或工藝氣體從具有流化床3的室進(jìn)入到波導(dǎo)管5內(nèi)。按照這一方式，微波源7受到保護(hù)以免損壞，且與此同時(shí)，在不必用透微波的窗口密閉開放的波導(dǎo)管5的情況下，在波導(dǎo)管5內(nèi)防止微波吸收的污染沉積物。
對(duì)于該方法來說，視需要，固定流化床3可另外通過布置在流化床3內(nèi)的換熱器8加熱。所形成的氣體和蒸汽經(jīng)導(dǎo)管9離開流化床反應(yīng)器1的室并供應(yīng)到本身已知的未圖示的冷卻和脫塵設(shè)備內(nèi)。處理過的粒狀固體經(jīng)出料導(dǎo)管10從流化床反應(yīng)器1中引出。
在圖2中，流化床反應(yīng)器1構(gòu)成了具有循環(huán)流化床(流化層)的反應(yīng)器。待處理的固體經(jīng)導(dǎo)管2進(jìn)入到流化床反應(yīng)器1內(nèi)并通過引入到流化床反應(yīng)器1內(nèi)的流化氣體夾帶，于是形成循環(huán)流化層。然后固體至少部分與氣體一起經(jīng)導(dǎo)管11從流化床反應(yīng)器1中排出并引入到固體分離器12內(nèi)。在此分離的固體經(jīng)返回導(dǎo)管13至少部分循環(huán)到流化床反應(yīng)器1的循環(huán)流化層的下部區(qū)域內(nèi)。部分固體也可經(jīng)出料導(dǎo)管14排出。在流化床反應(yīng)器1底部沉積的粗糙固體可經(jīng)出料導(dǎo)管15從反應(yīng)器1中移出。形成循環(huán)流化床的流化氣體，例如空氣，經(jīng)導(dǎo)管4a供應(yīng)到流化床反應(yīng)器1內(nèi)，然后首先進(jìn)入分配室4h內(nèi)，之后經(jīng)柵板4i流入到流化床反應(yīng)器1內(nèi)，夾帶所引入的尤其精細(xì)?；墓腆w，并形成循環(huán)流化層作為流化床。
波導(dǎo)管5連接微波源7和流化床反應(yīng)器1的室，通過所述波導(dǎo)管，微波被供入到如同圖1內(nèi)的成套設(shè)備一樣的微波反應(yīng)器1內(nèi)用于加熱粒狀固體。另外，來自導(dǎo)管6的吹掃氣體流經(jīng)波導(dǎo)管5，為的是避免灰塵以及沉積物進(jìn)入波導(dǎo)管5內(nèi)。在本發(fā)明的情況下，同樣可再次提供室的內(nèi)部區(qū)域一個(gè)或多個(gè)換熱器以供另外加熱粒狀固體，為了更好的闡述，在圖2中沒有列出所述換熱器。
充滿灰塵的氣體經(jīng)導(dǎo)管9離開固體分離器12并首先在廢熱鍋爐16內(nèi)冷卻，之后它流經(jīng)脫塵設(shè)備17。分離的灰塵可或者從該工藝中除去或者經(jīng)未示出的導(dǎo)管循環(huán)到流化床反應(yīng)器1的室內(nèi)。
如圖3所示，串聯(lián)布置兩個(gè)固定流化床反應(yīng)器1和1a，其中在兩個(gè)反應(yīng)器1和1a的室之間布置中間室1c。在所有這三個(gè)室中，固體形成固定流化床3、3a，其中流化氣體橫穿所述固定流化床3、3a。每一室的流化氣體分別通過獨(dú)立的導(dǎo)管4a、4b、4c供應(yīng)。待處理的粒狀固體經(jīng)導(dǎo)管2進(jìn)入第一個(gè)流化床反應(yīng)器1內(nèi)，和完全處理過的固體經(jīng)出料導(dǎo)管10離開第二個(gè)流化床反應(yīng)器1a。從第一反應(yīng)器1的室的上部區(qū)域向下延伸第一器壁19。然而，它沒有向下延伸到地面，結(jié)果在底部區(qū)域內(nèi)留下開口20，通過所述開口20，來自第一流化床3的固體可進(jìn)入中間室1c的流化床3a內(nèi)。中間室1c向上延伸到堰狀的第二器壁21上，來自中間室1c的流化床3a的固體在所述第二器壁21上移動(dòng)到第二流化床反應(yīng)器1a的室內(nèi)。對(duì)應(yīng)于圖1和2所示的成套設(shè)備，具有吹掃空氣導(dǎo)管6和微波源7的波導(dǎo)管5各自連接到兩個(gè)反應(yīng)器1和1a的室內(nèi)，微波和吹掃氣體經(jīng)所述波導(dǎo)管供入到反應(yīng)器1和1a內(nèi)。在反應(yīng)器1和1a的室內(nèi)，可另外布置換熱元件8。
在第一流化床反應(yīng)器1的流化床3上方的氣體空間22與氣體空間23通過垂直的器壁19相分離，所述氣體空間23屬于第二反應(yīng)器1a的室和中間室1c。對(duì)于氣體空間22、23來說，存在獨(dú)立的氣體出料導(dǎo)管9和9a。結(jié)果，可在反應(yīng)器1和1a的室內(nèi)維持不同的條件，尤其可存在不同的溫度，或者可經(jīng)獨(dú)立的氣體供應(yīng)導(dǎo)管4a、4b、4c供應(yīng)不同的流化氣體。此外，可不同地設(shè)計(jì)兩個(gè)微波源7并行使不同的功能。尤其可生成不同頻率或能量的微波并經(jīng)波導(dǎo)管5引入。
如圖4所示，不具有中間室的兩個(gè)固定流化床反應(yīng)器1和1a，彼此直接連續(xù)布置，隔板19布置在二者之間。在兩個(gè)反應(yīng)器1、1a的室內(nèi)，固體形成固定流化床3、3a，其中所述固定流化床3、3a被來自彼此并列布置的數(shù)根導(dǎo)管4a、4b、4c的流化氣體流化。待處理的粒狀固體經(jīng)導(dǎo)管2供應(yīng)到第一流化床反應(yīng)器1內(nèi)，和處理過的固體經(jīng)出料導(dǎo)管10離開流化床反應(yīng)器1a。第一器壁19從第一反應(yīng)器1的室的上部區(qū)域向下延伸，然而，沒有向下延伸到地面，結(jié)果在底部區(qū)域內(nèi)留下開口20，通過所述開口20，來自第一流化床3的固體可進(jìn)入第二流化床反應(yīng)器1a的流化床3a內(nèi)。連接到微波源7上的波導(dǎo)管5各自延伸到反應(yīng)器1和1a的兩個(gè)室內(nèi)。根據(jù)在前面的實(shí)施方案中已經(jīng)描述過的原理，微波經(jīng)這些開放的波導(dǎo)管5被供入到兩個(gè)反應(yīng)器1、1a內(nèi)，為的是加熱待處理的固體，所述待處理的固體吸收微波輻射，并達(dá)到所需的工藝溫度。與此同時(shí)，吹掃氣體經(jīng)吹掃空氣導(dǎo)管6流動(dòng)到波導(dǎo)管5內(nèi)，為的是避免在其內(nèi)的沉積物。在反應(yīng)器1和1a的室內(nèi)，可另外布置換熱元件。
在第一流化床反應(yīng)器1的流化床3上方的氣體空間22與氣體空間23通過垂直的器壁19相分離，所述氣體空間23屬于第二反應(yīng)器1a的室。存在獨(dú)立的氣體出料導(dǎo)管9和9a。結(jié)果可在不同的反應(yīng)室1和1a內(nèi)維持不同的條件；尤其溫度或氣相組成不同。也可經(jīng)各導(dǎo)管4a、4b、4c供應(yīng)不同的流化氣體。此外，可不同地設(shè)計(jì)兩個(gè)微波源7并行使不同的功能。
在圖5所示的裝置中，借助導(dǎo)管2供應(yīng)的待處理的固體首先進(jìn)入到前室31內(nèi)并經(jīng)第一中間室32流入第一流化床反應(yīng)器1內(nèi)。然后從反應(yīng)器1中排出固體，經(jīng)第二中間室1c流入到第二流化床反應(yīng)器1a和最后經(jīng)第三中間室33進(jìn)入冷卻室34，之后經(jīng)出料導(dǎo)管10引出已處理并冷卻的固體。具有相連的未圖示的微波源的波導(dǎo)管5各自在流化床反應(yīng)器1和1a的室內(nèi)開放，為的是根據(jù)以上所述的原理，將微波供入到反應(yīng)器1和1a內(nèi)。所有室包括固定流化床，其中流化氣體經(jīng)獨(dú)立的氣體供應(yīng)導(dǎo)管4a-4g供應(yīng)到所述固定流化床內(nèi)。廢氣經(jīng)相應(yīng)的導(dǎo)管9a-9d排出。
在冷卻室34內(nèi)，流化床包括冷卻裝置35以供間接傳熱，其中冷卻流體，例如冷卻水在冷卻裝置35內(nèi)被加熱，然后經(jīng)導(dǎo)管36供應(yīng)到預(yù)熱室31內(nèi)的換熱器37中。在此冷卻流體釋放部分熱量給在此布置的流化床內(nèi)的固體，于是實(shí)現(xiàn)非常經(jīng)濟(jì)的熱量利用率。
作為本發(fā)明另一成套設(shè)備的變通方案，圖6示出了流化通道反應(yīng)器38，在所述流化通道反應(yīng)器38內(nèi)，在具有流化氣體用的直通開口的通道型底部39內(nèi)形成流化層。流化通道反應(yīng)器38分成4個(gè)區(qū)41a-41d，這4個(gè)區(qū)通過可調(diào)節(jié)的隔板40分隔開，其中第一區(qū)41a構(gòu)成預(yù)熱區(qū)，第一區(qū)41b構(gòu)成氧化區(qū)，第一區(qū)41c構(gòu)成還原區(qū)，和第一區(qū)41d構(gòu)成冷卻區(qū)。在每一區(qū)41a-41d的下游提供分離器42或旋分器，所述分離器42或旋分器將與流化氣體一起排出的固體從氣流中分離出來并將其循環(huán)到各區(qū)41a-41d內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)能量的高度利用率，來自分離器42的廢氣借助合適的氣體循環(huán)供應(yīng)到其它區(qū)41a-41d內(nèi)。
待處理的固體借助供料導(dǎo)管43供應(yīng)到反應(yīng)器38的第一區(qū)41a內(nèi)。作為流化氣體，來自第一燃燒室44的熾熱廢氣被供應(yīng)到第一區(qū)41a內(nèi)，為的是干燥并預(yù)熱所有趣的物料。相應(yīng)預(yù)熱的固體經(jīng)隔板40流入到氧化區(qū)41b內(nèi)，同樣向其內(nèi)供應(yīng)來自第二燃燒室45的熾熱廢氣。供應(yīng)導(dǎo)管連接到這兩個(gè)燃燒室44、45上以供應(yīng)燃料和空氣和來自其它工藝區(qū)41a-41d的可能地預(yù)熱的廢氣。來自氧化區(qū)41b的固體供應(yīng)到還原區(qū)41c。為了保護(hù)下游的壓縮機(jī)，來自氧化區(qū)41b的廢氣同樣可經(jīng)冷卻器47供應(yīng)到還原區(qū)41c內(nèi)?？赡艿?，廢氣再次在加熱器49內(nèi)加熱。
為了使流化的物料達(dá)到所需的能態(tài)，微波射線經(jīng)被吹掃氣體橫穿的波導(dǎo)管46另外引入到氧化區(qū)41a和還原區(qū)41c內(nèi)。由于微波輻射導(dǎo)致固體因內(nèi)部激發(fā)而加熱，結(jié)果可容易地調(diào)節(jié)能態(tài)。在最后的區(qū)41d內(nèi)，處理過的物料用注射的空氣冷卻并經(jīng)出料導(dǎo)管48作為產(chǎn)物排放。
為了使微波更有效地供入到固定或循環(huán)流化床3、3a內(nèi)并保護(hù)微波源7以防所得氣體、蒸氣和灰塵，本發(fā)明的微波源7布置在固定或循環(huán)流化床3、3a和流化床反應(yīng)器1、1a、38的外部。微波輻射經(jīng)至少一根開放的波導(dǎo)管5、46供入到流化床反應(yīng)器1、1a、36內(nèi)，其中除了微波輻射以外，氣流也經(jīng)波導(dǎo)管5、46流入到流化床反應(yīng)器1、1a、38內(nèi)。借助氣流，波導(dǎo)管5、46保持無塵，這顯著增加微波引入的效率。
實(shí)施例1(焙燒含黃鐵礦的礦石)在兩個(gè)連續(xù)的流化床3、3a內(nèi)處理粒度范圍為80-160微米的黃鐵礦，所述兩個(gè)連續(xù)的流化床3、3a相應(yīng)于圖4的成套設(shè)備來設(shè)計(jì)。在兩個(gè)室內(nèi)通過頻率為2.45GHz的微波進(jìn)行輻照。作為輻射源使用磁控管。
在第一流化床反應(yīng)器1內(nèi)引入182.5kg/h的黃鐵礦。為了使流化床3流化，使用360Nm3/h的氮?dú)猓龅獨(dú)饨?jīng)導(dǎo)管4a供應(yīng)，以便流化床獲得20cm的高度。在微波處理之后，來自第一流化床反應(yīng)器1的固體反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量流速度為153.5kg/h。第一室在550℃下操作和磁控管的輻射為36kW。
將體積流速為120Nm3/h的脫油壓縮空氣經(jīng)導(dǎo)管4c供應(yīng)到第二流化床3a內(nèi)。第二室在500℃下操作，和微波輻射為36kW。在90分鐘之后，獲得穩(wěn)態(tài)；在微波處理之后，固體反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量流速度為140.2kg/h。
作為吹掃氣體，各自使用用于流化的氣體，即在第一室內(nèi)為氮?dú)?，和在第二室?nèi)為壓縮空氣，各自的體積流速為50Nm3/h。
通過X-射線衍射分析所使用的黃鐵礦和第一和第二工藝階段的產(chǎn)物的相含量。在黃鐵礦中，僅僅可檢測(cè)到FeS2。在第一溫度處理之后，固體由亞化學(xué)計(jì)量的FeS和FeS2，例如FeSx，其中x＝1.4組成。在第二階段之后，不再檢測(cè)到含硫產(chǎn)物，該固體基本上僅僅由赤鐵礦組成。
實(shí)施例2(焙燒含金礦石)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上，在如圖2所示設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床內(nèi)處理粒度范圍低于250微米的金礦。通過頻率為2.45GHz的微波進(jìn)行輻照。作為輻射源，使用磁控管。為了吹掃，將24Nm3/h的空氣經(jīng)波導(dǎo)管5供應(yīng)到反應(yīng)器1內(nèi)。
原料類型粉碎、干燥并篩分過的金礦石顆粒級(jí)分，最大值微米 250組成wt％有機(jī)碳 1.05CaCO319.3Al2O312.44FeS22.75惰性物質(zhì)，例如SiO264.46投入量，約 kg 100裝置反應(yīng)器類型 具有微波輻射的循環(huán)流化床反應(yīng)器直徑 mm 200磁控管 500W，2.45GHz微波耦合設(shè)計(jì)為輔助空氣導(dǎo)管的波導(dǎo)管R26(43×86mm)連接在線氣體分析+廢氣洗滌操作連續(xù)試驗(yàn)條件與結(jié)果入口出口質(zhì)量流速，金礦石供料 kg/h195主空氣 ℃ 250Nm3/h 30℃ 50油耗 kg/h0.70借助Luvo預(yù)熱到所述溫度的輔助空 ℃ 425氣輔助空氣的消耗 Nm3/h 24干燥空氣 ℃ 50320Nm3/h 7070焙燒殘?jiān)?，ex-WS luvo ℃400kg/h 182焙燒氣體，總計(jì)Nm3/h59℃600組成，干燥的CO2vol％ 23.3N2vol％ 74.3O2vol％ 2.4SO2ppV 134.1通過X-射線衍射分析所使用的物料和產(chǎn)物的相含量。在處理之后，在焙燒殘?jiān)鼉?nèi)均沒有檢測(cè)到殘留的硫或有機(jī)碳，該固體具有淺灰色的顏色。
參考標(biāo)記列表

權(quán)利要求
1.一種在位于流化床反應(yīng)器(1，1a，38)內(nèi)的流化床(3，3a)內(nèi)熱處理粒狀固體的方法，其中微波輻射經(jīng)至少一根波導(dǎo)管(5，46)供入到流化床反應(yīng)器(1，1a，38)內(nèi)，其特征在于，氣流經(jīng)相同的波導(dǎo)管(5，46)供入到流化床反應(yīng)器(1，1a，38)內(nèi)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，經(jīng)波導(dǎo)管(5，46)引入的氣流含有與流化床(3，3a)反應(yīng)的氣體。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，經(jīng)波導(dǎo)管(5，46)引入的氣流另外被用于流化床(3，3a)的流化。
4.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，熱量經(jīng)所引入的氣流另外供應(yīng)到流化床(3，3a)內(nèi)。
5.權(quán)利要求1-3任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，通過所引入的氣流冷卻流化床(3，3a)。
6.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，流化床(3，3a)是部分固定和/或循環(huán)流化床。
7.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，反應(yīng)器包括至少兩個(gè)流化床反應(yīng)器(1，1a，41a-d)，所述流化床反應(yīng)器(1，1a，41a-d)通過堰或隔板(19，21，40)彼此隔開，以便當(dāng)床從一個(gè)流化床反應(yīng)器(1，41a-c)移動(dòng)到相鄰的流化床反應(yīng)器(1a，41b-d)內(nèi)時(shí)，固體可移動(dòng)。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于，對(duì)每一流化床反應(yīng)器(1，1a，41a-d)，可不同地規(guī)定操作條件，尤其溫度，流化氣體的組成，能量輸入，和/或流化速度。
9.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，借助引入到波導(dǎo)管(5，46)內(nèi)的氣流避免在波導(dǎo)管(5，46)內(nèi)的固體沉積物。
10.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，所使用的微波輻射的頻率位于300MHz至30GHz之間，優(yōu)選頻率為435MHz、915MHz和2.45GHz。
11.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，在流化床(3，3a)內(nèi)的溫度位于300℃至1200℃之間。
12.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于，在波導(dǎo)管(5，46)內(nèi)顆粒夫勞德數(shù)Frp為0.1-100，優(yōu)選2-30。
13.一種在流化床(3，3a)內(nèi)熱處理粒狀固體，尤其進(jìn)行權(quán)利要求1-12任何一項(xiàng)的方法的成套設(shè)備，其包括流化床反應(yīng)器(1，1a，38)，在該流化床反應(yīng)器(1，1a，38)外部布置的微波源(7)，和將微波輻射供入到流化床反應(yīng)器(1)內(nèi)的波導(dǎo)管(5，46)，其特征在于，氣體供應(yīng)導(dǎo)管(6)連接到波導(dǎo)管(5，46)上用于將氣體供入到流化床反應(yīng)器(1，1a，38)內(nèi)。
14.權(quán)利要求13的成套設(shè)備，其特征在于，波導(dǎo)管(5)具有矩形或圓形截面，其尺寸尤其適應(yīng)于所使用的微波輻射的頻率。
15.權(quán)利要求13或14的成套設(shè)備，其特征在于，波導(dǎo)管(5，46)的長(zhǎng)度為0.1m-10m。
全文摘要
本發(fā)明涉及在位于流化床反應(yīng)器(1，1a，38)內(nèi)的流化床(3，3a)內(nèi)熱處理粒狀固體的方法，其中微波輻射經(jīng)至少一根波導(dǎo)管(5，46)供入到流化床反應(yīng)器(1，1a，38)內(nèi)，和涉及相應(yīng)的成套設(shè)備。為了避免在波導(dǎo)管(5，46)內(nèi)的沉積物，使氣流經(jīng)相同的波導(dǎo)管(5，46)供入到流化床反應(yīng)器(1，1a，38)內(nèi)。
文檔編號(hào)B01J8/24GK1729049SQ200380107309
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者E·施特拉斯基, M·施特勒德, N·阿納斯塔耶維克, D·維爾納, T·格德斯 申請(qǐng)人:奧托昆普技術(shù)公司