專利名稱：用于處理可流化物質(zhì)的流化床反應(yīng)器和為此使用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在反應(yīng)器內(nèi)部化學(xué)處理和/或物理處理可流化物 質(zhì)的流化床反應(yīng)器，其包括用于將工藝氣體引入到反應(yīng)器內(nèi)部的至少 一個中心管和用于將流化氣體引入到反應(yīng)器內(nèi)部的風(fēng)口底部，其中在
安裝位置在中心管下面提供一個容器，第一導(dǎo)管開口在所述容器中， 用于提供工藝氣體，并且其中在安裝位置在風(fēng)口底部下面提供圍繞所 述中心管的環(huán)形空間， 一導(dǎo)管開口在所述環(huán)形空間中，用于提供流化 氣體。此外，本發(fā)明涉及在這種反應(yīng)器中化學(xué)處理和/或物理處理可流 化物質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)可知，如上所述的流化床反應(yīng)器是已知的，其中圍繞 中心管的環(huán)形空間在離容器有一段距離處連接于中心管。中心管的壁 主要由耐高溫的不銹鋼制成，以便能夠經(jīng)受在處理可流化物質(zhì)過程中
出現(xiàn)的經(jīng)常達(dá)到約1000。C的高溫。另外，經(jīng)常提供對中心管的冷卻，
為此，主要在中心管周圍產(chǎn)生窄的間隙，其部分位于用于提供流化氣 體的環(huán)形空間內(nèi)，并且例如環(huán)境溫度的空氣由所述窄的間隙通過。
盡管有冷卻且使用了相對昂貴的耐高溫不銹鋼，但是不僅中心管 內(nèi)的高溫僅可以在很困難的情況下部分地加以控制，而且這種反應(yīng)器 中的整個構(gòu)造也被認(rèn)為是需要改進(jìn)的，尤其是在其剛性和疲勞強度方 面，特別是在溫度變化的情況中(設(shè)備的啟動和停工)。除了作用于中 心管的熱載荷之外，還有由于支撐在所述中心管上的用于提供流化氣 體的環(huán)形空間所引起的機械載荷。
在使用這種反應(yīng)器時，能量效率也被認(rèn)為是需要改進(jìn)的，因為被 加熱的工藝氣體通過其中而提供的中心管的冷卻導(dǎo)致工藝氣體被冷
4卻，由此使效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是建立如上所述的反應(yīng)器和方法，其中可以 實現(xiàn)所述方法的能量效率的提高而不損害結(jié)構(gòu)的操作安全。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的基本上由如上所述的反應(yīng)器實現(xiàn)，在該反 應(yīng)器中，中心管的金屬壁、容器的金屬壁和環(huán)形空間的金屬壁設(shè)置有 絕熱涂層，其中環(huán)形空間的外壁至少一些部分與所述容器的壁形成連 續(xù)的單元。所述中心管的金屬壁、容器的金屬壁和環(huán)形空間的金屬壁 的襯里使作用于這些壁的熱載荷顯著減小，特別是在使用較高溫度的 工藝氣體和/或流化氣體的方法的情況中。同時，在容器的壁和環(huán)形空 間的壁中獲得基本均勻的溫度分布，使得在這些構(gòu)件之間的過渡區(qū)不 會產(chǎn)生熱應(yīng)力。由于環(huán)形空間的外壁與容器壁形成一個單元，因此作 用于中心管的機械載荷也得到顯著降低。因此，由于本發(fā)明的流化床 反應(yīng)器構(gòu)造，實現(xiàn)了優(yōu)于已知反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)更簡單且顯著更堅固的構(gòu) 造，并且還可以經(jīng)受較高的熱載荷和/或機械載荷。根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語 "單元"限定了環(huán)形空間的外壁鄰接容器的壁并且優(yōu)選所述兩個壁彼此 固定或連接，例如通過粘合等手段彼此固定或連接。然而，這并不排 除所述兩個壁可以彼此分開，例如用于由于磨損等引起的更換。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，絕熱涂層由耐火混凝土襯里形成。 所述絕熱涂層也可以包括至少一層耐火磚和/或耐火混凝土和/或一層 輕質(zhì)耐火磚和/或絕熱混凝土。通常使用多層結(jié)構(gòu)。
借助本發(fā)明的流化床反應(yīng)器的構(gòu)造實現(xiàn)了使由于熱膨脹引起的熱 載荷和機械載荷降低，有可能生產(chǎn)耐熱碳鋼制成的中心管、容器、和/ 或環(huán)形空間的金屬壁。這與通常使用的耐高溫不銹鋼相比便宜得多， 使得本發(fā)明的流化床反應(yīng)器的制造成本可以保持較低。
在環(huán)形空間的外壁的至少一些部分支持在容器壁上時，可以實現(xiàn) 特別有效的中心管機械卸栽。從而進(jìn)一步增強流化床反應(yīng)器的剛度。
這還提供了將高壓(例如約60 kPa)的熱工藝氣體側(cè)面引入到容器中，
5而不用擔(dān)心應(yīng)力峰值破壞反應(yīng)器。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，在中心管中在安裝位置剛好在風(fēng)口 底部下面布置至少一個補償器元件，用于補償在中心管長度方向的與 溫度有關(guān)的變化。值得推薦的是，例如在安裝位置在風(fēng)口底部和用于 提供流化氣體的第二導(dǎo)管之間提供所述補償器元件。因此，所述補償 器元件設(shè)置在中心管內(nèi)，以便容易接近。還可以提供在補償器元件緊 鄰附近的檢修孔以便于接近。通過補償長度上的溫度相關(guān)變化，補償 器元件本身減小中心管內(nèi)由此引起的應(yīng)力。這也有助于減小作用于本 發(fā)明的反應(yīng)器上的載荷。
操作中，不能排除粉末和/或可流化物質(zhì)通過中心管或通過風(fēng)口底 部進(jìn)入容器和/或進(jìn)入環(huán)形空間。這可以導(dǎo)致氣體流動的顯著惡化。因 此，根據(jù)本發(fā)明，在容器中和/或在環(huán)形空間中、特別是在各自安裝位 置中的下部區(qū)域中提供了用于排出粉末和/或可流化物質(zhì)的至少一個 開口。這樣，可以有效避免中心管、或風(fēng)口底部、或在其下面設(shè)置的 容器或環(huán)形空間的堵塞，而不增加清理成本。
此外，通過用于在反應(yīng)器(例如在如上所述的流化床反應(yīng)器)中 化學(xué)處理和/或物理處理可流化物質(zhì)的方法實現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中溫
度超過400'C、優(yōu)選超過60(TC、特別優(yōu)選超過800'C的工藝氣體經(jīng)由 中心管被引入到反應(yīng)器內(nèi)部，而溫度優(yōu)選穿過100。C的流化氣體經(jīng)由 風(fēng)口底部被引入反應(yīng)器內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明，流化氣體經(jīng)由設(shè)置在安裝 位置的風(fēng)口底部下面并圍繞中心管的環(huán)形空間提供， 一導(dǎo)管開口在該 環(huán)形空間中，用于提供流化氣體，中心管的壁沒有被另外冷卻。換句 話說，本發(fā)明的方法設(shè)計為使得可以將相對高溫的流化氣體引入到反 應(yīng)器內(nèi)部。由于將同樣相對高溫的工藝氣體引入到反應(yīng)器內(nèi)部，由此 明顯地改善所述方法的能量效率。優(yōu)選地，在此處使用經(jīng)過預(yù)熱的返 回氣體作為流化氣體。
本發(fā)明方法的能量效率還可以通過省去中心管的額外冷卻而得以 進(jìn)一 步改善，因為中心管以及通過中心管的經(jīng)過預(yù)熱的工藝氣體沒有 -f皮額外的冷卻所冷卻。說明書第4/7頁
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案，工藝氣體以超過1000。C、特別 是超過1150。C的溫度被引入到反應(yīng)器內(nèi)部。此外，工藝氣體的壓力可 以超過30kPa，優(yōu)選超過45kPa，特別是為約60kPa。此外，被引入 到反應(yīng)器內(nèi)部的流化氣體的溫度優(yōu)選超過200°C ，特別是超過300'C 。
反應(yīng)器中的溫度甚至可以比所引入的氣體的溫度更高，例如通過 內(nèi)部燃燒。這可以通過用例如噴管將燃料引入到反應(yīng)器中或在進(jìn)入反 應(yīng)器之前將被引入的氣體與氣體燃料混合來實現(xiàn)。此外，有可能在被 引入的氣體燃燒之后和/或燃燒流化床反應(yīng)器中的氣體所包含的灰塵。
本發(fā)明的方法和本發(fā)明的流化床反應(yīng)器可特別地用于鈦鐵礦或類 似的可流化物質(zhì)的煅燒(例如還原)，并且還可以用于鍛燒氬氧化鋁、 用于預(yù)熱其它物質(zhì)(例如含鐵的礦石)、或用于在流化床反應(yīng)器中燃燒 物質(zhì)。
本發(fā)明的方法的另一個實例在于，在鍛燒反應(yīng)器中，經(jīng)由中心管 將熱廢氣引入到反應(yīng)器中，所述熱廢氣還包含固體污染物。在反應(yīng)器 內(nèi)部，獲得了較低的溫度，所述溫度取決于在反應(yīng)器中進(jìn)行的反應(yīng)以 及進(jìn)入反應(yīng)器的固體質(zhì)量流。優(yōu)選地，這類反應(yīng)器用于其中由于反應(yīng) 器溫度低而使燃料在反應(yīng)器內(nèi)部的燃燒不能進(jìn)行或者只能通過昂貴的 低燃燃料例如丁烷來實現(xiàn)燃燒的工藝中。對于粘土的煅燒，例如需要 650。C的反應(yīng)器溫度，這通過提供高達(dá)1200。C的熱廢氣來實現(xiàn)。取決 于對最終產(chǎn)品的要求，所述熱氣體可以通過在反應(yīng)器之前的燃燒室燃 燒沒有殘留的燃料(例如天然氣等)來產(chǎn)生，或通過燃燒含灰燃料(例 如，煤、生物質(zhì)等)來產(chǎn)生，可能與氣體凈化一起使用。


下面通過實施例并且參考附圖描述本發(fā)明。描述和/或舉例說明的 所有特征都本身或以任何組合形式形成本發(fā)明主題，而與它們包含在
權(quán)利要求中或它們的反向引用無關(guān)。
唯一的附圖示意地示出了在特別優(yōu)選的實施例中的本發(fā)明的流化 床反應(yīng)器的一部分的截面圖。如圖所示，安裝位置的流化床反應(yīng)器1的下部區(qū)域示出了反應(yīng)器內(nèi)部2，其中可流化物質(zhì)(例如鈦鐵礦)經(jīng) 歷化學(xué)處理和/或物理處理(例如熱處理)，特別是經(jīng)歷還原煅燒 (reducing calcination )。
具體實施例方式
在圖中向上突出到反應(yīng)器內(nèi)部2中的中心管3開口在反應(yīng)器內(nèi)部 2中。在安裝位置，并且在附圖中下方，與中心管3相比直徑增大的 容器4鄰接中心管3。第一導(dǎo)管5開口在這個容器4中，第一導(dǎo)管5 用于引入溫度為例如約1250。C的熱工藝氣體，所述工藝氣體然后流過 容器4和中心管3進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部2中。
中心管3和容器4 二者都是基本上由耐熱的碳鋼制成，其內(nèi)側(cè)襯 有耐火混凝土層6。中心管3和容器4的這種內(nèi)絕熱起到可以完全避 免中心管3被例如環(huán)境空氣額外冷卻的作用。在所述附圖的特別優(yōu)選 的實施例中，中心管3的上部由耐高溫的不銹鋼制成，優(yōu)選沒有這種 村里。
在另一個實施例中，這個上部可以完全省略，使得中心管直接終 止在風(fēng)口底部的水平面。在這個特別的實施例中，優(yōu)選風(fēng)口底部以一 定角度設(shè)置和/或省略噴嘴，使得底部僅是一個板(可能襯有耐火磚)。
優(yōu)選圍繞中心管3的反應(yīng)器內(nèi)部2底部的一些部分構(gòu)成風(fēng)口底部 7，該風(fēng)口底部7具有多個開口在反應(yīng)器內(nèi)部2中的噴嘴。與該附圖不 同，所述底部可以以某一角度設(shè)置而無需裝備噴嘴。在安裝位置，在 風(fēng)口底部7下面，由壁8形成圍繞中心管3的環(huán)形空間9。如圖所示， 環(huán)形空間9的壁8支持在容器4的頂壁上。因此，中心管3基本上不 承受環(huán)形空間9產(chǎn)生的機械載荷，并且反應(yīng)器1的構(gòu)造在整體上變得 更堅固。同時，通過將中心管3包括在環(huán)形空間9中，使得沿著中心 管3的整個長度基本上實現(xiàn)了熱的近似恒定分布，因此不會有由于不 同的熱膨脹所引起的局部載荷峰值。
壁8也可以由耐熱的碳鋼制成并在面對中心管3的內(nèi)側(cè)上襯有絕 熱層10，例如耐火混凝土的絕熱層10。絕熱層6和10起到如下作用，即，盡管通過環(huán)形空間9和中心管 3提供的氣體具有不同溫度，但是在中心管3的金屬壁、容器4的金 屬壁以及壁8的金屬壁內(nèi)部實現(xiàn)至少近似相等的溫度，從而可以顯著 地減少熱應(yīng)力。
第二導(dǎo)管ll優(yōu)選開口在環(huán)形空間9中，流化氣體通過所述第二導(dǎo) 管11引入到環(huán)形空間9中并經(jīng)由環(huán)形空間9通過風(fēng)口底部7進(jìn)入反應(yīng) 器內(nèi)部2。從而將存在于反應(yīng)器內(nèi)部2中的可流化物質(zhì)流化。作為流 化氣體，優(yōu)選使用被預(yù)熱到例如約350。C的氣體，有可能是返回氣體。
原則上，還有可能不完全地為環(huán)形空間9提供流化氣體，而將其 一部分分離并為其提供氣體。在另外的實施例中，還有可能部分地保 持環(huán)形空間開放和/或根本沒有氣體引入或通過。
如圖所示，在安裝位置的容器4的下端和在安裝位置的環(huán)形空間 9的下端，分別在壁8中形成開口 12和13。開口 12和13的尺寸確定 為使得通過風(fēng)口底部7或中心管3落入到環(huán)形空間9中或落入到容器
空間9或從容器4中排出，由此防止工藝氣體或流化氣體的供應(yīng)通道 的堵塞或阻塞。
容器4的尺寸優(yōu)選設(shè)計為使得這個容器可以在反應(yīng)器意外停工的 情況下完全地接收落回到中心管中的材料而不會阻塞供應(yīng)導(dǎo)管5。同 樣地，優(yōu)選環(huán)形空間9構(gòu)造為使得在突然停工的情況中，落回的材料 不會阻塞供應(yīng)導(dǎo)管11。
在中心管3的上部區(qū)域，提供了補償器元件14，其在示出的實施 例中設(shè)置為剛好在風(fēng)口底部的下面，并且容易地經(jīng)由例如通過環(huán)形空 間9的檢修孔15接近。補償器元件14適合于吸收沿中心管3的長度 上的例如與溫度有關(guān)的變化。因此，其可以進(jìn)一步減小作用于中心管 3的載荷。
數(shù)字標(biāo)號列表 1 流化床反應(yīng)器2 反應(yīng)器內(nèi)部
3 中心管
4 容器
5 第一導(dǎo)管(工藝氣體)
6 絕熱涂層
7 風(fēng)口底部
8 壁
9 環(huán)形空間
10 絕熱涂層
11 第二導(dǎo)管(流化氣體)
12 容器4中的開口
13 壁8中的開口
14 補償器元件
15 檢修孔
權(quán)利要求
1.用于在反應(yīng)器內(nèi)部(2)化學(xué)處理和/或物理處理可流化物質(zhì)的流化床反應(yīng)器，包括用于將工藝氣體引入到反應(yīng)器內(nèi)部(2)中的至少一個中心管(3)和底部，其中在安裝位置在中心管(3)下面提供容器(4)，用于提供工藝氣體的導(dǎo)管(5)開口在所述容器(4)中，其中提供了圍繞中心管(3)的環(huán)形空間(9)，其特征在于，中心管(3)的金屬壁、容器(4)的金屬壁以及環(huán)形空間(9)的金屬壁設(shè)有絕熱涂層(6，10)，其中環(huán)形空間(9)的外壁(8)的至少一些部分與容器(4)的壁形成一個單元。
2. 權(quán)利要求1的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述底部是用于將 流化氣體引入到反應(yīng)器內(nèi)部(2)中的風(fēng)口底部(7)。
3. 權(quán)利要求1或2的流化床反應(yīng)器，其特征在于，在安裝位置在 風(fēng)口底部(7)下面提供圍繞中心管(3)的環(huán)形空間(9),用于提供 流化氣體的第二導(dǎo)管(11)開口在所述環(huán)形空間(9)中。
4. 前述權(quán)利要求中任一項的流化床反應(yīng)器，其特征在于，在安裝 位置在中心管下面提供相對于中心管直徑增大的容器(4)。
5. 前述權(quán)利要求中任一項的流化床反應(yīng)器，其特征在于，絕熱涂 層(6,10)由耐火混凝土制成的至少一個層或襯里形成。
6. 前述權(quán)利要求中任一項的流化床反應(yīng)器，其特征在于，中心管 (3)的金屬壁、容器(4)的金屬壁和/或環(huán)形空間(9)的金屬壁由耐 熱的碳鋼制成。
7. 前述權(quán)利要求中任一項的流化床反應(yīng)器，其特征在于，環(huán)形空 間(9)的外壁(8)的至少一些部分支撐在容器(4)的壁上。
8. 前述權(quán)利要求中任一項的流化床反應(yīng)器，其特征在于，在安裝 位置剛好在風(fēng)口底部(7)下面，在中心管(3)中優(yōu)選在安裝位置的 用于提供流化氣體的第二導(dǎo)管(11)上方設(shè)置至少一個補償器元件 (14)，用于補償沿中心管(3)的長度上的與溫度有關(guān)的變化。
9. 前述權(quán)利要求中任一項的流化床反應(yīng)器，其特征在于，在容器(4)中和/或在環(huán)形空間(9)中，特別是在各自安裝位置的下部區(qū)域 提供至少一個開口 (12,13)，用于排出灰塵和/或可流化物質(zhì)。
10. 用于在反應(yīng)器中，特別是在前述任一項權(quán)利要求的流化床反 應(yīng)器(1)中化學(xué)處理和/或物理處理可流化物質(zhì)的方法，其中經(jīng)由中 心管(3)將溫度超過1000。C的工藝氣體引入到反應(yīng)器內(nèi)部(2)中， 溫度超過100。C的流化氣體，特別是預(yù)熱的返回氣體，經(jīng)由風(fēng)口底部 (7)引入到反應(yīng)器內(nèi)部(2)中，其中經(jīng)由設(shè)置在安裝位置的風(fēng)口底部 (7)下面并圍繞中心管(3)的環(huán)形空間(9)供應(yīng)流化氣體，用于提 供流化氣體的導(dǎo)管(11)開口在環(huán)形空間(9)中，中心管(3)的壁 沒有被另外冷卻。
11. 權(quán)利要求10的方法，其特征在于，工藝氣體以超過1150。C、 特別是約1250。C的溫度被引入到反應(yīng)器內(nèi)部(2)中。
12. 權(quán)利要求10或11中任一項的方法，其特征在于，工藝氣體 以超過30kPa、優(yōu)選超過45kPa、特別是約60 kPa的壓力被引入到 反應(yīng)器內(nèi)部(2)中。
13. 權(quán)利要求10-12中任一項的方法，其特征在于，流化氣體以 超過200。C、特別是約350。C的溫度被引入到反應(yīng)器內(nèi)部(2)中。
14. 權(quán)利要求10-13中任一項的方法，其特征在于，通過處理將 可流化物質(zhì)、特別是鈦鐵礦還原鍛燒。
15. 權(quán)利要求1-9中任一項的流化床反應(yīng)器(1)用于通過權(quán)利要 求10-14中任一項的方法還原煅燒鈦鐵礦的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于化學(xué)處理和/或物理處理可流化物質(zhì)的流化床反應(yīng)器(1)和為此使用的方法。工藝氣體經(jīng)由至少一個中心管(3)引入到反應(yīng)器內(nèi)部(2)中，流化氣體經(jīng)由風(fēng)口底部(7)引入到反應(yīng)器內(nèi)部(2)中。在風(fēng)口底部(7)下面設(shè)置的中心管(3)的金屬壁、與中心管(3)相連的容器(4)的金屬壁、以及環(huán)形空間(9)的金屬壁設(shè)有絕熱涂層(6，10)。
文檔編號B01J8/24GK101687163SQ200880023884
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者F·賴塞爾, J·埃梅爾, J-C·海因, M-D·勞曼 申請人:奧圖泰有限公司