專(zhuān)利名稱(chēng)：用于從廢催化劑中回收鉬的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從廢催化劑材料中回收鉬，更特別地涉及鉬作為三氧化鉬的回收。
背景技術(shù)：
廢催化劑物料通常是由由于物料(例如碳、鐵、釩、砷、二氧化硅等)的污染而具有受損的催化活性的原始催化劑物料(通常包括鉬、鎢、鋁、鈷、鎳和硫的化合物)構(gòu)成的。在廢催化劑物料內(nèi)包含的鉬的價(jià)值已經(jīng)使得從這些物料中回收鉬成為鉬的重要來(lái)源，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)多種工藝以回收該有價(jià)值的商品。很多這些回收方法，例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)2，367，506,3, 773，890,3, 957，946、 4，046，852,4, 495，157,5, 702，500,6, 149，883 和 7，169，371 中所述的那些，都是基于鉬的
濕法冶金提取，且通常都是由三步工藝構(gòu)成的，其中將該廢催化劑焙燒或部分氣化(以除去焦炭和碳；典型地在850° F-1650。F的潮濕氣氛下)，典型地與堿金屬鹽生成可溶的鉬化合物。(該步驟通常是在大氣壓下進(jìn)行的，但也能夠在升高壓力下進(jìn)行。)通過(guò)液固浸取或消溶提取該殘余物以溶解該殘余物中的鉬以形成含鉬液體。將該鉬從該含鉬液體中沉淀或提取出來(lái)。在這些工藝中的隨后步驟是工藝特有的，且很大程度上是由最終鉬產(chǎn)品的所需形式?jīng)Q定的。其它回收工藝使用在升高溫度在還原氣氛下廢催化劑物料的碳熱還原，例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，384，885所述的，以及電弧爐中熔煉，例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，349，381所述的。盡管這些現(xiàn)有的回收工藝中的一些已經(jīng)證明成功回收了鉬，但其不能完全令人滿(mǎn)意，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)鉬的回收需要昂貴的和/或大量的化學(xué)試劑。類(lèi)似地，這些工藝也可能受到處理大量廢催化劑物料所需的復(fù)雜且昂貴的工藝裝置的妨礙。除了碳熱還原工藝，所有前述工藝都受到該廢催化劑中碳的存在的妨礙，其在大多數(shù)含鉬的廢催化劑中以顯著量存在。受到碳的存在的妨礙的工藝都使用除去干擾從該廢催化劑物料中獲取鉬的碳的技術(shù)。前述工藝(尤其是集中于將鉬與其它金屬物種完全分離的濕法冶金工藝)的另一類(lèi)似的特征是廢催化劑物料中存在的鎢如何能夠干擾回收沒(méi)有鎢污染的鉬。這是由于鉬和鎢兩者都是第6周期族的元素，具有類(lèi)似的化學(xué)電勢(shì)和在水溶液中形成雜聚物種的趨勢(shì)。 盡管存在能夠影響從母液中分離鎢或鉬的工藝和技術(shù)(例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)3，969，478)，但鎢的較低價(jià)值能夠使這種努力不經(jīng)濟(jì)。鉬回收的現(xiàn)有技術(shù)還包括從用于催化環(huán)氧化反應(yīng)的廢催化劑中回收鉬。這些類(lèi)型的含鉬催化劑基本上是液體，主要由從未反應(yīng)的烯烴和有機(jī)氫過(guò)氧化化合物中蒸餾出來(lái)的亞烷基二醇構(gòu)成的有機(jī)殘余物。在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，455，283和5，503，813中詳細(xì)描述了從這些類(lèi)型的廢催化劑中回收鉬。因?yàn)檫@些廢催化劑物料典型地包含顯著量的堿金屬，因此通過(guò)該發(fā)明中描述的技術(shù)回收鉬將是不切實(shí)際的(由于堿金屬誘發(fā)的成渣)，除非已經(jīng)從該廢環(huán)氧化催化劑物料中除去了堿金屬材料。 鉬回收的現(xiàn)有技術(shù)通?？紤]包括多個(gè)焙燒工藝，其中將含鉬物料(通常是鉬礦石，例如輝鉬礦或其它富含二硫化鉬的物料)在裝置(例如如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)1，085，419中所述的Herreshoff焙燒爐)中在受控的氧化氣氛中加熱，以實(shí)現(xiàn)硫化鉬的氧化，產(chǎn)生氧化鉬(通常是二氧化鉬、三氧化鉬或平均氧含量在這些氧化物物種之間的一些其它低價(jià)氧化物)。硫轉(zhuǎn)化為二氧化硫蒸氣，從該焙燒爐中離開(kāi)，同時(shí)所得到的氧化物殘余物保持在低于 1300° F的溫度以防止這種物料在該焙燒爐中熔解、熔化或部分升華。這種類(lèi)型的鉬礦石焙燒工藝描述在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，758，406和3，833，352中(在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，552，749中描述了有吸引力的變型，其使用三氧化鉬蒸氣作為二硫化鉬的氧化劑)，且事實(shí)上不應(yīng)當(dāng)考慮為鉬回收工藝，因?yàn)檫@些工藝不將含鉬物種與其它污染物或可能與這些工藝的原料共同存在的脈石分離開(kāi)。例如，銅、鎢、鎳和硅的化合物是鉬礦石焙燒原料中常見(jiàn)的雜質(zhì)，但作為該焙燒工藝的結(jié)果，并不將這些化合物從氧化鉬產(chǎn)物中除去。鉬回收的現(xiàn)有技術(shù)也可以延伸到考慮其中將已經(jīng)包含三氧化鉬的原料在氣氛中加熱以實(shí)現(xiàn)將所包含的三氧化鉬作為蒸氣與該原料中包含的保留在冷凝(即非蒸氣)相中的其它組分相分離的方法。美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，551，313中證實(shí)了這種分離的實(shí)例，其中將含顆粒三氧化鉬的原料的夾帶流與燃料氣體和氧化氣體混合，將全部混合物引入爐腔中。將這種氣/固混合物加熱到2900° F-3200。F的溫度以使三氧化鉬升華并使剩余的該原料的不純部分形成爐渣(即熔化)。將來(lái)自該原料的雜質(zhì)收集在渣池中或流入渣罐中，整個(gè)發(fā)明部分依賴(lài)于原料中形成爐渣的組分的熔化以助于捕獲蒸氣流中懸浮的非揮發(fā)性物料。涉及鉬的回收的另一現(xiàn)有技術(shù)引入了硫化鉬物料(尤其是礦石，例如輝鉬礦)的氧化以及隨后所生成的三氧化鉬在升高溫度的升華。使用這種類(lèi)型的回收工藝的實(shí)例由以下幾個(gè)美國(guó)專(zhuān)利示范，即美國(guó)專(zhuān)利號(hào)1，426，602,3, 139，326和4，555，387。在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)1，426，602中，Robertson描述了用于輝鉬礦氧化然后在循環(huán)氣路中使氧化鉬升華的工藝和裝置，該循環(huán)氣路循環(huán)加熱該氧化鉬并隨后冷卻該氣體用于在沿該氣路的多個(gè)位置冷凝。在該專(zhuān)利中未提及操作溫度，因此該發(fā)明的實(shí)用性是可疑的，因?yàn)楣腆w鉬氧化物沿該氣路的多個(gè)位置的沉積將容易導(dǎo)致該氣路的結(jié)垢和堵塞。美國(guó)專(zhuān)利號(hào)3，139，326公開(kāi)了將細(xì)分的輝鉬礦在以至少1800° F的溫度操作的常規(guī)箱式爐中氧化并升華，然后隨著其離開(kāi)該爐，急冷到2200° F。用該爐內(nèi)的一系列陶瓷隔板以及隨后通過(guò)陶瓷纖維過(guò)濾組件對(duì)三氧化鉬蒸氣進(jìn)行過(guò)濾實(shí)現(xiàn)殘余物與氧化鉬蒸氣的分離。作為選擇過(guò)濾蒸氣相中的三氧化鉬的結(jié)果，對(duì)該蒸氣流的過(guò)濾提出了最大和最小操作溫度限制。首先，存在該陶瓷過(guò)濾介質(zhì)提出的最大操作溫度限制，因?yàn)榧词棺钅透邷氐倪^(guò)濾介質(zhì)通常也不能在超過(guò)2200° F的溫度操作。其次，三氧化鉬的熱物理性質(zhì)提出了最小操作溫度，需要該蒸氣流的溫度足夠高以防止三氧化鉬在該過(guò)濾介質(zhì)上沉積。因?yàn)檫@種特別的爐設(shè)計(jì)是在等于或接近大氣壓操作的，因此必須維持至少1800° F的溫度以防止差不多最稀釋的三氧化鉬的蒸氣流冷凝。因此，該過(guò)濾組件的操作范圍被限制為 1800° F-2200。F。在該發(fā)明的其它實(shí)施方案中，將該三氧化鉬蒸氣流在1350° F過(guò)濾以實(shí)現(xiàn)與非揮發(fā)性化合物的分離。盡管這是可能的，但這種低溫對(duì)該三氧化鉬在氣相中的最大體積分?jǐn)?shù)帶來(lái)了顯著的限制，因?yàn)槿趸f在1350° F的蒸氣壓僅約為0. 001大氣壓。 在該蒸氣流中維持如此低濃度的三氧化鉬嚴(yán)重影響了該工藝的操作效率和強(qiáng)度。
在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，555，387中，該工藝幾乎與上述引用的相同發(fā)明人的早期專(zhuān)利 (美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，551，31 中描述的相同，是一種用于簡(jiǎn)單純化三氧化鉬的工藝。在其發(fā)明的這些最近的實(shí)施方案中，唯一的區(qū)別在于用由硫化鉬精礦構(gòu)成的原料代替該三氧化鉬原料。在該發(fā)明中，如前所述，將顆粒物料(現(xiàn)在是含硫化鉬的原料)的夾帶流與燃料氣和氧化氣體混合，將全部混合物引入爐腔中。將該氣/固混合物加熱到四00° F-3200。F的某個(gè)溫度以使該三氧化鉬升華并將剩余的原料的不純部分成為爐渣(即熔化)。將來(lái)自該原料的雜質(zhì)收集在渣池中或流入渣罐中，整個(gè)發(fā)明部分依賴(lài)于原料中形成爐渣的組分的熔化以助于捕獲蒸氣流中懸浮的非揮發(fā)性物料。本發(fā)明通過(guò)提供相對(duì)簡(jiǎn)單有效和強(qiáng)化的(即高產(chǎn)量反應(yīng)器面積比)方法克服了鉬回收方法的現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中的很多復(fù)雜性和缺點(diǎn)，其依賴(lài)于三氧化鉬的熱物理性質(zhì)，且不受可能存在于廢催化劑物料中的碳和鎢的干擾的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于從廢催化劑物料(原料)中回收鉬(作為三氧化鉬)的方法， 由此該原料可能包含包含在該原料上/內(nèi)的各種濃度的烴、碳、硫、磷、鐵、砷和釩物種，以及包含Al203/Si02的催化劑基體和包含各種量的鎳、鈷、鎢和鉬的催化劑，然而該催化劑組分的濃度取決于所處理的特定的廢催化劑。該廢催化劑物料也可以包括催化劑微粒(具有不適用于催化劑床的尺寸分布的催化劑物料)，以及包含能夠通過(guò)高溫氧化和升華技術(shù)回收的鉬的其它物料。本發(fā)明使用了從該廢催化劑中所含的金屬物種主體中釋放三氧化鉬蒸氣(其在2104° F具有約1大氣壓的蒸氣壓)所需的較低溫度。該方法首先在夾帶流(entrained-flow)反應(yīng)器中在足夠高的溫度以及在氧化氣氛中加熱并氧化該廢催化劑以使所生成(由鉬物種的氧化)或之前存在于該原料中的三氧化鉬升華。其次，來(lái)自該夾帶流反應(yīng)器的氣-固流通過(guò)高溫旋風(fēng)分離器，其將剩余的非揮發(fā)性物料從現(xiàn)在包含三氧化鉬蒸氣的剩余的氣流中分離出來(lái)，產(chǎn)生富含氧化鋁和/或二氧化硅的產(chǎn)物。第三，該基本上不含顆粒的氣流快速急冷以使所包含的三氧化鉬蒸氣冷凝。第四，將具有夾帶的三氧化鉬固體的氣流通過(guò)高溫過(guò)濾器，產(chǎn)生鉬產(chǎn)物和不含顆粒的氣流。最后，將該不含顆粒的氣流在將其最后排放到大氣中之前通過(guò)管道輸送到適用于進(jìn)一步物料回收和污染控制的單元操作。該方法提供了形成以下兩種主要產(chǎn)物的方式(1)富含氧化鋁或富含二氧化硅的顆粒產(chǎn)物(產(chǎn)物1)和( 包含高達(dá)約90%的三氧化鉬的粉末(產(chǎn)物 2)。依照本發(fā)明的另一方面，該方法包括以下步驟(1)將該原料粉碎到適用于在夾帶流反應(yīng)器中快速加熱和氧化該經(jīng)粉碎的物料的尺寸分布；( 在該夾帶流反應(yīng)器內(nèi)將該原料充分氧化并同時(shí)加熱到約2100° F-2900。F的溫度，優(yōu)選的氣體停留時(shí)間大于100毫秒，由此形成水蒸氣、二氧化碳蒸氣、二氧化硫蒸氣、三氧化鉬蒸氣和其它揮發(fā)性物種，例如五氧化二磷蒸氣和三氧化二砷蒸氣，以及夾帶的非揮發(fā)性物質(zhì)，例如氧化鋁、二氧化硅、鎳氧化物、鈷氧化物、鎢氧化物以及在一些情況中的釩氧化物；C3)在操作溫度為約2100° F-2900。F的高溫旋風(fēng)分離器中將該氣相物種與非揮發(fā)性的固體殘余物進(jìn)行分離，生成富含氧化鋁或二氧化硅的產(chǎn)物；(4)將離開(kāi)該高溫旋風(fēng)分離器的蒸氣急冷到約 1000° F-1200。F的溫度，生成三氧化鉬粉末；( 將該三氧化鉬粉末收集在操作溫度為約1000° F-12000 F的高溫顆粒過(guò)濾器中；(6)將剩余的氣相物種(例如二氧化碳、水、二氧化硫、五氧化二磷和三氧化二砷蒸氣)通過(guò)該高溫顆粒過(guò)濾器用于在常規(guī)污染控制單元操作中的后續(xù)急冷并洗滌氣體。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，該夾帶流反應(yīng)器組件包括垂直定向的反向旋轉(zhuǎn)渦動(dòng)夾帶流反應(yīng)器以及隨后的水平旋風(fēng)夾帶流反應(yīng)器。然后該水平旋風(fēng)反應(yīng)器與垂直定向的高溫旋風(fēng)分離器連接。 本發(fā)明的另一實(shí)施方案包括在優(yōu)選垂直定向的旋風(fēng)分離器之下的另外的停留腔用于可使鉬物種可有另外的停留時(shí)間以從該經(jīng)分離的固體殘余物料中氧化并升華。該停留腔絕熱以維持離開(kāi)該旋風(fēng)分離器的固體殘余物的熱量并與旋風(fēng)分離器以可以在兩個(gè)反應(yīng)器組件之間交換氣體的方式連接從而可使從該停留腔中釋出的另外的三氧化鉬蒸氣通過(guò)該旋風(fēng)分離器出口或在其附近離開(kāi)。該停留腔的操作溫度優(yōu)選在2100° F-2900。F范圍內(nèi)。殘余固體在該停留腔中優(yōu)選的停留時(shí)間大于1分鐘。本發(fā)明既不需要也不依賴(lài)該三氧化鉬蒸氣的過(guò)濾(即將蒸氣通過(guò)多孔介質(zhì))以實(shí)現(xiàn)該三氧化鉬與相同流中夾帶的其它冷凝物種的分離。同樣地，本發(fā)明不依賴(lài)將該原料加熱到超過(guò)2900° F的溫度以影響非三氧化鉬物種的成渣或熔化從而實(shí)現(xiàn)工藝流中非氣相物料與三氧化鉬部分的分離。作為本發(fā)明的一部分描述了實(shí)施包括本發(fā)明中所描述的過(guò)程的大部分的單元操作的裝置。本發(fā)明的目的是提供用于從可以是廢催化劑物料的原料中回收鉬的方法和相關(guān)
直ο本發(fā)明的另一目的是提供用于從廢催化劑物料中作為三氧化鉬回收鉬的有效可
靠方式。本發(fā)明的另一目的是提供以經(jīng)濟(jì)有效的方式順序處理該廢催化劑物料以回收鉬的裝置。在參照后附附圖對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的這些和其它目的將得到更充分的理解。


圖1是顯示本發(fā)明的優(yōu)選方法順序的流程圖。圖2是顯示三氧化鉬的蒸氣壓與溫度范圍相比的曲線(xiàn)圖。圖3是顯示能夠用于本發(fā)明的裝置的形式的示意圖。圖4(a)-4(c)顯示了該夾帶流反應(yīng)器的燃料和氧化劑入口的幾種實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式圖1中呈現(xiàn)了本發(fā)明的用于從原料(例如廢催化劑)中回收鉬的方法的實(shí)施方案。該方法首先將原料2 (優(yōu)選是廢催化劑物料，例如在石油加工操作(例如加氫處理、力口氫脫硫和加氫脫氮)中所使用的，或者包含能夠通過(guò)高溫氧化和升華技術(shù)回收的鉬的其它物料輸送到粉碎系統(tǒng)4中。其中優(yōu)選用于本發(fā)明的原料是選自由以下構(gòu)成的組的物料中的至少一種含鉬礦石和含鉬精礦，最優(yōu)選的是選自由以下構(gòu)成的組的礦石或精礦輝鉬礦、白鎢礦、鉬鎢鈣礦、硫鎢礦(timgstenite)和含二硫化鉬或鉬氧化物的鎢錳鐵礦。該粉碎系統(tǒng)4將該原料的尺寸降低到適于在夾帶流反應(yīng)器組件6、8中快速氧化和快速加熱的尺寸。 該原料的優(yōu)選平均尺寸為約300微米，粉碎后物料的最小量小于40微米；然而，也可以使用較大平均尺寸的粉碎原料或甚至未經(jīng)粉碎的原料。然后通過(guò)使用輸送氣體的氣動(dòng)輸送16 或其它適合的輸送裝置將該經(jīng)粉碎的原料輸送到所述夾帶流反應(yīng)器組件中。在所述夾帶流反應(yīng)器組件中添加氧化劑12和燃料10以在該夾帶流反應(yīng)器組件內(nèi)產(chǎn)生高溫氧化環(huán)境。優(yōu)選的氧化劑是選自由以下構(gòu)成的組的一種富氧空氣或高純氧氣。根據(jù)該廢催化劑的碳和硫含量，可以在該方法中添加急冷流體14(霧化或不霧化)以限制該夾帶流反應(yīng)器組件的最大操作溫度。該夾帶流反應(yīng)器組件6、8的用途是快速加熱和氧化殘余在該廢催化劑上/ 內(nèi)的任何碳和硫并完全氧化位于該廢催化劑內(nèi)/上的鉬和/或鉬低價(jià)氧化物以產(chǎn)生三氧化鉬。如圖2中所示，在低于1350° F的溫度，三氧化鉬的蒸氣壓可忽略不計(jì)(約0.001大氣壓)。在超過(guò)2100° F的溫度，三氧化鉬具有約1個(gè)大氣壓的蒸氣壓，在該夾帶流反應(yīng)器組件內(nèi)的壓力和溫度下導(dǎo)致顯著的升華速率。該夾帶流反應(yīng)器組件的優(yōu)選操作溫度在約 2100° F-2900。F范圍內(nèi)。在這些操作溫度、壓力和氧化氣氛下，預(yù)期磷、砷和硫的氧化物也在蒸氣相中。在該夾帶流反應(yīng)器組件中優(yōu)選的氣體停留時(shí)間為約100毫秒或更長(zhǎng)。該夾帶流反應(yīng)器組件的優(yōu)選構(gòu)造由以下構(gòu)成反向旋轉(zhuǎn)渦動(dòng)(CRV)反應(yīng)器6和然后的旋風(fēng)反應(yīng)器8。該反向旋轉(zhuǎn)渦動(dòng)反應(yīng)器由高度湍動(dòng)的強(qiáng)烈攪拌的氣/固反應(yīng)器區(qū)域以及其后的氣/固平推流反應(yīng)區(qū)域構(gòu)成。離開(kāi)該CRV反應(yīng)器6的氣/固體進(jìn)入水平的旋風(fēng)反應(yīng)器8，在其中發(fā)生原料的進(jìn)一步氧化和三氧化鉬的升華。然后，離開(kāi)該夾帶流反應(yīng)器組件 6、8的氣/固懸浮物進(jìn)入高溫旋風(fēng)分離器20，在其中將殘余的固體從該高溫氣體中分離出來(lái)。殘余的固體主要由具有較少量鎳或鈷或鎢氧化物與一些殘余的氧化鉬的氧化鋁或二氧化硅催化劑基體構(gòu)成。該殘余的固體進(jìn)入維持在約2100° F-2900。F的溫度的停留腔22 以提供殘余的三氧化鉬的進(jìn)一步升華。該旋風(fēng)分離器20和該停留腔22以可以交換高溫氧化氣體的方式連接。在該停留腔22內(nèi)發(fā)生的進(jìn)一步的三氧化鉬升華通過(guò)這種相同連接移動(dòng)到該旋風(fēng)分離器20中，在此處其與旋風(fēng)分離器中的氣流組合并作為離開(kāi)該旋風(fēng)分離器的約2100° F-2900。F的高溫氣流的一部分排出。該固體在停留腔中用于去除大部分殘余的MoO3的優(yōu)選停留時(shí)間大于1分鐘。產(chǎn)生的第一產(chǎn)物沈(產(chǎn)物1)通過(guò)高溫固體去除系統(tǒng)離開(kāi)該停留腔22。根據(jù)所處理的廢催化劑的類(lèi)型，產(chǎn)物1典型地由氧化鋁和/或二氧化硅與鎳氧化物、鈷氧化物、鎢氧化物或其組合相結(jié)合構(gòu)成。根據(jù)所處理的廢催化劑的具體組成，痕量的其它氧化物物種(包括鈣、鐵、鎂、鈉、鉀和釩的那些)以及其它氧化物物種也可能出現(xiàn)在產(chǎn)物1中。產(chǎn)物1將典型地是氧化釩濃度小于2-3%的干顆粒物料。這通常是由用于處理低釩含量的石油流的固定床加氫處理反應(yīng)器得到的廢催化劑的情況。由焦油砂或其它高釩含量油基物料的加氫處理得到的廢催化劑能夠具有大于10%的釩含量。由這些石油煉制操作得到的廢催化劑能夠?qū)е庐a(chǎn)物1是溶渣物料的形式。本發(fā)明涉及在氧化或升華之后不使該原料或殘余物料成渣的操作。然而，對(duì)操作程序和溫度加以適當(dāng)?shù)母淖兒驼{(diào)節(jié)，該方法也能夠適合以熔渣形式操作。為了適應(yīng)這種成渣操作，該高溫反應(yīng)器容器必須在大于該經(jīng)氧化的原料的成渣溫度的溫度下操作。離開(kāi)該高溫旋風(fēng)分離器20的高溫氣體典型地由三氧化鉬、五氧化二磷、三氧化二砷、二氧化硫、二氧化碳、水、氧氣和氮?dú)獾恼魵庖约霸谠摳邷匦L(fēng)分離器20中未分離出來(lái)的少量懸浮固體構(gòu)成。在該方法中生成的鎳、鈷和鎢氧化物以及氧化鋁和二氧化硅基體材料屬性是難熔的且在小于2900° F的溫度具有非常低的蒸氣壓。因此，有效地將進(jìn)入該氣/固懸浮物中的這些夾帶的殘余物料與離開(kāi)該旋風(fēng)分離器20的三氧化鉬和其它蒸氣物種分離開(kāi)。該高溫氣流以在約2100° F-2900。F的范圍內(nèi)的溫度離開(kāi)該旋風(fēng)分離器20，并在氣體急冷組件30中通過(guò)添加霧化或未霧化的急冷流體32將其快速冷卻到約 1000° F-1350。F。該急冷流體32優(yōu)選是水、用空氣霧化的、氧氣或這些流體的組合。蒸氣的快速冷卻對(duì)于形成干燥的松散粉末是必須的，避免了形成可能能夠粘附到該急冷組件的內(nèi)表面或在容器之間的互連管道系統(tǒng)上的熔化液滴。該經(jīng)急冷的氣體形成了干燥的三氧化鉬粉末，將其收集在高溫過(guò)濾器組件36中， 同時(shí)將二氧化硫、五氧化二磷和三氧化二砷物種與二氧化碳、水、氧氣和氮?dú)庹魵庖黄鹜ㄟ^(guò)該高溫過(guò)濾組件36以形成蒸氣1流40，并隨后使用常規(guī)技術(shù)將其過(guò)濾或洗滌。

根據(jù)該原料2的鉬含量、從原料中升華的鉬的含量以及該旋風(fēng)分離器20的分離效率，離開(kāi)該高溫過(guò)濾組件36的該富含三氧化鉬的粉末46 (產(chǎn)物2)將典型地具有在約 75%-90%范圍內(nèi)的純度。提供用于除去該富含三氧化鉬的粉末46 (產(chǎn)物2)的裝置。產(chǎn)物2將主要由三氧化鉬構(gòu)成，具有較少量的氧化鋁、二氧化硅和痕量的鈣、鉀、鈉和鐵的氧化物。根據(jù)處理的廢催化劑的類(lèi)型，痕量的鎳、鈷和鎢氧化物也可能出現(xiàn)在產(chǎn)物2(流46) 中。下面描述構(gòu)成本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的一部分的裝置，其顯示在圖3中。首先，該夾帶流反應(yīng)器組件由兩個(gè)反應(yīng)器容器組成。容器60是反向旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器組件，其具有用于燃料和氧化劑流的通過(guò)“入口臂，，的兩個(gè)入口，其將兩種燃料和氧化劑流流入物接收到該過(guò)程中(流62、64、66、68)。這些入口臂流產(chǎn)生兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的流，凈效果是在該容器內(nèi)產(chǎn)生了高度湍流的強(qiáng)烈攪拌的氣體區(qū)域。通過(guò)在該容器的頂部的與該容器的垂直軸對(duì)準(zhǔn)的注射器組件70將該原料在頂部輸送到該容器中(組合流2和6)。在優(yōu)選實(shí)施方案中也將急冷流體(流72)通過(guò)相同的注射器組件引入流入的原料流周?chē)沫h(huán)形區(qū)域中。 將通過(guò)該注射器組件的這些流入流引入該高度湍流的強(qiáng)烈攪拌的氣體區(qū)域，在其中引發(fā)熱燃燒產(chǎn)物并隨著其移動(dòng)通過(guò)該容器下部的平推流區(qū)域而維持流入物料的燃燒。最終，通過(guò)噴嘴將該物料聚集，在噴嘴處將流82從反應(yīng)器容器60中排出以進(jìn)入容器80 (流82)。容器 80優(yōu)選是水平取向的旋風(fēng)反應(yīng)器，其為反應(yīng)物料流提供延長(zhǎng)的停留時(shí)間以使得夾帶的原料能夠繼續(xù)氧化和升華。將流入流(流82)在一端切向引入該水平旋風(fēng)裝置中，將流出流(流 86)從該水平旋風(fēng)裝置的另一端切向排出。將急冷流體(流84)通過(guò)該旋風(fēng)反應(yīng)器入口端的注射器組件引入。Hnat在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，957，527 ( “Method and Apparatus for Heat Processing Glass Batch Materials”)中集中詳細(xì)描述了夾帶流反應(yīng)器組件(即容器60 和容器80)的特別優(yōu)選的形式，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用加入本文。在Hnat的裝置中，“懸浮式預(yù)熱腔”(在Hnat的發(fā)明中圖1的編號(hào)100)對(duì)應(yīng)本發(fā)明的容器60 ；類(lèi)似地，Hnat的“旋風(fēng)熔融腔”(在Hnat的發(fā)明中圖1的編號(hào)200)對(duì)應(yīng)本發(fā)明的容器80。盡管容器60的功能基本上與Hnat懸浮式預(yù)熱腔相同(增強(qiáng)對(duì)懸浮的/夾帶的顆粒物質(zhì)的對(duì)流傳熱并在容器內(nèi)提供燃燒/氧化穩(wěn)定的強(qiáng)烈攪拌的平推流懸浮預(yù)熱器)，容器80的功能(用于在完成有限擴(kuò)散的氣固反應(yīng)所需的溫度提供延長(zhǎng)的停留時(shí)間的腔室)與其在Hnat的旋風(fēng)熔融腔(其中發(fā)生玻璃形成前體的分離、分散、混合和熔化)中的類(lèi)似物顯著不同。
然后，在兩個(gè)互連的容器中將蒸氣和殘余物分離開(kāi)。容器90是高溫旋風(fēng)分離器， 其實(shí)現(xiàn)蒸氣組分與流86中夾帶的殘余物的分離。容器80的排氣(流86)進(jìn)入該高溫旋風(fēng)分離器(如圖3中以其優(yōu)選的垂直取向所示)。在該旋風(fēng)分離器的入口端部通過(guò)與該容器的橫截面的切線(xiàn)(垂直于其豎軸)正切或螺旋式轉(zhuǎn)變(優(yōu)選實(shí)施方案)的開(kāi)口接收流86， 因?yàn)槠涞湫偷氖莻鹘y(tǒng)的旋風(fēng)、逆流、圓錐上圓柱狀的氣固分離器或分級(jí)器。隨著將該流注入該圓柱體的分離空間中，產(chǎn)生渦旋運(yùn)動(dòng)。該流沿該容器的內(nèi)表面向下流動(dòng)(形成外渦旋)， 直至其最后向上轉(zhuǎn)動(dòng)，并流動(dòng)通過(guò)該外渦旋的中心(形成內(nèi)渦旋)。該旋流氣體向下的離心運(yùn)動(dòng)收集并輸送比該主體氣流更致密的物料(基本上是該流入流夾帶的顆粒部分)到達(dá)該旋風(fēng)分離器的圓錐體的底部(在該裝置的優(yōu)選取向中)，在此處其借助于重力和側(cè)壁邊界層氣流落入下面的停留腔中(流92)。同時(shí)，內(nèi)渦旋的漩流氣體流動(dòng)通過(guò)該旋風(fēng)分離器的圓柱部分的頂部離開(kāi)(流94)。容器100是停留腔，在此處從該旋風(fēng)分離器分離的殘余物累積。該停留腔提供了在升高溫度在與上面旋風(fēng)分離器中的蒸氣自由交換的氣氛下另外的停留時(shí)間。將可能不充分加熱或可能具有防止有效氧化或升華的組成的分離的殘余物料在該腔中停留超過(guò)在夾帶流反應(yīng)器中的停留時(shí)間的時(shí)間。在這個(gè)位置，從該殘余物料中釋出的任何升華的三氧化鉬與該旋風(fēng)分離器中漩流蒸氣自由交換，最終通過(guò)流94進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器中。為了防止過(guò)量的殘余物在該停留腔中累積，定期通過(guò)高溫旋轉(zhuǎn)氣鎖或者作為優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)高溫“雙卸料”型止回閥系統(tǒng)將包含的殘余物料排放。表示該排放的物料(來(lái)自該原料的殘余的非揮發(fā)性或未反應(yīng)的物料)的流102命名為產(chǎn)物1 (104)。第三，在蒸發(fā)冷卻器(容器110)中將從該高溫旋風(fēng)分離器90排出的蒸氣流(流 94)快速急冷以實(shí)現(xiàn)三氧化鉬作為微細(xì)粉末的沉積。將急冷流體(優(yōu)選實(shí)施方案是水)霧化(通過(guò)直接霧化或優(yōu)選實(shí)施方案用壓縮氣體的輔助流霧化)并引入蒸發(fā)冷卻器中(作為流114、11幻以接觸流94的內(nèi)含物。使用1-4個(gè)噴槍將該霧化的急冷流體輸送到該蒸發(fā)冷卻器中，調(diào)節(jié)急冷流體的流量以控制作為流116離開(kāi)該容器的蒸氣和顆粒的溫度。最后，將該蒸發(fā)冷卻器排出的氣-固流(流116)通過(guò)管道引入高溫分離組件中 (基本上是絕熱的高溫集塵窒裝置)以通過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)濾或篩分實(shí)現(xiàn)冷凝相與蒸氣相的分離。該分離介質(zhì)的優(yōu)選實(shí)施方案是兩部分，包括通過(guò)多孔的陶瓷元件的過(guò)濾，或通過(guò)紡織金屬絲網(wǎng)的篩分。從流116中收集的殘余部分(基本上是冷凝的三氧化鉬)定期從該高溫分離組件中作為流120排出，并命名為產(chǎn)物2(122)。從流116中剩余的蒸氣相連續(xù)從該高溫分離組件中作為流1 排出并命名為蒸氣1 (126)。隨后對(duì)該蒸氣進(jìn)行處理并作為氣態(tài)工藝流出流連續(xù)排放。容器60-110的構(gòu)造的實(shí)施方案由以下構(gòu)成密封的、帶凸緣的金屬容器，例如130 所示，具有絕熱層，例如132所示，和難熔襯里，例如134所示，足以承受在其中進(jìn)行的單元操作的優(yōu)選溫度并保護(hù)外部的金屬容器壁。以足以承受內(nèi)部壓力高達(dá)常壓以上一個(gè)大氣壓的連續(xù)操作的公差和強(qiáng)度機(jī)器加工并建造具有其附件的該容器。用于建造該容器壁的優(yōu)選材料是軟鋼(具有水冷夾套)或合金鋼，例如AISI合金304不銹鋼(具有或不具有水冷夾套)。容器60的優(yōu)選實(shí)施方案包括強(qiáng)烈攪拌的區(qū)域，其由在沿該容器的縱軸以不同的高度與該圓筒內(nèi)部切向進(jìn)入容器60的兩個(gè)相對(duì)的氣流(或旋渦)的作用產(chǎn)生。圖 4(a)-4(c)所示的圖描述了在與容器60的縱軸正交的平面上投射所示的兩個(gè)相對(duì)流的一些優(yōu)選設(shè)置。在這些圖中，入口 A(即最上的入口 )流入的氣流顯示引入逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的流， 與此相反，入口 B(即較低的入口)的流入流引入順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的流。在圖4(a)和4(b)中， 該容器60總共有兩個(gè)這種方式的入口。然而，也可以將這種設(shè)計(jì)擴(kuò)展至在每個(gè)平面上具有多個(gè)入口，如圖4(c)中所示，其中總共有四個(gè)入口。在這種設(shè)置中，每個(gè)平面有兩個(gè)入口。 入口 A和入口 A，(最上的入口)都對(duì)入口流引入逆時(shí)針流動(dòng)，而入口 B和入口 B，(較低的入口)都為其入口流引入順時(shí)針的流動(dòng)。還應(yīng)當(dāng)指出沒(méi)有特別要求上部入口產(chǎn)生逆時(shí)針渦流而下部入口產(chǎn)生順時(shí)針物流。僅需要上部和下部流具有彼此相反的流動(dòng)。因此，該裝置能夠以使該入口方向反過(guò)來(lái)操作(在最上面的平面具有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)而在較下面的平面具有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))的方式構(gòu)造。容器140的優(yōu)選實(shí)施方案(圖3)能夠由市場(chǎng)上可得到的高溫分離組件的設(shè)計(jì)作為示范。例如，ALB Klein的CERAFUME 過(guò)濾組件或Biothermica的Clinox 篩都是本領(lǐng)域優(yōu)秀的實(shí)例。實(shí)施例用各種含鉬原料進(jìn)行多個(gè)中試規(guī)模的試驗(yàn)以驗(yàn)證方法性能。該中試試驗(yàn)式用包括以下的系統(tǒng)構(gòu)造和裝置進(jìn)行的球磨機(jī)粉碎系統(tǒng)、用于輸送該原料的失重螺桿給料機(jī)、燃燒空氣輸送系統(tǒng)、氧氣輸送系統(tǒng)、由反向旋轉(zhuǎn)渦動(dòng)反應(yīng)器和旋風(fēng)反應(yīng)器組成的夾帶流反應(yīng)器組件、高溫旋風(fēng)分離器、氣體急冷組件、低溫集塵窒和酸性氣體洗滌器。在該中試規(guī)模的系統(tǒng)中提供收集類(lèi)似于產(chǎn)物1的流(從該高溫旋風(fēng)分離器排出的富含氧化鋁/二氧化硅的流，也稱(chēng)作副產(chǎn)物)以及有些類(lèi)似于產(chǎn)物2的流(從該低溫集塵窒排出的富含三氧化鉬的流，此處也稱(chēng)作BH產(chǎn)物)。該中試試驗(yàn)中的BH產(chǎn)物不完全復(fù)制產(chǎn)物2，因?yàn)樵撝性囋囼?yàn)所用的集塵窒在低于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中給出的溫度操作。表1中提供了各中試試驗(yàn)的原料組合物的概述。表 權(quán)利要求
1.用于從含鉬原料中回收鉬的方法，包括在夾帶流反應(yīng)器中在氧化氣氛內(nèi)足以實(shí)現(xiàn)鉬物種的氧化和三氧化鉬的升華的高溫下加熱并氧化原料；用高溫旋風(fēng)分離器將該夾帶流反應(yīng)器的流出流中的非蒸氣物種與蒸氣物種分離，產(chǎn)生富含氧化鋁或富含二氧化硅的產(chǎn)物；使來(lái)自該旋風(fēng)分離器的蒸氣流出物急冷，并從該蒸氣流中冷凝出所包含的三氧化鉬；和將冷凝的三氧化鉬從蒸氣流中分離出來(lái)。
2.權(quán)利要求1的方法，包括 使用廢催化劑物料作為所述原料。
3.權(quán)利要求1的方法，包括在約2100° F-2900° F的溫度實(shí)施所述加熱和氧化步驟。
4.權(quán)利要求1的方法，包括在約1000° F-1350。F的溫度實(shí)施所述急冷。
5.權(quán)利要求1的方法，包括在高溫過(guò)濾器中實(shí)施該冷凝的三氧化鉬從所述蒸氣流中的分離。
6.權(quán)利要求2的方法，包括用作所述廢催化劑的物料除所述鉬之外還包含至少一種包括選自由氧化鋁、二氧化硅、鎳、鈷、鎢、硫、碳、磷和砷構(gòu)成的組的材料的化合物。
7.權(quán)利要求1的方法，其中將流入夾帶流反應(yīng)器的廢催化劑物料粉碎到適于在該夾帶流反應(yīng)器中快速加熱和氧化該廢催化劑物料的粒度分布。
8.權(quán)利要求7的方法，包括使用具有約200-400微米的平均粒度的物料作為所述經(jīng)粉碎的廢催化劑物料。
9.權(quán)利要求1的方法，包括在約2500° F-2900。F的溫度實(shí)施所述加熱和氧化。
10.權(quán)利要求9的方法，包括使用至少100毫秒的在所述夾帶流反應(yīng)器中的氣體停留時(shí)間。
11.權(quán)利要求1的方法，其中夾帶流反應(yīng)器組件由反向旋轉(zhuǎn)的渦動(dòng)反應(yīng)器和旋風(fēng)反應(yīng)器構(gòu)成。
12.權(quán)利要求1的方法，包括使用選自由含鉬礦石和含鉬精礦構(gòu)成的組的至少一種物料作為所述原料。
13.權(quán)利要求12的方法，包括所述含鉬礦石/精礦選自由輝鉬礦、白鎢礦、鉬鎢鈣礦、硫鎢礦和含二硫化鉬或鉬氧化物的鎢錳鐵礦構(gòu)成的組。
14.權(quán)利要求1的方法，包括使用富氧空氣作為引入所述夾帶流反應(yīng)器中的氧化劑。
15.權(quán)利要求1的方法，包括使用高純氧氣作為弓I入所述夾帶流反應(yīng)器中的氧化劑。
16.權(quán)利要求1的方法，包括使用含鉬和鎢的物料作為所述原料。
17.用于從原料中回收鉬的設(shè)備，包括夾帶流反應(yīng)器，其構(gòu)造使得在足以實(shí)現(xiàn)鉬物種的氧化和三氧化鉬的升華的高溫下加熱和氧化原料，旋風(fēng)分離器，其構(gòu)造使得來(lái)自所述夾帶流反應(yīng)器的流出流中的非蒸氣物種和蒸氣物種分離，和急冷設(shè)備，其構(gòu)造使得來(lái)自旋風(fēng)分離器的蒸氣流出物急冷并從包括三氧化鉬的蒸氣流中冷凝出三氧化鉬。
18.權(quán)利要求17的設(shè)備，包括 與所述旋風(fēng)分離器操作性結(jié)合的停留腔。
19.權(quán)利要求17的設(shè)備，包括所述設(shè)備構(gòu)造使得在約2100° F-2900° F的溫度實(shí)施所述加熱和氧化。
20.權(quán)利要求17的設(shè)備，包括所述設(shè)備構(gòu)造使得在約1000° F-1350。F的溫度實(shí)施所述急冷。
21.權(quán)利要求17的設(shè)備，包括所述設(shè)備構(gòu)造使得在約1000° F-1350。F的溫度在高溫過(guò)濾器中實(shí)施冷凝的三氧化鉬從所述蒸氣流中分離。
22.權(quán)利要求17的設(shè)備，包括所述夾帶流反應(yīng)器具有反向旋轉(zhuǎn)渦動(dòng)反應(yīng)器和旋風(fēng)反應(yīng)器。
23.權(quán)利要求22的設(shè)備，包括所述反向旋轉(zhuǎn)渦動(dòng)反應(yīng)器使用兩對(duì)或更多對(duì)相反設(shè)置的入口。
24.權(quán)利要求17的設(shè)備，包括所述夾帶流反應(yīng)器具有反向旋轉(zhuǎn)渦動(dòng)反應(yīng)器和將夾帶垂直流轉(zhuǎn)向適合于進(jìn)入所述旋風(fēng)分離器的水平流的管道。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使用高溫氧化和升華從廢催化劑或其它包含鉬的原料中回收鉬的設(shè)備和方法。一種實(shí)施方案使用反向旋轉(zhuǎn)的渦動(dòng)反應(yīng)器和旋風(fēng)夾帶流反應(yīng)器以在約2100°F-2900°F范圍內(nèi)的溫度快速加熱和氧化該廢催化劑原料(例如碳、硫和鉬化合物)，得到包含三氧化鉬蒸氣的氣-固流。在將該流快速急冷到足以實(shí)現(xiàn)固態(tài)三氧化鉬冷凝而不會(huì)使砷或磷氧化物冷凝的溫度之前，使用高溫旋風(fēng)分離器從該流中分離出殘余物。通過(guò)流經(jīng)高溫過(guò)濾系統(tǒng)將該冷凝的三氧化鉬物料從該流中分離出來(lái)。在排放到大氣之前，將剩余的氣流通過(guò)管道輸送到用于可能進(jìn)一步的物料回收和必需的污染控制的操作。
文檔編號(hào)B01D11/00GK102159292SQ200980136706
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者J·G·赫納特, M·A·謝弗 申請(qǐng)人:詹姆斯·G·赫納特, 馬克·A·謝弗