Способ и установка для термообработки сернистых руд в кольцевом псевдоожиженном слое

Номер патента: 10478

Опубликовано: 30.10.2008

Авторы: Рункель Маркус, Анастасиевич Никола, Штрёдер Михаэль

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ тепловой обработки, в особенности, сернистых руд, в котором твердые частицы обрабатывают при температуре от 450 до приблизительно 1500шС в реакторе (1) псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что основной газ или смесь газов вводят снизу через центральную газоподводящую трубу (3) для подачи газа в камеру (7) смешения реактора (1), при этом труба (3) для подачи газа, по меньшей мере, частично окружена стационарным кольцевым псевдоожиженным слоем (35), который сжижается посредством подачи ожижающего газа, а скорости основного газа или газовой смеси и газа для ожижения кольцевого псевдоожиженного слоя (35) регулируют так, чтобы число Фруда для частиц в трубе (3) подачи газа составляло от 1 до 100, в кольцевом псевдоожиженном слое (35) находилось в интервале от 0,02 до 2, и в смесительной камере (7) - от 0,3 до 30, при этом газовый поток, проходящий через газоподводящую трубу (3), увлекает частицы из стационарного кольцевого псевдоожиженного слоя (35) в смесительное пространство, расположенное над зоной отверстия центральной газоподводящей трубы (3).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реактор (1) ниже по ходу движения потока снабжен вторым реактором (9), в который газовая смесь с загруженной в нее твердой фазой вводится из первого реактора (1) снизу предпочтительно через центральную трубу (10) для подачи газа в камеру (19) смешения, при этом труба (10) для подачи газа окружена, по меньшей мере, частично стационарным кольцевым псевдоожиженным слоем (36), который ожижается с помощью подводимого ожижающего газа.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что число Фруда для частиц в трубе (3, 10) для подачи газа составляет от 1,15 до 20 и, в частности, от 9,95 до 11,6.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что число Фруда для частиц в кольцевом псевдоожиженном слое (35, 36) составляет от 0,11 до 1,15 и, в частности, от 0,11 до 0,52.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что число Фруда для частиц в камере (7, 19) смешения составляет от 0,37 до 3,7 и, в частности, от 0,531 до 1,32.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что высоту псевдоожиженного слоя твердой фазы в реакторе (1, 9) регулируют так, чтобы кольцевой псевдоожиженный слой (35, 36) проходил выше верхнего торца выходного отверстия трубы (3, 10) для подачи газа, при этом твердая фаза постоянно вводится в основной газ или газовую смесь и уносится газовым потоком в камеру смешения (7, 19), расположенную выше зоны выходного отверстия трубы (3, 10) для подачи газа.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в качестве исходного вещества используют сернистую руду, которая содержит золото, цинк, серебро, медь, никель и/или железо.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один реактор (1, 9) снабжают кислородсодержащим газом, например воздухом, с содержанием кислорода приблизительно 20 об.%, подводимым через трубу (3, 10) для подачи газа и/или в кольцевой псевдоожиженный слой (35, 36).

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что по меньшей мере к одному реактору (1, 9) в кольцевой псевдоожиженный слой (35, 36) и/или в камеру (7, 19) смешения подводится теплота или по меньшей мере из одного реактора (1, 9) в кольцевом псевдоожиженном слое (35, 36) и/или в камере (7, 19) смешения отводится теплота.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что ниже по ходу течения потока по меньшей мере от одного реактора (1, 9) установлено устройство (20, 21) для охлаждения, в котором газовую смесь с загруженной в нее твердой фазой, отводимой из реактора (1, 9), охлаждают до температуры ниже 400шС и, в частности, приблизительно до 380шС.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что ниже по потоку по меньшей мере от одного реактора (1, 9) установлен сепаратор, например циклон (33), из которого твердую фазу, отделенную от отходящих газов, подают к первому и/или второму реактору (1, 9) или к дополнительному устройству (26) охлаждения.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что по меньшей мере часть отходящих газов, отделенных от твердой фазы в сепараторе (23), подают в первый и/или второй реактор (1, 9) в качестве ожижающего газа, в особенности, после обработки в расположенной ниже по потоку ступени очистки газа, например, в электростатическом осадителе (31) и/или аппарате (32) мокрой газоочистки.

13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что по меньшей мере часть отходящих газов, отделенных от твердой фазы в сепараторе (23), направляют в установку (33) для производства серной кислоты.

14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что крупнозернистую твердую фазу и/или отходы обжига отводят, в частности, с перерывами из кольцевого псевдоожиженного слоя (35, 36) первого и/или второго реактора (1, 9) и направляют в дополнительное устройство (26) охлаждения.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

010478 Область техники Настоящее изобретение относится к способу термообработки, в особенности, сернистых руд, включающему обработку мелкозернистой твердой фазы при температуре от 450 до приблизительно 1500 С в первом реакторе псевдоожиженного слоя, и к установке для осуществления этого способа. Уровень техники Подобные способ и установка для обработки сернистых руд, содержащих золото, известны, например, из патентного документа DE 19609286 А 1. В этом аналоге руда в циркулирующем псевдоожиженном слое реактора, предназначенного для обжига, ожижается посредством газа, содержащего кислород,при этом сульфиды металла превращаются в окислы металла и производятся отходящие газы, содержащие SO2. Известно также, что сернистые руды, такие, например, как цинковая обманка (сфалерит), обжигают в печи со стационарным псевдоожиженным слоем при температуре от 500 до 1100 С с подачей в печь воздуха. При обжиге сернистого цинка в печи со стационарным псевдоожиженным слоем может быть обработано до 1000 тонн сернистого цинка в день. Как известно, существует необходимость повышения эффективности утилизации энергии, подводимой для термообработки, которая (эффективность угилизации) достигается при использовании стационарного псевдоожиженного слоя. Одна из причин этой необходимости заключается в умеренной эффективности тепло- и массообмена вследствие сравнительно низкой степени псевдоожижения. Кроме того, в случае стационарных псевдоожиженных слоев мелкие твердые частицы разгружаются из реактора(выносятся из слоя) слишком быстро, и поэтому время нахождения частиц в установке не достаточно для завершения реакции. Данная проблема возникает, особенно, в случае циркулирующих псевдоожиженных слоев вследствие более высокой степени ожижения, хотя здесь преобладают условия, обеспечивающие более интенсивный тепло- и массообмен. Несмотря на то, что используемые для термообработки сернистые руды такие, например, как золотосодержащая руда, сернистый цинк или концентрат сернистого цинка, становятся все мельче, например, когда 75% руды содержит фракции с размером зерен менее 45 мкм, то при использовании известных методов и установок приемлемый результат обжига может быть достигнут лишь с трудом. Более того, в случае известных способов и установок регулирование температуры в реакторе затруднено, что еще больше ухудшает качество обжига. Краткое описание изобретения В связи с изложенным задача настоящего изобретения заключается в обеспечении способа термообработки сернистых руд, который может быть осуществлен с большей эффективностью и характеризуется, в частности, лучшими результатами обжига наряду с хорошими условиями тепло- и массообмена. В соответствии с изобретением указанная задача решается с помощью упомянутого выше способа,согласно которому снизу через предпочтительно центрально расположенную подающую трубу (центральную трубу) в зону камеры смешения в реакторе вводят основной газ или смесь газов, при этом центральная труба, по меньшей мере, частично окружена стационарным кольцевым псевдоожиженным слоем (образующим вокруг трубы кольцевое пространство), который псевдоожижается за счет подачи ожижающего газа и в котором скорости основного газа или газовой смеси, а также газа, предназначенного для ожижения твердой фазы в кольцевом псевдоожиженном слое, регулируют таким образом, чтобы число Фруда для частиц в центральной трубе составляло от 1 до 100, в кольцевом псевдоожиженном слое - от 0,02 до 2 и в камере смешения - от 0,3 до 30. В способе согласно изобретению преимущества стационарного псевдоожиженного слоя, например,продолжительное время нахождения твердой фазы в этом слое, а также преимущества циркулирующего псевдоожиженного слоя, такие как высокоэффективный тепло- и массообмен, в процессе термической обработки могут неочевидным образом сочетаться друг с другом, например, при обжиге сернистых руд,и в то же время удается избежать недостатков, присущих обоим этим видам взвешенного слоя. При прохождении верхней зоны центральной трубы основной газ или газовая смесь выносит твердую фазу из кольцевого стационарного псевдоожиженного слоя, называемого здесь кольцевым псевдоожиженным слоем, в результате чего, благодаря большой разности скоростей между твердой фазой и основным газом, образуется интенсивно перемешанная взвесь и достигается оптимальный тепло- и массообмен между двумя фазами. Путем соответствующего регулирования высоты взвешенного слоя в кольцевом псевдоожиженном слое, а также скоростей основного газа или газовой смеси и ожижающего газа можно в пределах широкого диапазона менять загрузку твердой фазы во взвеси, уровень которой находится выше зоны выходного отверстия центральной трубы, таким образом, чтобы перепад давления в потоке основного газа между зоной выходного отверстия центральной трубы и верхним выходным отверстием камеры смешения составлял от 1 до 100 мбар. В случае высокой загрузки твердой фазы во взвеси в камере смешения большая часть твердой фазы будет отделяться от взвеси и падать обратно в кольцевой псевдоожиженный слой. Таким путем, кроме того, можно регулировать температуру в кольцевом псевдоожиженном слое за счет отвода из него определенного количества нагретых твердых частиц. Осуществляемую при этом рециркуляцию называют внутренней рециркуляцией твердых частиц, и поток твердой фазы в этой внутренней циркуляции обычно значительно превышает количество твердой фазы, подводимой-1 010478 в реактор извне. Это меньшее количество не отделяемой твердой фазы выгружается из смесительной камеры вместе с основным газом или газовой смесью. Время нахождения твердой фазы в реакторе можно менять в широких пределах путем выбора высоты и поперечного сечения кольцевого псевдоожиженного слоя и можно подобрать для проведения необходимой термообработки. Поток твердой фазы, уносимой из реактора газовым потоком, можно полностью или частично направлять на рециркуляцию в реактор, при этом рециркулирующая твердая фаза надлежащим образом подается в стационарный псевдоожиженный слой. Поток твердой фазы, который направляют на рециркуляцию в кольцевой псевдоожиженный слой, обычно имеет такой же порядок величины, что и поток твердой фазы, подводимой в реактор извне. В результате с помощью способа, соответствующего данному изобретению, может быть достигнута высокая загрузка твердой фазы, с одной стороны, и в то же время в высокой степени интенсивный массо- и теплообмен, с другой стороны. Помимо исключительно высокой степени утилизации энергии другое преимущество способа согласно изобретению состоит в возможности быстрого, легкого, и надежного регулирования передачи энергии и массообмена в соответствии с необходимыми требованиями осуществляемого путем изменения скоростей потока основного газа или смеси газов и ожижающего газа. Теплообмен, кроме того, можно интенсифицировать, если ниже по потоку (ниже по ходу течения потока газа) от реактора установлен второй реактор, в который вводят отводимую из первого реактора газовую смесь, нагруженную твердой фазой. Это предпочтительно производят снизу, например, через центральную трубу для подачи газа в камеру смешения, при этом труба подачи газа окружена, по меньшей мере, частично стационарным кольцевым псевдоожиженным слоем, который приводят во взвешенное состояние путем подвода ожижающего газа. В принципе, для осуществления способа, соответствующего изобретению, может быть использован один единственный реактор. Однако комбинация одного реактора со вторым реактором такого же типа конструкции с формированием реакторной ступени позволяет заметно увеличить общее время нахождения твердой фазы в установке. Для обеспечения в высокой степени эффективных процесса теплообмена в смесительной камере и времени нахождения серосодержащих веществ в реакторах, предпочтительно в псевдоожиженном слое скорости основной газовой смеси и ожижающего газа регулировать так, чтобы безразмерное число Фруда для частиц (Fr) составляло в центральной трубе от 1,15 до 20 и, в частности, от 3,95 до 11,6, в кольцевом псевдоожиженном слое от 0,11 до 1,15 и, в частности, от 0,11 до 0,52 и/или в камере смешения от 0,37 до 3,7, в частности от 0,53 до 1,32. Число Фруда для частиц в каждом случае определяются из следующего соотношения:d - средний диаметр всех находящихся в реакторе твердых частиц (или образований из частиц) при функционировании реактора, м;g - ускорение силы тяжести, м/с 2. При использовании данного соотношения необходимо иметь в виду, что параметр d характеризует не средний диаметр (d50) используемого обрабатываемого вещества, а средний диаметр всех находящихся в реакторе частиц, сформированных в процессе работы реактора, который может значительно отличаться в обе стороны от среднего диаметра используемого вещества (первичных частиц). Кроме того,возможно, чтобы формировались частицы (вторичные частицы) со средним диаметром от 20 до 30 мкм,например, при проведении термообработки весьма тонкодисперсного материала со средним диаметром,например, от 3 до 10 мкм. С другой стороны, некоторые вещества, например руды, во время термообработки подвергаются обжигу. В развитие идеи настоящего изобретения предлагается регулировать высоту псевдоожиженного слоя твердой фазы в реакторе или реакторной ступени так, чтобы кольцевой псевдоожиженный слой проходил на несколько сантиметров выше верхнего торца выходного отверстия центральной трубы и за счет этого твердые частицы непрерывно вводятся в основной газ или смесь газов и выносятся газовым потоком в камеру смешения, расположенную выше зоны выходного отверстия центральной трубы. Таким путем во взвеси выше зоны выходного отверстия центральной трубы достигается очень высокая величина загрузки твердой фазы. С помощью способа, соответствующего настоящему изобретению, могут быть эффективно термообработаны все виды сернистых руд, в особенности тех, которые содержат золото, цинк, серебро, никель,медь и/или железо. В особенности, данный способ является подходящим для обжига золотосодержащей руды или сернистого цинка. Интенсивный массо- и теплообмен и регулируемое время нахождения твердой фазы в реакторе позволяют обеспечить весьма высокую степень превращения обжигаемого материала.-2 010478 Получение количества теплоты, необходимого для функционирования реактора, может быть осуществлено каким-либо путем, известным специалистам. Согласно предпочтительному примеру воплощения настоящего изобретения предусматривается, что для проведения обжига реакторы обеспечивают подачей в них кислородсодержащего газа, например, с содержанием кислорода приблизительно 20 об.%,который вводится в псевдоожиженный слой реактора. Этим газом может служить воздух, а также воздух,обогащенный кислородом, или иной кислородсодержащий газ. Указанный кислородосодержащий газ предпочтительно вводится в реактор или реакторы при температуре приблизительно от 25 до 50 С. Процесс обжига сернистых руд, проводимый при избытке кислорода с образованием окислов металла, является экзотермическим и поэтому, как правило, нет необходимости подвода в реактор или реакторную ступень дополнительного количества теплоты. При использовании способа, соответствующего данному изобретению, утилизация энергии может быть еще больше улучшена за счет теплоты, подводимой в кольцевой псевдоожиженный слой и/или камеру смешения первого и/или второго реакторов или отводимой из них. Таким образом, в случае экзотермической реакции генерируемая теплота может быть использована, например, в реакторе, например,для генерации пара. Предпочтительно ниже по ходу движения потока газа от второго реактора размещают устройство охлаждения, предназначенное для охлаждения выходящей из реактора газовой смеси, в которой находится твердая фаза, до температуры, составляющей менее 400 С, в частности, приблизительно до 380 С,приемлемой для дальнейшей обработки твердой фазы. Это устройство охлаждения, кроме того, может быть использовано, например, для генерации водяного пара, посредством чего утилизация энергии в соответствии с предлагаемым способом в целом еще больше улучшается. Ниже по потоку от реакторной ступени может быть установлен сепаратор, например циклон или тому подобный сепаратор. Твердая фаза, отделенная от отходящих газов, может быть возвращена из сепаратора в реакторную ступень, состоящую из одного или большего количества реакторов, например в кольцевой псевдоожиженный слой, или же она может быть направлена в дополнительное устройство охлаждения. Таким путем можно менять время нахождения твердой фазы в реакторной ступени. Кроме того, высота псевдоожиженного слоя твердой фазы в одном реакторе или более чем в одном, может быть преднамеренно установлена в соответствии с необходимыми техническими условиями. Высота взвешенного слоя в кольцевом псевдоожиженном слое в данном случае, кроме того, влияет на температуру, установившуюся в кольцевом псевдоожиженном слое, поскольку при большей высоте псевдоожиженного слоя большее количество твердых частиц выносится в камеру смешения и отделяется от не в нагретом состоянии. Таким путем за счет количества твердой фазы, направляемой из сепаратора на рециркуляцию,можно преднамеренно регулировать температуру в реакторе. Предпочтительно ниже по потоку от сепаратора размещена ступень газоочистки с электростатическим осадителем (электрофильтром), размещенным в потоке горячего газа, и/или ступень мокрой газоочистки, где по меньшей мере часть отходящих газов, отделенных в сепараторе от твердых частиц, подвергают дальнейшей очистке. Очищенные отходящие газы затем могут быть возвращены, например, в виде подогретого ожижающего газа в кольцевой псевдоожиженный слой первого и/или второго реактора. Часть отходящего газа, отделенного от твердой фазы в сепараторе, кроме того, может быть подана в установку для производства серной кислоты. Таким путем отходящие газы реакторной ступени, содержащие SO2, могут быть использованы для получения побочного продукта данного технологического процесса. Крупнозернистая твердая фаза и/или остаток процесса обжига отводятся из кольцевого псевдоожиженного слоя и направляются в дополнительное устройство охлаждения, например в охладитель с псевдоожиженным слоем. Выгрузка твердых частиц или остатка процесса обжига может в этом случае осуществляться с перерывами, тем самым одновременно можно регулировать количества твердой фазы в реакторной ступени. Установка в соответствии с данным изобретением, которая является особенно подходящей для осуществления описанного выше способа, содержит реактор, представляющий собой реактор с псевдоожиженным слоем для термообработки сернистых руд, причем реактор имеет устройство для подачи газа, выполненное таким образом, чтобы газ, протекающий через устройство подачи газа, выносил твердую фазу из стационарного кольцевого псевдоожиженного слоя, который, по меньшей мере, частично окружает устройство подачи газа, в камеру смешения. Предпочтительно устройство подачи газа проходит в объем камеры смешения. Кроме того, верхний конец устройства подачи газа можно установить ниже уровня поверхности кольцевого псевдоожиженного слоя. Газ в таком случае вводится в кольцевой псевдоожиженный слой, например, через боковые входные отверстия, и он выносит твердую фазу из кольцевого псевдоожиженного слоя в камеру смешения за счет своей скорости течения. В соответствии с предпочтительным аспектом изобретения устройство подачи газа включает в себя центральную трубу, проходящую вверх, по существу, вертикально от нижней зоны реактора, которая(труба), по меньшей мере, частично окружена вокруг по кольцу камерой, в которой образован стационарный кольцевой псевдоожиженный слой. Псевдоожиженный слой, окружающий центральную трубу,не обязательно должен быть кольцевым, и возможны также и другие формы псевдоожиженного слоя, в-3 010478 зависимости от геометрии центральной трубы и реактора, при условии, что центральная труба, по меньшей мере, частично окружена псевдоожиженным слоем. Конечно, в реакторе также могут быть установлены две или более центральные трубы с различными или одинаковыми геометрическими размерами или формой. Однако, предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна из центральных труб была расположена приблизительно центрально относительно поперечного сечения реактора. Согласно еще одному примеру воплощения настоящего изобретения центральная труба имеет отверстия на поверхности ее корпуса, выполненные, например, в виде прорезей, с тем, чтобы при работе реактора через эти отверстия в центральную трубу постоянно поступала твердая фаза и уносилась основным газом или газовой смесью из центральной трубы в камеру смешения. Для увеличения производительности установки или времени обработки твердой фазы вместо одного реактора может быть использован ряд реакторов, в частности, два реактора, соединенных между собой с образованием реакторной ступени. Предпочтительно реакторы в каждом случае имеют кольцевую камеру для формирования стационарного кольцевого псевдоожиженного слоя и камеру смешения для образования циркулирующего псевдоожиженного слоя, при этом центральная труба реактора, расположенного ниже по потоку, соединена с выходным отверстием для отвода отходящего газа из реактора,расположенного выше по потоку. В соответствии с предпочтительным примером воплощения ниже по потоку от реактора или реакторной ступени расположен сепаратор, в частности циклон, предназначенный для отделения твердых частиц. Этот сепаратор может быть снабжен трубопроводом транспортировки твердой фазы, ведущим в кольцевой псевдоожиженный слой первого реактора и/или трубопровод для твердой фазы, ведущий в кольцевой псевдоожиженный слой второго реактора, который может быть установлен ниже по потоку. Если ниже по потоку от реакторной ступени установлено устройство охлаждения, то содержащая твердую фазу смесь газов, отводимая из реакторной ступени, может быть перед последующей обработкой охлаждена до необходимой для этого температуры. В качестве устройства охлаждения может быть использован, например, котел-утилизатор, снабженный пучками охлаждающих труб, при этом возможно,чтобы пучки охлаждающих труб одновременно служили для генерации пара. Помимо того, необходимую для термообработки температуру можно точно регулировать в первом и/или втором реакторах с помощью средств регулирования температуры. С этой целью реактор может быть снабжен, как котел с естественной циркуляцией, элементами охлаждения и мембранными экранами. Для обеспечения надежного ожижения твердой фазы и формирования стационарного псевдоожиженного слоя в кольцевой камере первого реактора и/или дополнительных реакторах установлен газораспределитель, который делит кольцевую камеру на верхнюю зону псевдоожиженного слоя и нижнюю газораспределительную камеру. Газораспределительная камера соединена с трубопроводом подачи ожижающего газа. Вместо газораспределительной камеры может быть также использован газораспределитель, образованный из труб. Предпочтительно сепаратор, установленный после реактора или реакторной ступени, подсоединен к подающему трубопроводу, ведущему в кольцевую камеру реактора с тем, чтобы отходящие газы, по возможности предварительно дополнительно очищенные, можно было использовать в качестве подогретого ожижающего газа. В качестве альтернативы, или, кроме того, ниже по потоку от сепаратора, установленного после реактора или реакторной ступени, может быть размещен пылеуловитель и/или установка для производства серной кислоты. В кольцевом псевдоожиженном слое и/или камере смешения реактора в соответствии с данным изобретением могут быть размещены средства для отклонения потоков твердой фазы (твердых частиц) и/или текучей среды. Например, в кольцевом псевдоожиженном слое можно разместить кольцевую переливную перегородку, диаметр которой меньше диаметра стенки реактора, но больше диаметра центральной трубы, причем разместить таким образом, чтобы верхняя кромка переливной перегородки выступала выше уровня твердой фазы, достигнутого в процессе работы реактора, в то время как нижняя кромка перегородки располагалась на некотором расстоянии от газораспределителя или тому подобного устройства. Таким образом, твердая фаза, которая притекает (сверху) из камеры смешения в непосредственной близости от стенки реактора, сначала должна пройти через перегородку в зоне ее нижней кромке,прежде чем может быть вынесена газовым потоком, поступающим из центральной трубы, обратно в камеру смешения. В результате массообмен твердой фазы в кольцевом псевдоожиженном слое происходит при более постоянном времени нахождения твердых частиц в кольцевом псевдоожиженном слое. Варианты, преимущества и возможности применения настоящего изобретения, кроме того, становятся понятными из нижеследующего описания примера осуществления изобретения и сопровождающего чертежа. Вся совокупность признаков, раскрытых и/или иллюстрируемых чертежом, составляет объект изобретения сама по себе или в какой-либо комбинации, независимо от включения этих признаков в формулу изобретения или их упоминания. Краткое описание чертежа Представленный чертеж отображает схему распределения потоков в технологическом процессе со-4 010478 гласно способу и установку в соответствии с типичным примером воплощения настоящего изобретения. Раскрытие изобретения При осуществлении способа, иллюстрируемого на чертеже, и, в особенности, подходящего для термообработки сернистых руд, твердую фазу вводят в первый реактор 1 через подводящий трубопровод 2. Реактор 1, выполненный, например, цилинрической формы, снабжен центральной трубой 3, которая расположена приблизительно коаксиально продольной оси реактора и проходит, по существу, вертикально вверх от низа реактора 1. В зоне днища реактора 1 размещена кольцевая газораспределительная камера 4, которая сверху закрыта газораспределителем 5, имеющим выходные отверстия. В вертикально ориентированной верхней зоне реактора 1, которая образует камеру 7 смешения, имеется разгрузочная труба 8, ведущая во второй реактор 9. Второй реактор 9 в основном подобен по конструктивному выполнению первому реактору 1. Из днища реактора 9, по существу, вертикально вверх проходит центральная труба 10, которая присоединена к разгрузочной трубе 8 первого реактора 1 и расположена приблизительно коаксиально продольной оси реактора 9. В зоне днища реактора 9 смонтирована кольцевая газораспределительная камера 11, закрытая сверху газораспределителем 12, имеющим выходные отверстия. С газораспределительной камерой 11 сообщается подводящий трубопровод 13. Для ввода твердой фазы в реактор 9 в процессе запуска установки имеется еще один подводящий трубопровод 14. Над газораспределителями 5 и 12 установлены охлаждающие элементы 15 и 16 соответственно, через которые, например, протекает вода и которые предназначены для регулирования температуры двух указанных реакторов. Кроме того, стенки реакторов 1 и 9 выполнены в виде мембранных экранов 17 и 18, соответственно, соединенных с дополнительными элементами регулирования температуры (на чертеже не показаны), через которые, например, протекает вода. За счет такого выполнения реакторы образуют так называемый котел с естественной циркуляцией. В верхней вертикально расположенной зоне второго реактора 9, образующей камеру 19 смешения,расположен котел-утилизатор 21 с пучками охлаждающих труб 20. Посредством трубопровода 22 котелутилизатор 21 сообщается с сепаратором, который выполнен в виде циклона 23. Трубопровод 24 транспортировки твердой фазы возвращает твердую фазу из промежуточного резервуара 25, установленного ниже по потоку от циклона 23, в реакторы 1 или 9 или направляет твердые частицы в дополнительное устройство 26 охлаждения. Выше газораспределителей 5 и 12 двух упомянутых реакторов расположены трубопроводы 27 и 28 для отвода крупнозернистых твердых частиц и/или остатка обжига, присоединенные к дополнительному устройству 26 охлаждения. Устройство 26 охлаждения выполнено в виде охладителя с псевдоожиженным слоем, в котором поток продукта подвергают воздействию ожижающего воздуха и охлаждают с помощью элемента 29 охлаждения. Отходящие газы, отделенные от твердых частиц, подают из циклона по трубопроводу 30 в ступень газоочистки, которая содержит электростатический осадитель 31 и аппарат 32 мокрой газоочистки. Обеспыленные отходящие газы могут или направляться в установку 33 для производства серной кислоты и/или посредством трубопровода 34 поступать в качестве ожижающего газа в реакторы 1 и 9 по трубопроводам 6 и 13 соответственно. В этом случае к ожижающему газу после его очистки может подводиться дополнительный газ, который может быть газом другого состава. В процессе работы установки твердую фазу вводят в реактор 1 через подводящий трубопровод 2 так, что поверх газораспределителя 5 формируется слой, окружающий по кольцу центральную трубу 3,который называется здесь кольцевым псевдоожиженным слоем 35. Ожижающий газ, вводимый в газораспределительную камеру 4 через подводящий трубопровод 6, проходит через газораспределитель 5 и создает кольцевой псевдоожиженный слой 35, который представляет собой стационарный псевдоожиженный слой. Скорость газов, поступающих в реактор 1, регулируют так, чтобы число Фруда для частиц в кольцевом псевдоожиженном слое 35 составляло приблизительно от 0,11 до 0,52. За счет подачи в кольцевой псевдоожиженный слой 35 дополнительного количества твердых частиц уровень твердых частиц в реакторе 1 увеличивается до такой степени, что они заходят в выходное отверстие центральной трубы 3. В то же время через центральную трубу 3 в реактор 1 вводят газ или газовую смесь. Скорость газа, подводимого в реактор 1, предпочтительно регулируют таким образом, чтобы число Фруда для твердых частиц в центральной трубе составляло приблизительно от 3,95 до 11,6, а в смесительной камере 7 приблизительно от 0,53 до 1,32. Благодаря таким высоким скоростям газ, протекающий через центральную трубу 3, уносит твердые частицы из стационарного псевдоожиженного слоя 35 в камеру 7 смешения при его прохождении через зону, расположенную выше выходного отверстия. За счет превышения верхней кромки центральной трубы 3 уровня кольцевого псевдоожиженного слоя 35 твердые частицы перетекают через эту кромку внутрь центральной трубы 3, и в результате образуется интенсивно перемешанная взвесь. Верхняя кромка центральной трубы 3 может быть прямолинейной, волнистой или с прорезями по краю или же она может иметь боковые выходные отверстия. В результате уменьшения скорости потока за счет расширения струи газа и/или соударения с одной из стенок реактора уносимые твердые частицы в камере 7 смешения быстро теряют свою скорость и частично падают обратно в кольцевой псевдоожиженный слой 35. Определенное количество твердой фазы, не па-5 010478 дающей обратно в слой, выгружается из реактора 1 вместе с потоком газа через трубопровод 8 и проходит в реактор 9. Таким образом, между зонами стационарного кольцевого псевдоожиженного слоя 35 реактора и камерой 7 смешения происходит циркуляция твердых частиц, что обеспечивает эффективный теплообмен. Твердая фаза, разгружаемая через трубу 8, перед последующей обработкой подвергается термообработке во втором реакторе 9 так, как это описано выше для реактора 1, при этом в реакторе 9 над газораспределителем 12 подобным же образом формируется стационарный псевдоожиженный слой 36 из твердой фазы, отделившейся из камеры 19 смешения. Кроме того, пыль, отсепарированную в электростатическом осадителе 31, возвращают через рециркуляционный трубопровод в стационарный кольцевой псевдоожиженный слой 36 второго реактора 9. Число Фруда для частиц во втором реакторе 9 соответствует приблизительно числу Фруда в первом реакторе 1. Высоту псевдоожиженного слоя в реакторах 1 и 9 регулируют не только подачей твердой фазы через трубопровод 2, но, кроме того, прежде всего посредством изменения количества твердой фазы, возвращаемой из циклона 23 в реакторы, и, помимо того, за счет количества твердой фазы, отводимой из реактора по трубопроводам 27 или 28. Твердые частицы, отведенные из циклона 23 и/или непосредственно из реакторов 1 и 9, охлаждают в охладителе 26 с псевдоожиженным слоем до температуры, подходящей для дальнейшей обработки. Отходящие газы, отделенные от твердой фазы в циклоне 23, после проведения газоочистки в электростатическом осадителе 31 и в аппарате 32 мокрой газоочистки, можно частично подавать в реакторы в качестве подогретого ожижающего газа или в установку 33 для производства серной кислоты. Настоящее изобретение ниже будет раскрыто с помощью двух примеров осуществления, которые демонстрируют изобретательскую идею, но не ограничивают ее. Пример 1 (обжиг золотосодержащей руды). В установке, соответствующей схематически показанной на чертеже, 1200 кг/ч измельченной, высушенной и классифицированной золотосодержащей руды с содержанием золота приблизительно 5 промилей, т.е. 5 г/т, и фракцией твердых частиц с максимальным размером 50 мкм, содержащей, мас.%: органический углерод 1,05, CaCO3 - 19,3, Al2O3 - 12,44, FeS2 - 2,75, инертные вещества (например, SiO2) 64,46, подавали в непрерывном режиме в реактор 1, диаметр верхней части которого равен 800 мм. Кроме того, в реактор 1 по центральной трубе 3 и через трубопровод 6 в качестве ожижающего газа вводилось 2500 Нм 3/ч воздуха при температуре 520 С. Число Фруда для частиц в этом случае в центральной трубе 3 находилось в пределах от 3,95 до 6,25, в камере смешения - от 0,84 до 1,32 и в кольцевом псевдоожиженном слое 35 - от 0,32 до 0,52. Время нахождения золотосодержащей руды в реакторе 1 составляло от 5 до 10 мин при установившейся в реакторе температуре от 600 до 700 С. Измеренное остаточное содержание кислорода в отходящих газах составляло 0,5-0,6 об.%. Содержание органического углерода в продукте после термической обработки менее 0,1%. Пример 2 (обжиг сернистого цинка). В установке, соответствующей чертежу, 42 т/ч сернистого цинка при температуре приблизительно 25 С подавали из загрузочного бункера вместимостью около 200 м через трубопровод 2 и дозирующее устройство в кольцевой псевдоожиженный слой 35 реактора. Одновременно через трубопровод 6 в кольцевой псевдоожиженный слой вводили приблизительно 16600 Нм 3/ч воздуха с температурой 47 С и давлением, равным приблизительно 1,2 бар, содержащего, об.%: N - 77,1, O2 - 20,4, H2O - 2,5. Примерно 60200 Нм 3/ч воздуха и дополнительно 3000 Нм 3/ч более холодного отходящего воздуха с температурой 150 С из охладителя 26 с псевдоожиженным слоем подавали через центральную трубу 3 в реактор 1 так, чтобы общее количество воздуха, поступившего в центральную трубу 3, составляло приблизительно 63200 Нм 3/ч. Этот воздух имел температуру 35 С, давление 1,07 бар и содержал, об.%: N 77,1, O2 - 20,4, H2O - 2,5. Число Фруда для частиц в этом случае в центральной трубе 3 находилось в интервале от 4,4 до 11,6,в камере смешения 7 - от 0,53 до 1,15 и в кольцевом псевдоожиженном слое 35 - от 0,11 до 0,3. В результате реакции сернистого цинка со свободным кислородом ожиженного воздуха, проходящей с образованием окисла металла, в реакторе 1 устанавливалась температура, равная 930 С. В то же самое время из реактора 1 с помощью охлаждающего элемента 15 и газоплотного охлаждаемого экрана 17 было отведено приблизительно 15,4 МВт теплоты, которая использовалась для генерации водяного пара из охлаждающей воды. За счет этого температура в зоне трубы 8 на выходе из реактора 1 понижалась до 800 С. Чтобы избежать обогащения крупнозернистым веществом в реакторе 1, из кольцевого псевдоожиженного слоя 35 в прерывистом режиме функционирования по трубопроводу 27 было отведено приблизительно 0,16 т/ч продукта с температурой 901 С в виде крупнозернистого остатка и направлено в охладитель 26 с псевдоожиженным слоем. Газовая смесь вместе с загруженной в нее твердой фазой при давлении 1,049 бар, включающая 110,9 т/ч твердых частиц и приблизительно 79600 Нм 3/ч отходящих газов, содержащих, об.%: SO2 - 12,1,N - 77,2, O2 - 2,5, H2O - 8,2, поступала в центральную трубу 10 второго реактора 9 по трубопроводу 8. Помимо того, приблизительно 17350 Нм 3/ч воздуха с температурой 43 С и давлением приблизительно-6 010478 1,18 бар, содержащего, об.%: N - 77,1, О 2 - 20,4, H2O - 2,5, подводили для ожижения в реактор 9 по трубопроводу 13. В процессе запуска установки в реактор 9 через трубопровод 14 одновременно было загружено 5 т/ч твердых частиц с температурой 25 С. В камере 19 смешения реактора 9 газовая смесь с находящейся в ней твердой фазой охлаждалась до температуры 480 С, при этом из реактора 9 с помощью охлаждающего элемента 16 газоплотного охлаждаемого экрана 18 и котла-утилизатора 21 было отведено в целом приблизительно 23,6 МВт тепловой энергии, которая была использована для генерации насыщенного пара из охлаждающей воды. Охлаждающий элемент 16 в этом случае был использован в качестве пароперегревателя с температурой перегретого пара, равной 400 С. Приблизительно 96200 Нм 3/ч газовой смеси (с содержащейся в ней твердой фазой, количество которой соответствует загрузке 213,5 т/ч) при температуре 380 С и давлении 1,018 бар, имеющей следующий состав, об.%: SO2 - 9,4, N - 77,8, O2 - 5,5, H2O - 7,3, отводилось из реактора 9 по трубопроводу 22. В циклоне 23 отходящие газы были отделены от твердой фазы до такой степени, что к электростатическому осадителю 31 через трубопровод 30 поступало приблизительно 96200 Нм 3/ч воздуха с содержанием пыли 50 г/Нм 3 (4,81 т/ч твердой фазы). В осадителе 31 отходящие газы были очищены до содержания пыли 50 мг/Нм 3 и направлены в аппарат 32 мокрой газоочистки и далее в расположенную ниже по потоку установку 33 для производства серной кислоты. Из циклона 23 твердая фаза в количестве, соответствующем приблизительно 208 т/ч, при температуре 380 С сначала была направлена в промежуточный резервуар 25, служащий в качестве буферной емкости, и разделена на части таким образом, чтобы 76,2 т/ч твердой фазы поступало в кольцевой псевдоожиженный слой 35 первого реактора 1, около 100,9 т/ч - в кольцевой псевдоожиженный слой 36 второго реактора 9 и 31 т/ч - в охладитель 26 с псевдоожиженным слоем. В результате была обеспечена возможность регулирования высоты кольцевого псевдоожиженного слоя 35 и 36, образованного в двух реакторах 1 и 9 соответственно, до величины, составляющей приблизительно 1 м. Твердая фаза затем была охлаждена в охладителе 26 псевдоожиженного слоя с помощью элемента 29 охлаждения до температуры ниже 150 С, при этом количество отведенной теплоты составляло примерно 1,7 МВт. Таким образом, из установки было извлечено в целом приблизительно 40,8 МВт тепловой энергии и превращено в 55,2 т/ч перегретого пара с давлением 40 бар и температурой 400 С. Продукт, выгружаемый из охладителя 26 псевдоожиженного слоя, был смешан с твердой фазой,расходное количество которой составляло приблизительно 4,8 т/ч при температуре примерно 380 С, отделенной от отходящих газов, отведенных из циклона 30, с помощью электростатического осадителя. Расход продукта, выгруженного из установки в целом, в результате составлял примерно 36,54 т/ч при температуре около 182 С. Таким образом, в этой установке была реализована возможность обжига сернистого цинка или концентрата сернистого цинка, 75% которого имел размер фракции зерен менее 45 мкм, таким путем, что конечный продукт содержал 0,2 мас.% сульфида серы и 1,8 мас.% сульфата серы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ тепловой обработки, в особенности, сернистых руд, в котором твердые частицы обрабатывают при температуре от 450 до приблизительно 1500 С в реакторе (1) псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что основной газ или смесь газов вводят снизу через центральную газоподводящую трубу(3) для подачи газа в камеру (7) смешения реактора (1), при этом труба (3) для подачи газа, по меньшей мере, частично окружена стационарным кольцевым псевдоожиженным слоем (35), который сжижается посредством подачи ожижающего газа, а скорости основного газа или газовой смеси и газа для ожижения кольцевого псевдоожиженного слоя (35) регулируют так, чтобы число Фруда для частиц в трубе (3) подачи газа составляло от 1 до 100, в кольцевом псевдоожиженном слое (35) находилось в интервале от 0,02 до 2, и в смесительной камере (7) - от 0,3 до 30, при этом газовый поток, проходящий через газоподводящую трубу (3), увлекает частицы из стационарного кольцевого псевдоожиженного слоя (35) в смесительное пространство, расположенное над зоной отверстия центральной газоподводящей трубы (3). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реактор (1) ниже по ходу движения потока снабжен вторым реактором (9), в который газовая смесь с загруженной в нее твердой фазой вводится из первого реактора (1) снизу предпочтительно через центральную трубу (10) для подачи газа в камеру (19) смешения,при этом труба (10) для подачи газа окружена, по меньшей мере, частично стационарным кольцевым псевдоожиженным слоем (36), который ожижается с помощью подводимого ожижающего газа. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что число Фруда для частиц в трубе (3, 10) для подачи газа составляет от 1,15 до 20 и, в частности, от 9,95 до 11,6. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что число Фруда для частиц в кольцевом псевдоожиженном слое (35, 36) составляет от 0,11 до 1,15 и, в частности, от 0,11 до 0,52. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что число Фруда для частиц в камере (7, 19) смешения составляет от 0,37 до 3,7 и, в частности, от 0,531 до 1,32. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что высоту псевдоожиженного слоя твердой фазы в реакторе (1, 9) регулируют так, чтобы кольцевой псевдоожиженный слой (35, 36) проходил выше-7 010478 верхнего торца выходного отверстия трубы (3, 10) для подачи газа, при этом твердая фаза постоянно вводится в основной газ или газовую смесь и уносится газовым потоком в камеру смешения (7, 19), расположенную выше зоны выходного отверстия трубы (3, 10) для подачи газа. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в качестве исходного вещества используют сернистую руду, которая содержит золото, цинк, серебро, медь, никель и/или железо. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один реактор (1, 9) снабжают кислородсодержащим газом, например воздухом, с содержанием кислорода приблизительно 20 об.%, подводимым через трубу (3, 10) для подачи газа и/или в кольцевой псевдоожиженный слой (35,36). 9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что по меньшей мере к одному реактору (1, 9) в кольцевой псевдоожиженный слой (35, 36) и/или в камеру (7, 19) смешения подводится теплота или по меньшей мере из одного реактора (1, 9) в кольцевом псевдоожиженном слое (35, 36) и/или в камере (7,19) смешения отводится теплота. 10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что ниже по ходу течения потока по меньшей мере от одного реактора (1, 9) установлено устройство (20, 21) для охлаждения, в котором газовую смесь с загруженной в нее твердой фазой, отводимой из реактора (1, 9), охлаждают до температуры ниже 400 С и, в частности, приблизительно до 380 С. 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что ниже по потоку по меньшей мере от одного реактора (1, 9) установлен сепаратор, например циклон (33), из которого твердую фазу, отделенную от отходящих газов, подают к первому и/или второму реактору (1, 9) или к дополнительному устройству(26) охлаждения. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что по меньшей мере часть отходящих газов, отделенных от твердой фазы в сепараторе (23), подают в первый и/или второй реактор (1, 9) в качестве ожижающего газа, в особенности, после обработки в расположенной ниже по потоку ступени очистки газа, например,в электростатическом осадителе (31) и/или аппарате (32) мокрой газоочистки. 13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что по меньшей мере часть отходящих газов, отделенных от твердой фазы в сепараторе (23), направляют в установку (33) для производства серной кислоты. 14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что крупнозернистую твердую фазу и/или отходы обжига отводят, в частности, с перерывами из кольцевого псевдоожиженного слоя (35, 36) первого и/или второго реактора (1, 9) и направляют в дополнительное устройство (26) охлаждения.

МПК / Метки

МПК: B01J 8/18, F27B 15/02, C22B 1/10, C22B 15/00

Метки: кольцевом, руд, установка, способ, псевдоожиженном, слое, сернистых, термообработки

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/10-10478-sposob-i-ustanovka-dlya-termoobrabotki-sernistyh-rud-v-kolcevom-psevdoozhizhennom-sloe.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и установка для термообработки сернистых руд в кольцевом псевдоожиженном слое</a>

Похожие патенты