JP4727144B2 - 特に金属を含む、微細粒子状供給原料を処理する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、微細粒子状、特に金属含有、装填材料を処理する方法に関し、装填材料及び処理気体、特に還元ガスは、流動床を形成するために、流動床チャンバ、例えば流動床反応装置へ導入される。本発明はまた、流動床、例えば流動床反応装置を稼動する装置にも関する。

流動床プロセスの効率はとりわけ、処理気体の組成によって、及び流動床の温度によって、制御することができる。

流動床プロセスにおいて処理気体の温度を、適切な手段によって、例えば冷却ガスを混合することによって特定用途に適した温度レベルに調節することは、従来技術から知られている。

この発明の目的は、請求項１の前段に係る方法と、請求項１０の前段に係る装置とをさらに発展させ、流動床プロセスの熱の影響を特に効率的な、したがって経済的な形態にすることを可能にすることである。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴節に記載された本発明に係る方法と、請求項１０の特徴節に記載された本発明に係る装置とによって達成される。

提案された方法は、処理、特に、微細粒子状金属酸化物、特に微細粒子状酸化鉄の還元、に特に適している。しかしながら、本発明は、この特定の用途に制限されず、したがって還元と結びつけて行われる全ての所説は、純粋に例として考えられるべきものである。

これら特定の所説はまた、当業者が実施可能な適切な変更を用いて、流動床プロセスが利用されるあらゆる他の、特に等価な産業処理に適用される。例として、本発明はまた、セメント産業に利用することもできる。

本発明に係る方法の特定の実施例によれば、流動床は、前記流動床チャンバの部分区域、特に下部部分区域を形成し、及び／又は少なくとも部分的に反応した処理気体は、流動床チャンバ内で、好ましくは流動床の上方で再加工され、及び／又は少なくとも部分的に再加工された処理気体は、流動床チャンバから、好ましくは流動床の上方で排出される。

本発明に係る方法の特定の実施例によれば、流動床で少なくとも部分的に反応した処理気体を再加工する装置、例えば酸素バーナー及び／又は酸素ノズルが、少なくとも部分的な再加工の間に、特に処理気体の酸化、適切な場合には発熱酸化の間に加熱又は消費される熱エネルギーを用いて、流動床の上方の流動床チャンバで作動される。

本発明に係る方法の好ましい実施例によれば、熱エネルギーは、流動床チャンバ内の流動床の上方で生成又は消費される。

本発明に係る方法の好ましい実施例によれば、流動床の上方で生成又は消費された熱エネルギーは、流動床の上方の流動床チャンバへ導入されるか、又は流動床の上方の流動床チャンバから除去される。

本発明に係る方法の好ましい実施例によれば、酸化剤、例えば酸素及び／又は空気が、処理気体を再加工する目的で、流動床の上方の流動床チャンバへ直接、適切な場合には、流動床チャンバ内の流動床の上方に配置された処理気体を再加工する装置を介して、導入される。

本発明に係る方法の好ましい実施例によれば、少なくとも部分的に反応した処理気体、特に還元ガスは、適切な場合には、流動床チャンバ内の流動床の上方に配置された処理気体を再加工する装置によって、流動床の上方の流動床チャンバ内で、少なくとも部分的に燃焼、特に少なくとも部分的に酸化される。

燃焼とは例えば、熱エネルギー、例えば発熱酸化を得るための化学反応のことを表す。

本発明に係る方法の好ましい実施例によれば、流動床から現れかつ前記流動床の上方に特に少なくとも時々位置する微細粒子状装填材料は、適切な場合には、前記流動床チャンバ内の前記流動床の上方に案内されかつ少なくとも部分的に再加工、特に燃焼及び／又は酸化及び／又は加熱された処理気体によって、及び／又は、該処理気体自身を再加工する装置によって、少なくとも部分的に加熱及び／又は冷却される。

本発明に係る方法の特定の実施例によれば、サイクロンが流動床の上方の流動床チャンバに配置され、微細粒子状装填材料は、サイクロン、特にサイクロンインレットの領域で、流動床チャンバ内の流動床の上方に案内されかつ少なくとも部分的に再加工、特に酸化及び／又は加熱された処理気体によって、及び／又は、該処理気体自身を再加工する装置によって、加熱又は冷却される。

本発明に係る方法の特定の実施例によれば、流動床の上方に位置されかつ加熱又は冷却された微細粒子状装填材料は、流動床へ少なくとも部分的に導入され、特に再生処理される。

その上、本発明は、好ましくは請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実施するための、請求項１０に記載されたような装置によって特徴づけられる。

本発明に係る装置の好ましい実施例によれば、流動床の上方の流動床チャンバ内に配置された処理気体を再加工する装置は、液体及び／又は固体の燃焼剤、好ましくは酸化剤及び／又は酸素キャリヤー、特に好ましくは酸素及び／又は空気を流動床チャンバへ導入するよう構成されている。

本発明に係る装置の好ましい実施例によれば、流動床チャンバ内の流動床の上方に配置された処理気体を再加工する装置は、飛沫帯の領域に存在する微細粒子状装填材料が、該装置自身によって、及び／又は、少なくとも部分的に再加工、特に酸化及び／又は加熱された処理気体によって、少なくとも部分的に加熱及び／又は冷却されるように、飛沫帯の領域に配置されている。

この文脈において、飛沫帯（splash zone）は、微細かつ固体の粒子がはね上げられ、次いで流動床へ少なくとも部分的に戻り滴る、流動床の上方の自由空間の一部を特徴づける。

本発明に係る装置の特定の実施例によれば、流動床チャンバ内の流動床の上方に配置されたサイクロンと、適切な場合には該サイクロンのアウトレット付近の流動床へ延在する汲出脚（dipleg）と、を有し、さらに、流動床チャンバ内の流動床の上方に配置された処理気体を加工する装置は、サイクロン、特にサイクロンインレットの高さに配置され、これにより、サイクロン、特にサイクロンインレットの領域の微細粒子状装填材料が、該装置自身によって、及び／又は、少なくとも部分的に再加工、特に酸化、加熱された処理気体によって、少なくとも部分的に加熱又は冷却されることを可能にする。

本発明の特定の実施例によれば、汲出脚は、サイクロンで分離された材料を流動床へ戻す装置を表す。

様々な流動床還元プロセスにおいて、装填鉱石（charge ore）は、３〜４つの流動床反応装置において対向流で加熱及び還元される。この目的において、温度プロファイルは、還元ガスの熱容量と反応の熱とによって調整される。

したがって、対応するプロセスの熱供給プロセスの管理は、狭い範囲内でのみ変更することができる。

従来技術は、還元ガスの外部予備加熱を開示してきたが、これは非経済的であることがわかった。流動床の上流における還元ガスの部分的な燃焼は、還元ガスの還元能に、したがって達成され得る還元効果に不利な影響を有する。

流動床ユニットにおけるバーナー、特に酸素バーナーの使用と関係する広範囲にわたる試験は、流動床プロセスを不安定にするスラグ形成が、流動床ユニットにおける高粒子濃度のために炎の領域で一般的に起こる、ということを示した。その上、この領域では、確かな炎の監視、及び点火の補助は、達成するのに非常に困難である。

この発明は、エネルギー供給、特にエネルギーの導入を最適にする。

本発明に係る方法、特に本発明の実施例によれば、流動床の温度を上昇させるために、流動床の上方に少なくとも一つの酸素バーナーが配置される。従来のバーナーと比較して、本発明に係る酸素バーナーは、処理気体、特に還元ガスの燃焼、特に酸化が、流動床チャンバにおけるのと同じ位容易に、酸素バーナーの上流で起こる、という事実によって特徴づけられる。最も簡単な実施例では、酸素バーナーは、酸素キャリヤーを流動床チャンバへ供給するノズルを表す。

本発明に係る方法の特定の実施例によれば、定義によって酸素キャリヤーとの用語は、全ての酸素含有物質と、流動床チャンバに支配的な周囲条件の下で、処理気体及び／又は微細粒子状装填材料の少なくとも部分的な酸化のために、酸素、すなわち特に純粋な酸素及び／又は空気を供給及び／又は解放する全ての物質と、を包含する。

本発明の特定の実施例によれば、流動床から粒子がはね上げられる結果、粒子は、酸素バーナーによって流動床の上方の自由空間で加熱され、次いで流動床へ滴り戻る。

本発明の特定の実施例によれば、さらに加熱される粒子又は粉末は、任意のサイクロンで分離され、次いで再び流動床へ戻る。

流動床の上流で気体を加熱する思想とは異なり、提案された装置を有する本発明の特定の実施例によれば、還元ガスの還元能のみが、流動床の下流で低下する。これにより、高められた床温度でガスの還元能を使用することが可能となる。作動ガスが反応装置に入るとき、ガス温度が高くなるのが防止される。これは、分配基部（ d i s t r i b u t o r b a s e）でおこる既知の固化（ c a k i n g） の問題とは反対に作用する。

その上、流動床又は流動床チャンバの領域で起こるスラグ形成（固化）の危険は、炎の領域における粒子濃度が低いことによって減少される。

次の特定の利点は、本発明の従属する事柄によって達成されうる。
・効率的かつ簡単な炎監視及び点火補助
・処理気体のほぼ一定の性質を維持する間に流動床の温度が増加することによる、より良くかつより均一な処理、特に還元
・流動床の温度プロファイルの効率的かつ簡単な影響
・分配基部のより長い供給寿命
・流動床プロセスの改善された効率に起因するより高い生産性。

提案された発明は、並列に及び／又は直列に作動される複数の流動床を用いた方法で利用される場合に、特に効率がよいということがわかった。というのもこの場合、個々の流動床は、使用温度の点で互いに特に柔軟に調和され得るからである。

本発明の特定の実施例によれば、流動床反応、例えば微細金属酸化物の還元を、処理気体のさらなる再加工、例えば部分燃焼の前に、流動床で実施すること、その上、それにもかかわらず特に、再加工された粒子、好ましくは微細粒子状装填材料によって、流動床の温度を制御すること、が可能である。

本発明の特定の実施例によれば、再加工は、一方でサイクロン再加工によって、例えば汲出脚を介して、及び／又は他方で戻り滴る流動床から取り除かれた粒子によって、達成される。これらの実施例によれば、流動床の加熱は、流動床における反応の前又は反応の間に影響を受けている処理気体を用いることなく達成される。

本発明は、概略図に基づき、特定の非制限的な実施例に従って、以下に説明される。

図１は、ウィンドチャンバ（wind chamber）２と流動床４及び自由空間５を収容できる流動床チャンバとを有する、流動床、例えば流動床反応装置を作動させる装置１を示す。その上、装置１は、処理気体６、特に還元ガスを分配するための分配基部（distributor base）３を有する。

微細粒子状装填材料、特に酸化鉄は、ライン８を介して装置１へ供給され、少なくとも部分的に処理された形態で、ライン９を介して再び取り去られる。

装置１には、サイクロン１０及び汲出脚１１が設けられており、粉末又は微細装填材料を分離し、流動床４へ再循環させるために用いられる。当業者に知られているように、流動床４は、沸騰液体と同様に振る舞い、不鮮明であろうとも、定義された表面によって頂部で画定される。この様子は図面に概略的に表現されている。この不鮮明な境界の直上は、飛沫帯（splash zone）として知られているものであり、その中に微細粒子が出現することによって区別され、微細粒子は流動床からはね上げられ、次いで流動床へ戻り滴る。

流動床チャンバには、酸素１１を流動床４の上方の流動床チャンバへ供給する酸素バーナー１２が設けられている。特定の実施例によれば、酸素バーナー自身は、（図１に示すように）飛沫帯に配置されており、あるいは少なくとも飛沫帯へ直接熱を導入するために用いられる。粒子１６は、流動床に戻り滴る前に、飛沫帯内の酸素バーナー１２によって加熱され、このため粒子の加熱に寄与する。

本発明のさらなる実施例によれば、酸素キャリヤー１５を供給するバーナー１４が、サイクロン１０、特にサイクロンインレットの領域に設けられる。

このように、処理気体は流動床チャンバで燃焼され、熱は流動床４の上方で生成され、この熱は、例えば汲出脚１１を通じてサイクロン１０で分離された固体粒子によって、流動床４を加熱するために（又は流動床をすっかり加熱するために）直接用いられる。

例として、矢印１７は、飛沫帯を介した流動床４から自由空間５への微細固体粒子の経路を描写し、この粒子は、酸素バーナー１４によって同様に加熱され、次いでサイクロン１０及び汲出脚１１を介して流動床４へ再循環される。

少なくとも部分的に反応した処理気体はライン７を介して再び排出される。

微細粒子状、特に金属含有、装填材料を処理する方法を示す図である。

符号の説明

１ 流動床チャンバ
３ 分配基部
４ 流動床
６ ライン
７ ライン
８ ライン
９ ライン
１０ サイクロン
１１ 汲出脚
１２ 処理気体を再加工する装置（酸素バーナー）

Claims (10)

1. 微細粒子状酸化鉄を処理する方法であって、
   前記酸化鉄及び処理気体が、流動床を形成するために、流動床チャンバへ導入され、サイクロンが前記流動床の上方の前記流動床チャンバ内に配置される、方法において、
   前記処理気体は、前記流動床における反応の後、前記流動床から排出され、次いで前記流動床の外側で、気体及び／又は液体の酸化剤を用いた化学反応によって酸化され、
   前記流動床で反応した処理気体を酸化するための装置が、前記流動床の上方の前記流動床チャンバで作動され、
   化学反応の熱エネルギーは、前記流動床へ導入されるか、又は前記流動床から排出され、
   前記微粒子状酸化鉄は、前記サイクロンの領域で、前記流動床チャンバ内の前記流動床の上方に案内されかつ加熱又は冷却された処理気体によって、及び／又は、前記サイクロンの高さに配置された、該処理気体自身を酸化するための装置によって、加熱又は冷却されることを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記流動床は、前記流動床チャンバの下部区域を形成し、反応した処理気体は、前記流動床チャンバ内で、前記流動床の上方で酸化され、該酸化された処理気体は、前記流動床チャンバから、前記流動床の上方で排出されることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２記載の方法において、
   前記熱エネルギーは、前記流動床チャンバ内の前記流動床の上方で生成又は消費されることを特徴とする方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の方法において、
   酸素及び／又は空気が、前記処理気体を酸化する目的で、前記流動床の上方の前記流動床チャンバへ直接、前記流動床チャンバ内の前記流動床の上方に配置された処理気体を酸化するための装置を介して、導入されることを特徴とする方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、
   前記反応した処理気体は、前記流動床チャンバ内の前記流動床の上方に配置された処理気体を酸化するための装置によって、前記流動床の上方の前記流動床チャンバ内で、燃焼されることを特徴とする方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、
   前記流動床から現れかつ前記流動床の上方に位置する微細粒子状酸化鉄は、前記流動床チャンバ内の前記流動床の上方に案内されかつ酸化された処理気体によって、及び／又は、該処理気体自身を酸化するための装置によって、加熱又は冷却されることを特徴とする方法。
7. 請求項５又は６記載の方法において、
   前記流動床の上方に位置されかつ加熱又は冷却された微細粒子状酸化鉄は、前記流動床へ導入されることを特徴とする方法。
8. 微細粒子状酸化鉄を還元するために、流動床を作動する装置であって、
   ・処理気体を分配する分配基部（３）と、
   ・微細粒子状酸化鉄を供給するライン（８）と、
   ・処理された酸化鉄を排出するライン（９）と、
   ・前記処理気体を導入するライン（６）と、
   ・前記処理気体を排出するライン（７）と、
   ・ 前記流動床（４）を収容する流動床チャンバ（１）と、
   ・ 前記流動床チャンバ（１）内の前記流動床（４）の上方に配置されたサイクロン（１０）と、該サイクロンのアウトレット付近の前記流動床（１）へ延在する汲出脚（１１）と、を有する装置において、
   前記流動床（４）の上方の前記流動床チャンバ内に、熱エネルギーが前記流動床へ導入又は前記流動床から排出され得る、前記流動床の反応した処理気体を酸化するための装置（１２）が設けられており、
   前記流動床チャンバ（１）内の前記流動床（４）の上方に配置された処理気体を酸化するための装置は、前記サイクロン（１０）の高さに配置され、
   前記サイクロン（１０）の領域の前記微粒子状酸化鉄は、該装置（１２）自身によって、及び／又は酸化された処理気体によって、加熱又は冷却され得ることを特徴とする装置。
9. 請求項８記載の装置において、
   前記流動床の上方の前記流動床チャンバ（１）内に位置された処理気体を酸化するための装置は、液体及び／又は固体の酸素キャリヤーを前記流動床チャンバへ導入するよう構成されていることを特徴とする装置。
10. 請求項８又は９記載の装置において、
    前記流動床チャンバ内の前記流動床の上方に配置された処理気体を酸化するための装置は、前記流動床の飛沫帯の領域に存在する微細粒子状装填材料が、該装置自身によって、及び／又は酸化された処理気体によって、加熱又は冷却されるように、前記流動床の飛沫帯の領域に配置されていることを特徴とする装置。

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