RU2070936C1 - Способ обработки газов и твердых частиц в кипящем слое и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ обработки газов и твердых частиц в кипящем слое и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2070936C1
RU2070936C1 SU925052787A SU5052787A RU2070936C1 RU 2070936 C1 RU2070936 C1 RU 2070936C1 SU 925052787 A SU925052787 A SU 925052787A SU 5052787 A SU5052787 A SU 5052787A RU 2070936 C1 RU2070936 C1 RU 2070936C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixing chamber
gas
solid particles
gases
fluidized bed
Prior art date
Application number
SU925052787A
Other languages
English (en)
Inventor
Дж.Харди Грегори
М.Гэнсер Джон
Д.Уэбб Ян
Хиппянен Тимо
Мюехянен Кари
Нопанен Исмо
Original Assignee
Хайсмелт Корпорейшн ПТИ Лимитед
А.Альстрем Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хайсмелт Корпорейшн ПТИ Лимитед, А.Альстрем Корпорейшн filed Critical Хайсмелт Корпорейшн ПТИ Лимитед
Application granted granted Critical
Publication of RU2070936C1 publication Critical patent/RU2070936C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/38—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/38—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it
    • B01J8/384—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it being subject to a circulatory movement only
    • B01J8/388—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it being subject to a circulatory movement only externally, i.e. the particles leaving the vessel and subsequently re-entering it
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/02—Roasting processes
    • C22B1/10—Roasting processes in fluidised form
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Supporting Of Heads In Record-Carrier Devices (AREA)

Abstract

Сущность изобретения: способ обработки газов и твердых частиц в кипящем слое предполагает наличие реактора с кипящим слоем, в основном содержащего (по направлению потока) смесительную камеру, вертикальную трубу (стояк) и циклон с возвратной трубой для возврата твердых частиц в смесительную камеру. Газы вводят в смесительную камеру со скоростью непосредственно перед впускным отверстием смесительной камеры более чем 35 м/с. Оговаривается скорость газа в зависимости от удельного веса обрабатываемых твердых частиц плотность и угол их встречи, а также температура в смесительной камере в зависимости от условий обработки. Отличием устройства является конкретное соотношение конструктивных параметров устройства. В частности отношение длины газоподающей трубы к ее диаметру предлагается выполнять больше 1, а днище смесительной камеры - в виде обратного конуса с образующей к горизонтальной плоскости менее 70o, преимущественно 45 - 70o. 2 с. и 14 з. п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к способу обработки газов и твердых частиц в кипящем (псевдоожиженном) слое и устройству для его осуществления, а именно реактору с кипящим слоем, в основном содержащему (по направлению потока) смесительную камеру, вертикальную трубу и циклон с возвратной трубой для возврата твердых частиц в смесительную камеру.
Изобретение целесообразно применять для восстановления металлических руд горячими восстановительными газами, в частности горячим отходящим газом из плавильно-восстановительного конвертера. Настоящее изобретение также особенно полезно для очистки и быстрого охлаждения отходящих газов, содержащих опасные и создающие проблемы (например, клейкие) вещества.
В крупномасштабном производстве все больше и больше применяют псевдоожижение. Стали известны, например, способы очистки горячих загрязненных отходящих газов в металлургической и химической отраслях промышленности, основанные на технологии циркулирующего кипящего слоя. Дополнительным преимуществом этих способов является несложная рекуперация тепла.
Например, в описании к патенту Австралии N 553033 раскрыт способ рекуперации в так называемом проточном реакторе тепла, содержащего расплавленные капли газа, вводимого в контакт с греющими поверхностями теплообменника, отличающийся тем, что температуру газа перед теплообменником снижают до уровня ниже эвтектической температуры расплавленных капель путем подмешивания твердых частиц к газу, содержащему расплавленные капли. Для описанного способа указаны следующие данные: скорость газа 3 20 м/с; содержание частиц в газе 10 500 г/моль; температура газа на входе 300 1500 oС; температура газа на выходе 500 1200 oС и средний размер частиц 100 2000 мкм.
Другой широкой областью применения псевдоожижения является газификация каменного угля. Патент Германии N 2742644 касается способа непрерывной газификации углеродистых твердых частиц и устройства для осуществления этого способа. В этом процессе твердые частицы проходят через по крайней мере три зоны в направлении сверху вниз в шахтного типа сосуде. Скорости нисходящего потока продукта составляют не более 5 м/мин, а скорость потока псевдоожижающего газа для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии составляет не более чем примерно 6 м/с.
Заявка N 0304931 на европейский патент касается способа и устройства для газификации или сжигания твердых углеродистых материалов в циркулирующем кипящем (псевдоожиженном) слое, в которых скорость газа в реакторе с кипящим слоем поддерживают на высоком уровне 2 10 м/с, и значительную часть твердых частиц выпускают из реактора вместе с газом, отделяют в следующем за ним циклоне и затем подают обратно в реактор. Предварительно очищенный газ после этого освобождают от мелких твердых частиц в установке для очистки газа. Способ отличается тем, что этот мелкозернистый материал из установки для очистки газа агломерируют с циркулирующим материалом из циклона и в конце концов тоже подают в реактор. При применении реактора проточного типа с циркулирующим кипящим слоем, используемого, например, для рекуперации тепла из потока горячего газа или для обработки твердых частиц горячими газами, горячий газ подают в реактор в качестве псевдоожижающего газа через обычно круглое отверстие в днище. Для удержания материала кипящего слоя в протонном реакторе не нужно никакой решетки. Эта система, разумеется, тоже имеет некоторые недостатки, в частности, при использовании в крупномасштабном производстве. Газы, вводимые в кипящий слой, не могут всегда предотвращать выпадение тяжелых твердых частиц из кипящего слоя навстречу потоку через впускное отверстие на дне реактора. В частности, сильный поток твердых частиц вниз по наружным стенкам реактора заставляет частицы выходить через впускное отверстие реактора. Известно также, что турбулентность в протекающей системе твердые частицы-газ увеличивает указанные потери через впускное отверстие. Этот обратный поток твердых частиц в основную технологическую установку, предшествующую реактору с кипящим слоем, может вызвать проблемы и усложняет управление технологическим процессом. Кроме того, частицы или комки частиц, падающие через впускное отверстие, могут вызвать возмущения, турбулентность и снижение скорости газа в самом потоке газа, что будет мешать созданию кипящего слоя в смесительной камере.
Цель изобретения создание способа и устройства, в которых бы твердые частицы не выходили из смесительной камеры через впускное отверстие навстречу потоку вводимых газов при введении их в смесительную камеру с кипящим слоем твердых частиц. Другой, более конкретной, целью изобретения является создание способа и устройства для восстановления металлических руд по технологии с использованием полезного в данном случае псевдоожижения, которые бы обеспечивали возможность подачи очень горячих восстановительных газов, например отходящих газов из плавильно-восстановительного конвертера, при температуре выше 1700oС непосредственно в смесительную камеру и охлаждения их в смесительной камере до благоприятной для восстановления температуры, что препятствовало бы выходу заметных количеств твердых частиц из смесительной камеры навстречу потоку в питающую трубку для подвода восстановительных газов. Дополнительной целью настоящего изобретения является создание способа, который можно было бы с выгодой осуществить в сочетании с процессом восстановления плавкой.
Указанная общая цель достигается в соответствии с настоящим изобретением путем введения газов в смесительную камеру со скоростью непосредственно перед входом в смесительную камеру более чем 35 м/с.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения горячий газ вводят в смесительную камеру через впускную трубу для газа, имеющую отношение l/D длины (l) к диаметру (D) больше 1, причем идущий вниз краевой (периферийный) поток твердых частиц в нижней конической части смесительной камеры, имеющей угол наклона конуса менее 70 o, направляют так, чтобы он встречался с фактически вертикальным восходящим потоком горячих газов у впускного отверстия смесительной камеры под углом по крайней мере 20oС.
Способ в соответствии с предлагаемым изобретением предотвращает выход твердых частиц во впускную трубу для газа на дне смесительной камеры и заставляет все твердые частицы выходить из смесительной камеры только в направлении потока.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно отличается тем, что смесительная камера имеет газовпускную трубу, через которую газы проходят в смесительную камеру и которая имеет отношение l/D длины к диаметру больше 1, причем смесительная камера имеет нижнюю коническую часть, стенки которой имеют угол наклона менее 70o.
Когда предлагаемый способ применяют для восстановления оксидов металлов, предпочтительно используют кипящий слой или циркулирующий кипящий слой. Реактор содержит смесительную камеру, в которой смешивают металлические руды и горячий восстановительный газ, циклон для разделения этих твердых частиц и газов из смесительной камеры, вертикальную трубу, подающую поток суспензии твердых частиц и газа из смесительной камеры в циклон, и возвратную трубу для транспортировки по крайней мере части твердых частиц из циклона в смесительную камеру.
Вопреки господствующему мнению, что высокие скорости вдувания газов в смесительную камеру вредны, предлагаемая высокая скорость горячих газов на входе в смесительную камеру (более 35 м/с) неожиданно обеспечивает выгодные характеристики потока в смесительной камере, что дает много положительных результатов. Предлагаемые в соответствии с изобретением высокие скорости газов на входе в смесительную камеру неожиданно вызывают не описанные в связи с известным уровнем техники недостатки, а полезные эффекты, более подробно описанные ниже.
Применив предлагаемое изобретение в проточном реакторе, можно обеспечить избирательную регулировку температуры смеси твердых частиц (таких, как металлическая руда, песок или пыль в отходящих газах) и горячего газа, такого как отходящий газ из плавильно-восстановительного конвертера или отходящий газ из топочной камеры печи.
Для этой цели часть или всю внутреннюю поверхность смесительной камеры принудительно охлаждают (например, водой) в соответствии с настоящим изобретением. Часть внутренней стенки смесительной камеры может быть футерована одним или несколькими слоями огнеупорного материала (включая принудительно охлаждаемые участки). Путем выбора отношения площади принудительно охлаждаемой внутренней поверхности, не футерованной огнеупорным материалом, к площади внутренней поверхности, изолированной посредством огнеупорного материала, обеспечивают первую возможность регулирования температуры смеси кипящего слоя в смесительной камере. Другую возможность регулирования дает выбор охлаждающей среды, текущей через охладительные каналы внутренней поверхности смесительной камеры; например, можно использовать воду, масло, водяной пар, сжатый воздух или их смеси.
Другим способом регулирования температуры смеси кипящего слоя в смесительной камере является регулирование подаваемого количества новых твердых частиц, таких как металлическая руда. Кроме того, охлаждающие среды, такие как водяной пар, вода и/или масло, могут быть также впрыснуты непосредственно в смесительную камеру.
Существенный положительный эффект от предлагаемого изобретения получают в результате использования смесительной камеры в качестве охладителя для горячего восстановительного газа, как только входная температура восстановительного газа станет выше оптимальной температуры восстановления для металлических руд. Используемым восстановительным газом является в основном отходящий газ из плавильно-восстановительного конвертера. Его температура обычно явно выше требуемой выгодной температуры восстановления. Этот отходящий газ обычно содержит пыль и проходит в смесительную камеру с относительно высокой скоростью в центре с одной стороны, например, снизу. В соответствии с настоящим изобретением входная скорость превышает 35 м/с, причем она может быть изменена, например, в соответствии с размером и удельным весом частиц, высотой кипящего слоя в смесительной камере, общим количеством материала циркулирующего кипящего слоя, размерами и формой смесительной камеры.
Минимальная скорость также зависит до некоторой степени от рабочего давления горячих вводимых газов. Минимальная скорость потока газа ниже при более высоком рабочем давлении. В случае отходящего газа из плавильно-восстановительного конвертера на давление в смесительной камере может также влиять давление в плавильно-восстановительном конвертере. Например, в случае применения при прочих равных условиях предлагаемого способа скорость потока газа на входе в смесительную камеру может составлять по крайней мере 120 м/с при рабочем давлении около 1,5 бар (150 кПа) и по крайней мере 85 м/с при рабочем давлении около 3,5 бар (350 кПа).
Строение потока в смесительной камере определяется относительно высокой входной скоростью потока газа, а также формой и размерами газовпускной трубы и нижней части смесительной камеры. Это обеспечивает в соответствии с настоящим изобретением удерживание кипящего слоя в смесительной камере и оптимальной снижение температуры горячих газов. При восстановлении металлических руд быстрое охлаждение газов ведет к быстрому уменьшению температуры вводимых восстановительных газов до температуры, выгодной для восстановления, а хорошая смесь газа и твердых частиц дает в результате равномерное их восстановление в кипящем слое. Можно, видимо, представить, что в проточном реакторе характеристики потока будут такими, что поток будет проходить приблизительно по оси симметрии в центре, проходя в противоположном направлении по стенкам корпуса реактора. Это дает в результате внутренний циркулирующий поток. При обычном вертикальном положении смесительной камеры будут иметь место восходящий поток в центре корпуса камеры и нисходящий поток по наружной стенке корпуса.
В соответствии с изобретением угол наклона конической нижней части смесительной камеры и, следовательно, направления нисходящего потока частиц ограничивают до величины менее 70o, предпочтительно 45 80o. Впускное отверстие для горячего газа предпочтительно располагают в центре нижней конической части смесительной камеры. Смесительная камера содержит также цилиндрическую центральную часть и верхнюю коническую часть с центральным отверстием для присоединенной вертикальной трубы. Было установлено, что особенно подходящий угол наклона к горизонтали нижней конической части смесительной камеры находится в пределах 45 70o, поскольку при этом угле неожиданно получают особенно предпочтительные характеристики течения. Если этот угол наклона, т. е. угол наклона стенок нижней конической части смесительной камеры, больше 70o, то нисходящий поток частиц все больше приближается к вертикальному направлению, в результате чего частицы могут проходить в газоподающую трубу с высокой скоростью. Эти частицы, выходящие из смесительной камеры и, следовательно, потерянные для кипящего слоя, могут образовывать отложения в газовпускной трубе и, следовательно, создавать проблемы для потока газа.
В соответствии с настоящим изобретением газовпускную трубу выполняют так, чтобы она имела отношение l/D длины к диаметры больше 1, для того, чтобы гарантировать, что частицы или скопления частиц, возможно проходящие в газоподающую трубу, размельчались в ней и переносились обратно в смесительную камеру вследствие высокой скорости потока во впускной трубе.
В соответствии с изобретением твердые частицы покидают смесительную камеру вместе с восстановительным газом только в направлении потока, т.е. они идут только лишь в следующую за смесительной камерой вертикальную трубу. Высокая входная скорость потока газа, составляющая более 35 м/с, вероятно, препятствует выходу твердых частиц из смесительной камеры в направлении навстречу потоку. В частности, в случае объединения предлагаемого способа с плавильно-восстановительным агрегатом, в результате чего частицы, находящиеся в кипящем слое в смесительной камере, имеют размеры более 1 мм и удельный вес D больше 4 г/см3, этот эффект особенно полезен, если скорость потока газа непосредственно перед впускным отверстием смесительной камеры составляет по крайней мере 60 м/с, а предпочтительно по крайней мере 100 м/с.
В других применениях, например для охлаждения и/или очистки горячих газов из камеры сгорания газовой турбины, газогенераторов или других устройств для проведения высокотемпературных процессов (таких, как агломерационные установки) в кипящем слое с основным размером частиц от 4 до 200 мкрм и удельным весом D меньше 4 г/см3, предлагаемый способ может быть с успехом использован для предотвращения выхода частиц (например, летучей золы) из смесительной камеры в газоподающую трубу. При этом скорость потока горячих газов непосредственно перед впускным отверстием смесительной камеры предпочтительно регулируют в пределах между 35 и 80 м/сек.
Как уже упоминалось, изобретение может быть с успехом использовано в процессах восстановления металлических руд. В вертикальной трубе реактора с кипящим слоем имеет место оптимальная температура восстановления металлических руд. Способы регулирования температуры уже описаны. На практике можно исходить из известной средней температуры и количества восстановительного газа и известных для руды расходов подаваемого вещества, возвращаемого из циклона, включая газ-носитель и различные добавки, например шлакообразующие агенты. На этой основе может быть установлен тепловой баланс и может быть вычислена теоретическая температура газа на выходе из смесительной камеры. Эта теоретическая температура газа обычно выше оптимальной температуры восстановительного газа, и соответственно должны быть заданы рассеяние тепла и отношение площади принудительно охлаждаемой поверхности к площади поверхности внутренней стенки, футерованной огнеупорным материалом, чтобы температуры восстановительного газа на входе в вертикальную трубу соответствовала требуемой температуре.
Вертикальное положение смесительной камеры с отверстием для впуска восстановительного газа на дне смесительной камеры в районе оси симметрии и вертикальная труба, присоединенная к смесительной камере на противоположной стороне, составляет предпочтительную, но не единственно возможную, конструкцию в соответствии с настоящим изобретением.
Рециркулируемые из циклона в смесительную камеру твердые частиц (которыми могут быть, например, частично восстановленные оксиды металлов) затем опять поднимаются с кипящим слоем в смесительной камере, поддерживая тем самым функционирование циркулирующего кипящего слоя. Можно использовать два или больше циклонов в реакторе с кипящим слоем, например, для улучшения отделения мелкой (тонкодисперсной) пыли.
Любая требуемая часть потока продуктов может быть отведена из возвратной трубы для твердых частиц и подана на другие стадии обработки или в резервуаре для хранения. Установлено, что в пределах объема настоящего изобретения особенно выгодно подавать частично восстановленные оксиды металлов непосредственно (т. е. еще в нагретом состоянии) в плавильно-восстановительный агрегат, например, плавильно-восстановительный конвертер, в котором образуются отходящие газы для смесительной камеры.
Плотность кипящего слоя в разных частях установки различна. Так, в смесительной камере плотность кипящего слоя, т. е. плотность суспензии твердых частиц и газа, находится в пределах между 10 кг/м3 и 200 кг/м3, а более предпочтительно в пределах 20 100 кг/м3. В присоединенной вертикальной трубе плотность потока продукта ниже и в верхней части, т. е. на входе в циклон, она составляет 2 30 кг/м3, а предпочтительно 3 10 кг/м3. В присоединенной возвратной трубе для возврата твердых частиц из циклона в смесительную камеру плотность потока продукта обычно выше значений на входе в циклон.
Смесительная камера является важным устройством для проточного реактора, к которому относится предлагаемый способ, и обычно представляет собой ососимметричный продолговатый сосуд, имеющий на нижнем конце соединительную деталь для подающей восстановительный газ трубы и переходящий на верхнем конце в вертикальную трубу (стояк). Свободный диаметр вертикальной трубы обычно больше, чем свободный диаметр трубы для подачи восстановительного газа. Конец возвратной трубы для твердых частиц присоединен к смесительной камере. Новый материал, например, не восстановленную предварительно (сырую) металлическую руду, подают на переработку в смесительную камеру через отдельное соединение.
На фиг. 1 показана схема смесительной камеры предлагаемого устройства, разрез; на фиг. 2 схема устройства в соответствии с изобретением, разрез.
На фиг. 1 показан схематический вид (продольный разрез) смесительной камеры реактора с кипящим слоем, используемого при применении изобретения для восстановления металлических руд.
Смесительная камера 14 содержит нижнюю коническую часть 1, цилиндрическую основную часть 2 и верхнюю коническую часть 3. Восстановительный газ течет в смесительную камеру через трубу 4, которая имеет диаметр D 5 и длину l 15. Отношение l>D длины l 15 к диаметру D 5 больше 1. В зоне отверстия для впуска восстановительного газа в смесительную камеру может быть установлено кольцевое сопло 6, которое подвергают воздействию различных газов, для того чтобы предотвратить отложения липких твердых частиц из отходящего газа и благоприятно влиять на строение потока в смесительной камере.
Смесительная камера может также иметь квадратное или прямоугольное вытянутое сечение. В этом случае, в котором впускное отверстие тоже квадратное или прямоугольное, отношение l/D представляет собой отношение длины к длине более короткой стороны впускного отверстия.
Корпус 7 смесительной камеры выполнен из стального листа. Этот корпус может быть полностью или частично принудительно охлажден. В данном случае корпус весь имеет выходное охлаждение (не показано). Нижний корпус 1 и частично также цилиндрическая основная часть 2 снабжены футеровкой 8 из огнеупорного материала. Это огнеупорная футеровка выполняет главным образом функцию изоляции, необходимой для регулирования рассеяния тепла кипящего слоя в смесительной камере.
Вертикальная труба (стояк) 9, имеющая диаметр 10, непосредственно присоединена к смесительной камере. Твердые частицы проходят обратно в смесительную камеру через возвратную трубу 11 для твердых частиц. Труба для подачи тонкоизмельченной сырой руды в кипящий слой в смесительной камере не показана.
Предпочтительной деталью смесительной камеры является нижняя коническая часть 1 сосуда, в частности угол 12 наклона для этого конуса. Эта нижняя часть сосуда может быть, как показано, конической, но возможны и другие формы, например, в реакторах прямоугольного сечения. С центральным газовпускным отверстием в нижней конической части смесительной камеры благоприятное строение потока для кипящего слоя получают, если угол 12 наклона для конической части 1 составляет 45 70o. Например, как было установлено, подходящим является угол 12 наклона, равный 65o.
На фиг. 2 показан схематический вид реактора с кипящим слоем, работающего по принципу непрерывного действия.
Суспензия газа и твердых частиц течет из смесительной камеры 14 по вертикальной трубе 9 в циклон 16 через впускное отверстие 15. В циклоне 16 газ и твердые частицы разделяют. Технологические газы покидают циклон через газовыпускное отверстие 17 с низким содержанием тонкодисперсной пыли.
Твердые частицы выходят из циклона по газовыпускной трубе 18 и частично рециркулируются в смесительную камеру 15 по возвратной трубе 19 для твердых частиц. Другая часть твердых частиц может быть подана по отводной трубе 20 для дальнейшего использования.
Циркулирующие твердые частицы из впускной трубы 18 проходят через возвратную трубу 19 в нижнюю, обычно коническую, часть 1 смесительной камеры 14. В эту часть 1 смесительной камеры 14 также текут горячие газы, например горячий восстановительный газ из плавильно-восстановительного агрегата, через трубу 4.
Указанная труба 4 для горячих газов, подаваемых в нижнюю часть 1 смесительной камеры 14, может быть выполнена различным образом. С одной стороны, конструкция трубы 4 зависит от температуры горячих газов на входе, а с другой от геометрии и расстояния, имеющих место при приспосабливании проточного реактора к газогенератору.
В случае низких температур газа труба 4 может быть выполнена в виде простой стальной трубы, а в случае повышенных температур газа эту трубу снабжают внутри изолирующей футеровкой из огнеупорного материала. Для приспосабливания к плавильно-восстановительному агрегату было признано полезным, например, заменять эту трубу непосредственно выложенным из кирпича каналом.
В любом случае длина этого канала или других указанных труб явно больше, чем диаметр этой подающей трубы для горячего газа. Было признано полезным работать с отношением l/D более 1, для того чтобы надежно предотвращать выпадение твердых частиц в эту трубу. Если большие агломераты твердых частиц выпадают в эту газовпускную трубу из смесительной камеры, они здесь опять распадаются на более мелкие части (видимо, вследствие высокой скорости этого турбулентного потока газа) и уносятся обратно в смесительную камеру указанным потоком. Этот полезный эффект оказался нужным, в частности, при наличии более легкой по удельному весу пыли, обычно подаваемой в смесительную камеру с более низкой скоростью, превышающей 35 м/с. При наличии более тяжелых по удельному весу твердых частиц, например, из плавильно-восстановительного агрегата с удельным весом более 4 г/см3, скорость потока обычно явно выше (по крайней мере 60 м/с, а обычно выше 100 м/с), и опыт показал, что при этой скорости потока газа твердые частицы больше не выпадают в трубу для подачи горячего газа.
В качестве неограничивающего примера способа восстановления металлических руд в кипящем слое ниже дано описание предварительного восстановления железной руды. Предлагаемый процесс является неотъемной частью плавильно-восстановительного агрегата для получения в данном случае жидкого чугуна.
Чтобы получить 500 т жидкого чугуна в день в плавильно-восстановительном агрегате, предварительно восстанавливают 831 т тонкоизмельченной руды в кипящем слое со шлакообразующими агентами и подают ее в плавильно-восстановительный конвертер в нагретом состоянии. Отходящий газ из этого плавильно-восстановительного конвертера (данные анализа: 16 CO; 10 CO2; 3,6 H2; 10 H2O; 60,4 N2; температура 1680oС и содержание пыли 2,8 т/ч) течет непосредственно в кипящий слой в смесительной камере с расходом 72000 м3/ч и со скоростью на входе 120 м/с. На входе в смесительную камеру имеется кольцевое сопло, через которое дополнительно втекает газ, в частности, для предотвращения отложений, которые могут образовываться здесь из захваченной липкой пыли, содержащейся в отходящем газе.
Смесительную камеру и нижнюю половину вертикальной трубы (стоянка) охлаждают водой. Примерно 350 м3/ч воды протекает через систему охлаждения, нагреваясь при этом до 50 80oС.
Вместе с упомянутым отходящим газом в смесительную камеру вводят через возвратную трубу для твердых частиц 32 т/ч руды и краткое этому количеству количество предварительно восстановленной руды. Часть предварительно восстановленной руды подают в плавильно-восстановительный конвертер (на фигуре не показан). Средние значения анализа предварительно восстановленной руды: 24 Fe3O4; 58 FeO, 4% SiO2; 7,6 CaO; 2,6 Al2O3; температура 850oС.
В вертикальной трубе температура кипящего слоя составляет 900oС, твердые частицы текут вместе с 8000 м3/ч газа через вертикальную трубу в циклон.
Отходящий газ, используемый для предварительного восстановления, имеет относительно низкий потенциал восстановления, поскольку поступает из процесса восстановления руды плавкой, в котором дожигают примерно 50 реакционных газов СО и Н2. Конечно, не выходит за пределы изобретения использование восстановительных газов, имеющих более высокий восстановительный потенциал и потому обеспечивающих более высокую степень восстановления для металлических руд. Гибкость и возможность комбинирования этого способа с другими способами или стадиями способом составляют полезный признак изобретения.
Возможны различные изменения и дополнения в описанных предпочтительных вариантах и примерах, не выходящие за пределы объема и существа предлагаемого изобретения.

Claims (16)

1. Способ обработки газов и твердых частиц в кипящем слое, включающий ввод газа в смесительную камеру снизу, а твердых частиц сбоку, отвод газа сверху, сепарацию и частичную рециркуляцию отделенных твердых частиц, отличающийся тем, что газы подают по центру смесительной камеры, а их скорость перед вводом в смесительную камеру составляет более 35 м/с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газы вводят в смесительную камеру с приблизительно постоянной скоростью на протяжении расстояния, которое по крайней мере больше, чем диаметр впускного отверстия камеры.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при смешивании газов с твердыми частицами с плотностью более 4 г/см3 газы вводят в смесительную камеру со скоростью более 60 м/с.
4. Способ по любому из пп. 1 3, отличающийся тем, что поток твердых частиц подают в смесительную камеру под углом к потоку вводимого газа по крайней мере 20o.
5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что удаление твердых частиц из смесительной камеры осуществляют только по направлению газового потока.
6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что температуру кипящего слоя в верхней части смесительной камеры устанавливают равной температуре, обеспечивающей восстановление металлов в руде.
7. Способ по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что при восстановлении железных руд температуру кипящего слоя устанавливают 750 1050oС, предпочтительно 900oС.
8. Способ по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что температуру кипящего слоя в смесительной камере регулируют путем изменения отношения площади принудительного охлаждаемой поверхности к площади футерованной внутренней поверхности смесительной камеры, изменения охлаждающего агента, изменения расхода охлаждающего агента, изменения скорости подачи руды, добавления охлаждающего или греющего агентов.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что температуру в смесительной камере регулируют путем сочетания всех указанных операций или путем сочетания любого числа указанных операций, или путем выполнения только одной из указанных операций.
10. Способ по любому из пп.1 9, отличающийся тем, что смесительную камеру используют в качестве газоохладителя для восстановительного газа, в частности отходящего газа, из плавильно-восстановительного конвертера.
11. Способ по любому из пп.1 10, отличающийся тем, что плотности потока суспензии твердых частиц в газе регулируют в смесительной камере до 10 200 кг/м3, предпочтительно 20 100 кг/м3, и в вертикальной трубе перед циклонном до 2 30 кг/м3, предпочтительно 3 10 кг/м3.
12. Способ по любому из пп.1 11, отличающийся тем, что в смесительную камеру вводят горячие газы из камеры сгорания газовой турбины, газогенератора или другого оборудования для высокотемпературных процессов с образованием горячих газов с содержанием в кипящем слое твердых частиц в основном с размером 4 200 мкм и плотностью менее 4 г/см3, при этом скорость газов при вводе в смесительную камеру поддерживают в пределах 35 80 м/с.
13. Устройство для обработки газов и твердых частиц в кипящем слое, содержащее смесительную камеру с присоединенной к ней в верхней части вертикальной трубой, циклон с трубой для возврата твердых частиц в смесительную камеру и газоподающее средство, отличающееся тем, что газоподающее средство выполнено в виде трубы, выходное отверстие которой расположено в днище камеры, при этом отношение длины трубы к ее диаметру более 1, а днище смесительной камеры выполнено в виде обратного конуса с углом наклона образующей к горизонтальной плоскости менее 70o.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что угол наклона образующей конуса днища равен 45 70o.
15. Устройство по любому из пп.13 и 14, отличающееся тем, что внутренняя поверхность смесительной камеры снабжена полностью или частично одно- или многослойной огнеупорной футеровкой.
16. Устройство по любому из пп.13 15, отличающееся тем, что газоподающая труба снабжена расположенным у газовпускного отверстия кольцевым соплом для введения дополнительного газа.
SU925052787A 1991-09-25 1992-09-14 Способ обработки газов и твердых частиц в кипящем слое и устройство для его осуществления RU2070936C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP4131962.1 1991-09-25
DE4131962A DE4131962C2 (de) 1991-09-25 1991-09-25 Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von heissen Gasen mit Feststoffen in einem Wirbelbett

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2070936C1 true RU2070936C1 (ru) 1996-12-27

Family

ID=6441486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU925052787A RU2070936C1 (ru) 1991-09-25 1992-09-14 Способ обработки газов и твердых частиц в кипящем слое и устройство для его осуществления

Country Status (15)

Country Link
US (2) US5330556A (ru)
EP (1) EP0534243B1 (ru)
JP (1) JP2680976B2 (ru)
KR (1) KR960005489B1 (ru)
CN (1) CN1041174C (ru)
AT (1) ATE203185T1 (ru)
AU (2) AU653252B2 (ru)
BR (1) BR9203726A (ru)
CA (1) CA2079202A1 (ru)
DE (2) DE4131962C2 (ru)
ES (1) ES2042428T1 (ru)
FI (1) FI924237A (ru)
NZ (1) NZ244245A (ru)
RU (1) RU2070936C1 (ru)
ZA (1) ZA926690B (ru)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5540894A (en) * 1993-05-26 1996-07-30 A. Ahlstrom Corporation Method and apparatus for processing bed material in fluidized bed reactors
US5869018A (en) 1994-01-14 1999-02-09 Iron Carbide Holdings, Ltd. Two step process for the production of iron carbide from iron oxide
KR960704626A (ko) * 1994-02-08 1996-10-09 미우라 아끼라 유동층 반응기 및 유동층 반응기의 온도제어방법
AT405186B (de) * 1994-10-17 1999-06-25 Voest Alpine Ind Anlagen Anlage und verfahren zur herstellung von roheisen und/oder eisenschwamm
BR9506918A (pt) * 1994-12-29 1997-09-09 Pohang Iron & Steel Co Ltd Voe Aparelho de reproduçao do tipo de leito fluidizado para minérios de ferro e processo para reduzir minérios de ferro usando- se o aparelho
US5690717A (en) * 1995-03-29 1997-11-25 Iron Carbide Holdings, Ltd. Iron carbide process
KR100213327B1 (ko) * 1995-12-29 1999-08-02 이구택 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치
AT405521B (de) * 1996-05-17 1999-09-27 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zum behandeln teilchenförmigen materials im wirbelschichtverfahren sowie gefäss und anlage zur durchführung des verfahrens
CA2178575A1 (en) * 1996-06-07 1997-12-08 Kebir Ratnani Spout-fluid bed dryer and granulator for the treatment of animal manure
US5804156A (en) * 1996-07-19 1998-09-08 Iron Carbide Holdings, Ltd. Iron carbide process
DE19750475C1 (de) * 1997-11-14 1999-04-08 Treibacher Schleifmittel Ag Verfahren und Aggregat zur thermischen Behandlung von feinkörnigen Stoffen
AU750751B2 (en) 1998-03-31 2002-07-25 Iron Carbide Holdings, Ltd Process for the production of iron carbide from iron oxide using external sources of carbon monoxide
DE10260741A1 (de) 2002-12-23 2004-07-08 Outokumpu Oyj Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigen Feststoffen
DE10260731B4 (de) 2002-12-23 2005-04-14 Outokumpu Oyj Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von eisenoxidhaltigen Feststoffen
DE10260737B4 (de) 2002-12-23 2005-06-30 Outokumpu Oyj Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von titanhaltigen Feststoffen
DE10260733B4 (de) * 2002-12-23 2010-08-12 Outokumpu Oyj Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von eisenoxidhaltigen Feststoffen
DE10260734B4 (de) 2002-12-23 2005-05-04 Outokumpu Oyj Verfahren und Anlage zur Herstellung von Schwelkoks
CA2439490C (en) * 2003-09-04 2009-05-26 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Ministeof Natural Resources Apparatus for producing powder from biomaterials
US20060228294A1 (en) * 2005-04-12 2006-10-12 Davis William H Process and apparatus using a molten metal bath
US8349170B2 (en) * 2008-05-14 2013-01-08 Exxonmobil Research And Engineering Company FCC reactor and riser design for short contact-time catalytic cracking of hydrocarbons
WO2011001288A2 (en) 2009-06-29 2011-01-06 Bairong Li Metal reduction processes, metallurgical processes and products and apparatus
US8382362B2 (en) * 2009-10-29 2013-02-26 James S. Omann Method of making paving composition without adding asphalt content oil or minimizing addition
EP2457646A1 (en) * 2010-11-26 2012-05-30 Enefit Outotec Technology Oü Separator for separating solid particles from a vapour-gas mixture
ES2796856T3 (es) * 2012-08-29 2020-11-30 Borealis Ag Conjunto de reactor y procedimiento para la polimerización de olefinas
WO2020007777A1 (en) * 2018-07-02 2020-01-09 Outotec (Finland) Oy Device and method for cooling a fine-grained solid

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1250786B (ru) *
US2522576A (en) * 1947-06-18 1950-09-19 Allied Chem & Dye Corp Ore roasting
DE1001241B (de) * 1955-01-17 1957-01-24 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Durchfuehrung von Wirbelschichtprozessen, an denen gleichzeitig Gase,Feststoffe und Fluessigkeiten beteiligt sind, vorzugsweise zur Entstaubung von Gasenmit Waschfluessigkeiten
US2968683A (en) * 1960-03-25 1961-01-17 Shawinigan Chem Ltd Process for heating beds of solid particles spouted with gas
AT307956B (de) * 1970-04-13 1973-06-12 Cementia Holding Ag Verfahren zum Erzeugen von Zementklinker
CA1095245A (en) * 1976-09-28 1981-02-10 David S. Mitchell Gasification of carbonaceous solids
FI64997C (fi) * 1981-11-23 1986-01-08 Ahlstroem Oy Foerfarande foer tillvaratagande av vaerme ur gaser innehaollande vaermeytor nedsmutsande aemnen
DE3227932A1 (de) * 1982-07-27 1984-02-02 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Vorrichtung zur umsetzung von gasen und gasen oder feststoffen zu temperaturempfindlichen feststoffen in der wirbelschicht
GB2177616B (en) * 1985-07-09 1988-07-06 Smidth & Co As F L Gas suspension reactor
FI80066C (fi) * 1986-01-22 1991-07-29 Ahlstroem Oy Foerfarande och anordning foer foergasning av kolhaltigt material.
US5213768A (en) * 1987-06-30 1993-05-25 Bp Chemicals Ltd. Fluidized bed apparatus and process for feeding gas to a fluidized bed apparatus
FI873735A0 (fi) 1987-08-28 1987-08-28 Ahlstroem Oy Foerfarande och anordning foer foergasning av fast kolhaltigt material.
JPH01100227A (ja) * 1987-10-13 1989-04-18 Kawasaki Steel Corp 微粉状鉱石の流動層還元方法
FI84841C (sv) * 1988-03-30 1992-01-27 Ahlstroem Oy Förfarande och anordning för reduktion av metalloxidhaltigt material
DD301982A7 (de) * 1989-08-01 1994-10-06 Enag Energieversorgung Nordthu Vorrichtung zur Waermeerzeugung aus gasfoermigen, fluessigen und festen Brennstoffen
FI87147C (fi) * 1990-07-13 1992-12-10 Ahlstroem Oy Foerfarande och anordning foer behandling av gaser och/eller fast material i en reaktor med cirkulerande fluidiserad baedd

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент Австралии N 553033, кл. F 28G 1/12, 1978. 2. Патент Германии N 2746244, кл. C 10 J 3/51, 1979. 3. Заявка ЕПВ N 0304931, кл. C 10 J 3/54, 1989. *

Also Published As

Publication number Publication date
EP0534243A1 (en) 1993-03-31
KR930005666A (ko) 1993-04-20
BR9203726A (pt) 1993-04-20
DE69231941T2 (de) 2002-04-04
CA2079202A1 (en) 1993-03-26
FI924237A (fi) 1993-03-26
ATE203185T1 (de) 2001-08-15
US5330556A (en) 1994-07-19
AU653252B2 (en) 1994-09-22
AU2289192A (en) 1993-04-22
KR960005489B1 (en) 1996-04-25
US5386974A (en) 1995-02-07
DE69231941D1 (de) 2001-08-23
JP2680976B2 (ja) 1997-11-19
JPH05248769A (ja) 1993-09-24
NZ244245A (en) 1995-04-27
DE4131962C2 (de) 1998-03-26
DE4131962A1 (de) 1993-04-08
AU665719B2 (en) 1996-01-11
FI924237A0 (fi) 1992-09-22
ZA926690B (en) 1993-03-09
ES2042428T1 (es) 1993-12-16
AU6739794A (en) 1994-10-06
CN1041174C (zh) 1998-12-16
CN1072614A (zh) 1993-06-02
EP0534243B1 (en) 2001-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2070936C1 (ru) Способ обработки газов и твердых частиц в кипящем слое и устройство для его осуществления
CA1337921C (en) Method and apparatus for reduction of material containing metal oxide
RU2068730C1 (ru) Способ обработки технологических газов и устройство для его осуществления
CN1141345A (zh) 生产生铁水的方法及装置
US4359212A (en) Apparatus for reducing finely divided iron oxide material
RU2077595C1 (ru) Способ получения железа и/или его сплавов из железоокисных материалов (его варианты) и устройство для его осуществления
EP0690136B1 (en) Method and apparatus for production of iron from iron compounds
JP3543837B2 (ja) 固形状含炭素還元剤を用いて含酸化鉄原料を直接還元する方法
JP5095082B2 (ja) 微粒固体運搬方法および設備
SU1479006A3 (ru) Способ получени жидкого чугуна или продуктов стали и восстановительного газа в плавильном газификаторе
US5585071A (en) Method and apparatus for treating hot gases
RU2178001C2 (ru) Способ обработки измельченного материала в псевдоожиженном слое и способ получения расплава чушкового чугуна или жидких полуфабрикатов стали
EA010277B1 (ru) Способ и установка для производства низкотемпературного кокса
FI83670B (fi) Foerreduktion av metalloxidhaltigt material.
RU98122337A (ru) Способ обработки измельченного материала в псевдоожиженном слое, емкость и установка для осуществления способа
RU2135598C1 (ru) Способ получения расплавленного чушкового чугуна или полупродуктов стали и установка для осуществления этого способа
CN1061689C (zh) 生产金属熔体的熔融气化器
KR100466631B1 (ko) 철함유물질로부터액체선철또는철강반제품을생산하는방법및그장치
RU2181148C2 (ru) Способ получения расплава металла и плавильно-газификационный аппарат для его осуществления
JP2916516B2 (ja) 金属酸化物微粒子から液体金属を製造する方法およびこの方法を実施するための還元精錬炉
KR20000011107A (ko) 유동화에 의한 미립물질의 환원방법 및 이를 위한 장치를 가진환원로
JPS59100205A (ja) 塊状鉄鉱石から海綿鉄粒子および液状銑鉄を直接製造する方法および設備
JP2000503353A (ja) 鉄含有材料から液状銑鉄または鋼予備製造物を製造する方法
JPH0649520A (ja) 流動層炉

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20030915