专利名称：用流化床反应器对含氧化铁的固体进行热处理的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及含氧化铁的固体的热处理方法，其中在流化床反应器中将细粒固体加热到700-1150℃的温度，本发明还涉及相应的装置。
背景技术：
熔融矿石时，例如用铁矿石生产铁时、用铁-镍矿石等生产镍铁时，使用这类方法和装置。在用这种方法热处理前，矿石在连续的工艺段中被还原。虽然这种含氧化铁的矿石的预热以前主要是在回转窑中进行的，但流化床反应器为此目的也应用了多年。
由EP0222452B1可知一种用含碳还原剂还原金属氧化物得到低价金属氧化物的方法，其中首先在用热气体悬浮固体的第一反应器中用800-1100℃的热气体煅烧含高价金属氧化物的固体。然后通过加入含碳还原剂和含氧气体在温度为800-1100℃下在带有固定流化床的第二反应器中将用这种方法煅烧的固体还原，形成低价金属氧化物。煅烧在形成固定的或优选循环的流化床中进行。但是，使用固定流化床时得到的煅烧步骤中的能量利用需要改善。这是因为下面的事实由于流化程度较低导致传热和传质都相对缓和，所以内部燃烧难以控制。另外，预热固体很难集成在悬浮换热器中，这是因为充满灰尘的气体不允许进入固定流化床的流化喷嘴。另一方面，因为流化程度较高，所以循环流化床具有更好的传质和传热条件，并且能够集成悬浮换热器，但由于流化程度较高，其固体停留时间受到限制。
发明内容
因此，本发明的目的是改善在对含氧化铁的固体进行热处理的过程中的传热和传质。
根据本发明，用上述方法可以达到该目的，其中第一气体或气体混合物从下部通过至少一个优选中心排列的供气管(中心管)导入反应器的混合室区域，中心管至少部分被通过供应流化气流化的固定环形流化床所环绕，调节第一气体或气体混合物和用于环形流化床的流化气的气体速度，使中心管中的颗粒弗鲁德(Particle-Froude)数是1-100，环形流化床中的颗粒弗鲁德数是0.02-2，混合室中的颗粒弗鲁德数是0.3-30。
在本发明的方法中，固定流化床的优点如充分长的固体停留时间与循环流化床的优点如良好的传质和传热在热处理过程中能够令人惊奇地组合在一起，同时又避免了这两种系统的缺点。当经过中心管的上部区域时，第一气体或气体混合物将固体从称为环形流化床的环形固定流化床带入混合室，由于固体和第一气体之间很高的滑移速度，所以形成强烈混合的悬浮体，且在两相之间得到最佳的传质和传热。通过相应地调节环形流化床中的床层高度及第一气体或气体混合物和流化气的气体速度，中心管的开孔区域上方的悬浮体的固体负载量可以在很宽范围内变化，使得第一气体在中心管的开孔区域和混合室的上部出口之间的压力损失为1-100mbar。在混合室中是高固体负载量的悬浮体的情况下，大部分固体从悬浮体中分离后落回环形流化床。这种再循环称为内部固体再循环，在这种内部循环中循环的固体物流通常比从外部供给反应器的固体量大得多。这种(较少)量的未沉淀固体与第一气体或气体混合物一起排出混合室。通过选择环形流化床的高度和截面积，使其适用于所需的热处理，可以使固体在反应器中的停留时间在很宽范围内变化。一方面由于高固体负载量，另一方面由于良好的传质和传热，所以在中心管的开孔区域上方可以得到能够使导入反应器的燃料几乎完全燃烧的良好条件。例如，在接近点火的温度下和/或用略微过量的氧气可以几乎完全燃烧天然气，并且不会得到局部温度峰值。与气流一起排出反应器的固体量完全或至少部分再循环到反应器，这种再循环有利于向固定流化床供料。如此再循环到环形流化床的固体流量与从外部供给反应器的固体流量是同一个数量级。除了良好的能量利用外，本发明的方法的另一优点是通过改变第一气体或气体混合物和流化气的流速，可以快速、简易、可靠地调节过程的能量传递和质量传递，使其符合要求。
为了保证混合室中特别有效的传热和反应器中充分的停留时间，针对流化床优选调节第一气体混合物和流化气的气体速度，使中心管中的无量纲的颗粒弗鲁德数(Frp)是1.15-20，环形流化床中的颗粒弗鲁德数(Frp)是0.115-1.15和/或混合室中的颗粒弗鲁德数(Frp)是0.37-3.7。颗粒弗鲁德数都用下面的公式定义FrP=u(ρs-ρf)ρf*dp*g]]>其中u＝气流的有效速度，m/sρs＝固体颗粒的密度，kg/m3ρf＝流化气的有效密度，kg/m3dp＝在反应器操作过程中反应器藏量颗粒(或者形成的颗粒)的平均直径，mg＝重力常数，m/s2。
使用该公式时应当注意dp表示的不是供给反应器的材料的粒径(d50)，而是在反应器操作过程中形成的反应器藏量的颗粒平均直径，它与所用材料(一次粒子)的平均直径在两个方向上都有很大的不同。使用平均直径为3-10μm的非常细微研磨的材料，在热处理过程中例如也会形成粒径为20-30μm的颗粒(二次粒子)。另一方面，一些材料如某些矿石在热处理过程中会崩裂。
根据本发明，提出调节固体在反应器中的床层高度，使环形流化床至少部分延伸超过中心管的上部开孔端几厘米，从而使固体能够恒定地导入第一气体或气体混合物，并被气流带入位于中心管的开孔区域上方的混合室。用这种方法可以在中心管的开孔区域上方得到特别高固体负载量的悬浮体，这样就能够例如在困难条件下进行完全燃烧。
所有种类的含氧化铁的矿石，特别是除铁外还含有其它金属氧化物的矿石都可以用本发明的方法进行有效热处理，可以同时被氧化或被还原。具体来说，该方法可以热处理含氧化铁的镍矿石、含氧化铁的锰矿石和含氧化铁的铬矿石。
可以用本领域普通技术人员已知的任何方法生成操作反应器所必需的热量。
根据本发明的一个具体实施方案，向反应器供应燃料，用含氧气体燃烧燃料，预热所需的热量完全或至少部分在反应器内产生。在后一种替代方案中，所需热量的另一部分可以通过供应热气或预热固体来承担。虽然供给反应器的固体燃料如煤或液态燃料如液态烃优选通过相应的供料管道直接供入环形流化床或混合室，但是也可以通过相应的供料管道将气态燃料如天然气导入环形流化床、导入环形流化床上方的反应器区域，或者通过中心管导入反应器。
为了保证燃料完全燃烧，优选将氧气含量为15-30％的含氧气体供给反应器，即优选通过环形流化床上方的管道或通过中心管供给。
根据本发明，提出通过从下游反应器如还原反应器供应废气承担部分或全部反应器所需能量，废气可能还含有燃料如甲烷或一氧化碳。因此，新燃料的需要量可以明显降低，甚至完全不需要新燃料。在例如对熔融铁矿石进行热处理之后的方法中，特别推荐该工序，因为由此形成大量温度高达1500℃的废气。优选经中心管将充满灰尘的废气供给反应器，以省去昂贵的除尘费用。通过环形流化床上方的管道可以方便地将燃烧空气导入混合室。推荐通过改变空气供应量控制反应器内的温度，反应器出口气氛仍然呈弱还原性。
当还原反应器的废气热值不足以达到所需的反应器温度时，已经证明有利地是，通过中心管从下游第二反应器将含氧气体、气态燃料如天然气和废气的混合物供给反应器，所述废气同样可能含有燃料。采用该工序时，物流的混合优选在中心管中进行，而点火和燃烧在混合室中进行，气流夹带的固定环形流化床的热颗粒和工艺气体之间发生特别有效的传热。在这种情况下，通过改变气态燃料的流量控制反应器温度，调节含氧气体量，使废气在反应器出口处仍有残余的氧含量。
根据本发明的另一个实施方案，在如此产生的热工艺气体优选通过中心管供给反应器之前，将新燃料(优选气态燃料)或下游反应器的含燃料的废气或新燃料和含燃料的废气的混合物与含氧气体一起在反应器上游的燃烧室内燃烧。在该实施方案中，当然还可以通过燃烧新燃料只产生部分所需要的能量，而剩余部分则通过供应来自下游反应器的热废气承担。
当反应器在高压下操作时，可以用膨胀涡轮利用反应器压力。优选的压力值是0.8-10bar。
作为流化环形流化床的气体，优选将无灰的热空气或冷空气供给预热反应器，并且为此目的，当然也可以使用本领域普通技术人员已知的用于此目的的所有其它无灰气体或气体混合物。还可以有利地压缩无灰冷却的废气，使其作为环形流化床的流化气。
流经中心管和排出反应器的气流夹带的固体量，即在反应器的混合室中没有落回固定环形流化床的量，在反应器下游的旋风分离器中分离后可以通过固体返回管道全部或部分再循环。这种固体再循环的最大优点是可以具体调节混合室中悬浮体的固体负载量，使其符合工艺要求，甚至可以根据需要在操作过程中进行变化。
根据本发明，为此目的而测量中心管和反应器出口管之间的压力损失，并通过改变再循环固体量控制该压力损失。得以证实特别有利的是，流化中间体容器具有下游计量部件，如变速旋叶(星状)送料器或滚筒式旋转阀。不需要再循环的固体例如通过溢流排出。
当不需要影响中心管开孔区域上方的悬浮固体负载量或因为其它原因不方便再循环时，可以省去固体再循环和中间体容器。在这种情况下，和气流一起排出的固体全部排放出去。
可以在反应器的上游提供一个或多个预热段，在预热段中，将待煅烧、可能待还原的矿石预热，从而将其部分水分脱除。优选在反应器的上游提供两个预热段，每一个都由换热器和下游旋风分离器组成，用第二悬浮换热器排出的废气加热第一悬浮换热器中的材料，用反应器排出的废气加热第二悬浮换热器中的材料。用这种方法可以减少工艺的总能量需要。
根据本发明的发展，进一步建议根据原料中的水分含量，用旁路通过第二预热段的旁通管将第一预热段的旋风分离器分离的部分固体(0-100％)直接导入反应器，而剩余部分也在导入反应器之前首先导入第二预热段。待煅烧、可能待还原的原料水分含量越高，选择流经第二预热段的固体量越少，而选择流经旁通管的固体量越大。因此，该工艺可以根据能量的最佳利用率灵活调节原料的水分含量。
本发明的装置特别适用于实施上述方法，其具有构成用于预热和/或氧化或(预)还原含铁矿石的固体的流化床反应器的反应器，所述反应器具有供气系统，形成该供气系统，使流经该供气系统的气体将固体从至少部分环绕供气系统的固定环形流化床带入混合室。这种供气系统优选伸入混合室。但是也可以使供气系统在环形流化床表面下方终止。然后，气体例如通过侧向开孔导入环形流化床，由于其流速而将固体从环形流化床带入混合室。
根据本发明的优选方面，供气系统具有供气管(中心管)，该供气管从反应器的下部区域基本上垂直向上延伸，优选进入混合室，供气管至少部分被其中形成有固定环形流化床的室环绕。中心管在其出口孔处可以形成喷嘴，在其壳表面四周分布有一个或多个小孔，使得在反应器操作期间，固体能够恒定地通过小孔进入中心管，并且被第一气体或气体混合物携带通过中心管进入混合室。当然，也可以在反应器中提供大小或截面形状不同或相同的两个或多个中心管。但优选地，参照反应器的横截面，至少一个中心管近似中心排列。
根据本发明的一个优选实施方案，在反应器下游提供用于分离固体的旋风分离器，其中旋风分离器可以具有通向第一反应器的环形流化床的固体管道。
为了可靠地流化固体和形成固定流化床，在反应器的环形室中提供气体分布器，气体分布器将该室分成上部环形流化床区和下部气体分布器室。气体分布器室与流化气的供应管道相连。除气体分布器室外，也可以使用由管子构成的气体分布器。
为了调节预热固体所必需的温度，反应器优选具有通向中心管、环形室和/或混合室的燃料供应管道。为了达到同样的目的，在反应器中提供用于含氧气体的供应管道，该管道通向中心管或伸入流化床区域上方的区域。
附加或替代地，可以在反应器上游提供燃烧室，其中新燃料和/或来自预热反应器下游的反应器的含燃料的废气在燃烧室中燃烧。
根据本发明的发展，建议提供从预热反应器下游的还原反应器通向反应器中心管的气体管道，通过该气体管道，还原反应器的至少部分废气可以供给预热反应器。
因为固体的缺乏可能产生极端温度，这种极端温度例如导致高的NOx排放量或材料问题，所以一般优选采用内部燃烧。
在反应器的环形流化床和/或混合室中，可以根据本发明提供使固体和/或流体的流向偏转的设备。例如可以在环形流化床中设置环形堰，其直径在中心管直径和反应器壁的直径之间，使堰的上边缘突出到操作过程中得到的固体高度的上方，而堰的下边缘的位置距气体分布器等有一定的距离。因此，冲出反应器壁附近的混合室的固体在被中心管的气流带回混合室之前必须首先在堰的下边缘处通过该堰。用这种方法可以在环形流化床中强化固体的交换，使固体在环形流化床中能够有更均匀的停留时间。
下面参考实施方案和附图详述本发明。所有描述和/或在附图中说明的特征自身或其任意组合都形成本发明的主题，无论它们是否包括在权利要求书中或其反向参考文献中。
图1给出根据本发明第一个实施方案的方法和装置的流程图；图2给出根据本发明第二个实施方案的方法和装置的流程图；图3给出根据本发明第三个实施方案的方法和装置的流程图。
具体实施例方式
在图1所示的特别适合预热和预还原镍铁矿石和锰铁矿石的方法中，粒度小于10mm可能是潮湿矿石的细粒通过螺旋运输机1装入第一预热段的悬浮换热器2，在其中优选用第二预热段的废气悬浮和预热该材料，直至矿石上的大部分表面水分被脱除。气流随后将悬浮体输送到旋风分离器3，在其中固体与气体分离。分离的固体随后通过管道4输送到第二个文丘里型悬浮换热器5中，进一步加热后在旋风分离器6中再次与气流分离。
如此预热的矿石通过管道7输送到反应器8中，在反应器8中，将材料加热到700-1150℃的温度，以除去剩余的结晶水。反应器在其下部中心区具有被环形截面的室环绕的垂直中心管9。当然，中心管9和“环形室”都可以具有不同于优选的圆形截面的截面，只要环形室至少部分环绕中心管9即可。
环形室被气体分布器11分成上下两个部分。下部室作为用于流化气的气体分布室(风箱)10，室的上部包括流化矿石如铁矿石、或含氧化铁的镍、铬或锰矿石的固定流化床12(环形流化床)，流化床在中心管9的上部开孔端上方略有延伸。
空气通过管道13作为流化气供给反应器，经过气体分布器11进入环形室的上部，通过形成固定流化床将待加热的矿石流化。优选选择供给反应器8的气体速度，使环形流化床12中的颗粒弗鲁德数是0.12-1。
来自下游还原反应器14的废气通过中心管9可以恒定地供给反应器8，通过中心管9后，所述的废气流经混合室15和上部通道16后进入旋风分离器17。优选调节供给反应器8的气体速度，使中心管9中的颗粒弗鲁德数是6-10。由于这些很高的气体速度，流经中心管9的气体当经过上部开孔区域时将固体从固定环形流化床12带入混合室15。因为与中心管9的上边缘相比环形流化床中流化床的高度很高，所以流化床会越过该边缘流向中心管9，从而形成强烈混合的悬浮体。中心管9的上边缘可以是平直的，也可以是锯齿状，也可以具有侧向入口开孔。由于喷入气体的膨胀和/或撞击在一个反应器壁上，所以流速下降，结果，夹带的固体快速失去速度，又回落到环形流化床12中。只有一小部分未沉淀的固体和气流一起通过过渡管16夹带出反应器。在固定环形流化床12的反应器区域和混合室15之间得到固体循环，以保证良好的传热。在旋风分离器17中分离的固体通过管道18再循环到反应器8，而仍然很热的废气导入第二预热段的悬浮换热器5。
通过燃烧燃料承担所需的工艺热量。为此目的，例如将天然气作为燃料供给反应器，首先通过管道19导入管道20，然后通过中心管9导入反应器8。替代或附加地，还可以将固体燃料如煤直接导入环形流化床12。在双流体喷嘴中用气体方便地将液态燃料雾化。雾化气体还将喷嘴冷却。
另一种可能性是用气态燃料或含燃料的气体混合物流化环形流化床12。如果不需要燃料，则必须用惰性气体如氮气冲刷气体分布室，然后转换成空气流化。为了避免扰动环形流化床12的流化，已经证明这种方法是方便的。
在管状气体分布器的另一个未画出的实施方案中，省去气体分布室。用通过喷嘴导入的空气流化环形流化床12。用歧管将空气供给喷嘴。可以将各个喷嘴与燃料供应管道相连，从而可以导入燃料。在这个实施方案中，即使不需要燃料或者只需要很少的燃料，仍然用空气流化环形流化床。
在图1所示的优选回路中，下游还原反应器14的含燃料废气通过管道20供给。这种废气的能量优选足以达到所需的反应器温度。为了保证燃料完全燃烧，将含氧气体(优选氧含量为15-30vol％)供给反应器，在通过中心管9流入反应器8之前，气体首先通过供应管道21导入通向中心管9的管道20。在中心管9中，首先要得到含燃料废气和含氧废气的混合物，而点火和燃烧应当只在反应器8中进行。也可以通过环形流化床12上方的供应管道将含氧气体导入反应器8。
本发明方法的特别优点是已经通过中心管9导入并且含有气态燃料如甲烷和一氧化碳的来自下游还原反应器14的废气还可以在反应器8中燃烧，从而可利用能量，不需要首先除尘。
离开环形流化床12的部分预热材料连续通过管道22从反应器8中抽出，导入还原反应器14的流化床，在该流化床中，固体中含有的金属氧化物被还原，得到低价金属氧化物和/或金属。为了达到同样的目的，将在静电集尘器23中从第一悬浮换热器2下游的旋风分离器3的废气中分离的预热固体通过管道24供给还原反应器14。作为还原剂，可以使用从上游裂化装置中的天然气中回收的还原气。这种还原气通过管道25穿过风口底部或气体分布器33供给反应器14。在熔融反应器(图3)的情况下，可将煤灰作为还原剂喷入熔融反应器。
替代或附加地，还可以用液态烃或细粒煤作为还原剂，可以直接导入反应器14的固定流化床，也可以通过管道26，22和预热或煅烧的固体一起供给反应器14。如果使用液态或固态还原剂，则氧含量为10-25vol％的含氧流化气必须另外通过管道25供给还原反应器，以形成固定流化床。还原后的固体通过管道27离开还原反应器14，而充满灰尘的废气通过管道20供给反应器8和中心管9，不用分离灰尘，仍然含在废气中的燃料在该反应器中燃烧。利用这种方法，来自还原反应器14的废气一方面作为产生反应器所需温度的燃料，另一方面作为载气悬浮混合室15中从中心管9的开孔区域夹带出的固体。一方面因为来自还原反应器14的废气在反应器8中得到了能量利用，另一方面因为在预热过程中由于反应器8的设计而得到最佳能量利用率，所以用本发明的方法达到很高的效率。
为了在原料的选择上具有更大的灵活性，特别是在所用矿石的水分方面，对于选定大小的反应器8来说，提供从第一预热段的旋风分离器3通向反应器8的旁通管28，在旋风分离器3中分离的预定量的固体通过该旁通管直接导入反应器8。余量的固体在通过管道7导入反应器8之前首先通过第二预热段。特别是在潮湿矿石的情况下，为了避免蒸汽在静电除尘器23中冷凝，旁通管28只允许一小部分物流通过第二预热段或将其完全关闭。
根据本发明，为了使能量利用最大化且避免冷凝以及因此在废气管道中的腐蚀损害，废气温度要保持恒定。在高水分分量的情况下要控制废气温度，并将旋风分离器3中的废气温度降至所需值以下，在旁通管28中，计量元件的供料流量如旋叶送料器34等的转速增加(TIC1)。结果，更多的冷固体进入反应器8，通道16中的温度降至所需值以下。利用另一个温控(TIC2)，可以使燃料管道19中的燃料阀19′有更大的开度。同时，更少的来自旋风分离器3的冷固体进入换热器5，使换热器5和旋风分离器6中的温度沿所需值的方向升高。
图2所示的装置与上述装置不同，其具有在反应器8上游的燃烧室29，其中来自下游熔融反应器30的燃料或含燃料的废气在导入反应器8之前在燃烧室29中燃烧。
来自熔融反应器30的含燃料的废气通过管道19供入燃烧室29，在换热器31中预热的空气作为燃烧气通过管道21供入燃烧室29，同样预热的低氧再循环气通过管道32供入燃烧室29。通过燃烧产生的温度为900-1700℃的热工艺气体通过管道20抽出燃烧室29后通过中心管9导入反应器8，工艺气体将通过管道7导入环形流化床12的固体流化和预热。另外，用于环形流化床12的流化气通过管道13供给反应器8，用于控制温度和氧气的第三股空气通过管道35供给反应器8。优选选择流化气速度和流经中心管9的气体速度，使环形流化床12中的颗粒弗鲁德数是0.12-1，中心管9中的颗粒弗鲁德数是6-12。
排出反应器8的气体/固体混合物在旋风分离器17中分离成两相。预热固体通过管道22导入熔融反应器30，而温热废气首先经过换热器31，然后用未画出的气体清洗装置清洗。
利用该方法可以保证燃料在进入反应器8之前完全燃烧。
图3所示的方法与图1所示的方法的不同之处在于反应器8所需的能量完全通过供应来自下游熔融还原反应器14′的热废气承担。反应器14′例如用于熔融还原铁矿石得到金属铁，在反应器14′中产生大量温度约为1500℃的充满灰尘的废气。
与图1所示的方法类似，铁矿石首先在两个预热段中预热，每一个预热段都由悬浮换热器2，5和下游旋风分离器3，6组成。然后通过管道7将固体导入反应器8的环形流化床12。
空气作为流化气通过管道13供给反应器8，下游熔融还原反应器14′的废气通过中心管9供给反应器8。空气通过气流管道19导入。因为充满灰尘的废气供给反应器8，所以省去了昂贵的脱尘操作。优选选择流化气速度和流经中心管9的气体速度，使环形流化床12中的颗粒弗鲁德数是0.1-1，中心风口9中的颗粒弗鲁德数是5-10，混合室15中的颗粒弗鲁德数是1-5。
在旋风分离器17中分离的部分热处理固体流通过管道18再循环到反应器8，而剩余部分物流通过管道22供给反应器14′用于熔融还原。
与目前已知的用于该目的的方法相比，该方法的特别优点是可以省去将来自熔融还原反应器14′的废气除尘的昂贵操作，这在将废气导入传统的固定流化床之前是绝对必要的。另外，在该方法中，因为不需要提供额外燃料，所以与图1所示的方法相比，能够得到更好的能量利用。
下面参考三个实施例说明本发明，这些实施例证实了本发明的思想，但并不限制本发明。
实施例1(热处理红土型镍矿)在图1的装置中，用螺旋运输机将粒度小于10mm的220t/h红土型镍矿供给悬浮换热器2，该红土型镍矿含有1.75wt％ NiO31.4wt％ Fe2O311wt％水分经过第一和第二预热段后，预干燥的镍矿石通过管道7导入煅烧反应器8。另外，6200Nm3/h作为燃料的天然气(通过管道19)、71000Nm3/h作为燃烧气体的空气(通过管道21)和32600Nm3/h来自还原反应器的废气(通过管道20)通过中心管9供给煅烧反应器8，气体温度约为800℃，其组成如下2vol％H218vol％ H2O10vol％ CO
14vol％ CO21vol％CH444vol％ N2另外，15000Nm3/h空气作为用于形成环形流化床12的流化气通过管道13供给反应器。煅烧反应器8中的温度是900℃。
从煅烧反应器中排出173t/h煅烧后的材料，通过管道22将其供给还原反应器14。另外，亦作为流化气的32600Nm3/h还原气通过管道25供给还原反应器，该还原气具有下述组成30vol％ H225vol％ CO1vol％CH444vol％ N2最后通过管道27从还原反应器中排出27168t/h煅烧和预还原后的固体(镍矿石)，该固体含有1.6wt％的金属镍和35.5wt％的FeO。
实施例2(热处理含铬的铁矿石)在图2的装置中，将30t/h水分含量为5wt％、Cr2O3含量为53wt％、粒度不大于6mm的含氧化铁的铬矿石通过管道7供给反应器8。
4500Nm3/h燃料气体通过管道19供给燃烧室29，5800Nm3/h预热至450℃的空气通过管道21′供给燃烧室29，4480Nm3/h同样预热至450℃的再循环气通过管道32供给燃烧室29。在燃烧室的相对一侧，通过燃烧产生的温度约为1600℃的13600Nm3/h热工艺气体通过管道20抽出后通过中心管9供给反应器。另外，7100Nm3/h空气作为流化气通过管道13供入反应器。
从旋风分离器17中抽出温度为1100℃的21300Nm3/h废气，在后续换热器31中冷却至870℃，最后在气体清洗装置中清洗。最后通过管道22从煅烧反应器中抽出温度为1100℃的28.4t/h含铬矿石，并将其供给熔融反应器30。
实施例3(热处理铁矿石)在图3的装置中，将178t/h水分含量为5wt％、Fe2O3含量为80wt％、粒度小于10mm的潮湿铁矿石(赤铁矿)通过螺旋运输机1供给悬浮换热器2，用来自旋风分离器6的废气干燥，预热至约277℃。来自旋风分离器6的废气具有下述组成46.9vol％ N27.6vol％H211.4vol％ H2O5.7vol％CO28.4vol％ CO2然后，在旋风分离器3中将固体从气相中分离，输送至悬浮换热器5，在悬浮换热器5中，通过与来自旋风分离器17的约850℃的热废气接触进一步加热至561℃。然后，材料经过旋风分离器6和管道7进入反应器8的环形流化床12。
13000Nm3/h空气(管道19)和103000Nm3/h来自熔融还原反应器14′的约1000℃的热废气(管道20)的混合物通过中心管9以65m/s的流速供给反应器。该废气具有下述组成45.1vol％N25.2vol％ H28.7vol％ H2O18.5vol％CO22.5vol％CO220-40g/Nm3灰尘另外，约20000Nm3/h空气作为用于形成环形流化床的流化气通过管道13供给反应器。
在反应器的下部区域中用同时供给的空气对来自熔融还原反应器14′的废气进行部分燃烧。由于反应器8中是还原性气氛，所以部分赤铁矿预还原形成磁铁矿(Fe3O4)。
下面列出标号表示的部件1 螺旋运输机2 第一预热段的悬浮换热器3 第一预热段的旋风分离器
4 固体管道5 第二预热段的悬浮换热器6 第二预热段的旋风分离器7 固体管道8 反应器9 中心管10 气体分布器室(风箱)11 气体分布器12 环形流化床13 流化气供应管道14，14′ 还原反应器15 混合室16 过渡管道17 旋风分离器18 固体返回管道19，20，21 气流管道22 热处理后固体的供应管道23 静电集尘器24 固体供应管道25 流化气/气态还原剂供应管道26 固态还原剂供应管道27 产品排放管道28 旁通管29 燃烧室30 熔融反应器31 换热器32 再循环气体管道33 气体分布器34 星状送料器35 第三股空气管道
权利要求
1.一种对含氧化铁的固体进行热处理的方法，其中在流化床反应器(8)中将细粒固体加热到700-1150℃的温度，其特征在于第一气体或气体混合物从下部通过至少一个供气管(9)导入反应器(8)的混合室区域(15)，供气管(9)至少部分被通过供应流化气流化的固定环形流化床(12)环绕，调节第一气体或气体混合物和用于环形流化床(12)的流化气的气体速度，使供气管(9)中的颗粒弗鲁德数是1-100，环形流化床(12)中的颗粒弗鲁德数是0.02-2，混合室(15)中的颗粒弗鲁德数是0.3-30。
2.权利要求1的方法，其特征在于供气管(9)中的颗粒弗鲁德数是1.15-20。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于环形流化床(12)中的颗粒弗鲁德数是0.115-1.15。
4.前述权利要求任一项的方法，其特征在于混合室(15)中的颗粒弗鲁德数是0.37-3.7。
5.前述权利要求任一项的方法，其特征在于调节反应器(8)中的固体装料高度，使环形流化床(12)延伸超出供气管(9)的上部开孔端，使固体恒定地导入第一气体或气体混合物，并被气流带入位于供气管(9)的开孔区域上方的混合室(15)。
6.前述权利要求任一项的方法，其特征在于用铁矿石、含氧化铁的镍矿石、含氧化铁的锰矿石或含氧化铁的铬矿石作为原料。
7.前述权利要求任一项的方法，其特征在于将燃料供给反应器(8)，通过燃料和含氧气体的燃烧产生至少部分热处理所需的热量。
8.权利要求7的方法，其特征在于燃料通过供气管(9)导入反应器(8)。
9.权利要求7或8的方法，其特征在于燃料导入反应器(8)的环形流化床(12)和/或混合室(15)。
10.权利要求7-9任一项的方法，其特征在于氧含量为15-30％的含氧气体通过环形流化床上方的管道或通过中心管(9)供给反应器(8)。
11.前述权利要求任一项的方法，其特征在于反应器(8)下游的第二反应器(14，14′)的废气至少部分通过供气管(9)导入反应器(8)。
12.权利要求11的方法，其特征在于来自第二反应器(14，14′)的废气、含氧气体和气态燃料的混合物通过供气管(9)导入反应器(8)。
13.前述权利要求任一项的方法，其特征在于热气体通过供气管(9)供给反应器(8)，该热气体是在所述反应器上游的燃烧室(29)中通过燃烧气态燃料和/或来自反应器(8)下游的另一个反应器(14，14′，30)的含燃料废气产生的。
14.前述权利要求任一项的方法，其特征在于空气作为用于环形流化床(12)的流化气供给反应器(8)。
15.前述权利要求任一项的方法，其特征在于反应器(8)中的压力是0.8-10bar。
16.前述权利要求任一项的方法，其特征在于在进入反应器(8)之前，固体在至少一个预热段中预热，每一个预热段都由悬浮换热器(5)和下游旋风分离器(6)组成。
17.权利要求16的方法，其特征在于用来自第二悬浮换热器(5)的废气加热第一悬浮换热器(2)中的固体，用来自反应器(8)的废气加热第二悬浮换热器(5)中的固体。
18.权利要求16或17的方法，其特征在于用旁路通过第二预热段的旁通管(28)将在第一预热段的旋风分离器(3)中分离的固体的0-100％直接导入反应器(8)，而剩余部分在亦导入反应器(8)之前首先导入第二预热段。
19.一种用于热处理含氧化铁的固体的装置，特别是实施权利要求1-18任一项的方法的装置，其包括构成流化床反应器的反应器(8)，其特征在于反应器(8)具有供气系统，形成该供气系统，使流经该供气系统的气体将固体从至少部分环绕供气系统的固定环形流化床(12)带入混合室(15)。
20.权利要求19的装置，其特征在于供气系统具有至少一个供气管(9)，该供气管(9)从反应器(8)的下部区域基本垂直向上延伸进入反应器(8)的混合室(15)，供气管(9)至少部分被其中形成有固定环形流化床(12)的室环绕。
21.权利要求20的装置，其特征在于供气管(9)参照反应器(8)的横截面近似中心排列。
22.权利要求19-21任一项的装置，其特征在于供气管(9)在其壳表面上具有如槽形式的开口。
23.权利要求19-22任一项的装置，其特征在于在反应器(8)下游提供用于分离固体的旋风分离器(17)，旋风分离器(17)具有通向反应器(8)的环形流化床(12)的固体管道(18)。
24.权利要求19-23任一项的装置，其特征在于在反应器(8)的环形室中提供气体分布器(11)，气体分布器(11)将该室分成上部流化床区域(12)和下部气体分布器室(10)，气体分布器室(10)与流化气的供应管道相连。
25.权利要求19-24任一项的装置，其特征在于反应器(8)具有通向供气管(9)的燃料供应管道(21，20)和/或通向环形室的燃料供应管道(21，20)。
26.权利要求19-25任一项的装置，其特征在于反应器(8)具有用于含氧气体的供应管道，该管道通向供气管(9)或伸入环形流化床(12)上方的区域。
27.权利要求19-26任一项的装置，其特征在于在反应器(8)上游提供燃烧室(29)。
28.权利要求19-27任一项的装置，其特征在于反应器(8)的供气管(9)通过供应管道(20)与反应器(8)下游的另一个反应器(14，14′，30)相连。
全文摘要
本发明涉及一种对含氧化铁的固体进行热处理的方法和装置，其中在流化床反应器(8)中将细粒固体加热到700－1150℃的温度。为了改善能量利用，建议将第一气体或气体混合物从下部通过至少一个供气管(9)导入反应器(8)的混合室区域(15)，供气管(9)至少部分被通过供应流化气流化的固定环形流化床(12)环绕。调节第一气体或气体混合物和用于环形流化床(12)的流化气的气体速度，使供气管(9)中的颗粒弗鲁德数是1－100，环形流化床(12)中的颗粒弗鲁德数是0.02－2，混合室(15)中的颗粒弗鲁德数是0.3－30。
文档编号F27B15/00GK1756851SQ200380107392
公开日2006年4月5日 申请日期2003年12月1日 优先权日2002年12月23日
发明者A·欧瑟, M·赫尔施, P·韦伯, S·斯尼德, D·奴贝尔, M·斯特罗德 申请人:奥托昆普技术公司