專利名稱：顆粒固體熱處理的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顆粒固體在帶旋流室的反應(yīng)器中熱處理的方法，所述的反應(yīng)器尤其是構(gòu)成閃速反應(yīng)器或懸浮反應(yīng)器，其中將微波輻射通過(guò)至少一個(gè)波導(dǎo)送入反應(yīng)器，本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的設(shè)備。在本方法中，顆粒固體在反應(yīng)器中形成的流化床中熱處理，其中將流化用氣體和來(lái)自微波源的電磁波(微波)送入構(gòu)成流化層的反應(yīng)器流化床。
將微波源與這樣的流化床反應(yīng)器進(jìn)行耦合存在幾種可能方式。它們包括例如開式波導(dǎo)、隙縫天線、耦合環(huán)、膜片、裝有氣體或其他電介質(zhì)的同軸天線，或用微波穿透的物質(zhì)封閉的波導(dǎo)管(窗口)。微波與進(jìn)料導(dǎo)管去耦可用不同的方式進(jìn)行。
理論上，微波能量可在波導(dǎo)管中無(wú)損失地輸送。波導(dǎo)管橫截面作為含有線圈和電容器的振蕩電路向著很高頻率的邏輯推導(dǎo)得到。理論上，這樣的振蕩電路同樣可在無(wú)損失下操作。在共振頻率顯著提高的情況下，電振蕩電路的線圈變成半纏繞，它對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)管截面的一側(cè)。電容器變成板式電容器，它同樣對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)管截面的兩側(cè)。實(shí)際上，由于線圈和電容器中的歐姆電阻，振蕩電路有能量損失。由于波導(dǎo)管壁中的歐姆電阻，波導(dǎo)管也有能量損失。
通過(guò)耦合第二個(gè)振蕩電路，能量可從電振蕩電路分流，所述第二個(gè)振蕩電路從第一個(gè)振蕩電路取出能量。類似的是，通過(guò)將第二個(gè)波導(dǎo)管凸緣安裝到第一波導(dǎo)管上，能量可與其去耦(波導(dǎo)變換器)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)波導(dǎo)管在耦合點(diǎn)以后通過(guò)短路柱塞(shorting p1unger)關(guān)閉時(shí)，甚至全部能量都可切換到第二個(gè)波導(dǎo)管。
波導(dǎo)管中的微波能量可被導(dǎo)電壁封閉。在壁中，壁電流流動(dòng)，而在波導(dǎo)管截面中存在電磁場(chǎng)，所述電磁場(chǎng)的強(qiáng)度可為數(shù)十千伏/米。當(dāng)導(dǎo)電天線桿插入波導(dǎo)管時(shí)，它可直接消耗電磁場(chǎng)的電勢(shì)差，通過(guò)具有適合的形狀也使它在其端部(天線或探針去耦合)再次發(fā)出電勢(shì)差。通過(guò)開口進(jìn)入波導(dǎo)管并與波導(dǎo)管壁在另一點(diǎn)接觸的天線桿仍可直接接受壁電流，同樣在其端部發(fā)出電流。當(dāng)波導(dǎo)管在天線耦合以后通過(guò)短路柱塞關(guān)閉時(shí)，在這種情況下，全部能量也可從波導(dǎo)管切換到天線。
當(dāng)波導(dǎo)管中壁電流的場(chǎng)線被隙縫中斷時(shí)，微波能量通過(guò)這些隙縫(隙縫去耦)從波導(dǎo)管出來(lái)，因?yàn)槟芰坎荒茉诒谥欣^續(xù)流動(dòng)。矩形波導(dǎo)管中的壁電流平行于波導(dǎo)管寬邊中央上的中心線流動(dòng)，而橫切波導(dǎo)管窄邊中央上的中心線。所以，寬邊中的橫向隙縫和窄邊中的縱向隙縫使微波輻射與波導(dǎo)管去耦。
微波輻射可在各種幾何形狀的導(dǎo)電中空部分中傳導(dǎo)，只要它們的尺寸不低于特定最小數(shù)值。共振條件的準(zhǔn)確計(jì)算涉及相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)，因?yàn)辂溈怂雇柗匠淌?非穩(wěn)態(tài)的非線性的微分方程)必需最終用相應(yīng)的邊界條件來(lái)解。但是，在矩形或圓形波導(dǎo)管截面的情況下，方程式可簡(jiǎn)化到這樣的程度，以致它們?cè)诳山馕鼋?，與波導(dǎo)管設(shè)計(jì)有關(guān)的問(wèn)題變得更清楚，并更容易解。所以，由于相對(duì)容易生產(chǎn)，只有矩形波導(dǎo)管或圓形波導(dǎo)管在工業(yè)上使用，它們也優(yōu)選用于本發(fā)明。主要使用的矩形波導(dǎo)管在Anglo-Saxon文獻(xiàn)中標(biāo)準(zhǔn)化。這些標(biāo)準(zhǔn)尺寸過(guò)去在德國(guó)采用，這就是為什么奇怪的尺寸部分存在的原因。通常，頻率2.45千兆赫的所有工業(yè)微波源都裝有R26型矩形波導(dǎo)管，其截面為43×86毫米。在波導(dǎo)管中，存在不同的振蕩狀態(tài)在橫向電模(TE模式)中，電場(chǎng)分量橫過(guò)波導(dǎo)管方向，而磁場(chǎng)分量同波導(dǎo)管方向。在橫向磁模(TM模式)中，磁場(chǎng)分量橫過(guò)波導(dǎo)管方向，而電場(chǎng)分量同波導(dǎo)管方向。兩種振蕩狀態(tài)都可在空間中所有方向出現(xiàn)，具有不同振蕩模數(shù)(例如TE-1-1、TM-2-0)。
從US 5972302中已知一種用于顆粒固體熱處理的方法，其中將硫化物礦石進(jìn)行微波支持的氧化。這一方法主要涉及黃鐵礦在流化床中的焙燒，其中送入流化床的微波促進(jìn)赤鐵礦和元素硫的生成，而抑制SO2的生成。在這里使用直接設(shè)置在流化床上方的微波源直接照射的固定流化床。微波源或微波的輸入點(diǎn)必需與從流化床上升的氣體、蒸氣和粉塵接觸。
EP 0403820 B1公開了一種在流化床中干燥物質(zhì)的方法，其中微波源安裝在流化床外，通過(guò)波導(dǎo)管將微波送入流化床。在要處理的固體處常常發(fā)生微波射線的反射，從而使效率下降以及可能損壞微波源。在開式微波波導(dǎo)管的情況下，在波導(dǎo)管中還有粉塵沉積物，它吸收部分微波輻射，并可能損壞微波源。
發(fā)明概述所以，本發(fā)明的目的是要使微波送入固定流化床或循環(huán)流化床更有效，并保護(hù)微波源免受到生成的氣體、蒸氣和粉塵以及反射的微波能量的影響。
根據(jù)本發(fā)明，這一目的在上述的方法中基本上達(dá)到，因?yàn)椴▽?dǎo)管構(gòu)成供氣管，以及除了微波輻射外，還將氣流通過(guò)供氣管送入旋流室。
借助波導(dǎo)管的連續(xù)氣流，可靠地避免了粉塵或工藝氣體進(jìn)入波導(dǎo)管、波及到微波源和損壞微波源或在波導(dǎo)管中生成固體沉積物。根據(jù)本發(fā)明，在波導(dǎo)管中，可省去用于防護(hù)微波源的微波穿透的窗口，它們通常用于現(xiàn)有技術(shù)。所述窗涉及在窗口上粉塵或其他固體的沉積物可削弱和部分吸收微波輻射的問(wèn)題。所以，本發(fā)明的開式波導(dǎo)管是特別有利的。例如，微波源可安裝在循環(huán)流化床外，微波輻射通過(guò)至少一個(gè)開式波導(dǎo)管與氣流一起送入流化床反應(yīng)器。
也可以將仍含粉塵的熱工藝氣體通過(guò)中心管或中心氣體風(fēng)嘴構(gòu)成的供氣管送入反應(yīng)器，所述的工藝氣體使固體在旋流室中旋流。但是，因?yàn)榉蹓m顆粒吸收微波射線，含粉塵的氣體使微波輻射的效率下降，所以根據(jù)本發(fā)明，首先將中性的不含粉塵的氣體例如沖洗氣體通過(guò)供氣管，所述的中性氣體不與反應(yīng)器中所含的物質(zhì)反應(yīng)，并幾乎不吸收微波輻射。在這一創(chuàng)新概念的繼續(xù)發(fā)展中，只將含粉塵的氣體送入在供氣管(中心氣體風(fēng)嘴)前很近的反應(yīng)器空間。在反應(yīng)器的循環(huán)流化床中熱處理的過(guò)程中，固體在流化床反應(yīng)器(閃速反應(yīng)器或懸浮反應(yīng)器)、與反應(yīng)器上部相連的固體分離器和固體分離器與流化床反應(yīng)器下部相連的返回導(dǎo)管之間連續(xù)循環(huán)。通常，每小時(shí)循環(huán)的固體數(shù)量為流化床反應(yīng)器中存在的固體數(shù)量的至少三倍。
當(dāng)通過(guò)供氣管或中心氣體風(fēng)嘴送入的氣流被用于反應(yīng)器另外的流化時(shí)，也就是已通過(guò)其他供應(yīng)導(dǎo)管送入反應(yīng)器的一部分氣體用于使構(gòu)成波導(dǎo)管的中心氣體風(fēng)嘴脫粉塵時(shí)，得到另外的改進(jìn)。因此，當(dāng)所用的流化用氣體不含粉塵或由于其他原因吸收顯著部分送入的微波能量時(shí)，可省去提供中性的沖洗氣體。
通過(guò)構(gòu)成波導(dǎo)管的中心氣體風(fēng)嘴中連續(xù)的氣流，可避免固體沉積物，從而得到另一優(yōu)點(diǎn)。這些固體沉積物使波導(dǎo)管的截面以不希望的方式改變，并吸收一部分在反應(yīng)器中用于固體的微波能量。由于在中心氣體風(fēng)嘴中能量的吸收，使它升溫很多，從而使材料經(jīng)受強(qiáng)烈的熱磨損。此外，中心氣體風(fēng)嘴中的固體沉積物對(duì)微波源產(chǎn)生不希望的反饋?zhàn)饔?feedback reaction)。
適合的微波源即電磁波源例如包括磁控管或速調(diào)管。此外，也可使用有相應(yīng)線圈或功率晶體管的高頻發(fā)生器。微波源產(chǎn)生的電磁波頻率通常為300兆赫至30千兆赫。優(yōu)選的是，使用ISM頻率435兆赫、915兆赫和2.45千兆赫。方便的是，可在試驗(yàn)操作中，對(duì)每一應(yīng)用確定最佳頻率。
根據(jù)本發(fā)明，也作為波導(dǎo)管的供氣管全部或大部分由導(dǎo)電材料例如銅組成。波導(dǎo)管的長(zhǎng)度為0.1-10米。波導(dǎo)管可為直的或彎曲的。優(yōu)選用圓或矩形截面的段，具體按所用的頻率來(lái)調(diào)整尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，這樣調(diào)節(jié)波導(dǎo)管(供氣管)中的氣體速度，以致在波導(dǎo)管中的Particle-Froude-Numbers為0.1-100。Particle-Froude-Numbers用以下方程式定義FrP=u(ρs-ρf)ρf*dp*g]]>其中u＝氣流的有效速度，米/秒
ρs＝進(jìn)入波導(dǎo)管的工藝氣體或固體顆粒的密度，公斤/米3ρf＝波導(dǎo)管中沖洗氣體的有效密度，公斤/米3dp＝在反應(yīng)器操作過(guò)程中反應(yīng)器藏量顆粒(或形成的顆粒)的平均直徑，米g＝重力常數(shù)，米/秒2。
為了防止固體顆粒或反應(yīng)生成的工藝氣體進(jìn)入波導(dǎo)管，例如作為沖洗氣體的氣體流過(guò)波導(dǎo)管。固體顆粒例如可為反應(yīng)器中存在的粉塵顆?；蛞彩墙?jīng)處理的固體。工藝氣體在反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生。通過(guò)規(guī)定特定Particle-Froude-Numbers，當(dāng)調(diào)節(jié)氣體速度時(shí)，根據(jù)本發(fā)明考慮進(jìn)入固體顆?；蚬に嚉怏w與沖洗氣體的密度比，除了氣流速度外，所述的比決定氣流是否可攜帶進(jìn)入的顆粒。從而可防止物質(zhì)進(jìn)入波導(dǎo)管。對(duì)于要處理的固體來(lái)說(shuō)，采用波導(dǎo)管中的上述Particle-Froude-Numbers使反應(yīng)器中存在良好的工藝條件。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在波導(dǎo)管中2-30的Particle-Froude-Numbers是優(yōu)選的。
流化床中的溫度例如為150-1200℃，并可推薦采用將另外的熱送入流化床，例如通過(guò)間接換熱。為了在流化床中測(cè)量溫度，可使用絕緣的傳感元件、輻射高溫計(jì)或光纖傳感器。
要用本發(fā)明方法處理的顆粒固體例如可為礦石，特別是硫化物礦石，它們例如用于回收金、銅或鋅。此外，循環(huán)的物質(zhì)例如含鋅的加工氧化物或廢棄物質(zhì)也可在流化床中熱處理。如果硫化物礦石例如含金的砷黃鐵礦用本方法處理，那么硫化物轉(zhuǎn)化成氧化物，而用適合的步驟，優(yōu)選生成元素硫，只有少量的SO2。本發(fā)明的方法以有利的方式使礦石的結(jié)構(gòu)松解，以致隨后的金浸析有提高的產(chǎn)率。熱處理優(yōu)選生成的硫化砷鐵(FeAsS)可很容易處理。方便的是，要處理的固體至少部分吸收所用的電磁輻射，從而使床加熱。令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，特別是在高場(chǎng)強(qiáng)下處理的材料可更容易浸析。常常是，還可實(shí)現(xiàn)其他技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，例如縮短停留時(shí)間或降低所需的工藝溫度。
此外，本發(fā)明還涉及一種特別是實(shí)施上述用于顆粒固體熱處理方法的設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備包括帶旋流室的反應(yīng)器，它特別是構(gòu)成閃速反應(yīng)器或懸浮反應(yīng)器，還包括設(shè)置在反應(yīng)器外的微波源，以及包括用于將微波輻射送入反應(yīng)器的波導(dǎo)管，其中波導(dǎo)管構(gòu)成供氣管，除了微波輻射外，氣流也可通過(guò)波導(dǎo)管送入旋流室。氣流用于在反應(yīng)器的旋流室中產(chǎn)生循環(huán)流化床。
從以下實(shí)施例和附圖的描述也可了解到本發(fā)明的發(fā)展、優(yōu)點(diǎn)和可能的應(yīng)用。所描述和/或說(shuō)明的所有特點(diǎn)本身或任何組合屬于本發(fā)明的主題，而與其包含于權(quán)利要求書或其在前引用的相互獨(dú)立。
附圖簡(jiǎn)介在附圖中

圖1表示本發(fā)明波導(dǎo)管耦合的閃速反應(yīng)器的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳述圖1表示一個(gè)實(shí)施本發(fā)明方法用于顆粒固體在循環(huán)流化床中熱處理的設(shè)備。
所述的設(shè)備包括一個(gè)構(gòu)成閃速反應(yīng)器的反應(yīng)器1，要處理的顆粒固體從固體料斗5通過(guò)供料導(dǎo)管6送入反應(yīng)器1。固體進(jìn)入反應(yīng)器1的旋流室4，并被通過(guò)供氣管3送入的氣流夾帶，以致它們?cè)谛魇?中形成循環(huán)流化床。為此，供氣管特別是可構(gòu)成中心氣體風(fēng)嘴。為了將必需的熱量送入在反應(yīng)器1中發(fā)生的反應(yīng)過(guò)程，在反應(yīng)器上游提供用作燃燒室的微波源2，微波射線從該微波源通過(guò)構(gòu)成波導(dǎo)管的供氣管3送入反應(yīng)器空間(旋流室4)。反應(yīng)器1中的固體吸收送入的微波輻射，從而加熱到所需希望的工藝溫度。
同時(shí)，將沖洗氣體通過(guò)導(dǎo)管7經(jīng)供氣管3(中心氣體風(fēng)嘴)送入旋流室4，在那里它使固體旋流。供氣管3中的Particle-Froude-NumberFrp為約25。在旋流室4中，Particle-Froude-Number Frp為約6，根據(jù)各自工藝可能產(chǎn)生偏差。由于技術(shù)原因，也可將沖洗氣體例如流化用氣體預(yù)熱?？扇芜x將另外的氣體例如含粉塵的熱工藝氣體通過(guò)進(jìn)料導(dǎo)管8送入供氣管。在供氣管3接通旋流室4的之前的附近提供該另外的氣體，以致微波射線無(wú)阻礙地沖擊在固體上，而不被工藝氣體中的粉塵吸收。因此，達(dá)到微波輻射的高效率。
在旋流室4中，然后發(fā)生固體與工藝氣體的希望反應(yīng)。隨后含固體的氣體流入反應(yīng)器1的上部，從那它與夾帶的固體一起通過(guò)出口9流入分離器10，在分離器前方，氣體通過(guò)導(dǎo)管11排出。將分離出的固體從分離器10的底部通過(guò)返回導(dǎo)管12循環(huán)回反應(yīng)器1的旋流室4，也可通過(guò)排料導(dǎo)管13取出一部分細(xì)顆粒的固體。
為了使微波更有效地送入帶循環(huán)流化床的反應(yīng)器1特別是閃速反應(yīng)器，同時(shí)又使微波源2不受氣體、蒸氣、粉塵和反射的微波射線的影響，將本發(fā)明的微波源設(shè)置在反應(yīng)器1外。微波輻射通過(guò)至少一個(gè)開式波導(dǎo)管送入反應(yīng)器1的旋流室，波導(dǎo)管構(gòu)成供氣管3，除了微波輻射外，氣流也通過(guò)它送入反應(yīng)器1，以便形成循環(huán)流化床。
實(shí)施例(菱鎂礦的焙燒)下表示出用于菱鎂礦焙燒的典型方法參數(shù)。為了比較，示出有和沒(méi)有本發(fā)明微波輻射的數(shù)據(jù)。輻射微波的頻率為2.45千兆赫。將全部流化用空氣通過(guò)導(dǎo)管7送入。在這一實(shí)施例中，不通過(guò)導(dǎo)管8混入其他工藝氣體。

用所提出的方法產(chǎn)品質(zhì)量可顯著提高。
參考數(shù)表1 反應(yīng)器2 微波源3 供氣管，中心氣體風(fēng)嘴，波導(dǎo)管4 旋流室5 固體料斗6 供料導(dǎo)管7 導(dǎo)管8 進(jìn)料導(dǎo)管9 出口10 分離器11 導(dǎo)管12 返回導(dǎo)管13 排出導(dǎo)管
權(quán)利要求
1.一種用于顆粒固體在帶旋流室(4)的反應(yīng)器(1)中熱處理的方法，所述的反應(yīng)器特別是構(gòu)成閃速反應(yīng)器或懸浮反應(yīng)器，其中將微波源(2)的微波輻射通過(guò)波導(dǎo)管送入反應(yīng)器(1)，其特征在于，波導(dǎo)管構(gòu)成供氣管(3)，以及另外將氣流通過(guò)所述的供氣管(3)送入旋流室(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過(guò)供氣管(3)送入的氣流用于旋流室(4)中形成的流化床的附加流化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，借助送入供氣管(3)的氣流，避免供氣管(3)中的固體沉積物。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，使用的微波輻射的頻率為300兆赫至30千兆赫，優(yōu)選頻率為435兆赫，915兆赫和2.45千兆赫。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，反應(yīng)器(1)中的溫度為150-1200℃。
6.一種特別是用于實(shí)施權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法的顆粒固體熱處理的設(shè)備，所述的設(shè)備包括帶旋流室(4)的反應(yīng)器(1)，它特別是構(gòu)成閃速反應(yīng)器或懸浮反應(yīng)器，還包括設(shè)置在反應(yīng)器(1)外的微波源(2)，以及包括將微波輻射送入反應(yīng)器(1)的波導(dǎo)管，其特征在于，波導(dǎo)管構(gòu)成供氣管(3)，氣流可另外通過(guò)它送入旋流室(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于，供氣管(3)有矩形或圓形截面，其尺寸特別是根據(jù)所用的微波輻射的頻率調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其特征在于，供氣管(3)的長(zhǎng)度為0.1-10米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于顆粒固體在帶旋流室(4)的反應(yīng)器(1)中熱處理的方法，所述的反應(yīng)器特別是構(gòu)成閃速反應(yīng)器或懸浮反應(yīng)器，其中將微波源(2)的微波射線通過(guò)波導(dǎo)管送入反應(yīng)器(1)，以及涉及一種相應(yīng)的設(shè)備。為了避免波導(dǎo)管中的沉積物，所述的波導(dǎo)管構(gòu)成供氣管(3)，以及另外將氣流通過(guò)所述的供氣管(3)送入旋流室(4)。
文檔編號(hào)B01J8/38GK1767894SQ200380107425
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者M·斯特羅德, N·阿納斯塔司耶維柯, M·維爾勒特－泊拉達(dá), T·戈?duì)柕滤?申請(qǐng)人:奧托昆普技術(shù)公司