本發(fā)明涉及一種用于還原來(lái)自氣流床處理設(shè)備的廢氣中的氮氧化物的方法，在該氣流床處理設(shè)備中對(duì)材料進(jìn)行熱處理，用于此目的的熱能至少部分地由熱氣發(fā)生器提供。本發(fā)明還涉及用于實(shí)施該方法的氣流床處理設(shè)備。

背景技術(shù)：

用于對(duì)細(xì)顆粒材料進(jìn)行熱處理的氣流床處理設(shè)備是已知的，例如用于煅燒、焙燒或燒結(jié)白云石、菱鎂礦、石灰或氫氧化鋁，例如根據(jù)de3329233a1已知這種設(shè)備。該專(zhuān)利文獻(xiàn)中所述的氣流床處理設(shè)備包括具有預(yù)熱區(qū)域、高溫區(qū)域和冷卻區(qū)域的多級(jí)旋風(fēng)熱交換器。在這里，氣體即空氣流過(guò)冷卻區(qū)域，而在其他區(qū)域，空氣和熱氣的混合物從底部向上流過(guò)各個(gè)旋風(fēng)器(基于重力的方向)，而將進(jìn)行熱處理的材料沿逆流方向從頂部向下流過(guò)旋風(fēng)器。在這里，材料在旋風(fēng)器中的每一者中從氣流中分離并且經(jīng)由出口引入隨后將被供應(yīng)到下面的旋風(fēng)器的氣流中。在冷卻區(qū)域的下部旋風(fēng)器中，由壓縮機(jī)送入的氣流冷卻材料，而氣體被預(yù)熱。該氣流隨后流過(guò)高溫區(qū)域的上升管，對(duì)從預(yù)熱區(qū)送入的材料的實(shí)際熱處理在該高溫區(qū)域中發(fā)生。在這里，另外將熱氣經(jīng)由燃燒器引入高溫區(qū)域中的氣流，以提供熱處理所需的熱能。離開(kāi)高溫區(qū)域的氣體隨后用于在預(yù)熱區(qū)域中預(yù)熱材料。

由于關(guān)于工業(yè)設(shè)備廢氣的法規(guī)變得日益嚴(yán)格，以減少污染物為目標(biāo)的廢氣處理越來(lái)越多地成為這些設(shè)備的制造商和運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。在這里，焦點(diǎn)是還原廢氣中的氮氧化物。

通過(guò)選擇性催化還原(scr)方法將氮氧化物從來(lái)自材料熱處理設(shè)備的廢氣中除去是已知的；在這里，將例如含氨還原劑引入廢氣流，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)氮氧化物的還原。還原所需的溫度應(yīng)由催化器的存在而降低，混合有還原劑的廢氣最大程度地流動(dòng)穿過(guò)催化器或在催化器周?chē)鲃?dòng)，使得很少的熱能隨著廢氣隨后排放到環(huán)境中而損失。這樣的方法和相應(yīng)的設(shè)備例如根據(jù)de19720205a1是已知的。

用于除去氮氧化物的廢氣的選擇性非催化還原(sncr)也是已知的；在這里，省去了催化劑的降溫環(huán)節(jié)。該方法具有由節(jié)省催化劑帶來(lái)的成本較低的優(yōu)點(diǎn)。然而，缺點(diǎn)是為了能夠以令人滿意的效率實(shí)現(xiàn)氮氧化物的還原，選擇性非催化還原的廢氣溫度需要達(dá)到大約900℃。如果廢氣在處理后直接排放到大氣中，則由于廢氣仍然具有較高溫度，這意味著相當(dāng)大的能量損失。通過(guò)例如將熱量傳遞到另一介質(zhì)來(lái)進(jìn)一步利用該熱能通常是非常難以實(shí)施的，眾多原因中的一個(gè)是不應(yīng)出現(xiàn)含有氮氧化物的廢氣的再次污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

從該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的一個(gè)目的是指出將氮氧化物從來(lái)自用于材料的熱處理的氣流床處理設(shè)備的廢氣中除去的有利的可能性。

該目的通過(guò)如權(quán)利要求1所述的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。適用于執(zhí)行該方法的氣流床處理設(shè)備是權(quán)利要求15的主題。本發(fā)明的方法的有利實(shí)施方式是其他權(quán)利要求的主題并且可以從本發(fā)明的以下描述中獲得。

本發(fā)明基于這樣一種認(rèn)識(shí)：在所討論的類(lèi)型的氣流床處理裝置中，材料熱處理所需的熱能主要由熱氣發(fā)生器提供，在離開(kāi)氣流床處理設(shè)備的廢氣中的氮氧化物基本上在熱氣發(fā)生器中形成或僅在熱氣發(fā)生器中形成，因此氮氧化物的去除原則上可以盡早地在熱氣發(fā)生器之后、直接進(jìn)行，在材料的熱處理中廢氣不會(huì)再次受到氮氧化物相當(dāng)嚴(yán)重的污染。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)施從離開(kāi)熱氣發(fā)生器的熱氣流(任選地與一種或多種另外的氣體流混合)中去除氮氧化物，氮氧化物的這種去除能夠在不使用催化劑的情況下實(shí)施，因此特別是可以以選擇性非催化還原的形式實(shí)施，因?yàn)闊釟饩哂凶銐蚋叩臏囟取?/p>

因此，在所討論的類(lèi)型的用于還原來(lái)自對(duì)材料進(jìn)行熱處理的氣流床處理設(shè)備的廢氣中的氮氧化物的方法中，用于此目的的熱能至少部分地由熱氣發(fā)生器提供，本發(fā)明提供還原劑，在來(lái)自熱氣發(fā)生器的熱氣的溫度由于特別是熱氣與材料(和/或另一介質(zhì))混合而下降到700℃以下、優(yōu)選地850℃以下之前，將還原劑混入熱氣中。

所討論的類(lèi)型的氣流床處理設(shè)備包括：至少一個(gè)處理室，在該處理室中，可以利用熱氣對(duì)材料進(jìn)行熱處理；用于將材料引入處理室的材料供應(yīng)裝置；用于產(chǎn)生熱氣的熱氣發(fā)生器，其中熱氣能夠經(jīng)由熱氣入口流入處理室，而廢氣能夠經(jīng)由出口從處理室排出；根據(jù)本發(fā)明，該氣流床處理設(shè)備的特征在于包括用于將還原劑引入熱氣的還原劑引入裝置，其中，該還原劑引入裝置被集成到氣流床處理設(shè)備中，使得還原劑的引入在熱氣經(jīng)由熱氣入口進(jìn)入處理室之前發(fā)生。

在這里，優(yōu)選地，應(yīng)在熱氣發(fā)生器下游距離熱氣發(fā)生器非常短的距離處將還原劑與熱氣混合。在任何情況下，該混合應(yīng)在熱氣與材料(或至少材料的主要部分)混合之前發(fā)生，因?yàn)闊釟馀c材料的這種混合將導(dǎo)致溫度的相對(duì)快速且顯著的降低，其結(jié)果是熱氣/材料混合物的溫度通?？梢越档偷礁鶕?jù)本發(fā)明提供的極限溫度以下。

熱氣在與還原劑混合時(shí)的溫度優(yōu)選地設(shè)定為不超過(guò)1250℃，優(yōu)選地不超過(guò)1100℃，特別優(yōu)選地不超過(guò)1000℃，因?yàn)檫^(guò)高的熱氣溫度可能對(duì)還原的程度產(chǎn)生不利影響。

至于還原劑，優(yōu)選地使用含有氨(nhx)的材料，特別是來(lái)自攝影處理的氨、尿素和/或廢水。

為了實(shí)現(xiàn)足夠高的還原效率，還原劑應(yīng)優(yōu)選地以以下方式引入熱氣中：在熱氣通過(guò)與材料混合而降至700℃以下、優(yōu)選為850℃以下之前，已經(jīng)過(guò)至少0.5秒、優(yōu)選地至少1秒的停留時(shí)間。

此外，將該停留時(shí)間限制在不超過(guò)十秒是有利的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)相對(duì)較長(zhǎng)的停留時(shí)間通常僅可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較小幅度的還原效率的提高，但是同時(shí)在本發(fā)明的還原劑引入裝置與進(jìn)入氣流床處理設(shè)備的處理室的熱氣入口之間的流體通道將不成比例地變長(zhǎng)。

在本發(fā)明方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，還原劑可以以固體和/或液體的形式引入熱氣中。這可以實(shí)現(xiàn)將還原劑有利地引入和/或散布到熱氣中。在多個(gè)位置將還原劑引入熱氣也可以達(dá)到相同的目的。在這里，多個(gè)位置優(yōu)選地分布在本發(fā)明的氣流床處理設(shè)備的熱氣導(dǎo)管的橫截面上和/或布置成在熱氣的流動(dòng)方向上彼此間隔一定距離。

在本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，可以在熱氣與還原劑混合之后(以及可選地甚至在與材料或至少是材料的主要部分混合之前)將額外的熱能引入熱氣。這特別地有用，以在氮氧化物的還原主要發(fā)生的停留時(shí)間期間將熱氣的溫度保持在預(yù)期的溫度范圍之內(nèi)，以便補(bǔ)償熱氣由于例如還原劑本身的引入和/或由于熱氣在流過(guò)熱氣導(dǎo)管期間的熱量損失引起的溫度降低。此外，在熱氣與還原劑混合之后引入額外的熱能在用于與還原劑混合的熱氣的溫度設(shè)定在低于材料的隨后的熱處理的優(yōu)選溫度范圍的溫度范圍時(shí)也是有用的，使得氮氧化物的去除和隨后的材料的熱處理都能夠達(dá)到非常高的效率。將額外的熱能引入熱氣/材料混合物也可以達(dá)到該目的。在這里，還可以同時(shí)或在非常短時(shí)間后將額外的還原劑引入到熱氣/材料混合物中，以便補(bǔ)償由于引入額外的熱能而可能引起的廢氣中的氮氧化物的含量的增加。

可以通過(guò)例如將額外的熱氣發(fā)生器集成到本發(fā)明的氣流床處理設(shè)備和/或通過(guò)將燃料、例如煤(灰塵)引入已經(jīng)與還原劑混合的熱氣中或引入熱氣/材料混合物中，燃料因此在被引入后立刻點(diǎn)燃，來(lái)實(shí)現(xiàn)額外的熱能的引入。

離開(kāi)熱氣發(fā)生器的熱氣可能具有比優(yōu)選地設(shè)想的溫度上限更高的溫度。特別是在這種情況下，熱氣可以?xún)?yōu)選地在與材料(或至少材料的主要部分)混合之前被冷卻，以便將熱氣的溫度設(shè)定在對(duì)于與還原劑混合優(yōu)選的溫度范圍內(nèi)。熱氣的這種冷卻可以例如通過(guò)將冷卻空氣與熱氣混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。同樣地，可以將一定比例的材料引入熱氣，這同樣可以與溫度的顯著降低相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，材料的該“一定比例”優(yōu)選(但不是絕對(duì)必要的)地在質(zhì)量流量方面與材料的“主要部分”相比較小。

此外，還原劑的混入可以?xún)?yōu)選地根據(jù)熱處理的工藝參數(shù)、例如溫度和/或燃料的類(lèi)型、和/或廢氣中的氮氧化物(nox)的值來(lái)調(diào)節(jié)，以便使得氮氧化物的去除能夠達(dá)到非常高的效率。

在本發(fā)明的方法的其他優(yōu)選實(shí)施方式中，可以額外地對(duì)廢氣進(jìn)行后處理以減少污染物。在這里，如果廢氣中氮氧化物的還原必須滿足特別苛刻的要求，還可以將廢氣供應(yīng)到scr催化器。還可以額外引入還原劑以在選擇性催化還原中進(jìn)一步除去氮氧化物。

不定冠詞(“一”、“一個(gè)”等)的使用，特別是在權(quán)利要求中和在解釋權(quán)利要求的說(shuō)明書(shū)部分中的使用應(yīng)解釋為這樣的種類(lèi)，并且不應(yīng)解釋為使用指示數(shù)量的單詞。這種用法因此應(yīng)解釋為意味著具有這樣的特征的元件出現(xiàn)至少一次并且可能多次出現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

下面將借助于附圖所描繪的工作示例說(shuō)明本發(fā)明。附圖示出：

圖1：根據(jù)本發(fā)明的氣流床處理設(shè)備的第一實(shí)施方式的示意圖；以及

圖2：根據(jù)本發(fā)明的氣流床處理設(shè)備的第二實(shí)施方式的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的氣流床處理設(shè)備，該氣流床處理設(shè)備可以例如用于紅土鎳礦的處理。該氣流床處理設(shè)備包括材料供應(yīng)裝置1，紅土鎳礦經(jīng)由該材料供應(yīng)裝置1供應(yīng)到粉碎裝置2。粉碎裝置2呈例如錘式粉碎機(jī)的形式。在從材料供應(yīng)裝置1的開(kāi)口進(jìn)入粉碎裝置2的區(qū)域中，設(shè)置有熱氣入口11。已在熱氣發(fā)生器3中產(chǎn)生的熱氣經(jīng)由該熱氣入口引入粉碎裝置2。熱氣流過(guò)在粉碎之前、粉碎期間和粉碎之后都存在于粉碎裝置2中的鎳礦石，并在此之前使礦石干燥(熱處理)。熱氣和鎳礦石的混合導(dǎo)致熱氣的溫度相對(duì)較快地降至如下范圍，該范圍例如在材料供應(yīng)裝置1的開(kāi)口區(qū)域中可為650℃至400℃，而在從粉碎裝置2到隨后的干燥器4的過(guò)渡區(qū)域中可為300℃至200℃。

穿過(guò)鎳礦石的流動(dòng)也保持在干燥器4中，干燥器設(shè)置在粉碎裝置2之后并且構(gòu)造成呈上升管干燥器的形式。在這里，熱氣不僅具有干燥(并且因此熱處理)的效果，而且還充當(dāng)載體流體，鎳礦石的粉碎顆粒通過(guò)該載體流體輸送到上升管干燥器中并且在上升管干燥器內(nèi)沿著與重力相反的方向輸送(氣流床氣流)。

設(shè)置在干燥器4之后的是呈分級(jí)器形式的分離裝置5。在該分離裝置5中，粉碎的鎳礦石被分離成細(xì)粒部分和粗粒部分。

細(xì)粒部分基本上包含鎳礦石的褐鐵礦部分，細(xì)粒部分從分離裝置5輸送到第一深處理系統(tǒng)6中，并且優(yōu)選地，在那里通過(guò)濕法工藝進(jìn)行處理，例如“高壓酸浸”工藝、“壓力酸浸”工藝或“大氣浸出”工藝，以便從細(xì)粒部分中分離含鎳材料。為了這個(gè)目的，首先將細(xì)粒部分從充當(dāng)載體流體的熱氣中分離。然后將熱氣作為廢氣排放到大氣中。

為了減少含有氮氧化物的廢氣的污染，根據(jù)本發(fā)明，例如，提供了一種含氨還原劑，該含氨還原劑通過(guò)還原劑引入裝置12噴射到熱氣導(dǎo)管13中，以便實(shí)現(xiàn)將熱氣中的氮氧化物選擇性非催化還原成氮和水，其中，熱氣導(dǎo)管13將熱氣發(fā)生器3連接到粉碎裝置2的熱氣入口11。在這里，還原劑引入裝置12位于熱氣發(fā)生器3的出口下游并與熱氣發(fā)生器3的出口相距很短的距離，使得在熱氣由于向粉碎裝置2中的鎳礦石傳熱而被冷卻到預(yù)期的氮氧化物的還原反應(yīng)不再以相當(dāng)?shù)某潭劝l(fā)生的程度之前，實(shí)現(xiàn)還原劑在熱氣中停留非常長(zhǎng)的時(shí)間。

還原程度通常在約900℃的熱氣溫度下達(dá)到最高，為了實(shí)現(xiàn)非常高的還原程度，可能有用的是通過(guò)經(jīng)由額外的入口14將冷卻介質(zhì)引入熱氣流中來(lái)主動(dòng)地冷卻離開(kāi)熱氣發(fā)生器3的具有明顯更高的溫度、例如1250℃的熱氣。冷卻介質(zhì)可以是例如冷卻空氣。然而，也可以使將要在粉碎裝置2和干燥器4中進(jìn)行熱處理的鎳礦石的部分量分出并且將其引入熱氣導(dǎo)管13。使用部分量的鎳礦石來(lái)冷卻熱氣的優(yōu)點(diǎn)是使熱氣的溫度降低的熱傳遞作用于將要進(jìn)行熱處理的材料本身，而不是作用在另一冷卻介質(zhì)上，其結(jié)果是可以完全避免熱處理效率的降低或使得熱處理效率的降低較小。

在分離裝置5中獲得的粗粒部分基本上包含鎳礦石的腐泥質(zhì)組分，并且可以例如，占送入的全部鎳礦石的約5％至10％，該粗粒部分可以從該處理中排出，因此不用于離析含鎳材料。例如，然后可以將排出的粗粒部分沉積在垃圾填埋場(chǎng)7中。由于粗粒部分從該處理排出，因此在第一深處理系統(tǒng)6中實(shí)施的濕法工藝中不會(huì)對(duì)粗粒顆粒進(jìn)行處理，使得能夠?qū)⑻幚碣M(fèi)用、特別是相應(yīng)的能量消耗保持在較低程度。

作為替代方案，粗粒部分還可以輸送到第二深處理系統(tǒng)8，在該第二深處理系統(tǒng)8中，含鎳材料通過(guò)火法冶金工藝?yán)纭靶D(zhuǎn)窯/電爐”工藝或“新型冶煉工藝”從粗粒部分中分離。該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：供應(yīng)到設(shè)備的鎳礦石的總量都用于含鎳材料的分離和隨后的含鎳材料的離析，并且含鎳材料的分離和含鎳材料的離析都具有很高的單獨(dú)的分離程度，因此，可以通過(guò)適應(yīng)于將要單獨(dú)地進(jìn)一步處理的細(xì)粒部分和粗粒部分的非常優(yōu)化的工藝，來(lái)實(shí)現(xiàn)含鎳材料從鎳礦石中的離析達(dá)到非常高的總體分離程度。為了對(duì)粗粒部分進(jìn)行預(yù)處理以便分離含鎳材料，第二深處理系統(tǒng)8可以包括進(jìn)一步粉碎裝置10，在該進(jìn)一步粉碎裝置10中進(jìn)一步粉碎粗粒部分顆粒。

在圖1所示的設(shè)備中，還可以根據(jù)需要使在分離裝置5中分離出的鎳礦石的粗粒部分部分地或全部地經(jīng)由回流管9再循環(huán)到材料供給裝置1，以便將其依次輸送通過(guò)粉碎裝置2、干燥器4和分離裝置5。

如圖2示出的用于特別是細(xì)顆粒材料的熱處理的氣流床處理設(shè)備包含具有預(yù)熱區(qū)域15、高溫區(qū)域(例如煅燒區(qū)域)16和冷卻區(qū)域17的多級(jí)旋風(fēng)熱交換器。預(yù)熱區(qū)域15包括旋風(fēng)熱交換器的三個(gè)上部旋風(fēng)器18、19和20(基于重力方向)。位于預(yù)熱區(qū)域15下方的高溫區(qū)域16包括熱氣發(fā)生器3和旋風(fēng)器21，而位于高溫區(qū)域16下方的冷卻區(qū)域17包括旋風(fēng)熱交換器的另外兩個(gè)旋風(fēng)器22和23。冷卻區(qū)域17被描述為可選的，因?yàn)椴牧显谕ㄟ^(guò)旋風(fēng)器21之后也可以直接輸送到深處理裝置。氣流床處理設(shè)備的上述部件經(jīng)由氣體導(dǎo)管和材料導(dǎo)管以可以從圖2中看出的方式相互連接。

由壓縮機(jī)24輸送的空氣流連續(xù)行進(jìn)通過(guò)旋風(fēng)器23和22，然后進(jìn)入高溫區(qū)域16。在那里，該空氣流與在熱氣發(fā)生器3中由燃料與例如外界空氣的燃燒而產(chǎn)生的熱氣混合。離開(kāi)高溫區(qū)域16的旋風(fēng)器21的氣流隨后行進(jìn)通過(guò)預(yù)熱區(qū)域15的旋風(fēng)器20、19和18，然后被排出。

細(xì)顆粒材料經(jīng)由材料供應(yīng)裝置1引入旋風(fēng)熱交換器，然后以已知的方式行進(jìn)通過(guò)預(yù)熱區(qū)域15的旋風(fēng)器18、19和20，并且隨后被引入通向旋風(fēng)器21的上升導(dǎo)管25，其中，在上升導(dǎo)管25中對(duì)經(jīng)預(yù)熱的材料進(jìn)行高溫處理。在旋風(fēng)器21中，已在高溫區(qū)域16中經(jīng)過(guò)處理的材料從氣流中析出，然后可選地進(jìn)入冷卻區(qū)域17并且隨后作為成品排出。

根據(jù)本發(fā)明，將例如含氨還原劑經(jīng)由還原劑引入裝置12噴射到將熱氣發(fā)生器3連接到上升導(dǎo)管25的熱氣入口11的熱氣導(dǎo)管13中，以便實(shí)現(xiàn)將熱氣中的氮氧化物選擇性非催化還原成氮和水。這里，還原劑引入裝置12位于熱氣發(fā)生器3的出口下游并與熱氣發(fā)生器3的出口相距很短的距離，以便實(shí)現(xiàn)在熱氣通過(guò)與來(lái)自冷卻區(qū)域17的空氣混合并隨后與來(lái)自預(yù)熱區(qū)域15的最后一個(gè)旋風(fēng)器20的材料混合而被冷卻到預(yù)期的氮氧化物的還原反應(yīng)不再以相當(dāng)?shù)某潭劝l(fā)生的程度之前使還原劑在熱氣中停留非常長(zhǎng)的時(shí)間。

與在根據(jù)圖1的氣流床處理設(shè)備的情況類(lèi)似，在根據(jù)圖2的設(shè)備中，也可以將冷卻介質(zhì)經(jīng)由額外的入口14引入熱氣導(dǎo)管，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)離開(kāi)熱氣發(fā)生器3的具有例如約1250℃至約900℃溫度的熱氣的降溫并且因此實(shí)現(xiàn)非常高效率的氮氧化物的還原。

圖2還描述了通過(guò)選擇性催化還原進(jìn)一步處理離開(kāi)氣流床處理設(shè)備的廢氣以便能夠?qū)崿F(xiàn)最佳地除去氮氧化物的可能性。為了這個(gè)目的，旋風(fēng)熱交換器的廢氣出口可以連接至適當(dāng)?shù)倪€原催化器26。如果經(jīng)由通向熱氣導(dǎo)管13的還原劑引入裝置12引入廢氣中的還原劑的含量不(再)足以進(jìn)行選擇性催化還原并且/或者不同的還原劑將用于選擇性催化還原，則額外的還原劑引入裝置27可以可選地布置在還原催化器26的上游。當(dāng)然，圖1所示的氣流床處理設(shè)備1還可以配備有用于下游選擇性催化還原的適當(dāng)部件。

附圖標(biāo)記清單：

1.材料供應(yīng)裝置

2.粉碎裝置

3.熱氣發(fā)生器

4.干燥器

5.分離裝置

6.第一深處理系統(tǒng)

7.垃圾填埋場(chǎng)

8.第二深處理系統(tǒng)

9.回流管

10.進(jìn)一步粉碎裝置

11.熱氣入口

12.還原劑引入裝置

13.熱氣導(dǎo)管

14.額外的入口

15.預(yù)熱區(qū)域

16.高溫區(qū)域

17.冷卻區(qū)域

18.旋風(fēng)器

19.旋風(fēng)器

20.旋風(fēng)器

21.旋風(fēng)器

22.旋風(fēng)器

23.旋風(fēng)器

24.壓縮機(jī)

25.上升導(dǎo)管

26.還原催化器

27.額外的還原劑引入裝置