016016 B1 016016 B1 (11) 016016

Евразийское
патентное
ведомство
(19)
(12)
(45)
Дата публикации и выдачи патента
Номер заявки
201000410
(22)
016016
(13)
B1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
2012.01.30
(21)
(11)
(51) Int. Cl. B01J 8/18 (2006.01)
B01J 8/24 (2006.01)
B01J 6/00 (2006.01)
F27B 15/02 (2006.01)
F23C 10/00 (2006.01)
Дата подачи заявки
2008.08.28
(54)
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ
ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
B1
(72)
Изобретатель:
(74)
Представитель:
(57)
Настоящее изобретение относится к способу химической и/или физической обработки
псевдоожижаемых материалов в реакторе (1, 1'), включающему предпочтительно подачу топлива и
воздуха горения предпочтительно в камеру сгорания (4), находящуюся выше по потоку от реактора,
и сжигание при температуре в интервале приблизительно от 1000 до 1500°С. Горячий газ вводят
во внутренний объем (2) реактора через центральную трубу (3). Горячий газ и центральную трубу
(3) охлаждают с помощью хладагента. Кроме того, настоящее изобретение относится к установке
для осуществления указанного способа.
Миссалла Михаель, Газафи Эдгар,
Хайн Жан Клод, Неппер Жан-Поль,
Орт Андреас (DE)
Пинчук Ю.В. (RU)
B1
016016
(56) US-A-4288214
US-A-3752224
US-A-3605276
WO-A-01/44719
WO-A-2004/056701
016016
(31) 10 2007 041 427.9
(32) 2007.08.31
(33) DE
(43) 2010.08.30
(86) PCT/EP2008/007047
(87) WO 2009/027084 2009.03.05
(71)(73) Заявитель и патентовладелец:
ОУТОТЕК ОЙЙ (FI)
016016
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу химической и/или физической обработки псевдоожижаемых материалов в реакторе, в частности в реакторе с псевдоожиженным слоем, который включает
ввод горячего газа, в частности отходящего газа, из камеры сгорания, размещенной выше по потоку от
реактора, в которой сжигают топливо и воздух горения при температуре в интервале от 1000 до 1500°С,
во внутренний объем реактора через трубу для подачи газа. Кроме того, настоящее изобретение относится к установке для термической обработки зернистых твердых частиц материалов.
Уровень техники
Из патентного документа DE 10260741 A1 известны способ, такой как указан выше, и соответствующая установка, в которой в камере сгорания, находящейся выше по потоку от реактора, получают
горячий газ с температурой, приблизительно равной 1130°С, и подают его в реактор. Внутри реактора
этот горячий газ затем может быть охлажден приблизительно до температуры 750°С, например, за счет
контакта с более холодными материалами, подлежащими обработке, и/или путем его перемешивания с
псевдоожижающим газом. Однако нагретый газ поступает в реактор при сравнительно высокой температуре и вступает в указанном реакторе в контакт с обрабатываемыми твердыми частицами, что, с одной
стороны, приводит к локальному перегреву и, с другой стороны, к созданию в элементах реактора высоких напряжений.
Кроме того, из патентного документа ЕР 0630683 B1 известен ввод горячего газа в реактор, в котором горячий газ охлаждают с помощью твердых частиц, находящихся внутри реактора. Кроме того, в
реакторе могут быть установлены охлаждающие панели.
В некоторых случаях применений, например при кальцинировании глины, температура внутри реактора не должна превышать 700°С. Поэтому, например, в вышеупомянутых способах возникают проблемы в таких случаях применения, когда псевдоожижаемые материалы, подлежащие обработке, приводят в контакт со значительно более горячими отходящими газами, отводимыми из камеры сгорания. Для
таких применений, например для кальцинирования глины, обычные недорогостоящие топлива, такие как
природный газ, керосин или уголь, следовательно, не могут сжигаться непосредственно в реакторе. Поэтому для непосредственного сжигания внутри камеры реактора может быть использовано только такое
топливо, как бутан, которое воспламеняется при более низких температурах. Однако такие топлива, которые горят при более низких температурах, являются сравнительно дорогостоящими.
В других случаях применения для подвода теплоты к элементам установки, предназначенной для
проведения технологического процесса, находящимся ниже по потоку, получают горячие газы, которые
предусмотрено использовать в этих элементах установки, причем настолько горячие, насколько это возможно.
Кроме того, вышеупомянутые установки, в которых горячий газ вводят во внутренний объем реактора при температурах в интервале от 500 до 1600°С, в частности от 1000 до 1500°С, являются дорогостоящими для изготовления, поскольку труба для подачи газа, через которую пропускают отходящие
газы, отводимые из камеры сгорания или из других технологических процессов, должна быть изготовлена из термостойкого материала, например из жаропрочной стали. Вследствие больших разностей температур и в других элементах установки могут возникать высокие термические напряжения.
Сущность изобретения
Основная задача настоящего изобретения заключается в обеспечении вышеуказанных способа и установки, которые позволяют использовать недорогие топлива или горячие отходящие газы и в то же время обеспечивать мягкую обработку псевдоожижаемых материалов в реакторе, в котором нагрузки, действующие в реакторе или других элементах установки, остаются ограниченными.
В соответствии с изобретением эта задача решается, по существу, с помощью способа, в котором
температура газа и/или трубы для подачи газа по меньшей мере на 50°С меньше температуры газа на
входе трубы для подачи газа, обращенном в противоположную сторону от внутреннего объема реактора.
Другими словами, газ и/или трубу для подачи газа охлаждают хладагентом так, чтобы псевдоожижаемые
материалы в реакторе были достаточно нагретыми, но элементы реактора не были подвержены избыточным термическим и механическим нагрузкам. Следовательно, если к трубе для подачи газа предъявляют
требования более низкой термостойкости, то, несмотря на высокие температуры газа в этой трубе, за
счет ввода в указанную трубу хладагента для её изготовления можно использовать менее дорогостоящий
материал. Этот благоприятный эффект может быть дополнительно усилен, так как стенка трубы для подачи газа в результате имеет значительно более низкую температуру, в частности ниже по меньшей мере
приблизительно на 100°С, по сравнению с температурой газа на входе в трубу для подачи газа. За счет
охлаждения газ в трубе для подачи газа все же охлаждается с трудом, и на выходе, со стороны реактора,
газ в трубе для подачи газа обычно охлаждается лишь менее чем на 200°С, предпочтительно менее чем
на 100°С, по сравнению с его температурой на входе.
В соответствии с первым воплощением изобретения хладагент в процессе охлаждения не может непосредственно контактировать с газом, протекающим в трубе для подачи газа. Это позволяет использовать хладагенты, оптимизированные с точки зрения их охлаждающих свойств, при отсутствии необходимости учитывать взаимодействие с горячим газом, например отходящими газами камеры сгорания,
-1-
016016
и/или обрабатываемыми в реакторе материалами.
Так, в качестве хладагента может быть использована, например, вода. Для упрощения конструкции
средств охлаждения температура воды предпочтительно составляет вплоть до приблизительно 100°С, так
что никакого ощутимого давления не создается. В принципе, однако, можно использовать также средства
охлаждения, способные выдерживать давление, в которых для охлаждения трубы для подачи газа и/или
отходящего газа используют воду из паровой системы или из зон, находящихся выше по потоку. Отчасти
вследствие лишь небольших поверхностей теплообмена отдача теплоты в паровую систему при охлаждении горячего газа и/или трубы для подачи газа также лишь незначительная. Однако эффект охлаждения является достаточным для защиты трубы для подачи газа от её повреждения и от избыточных тепловых нагрузок.
В качестве альтернативы, конечно, могут быть также использованы теплопередающие масла или
другие хладагенты, которые предпочтительно выгодно используют в других элементах установки, например, для нагревания других материалов или во втором контуре для утилизации теплоты.
Предпочтительно хладагент пропускают через кольцевой и/или спиральный канал охлаждения, образованный с внутренней и/или внешней стороны трубы для подачи газа. Таким образом, не только газ в
трубе для подачи газа, но, в частности, и стенка трубы для подачи газа может быть охлаждена до такой
степени, что необходимость в использовании дорогостоящего жаропрочного материала для изготовления
трубы для подачи газа отсутствует.
В конкретном воплощении материал трубы для подачи газа включает материал, отражающий лучистый поток, или имеет отражающее покрытие, например луженое листовое железо, в результате чего нагрев за счет радиационного излучения уменьшается.
В соответствии с другим воплощением изобретения хладагент в процессе охлаждения вступает в
контакт с горячим газом. Задача заключается в том, чтобы удерживать поток горячих газов на удалении
от стенки трубы для подачи газа за счет избирательной или дозированной подачи хладагента. При этом
результирующее основательное смешивание горячего газа, например отходящих газов из камеры сгорания, с хладагентом должно быть минимизировано, и оно может привести к более эффективному охлаждению горячего газа в местах расположения краевых участков трубы для подачи газа. Поэтому газ обычно поступает в реактор с немного более низкой температурой, а температуры краевого участка трубы для
подачи газа намного меньше средней температуры газа на входе трубы для подачи газа.
В соответствии с развитием изобретения предусмотрено, чтобы хладагент вводили в трубу для подачи газа и/или часть реактора, примыкающую к трубе для подачи газа, и перемешивали там с горячим
газом. Так, охладитель может быть введен в трубу для подачи газа или в реактор, например, из перфорированной трубы, мембраны и/или посредством панели с отверстиями. Это обеспечивает равномерное
охлаждение трубы для подачи газа без создания градиентов температуры, обусловленных наличием термических напряжений. Подачу хладагента осуществляют так, что в трубе для подачи газа имеет место
лишь минимальное перемешивание хладагента с газом, и на внутренней поверхности трубы для подачи
газа, по существу, образуется пограничный слой холодного хладагента.
Труба для подачи газа может быть, в особенности, эффективно экранирована от газа, протекающего
через неё с высокой температурой, в том случае, когда хладагент вводят в трубу для подачи газа так, что,
по меньшей мере, частично образуется слой хладагента, окружающий поток газа. Предпочтительно хладагент протекает вдоль внутренней стенки трубы для подачи газа или вдоль средств охлаждения, установленных в трубе, и таким образом между горячим газом и трубой для подачи газа создают подушку из
более холодного газа.
Ещё в одном воплощении изобретения в трубу для подачи газа вводят хладагент, например, с помощью панели с отверстиями, в которой отверстия распределены вокруг подводящей трубы. Предпочтительно, чтобы эти отверстия были выполнены так, чтобы хладагент поступал в трубу для подвода газа в
тангенциальном направлении. В этом случае вокруг стенки подводящей трубы образуется подходящий и
небольшой слой хладагента.
В качестве хладагента, который также может контактировать с газом, предпочтительно используют
окружающий воздух. Однако для этой цели может быть использован любой другой газ, например охлажденный и очищенный отходящий газ из других технологических процессов или ступеней процессов. В
частности, могут быть использованы газы, которые имеют много большую вязкость или которые необходимо дополнительно подавать для проведения реакции в реактор с псевдоожиженным слоем. В соответствии с изобретением хладагент, например охлаждающий газ, имеет намного более низкую температуру, предпочтительно в интервале от 0 до 400°С, в частности предпочтительно менее 200°С.
В следующем воплощении хладагент подают в виде жидкости или даже в твердой фазе к внутренней стенке трубы для подачи газа, где он предпочтительно затем испаряется или сублимируется и тем
самым образует газовую подушку или слой жидкости, который защищает внутреннюю стенку трубы для
подачи газа от нагревания. В настоящем изобретении в качестве хладагента используют, в частности,
воду. Согласно другому воплощению жидкий или твердый хладагент вводят в поток газа, например, в
виде капель или тонкодисперсных частиц.
В соответствии с изобретением горячий газ, вводимый в реактор через трубу для подачи газа, мо-2-
016016
жет поступать из другого технологического процесса, например из теплообменника. В этом случае газы в
трубе для подачи газа имеют температуру приблизительно в интервале от 600 до 1000°С. В реакторе может происходить процесс внутреннего сгорания, но вследствие тепловых нагрузок, создаваемых подводимым газом, трубу для подачи газа необходимо охлаждать. В зависимости от температуры газа в трубе
для подачи газа можно также использовать значительно менее жаропрочные и, следовательно, менее дорогостоящие материалы, например сталь, которая является жаропрочной лишь до 600°С, предпочтительно до 500°С, в частности предпочтительно только до 450°С (например, котельная листовая сталь Н2).
В качестве альтернативы нагреванию обрабатываемых материалов за счет ведения процесса горения непосредственно внутри реактора или подачи горячего газа из другого технологического процесса в
качестве горячего газа в реактор также можно подавать отходящие газы из камеры сгорания, находящейся выше по потоку, в которой топливо и газ горения сжигают при температуре в интервале приблизительно от 1000°С до приблизительно 1500°С. Это приводит, в частности, к высоким температурам в трубе для подачи газа, что требует в особенности эффективного охлаждения и/или использования жаростойких материалов; однако разделение процессов сжигания топлива в камере сгорания и обработки материалов в реакторе, что соответствует настоящему изобретению, обеспечивает, кроме того, использование
недорогих топлив. Благодаря включенному промежуточному охлаждению природный газ, керосин или
уголь, а также биомасса или отработанные материалы могут быть, таким образом, использованы в качестве топлива, которое требует значительно более высокой температуры воспламенения или температуры
горения по сравнению с необходимой или желательной для обработки внутри реактора при температуре,
например, в интервале от 500 до 700°С.
В способе согласно изобретению в качестве топлива может быть также использовано золосодержащее топливо, при этом между камерой сгорания и реактором с псевдоожиженным слоем подают газ, по
возможности очищенный. Сжигание может быть осуществлено, например, в горизонтальном циклоне, в
котором золу, полученную при сжигании топлива, отделяют от горячего отходящего газа и осаждают.
Это позволяет использовать недорогие и доступные на месте топлива.
Выбор топлива зависит также от требований, предъявляемых обрабатываемым материалом. Материалы, которые не имеют повышенных требований, касающихся отсутствия примесей, могут быть кальцинированы с помощью золосодержащих топлив, в то время как вещества, которые должны оставаться
свободными от примесей, например наполнитель для белой бумаги, необходимо обрабатывать с использованием топлив, не образующих при сжигании золу.
Другая альтернатива нагревания материалов заключается в использовании отходящих газов, например, из электрической печи. В этом случае горячие газы имеют температуру в интервале от 1000 до
1900°С.
В соответствии с одним воплощением изобретения реактор представляет собой реактор с псевдоожиженным слоем, в котором вокруг трубы для подачи газа образован по кольцу стационарный псевдоожиженный слой. В этом случае газ может быть пропущен в качестве хладагента через охлаждающую
трубу, размещенную вокруг трубы для подачи газа, и затем может быть направлен в газораспределитель,
размещенный ниже стационарного псевдоожиженного слоя, так что охлаждающий газ может быть введен в стационарный псевдоожиженный слой в качестве псевдоожижающего газа через днище, выполненное с соплами. Для поддержания температуры внутри реактора в пределах температур, оптимальных
для обработки материалов, например, ниже приблизительно 700°С в случае кальцинирования глины,
подводимое количество горячего газа в трубе для подачи газа предпочтительно контролируют и/или регулируют в зависимости от температуры в реакторе.
Задача, лежащая в основе изобретения, решается, кроме того, с помощью установки для термической обработки зернистых твердых частиц, содержащей реактор с псевдоожиженным слоем, в который
через трубопровод для подачи твердых частиц материала вводят твердые частицы и в котором их подвергают термической обработке в основном при температуре в интервале приблизительно от 300°С до
приблизительно 1200°С, предпочтительно от 500°С до приблизительно 700°С, и трубу подачи газа, которая для подачи технологического газа, по существу, центрально снизу сообщается с реактором псевдоожиженного слоя. Предпочтительно выше по потоку от реактора с псевдоожиженным слоем размещена
камера сгорания, в которой сжигают топливо при температуре, например, в интервале от 1000 до 1500°С
и которая сообщается с реактором с псевдоожиженным слоем посредством трубы для подачи газа. В соответствии с изобретением, например, кольцевой охлаждающий канал, предназначенный для охлаждения трубы для подачи газа и технологического газа, по меньшей мере, частично объединен с трубой для
подачи газа, которая соединена с источником хладагента, обеспечивающим подачу хладагента с температурой менее чем приблизительно 400°С, в частности менее чем приблизительно 100°С. Проходное сечение охлаждающего канала предпочтительно меньше проходного сечения трубы для подачи газа, так
что хладагент интенсивно нагревается от трубы для подачи газа или от технологического газа. За счет
выполнения установки согласно изобретению с охлаждающим каналом, к примеру для изготовления
трубы для подачи газа, могут быть использованы простые стали, которые обладают жаропрочностью до
температуры, приблизительно равной 800°С, предпочтительно лишь приблизительно до 700°С, в особенности предпочтительно приблизительно до 650°С (например, сталь 16Мо3). Следовательно, можно из-3-
016016
бежать использования дорогостоящих весьма жаростойких хромоникелевых сталей. В то же самое время
температуру внутри реактора можно поддерживать низкой при отсутствии необходимости отказаться от
использования недорогих топлив, для которых требуются более высокая температура воспламенения
и/или температура горения.
В другом воплощении изобретения установка включает электрическую печь и отходящие газы из
электрической печи направляют в реактор, предпочтительно в реактор с псевдоожиженным слоем, в котором твердые частицы материала обрабатывают с использованием по меньшей мере части указанного
отходящего газа.
В соответствии с предпочтительным воплощением изобретения труба для подачи газа реактора с
псевдоожиженным слоем окружена по кольцу стационарным псевдоожиженным слоем и установка
включает размещенный ниже стационарного псевдоожиженного слоя газораспределитель, из которого в
стационарный псевдоожиженный слой через днище с соплами вводят псевдоожижающий газ. Выше трубы для подачи газа и стационарного псевдоожиженного слоя может быть размещена камера турбулентного перемешивания, предназначенная для интенсивного перемешивания твердых частиц материала.
Охлаждающий канал согласно изобретению, по меньшей мере, частично образует кольцевой зазор между газораспределителем и трубой для подачи газа, при этом охлаждающий канал соединен с газораспределителем, сформированным ниже стационарного псевдоожиженного слоя реактора с псевдоожиженным
слоем. Газообразный хладагент, проходящий через охлаждающий канал, может быть также использован
для псевдоожижения стационарного псевдоожиженного слоя, и теплота, отводимая от трубы для подачи
газа, поступает в реактор. За счет выполнения, соответствующего настоящему изобретению, при котором
охлаждающий канал образует кольцевой зазор между распределителем газа и трубой для подачи газа, в
охлаждающем канале достигается более высокая скорость потока, в результате чего труба подачи газа
или газы, протекающие через эту трубу, охлаждаются более эффективно.
В соответствии с развитием настоящего изобретения охлаждающий канал включает большое количество выпускных отверстий, распределенных по его боковой поверхности, которые сообщаются с газораспределителем. В качестве альтернативы возможно также, что охлаждающий канал имеет выпускное
отверстие, образованное в виде кольца вокруг боковой поверхности канала, которое сообщается с газораспределителем. При этом по меньшей мере одно выпускное отверстие может сообщаться с газораспределителем непосредственно ниже днища с соплами.
В соответствии с ещё одним воплощением изобретения установка согласно изобретению содержит
охлаждающую трубу, расположенную в трубе для подачи газа так, что между трубой для подачи газа и
охлаждающей трубой образуется кольцевой охлаждающий канал. Таким образом, труба для подачи газа
охлаждается с внутренней стороны с помощью хладагента, протекающего в кольцевом охлаждающем
канале.
В частности, предпочтительно располагать выпускные отверстия в охлаждающей трубе так, чтобы
охлаждающий канал сообщался с внутренним объемом реактора или внутренним объемом трубы для
подачи газа. В этом случае может быть образован слой охладителя, охватывающий отходящий газ, отводимый из камеры сгорания и протекающий вдоль внутренней стенки трубы для подачи газа или охлаждающей трубы, который в качестве газовой подушки предотвращает излишний нагрев трубы подачи газа
или охлаждающей трубы.
В том случае, если реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой реактор Вентури, охлаждающая труба может иметь воронкообразный участок с выпускными отверстиями для сообщения охлаждающего канала с внутренним объемом реактора.
Предпочтительно этот участок охлаждающей трубы проходит вблизи трубы для подачи газа и, по
существу, параллельно такому же воронкообразному днищу реактора. Таким путем может охлаждаться
не только труба для подачи газа, но также и днище реактора.
В особенности эффективное охлаждение может быть достигнуто за счет использования в качестве
хладагента воды. Предпочтительно с внутренней или внешней стороны трубы для подачи газа, по меньшей мере, лишь частично образован охлаждающий канал, который сообщается с источником хладагента,
содержащим воду, используемую в качестве хладагента, с температурой вплоть приблизительно до
100°С. Охлаждающий канал может быть, например, выполнен спиральным и проходить вокруг трубы
для подачи газа в виде охлаждающего змеевика.
Для дополнительной защиты материала трубы для подачи газа от чрезмерной тепловой нагрузки,
созданной отходящими газами камеры сгорания, на внутренней поверхности трубы для подачи газа может быть нанесена обмуровка из торкрет-бетона или некоторого другого подходящего теплоизоляционного покрытия. Таким образом, тепловые нагрузки трубы для подачи газа могут быть минимизированы
даже при температурах отходящего газа камеры сгорания порядка 1300°С и более.
Предпочтительно в установке согласно изобретению камера сгорания соединена со средствами
очистки газа. Камера сгорания может представлять собой горизонтальный циклон.
Кроме того, настоящее изобретение относится к использованию материала с низкой жаростойкостью, например, в трубе для подачи газа, используемой в установке или описанном выше способе. Изобретение ниже будет раскрыто более подробно с помощью воплощений и со ссылкой на сопровождаю-4-
016016
щие чертежи. Все особенности, описанные и/или иллюстрируемые, образуют сами по себе или в какойлибо комбинации предмет изобретения, независимо от их включения в пункты формулы или ссылки на
них в описании.
Перечень чертежей
Фиг. 1 - схема установки в соответствии с первым воплощением изобретения;
фиг. 2 - увеличенное изображение части установки, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 - часть установки в соответствии со вторым воплощением изобретения;
фиг. 4 - часть установки в соответствии с третьим воплощением изобретения;
фиг. 4а - вид в разрезе по линии А-А на фиг. 4;
фиг. 5 - часть установки в соответствии с четвертым воплощением изобретения;
фиг. 6 - часть установки в соответствии с пятым воплощением изобретения;
фиг. 7 - часть установки в соответствии с ещё одним воплощением изобретения.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Установка для термической обработки зернистых твердых частиц, например для кальцинирования
глины, схематически показанная на фиг. 1, включает реактор 1 с псевдоожиженным слоем, во внутреннем объеме которого твердые частицы подвергают химической и/или физической обработке.
С внутренним объемом 2 реактора сообщается труба для подачи газа (центральная труба) 3, которая
соединена с камерой 4 сгорания. Как показано стрелками на фиг. 1, в камеру сгорания подают топливо и
газ. Отходящие газы, нагретые в процессе горения до температуры 1500°С, направляют из камеры сгорания 4 во внутренний объем 2 реактора с помощью трубы 3 для подачи газа.
В реакторе 1 установлено днище 5 с соплами, которое соединено с газораспределителем 6. Через
трубопровод 7 в газораспределитель 6 вводят псевдоожижающий газ, который поступает в реактор 1 через днище 5 с соплами. Над днищем 5 с соплами труба 3 для подачи газа окружена кольцевым стационарным псевдоожиженным слоем, который перемешивается псевдоожижающим газом. Помимо этого, на
фиг. 1 схематически показан рециркуляционный циклон 8, в котором твердые частицы, выгружаемые из
реактора, отделяют от отходящих газов реактора 1, и они, по возможности, могут быть направлены обратно в реактор 1.
Конфигурация газораспределителя 6 и трубы 3 для подачи газа установки, показанной на фиг. 1, детально иллюстрируется на фиг. 2. Труба 3 для подачи газа частично окружена охлаждающей трубой 9, и
тем самым между внешней поверхностью трубы 3 для подачи газа и внутренней поверхностью охлаждающей трубы 9 образован кольцевой охлаждающий канал 10. Через указанный охлаждающий канал 10
пропускают хладагент, например окружающий воздух, и в результате осуществляется охлаждение стенки трубы 3 для подачи газа и, следовательно, охлаждение также отходящих газов, поступающих из камеры сгорания 4, которые протекают через эту трубу. Как показано на фиг. 2, охлаждающая труба выполнена с большим количеством выпускных отверстий 11, распределенных по её боковой поверхности в
непосредственной близости от днища 5 и сообщающихся с газораспределителем 6. При таком выполнении во внутренний объем 2 реактора в качестве дополнительного псевдоожижающего газа может быть
введен окружающий воздух, используемый в качестве хладагента. В противоположность воплощению,
представленному на фиг. 2, в котором хладагент вводят параллельно потоку газа в трубе для подачи газа,
хладагент можно также направлять в противотоке. Направление течения хладагента может быть выбрано
так, чтобы сначала охлаждалась часть трубы для подачи газа, выступающая в реактор, и затем хладагент
изменял направление течения и протекал в противотоке вниз.
Фиг. 3 иллюстрирует другое воплощение изобретения, в котором элементы, идентичные элементам
воплощения, описанного выше, обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиций.
В этом воплощении охлаждающая труба 9, в свою очередь, выполнена кольцеобразной, охватывающей центральную трубу 3 для подачи газа, за счет чего между трубой 3 для подачи газа и охлаждающей трубой 9 образован кольцевой охлаждающий канал 10. Труба 3 для подачи газа частично снабжена
выпускными отверстиями 12, так что хладагент, протекающий через кольцевой охлаждающий канал 10,
может поступать во внутренний объем центральной трубы 3 для подачи газа. При таком выполнении
хладагент может образовать слой хладагента, протекающий вдоль внутренней поверхности трубы 3 для
подачи газа, защищающий, таким образом, материал трубы 3 для подачи газа от недопустимо сильного
нагревания.
На фиг. 4 и 4а представлено воплощение, альтернативное по отношению к иллюстрируемому на
фиг. 3, в котором предусмотрено лишь некоторое количество выпускных отверстий 12' на одном или
двух уровнях вокруг трубы 3 для подачи газа. Эти выпускные отверстия 12' предпочтительно выполнены
таким образом, что хладагент поступает в трубу 3 для подачи газа в тангенциальном направлении.
В воплощении, представленном на фиг. 5, реактор 1' представляет собой реактор Вентури. Охлаждающая труба 9, которая размещена внутри центральной трубы 3 для подачи газа, проходит в нижнюю
зону реактора 1', поверхностью которой наклонена вверх, и, по существу, имеет воронкообразную форму, подобную форме этой поверхности. В воронкообразной части охлаждающей трубы 9 имеется большое количество выпускных отверстий 12, так что во внутренний объем 2 реактора 1' может проходить
хладагент, например окружающий воздух. Однако в качестве альтернативы возможно также, чтобы в
-5-
016016
реактор Вентури или в реактор с кольцевым псевдоожиженным слоем хладагент не вводили, а использовали его в других элементах технологического процесса, например, в качестве предварительного нагретого воздуха для камеры сгорания.
Воплощение, представленное на фиг. 6, имеет конструкцию, подобную воплощению, показанному
на фиг. 3. Однако на внешней стороне центральной трубы 3 для подачи газа сформирован спиральный
охлаждающий канал 13, через который в качестве хладагента пропускают воду. В отличие от описанных
выше воплощений охлаждающий канал 13 выполнен таким, что протекающая по этому каналу вода не
может попасть в центральную трубу 3 для подачи газа или во внутренний объем 2 реактора.
В воплощении, иллюстрируемом на фиг. 7, которое в основном совпадает с воплощением согласно
фиг. 6, на внутреннюю поверхность дополнительно нанесена так называемая футеровка 14, т.е. покрытие
из торкрет-бетона.
За счет охлаждения центральной трубы 3 для подачи газа, описанной выше, отходящие газы из камеры сгорания 4 значительно охлаждаются от температуры, находящейся в интервале приблизительно от
1000°С до приблизительно 1500°С, при этом отходящие газы нагревают твердые частицы, обрабатываемые в реакторе 1, до температуры в интервале от приблизительно 500°С до приблизительно 700°С.
Пример 1.
В реакторе, таком как показан на фиг. 1, в трубу для подачи газа поступает газ с температурой
1000°С. За счет подачи охлаждающего газа, в данном случае азота, в качестве инертного газа с температурой 100°С стенка трубы для подачи газа охлаждается приблизительно до 600°С. В то же время температура газа в трубе для подачи газа снижается приблизительно до 950°С.
Пример 2.
В реакторе, таком как показан на фиг. 5, в трубу для подачи газа вводят газ с температурой 850°С.
За счет подачи охлаждающего газа, в данном случае воздуха с температурой 30°С, стенка трубы для подачи газа охлаждается приблизительно до 650°С. В результате кирпичная футеровка стенки или использование высокотемпературных жаропрочных нержавеющих сталей могут быть исключены.
Пример 3.
В реакторе, показанном на фиг. 4 и 4а, в трубу для подачи газа вводят горячий газ из электрической
печи с температурой, приблизительно равной 1400°С. Охлаждающий газ, имеющий температуру приблизительно 100°С, вводят в трубу 3 для подачи газа тангенциально через отверстия 12, и в результате вокруг стенки трубы 3 для подачи газа образуется небольшой слой газа. Температура стенки трубы 3 для
подачи газа никогда не превышает 650°С, хотя газ поступает в реактор с псевдоожиженным слоем с температурой выше 1000°С. Таким образом, например, в реакторе с псевдоожиженным слоем при температуре приблизительно 900-1100°С может быть предварительно нагрета и/или предварительно восстановлена железная руда.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ химической и/или физической обработки псевдоожижаемых материалов в реакторе, в частности в реакторе (1, 1') с псевдоожиженным слоем, в котором горячий газ вводят во внутренний объем
(2) реактора через трубу (3) для подачи газа, причем газ и/или трубу (3) для подачи газа охлаждают с помощью хладагента, отличающийся тем, что в процессе охлаждения хладагент контактирует непосредственно с горячим газом так, что температура стенки трубы для подачи газа ниже по меньшей мере на
50°С, чем температура газа на входе трубы (3) для подачи газа, обращенном в обратную сторону от внутреннего объема реактора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура стенки трубы (3) для подачи газа ниже по
меньшей мере на 100°С, предпочтительно на 150°С температуры газа на входе трубы (3) для подачи газа.
3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют воду
с температурой предпочтительно до 100°С.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что хладагент вводят, например, из перфорированной трубы
(9) и/или через панель с отверстиями в трубу (3) для подачи газа и/или в часть реактора (1, 1'), примыкающую к трубе (3) для подачи газа, и смешивают там с горячим газом.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что хладагент вводят в трубу (3) для подачи газа так, что существует, по меньшей мере, частично сформированный слой хладагента, охватывающий
горячий газ и протекающий вдоль внутренней стенки трубы (3) для подачи газа.
6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что хладагент входит в трубу (3) для подачи газа тангенциально.
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют окружающий воздух.
8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в камеру сгорания (4) выше по потоку от
реактора (1) подают топливо и воздух горения и сжигают при температуре в интервале от 1000 до
1500°С, а отходящие газы из камеры (4) сгорания подают в реактор (1) в качестве горячего газа через
трубу (3) для подачи газа.
-6-
016016
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что в реакторе (1, 1') вокруг трубы (3) для подачи газа образован кольцевой стационарный псевдоожиженный слой, при этом в качестве хладагента через охлаждающую трубу (9), размещенную вокруг трубы (3) для подачи газа, пропускают газ, затем направляют его в газораспределитель (6), установленный ниже стационарного псевдоожиженного слоя, и
через днище (5) с соплами вводят в стационарный псевдоожиженный слой в качестве псевдоожижающего газа.
10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что подводимое количество горячего газа, в частности
отходящих газов из камеры (4) сгорания, регулируют в зависимости от температуры в реакторе (1, 1').
11. Способ по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что в качестве топлива используют золосодержащие топлива и между камерой (4) сгорания и реактором (1, 1') с псевдоожиженным слоем осуществляют газоочистку.
12. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что горячий газ получают в электрической печи и он имеет температуру в интервале приблизительно от 1000 до 1900°С.
13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что псевдоожиженные материалы обрабатывают в реакторе (1, 1') при температуре в интервале 900-1100°С.
14. Установка для термической обработки зернистых твердых частиц, в частности для осуществления способа в соответствии с любым из пп.1-13, содержащая реактор (1, 1') с псевдоожиженным слоем, в
который вводят твердые частицы через трубопровод для подачи твердых частиц материала и в котором
их обрабатывают, а также трубу (3) для подачи технологического газа, которая подсоединена, по существу, к центру нижней части реактора с псевдоожиженным слоем, при этом труба (3) снабжена кольцевым
охлаждающим каналом (10, 13), отличающаяся тем, что канал образован между кольцевой охлаждающей
стенкой трубы для подачи технологического газа и стенкой, дополнительно размещенной в трубе (3) охлаждающей трубы (9), в охлаждающей трубе (9) выполнены выпускные отверстия (12) для сообщения
охлаждающего канала (10) с внутренним объемом (2) реактора, при этом охлаждающий канал соединен с
источником хладагента, служащим для подачи хладагента с температурой менее чем приблизительно
400°С, в частности ниже чем приблизительно 100°С.
15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что труба (3) для подачи газа в реакторе (1) с псевдоожиженным слоем окружена кольцевым стационарным псевдоожиженным слоем, а также тем, что содержит газораспределитель (6), размещенный ниже стационарного псевдоожиженного слоя, из которого
через днище (5) с соплами в стационарный псевдоожиженный слой вводят псевдоожижающий газ, и,
кроме того, содержит камеру (2) турбулентного перемешивания для интенсивного перемешивания твердых частиц, находящуюся над трубой (3) для подачи газа и стационарным псевдоожиженным слоем, при
этом охлаждающий канал (10), по меньшей мере, частично образует кольцевой зазор между газораспределителем (6) и трубой (3) для подачи газа, причем охлаждающий канал (10) соединен с газораспределителем (6), образованным ниже стационарного псевдоожиженного слоя в реакторе (1) с псевдоожиженным слоем.
16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что в охлаждающем канале (10) выполнено большое количество выпускных отверстий (11), распределенных по его боковой поверхности, которые сообщаются
с газораспределителем (6).
17. Установка по п.15 или 16, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно выпускное отверстие
(11) сообщается с газораспределителем (6) непосредственно ниже днища (5) с соплами.
18. Установка по п.14, отличающаяся тем, что реактор с псевдоожиженным слоем представляет собой реактор Вентури (1'), при этом охлаждающая труба (9) имеет воронкообразную часть с выпускными
отверстиями для сообщения охлаждающего канала (10) с внутренним объемом (2) реактора, причем указанная воронкообразная часть проходит вблизи трубы (3) для подачи газа и, по существу, параллельно
воронкообразному днищу реактора (1').
19. Установка по любому из пп.14-18, отличающаяся тем, что на внутренней или на внешней стороне трубы (3) для подачи газа предпочтительно по спирали сформирован, по меньшей мере, частично охлаждающий канал (13), который соединен с источником хладагента, содержащим в качестве хладагента
воду с температурой приблизительно до 100°С.
20. Установка по любому из пп.14-19, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность трубы (3)
для подачи газа снабжена футеровкой (14) из торкрет-бетона.
21. Установка по любому из пп.14-20, отличающаяся тем, что к камере (4) сгорания подсоединены
средства для очистки газа.
22. Установка по любому из пп.14-21, отличающаяся тем, что материал стенки трубы (3) для подачи
газа обладает термостойкостью вплоть до температуры, равной 650°С.
-7-
016016
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
-8-
016016
Фиг. 4
Фиг. 4а
Фиг. 5
-9-
016016
Фиг. 6
Фиг. 7
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
- 10 -