Установка и способ термической обработки зернистых твердых веществ

1 Настоящее изобретение относится к установке для термической обработки зернистых твердых веществ для проведения эндотермических реакций, в ходе которых от твердых веществ отделяют СO2 и/или воду, при этом такая установка содержит реактор, выполненный с возможностью подачи в него топлива, кислородсодержащего газа и подогретых твердых веществ. Изобретение относится также к соответствующему способу термической обработки зернистых твердых веществ для проведения эндотермических реакций, в ходе которых от твердых веществ отделяют СO2 и/или воду, при этом в реактор подают топливо, кислородсодержащий газ и подогретые твердые вещества,топливо подвергают сгоранию с образованием в реакторе газообразных продуктов сгорания с температурой в пределах от 600 до 1500 С,твердые вещества вводят в реакторе при вихревом характере движения в нем потока в контакт с газообразными продуктами сгорания, горячий отходящий газ из реактора используют для подогрева твердых веществ, твердые вещества отводят из реактора с температурой в пределах от 400 до 1200 С и кислородсодержащий газ подогревают горячими твердыми веществам. Установки указанного выше типа известны и описаны, например, в WO 97/18165 А 1 и GB 2019369, при этом такие установки используют для получения оксида алюминия из гидроксида алюминия. В заявке WO 97/18165 предлагается использовать в реакторе циркулирующий псевдоожиженный слой, а согласно GB 2019369 реактор предлагается выполнять в виде трубы с вертикальной осью. В основу настоящего изобретения была положена задача упростить конструкцию установки указанного в начале описания типа, обеспечив при этом также минимально возможную ее габаритную высоту, а также предложить соответствующий способ термической обработки зернистых твердых веществ. В отношении установки указанного в начале описания типа эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что реактор имеет форму, близкую к форме горизонтально расположенного цилиндра, и на его входном участке снабжен средствами для подачи в него топлива, твердых веществ и газов, а на его выходном участке, который в горизонтальном направлении расположен примерно напротив входного участка, снабжен средствами для отвода из него твердых веществ и горячего отходящего газа. В отношении способа указанного в начале описания типа поставленная в изобретении задача решается благодаря тому, что топливо,твердые вещества и газы подают в реактор, который имеет форму, близкую к форме горизонтально расположенного цилиндра, на его входном участке, а твердые вещества и горячий отходящий газ отводят из реактора на его выход 004496 2 ном участке, который в горизонтальном направлении расположен примерно напротив входного участка реактора. Перед реактором целесообразно установить по меньшей мере один циклон для подогрева. В этом случае твердые вещества можно подогревать по меньшей мере в одном циклоне отходящим из реактора газом, при этом использованный отходящий газ отводят по выходному трубопроводу, выступающему во внутреннее пространство циклона по типу погружной трубы. Подобный выполненный по типу погружной трубы выходной трубопровод позволяет уменьшить габаритную высоту установки и одновременно может служить для фиксации циклона. За реактором целесообразно установить охлаждающее устройство, охлаждая при этом отводимые из реактора твердые вещества за счет непосредственного контакта с кислородсодержащим газом и подавая нагретый при этом кислородсодержащий газ в реактор, где он используется для поддержания горения. Предлагаемый в изобретении реактор можно использовать для термической обработки самых разнообразных твердых веществ, в качестве примера которых в данном случае можно назвать гидроксид алюминия, превращаемый в оксид алюминия. Кроме того, термической обработке можно также подвергать, например,карбонаты, из которых термическим путем удаляют СO2 с получением соответствующих оксидов. Обычно при термической обработке следует обеспечить такие условия, чтобы время пребывания в реакторе по меньшей мере 50 мас.% поданных в него твердых веществ, нагреваемых до необходимой в каждом конкретном случае температуры, составляло по меньшей мере 5 с. С целью увеличить время пребывания твердых веществ в реакторе горячий отходящий газ целесообразно отводить из него по выходному трубопроводу, который по типу погружной трубы входит во внутреннее пространство реактора на длину Т, составляющую от 0,03 до 0,2 от общей горизонтальной длины реактора. Подобный выполненный по типу погружной трубы выходной трубопровод обеспечивает дополнительное завихрение газа, благодаря чему время его пребывания, а тем самым и время пребывания твердых веществ в реакторе увеличивается. Ниже конструкция предлагаемой в изобретении установки более подробно рассмотрена на примере возможных вариантов ее выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано на фиг. 1 - общий вид схематично изображенной установки, выполненной по одному из вариантов,на фиг. 2 - вертикальный продольный разрез схематично изображенного реактора,на фиг. 3 - сечение показанного на фиг. 2 реактора плоскостью III-III по фиг. 2 на его входном участке и 3 на фиг. 4 - сечение показанного на фиг. 2 реактора плоскостью IV-IV на его выходном участке. Основным компонентом показанной на фиг. 1 установки является реактор 1, который имеет примерно форму горизонтально расположенного цилиндра с горизонтальной осью симметрии и вихревого движения в нем потока. Обе ступени подогрева состоят из циклонов 2 и 3 с соответствующими восходящими трубопроводами 2 а и 3 а, в нижнюю часть каждого из которых подают твердые вещества. Подвергаемые обработке твердые вещества, например гидроксид алюминия, подают по трубопроводу 4 в восходящий трубопровод 2 а, по которому эти твердые вещества, увлекаемые горячим газом,движущимся по трубопроводу 5, пневматически перемещаются таким газом в циклон 2. Отходящий газ выходит из циклона 2 по трубопроводу 2b, который проходит внутри циклона сверху вниз и оканчивается в газоочистителе 6. Газоочиститель можно выполнить, например, в виде скруббера или электрофильтра; очищенный газ отводится по трубопроводу 7. На практике количество ступеней подогрева можно выбирать любым. Нагретые в циклоне 2 твердые вещества выходят из него по трубопроводу 8 и поступают в нижнюю часть восходящего трубопровода 3 а. Твердые вещества перемещаются горячим отходящим газом, отводимым из реактора 1 в трубопровод 9, в циклон 3, а подогретые твердые вещества поступают в реактор 1 по трубопроводу 10. Отходящий газ выходит из циклона 3 нисходящим потоком по трубопроводу 5 и поступает в первую ступень подогрева. При необходимости некоторую часть выходящих из циклона 2 твердых веществ можно направлять в обход горячей зоны установки по обозначенному прерывистой линией трубопроводу 8 а и примешивать к горячим твердым веществам в трубопроводе 11. По трубопроводу 12 в реактор 1 подают подогретый, кислородсодержащий газ (например воздух) и одновременно с этим по трубопроводу 13 подают топливо. Для поддержания количества образующейся в реакторе 1 золы на минимальном уровне обычно используют газообразное топливо, например природный газ. Обычно процесс горения топлива с кислородсодержащим газом начинается уже на входе в реактор 1 у газовпускного отверстия 1 а, после чего в реакторе 1 на входном участке образуется вихревой поток с горизонтальной осью завихрения. Более подробно этот процесс рассмотрен ниже со ссылкой на фиг. 2-4. Горячий твердый продукт выходит из реактора 1 через выпускное отверстие 1b и по трубопроводу 11 подается на охлаждение. Подобное охлаждение, как и подогрев, может быть одно- или многоступенчатым. В рассматриваемом варианте предусмотрены две ступени ох 004496 4 лаждения, образованные циклонами 15 и 16 с соответствующими восходящими трубопроводами 15 а и 16 а. Сравнительно холодный кислородсодержащий газ, подаваемый по трубопроводу 17 в нижнюю часть восходящего трубопровода 15 а, захватывает в этом месте твердый продукт, поступающий по трубопроводу 11, и перемещает этот продукт в циклон 15. Из циклона 15 газ выходит по трубопроводу 12, а частично охлажденные твердые вещества поступают по трубопроводу 18 в нижнюю часть восходящего трубопровода 16 а. По трубопроводу 19 в этот восходящий трубопровод 16 а подается сравнительно холодный кислородсодержащий газ, например окружающий воздух, которым твердые вещества пневматически перемещаются в циклон 16. Из циклона 16 газ выходит по трубопроводу 17, а охлажденные твердые вещества отводятся по трубопроводу 20. Очевидно,что количество ступеней охлаждения можно выбирать любым. На фиг. 2-4 более подробно показаны отдельные элементы конструкции реактора 1,имеющего газовпускное отверстие 1 а, впускное отверстие 1 с для твердых веществ, газовыпускное отверстие 9 а и выпускное отверстие 1b для твердых веществ. Подогретые твердые вещества подаются по трубопроводу 10 и через впускное отверстие 1 с поступают в реактор 1 примерно по центру на его входной участок, где эти твердые вещества захватываются газообразными продуктами сгорания, поступающими через газовпускное отверстие 1 а. Твердые вещества можно также полностью или частично подавать в реактор 1 из трубопровода 10 через газовпускное отверстие 1 а по обозначенному прерывистой линией трубопроводу 10 а. Целесообразно, чтобы время пребывания в реакторе по меньшей мере 50 мас.% подаваемых в него твердых веществ составляло по меньшей мере 5 с, предпочтительно по меньшей мере 7 с,что можно обеспечить прежде всего за счет соответствующего выбора длины L и диаметра Z реактора 1. Выходной трубопровод с газовыпускным отверстием 9 а предпочтительно выполнить в виде погружной трубы, входящей во внутреннее пространство реактора на длину Т. В результате создаются оптимальные условия движения потока, способствующие увеличению времени пребывания обрабатываемого материала в реакторе. Длина Т предпочтительно составляет от 0,03 до 0,2 от общей длины L реактора. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения величина закрутки, которая представляет собой отношение осевого импульса к импульсу вращения (моменту импульса) с учетом импульса твердых веществ, а также с учетом отношения температуры на входе к температуре на выходе, составляет более 1,5. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для термической обработки зернистых твердых веществ для проведения эндотермических реакций, в ходе которых от твердых веществ отделяют СО 2 и/или воду, содержащая реактор, выполненный с возможностью подачи в него топлива, кислородсодержащего газа и подогретых твердых веществ, отличающаяся тем, что реактор имеет форму, близкую к форме горизонтально расположенного цилиндра, и на его входном участке снабжен средствами для подачи в него топлива, твердых веществ и газов, а на его выходном участке, который в горизонтальном направлении расположен примерно напротив входного участка,снабжен средствами для отвода из него твердых веществ и горячего отходящего газа. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем,что перед реактором установлен по меньшей мере один циклон для подогрева. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что за реактором установлено по меньшей мере одно охлаждающее устройство, предназначенное для охлаждения отводимых из реактора твердых веществ за счет их непосредственного контакта с кислородсодержащим газом. 4. Установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что реактор имеет выходной трубопровод для отвода горячего отходящего газа, входящий во внутреннее пространство реактора на длину Т, составляющую от 0,03 до 0,2 от общей горизонтальной длины L реактора. 5. Установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что отверстие для подачи в реак 6 тор твердых веществ расположено в окружном направлении реактора с диаметрально противоположной стороны относительно отверстия для отвода из реактора твердых веществ. 6. Способ термической обработки зернистых твердых веществ для проведения эндотермических реакций, в ходе которых от твердых веществ отделяют СO2 и/или воду, при этом в реактор подают топливо, кислородсодержащий газ и подогретые твердые вещества, топливо подвергают сгоранию с образованием в реакторе газообразных продуктов сгорания с температурой в пределах от 600 до 1500 С, твердые вещества вводят в реакторе при вихревом характере движения в нем потока в контакт с газообразными продуктами сгорания, горячий отходящий газ из реактора используют для подогрева твердых веществ, твердые вещества отводят из реактора с температурой в пределах от 400 до 1200 С и кислородсодержащий газ подогревают горячими твердыми веществами, отличающийся тем, что топливо, твердые вещества и газы подают в реактор, который имеет форму, близкую к форме горизонтально расположенного цилиндра, на его входном участке, а твердые вещества и горячий отходящий газ отводят из реактора на его выходном участке, который в горизонтальном направлении расположен примерно напротив входного участка реактора. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что твердые вещества перед их подачей в реактор подогревают. 8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем,что отводимые из реактора твердые вещества охлаждают кислородсодержащим газом.