CN107099680A - 一种氧化锰矿流态化还原工艺系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化锰矿流态化还原系统，包括流态化还原炉、多级旋风分离器、旋风冷却器、旋风收尘器、还原尾气冷却器、布袋收尘器和二次冷却机。本发明还提供一种基于所述系统的还原工艺，该工艺适用于全锰含量35％‑55％的氧化锰矿的还原。使用本发明可提高工厂总体经济效益。

Description

一种氧化锰矿流态化还原工艺系统

技术领域

本发明属于锰矿粉的还原领域，具体涉及一种氧化锰矿流态化还原系统和还原方法。

背景技术

传统上采用碳酸锰矿为原料与稀硫酸反应制成硫酸锰溶液，经净化后电解成为金属锰或电解二氧化锰，或直接制成硫酸锰产品。经过多年来大规模开采，我国碳酸锰矿资源已难以满足锰工业的巨大需求，已开始使用低品位氧化锰矿资源作为补充。与此同时，从国外进口的锰矿数量越来越多，其中有很大比例的氧化锰矿。自然界的氧化锰矿主要以MnO2、Mn2O3及其水合物的形式存在。MnO2不与硫酸反应，Mn2O3与硫酸的反应能力较差。若要得到硫酸锰溶液，需要经过一个还原过程，将它们还原为氧化亚锰(MnO)，才能与硫酸反应。

氧化锰矿还原主要有竖炉、回转窑、和流态化还原炉几种还原工艺，目前国内都有应用。其中流态化还原炉工艺具有节能、产品质量均匀、和生产效率高等优点，受到学术界和产业界的重视。美国专利US4044094公开了一直氧化锰矿流态化还原工艺，由流态化干燥、流态化煅烧、流态化还原、流态化冷却等工序组成。锰矿原料首先进入流态化干燥器，脱除物理水；干燥后物料进入流态化煅烧器，脱除可热解组份；煅烧后物料再进入流态化还原炉，在合成气作用下进行还原；还原后物料进入流态化冷却器，在惰性气氛中流化并将热量传递给换热器中的冷却水，从而得到冷却。该工艺的不足之处包括：1)煅烧尾气和还原尾气直接排放，其中的显热和潜热未得到利用；2)系统没有涉及还原炉温度控制方法，对于高品位氧化锰矿，还原炉内温度容易超温；3)流化床设备较多，系统比较复杂。

中国发明专利CN102363837公开了一种粉状氧化锰矿流态化低温还原工艺，以煤气为还原剂，在500℃-600℃的流化床反应炉中还原氧化锰矿粉，还原尾气通过燃烧室燃烧产生热烟气，热烟气在旋风预热器中将热量交换给进入系统的氧化锰矿粉，矿粉将热量带入流化床还原炉，从而热烟气的热量得到利用。该工艺缺点是没有利用排出系统的还原矿的显热，也没有说明适合于什么品位的氧化锰矿。

中国发明专利CN104911334A公开了一种高品位二氧化锰矿流态化还原的系统和方法，该方法中，氧化锰矿粉喂入一级文丘里换热器，并与还原炉尾气相遇，经过热交换后物料进入流态化还原炉。流化床还原炉内设置换热器，用来吸收还原反应放出的过多热量、控制炉温；排出流态化还原炉的还原矿经过文丘里换热器和水冷式冷却器两级冷却后排出系统；排出流态化还原炉的尾气经过与物料热交换以及旋风除尘后进入废热锅炉产生蒸汽，之后还原尾气再送去进一步除尘。这个工艺存在以下不足：1)还原炉内设置换热器，不便于在还原炉内设置所需的其它内构件，结构复杂，也不便于换热器表面的清理；2)还原炉内流体中物料浓度较高，在换热器表面容易形成隔热层，不利于换热；3)还原尾气中残余煤气成分未说明如何利用。

发明内容

本发明的一个目的利用高品位氧化锰矿还原反应放热量高的特点，针对现有工艺方案存在的问题，提供一种新的氧化锰矿还原装置，以充分利用系统废热、降低能耗和生产成本，同时简化各设备的功能和结构，改善其运行条件，提高其工作效率。本发明的另外一个目的在于提供一种高品位氧化锰矿流态化还原方法。

本发明提供了一种氧化锰矿流态化还原系统，包括流态化还原炉、多级旋风分离器、多级旋风冷却器、旋风收尘器、还原尾气冷却器、布袋收尘器和二次冷却机，

所述多级旋风分离器中由旋风分离器串联而成，所述流态化还原炉的出气管和所述多级旋风分离器的最低一级旋风分离器的旋风筒的进气口连接；所述多级旋风分离器中的各级旋风分离器的出料管和与最高一级旋风冷却器的旋风筒的进气管连接；所述多级旋风分离器的最高一级旋风分离器的旋风筒的出气管和还原尾气冷却器的进气管相连接；所述的旋风收尘器的出气管与煤气冷却器的进气管连接，所述煤气冷却器的出气管与流态化还原炉的进气管连接；所述的还原尾气冷却器的出气管与布袋收尘器的进气管连接，所述的布袋收尘器的出气管与排风机的进气管连接；

所述的排风机的出气管与还原尾气燃气锅炉的进气管连接，所述的还原尾气燃气锅炉的尾气排入大气；

所述旋风冷却器的级数为一级或者两级以上；

所述旋风冷却器的级数为两级以上时，各级旋风冷却器之间通过串联连接，所述流态化还原炉的出料管与最高一级旋风冷却器的旋风筒的进气管连接，最高一级旋风冷却器的旋风筒的出气管与旋风收尘器的进气管连接，最低一级旋风冷却器的旋风筒的进气管和煤气鼓风机的出气管连接；

所述旋风冷却器的级数为一级时，所述流态化还原炉的出料管与旋风冷却器的旋风筒的进气管连接，旋风冷却器的旋风筒的出气管与旋风收尘器的进气管连接，旋风冷却器的旋风筒的进气管和煤气鼓风机的出气管连接。

作为上述系统一种更好的选择，所述系统还包括二次冷却机，与所述多级旋风冷却器的最低一级旋风冷却器的旋风筒的出料口连接。出还原炉的还原矿所携带的热量经过多级旋风冷却器和二次冷却机两级冷却。

作为上述系统一种更好的选择，所述二次冷却机为间接式换热设备。所述的间接式换热设备可以为流化床式冷却机、回转式冷却机和水冷螺旋。

本发明氧化锰矿流态化还原系统中的流态化还原炉内部不包括热交换装置。

作为上述系统一种更好的选择，煤气冷却器包括换热管，所述煤气冷却器通过换热管进行间接式换热。

作为上述系统一种更好的选择，还原尾气冷却器通过换热管进行间接换热；

在本发明的实施例内提供一种高品位氧化锰矿流态化还原系统，该系统由流态化还原炉、多级旋风分离器、还原尾气冷却器、布袋收尘器、排风机、还原尾气燃气锅炉、多级旋风冷却器、旋风收尘器、煤气冷却器、二次冷却机和煤气鼓风机，其按照以下方式连接：

所述的流态化还原炉的出气管与多级旋风分离器的最低一级旋风筒的进气管连接，所述的多级旋风分离器的最高一级旋风筒的出气管与还原尾气冷却器的进气管连接，所述的多级旋风分离器由1-3级旋风筒串联构成；

所述的还原尾气冷却器的出气管与布袋收尘器的进气管连接，所述的布袋收尘器的出气管与排风机的进气管连接；

所述的排风机的出气管与还原尾气燃气锅炉的进气管连接，所述的还原尾气燃气锅炉燃烧产生的烟气排入大气；

所述的流态化还原炉的出料管与多级旋风冷却器中的最高一级旋风筒的进气管连接，所述的多级旋风冷却器中的最高一级旋风筒的出气管与旋风收尘器的进气管连接，所述的多级旋风冷却器由1-4级旋风筒串联构成；

所述的旋风收尘器的出气管与煤气冷却器的进气管连接，所述的煤气冷却器的出气管与流态化还原炉的进气管连接；所述的多级旋风冷却器的最低一级旋风筒的进气管与煤气鼓风机的出气管连接。

本发明还提供了一种利用氧化锰矿流态化还原系统进行氧化锰矿流态化还原方法，包括以下步骤：

氧化锰矿粉直接进入流态化还原炉并被还原，还原后的氧化锰矿粉排出流态化还原炉，进入多级旋风冷却器的最高一级旋风筒的进气管，随后沿多级旋风冷却器逐级向下运动，由多级旋风冷却器的最低一级旋风筒排出；

煤气由煤气鼓风机送入多级旋风冷却器的最低一级旋风筒的进气管，沿多级旋风冷却器逐级向上运动，与还原氧化锰矿粉进行热交换，换热后的煤气由多级旋风冷却器的最高一级旋风筒排出，进入旋风收尘器，之后再进入煤气冷却器进行降温，降温后的煤气进入流态化还原炉，与氧化锰矿粉发生还原反应，还原后的尾气进入多级旋风分离器的最低一级旋风筒的进气管，随后沿多级旋风分离器逐级向上运动，由多级旋风分离器的最高一级旋风筒排出，进入还原尾气冷却器。

作为上述方法一种更好的选择，经多级旋风分离器的最高一级旋风筒排出的尾气进入还原尾气冷却器，冷却后的还原尾气进入布袋收尘器，经过收尘净化的还原尾气经排风机排入还原尾气燃气锅炉进行燃烧，燃烧后产生的烟气排入大气。

作为上述方法一种更好的选择，煤气冷却器通过换热管进行间接换热，换热管一侧为空气或冷却水、另一侧为高温煤气。

作为上述方法一种更好的选择，还原锰矿经二次冷却机二次降温，降温时采用冷却水作为冷却介质。

作为上述方法一种更好的选择，氧化锰矿原料入炉时以常温状态加入。

作为上述方法一种更好的选择，氧化锰矿原料中全锰含量为35％-55％。

作为上述方法一种更好的选择，流态化还原炉的温度为550℃-850℃，还原时间为10-40分钟。

本发明的实施例内还提供了一种基于上述高品位氧化锰矿流态化还原系统的还原工艺，其包括：

高品位氧化锰矿粉直接喂入流态化还原炉，还原后的氧化锰矿粉排出流态化还原炉，进入多级旋风冷却器的最高一级旋风筒的进气管，随后沿多级旋风冷却器逐级向下运动，由多级旋风冷却器的最低一级旋风筒排出，再进入二次冷却机进行二次冷却，冷却后变为还原矿成品；新煤气由煤气鼓风机送入多级旋风冷却器的最低一级旋风筒的进气管，沿多级旋风冷却器逐级向上运动，与还原氧化锰矿粉进行热交换，换热后的煤气由多级旋风冷却器的最高一级旋风筒排出，进入旋风收尘器，净化后的煤气进入煤气冷却器，降温后的煤气进入流态化还原炉，与高品位氧化锰矿粉发生还原反应，还原后的尾气进入多级旋风分离器的最低一级旋风筒的进气管，随后沿多级旋风分离器逐级向上运动，由多级旋风分离器的最高一级旋风筒排出，再进入还原尾气冷却器，冷却后的还原尾气进入布袋收尘器，经过收尘净化的还原尾气经排风机排入还原尾气燃气锅炉进行燃烧，燃烧后产生的烟气排入大气。

本发明通过将还原尾气燃气锅炉将燃烧产生的热量用于产生水蒸气、再驱动汽轮机发电，从而使还原尾气中的剩余煤气得到利用。

本发明中，出还原炉的还原矿所携带的大部分热量在多级旋风冷却器中被交换给煤气，少部分热量在二次冷却机中交换给冷却水；煤气冷却器通过换热管进行间接换热，换热管一侧为空气或冷却水、另一侧为高温煤气，其可以实现高温煤气的降温和热量回收。

本发明中还原尾气冷却器所使用的冷却介质可以是空气或冷却水，选择空气做冷却介质时热空气可用于烘干物料，选择水做冷却介质时产生的水蒸气可用于发电，还原尾气冷却器的作用是回收还原尾气的显热。

本发明由于炉内没有热交换装置，炉内结构简单，便于炉内维修或设置其它必要的内构件，也消除了炉内热交换装置可能导致泄漏事故的隐患。同时，利用原料直接入炉的简单方式解决了还原炉的超温问题。此外还原尾气所含的显热及煤气成分通过锅炉发电的方式得到回收利用，系统能量利用率较高，节能环保。

附图说明

图1是高品位氧化锰矿流态化还原工艺流程图，

附图标识：

1为流态化还原炉；2和2-1为多级旋风分离器中的最低一级和最高一级旋风分离器；3为还原尾气冷却器；4为布袋收尘器；5为排风机；6为还原尾气燃气锅炉；7为鼓风机；8、8-1和8-2分别为多级旋风冷却器的最低一级、中间一级和最高一级旋风冷却器；9为旋风收尘器；10为煤气冷却器；11为二次冷却机。

具体实施方式

如下为本发明的实施例，其仅用作对本发明的解释而并非限制。

如图1所示，一种氧化锰矿流态化还原系统，包括流态化还原炉1、多级旋风分离器(包括最低一级旋风分离器2和最高一级旋风分离器2-1)、多级旋风冷却器(包括多级旋风冷却器的最低一级8、中间一级8-1和最高一级旋风冷却器8-2)、旋风收尘器9和二次冷却机11，所述流态化还原炉1的出气管和所述多级旋风分离器的最低一级旋风分离器2的旋风筒的进气口连接，所述多级旋风分离器中由旋风分离器器串联而成；所述多级旋风分离器中的各级旋风分离器的出料管和与最高一级旋风冷却器8-2的旋风筒的进气管连接；

所述流态化还原炉1的出料管与所述多级旋风冷却器中的最高一级旋风冷却器8-2的旋风筒的进气管连接，所述多级旋风冷却器中的最高一级旋风冷却器8-2的旋风筒的出气管与旋风收尘器9的进气管连接，所述的多级旋风冷却器由1-4级旋风筒串联构成，所述多级旋风冷却器的最低一级旋风冷却器的旋风筒的进气管和煤气鼓风机的出气管连接；

所述的旋风收尘器的出气管与煤气冷却器的进气管连接，所述的煤气冷却器的出气管与流态化还原炉的进气管连接。

高品位锰矿粉以常温状态进入流态化还原炉1，与煤气相遇发生还原反应，还原后的锰矿粉排出流态化还原炉1进入多级旋风冷却器8、与冷煤气进行逆流换热，经过初步冷却的还原锰矿粉再进入二次冷却机11进一步冷却，温度降低到80℃以下。

煤气由鼓风机7供入系统，先在多级旋风冷却器8中与还原锰矿粉进行热量交换，加热后的煤气经过旋风收尘器9，进入煤气冷却器10冷却到200℃左右，再进入流态化还原炉1，反应后的还原尾气经过多级旋风分离器2除去所夹带的大部分粉尘，之后进入还原尾气冷却器3降温，再进入布袋收尘器4，净化后的还原尾气经过排风机5进入还原尾气燃气锅炉6，尾气中剩余煤气成分燃烧后用于产生水蒸气，水蒸气用于驱动汽轮机发电。

如下为本发明的具体实施例。

实施例一

一种高品位氧化锰矿流态化还原的系统及工艺，采用全锰品位在35％-36％的氧化锰矿原料，经过磨粉细度达到100目筛余小于20％，喂入流态化还原炉，在560℃-620℃温度下停留30-40分钟，反应后物料排出、进入3级旋风冷却器，温度降低至250℃后进入二级冷却机，进一步冷却到60℃后变为还原锰矿成品。发生炉煤气由罗茨风机供入多级旋风冷却器，与高温还原锰矿粉进行逆流换热，升温后的煤气经过旋风收尘器收尘，再进入煤气冷却器并被冷却到200℃左右，然后进入流态化还原炉，反应后的还原尾气经过2级旋风分离器除尘，进入还原尾气冷却器冷却到200℃，然后进入布袋收尘器，收尘后的还原尾气在排风机作用下进入还原尾气燃气锅炉燃烧，放出的热量将冷却水转化为水蒸气，水蒸气用于驱动汽轮机发电。

实施例二

一种高品位氧化锰矿流态化还原的系统及工艺，采用全锰品位在40％-42％的氧化锰矿原料，经过磨粉细度达到100目筛余小于20％，喂入流态化还原炉，在600℃-650℃温度下停留20-30分钟，反应后物料排出、进入3级旋风冷却器，温度降低至250℃后进入二级冷却机，进一步冷却到60℃后变为还原锰矿成品。发生炉煤气由罗茨风机供入多级旋风冷却器，与高温还原锰矿粉进行逆流换热，升温后的煤气经过旋风收尘器收尘，再进入煤气冷却器并被冷却到200℃左右，然后进入流态化还原炉，反应后的还原尾气经过2级旋风分离器除尘，进入还原尾气冷却器冷却到200℃，然后进入布袋收尘器，收尘后的还原尾气在排风机作用下进入还原尾气燃气锅炉燃烧，放出的热量将冷却水转化为水蒸气，水蒸气用于驱动汽轮机发电。

实施例三

一种高品位氧化锰矿流态化还原的系统及工艺，采用全锰品位在46％-47％的氧化锰矿原料，经过磨粉细度达到100目筛余小于15％，喂入流态化还原炉，在700℃-750℃温度下停留15-25分钟，反应后物料排出、进入4级旋风冷却器，温度降低至400℃后进入二级冷却机，进一步冷却到70℃后变为还原锰矿成品。矿热炉煤气由罗茨风机供入3级旋风冷却器，与高温还原锰矿粉进行逆流换热，升温后的煤气经过旋风收尘器收尘，再进入煤气冷却器并被冷却到200℃左右，然后进入流态化还原炉，反应后的还原尾气经过2级旋风分离器除尘，进入还原尾气冷却器冷却到200℃，然后进入布袋收尘器，收尘后的还原尾气在排风机作用下进入还原尾气燃气锅炉燃烧，放出的热量将冷却水转化为水蒸气，水蒸气用于驱动汽轮机发电。

实施例四

一种高品位氧化锰矿流态化还原的系统及工艺，采用全锰品位在53％-54％的氧化锰矿原料，经过磨粉细度达到100目筛余小于10％，喂入流态化还原炉，在760℃-820℃温度下停留10-20分钟，反应后物料排出、进入4级旋风冷却器，温度降低至350℃后进入二级冷却机，进一步冷却到80℃后变为还原锰矿成品。发生炉煤气由罗茨风机供入4级旋风冷却器，与高温还原锰矿粉进行逆流换热，升温后的煤气经过旋风收尘器收尘，再进入煤气冷却器并被冷却到200℃左右，然后进入流态化还原炉，反应后的还原尾气经过2级旋风分离器除尘，进入还原尾气冷却器冷却到200℃，然后进入布袋收尘器，收尘后的还原尾气在排风机作用下进入还原尾气锅炉燃烧，放出的热量将冷却水转化为水蒸气，水蒸气用于驱动汽轮机发电。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种氧化锰矿流态化还原系统，包括流态化还原炉、多级旋风分离器、煤气冷却器、布袋收尘器、还原尾气燃气锅炉、旋风冷却器、旋风收尘器、还原尾气冷却器和二次冷却机，其特征在于：

所述多级旋风分离器中由旋风分离器串联而成，所述流态化还原炉的出气管和所述多级旋风分离器的最低一级旋风分离器的旋风筒的进气口连接；所述多级旋风分离器中的各级旋风分离器的出料管和与最高一级旋风冷却器的旋风筒的进气管连接；所述多级旋风分离器的最高一级旋风分离器的旋风筒的出气管和还原尾气冷却器的进气管相连接；所述的旋风收尘器的出气管与煤气冷却器的进气管连接，所述煤气冷却器的出气管与流态化还原炉的进气管连接；所述的还原尾气冷却器的出气管与布袋收尘器的进气管连接，所述的布袋收尘器的出气管与排风机的进气管连接；

所述的排风机的出气管与还原尾气燃气锅炉的进气管连接，所述的还原尾气燃气锅炉的尾气排入大气；

所述旋风冷却器的级数为一级或者两级以上；

所述旋风冷却器的级数为两级以上时，各级旋风冷却器之间通过串联连接，所述流态化还原炉的出料管与最高一级旋风冷却器的旋风筒的进气管连接，最高一级旋风冷却器的旋风筒的出气管与旋风收尘器的进气管连接，最低一级旋风冷却器的旋风筒的进气管和煤气鼓风机的出气管连接；

所述旋风冷却器的级数为一级时，所述流态化还原炉的出料管与旋风冷却器的旋风筒的进气管连接，旋风冷却器的旋风筒的出气管与旋风收尘器的进气管连接，旋风冷却器的旋风筒的进气管和煤气鼓风机的出气管连接。

2.根据权利要求1所述的高品位氧化锰矿流态化还原系统，其特征在于：所述系统还包括二次冷却机，它与所述多级旋风冷却器的最低一级旋风冷却器的旋风筒的出料口连接。

3.根据权利要求2所述的氧化锰矿流态化还原系统，其特征在于：所述二次冷却机为间接式换热设备。

4.根据权利要求1所述的高品位氧化锰矿流态化还原系统，其特征在于：所述流态化还原炉内部不包括热交换装置。

5.一种利用权利要求1-4任一所述的氧化锰矿流态化还原系统进行氧化锰矿流态化还原方法，包括以下步骤：

氧化锰矿粉直接进入流态化还原炉并被还原，还原后的氧化锰矿粉排出流态化还原炉，进入多级旋风冷却器的最高一级旋风筒的进气管，随后沿多级旋风冷却器逐级向下运动，由多级旋风冷却器的最低一级旋风筒排出；

煤气由煤气鼓风机送入多级旋风冷却器的最低一级旋风筒的进气管，沿多级旋风冷却器逐级向上运动，与还原氧化锰矿粉进行热交换，换热后的煤气由多级旋风冷却器的最高一级旋风筒或旋风冷却器的旋风筒排出，进入旋风收尘器，之后进入煤气冷却器进行降温，降温后的煤气进入流态化还原炉，与氧化锰矿粉发生还原反应，还原后的尾气进入多级旋风分离器的最低一级旋风筒的进气管，随后沿多级旋风分离器逐级向上运动，由多级旋风分离器的最高一级旋风筒排出，进入还原尾气冷却器。

6.根据权利要求5所述的还原方法，其特征在于：经多级旋风分离器的最高一级旋风筒或旋风分离器的旋风筒排出的尾气进入还原尾气冷却器，冷却后的还原尾气进入布袋收尘器，经过收尘净化的还原尾气经排风机排入还原尾气燃气锅炉进行燃烧，燃烧后产生的烟气排入大气。

7.根据权利要求5所述的还原方法，其特征在于：煤气冷却器通过换热管进行间接换热，换热管一侧为空气或冷却水、另一侧为高温煤气。

8.根据权利要求5所述的还原方法，其特征在于：还原锰矿经二次冷却机二次降温，降温时采用冷却水作为冷却介质。

9.根据权利要求5所述的还原方法，其特征在于：氧化锰矿原料入炉时以常温状态加入。

10.根据权利要求5所述的还原方法，其特征在于：氧化锰矿原料中全锰含量为35％-55％。

11.根据权利要求5所述的还原方法，其特征在于：流态化还原炉的温度为550℃-850℃，还原时间为10-40分钟。