CN1072213A - 处理含钒残留物的方法 - Google Patents

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Abstract

待处理的物质是一种含钒的残留物，它在无水状 态下至少含有5％(重量比)的碳。这种残留物在以 下条件下的炉中进行热处理：a)炉中温度在400～ 700℃之间，残留物所处区域的氧气分压不低于 10-4bar，或/和b)炉中温度在500～1300℃之间，残 留物所处区域的氧气分压不高于10-2bar。热处理结 束后，炉中的固体混合物至少含有5％(重量比)的钒 的氧化物，热处理设备可采用多床炉或回转炉、或静 止式流化床反应堆、或循环式流化床反应堆。

Description

本发明涉及一种含钒残留物的处理方法，这种残留物在无水时至少含有5%（重量比）的碳。
处理含钒残留物涉及到精炼厂对残留物的处理，特别是石油焦碳和沥青含量较高的残留物。其它的一些例子如碳氢化合物非完全氧化形成的碳黑以及对部分氧化形成的粗煤气进行粗洗而形成的碳黑水等。
在DE-A-4003242中已介绍了碳黑水的实际应用，即将碳黑水和泥浆混合，除去混合物的水分后再进行燃烧，这样形成一含钒残留物放在贮存场中。
本发明的目的是，获得一种含钒量较高的固体混合物，这对冶金精加工是很重要的，采用前面所述的方法以及本发明就可获取所需的物质，即将残留物放在炉中，炉内的环境如下：
a）炉中温度为400～700℃，残留物所处的区域内的氧气分压最低为10-4bar;或/和
b）炉中温度为500～1300℃，残留物所处的区域内的氧气分压最高为10-2bar。
在这样的条件下进行热处理后，从炉中取出的固体混合物至少含有5%（重量比）的钒的氧化物采用这样的处理条件避免了起不良作用的V2O5的产生，因为它在高于700℃时易受热结块并附着在炉上。
已经证明，在500～1300℃的范围内，氧气分压不超过10-2bar的条件下，可以抑制V2O5的生成，基本上只生成VO2，VO2在此温度范围内不会熔化。这样就需测定残留物所处区域，即物料床的氧气分压，在此区域之外，即物料床之外，可以尽可能地提高氧气分压。在500～700℃的范围内可以采用条件a）或b）进行处理，但每次都要通过试验确定合适的方法。也可以根据残留物中碳进行反应所需的温度以及残余碳在所生成的固体混合物中所占的含量来确定处理的温度或温度范围。
采用这种方法，可以进一步除去多种含钒残留物中的可燃成分，建立起一个无故障的、价格合理的工作炉。此外，将炉中排出的固体混合物或至少一部分混合物送回炉中会更合理一些。
被处理的残留物，尤其是固体残留物，通常在干燥状态下至少含有20%（重量比）的可燃成分，其中5%（重量比）是碳。这样本发明的热处理就可以采用较简单的方法。这种方法通常不需要再用燃料加热，在某些场合，即使用燃料，量也是很小的。
热处理可以在各种炉中进行，值得推荐的是多床炉或回转炉，也可以是静止的或循环式流化床的流化床反应堆。多床炉、回转炉和流化床反应堆已很普及，其详细说明见Ullmann的化学技术大全，第4版，第3册，第408～460页。
另外还建议在处理残留物之前或处理过程中至少加入一种钠、钙、铁的氧化物、氧化物或碳酸盐，加入这些添加剂可以使炉中生产出的固体混合物更容易进行冶金深加工，例如钒铁合金就是由电熔炼炉进一步加工的炼钢生产中所必需的原料，添加剂还可以使炉中的热处理更容易进行，且能得到最好的结果，另外热处理前将添加剂加入残留物中可以形成热集聚的粒状产物，也可不加添加剂而通过造珠或压块形成粒状产物。
当残留物存在于水中时，必须通过例如过滤或离心分离作用使其分离出来，在热处理前先进行前期干燥，前期干燥时温度最好不超过400℃，否则过高的温度将引起干扰性的灰尘出现。当残留物在多床炉中进行热处理时，先在多床炉的上部即入口部进行含水残留物的干燥，另一种方法是采用两个不同型式的炉工作，例如，在多床炉中进行前期干燥，紧接着在流化床反应堆中进行热处理。
下面参照图例对本方法可能的结构形式进行说明：
图1：第一种方式，采用了多床炉。
图2：第二种方式，采用了循环式流化床。
图1所示的方法是针对含碳黑的废水，也称为碳黑水的。这种碳黑水是碳氢化合物，如重油残渣不完全氧化形成的，还有人造的粗煤气的主要成分是氢、一氧化碳和碳黑，通过水以后碳黑和粗煤气被分离，含钒的碳黑和水被输送出去。
碳黑水经管道（1）通过过滤器（2），在此适当加一些过滤助剂，如FeCl3，Ca（OH）2，Al2（SO4）3或聚合物电解质。从管道（3）中得到的滤渣进入多床炉（7），过滤后的水分通过管道（4）排出。
多床炉由多层上下拓列的底板（8）组成，底板（8）允许固体物质通过，垂直的空心轴（9）上装有空心搅拌件（10），空心思（9）旋转时空心搅拌件（10）在底板（8）上旋转，将固体挤向底板上的通孔含氧气体，如空气，通过管道（12）首先进入空心轴（9），还可以作为燃气进入空心搅拌件10，从而到达所希望的炉床上。如果还需要空气，根据要求还可单独从外部输送至所要求的炉床上，图中所示的气体是通过（13）、（14）进入的。
从管道（3）出来的仍含水的固体残留物首先在多床炉（7）的上部进行干燥，然后随着下面逐层炉床的温度逐渐升高，通过燃烧和制取煤气的反应进一步消耗了残留物中的碳含量，最后含钒的灰渣从炉（7）的下端的沟槽15排出，在流态床冷却器（16）中被管道（23）送入的流化气体冷却，废气由管道（24）排出，也可以送回水选器（19），冷却后的含钒的氧化物固体混合物在管道（25）中待用。
还需考虑的是，在多床炉中，温度在400～700℃范围内氧气分压不低于10-4bar的工作状态以及在500～1300℃氧气分压不高于10-2bar的工作状态，所以总要测量固体物质所处炉床的氧气分压。
含有固体物质的废气由管道（18）排出并送至水选器（19），如文氏洗选设备，洗选水由管道（20）供应，含有固体物质的洗选水通过管道（5）进入过滤器（2），废气则通过管道（21）从洗选设备中排出，然后送至例如一个后燃烧装置（图中未加表示），尤其是废气中含有CO时，更应如此。
多床炉所需的控制设备还包括温度测量设备以及点火装置等，它们都是常用设备，在此为简明起见就省略了，废气的一部分可以送回多床炉中，如图中虚线所示的那样。
如图2所示，含钒的残留物，如石油焦碳，由管道（31）进入流化床反应堆（30）。它有一个粒状氧化铁流化床。空气通过管道（32）、（33）、（34）进入反应堆（30）。气体-固体混合物流过管道（35）进入旋风分离器（36），固体被分离出来后，一部分通过管道（37），（38）返回反应堆，其它的固体沿管道（39）进入磁选机（40），在此与氧化铁分离后，通过管道（41）再进入反应堆（30）。最后产物，即含钒的氧化物的固体混合物积存在管道（42）中。
为了处理旋风分离器经管道（43）排出的废气还安装了一个过滤器（44），如多孔的陶瓷元件。分离出的固体通过管道（45）进入磁选机（40），然后废气进入后燃烧室（46）进行燃烧，通过废热锅炉后被冷却，再经脱硫后沿烟囱排入大气。
实施例
实施例1和2所采用的多床炉有7层，内径为1.1m，炉总面积5.8m2，其原理见图1。空心轴由空气冷却。多床炉的第2、46层（从上往下数）由安装的天然气燃烧装置进行加热实施例3采用了循环式流化床，见图2。
下表给出了每个实施例中作为反应产物的固体混合物的成分（重量百分比）：
实施例1    实施例2    实施例3
V2O575.6 - -
VO2- 44.3 70.8
NiO    7.6    4.6    2.2
C(总量)    0.1    0.6    1.2
S(总量)    0.2    0.8    0.1
CaO    1.2    0.8    0.9
MgO    0.7    0.5    0.6
Al2O30.8 0.6 0.7
K2O 1.0 0.7 1.1
No2O 0.5 0.3 0.4
Fe2O35.6 - -
Fe3O4- 41.6 14.8
SiO26.7 5.2 7.2
实施例1
洗涤含碳合成气后形成的含水碳黑浆（碳黑水），含有1%（重量比）的碳黑，通过过滤器后，所得的滤渣成分如下：
水    80.6%    (重量比)    钒    1.6%    (重量比)
碳黑    14.5%    (重量比)    镍    0.4%    (重量比)
其它    2.9%    (重量比)
给空炉加热至炉心温度达到600℃，然后以30千克/小时的进料速度送入滤渣，点火装置一直工作至固体物料的温度达到550℃，能够进行自燃为止，在滤渣自燃过程中，每小时供给炉床45Nm3的空气，并从第7层炉床上方排出。在此过程中温度一直保持在550～570℃之间。同时通过传感器监测炉床上物料的氧气分压。管道（18）中的废气的氧气含量为5%（体积比）。部分废气又被输送回炉床。为了除尘使用了水洗设备。
实施例2
本例中多床炉处理的是300kg的滤渣（参照实施例1）与15kg的粒状铁矿石形成的混合物，炉心温度加热至750℃后，以35千克/小时的进料速度将混合物送入炉中，点火装置使燃烧按化学配比一直进行到低于化学配比，直至固体物料达到800℃为止，每小时给炉床输送38Nm3的空气。废气中的CO含量在1.1～1.5%（体积比）之间，它是衡量炉内是否缺氧的标志。最后一个点火装置关闭后，炉内温度将保持在700～720℃之间。
实施例3
如图2所示，本实施例采用了流化床反应堆（30），其内径为0.2m，高6m，没有废气锅炉（47）和脱硫装置（48）也可以正常工作。
蜗轮蜗杆进料装置以每小时15kg的速度将石油焦碳送入反应堆的下部区域，石油焦碳中灰渣含量为57%（重量比），在反应堆的下部、中部和上部都输送有对石油焦碳进行流化并部分燃烧的空气，惰性物料氧化铁颗粒已在反应前放置在炉中，静止状态下流化床中氧气分压在10-4至10-6bar之间，温度为850℃，旋风分离器（36）分离出的固体的一部分进入磁选机（40），在此与氧化铁分离，氧化铁从新被装入反应堆中。分离出来的固体混合物的成分见上表。

Claims (7)

1、一种处理含钒残留物的方法，这种残留物在无水时至少含有5%(重量比)的碳，这种方法的特征是：将残留物放在炉中进行热处理，炉内的环境如下：
a)温度在400～700℃之间，残留物所处区域的氧气分压不低于10-4bar；或/和
b)温度在500～1300℃之间，残留物所处区域的氧气分压不高于10-2bar；
热处理结束后，从炉中取出的固体混合物至少含有5%(重量比)的钒的氧化物。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少将炉中产物-固体混合物的一部分再送回炉中进行处理。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在热处理残留物之前或处理过程中至少加入一种钠、钙、铁的氧化物、氯化物或碳酸盐。
4、如权利要求1或以下权利要求所述的方法，其特征在于，在对残留物进行热处理之前，先将其制成球状或块状。
5、如权利要求1或以下权利要求之一所述的方法，其特征在于，在对残留物进行热处理前先进行前期干燥。
6、如权利要求1至5中任一要求所述的方法，其特征在于，用于热处理的设备炉为多床炉、或回转炉、或静止式的流体床反应堆或循环式的流化床反应堆。
7、如权利要求1至6中之一所述的方法，其特征在于，含钒的碳黑水先进入过滤器处理，其滤渣作为固体残留物被送入炉中进行处理，碳黑水是碳氢化合物部分氧化产生的粗煤气冷却后形成的。
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