CN112251599B - 一种氧化锰矿流态化还原装置及方法 - Google Patents

一种氧化锰矿流态化还原装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112251599B
CN112251599B CN202011112191.2A CN202011112191A CN112251599B CN 112251599 B CN112251599 B CN 112251599B CN 202011112191 A CN202011112191 A CN 202011112191A CN 112251599 B CN112251599 B CN 112251599B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
reduction
unit
fluidization
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011112191.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112251599A (zh
Inventor
谢朝晖
朱庆山
邵国强
邹正
孙昊延
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongke Nanjing Green Manufacturing Industry Innovation Research Institute
Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Zhongke Nanjing Green Manufacturing Industry Innovation Research Institute
Institute of Process Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongke Nanjing Green Manufacturing Industry Innovation Research Institute, Institute of Process Engineering of CAS filed Critical Zhongke Nanjing Green Manufacturing Industry Innovation Research Institute
Priority to CN202011112191.2A priority Critical patent/CN112251599B/zh
Publication of CN112251599A publication Critical patent/CN112251599A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112251599B publication Critical patent/CN112251599B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/02—Roasting processes
    • C22B1/10—Roasting processes in fluidised form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/26—Cooling of roasted, sintered, or agglomerated ores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B47/00—Obtaining manganese

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明提供了一种氧化锰矿流态化还原装置及方法，所述装置包括还原焙烧单元、燃烧单元和流态化冷却单元；所述流态化冷却单元包括间接式流态化冷却器；所述间接式流态化冷却器内设有热管；所述还原焙烧单元的固体出口与间接式流态化冷却器的热源入口相连，所述间接式流态化冷却器上设有流化气入口和流化气出口，所述还原焙烧单元的气体出口与燃烧单元的入口相连。本发明通过间接式流态化冷却器的设置，提高了该装置的冷却能力以及冷却效率，简化了工艺流程，节省了设备成本，同时充分利用了系统的余热，余热利用率均达到88％以上，具有较好的工业应用前景。

Description

一种氧化锰矿流态化还原装置及方法
技术领域
本发明属于化工冶金技术领域，具体涉及一种氧化锰矿流态化还原装置及方法。
背景技术
硫酸锰是电解金属锰的原料。锰盐还是农业上重要微量元素肥料之一，可促进作物生长，增加产量。传统方法采用碳酸锰矿与酸反应制得锰盐，但目前我国的碳酸锰矿资源供不应求，已开始使用氧化锰矿制备得到锰盐。自然界中氧化锰矿主要以MnO2、Mn2O3及其水合物的形式存在，它们与酸的反应能力较差，导致锰盐难以获得。因此，想要获得锰盐，需要先将MnO2、Mn2O3及其水合物还原为氧化亚锰，再与酸反应制得锰盐。
氧化锰矿还原的方法主要有反射炉还原法、回转窑还原法、竖炉还原法和流态化还原法等，其中流态化还原法因具有节能、产品质量均匀和生产效率高等优点，被认为是最高效的氧化锰矿还原方法。
CN 102363837A公开了一种粉状氧化锰矿流态化低温还原装置及还原方法，所述装置包括自上而下连接的进料单元、预热单元、还原焙烧单元以及冷却单元；还原焙烧单元连接有燃烧室；燃烧室连接于预热单元下方。所述还原方法将还原过程产生的尾气进入燃烧室中，与补充煤气、空气燃烧形成烟气；烟气与粉状氧化锰矿逆流换热。该方法没有利用排出系统的还原矿的显热，只适合于较低品位的氧化锰矿原料。
CN 104911334A公开了一种高品位二氧化锰矿流态化还原的系统及方法，该装置主要由料仓、螺旋加料器、进料阀、流化床反应器、流化床反应器换热管、出料阀、文丘里煤气预热器、预热煤气旋风分离器、煤气旋风预热器、还原矿冷却器、文丘里粉体预热器、一级旋风分离器、二级旋风分离器、三级旋风分离器和废热锅炉按照既定组合形成；该方法适用于全锰品位35～45％的高品位二氧化锰矿，还原温度为600～700℃，还原反应时间为20～35分钟。该方法的不足之处在于：1)还原炉内设置换热器，使得流化床还原炉结构复杂；2)还原炉内物料浓度较高，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。
综上所述，如何提供一种新的高品位氧化锰矿流态化还原装置及方法，充分利用余热的同时降低成本，简化设备流程，成为当前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种氧化锰矿流态化还原装置及方法，所述装置简化了工艺流程，通过对固体产物进行流态化冷却，使固体产物达到温度要求的同时充分利用系统余热，降低能耗与成本，具有较好的工业应用前景。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种氧化锰矿流态化还原装置，所述装置包括还原焙烧单元、燃烧单元和流态化冷却单元；所述流态化冷却单元包括间接式流态化冷却器；所述间接式流态化冷却器内设有热管；
所述还原焙烧单元的固体出口与间接式流态化冷却器的热源入口相连，所述间接式流态化冷却器上设有流化气入口和流化气出口，所述还原焙烧单元的气体出口与燃烧单元的入口相连。
本发明中，所述氧化锰矿流态化还原装置通过还原焙烧单元将氧化锰矿进行流态化还原，通过燃烧单元将还原后的气体产物充分燃烧，再通过流态化冷却单元，将还原后的固体产物冷却，得到所需产物；其中，间接式流态化冷却器的设置，提高了该装置的冷却能力以及冷却效率，简化了工艺流程，节省了设备成本，同时充分利用了系统的余热，降低能耗，具有较好的工业应用前景。
本发明中，热管作为换热元件将间接式流态化冷却器内物料的热量传递给冷源。热管是靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，并充入适当的工质，工质沸点低，容易挥发；管壁有吸液芯；热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细管力和重力的作用下，液体回流到蒸发段；本发明所述热管通过上述流程，不断地循环传热，传热效率高。
本发明中，间接式流态化冷却器包括热源区和冷源区，两个区域间采用隔热板分隔开，所述热管的蒸发端置于热源区内，冷凝端置于冷源区内。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述还原焙烧单元包括流态化还原炉。
优选地，所述还原焙烧单元和燃烧单元之间设置第一气固分离器，所述还原焙烧单元的气体出口与第一气固分离器的入口相连，所述第一气固分离器的气体出口与燃烧单元的入口相连。
优选地，所述第一气固分离器的固体出口连接至还原焙烧单元的入口。
优选地，所述第一气固分离器包括旋风分离器。
优选地，所述燃烧单元包括燃烧室。
本发明中，流态化还原炉内不设置任何换热设备，简化了其结构。
本发明中，气固分离器的设置可将还原焙烧后气体中夹带的固体物质返回到还原焙烧单元，提高原料还原的转化率。
作为本发明优选的技术方案，所述间接式流态化冷却器的流化气入口连接有第一风机。
优选地，所述间接式流态化冷却器的流化气出口依次连接第二气固分离器和流化气冷却器，所述间接式流态化冷却器的流化气出口与第二气固分离器的入口相连，所述第二气固分离器的气体出口与流化气冷却器的热源入口相连。
优选地，所述第二气固分离器的固体出口与间接式流态化冷却器相连。
优选地，所述第二气固分离器包括旋风分离器。
优选地，所述间接式流态化冷却器的冷源入口连接有第二风机。
优选地，所述间接式流态化冷却器的冷源出口与燃烧单元的入口相连。
优选地，所述流化气冷却器的热源出口连接至还原焙烧单元的入口。
本发明中，间接式流态化冷却器的设置提高了该装置的冷却能力及冷却效率。间接式流态化冷却器中的流化气与固体产物进行直接换热，冷源介质通过热管与固体产物进行间接换热。该装置仅通过间接式流态化冷却器的设置即可达到固体产物的降温要求，简化了工艺流程，降低了设备成本；同时冷源介质经换热后进入燃烧室，作为助燃气体，提高了热量的利用率，降低了能耗。
本发明中，气固分离器的设置可减少氧化亚锰产品的损失；流化气冷却器的设置可控制流化态还原炉内的温度，避免炉内温度过高。
作为本发明优选的技术方案，所述燃烧单元的出口依次连接有烟气冷却单元和除尘单元。
优选地，所述烟气冷却单元包括烟气冷却器。
优选地，所述除尘单元包括布袋收尘器。
优选地，所述除尘单元的气体出口还依次连接有排风机和烟囱。
优选地，所述除尘单元的固体出口连接至还原焙烧单元的入口。
作为本发明优选的技术方案，所述燃烧单元和烟气冷却单元之间还设有原料预热单元。
优选地，所述原料预热单元包括原料预热器和第三气固分离器，所述燃烧单元的出口与原料预热器的入口相连，所述原料预热器的上部出口与第三气固分离器的入口相连，所述第三气固分离器的气体出口与烟气冷却单元的入口相连，所述原料预热器的下部出口、所述第三气固分离器的固体出口均与还原焙烧单元的原料入口相连。
优选地，所述燃烧单元的出口与原料预热器的入口之间的管路上连接有原料进料管。
优选地，所述第三气固分离器包括旋风收尘器。
本发明中，该装置可省略原料预热单元，直接常温进料，简化设备，节省成本的同时还可控制流化态还原炉内温度，避免炉内温度过高。
另一方面，本发明提供了一种采用上述装置流态化还原氧化锰矿的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)氧化锰矿原料与还原气体混合后发生流态化还原反应，所得固体产物经流态化冷却后排出；
(2)步骤(1)所述流态化还原反应得到的气体产物进行燃烧反应，得到烟气。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述氧化锰矿原料的中金属锰含量为30～55wt％，例如30wt％、32wt％、34wt％、36wt％、40wt％、45wt％、48wt％、50wt％、53wt％或55wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述氧化锰矿原料进料前先进行磨细。
优选地，所述磨细后氧化锰矿原料的细度为过筛100目筛余量不大于20％，例如15％、16％、17％、18％、19％或20％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述还原气体包括煤气。
优选地，所述煤气包括发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气或矿热炉煤气中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：发生炉煤气和高炉煤气的组合，高炉煤气和焦炉煤气的组合，发生炉煤气、高炉煤气和矿热炉煤气的组合等。
优选地，步骤(1)所述流态化还原反应的温度为700～900℃，例如700℃、730℃、750℃、780℃、800℃、820℃、840℃、860℃、880℃或900℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述流态化还原反应的时间为20～30min，例如20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min或30min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述方法适用于系统热量过剩的高品位氧化锰矿原料，低品位氧化锰矿进行反应时往往需要补热，因此，不适用于该设备与方法。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述流态化冷却在间接式流态化冷却器内进行。
优选地，步骤(1)所述固体产物流态化冷却后的温度为60～120℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述固体产物流态化所用流化气包括煤气。
优选地，所述煤气包括发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气或矿热炉煤气中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：发生炉煤气和高炉煤气的组合，高炉煤气和焦炉煤气的组合，发生炉煤气、高炉煤气和矿热炉煤气的组合等。
优选地，所述流化气排出后先进行气固分离，再经冷却后返回步骤(1)作为还原气体与氧化锰矿原料进行反应。
优选地，所述流化气冷却后的温度降至200℃以下，例如100℃、120℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述流态化冷却所用冷源介质包括空气或水。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述气体产物包括水蒸气、CO2、N2和O2。
优选地，步骤(2)所述气体产物先进行气固分离，所得固体返回步骤(1)进行流态化还原反应，所得气体进行燃烧反应。
优选地，步骤(2)所述燃烧反应的温度为800～1000℃，例如800℃、840℃、880℃、900℃、940℃、980℃或1000℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述烟气依次进行冷却及除尘。
优选地，所述烟气冷却后的温度降至200℃以下，例如70℃、90℃、110℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，冷却烟气的介质包括水或空气。
优选地，步骤(2)所述烟气冷却前先与氧化锰矿原料进行直接换热，换热后进行气固分离。
本发明中，所述氧化锰矿原料换热后温度为100～500℃，所述烟气经换热后温度为150-200℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述装置通过流态化还原焙烧装置及间接式流化态冷却器的设置，可以实现氧化锰矿的充分分解，并提高了该装置的冷却能力以及冷却效率，简化了工艺流程，节省了设备成本，同时充分利用了系统的余热，余热利用率均达到88％以上，降低能耗。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的氧化锰矿流态化还原装置的结构示意图；
其中，1-流态化还原炉，1-1-第一气固分离器，2-燃烧室，3-原料预热器，4-第三气固分离器，5-间接式流态化冷却器，5-1-第二气固分离器6-流化气冷却器，7-烟气冷却器，8-布袋收尘器，9-排风机，10-烟囱，11-第一风机，12-第二风机，13-原料进料管。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种氧化锰矿流态化还原装置及方法，所述装置包括还原焙烧单元、燃烧单元和流态化冷却单元；所述流态化冷却单元包括间接式流态化冷却器5；所述间接式流态化冷却器5内设有热管；
所述还原焙烧单元的固体出口与间接式流态化冷却器5的热源入口相连，所述间接式流态化冷却器5上设有流化气入口和流化气出口，所述还原焙烧单元的气体出口与燃烧单元的入口相连。
所述方法包括以下步骤：
(1)氧化锰矿原料与还原气体混合后发生流态化还原反应，所得固体产物经流态化冷却后排出；
(2)步骤(1)所述流态化还原反应得到的气体产物进行燃烧反应，得到烟气。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种氧化锰矿流态化还原装置，所述装置的结构示意图如图1所示，包括还原焙烧单元、燃烧单元和流态化冷却单元；所述流态化冷却单元包括间接式流态化冷却器5；所述间接式流态化冷却器5内设有热管；
所述还原焙烧单元的固体出口与间接式流态化冷却器5的热源入口相连，所述间接式流态化冷却器5上设有流化气入口和流化气出口，所述还原焙烧单元的气体出口与燃烧单元的入口相连。
所述还原焙烧单元包括流态化还原炉1；所述还原焙烧单元和燃烧单元之间设置第一气固分离器1-1，所述还原焙烧单元的气体出口与第一气固分离器1-1的入口相连，所述第一气固分离器1-1的气体出口与燃烧单元的入口相连。
所述第一气固分离器1-1的固体出口连接至还原焙烧单元的入口；所述第一气固分离器1-1为旋风分离器。
所述燃烧单元包括燃烧室2。
所述间接式流态化冷却器5的流化气入口连接有第一风机11；所述间接式流态化冷却器5的流化气出口依次连接第二气固分离器5-1和流化气冷却器6，所述间接式流态化冷却器5的流化气出口与第二气固分离器5-1的入口相连，所述第二气固分离器5-1的气体出口与流化气冷却器6的热源入口相连。
所述第二气固分离器5-1的固体出口与间接式流态化冷却器5相连；所述第二气固分离器5-1为旋风分离器。
所述间接式流态化冷却器5的冷源入口连接有第二风机12；所述间接式流态化冷却器5的冷源出口与燃烧单元的入口相连；流化气冷却器6热源出口连接至还原焙烧单元的入口。
所述燃烧单元的出口依次连接有烟气冷却单元和除尘单元；所述烟气冷却单元包括烟气冷却器7；所述除尘单元包括布袋收尘器8；所述除尘单元的气体出口还依次连接有排风机9和烟囱10；所述除尘单元的固体出口连接至还原焙烧单元的入口。
所述燃烧单元和烟气冷却单元之间还设有原料预热单元。
所述原料预热单元包括原料预热器3和旋风收尘器4，所述燃烧单元的出口与原料预热器3的入口相连，所述原料预热器3的上部出口与旋风收尘器4的入口相连，所述旋风收尘器4的气体出口与烟气冷却单元的入口相连，所述原料预热器3的下部出口、所述旋风收尘器4的固体出口均与还原焙烧单元的原料入口相连。
所述燃烧单元的出口与原料预热器的入口之间的管路上连接有原料进料管13。
实施例2：
本实施例提供了一种氧化锰矿流态化还原装置，所述装置包括还原焙烧单元、燃烧单元和流态化冷却单元；所述流态化冷却单元包括间接式流态化冷却器5；所述间接式流态化冷却器5内设有热管；
所述还原焙烧单元的固体出口与间接式流态化冷却器5的热源入口相连，所述间接式流态化冷却器5上设有流化气入口和流化气出口，所述还原焙烧单元的气体出口与燃烧单元的入口相连。
所述还原焙烧单元包括流态化还原炉1；所述还原焙烧单元和燃烧单元之间设置第一气固分离器1-1，所述还原焙烧单元的气体出口与第一气固分离器1-1的入口相连，所述第一气固分离器1-1的气体出口与燃烧单元的入口相连。
所述第一气固分离器1-1的固体出口连接至还原焙烧单元的入口。
所述燃烧单元包括燃烧室2。
所述间接式流态化冷却器5的流化气入口连接有第一风机11；所述间接式流态化冷却器5的流化气出口依次连接第二气固分离器5-1和流化气冷却器6，所述间接式流态化冷却器5的流化气出口与第二气固分离器5-1的入口相连，所述第二气固分离器5-1的气体出口与流化气冷却器6的热源入口相连。
所述第二气固分离器5-1的固体出口与间接式流态化冷却器5相连。
所述间接式流态化冷却器5的冷源入口连接有第二风机12；所述间接式流态化冷却器5的冷源出口与燃烧单元的入口相连；流化气冷却器6热源出口连接至还原焙烧单元的入口。
所述燃烧单元的出口依次连接有烟气冷却单元和除尘单元；所述烟气冷却单元包括烟气冷却器7；所述除尘单元包括布袋收尘器8；所述除尘单元的气体出口还依次连接有排风机9和烟囱10；所述除尘单元的固体出口连接至还原焙烧单元的入口。
实施例3：
本实施例提供了一种氧化锰矿流态化还原的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：
(1)将全锰品位在35wt％的氧化锰矿原料进行磨细，细度达到100目筛余小于20％，磨细后喂入原料预热器3，预热后进入到流态化还原炉1中与煤气发生流态化还原反应，反应温度为700℃，反应时间为20min，反应后的固体产物进入间接式流态化冷却器5，与流化气进行直接换热，与空气进行间接换热，所述流化气为煤气；经换热后的固体产物温度降至100℃，得到氧化亚锰产品；换热后的空气温度为500℃；换热后的流化气经气固分离后冷却，冷却介质为空气，冷却后流化气温度降至150℃，然后返回步骤(1)与氧化锰矿原料进行反应；
(2)步骤(1)所述流态化还原反应得到的气体产物与步骤(1)所述换热后的空气发生燃烧反应，反应温度为1000℃，反应后得到的烟气与原料进行换热，换热后的烟气经气固分离后冷却，冷却介质为空气，冷却后烟气温度降至200℃，然后进入布袋收尘器8，收尘后的烟气由排风机9送入烟囱10排放。
本实施例中，所述装置通过间接式流态化冷却器的设置，提高了冷却能力和冷却效率，余热利用率为88％。
实施例4：
本实施例提供了一种氧化锰矿流态化还原的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：
(1)将全锰品位在46wt％的氧化锰矿原料进行磨细，细度达到100目筛余小于20％，磨细后喂入原料预热器3，预热后进入到流态化还原炉1中与煤气发生流态化还原反应，反应温度为850℃，反应时间为30min，反应后的固体产物进入间接式流态化冷却器5，与流化气进行直接换热，与空气进行间接换热，所述流化气为发生炉煤气；经换热后的固体产物温度降至80℃，得到氧化亚锰产品；换热后的空气温度为600℃；换热后的流化气经气固分离后冷却，冷却介质为水，冷却后流化气温度降至120℃，然后返回步骤(1)与氧化锰矿原料进行反应；
(2)步骤(1)所述流态化还原反应得到的气体产物与步骤(1)所述换热后的空气发生燃烧反应，反应温度为1000℃，反应后得到的烟气与原料进行换热，换热后的烟气经气固分离后冷却，冷却介质为水，冷却后烟气温度降至180℃，然后进入布袋收尘器8，收尘后的烟气由排风机9送入烟囱10排放。
本实施例中，所述装置通过间接式流态化冷却器的设置，提高了冷却能力和冷却效率，余热利用率为90％。
实施例5：
本实施例提供了一种氧化锰矿流态化还原的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：
(1)将全锰品位在55wt％的氧化锰矿原料进行磨细，细度达到100目筛余小于15％，磨细后喂入原料预热器3，预热后进入到流态化还原炉1中与煤气发生流态化还原反应，反应温度为900℃，反应时间为25min，反应后的固体产物进入间接式流态化冷却器5，与流化气进行直接换热，与空气进行间接换热，所述流化气为高炉煤气；经换热后的固体产物温度降至100℃，得到氧化亚锰产品；换热后的空气温度为600℃；换热后的流化气经气固分离后冷却，冷却介质为水，冷却后流化气温度降至100℃，然后返回步骤(1)与氧化锰矿原料进行反应；
(2)步骤(1)所述流态化还原反应得到的气体产物与步骤(1)所述换热后的空气发生燃烧反应，反应温度为950℃，反应后得到的烟气与原料进行换热，换热后的烟气经气固分离后冷却，冷却介质为水，冷却后烟气温度降至160℃，然后进入布袋收尘器8，收尘后的烟气由排风机9送入烟囱10排放。
本实施例中，所述装置通过间接式流态化冷却器的设置，提高了冷却能力和冷却效率，余热利用率为89％。
实施例6：
本实施例提供了一种氧化锰矿流态化还原的方法，所述方法采用实施例2中的装置进行，包括以下步骤：
(1)将全锰品位在42wt％的氧化锰矿原料进行磨细，细度达到100目筛余小于18％，磨细后喂入流态化还原炉1中与煤气发生流态化还原反应，反应温度为780℃，反应时间为28min，反应后的固体产物进入间接式流态化冷却器5，与流化气进行直接换热，与空气进行间接换热，所述流化气为矿热炉煤气；经换热后的固体产物温度降至120℃，得到氧化亚锰产品；换热后的空气温度为500℃；换热后的流化气经气固分后冷却，冷却介质为空气，冷却后流化气温度降至150℃，然后返回步骤(1)与氧化锰矿原料进行反应；
(2)步骤(1)所述流态化还原反应得到的气体产物与步骤(1)所述换热后的空气发生燃烧反应，反应温度为900℃，反应后得到的烟气进行冷却，冷却介质为空气，冷却后烟气温度降至150℃，然后进入布袋收尘器8，收尘后的烟气由排风机9送入烟囱10排放。
本实施例中，所述装置通过间接式流态化冷却器的设置，提高了冷却能力和冷却效率，余热利用率为89％。
实施例7：
本实施例提供了一种氧化锰矿流态化还原的方法，所述方法采用实施例2中的装置进行，包括以下步骤：
(1)将全锰品位在30wt％的氧化锰矿原料进行磨细，细度达到100目筛余小于15％，磨细后喂入流态化还原炉1中与煤气发生流态化还原反应，反应温度为750℃，反应时间为24min，反应后的固体产物进入间接式流态化冷却器5，与流化气进行直接换热，与空气进行间接换热，所述流化气为焦炉煤气；经换热后的固体产物温度降至60℃，得到氧化亚锰产品；换热后的空气温度为450℃；换热后的流化气经气固分离后冷却，冷却介质为水，冷却后流化气温度降至200℃，然后返回步骤(1)与氧化锰矿原料进行反应；
(2)步骤(1)所述流态化还原反应得到的气体产物与步骤(1)所述换热后的空气发生燃烧反应，反应温度为800℃，反应后得到的烟气进行冷却，冷却介质为空气，冷却后烟气温度降至190℃，然后进入布袋收尘器8，收尘后的烟气由排风机9送入烟囱10排放。
本实施例中，所述装置通过间接式流态化冷却器的设置，提高了冷却能力和冷却效率，余热利用率为90％。
综合上述实施例可以看出，本发明所述装置通过流态化还原焙烧装置及间接式流态化冷却器的设置，可以实现氧化锰矿的充分分解，并提高了该装置的冷却能力以及冷却效率，简化了工艺流程，节省了设备成本，同时充分利用了系统的余热，降低能耗，余热利用率均达到88％以上；除此之外，所述装置可省略预热单元，直接常温进料，节省成本的同时还可控制流化态还原炉内温度，避免炉内温度过高，具有较好的工业应用前景。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与方法，但本发明并不局限于上述详细装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (29)

1.一种利用氧化锰矿流态化还原装置进行的还原方法，其特征在于，所述装置包括还原焙烧单元、燃烧单元和流态化冷却单元；所述流态化冷却单元包括间接式流态化冷却器；所述间接式流态化冷却器内设有热管；
所述还原焙烧单元的固体出口与间接式流态化冷却器的热源入口相连，所述间接式流态化冷却器上设有流化气入口和流化气出口，所述还原焙烧单元的气体出口与燃烧单元的入口相连；
所述间接式流态化冷却器的冷源入口连接有第二风机；所述间接式流态化冷却器的冷源出口与燃烧单元的入口相连；
所述间接式流态化冷却器的流化气入口连接有第一风机；
所述间接式流态化冷却器的流化气出口依次连接第二气固分离器和流化气冷却器，所述间接式流态化冷却器的流化气出口与第二气固分离器的入口相连，所述第二气固分离器的气体出口与流化气冷却器的热源入口相连；
所述流化气冷却器的热源出口连接至还原焙烧单元的入口；
所述间接式流态化冷却器包括热源区和冷源区，所述热源区和所述冷源区采用隔热板分隔开；所述热管的蒸发端置于所述热源区内，冷凝端置于所述冷源区内；
所述燃烧单元和烟气冷却单元之间还设有原料预热单元；
所述还原方法包括以下步骤：
(1)氧化锰矿原料与还原气体混合后发生流态化还原反应，所得固体产物经流态化冷却后排出；
(2)步骤(1)所述流态化还原反应得到的气体产物进行燃烧反应，得到烟气；
步骤(1)所述流态化还原反应的温度为700～900℃；
步骤(1)所述流态化还原反应的时间为20～30min；
步骤(1)所述固体产物流态化冷却后的温度为60～120℃；
步骤(1)所述固体产物流态化所用流化气包括煤气，所述流化气冷却后的温度降至200℃以下；
步骤(2)所述燃烧反应的温度为800～1000℃；
步骤(2)所述烟气冷却后的温度降至200℃以下；
采用所述装置进行的还原方法，余热利用率达到88％以上。
2.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述还原焙烧单元包括流态化还原炉。
3.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述还原焙烧单元和燃烧单元之间设置第一气固分离器，所述还原焙烧单元的气体出口与第一气固分离器的入口相连，所述第一气固分离器的气体出口与燃烧单元的入口相连。
4.根据权利要求3所述的还原方法，其特征在于，所述第一气固分离器的固体出口连接至还原焙烧单元的入口。
5.根据权利要求3所述的还原方法，其特征在于，所述第一气固分离器包括旋风分离器。
6.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述燃烧单元包括燃烧室。
7.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述第二气固分离器的固体出口与间接式流态化冷却器相连。
8.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述第二气固分离器包括旋风分离器。
9.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述燃烧单元的出口依次连接有烟气冷却单元和除尘单元。
10.根据权利要求9所述的还原方法，其特征在于，所述烟气冷却单元包括烟气冷却器。
11.根据权利要求9所述的还原方法，其特征在于，所述除尘单元包括布袋收尘器。
12.根据权利要求9所述的还原方法，其特征在于，所述除尘单元的气体出口还依次连接有排风机和烟囱。
13.根据权利要求9所述的还原方法，其特征在于，所述除尘单元的固体出口连接至还原焙烧单元的入口。
14.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述原料预热单元包括原料预热器和第三气固分离器，所述燃烧单元的出口与原料预热器的入口相连，所述原料预热器的上部出口与第三气固分离器的入口相连，所述第三气固分离器的气体出口与烟气冷却单元的入口相连，所述原料预热器的下部出口、所述第三气固分离器的固体出口均与还原焙烧单元的原料入口相连。
15.根据权利要求14所述的还原方法，其特征在于，所述燃烧单元的出口与原料预热器的入口之间的管路上连接有原料进料管。
16.根据权利要求14所述的还原方法，其特征在于，所述第三气固分离器包括旋风收尘器。
17.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化锰矿原料的中金属锰含量为30～55wt％。
18.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化锰矿原料进料前先进行磨细。
19.根据权利要求18所述的还原方法，其特征在于，所述磨细后氧化锰矿原料的细度为过筛100目筛余量不大于20％。
20.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，步骤(1)所述还原气体包括煤气。
21.根据权利要求20所述的还原方法，其特征在于，所述煤气包括发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气或矿热炉煤气中的任意一种或至少两种的组合。
22.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，步骤(1)所述流态化冷却在间接式流态化冷却器内进行。
23.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述流化气排出后先进行气固分离，再经冷却后返回步骤(1)作为还原气体与氧化锰矿原料进行反应。
24.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述流态化冷却所用冷源介质包括空气或水。
25.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，步骤(2)所述气体产物包括水蒸气、N2、CO2和O2。
26.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，步骤(2)所述气体产物先进行气固分离，所得固体返回步骤(1)进行流态化还原反应，流态化还原所得气体进行燃烧反应。
27.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，步骤(2)所述烟气依次进行冷却及除尘。
28.根据权利要求27所述的还原方法，其特征在于，冷却烟气的介质包括水或空气。
29.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，步骤(2)所述烟气冷却前先与氧化锰矿原料进行直接换热，换热后进行气固分离。
CN202011112191.2A 2020-10-16 2020-10-16 一种氧化锰矿流态化还原装置及方法 Active CN112251599B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011112191.2A CN112251599B (zh) 2020-10-16 2020-10-16 一种氧化锰矿流态化还原装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011112191.2A CN112251599B (zh) 2020-10-16 2020-10-16 一种氧化锰矿流态化还原装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112251599A CN112251599A (zh) 2021-01-22
CN112251599B true CN112251599B (zh) 2022-08-05

Family

ID=74244501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011112191.2A Active CN112251599B (zh) 2020-10-16 2020-10-16 一种氧化锰矿流态化还原装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112251599B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2938642A1 (en) * 2013-12-31 2015-07-09 Institute Of Process Engineering, Chinese Academy Of Sciences System and method for fluidized bed reduction of powdered iron ore

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2441728T3 (es) * 2004-05-31 2014-02-06 Outotec Oyj Aparato y proceso de reducción directa
CN101591731B (zh) * 2009-06-30 2011-07-06 长沙矿冶研究院 一种用于高价锰矿物的还原焙烧方法及装置
KR101166240B1 (ko) * 2010-03-26 2012-07-16 재단법인 포항산업과학연구원 망간광석의 제련장치 및 그 제련방법
CN102363837B (zh) * 2011-11-14 2015-11-18 深圳市中科九台资源利用科技产业股份有限公司 一种粉状氧化锰矿流态化低温还原方法
CN104894366B (zh) * 2015-05-13 2017-07-14 中国科学院过程工程研究所 一种低品位二氧化锰矿流态化还原的系统及方法
CN107099680B (zh) * 2017-06-23 2019-04-02 中国科学院过程工程研究所 一种氧化锰矿流态化还原工艺系统
CN108239700B (zh) * 2018-03-07 2023-11-28 长沙矿冶研究院有限责任公司 一种煤基流态化还原焙烧系统及其焙烧方法
CN208733191U (zh) * 2018-04-16 2019-04-12 长沙矿冶研究院有限责任公司 一种氧化预热、流态化还原的铁矿焙烧装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2938642A1 (en) * 2013-12-31 2015-07-09 Institute Of Process Engineering, Chinese Academy Of Sciences System and method for fluidized bed reduction of powdered iron ore

Also Published As

Publication number Publication date
CN112251599A (zh) 2021-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110872531B (zh) 利用固体颗粒热载体热解气化的梯级余热回收装置及方法
CN101538632B (zh) 海绵铁的制备工艺及设备
CN101337689B (zh) 使用低品位钛原料生产四氯化钛的方法
CN105986126B (zh) 一种钒渣高效氯化提钒的系统及方法
CN102363837B (zh) 一种粉状氧化锰矿流态化低温还原方法
CN103667571B (zh) 一种铁精矿粉体流态化直接还原的系统及方法
CN105441687B (zh) 钢铁厂粉尘回收利用工艺以及系统
CN107860238A (zh) 零排放的方法和工业装置
CN104894366B (zh) 一种低品位二氧化锰矿流态化还原的系统及方法
CN102092787B (zh) 一种连续化合成三氧化二钒的方法
CN108751244B (zh) 一种结晶铝盐焙烧制备工业级氧化铝的集成装置
CN110093504B (zh) 一种利用高钙镁钛精矿制备富钛料的方法和系统
CN105385844B (zh) 一种焙烧脱氟装置及工艺
CN111498811B (zh) 一种石膏煅烧协同co耦合炭热还原的工艺及装置
CN104878193B (zh) 一种低品位氧化锰矿流态化还原焙烧的系统及方法
CN109835951A (zh) 一种氯化法生产粉钒的系统和方法
CN104911334B (zh) 一种高品位二氧化锰矿流态化还原的系统及方法
CN112251599B (zh) 一种氧化锰矿流态化还原装置及方法
CN207142836U (zh) 一种三床耦合联用制备活性炭的系统
CN218778887U (zh) 一种镁冶炼用低阶煤的圆型内热式直立炭化炉
CN207659386U (zh) 一种上行蓄热式粉煤快速热解反应系统
CN114735956B (zh) 一种水泥熟料的低碳生产方法及其系统
CN107641528B (zh) 一种节能节水气/汽联产气化工艺
CN205990416U (zh) 一种利用炉体烟气余热并高效回收含铁资源的系统
CN207193202U (zh) 一种高温热解气回收利用的系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Floor 1-2, building 5, artificial intelligence Industrial Park, 266 Chuangyan Road, Qilin science and Technology Innovation Park, Nanjing, Jiangsu Province

Applicant after: Zhongke Nanjing Green Manufacturing Industry Innovation Research Institute

Applicant after: Institute of process engineering of the Chinese Academy of Sciences

Address before: Floor 1-2, building 5, artificial intelligence Industrial Park, 266 Chuangyan Road, Qilin science and Technology Innovation Park, Nanjing, Jiangsu Province

Applicant before: Nanjing Green Manufacturing Industry Innovation Research Institute Institute of process engineering Chinese Academy of Sciences

Applicant before: Institute of process engineering of the Chinese Academy of Sciences

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant