CN1759066B - 由金属化合物生产金属氧化物的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由金属化合物、特别是金属氢氧化物或金属碳酸盐生产金属氧化物的方法，其中将金属化合物输送到具有流化床的反应器(25)中，在其中通过燃料燃烧加热到650-1150℃的温度，生成金属氧化物，本发明还涉及相应的装置。为了改善能量利用，建议将第一气体或气体混合物从下部通过供气管(26)导入反应器(25)的混合室(20)，供气管(26)至少部分被通过供应流化气流化的固定环形流化床(27)环绕，调节第一气体或气体混合物和用于环形流化床(27)的流化气的气体速度，使供气管(26)中的颗粒弗鲁德数是1-100，环形流化床(27)中的颗粒弗鲁德数是0.02-2，混合室(20)中的颗粒弗鲁德数是0.3-30。

Description

由金属化合物生产金属氧化物的方法和装置
技术领域
本发明涉及由金属化合物、特别是金属氢氧化物或金属碳酸盐生产金属氧化物的方法，其中将金属化合物输送到流化床反应器中，在其中通过燃料燃烧加热到650-1150℃的温度，生成金属氧化物，本发明还涉及相应的装置。
背景技术
由EP0861208B1可知一种在循环流化床中由氢氧化铝生产无水氧化铝的方法，其中首先使氢氧化铝在几个预热段中干燥、部分煅烧，并且在预热条件下导入由于燃料燃烧使其温度在800-1000℃范围内的流化床反应器，产生氧化铝。在燃烧过程中得到的流化床反应器的废气供给预热段进行能量利用。由反应器排出的金属氧化物在与空气直接接触时和至少经过一个直接冷却段时进行多段冷却，其中金属氧化物通过导管向上气力输送到分离用的旋风分离器中。另外，部分冷却的金属氧化物经过至少一个流化冷却器进行间接冷却。
在迄今已知的装置中，用带有固定或循环流化床的反应器煅烧或加热固体。但使用固定流化床时得到的煅烧步骤中的能量利用需要改善。一方面，这是因为下面的事实：由于流化程度较低导致传热和传质都相对缓和，所以内部燃烧难以控制。另外，燃烧空气的预热很难集成在悬浮换热器中。燃烧空气通常是通过将先前煅烧或加热的固体冷却而在悬浮换热器中预热的，通常用充满灰尘的冷却空气作为燃烧空气。但充满灰尘的气体通常不允许进入固定流化床的流化喷嘴。另一方面，因为流化程度较高，所以循环流化床具有较好的传质和传热条件，并且能够集成悬浮换热器，但是由于流化程度较高，所以其固体停留时间受到限制。因此，在EP 0861298B1中提供了多段煅烧。由于供给的天然气或其它燃料的预燃烧或后燃烧通常导致在煅烧装置中出现困难。
发明内容
因此，本发明的目的是改善在煅烧金属化合物如金属氢氧化物或金属碳酸盐的过程中的热量和质量交换条件，从而优化利用热能。
根据本发明，用上述方法可以达到该目的，其中第一气体或气体混合物从下部通过优选中心排列的供气管(中心管)导入反应器的混合室，中心管至少部分被通过供应流化气流化的固定环形流化床所环绕，调节第一气体或气体混合物和用于环形流化床的流化气的气体速度，使中心管中的颗粒弗鲁德(Particle-Froude)数是1-100，环形流化床中的颗粒弗鲁德数是0.02-2，混合室中的颗粒弗鲁德数是0.3-30。
利用本发明的方法，固定流化床的优点如充分长的固体停留时间与循环流化床的优点如良好的传质和传热在热处理过程中能够令人惊奇地组合在一起，同时又避免了这两种系统的缺点。当经过中心管的上部区域时，第一气体或气体混合物将固体从称为环形流化床的环形固定流化床带入混合室，由于固体和第一气体之间高的速度差，所以形成强烈混合的悬浮体，在两相之间达到最佳的传质和传热效果。
通过相应地调节环形流化床中的装料高度及第一气体或气体混合物和流化气的气体速度，中心管的开孔区域上方的悬浮体的固体负载量可以在很宽范围内变化，使得第一气体在中心管的开孔区域和混合室的上部出口之间的压力损失为1-100mbar。在混合室中是高固体负载量的悬浮体的情况下，大部分固体冲出悬浮体后落回环形流化床。这种再循环称为内部固体再循环，在这种内部循环中循环的固体物流通常比从外部供给反应器的固体量大得多。这种(较少)量的未沉淀固体与第一气体或气体混合物一起排出混合室。通过选择环形流化床的高度和截面积，使其适用于所需的热处理，可以使固体在反应器中的停留时间在很宽的界限中变化。一方面由于高的固体负载量，另一方面由于良好的传质和传热，所以在中心管的开孔区域上方可以得到能够使导入反应器的燃料几乎完全燃烧的良好条件。例如，在接近点火温度和/或用略微过量的氧气可以几乎完全燃烧天然气，并且不会得到局部温度峰值。与气流一起排出反应器的固体量完全或至少部分再循环到反应器，这种再循环有利于供给固定流化床。如此再循环到环形流化床的固体质量流量与从外部供给反应器的固体质量流量是同一个数量级。除了良好的能量利用外，本发明的方法的另一个优点是通过改变第一气体或气体混合物和流化气的流速，可以快速、简易、可靠地调节过程的能量传递和质量传递，使其符合要求。
为了保证混合室中特别有效的传热和反应器中充分的停留时间，优选调节第一气体混合物和用于环形流化床的流化气的气体速度，使中心管中的无量纲的颗粒弗鲁德数(Frp)是1.15-20，环形流化床中的颗粒弗鲁德数(Frp)是0.115-1.15和/或混合室中的颗粒弗鲁德数(Frp)是0.37-3.7。颗粒弗鲁德数都用下面的公式定义：
Fr P = u ( ρ s - ρ f ) ρ f * d p * g
其中：
u＝气流的有效速度，m/s
ρs＝固体颗粒的密度，kg/m3
ρf＝流化气的有效密度，此/m3
dp＝在反应器操作过程中反应器藏量颗粒(或者形成的颗粒)的平均直径，m
g＝重力常数，m/s2。
使用该公式时应当注意：dp表示的不是所用材料的平均直径(d50)，而是在反应器操作过程中形成的反应器藏量的平均直径，它与所用材料(一次粒子)的平均直径在两个方向上都有很大的不同。即使使用平均直径例如为3-10μm的非常细微研磨的材料，在热处理过程中例如也会形成平均直径为20-30μm的颗粒(二次粒子)。另一方面，一些材料如矿石在热处理过程中会分解。
根据本发明思想的发展，提出调节固体在反应器中的装料高度，使环形流化床例如至少部分延伸出中心管的上部开孔端几厘米，从而使固体能够恒定地导入第一气体或气体混合物，并被气流带入位于中心管的开孔区域上方的混合室。用这种方法可以在中心管的开孔区域上方得到特别高固体负载量的悬浮体，这样就能够例如在困难条件下进行完全燃烧。
所有种类的金属氢氧化物或金属碳酸盐都可以用本发明的方法进行有效热处理，以生产特定金属氧化物。该方法特别适用于通过煅烧氢氧化铝生产氧化铝。使用的氢氧化铝具有细微粒度(约100μm，或小于100μm)，至少大部分含金属氢氧化物或金属碳酸盐的固体粒度通常小于5mm。该方法还可用于煅烧白云石或碳酸钙。
在本发明的优选实施方案中，含氧预热气体通过中心管供给反应器，这占所有燃烧空气的全部或至少非常大的部分。这样就保证有足量的氧气供入反应器的混合室，其中的内部燃烧提供反应器内反应所必需的热能。
可以用本领域普通技术人员熟知的为此目的的任何方法产生操作反应器所必需的热量。根据本发明，将气态和/或液态燃料通过中心管导入反应器，燃料在反应器的混合室中在中心管上方燃烧。特别是供应气态燃料如天然气时，中心管中的强湍流使气态燃料和含氧气体预混合，然后在混合室中点火燃烧。这种内部燃烧导致气流夹带的固定环形流化床的热颗粒和工艺气体之间有特别有效的传热。为了避免燃料还在中心管中时就过早点火，在中心管出口孔(上部开孔区域)附近供应气态或液态燃料。为此，例如可以用排列在中心管中的喷枪供应燃料。通过改变气态和/或液态燃料的流速，可以很容易地控制反应器温度。
替代或附加地，固态、液态或气态燃料如煤或液态烃可以用相应的供料管道直接导入反应器。在这种情况下，推荐例如通过改变空气供给量控制反应器中的温度。根据本发明特别优选的一个变化形式，气态燃料和/或空气导入反应器的环形流化床的下部区域作为流化环形流化床的气体。当然也可以用本领域普通技术人员已知的为此目的的所有其它气体或气体混合物进行流化。有趣的是，已经发现还可以专用气态燃料作为流化气，气态燃料经过环形流化床后在混合室遇到预热的燃烧空气，这里有对于最佳燃烧来说很理想的条件。
已经得到证明的是，在0.8-10bar的压力下，特别优选在大气压下操作反应器是有利的。
可以在反应器的上游提供一个或多个预热段，在预热段中，含金属氢氧化物或金属碳酸盐的固体悬浮、干燥、预热和/或部分煅烧，然后在反应器中热处理，至少其中的部分水分被脱除。优选在反应器的上游提供两个预热段，每一个都包括换热器和下游分离器，用第二换热器排出的废气加热第一换热器中的材料，用反应器排出的废气加热第二换热器中的材料。两个换热器都优选是悬浮换热器。用这种方法可以大幅减少工艺的总能量需要。
作为换热器，本发明可以使用带有固定流化床和混合室的环形流化床换热器，这在热量和能量方面都有特别好的利用。另外还可以避免预热固体的强机械负载，在传统上用于预热的文丘里(Venturi)干燥器的情况下，由于锥形膨胀管中的强湍流而在文丘里喷嘴的文丘里流化床中易于发生这种情况，并且能够导致颗粒分解，形成不需要的微粒。当用环形流化床换热器作为本发明的干燥器或预热器时，热量的供应例如通过中心鼓风口(中心管)供应的从反应器排出的废气进行。这个原理与本发明的带有环形流化床和混合室的反应器相同。固体侧向导入环形流化床，在固体到达中心鼓风口之前干燥、预热。在环形流化床中，用空气流化颗粒弗鲁德数Frp约为0.8的固体，从而大幅减少机械负载，这是因为与文丘里流化床的文丘里喉管相比，其速度降低约10-20倍。另一方面，为了防止固体通过文丘里喉管，必须调节文丘里喷嘴中的颗粒弗鲁德数Frp为15-20。在中心鼓风口中，可以根据本发明调节约5-10的颗粒弗鲁德数Frp，而混合室中的颗粒弗鲁德数Frp约为3。
为了冷却本发明的环形流化床反应器和/或环形流化床换热器，可以将水直接喷到环形流化床内部或上面。这比具有文丘里流化床的反应器或干燥器容易得多，在具有文丘里流化床的反应器或干燥器中，为了产生能在容器中蒸发的小水滴，通常必须用双流体喷嘴将水雾化。另外，传统的方法需要用助剂如蒸汽将水雾化。
热处理后，反应器的废气夹带的比例为0-100％的产品通过分离器排放到优选为流化气操作的混合容器中，在其中与部分煅烧的固体特别是金属氢氧化物混合，具体来说是为了调节产品质量和冷却热金属氧化物。优选地，至少部分产品通过固体返回管道再循环到反应器的环形流化床。这种固体再循环的最大优点是可以具体调节混合室附近的悬浮固体负载量，使其符合工艺要求，甚至可以根据需要在操作过程中进行变化。
根据本发明思想的发展，为此目的而测量中心管和反应器出口管之间的压力损失，并通过改变再循环固体量控制这种压力损失。为此目的已经证实特别有利的是具有下游计量部件的流化中间体容器，如变速旋叶送料器或滚筒式旋转阀。用这种简单方法进行的固体再循环有助于使反应器中保持恒定的工艺条件和/或延长固体在反应器中的平均停留时间。
根据本发明的方法，产品或产品混合物在反应器中热处理后从混合容器供给冷却系统和/或从分离器直接供给冷却系统，具体来说，冷却系统形成多个冷却段串联的布置。这种冷却段可以形成直接和/或间接的换热器如旋风冷却器或流化床冷却器。
为了改善能量利用，假定在冷却段中用于冷却的气体被加热后供给上游冷却段、反应器和/或预热段。可以从已经用前面的冷却段将待冷却的产品预冷的最后冷却段开始，使气体以串联方式通过前面冷却段的几个或全部。因为产品在每一个前面的冷却段中都是更热的，所以在每一个冷却段中进一步被冷却，用于冷却的气体进一步被加热。最后，加热的气体优选通过中心管供给反应器和/或预热段。当用直接热流交换器代替在流化床冷却器中常用作间接换热器的交叉流换热器时，在金属氧化物的冷却过程中能够得到特别好的热量回收效果，所以在待冷却的金属氧化物和待预热的燃烧空气之间优选发生多段直接接触。
本发明的装置特别适用于实施上述方法，其具有构成用于由金属化合物如金属氢氧化物或金属碳酸盐生产金属氧化物的流化床反应器的反应器，在反应器中，通过燃料的燃烧加热金属化合物，生成金属氧化物。在反应器中提供供气系统，形成该供气系统，使流经该供气系统的气体将固体从至少部分被供气系统环绕的固定环形流化床带入混合室。这种供气系统优选延伸入混合室。但是也可以使供气系统在环形流化床表面下方终止。然后，气体例如通过侧向开孔导入环形流化床，由于其流速而将固体从环形流化床带入混合室。
根据本发明，供气系统具有供气管(中心管)，供气管从反应器的下部区域基本上垂直向上延伸，优选进入反应器的混合室，供气管至少部分被其中形成有固定环形流化床的室环绕。中心管在其出口孔处可以形成喷嘴，在其壳表面四周可以分布有一个或多个小孔，使得在操作反应器期间，固体能够恒定地通过小孔进入中心管，并且被第一气体或气体混合物通过中心管带入混合室。当然，也可以在反应器中提供大小或截面形状不同或相同的两个或多个中心管。但优选地，参照反应器的横截面，至少一个中心管近似中心排列。
根据本发明的一个优选实施方案，在反应器下游提供用于分离固体的分离器，特别是旋风分离器，分离器具有通向反应器的环形流化床的固体管道和/或通向混合容器的固体管道。
为了可靠地流化固体和形成固定流化床，在反应器的环形室中提供气体分布器，气体分布器将该室分成上部环形流化床和下部气体分布器室，气体分布器室与流化气和/或气态燃料的供应管道相连。如果不用气体分布器室，也可以提供由管子和/或喷嘴构成的气体分布器，其中部分喷嘴可以与流化气的供气源相连，另一部分喷嘴可以与独立的气态燃料的供气源相连。
根据本发明，反应器还可以具有通向中心管的用于气态和/或液态燃料的供应管道和通入环形室或混合室的用于气态、液态和/或固态燃料的供应管道。具体来说，当在供气系统特别是中心管中排列用于供应气态和/或液态燃料的喷枪时，已经证明这对于控制燃料供应特别有利，喷枪向上延伸到供气系统的出口开孔区域，特别是伸入中心管上部开孔区域。
为了特别有效且温和地预热离析物，本发明中建议为环形流化床预热段提供用于固定环形流化床的室和混合室的室作为预热段。
另外优选地，在反应器的下游提供流化气操作的混合容器，用于将产品和通过固体供应管道从预热段供给的部分煅烧固体混合。
根据本发明，然后是包括直接和/或间接冷却段特别是旋风冷却器和/或流化冷却器的冷却系统。在直接冷却段中，冷却介质与待冷却的产品直接接触。在冷却过程中还可以进行所需的反应如产品提纯。直接冷却段还有特别好的冷却效果。在间接冷却段中，用流经冷却盘管的冷却介质进行冷却。为了能够利用也是在该工艺自身的冷却过程中加热的气体，冷却段具有至少一个用于在冷却段中加热的气体(燃烧空气)的供应管道，该管道通向预热段，通向混合室，通向气体分布器室和/或通入燃烧室。
在反应器的环形流化床和/或混合室中，可以根据本发明提供使固体和/或流体的流向偏转的设备。例如可以在环形流化床中设置环形堰，其直径在中心管直径和反应器壁的直径之间，使堰的上边缘突出到操作过程中得到的固体高度的上方，而堰的下边缘的位置距气体分布器等有一定的距离。因此，冲出反应器壁附近的混合室的固体在被中心管的气流带回混合室之前必须首先在堰的下边缘处通过该堰。用这种方法可以在环形流化床中强化固体的交换，使固体在环形流化床中能够有更均匀的停留时间。
从下面对实施方案的说明和附图可以看出本发明的发展、优点和应用本发明的可能性。所有描述和/或说明的特征自身或其任意组合都形成本发明的主题，无论它们是否包括在权利要求书中或其反向参考文献中。
附图说明
图1给出根据本发明第一个实施方案的方法和装置的流程图；
图2给出根据第一个实施方案的流化床反应器；
图3给出根据本发明第二个实施方案的方法和装置的流程图；
图4给出根据第二个实施方案的流化床反应器；
图5给出包括两个预热段的本发明的系统。
具体实施方式
为了煅烧金属氢氧化物或金属碳酸盐，图1所示的装置例如具有圆筒状的反应器25，中心管26与反应器25的纵轴基本同轴排列，中心管从反应器25的底部基本上垂直地向上延伸。在反应器25底部附近提供环形的气体分布器29，其与供应管道28和燃料管道21相通。在反应器25垂直方向上的上部区域中排列有形成的混合室20、出口管道33，出口管道33通入构成旋风分离器的分离器34。
当将固体通过固体管道19装入反应器25时，在气体分布器29上形成一个层，该层环形围绕在中心管26周围，称为固定环形流化床27。通过管道21，28导入的流化气流经气体分布器29后将固定环形流化床27流化，从而形成固定环形流化床。调节供给反应器25的气体速度，使固定环形流化床27中的颗粒弗鲁德数是0.15-0.35。因为只需要较少量的流化空气，所以不一定要将用作流化气的空气预热。
向固定环形流化床27中供应更多的固体时，反应器25中的固体高度升高到固体能进入中心管26的孔中的程度。同时，含氧气体或气体混合物作为燃烧空气通过中心管26导入反应器25，为混合室20中的气态、液态或固态燃料的燃烧提供所需的氧气量。优选调节通过中心管26供给反应器25的气体速度，使中心管26中的颗粒弗鲁德数大约为7-11，混合室20中的颗粒弗鲁德数大约为1.5-3。
因为固定环形流化床27中的固体高度升到高于中心管26的上边缘，所以固体会流过该边缘进入中心管26。中心管26的上边缘可以是平直的，也可以是不同的形状如锯齿状，也可以在壳表面上具有侧向开孔。由于气体速度很高，所以流经中心管26的气体经过中心管的孔时会将固体从固定环形流化床27带入混合室20，从而形成强烈混合的悬浮体。因为在混合室20中的气流和固体之间强烈的传质和传热，所以起初较冷的固体由于混合室20中的内部燃烧而被很好地加热。
由于喷入混合室20的气体膨胀和/或撞击在一个反应器壁上，所以流速下降，结果，夹带的固体快速失去速度，部分回落到固定环形流化床27中。在固定环形流化床27的反应器区域和混合室20之间形成固体循环。由于这种固体循环，待处理的固体在反应器25中循环特别长的时间，同时在混合室20中可以利用这种非常好的传热。这样就可以在很大程度上保证金属盐的完全煅烧。
在固体进入反应器25进行热处理(煅烧)之前，离析物金属氢氧化物或金属碳酸盐通过螺旋运输机1导入作为换热器的文丘里预热器3，这属于第一预热段A。在文丘里预热器3中，粒度基本上小于5mm的细微研磨固体与热气直接接触，将固体干燥和预热。为此目的，温度为200-500℃的热气混合物(废气)通过废气管道2供给第一预热段A的文丘里预热器3，气体混合物通过固体管道5将细微研磨固体运送到构成分离器的过滤设备6如袋滤器或静电集尘器。在这里废气与固体分离，废气例如通过烟囱逸入废气管道7。
部分煅烧的固体通过固体管道8到达第二预热段B的文丘里预热器4。在文丘里预热器4中，已经部分煅烧的固体与通过废气管道16导入文丘里预热器4的温度为650-1150℃的热废气直接接触。部分煅烧的固体和热废气一起离开文丘里预热器4，通过固体管道17输送到作为分离器的旋风分离器18中，其中的废气通过废气管道2导入第一预热段A的文丘里预热器3。
在旋风分离器18中分离的固体通过固体管道19进入流化床反应器25的固定环形流化床27，其中的温度是650-1150℃，大多数约为800-1000℃。另外，气态燃料通过燃料管道21供入形成在气体分布器29下面的气体分布器室24，然后通过气体分布器29导入固定环形流化床27的下部区域。在气体分布器室24中，气态燃料可以与通过供应管道28供应的流化空气混合，然后例如通过气体分布器29的喷嘴或开孔导入固定环形流化床27。也可以在气体分布器29中提供与燃料管道21连接的喷嘴，燃料通过这些喷嘴直接导入固定环形流化床。
图2给出反应器25的固定环形流化床27的燃料供应的一种变化形式，其中气态燃料通过燃料管道21导入被气体分布器29分隔的气体分布器室24。在这种变化形式中，气态燃料可用于流化固定环形流化床27，完全代替通过供应管道28供应的流化空气。还可以通过燃料管道21供应气态燃料和流化空气的混合物，只用气态燃料部分代替流化空气。气态燃料穿过固定环形流化床27进入混合室20，在其中进行燃烧产生反应所需的热量。
包括金属氧化物产品的反应器25的热废气穿过出口管道33进入构成再循环旋风分离器的分离器34，其中的废气通过废气管道16供给第二预热段B的文丘里预热器4。其中分离的部分热固体通过固体返回管道15a再循环到反应器25的固定环形流化床27中。另一部分热固体首先通过产品供应管道15流入混合容器14，流化气通过供应管道35供入混合容器14。通过与固体管道8偶联的固体管道13分出部分预热的部分煅烧的固体，使其进入混合容器14，在混合容器14中，离开固体管道13的部分煅烧固体被离开产品供应管道15的热金属氧化物加热和煅烧。产品和部分煅烧固体的这种混合物用于调节产品质量，并冷却热金属氧化物。
混合容器14中产生的产品混合物的冷却是在下游冷却系统40中进行的，其包括四个连续冷却段D、E、F和G。冷却段D、E和F是串联的三个相同的旋风冷却器42，它们都包括气力输送管道41，其中金属氧化物和更冷的空气都向上输送到相应的旋风冷却器42。为此目的，离开混合容器14的热金属氧化物通过固体管道45导入第一直接冷却段D的气力输送管道41后装入第一直接冷却段D的旋风冷却器42。金属氧化物从旋风冷却器42的下端通过固体管道46流入第二直接冷却段E的气力输送管道41的下端。这同样适用于第三直接冷却段F，金属氧化物从第三直接冷却段F通过固体管道46输送到冷却段G的最终冷却器，这构成了流化床冷却器47。
直接冷却段D、E和F的气体循环线路如下：鼓风机50将环境空气压入最后一个直接冷却段F的气力输送管道41，到达旋风冷却器42。离开每一个冷却段F和E的旋风冷却器42后，这种空气都通过空气管道51流到前面冷却段E和D的气力输送管道41的底端，然后作为预热的燃烧空气通过空气供应管道31经过中心管26导入反应器25。
将最终的冷却器设计为流化床冷却器47，通过流化床冷却器47延伸冷却盘管55，其具有垂直堰56，57，待冷却的产品截留在这些堰处，每一个堰都形成一个流化床，待冷却的金属氧化物流过堰56，57进入各自的下一个流化床。流化空气通过空气供应管道59导入流化床冷却器47的各个固定流化床。在流化床冷却器47中加热的废空气通过废空气管道60进入冷却段F的气力输送管道41。冷却的金属氧化物通过排放管道63离开最终的流化床冷却器47。水通常作为冷却介质流经冷却盘管55。
第一冷却段D的旋风冷却器42中的温度一般是450-850℃，优选500-720℃。在下一个冷却段E的旋风冷却器42中，温度一般是200-600℃，被冷却到约70℃，直至排放出成品。
图3所示的装置及相关的方法基本上与图1所示的系统相对应。装置相同的部分也用相同的附图标记表示，下面不再对其描述。
与前面图1所示装置最大的不同是反应器25的燃料供给。设计反应器25，依次在其下部区域形成固定环形流化床27，在固定环形流化床27上部延伸出混合室20。中心管26从反应器25的下部区域穿过固定环形流化床27进入混合室20的区域。在冷却系统40中预热的燃烧空气优选通过空气供应管道31穿过该中心管26直接导入一般已经加热到温度为450-850℃的反应器25的混合室20。在这种变化形式中，燃料供应也是通过中心管26进行的，燃料在中心管26的上部开孔区域中的出口孔附近供给中心管26。因此，在混合室20中，在中心管26的上方直接开始燃烧。
从图4可以看出，在中心管26中排列供应液态或气态燃料的喷枪30。来自供应管道31的预热空气将燃料向上带入混合室20并与其混合。结果，在中心管26上方的顶部开孔处在混合室20中直接开始燃烧，产生所需的煅烧温度。通过供应管道28供应固定流化环形流化床27所需的空气。
另外，在图3的装置中，具有流化床冷却器47的冷却段H代替具有旋风冷却器42的冷却段F，因此，图3中提供了具有旋风冷却器42的两个冷却段D，E和具有流化床冷却器47的两个冷却段G，H。
本发明方法的特别优点是将固定环形流化床27的优点和混合室20(循环流化床)的优点优化利用，同时，冷却产品产生的废热再供给反应器以节约能量。另外还可以控制内部燃烧。
实施例1(生产氧化铝)
在图1的装置中，温度为65℃、表面水分为8.0wt％的约213000kg/h氧化铝通过螺旋运输机1供应。在第一预热段A中预热的氧化铝的一份导入混合室14，七份导入第二预热段B。经过第二预热段B后，固体管道19中的固体温度是341℃，被预热到约70％的结合水被脱除的程度。将9750Nm3/h的冷天然气作为燃料通过燃料管道21导入流化床反应器25的固定环形流化床27。
在这样的应用中，固定环形流化床中的颗粒弗鲁德数Frp约为0.17，混合室中的颗粒弗鲁德数Frp约为2.96，中心管中的颗粒弗鲁德数Frp约为9.9。
在混合容器14中，分离器34排出的产品与来自第一预热段A的预煅烧固体混合，从而产生温度为618℃的产品。从通过固体管道13供应的水合物中脱除9300kg/h的结合水，从而使剩余混合物的烧失量为0.9wt％。
在排放管道63中得到温度约为70℃的129000kg/h氧化铝。整个过程的比热要求约为2750kJ/kg产品。
下表给出图1装置中不同管道中的温度T和气体量G：
  管道(标号)   2   7   16   21
  G(Nm<sup>3</sup>/h)   201000   223000   151000   9750
  T(℃)   341   147   960   25
  管道(标号)   31   35   50   59
  G(Nm<sup>3</sup>/h)   120000   700   82400   16000
  T(℃)   496   72   73   73
实施例2(生产氧化铝)
在图3的装置中，温度为65℃、表面水分为7.0wt％的约102000kg/h氢氧化铝通过螺旋运输机1供应。在第一预热段A中预热的氢氧化铝的一份导入混合容器14，八份导入第二预热段B。经过第二预热段B后，固体管道19中的固体温度是343℃，被预热到约72％的结合水被脱除的程度。将5027Nm3/h的冷天然气作为燃料通过伸入中心管26和混合室20中的喷枪30供给流化床反应器25。
在这样的应用中，固定环形流化床中的颗粒弗鲁德数Frp约为0.34，混合室中的颗粒弗鲁德数Frp约为1.54，中心管中的颗粒弗鲁德数Frp约为7.9。
在混合容器14中，分离器34排出的产品与来自第一预热段A的预煅烧固体混合，从而产生温度为689℃的产品。从通过固体管道13供应的水合物中脱除3970kg/h的结合水，从而使剩余混合物的烧失量为0.74wt％。
在排放管道63中得到温度约为70℃的68500kg/h氧化铝。整个过程的比热要求约为2866kJ/kg产品。
下表给出图1装置中不同管道中的温度T和气体量G：
  管道(标号)   2   7   16   30
  G(Nm<sup>3</sup>/h)   102200   111600   76900   5027
  T(℃)   343   156   1000   25
  管道(标号)  28   31   35   41(E)
  G(Nm<sup>3</sup>/h)  16800   44200   500   38900
  T(℃)  274   573   70   392
  管道(标号)   59(H)   59(G)
  G(Nm<sup>3</sup>/h)   16800   16800
  T(℃)   70   70
实施例3(用环形流化床加热段预热)
根据图5，为了特别有效且温和地预热，用具有用于固定环形流化床72的室和混合室73的环形流化床加热段70，71代替第一和第二预热段A，B的两个文丘里预热器3，4。在预热的第一步骤中，潮湿的固体进行表面干燥，加热到约150℃的温度。在第二预热段B中，然后将固体预煅烧，其中除去约70％的结合水，同时，进一步加热至约350℃。在第一步骤中，例如温度为65℃的196t/h潮湿水合氧化铝可以装入第一预热段A的环形流化床加热段70的固定环形流化床72，并被5000Nm3/h的空气流化。流化空气通过供料管道74和气体分布器75导入固定环形流化床72。温度约为340℃的197000Nm3/h烟气通过中心管76供应。在混合室73中，固体被干燥、预热至约150℃，180t/h的固体作为干燥水合物通过过滤设备(静电集尘器)6导入，随后空气提升至环形流化床加热段71的固定环形流化床72，水合物在这里被通过供料管道74导入的5000Nm3/h空气流化。温度约为1000℃的150000Nm3/h的烟气通过环形流化床加热段71的中心管76导入，从而将干燥水合物预热并加热到约350℃。约144t/h的预煅烧材料和废气一起从该第二步骤排出。
下面列出参考标记表示的部件：
1  螺旋运输机          35  供应管道
2  废气管道            40  冷却系统
3  文丘里预热器        41  气力输送管道
4  文丘里预热器        42  旋风冷却器
5  固体管道            45  固体管道
6  过滤设备            46  固体管道
7  废气管道            47  流化床冷却器
8  固体管道            50  鼓风机
13 固体管道            51  空气管道
14 混合容器            55  冷却盘管
15 产品供应管道        56  堰
15a  固体返回管道       57   堰
16   废气管道           59   空气供应管道
17   固体管道           60   废空气管道
18   旋风分离器         63   排放管道
19   固体管道           70   环形流化床加热段
20   混合室             71   环形流化床加热段
21   燃料管道           72   固定环形流化床
24   气体分布器室       73   混合室
25   反应器             74   供料管道
26   中心管             75   气体分布器
27   固定环形流化床     76   中心管
28   供应管道           A    第一预热段
29   气体分布器         B    第二预热段
30   喷枪               D    冷却段
31   空气供应管道       E    冷却段
33   出口管道           F    冷却段
34   分离器             G    冷却段
                        H    冷却段

Claims (17)

1.一种由金属化合物生产金属氧化物的方法，其中将金属化合物输送到具有流化床的反应器中，在其中通过燃料的燃烧加热到650-1150℃的温度，生成金属氧化物，其特征在于第一气体或气体混合物从下部通过供气管导入反应器的混合室，供气管至少部分被通过供应流化气流化的固定环形流化床环绕，调节第一气体或气体混合物和用于固定环形流化床的流化气的气体速度，使供气管中的颗粒弗鲁德数是1-100，固定环形流化床中的颗粒弗鲁德数是0.02-2，混合室中的颗粒弗鲁德数是0.3-30，其中所述颗粒弗鲁德数都用下面的公式定义：
Fr P = u ( &rho; s - &rho; f ) &rho; f * d p * g
其中：
u＝气流的有效速度，m/s
ρs＝固体颗粒的密度，kg/m3
ρf＝流化气的有效密度，kg/m3
dp＝在反应器操作过程中反应器藏量颗粒或者形成的颗粒的平均直径，m
g＝重力常数，m/s2。
2.权利要求1的方法，其中所述金属化合物为金属氢氧化物或金属碳酸盐。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于供气管中的颗粒弗鲁德数是1.15-20。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于固定环形流化床中的颗粒弗鲁德数是0.115-1.15。
5.权利要求1或2的方法，其特征在于混合室中的颗粒弗鲁德数是0.37-3.7。
6.权利要求1或2的方法，其特征在于调节反应器中的固体装料高度，使固定环形流化床延伸超过供气管的上部开孔端，并使固体恒定地导入第一气体或气体混合物，并被气流带入位于供气管的开孔区域上方的混合室。
7.权利要求1或2的方法，其特征在于作为原料供应的氢氧化铝的粒度小于100μm。
8.权利要求1或2的方法，其特征在于预热的含氧气体通过供气管供给反应器。
9.权利要求1或2的方法，其特征在于将气态和/或液态燃料通过供气管导入反应器。
10.权利要求1或2的方法，其特征在于气态燃料和/或空气导入反应器的固定环形流化床的下部区域。
11.权利要求1或2的方法，其特征在于反应器中的压力是0.8-10bar。
12.权利要求1或2的方法，其特征在于在热处理之前在包括换热器和下游分离器的至少一个预热段中使固体悬浮、干燥、预热和/或部分煅烧。
13.权利要求12的方法，其特征在于用带有固定流化床和混合室的环形流化床换热器作为换热器。
14.权利要求1或2的方法，其特征在于通过将水喷入固定环形流化床冷却反应器和/或环形流化床换热器。
15.权利要求12的方法，其特征在于热处理后反应器的废气夹带的产品的0-100％通过分离器排放到混合容器中，产生含有部分煅烧的固体的产品混合物。
16.权利要求1或2的方法，其特征在于将产品或产品混合物供给冷却系统，该冷却系统由多个冷却段串联布置组成。
17.权利要求16的方法，其特征在于在冷却段中加热的气体供给上游冷却段、预热段和/或反应器。
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