EA042311B1 - REACTOR AND METHOD FOR GASIFICATION AND/OR MELTING OF RAW MATERIALS - Google Patents
REACTOR AND METHOD FOR GASIFICATION AND/OR MELTING OF RAW MATERIALS Download PDFInfo
- Publication number
- EA042311B1 EA042311B1 EA202191163 EA042311B1 EA 042311 B1 EA042311 B1 EA 042311B1 EA 202191163 EA202191163 EA 202191163 EA 042311 B1 EA042311 B1 EA 042311B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- zone
- reactor
- pyrolysis
- lined
- section
- Prior art date
Links
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к способу и реактору для газификации и/или плавления веществ. В частности, изобретение относится к материалу и/или рекуперации энергии из любых отходов, например, но не исключительно, твердых бытовых отходов, использованных шин, опасных отходов, асбестов, отходов лечебных учреждений, угля или угольной пыли. Реактор и способ также подходят для газификации и плавления сырьевых материалов с любым составом или для получения энергии посредством использования отходов и/или угля.The invention relates to a method and a reactor for gasification and/or melting of substances. In particular, the invention relates to material and/or energy recovery from any waste, for example, but not exclusively, municipal solid waste, used tires, hazardous waste, asbestos, hospital waste, coal or coal dust. The reactor and process are also suitable for gasifying and melting raw materials of any composition, or for generating energy through the use of waste and/or coal.
Предшествующий уровень техники изобретенияBackground of the Invention
В течение некоторого периода до настоящего времени рассматривались решения для термической утилизации различных типов отходов и других материалов. Помимо процессов сжигания известны различные процессы газификации, основной целью которых является обеспечение результатов с низкой нагрузкой на окружающую среду по загрязняющим веществам и снижение стоимости обработки сырьевых материалов, а также газов, получаемых в процессе. Однако известные способы характеризуются сложной технологией, которую тяжело осваивать, и связанными высокими расходами на удаление отходов для сырьевого материала или отходов, которые необходимо обрабатывать.For some period up to now, solutions for the thermal disposal of various types of waste and other materials have been considered. In addition to combustion processes, various gasification processes are known, the main purpose of which is to provide results with a low environmental burden of pollutants and to reduce the cost of processing raw materials as well as the gases produced in the process. However, the known methods are characterized by complex technology that is difficult to master and the associated high waste disposal costs for the raw material or waste to be processed.
Например, в ЕР 1261827 В1 раскрыт реактор для газификации и/или плавления сырьевых материалов. Этот реактор не следует подходу ранее часто используемого способа циркуляции газа. Напротив, раскрытый реактор работает согласно прямоточному принципу. Полное исключение обычного управления рециркуляцией газа избегает многих проблем, связанных с конденсацией продуктов пиролиза и образованием нежелательных осадков. Кроме того, в ЕР 1261827 В1 раскрыто, что уже в верхней части реактора происходит частичное накопление сырьевых материалов из-за ударного нагрева насыпного материала (колонны насыпного материала), при этом прилипание к внутренней стенке реактора значительно исключаются. В ЕР 1261827 В1 раскрыто, что секция восстановления образуется между двумя средствами впрыска, посредством которых все газы протекают перед экстракцией, при этом восстанавливая их в значительной степени.For example, EP 1261827 B1 discloses a reactor for gasifying and/or melting raw materials. This reactor does not follow the approach of the previously frequently used gas circulation method. In contrast, the disclosed reactor operates according to the once-through principle. The complete elimination of conventional gas recirculation control avoids many of the problems associated with condensation of pyrolysis products and the formation of unwanted deposits. In addition, EP 1 261 827 B1 discloses that already in the upper part of the reactor there is a partial accumulation of raw materials due to the shock heating of the bulk material (bulk material column), while sticking to the inner wall of the reactor is significantly eliminated. EP 1 261 827 B1 discloses that a reduction section is formed between two injection means, through which all gases flow before extraction, thereby reducing them to a large extent.
Хотя реактор, раскрытый в ЕР 1261827 В1, в значительной степени восстанавливает сырьевые материалы, газ, отводимый из реактора, нельзя использовать без дополнительного нагревания для использования в металлургических реакторах для восстановительного плавления из-за температурах на выходе из реактора.Although the reactor disclosed in EP 1 261 827 B1 substantially reduces the raw materials, the gas vented from the reactor cannot be used without additional heating for use in smelting reduction metallurgical reactors due to reactor outlet temperatures.
Цель изобретенияPurpose of the invention
Следовательно, целью настоящего изобретения является обеспечение нового реактора и способа газификации и/или плавления веществ, который преодолевает, по меньшей мере, частично вышеуказанные недостатки и/или который будет пригодной альтернативной существующим реакторам и способам газификации и/или плавления веществ.Therefore, it is an object of the present invention to provide a new reactor and process for gasification and/or melting of substances which overcomes at least in part the above drawbacks and/or which is a suitable alternative to existing reactors and processes for gasification and/or melting of substances.
Краткое раскрытие изобретенияBrief summary of the invention
Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ газификации углеродсодержащего сырьевого материала с получением горячих восстановительных газов, используя реактор, причем способ предусматривает стадии подачи углеродсодержащего сырьевого материала посредством затвора с получением выгружаемого слоя в зоне пиролиза реактора;According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for gasifying a carbonaceous feedstock to produce hot reducing gases using a reactor, the method comprising the steps of supplying a carbonaceous feedstock through a gate to form a discharge bed in a pyrolysis zone of the reactor;
нагревания выгружаемого слоя в зоне пиролиза для инициации пиролиза в углеродсодержащем сырьевом материале и получения продукта пиролиза;heating the discharge bed in the pyrolysis zone to initiate pyrolysis in the carbonaceous raw material and obtain a pyrolysis product;
обеспечение низкорасположенной горячей верхней зоны окисления в реакторе путем подачи источника кислорода при температуре по меньшей мере 800°С в реактор в месте под зоной пиролиза;providing a low-lying hot upper oxidation zone in the reactor by supplying an oxygen source at a temperature of at least 800° C. to the reactor at a location below the pyrolysis zone;
газификации продукта пиролиза и оставшегося не подвергнутого пиролизу углеродсодержащего сырьевого материала, если он остался, в горячей верхней зоне окисления с образованием слоя угля в верхней зоне восстановления реактора, причем верхняя зона восстановления расположена под горячей верхней зоной окисления;gasifying the pyrolysis product and the remaining unpyrolyzed carbonaceous feedstock, if any, in the hot upper oxidation zone to form a layer of coal in the upper reduction zone of the reactor, the upper reduction zone being located below the hot upper oxidation zone;
превращения тепловой энергии в химическую энергию в верхней зоне восстановления;conversion of thermal energy into chemical energy in the upper recovery zone;
обеспечения низкорасположенной горячей нижней зоны окисления в реакторе путем подачи источника кислорода при температуре по меньшей мере 800°С в реактор в месте под нижней зоной восстановления реактора;providing a low-lying hot lower oxidation zone in the reactor by supplying an oxygen source at a temperature of at least 800° C. to the reactor at a location below the lower reduction zone of the reactor;
сбора любых расплавов металла и/или шлака, присутствующих в нижней зоне окисления;collecting any molten metal and/or slag present in the lower oxidation zone;
удаления расплавов металла и/или шлака, присутствующих в нижней зоне окисления; и отвода горячих восстановительных газов, имеющих температуру по меньшей мере 1300°С и отношение CO/CO2 >5, которые получились в верхней зоне восстановления через выходное отверстие для газа, расположенное в секции выхода газа реактора, причем секция выхода газа расположена между верхней зоной восстановления и нижней зоной восстановления реактора.removing molten metal and/or slag present in the lower oxidation zone; and venting hot reducing gases having a temperature of at least 1300° C. and a CO/CO 2 ratio >5 that have been generated in the upper reduction zone through a gas outlet located in the gas outlet section of the reactor, the gas outlet section being located between the upper reduction zone recovery and lower recovery zone of the reactor.
Источник кислорода может быть воздухом или чистым кислородом.The source of oxygen may be air or pure oxygen.
Расплавы металла и/или шлака, присутствующие в нижней зоне окисления, можно удалять из нижней зоны окисления путем выпуска расплавов металла и/или шлака.Metal and/or slag melts present in the lower oxidation zone can be removed from the lower oxidation zone by tapping the metal and/or slag melts.
- 1 042311- 1 042311
Обеспечиваются горячие восстановительные газы, которые отводятся с отношением CO/CO2 > 15.Hot reducing gases are provided, which are discharged with a CO/CO2 ratio > 15.
Способ может предусматривать дополнительную стадию обеспечения горячих газов (например, предварительно нагретого воздуха или продуктов сгорания, которые подаются посредством горелок или форсунок) в зону пиролиза для инициации пиролиза в углеродсодержащем сырьевом материале и получения продукта пиролиза.The method may include the additional step of providing hot gases (eg, preheated air or combustion products that are supplied by burners or nozzles) to the pyrolysis zone to initiate pyrolysis in the carbonaceous feedstock and produce a pyrolysis product.
Обеспечивается нагревание выгружаемого слоя в зоне пиролиза, которое выполняется постепенно до температуры по меньшей мере 700°С, причем температура повышается постепенно для предотвращения разрушения углеродсодержащего сырьевого материала и продукта пиролиза. Предпочтительно, это предотвращает образование мелкого или порошкообразного углеродсодержащего сырьевого материала, продукта пиролиза и угля, которые могут закупорить реактор. Таким образом, способ и реактор могут работать при более низком давлении, чем в случае, когда образуются мелкий или порошкообразный углеродсодержащий сырьевой материал, продукт пиролиза и уголь. Например, способ и реактор могут реализовываться и/или работать под давлением 50 кПа.Heating of the discharged layer in the pyrolysis zone is provided, which is carried out gradually to a temperature of at least 700° C., the temperature being increased gradually to prevent the destruction of the carbonaceous raw material and the pyrolysis product. Preferably, this prevents the formation of fine or powdery carbonaceous feedstock, pyrolysis product, and coal, which can clog the reactor. Thus, the process and reactor can be operated at a lower pressure than when fine or powdered carbonaceous feedstock, pyrolysis product and coal are formed. For example, the process and reactor may be operated and/or operated at a pressure of 50 kPa.
Объемный расход горячих газов можно контролировать для постепенного нагревания выгружаемого слоя в зоне пиролиза.The volume flow of hot gases can be controlled to gradually heat the discharged bed in the pyrolysis zone.
Способ может предусматривать дополнительную стадию сушки углеродсодержащего сырьевого материала перед загрузкой навалом углеродсодержащего сырьевого материала в реактор.The method may include an additional step of drying the carbonaceous feedstock prior to bulk loading the carbonaceous feedstock into the reactor.
Объемный расход источника кислорода в нижнюю зону окисления можно контролировать для предотвращения накопления мелкого угля в нижней зоне окисления.The volumetric flow rate of the oxygen source to the lower oxidation zone can be controlled to prevent accumulation of fine coal in the lower oxidation zone.
Для повышения нормы расхода мелкого угля в нижней зоне окисления объемный расход источника кислорода в нижнюю зону окисления можно увеличивать.To increase the consumption rate of fine coal in the lower oxidation zone, the volumetric flow rate of the oxygen source in the lower oxidation zone can be increased.
Способ может дополнительно предусматривать стадию предварительного нагревания и предварительной сушки углеродсодержащего сырьевого материала в буферной зоне реактора, причем буферная зона расположена выше зоны пиролиза реактора.The method may further include the step of preheating and pre-drying the carbonaceous feedstock in a buffer zone of the reactor, the buffer zone being located above the pyrolysis zone of the reactor.
Путем подачи углеродсодержащего сырьевого материала в зону пиролиза можно получать выгружаемый слой с конусом выгрузки, и сечение зоны пиролиза может быть увеличено относительно сечения буферной зоны.By supplying a carbonaceous raw material to the pyrolysis zone, a discharged bed with a discharge cone can be obtained, and the section of the pyrolysis zone can be increased relative to the section of the buffer zone.
Обеспечивается включение в способ дополнительной стадии пиролиза и сушки углеродсодержащего сырьевого материала в промежуточной зоне реактора, причем промежуточная зона расположена под зоной пиролиза.EFFECT: inclusion in the process of an additional stage of pyrolysis and drying of the carbon-containing raw material in the intermediate zone of the reactor, and the intermediate zone is located below the pyrolysis zone.
Способ может предусматривать еще одну дополнительную стадию отвода горячих восстановительных газов с температурой по меньшей мере 1300°С, которые образовались в зоне прямотока реактора, по меньшей мере из одного выпускного отверстия для газа реактора, причем зона прямотока может содержать зону с избыточным давлением реактора, причем зона с избыточным давлением содержит зону подачи реактора;The method may include another additional step of removing hot reducing gases with a temperature of at least 1300°C, which have formed in the co-current zone of the reactor, from at least one outlet for the reactor gas, and the co-current zone may contain a zone with an overpressure of the reactor, and the pressurized zone contains the reactor feed zone;
буферную зону реактора;reactor buffer zone;
зону пиролиза реактора и промежуточную зону реактора;a reactor pyrolysis zone and an intermediate reactor zone;
верхнюю зону окисления реактора и верхнюю зону восстановления реактора.an upper oxidation zone of the reactor; and an upper reduction zone of the reactor.
Обеспечивается включение в способ стадии отвода горячих восстановительных газов с температурой по меньшей мере 1300°С, которые получались в противоточной секции реактора, через выпускное отверстие для газа, расположенное в секции выпуска газа реактора, причем противоточная секция может содержать нижнюю зону окисления и нижнюю зону восстановления реактора.EFFECT: inclusion in the method of the stage of removal of hot reducing gases with a temperature of at least 1300°C, which were obtained in the countercurrent section of the reactor, through the gas outlet located in the gas outlet section of the reactor, and the countercurrent section may contain a lower oxidation zone and a lower reduction zone reactor.
Объемное отношение объема верхней зоны окисления к объему зоны с избыточным давлением может быть отношением 1:N объемных единиц, причем 4<N<20.The volume ratio of the volume of the upper oxidation zone to the volume of the pressurized zone may be a ratio of 1:N volume units, with 4<N<20.
Объемное отношение объема верхней зоны окисления к общему объему верхней зоны восстановления и зоны с избыточным давлением может быть отношением 1:N объемных единиц, причем 7<N<25.The volume ratio of the volume of the upper oxidation zone to the total volume of the upper reduction zone and the pressurized zone may be a ratio of 1:N volume units, with 7<N<25.
Объемное отношение объема противоточной секции к общему объему реактора может быть отношением 1:N объемных единиц, причем 1<N<10.The volume ratio of the volume of the countercurrent section to the total volume of the reactor may be a ratio of 1:N volume units, with 1<N<10.
Путем подачи по меньшей мере 800°С горячего кислорода и/или воздуха ниже промежуточной зоны создается горячая верхняя зона окисления с температурой выше 1800°С, в частности область футеровки и температур от 2000 до 4000°С в слое. Продукты пиролиза и части сырьевого материала сгорают, расщепляются и/или плавятся в этой горячей верхней зоне окисления, после чего происходит дополнительное коксование еще не превратившегося сырьевого материала. В следующей далее верхней зоне восстановления тепловая энергия затем превращается в химическую энергию. Превращение химической энергии в тепловую энергию частично достигается путем восстановления CO2 в СО. Здесь объемное отношение газообразных СО/СО2 в выпускном отверстии для газа может быть больше 10 или даже больше 15. Например, объемное отношение газообразных СО/СО2 может быть от 10 до 1000, от 5 до 10000 и даже от 15 до 107 (по существу без СО2).By supplying at least 800° C. hot oxygen and/or air below the intermediate zone, a hot upper oxidation zone is created with temperatures above 1800° C., in particular the lining region and temperatures from 2000 to 4000° C. in the bed. The pyrolysis products and portions of the raw material are combusted, split and/or melted in this hot upper oxidation zone, after which the still unconverted raw material is further coked. In the next upper recovery zone, the thermal energy is then converted into chemical energy. The conversion of chemical energy into thermal energy is partly achieved by reducing CO2 to CO. Here, the volume ratio of gaseous CO/CO 2 at the gas outlet may be greater than 10 or even greater than 15. For example, the volume ratio of gaseous CO/CO 2 may be 10 to 1000, 5 to 10,000, and even 15 to being without CO 2 ).
Газ может протекать в прямоточной секции из зоны подачи в выпускное отверстие для газа прямоGas can flow in the once-through section from the supply area to the gas outlet directly
- 2 042311 током.- 2 042311 current.
Горячая зона с температурами от 1800 до 4000°С также может получаться в конической нижней зоне окисления путем обеспечения по меньшей мере 1000°С горячего кислорода и/или воздуха. Расплавы металла и/или шлака могут также собираться в этой расположенной ниже горячей нижней зоне окисления. Эти расплавы шлака и/или расплавы металла могут спускаться посредством выпуска (например, в формы) или вытекать непрерывно (например, на грануляцию шлака) при необходимости. В конической нижней зоне окисления и в конической нижней зоне восстановления могут также получаться горячие газы с температурой выше 1000 и до 2000°С, которые протекают вверх (противотоком) в направлении выпускного отверстия для газа. Тепловая энергия может также превращаться в химическую энергию в нижней зоне восстановления, частично путем восстановления СО2 в СО. Это обеспечивает то, что объемное отношение газообразных СО/СО2 составляет больше 10 или даже больше 15, когда выпускное отверстие для газа достигается. Например, объемное отношение газообразных СО/СО2 составляет от 10 до 1000, предпочтительно от 15 до 10000 и, в частности, предпочтительно от 15 до 107 (по существу без СО2). Газы из прямоточной секции (сверху вниз) и газы из противоточной секции (снизу вверх) отводятся из секции выпуска газа посредством по меньшей мере одного выпускного отверстия для газа. Газы из прямоточной секции и газы из противоточной секции имеют температуры от 1500 до 1750°С, предпочтительно от 1600 до 1750°С.A hot zone with temperatures from 1800 to 4000°C can also be obtained in a conical lower oxidation zone by providing at least 1000°C hot oxygen and/or air. Metal and/or slag melts may also collect in this underlying hot lower oxidation zone. These slag melts and/or metal melts can descend by tapping (eg into molds) or flow continuously (eg into slag granulation) as required. In the conical lower oxidation zone and in the conical lower reduction zone, hot gases with temperatures above 1000 and up to 2000° C. can also be produced, which flow upwards (counter current) towards the gas outlet. Thermal energy can also be converted to chemical energy in the lower reduction zone, in part by reduction of CO 2 to CO. This ensures that the CO/CO2 gas volume ratio is greater than 10 or even greater than 15 when the gas outlet is reached. For example, the gaseous CO/CO2 volume ratio is from 10 to 1000, preferably from 15 to 10000 and particularly preferably from 15 to 10 7 (essentially without CO2). Gases from the direct-flow section (from top to bottom) and gases from the counter-flow section (from bottom to top) are discharged from the gas outlet section through at least one gas outlet. The gases from the cocurrent section and the gases from the countercurrent section have temperatures from 1500 to 1750°C, preferably from 1600 to 1750°C.
Стадии способа, важные для настоящего изобретения, могут быть дополнительно предпочтительно разработаны путем откачки газов, полученных в прямоточной секции, и газов, полученных в противоточной секции. Для этой цели можно использовать средства откачки газов. Откачка может создавать отрицательное давление в реакторе. Применение отрицательного давления в реакторе может обеспечивать поддержание реактора при рабочих условиях, поскольку воздух может всасываться, когда газификатор открывается, но газ не может выйти.The process steps important to the present invention can be further advantageously developed by pumping out the gases produced in the cocurrent section and the gases produced in the countercurrent section. For this purpose, you can use the means of pumping gases. Pumping out can create a negative pressure in the reactor. The use of negative pressure in the reactor can keep the reactor at operating conditions since air can be drawn in when the gasifier is opened but gas cannot escape.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечивается реактор для применения в способе газификации углеродсодержащего сырьевого материала, причем реактор содержит прямоточную секцию, содержащую зону с избыточным давлением, содержащую зону подачи с затвором, причем сырьевые материалы вводят в реактор сверху посредством зоны подачи;According to a second aspect of the present invention, there is provided a reactor for use in a process for gasification of a carbonaceous feedstock, the reactor comprising a straight-through section comprising a pressurized zone comprising a gated feed zone, the feedstock being introduced into the reactor from above by means of the feed zone;
буферную зону;buffer zone;
футерованную огнеупорным материалом зону пиролиза, которая примыкает к нижней части буферной зоны, в то же время обеспечивая увеличение поперечного сечения; и футерованную огнеупорным материалом промежуточную зону, которая примыкает к нижней части зоны пиролиза;a refractory-lined pyrolysis zone that abuts the bottom of the buffer zone while providing an increase in cross section; and a refractory-lined intermediate zone which is adjacent to the bottom of the pyrolysis zone;
футерованную огнеупорным материалом верхнюю зону окисления, которая примыкает к нижней части промежуточной зоны и содержит фурмы по меньшей мере в одной плоскости; и футерованную огнеупорным материалом верхнюю зону восстановления, которая примыкает к нижней части верхней зоны окисления;a refractory-lined upper oxidation zone, which is adjacent to the lower part of the intermediate zone and contains tuyeres in at least one plane; and a refractory-lined upper reduction zone that is adjacent to the bottom of the upper oxidation zone;
футерованную огнеупорным материалом секцию выпуска газа, содержащую по меньшей мере одно выпускное отверстие для газа; и футерованную огнеупорным материалом противоточную секцию, содержащую:a refractory-lined gas outlet section comprising at least one gas outlet; and a counterflow section lined with refractory material, comprising:
коническую нижнюю зону восстановления, примыкающую к указанной секции выпуска газа; и коническую нижнюю зону окисления, примыкающую к конической нижней зоне восстановления и содержащую по меньшей мере одну фурму и выпуск, причем объемное отношение объема футерованной огнеупорным материалом верхней зоны окисления к объему зоны с избыточным давлением представляет отношение 1 :N объемных единиц, причем 4<N<20.a conical lower recovery zone adjacent to said gas outlet section; and a conical lower oxidation zone adjacent to the conical lower reduction zone and containing at least one tuyere and outlet, wherein the volume ratio of the volume of the refractory-lined upper oxidation zone to the volume of the pressurized zone is 1:N volume units, with 4<N <20.
Объемное отношение объема футерованной огнеупорным материалом верхней зоны окисления к общему объему футерованной огнеупорным материалом верхней зоны восстановления и зоны с избыточным давлением может быть отношением 1:N объемных единиц, причем 7<N<25.The volume ratio of the volume of the refractory-lined upper oxidation zone to the total volume of the refractory-lined upper reduction zone and the overpressure zone may be a ratio of 1:N volume units, with 7<N<25.
Объемное отношение объема футерованной огнеупорным материалом противоточной секции к общему объему реактора может быть отношением 1:N объемных единиц, причем 1<N<10.The volume ratio of the volume of the counterflow section lined with refractory material to the total volume of the reactor may be 1:N volume units, with 1<N<10.
Обеспечивается по меньшей мере одна футерованная огнеупорным материалом часть реактора, состоящая по меньшей мере из двух футерованных секций, расположенных одна над другой, причем шпунтовое соединение образовано между футерованными секциями, расположенными одна над другой, причем одна из футерованных секций имеет канавку на стороне, обращенной к внутренней части реактора, а другая футерованная секция имеет гребень на стороне, обращенной к внутренней части реактора, причем шпунтовое соединение имеет изменяющийся при колебаниях температуры промежуток между канавкой и гребнем.At least one part of the reactor lined with refractory material is provided, consisting of at least two lined sections located one above the other, moreover, the tongue and groove connection is formed between the lined sections located one above the other, moreover, one of the lined sections has a groove on the side facing the the inside of the reactor, and the other lined section has a ridge on the side facing the inside of the reactor, and the tongue and groove connection has a gap between the groove and the ridge that changes with temperature.
Кольцеобразная охлаждаемая водой консоль может быть расположена по меньшей мере между двумя футерованными секциями.An annular water-cooled console may be located between at least two lined sections.
- 3 042311- 3 042311
Верхняя футерованная секция может иметь канавку, а нижняя футерованная секция может иметь гребень.The top lined section may have a groove and the bottom lined section may have a ridge.
По меньшей мере две футерованные секции могут иметь одну огнеупорную внутреннюю футеровку и наружную футеровку, окружающую огнеупорную внутреннюю футеровку.The at least two lined sections may have one refractory inner lining and an outer lining surrounding the refractory inner lining.
Внутренняя огнеупорная футеровка может быть футеровкой, полученной из обожженного кирпича, или монолитной футеровкой.The inner refractory lining may be a fired brick lining or a monolithic lining.
Кольцеобразная охлаждаемая водой консоль может состоять из черной или нержавеющей стали.The annular water-cooled console is available in black or stainless steel.
Фурмы футерованной огнеупорным материалом верхней зоны окисления и/или футерованной огнеупорным материалом конической нижней зоны окисления могут состоять из керамики.The lances of the refractory-lined upper oxidation zone and/or the refractory-lined conical lower oxidation zone may be made of ceramic.
В альтернативном варианте осуществления фурмы футерованной огнеупорным материалом верхней зоны окисления и/или футерованной огнеупорным материалом конической нижней зоны окисления могут состоять из меди или стали, причем внутренняя керамическая труба расположена в каждой из фурм, и причем сжимаемый и стойкий к действию температуры слой расположен между керамической внутренней трубой и соответствующей фурмой.In an alternative embodiment, the refractory-lined upper oxidation zone and/or the refractory-lined conical lower oxidation zone may be composed of copper or steel, with an inner ceramic tube located in each of the tuyeres, and wherein a compressible and temperature-resistant layer is located between the ceramic inner tube and corresponding lance.
Футерованная огнеупорным материалом верхняя зона окисления может иметь угол конусности от 5 до 30°.The refractory-lined upper oxidation zone can have a taper angle from 5° to 30°.
Футерованная огнеупорным материалом верхняя зона восстановления может располагаться выше футерованной огнеупорным материалом секции выпуска газа так, что футерованная огнеупорным материалом секция выпуска газа примыкает к нижней части футерованной огнеупорным материалом верхней зоны восстановления, в то же время обеспечивая увеличение поперечного сечения.The refractory-lined upper reduction zone may be positioned above the refractory-lined gas outlet section such that the refractory-lined gas outlet section abuts the bottom of the refractory-lined upper reduction zone while providing an increase in cross section.
Часть футерованной огнеупорным материалом верхней зоны восстановления может располагаться в футерованной огнеупорным материалом секции выпуска газа, и футерованная огнеупорным материалом секция выпуска газа может иметь увеличение поперечного сечения относительно футерованной огнеупорным материалом верхней зоны восстановления.A portion of the refractory-lined upper reduction zone may be located in the refractory-lined gas outlet section, and the refractory-lined gas outlet section may have an increase in cross section relative to the refractory-lined upper reduction zone.
Футерованная огнеупорным материалом коническая нижняя зона восстановления и футерованная огнеупорным материалом коническая нижняя зона окисления может иметь угол конусности от 50 до 70°.The refractory-lined conical lower reduction zone and the refractory-lined conical lower oxidation zone may have a taper angle of 50° to 70°.
Средства подачи газа могут располагаться в области увеличения поперечного сечения футерованной огнеупорным материалом зоны пиролиза.The gas supply means may be located in the area of increasing the cross section of the pyrolysis zone lined with refractory material.
Фурмы футерованной огнеупорным материалом верхней зоны окисления могут располагаться во множестве плоскостей.The lances of the refractory-lined upper oxidation zone can be arranged in a plurality of planes.
Обеспечивается по меньшей мере одна дополнительная фурма, которая должна располагаться в дополнительной плоскости футерованной огнеупорным материалом конической нижней зоны восстановления, или одна дополнительная фурма, которая должна располагаться в дополнительной плоскости футерованной огнеупорным материалом конической нижней зоны восстановления и по меньшей мере одна дополнительная фурма, которая должна располагаться в футерованной огнеупорным материалом верхней зоне восстановления.At least one additional lance is provided, which must be located in an additional plane of the refractory-lined conical lower reduction zone, or one additional lance, which must be located in an additional plane of the refractory-lined conical lower reduction zone, and at least one additional lance, which must located in the upper recovery zone lined with refractory material.
По меньшей мере одна дополнительная фурма может располагаться в дополнительной плоскости футерованной огнеупорным материалом конической нижней зоны окисления.At least one additional lance may be located in an additional plane lined with refractory conical lower oxidation zone.
Для того, чтобы горячие газы с температурами более 1500°С, например от 1600 до 1750°С, можно было отводить из выпускного отверстия для газа, обеспечивается реактор, разработанный таким образом, что температуры выше 1800°С в периферической области насыпного материала (или слое) и от 2000 до 4000°С в центре насыпного материала (или слое) могли достигаться, по меньшей мере, в футерованной огнеупорным материалом верхней зоне окисления. Эти высокие температуры вызывают расширение огнеупорной футеровки (например, кирпичной футеровки) аксиально, тангенциально и радиально до 20 мм на 1 м футеровки, создавая нагрузки в футеровке, которые в свою очередь воздействуют на наружную стальную оболочку реактора в радиальном направлении.In order that hot gases with temperatures above 1500°C, for example from 1600 to 1750°C, can be removed from the gas outlet, a reactor is provided designed such that temperatures are above 1800°C in the peripheral region of the bulk material (or layer) and from 2000 to 4000°C in the center of the bulk material (or layer) could be achieved at least in the upper oxidation zone lined with refractory material. These high temperatures cause the refractory lining (eg brick lining) to expand axially, tangentially and radially up to 20 mm per 1 m of lining, creating loads in the lining, which in turn act on the outer steel shell of the reactor in the radial direction.
Для того, чтобы на стабильность реактора не влияли эти высокие температуры и полученные нагрузки в футеровке, согласно настоящему изобретению обеспечивается, что по меньшей мере одна футерованная огнеупорным материалом часть реактора состоит по меньшей мере из двух футерованных секций, расположенных друг над другом. По меньшей мере одна футерованная огнеупорным материалом часть может быть футерованной огнеупорным материалом зоной пиролиза, футерованной огнеупорным материалом буферной зоной, футерованной огнеупорным материалом верхней зоной окисления, футерованной огнеупорным материалом верхней зоной восстановления, футерованной огнеупорным материалом секцией выпуска газа, футерованной огнеупорным материалом противоточной секцией или их комбинацией.In order that the stability of the reactor is not affected by these high temperatures and the resulting loads in the lining, according to the present invention, it is provided that at least one part of the reactor lined with refractory material consists of at least two lined sections located one above the other. The at least one refractory-lined portion may be a refractory-lined pyrolysis zone, a refractory-lined buffer zone, a refractory-lined upper oxidation zone, a refractory-lined upper reduction zone, a refractory-lined gas outlet section, a refractory-lined counterflow section, or their combination.
Здесь можно задумать, чтобы огнеупорная футеровка реактора имела дополнительную футерованную секцию каждые 2-4 м высоты.Here it can be considered that the refractory lining of the reactor has an additional lined section every 2-4 m in height.
Для реакторов, которые имеют температуру в выпускном отверстии для газа от 1500 до 1600°С, может обеспечиваться то, что огнеупорная футеровка имеет дополнительную футерованную секцию каждые 3-4 м высоты. Для реакторов, которые имеют температуру в выпускном отверстии для газа от 1600 до 1750°С, может обеспечиваться то, что огнеупорная футеровка имеет дополнительную футерованнуюFor reactors that have a gas outlet temperature of 1500 to 1600° C., it can be provided that the refractory lining has an additional lined section every 3-4 m of height. For reactors which have a gas outlet temperature of 1600 to 1750°C, it can be provided that the refractory lining has an additional lined
- 4 042311 секцию каждые 2-3 м высоты.- 4 042311 section every 2-3 m in height.
Поскольку конкретные высокие температуры (температуры от 1800 до 4000°С) генерируются в футерованной верхней зоне окисления и футерованной нижней зоне окисления, можно обеспечить то, что футерованные секции, расположенные друг над другом, расположены таким образом, что точно одна футерованная секция расположена в каждой из футерованной верхней зоны окисления и футерованной нижней зоны окисления. Кроме того, может обеспечиваться, что дополнительная футерованная секция расположена под и над зонами окисления. Это обеспечивает, что каждая из горячих зон окисления состоит только из одной футерованной секции, причем каждая из футерованных секций может расширяться в направлении соответствующей дополнительной футерованной секции, так что в этих зонах нет необходимости в дополнительных консолях или других средствах фиксации, которые могут повреждаться при этих высоких температурах.Since specific high temperatures (temperatures from 1800 to 4000°C) are generated in the lined upper oxidation zone and the lined lower oxidation zone, it can be ensured that the lined sections arranged one above the other are located in such a way that exactly one lined section is located in each from a lined upper oxidation zone and a lined lower oxidation zone. In addition, it can be provided that the additional lined section is located below and above the oxidation zones. This ensures that each of the hot oxidation zones consists of only one lined section, and each of the lined sections can expand towards the corresponding additional lined section, so that in these zones there is no need for additional consoles or other means of fixation, which can be damaged by these high temperatures.
Для того чтобы никакие горячие газы или высокие температуры не продолжали выходить за пределы посредством области по меньшей мере между двумя футерованными секциями, также обеспечивается образование шпунтового соединения между огнеупорными футерованными секциями, расположенными друг над другом, причем одна из огнеупорных футерованных секций имеет канавку на стороне, обращенной к внутренней части реактора, а другая футерованная секция имеет гребень на стороне, обращенной к внутренней части реактора. Шпунтовое соединение разработано таким образом, что даже когда реактор находится в нерабочем состоянии, гребень в канавке расположен в положении принудительной блокировки, при этом вертикальная наружная стенка гребня соединена с вертикальной стенкой канавки, но вертикальный промежуток остается между канавкой и гребнем. Это является преимуществом при обеспечении, того, что несмотря промежуток, газ не может выходить при запуске или высоком нагреве реактора. Кроме того, может быть обеспечено то, что промежуток между канавкой и гребнем является изменяющимся при колебаниях температуры промежутком. Изменяющийся при колебаниях температуры промежуток между канавкой и гребнем может быть, например, 50 мм. Как описано выше, футеровка может расширяться при высоких температурах, где гребень может расширяться в канавке из-за шпунтового соединения.To ensure that no hot gases or high temperatures continue to escape through the area between at least two lined sections, a tongue-and-groove connection is also provided between the refractory lined sections located one above the other, with one of the refractory lined sections having a groove on the side, facing the inside of the reactor, and the other lined section has a ridge on the side facing the inside of the reactor. The tongue and groove connection is designed so that even when the reactor is not in operation, the tongue in the groove is in a positive lock position, with the vertical outer wall of the tongue connected to the vertical wall of the groove, but a vertical gap remains between the groove and the tongue. This is an advantage in ensuring that, despite the gap, the gas cannot escape during start-up or high heat of the reactor. In addition, it can be ensured that the gap between the groove and the ridge is a gap that changes with temperature fluctuations. The gap between the groove and the ridge, which varies with temperature fluctuations, can be, for example, 50 mm. As described above, the lining can expand at high temperatures where the ridge can expand in the groove due to the tongue and groove connection.
Кроме того, обеспечивается, что кольцеобразная охлаждаемая водой консоль для удержания огнеупорной футеровки и стабилизации футеровки при нагревании и охлаждении реактора расположена по меньшей мере между двумя футерованными секциями, расположенными друг над другом. Эта кольцеобразная охлаждаемая водой консоль может быть получена сгибанием полых цилиндрических трубок с квадратными или прямоугольными сечениями без сварных швов. В настоящем документе предпочтительно может обеспечиваться то, что охлаждаемая водой консоль имеет высокий тепловой поток, который достигается скоростями потока охлаждающей воды от 2 до 25 м/с, что подается посредством соединительных фланцев. Эти высокие скорости потока охлаждающей воды являются предпочтительными для поддержания термической и механической стабильности кольцеобразной консоли, когда она расположена в областях с высокими температурами (>1500°С).In addition, it is provided that an annular water-cooled console for holding the refractory lining and stabilizing the lining during heating and cooling of the reactor is located between at least two lined sections located one above the other. This annular water-cooled console can be obtained by bending hollow cylindrical tubes with square or rectangular sections without welds. In the present document, it can preferably be ensured that the water-cooled console has a high heat flux, which is achieved by cooling water flow rates of 2 to 25 m/s, which is supplied through the connecting flanges. These high cooling water flow rates are advantageous in order to maintain the thermal and mechanical stability of the annular cantilever when located in areas of high temperatures (>1500°C).
Описанное выше расположение по меньшей мере двух совмещенных шпунтовым соединением огнеупорных футерованных секций и кольцеобразной охлаждаемой водой консоли может располагаться в прямоточной секции, и/или секции выпуска газа, и/или противоточной секции. Каждая секция может также иметь несколько расположений двух огнеупорных футерованных секций, расположенных друг над другом, со шпунтовым соединением и кольцеобразной охлаждаемой водой консолью.The above-described arrangement of at least two tongue-and-groove refractory lined sections and an annular water-cooled console may be located in a straight-through section and/or a gas outlet section and/or a counter-current section. Each section may also have multiple arrangements of two refractory lined sections stacked on top of each other with a tongue and groove connection and an annular water-cooled console.
Прямоточная секция реактора согласно настоящему изобретению содержит частично футерованную зону с избыточным давлением, футерованную верхнюю зону окисления и футерованную верхнюю зону восстановления.The once-through reactor section of the present invention comprises a partially lined pressurized zone, a lined top oxidation zone, and a lined top reduction zone.
Частично футерованная зона с избыточным давлением содержит зону подачи по меньшей мере с одним затвором, буферную зону, футерованную зону пиролиза и футерованную промежуточную зону.The partially lined pressurized zone comprises a feed zone with at least one gate, a buffer zone, a lined pyrolysis zone, and a lined intermediate zone.
Посредством зоны подачи с затвором сырьевые материалы, такие как отходы, токсичные или биологические отходы, вода, использованные шины, биомасса, древесина, уголь, автомобильные измельченные остатки, агрегаты или подобное, можно подавать в реактор сверху. Затвор обеспечивает то, что неконтролируемого поступления окружающего воздуха и выпуска газов из реактора избегают насколько это возможно. Предполагается, что затворы могут иметь гидравлические, пневматические или электрические заслонки. Эти заслонки могут предпочтительно быть разработаны таким образом, что заслонки дополнительно закрываются в случае случайного превышения давления в реакторе, и газ не может нечаянно выходить.By means of a feed zone with a gate, raw materials such as waste, toxic or biological waste, water, used tires, biomass, wood, coal, automotive shredded residues, aggregates or the like can be fed into the reactor from above. The closure ensures that the uncontrolled entry of ambient air and the release of gases from the reactor is avoided as much as possible. It is contemplated that the valves may have hydraulic, pneumatic or electric shutters. These shutters can advantageously be designed in such a way that the shutters are additionally closed in the event of an accidental overpressure in the reactor and the gas cannot escape unintentionally.
Зона с избыточным давлением также содержит буферную зону для забуферивания и предварительной сушки объема сырьевого материала. Температура буферной зоны предпочтительно является регулируемой. Например, установленная температура приблизительно 100-200°С может обеспечиваться для предварительной сушки отходов.The pressurized zone also contains a buffer zone for buffering and pre-drying the bulk of the raw material. The temperature of the buffer zone is preferably adjustable. For example, a set temperature of approximately 100-200° C. may be provided to pre-dry the waste.
Кроме того, футерованную огнеупорным материалом зону пиролиза обеспечивают в зоне с избыточным давлением, которая соединена с нижней частью буферной зоны путем создания увеличения сечения, которое предпочтительно является резким. Предпочтительно сечение увеличивается по меньшейIn addition, the refractory-lined pyrolysis zone is provided in a pressurized zone that is connected to the bottom of the buffer zone by creating an increase in section that is preferably abrupt. Preferably, the cross section increases by at least
- 5 042311 мере вдвое. Увеличение сечения обеспечивает то, что скорость погружения сырьевых материалов снижается, и что коническая область выгрузки (конус выгрузки), полученный из насыпного материала, образуется в газовом пространстве реактора. Конус выгрузки подается по центру с предварительно высушенными сырьевыми материалами (из буферной зоны).- 5 042311 least twice. The increase in cross section ensures that the sink rate of the raw materials is reduced and that a conical discharge area (discharge cone) obtained from the bulk material is formed in the gas space of the reactor. The discharge cone is fed centrally with pre-dried raw materials (from the buffer zone).
Горячие газы (например, газы сгорания, временно хранящиеся или рециркулируемые избыточные газы или инертные газы сгорания, обеспеченные при сгорании) могут подаваться в конус выгрузки в футерованной огнеупорным материалом зоне пиролиза посредством горелок, форсунок, отверстий в стенках или других устройств. Слой ударно нагревается горячими газами на поверхности, при этом избегают прилипания сырьевых материалов к футеровке (например, кирпичной футеровке или футеровке из огнеупорного бетона) насколько это возможно. Ударное нагревание можно обеспечивать, например, посредством горелок, направленных радиально на слой. Альтернативно или дополнительно, ударное нагревание можно также обеспечивать посредством кольцеобразного канала, в котором вращается пламя. Это вращение может обеспечиваться конструктивно путем вдувания горячего газа тангенциально в конус выгрузки и сжигания его.Hot gases (e.g., combustion gases, temporarily stored or recycled excess gases, or inert combustion gases provided by combustion) may be introduced into the discharge cone in the refractory-lined pyrolysis zone by means of burners, nozzles, wall openings, or other devices. The layer is shock heated by hot gases at the surface, while avoiding the adhesion of raw materials to the lining (eg brick lining or refractory concrete lining) as much as possible. Impact heating can be provided, for example, by means of burners directed radially at the layer. Alternatively or additionally, shock heating can also be provided by means of an annular channel in which the flame rotates. This rotation can be provided constructively by blowing hot gas tangentially into the discharge cone and burning it.
Зона с избыточным давлением также содержит футерованную огнеупорным материалом промежуточную зону, расположенную ниже и рядом с футерованной огнеупорным материалом зоной пиролиза. В промежуточной зоне тепло из зоны пиролиза и тепло от отходов из футерованной огнеупорным материалом верхней зоны окисления ниже используется для окончательной сушки и полного пиролиза сырьевых материалов. Предпочтительно может обеспечиваться то, что промежуточная зона содержит футерованную (например, футерованную кирпичом или футеровкой из огнеупорного бетона) стальную оболочку, причем футеровка может иметь толщину, подобную другим зонам. Этот вариант осуществления упрощает введение в эксплуатацию (запуск) реактора, поскольку высокие температуры могут также возникать в промежуточной зоне. Может быть предпочтительным обеспечение суженного сечения в нижней области промежуточной зоны, что изменяет скорость, при которой тонет сырьевой материал.The pressurized zone also includes a refractory-lined intermediate zone below and adjacent to the refractory-lined pyrolysis zone. In the intermediate zone, heat from the pyrolysis zone and waste heat from the refractory-lined upper oxidation zone below are used for final drying and complete pyrolysis of the raw materials. Preferably, it can be provided that the intermediate zone comprises a lined (eg brick or refractory concrete lined) steel shell, the lining having a similar thickness to the other zones. This embodiment simplifies the commissioning (startup) of the reactor since high temperatures can also occur in the intermediate zone. It may be advantageous to provide a narrower section in the lower region of the intermediate zone, which changes the rate at which the raw material sinks.
Ниже футерованной огнеупорным материалом промежуточной зоны в зонально футерованной огнеупорным материалом прямоточной секции есть футерованная верхняя зона окисления, в которой расположены фурмы. Эти фурмы расположены по меньшей мере на одном уровне (расстоянии по высоте или вертикали от днища реактора). Поскольку реактор, как описано выше, имеет кольцеобразную охлаждаемую водой консоль и две футерованные секции, расположенные друг над другом и имеющие шпунтовое соединение, температура в верхней зоне окисления в области огнеупорной футеровки может повышаться до более чем 1800°С, а температура в центре насыпного материала (слоя) может повышаться до значения от 2000 до 4000°С путем обеспечения по меньшей мере 1000°С горячего кислорода и/или воздуха без ухудшения стабильности реактора.Below the refractory-lined intermediate zone in the zonal refractory-lined straight-through section, there is a lined upper oxidation zone in which the tuyeres are located. These tuyeres are located at least on the same level (height or vertical distance from the bottom of the reactor). Since the reactor, as described above, has an annular water-cooled cantilever and two lined sections stacked one above the other and having a tongue and groove connection, the temperature in the upper oxidation zone in the region of the refractory lining can rise to more than 1800°C, and the temperature in the center of the bulk material (bed) can be increased to between 2000 and 4000° C. by providing at least 1000° C. of hot oxygen and/or air without compromising reactor stability.
Все материалы можно превращать в неорганический газ, такой как монооксид углерода (СО), водород (H2), воду (H2O), диоксид углерода (CO2), сульфид водорода (H2S), аммиак (NH3), диоксид азота (NO2) или диоксид серы (SO2), жидкий металл или жидкий шлак, кокс или углерод (С) при помощи этих горячих температур.All materials can be converted into inorganic gas such as carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), water (H2O), carbon dioxide (CO2), hydrogen sulfide (H2S), ammonia (NH 3 ), nitrogen dioxide (NO2) or sulfur dioxide (SO2), liquid metal or liquid slag, coke or carbon (C) using these hot temperatures.
Ниже верхней зоны окисления футерованная верхняя зона восстановления расположена в футерованной прямоточной секции, в которую по существу не поступают органические компоненты.Below the upper oxidation zone, the lined upper reduction zone is located in a lined straight-through section that is substantially free of organic components.
Предпочтительно может быть обеспеченно, что футерованная верхняя зона восстановления имеет увеличение сечения по сравнению с верхней зоной окисления, что изменяет скорость погружения сырьевых материалов и увеличивает время удержания на том же уровне. В футерованной верхней зоне восстановления газ протекает через закоксованный фиксированный слой прямотоком, и тепловая энергия превращается в химическую энергию, давая монооксид углерода (СО) и водород (H2). В частности, диоксид углерода (СО2) превращается в монооксид углерода (СО), а вода (H2O) в водород (H2), при этом углерод, все еще содержащийся в слое, дополнительно газифицируется. Восстановление СО2 до СО может достигаться в реакторе таким образом, что объемное отношение газообразных СО/СО2 составляет больше чем 10 или даже больше чем 15. Например, объемное отношение газообразных СО/СО2 составляет от 10 до 1000, предпочтительно от 15 до 10000 и, в частности, предпочтительно от 15 до 107 (по существу без СО2).Preferably, it can be provided that the lined upper reduction zone has an increase in section compared to the upper oxidation zone, which changes the sink rate of the raw materials and increases the holding time at the same level. In the lined upper reduction zone, the gas flows through the coke fixed bed in co-current and the thermal energy is converted into chemical energy, yielding carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ). In particular, carbon dioxide (CO 2 ) is converted to carbon monoxide (CO) and water (H 2 O) to hydrogen (H 2 ), while the carbon still contained in the bed is further gasified. The reduction of CO2 to CO can be achieved in the reactor such that the CO/CO2 gas volume ratio is greater than 10 or even greater than 15. For example, the CO/CO2 gas volume ratio is 10 to 1000, preferably 15 to 10000 and, in in particular, preferably from 15 to 10 7 (substantially without CO2).
Поскольку они проходят через верхнюю зону восстановления, газы одновременно охлаждаются, например, до температур от приблизительно 1000 до приблизительно 1600°С. Поскольку все потоки материала обязательно протекают через верхнюю зону окисления и не могут быть возвращены, больше нет контакта с непрореагировавшими материалами выше зоны окисления после того, как они прошли через верхнюю зону восстановления. Таким образом, все чисто подвернутые крекингу и/или расплавленные, исключительно неорганические вещества достигают секции выпуска газа без повторного загрязнения.As they pass through the upper reduction zone, the gases are simultaneously cooled, for example, to temperatures from about 1000 to about 1600°C. Since all material flows necessarily flow through the upper oxidation zone and cannot be returned, there is no more contact with unreacted materials above the oxidation zone after they have passed through the upper reduction zone. In this way, all cleanly cracked and/or melted, exclusively inorganic substances reach the gas outlet section without recontamination.
Поскольку все потоки материалов обязательно протекают через верхнюю зону окисления и не могут быть возвращены, больше нет никакого контакта с непрореагировавшими материалами выше зоны окисления после того, как они прошли через верхнюю зону восстановления. Таким образом, все чисто подвернутые крекингу и/или расплавленные, исключительно неорганические вещества, достигают секции выпуска газа без повторного загрязнения в футерованной выпускной секции для газа. Газы из верхBecause all material streams necessarily flow through the upper oxidation zone and cannot be returned, there is no further contact with unreacted materials above the oxidation zone after they have passed through the upper reduction zone. Thus, all cleanly cracked and/or molten, purely inorganic substances reach the gas outlet section without recontamination in the lined gas outlet section. Gases from the top
- 6 042311 ней зоны окисления охлаждаются, когда они проходят через футерованную верхнюю зону восстановления. Может быть обеспечено, что газы, полученные в футерованной верхней зоне окисления, являются настолько горячими, что прохождение через верхнюю зону восстановления приводит к охлаждению до температуры от 1500 до 1750°С, причем после фазы охлаждения эти горячие газы достигают выпускного отверстия для газа.- 6 042311 her oxidation zones are cooled as they pass through the lined upper reduction zone. It can be ensured that the gases produced in the lined upper oxidation zone are so hot that the passage through the upper reduction zone results in cooling to a temperature of between 1500 and 1750° C., these hot gases reaching the gas outlet after the cooling phase.
Обеспечивается, что секция выпуска газа содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие для газа. Также возможно, что несколько (например, четыре) выпускных отверстия для газа расположены по кругу, предпочтительно распределены по радиусу.It is provided that the gas outlet section contains at least one outlet for gas. It is also possible that several (eg four) gas outlets are arranged in a circle, preferably distributed along a radius.
Ниже футерованной секции выпуска газа есть по существу коническая футерованная противоточная секция. Она содержит коническую нижнюю зону восстановления для превращения тепловой энергии газа из конической нижней зоны окисления в химическую энергию (главным образом СО) и для создания противотока. Эта коническая нижняя зона восстановления соединена с футерованной секцией выпуска газа. Ниже конической нижней зоны восстановления расположена коническая нижняя зона окисления с усеченным концом конуса, направленным вниз. В конической нижней зоне окисления остаточный закоксованный материал превращается в газ. В конической нижней зоне окисления по меньшей мере одна фурма расположена по меньшей мере в одной плоскости, посредством которой можно вводить по меньшей мере 1000°С горячий воздух и/или кислород, который в свою очередь вызывает температуры от 1800 до 4000°С в слое нижней зоны окисления. Эти высокие температуры обеспечивают вытекание шлака и металлов в жидкой форме посредством по меньшей мере одного выпуска для сбора и выгрузки.Below the lined gas outlet section there is a substantially conical lined counterflow section. It contains a conical lower reduction zone to convert the thermal energy of the gas from the conical lower oxidation zone into chemical energy (mainly CO) and to create a countercurrent. This conical lower reduction zone is connected to the lined gas outlet section. Below the conical lower reduction zone, there is a conical lower oxidation zone with the truncated end of the cone directed downwards. In the conical lower oxidation zone, the residual coked material is converted to gas. In the conical lower oxidation zone, at least one lance is located in at least one plane, through which at least 1000°C hot air and/or oxygen can be introduced, which in turn causes temperatures from 1800 to 4000°C in the layer of the lower oxidation zones. These high temperatures cause the slag and metals to flow out in liquid form through at least one collection and discharge outlet.
Полученный газ протекает противотоком через коническую нижнюю зону восстановления в секцию выпуска газа, где газы охлаждаются до температур от приблизительно 1500 до приблизительно 1750°С. Здесь может быть обеспечено, что газы, полученные в нижней зоне окисления, являются настолько горячими, что прохождение через нижнюю зону восстановления приводит к охлаждению газов до температуры от 1500 до 1750°С или от 1600 до 1750°, и которые затем отводят через выпускное отверстие для газа зоны восстановления.The resulting gas flows in countercurrent through the conical lower reduction zone to the gas outlet section, where the gases are cooled to temperatures from about 1500 to about 1750°C. Here it can be ensured that the gases obtained in the lower oxidation zone are so hot that passing through the lower reduction zone results in the gases being cooled to a temperature of 1500 to 1750° C. or 1600 to 1750° C. and which are then discharged through the outlet for the recovery zone gas.
Поскольку согласно настоящему изобретению реактор имеет как зону восстановления в противоточной секции, так и верхнюю зону восстановления в прямоточной секции, общий объем зоны восстановления (сумма объемов верхней и конической нижней зон восстановления) может быть значительно больше, чем одна зона восстановления известных реакторов. Например, ссылка сделана на ЕР 1261827 В1, в котором только зона восстановления расположена в области секции выпуска газа.Since the reactor according to the present invention has both a reduction zone in the countercurrent section and an upper reduction zone in the cocurrent section, the total volume of the reduction zone (the sum of the volumes of the upper and conical lower reduction zones) can be significantly larger than one reduction zone of known reactors. For example, reference is made to EP 1261827 B1, in which only the reduction zone is located in the region of the gas outlet section.
Таким образом, согласно настоящему изобретению реактор обеспечивает простой, недорогой и экологичный материал и/или утилизацию энергии сырьевых материалов. Кроме того, использование реактора, описанного в настоящем документе, обеспечивает увеличение мощности и выход химической и термической энергии.Thus, according to the present invention, the reactor provides a simple, inexpensive and environmentally friendly material and/or energy recovery of raw materials. In addition, the use of the reactor described herein provides an increase in power and output of chemical and thermal energy.
В одном варианте осуществления реактора обеспечивается, что верхняя футерованная секция содержит канавку, а нижняя футерованная секция содержит гребень.In one embodiment of the reactor, it is provided that the top lined section contains a groove and the bottom lined section contains a ridge.
Это может вызывать расширение футеровки вверх, когда она подвергается действию горячих температур.This can cause the lining to expand upwards when exposed to hot temperatures.
Дополнительный вариант осуществления реактора обеспечивает то, что каждая по меньшей мере из двух футерованных секций содержит по меньшей мере одну огнеупорную внутреннюю футеровку и наружную футеровку, окружающую огнеупорную внутреннюю футеровку, причем огнеупорная внутренняя футеровка представляет собой кирпичную футеровку, изготовленную из обожженных кирпичей, или монолитную (например, отливаемую) футеровку.An additional embodiment of the reactor provides that each of at least two lined sections contains at least one refractory inner lining and an outer lining surrounding the refractory inner lining, and the refractory inner lining is a brick lining made of fired bricks, or monolithic ( for example, cast) lining.
Кроме того, может быть обеспечено, что футерованные секции, содержащие огнеупорную внутреннюю футеровку и наружную футеровку, расположены в стабилизирующей стальной оболочке.In addition, it can be ensured that the lined sections containing the refractory inner lining and the outer lining are located in a stabilizing steel shell.
Также может быть предпочтительным, что по меньшей мере один дополнительный изолирующий слой расположен между наружной футеровкой и стальной оболочкой. Дополнительный изолирующий слой может состоять из картона, высокотемпературного фетра или высокотемпературных пен.It may also be preferred that at least one additional insulating layer is located between the outer lining and the steel sheath. The additional insulating layer may consist of cardboard, high temperature felt or high temperature foams.
Этот вариант осуществления обеспечивает то, что стальная оболочка лучше изолирована. Например, дополнительный изолирующий слой может быть разработан так, что потеря тепловой энергии через стальную оболочку улучшается на более чем 2% по сравнению с реакторами без дополнительного изолирующего слоя, и в результате этого температура снаружи стальной оболочки также снижается. Например, эта конструкция обеспечивает то, что температура снаружи стальной оболочки остается ниже 60°С при работе реактора, что означает, что не требуется защиты контакта. Кроме того, изолирующий слой можно использовать для компенсации возможного радиального теплового расширения внутренней футеровки и/или наружной футеровки.This embodiment ensures that the steel shell is better insulated. For example, the additional insulating layer can be designed such that the heat energy loss through the steel shell is improved by more than 2% compared to reactors without the additional insulating layer, and as a result, the temperature outside the steel shell is also reduced. For example, this design ensures that the temperature outside the steel shell remains below 60° C. during reactor operation, which means that contact protection is not required. In addition, the insulating layer can be used to compensate for possible radial thermal expansion of the inner lining and/or outer lining.
Для снижения износа огнеупорной внутренней футеровки, можно также обеспечить то, что внутренняя футеровка состоит из кирпичей, состоящих из шпинельного корунда, хромового корунда или карбидов. Может быть обеспечено, что теплопроводность эти камней составляет >3 Вт/мК.In order to reduce wear on the refractory inner lining, it can also be ensured that the inner lining consists of bricks composed of spinel corundum, chromium corundum or carbides. It can be ensured that the thermal conductivity of these stones is >3 W/mK.
Кроме того, может обеспечиваться, что кирпичи в более горячих областях (температуры >1500°С) реактора защищаются от химических и/или термических условий путем заморозки шлака.In addition, it can be ensured that the bricks in the hotter regions (temperatures >1500° C.) of the reactor are protected from chemical and/or thermal conditions by freezing the slag.
- 7 042311- 7 042311
Для обеспечения этой заморозки шлака наружная футеровка может состоять из теплопроводных материалов, при этом достаточный теплоперенос охлаждающей среды (например, змеевик из труб с охлаждающей водой) к внутренней футеровке может обеспечиваться.In order to achieve this freezing of the slag, the outer lining may be composed of thermally conductive materials, while sufficient heat transfer of the cooling medium (eg, a coil of cooling water pipes) to the inner lining may be ensured.
Здесь возможно, что наружная футеровка образуется из вспененного огнеупорного материала (например, пеноглинозема), при этом вспененный огнеупорный материал может быть отлит, при этом положительное соединение между охлаждающей средой (например, змеевиком из труб с охлаждающей водой) и внутренней футеровкой может обеспечиваться. Для более горячих областей (температуры > 1500°С) реактора, может обеспечиваться, что вспененный огнеупорный материал состоит из шпинельного корунда или алюминиевого корунда. Альтернативно, может обеспечиваться, что наружная футеровка состоит из свободнотекучих литьевых масс с большей стабильностью, но из-за этого, меньшими изолирующими свойствами.Here, it is possible that the outer lining is formed from a foamed refractory material (for example, foamed alumina), while the foamed refractory material can be cast, while a positive connection between the cooling medium (for example, a cooling water pipe coil) and the inner lining can be provided. For hotter regions (temperatures > 1500° C.) of the reactor, it can be provided that the foamed refractory material consists of spinel corundum or aluminum corundum. Alternatively, it can be provided that the outer lining consists of free-flowing casting masses with greater stability, but therefore less insulating properties.
Для менее горячих областей (температуры <1500°С) наружная футеровка может быть изготовлена из литьевого изолирующего вспененного огнеупорного материала с теплопроводностью < 1 Вт/мК для снижения теплопотерь. Эта конструкция обеспечивает то, что образование слоя шлака обеспечивается более теплопроводным материалом в более горячих областях, и тепловые потери снижаются менее проводным материалом в менее горячих областях. Это особенно предпочтительно, поскольку менее горячие области охватывают намного большую область реактора, чем более горячие области.For less hot areas (temperatures <1500°C), the outer lining can be made of cast insulating foam refractory material with thermal conductivity < 1 W/mK to reduce heat loss. This design ensures that the formation of the slag layer is provided by the more thermally conductive material in the hotter regions, and heat loss is reduced by the less conductive material in the less hot regions. This is particularly advantageous since the less hot regions cover a much larger area of the reactor than the hotter regions.
Другой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения состоит в том, что кольцеобразная охлаждаемая водой консоль изготовлена из черной стали или нержавеющей стали.Another preferred embodiment of the present invention is that the annular water-cooled console is made of black steel or stainless steel.
Используется ли черная сталь или нержавеющая сталь, зависит от использования и работы реактора. Черная сталь дешевле и имеет большую теплопроводность, чем нержавеющая сталь. Однако нержавеющая сталь термически и химически более стабильная, чем черная сталь. Конечноэлементная имитация тепловых условий может способствовать определению того, какой материал может использоваться для предполагаемого применения.Whether black steel or stainless steel is used depends on the use and operation of the reactor. Black steel is cheaper and has a higher thermal conductivity than stainless steel. However, stainless steel is thermally and chemically more stable than black steel. Finite element simulation of thermal conditions can help determine which material can be used for the intended application.
Вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает, что фурмы (верхней и конической нижней зоны окисления) изготовлены из меди или стали. Кроме того, может обеспечиваться, что одна из фурм имеет керамическую внутреннюю трубу, или каждая из некоторых фурм имеет соответствующую керамическую внутреннюю трубу, или каждая из фурм имеет соответствующую керамическую внутреннюю трубу. Этот вариант осуществления фурм (с керамической внутренней трубой) обеспечивает защиту фурмы от плавления металла путем добавления кислорода и/или воздуха, при этом кислород и/или воздух может быть также предварительно нагретым (например, до температур >1000°С). Также может быть предпочтительно, чтобы сжимаемый и теплостойкий слой располагался между керамической внутренней трубой и фурмой, при этом индуцированный теплом механические нагрузки можно компенсировать. Этот сжимаемый и теплостойкий слой состоит из, например, высокотемпературного фетра, высокотемпературного картона или высокотемпературной пены.An embodiment of the present invention provides that the tuyeres (upper and conical lower oxidation zone) are made of copper or steel. In addition, it can be provided that one of the lances has a ceramic inner tube, or each of some of the lances has a corresponding ceramic inner tube, or each of the lances has a corresponding ceramic inner tube. This embodiment of the lances (with ceramic inner tube) protects the lance from metal melting by adding oxygen and/or air, whereby the oxygen and/or air can also be preheated (eg to temperatures >1000°C). It may also be advantageous for a compressible and heat-resistant layer to be located between the ceramic inner tube and the tuyere, whereby heat-induced mechanical stresses can be compensated. This compressible and heat resistant layer consists of, for example, high temperature felt, high temperature cardboard or high temperature foam.
Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает, что фурмы (верхней и конической нижней зон окисления) могут быть полностью изготовлены из керамики. Посредством данного варианта осуществления можно обеспечить, например, что зона окисления может работать с подачей горячего воздуха и/или кислорода с температурой более 1000°С и, таким образом, температурой слоя более 2000°С, поскольку керамика может выдерживать более высокие температуры, чем металлы.An alternative embodiment of the present invention provides that the tuyeres (upper and conical lower oxidation zones) can be made entirely of ceramic. By means of this embodiment, it can be ensured, for example, that the oxidation zone can be operated with hot air and/or oxygen at a temperature of more than 1000°C and thus a bed temperature of more than 2000°C, since ceramics can withstand higher temperatures than metals .
Неизбежно необходимое охлаждение металлических фурм не является необходимым для фурм, изготовленных полностью из керамики, при этом потери тепла можно снижать на более чем 5%. Химическая нагрузка, вызываемая плавлением без охлаждения, и высокая тепловая нагрузка может достигаться для этих фурм путем объединения керамики с хорошей теплопроводностью (например, карбид кремния, например, с 85 Вт/мК) и заморозкой шлака с последующей изолирующей керамикой (например, шпинельный корунд с менее чем 4 Вт/мК).The inevitable cooling of metal lances is not necessary for lances made entirely of ceramics, and heat loss can be reduced by more than 5%. The chemical load caused by uncooled melting and high thermal load can be achieved for these lances by combining a ceramic with good thermal conductivity (e.g. silicon carbide e.g. with 85 W/mK) and freezing the slag followed by an insulating ceramic (e.g. less than 4 W/mK).
Также может быть предпочтительно для реактора, чтобы угол конусности (а) футерованной верхней зоны окисления был от 5 до 30°.It may also be preferred for the reactor that the taper angle (a) of the lined upper oxidation zone be between 5° and 30°.
Эта коническая форма верхней зоны окисления обеспечивает предпочтительно, что часть шлака остается на поверхности футеровки, при этом образование слоя шлака в этой области обеспечивается.This conical shape of the upper oxidation zone preferably ensures that part of the slag remains on the surface of the lining, while the formation of a layer of slag in this area is ensured.
Для дополнительного варианта осуществления реактора предполагается, что футерованная верхняя зона восстановления расположена выше секции выпуска газа, причем секция выпуска газа примыкает к нижней части футерованной верхней зоны восстановления путем создания увеличения сечения. Здесь может предполагаться, что увеличение сечения является резким.For an additional embodiment of the reactor, it is assumed that the lined upper reduction zone is located above the gas outlet section, and the gas outlet section is adjacent to the bottom of the lined upper reduction zone by creating an increase in section. Here it can be assumed that the increase in the cross section is sharp.
Предпочтительно площадь поперечного сечения секции выпуска газа увеличивается по меньшей мере вдвое относительно площади поперечного сечения верхней зоны восстановления.Preferably, the cross-sectional area of the gas outlet section is at least twice the cross-sectional area of the upper reduction zone.
Этот вариант осуществления обеспечивает, что слой расширяется конически, при этом повышая площадь поверхности или область выгрузки слоя. Поверхность или зона выгрузки слоя главным образом соответствует наружной поверхности для конструкции с усеченным конусом.This embodiment ensures that the layer expands conically while increasing the surface area or area of discharge of the layer. The layer discharge surface or zone generally corresponds to the outer surface for the truncated cone design.
Вариант осуществления обеспечивает, что увеличение сечения является таким, что область выгрузки слоя по меньшей мере в 3 раза больше, чем площадь поперечного сечения верхней зоны восстановлеThe embodiment ensures that the increase in section is such that the layer discharge area is at least 3 times larger than the cross-sectional area of the upper recovery zone.
- 8 042311 ния. Кроме того, увеличение сечения может быть настолько большой, чем область выгрузки слоя составляет по меньшей мере в 7 раз или даже по меньшей мере в 9 раз больше, чем площадь поперечного сечения верхней зоны восстановления.- 8 042311 niya. In addition, the cross-sectional increase can be so large that the layer discharge area is at least 7 times, or even at least 9 times, the cross-sectional area of the upper reduction zone.
Для этого или дополнительного варианта осуществления может также обеспечиваться то, что увеличение сечения секции выпуска газа является таким, что область выгрузки слоя увеличивается по меньшей мере в 5 раз относительно площади поперечного сечения верхней зоны окисления. Кроме того, увеличение сечения может быть настолько большим, что область выгрузки слоя по меньшей мере в 9 раз больше, чем площадь поперечного сечения верхней зоны окисления.For this or a further embodiment, it can also be ensured that the increase in the cross section of the gas outlet section is such that the bed discharge area is increased by at least 5 times the cross sectional area of the upper oxidation zone. In addition, the cross-sectional increase can be so large that the bed discharge area is at least 9 times larger than the cross-sectional area of the upper oxidation zone.
Преимущество вышеуказанных вариантов осуществления состоит в том, что скорость потока газа (через выпускное отверстие для газа) снижается пропорционально увеличенной области выгрузки слоя (по сравнения с известными реакторами), так что вынос пыли из слоя может быть снижен для минимизации.The advantage of the above embodiments is that the gas flow rate (through the gas outlet) is reduced in proportion to the increased bed discharge area (compared to prior art reactors), so dust carryover from the bed can be reduced to minimize.
Альтернативно, может обеспечиваться для реактора, что по меньшей мере часть футерованной верхней зоны восстановления, расположенной в прямоточной секции, расположена или вставлена в секцию выпуска газа.Alternatively, it may be provided for the reactor that at least a portion of the lined upper reduction zone located in the once-through section is positioned or inserted into the gas outlet section.
Этот вариант осуществления может также обеспечивать то, что секция выпуска газа имеет большее сечение, чем верхняя зона восстановления.This embodiment may also ensure that the gas outlet section has a larger cross section than the upper reduction zone.
В этом варианте осуществления прямоточная секция с частью верхней зоны восстановления вводится или частично вставляется в секцию выпуска газа. Например, футеровка (например, кирпичная футеровка или футеровка из огнеупорного бетона) верхней зоны восстановления выступает в секцию выпуска газа. Поскольку секция выпуска газа имеет большую площадь поперечного сечения, чем верхняя зона восстановления, и по меньшей мере одно выпускное отверстие для газа расположено в краевой части секции выпуска газа, газ, полученный в прямоточной секции, должен обходить футеровку (например, кирпичную футеровку или футеровку из огнеупорного бетона), выступающую в секцию выпуска газа, для достижения выпускного отверстия для газа, при этом меньше пыли поступает на отделение пыли. Этот вариант осуществления обеспечивает снижение общей высоты реактора, причем в то же время отделение пыли можно улучшать, поскольку газ и уловленная пыль должны дополнительно протекать вверх для достижения по меньшей мере одного выпускного отверстия для газа.In this embodiment, the once-through section with part of the upper reduction zone is introduced or partially inserted into the gas outlet section. For example, a lining (eg brick or refractory lining) of the upper reduction zone projects into the gas outlet section. Since the gas outlet section has a larger cross-sectional area than the upper reduction zone and at least one gas outlet is located at the edge of the gas outlet section, the gas produced in the once-through section must bypass a lining (for example, a brick or refractory concrete) protruding into the gas outlet section to reach the gas outlet, and less dust enters the dust separation. This embodiment reduces the overall height of the reactor while at the same time dust separation can be improved since the gas and entrained dust must additionally flow upward to reach at least one gas outlet.
Может также обеспечиваться, что футеровка (например, кирпичная футеровка или футеровка из огнеупорного бетона) верхней зоны восстановления, проходящая в секцию выпуска газа, образуется в виде формы полого цилиндра. Форма полого цилиндра может быть образована в виде стальной удерживающей конструкции, которая футерована с обеих сторон, которые защищены водяным охлаждением от высоких тепловых и, следовательно, механических нагрузок.It can also be provided that the lining (eg brick lining or refractory concrete lining) of the upper reduction zone extending into the gas outlet section is formed in the form of a hollow cylinder. The shape of the hollow cylinder can be formed as a steel retaining structure which is lined on both sides, which are protected by water cooling against high thermal and therefore mechanical loads.
Для дополнительного варианта осуществления настоящего изобретения обеспечивается, что объемное отношение объемной верхней зоны окисления к области зоны с избыточным давлением представляет отношение 1 :N объемных единиц, причем N является числом, большим или равным (>) 4 и меньшим или равным (<) 20.For a further embodiment of the present invention, it is provided that the volume ratio of the upper oxidation zone volume to the pressurized zone area is a ratio of 1 :N volume units, where N is a number greater than or equal to (>) 4 and less than or equal to (<) 20.
Таким образом, объем верхней зоны окисления больше в намного большее число раз по сравнению с ранее известными реакторами, при этом значительно большая емкость может обеспечиваться. Здесь также возможно, что 5<N<15 или даже 6<N<11.Thus, the volume of the upper oxidation zone is many times larger than previously known reactors, while a much larger capacity can be provided. Here it is also possible that 5<N<15 or even 6<N<11.
В варианте осуществления реактора обеспечивается, что объемное отношение объема верхней зоны окисления к общему объему верхней зоны восстановления и зоны с избыточным давлением составляет отношение 1 :N объемных единиц, причем N является числом, большим или равным (>) 7 и меньшим или равным (<) 25.In an embodiment of the reactor, it is ensured that the volume ratio of the volume of the upper oxidation zone to the total volume of the upper reduction zone and the pressurized zone is 1 :N volume units, where N is a number greater than or equal to (>) 7 and less than or equal to (< ) 25.
Дополнительный вариант осуществления обеспечивает, что объемное отношение объема верхней зоны окисления к общему объему верхней зоны восстановления и зоны с избыточным давлением составляет отношение 1:N объемных единиц, причем 8<N<15 или даже 9<N<14.An additional embodiment provides that the volume ratio of the volume of the upper oxidation zone to the total volume of the upper reduction zone and the pressurized zone is a ratio of 1:N volume units, with 8<N<15 or even 9<N<14.
Этот вариант осуществления реактора предпочтителен тем, что большая мощность обеспечивается с фиктивной такой же высотой реактора. Это возможно, поскольку объем зоны с избыточным давлением по сравнению с объемом окисления имеет меньшее отношение, чем в известных реакторах.This reactor embodiment is advantageous in that more power is provided with the fictitious same reactor height. This is possible because the volume of the pressurized zone compared to the volume of oxidation has a smaller ratio than in known reactors.
Дополнительный вариант осуществления реактора обеспечивает, что объемное отношение объема противоточной секции к общему объему реактора составляет отношение 1 :N объемных единиц, где N является числом от 1 до 10 (1<N<10). Здесь дополнительно возможно, что 2<N<7 или даже 3<N<5.An additional embodiment of the reactor provides that the volume ratio of the volume of the countercurrent section to the total volume of the reactor is 1 :N volume units, where N is a number from 1 to 10 (1<N<10). Here it is additionally possible that 2<N<7 or even 3<N<5.
Из-за увеличения сечения зоны выпускного отверстия для газа и противоточной секции, область конуса выпуска в конической нижней зоне восстановления также увеличивается, при этом меньшие скорости потока газа вытекают из слоя и меньше пыли захватывается.Due to the increase in cross section of the gas outlet zone and the countercurrent section, the outlet cone area in the conical lower reduction zone also increases, with lower gas flow rates flowing out of the bed and less dust being trapped.
Другой предпочтительный вариант осуществления реактора состоит в том, что угол конусности конической нижней зоны восстановления и угол конусности конической нижней зоны окисления составляет от 50 до 70°. Из-за этого варианта осуществления шлак, который поддерживается жидким при достаточно высоких температурах в конической нижней зоне окисления и конической нижней зоне восстановления, стекает лучше, поскольку стенки проходят под углом приблизительно 50-70°, предпочтительноAnother preferred embodiment of the reactor is that the taper angle of the conical lower reduction zone and the taper angle of the conical lower oxidation zone are between 50° and 70°. Because of this embodiment, the slag, which is kept liquid at sufficiently high temperatures in the conical lower oxidation zone and the conical lower reduction zone, flows better because the walls run at an angle of approximately 50-70°, preferably
- 9 042311 приблизительно 60°С, от горизонтали или под углом 20-40° от вертикали.- 9 042311 approximately 60°C, from the horizontal or at an angle of 20-40° from the vertical.
Дополнительный вариант осуществления реактора обеспечивает, что средства подачи газа расположены в области увеличения сечения в зоне пиролиза. Этот вариант осуществления обеспечивает то, что горячие газы (например, предварительно нагретый воздух или газы сгорания) подаются в конус выгрузки.An additional embodiment of the reactor provides that the gas supply means are located in the area of increase in cross section in the pyrolysis zone. This embodiment ensures that hot gases (eg, preheated air or combustion gases) are fed into the discharge cone.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения также обеспечивается, что фурмы верхней зоны окисления расположены на нескольких уровнях (высотах). Это особенно предпочтительно, поскольку лучшее распределение газа обеспечивается с равномерным нагреванием слоя. Кроме того, этот вариант осуществления обеспечивает, что избегают местного перегрева футеровки (например, кирпичной футеровки или футеровки из огнеупорного бетона) насколько это возможно.In one embodiment of the present invention, it is also ensured that the lances of the upper oxidation zone are located at several levels (heights). This is particularly advantageous since the best distribution of the gas is provided with uniform heating of the bed. In addition, this embodiment ensures that local overheating of the lining (eg brick lining or refractory concrete lining) is avoided as much as possible.
Другой предпочтительный вариант осуществления реактора состоит в том, что по меньшей мере одна фурма расположена на уровне (высоте) конической нижней зоны восстановления.Another preferred embodiment of the reactor is that at least one tuyere is located at the level (height) of the conical lower reduction zone.
Дополнительная фурма дополнительно подает воздух и/или кислород определенным образом, так что не получается CO2, а практически только СО. Кроме того, можно обеспечивать посредством этого варианта осуществления, что производительность может увеличиваться. Кроме того, этот вариант осуществления обеспечивает увеличение производительности и увеличение температуры выпускного отверстия для газа в выпускном отверстии для газа свыше 1500°С без снижения качества газа.The additional lance additionally supplies air and/or oxygen in a certain way, so that no CO 2 is produced, but practically only CO. In addition, it can be ensured by this embodiment that productivity can be increased. In addition, this embodiment increases productivity and increases the temperature of the gas outlet at the gas outlet to over 1500° C. without degrading the quality of the gas.
Для применений, которые предпочитают тепловую энергию относительно химической энергии, может быть предпочтительным, что по меньшей мере одна дополнительная фурма расположена в верхней зоне восстановления. Посредством этого варианта осуществления может предпочтительно достигаться, что химическая энергия (СО, H2) возвращается назад в тепловую энергию путем окисления СО в СО2 и Н2 в H2O.For applications that prefer thermal energy over chemical energy, it may be preferable that at least one additional tuyere is located in the upper reduction zone. By means of this embodiment, it can advantageously be achieved that the chemical energy (CO, H 2 ) is returned back to thermal energy by oxidizing CO to CO 2 and H 2 to H 2 O.
Дополнительный вариант осуществления обеспечивает, что по меньшей мере одна другая фурма расположена на дополнительном уровне (высоте) конической нижней зоны окисления. Фурма на следующем уровне расположена предпочтительно выше выпуска.An additional embodiment provides that at least one other lance is located at an additional level (height) of the conical lower oxidation zone. The lance at the next level is preferably located above the outlet.
Путем расположения фурмы выше выпуска плавление может облегчаться в области выпуска, поскольку тепло создается в области, где расплав вытекает жидким. В то же время расположение фурмы выше выпуска обеспечивает, что отвержденный расплав, желаемый на противоположной стороне выпуска (так называемая заморозка шлака, которая защищает футеровку, такую как, например кирпичная футеровка) не ожижается и таким образом не стекает.By positioning the tuyere above the outlet, melting can be facilitated in the outlet area as heat is generated in the area where the melt flows out as liquid. At the same time, positioning the lance above the outlet ensures that the solidified melt desired on the opposite side of the outlet (the so-called slag freeze that protects the lining, such as for example a brick lining) does not fluidize and thus run off.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения обеспечивается применение реактора согласно второму аспекту настоящего изобретения для обеспечения газов с температурами от 1500 до 1750°С и отношением CO/CO2 >15, причем газы вводятся в металлургический реактор для восстановительного плавления. Газы предпочтительно имеют температуру от 1600 до 1750°С. Кроме того, обеспечивается, что газы можно вводить в металлургический реактор для восстановительного плавления. Объемное отношение газообразных CO/CO2 газов, вводимых в металлургический реактор для восстановительного плавления, может быть больше 10 или даже больше 15. Например, объемное отношение газообразных CO/CO2 составляет от 10 до 1000, предпочтительно от 15 до 10000 и, в частности, предпочтительно от 15 до 107 (по существу без CO2).According to the third aspect of the present invention, the use of the reactor according to the second aspect of the present invention is provided for providing gases with temperatures from 1500 to 1750°C and a CO/CO2 ratio >15, the gases being introduced into the metallurgical reactor for smelting reduction. The gases preferably have a temperature of 1600 to 1750°C. In addition, it is ensured that the gases can be introduced into the metallurgical reactor for smelting reduction. The volume ratio of gaseous CO/CO 2 gases introduced into the smelting reduction metallurgical reactor may be greater than 10 or even greater than 15. , preferably from 15 to 10 7 (substantially without CO2).
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения обеспечивается система, содержащая реактор согласно второму аспекту настоящего изобретения и металлургический реактор, соединенный с реактором для восстановительного плавления. Здесь возможно, что реактор работает со способом, описанным выше, так, что объемное отношение газообразных CO/CO2 в области (соединительная секция) между реактором и металлургическим реактором для восстановительного плавления составляет больше чем 10 или даже больше 15. Например, объемное отношение газообразных CO/CO2 составляет от 10 до 1000, предпочтительно от 15 до 10000 и, в частности, предпочтительно от 15 до 107 (по существу без CO2).According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a system comprising a reactor according to the second aspect of the present invention and a metallurgical reactor connected to a smelting reduction reactor. Here, it is possible that the reactor operates with the method described above so that the volume ratio of gaseous CO/CO2 in the region (connecting section) between the reactor and the smelting reduction metallurgical reactor is more than 10 or even more than 15. For example, the volume ratio of gaseous CO /CO2 is from 10 to 1000, preferably from 15 to 10000 and particularly preferably from 15 to 10 7 (essentially without CO 2 ).
Металлургический реактор для восстановительного плавления может быть любым реактором или доменной печью, приспособленной к восстановлению металлов из руд.The smelting reduction metallurgical reactor may be any reactor or blast furnace adapted to recover metals from ores.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения обеспечивается применение реактора согласно второму аспекту настоящего изобретения для обеспечения горячего газа для способа плавления металлсодержащего сырьевого материала. Способ плавления металлсодержащего сырьевого материала может быть способом, описанным в приоритетной голландской патентной заявке под номером 2023109 под названием Способ плавления металлсодержащего сырьевого материала, выданной на имя African Rainbow Minerals Limited.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the use of the reactor according to the second aspect of the present invention for providing hot gas for a method for melting a metal-containing raw material. The process for melting the metal-containing raw material may be the method described in Dutch Priority Patent Application No. 2023109 titled Method for Melting the Metal-Containing Raw Material issued to African Rainbow Minerals Limited.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения обеспечивается применение реактора согласно второму аспекту настоящего изобретения в способе согласно первому аспекту настоящего изобретения.According to the sixth aspect of the present invention, the use of the reactor according to the second aspect of the present invention in the method according to the first aspect of the present invention is provided.
Дополнительные преимущества, подробности и улучшения получаются из следующего описания настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.Additional advantages, details and improvements are obtained from the following description of the present invention with reference to the attached drawings.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
Фиг. 1 показывает упрощенный вид в разрезе реактора согласно настоящему изобретению.Fig. 1 shows a simplified sectional view of a reactor according to the present invention.
Фиг. 2 показывает вырез упрощенного вида в разрезе реактора согласно настоящему изобретению сFig. 2 shows a simplified sectional view of a reactor according to the present invention with
- 10 042311 двумя футерованными секциями и шпунтовыми соединениями.- 10 042311 with two lined sections and tongue and groove connections.
Фиг. 3 показывает вид в перспективе кольцеобразной охлаждаемой водой консоли, которую можно поместить между двумя футерованными секциями и в области шпунтового соединения.Fig. 3 shows a perspective view of an annular water-cooled cantilever that can be placed between two lined sections and in a tongue and groove area.
Подробное описание фигурDetailed description of the figures
Элементы с подобными номерами позиций на этих чертежах являются или идентичными, или выполняют такую же функцию. Ранее обсуждаемые элементы не обязательно обсуждаются на последующих чертежах, если функция эквивалентна.Elements with like reference numbers in these drawings are either identical or perform the same function. Previously discussed elements are not necessarily discussed in subsequent drawings if the function is equivalent.
Далее фиг. 1 описывает по существу цилиндрический реактор 100 согласно настоящему изобретению. В связи с объяснением подробной информации о реакторе стадии способа, которые происходят при обработке сырьевых материалов, и получение температур газа выше 1500°С в выпускном отверстии для газа также определены.Further fig. 1 describes a substantially cylindrical reactor 100 according to the present invention. In connection with the explanation of the details of the reactor, the process steps that occur in the processing of raw materials and the production of gas temperatures above 1500° C. at the gas outlet are also defined.
Путем использования других сырьевых материалов модификации реактора и/или способа могут быть пригодными. В общем, различные сырьевые материалы (например, низкокачественный уголь) также можно объединять, например, путем добавления сырьевых материалов с большей теплотой сгорания (например, органические отходы, загрязненные отходы древесины, шины машин или подобные) при газификации/плавлении неорганических сырьевых материалов.By using other raw materials, modifications to the reactor and/or process may be suitable. In general, different raw materials (e.g., low quality coal) can also be combined, for example, by adding raw materials with a higher calorific value (e.g., organic waste, contaminated wood waste, car tires, or the like) in the gasification/melting of inorganic raw materials.
Реактор 100, показанный на фиг. 1, имеет три секции. Частично футерованная прямоточная секция 110, футерованная огнеупорным материалом секция 120 выпуска газа и футерованная огнеупорным материалом противоточная секция 130. Прямоточная секция 110, секция 120 выпуска газа и противоточная секция 130 расположены по существу концентрически друг другу (представлено вертикальной штрихпунктирной линией, проходящей по существу через центр реактора). Как показано, несколько кольцеобразных охлаждаемых водой консолей 400 показаны в прямоточной секции 110 и в противоточной секции 130. Кольцеобразные охлаждаемые водой консоли 400 расположены по меньшей мере между двумя огнеупорными футерованными секциями, расположенными друг над другом (не показано) в области шпунтовых соединений (не показаны). В прямоточной секции расположены нефутерованная зона 111с избыточным давлением, футерованная огнеупорным материалом верхняя зона 116 окисления и футерованная огнеупорным материалом верхняя зона 118 восстановления. Зона 111 с избыточным давлением содержит зону подачи с затвором 112, при этом сырьевые материалы, такие как отходы, вода, шины машин, добавки или другие сырьевые материалы, подают в реактор сверху посредством зоны подачи. Поток материала из твердых веществ показан как штриховая стрелка сверху вниз. Находящаяся ниже по потоку буферная зона расположена ниже зоны 114 пиролиза для буферизации и предварительной сушки объема сырьевого материала, которая примыкает к нижней части буферной зоны, при этом создавая увеличение сечения. В зоне пиролиза 114 конус выгрузки может образовываться из сырьевых материалов (представленных наклонными пунктирными линиями; от 114 до 119). Пиролиз может, таким образом, происходить на поверхности слоя. Зона пиролиза может также быть изготовлена инертной для газа сгорания или любого другого газа с низким содержанием кислорода (например, N2 или CO2), таким образом горючие газы, перемещающиеся к затвору 112 горят безопасно. Ниже зоны 114 пиролиза есть футерованная промежуточная зона 115, которая оборудована для конечной сушки и полного пиролиза. Футерованная огнеупорным материалом верхняя зона 116 окисления примыкает к футерованной огнеупорным материалом промежуточной зоне 115, причем в верхней зоне 116 окисления фурмы расположены по кольцу во множестве плоскостей, как показано. По меньшей мере 1000°С горячий кислород и/или воздух, подаваемый посредством фурмы 117, увеличивает температуру выше 1800 и до 4000°С так, что все вещества превращаются в неорганический газ, жидкий металл, кокс, углерод и/или минеральный шлак. В футерованной огнеупорным материалом верхней зоне 118 восстановления, которая примыкает к футерованной верхней зоне 116 окисления и которая расположена по существу выше последующей футерованной секции 120 выпуска газа, происходит эндотермическая конверсия тепловой энергии в химическую энергию. В то же время прямоток газа (представленный штриховой стрелкой, проходящей сверху вниз), который получается из зоны с избыточным давлением, в верхнюю футерованную огнеупорным материалом зону 118 восстановления сверху вниз, получается здесь и вводится в футерованную огнеупорным материалом секцию 120 выпуска газа.Reactor 100 shown in FIG. 1 has three sections. Partially lined cocurrent section 110, refractory lined gas outlet section 120, and refractory lined counterflow section 130. Cocurrent section 110, gas outlet section 120, and countercurrent section 130 are arranged substantially concentrically to each other (represented by a vertical dashed line extending substantially through the center reactor). As shown, a plurality of annular water-cooled consoles 400 are shown in the co-current section 110 and in the counter-current section 130. ). In the once-through section, an unlined pressurized zone 111, a refractory-lined upper oxidation zone 116, and a refractory-lined upper recovery zone 118 are located. The pressurized zone 111 comprises a feed zone with a gate 112, wherein raw materials such as waste, water, vehicle tires, additives, or other raw materials are fed into the reactor from above via the feed zone. The flow of material from solids is shown as a dashed arrow from top to bottom. A downstream buffer zone is located below the pyrolysis zone 114 for buffering and pre-drying the bulk of the raw material, which is adjacent to the bottom of the buffer zone, while creating an increase in section. In the pyrolysis zone 114, the discharge cone may be formed from raw materials (represented by oblique dotted lines; 114 to 119). Pyrolysis can thus take place on the surface of the layer. The pyrolysis zone can also be made inert to the combustion gas or any other low oxygen gas (eg N 2 or CO 2 ) so that the combustible gases moving towards the seal 112 burn safely. Below the pyrolysis zone 114 there is a lined intermediate zone 115 which is equipped for final drying and full pyrolysis. A refractory-lined upper oxidizing zone 116 is adjacent to a refractory-lined intermediate zone 115, with lances in the upper oxidizing zone 116 arranged annularly in a plurality of planes as shown. At least 1000° C., hot oxygen and/or air supplied by lance 117 increases the temperature above 1800° C. and up to 4000° C. so that all substances are converted into inorganic gas, liquid metal, coke, carbon and/or mineral slag. In the refractory-lined upper reduction zone 118, which is adjacent to the lined upper oxidation zone 116 and which is located substantially above the subsequent lined gas outlet section 120, endothermic conversion of thermal energy into chemical energy occurs. At the same time, a cocurrent gas flow (represented by a dashed arrow passing from top to bottom), which is obtained from the overpressure zone to the upper refractory lined reduction zone 118 from top to bottom, is obtained here and introduced into the refractory lined gas outlet section 120.
Как показано, футерованная огнеупорным материалом секция 120 выпуска газа соединена с футерованной огнеупорным материалом верхней зоной 118 восстановления, при этом создавая увеличение сечения. Полученный газ - приблизительно в перекрестном потоке относительно слоя - отводят в секцию 120 выпуска газа по меньшей мере через одно выпускное отверстие 121 для газа (показанное штриховой стрелкой, проходящей слева направо). Может быть обеспечено, например, что четыре или более выпускных отверстий 121 для газа радиально распределены по окружности (не показано), так что газ, полученный в прямоточной секции и в противоточной секции, может быть отклонен радиально в перекрестном потоке. Отведенный газ имеет объемное отношение газообразных СО/СО2 от 10 до 1000, предпочтительно от 15 до 10000 и, в частности, предпочтительно от 15 до 107 (по существу без CO2).As shown, the refractory-lined gas outlet section 120 is connected to the refractory-lined upper recovery zone 118, thereby creating an increase in section. The resulting gas—in approximately crossflow with respect to the bed—is discharged to the gas outlet section 120 through at least one gas outlet 121 (indicated by a dashed arrow running from left to right). It can be provided, for example, that four or more gas outlets 121 are radially distributed around a circumference (not shown), so that the gas produced in the cocurrent section and the countercurrent section can be deflected radially in crossflow. The vented gas has a gaseous CO/CO2 volume ratio of 10 to 1000, preferably 15 to 10000 and particularly preferably 15 to 10 7 (essentially CO2 free).
Ниже секции выпуска газа находится футерованная огнеупорным материалом коническая нижняя зона 138 восстановления. В футерованной огнеупорным материалом конической нижней зоне 138 восBelow the gas outlet section is a refractory-lined conical lower recovery zone 138 . In the conical lower zone lined with refractory material 138
- 11 042311 становления также происходит конверсия тепловой энергии в химическую энергию.- 11 042311 formation also occurs the conversion of thermal energy into chemical energy.
Ниже футерованной конической нижней зоны восстановления есть, как показано, футерованная коническая нижняя зона 136 окисления, в которой расположены по меньшей мере одна фурма 137 и выпуск 131. Фурма 137 вводит по меньшей мере 1000°С горячий воздух и/или кислород для окисления оставшегося закоксованного материала и предотвращает отверждение расплава. Сбор и выгрузка расплавов металла и расплавов шлака происходит в выпуске 131.Below the lined conical lower reduction zone, there is, as shown, a lined conical lower oxidation zone 136 in which at least one tuyere 137 and an outlet 131 are located. material and prevents melt solidification. Collection and unloading of metal melts and slag melts takes place in outlet 131.
Газ, получаемый в конической нижней зоне окисления и в конической нижней зоне восстановления, также протекает противотоком потоку твердых веществ через слой (представленные штриховой стрелкой, проходящей снизу вверх) в футерованную огнеупорным материалом секцию 120 выпуска газа, где он отводится посредством по меньшей мере одного выпускного отверстия 121 для газа.The gas produced in the conical lower oxidation zone and the conical lower reduction zone also flows countercurrent to the flow of solids through the bed (represented by the dashed arrow extending from bottom to top) into the refractory lined gas outlet section 120 where it is vented by at least one outlet. holes 121 for gas.
Реактор согласно настоящему изобретению может иметь следующие внутренние объемы, например:The reactor according to the present invention may have the following internal volumes, for example:
Фиг. 2 показывает вырез упрощенного вида в разрезе футерованной огнеупорным материалом промежуточной зоны 115 реактора согласно настоящему изобретению с двумя футерованными секциями 200, 300 и кольцеобразным шпунтовым соединением. Как показано в качестве примера для футерованной промежуточной зоны 115, где каждая другая футерованная область может также иметь по меньшей мере две футерованные секции 200, 300 с кольцеобразным шпунтовым соединением, эта футерованная часть реактора имеет по меньшей мере две футерованные секции 200, 300, расположенные друг над другом. Каждая по меньшей мере из двух футерованных секций 200, 300 содержит по меньшей мере одну внутреннюю огнеупорную футеровку 202, 302 и наружную футеровку 203, 303, окружающую внутреннюю огнеупорную футеровку. Возможно, что внутренняя огнеупорная футеровка 202, 302 представляет собой футеровку, изготовленную из обожженного кирпича, или монолитную (например, отлитую) футеровку. Как показано дополнительно на фиг. 2, шпунтовое соединение образуется между футерованными секциями 200, 300, расположенными друг над другом, одна из футерованных секций 200 имеет канавку 201 на стороне, обращенной к внутренней части реактора, а другая футерованная секция 300 имеет гребень 301 на стороне, обращенной к внутренней части реактора. Как показано здесь, может обеспечиваться, что верхняя футерованная секция 200 имеет канавку 201, а нижняя футерованная секция 300 имеет гребень 301. Кроме того, шпунтовое соединение имеет (вертикальный) изменяющийся в зависимости от температуры промежуток 400 между канавкой 201 и гребнем 301. Как дополнительно показано, кольцеобразная охлаждаемая водой консоль 400 расположена по меньшей мере между двумя футерованными секциями 200, 300, расположенными друг над другом.Fig. 2 shows a simplified sectional view of a refractory lined intermediate zone 115 of a reactor according to the present invention with two lined sections 200, 300 and an annular tongue and groove connection. As shown by way of example for the lined intermediate zone 115, where each other lined region may also have at least two ring-shaped tongue and groove lined sections 200, 300, this lined portion of the reactor has at least two lined sections 200, 300 located one at a time. over another. Each of the at least two lined sections 200, 300 includes at least one inner refractory lining 202, 302 and an outer lining 203, 303 surrounding the inner refractory lining. It is possible that the inner refractory lining 202, 302 is a fired brick lining or a monolithic (eg cast) lining. As shown further in FIG. 2, a tongue and groove connection is formed between lined sections 200, 300 located one above the other, one of the lined sections 200 has a groove 201 on the side facing the inside of the reactor, and the other lined section 300 has a ridge 301 on the side facing the inside of the reactor . As shown here, the top lined section 200 may be provided with a groove 201 and the bottom lined section 300 with a ridge 301. In addition, the tongue and groove has a (vertical) temperature-varying spacing 400 between the groove 201 and the ridge 301. As an option shown, an annular water-cooled console 400 is located between at least two lined sections 200, 300 located one above the other.
Кольцеобразная охлаждаемая водой консоль 400 для удержания кирпичной футеровки и стабилизации кирпичной футеровки при сильном нагревании и охлаждении реактора показана на виде в перспективе на фиг. 3. Эта кольцеобразная охлаждаемая водой консоль 400 изготовлена путем сгибания, без сварных швов, полых цилиндрических труб с квадратными или прямоугольными сечениями и изготовлена из черной стали. Охлаждающая вода может подаваться и отводиться из охлаждаемой водой консоли 400 посредством соединительных фланцев 401, как показано.An annular water-cooled cantilever 400 for holding the brick lining and stabilizing the brick lining during intense heating and cooling of the reactor is shown in perspective view of FIG. 3. This ring-shaped water-cooled console 400 is made by bending, without welds, hollow cylindrical pipes with square or rectangular sections, and is made of black steel. Cooling water can be supplied to and removed from the water-cooled console 400 via the connection flanges 401 as shown.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA2018/08023 | 2018-11-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA042311B1 true EA042311B1 (en) | 2023-02-02 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7161051B2 (en) | Reactors and processes for gasification and/or melting of feedstocks | |
| US5984985A (en) | Multiple vessel molten metal gasifier | |
| AU2009221247B2 (en) | Gasification device with slag removal | |
| US4340397A (en) | Slagging gasifier | |
| US11788021B2 (en) | Reactor and process for gasifying and/or melting of feed materials | |
| EA042311B1 (en) | REACTOR AND METHOD FOR GASIFICATION AND/OR MELTING OF RAW MATERIALS | |
| EP3660132A1 (en) | Reactor and process for gasifying and/or melting of feed materials | |
| EP4026885A1 (en) | Reactor and process for gasifying and/or melting of feed materials and for the production of hydrogen | |
| OA20314A (en) | Reactor and process for gasifying and/or melting of feed materials. | |
| US10843163B2 (en) | Equilibrium approach reactor | |
| JP2001173922A (en) | Waste-gasified melting furnace |