ES2204657T3 - Dispositivo para el tratamiento termico de materiales solidos granulares. - Google Patents
Dispositivo para el tratamiento termico de materiales solidos granulares.Info
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Abstract
Dispositivo para el tratamiento térmico de materiales sólidos granulares para realizar reacciones endotérmicas, en el que de los materiales sólidos se disocian CO2 y/o agua con un reactor (1) que está conformado como ciclón aproximadamente cilíndrico con un eje de simetría y de rotación aproximadamente horizontal, en el que el reactor presenta una zona de entrada (1a, 1c) para el suministro de combustible, materiales sólidos y gases para el reactor (1) y una zona de salida (1b) para la salida de los materiales sólidos y del gas de escape caliente, en el que la zona de salida (1b) está situada distanciada horizontalmente aproximadamente enfrente de la zona de entrada (1a, 1c) y en el que al reactor se le suministra combustible, gas que contiene 02 y materiales sólidos precalentados, el combustible se quema a temperaturas en el intervalo entre 600 y 1500°C en el reactor para producir gases de combustión, se ponen los materiales sólidos en el reactor en contacto turbulento con los gases de combustión, se usa el gas de escape caliente del reactor para precalentar los materiales sólidos, se extraen del reactor los materiales sólidos con temperaturas en el intervalo entre 400 y 1200°C y se precalienta el gas que contiene O2 con los materiales sólidos calientes caracterizado porque el reactor (1) presenta un conducto de salida (9a) a modo de tubo de inmersión que se introduce en el interior del reactor (1) para sacar el gas de escape caliente.
Description
Dispositivo para el tratamiento térmico de
materiales sólidos granulares.
La invención se refiere a un dispositivo según el
preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento según el
preámbulo de la reivindicación 6.
En el documento DE 19542309A1 (WO 97/18165A1) se
describe un procedimiento para el tratamiento térmico del hidróxido
de aluminio en el que el hidróxido de aluminio se precalienta en
primer lugar en dos precalentadores de suspensión y a continuación
se deshidrata a una temperatura de entre 850 y 1000ºC en un reactor
de lecho fluidificado circulante antes de que el material sólido
tratado térmicamente de esta manera se refrigere en un refrigerador
de suspensión de varios niveles con calentamiento de gas
secundario. Un procedimiento más sencillo pero básicamente
idéntico se conoce también del documento GB 2019369A1. En ambos
procedimientos se efectúa el ajuste de las temperaturas necesarias
por medio de la combustión de combustible en el reactor. Además en
los dos procedimientos se produce la reacción en un reactor
vertical y la separación del material sólido tratado térmicamente
de los gases del proceso en un ciclón separado del reactor.
El documento US 5616303 describe una cámara de
reacción cilíndrica y un dispositivo de separación de gases y
materiales sólidos y un recipiente de reacción para el tratamiento
térmico de materiales sólidos calientes con una entrada lateral
para una mezcla de gas y material sólido en el que el dispositivo de
separación está dispuesto a lo largo del eje central dentro de la
cámara de reacción. La mezcla de gases y materiales sólidos entra
tangencialmente por la abertura de entrada en la cámara de
reacción. Mientras los gases abandonan el recipiente de reacción por
una primera salida axial, el material sólido sale por una salida
lateral que se encuentra en el extremo opuesto a la entrada del
recipiente de reacción.
Aparatos de esta clase son conocidos y están
descritos por ejemplo en el documento WO 97/18165A1 y GB2019369 en
el que se produce óxido de aluminio a partir de hidróxido de
aluminio. El documento WO 97/18165 propone para el reactor un
lecho fluidizado circulante y según el documento GB 2019369A1 el
reactor está conformado en forma de tubos con ejes verticales.
La invención se basa en el objetivo de realizar
el dispositivo mencionado al comienzo de una forma más sencilla de
manera que pueda funcionar con una altura de construcción lo más
pequeña posible.
Conforme a la invención esto consigue porque el
reactor está conformado como un ciclón aproximadamente cilíndrico
con un eje de simetría y de rotación aproximadamente horizontales,
en el que se conduce a una zona de entrada del reactor el
combustible, los materiales sólidos y los gases en el reactor y de
una zona de salida del reactor que se encuentra aproximadamente
distanciada horizontalmente enfrente de la zona de entrada, se
extraen los materiales sólidos y el gas de escape caliente.
Es conveniente conectar previamente al reactor
por lo menos un ciclón de precalentamiento. En este caso, se puede
efectuar el precalentamiento de los materiales sólidos en al menos
un ciclón con gas de escape del reactor, en el que el gas de
escape usado sale por un conducto de inmersión dispuesto
en el ciclón.
en el ciclón.
La invención se basa en el objetivo de
posibilitar un tratamiento térmico sencillo de materiales sólidos
granulares que se pueda efectuar especialmente con un dispositivo
de escasa altura de construcción.
Conforme a la invención se alcanza este objetivo
por medio de un dispositivo con las características de la
reivindicación 1 así como un procedimiento conforme a la
reivindicación 6.
Es conveniente que esté conectado previamente al
reactor al menos un ciclón de precalentamiento. En este caso, se
puede efectuar el precalentamiento de los materiales sólidos en al
menos un ciclón con gas de escape del reactor, en el que el gas de
escape usado sale por un conducto dispuesto en el ciclón a modo de
tubo de inmersión.
Este conducto a modo de tubo de inmersión ahorra
altura de construcción y sirve a la vez para fijar el
ciclón.
ciclón.
Es conveniente postconectar al reactor un
dispositivo de refrigeración y refrigerar los materiales sólidos
que salen del reactor en contacto directo con gas que contiene
O_{2} y conducir el gas calentado que contiene O_{2} al reactor,
donde será usado para la combustión.
El reactor puede servir para el tratamiento
térmico de materiales sólidos de diferentes clases, de los que
aquí se menciona a modo de ejemplo el hidróxido de aluminio, que se
transforma en óxido de aluminio. Además por ejemplo entran en
consideración los carbonatos, de los cuales se expulsa térmicamente
CO_{2} para conseguir óxidos. Normalmente se intenta que al
menos el 50% en peso de los materiales sólidos suministrados al
reactor tengan un tiempo de permanencia en el reactor de al menos
5 segundos, produciéndose su calentamiento a la temperatura
necesaria. Para conseguir una prolongación del tiempo de permanencia
es conveniente que el gas de escape caliente salga del reactor por
un conducto de salida que se introduzca en su interior a modo de
tubo de inmersión una longitud T de 0,03 a 0,2 veces la longitud
total horizontal del reactor. Este conducto a modo de tubo de
inmersión se encarga también de producir torbellinos en el gas de
forma que se prolonga su tiempo de permanencia y, con ello, también
el tiempo de permanencia de los materiales sólidos en el
reactor.
Las posibilidades de configuración del
dispositivo se explican en las ilustraciones. Se muestra:
Fig.1 una vista de una variante del
dispositivo
Fig.2 un corte longitudinal vertical del reactor
en representación esquemática
Fig.3 un corte según la línea
III-III de la Fig. 2 a través de la zona de entrada
del reactor de la Fig. 2 y
Fig. 4 un corte según la línea
IV-IV a través de la zona de salida del reactor de
la Fig. 2.
La instalación según la Fig. 1 presenta al
reactor (1) como la pieza principal que tiene aproximadamente la
forma de un cilindro con eje de simetría y de rotación. Los dos
niveles de precalentamiento consisten en los ciclones (2) y (3) con
sus respectivos conductos ascendentes (2a) y (3a), a los cuales se
suministran a su vez materiales sólidos en la zona del pie. Los
materiales sólidos que se van a tratar, por ejemplo, hidróxido de
aluminio, acceden a través del conducto (4) en el conducto
ascendente (2a) donde con la ayuda de gas caliente se transportan
neumáticamente desde el conducto (5) al ciclón. El gas de escape
abandona el ciclón (2) a través del conducto (2b) que se encuentra
en el interior del ciclón dirigido hacia abajo y que desemboca en
una limpieza de gases (6). La limpieza de gases puede ser realizada
como lavado en húmedo o bien con filtros eléctricos. El gas limpio
pasa al conducto (7). La cantidad de los niveles de
precalentamiento puede ser elegida en la práctica.
Los materiales sólidos calentados en el ciclón
(2) lo abandonan por el conducto (8) y son conducidos al pie del
conducto ascendente (3a). El gas de escape caliente del reactor
(1), que es conducido por el conducto (9), transporta los materiales
sólidos al ciclón (3) y los materiales sólidos precalentados son
conducidos por el conducto (10) hacia el reactor (1). El gas de
escape abandona el ciclón (3) corriente abajo por el conducto (5)
y es conducido hacia el primer nivel de precalentamiento. En caso
de necesidad, se puede mezclar una parte de los materiales sólidos
provenientes del ciclón (2) con los materiales sólidos del conducto
(11) evitando la zona caliente del dispositivo por medio del
conducto rayado (8a).
Por medio del conducto (12) se transporta hacia
el reactor (1) gas precalentado que contiene O_{2} (por ejemplo,
aire), al mismo tiempo que llega combustible del conducto (13).
Para mantener la producción de ceniza a un nivel bajo en el reactor
(1), se usa normalmente combustible gaseiforme, por ejemplo, gas
natural. Normalmente comienza la combustión del combustible con el
gas que contiene O_{2} ya en la entrada de gases (1a) del
reactor (1), posteriormente se produce en la zona de entrada del
reactor (1) una corriente de torbellinos con el eje de rotación. Los
detalles se explican a continuación con la ayuda de las Fig. 2 a
4.
El producto caliente de materiales sólidos
abandona el reactor (1) a través de la salida (1b) y se conduce a
través del conducto (11) de la refrigeración. Al igual que el
precalentamiento, la refrigeración también se puede efectuar en uno
o varios niveles. En este caso, se representan dos niveles de
refrigeración a los que pertenecen los ciclones (15) y (16) y sus
correspondientes conductos ascendentes (15a) y (16a). El gas que
contiene O_{2} relativamente frío es transportado a través del
conducto (17) al pie del conducto ascendente (15a) donde se
transporta el producto de
material sólido desde el conducto (11) al ciclón (15). El gas abandona el ciclón (15) por el conducto (12) y los materiales sólidos parcialmente refrigerados llegan al pie del conducto ascendente (16a) por el conducto (18). A este conducto ascendente se transporta gas que contiene O_{2} relativamente frío por el conducto (19), por ejemplo, aire del entorno, y se transportan los materiales sólidos neumáticamente al ciclón (16). El gas abandona posteriormente el ciclón (16) por el conducto (17) y los materiales sólidos refrigerados salen por el conducto (20). Naturalmente se puede seleccionar la cantidad de niveles de refrigerado.
material sólido desde el conducto (11) al ciclón (15). El gas abandona el ciclón (15) por el conducto (12) y los materiales sólidos parcialmente refrigerados llegan al pie del conducto ascendente (16a) por el conducto (18). A este conducto ascendente se transporta gas que contiene O_{2} relativamente frío por el conducto (19), por ejemplo, aire del entorno, y se transportan los materiales sólidos neumáticamente al ciclón (16). El gas abandona posteriormente el ciclón (16) por el conducto (17) y los materiales sólidos refrigerados salen por el conducto (20). Naturalmente se puede seleccionar la cantidad de niveles de refrigerado.
Las figuras 2 a 4 muestran detalles del reactor
(1) con la entrada para gases (1a), una entrada para materiales
sólidos (1c), una salida para gases (9a) y la salida para
materiales sólidos (1c). Los materiales sólidos precalentados son
conducidos al conducto (10) y llevados de forma aproximadamente
centrada a través de la entrada (1c) a la zona de entrada del
reactor (1), donde son recogidos por los gases de combustión que
provienen de la entrada para gases (1a). Es posible conducir al
reactor (1) por el conducto (10) los materiales sólidos total o
parcialmente por el conducto dibujado a trazos (10a) con las
cuotas marcadas y también por la entrada (1a).
Se recomienda especialmente debido a la elección
de la longitud L y del diámetro Z del reactor (1), tener en cuenta
que al menos el 50% en peso de los materiales sólidos llevados al
reactor tienen un tiempo de permanencia de al menos 5 segundos y
preferentemente de al menos 7 segundos. El conducto de salida (9a)
está introducido a modo de tubo de inmersión preferentemente una
longitud T en el interior del reactor. Debido a ello, se dan una
serie de condiciones favorables de circulación que prolongan el
tiempo de permanencia en el reactor. La longitud T asciende
preferentemente a 0,03 a 0,2 veces la longitud del reactor L. Una
configuración ventajosa consiste en que el coeficiente de giro, que
es la relación de impulso axial a impulso de giro toma en
consideración el impulso de material sólido y el cociente de la
temperatura de entrada y salida, sea mayor de 1,5.
Claims (8)
1. Dispositivo para el tratamiento térmico de
materiales sólidos granulares para realizar reacciones
endotérmicas, en el que de los materiales sólidos se disocian
CO_{2} y/o agua con un reactor (1) que está conformado como
ciclón aproximadamente cilíndrico con un eje de simetría y de
rotación aproximadamente horizontal, en el que el reactor presenta
una zona de entrada (1a, 1c) para el suministro de combustible,
materiales sólidos y gases para el reactor (1) y una zona de salida
(1b) para la salida de los materiales sólidos y del gas de escape
caliente, en el que la zona de salida (1b) está situada
distanciada horizontalmente aproximadamente enfrente de la zona de
entrada (1a, 1c) y en el que al reactor se le suministra
combustible, gas que contiene O_{2} y materiales sólidos
precalentados, el combustible se quema a temperaturas en el
intervalo entre 600 y 1500ºC en el reactor para producir gases de
combustión, se ponen los materiales sólidos en el reactor en
contacto turbulento con los gases de combustión, se usa el gas de
escape caliente del reactor para precalentar los materiales
sólidos, se extraen del reactor los materiales sólidos con
temperaturas en el intervalo entre 400 y 1200ºC y se precalienta el
gas que contiene O_{2} con los materiales sólidos calientes
caracterizado porque el reactor (1) presenta un conducto de
salida (9a) a modo de tubo de inmersión que se introduce en el
interior del reactor (1) para sacar el gas de escape caliente.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque al reactor (1) se le preconecta al
menos un ciclón de precalentado (2, 3).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque al reactor (1) se le postconecta al
menos un dispositivo de refrigeración (15, 16) en el que se
refrigeran materiales sólidos extraídos del reactor (1) en contacto
directo con gas que contiene O_{2}.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes caracterizado porque el conducto de salida se
introduce en el interior del reactor en una longitud T de 0,03 a
0,2 veces la longitud horizontal total del mismo.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque en el reactor (1) la
abertura de suministro de materiales sólidos (1a) está dispuesta
enfrente de la salida de materiales sólidos (1b) en el contorno del
mismo.
6. Procedimiento para el tratamiento térmico de
materiales sólidos granulares para realizar reacciones
endotérmicas, en el que de los materiales sólidos se disocian
CO_{2} y/o agua, en el que se suministra a un reactor combustible,
gas que contiene O_{2} y materiales sólidos precalentados, el
combustible se quema a temperaturas en el intervalo de entre 600 y
1500ºC en el reactor para producir gases de combustión, se ponen
los materiales sólidos al reactor en contacto turbulento con los
gases de combustión, se usa el gas de escape del reactor para
precalentar los materiales sólidos, se extraen del reactor los
materiales sólidos con temperaturas en el intervalo entre 400 y
1200ºC y se precalienta el gas que contiene O_{2} con los
materiales sólidos calientes, caracterizado porque se
conduce el combustible, los materiales sólidos y los gases a una
zona de entrada del reactor que está conformada como un ciclón
aproximadamente cilíndrico con un eje de simetría y de rotación
aproximadamente horizontal, y se extraen los materiales sólidos y el
gas de escape caliente de una zona de salida del reactor, que está
situada aproximadamente enfrente de la zona de entrada distanciada
horizontalmente.
7. Procedimiento según la reivindicación 6
caracterizado porque se precalientan los materiales sólidos
antes de introducirlos en el reactor.
8. Procedimiento según las reivindicaciones 6 ó 7
caracterizado porque se refrigeran los materiales sólidos
extraídos del reactor en contacto directo con el gas que contiene
O_{2}.
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