FI116161B - Menetelmä ja laitteisto kaasun koostumuksen mittaamiseksi leijupedistä - Google Patents

Description

116161 MENETELMÄ JA LAITTEISTO KAASUN KOOSTUMUKSEN MITTAAMISEKSI LEIJUPEDISTÄ

Keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteistoon, joiden avulla voidaan mitata 5 kaasun koostumusta jatkuvatoimisesti pasutusuunin, leijupetikattilan tai minkä tahansa prosessin leijupedistä. Menetelmän ja laitteiston avulla on tehty mahdolliseksi kaasun koostumuksen mittaus kaasusta, jonka kiintoainemäärä on huomattava. Kaasun koostumusmittauksen avulla voidaan säätää esimerkiksi pedissä tapahtuvien reaktioiden reaktioastetta.

10

Leijupetitekniikkaa käytetään hyvin monissa erilaisissa prosesseissa metallurgisessa teollisuudessa sekä energia- ja ympäristötekniikassa. Pedin kaasun paineet vaikuttavat siihen, minä yhdisteenä ja missä olomuodossa pedissä reagoivat materiaalit ovat. Leijukerrosprosessien hallinta edellyttää, 15 että pedin olosuhteet pystytään hallitsemaan niin, että pedissä ei synny hallitsemattomasti sulafaaseja tai muita sintraavia yhdisteitä, jotka johtavat pedin epästabiiliin tilaan. Pedin reaktioita ei pystytä täysin hallitsemaan syötöillä, koska osa reaktioista tapahtuu pedissä ja osa pedin yläpuolella. Reaktiot voidaan paremmin hallita mittaamalla ja säätämällä kaasu- « :. I, ·' 20 koostumusta pedissä.

• * » : Seuraavassa on kerrottu yksityiskohtaisempi esimerkki menetelmän käytöstä ** '· leijukerrosreaktorissa tapahtuvassa pasutusprosessissa: Hienojakoisen • « materiaalin pasutus tapahtuu yleensä leijupetimenetelmällä. Pasutettava 1 materiaali syötetään leijukerrosuuniin seinässä olevien syöttöyhteiden kautta * * · leijukerrospedin yläpuolelle. Uunin pohjassa on arina, jonka kautta syötetään happipitoista kaasua rikasteen leijuttamiseksi ja hapettamiseksi. Happi-pitoisena kaasuna käytetään yleensä ilmaa tai happirikastettua ilmaa. Kun ‘ ' rikaste leijuu, syöttöpedin korkeus kasvaa kiinteän materiaalipedin j 30 korkeuteen nähden. Uunin vastapaine muodostuu arinan vastuksesta ja •’Λ: pedin vastuksesta. Pedin vastus on suunnilleen pedin massa, kun peti on leijutilassa.

116161 2

Pasutuksen kannalta on tärkeää hallita petiä eli pedin pitää olla stabiili rakenteeltaan ja muilta leijumisominaisuuksiltaan kunnossa, ja leijuminen hallittua. Hapettumisen pitää tapahtua mahdollisimman täydellisesti eli 5 esimerkiksi sinkkirikasteen käsittelyssä sulfidien tulee hapettua oksideiksi, koska sulfidit muodostavat sulafaaseja alhaisimmissa lämpötiloissa kuin kyseeseen tulevat oksidit. Sulfidien määrän jäädessä liian korkeaksi joutuu peti epästabiiliin tilaan.

ίο Sinkkipasutolla käsiteltävät sinkkisulfidirikasteet ovat aikaa myöten tulleet entistä epäpuhtaammiksi. Rikasteet eivät aina enää ole läheskään puhdasta sinkkivälkettä, sfaleriittia, vaan ne saattavat sisältää huomattavan määrän rautaa. Rauta on joko sfaleriitin hilaan liuenneena tai sitten pyriittinä tai pyrrotiittina. Lisäksi rikasteet sisältävät usein sulfidista lyijyä ja/tai kuparia.

15 Rikasteiden kemiallinen koostumus ja mineralogia vaihtelevat huomattavasti. Tällöin vaihtelee myös rikasteiden hapettumiseen tarvittava happimäärä samoin kuin rikasteiden palaessaan tuottama lämpömäärä. Nykyisin käytössä olevan tekniikan mukaisesti pasuton rikasteen syöttöä säädetään : Γ: pedin lämpötilan mukaan esimerkiksi sumean logiikan avulla. Tällöin on 20 vaarana, että pasutuskaasussa olevan hapen määrä pääsee laskemaan liian | matalaksi eli happimäärä ei riitä pasuttamaan rikastetta. Tämän seurauksena . ’ j peti ei agglomeroidu normaalisti vaan jää liian hienojakoiseksi ja samalla ’ : myös pedin vastapaine voi laskea liian matalaksi, koska hieno peti lakkaa ..: leijumasta ja tapahtuu kanavoitumista.

25

Leijukerrospasutuksen aikana tapahtuu normaalistikin tuotteen agglomeroi- tumista eli pasute on selvästi karkeampaa kuin syötetty rikaste. Edellä · kuvattujen sulfidisulien muodostuminen lisää kuitenkin agglomeroitumista • häiritsevässä määrin, sillä isommat agglomeraatit sulfidiytimineen jäävät :v: 30 pyörimään arinalle. Agglomeraatit aiheuttavat kasvannaisia arinan päälle ja :' ·.: tukkivat aikaa myöten arinan alla olevia kaasusuuttimia.

116161 3

Pasutusolosuhteita on pyritty säätämään eri tavoin. US-patentti 5803040 koskee menetelmää leijukerrospedin stabiloimiseksi metallisulfidien pasutuksessa, jolloin stabilointi tapahtuu syötteen raekokoa säätämällä. US-patentissa 3975484 stabilointi tapahtuu syöttämällä rikaste lietteenä.

5 Artikkelissa MacLagan, C. et ai: Oxygen Enrichment of Fluo-Solids Roasting at Zincor, Lead-Zinc Symposium 2000, Pittsburgh, USA, October 22-25, 2000, ss.417-426, on todettu, että pasutusuunin poistokaasun happipitoisuutta kontrolloidaan mittauksilla, jotka tapahtuvat kaasulinjasta kattilan tai syklonin jälkeen. Nämä mittaukset eivät kuitenkaan kerro leijukerrospedin ίο tilaa, koska osa materiaalista reagoi pedin yläpuolella ja toisaalta kaasulinjan mittauksissa on jo mukana vuotoilmoja.

Patenttihakemusjulkaisussa WO 02/40723 on kuvattu menetelmä, jonka mukaisesti pasutusolosuhteita säädetään pedin happipainetta kontrolloi-15 maila. Julkaisussa ei ole kuitenkaan tarkemmin kuvattu laitetta, millä mittaus suoritetaan.

Kaasun koostumuksen säätö on vaikeaa, sillä kaasun koostumuksen mittaus v.: pölypitoisista kaasuista ei tahdo onnistua. Kaasujen sisältämä pöly tukkii * * 20 mittalaitteet ja analysointi ei ole mahdollista. Leijupedistä mittaus onnistuu : vielä huonommin. Erityisesti jatkuva mittaus on ollut mahdotonta. Kuitenkin *; leijupetikaasun koostumuksen analysointi on hyvin tärkeää leijupedin säädön * kannalta. Varsinkin syötteen vaihdellessa on tärkeää saada jatkuvaa tietoa · *’ kaasun koostumuksesta, jotta reagoivien kaasujen paineet voidaan säätää . . 25 oikealle tasolle.

T Edellä esitettyjen puutteellisuuksien korjaamiseksi on tämän keksinnön *· mukaisesti nyt kehitetty menetelmä ja laitteisto kaasun koostumuksen jatkuvatoimiseksi mittaamiseksi leijukerrospedissä, jota käytetään erilaisten : V 30 materiaalin prosessoinnissa. Mittauksen avulla on mahdollista seurata : ainakin yhden halutun kaasun pitoisuutta petikaasussa. Menetelmän mukaisesti leijupedistä imetään kaasua näytteenottoputken kautta pumpun 4 116161 avulla. Näytteenottoputken leijukerrospetiin sijoitetun kärkiosan halkaisija on muodostettu suuremmaksi kuin putken muun osan halkaisija. Koska näytteenottolinjaan imettävän kaasun virtausnopeus on putken kärkiosassa alhaisempi kuin varsinaisessa linjassa, kaasun mukaan imeytyy vähemmän 5 pölyä kuin mitä pedin koostumus edellyttäisi ja tämä mahdollistaa jatkuvatoimisen mittauksen. Kehitetyn menetelmän mukaisesti kaasun virtausnopeus pidetään näytteenottoputken kärkiosassa alhaisempana kuin putken muussa osassa säätämällä kaasun virtausnopeutta putken kärkiosassa petimateriaalin karkeuden tai sen tiheyden perusteella. Näytteenottolinjassa ίο kaasu puhdistetaan vielä mukana tulleesta pölystä, edullisesti kuivataan ja sen lämpötila pidetään alueella, mikä estää haitallisten yhdisteiden syntymisen. Kaasun virtausmäärä mitataan ja kaasu analysoidaan jatkuvatoimisessa, yhdessä tai useammassa kaasuanalysaattorissa. Yksi analysaattoreista on edullisesti happianalysaattori.

15

Keksinnön mukainen laitteisto koostuu leijukerrosreaktorin petiin sijoitettavasta näytteenottoputkesta, jonka kärkiosan halkaisija on laajennettu putken muun osan halkaisijaan nähden siten, että kärkiosan halkaisijan suhde varsinaisen näytteenottoputken halkaisijaan on luokkaa 1,3 - 3.

. 20 Termostoitu kaasulinja on yhdistetty ainakin yhteen kaasuanalysaattoriin.

• * * .·. ; Laitteistoon kuuluu myös pumppu kaasun imemiseksi laitteistoon, joka • · : pumppu on olennaisesti kaasutiivis, ja ainakin yksi suodatin. Edullisesti laitteistoon kuuluu myös kaasun kuivauselin.

» · • · 25 Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista vaatimuksista.

* · * I · I I ·

On todettu, että nyt kehitetyn mittausmenetelmän ja -laitteiston avulla voidaan leijupedin kaasun koostumusta mitata jatkuvasti. Siten esimerkiksi » »* .·*·. syötteen vaihtumisen aikana on mahdollista nähdä, koska reagoivan kaasun 30 pitoisuudet ovat halutulla alueella.

Keksinnön mukaista laitteistoa kuvataan vielä oheisten kuvien avulla, joissa > ‘ I » 116161 5 kuva 1 on kaaviopiirros keksinnön mukaisesta laitteistosta, ja kuvassa 2 on diagrammi kaasujen pitoisuuksista leijukerrosreaktorin pedissä ajan funktiona.

5 Kuvan 1 mukaisesti keksinnön mukaiseen kaasunmittauslaitteistoon 1 kuuluva näytteenottoputki eli sondi 2 on sijoitettu kuvassa osittain esitetyn pasu-tusuunin 3 leijupedin 4 sisään. Pasutusuuni on varustettu aukolla (ei tarkemmin kuvassa), jonka läpi sondi johdetaan. Sondin kärkiosan 5 halkaisija on olennaisesti suurempi kuin sondin muun osan halkaisija. Laajemman kärki-lo osan ansiosta näytteenottoputkeen imettävän kaasun virtausnopeus on aluksi alhaisempi ja tämä alentaa pedistä kaasun mukaan tulevan pölyn määrää.

Sondin kärkiosan halkaisija riippuu leijupedissä olevan materiaalin ominaisuuksista, lähinnä petimateriaalin karkeudesta ja tiheydestä. Karkeasti 15 ottaen voidaan sanoa, että mitä hienojakoisempaa petimateriaali on, sitä suurempi pitää olla myös kärkiosan halkaisija. Esimerkiksi leijupedin ollessa sinkin ja raudan oksideja ja keskimääräiseltä raekooltaan dso = 150 pm kärkiosan halkaisijan suhde varsinaisen sondin halkaisijaan tulee olla . luokkaa 2:1, jolloin kaasun virtausnopeus sondin kärkiosassa putoaa neljän- • · * . 20 teen osaan verrattuna kaasun virtausnopeuteen sondin muussa osassa.

.·. : Edullisesti kärkiosan halkaisijan suhde varsinaisen sondin halkaisijaan on .·. j alueella 1,3-3:1. Vastaavasti kaasun virtausnopeus on sondin kärkiosassa luokkaa 0,6 - 0,1 kertaa kaasun virtausnopeus itse sondissa.

Näytteenottoputken materiaali valitaan sellaiseksi, että se kestää 25 leijukerrosuunin olosuhteissa.

* * · I » » « · » ·

Sondi on yhdistetty termostoituun kaasulinjaan 6 näytekaasun kondensoitu-misen estämiseksi. Esimerkiksi rikkidioksidipitoisia kaasuja mitattaessa ; kaasulinjan lämpötila on laitteistossa vakioitu alueelle 120 - 200 °C, edulli- . \ 30 sesti noin 170 °C. Uunin ulkopuolella kaasun lämpötila laskee nopeasti, jos ]'·] ] kaasulinjaa ei lämmitetä esimerkiksi lämmitysvastuksen avulla. Pasutusuunin kaasussa sondiin menevän näytekaasun jäähtyessä liikaa sen sisältämää 6 11 61 61 rikkidioksidia absorboituu vesipisaroihin ja tämä vaikuttaa rikkidioksidin analyysitulokseen. Rikkihapon kondensoitumisen näytteenottoputken sisälle voi myös aiheuttaa vaurioita putkelle. Laitteistoon voidaan yhdistää myös muita virtausmittauksessa ja kaasun koostumuksen määrittelyssä käytettäviä 5 laitteita, joita ei ole tässä tarkemmin kuvattu. Esimerkiksi virtausmäärää mittaava rotametri on yhdistetty laitteistoon, mutta koska sen käyttö on normaalia tekniikkaa, sitä ei ole tässä yhteydessä kuvattu tarkemmin.

Pölyä runsaasti sisältävä kaasu imetään laitteistoon kaasutiiviin pumpun 7 ίο avulla, mutta suurin osa mukana tulevasta hienosta pölystä on edullista erottaa kaasusta jo ennen pumppua ensimmäisen suodattimen 8 avulla. Kaasulinja voidaan tarpeen vaatiessa varustaa myös toisella suodattimena 9 ennen kaasun ohjaamista kaasuanalysaattoreihin. Kuvassa on kaksi analysaattoria 10 ja 12, joista jälkimmäinen on happianalysaattori ja toisen 15 avulla voidaan analysoida muita kaasuja kuten esimerkiksi vesihöyryn ja rikkidioksidin pitoisuutta kaasussa. Kuvassa ennen happianalysaattoria on kuivain 11. Ensimmäinen kaasuanalysaattori voi olla esimerkiksi jatkuvatoiminen FTIR-kaasuanalysaattori tai vastaava ja happianalysaattorina voidaan käyttää esimerkiksi edellisen kanssa rinnan kytkettyä, •»· ; 20 paramagneettisuuteen perustuvaa happianalysaattoria. Analysaattorit voivat olla myös muita kuin edellä mainitun tyyppisiä.

• · • t • · a * «a • a

Kuvan 2 diagrammi on otos keksinnön mukaisen laitteiston avulla • a suoritetusta kaasukoostumuksen seurannasta pasutusuunin pedissä.

25 Nähdään, että laitteiston avulla on mahdollista suorittaa jatkuvatoiminen » a M · kaasukoostumuksen mittaus suoraan leijukerrosuunin pedistä eikä vasta :uunitilasta poistuneesta kaasusta.

: ,· Keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa kaasun koostumuksen mittaa- : 30 miseksi leijukerrosreaktorin pedistä on edellä esitetty pasutusuunin olosuh- . : teissä, mutta on selvää, että menetelmää ja laitteistoa voidaan käyttää myös

I

muissa leijukerrosreaktoreissa.

Claims (9)

116161

1. Menetelmä ainakin yhden kaasumaisen aineen pitoisuuden mittaamiseksi leijukerrosreaktorin pedin kaasusta, jolloin jatkuva-5 toimisessa mittauksessa kaasu imetään pumpun avulla näytteen- ottoputkeen, kaasun mukana tuleva hienojakoinen pöly erotetaan kaasulinjasta suodattamalla ja kaasu johdetaan ainakin yhteen analysaattoriin, jonka avulla mitataan kaasun halutun ainesosan pitoisuutta, tunnettu siitä, että leijukerrosreaktorin petiin sijoitetun ίο näytteenottoputken kärkiosassa kaasun virtausnopeus pidetään alhaisempana kuin näytteenottoputken muussa osassa säätämällä ! kaasun virtausnopeutta kärkiosassa petimateriaalin karkeuden tai sen tiheyden perusteella.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att gasens strömningshastighet i provtagningsrörets spetsparti installs att vara av klassen 0,6 - 0,1 ganger den strömningshastighet som används i det egentliga provtagningsröret. 5

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun virtausnopeus näytteenottoputken kärkiosassa säädetään olemaan luokkaa 0,6 - 0,1 kertaa varsinaisessa näytteenottoputkessa käytetty virtausnopeus.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att gasens temperatur i gaslinjen standardiseras tili omrädet 120 - 200 °C.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun lämpötila vakioidaan kaasulinjassa alueelle 120 - 200 °C. ] 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ,···] kaasu kuivataan ennen sen johtamista analysaattoriin. 25 : 5. Laitteisto ainakin yhden kaasumaisen aineen pitoisuuden t »* · .·*·. mittaamiseksi leijukerrosreaktorista (3), jolloin jatkuvatoimiseen ,/ mittaukseen tarkoitettu laitteisto (1) muodostuu näytteenottoputkesta (2), joka on yhdistetty kaasulinjaan (6), kaasutiiviistä pumpusta (7) ja *’ 30 ainakin yhdestä suodattimesta (8,9), jotka on sijoitettu ennen kaasun ; pitoisuutta mittaavaa, ainakin yhtä analysaattoria (10,12), tunnettu : siitä, että leijukerrosuunin petiin (4) sijoitetun näyttenottoputken 116161 kärkiosan (5) halkaisijan suhde varsinaisen näytteenottoputken (2) halkaisijaan on luokkaa 1,3-3 riippuen petimateriaalin karkeudesta tai sen tiheydestä.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att gasen torkas ίο innan den leds tili analysatorn.

5. Apparatur för mätning av halten av ätminstone ett gasformigt ämne i en virvelbäddsreaktor (3) varvid apparaturen (1) som är avsedd för kontinuerlig mätning bestär av ett provtagningsrör (2) som anslutits tili 15 en gaslinje (6), en gastät pump (7) och ätminstone ett filter (8,9) som anordnats före ätminstone en analysator (10,12) som mäter halten av gas, kännetecknad av att förhällandet av diametern i provtagningsrörets spetspartie (5) anordnats i virvelbäddsreaktorns bädd (4) tili det egentliga provtagningsrörets (2) diameter är av klassen 1,3-3 • · · 20 beroende pä bäddmaterialets grovlek eller dess densitet. » * * • » · • 1 · ] 6. Apparatur enligt patentkrav 7, kännetecknad av att förhällandet av • * · ,·, j diametern i provtagningsrörets spetsparti (5) tili det egentliga , · · · ’ provtagningsrörets (2) diameter är av klassen 1,3-3. * · 25 : 7. Apparatur enligt patentkrav 7, kännetecknad av att apparaturens ♦ * * · . * ·: gaslinje försetts med uppvärmning. * ·

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että näytteenottoputken kärkiosan (5) halkaisijan suhde varsinaisen näytteenottoputken (2) halkaisijaan on luokkaa 1,3-3.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ίο laitteiston kaasulinja on varustettu lämmityksellä.

8. Apparatur enligt patentkrav 7, kännetecknad av att antalet gas- /·[ 30 analysatorer ärminst 2. 116161

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kaasuanalysaattorien määrä on vähintään 2.

9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on varustettu kuivaimella (11). • * · *'* 20 1. Förfarande för mätning av halten av ätminstone ett gasformigt ämne i gasen av en virvelbäddsreaktors bädd, varvid i kontinuerlig mätning : | gas sugs frän virvelbäddsreaktorns bädd med en pump in i ett • »· | provtagningsrör, av gasen medfört finfördelat stoft separeras frän * »* ,···’ gaslinjen genom filtrering ooh gasen leds tili ätminstone en analysator, 25 med vilken halten av önskad beständsdel i gasen mäts, : .·. kännetecknat av att gasens strömningshastighet hälls lägre i ä 1 I · spetsparti av provtagningsröret som anordnats i virvelbäddsreaktorns bädd (4) än i provtagningsrörets övriga delar med inställning gasens strömnings-hastighet i spetsparti pä basis av bäddmaterialets grovlek I · '· ’ 30 eller dess densitet. 1 > 116161

9. Apparatur enligt patentkrav 7, kännetecknad av att apparaturen försetts med en tork (11). 5 * * · I I t ( I t * 4 · i t • » · * I t ft I • · i » i f * t ft