JP2006511775A - 流動層の粒状固体の熱処理方法およびプラント - Google Patents

流動層の粒状固体の熱処理方法およびプラント Download PDF

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Abstract

本発明は、少なくとも一つの導波管（5）を通して流動層炉（1、1a）にマイクロ波を放射する、流動層炉（1、1a）に位置した流動層（3、3a）における粒状固体の熱処理方法および対応するプラントに関する。マイクロ波の放射効率を向上させるために、マイクロ波の放射角を流動層炉（1、1a）の主軸（11）に対して10度から50度、とくに10度から20度の角度に傾ける。

Description

本発明は、流動層炉に位置している流動層の粒状固体の熱処理のための方法に関し、この炉では少なくとも一つの導波管を通してマイクロ波が流動層炉に放射され、さらに本発明はそれに対応するプラントに関するものである。
マイクロ波源を流動層炉に結合させるにはいくつかの可能性がある。これらは、たとえばオープン導波管、スロットアンテナ、カップリングループ、ダイアフラム、ガスまたは別の絶縁体で満たされた同軸アンテナ、またはマイクロ波透過性の物質（ウインドウ）でふさがれた導波管を含んでいる。供給導管からマイクロ波を分離する典型的なものは、さまざまな方法で達成できる。
理論的には、マイクロ波のエネルギーは導波管で損失なしに伝達できる。導波管の断面は、非常に高い周波数のためのコイルおよびコンデンサを含む電気発振回路の必然的発展として得られる。理論的にはそのような発振回路は同様に損失なく動作できる。共振周波数が実質的に増加した場合は、電気発振回路のコイルは、導波管断面の片側に相当する巻線の半分になる。コンデンサは平板コンデンサになり、これは同様に導波管断面の両側に対応する。実際には、発振回路はコイルおよびコンデンサのオーム抵抗のためにエネルギーを失う。導波管は導波管壁のオーム抵抗によってエネルギーを失う。
電気発振回路から、それに第二発振回路を結合させることにより、エネルギーを分岐させることができ、これにより、最初の電気発振回路からエネルギーを回収する。同様に、第一の導波管に第二の導波管をフランジすることにより、エネルギーを第一の導波管より分離することができる（導波管遷移）。ショートしているプランジャにより、第一の導波管を結合点の後で止めると、全エネルギーを第二の導波管に向けることさえできる。
導波管のマイクロ波のエネルギーは導電性の壁によって囲まれている。壁を壁電流が流れ、導波管断面にその電界強度がメートル当たり数10KVになり得る電磁場が存在する。導電性アンテナロッドを導波管の中に置くと、導波管は電磁場の電位差を直接消散し、形が適していると前記電位差をまたその末端（アンテナまたはプローブデカップリング）で再度放射できる。開口部を通して導波管に入り、別の点で導波管壁に接するアンテナロッドは壁電流を直接受け取り、同様にその末端で壁電流を放射することさえできる。導波管を、ショートしているプランジャによりアンテナカップリングの後で止めると、この場合も同様に全エネルギーを導波管からアンテナへ向けることができる。
導波管の壁電流の力線が溝によって中断されると、マイクロ波のエネルギーは壁を流れ続けることができないので、これらの溝を通して導波管から出てくる（スロットデカップリング）。矩形導波管の壁電流は、導波管の広い側面の中央の中央線に平行に流れ、また導波管の狭い側面の中央の中心線を横切って流れる。それゆえ、広い側面の横の溝および狭い側面の長さ方向の溝は導波管からマイクロ波放射をデカップリングする。
空洞断面の寸法が、ある最小値より小さくならなければ、すべての種類の形状の導電性の空洞断面にマイクロ波放射を導くことができる。マックスウェル方程式（非定常、非線形微分方程式）は結局、対応する境界条件で解かれなければならないので、共振条件の正確な計算はかなり複雑な数学を含む。しかしながら、矩形または円形導波管断面の場合は、方程式は解析的に解けて、導波管の設計に関する問題がより明瞭になり、より容易に解決する程度にまで、方程式を単純化することができる。そのため、および生産が比較的容易であるため、矩形導波管または円形導波管のみが工業的に使用され、これらはまた本発明に従って使用することが好ましい。主に使用される矩形導波管はアングロサクソン語の文献で標準化されている。これらの標準寸法はドイツで採用された。これが、半端な寸法が一部に現れる理由である。一般的に、周波数2.45GHzのすべての工業用マイクロ波源はR26タイプの矩形導波管を備えており、この導波管は43 x 86mmの断面を有する。導波管においては、異なった振動状態が存在する。TEモードでは、電場成分は導波管の方向を横切っており、磁気成分は導波管の方向にある。TMモードでは、磁場成分は導波管の方向を横切っており、電界成分は導波管の方向にある。両方の振動状態は、モードの数が異なれば空間のすべての方向に現れることができる（たとえば、TE-1-1、TM-2-0）。
粒状固体の熱処理のための方法は米国特許第5,972,302号で知られている。これでは硫化物鉱石は、マイクロ波によって補助された酸化を受ける。この方法は主に、流動層の黄鉄鉱のか焼に関するものであり、これでは、流動層に導入されたマイクロ波は赤鉄鉱および硫黄元素の形成を促進し、SO2の形成を抑える。その上に直接配置されたマイクロ波源により直接放射される定常流動層が採用されている。マイクロ波源またはマイクロ波の入力点は流動層から上がってくるガス、蒸気および埃と必然的に接触する。
欧州特許第0 403 820 B1号には、流動層の物質を乾燥させるための方法が記載されている。これでは、マイクロ波源は流動層の外に配置されていて、マイクロ波が導波管により流動層に導入されている。加熱すべき固体でマイクロ波放射の反射がしばしば起こり、そのため、効率が減少し、マイクロ波源が損傷を受ける可能性がある。オープンマイクロ波導波管の場合は、導波管に埃の堆積物もあり、堆積物はマイクロ波放射の一部を吸収し、マイクロ波源を損傷する可能性がある。これは、炉とマイクロ波源の間の導波管をふさぐマイクロ波透過性の窓により避けることができる。しかしながら、この場合窓への堆積物は、マイクロ波放射を弱める。
発明の説明
したがって、本発明の基礎となる目的は、定常または循環流動層にマイクロ波をより効率的に供給し、マイクロ波源を、より良い方法で保護することである。
本発明によれば、この課題は上記の方法において、マイクロ波の放射角を流動層炉の主軸に対して10度から50度、しかしながらとくに好ましくは10度から20度の角度で傾けることで実質的に解決される。本発明に従えば、放射角αをさまざまに調整することもできる。
電磁波は横波である、すなわち、偏波方向を持っていて、電界の強さの方向は送信機のダイポールと平行で、磁気励起の方向はそれに垂直である。励起すべき物質にできるかぎり多くのマイクロ波エネルギーを導入するためには、反射の程度を最小にしなければならない。反射の程度は入射角、励起すべき物質の屈折率、および偏波方向に依存することが知られている。流動層で励起すべき物質は、鉱石、再利用物質または廃棄物質であり、これらは、流動層のグリッドに不均一に存在するか、もしくは導入ガスによって炉空間で循環しているため、マイクロ波線が当たる明瞭な表面は存在しない。複数のマイクロ波源からマイクロ波を導入する時、反射したマイクロ波は炉空間で多くのモードの定在波を形成する。マイクロ波が炉の壁でいろいろな方向に反射するので、これらのモードは一つだけのマイクロ波源からのマイクロ波の場合にも得られる。これらのマイクロ波はある領域で振幅を増加することにより相互に強化し、他の領域では再度お互いに打ち消し合う。これは多くの定在波を生む。驚くべきことに、とくにマイクロ波の放射角を炉の主軸に対して10度から20度にすることにより、最小の反射および、それゆえ最高の効率を達成することができることが見つかった。炉の主軸はとくに対称な垂直な軸を意味している。マイクロ波源への反射もまた同時に最小になる。保護のために、マイクロ波源はまた定常または循環流動層の外部に配置されていて、マイクロ波は少なくとも一つの導波管を通して流動層炉に放射される。
とくに好ましい実施例においては、導波管を通して流動層炉にガス流を追加的に供給し、ガス流はマイクロ波放射のためにも使用される。マイクロ波放射をカップリングし、同時に第二の流れが10度からとくに20度までの角度で流動層炉に入ることがとりわけ好ましいことがわかった。なぜならば、一方でこの角度の範囲でマイクロ波の戻りは最小となり、他方で導波管に埃の堆積物は認められないからである。このように、加熱効率および作業安全性はこの範囲で最高となる。しかしながら、流動層の性質に応じて20度と50度との間の放射角が装置の観点から適切なこともある。埃または処理ガスが導波管に入り、マイクロ波源にまで広がり、それに障害を与えるまたは導波管に固体堆積物を形成することは、導波管からの追加の連続ガス流によって十分避けることができる。したがって本発明によれば、従来技術で普通に使用されているマイクロ波源を保護するための導波管のマイクロ波透過性の窓を除くことができる。マイクロ波透過性の窓には、窓上の埃の堆積物または他の固形物がマイクロ波放射を弱め、一部吸収する問題がある。それゆえ、本発明に従ったオープン導波管はとくに有利である。
導波管を通して導入されるガス流が、流動層と反応するガスを含有し、循環流動層炉の場合には、流動層をさらに流動化するためにさえ利用できる場合は、方法は改善される。このように、これまでは他の供給導管を通して流動層に導入されていたガスの一部は、導波管から埃を除去するために使用される。結果として、中性のパージガスの供給も省くことができる。
導波管を通して導入されたガス流が、流動層炉に存在するガスおよび固体に対して温度差がある場合は、本発明によって別の改良点が得られる。このようにして、望む効果に応じて、追加の熱をとくに流動層に導入することができ、もしくは流動層を冷却できる。
熱処理は定常流動層だけではなく、循環流動層でも行なうことができ、循環流動層では固体が、流動層炉と、流動層炉の上部領域と連結した固体分離器と、固体分離器を流動層炉の下部領域と連結する戻り導管との間を連続的に循環する。通常、時間当たりの循環する固体の量は、流動層炉に存在する固体の量の少なくとも三倍である。
別の利点は、導波管を通した連続ガス流によって導波管の固体堆積物を避けることができることである。これらの固体堆積物は、好ましくないように導波管の断面を変化させ、流動層の固体のために計画されたマイクロ波のエネルギーの一部を吸収する。導波管でのエネルギーの吸収のために、導波管が著しく加熱され、それによって材料が強い熱摩耗にさらされる。さらに、導波管の固体堆積物は、マイクロ波源に好ましくないフィードバックを与える。
循環流動層の場合、マイクロ波源が環状導管の第二のガス注入部に連結している時は、前記方法が改良される。マイクロ波放射は好ましい放射角で炉に導入され、同時に導波管が第二のガス注入のために利用される。
適したマイクロ波源、すなわち電磁波源には、たとえばマグネトロンまたはクライストロンが含まれる。さらに、対応するコイルまたはパワートランジスタを有する高周波発生器が使用できる。マイクロ波源から発生する電磁波の周波数は普通300MHzから30GHzの範囲内である。好ましくは435MHz、915MHzおよび2.45GHzのISM周波数が使用される。便宜的には最適周波数は、試験運転で各応用について決められる。
本発明によれば、導波管は全部または大部分が導電性材料、たとえば銅からなる。導波管の長さは0.1から10mの範囲である。導波管は真っ直ぐでも曲がっていてもよい。好ましくは、円形または矩形断面が使用され、寸法はとくに、使用する周波数に調整される。
流動層の温度は、たとえば150から1200℃の範囲であり、たとえば間接的熱交換によって、流動層にさらに熱を加えることが薦められる。流動層の温度測定のために、絶縁したセンサ素子、放射高温計または光ファイバセンサを使用することができる。
本発明によれば、導波管のガス速度は、導波管の粒子フルード数が0.1と100との間の範囲にあるように調整される。粒子フルード数は次のように定義される。

Frp = u/√((ρs-ρf)×dp×g/ρf)
ここで
u ＝ガス流の実効速度（m/s）
ρs ＝導波管を通る固体粒子または処理ガスの密度（kg/m3）
ρf ＝導波管のパージガスの実効密度（kg/m3）
dp ＝炉を稼動中の炉インべントリの粒子（または形成された粒子）の平均直径 （m）
g ＝重力定数（m/s2）

固体粒子または生成された処理ガスが炉から導波管に侵入することを防ぐために、パージガスとしての役目をするガスが導波管を貫通して流れる。固体粒子はたとえば、炉に存在する埃粒子または処理された固体でもありうる。処理ガスは、炉で起こる処理中に得られる。ある粒子フルード数を特定することによって、入る固体粒子または処理ガスのパージガスに対する密度比は、ガス速度を調整する時に本発明に従って考慮され、この比は、パージガス流の速度とは別に、パージガス流が、入る粒子を運べるか否かという問題に対して決定的である。それにより、物質が導波管に侵入することを防ぐことができる。多くの応用について、２と30との間の粒子フルード数が好まれる。
本発明による方法によって処理される粒状固体は、たとえば鉱石、とくに硫化物鉱石であり、これらはたとえば金、銅または亜鉛を回収するために製造される。さらに再利用物質、たとえば亜鉛含有処理酸化物または廃棄物質は、流動層における熱処理を受けることができる。もし、たとえば含金硫砒鉄鉱などの硫化物鉱石に本方法を受けさせると、硫化物は酸化物に変化し、好ましくは、適切な工程によって硫黄元素およびごく少量のSO2を形成する。本発明の方法は都合よく鉱物の構造をゆるめ、そのため、それに続く金の浸出により収量が改善する。好ましくは熱処理によって形成された硫砒鉄鉱（FeAsS）は容易に処理することができる。都合がよいことに、処理すべき固体は少なくとも部分的には、使用した電磁波放射を吸収し、このため層を加熱する。驚くべきことに、場の強さが強いもので処理された材料はさらに容易に浸出できることがわかった。しばしば、さらに、保持時間の減少または必要とされる処理温度の低下などの他の技術的利点も達成できる。
本発明によれば、少なくとも二つの続く流動層炉、たとえば堰または仕切りによってお互いに分離されている二つの乱流チャンバを通して固体を送ることもでき、これらの流動層炉に定常流動層が配置され、導波管から来る電磁波が供給される。固体は移動流動層として一つの流動層炉から、隣接する流動層炉に移動することができる。一つの変形は、二つの隣接する流動層炉の二つの乱流チャンバの間に中間チャンバを配し、中間チャンバは乱流チャンバと連結していて、粒状固体の流動層を含み、中間チャンバは、それと連結する導波管を持たないものである。本発明の方法の別の変形は、底部領域に開口部を持つ仕切りを、二つの乱流チャンバを分離するために使用するものである。
とくに有利な点としては、作動条件、とくに温度、流動化ガスの組成、エネルギー入力および/または流動化速度を、複数の流動層炉の各々について、別々に前もって決定できることである。したがって、一つの流動層の場合または複数の続く流動層の場合は、たとえば固体をまず第一の流動層の上流の予熱チャンバを通して送ることができる。さらに、熱処理を行なう最後の流動層の下流に、冷却チャンバを、固体生成物を冷却するために設置できる。
本発明はさらに、とくに、流動層の粒状固体の熱処理のための上記方法を実行するプラントに関するものである。本発明によるプラントには、流動層炉、流動層炉の外側に配置されたマイクロ波源、および流動層炉にマイクロ波を放射するための導波管が含まれていて、導波管は流動層炉の主軸に対して10度から50度の角度で、とくに10度から20度の角度で傾斜している。
本発明の発展、利点および可能な応用も次の実施例の説明および図から読み取ることができる。記載および/または図示したすべての特徴それ自体または任意の組合せは、特許請求の範囲または以下の記載に含まれるものかどうかによらず、本発明の主題に属するものである。
好ましい実施例の詳細な説明
図１は、流動層とも呼ばれる定常流動層３の粒状固体の熱処理のための、本発明に従った方法を実施するためのプラントを示す。
本プラントには流動層炉１が含まれ、処理すべき粒状固体が、導管２を通して流動層炉１に導入される。チャンバでは固体は定常流動層３を形成し、定常流動層３を、流動化ガス、たとえば空気が横切っている。この目的のために、ガス分配器４を通して、下から流動層３の中へ流動化ガスが送られる。マイクロ波源７へとつながるオープン導波管５は流動層炉１の上部領域で、定常流動層３を有するチャンバと連結している。導波管５は、流動層炉１の垂直な主軸11に対して10度から20度の角度αで傾斜している。マイクロ波源７へとつながるオープン導波管５は流動層炉１の上部領域で、定常流動層３を有するチャンバと連結している。マイクロ波源７より生じる電磁波は、導波管５を通して送られ、流動層炉１のチャンバに供給される。電磁波は少なくとも一部は流動層３の加熱に貢献している。さらに、パージガス、たとえば空気または窒素は導管６を通して導波管５に側方から供給され、パージガスは流動層炉１の上に流れ込み、埃または処理ガスが、定常流動層３を有するチャンバから導波管５に入ることを防ぐ。このようにして、マイクロ波源７は損傷を受けないように保護されていて、同時に導波管５のマイクロ波吸収汚染堆積物を、オープン導波管５をマイクロ波透過性の窓によって閉じる必要なしに防いでいる。傾斜角によって、流動層炉１の中に供給されるマイクロ波の反射が顕著に減少し、電磁波放射は固体によってより良く吸収でき、プラントおよび方法の効率が向上する。
処理に必要な場合は、定常流動層３を、流動層３に配置された熱交換器８によってさらに加熱できる。生成したガスおよび蒸気は、導管９を通して流動層炉１のチャンバから出て行き、図示しないそれ自体は公知の冷却および埃除去装置に供給される。処理した粒状固体は排出導管10を通して流動層炉１から取り出される。
図２では、流動層炉１は、循環流動層（流動層）を有する炉を構成している。処理すべき固体は導管２を経由して流動層炉１に導入され、流動層炉１に導入された流動化ガスにより運ばれ、それによって循環流動層を形成する。固体はその後少なくとも一部はダクト18を通してガスと共に流動層炉１から排出され、固体分離器12に導入される。そこで分離された固体は少なくとも一部は、戻り導管13を通して流動層炉１の循環流動層の下部領域に再循環される。固体の一部はまた排出導管14を通して排出することもできる。流動層炉１の底部に堆積した荒い固体は、出口導管15を通して炉１から取り除くことができる。循環流動層を形成するための流動化ガス、たとえば空気は導管4aを通して流動層炉１に供給され、そしてまず、グリッド4cを通して流動層炉１に流れ込む前に分配チャンバ4bに入り、導入されたとくに微細固体を運び、流動層としての循環流動層を形成する。
導波管５はマイクロ波源７と流動層炉１のチャンバとを連結し、導波管を通してマイクロ波が、図１のプラントのように、粒状固体を加熱するためにマイクロ波炉１に供給される。さらに、導波管５に堆積物のみならず埃が流入することを避けるために、第二のガス注入部６からのパージガスが導波管５を通して流れる。放射されたマイクロ波が固体で反射されることを最小限にするとともに、ガス流と共同して導波管５の埃堆積物を避けるために、導波管５は流動層炉１の主軸に対して10度から20度の角度αで傾斜している。マイクロ波源７は導波管５の曲がり部の後ろに位置していて、導波管５の曲がり部は、長手軸に対してだいたい角度αで曲がっている。図示されていない環状導管に連結する第二のガス注入部６は、この曲がり部で導波管５に実質的に軸方向で合流する。
今回も同様に、チャンバの内部領域に、粒状固体をさらに加熱するために、一つ以上の熱交換器を再び備える。熱交換器は、より明瞭にするために図２には示さなかった。
埃を運ぶガスは導管９を通して固体分離器12より出て、まず廃熱ボイラ16で冷却され、その後、埃除去装置17を通過する。分離された埃はプロセスから取り除くことも、図示されない導管を通して流動層炉１のチャンバに再循環することもできる。
図３に示すように、二つの定常流動層炉１および1aは直列に配置され、中間チャンバ1cが、二つの炉１および1aのチャンバの間に配置される。三つのチャンバのすべてにおいて、固体は定常流動層3、3aを形成し、流動化ガスが定常流動層3、3aを横切っている。各チャンバの流動化ガスは別個の導管4aを通して供給される。処理すべき粒状固体は導管２を通して第一の流動層炉１に入り、完全に処理された固体が第二の流動層炉1aより排出導管10を通して出て行く。第一の炉１のチャンバの上部領域から、第一の壁19は下方に向かって伸びている。しかしながら、開口部20が底部領域に残るように、その壁は床までは下に伸びておらず、開口部20を通して第一の流動層３からの固体が中間チャンバ1cの流動層3aの中に入ることができる。中間チャンバ1cは、堰のような第二の壁21まで伸びていて、中間チャンバ1cの流動層3aからの固体は第二の壁21を越えて、第二の流動層炉1aのチャンバの中に移動させられる。図１および図２に示すプラントに対応して、パージガス導管６およびマイクロ波源７を有する導波管５は二つの炉１および1aのチャンバとそれぞれ連結していて、導波管は垂直な主軸11に対して10度と20度との間の角度αで傾斜している。炉１および１aの主軸はそれぞれ垂直に整列され、そして平行に配置され、そのため、図中では一つの主軸のみが示されている。第一の炉１の放射角αは第二の炉１aの放射角αとは異なる。例えば、異なった周波数のマイクロ波を異なるチャンバに放射するとき、これはとくに都合がよい。本発明に従うと、二つの放射角αが両方の炉1、１aで同じであることももちろんありうる。炉１および1aのチャンバに、熱交換素子８がさらに配置されていてもよい。
第一の流動層炉１の流動層３の上のガス空間22は垂直壁19によって、ガス空間23から分離しており、ガス空間23は第二の炉1aのチャンバおよび中間チャンバ1cに属する。ガス空間22、23には、別個のガス出口導管９および9aがある。結果として、異なった条件が炉１および1aのチャンバで維持でき、とくに、異なった温度が存在できる、もしくは異なった流動化ガスを別個のガス供給導管4aを通して供給できる。さらに二つのマイクロ波源７が別個に設計され、異なった機能を行なうことができる。とくに、異なった周波数またはエネルギーのマイクロ波が生成でき、導波管５を通して導入できる。
図４に示すように、中間チャンバを持たない二つの定常流動層炉１および1aはそれぞれ直接つながって配置され、仕切り19がその二つの間に配置される。二つの炉１、1aのチャンバで、固体は定常流動層3、3aを形成し、流動層3、3aは、お互いに近くに配置された複数の導管4aからの流動化ガスによって流動化される。処理すべき粒状固体は導管２を通して第一の流動層炉１に供給され、処理された固体は排出導管10を通して流動層炉1aより出て行く。第一の炉のチャンバの上部領域から、第一の壁19が下方に伸びているが、第一の壁19は、下方の床にまでは伸びておらず、そのため底部領域には開口部20が残されていて、それを通して第一の流動層３からの固体は第二の流動層炉1aの流動層3aに入ることができる。マイクロ波源７に連結する導波管５は炉１および1aの二つのチャンバまで各々伸びている。前記実施例ですでに述べた原理に従って、処理すべき固体を加熱するために、マイクロ波をこれらのオープン導波管を通して二つの炉１および1aに供給する。固体はマイクロ波放射を吸収して、必要な処理温度に到達する。導波管５は再び、二つの炉1，１aの主軸11に対して10度と20度との間のそれぞれの放射角αで傾斜している。マイクロ波の放射中、導波管５の堆積物を避けるために、パージガスが同時にパージ空気導管６を通して導波管５に流れる。炉1、1aのチャンバに、熱交換素子８をさらに配置してもよい。
第一の流動層炉１の流動層３の上のガス空間22は、垂直壁19によってガス空間23から分離しており、ガス空間23は第二の炉1aのチャンバに属する。別個のガス排出導管９および9aがある。結果として、さまざまな炉チャンバ１および1aで異なった条件が維持できる。とくに温度またはガス相組成を変えることができる。それぞれの導管4aを通して、異なった流動化ガスを供給することもできる。さらに二つのマイクロ波源７は別々に設計でき、異なった機能を行なうことができる。
図５に示す装置では、導管２を通して供給される処理すべき固体は、最初に前チャンバ31に入り、第一の流動層炉１の第一の中間チャンバ32を通して流れる。その後、固体は第一の中間チャンバ32より排出され、第二の中間チャンバ1cを通して第二の流動層炉1aに流れ込み、最後に第三の中間チャンバ33を通して冷却チャンバ34に入り、その後、処理され冷却された固体が排出導管10を通して取り出される。関係する図示しないマイクロ波源を持つ導波管５は、上記原理に従って、炉１および1aにマイクロ波を供給するために、それぞれ流動層炉１および1aのチャンバに開いている。ここでもまた、導波管は流動層炉1，１aの主軸11に対して10度から20度の角度αで傾斜している。すべてのチャンバは定常流動層を含み、定常流動層に流動化ガスが、各チャンバ用の別個のガス供給導管4aを通して供給される。排出ガスは、対応する導管９を通して排出される。
冷却チャンバ34において、流動層は間接熱交換のための冷却手段35を含み、その冷却液、たとえば冷却水は冷却手段35で加熱され、その後、導管36を通して予熱チャンバ31の熱交換器37に供給される。そこでは、冷却液はその熱の一部を、そこに配置された流動層の固体に放出し、それにより熱を非常に経済的に利用する。
マイクロ波を定常または循環流動層3、3aに、より効果的に供給し、かつマイクロ波源７を、反射したマイクロ波線から保護するために、本発明に従うマイクロ波源７を、定常または循環流動層3、3aおよび流動層炉1、1aの外側に配置する。マイクロ波を少なくとも一つのオープン導波管５を通して流動層炉1、1aに放射し、マイクロ波の放射角はそれぞれの流動層炉1、１aの主軸11に対して10度から50度、好ましくは10度から20度の角度で傾ける。
実施例１（循環流動層での金鉱石のか焼）
次の表は、金鉱石のか焼のための典型的な方法のパラメータを示す。比較のため、データは、新規なマイクロ波放射の有無で示す。示した例では、マイクロ波の周波数は約915MHzである。

マイクロ波無し マイクロ波有り
単位 入力 出力 入力 出力
図２の CFB炉 mm 200 200
の直径 kW 0 2
設置されたマイクロ波
の性能 kg/h 150 195
供給された金鉱石 ℃ 350 250
一次空気 Nm3/h 30 30
kg/h 0.80 0.77
オイル消費量 ℃ 525 425
二次空気 Nm3/h 24 24
kg/h 140 182
溶融損失
か焼ガス 合計 Nm3/h 58 59
流量 ℃ 700 600
温度
組成、乾燥 体積％ 18.7 23.3
CO2 体積％ 75.3 74.3
N2 体積％ 5.9 2.4
O2 ppV 220 134.1
SO2

オイル消費量の減少に伴う30%の流量の増加のために、とくに15度の傾斜角で放射するマイクロ波の使用による放射の減少によって、プラントの能力を向上させることができる。
図１は、定常流動層の粒状固体の熱処理を概略図で示す。 図２は、循環流動層を持つ方法の変形例を示す。 図３は、複数の定常流動層を持つ方法の変形例を示す。 図４は、複数の定常流動層を持つ方法の変形例を示す。 図５は、複数の定常流動層を持つ方法の変形例を示す。
符号の説明
1，1a 流動層炉
1c 中間チャンバ
２ 導管
3，3a 流動層
４ ガス分配器
4a 導管
4b 分配チャンバ
4c グリッド
５ 導波管
６ 導管、第二のガス注入部
７ マイクロ波源
８ 熱交換器
９ 導管、ガス出口導管
10 排出導管
11 主軸
12 固体分離器
13 戻り導管
14 排出導管
15 排出導管
16 廃熱ボイラ
17 洗浄装置
18 ダクト
19 堰、仕切り
20 開口部
21 堰、仕切り
31 前チャンバ
32 中間チャンバ
33 中間チャンバ
34 冷却チャンバ
35 冷却手段
36 導管
37 熱交換器

Claims (15)

  1. 少なくとも一つの導波管（5）を通して流動層炉（1、1a）にマイクロ波を放射する、該流動層炉（1、1a）に位置した流動層（3、3a）における粒状固体の熱処理方法において、マイクロ波の放射角を流動層炉（1、1a）の主軸（11）に対して10度から50度、とくに10度から20度の角度に傾けることを特徴とする熱処理方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、ガス流を、前記同じ導波管（5）を通して前記流動層炉（1、1a）に供給することを特徴とする方法。
  3. 請求項２に記載の方法において、前記導波管（5）を通して導入される前記ガス流は、前記流動層（3、3a）と反応するガスを含むことを特徴とする方法。
  4. 請求項２または３に記載の方法において、前記導波管（5）を通して導入された前記ガス流を、前記流動層（3、3a）の流動化のためにさらに利用することを特徴とする方法。
  5. 請求項２から４までのいずれかに記載の方法において、前記導入されたガス流によって熱をさらに前記流動層（3、3a）に供給することを特徴とする方法。
  6. 請求項２から４までのいずれかに記載の方法において、前記流動層（3、3a）を、前記導入されたガス流によって冷却することを特徴とする方法。
  7. 請求項２から６までのいずれかに記載の方法において、前記導波管（5）に導入された前記ガス流によって、該導波管（5）の固体堆積物を避けることを特徴とする方法。
  8. 請求項１から７までのいずれかに記載の方法において、前記炉は、少なくとも二つの流動層炉（1、1a）を含み、該流動層炉を、固体が移動流動層として一つの流動層炉（1）から隣接の流動層炉（1a）に動くことができるように、堰または仕切り（19、21）によって互いに分離することを特徴とする方法。
  9. 請求項１から８までのいずれかに記載の方法において、前記マイクロ波源（7）を環状導管の第二のガス注入部と連結して、前記導波管（5）を同時に第二のガス注入のために使用することを特徴とする方法。
  10. 請求項１から９までのいずれかに記載の方法において、前記マイクロ波放射に使用する周波数が300MHzと30GHzとの間にあり、好ましくは435MHz、915MHzおよび2.45GHzの周波数であることを特徴とする方法。
  11. 請求項１から10までのいずれかに記載の方法において、前記流動層（3、3a）の温度が150℃と1200℃との間にあることを特徴とする方法。
  12. 請求項１から11までのいずれかに記載の方法において、前記導波管（5）の粒子フルード数FrPが0.1から100、好ましくは２から30であることを特徴とする方法。
  13. 流動層炉（1、1a）と、該流動層炉（1、1a）の外部に配置されたマイクロ波源（7）と、マイクロ波を該流動層炉（1）に放射する導波管（5）とを含む、流動層（3、3a）の粒状固体の熱処理プラント、とくに請求項１から12までのいずれかに記載の方法を実施するためのプラントにおいて、前記導波管（5）は、前記流動層炉（1、1a）の主軸（11）に対して10度から50度の角度、とくに10度から20度の角度で傾いていることを特徴とするプラント。
  14. 請求項13に記載のプラントにおいて、前記導波管（5）は矩形または円形断面を有し、その寸法はとくに、マイクロ波放射に使用する周波数に調整されていることを特徴とするプラント。
  15. 請求項13または14に記載のプラントにおいて、前記導波管（5）の長さは0.1mから10mであることを特徴とするプラント。
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