JP2006512554A - 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

この発明は、少なくとも一つの導波管（5、46）を通して流動層炉（1、1a、38）にマイクロ波を放射する、流動層炉（1、1a、38）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。導波管（5、46）の堆積物を避けるために、ガス流を、同じ導波管（5、46）を通して流動層炉（1、1a、38）に供給する。

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照射され、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、および生産に対する設計の適応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照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。オープン導波管には、マイクロ波源が埃およびガスにより汚され、やがて損傷する危険性がある。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、結果として生じるガス、蒸気および/または埃から保護することである。
本発明に従えば、マイクロ波を導入するためにも使用される導波管を通して流動層炉にガス流を供給する上記の方法で、この課題は実質的に解決される。すなわち、マイクロ波源を定常または循環流動層の外側に配置し、少なくとも一つの導波管を通してマイクロ波を流動層炉に放射し、マイクロ波放射に加えてガス流を、導波管を通して流す。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ことは、導波管からの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。
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流動化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形成され、導波管から来る電磁波（マイクロ波）が供給される。固体は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間に中間チャンバを配し、中間チャンバはとくに両方の流動化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、関連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、二つの流動化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、いくつかの流動層炉の各々について、別々に設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いくつか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してもよい。
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。
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、使用する周波数に合わせている。
流動層の温度は、たとえば300から1200℃の範囲であり、たとえば間接的熱伝達によって、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 ＝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発生する。ある粒子フルード数を特定することによって、貫通す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、パージガス流が貫通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、流動層炉にガスを供給するガス供給導管が導波管に連結している。
さらに、炉を長くすることができ、炉は、流動化ガスの入り口のためのガス透過性の底部を有し、底部はたとえば、孔またはスロット開口部、ベルノズル、または流動化技術に適した同様の開口部を有する。流動層チャネルとして設計されたこの炉は、水平にまたは数度の小さい傾斜角を持たせて設置でき、少なくとも1.5から1、たとえば4から1の長さ/幅比を持つことができる。そのような炉では、粒状固体の処理および輸送は本発明に従って容易に達成できる。流動化チャネル炉をいくつかのゾーンに分けるために、仕切りまたは堰を、工程に応じて、流動層の上に位置するチャネルおよび/またはガス空間に形成された流動層の内部に配置することができ、開口部を粒状固体の通過のために残しておく。仕切りまたは堰が、ゾーンを分離するために調節可能であり、流動化材料の高さおよびスロットの高さが、ゾーンからゾーンへの移動のために変えることができる場合は、とくに有利である。流動化チャネルの層の深さは、各ゾーンでほぼ均一なエネルギー状態が徹底的な混合によって達成されるように選択される。適切な流動化材料の場合は、移動堰の代わりにサイホンの原理も利用できる。それに連結した導波管を有するマイクロ波の導入口をすべてのゾーンまたは個々のゾーンに設けることができる。
本発明を適用したことによる発展、利点および将来性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。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に流れ込み、埃または処理ガスが、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。
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導管11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、排出導管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、その後まず、グリッド4iを通して流動層炉１に流れ込む前に分配チャンバ4h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、導管６からのパージガスが導波管５を通して流れる。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それぞれ別々の導管4a、4b、4c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、導波管を通してマイクロ波およびパージガスは炉１および1aに供給される。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、別個のガス排出導管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、4b、4c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いくつかの導管4a，4b，4c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５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、異なった炉チャンバ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、4b、4c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。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から4gを通して供給される。排出ガスは、対応する導管9aから9dを通して排出される。
冷却チャンバ34において、流動層は間接熱伝達のための冷却手段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。
本発明に従ったプラントの別の変形として、図６は流動化チャネル炉38を示し、流動化チャネル炉38では、流動層がチャネルタイプ底部39に形成されており、チャネルタイプ底部39は、流動化ガスのための貫通開口部を持つ。流動化チャネル炉38は、調整できる仕切り40で分離された４個のゾーン41aから41dに分けられていて、第一のゾーン41aは予熱ゾーンを、第二のゾーン41bは酸化ゾーンを、第三のゾーン41cは還元ゾーンを、そして第四のゾーン41dは冷却ゾーンを構成している。ゾーン41aから41dの各々の下流に、分離器42またはサイクロンが設置されていて、これは、流動化ガスとともに排出された固体をガス流より分離し、この固体をそれぞれのゾーン41aから41dに再循環する。エネルギーを高度に利用するために、適切なガス再循環によって分離器42からの排出ガスを他のゾーン41aから41dに供給する。
供給導管43を経由して、処理すべき固体を炉38の第一のゾーン41aに供給する。流動化ガスとして、第一の燃焼チャンバ44からの高温排気ガスを、導入された材料を乾燥し予熱するために、第一のゾーン41aに供給する。このようにして予熱された固体は仕切り40を通して酸化ゾーン41bに流れ込み、酸化ゾーン41bに第二の燃焼チャンバ45からの高温排気ガスが同様に供給される。燃料と空気および場合によっては他の処理ゾーン41aから41dからの予熱された排気ガスのために、供給導管が両方の燃焼チャンバ44、45に連結されている。固体は酸化ゾーン41bから還元ゾーン41cに供給される。下流のコンプレッサを保護するために、酸化ゾーン41bからの排気ガスを同様に冷却器47を経由して還元ゾーン41cに供給することができる。排気ガスを加熱器49で再度加熱することも可能である。
流動化された材料を、望むエネルギー状態にするために、マイクロ波線を、パージガスと交差する導波管46を通して酸化ゾーン41aおよび還元ゾーン41cに追加的に導入する。マイクロ波放射のために、固体は内部励起により加熱され、エネルギー状態は容易に調整できる。最後のゾーン41dでは、処理された材料が、注入された空気で冷却され、排出導管48を通して生成物として排出される。
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、結果として生じるガス、蒸気および埃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、38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、46を通して流動層炉1、1a、38に放射し、オープン導波管ではマイクロ波放射に加えて、ガス流が導波管5，46を通して流動層炉1、1a、38に流れ込む。ガス流によって、導波管5、46は、埃なしに保たれ、そのため、マイクロ波の導入効率が著しく向上する。
実施例１（黄鉄鉱を含有する鉱石のか焼）
粒子サイズが80から160μmの範囲の黄鉄鉱を、図４に従ったプラントに相当して設計された二つの連続する流動層3、3aで処理する。両方のチャンバで、周波数2.45GHzのマイクロ波によって放射を行う。照射源としては、マグネトロンを用いる。
第一の流動層炉１に、182.5kg/hで黄鉄鉱を入れる。流動層３の流動化のために、360Nm3/hの窒素を用い、これを、流動層に対して20cmの高さが得られるように、導管4aを通して供給する。マイクロ波処理後、第一の流動層炉１からの固体反応生成物の質量流量は153.5kg/hである。第一のチャンバを550℃および36kWのマグネトロン放射で運転する。
120Nm3/hの体積流量の脱油圧縮空気を導管4cを通して第二の流動層3aに供給する。第二のチャンバを500℃および36kWのマイクロ波放射で運転する。90分後に定常状態が得られ、マイクロ波処理後、固体反応生成物の質量流量は140.2kg/hである。
パージガスとして、流動化に使用したガスを各々利用する、すなわち第一のチャンバでは窒素を、第二のチャンバでは脱油圧縮空気を利用し、各々の体積流量は50Nm3/hである。
使用した黄鉄鉱および第一および第二処理段階の生成物の相の内容をＸ線回析で分析する。黄鉄鉱では、FeS2のみが検出できる。最初の温度処理の後、固体は、たとえばFeSx（x=1.4）に従ったサブストイキオメトリック（substoichiometric）FeSおよびFeS2からなる。第二段階の後は、もはや硫黄含有生成物は検出できず、固体は実質的に赤鉄鉱のみからなる。
実施例２（金を含む鉱石のか焼）
粒子サイズが250μm未満の範囲の金鉱石を、図２に示すように設計された循環流動層で実験室スケールで処理する。周波数2.45GHzのマイクロ波で放射を行う。放射源としては、マグネトロンを用いる。パージのために、24Nm3/hの空気を導波管５を通して炉１に供給する。

供給
タイプ 金鉱石、粉砕、乾燥および分別
粒子分級物
最大 μm 250

組成 重量%
有機炭素 1.05
CaCO3 19.3
Al2O3 12.44
FeS2 2.75
不活性成分、たとえば、SiO2 64.46
入力、概算 kg 100

装置
炉のタイプ マイクロ波放射を持つ循環流動層
炉の直径 mm 200
マグネトロン 500W、2.45GHz
マイクロ波結合 導波管、第二空気導管として設計されたR26 (43 x 86 mm)
連結 オンラインガス分析 ＋ 排気ガス洗浄
運転 連続

試験条件および結果
入口 出口
質量流量、金鉱石供給 kg/h 195
一次空気 ℃ 250
Nm3/h 30
℃ 50
石油消費量 kg/h 0.70
二次空気
Luvoによる予熱 ℃ 425
二次空気、消費量 Nm3/h 24
乾燥器の空気 ℃ 50 320
Nm3/h 70 70
か焼残さ、ex-WS luvo ℃ 400
kg/h 182
か焼ガス、全体
Nm3/h 59
℃ 600
組成、乾燥
CO2 体積% 23.3
N2 体積% 74.3
O2 体積% 2.4
SO2 ppV 134.1

使用した材料および生成物の相の内容をＸ線回析で分析した。処理の後、硫黄の残さのみならず有機炭素もか焼残さの中には検出できず、固体は薄い灰色であった。
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。 図６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からg 導管
4h 分配チャンバ
4i グリッド
５ 導波管
６ 導管
７ マイクロ波源
８ 熱交換器
９ 導管、ガス排出導管
10 排出導管
11 導管
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
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
38 流動化チャネル炉
39 底部
40 仕切り
41aからd ゾーン
42 分離器
43 供給導管
44 燃焼チャンバ
45 燃焼チャンバ
46 導波管
47 冷却器
48 排出導管
49 加熱器

Claims (15)

  1. 少なくとも一つの導波管（5、46）を通して流動層炉（1、1a、38）にマイクロ波を放射する、該流動層炉（1、1a、38）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、ガス流を、前記同じ導波管（5、46）を通して前記流動層炉（1、1a、38）に供給す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、前記導波管（5、46）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。
  3. 請求項１または２に記載の方法において、前記導波管（5、46）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。
  4. 請求項１から３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。
  5. 請求項１から３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。
  6. 請求項１から５までのいずれかに記載の方法において、前記流動層（3、3a）は、定常および/または循環流動層の一部であることを特徴とする方法。
  7. 請求項１から６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、41aからd）を含み、該流動層炉を、固体が移動層として一つの流動層炉（1、41aからc）から隣接の流動層炉（1a、41bからd）に動くことができるように、堰または仕切り（19、21、40）によって互いに分離することを特徴とする方法。
  8. 請求項７に記載の方法において、運転条件、とくに温度、前記流動化ガスの組成、エネルギー入力および/または流動化速度を各流動層炉（1、1a、41aからd）毎に別々に設定でき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、前記導波管（5、46）に導入された前記ガス流によって、該導波管（5、46）の固体堆積物を避け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300℃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、46）の粒子フルード数Frρ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、38）と、該流動層炉（1、1a、38）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、46）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、ガス供給導管（6）が、前記流動層炉（1、1a、38）へガスを供給するための前記導波管（5、46）に連結され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、マイクロ波放射の使用する周波数に適合し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、46）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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