PT87412B

PT87412B - Processo e aparelho para o tratamento dos gases de processo

Info

Publication number: PT87412B
Application number: PT87412A
Authority: PT
Inventors: Pekka Ritakallio
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1987-05-08
Filing date: 1988-05-05
Publication date: 1994-03-31
Also published as: JPH02501451A; ATE87228T1; EP0368861A1; AU608611B2; FI82612B; RU2068730C1; KR890701197A; EP0368861B1; PT87412A; US5032143A; CN88102617A; NO890070L; FI872053A; CN1013641B; NO170395C; JPH0642942B2; CA1324090C; DE3879706T2; FI872053A0; DE3879706D1

Description

Memória Descritiva

A presente invenção refere-se a um processo e a um aparelho para o tratamento dos gases de processo por arrefecimento dos gases do processo na presença de partiu cuias sólidas.

Diversos processos a alta temperatura: tais como a fusão de minérios ou de concentrados de metais e ; processos com a fusão, a redução e a fumagem de escórias metalúrgicas, a calcinação de cimentos, processos a alta temperatura na indústria química, etc., produzem gases a altas temperatu ras contendo componentes que tendem a aderir às superfícies de . i j ! transferência do calor, tornando assim difícil a recuperação de! ti calor desses gases bem como o arrefecimento dos mesmos. Podem J !) também gerar-se compostos aderentes em processos de gaseifica^!{ ção usuais. Tais compostos que se depositam nas superfícies de ' transferência de calor, e sujam as mesmas são, por exemplo: i í - compostos que se evaporam no processo e se conden·, sam ou sublimam por arrefecimento;

- gotas de material em fusão que solidificam pelo arrefecimento;

- partículas com tendência para se sinterizar;

- fumo ou aerossol, caracterizados por partículas ^:de dimensões muito pequenas, usualmente menores que 1 micrómetro e pela tendência para aderir a outras partículas de fumo e super' fícies com as quais se encontra;

- compostos fundidos ou sólidos resultantes de reacções químicas ou outras reacções.

Conforme o caso, um gás gerado num processo pode conter um ou mais dos componentes atrás mencionados. A sua carac terística comum á uma tendência para aderir às superfícies de -transferência de calor do permutador de calor ou da caldeira quando gás passa atravás dos mesmos·

Em consequência disso, o permutador de calor fica gradualmente obstruído perdendo assim a sua acçSo, donde usualj!mente resulta a reduçSo do processo.

j Os efeitos prejudiciais desta sujidade podem em 'muitos casos ser reduzidos por meio de diversos tipos de varre!dores de sopro ou varredores mecânicos, tais como agitadores ou [martelos de sopro. Os varredores de sopro têm o inconveniente de iconsumir vapor a alta pressão e o seu gás de limpeza afectar a ÍcomposiçSo do gás a tratar. Para gases redutores, por exemplo, não pode normalmente ser usado· ί Os agitadores e os martelos de sopro provaram cons tituir um processo eficiente de varrimento em diversas condições. 0 seu inconveniente são as restrições que impõem à estrutura da [caldeira. Alám disso, os agitadores são ineficientes em sobreaquecedores em funcionamento.

j A experiência mostrou que usualmente o problema jdas incrustações á máximo numa certa gama de temperaturas típica

I do processo na qual á máxima a tendência do "pó” para a sinteriI zação. As razões que influenciam e,ssa gama de temperaturas sSo explicadas em pormenor a seguir·

Os factores seguintes, entre outras coisas, que jafectam a sinterização são bem conhecidos no domínio da metalurgia dos metais em pó e na tecnologia da combustão da cerâmica

- dimensões das partículas do pó; quanto mais í j finas forem as partículas mais baixa é a temperatura no início (da sinterizaçSo; ^!

- quando uma mistura de compostos atingir uma temperatura eutéctica num sistema multicomponentes, formar-se-á um material fundido no sistema, preenchendo esse material fundijdo os poros entre as partículas, provocando desse modo a sinteri j zação altamente efectiva numa gama de temperaturas que pode de ί

I !

ΐ facto ser muito estreita.

! Os componentes evaporados no processo, tais como metais pesados e álcalis, tendem a condensar-se ou sublimar a j uma certa temperatura característica dos mesmos. Em ligação com o arrefecimento forma-se material fundido que se condensa nas superfícies de transferência de calor ou nas superfícies das partículas das poeiras, tornando-as assim mais aderentes, ou os icomponentes evaporados sublimam directamente nas superfícies de transferência do calor. Fenómenos deste género ocorrem, por exemplo, no sistema de derivação dos álcalis no forno de ustulação do cimento, razão pela qual não tem usualmente pouco êxito

I ia recuperação de calor neste contexto. Fenómenos correspondentes aparecem nos processos de gaseificação se o gás do produto conI tiver álcalis e/ou alcatrão residual.

Quando se arrefece até à temperatura de solidifijcação, as gotas do material fundido nò gás gerado no processo ou facilmente aderem às partículas geradas nos processos existen tes, contribuindo assim para a aderência da poeira às superfícies de transferência do calor ou solidificam directamente nas j'superfícies de transferência de calor e sinterizam-se nas mesmas, j Nas operações de fumagem, evaporam-se intencionaltmente metais de escórias fundidas para a sua recuperação. For 'exemplo, separam-se da fase gasosa Zn, Fb e Sn depois da evaporação por alteração do potencial de oxigénio, isto é, por nova queima. Em especial formam-se assim partículas finas ou gotas jnos gases de combustão. As dimensões das partículas deste tipo são tipicamente compreendida na gama desde 0,1 até 1 micrómetro

ou mesmo menores. 0 fumo á caracterizado por uma activade superficial particularmente grande e pela tendência para aderir às 'superfícies de transferência do calor, impedindo desse modo o ífuncionamento da caldeira» Portanto, há ainda uma grande quanti‘dade de operações de fumagem efectuadas sem recuperaçSo do calor.

Um fenómeno, muito semelhante à fumagem e actualmente bem conhecido, aparece nos processos eláctricos da reduçSo de misturas ferrosas. Por exemplo, na reduçSo em fornos eláctricos de ferro-silício e silício, o silício sublima-se numa certa zona de temperaturas sob a forma de monáxido de silício, que se oxida, por exemplo, na cobertura de um forno aberto ou meio fechado, para formar diáxido de silício, formando fumo de SiOg no gás da combustão. Relativamente ao funcionamento da caldeira, verificou-se que o fumo de SiOg á extremamente difícil a tempera turas que excedem os 500°C. Na prática, quase todo o silício e o ferro-silício sSo ainda produzidos sem recuperação do calor dissipado .

Na redução de misturas ferrosas e silício num (forno eláctrico fechado, formam-se quantidades variáveis de i ί monáxido de silício e zinco, bem como vapores de metais alcali•nos, conforme as impurezas contidas nos materiais fornecidos. Ao arrefecer um gás como este, cuja temperatura pode ir mesmo de 1000 a 1300°C, quando vem do processo, o monáxido de silício !oxide-se para dar fumo de SiOg, e os outros vapores atrás menci£ ί nados condensam-se ou directamente nas superfícies de transferên cia do calor ou primeiro como um fumo nos gases de combustão. Depois, os fumos aderem às superfícies de transferência do calor, donde resulta bastante cedo a diminuição do rendimento e usualmente tambám a obstrução do permutador de calor.

Um exemplo das reacções químicas induzidas pelo arrefecimento dos fumos resultantes das referidas reacções á a função dos concentrados à base de sulfuretos, processo que gera gases de combustão ricos'em Pb-PbO, contendo SO2 e estando a temperaturas de 1200 a l500°C. A medida que o gás vai arrefecen- 4 -

do na caldeira, o Pb e o PbO evaporados começam a condensar-se ! e, por outro lado, o equilíbrio químico modifica-se de modo a formar-se sulfato de chumbo na gama de temperaturas que vai desde cerca de 9OO até 5θ0°0, separando-se o referido sulfato de chumbo da fase gasosa sob a forma de partículas semelhantes a fumo. Ao mesmo tempo, liberta-se uma grande quantidade de calor i devido à condensaçSo, sendo o calor da reacçSo libertado a i ipartir das reacções de sulfataçSo. As condições para a sulfata- ( ção sSo vantajosas pois o gás quente se escoa em contacto com as! ^superfícies de transferência do calor com arrefecimento efectivo j e quando, ao mesmo tempo, as superfícies de transferência do calor funcionam como uma base sobre a qual o sulfito de chumbo formado se separa.

A sinterizaçSo de material em partículas, melhorada pela reacçSo de sulfataçSo aparece na maioria dos processos

I jde fusão de concentrados de sulfuretos, formando-se vapores,

I ífumos, gotas de material em fusSo ou partículas de, por exemplo, íchumbo, cobre, zinco, níquel e outros metais e éxidos, sulfatando-se esses vapores, fumos, gotas de material em fusão e partícu jlas quando se arrefece o gás. Gomo a tecnologia da fusão começou ' i · a usar mais oxigénio e oxigénio mais concentrado e oxigénio puro,' os picos de temperatura locais no processo, bem como as concen- ΐ 'trações de éxidos do enxofre nos gases aumentam, donde resulta uma importância relativa maior da reacçSo de sulfataçSo com os consequentes problemas das incrustações. Um outro fenémeno simul tâneo tem sido a exploraçSo de depésitos cada vez mais complexos e impuros, o que, por exemplo, aumentou os teores de zinco e i

chumbo nos concentrados de cobre e aumentou consideravelmente a parte de tais componentes que se vaporizam e sulfatam intensamen te nas partículas dos gases do processo, bem como os problemas I de incrustações nas superfícies dé transferência do calor. !

Os problemas da sulfataçSo podem ser um tanto aju- ; dados insuflando ar suplementar na câmara de radiação da caldeira. Isso contribui para uma sulfataçSo muito completa já na câma

-1 ra de radiaçSo. Tecnicamente isso nSo é porém vantajoso para o processo, visto que o material em partículas proveniente da caldeira é usualmente reenviado para o início do processo. Neste caso, o retorno dos sulfatos aumenta a carga de enxofre em circu ilação e o consumo de energia do processo de fusão.

exposto fornece uma ilustração bastante clara ;das razões das incrustações nas superfícies de transferência do ;calor. Mas, a este respeito, não há qualquer razSo para um tratamento mais pormenorizado<.

í Vários meios têm sido sugeridos para resolver os iproblemas das incrustações de caldeiras e permutadores de calor.

I

Dá-se a seguir uma descriçSo mais pormenorizada, através de íexemplos, de tais disposições conhecidas, que utilizam ou a técnica dos leitos fluidificados ou características da referida técnica.

A patente americana 2 580 635 descreve um processo de condensação de compostos sublimáveis evaporados num gás a partir do referido gás, na forma de partículas finas. No processo descrito, o gás é arrefecido por sélidos bastante rugosos (dimensão dos grSos de aproximadamente 0,7 mm) numa câmara verti cal na qual o gás se escoa para cima e as partículas sálidas para baixo. As partículas sálidas, cujas dimensões dos grSos têm de ser cuidadosamente escolhidas em proporção com a velocidade de escoamento do gás, sSo arrefecidas num sistema separado e depois recirculados na parte superior do sistema. A utilização í do processo está limitada à condensaçSo dos vapores condensáveis

I sob a forma de um fumo finó.

í i

A patente americana 2 583 013 descreve um processo j I de condensaçSo a partir de um gás desses compostos sublimáveis que evaporaram no referido gás. No processo, fornecem-se partícu; las sálidas no fluxo de gás antes do permutador de calor, arrefe j — I !cendo-se o gás no permutador de calor na presença das partículas sálidas, e a sublimação verifica-se na superfície das partículas 'i sálidas em suspensão no gás. As partículas sálidas funcionam

ícomo núcleos para o material sublimável. Slas diminuem a formaí ção de fumo, contribuem para a lavagem das superfícies de transferência do calor e melhoram a transferência do calor. 0 funcio-:

; namento impecável exige uma densidade da suspensão superior a

Kg/m no permutador de calor e uma velocidade de escoamento j : do gás de 0,9 a 2,1 m/s, ! A patente americana 2 721 626 descreve um processo para arrefecer gases quentes que contêm partículas sólidas e ; incrustam as superfícies de transferência de calor pela mistura de partículas sólidas no fluxo de gás, tendo as referidas parti-| cuias dimensões consideravelmente maiores (por exemplo 10 a 20 mesh) que as partículas sólidas presentes no gás antes do refri-⁵gerador e conduzindo a referida mistura gás-partículas sólidas a uma velocidade elevada (3 a 23 m/s) atravás do refrigerador, lide modo que a quantidade e as dimensões das partículas sólidas igrosseiras sejam controladas para provocar uma abrasão sufici!ente para manter limpas as superfícies de transferência do calor.

I Depois do refrigerador, separam-se uns dos outros as partículas finas originais no gás do processo e os sólidos grosseiros adijCionados. 0 uso do processo á limitado por, por exemplo, a erosão realizada pelos sólidos grosseiros, que melhoram a limpeza mas tambóm desgastam o permutador de calor, encurtando assim o seu tempo de vida. ;

A patente americana 5 977 846 descreve um processo ! jde separação de hidrocarbonetos (alcatrões) a partir de gases jquentes por condensação dos hidrocarbonetos na superfície de par itículas num leito fluidificado arrefecido. 0 processo descrito jutiliza um gás separado como meio de fluidificação e introduz ο ι gás a tratar numa conduta separada e atravás de injectores ou aberturas na referida conduta na área módia do leito fluidifiI ^; cado, de modo que o arrefecimento 'do gás e a condensação dos hidrocarbonetos se faz rapidamente de modo que os hidrocarbone- { ! tos não podem condensar-se nas paredes do reactor ou nas superfícies de arrefecimento, que estão dispostas num leito fluidificado denso por baixo das aberturas de entrada do gás. 0 processo

j é limitado pelo seguinte: como o gás a tratar tem de ser introdu,' zido através de injectores ou aberturas, ele sá é aplicável se o gás não contiver quaisquer compostos que se sinterizariam à | temperatura de entrada. Um meio separado de fluidificação é ' ί

Ίtambém um impedimento. De acordo com a experiência, a disposição, dos tubos de arrefecimento na parte inferior do leito fluidifilicado faz prever custos consideráveis e, devido à erosão provoca-i i

da pelo leito fluidificado, também riscos no domínio da segurança»

A patente americana descreve um processo para o arrefecimento de gás contendo gotas de material em fusão e compo nentes volatilizados quer num leito fluidificado arrefecido, quer antes das superfícies de transferência do calor por meio de partículas em circulação arrefecidas num reactor de leito fluidi ficado circulante. 0 próprio gás do processo á usado como meio ί

de fluidificação, evitando-se assim a necessidade de um gás exte rior. Além disso, o nível de temperatura no leito fluidificado ! ou a relação entre o fluxo de gás e o fluxo de partículas no : reactor de leito fluidificado circulante foram escolhidos de ί

imodo que a temperatura da mistura seja inferior ao ponto de soli i dificação dos componente· fundidos e de condensação» Num reactor* ! de leito fluidificado circulante, as partículas são introduzidas!

I no fluxo de gás através de uma válvula de controlo do reactor de jleito fluidificado, funcionando como depósito intermédio, a ‘partir do qual as partículas, a uma velocidade elevada (aproxima damente 10 m/s), se escoam para o fluxo do gás do processo, misturando-se assim com o gás a arrefecer.

processo refere—se especialmente ao arrefecimento do gás do produto a partir de um gasificador de sal fundido pressurizado. Quando o processo é aplicado em condições em que prevalece uma pressão elevada e em que uma temperatura eutética i ^! das partículas exige uma temperatura relativamente baixa da mistura quando comparada com a temperatura de entrada dos gases, isso conduz em geral a fluxos de partículas grandes e densidades de suspensão elevadas, o que provoca problemas de erosão, por

ijexemplo na secção do permutador de calor, ! A patente americana 4 391 880 descreve processos de separação de catalizadores volatilizados de gases do produto ' e de recuperação de calor por meio do arrefecimento do fluxo de gás pela mistura de partículas de catalisador arrefecidas mais frias com o mesmo numa medida tal que possa atingir-se um nível de temperatura desejado, e por meio da separação das referidas <

,partículas do fluxo de gás e pelo seu arrefecimento num refrigerador separado de leito fluidificado antes de fazer o retorno ί idas partículas ao fluxo de gás. Um inconveniente do sistema con-; Hsiste em ele ser construido por vários processos individuais, i !entre os quais há grandes fluxos de partículas sálidas.

; A publicação de patente alemã 3 439 600 descreve :

{um processo para a produção e o arrefecimento de gás livre de enxofre por meio da condução dos gases do produto para um leito j 'fluidificado. No processo, o gás do produto á conduzido a partir ι de cima ou do lado para um leito fluidificado arrefecido, que á { fluidificado por um gás do produto que foi arrefecido e purifi- I cado previamente. A disposição de superfícies quentes num leito í t I (fluidificado denso tem usualmente como consequência problemas de i ί ;

{desgaste e por conseguinte riscos no domínio da segurança. A con!

idução do gás a um leito fluidificado denso e a utilização do { i

mesmo para a fluidificação exige um sistema no qual têm que ter-se perdas de pressão um tanto elevadas, o que mais uma vez faz subir o resultado nominal.

A patente finlandesa 64 997 descreve um processo no qual a temperatura de um gás contendo gotas de material em fusão á, antes do permutador de calor, baixada abaixo da tempera tura eutática das gotas de material em fusão por meio da mistura de partículas sálidas arrefecidas no permutador de calor, sepai radas do gás e recirculadas, com o'^r gás. Neste processo, as parti cuias sálidas são simplesmente recirculadas a partir do separador de partículas e misturadas instantaneamente com o gás no espaço por cima da abertura de entrada do gás.

processo exige um fluxo mínimo de gás do proces-j so, por um lado, para impedir que as partículas se escoem para , fora do sistema através da abertura de entrada do gás e, por j outro lado, para conduzir as partículas com o fluxo de gás atra'ivés do refrigerador o Esta é uma limitação considerável para o funcionamento do processo na prática., Além disso, há que conside rar a possibilidade de uma interrupção brusca do fluxo de gás do iprocesso que faz com que as partículas em circulação no sistema saiam através da abertura de entrada do gás»

As aplicações que exigem temperaturas baixas da ’ mistura devido à temperatura eutética baixa das partículas e por' ;conseguinte uma‘temperatura de mistura baixa, facilmente conduHzem a densidades de corrente da massa grandes, isto é, superioi res a 5 Kg/Nm\ ₀ que traz maiores perdas de pressão provocadas j pelo sistema, bem como problemas de erosão.

Além disso, há que ter em atenção o facto de, nas aplicações em que uma temperatura eutética baixa ou qualquer I outra razão exija uma temperatura de mistura baixa e, por outro i

Jlado, uma elevada temperatura das superfícies de transferência j do calor, a construção é desvantajosa. 0 comprimento ( = altura)

I da superfície de transferência do calor facilmente aumenta até 20_ooo50 m. A construção alta, juntamente com a densidade elevada do fluxo de massa provoca uma importância pronunciada da perda de pressão como um obstáculo, visto que a perda de pressão é proporcional a por exemplo a altura do permutador de calor.

Um processo bem conhecido e aplicável para o arre| fecimento dos gases do processo consiste em fazer circular gás arrefecido e purificado e misturá-lo com o gás do processo antes I

I

I do permutador de calor, de modo a atingir uma temperatura suficij ente baixa para eliminar a aderência das partículas. A circula- ; ção do gás implica três pontos fracos: í

I j 1. Conforme as temperaturas de entrada, de mistura

I e de saida, a quantidade de gás a fazer circular tem de ser de ' 1,5 a 4 vezes a do gás do processo. Assim, a quantidade de gás a

- 10 44- cer tratado na caldeira e no equipamento de purificação do gás será de 2,5 a 5 vezes a do gás do processo, o que mais uma vez , conduz a custos de investimento e de operação elevados.

J j 2 o No arrefecimento do gás pela mistura de gás com

I o mesmo, os componentes, tais como os álcalis, os metais pesados, j etc., evaporados no processo e que se condensam ou sublimam no ; sistema de arrefecimento, formam um fumo com pá muito fino. Um fumo com pá fino á caracterizado por uma temperatura de sinterizaçSo mais baixa que partículas mais grosseiras do mesmo material, como mais atrás se mencionou. Alám disso, o fumo á caracteri zado por uma tendência para aderir às superfícies de transferên'cia do calor, como já tambám se mencionou atrás_o Portanto, á (necessário usar uma temperatura de mistura suficientemente baixa, isto á, uma quantidade suficiente de gás circulante, para propor cionar uma disposição que funcione bem. Separar fumos com pá muito fino de grandes fluxos de gás á tecnicamente muito difícil. Assim, a utilização de gás circulante significa dispositivos muito dispendiosos o i 3o Um grande aumento da quantidade de gás circuI lante, que por qualquer das razSfes apontadas seja necessário na ! prática, baixa consideravelmente a pressão parcial dos componentes que se condensam e se sublimam. Consequentemente, para efec'tuar a condensação e a sublimação, a temperatura tem de ser mais (Jbaixa que a que seria necessária com um gás não diluido ou pouco j diluido o i A injecção de água ou qualquer outro líquido que (se evapore no fluxo de gás tem sido usada no arrefecimento dos gases do processo, arrefecendo desse modo o gás antes do permu|tador de calor atá uma temperatura suficientemente baixa em rela i ção à aderência das partículas. 0 processo tem, por exemplo, os seguintes pontos fracos:

- se se usar água, um elevado consumo de água, um aumento considerável do teor de vapor de água no fluxo de gás, • (grande variação do potencial de oxigánio e elevada formação de

fumo produzindo material em partículas que é muito difícil de separar, como atrás se mencionou. Devido ao nível de temperatura baixado, há uma grande diminuição da quantidade de calor que pode ser recuperado, razão por que normalmente não se considera a recuperação do calor. A injecção de água á na maioria dos casos usada como um processo de arrefecer o gás antes da filtração

- na industria química, á muitas vezes possível injectar algum líquido que está contido no gás e á depois conden sado, a partir do gás, durante o processo. Por outras palavras, á um processo no qual pode ser utilizado o calor de vaporização» 0 arrefecimento propriamente dito ou a transferência do calor a partir do processo á efectuado num condensador» Fazendo a injecção do componente condensado a partir do gás, á fácil regular o nível de temperatura do gás, por exemplo, em condensação ou sublimação selectivas, sem trazer para o gás quaisquer componentes estranhos em termos do processo. Tal como a injecção de água, este processo tambám implica uma elevada formação de fumos na prática, como componentes de sublimação. Os fumos sublimados podem usualmente ser separados apenas por filtração ou por um i

filtro eiáctrico.

A descrição anterior dá uma imagem com certo pormenor dos fenómenos associados com o arrefecimento dos gases do processo a temperaturas elevadas e os consequentes problemas de incrustaçães dos permutadores de calor, problemas que mais uma vez perturbam o arrefecimento do gás, a recuperação de calor importante de maneira económica e a purificação dos gases, sendo esta última importante quer para a economia do processo, quer nos aspectos ambientais» [ 0 exposto tambám revela um grande número de proces/ sos conhecidos e os seus pontos fracos» ⁵ ί A finalidade da presente invenção consiste em pro- ( (porcionar um processo simples e eficiente para:

i - arrefecer gases de processos a altas temperaturas ’/ique contêm componentes evaporados, fundidos e/ou sólidos, e

- 12 - recuperar calor da maneira mais apropriada, por exemplo na forma de vapor de água, etc., a alta ou a baixa pressão, ou para aquecimento de material em pá a fornecer ao proces3o ou pela realização de um tratamento térmico ou químico do material em pá, tal como o material fornecido para o processo, por utilização do calor do processo, e

- purificar gases minimizando a formação de fumos com pás finos e adsorvendo os fumos, gotas de material fundido i

ie partículas provenientes dos gases a arrefecer, e ! - minimizar a ocorrência de reacções químicas, 'etc., não desejáveis pelo arrefecimento dos gases a uma velocidade suficientemente elevada nas faixas de temperatura desejadas, ou

- realizar qualquer outra reacção ou fenámeno dese jados, tal como uma reacção química que se verifica a uma certa 'temperatura, densidade da suspensão ou dentro de um certo tempo.

Nem todas as alternativas anteriores são usualmente possíveis numa aplicação.

, 0 processo segundo a presente invenção á caracteri zade por, haver no gás a tratar, simultaneamente ou a intervalos curtos, misturados quer partículas sálidas, quer gases e/ou líquidos que se evaporam a uma temperatura de mistura e por pelo menos um dos componentes, partículas sálidas ou gases, a misturar com o gás, estar mais frio que o gás a tratar.

aparelho segundo a presente invenção para o tratamento de gases de um processo á caracterizado por compreender uma câmara de mistura montada no reactor, tendo a referida câmara um fundo cánico que estreita para baixo com pelo menos uma abertura de entrada na extremidade inferior do fundo cánico ou na sua vizinhança imediata, destinando-se a abertura ao gás a misturar com os gases do processo ou ao líquido que se evapora, e por na parede ou no fundo cánico da câmara de mistura haver pelo menos um tubo de entrada para as partículas sálidas.

No processo segundo a presente invenção, a mistura

- 15 “

dos gases do processo e das partículas sólidas faz-se favoraveli mente de modo a arrefecer os gases do processo desde a temperaj tura de entrada até à temperatura de mistura desejada a uma velo % 3 5o —j ' cidade elevada, usualmente a 10 a 1O^? C/s ou mesmo mais rapida mente, no compartimento de mistura, de modo que o arrefecimento até à temperatura de mistura é feito como extinção» 0 arrefecimento desde a temperatura de entrada até à temperatura de mistu; ra é tão rápido que nSo haverá tempo para quaisquer reacções químicas indesejáveis» Na presença das partículas sólidas, a condensação e a sublimação realizam-se de maneira heterogénea sobre a superfície dos sólidos, o que impede a formação de fumos que se criariam pela formação de núcleos homogéneos.

A temperatura de mistura é de preferência escolhii da de modo que os componentes e as gotas de material fundido a separar (sublimado/condensado) do gás solidifiquem e as partículas sólidas que possivelmente se sinterizam arrefeçam até abaixo da temperatura a que se inicia a sinterização e que se evitem as reacções químicas indesejáveis possíveis induzidas pela variação da temperatura, na ausência de variações cinéticas devido à temi í peratura baixa e que se verifiquem as reacções desejáveis ha gama de temperaturas cineticamente favoráveis. !

í processo segundo a presente invenção é de prefe'rência aplicado de modo que a mistura do gás do processo arrefei eido até à temperatura de mistura, sendo o fluído ou:

a) mais arrefecido até uma temperatura desejada, por exemplo num permutador de calor ou por mistura de gás frio ou por injecção de líquido que será evaporado,

I e os sólidos serão separados dos gases de uma i I maneira apropriada, sendo depois uma quantidade apropriada dos ! mesmos retomados para o compartimento de mistura onde será mis-i ! turada com os fluxos de gás provenientes do processo, e o fluxo do gás continuará para as fases seguintes do processo, tais como a limpeza ulterior, o arrefecimento ulterior, a condensação, etc., e

depois de uma fase apropriada do processo, parte do fluxo de gases será possivelmente reenviada (na forma de gás ou líquido) para o referido compartimento de mistura, onde será misturado com o fluxo de gás de entrada, ou

b) os sólidos serSo separados do fluxo de gases a •uma temperatura de mistura de uma maneira apropriada, por exemIplo por um ciclone, um filtro ou um filtro eláctrico, sendo os sólidos reenviados, directamente ou atravás de um eventual refri gerador intermádio, de novo para o compartimento de mistura, onde serão misturados com o fluxo de gás de entrada, e o fluxo do gás continuará atá às fases seguintes do processo, tais como o arrefecimento posterior, a limpeza posterior, a condensação, etc. Após uma fase apropriada do processo, far-se-á possivelmente o retorno de uma parte do fluxo de gás (na forma de gás ou de líquido) de novo para o referido comparti •mento de mistura, onde será misturado com o fluxo de gases prove nientes do processo.

: Uma vantagem essencial do processo á o facto de a iproporção do fluxo de partículas sálidas para o fluxo de gás, ¹ ambos usados para atingir a temperatura de mistura e sendo pelo menos um deles mais frio que os gases provenientes do processo, •poder ser escolhida por forma a conseguir as condições óptimas jnas quais j por um lado, seja minimizada a formação de fumos, isto á, o fluxo de partículas sólidas seja suficientemente denso •para funcionar como um criador de núcleos heterogéneos em cuja superfície crescerão" os componentes de sublimação e condensação, as partículas de fumos adsorvidas e as gotas de material em fusão aderirão e solidificarão, e, por outro lado, seja minimizada a densidade da ! suspensão formada, sendo desse modo ao mesmo tempo minimizados i

ou eliminados fenómenos tais como a perda de pressão, as vibrações de pressão, o desgaste, a lentidão do ajustamento, etc. relacionados com o manuseamento de uma suspensão densa.

! Dar-se-á ênfase a cada uma das características da í presente invenção conforme os casos. Por exemplo, quando for de

I í importância primária a recuperação de calor, ó natural um esfor-J ço para obter a temperatura mais elevada possível, dentro dos limites de operação, à qual a transferência de calor ó a maior possível. Por outras palavras, no entanto, tem de escolher-se uma densidade da suspensão suficiente para proporcionar a adsor-; ^!ção eficiente dos materiais em fusão que solidificam, dos fumos ;

j e dos componentes de condensação e minimizar o custo da purifi- ί Lcação dos gases, Alám disso a quantidade e a temperatura de )entrada do gás em circulação afectam a quantidade total de gás que flui atravás das superfícies de aquecimento, a densidade e ί a velocidade do fluxo da suspensão e, desse modo, o valor da transferência de calor e a quantidade total e a relação secção transversal/comprimento da superfície de transferência de calor,

I o que pode constituir um factor altamente essencial, quer em jtermos de estrutura e perdas de pressão, como atrás se mencionou,

Em casos especiais, a utilização de líquidos contendo sais, etc, dissolvidos pode ser aplicável para estabelecer uma acção de arrefecimento. Neste caso, enquanto o líquido está j a evaporar-se no gás, os compostos dissolvidos no líquido podem j simultaneamente ser adsorvldos nas partículas em circulação em vez de permitir que as mesmas formem um material em partículas .finas, que á difícil de separar.

| Portanto, a disposição óptima á afectada por tão jgrande numero de factores, que não ó possível dar uma equação universal para calcular uma tal disposição. A disposição óptima í

tem de ser procurado caso a caso com base em termos conhecidos, j :|0 que á esencial para a presente invenção ó a sua flexibilidade j i no estabelecimento de uma disposição que funcione bem, em termos j l ₍ I í extensoBo i

Alám disso, o processo segundo a presente invenção íá caracterizado pela sua ajustabilidade relativamente ao fluxo de gases do processo. Nomeadamente, a utilização de gases em cir

culação permite, se necessário, a manutenção dos sólidos em cir ; culação embora se interrompa o fluxo dos gases do processo a arrefecer. 0 risco de os sólidos sairem para fora do refrigerador ó assim eliminado.

! 0 modo de funcionamento e as vantagens do processo descrevem-se com mais pormenor, a título de exemplo, com referên cia aos desenhos anexos, cujas figuras representam:

A fig. 1, uma ilustração esquemática de uma aplica ção do processo segundo a presente invenção;

A fig» 2, uma ilustraçSo de outra aplicação do '

I processo segundo a presente invenção; !

i

A figo 3» uma ilustração de uma terceira aplicação ρ do processo segundo a presente invenção;

A fig» 4, uma ilustração de uma quarta aplicação do processo segundo a presente invenção;

A fig.

'menor de um aparelho presente invenção;

, A fig.

A fig.

I do processo da prese ' I j! A fig. 1 ilustra um sistema segundo a presente invenção, no qual o gás do processo á arrefecido e o calor do mesmo recuperado.

gás do processo (l) á fornecido a um reactor (2) |atravás de uma abertura de entrada (4) no fundo (3) do referido reactor. Na parte inferior do reactor á colocada uma câmara de mistura (5). em cujo fundo (6) em forma de funil há uma abertura (7) colocada a uma certa distância do fundo do reactor. 0 fundo ; do reactor e o fundo da câmara de mistura formam uma caixa de 'ar (8) entre si, para cujo interior á fornecido o gás em circulação arrefecido (9)» Na parte superior do reactor está colocado um permutador de calor (lO). Depois do permutador de calor, o gás (ll) flui para o primeiro separador de ciclone (l2), no qual

5» uma vista com corte vertical de um porpara a aplicação do processo segundo a

6, uma vista em corte pela linha (A-A), e 7» uma ilustração de uma quinta aplicação te invenção o

Pelo menos uma parte dos sólidos separados no primeiro separador é reenviada para a câmara misturadora por meio de um tubo de retorno (l6). Os sólidos escoam-se para baixo ao longo de uma superfície inclinada do fundo do tubo de retomo para a abertura (7), onde 0 gás do processo, o gás arrefecido e os sólidos retomados se encontram. 0 gás (l3), parcialmente purificado no primeiro separador é conduzido para um outro separador de ciclone (l4). Parte do gás (l5) purificado no segundo separador é levada para a caixa de ar (8) do reactor» Também é possível fornecer novos sólidos à câmara de mistura, através de um tubo (l7)o

Exemplo 1

Em sistemas pressurizados, as vantagens do gás em circulação são pronunciadas„ 0 exemplo seguinte apresenta um gasificador de sal fundido atrás referido, admitindo-se as seguintes condições:

pressSo	10 bar
temneratura de entrada do gás
do processo	1000 ^UC
temperatura da mistura antes das
superfícies quentes	600 C
temperatura de saida depois das
superfícies quentes	300 C
temperatura do vapor saturado	280 °C
calor nominal médio do gás
1000 - 600°C	1,6 KJ/ Nm⁵/°C
calor nominal médio das partículas
circulantes	0,8 KJ/Kg/ c
temperatura de entrada do gás	0
circulante	300 c
calor nominal médio do gás _
circulante 300 - 600 C	1,4 KJ/ Nm*/°C
Com 0 gás circulante relativo como	variável, obti-

veram-se os seguintes resultados:

V circulação V processo	V total	Circulação de Densidade de
partículas Kg/Nm³ gás do processo	suspensão
Kg/Nm³	Kg/m⁵
0,00	1,00	2,667	2,667	8,559
0,25	1,25	2,229	1,785	5,777
0,50	1,50	1,792	1,194	5,755
0,75	1,75	1,554	0,774	2,420
1,00	2,00	0,917	0,458	1,455
	0 quadro anterior	indica que	me smo uma	quantidade

' tão baixa de gás circulante como 75 $ permite diminuir de 50 $ as partículas circulantes necessárias, de modo que a densidade ída suspensão cairá cerca de um terço. Com um gás circulante de '

100 %, que ê muitas vezes muito razoável, é possível diminuir a ( ! circulação das partículas a um terço e a densidade da suspensão a um sexto dos valores originais sem gás circulante.

Com uma densidade da suspensão tão baixa como 1 a

Kg/m³, consegue-se atingir uma densidade média de partículas | . a roda de 10 /m θ mesmo mais elevada, o que normalmente é sufiI ciente para realizar os fenémenos desejados atrás mencionados, i isto é, impedir a formação de fumos e para adsorver partículas

I ultrafinas já formadas. Regulando as quantidades de gás circu; lante e de material em partículas, é fácil estabelecer tais con '

I dições éptimas caso por caso de modo que, por um lado, a forma- ;

I ção dos fumos será minimizada e, por outro lado, serão minimii zadas a densidade da suspensSo e o fluxo de partículas circulan— i tes com os consequentes efeitos prejudiciais.

- 19 Exemplo 2

No exemplo anterior, a temperatura de entrada do ! gás de 1000° á ainda bastante baixa. Por isso, á pronunciado o í

significado do gás circulante, primariamente devido à pressurização. Por exemplo, na maioria das aplicações relacionadas com a fusão de concentrações de sulfuretos, a temperatura de entrada dos gases vai de 1200 a 1400°C e uma temperatura da mistura apli cável vai de 500 a 700 C. Considerando a elevada temperatura ; nominal do gás, a importância do gás circulante pode ver-se

muito claramente também em sistemas despressurizados	, como se
mostra no exemplo seguinte:
pressão	1	bar abs
temperatura de entrada do gás 1	s 1300	O c
temperatura da mistura antes		0
das superfícies aquecidas	600	c
temperatura de saida depois		0
das superfícies aquecidas	350	c
temperatura do vapor saturado 280	0 c
calor nominal médio do gás ! na gama de 1300 - 700°C 1	1,9	KJ/Nm³/°C
calor nominal médio das		Q
partículas circulantes	0,9	KJ/Kg / c
temperatura de entrada do		o
gás circulante	350	c
1 calor nominal médio do gás circulante na gama de		KJ/Nm⁵/°C
350 - 700 C	1,6
V V Circulação de	Densidade da sus-
circulação total partículas	pensão
V 3 ¹ processo Kg/Nm ’	Kg/Nm³	Kg/m^
gás do processo
- 20 -

0,00	1,00	5,619	5,619	1,015
0,25	1,25	5,175	2,540	0,715
0,50	1,50	2,750	1,820	0,511
0,75	1,75	2,286	1,506	0,566
1,00	2,00	1,841	0,921	0,258

Portanto, pelo uso de gás circulante, pode diminuir-se facilmente a circulação de partículas a metade e atingir

Hum nível de densidades da suspensão que á aproximadamente o hmesmo que a soma da emissão a partir do processo que, em casos í como este, á geralmente de 0,1 a 0,5 Kg/Nm^. Uma suspensão sob ' 1 Kg/Nm^ comporta-se de maneira muito semelhante a um fluxo de gás, o que simplifica grandemente a realização prática do equipa mento.

A fig. 2 apresenta um sistema de gás circulante, no qual o arrefecimento do gás á efectuado depois da separação das partículas sólidas, isto á, para gás purificado. Aqui, o processo segundo a presente invenção destina-se à senaração de !

!

álcalis evaporados de fornos de cimento do gás derivado, opera- !

ção que exige uma temperatura da mistura baixa. ) i

j A fig. 2 difere da fig. 1 apenas por o gás circuj lante (9) ser conduzido atravás de um refrigerador intermédio Í(l8) antes de fornecer o referido gás à caixa de ar (8) do reactor (2). Por esta razão, os mesmos mlmeros indicam partes [ equivalentes.

Exemplo 5 exemplo seguinte estuda o efeito do gás circu- ’ lante na purificação do gás de derivação de álcalis de um forno de cimento, bem como na recuperação de calor:

'i pressão 1 bar abs temperatura de entrada do gás ₀ do processo 1050 C

temperatura da mistura antes θ das superfícies de aquecimento 350 0 temperatura de saida depois θ das superfícies de aquecimento 250 C o

temperatura do vapor saturado 180 C calor nominal médio do gás na gama de 1050 - 35O^eC 1,8 KJ/Kg/°C calor nominal mádio das partícu las circulantes temperatura de entrada do gás circulante apés arrefecimento intermédio

0,9 KJ/Kg/°0 o

150 C calor nominal médio do gás θ , circulante na gama de 250 - 350 c 1,5 KJ/Nm / C

V circulação V processo	V total	Circulação de partículas Kg/Nm³ gás do processo	Densidade pensão Kg/Nm³	da susKg/m³
0,00	1,00	14,000	14,000	6,135
0,25	1,25	15,167	10,553	4,616
0,50	1,50	12,333	8,222	5,603
0,75	1,75	11,500	6,571	2,880
1,00	2,00	10,667	5,333	2,337

Pelo gás circulante que neste caso foi simplesmente sujeito a uma refrigeração intermédia, é fácil reduzir a idensidade da suspensão a um nível tal que é possível eliminar as perdas de pressão e outros problemas relacionados com o manuseamento da suspensão densa ao mesmo tempo sem perder qualquer das vantagens do sistema. Neste caso, a refrigeração intermédia é uma operação muito simples visto que não há quaisquer problemas com os gases combustíveis do forno de cimento, nem com 0

ponto de orvalho dos ácidos ou com o ponto de orvalho da água jpara esta matéria. Por outro lado, o arrefecimento intermédio é efectuado com um gás bastante puro, razão por que a incrustapção do refrigerador intermédio não representa qualquer problema.

Exemplo 4

J A indústria química proporciona vários exemplos de processos nos quais podem separar-se compostos químicos uns dos outros por meio da condensação e/ou sublimação selectivas. A seguir dá-se um exemplo de aplicação do processo segundo a presente invenção para refinar o gás produzido pela cloração do titânio. A cloraçao do titânio gera um gás contendo vários cloretos metálicos, a partir dos quais a selecção ou a sublimação i selectivas dos gases ajuda a separar outros cloretos tais como j MnCl , PeCl , e AlCl , antes da condensação do produto principal H 2 5 3 li isto é, o TiCl₄o Uma pequena quantidade de MnCl^ evapora-se, devido à sua elevada pressão do vapor, para o gás de cloração, a partir do qual se condensa como impureza para dar EeCl^, .deteriorando assim a qualidade do cloreto de ferrite produzido.

ί I

I A seguir trata-se a separação selectiva de MnCl , ! 2 antes da sublimação do cloreto de ferrite»

Temperaturas de fusão e ebulição (°C) dos cloretos:

	Temperatura de fusão	Temperatura ebulição
M_nCl 2	650	1231
PeCl^	307	315
TiCl	-25	137

Em princípio, a sublimação selectiva de cloreto de Mn é fácil porque o seu ponto de fusão é mais de 300°C superior ao ponto de ebulição do cloreto de ferrite. Normalmente, a subli

mação do cloreto de Mn é efectuada por aspersão de uma quantida-j de suficiente de TiCl líquido num gás de cloração a cerca de 1000 C. 0 TiCl^ líquido evapora-se assim no interior do gás, arrefecendo 0 gás a cerca de 45O°C. 0 cloreto de Mn sublima-se i

í então na forma de fumo muito fino, cuja separação, na prática, | não á possível por qualquer meio simples, tal como um ciclone.

A fig. 5 ilustra a utilização do processo segundo _;a presente invenção para a separação selectiva de cloreto de Mn j e cloreto de Pe do gás de cloração. 0 gás (lOl), cuja temperatuI ra á 1000 C, ê fornecido para uma abertura de entrada (l06) de uma câmara misturadora (l05), para a qual abertura á tambám pulverizado TiCi^ fluído TiCl^ (lOg), 0 qual ao evaporar-se arrefece o gás. Ao mesmo tempo, 0 gás encontra o fluxo de partículas sálidas contendo partículas de MnCl^, fluxo que á retomado de um separador (ll2) atravás de uma conduta de retomo (llô) de modo que a sublimação á efectuada directamente sobre a superfície das partículas sálidas, eliminando-se a formação de fumo, que á difícil de separar. Os sálidos contidos no gás (lll) que abandona o reactor (l02) e que foi arrefecido atá 450°C são sepa rados em dois andares nos separadores (ll2) e (ll4). Parte dos sálidos separados no primeiro separador (ll2) á descarregado atravás de um tubo (ll9) e todos os sálidos provenientes do segundo separador (ll4) são descarregados atravás de um tubo (l20). 0 que se acaba de descrever proporciona um meio simples de separação do MnCl^ selectivamente antes da sublimação do cloreto de ferrite.

gás (llô) que deixa o segundo separador á tratado de uma maneira correspondente a fim de separar o cloreto de ferrite (l2l) num sistema (l22), onde 0 gás á arrefecido atá cerca de 300°c _por meio de TiCl^ fluído (123). 0 TiCl^ á separado do gás (124) que deixa 0 sistema (122) por meio de condensação no aparelho (l25). Parte do cloreto de Ti separado á levada para o sistema (122) e outra parte para o reactor (l02).

Em vários processos a alta temperatura, 0 processo

I

ó alimentado com material pulverulento ou semelhante a pó. Como exemplo, mencione-se a fusão do vidro, processos de fusão instanj tânea e a combustão de cimento» Em termos de economia de energia dos processos anteriores, seria muito mais razoável utilizar o teor de calor dos gases combustíveis no pró-aquecimento do material fornecido. A combustão do cimento ó um bom exemplo do sistej ima que utiliza o calor contido nos gases combustíveis no prá-aquecimento do material fornecido nos chamados pró-aquecedores ide ciclone, nos quais se efectua tambóm a pró-calcinação. Poróm, |na maioria dos casos há uma tal desproporção que o calor contido i I ínos gases combustíveis ó demaseado elevado para os produtos forínecidos a misturar com os gases combustíveis, quer por razões ;

i relacionadas com a tecnologia do processo, quer com os tempos de funcionamento devido ao facto de o material fornecido se tornar demaseado quente e, consequentemente, sinterizar-se ou começar, por exemplo, a reagir, perdendo assim as propriedades exigidas.

Na prática, apenas uma certa parte do calor do gás combustível pode ser utilizada no pró-aquecimento do material fornecido.

Deve ser possível utilizar o restante quer para pró-aquecer o ar insuflado, quer, de maneira conveniente, para, por exemplo, igerar vapor. Em alguns casos, parte do calor dos gases combustíveis pode tambóm ser usada para o aquecimento do ar insuflado.

Mas nos processos em que se faz insuflação de oxigónio não há í

'tal possibilidade.

A fig» 4 ilustra a utilização do processo segundo ia presente invenção para o pró-aquecimento do material fornecido (em pó. 0 gás do processo (40l) quente ó fornecido atravós de uma abertura de entrada (4O4) de uma câmara de mistura (4O5) do reactor (402), depois do que o referido gás do processo encontra lo gás circulante arrefecido (4O9) e um fluxo de sólidos (416) retomado de um separador (412). O, material fornecido em pó proveniente de um silo (426) ó doseado para uma câmara de mistura |j0 gás (415) purificado nos separadores (412) e (414) ó arrefecido íhum refrigerador (427) e uma parte (4O9) do gás arrefecido (428) é levado para o interior do reactor. A temperatura do material

fornecido pode, com o auxílio do gás circulante, ser facilmente I ι I regulada para um nível áptimo em termos de funcionamento, a emissão a partir o processo node ser separada e retomada para I Η " í (o processo juntamente com o material fornecido, podendo o restante do calor perdido ser utilizado por exemplo na geração de ' vapor ou no aquecimento do ar insuflado, ou em ambas as coisas, ;Como os componentes que se condensam e formam fumos, bem como os ί componentes fundidos, são adsorvidos a partir do gás na fase prematura do arrefecimento, tornando-se a permuta do calor efe- : ctuada atravás das superfícies de transferência de calor substan' cialmente mais fácil e consequentemente o equipamento mais favorável relativamente ao preço«.

Exemplo de fabricação de ferro:

No domínio da desoxidação de ferro, têm sido desen ; volvidos vários processos diferentes a fim de substituir, por ι exemplo, os altos fornos na fabricação do ferro. Há uma oportuni { dade interessante de utilizar o calor contido nos gases de descarga de um convertidor e o seu potencial de desoxidação, que implica a insuflação inferior pelo carvão e oxigánio, no práί-aquecimento e prá-oxidação do material fornecido para o processo antes da fusão efectiva e da desoxidação final.

arrefecimento do fluxo de gás produzido por um processo de fusão ou parte de tal fluxo por pulverização de água, vapor ou circulação de gás arrefecido por pulverização de água á conhecido a partir de várias ligaçães. Um inconveniente destes í

'sistemas á, por exemplo a alteração da análise dos gases e dos balanços de oxigánio, ou o facto de o calor contido nos casos não ser possível de recuperação, como atrás se mencionou. Um outro inconveniente, quer na circulação do gás, quer na pulverização de água á que não pode impedir-se a formação de fumos !difíceis de separar, como atrás sé mencionou.

prá-aauecimento do material fornecido á facilitado pelo processo segundo a presente invenção no sistema representado na fig. 4. 0 processo segundo a presente invenção, pro- 26

porciona, em ligação com o processo de fusão e desoxidação intro.j duzido por carvão e oxigénio, uma oportunidade, por exemplo, ! para o seguinte:

- quer para regular quer a temperatura dos gases de saida do alto forno introduzida pelo carvão e oxigénio para ' (um nível determinado»

- quer para purificar apropriadamente os gases„

- quer ainda para utilizar os gases na pré-redução do concentrado de ferro que é usado como material fornecido parajo processo, antes de efectuadas nestas condições a fusão e a ( Jdesoxidação final.

I i j Deste modo pode utilizar-se quer o calor contido I quer o potencial químico dos gases do processo da melhor maneira possível e obter a maior economia possível de energia em termos globais o

SSo conhecidos diversos conceitos diferentes, na literatura, que visam a utilização dos gases do processo de fusão com introdução de carvão e oxigénio na pré-redução do mat£ ¹ rial fornecido para o processo. Nestas disposições recomenda-se j arrefecer, purificar e reaquecer o gás antes do processo de pré-) i-redução. Os processos são complicados e, sobretudo, são demasea;

!í — j do dispendiosos para proporcionar uma economia suficiente» ,

Pelo processo segundo a presente invenção, é possí^ | vel simplificar o arrefecimento dos gases do alto forno até um !

nível de temperatura apropriado tendo em vista o processo de desoxidação bem como a purificação dos mesmos a partir dos fumos grosseiramente para os processos de desoxidação antes de conduzir os gases para o referido processo, não afecxando a análise ; do préprio gás. Conforme o processo de desoxidação usado, o gás tem que ser arrefecido até um nível de temperatura de 700 a l000°C. 0 processo pode ser realizado por exemplo por uma insta' i lação como a ilustrada na fig. 2 que, no entanto, nao precisa de!

;ter superfícies de transferência de calor na parxe superior do ( 'reactor (2). Pode escolher-se um material em partículas circu- j

- 27 -Jlante apropriado, caso por caso, usualmente de modo que seja /possível fazer o seu retorno para o processo juntamente com as partículas separadas do gás do processo. Além disso, é possível escolher as partículas circulantes de modo que, mesmo a temperaturas elevadas, não se sinterizem, ou que seja possível fornecer !

;tais materiais de partículas circulantes que impede a sinterização dessas partículas» A vantagem do processo é que a temperatu ra do gás é ajustável conforme as necessidades, pode purificar! -se o gás dos fumos e pode utilizar-se o calor libertado no arre fecimento no processo de geração de vapor ou de vapor a alta pressão, sem afectar a análise do próprio gás»

Expôs-se a aplicação do processo segundo a presenjte invenção à regulação da temperatura e à purificação dos gases [ de um reactor de fusão de ferro com introdução de oxigénio e í

carvão, antes de utilizar os gases no processo de desoxiaação» A este respeito, há ainda uma outra possibilidade, até certo ponto í

! análoga ao pré-aquecimento do material fornecido» Aqui, os gases do processo de fusão são conduzidos para um aparelho (fig»2) isegundo a presente invenção, no qual se regula a temperatura de imaneira apropriada para a pré-redução por meio de gás circulante e possivelmente por meio de superfícies quentes inseridas no reactor de leito fluído circulante e utilizando-se como partículas em circulação o concentrado de ferro a pré-reduzir» 0 fomecimen to do concentrado e a quantidade quer do gás circulante, quer das partículas circuladas são regulados de modo a obter um tempo de retenção suficiente para a pré-redução» Depois, o material pré-reduzido quente ou é fornecido directamente para o alto for{no ou é arrefecido, possivelmente transformado em briquetes e {utilizado, após um armazenamento possível, para a fusão» 0 forne {cimento de material quente directamente para o processo de fusão é naturalmente a melhor via em termos de economia de energia» Na i

iprática, pode haver outros factores que tornem favorável o arrefecimento e o armazenamento.

gás que deixa o andar de pré-redução à mesma •, temperatura que o concentrado desoxidado é ainda um gás rico em

jCO-H . Este gás é ainda utilizado quer no pré-aquecimento, quer no pré-aquecimento do ar, quer na produção de vapor a alta pres^; são o

Os exemplos atrás referidos apresentam facilidades jproporcionadas pelo processo segundo a presente invenção que con sistem na utilização do calor contido e do potencial químico dos ; gases do processo no pré-aquecimento do material fornecido ao processo e na desoxidação. Além disso, a descrição apresenta a possibilidade de impedir certas reacções por arrefecimento de gases além de gamas de temperaturas desejadas a uma elevada velo cidade de arrefecimento.

processo segundo a presente invenção também permite a realização de reacções desejáveis, pois há a oportunidade de ajustar a temperatura, o tempo de retenção dos sólidos e o potencial químico do gás.

j 0 que se segue dá um exemplo dessa oportunidade.

1'Eor exemplo, a fusão rápida de concentrados de Cu com impurezas Hgera um fluxo de gases do processo contendo partículas, contendo :jas referidas, entre outras coisas, metais valiosos tais como Cu, |Zn, Pb, etc. e, a este respeito, ferro menos valioso. Regulando j a temperatura de mistura dos gases que deixam o processo e a I temperatura do reactor com as partículas em circulação para 650 a 700°C e ajustando o potencial de oxigénio do reactor para um níquel apropriado fornecendo oxigénio, por exemplo ar, no fluxo de gás em circulação, proporcionam-se condições tais no reactor de leito fluidificado que os metais valiosos (Cu, Zn, Pb, etc.) contidos no material em partículas do gás do processo formarão .Isulfatos solúveis na água, enquanto que o ferro permanecerá na ι!

[jágua na forma de óxido insolúvel. Por exemplo, a disposição cons trutiva representada na fig. 4 pode, com ligeiras modificações, ser usada para este fim. 0 gás do processo (40l) que deixa o forno de fusão e contendo SOg e partículas será arrefecido numa câmara de mistura (405) por meio de gás em circulação (4O9) e ar adicionado ao mesmo (não representado na figura) até uma jitemperatura de reacção de 65θ a 7θθ°0, temperatura que existe

também numa zona de reacção (402) que serve também como secçSo de Transporte e nas partículas em circulação (412) e (416). Do ί í sistema são retiradas tantas partículas quantas as que entram no sistema com o gás e possivelmente também provenientes do silo: de composição (426) para a passagem ulterior para um andar de i dissolução. Hegulando a quantidade de partículas que estão em i circulação ou ajustando o nível de oxigénio por meio de ar adicional e pela escolha do nível de temperatura, podem estabe- i lecer-se as condições óptimas para cada caso. Neste contexto, o i calor gerado pela reacção de sulfatação do processo de fusão I

I pode ser recuperado na forma de, por exemplo, vapor a alta pres-i são na caldeira (427)» ΐ ί

No tratamento preliminar dos concentrados de Cu í ;com impurezas, por exemplo para remover As, Sb e Bi numa atmos;fera neutra ou fracamente redutora, utiliza-se geralmente a cal|cinação parcial a uma temperatura de cerca de 700°C_o Nesse processo, os componentes atrás mencionados evaporam-se como sulfu! retos na fase gasosa e serão separados da mesma numa fase ulte• rior do tratamento do gás. Este tratamento pode ser efectuado simultaneamente com o arrefecimento do gás no forno de fusão pelo processo segundo a presente invenção» 0 pré-tratamento do '

- j | concentrado, isto é, do material fornecido ao forno de fusão : jpode ser efectuado, por exemplo, por um aparelho como o representado na fig. 4, no qual se montou depois do permutador de I calor (427) um separador, um permutador de calor e mais um sepaI rador que não está representado na fig. 4, para ulterior trataj mento do gás. 0 gás de descarga (40l) do forno de fusão e o 'material fornecido ao processo são fornecidos por um silo (426) para a câmara de mistura (405), para a qual é também fornecido j ! gás circulante (4O9), de modo a ajustar a temperatura a um nível* correct·. 0 tempo de retenção das, partículas é controlado regu- ί i

lando a quantidade de partículas que se faz circularem. Se neces: í sário, permite-se que o potencial de desoxidação do sistema seja * ajustado de maneira fina, fornecendo, por exemplo nafta ou ar ao sistema ou através do tubo do gás circulante ou directamente

para o reactor, conforme as necessidades. A temperatura de reací ção de preferência á superior a 700°C a fim de obter um bom 1 !resultado na evaporação das impurezas, mas é também determinada ί pela sinterizaçSo e outras propriedades do material fornecido. 0· :concentrado a tratar e as partículas separadas provenientes do forno de fusão são descarregados ou como tais, a quente, para o material de alimentação do processo de fusão, ou são fornecidos ¹para o processo a frio, atravás de uma refrigeração e um possível armazenamento. 0 gás do processo (415) produzido nesta fase | e contendo quer impurezas evaporadas na forma de sulfureto (As, Sb, Bi..o), quer possivelmente pequenas quantidades de enxofre elementar á conduzido para o tratamento posterior.

No tratamento posterior, por exemplo, o gás á j oxidado sob controlo por meio de ar adicional (não ilustrado na i ¹ figura) antes do permutador de calor (427), de modo que as refe• ridas impurezas oxidar-se-ão e arrefecer-se-ão atá uma temperatu ra à qual se sublimam por exemplo Sb 0 e Bi 0 , tornando-se 1 2323 •separáveis do gás. Depois, o gás contendo As^O^ será mais arrefecido de qualquer maneira apropriada ou, por exemplo, num pro!cesso segundo a presente invençSo num aparelho separado, atá tuna :temperatura de cerca de 120°C, de modo que o As^O^ _se sublima e á separado do gás.

Depois disso, o gás será levado para o tratamento

I •posterior para produzir, por exemplo, ácido sulfúrico. j No acoplamento atrás mencionado, o calor necessário para 0 processo á recebido dos gases do forno de fusão, enquanto que numa calcinação parcial separada, o calor tem de ser gerado oxidando parte do sulfureto do concentrado. Assim, o poder calorífico do concentrado á guardado para as necessidades do proprio processo de fusão. Ao mesmo tempo, obtem a vantagem de diminuir de dois para um o número de fluxos de gás a tratar e contendo SO^ e o teor de SO^ no fluxo de gás subirá em compara • |ção com a disposição convencional.

A fig. 7 ilustra um sistema para o tratamento dos gases de um processo (50l) num reactor (502) no qual á introdu- 31 -

zido o gás do processo através de uma abertura de entrada (504) colocada na parte superior do referido reactor. 0 gás circulante ^!|que foi arrefecido e as partículas circulantes são também levadas para a parte superior do reactor. 0 gás do processo, o gás circulante e as partículas circulantes misturam-se rapidamente na parte superior do reactor no espaço de mistura (505). A sus pensão de gás/partículas que atingiu a temperatura de mistura escoa-se então para baixo a jusante para o reactor. A forma de realização ilustrada na fig. 7 inclui um permutador de calor (510) colocado na parte inferior do reactor e no qual se recuj pera calor do gás do processo. Por baixo do reactor está disposto um separador de partículas (512) onde as partículas sélidas são separadas da suspensão de gás/partículas. Para a separação das partículas são aplicáveis várias técnicas conhecidas, podendo essa separação ser feita em uma ou várias fases. Na aplicação ilustrada na fig. 7, o gás que foi parcialmente purificado é levado através de um arrefecedor de gás secundário (527) a um loutro separador das partículas (514).

Uma parte do gás purificado (515) é reciclado por meio de uma bomba (529) para a parte superior do reactor na forma de gás circulante (509). Antes de ser conduzido ao reactor 10 gás circulante é misturado com partículas sélidas (516) e 1(520) separadas de um ou de ambos os separadores de partículas j(512) e (514). 0 retorno das partículas pode também ser separado ijdo gás levado para a parte superior do reactor, usando vários ^meios conhecidos de transporte, tais como pneumáticos, aparelhos de elevação ou elevadores, parafusos, etc.

Gomo se mostra na fig. 7, pode recuperar-se calor do gás do processo no reactor (5θ2) no permutador (510). Mas, em algumas aplicações, pode ser vantajoso pré-purificar primeiro o i gás, por exemplo no purificador (512) e em seguida conduzi-lo através do permutador de calor (527). Em especial com grandes 'quantidades de partículas, pode ser benéfico remover o material de desgaste do gás antes do permutador de calor. Por outro lado, 'se se desejar, é possível realizar a recuperação do calor apenas

no reactor e eliminar o permutador de calor (527)« j

Com o sistema ilustrado na fig» 7. é possível conseguir todas as vantagens mencionadas do processo segundo a presente invenção, isto é,

- arrefecimento rápido

- formação rápida da suspensão

H - condensação selectiva, etc.

¹ Construtivamente, o sistema difere das aplicações (anteriores pelo facto de, nas aplicações anteriores, na maioria ;

dos casos ser necessário forçar a entrada das partículas sólidas' ino fluxo dos gases, enquanto que a construção segundo a presente invenção efectua a mistura expontânea na abertura de entrada, í Outras vantagens do sistema ilustrado na fig» 7 ’ são as seguintes: !

- A circulação das partículas é fácil visto que as 'partículas se escoam através do sistema independentemente do escoamento dos gases do processo. 0 funcionamento do sistema não exige qual fluxo mínimo de gases do processo.

— NSo é necessária qualquer câmara de mistura proipriamente dita. ' ¹ j

- A perda de pressão é mínima pois não é notável a obstrução na abertura de entrada.

! A descrição anterior apresenta várias vantagens do processo segundo a presente invenção. Os exemplos anteriores iindicam em cada caso pode optimizar-se uma combinação de partícu las circulantes e gás circulante. Mas isso pode ter como consequência uma densidade média de partículas demaseado baixa existente na secção de mistura para a formação de fumos e a adsorção. Ϊ necessário considerar este aspecto no dispositivo. Os exemplos ;

I anteriores tratam a densidade da suspensão que se faz circular i no reactor, podendo ajustar-se essa densidade por meio do gás circulante para um nível de 0,5 Kg/m-5 ou mesmo menos. Neste caso, 6 3 ia quantidade média de partículas é de 10 /m , ou mesmo menos, bonforme as dimensões das partículas, de modo que a distância

média entre partículas será maior que 10 mm. Uma condição prévia para impedir a formação de fumos e a adsorção de partículas ultra-finas é usualmente uma mais elevada densidade de uartícu7 8 5 las, por exemplo 10 a 10 /m , na mistura, de modo que a disitância entre partículas seja 5-1 mm. Há várias maneiras de i

I dispor este tipo de equipamento, dma maneira simples e preferida de realização prática consiste em construir a secção de mistura do reactor de modo tal que ou a maior ou a menor parte das parti

Ίcuias na mesma está em circulação interna na secção de mistura e que apenas uma parte das partículas é levada para o fluxo que circula através da parte superior do reactor que funciona como transportador. Isso é realizado de maneira simples, por exemplo, 'fazendo a secção transversal efectiva da secção de mistura maior que a da secção de transporte. Neste caso, a velocidade média de escoamento da secção de mistura é correspondentemente menor que a da secção de transporte, de modo que a densidade da suspensão existente na secção de mistura será mais elevada.

Além disso, a geometria da secção de mistura é tal que se forma uma circulação interna que é forçada a regressar iao ponto de mistura. Desta maneira, a densidade da suspensão na secção de mistura e em especial no ponto de mistura pode ser ajustada dentro de uma grande faixa. Em geral, é suficiente uma densidade da suspensão de 10 a 10 partículas/nr no ponto de imistura, de modo que a suspensão contém, conforme as dimensões

I^I íjdas partículas e o peso nominal, etc., 10 a 100 Kg/πΤ de partí| cuias sólidas. Assim não se trata de um leito fluidificado conjvencional actual, no qual a densidade da suspensão é de centenas Jde quilogramas por metro cubico e as perdas de pressão têm correspondentemente um valor consideravelmente mais elevado.

As fig. 5 e 6 ilustram uma forma de realização preferida do aparelho segundo a phesente invenção. As referidas íí . , ^figuras representam a parte inferior do reactor (2) ilustrado na fig. 1, cuja secção inferior compreende a câmara de mistura (5), :que mais uma vez compreende um fundo cónico (6) estreitando para baixo, em cujo ponto mais baixo há uma entrada de gás (7). À

caixa de ar (δ) formada entre o fundo do reactor Í3) e o fundo | da câmara de mistura está ligado tangencialmente um tubo de , entrada (29) para arrefecer o gás (9). No fundo do reactor está I montada uma entrada (4) para o gás do processo (l). Tubos de retorno (ló) para as partículas sólidas separadas, ligados à câmara de mistura, conduzem as partículas retornadas num movimento circulante descendente no sentido da abertura de entrada do gás (7)0 A secção transversal da secção de mistura á maior i que a do reactor por cima da mesma, reactor que funciona como 'i ( transportador.

evidente que a secção de mistura ilustrada nas fig. 5 e 6 pode tambóm ser disposta de outra maneira. (Portanto, o fundo cónico da câmara de mistura pode estar provido de aberjturas atravás das quais á conduzida pelo menos uma parte do gás A arrefecer. Uma parte das partículas sálidas pode ser fornecida

I para a câmara de mistura atravás do tubo de entrada do gás (29). ' princípio de funcionamento da secção de mistura, tal como se representa nas fig. 5 e 6, utiliza as característiicas do processo segundo a presente invenção, de modo tal que i 1

Ji a) a densidade da suspensão e a temperatura da secção de mistura e especialmente do ponto de mistura são ajustá veis dentro de largos limites atá um nível apropriado para cada ί t |caso,

I b) a densidade e o fluxo de sólidos da suspensão que entra no transportador e no separador de partículas podem ser minimizadas atá um nível óptimo, caso por caso, de modo que serão minimizados os problemas relacionados com a densidade jelevada da suspensão, tais como o desgaste, 0 sistema para trata' mento das partículas sólidas, as perdas de pressão, etc.

A presente invenção não se limita às aplicações e haos dispositivos atrás apresentados, sendo sim possíveis várias (modificações, aplicações e construções dentro do escopo da inven (ção definido nas reivindicações.

i

Embora o gás de arrefecimento nos exemplos de apli

- 35 Jcação seja o gás circulante, é evidente que podem usar-se outros gases apropriados, tais como ar, como gás de arrefecimento. À temperatura de mistura no ponto de mistura, oj líquido de evaporação pode ser, por exemplo, água. 0 processo pode também ser usado para a evaporação de líquidos e, nesse I contexto, para a recuperação de sólidos, como atrás se mencionou.

1’

Claims

REIVINDICAÇÕES ;! 1. Processo para o tratamento de gases de processo por í '

I arrefecimento desses gases do processo num reactor, em;

que se faz contactar os gases do processo com, | partículas sólidas fluidificadas numa câmara de ii mistura, após o que as partículas são separadas dos i, gases do processo em um ou em vários separadores num | andar de separação após o tratamento dos gases e as i quais são praticamente todas recirculadas de novo para a câmara de mistura e em que simultaneamente ao fim de¹um curto intervalo de tempo se faz contactar os gases ί do processo com os gases recirculados do processo os i

quais foram tratados no reactor e dos quais foram !

separadas as partículas sólidas no andar de separação,! para além de os fazer contactar com as partículas sólidas recirculadas, caracterizado pelo facto de ai mistura constituída por partículas sólidas e gases do * processo ser ainda aquecida por superfícies de· transferência de calor antes do andar de separação de · tal modo que os componentes recirculados, isto é, as partículas sólidas recirculadas e os gases de processo recirculados se encontram mais frios do que os gases de processo que se pretende tratar.

ii2. Processo para o tratamento de gases de processo de !| acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto

IJ de os componentes evaporados descarregados de um ί processo com gases de pro,cesso serem sublimados sobre a superfície das partículas sólidas na câmara de mistura por arrefecimento dos gases de processo para uma temperatura inferior à temperatura da mudança de fase

- 37 dos componentes evaporados.

Processo para o tratamento de gases de processo por arrefecimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado' pelo facto de os vapores contidos nos gases do processo serem praticamente todos adsorvidos pela superfície das partículas sólidas na câmara de mistura por arrefecimento dos gases de processo.

descarregados aderirem e partículas sólidas partículas sólidas

Processo para o tratamento de gases de processo por arrefecimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de os componentes fundidos de um processo com gases de processo solidificarem sobre a superfície de ou solidificarem no interior de por arrefecimento dos gases de processo na câmara de mistura para uma temperatura i

inferior à temperatura de mudança de fase dos componentes fundidos.

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se manter na câmara de mistura uma temperatura da mistura e/ou uma densidade da suspensão de sólidos favoráveis à reacção desejada, através da regulação das quantidades de partículas sólidas recirculadas e/ou gases recirculados que se pretende misturar com os gases de processo na câmara de mistura.

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se arrefecer os gases de processo para uma temperatura inferior à temperatura de sinterização das partículas que estão contidas nos gases de processo.

I

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se fazer contactar entre si os gases de processo e os gases recirculados de processo imediatamente antes de entrarem em contacto com as partículas sólidas.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de os gases de processo recirculados que se pretende misturar com os gases de processo serem misturados com uma corrente de partículas sólidas imediatamente antes de entrarem em contacto com a corrente de gases de processo.

9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se misturar uma parte das partículas sólidas recirculadas com os gases de processo recirculados e a outra parte com os gases de processo imediatamente antes de esses gases contactarem entre si.

10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se misturar os gases de processo recirculados com gases de processo e com partículas sólidas recirculadas imediatamente antes de os gases de processo entrarem em contacto com as partículas sólidas fluidificadas.

11. Aparelho para o tratamento de gases de processo por arrefecimento desses gases de processo num reactor, constituído por:

um reactor vertical (2) cujo fundo está dotado de uma abertura de entrada (4) para os gases de processo, possuindo este reactor uma câmara de mistura (5) situada na sua parte inferior, sendo essa câmara de mistura constituída por um fundo cónico (6) com pelo menos uma abertura de entrada (7) colocada no ponto mais baixo desse fundo, cónico ou na sua imediata proximidade;

pelo menos um separador (12,14) ligado à parte superior do reactor para separar as partículas sólidas dos gases de processo descarregado do reactor;

um tubo de entrada (17) ligado à câmara de mistura (5) para ai introduzir novos componentes sólidos;

um tubo de entrada (16) ligado à câmara de mistura para ai se proceder à recirculação das partículas sólidas separadas provenientes de pelo menos um separador;

uma conduta (15) para descarga dos gases de processo tratados provenientes de pelo menos um separador; e uma conduta (9) que liga a conduta de descarga (15) à abertura de entrada (7) existente no fundo cónico (6) da câmara de mistura (5) para se proceder à recirculação dos gases de processo tratados no interior da câmara de mistura, caracterizado pelo facto de dispor de superfícies de transferência de calor (10) colocadas à frente do separador.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de:

a abertura de entrada (7) do fundo cónico da câmara de mistura estar ajustada ao ponto mais baixo desse fundo cónico e ser concêntrica com a abertura de entrada (4) do reactor, e também pelo facto de o ponto mais baixo do fundo cónico (6) da câmara de mistura estar colocado a uma distância do fundo do reactor que permite uma corrente uniforme de gases recirculados provenientes da caixa pneumática (8) para o interior da câmara de mistura.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de o tubo de admissão (16) estar ajustado à parede do reactor e formar um ângulo agudo com essa parede de,modo a constituir um percurso descendente para as partículas sólidas recirculadas que vão entrando no reactor.40

A requerente declara que o primeiro (pedido desta patente foi apresentado na Finlândia em 8 de Maio de 1987, sob o N°. 872053.