реактор с псевдоожиженным слоем, разделенный на множество отделений

Формула изобретения

1. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным барботирующим слоем для проведения реакции с подачей псевдоожиженного мелкозернистого сырья от одной боковой поверхности реактора посредством химически активного газа, впрыскиваемого из множества сопл, установленных на газовом распределителе, расположенном в нижней части реактора, обеспечивая выход продукта с другой боковой поверхности реактора, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой разделен на множество отделений посредством разделительных плит, соединительный канал для перемещения сырья от отделения с ближней по ходу стороны к отделению с дальней по ходу стороны выполнен в нижней части разделительной плиты, а средняя скорость перемещения сырья, проходящего через соединительный канал, составляет 500 мм/с или менее, при этом разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем обеспечивает следующие условия: соединительный канал расположен по вертикали на высоте, которая составляет 1/4 высоты псевдоожиженного слоя или менее, длина соединительного канала составляет 100 мм или более, причем, когда впрыск газа через сопло осуществляют, по существу, в вертикальном направлении, расстояние между входом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с ближней по ходу стороны выполнено более 150 мм, а расстояние между выходом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с дальней по ходу стороны выполнено более 50 мм, угол, образованный линией, соединяющей верхнюю угловую часть соединительного канала и отверстия для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости больше, чем угол естественного отвала мелкозернистого сырья в любой из частей соединительного канала с ближней или дальней по ходу стороны.

2. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1, отличающийся тем, что диаметр соединительного канала с ближней по ходу стороны выполнен с постепенным уменьшением к дальней по ходу стороне.

3. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1, отличающийся тем, что нижняя часть поверхности соединительного канала с ближней по ходу стороны выполнена выступающей по направлению к ближней по ходу стороне.

4. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 3, отличающийся тем, что угловая часть верхней поверхности выступающей части выполнена с косым срезом.

5. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 3, отличающийся тем, что верхняя поверхность выступающей части наклонена вниз от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне.

6. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1 или 2, отличающийся тем, что соединительный канал наклонен вниз от ближней по ходу стороне к дальней по ходу стороне.

7. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 5 или 6, отличающийся тем, что угол наклона соединительного канала больше угла естественного отвала мелкозернистого сырья.

8. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1, отличающийся тем, что нижняя часть поверхности соединительного канала с дальней по ходу стороны выполнена выступающей по направлению к дальней по ходу стороне.

9. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 8, отличающийся тем, что угловая часть верхней поверхности выступающей части выполнена с косым срезом.

10. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1, отличающийся тем, что соединительный канал выполнен выступающим с обеих боковых поверхностей разделительной плиты.

11. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 1, отличающийся тем, что одно или более сопл для впрыска газа дополнительно установлены в средней части соединительного канала.

12. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 11, отличающийся тем, что в качестве наконечника сопла для впрыска газа использован пористый материал.

13. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 11, отличающийся тем, что наконечник сопла для впрыска газа косо изогнут от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне.

14. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным барботирующим слоем для проведения реакции с подачей псевдоожиженного мелкозернистого сырья от одной боковой поверхности реактора посредством химически активного газа, впрыскиваемого из множества сопл, установленных на газовом распределителе, расположенном в нижней части реактора, обеспечивая выход продукта с другой боковой поверхности реактора, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой разделен на множество отделений посредством разделительных плит, соединительный канал для перемещения сырья от отделения с ближней по ходу стороны к отделению с дальней по ходу стороны выполнен в нижней части разделительной плиты, а средняя скорость перемещения сырья, проходящего через соединительный канал, составляет 500 мм/с или менее, при этом разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем обеспечивает следующие условия: соединительный канал расположен по вертикали на высоте, которая составляет 1/4 высоты псевдоожиженного слоя или менее, длина соединительного канала составляет 100 мм или более, причем, когда впрыск газа через сопло осуществляют, по существу, в горизонтальном направлении или под наклоном вниз, расстояние между входом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с ближней по ходу стороны выполнено более 200 мм, а расстояние между выходом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с дальней по ходу стороны выполнено более 100 мм, угол, образованный линией, соединяющей верхнюю угловую часть соединительного канала и отверстия для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости больше, чем угол естественного отвала мелкозернистого сырья в любой из частей соединительного канала с ближней или дальней по ходу стороны.

15. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 14, отличающийся тем, что диаметр соединительного канала с ближней по ходу стороны выполнен с постепенным уменьшением к дальней по ходу стороне.

16. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 14, отличающийся тем, что нижняя часть поверхности соединительного канала с ближней по ходу стороны выполнена выступающей по направлению к ближней по ходу стороне.

17. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 16, отличающийся тем, что угловая часть верхней поверхности выступающей части выполнена с косым срезом.

18. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 16, отличающийся тем, что верхняя поверхность выступающей части наклонена вниз от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне.

19. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 14 или 15, отличающийся тем, что соединительный канал наклонен вниз от ближней по ходу стороне к дальней по ходу стороне.

20. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 18 или 19, отличающийся тем, что угол наклона соединительного канала больше угла естественного отвала мелкозернистого сырья.

21. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 14, отличающийся тем, что нижняя часть поверхности соединительного канала с дальней по ходу стороны выполнена выступающей по направлению к дальней по ходу стороне.

22. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 21, отличающийся тем, что угловая часть верхней поверхности выступающей части выполнена с косым срезом.

23. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 14, отличающийся тем, что соединительный канал выполнен выступающим с обеих боковых поверхностей разделительной плиты.

24. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 14, отличающийся тем, что одно или более сопл для впрыска газа дополнительно установлены в средней части соединительного канала.

25. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 24, отличающийся тем, что в качестве наконечника сопла для впрыска газа использован пористый материал.

26. Разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем по п. 24, отличающийся тем, что наконечник сопла для впрыска газа косо изогнут от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к реактору с псевдоожиженным слоем для обработки мелкозернистой руды в псевдоожиженном состоянии.

Когда газ проходит вверх через слой мелкозернистой руды, и газовый распределитель выполнен в виде плиты с множеством отверстий или трубчатой решетки в реакторе, а скорость газа является умеренно высокой, направленная вверх сила трения между мелкозернистой рудой и газом уравновешивает вес мелкозернистой руды. В таком состоянии вся мелкозернистая руда взвешена в направленном вверх газовом потоке, при этом слой мелкозернистой руды считают псевдоожиженным и называют псевдоожиженным слоем. В псевдоожиженном слое частицы мелкозернистой руды перемещаются вверх и вниз посредством газа, проходящего в верхнем направлении. Температура слоя может поддерживаться почти равномерной и легко регулируется. Поэтому реактор с псевдоожиженным слоем широко используется в различных отраслях промышленности. Например, недавно процесс, в котором используется псевдоожиженный слой, стали применять для получения карбида железа, который используется как сырье для производства чугуна и стали. Карбид железа получают путем подачи в реактор с псевдоожиженным слоем мелкозернистой железной руды и проведения реакции этой руды с восстановительным газом (водородом) и науглероживающим газом (например, метаном или ему подобным) при заданной температуре, с тем, чтобы восстановить и науглеродить окись железа в железной руде.

В качестве технического решения этого типа в публикации японского предварительного патента N Heil-176003 раскрыто устройство для обработки мелкозернистой руды посредством использования псевдоожиженного слоя, в котором внутренняя часть реактора 23 с псевдоожиженным слоем, имеющим входной канал 21 и выходной канал 22 для сырья, разделена на верхнюю и нижнюю части посредством газового распределителя 24, под газовым распределителем 24 расположена газовая камера 25, камера 26 псевдоожижения над газовым распределителем 24 разделена на множество отделений (26а-26е) посредством разделительных плит 27, в разделительной плите 27 выполнен соединительный канал, и сырье, подаваемое в реактор 23 с псевдоожиженным слоем, проходит в псевдоожиженном состоянии из входного канала 21 к выходному каналу 22 через соединительный канал, как показано на фиг.25.

Однако в реакторе с псевдоожиженным слоем, показанном на фиг.25, прохождение из одной камеры в другую осуществляется через соединительный канал, который представляет собой простое отверстие под разделительной плитой 27. Поэтому иногда в зависимости от перепада давлений в смежных камерах происходит обратное перемешивание (явление, при котором сырье в отделении с дальней по ходу стороны перемещается в обратном направлении к отделению с ближней по ходу стороны). По этой причине эффект, получаемый за счет разделения псевдоожиженного слоя, уменьшается. Для того, чтобы облегчить понимание настоящего изобретения, ниже подробно описаны обратное перемешивание и недостатки обычного реактора с псевдоожиженным слоем, взаимосвязанные с обратным перемешиванием.

Обычно в реакторе с псевдоожиженным слоем мелкозернистую руду, используемую в качестве сырья, кальцинируют или подвергают реакции. При этом предпочтительно, чтобы время пребывания руды в реакторе было увеличено. Для увеличения времени пребывания необходимо увеличить размер реактора или высоту слоя в реакторе. В первом способе стоимость оборудования резко возрастет. В последнем способе увеличивается размер реактора и значительно повышается мощность компрессора для подачи газа, так что повышаются эксплуатационные расходы.

В результате разработан реактор с псевдоожиженным слоем, полученный путем сочетания различных хорошо известных газового распределителя и разделительных пластин. Например, известен реактор с псевдоожиженным слоем, разделенный на множество частей, в котором используют распределитель, при этом в нем газовая камера 1 находится на донной части, газ впрыскивают из большого количества сопл 3, установленных на газовом распределителе 2 под газовой камерой 1, для формирования псевдоожиженного слоя 4 из мелкозернистой железной руды на газовом распределителе 2, а псевдоожиженный слой 4 разделен на множество отделений (4а, 4b, 4с) посредством разделительной плиты 5, как показано на фиг.1. Если псевдоожиженный слой разделен на множество отделений (количество n частей псевдоожиженного слоя увеличено), время пребывания руды в реакторе значительно увеличивается, как показано на фиг.2. На фиг.2 n=1 означает тот случай, когда псевдоожиженный слой не разделен.

В частности, невозможно избежать разделения на множество отделений (например, на четыре или семь отделений) псевдоожиженного слоя в установке по производству карбида железа, где необходимо, чтобы время пребывания в реакторе составляло несколько часов или более. При получении псевдоожиженного слоя с разделением на большое количество частей следует учитывать два приведенных ниже требования.

1. Не должно происходить обратного перемешивания.

Как показано на фиг. 3, требуется, чтобы большая часть руды проходила через соединительный канал 9 от отделения 7, находящегося с ближней по ходу стороны, к отделению 8, находящемуся с дальней по ходу стороны, которые разделены разделительной плитой 6. Напротив, в том случае, когда происходит течение руды от отделения 8, находящегося с дальней по ходу стороны, к отделению 7 с ближней по ходу стороны (обратное перемешивание), эффект, достигаемый разделением псевдоожиженного слоя, уменьшается. Например, если обратное перемешивание происходит в случае разделения на четыре отделения, время пребывания руды в реакторе, показанное на фиг.2, формирует не кривую распределения для n=4, а кривую распределения, близкую к n=2, как показано пунктирной линией на фиг.4.

2. Разность по высоте псевдоожиженного слоя между отделением с ближней по ходу стороны и отделением с дальней по ходу стороны должна быть выбрана такой, чтобы она имела требуемую величину.

Хотя высота псевдоожиженного слоя в отделении с ближней по ходу стороны должна быть больше, чем в отделении с дальней по ходу стороны, чтобы обеспечить поток от ближней к дальней по ходу стороне, желательно, чтобы перепад высоты псевдоожиженного слоя был незначительным. Например, если в реакторе с псевдоожиженным слоем, разделенным семью перегородками, перепад высоты одной части псевдоожиженного слоя составляет порядка 200 мм, общий перепад составит значительную величину порядка 1200 мм (200х6). Следовательно реактор с псевдоожиженным слоем не может быть применен в случае процесса, когда средняя высота псевдоожиженного слоя составляет порядка 1000 или 2000 мм (Для применения необходимо учесть дополнительные условия. Другими словами, необходимо увеличить высоту реактора. Кроме того, необходимо обеспечить достаточно большое давление подаваемого газа в соответствии с наибольшей высотой псевдоожиженного слоя. Следовательно увеличиваются затраты на оборудование и повышаются эксплуатационные расходы. Кроме того, трудно обеспечить равномерное распределение газа по отделениям. Точнее, если потери давления газа на распределителе не доведены до чрезмерного увеличения, распределение газа происходит неравномерно).

Одна из контрмер в отношении обратного перемешивания в реакторе с псевдоожиженным слоем, разделенном на множество частей, который выполнен согласно известному уровню техники, заключается в том, что уменьшают размер соединительного канала, предназначенного для соединения смежных отделений. Но если размер соединительного канала уменьшен, перепад высоты псевдоожиженного слоя между отделениями, находящимися ближе и дальше по ходу, увеличивается. Следовательно возникают вышеупомянутые недостатки.

Кроме того, ниже будут описаны недостатки обычного реактора с псевдоожиженным слоем.

3. Если длина соединительного канала составляет 100 мм или менее, происходит обратное перемешивание.

В общем давление в каждой точке псевдоожиженного слоя колеблется в период времени, который короче 1 секунды, и руда перемещается в соответствии с разностью давления между входом соединительного канала и его выходом. Например, поток руды, проходящий через соединительный канал, колеблется так, как показано на фиг.5. На фиг.5 знак "плюс (+)" обозначает поток со стороны, ближней по ходу, к стороне, дальней по ходу, а знак "минус (-)" обозначает поток со стороны, дальней по ходу, к стороне, ближней по ходу (обратное перемешивание). Соответственно, если соединительный канал имеет небольшую длину (например, 5 мм), легко происходит обратное перемешивание.

Однако в том случае, когда соединительный канал имеет значительную длину, руда, проходящая в направлении "минус (-)", задерживается в соединительном канале, даже если имеет место поток в направлении "минус (-)". В результате достигается только поток в направлении "плюс (+)".

4. В этом случае, когда нисходящий поток, содержащий плотную руду, не сформирован вблизи от входа и выхода соединительного канала, в соединительном канале образуется свободная часть, так что через соединительный канал легко проходит большое количество газа. Следовательно, перепад высоты псевдоожиженного слоя увеличен недостаточно. Кроме того, большое количество газа может легко проходить от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне, так что происходит обратное перемешивание.

С учетом недостатков, присущих известным техническим решениям, задача настоящего изобретения заключается в создании реактора с псевдоожиженным слоем, имеющим требуемый перепад высоты псевдоожиженного слоя между отделениями, находящимися ближе по ходу и дальше по ходу, без возникновения обратного перемешивания или с весьма незначительной величиной обратного перемешивания.

Для достижения поставленной задачи в реакторе согласно изобретению положение соединительного канала по высоте задано равным постоянной величине или менее, длина соединительного канала для соединения смежных отделений задана равной постоянной величине или более, расстояние между входом и выходом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла для впрыска газа задано равным постоянной величине или более, а угол, образуемый линией, соединяющей угловую часть верхней поверхности соединительного канала и сопло для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости задан большим угла естественного отвала мелкозернистого сырья. Следовательно сырье, находящееся в отделении с ближней по ходу стороны может перемещаться к отделению с дальней по ходу стороны через соединительный канал фактически без образования неподвижного скопления материала вблизи от входа и выхода соединительного канала и без обратного перемешивания.

Настоящее изобретение относится к разделенному на множество отделений реактору с псевдоожиженным слоем, причем со слоем барботирующего типа, предназначенному для проведения реакции при псевдоожижении мелкозернистого сырья, подаваемого от одной боковой поверхности реактора, посредством химически активного газа, впрыскиваемого из множества сопл, установленных на газовом распределителе, размещенном на нижней части реактора, при этом выход продукта осуществляется с другой боковой поверхности реактора, в котором псевдоожиженный слой разделен разделительными плитами на множество отделений, в нижней части разделительной плиты выполнен соединительныйканал для перемещения сырья от отделения, находящегося с ближней по ходу стороны, к отделению, находящемуся с дальней по ходу стороны, средняя скорость перемещения сырья, проходящего через соединительный канал, составляет 500 мм/секунду или менее, причем разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем отвечает условиям, заключающимся в том, что высота расположения соединительного отверстия по вертикали составляет 1/4 высоты псевдоожиженного слоя или менее, а длина соединительного канала составляет 100 мм или более, причем в том случае, когда впрыск газа через сопло осуществляется вверх почти в вертикальном направлении, расстояние между входом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с ближней по ходу стороны составляет более 150 мм, а расстояние между выходом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с дальней по ходу стороны составляет более 50 мм, в том случае, когда впрыск газа через сопло осуществляется почти в горизонтальном направлении, расстояние между входом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с ближней по ходу стороны составляет более 200 мм, а расстояние между выходом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с дальней по ходу стороны составляет более 100 мм, и в том случае, когда впрыск газа через сопло осуществляется с наклоном вниз, расстояние между входом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с ближней стороны составляет более 200 мм, а расстояние между выходом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла с дальней по ходу стороны составляет более 100 мм, при этом угол, образуемый линией, соединяющей угловую часть верхней поверхности соединительного канала и отверстие для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости больше, чем угол естественного отвала мелкозернистого сырья в любом из отверстий с ближней или дальней по ходу сторон соединительного канала.

Ниже на основе взаимосвязи с функцией настоящего изобретения подробно описаны причины ограничения каждого существенного признака реактора с псевдоожиженным слоем, имеющего описанное выше устройство.

1) В соединительном канале не создают течения только газа.

Когда в соединительный канал проходит большое количество газа, потери давления увеличиваются. Поэтому перепад высоты псевдоожиженного слоя между отделениями, находящимися ближе и далее по ходу, увеличивается (при том же самом потоке мелкозернистой руды) и происходит обратное перемешивание. Для того, чтобы предотвратить увеличение перепада высоты псевдоожиженного слоя и обратное перемешивание, по существу необходимо заполнить соединительный канал мелкозернистой рудой. Точнее, если в соединительном канале находится только мелкозернистая руда, все частицы руды перемещаются таким образом, чтобы они проталкивались от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне в зависимости от разности давления между псевдоожиженным слоем с ближней и дальней по ходу сторон (в том случае, когда мелкозернистая руда за некоторое время или незначительно перемещается от дальней к ближней по ходу стороне, проблем не возникает, если длина такого перемещения составляет менее длины соединительного канала).

Предпочтительно для обеспечения минимального потока газа в соединительном канале применять нижеперечисленные меры.

1. Расположение соединительного канала по вертикали на 1/4 высоты псевдоожиженного слоя или менее.

Не следует считать предпочтительным расположение соединительного канала по вертикали на очень большой высоте. Причины этого заключаются в следующем. Мелкозернистая руда в верхней части псевдоожиженного слоя имеет низкую плотность. Если соединительный канал размещен в высоком месте, газ легко проходит в этот канал. Соответственно предпочтительно, чтобы место нахождения соединительного канала по вертикали составляло 1/4 высоты псевдоожиженного слоя или менее.

2. Формирование нисходящего потока, содержащего плотную мелкозернистую руду, вблизи от входа соединительного канала.

Если сопло 11 для впрыска газа, установленное на плите 10 газового распределителя, расположено на соответствующем расстоянии от разделительной плиты 6, как показано на фиг.6, мелкозернистая руда перемещается для создания плотного нисходящего потока вблизи от соединительного канала 9, как показано стрелкой на фиг.6. Плотный нисходящий поток вблизи от входа соединительного канала блокирует течение газа в соединительный канал.

3. Увеличение толщины нисходящего потока, содержащего плотную мелкозернистую руду, вблизи от входа соединительного канала.

Когда мелкозернистая руда перемещается через соединительный канал от ближней к дальней по ходу стороне, часть нисходящего потока мелкозернистой руды проходит в соединительный канал 9 так, как показано на фиг.7(а). В это время, если толщина нисходящего потока является небольшой, в соединительный канал 9 всасывается не только мелкозернистая руда Р, но и большое количество газа G, как показано на фиг.7(b). Когда в соединительный канал засасывается большое количество газа, возникают вышеупомянутые неполадки. Поэтому толщина нисходящего потока, содержащего плотную мелкозернистую руду, вблизи от входа соединительного канала должна быть увеличена.

Был проведен эксперимент, чтобы исследовать такой случай, когда нисходящий поток, содержащий плотную мелкозернистую руду, был образован вблизи от входа соединительного канала и была увеличена толщина нисходящего потока. В результате было установлено, что относительные положения соединительного канала 9 и сопл (11а, 11b, 11с) являются важными, как показано на фиг.8. В том случае, когда сопла для впрыска газа находятся слишком близко к соединительному каналу 9, толщина нисходящего потока мелкозернистой руды является очень маленькой (или нисходящий поток не формируется) и в соединительном канале создается поток газа. Поэтому мелкозернистая руда не может перемещаться в соединительный канал. С другой стороны, было установлено, что толщина нисходящего потока вблизи от входа соединительного канала увеличивается, когда сопло для впрыска газа расположено на расстоянии от соединительного канала 9.

В том случае, когда используется направленное вверх сопло 11а для впрыска газа вверх почти в вертикальном направлении, как показано на фиг.9(а), предпочтительно, чтобы расстояние Х между входом соединительного канала 9 и торцевой поверхностью сопла 11а, показанное на фиг.8 (а), было выполнено большим 150 мм. В том случае, когда используется горизонтальное сопло 11b для впрыска газа почти в горизонтальном направлении (скорость потока внутри сопла составляет от 10 до 80 м/с), как показано на фиг.9(b), предпочтительно, чтобы расстояние Х между входом соединительного канала 9 и торцевой поверхностью горизонтального сопла 11b, показанное на фиг.8 (b), было выполнено большим 200 мм. В том случае, когда используется наклонно нисходящее сопло 11с для впрыска газа вниз под наклоном (скорость потока внутри сопла составляет от 10 до 80 м/с), как показано на фиг.9(с), предпочтительно, чтобы расстояние Х между входом соединительного канала 9 и торцевой поверхностью нисходящего сопла 11с, показанное на фиг.8(с), было выполнено большим 200 мм.

Расстояние Х может быть ограничено в том случае, когда средняя скорость движения мелкозернистой руды в соединительном канале составляет 500 мм/с или менее. Причины для этого следующие. Если средняя скорость движения мелкозернистой руды составляет более 500 мм/с, мелкозернистая руда перемещается от входа соединительного канала к его выходу без ограничения расстояния X постоянной величиной или более и без обратного перемешивания.

Средняя скорость перемещения мелкозернистой руды в канале представляет собой числовое значение (м/ч), получаемое делением на площадь сечения (м²) соединительного канала расхода Q (м³/ч), полученного делением подачи А (тонна/ч) мелкозернистой руды на удельный вес (т/м³).

4. Формирование нисходящего потока, содержащего плотную мелкозернистую руду. вблизи от выхода соединительного канала.

В том случае, когда нисходящий поток, содержащий плотную мелкозернистую руду. не образован вблизи от выхода соединительного канала, в выходной части соединительного канала 9 мелкозернистая руда отсутствует и эффективная длина соединительного канала, заполненного мелкозернистой рудой, уменьшена, как показано на фиг. 10. Следовательно, как описано выше, легко происходит обратное перемешивание. Поэтому предпочтительно, чтобы нисходящий поток, содержащий плотную мелкозернистую руду, был бы образован вблизи от выхода соединительного канала, а также вблизи от его входа. С этой целью предпочтительно, чтобы расстояние Х между торцевой поверхностью сопла для впрыска газа и выходом соединительного канала было выполнено равным постоянной величине или более так же, как и для входа. Кроме того, достаточно, чтобы мелкозернистая руда в соединительном канале сдавливалась так, чтобы не она выскальзывала на выходной стороне, и чтобы толщина нисходящего потока была меньше, чем на входной стороне, как описано ниже.

В том случае, когда используется сопло 11а для впрыска газа вверх почти в вертикальном направлении, как показано на фиг.9 (а), предпочтительно, чтобы расстояние Х было выполнено большим 50 мм.

В том случае, когда используется горизонтальное сопло 11b для впрыска газа почти в горизонтальном направлении, как показано на фиг.9(b), предпочтительно, чтобы расстояние Х было выполнено большим 100 мм.

В том случае, когда используется наклоненное вниз сопло 11с для впрыска газа под наклоном вниз, как показано на фиг.9 (с), предпочтительно, чтобы расстояние Х было выполнено большим 100 мм.

2) Обеспечение сдерживания скопления мелкозернистой руды перед соединительным каналом и за ним.

Если мелкозернистая руда накапливается перед соединительным каналом и за ним, как показано на фиг.11, то она не будет перемещаться в соединительном канале. Чтобы перемещать мелкозернистую руду в канале, необходимо значительно увеличить перепад высот псевдоожиженного слоя между отделениями до и после соединительного канала (например, необходимо обеспечить неэкономичную величину порядка нескольких сотен мм). Формирование накапливаемой части зависит от угла, образуемого линией, соединяющей соединительный канал и отверстие для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости. В общем, мелкозернистая руда поднимается посредством потока газа вблизи от сопла, обеспечивающего впрыск газа. Поэтому, если угол , образованный линией L, соединяющей угловую часть Р нижней поверхности соединительного канала 9 и отверстие Q для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости больше, чем угол естественного отвала мелкозернистой руды, как показано на фиг. 12, вблизи от входа соединительного канала 9 не будет накапливаться часть мелкозернистой руды и мелкозернистая руда в соединительном канале 9 будет перемещаться от входа к выходу. В действительности, как было установлено, препятствия движению мелкозернистой руды в соединительном канале 9 не создаются даже в том случае, если угол несколько меньше угла естественного отвала мелкозернистой руды. То есть установлено, что проблема не возникает, если угол , образованный линией М, соединяющей угловую часть R верхней поверхности соединительного канала 9 и отверстие Q для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости больше угла естественного отвала мелкозернистой руды, как показано на фиг. 13. Причина этого заключается в следующем. Даже, если угол меньше, чем угол естественного отвала мелкозернистой руды и незначительная накапливаемая часть находится вблизи от входа соединительного канала, препятствий для перемещения мелкозернистой руды в соединительном канале фактически не будет, поскольку значительное количество мелкозернистой руды на линии М и вблизи от нее (ниже линии М) скользит вниз под уклон вместе с нисходящим потоком.

Соответственно предпочтительно, чтобы угол, образованный линией, соединяющей угловую часть верхней поверхности соединительного канала 9 и отверстие для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости был больше угла естественного отвала мелкозернистой руды.

Предпочтительно, чтобы взаимосвязь между углами и , и углом естественного отвала мелкозернистой руды была такой же, как и на выходе соединительного канала.

Упомянутые выше результаты подобным же образом применимы ко многим хорошо известным газовым распределителям, а также к плитам газового распределителя.

3) Иные причины.

1. Предпочтительно, чтобы нижняя поверхность соединительного канала была расположена над наконечником части сопла для впрыска. Причина этого состоит в том, что в соединительном канале сдерживается формирование накапливаемой части.

2. Предпочтительно, чтобы диаметр соединительного канала с ближней по ходу стороны постепенно уменьшался к дальней по ходу стороне. Причина этого заключается в том, что мелкозернистая руда легко будет проходить к соединительному каналу.

3. Предпочтительно, чтобы нижняя часть поверхности отверстия соединительного канала с ближней по ходу стороны выступала от боковой поверхности разделительной плиты к ближней по ходу стороне. Причина этого заключается в том, что вблизи от входа соединительного канала легко формируется нисходящий поток, содержащий плотную мелкозернистую руду. Предпочтительно, чтобы угловая часть верхней поверхности выступающей части была выполнена с косым срезом. Причина этого заключается в том, что вблизи от входа соединительного канала сдерживается формирование накапливаемой части руды.

4. Предпочтительно, чтобы верхняя поверхность выступающей части была наклонена вниз от ближней по ходу к дальней по ходу стороне. Причина этого заключается в том, что мелкозернистая руда легко перемещается в соединительный канал.

5. Предпочтительно, чтобы соединительный канал был наклонен вниз от ближней по ходу к дальней по ходу стороне. Причина этого состоит в том, что мелкозернистая руда легко перемещается в соединительный канал.

6. Предпочтительно, чтобы угол наклона был больше угла естественного отвала мелкозернистой руды. Причина этого заключается в том, что сдерживается формирование накапливаемой части.

7. Предпочтительно, чтобы нижняя часть поверхности отверстия соединительного канала с дальней по ходу стороны выступала из торцевой поверхности разделительной плиты к дальней по ходу стороне. Причина этого заключается в том, что вблизи от выхода соединительного канала будет образован нисходящий поток, содержащий плотную мелкозернистую руду. Предпочтительно, чтобы угловая часть верхней поверхности выступающей части была выполнена с косым срезом. Причина этого заключается в том, что вблизи от выхода соединительного канала сдерживается формирование накапливаемой части.

8. Предпочтительно, чтобы соединительный канал выступал из обеих боковых поверхностей разделительной плиты с ближней и дальней по ходу сторон. Причина этого заключается в том, что независимо от толщины разделительной плиты вблизи от входной и выходной сторон соединительного канала будет образован нисходящий поток, содержащий плотную мелкозернистую руду.

9. Предпочтительно, чтобы в средней части соединительного канала были установлены одно или более сопл для впрыска газа, и чтобы химически активный газ впрыскивался из сопла (сопл) в соединительный канал. При этом мелкозернистая руда не будет накапливаться в соединительном канале. Что касается химически активного газа, то может быть использована часть газа, вводимого в реактор с псевдоожиженным слоем, или газ, вводимый извне. В качестве наконечника сопла для впрыска газа может быть использован пористый материал, например, пористый огнеупорный материал (клинкер). Предпочтительно, чтобы наконечник сопла для впрыска газа был наклонно изогнут от ближней по ходу к дальней по ходу стороне. Причина этого заключается в том, что может быть дополнительно усилен эффект сдерживания скопления мелкозернистой руды в соединительном канале.

Поскольку настоящее изобретение имеет указанную выше конструкцию, могут быть получены следующие результаты.

1. Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором мелкозернистое сырье может перемещаться в соединительном канале от ближней по ходу к дальней по ходу стороне с сохранением необходимого перепада высоты псевдоожиженного слоя между отделениями с ближней по ходу и дальней по ходу сторон и без обратного перемешивания. Соответственно, обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем с низкими затратами на оборудование и невысокими эксплуатационными расходами.

2. Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором мелкозернистое сырье сдерживается от накапливания в соединительном канале.

3. Согласно третьему аспекту настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором мелкозернистое сырье легко перемещается в соединительный канал.

4. Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором нисходящий поток, содержащий плотное мелкозернистое сырье, легко формируется вблизи от входа соединительного канала.

5. Согласно пятому аспекту настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором мелкозернистое сырье сдерживается от накапливания вблизи от входа соединительного канала.

6. Согласно шестому, седьмому и восьмому аспектам настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором мелкозернистое сырье легко перемещается в соединительном канале.

7. Согласно девятому аспекту настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором нисходящий поток, содержащий плотное мелкозернистое сырье, легко формируется вблизи от выхода соединительного канала.

8. Согласно десятому аспекту настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором мелкозернистое сырье сдерживается от накапливания вблизи от выхода соединительного канала.

9. Согласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором нисходящий поток, содержащий плотное мелкозернистое сырье, легко формируется вблизи входа и выхода соединительного канала, сдерживается обратное перемешивание, и мелкозернистое сырье перемещается в соединительном канале от ближней по ходу к дальней по ходу стороне независимо от толщины разделительной плиты.

10. Согласно двенадцатому, тринадцатому и четырнадцатому аспектам настоящего изобретения обеспечивается создание реактора с псевдоожиженным слоем, в котором мелкозернистое сырье сдерживается от накапливания в соединительном канале.

Хотя настоящее изобретение полностью описано посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, понятно, что для квалифицированных специалистов будут очевидны различные изменения и модификации изобретения. Поэтому, если такие изменения и модификации не отклоняются от объема изобретения, их следует считать включенными в него.

На фиг.1 представлен вид в продольном сечении, на котором показан разделенный на множество отделений реактор с псевдоожиженным слоем, выполненный согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 представлен график, показывающий взаимосвязь между количеством рудного сырья в реакторе с псевдоожиженным слоем и временем пребывания руды в реакторе.

На фиг.3 представлен вид, иллюстрирующий состояние, в котором сырье перемещается в реакторе с псевдоожиженным слоем.

На фиг.4 представлен график, показывающий взаимосвязь между количеством рудного сырья в реакторе с псевдоожиженным слоем и временем пребывания руды в реакторе.

На фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий состояние, в котором сырье перемещается в соединительном канале, предназначенном для соединения отделений.

На фиг.6 представлен вид, иллюстрирующий поток мелкозернистой руды вблизи от входа соединительного канала.

На фиг. 7 (а) и 7 (b) представлены другие виды, иллюстрирующие поток мелкозернистой руды вблизи от входа соединительного канала.

На фиг.8 (a), 8(b) и 8(с) представлены виды, иллюстрирующие расстояние Х между входом соединительного канала и торцевой поверхностью сопла для впрыска газа.

На фиг.9 (а) представлен вид в сечении, показывающий направленное вверх сопло, на фиг.9(b) - вид в сечении, показывающий горизонтальное сопло, а на фиг. 9 (с) - вид в сечении, показывающий сопло, направленное под наклоном вниз.

На фиг. 10 представлен вид, иллюстрирующий состояние наполнения мелкозернистой рудой вблизи от выхода соединительного канала.

На фиг. 11 представлен вид, иллюстрирующий неподвижное скопление мелкозернистой руды вблизи от входа соединительного канала.

На фиг. 12 представлен вид, иллюстрирующий угол , образуемый линией, соединяющей угловую часть Р нижней поверхности соединительного канала с ближней по ходу стороны и отверстие Q для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости.

На фиг.13 представлен вид, иллюстрирующий угол , образуемый линией, соединяющей угловую часть R верхней поверхности соединительного канала с ближней по ходу стороны и отверстие Q для впрыска газа, по отношению к горизонтальной плоскости.

На фиг.14 (а) и 14 (b) представлены виды в сечении, показывающие пример, в котором диаметр соединительного канала с ближней по ходу стороны постепенно уменьшается к дальней по ходу стороне.

На фиг.15 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором нижняя часть поверхности соединительного канала с ближней по ходу стороны выступает от боковой поверхности разделительной плиты.

На фиг.16 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором угловая часть верхней поверхности выступающей части согласно фиг.15 имеет косой срез.

На фиг.17 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором верхняя поверхность выступающей части согласно фиг.15 наклонена вниз от ближней по ходу к дальней по ходу стороне.

На фиг. 18 представлен вид в сечении, показывающий пример, на котором соединительный канал наклонен вниз от ближней по ходу к дальней по ходу стороне.

На фиг.19 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором нижняя часть поверхности соединительного канала на дальней по ходу стороне выступает от торцевой поверхности разделительной плиты.

На фиг.20 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором угловая часть верхней поверхности выступающей части согласно фиг.19 имеет косой срез.

На фиг.21 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором соединительный канал выступает от обеих боковых поверхностей разделительной плиты на ближней и дальней по ходу сторонах.

На фиг.22 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором сопло для впрыска газа установлено в средней части соединительного канала.

На фиг. 23 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором в наконечнике сопла для впрыска газа, установленного в средней части соединительного канала, используется пористый материал.

На фиг.24 представлен вид в сечении, показывающий пример, в котором наконечник сопла для впрыска газа, установленного в средней части соединительного канала, имеет косой изгиб от ближней по ходу к дальней по ходу стороне.

На фиг.25 представлен схематический вид, показывающий конструкцию реактора с псевдоожиженным слоем, выполненного согласно примеру известного уровня техники.

Ниже со ссылками на фигуры будут описаны варианты осуществления конструкции настоящего изобретения совместно с условиями проведения экспериментов.

1) Условия проведения экспериментов (один пример).

1. Мелкозернистое сырье.

а. Мелкозернистую железную руду плотностью порядка 2 т/м³ подавали в экспериментальное оборудование реактора с псевдоожиженным слоем в количестве 2 т/ч.

b. Мелкозернистый кремнезем плотностью порядка 1,5 т/м³ подавали в экспериментальное оборудование реактора с псевдоожиженным слоем в количестве 2 т/ч.

В качестве экспериментального оборудования реактора с псевдоожиженным слоем был использован цилиндрический прозрачный пластиковый сосуд, позволяющий четко наблюдать явление псевдоожижения мелкозернистого сырья. Экспериментальное оборудование значительно отличается от рабочего реактора с псевдоожиженным слоем, показанного на фиг.1, тем, что в нем не установлена опорная труба 12 для удержания плиты 2 газового распределителя и включена одна разделительная плита 5 для разделения псевдоожиженного слоя 4. Кроме того, в качестве газа был использован воздух и была установлена обычная температура.

2. Высота соединительного канала, выполненного в нижней части разделительной плиты, была выполнена примерно равной 1/4 высоты псевдоожиженного слоя или менее.

3. Соединительный канал имел отверстие диаметром порядка 150 мм.

4. Средняя скорость перемещения мелкозернистого сырья, проходившего через соединительный канал составляла 20 мм/с, для мелкозернистой железной руды и 30 мм/с, для мелкозернистого кремнезема при условиях 1 и 3.

2) Основная форма (конструкция, показанная на фиг.8).

Длина соединительного канала 9 составляла 200 мм. В том случае, когда впрыск газа через сопло выполнялся вверх почти в вертикальном направлении, расстояние Х со стороны входа было выполнено равным 200 мм и расстояние Х со стороны выхода было выполнено равным 200 мм. В том случае, когда впрыск газа через сопло осуществлялся наклонно вниз, расстояние Х со стороны входа было выполнено равным 250 мм, а расстояние Х со стороны выхода было выполнено равным 200 мм. Угол (см. фиг.13) был задан равным 45^o (угол естественного отвала мелкозернистой железной руды составлял 40^o, а мелкозернистого кремнезема - 30^o).

При таких условиях был осуществлен эксперимент по псевдоожижению мелкозернистой железной руды и мелкозернистого кремнезема. Под влиянием разности давления с входной и выходной сторон соединительного канала 9 каждый из мелкозернистых сырьевых материалов, проходящий через соединительный канал 9, перемещался из отделения, находящегося с ближней по ходу стороны, к отделению у дальней по ходу стороны при незначительном перемещении к входной стороне на постоянное расстояние без обратного перемешивания после перемещения к выходной стороне.

В том случае, когда впрыск газа через сопло выполнялся вверх почти в вертикальном направлении и расстояние Х с входной стороны соединительного канала 9 было выполнено равным 150 мм или менее, а расстояние Х со стороны выхода соединительного канала 9 было выполнено равным 50 мм или менее, газ перемещался в соединительный канал таким образом, что перепад высоты псевдоожиженного слоя между отделениями с ближней и дальней по ходу сторон был значительно увеличен (порядка 200 мм) и происходило обратное перемешивание. В том случае, когда впрыск газа через сопло выполнялся под наклоном вниз, расстояние Х с входной стороны соединительного канала 9 было выполнено равным 200 мм или менее, а расстояние Х с выходной стороны соединительного канала 9 было выполнено равным 100 или менее, происходило то же самое явление.

В том случае, когда угол был равен углу естественного отвала мелкозернистой железной руды и был меньше него, формировалась накапливаемая часть вблизи от входа соединительного канала, так что мелкозернистое сырье не могло перемещаться в соединительный канал.

3) Диаметр соединительного канала с ближней по ходу стороны постепенно уменьшался к дальней по ходу стороне.

На фиг. 14 (а) показано, что соединительный канал 9 с ближней по ходу стороны сформирован подобно криволинейной поверхности. На фиг.14 (b) показано, что соединительный канал 9 с ближней по ходу стороны выполнен с косым срезом. Было подтверждено, что мелкозернистое сырье плавно перемещалось в соединительный канал 9 при любой из вышеупомянутых форм.

4) Нижняя часть поверхности соединительного канала с ближней по ходу стороны выполнена выступающей от боковой поверхности разделительной плиты к ближней по ходу стороне.

Было подтверждено, что нисходящий поток, содержащий плотную мелкозернистую руду, формировался вблизи от входа соединительного канала 9, когда нижняя часть 13 поверхности соединительного канала 9 с ближней по ходу стороны была выполнена выступающей к ближней по ходу стороне, как показано на фиг.15. Было подтверждено, что мелкозернистая руда перемещалась в соединительном канале 9 от входа к выходу без обратного перемешивания.

5) Угловая часть верхней поверхности выступающей части, показанная на фиг.15, выполнена с косым срезом.

В случае конструкции, показанной на фиг.15, на нижней части 13 поверхности была образована незначительная накапливаемая часть. Подтверждено, что накапливаемая часть сдерживалась от формирования при косом срезе угловой части верхней стороны нижней части 13 поверхности, как показано на фиг.16.

6) Верхняя поверхность выступающей части, показанная на фиг.15, наклонена на 30^o вниз от ближней по ходу к дальней по ходу стороне.

Когда нижняя часть 13 поверхности наклонена на 30^o вниз от ближней по ходу к дальней по ходу стороне, как показано на фиг.17, к перепаду давления псевдоожиженного слоя между входной и выходной сторонами соединительного канала 9 добавляется собственный вес мелкозернистой руды. При этом было подтверждено, что движение мелкозернистой руды в соединительном канале 9 осуществлялось незначительно сильнее по сравнению с конструкцией, показанной на фиг.15 или 16.

7) Соединительный канал наклонен вниз от верхней по ходу к нижней по ходу стороне.

Было подтверждено, что движение мелкозернистой руды в соединительном канале 9 осуществлялось незначительно сильнее по сравнению с конструкцией, показанной на фиг. 18, когда соединительный канал 9 был наклонен на 30^o от ближней по ходу к дальней по ходу стороне, как показано на фиг.18.

Предпочтительно, чтобы угол наклона согласно фиг.17 и 18 был выполнен равным примерно 30^o или более, с тем, чтобы обеспечивать движение мелкозернистой руды.

8) Нижняя часть поверхности отверстия соединительного канала на дальней по ходу стороне выполнена выступающей от боковой поверхности разделительной плиты к дальней по ходу стороне.

Было подтверждено, что нисходящий поток, содержащий плотную мелкозернистую руду, был сформирован вблизи от выхода соединительного канала 9, когда нижняя часть 13 поверхности соединительного канала 9 с нижней по ходу стороны была выполнена выступающей к дальней по ходу стороне, как показано на фиг.19. Было подтверждено, что мелкозернистая руда перемещалась в соединительном канале 9 от входа к выходу без обратного перемешивания.

9) Угловая часть выступающей части, показанная на фиг.19, выполнена с косым срезом.

В случае конструкции, показанной на фиг.19, на нижней части 13 поверхности была образована незначительная накапливаемая часть мелкозернистой руды. Было подтверждено, что накапливаемая часть практически не формировалась при косом срезе угловой части верха нижней части 13 поверхности, как показано на фиг.20.

10) Соединительный канал длиной 100 мм или более выполнено выступающим к ближней по ходу и дальней по ходу сторонам в нижней части разделительной плиты, толщина которой составляет порядка 100 мм или менее.

Хотя разделительная плита в любом из вышеупомянутых примеров имеет вырез для обеспечения соединительного канала, было подтверждено, что те же самые результаты могли быть получены с трубообразным соединительным каналом 9а, показанным на фиг.21, который выполнен в разделительной плите 6.

11) В средней части соединительного отверстия установлено сопло для впрыска газа.

Как показано на фиг.22, сопло 14 для впрыска газа установлено в средней части соединительного канала 9 и часть химически активного газа, вводимого в реактор с псевдоожиженным слоем, впрыскивалась в соединительный канал 9 через сопло 14. При этом было подтверждено, что в соединительном канале 9 практически не образовывалась накапливаемая часть.

На фиг. 23 показан пример, когда в качестве наконечника сопла 14 для впрыска газа используется пористый материал 15 [пористый огнеупорный материал (клинкер)] . Было подтверждено, что накапливание мелкозернистой руды в соединительном канале 9 может быть предотвращено таким же образом, как и в случае согласно фиг.22, когда наконечник сопла 14 для впрыска газа был изготовлен из пористого материала, как показано на фиг.23.

Согласно фиг.24 в соединительном канале 9 установлены три сопла 14а, 14b и 14с для впрыска газа, при этом наконечники сопл косо изогнуты от ближней по ходу к дальней по ходу стороне. При этом было подтверждено, что накапливание мелкозернистых частиц в соединительном канале 9 было полностью исключено.

Поскольку настоящее изобретение имеет вышеупомянутый состав, в реакторе с псевдоожиженным слоем, выполненном согласно настоящему изобретению, обеспечен соответствующий перепад высоты псевдоожиженного слоя между ближним и дальним по ходу отделениями, при этом в нем не происходит обратное перемешивание, либо величина обратного перемешивания очень незначительна. Соответственно, реактор с псевдоожиженным слоем, выполненный согласно настоящему изобретению, может быть использован для обработки мелкозернистой руды в псевдоожиженном состоянии.