一種流化反應(yīng)器及使用該反應(yīng)器處理礦石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的反應(yīng)器及使用該反應(yīng)器處理礦石的方法，尤其涉及一種適用于固體顆粒的流化反應(yīng)器及使用該流化反應(yīng)器處理礦石的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，礦產(chǎn)資源是人類生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，世界上工業(yè)制成品的原料70%來自于礦產(chǎn)資源，能源有90%來自礦產(chǎn)資源。我國是世界上礦產(chǎn)資源比較豐富、礦種比較齊全的少數(shù)幾個國家之一。我國的礦產(chǎn)資源具有以下特點:
[0003]第一，礦產(chǎn)分布不均，一些重要的支柱性礦產(chǎn)多為短缺或探明儲量不足，需要長期依賴進(jìn)口。第二，貧礦多富礦少，低品位難選冶礦石所占比例大，如我國鐵礦石平均品位為33.5%，比世界平均水平低10個百分點以上；錳礦平均品位僅為22%，與世界商品礦石工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的48%相差甚遠(yuǎn)；銅礦平均品位僅為0.87% ;磷礦平均品位僅16.95% ;鋁土礦幾乎全為一水硬鋁石，分離提取難度很大。第三，大型-超大型礦床少、中-小型礦床多，以銅礦為例，我國迄今發(fā)現(xiàn)的銅礦產(chǎn)地900余處，其中大型-超大型礦床僅占3%，中型礦床占9 %，小型礦床多達(dá)88 %。第四，單一礦種的礦床少，共生礦床多，據(jù)統(tǒng)計我國的共、伴生礦床約占已探明礦產(chǎn)儲量的80 %。
[0004]目前，我國在礦石資源的利用上存在綜合利用意識淡薄、綜合利用率低；技術(shù)欠缺，工藝水平落后的問題。尤其是對中低品位礦石的綜合利用技術(shù)較為欠缺，其主要表現(xiàn)在:傳統(tǒng)礦產(chǎn)加工生產(chǎn)工藝復(fù)雜、流程長、成本高；采礦工藝技術(shù)水平落后、選冶過程的自動控制水平低、選冶流程不科學(xué)，使很多伴生、共生組分損失遺棄；大型高效低耗選冶加工裝備缺乏，選礦廠裝備水平不高；相對缺少對尾礦、廢渣等固體廢棄物進(jìn)行綜合回收利用的先進(jìn)裝備和工藝。因此，為了利用中低品位礦石，開發(fā)一種新型反應(yīng)器和新型生產(chǎn)工藝已成為亟待解決的問題。
[0005]相對于固定床反應(yīng)器而言，利用流態(tài)化技術(shù)的流化床反應(yīng)器具有傳熱和傳質(zhì)效率高，床層溫度趨于均勻，能防止局部過熱，操作較穩(wěn)定等特點，目前已經(jīng)作為一門基礎(chǔ)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、能源、環(huán)保等各個領(lǐng)域。中國專利(公開號為CN 102616759A)公開了一種流化床反應(yīng)器。該專利的流化床反應(yīng)器通過導(dǎo)熱板將氧化區(qū)和還原區(qū)分開并實現(xiàn)熱量耦合，通過使礦石物料流化還原，強化熱、質(zhì)傳遞，大幅降低其還原溫度和反應(yīng)時間，解決了回轉(zhuǎn)窯堵料結(jié)圈等問題。但是，該專利在實施過程中存在如下缺陷:首先，該專利的氣體分布器呈平面結(jié)構(gòu)，若在氣體分布器上沉積了較多的固體顆粒，平面狀的氣體分布器難以承受其重力而易造成斷裂，并且爐渣口設(shè)置在氣體分布器上方，平面結(jié)構(gòu)的氣體分布器也不利于爐渣的順利排出。其次，燃燒過程中通過平面狀的氣體分布器的能量不足，難以將還原反應(yīng)區(qū)的礦石托起而均勻分散在整個還原區(qū)，使得進(jìn)入的礦石大多沉積在還原反應(yīng)區(qū)的中下部，還原效果不理想，并且進(jìn)入的礦石容易對氣體分布器造成堵塞，影響反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。再次，通過導(dǎo)熱板將氧化區(qū)和還原區(qū)分開，利用導(dǎo)熱板來實現(xiàn)熱量耦合，不能充分利用熱量，易造成熱量的損失，使氧化區(qū)不能得到足夠的熱量。另外，該專利的富氧空氣和中間產(chǎn)物氣體均從下方進(jìn)氣口向上流動，由于二者的流速不同，導(dǎo)致混合效果不理想，使得氧化反應(yīng)進(jìn)行得不充分。
[0006]中國專利(公開號為CN 101413056A)公開了一種用于猛礦石的反應(yīng)器。該專利的反應(yīng)器為上中下三段立式結(jié)構(gòu)的還原焙燒爐。上段為焙燒室，對多管狀焙燒室或不規(guī)則球狀焙燒器中的錳粉進(jìn)行隔離火焰焙燒，有利于錳礦粉還原且不會揚塵。但是，該專利的焙燒室為多管結(jié)構(gòu)，需要多個燒嘴才能滿足各管對熱量的要求，不僅增加設(shè)備的成本，浪費燃料；而且，即使是分布多個燒嘴，也難以保證各管的還原溫度均勻，使得還原產(chǎn)品質(zhì)量存在差異。該專利將回收余熱后的空氣再次通入燃?xì)馊肟诠?，雖然可以提高熱能的利用，但是燃?xì)夂涂諝饣旌喜痪鶆颍剂先紵纬砷L火焰，使得燃燒不充分，造成能源的浪費。
[0007]另外，在中低品位礦石綜合利用技術(shù)中，還有如下兩個技術(shù)問題是容易被本領(lǐng)域技術(shù)人員忽略的:一是在高溫下，礦石中的部分成分易形成熔融態(tài)物質(zhì)，如焦炭、硅石、磷礦石等；粘流在爐壁上的熔融態(tài)物質(zhì)下降至出料口時，溫度的降低極易造成熔融態(tài)物質(zhì)結(jié)焦，進(jìn)而對出料口造成堵塞，使得反應(yīng)不能連續(xù)進(jìn)行，而且需要頻繁清洗反應(yīng)器。二是現(xiàn)有反應(yīng)器中使用的保溫材料多為不定型耐火材料，如莫來石澆注料、高鋁澆注料或是剛玉澆注料，所用耐火材料層的厚度通常為1000?1400_，雖然現(xiàn)有技術(shù)中采用的耐火材料層可有效地控制爐內(nèi)熱量的流失，但是耐火材料層的厚度較厚，極大地縮小了反應(yīng)器的可用空間。
[0008]因此，急需開發(fā)一種先進(jìn)的反應(yīng)器能替代現(xiàn)有技術(shù)中落后的反應(yīng)裝備，以解決中低品位礦石的利用問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明提供了一種流化反應(yīng)器，所述反應(yīng)器至少具有燃燒室和第一反應(yīng)室，所述燃燒室和所述第一反應(yīng)室通過設(shè)置在所述燃燒室頂部的噴射拱彼此分隔開，使得所述燃燒室內(nèi)經(jīng)燃燒產(chǎn)生的高溫氣體能夠通過設(shè)置在所述噴射拱上的噴流通道向上噴射入所述第一反應(yīng)室，所述噴射入第一反應(yīng)室的高溫氣體能夠用以將所述第一反應(yīng)室的固體顆粒物料托起并進(jìn)行高溫加熱反應(yīng)。所述第一反應(yīng)室可以被稱作還原室。所述第一反應(yīng)室也可以被稱作氧化室。所述第一反應(yīng)室還可以被稱作催化室。所述第一反應(yīng)室還可以被稱作置換室。所述噴射拱也可以被稱作拱形的氣體分布器。所述噴射拱也可以被稱作拱形的噴頭。所述噴流通道可以被稱作噴孔。所述噴流通道也可以被稱作氣孔。
[0010]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述噴射拱是由耐火材料制成的拱形結(jié)構(gòu)；所述至少一個噴流通道設(shè)置在所述噴射拱的中軸線附近的弧面上，并且所述噴流通道的尺寸至少滿足所述燃燒室內(nèi)燃料氣體膨脹后的氣體流速。所述拱形結(jié)構(gòu)也可以被稱作彎曲形結(jié)構(gòu)。
[0011]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述反應(yīng)器還具有第二反應(yīng)室，所述第一反應(yīng)室經(jīng)過加熱生成的中間產(chǎn)物隨高溫氣流上升至所述第二反應(yīng)室，并且所述中間產(chǎn)物與所述第二反應(yīng)室進(jìn)入的原料氣體繼續(xù)進(jìn)行高溫反應(yīng)；通過所述第一反應(yīng)室向上流動的高溫氣流與所述第二反應(yīng)室進(jìn)入的原料氣流形成穩(wěn)定的氣流界面以將所述第一反應(yīng)室與所述第二反應(yīng)室分隔開。所述第二反應(yīng)室可以被稱作還原室。所述第二反應(yīng)室也可以被稱作氧化室。所述第二反應(yīng)室還可以被稱作催化室。
[0012]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述第一反應(yīng)室和所述第二反應(yīng)室分別具有收集粘流在爐壁上的熔融態(tài)物質(zhì)的截流組件，所述截流組件分別設(shè)置于所述第一反應(yīng)室和所述第二反應(yīng)室的底部，并且所述截流組件包括至少一個第一截流槽和第一截流引出管，以及至少一個第二截流槽和第二截流引出管；其中，所述第一截流槽和所述第二截流槽，以徑向向內(nèi)突出的方式內(nèi)嵌于所述組合耐火材料層，并且所述第一截流槽和所述第二截流槽的接口向上傾斜以接收粘流在爐壁的熔融態(tài)物質(zhì)；所述第一截流引出管和所述第二截流引出管的開口向上傾斜并且所述第一截流引出管和所述第二截流引出管以其開口下沿分別與所述第一截流槽和所述第二截流槽的接口下沿對接的方式設(shè)置于所述第一截流槽和所述第二截流槽內(nèi)以將其所收集的熔融態(tài)物質(zhì)導(dǎo)出爐外。所述截流組件可以被稱作收集組件。所述截流槽可以被稱作收集槽。所述截流引出管可以被稱作導(dǎo)出管。所述截流引出管也可以被稱作引流管。
[0013]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述燃燒室底部沿中軸線方向設(shè)置有一燃?xì)膺M(jìn)口管，在所述燃?xì)膺M(jìn)口管的上端部設(shè)置有一燃燒頭；其中，所述燃燒頭由高溫耐火材料制成，并且所述燃燒頭呈拱形結(jié)構(gòu)，在所述拱形燃燒頭的弧面上按經(jīng)、瑋線方向間隔布置有多個直徑為6?12_的噴孔；所述燃燒頭的四周還布置有至少兩個空氣管，所述空氣管上方配有至少一個探測口，所述探測口用于監(jiān)測所述燃燒室的燃燒狀態(tài)。所述燃燒頭可以被稱作燒嘴。所述燃燒頭也可以稱作燃?xì)忸^。所述探測口可以被稱作溫度監(jiān)測口。所述探測口也可以被稱作溫度控制口。所述噴孔可以被稱作通孔。所述噴孔也可以被稱作通道。
[0014]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述反應(yīng)器還包括由耐火成型料和耐火澆注料組合而成的組合耐火材料層，所述組合耐火材料層內(nèi)襯于所述反應(yīng)器的外殼，并且所述組合耐火材料層的厚度為500?700_。所述組合耐火材料層可以被稱作保溫層。
[0015]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述第一反應(yīng)室還包括至少一個進(jìn)料管和至少一個排渣管；其中，所述進(jìn)料管位于所述第二反應(yīng)室的截流組件下部并且所述進(jìn)料管以其開口向下傾斜的方式設(shè)置于所述第一反應(yīng)室的上部；所述排渣管位于所述第一反應(yīng)室的截流組件下部并且所述排渣管以其向上傾斜的開口下沿與所述噴射拱的弧面對接的方式設(shè)置于所述第一反應(yīng)室的下端。所述排渣管也可以被稱作出料管。所述排渣管的開口下沿與所述噴射拱的弧面對接的方式也可以被稱作所述排渣管的開口下沿與所述噴射拱的弧面相切的方式。
[0016]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述燃燒室和所述第一反應(yīng)室的高溫為700?1350°C，所述第二反應(yīng)室的高溫為700?1800°C。
[0017]根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，所述第二反應(yīng)室還包括至少一個出口管和至少一個進(jìn)氣管；其中，所述出口管設(shè)置于所述第二反應(yīng)室頂部沿中軸線的方向上用以導(dǎo)出反應(yīng)產(chǎn)物和/或排除尾氣；所述進(jìn)氣管設(shè)置于所述第二反應(yīng)室的下部并且高于所述第二反應(yīng)室的截流組件的位置用以導(dǎo)入原料氣體并與所述第一反應(yīng)室向上流動至所述第二反應(yīng)室的中間產(chǎn)物繼續(xù)參加反應(yīng)。
[0018]本發(fā)明還提供了一種利用本發(fā)明的流化反應(yīng)器處理