Procedimiento y aparato para un tratamiento térmico en un lecho fluidiizado.

Un procedimiento para el tratamiento térmico de sólidos de grano fino,

en particular para la descomposición térmica de sales, en el cual los sólidos son calentados a una temperatura de 200 a 1400º C dentro de un reactor (1) de lecho fluidizado, caracterizado porque un primer gas o una mezcla de gas es introducido por debajo a través, de modo preferente, de un tubo (3) de suministro de gas hasta el interior de una cámara de mezcla (7) del reactor 1, estando el tubo (3) de suministro de gas al menos parcialmente rodeado por un lecho fluidizado anular fijo (10) el cual es fludizado mediante el suministro de gas fluidizante, y porque las velocidades del gas del primer gas o de la mezcla de gas y del gas fluidizante para el lecho fluidizado anular (10) se ajustan de manera que el número de Froude de las partículas del tubo (3) de suministro de gas oscile entre 1 y 100, en el lecho fluidizado anular (10) entre 0, 02 y 2, y en la cámara de mezcla (7) entre 0, 3 y 30.

Procedimiento y aparato para un tratamiento térmico en un lecho fluidiizado La presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento térmico de sólidos de grano fino, en particular para la descomposición térmica de sales, en el cual los sólidos son calentados a una temperatura de 200 a 1400º C en un reactor de lecho fluidizado, y a una planta correspondiente.

Dichos procedimientos y plantas son conocidos, por ejemplo, a partir del documento DE 27 10 978 A1 para la descomposición térmica de sales las cuales básicamente contienen sulfato de hierro para obtener óxido de hierro y dióxido de sulfuro en un lecho fluidizado en circulación de un reactor. En el fondo del reactor un aire primario es suministrado para fluidizar los sólidos, mientras que un aire secundario es introducido de forma adicional dentro de la porción superior del reactor. Entre el aire primario y el aire secundario es introducido en el reactor un combustible por unos conductos de alimentación. De modo preferente, debe siempre, en primer término, llevarse a cabo una combustión incompleta del combustible para producir una atmósfera de reducción dentro del reactor, por medio de lo cual se potencia la descomposición de las sales. En una segunda etapa. El suministro de aire secundario proporciona una combustión completa del combustible. Para fluidizar los sólidos, es sin embargo, necesaria una gran cantidad de aire primario, lo que conduce a una combustión adicional del combustible. Una reducción de la cantidad de aire primario, por otro lado, efectúa una fluidización en último término insuficiente de los sólidos, lo que conduce a una transferencia de calor reducida. Por consiguiente, la cantidad de aire primario puede únicamente ser ajustada dentro de unos límites estrechos. Así mismo, la introducción del aire secundario debe ser diseñada de una forma bastante compleja para conseguir una mezcla suficiente del aire secundario con el combustible.

Un procedimiento similar se conoce a partir del documento DE 24 08 308 C2 para la producción de óxido de magnesio y de dióxido de sulfuro a partir de sulfato de magnesio. Con este fin, el sulfato de magnesio es térmicamente descompuesto durante la combustión de un combustible dentro de un horno de lecho fluidizado.

Así mismo, son en general conocidos unos reactores para el tratamiento térmico de sólidos, cuyo lecho fulidizado se forma ya sea de manera fija o en circulación. Sin embargo, la utilización de la energía conseguida al utilizar un lecho fluidizado fijo necesita mejoras. Esto se debe en particular al hecho de que la transferencia de masa y de calor es más bien moderada debido al grado comparativamente bajo de fluidización. Por otro lado, los lechos fluidizados en circulación presentan unas mejores condiciones de transferencia de masa y de calor debido al grado de fluidización más elevado, pero son restringidos en términos de su tiempo de retención de los sólidos.

El documento EP 0 630 683 A1 divulga un procedimiento y un aparato para el enfriamiento de gas caliente en un reactor. El flujo de gas caliente entra en el reactor mediante un tubo de entrada y las partículas sólidas son transportadas desde un lecho fluidizado que rodea el tubo de entrada a través de un impulsor de flujo ascendente hasta el interior de la sección superior del reactor, donde son separadas y devueltas hasta el interior de la parte externa del lecho fluidiado. El gas enfriado es descargado a través de unas salidas dispuestas en la tapa del reactor.

Descripción de la invención Por consiguiente, constituye el objetivo de la presente invención mejorar las condiciones de la transferencia de masa y calor y la descomposición de sales durante el tratamiento térmico de los sólidos de grano fino .

De acuerdo con la invención este objetivo se resuelve mediante un procedimiento y una planta que comprende las características distintivas, respectivamente, de las reivindicaciones 1 y 12.

En el procedimiento de la invención, las ventajas de un lecho fluidizado fijo, como por ejemplo un tiempo de retención de los sólidos suficientemente largo, y las ventajas de un lecho fluidizado en circulación, como por ejemplo una transferencia de masa y calor satisfactorias, pueden sorprendentemente ser combinadas entre sí durante el tratamiento térmico, en particular la descomposición térmica de las sales, al tiempo que se evitan las desventajas de ambos sistemas. Al pasar a través de la zona superior del tubo central, el primer gas o la mezcla de gas arrastra los sólidos desde el lecho fluidizado anular fijo, el cual se designa como lecho fluidizado anular, hasta el interior de la cámara de mezcla, de manera que, debido a las altas velocidades de deslizamiento entre los sólidos y el primer gas, se forma una suspensión íntesamente mezclada y se consigue una transferencia de masa y calor óptimas entre las dos fases. Mediante el ajuste correspondiente de la altura del lecho fluidizado anular así como de las velocidades del gas del primer gas o de la mezcla de gas, y del gas fluidizante, la carga de los sólidos de la suspensión por encima de la zona del orificio de la zona central, puede modificarse dentro de los amplios márgenes, de manera que la pérdida de presión del primer gas entre la zona del orificio del tubo central y la salida superior de la cámara de mezcla puede oscilar entre 1 mbar y 100 mbares. En el caso de una carga elevada de sólidos de la suspensión dentro de la cámara de mezcla, una gran parte de los sólidos se separará de la suspensión y caerá de nuevo dentro del lecho fluidizado anular. Esta recirculación es denominada recirculacón interna de los sólidos, siendo el flujo de los sólidos que circulan en esta circulación interna normalmente considerablemente mayor que la cantidad de sólidos suministrados al reactor desde fuera. La (menor) cantidad de sólidos no precipitados es descargada de la cámara de mezcla juntamente con el primer gas o la mezcla de gas. El tiempo de retención de los sólidos dentro del reactor puede modificarse dentro de amplios márgenes mediante la selección de la altura y del área en sección transversal del lecho fluidizante anular y adaptarse al tratamiento térmico deseado. Debido a la elevada carga de sólidos, por un lado, y a la suspensión satisfactoria de los sólidos en el flujo de gas, por el otro, se obtienen unas condiciones excelentes para una transferencia de masa y calor satisfactoria por encima del orificio de la zona central. La cantidad de sólidos arrastrados desde el reactor con el flujo de gas es separada del flujo de gas y completamente o al menos parcialmente recirculada hacia el reactor, siendo convenientemente alimentada la recirculación hasta el interior del lecho fluidizado fijo. El flujo de materias sólidas recirculadas de esta manera hacia el lecho fluidizado anular normalmente se sitúa en el mismo orden de magnitud que el flujo de materia sólida suministrada al reactor desde fuera. Aparte de la excelente utilización de energía, otra ventaja del procedimiento de acuerdo con la invención consiste en la posibilidad de ajustar de manera rápida, fácil y fiable la transferencia de energía del procedimiento y la transferencia de masa a los requerimientos mediante la modificación de las velocidades del flujo del primer gas o de la mezcla del gas y del gas fluidizante. Por consiguiente, la cantidad de gas fluidizante (gas primario) suministrada, puede ser dosificada de tal manera que, por ejemplo, se obtenga una atmosfera de reducción en el lecho fluidizado anular, mientras que tiene lugar una transferencia de calor intensiva dentro de la cámara de mezcla.

Para asegurar una transferencia de calor particularmente eficaz dentro de la cámara de mezcla y un tiempo de retención suficiente dentro del reactor, las velocidades del gas de la primera mezcla del gas y del gas fluidizante se ajustan, de modo preferente, para el lecho fluidizado, de tal manera que el número de Froude de las partículas (Frt) adimensional dentro del tubo central es de 1, 15 a 20, en particular entre aproximadamente entre 7 y 8, en el lecho fluidizado anular de 0, 115 a 1, 15, en particular entre aproximadamente de 0, 4 y 0, 5, y / o dentro de la cámara de mezcla de 0, 37 a 3, 7, en particular entre aproximadamente de 1, 5 y 1, 8. El número de Froude de las partículas se define mediante la siguiente ecuación:

con u = velocidad efectiva del flujo de gas en m / s Ps = densidad de una partícula sólida en kg / m3

Pf = densidad efectiva del gas fluidizante en kg / m3

dP = diámetro medio en m de las partículas de las existencia del reactor (o de las partículas formadas) durante... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para el tratamiento térmico de sólidos de grano fino, en particular para la descomposición térmica de sales, en el cual los sólidos son calentados a una temperatura de 200 a 1400º C dentro de un reactor (1) de lecho fluidizado, caracterizado porque un primer gas o una mezcla de gas es introducido por debajo a través, de modo preferente, de un tubo (3) de suministro de gas hasta el interior de una cámara de mezcla (7) del reactor 1, estando el tubo (3) de suministro de gas al menos parcialmente rodeado por un lecho fluidizado anular fijo (10) el cual es fludizado mediante el suministro de gas fluidizante, y porque las velocidades del gas del primer gas o de la mezcla de gas y del gas fluidizante para el lecho fluidizado anular (10) se ajustan de manera que el número de Froude de las partículas del tubo (3) de suministro de gas oscile entre 1 y 100, en el lecho fluidizado anular (10) entre 0, 02 y 2, y en la cámara de mezcla (7) entre 0, 3 y 30.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el número de Froude de las partículas en el tubo (3) de suministro de gas oscila entre 1, 15 y 20, en particular entre aproximadamente 7 y 8

3. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el número de Froude de las partículas en el lecho fluidizado anular (10) oscila entre 0, 115 y 1, 15, en particular entre aproximadamente 0, 4 y 0, 5.

4. El procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el número de Froude de las partículas en la cámara de mezcla (7) oscila entre 0, 37 y 3, 7, en particular entre aproximadamente 1, 5 y 1, 8.

5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la altura del lecho de los sólidos existentes en el reactor (1) se ajusta de manera que el lecho fluidizado anular (10) se extienda más allá del extremo del orificio superior del tubo (3) de suministro de gas, y porque los sólidos son constantemente introducidos en el primer gas o en la mezcla de gas y son arrastrados por el flujo de gas hasta la cámara de mezcla (7) situada por encima de la zona del orificio del tubo (3) de suministro de gas.

6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los sólidos con contenido en sulfatos, como por ejemplo sulfato de hierro o sulfato de magnesio, precalentados, a aproximadamente 350º C, son suministrados como material de partida.

7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aire precalentado con una temperatura de aproximadamente de 300 a 500º C es suministrado al reactor (1) a través del tubo (3) de suministro de gas.

8. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aire precalentado a una temperatura de aproximadamente de 300 a 500º C es suministrado al reactor (1) como gas fluidizante.

9. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un combustible es introducido en el lecho fluidizado (10) y / o en la cámara de mezcla (7) del reactor (1) y porque la presión en el reactor (1) oscila entre 0, 8 y 10 bares.

10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el combustible es quemado de forma incompleta bajo una atmósfera reductora en el lecho fludizado anular (10) y se quema completamente en la cámara de mezcla (7) .

11. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas de escape del tratamiento térmico en el reactor (1) es suministrado a una planta corriente abajo para producir ácido sulfurico.

12. Una planta para el tratamiento térmico de sólidos de grano fino de acuerdo con un procedimiento tal y como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende un reactor (1) que constituye un reactor de lecho fluidizado para el tratamiento térmico, caracterizada porque el reactor (1) presenta un sistema de suministro de gas el cual se forma de tal manera que el gas que fluye a través del sistema de fluido de gas arrastra los fluidos procedentes del lecho fluidizado anular fijo (10) , el cual al menos parcialmente rodea el sistema de suministro de gas, hasta el interior de la cámara de mezcla (7) , porque corriente arriba del reactor se dispone una etapa de precalentamiento para retirar al menos parte del contenido en humedad de los sólidos, porque un separador (9) para separar los sólidos se dispone corriente abajo del reactor (1) , y porque el separador (9) presenta un conducto (12) de sólidos que conduce al lecho fluidizado anular (10) del reactor (1) y un conducto (13) para sólidos que conduce a una etapa de tratamiento corriente abajo.

13. La planta de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el sistema de suministro de gas presenta un tubo (3) de suministro de gas, el cual se extiende hacia arriba sustancialmente en vertical desde la zona inferior del reactor (1) hasta el interior de la cámara de mezcla (7) del reactor (1) , estando el tubo (3) de suministro de gas rodeado por una cámara la cual al menos parcialmente se extiende alrededor del suministro de gas y dentro de la cual se forma un lecho fluidizado anular fijo (10) .

14. La planta de acuerdo con las reivindicaciones 12 o 13, caracterizada porque el tubo (3) de suministro de gas está dispuesto aproximadamente en posición central con referencia al área en sección transversal del reactor (1) .

15. La planta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada porque en la cámara anular del reactor (1) se dispone un distribuidor de gas (5) , el cual divide la cámara en un lecho fluidizado anular superior 5 (10) y una cámara inferior (4) del distribuidor de gas la cual está conectada con un conducto de suministro (6) para el gas fluidizante.

16. La planta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizada porque una planta para producir ácido sulfúrico está dispuesta corriente abajo del reactor (1) , planta que está conectada con un conducto de gas de escape del reactor (1) y / o del separador corriente abajo (9) .