FI118540B - Menetelmä ja laitteisto prosessikaasun käsittelemiseksi - Google Patents

Description

118540

MENETELMÄ JA LAITTEISTO PROSESSIKAASUN KÄSITTELEMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteistoon suspensiosulatusuunissa olevan kiintoainepitoisen prosessikaasun käsittelemiseksi.

5

Metallien, kuten kuparin, nikkelin tai lyijyn, talteensaamiseksi näitä metalleja sisältävistä sulfidisista raaka-aineista, kuten malmeista tai rikasteista käytetään yleisesti suspensiosulatusmenetelmää, jossa hyödynnetään hienojakoisten sulfidisten raaka-aineiden sisältämiä lämpömääriä. Sulfidisten raaka-aineiden 10 lisäksi suspensiosulatusuunin reaktioillaan syötetään happipitoista kaasua, kuten ilmaa, happirikastettua ilmaa tai happea. Lisäksi reaktiotilaan syötetään esimerkiksi suspensiosulatusuunin poistokaasuista talteenotettua ja takaisinkierrätettyä lentopölyä sekä metallurgista kuonaa muodostavaa ainetta, fluxia. Suspensiosulatusuunin reaktiotilassa kiinteät ja kaasumaiset 15 syötemateriaalit reagoivat keskenään siten, että suspensiosulatusuunin alaosaan eli alauuniin muodostuu ainakin kaksi sulafaasia, kuonafaasi sekä hyödynnettävän metallin sisältämä kivifaasi. Suspensiosulatusuunin alauuniin muodostuneet sulafaasit poistetaan suspensiosulatusuunista määrävälein. Sen : **· sijaan suspensiosulatusuunin reaktiotilassa muodostuneet rikkidioksidipitoiset • · 20 prosessikaasut johdetaan aiauunin kautta suspensiosulatusuunin nousukuiluun • a a : ja nousukuilusta edelleen suspensiosulatusuuniin yhdistettyyn • a jätelämpökattilaan, jossa suspensiosulatusuunin poistokaasut jäähdytetään.

• a a *;;·/ Jätelämpökattilassa lentopöly saatetaan reagoimaan rikkidioksidin ja hapen • a ’"** kanssa, jolloin kiintoaine sulfatoituu. Sulfatoitumisen toivotaan tapahtuvan 25 jätelämpökattilan säteilyosassa suspensiotilassa ennen kaasujen joutumista • a a konvektiotilaan, missä kyseinen reaktio voi muodostaa vaikeasti poistettavia • a *·* kiintoainekasvettumia kattilaputkien pinnoissa. Sulfatoitumista edistetään a*a happipitoisella kaasulla, joka syötetään jätelämpökattilaan.

• a a · ··♦ a 30 Suspensiosulatusprosessissa kuten liekkisulatusprosessissa, jolloin tuotteena on kuparikivi, kiven kuparipitoisuutta kontrolloidaan hapettumisreaktioilla, millä tarkoitetaan rikasteen osittaispolttoa. Prosessia säädetään hapen niukkuudella 2 118540 niin, että osa rikasteesta jää sulfidiseen muotoon koska uunin tuote on kuparikivi, jossa pitää olla rikkiä. Tämä tarkoittaa sitä, että hapetusreaktiot kuluttavat kaiken rikastepolttimesta syötetyssä happirikastetussa ilmassa olevan hapen ja jolloin osa syötteen rikistä ja raudasta jää palamatta 5 sulfidimuodossa lentopölyyn. Osa pölyn sulfideista voi palaa vuotoilman vaikutuksesta alauunissa, mutta koska kylmä ilma sekoittuu hitaasti kuuman prosessi-ilman kanssa, suurin osa sulfideista menee jätelämpökattilaan kaasuvirran mukana. Tästä johtuen prosessikaasun mukana kulkeva pöly on osittain sulfidista. Tunnetusti liekkisulatusuunin alauunin pölyn rikkipitoisuus on 10 välillä 10-20%. Joutuessaan jätelämpökattilaan lentopölyn sisältämän sulfidin palaminen jatkuu jätelämpökattilassa ja aiheuttaa ongelmia. Jätelämpökattilassa sulfidit alkavat palaa sulfatointi-ilman kanssa, jolloin vapautuu lämpöä ja muodostuu kasvettumia kattilan putkien pinnoille. Myös pölyn sulfatoituminen hidastuu, koska osa sulfatointi-ilman hapesta kuluu 15 sulfidien palamiseen. Pölykasvannaisista aiheutuvat vaikeudet esiintyvät lähinnä seuraavilla tavoilla: konvektiojäähdytyspakettien tukkeutumisena jätelämpökattilan konvektio-osassa, jätelämpökattilan ja siihen liitetyn sähkösuotimen välisen putken tukkeutumisena sekä sähkösuotimen »» : **· emissioelektrodeille muodostuvina kasvannaisina.

:!**i 20 ·· · : *.** Esilläolevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada entistä parempi tapa ··· käsitellä suspensiosulatusuunin alauunissa virtaavaa prosessikaasua ennen • *** prosessikaasun joutumista jätelämpökattilaan. Erityisesti keksinnön tarkoitus on • · ***** syöttää alauunissa virtaavaan prosessikaasuun oksidointikaasua, jotta saadaan . 25 jätelämpökattilaan ohjatun prosessikaasun kiintoaineiden sisältämien sulfidien • · · 'li:' määrä minimoitua. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista • · ”* patenttivaatimuksista.

• · ···· *·« • ♦ '*;** Keksinnön mukaan suspensiosulatusuunissa oleva kiintoainepitoinen ..*:* 30 prosessikaasu ohjataan suspensiosulatusuunin reaktiokuilusta alauuniin ja ·»· :...: edelleen nousukuilun kautta jätelämpökattilaan prosessikaasun jäähdyttämiseksi, jolloin alauunissa virtaavaan prosessikaasuun syötetään 3 118540 alauunin kattoon sijoitettujen yhden tai useamman kaasusuuttimen kautta oksidointikaasua, jolloin oksidointikaasun määrää säädetään prosessin aikana siten, että jätelämpökattilaan ohjatun prosessikaasun kiintoaineiden sisältämien sulfidien määrä on minimoitu. Näin ollen saadaan tehostettua 5 jätelämpökattilassa tapahtuvia sulfatointireaktioita ja vähennettyä kasvettumien syntymistä. Syöttämällä prosessioloihin suhteutettu määrä oksidointikaasua alauunissa vihaavaan prosessikaasuun saavutetaan edullinen koostumus prosessikaasulle ennen sen joutumista jätelämpökattilaan. Oksidointikaasun syöttäminen alauuniin on myös suspensiosulatusuunin energiatalouden 10 kannalta edullista, koska sulfidien palamisessa syntyvä reaktiolämpö vapautuu uunissa eikä jätelämpökattilassa. Näin ollen alauunissa tarvittavan lisäpolttoaineen määrä vähenee.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheiseen piirustuksiin, 15 joissa kuvio 1 esittää erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa kaavamaisena osittain leikattuna sivukuvantona, ··

· ** kuvio 2 esittää leikkausta kuviosta 1 suunnassa A

V‘i 20 • · · • · ·

Kuvion 1 ja 2 mukaisesti suspensiosulatusuunin 1 reaktiotilassa 2 tapahtuvassa • · '·;* sulatuksessa muodostuvat rikkidioksidipitoiset kaasut poistuvat alauunin 3 • · · ‘“f kautta suspensiosulatusuunin nousukuiluun 4. Nousukuilu 4 on aukon 5 kautta • · yhdistetty jätelämpökattilaan 6, jossa rikkidioksidipitoiset poistokaasut 25 jäähdytetään. Suspensiosulatusuunin reaktiotilassa 2 kiinteät ja kaasumaiset · · .·». syötemateriaalit reagoivat keskenään siten, että suspensiosulatusuunin • ♦ ·* alaosaan eli alauuniin 3 muodostuu ainakin kaksi sulafaasia, kuonafaasi sekä ··♦ hyödynnettävän metallin sisältämä kivifaasi. Keksinnön mukaan alauunissa • » ’*; vihaavaan prosessikaasuun 7 syötetään suihkuna alauunin kattoon 12 * ···:* 30 sijoitettujen kaasusuuttimien 8 kautta oksidointikaasua 9, jotta • · * : prosessikaasussa olevat metallisulfidit hapettuisivat ennen jätelämpökattilaan joutumista, eivätkä jatkaisi palamista jätelämpökattilassa. Alauunin katolla 4 118540 tarkoitetaan reaktiokuilun ja nousukuilun välistä tasoa. Kaasusuuttimet 8 on tehty kestävästä materiaalista, kuten haponkestavästä metalliputkesta. Oksidointikaasun 9 syöttömäärää säädetään prosessin aikana siten, että jätelämpökattilaan 6 ohjatun prosessikaasun kiintoaineiden sisältämien 5 sulfidien määrä eli pitoisuus on minimoitu. Syötetyn oksidointikaasun eli esimerkiksi puhtaan hapen määrää ja syöttötahtia säädetään halutuksi prosessinohjauksen avulla.

Kaasusuuttimet 8 oksidointikaasun 9 injektoimiseksi asetetaan alauunin kattoon 10 12 niin, että ne ulottuvat katon tulenkestävän vuorauksen 10 läpi alauunin kaasutilaan halutulle korkeudelle. Kaasusuuttimet 8 on tuettu yläosastaan esimerkiksi uunin huoltotasoon 11, josta käsin niiden käsittely ja säätö on mahdollista. On edullista, että kaasusuuttimen injektointipiste 13, eli kohta josta oksidointikaasu syötetään, on yli 1000 millimetriä alauunin sulapinnan 15 yläreunasta 14. Sulapinnan 14 ja injektointipisteen 13 välinen etäisyys B on edullisesti yli 1000 millimetriä. Oksidointikaasuna 9 syötetään esimerkin mukaan happea kuudesta kaasusuuttimesta 8, jotka on asetettu alauunin kattoon 12 lähelle nousukuilua 4. Oksidointikaasu 9 syötetään niin, että • t i *·· kaasusuuttimet ovat tietyssä kulmassa C, kuten 45 asteen kulmassa • * :.‘*i 20 alauunissa virtaavaa prosessikaasuvirran 7 suuntaa vastaan. Prosessikaasu ·· · : V virtaa horisontaalisuunnassa alauunissa 3, kohtisuoraan nousukuiluun 4 ··· :···: nähden. Näin ollen oksidointikaasun 9 virtaussuunta kohtaa alauunissa • · · viilaavan prosessikaasuvirran edullisessa kulmassa ja varmistetaan että kaikki • · **·*’ prosessikaasuvirran sisältämä kiintoaine eli lentopöly oksidoituu syötetyn . 25 oksidointikaasun 9 vaikutuksesta. Myöskin oksidointikaasun määrä on • · · li; suhteessa alauunissa vihaavan kokonaiskaasumäärän sisältämään • · *" pölymäärään ja sen rikkipitoisuuteen sekä uunin kokoon. Alauuniin 3 ···*:* syötettävän kaasun määrä on 0,2 · 5%, edullisesti 0,8 - 2% • *· *”** suspensiosulatusuunin alauunissa vihaavasta prosessikaasun t 30 kokonaismäärästä. Kaasusuuttimet 8 sijoitetaan halutuin välimatkoin alauunin ··· kattoon 12, kuitenkin niin että niistä syötetty oksidointikaasu jakautuu tasaisesti alauuniin. Myöskin kaasusuutinten asento voi vaihdella suhteessa toisiinsa, 5 118540 riippuen katon kaltevuudesta ja prosessista. Luonnollisesti alauunin 3 katon 12 muoto täytyy ottaa huomioon kaasusuutinten asettelussa. Kaasusuutinten sisähalkaisijaa muuttamalla voidaan vaikuttaa syötettävän oksidointikaasun nopeuteen. Sisähalkaisijan ollessa edullisesti 30-90 millimetriä, saavutetaan 5 edullinen nopeus syötettävälle oksidointlkaasulle. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan kaasusuuttimia on alauunin katossa edullisesti ainakin kolme kappaletta, kuten 4-6 kappaletta.

ESIMERKKI

10

Keksintöä havainnollistetaan oheisen esimerkin avulla. Esimerkin mukaan suspensiosulatusuunissa valmistetaan kuparikiveä. Suspensiosulatusuunin alauuniin injektoidaan oksidointikaasua suspensiosulatusuunlsta poistuvan prosessikaasun kiintoaineiden sisältämien sulfidien määrän minimoimiseksi. 15 Esimerkin mukaan kokonaisprosessikaasuvirta alauunissa on 70 000 Nm3/h ja sen mukana suspensiona kulkevan kiintoaineen eli pölyn rikkipitoisuus on 12.2%. Suspensiona kulkevan pölyn rikkisisällön hapettamiseen tarvitaan 1350 Nm3/h happea, mikä todetaan pölyn hapetusreaktioiden avulla.

• a : ’·· Oksidointikaasuna käytetään happea, jota puhalletaan alauuniin kuudesta • · :.‘*i 20 kaasusuuttimesta, joiden sisähalkaisija on 70 millimetriä. Kaasusuuttimet on ·· · ' *·** asetettu alauunin kaarevaan kattoon lähelle nousukuilua. Neljä keskimmäistä • 9 *··; suutinta asetetaan 45 asteen kulmaan ja kaksi laitimmaista 30 asteen kulmaan • tl *;j;* prosessikaasuvirtaan nähden, jotta niiden suihkuttama oksidointikaasu kohtaa • · ***** oikeassa asennossa prosessikaasuvirran alauunissa. Näin mitoitettuna happea . 25 voidaan injektoida 150 - 250 Nm3/h per suutin eli yhteensä 900 · 1500 Nms/h f.: tarpeen mukaan ja samalla saavuttaa tehokas hapen sekoittuminen • · *" pääkaasuvirtaan ilman, että happisuihku saavuttaa sulapinnan. Alauunin katon • · · etäisyys sulapinnasta vaihtelee välillä 1.8 - 2.2 metriä uunin keskilinjalla ja m 9 '*:** välillä 1 - 1.4 metriä lähellä alauunin seiniä. Ero edellä mainituissa * ...*:* 30 etäisyyksissä keskilinjan ja seinien läheisyyden välillä johtuu siitä, että alauunin ··· katto on muodoltaan kaareva. Vaihtelu taas johtuu sulapinnan normaalivaihtelusta operoinnin aikana. Esitetyn esimerkin mukaan 6 118540 prosessikaasuvirran lentopölyn sisältämän rikin määrää saadaan olennaisesti vähennettyä ennen prosessikaasun joutumista jätelämpökattilaan.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät 5 rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

• 4 4 · · • · I I * • · · • * » I « • · ··» • · • · ··· • « · 4 4* 444 4 44 4 4 4 4 44 4 4 4 4 4 4*4 44* ··· • * • · • · 4 4 4 4 44 4 4444 444 4 4 • · • · · * 44m 4 4444 444 4 4 4 · 444

Claims (10)

118540

1. Menetelmä suspensiosulatusuunissa (1) olevan kiintoainepitoisen prosessikaasun (7) käsittelemiseksi, jossa menetelmässä 5 prosessikaasu ohjataan suspensiosulatusuunin reaktiokuilusta (2) alauuniin (3) ja edelleen nousukuilun (4) kautta jätelämpökattilaan (6) prosessikaasun jäähdyttämiseksi, tunnettu siitä, että alauunissa (3) vihaavaan prosessikaasuun (7) syötetään alauunin (3) kattoon (12) sijoitettujen yhden tai useamman kaasusuuttimen (8) kautta 10 oksidointikaasua (9), jolloin oksidointikaasun määrää säädetään prosessin aikana siten, että jätelämpökattilaan (6) ohjatun prosessikaasun kiintoaineiden sisältämien sulfidien määrä on minimoitu.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syötetyn oksidointikaasun (9) suihku suunnataan alauunin katosta (12) sopivassa kulmassa (C) prosessikaasuvirtaan (7) nähden, edullisesti 30-60 asteen kulmassa. • · • ·· • · • · * !: / 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · » suspensiosulatusuunin (1) alauuniin (3) syötetään oksidointikaasua • · /I?, (9) 0,2 - 5%, edullisesti 0,8 - 2% suspensiosulatusuunin alauunissa • · · ,·*>' viilaavasta prosessikaasun kokonaismäärästä. • · ··· . .·. 25

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · ··· 1. että oksidointikaasua (9) syötetään prosessiolosuhteisiin ··· \ suhteutetusta, sopivasta määrästä kaasusuuttimia (8), edullisesti vähintään kolmesta kaasusuuttimesta. • · ··« ··· *::! 30

5. Patenttivaatimuksen 1, 2,3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • » **’ että oksidointikaasua (9) syötetään alauuniin (3) kaasusuuttimilla (8), jotka ovat sisähalkaisijaltaan 30-90 millimetriä. 118540

6. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3, 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oksidointikaasuna (9) syötetään happea tai happirikastettua ilmaa. 5

7. Laitteisto suspensiosulatusuunissa olevan kiintoainepitoisen prosessikaasun (7) käsittelemiseksi, jolloin prosessikaasu ohjataan suspensiosulatusuunin reaktiokuilusta (2) alauuniin (3) ja edelleen nousukuilun (4) kautta jätelämpökattilaan (6) prosessikaasun 10 jäähdyttämiseksi, tunnettu siitä, että alauunin (3) kattoon (12) on järjestetty yksi tai useampi kaasusuutin (8) oksidointikaasun (9) syöttämiseksi alauunissa (3) viilaavaan prosessikaasuun (7), jolloin oksidointikaasun määrä on säädettävissä prosessin aikana siten, että jätelämpökattilaan (6) ohjatun prosessikaasun kiintoaineiden 15 sisältämien sulfidien määrä on minimoitu.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että oksidointikaasun (9) injektointipisteen (13) ja alauunin sulapinnan (14) • · \ *[ välinen etäisyys (B) on yli 1000 millimetriä. • · * .· 20 # · ·

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että • "I* kaasusuuttimia (8) oksidointikaasun syöttämiseksi on edullisesti .'!* vähintään kolme. • ♦ • · ··♦ , .·. 25

10. Patenttivaatimuksen 7 tai 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että • · · .*··. kaasusuuttimien (8) sisähalkaisija on 30-90 millimetriä. «·· * · *«·· «·· • ♦ • · ··· 1 «··· ··· • » • · 118540