处理含金属酸液尤其酸洗污泥和/或从含金属酸液再生酸组分的反应器、预热器装置、方法与流程

本申请涉及一种用于处理含金属的酸溶液、尤其是酸洗污泥、和/或用于从含金属的酸溶液中再生酸组分的反应器。

而且，本申请涉及一种用于反应器的预热器装置。

此外，本申请涉及一种用于处理含金属的酸溶液、尤其是酸洗污泥、和/或用于从含金属的酸溶液中再生酸组分的方法。

背景技术：

在许多工业领域—诸如钢铁工业、镀锌工业等—在制造过程中产生含有铁组分和潜在地含有有色金属的金属废酸溶液。具体而言，这些酸溶液出现在各种技术过程中，诸如酸洗过程和包含在矿石中的不同金属组分的分离过程中。在酸溶液是工业过程的不良副产物的情况下，它们作为工业废物被长期处理或储存。近年来，清除或处理这种工业废物的成本增加。而且，所涉及的酸本身相对昂贵，因此期望再生这些酸。

例如，对于含铁的酸溶液，诸如酸洗污泥，可在反应器中进行水解，尤其是高温水解。在这些反应器中，采用高温处理酸溶液，从而产生固体氧化铁以及包含蒸发的酸的烟气(或烟道气)。反应器/炉，尤其是焙烧炉，通常包括作为热源的燃烧器装置，燃烧器装置燃烧燃料并提供必要的热量。为了节省成本且出于环境原因，期望减少在这些反应器中消耗的能量。

技术实现要素：

因此，本申请的目的在于提供一种用于处理含金属的酸溶液、尤其是酸洗污泥、和/或用于从含金属的酸溶液中再生酸组分的高效(尤其是能量高效)的反应器或反应器系统。

该目的通过一种用于处理含金属的酸溶液、尤其是酸洗污泥、和/或用于从含金属的酸溶液中再生酸组分的反应器来实现，其中该反应器被配置成使得：

---将含金属的酸溶液送入该反应器，

---将燃料和包含氧气的第一气体或气体混合物送入反应器的加热器装置，

---借助于燃料的至少一部分和第一气体或气体混合物的至少一部分，在反应器中形成被加热的第二气体或气体混合物，

其中，该反应器包括预热器装置，用于在第一气体或气体混合物被送入加热器装置之前借助于第二气体或气体混合物预热第一气体或气体混合物。

因此，根据本申请，有利地可能的是，在处理含金属的酸溶液时在反应器中，尤其是在高温水解反应器中，形成或产生的热的第二气体或气体混合物被用于预热被送入反应器并至少部分地与燃料一起使用以加热反应器中含废物的酸溶液的第一气体或气体混合物。其中，可以建立能量高效的过程。为了预热第一气体或气体混合物，使用预热器装置。尤其是，预热器装置可以形成为反应器的一部分，或者可以是包含在反应器中和/或连接到反应器的设备。

尤其是，在反应器中形成或产生的第二气体或气体混合物(或者废烟)的温度比进入反应器的加热器装置的第一气体或气体混合物的温度高(很多)。根据本申请，可能的是，第二气体或气体混合物的热能中的一部分被有利地用于在第一气体或气体混合物进入反应器的加热器装置之前预热第一气体或气体混合物。因此，能够降低反应器的能耗。

根据本申请，尤其可设想到第一气体或气体混合物是空气。

根据本申请，尤其可设想到第二气体或气体混合物是在处理含金属的酸溶液(例如，酸洗废液)时在反应器(如高温水解反应器)中产生/形成的气体/烟道气。其中，被加热的第二气体或气体混合物优选地进一步借助于含金属的酸溶液在反应器中形成(尤其是除了借助于燃烧燃料的至少一部分和第一气体或气体混合物的至少一部分之外)。

在从属权利要求中描述了本申请的实施例。

根据本申请的实施例，优选的是，预热器装置被配置成使得在将第一气体或气体混合物送入加热器装置之前，借助于预热器装置在第一气体或气体混合物与第二气体或气体混合物之间建立热传递。

由此，可在预热器装置中高效地预热第一气体或气体混合物。优选的是，预热器装置被配置成使得在预热器装置中第一气体或气体混合物与第二气体或气体混合物气密地密封隔离，且第一气体或气体混合物借助于第二气体或气体混合物被预热。

根据本申请的实施例，优选的是，加热器装置被配置成使得为了形成被加热的第二气体或气体混合物，借助于第一气体或气体混合物的至少一部分燃烧掉燃料的至少一部分。

具体而言，优选的是，加热器装置包括至少一个(通常是几个)燃烧器设备，其中燃料在所述燃烧器设备中在第一气体或气体混合物的至少一部分的帮助下被燃烧掉。

另外或者替代性地，优选的是，为了燃烧掉燃料仅使用第一气体或气体混合物(其被送入加热器装置)的一部分，而第一气体或气体混合物的其余部分不与燃料发生化学反应。第一气体或气体混合物的所述其余部分在过程中被加热，并且被包含在被加热的第二气体或气体混合物中。第一气体或气体混合物的被包含在被加热的第二气体或气体混合物中的其余部分可有利地被用于处理反应器内部的含金属的酸溶液。

根据本申请的实施例，优选的是，预热器装置被布置成至少部分地围绕反应器的第一区段，和/或至少部分地围绕反应器的排气口的第二区段。

具体而言，优选的是，根据本申请的实施例，预热器装置围绕第一区段和/或第二区段的整个周边布置。

根据本申请的实施例，预热器装置和/或反应器被配置成使得第一气体或气体混合物在被送入加热器装置之前穿过预热器装置的预热区段，其中预热区段在其径向内侧上至少部分地由预热器装置和/或反应器的径向内壁界定，其中优选地—借助于径向内壁—在预热器装置的预热区段与反应器的第一区段和/或反应器的排气口的第二区段之间建立热传递。

由此，根据本申请的实施例，可借助于内壁，将第二气体或气体混合物流经的反应器的第一区段/第二区段(或容积)热连接至预热器装置的预热区段(或者容积)，第一气体或气体混合物在进入反应器的加热器装置之前被引导穿过预热器装置的预热区段。由此，能够实现第二气体或气体混合物与第一气体或气体混合物之间的热传递。内壁中所包含的材料可被选择成使得能够获得期望的导热率。

根据本申请的实施例，预热器装置包括若干肋状体，其中这些肋状体尤其附接至预热器装置和/或反应器的径向内壁，其中优选地，这些肋状体的至少一部分被布置成平行于预热器装置的轴向方向，和/或被布置在围绕径向内壁的周向方向上。

由此，根据本申请的实施例，可借助于肋状体建立改进的热传递。肋状体尤其位于预热器装置的预热区段中，使得第一气体或气体混合物在流经预热区段时接触肋状体。由此可实现对第一气体或气体混合物的尤其高效的预热。尤其可设想到肋状体被布置成围绕内壁的整个周边等距地间隔。

根据本申请的实施例，预热器装置包括进口和出口，其中预热器装置被配置成使得—借助于进口—第一气体或气体混合物进入预热器装置，尤其是进入预热器装置的预热区段，其中预热器装置被配置成使得—借助于出口—第一气体或气体混合物流出预热器装置，尤其是流出预热器装置的预热区段，其中进口被布置在预热器装置的上部，出口被布置在预热器装置的下部，尤其是使得出口比进口更靠近加热器装置。

具体而言，由此可使预热器装置中的第一气体或气体混合物的流动方向在穿过预热器装置时，尤其是在穿过反应器和/或排气口的第一区段和/或第二区段时，至少部分地与第二气体或气体混合物的流动方向相反。

术语“上”和“下”尤其指的是现场的反应器或预热器装置的安装情况。具体而言，对于已安装的预热器装置，上部被定位成比下部离地面(反应器定位于地面上)更远。

根据本申请的实施例，优选的是，反应器包括或是焙烧炉，优选是喷射焙烧炉或流化床反应器。

由此，根据本申请的实施例，反应器可被有利地配置成用于进行高效的高温水解。

根据本申请的实施例，优选的是，预热器装置被配置成使得第一气体或气体混合物借助于第二气体或气体混合物被加热至少20℃，优选地至少40℃，更优选地至少60℃。

由此，可有效地节约能量。优选地可设想到当流出预热器装置时，第一气体或气体混合物比其进入预热器装置时热至少20℃，更优选地热至少40℃，进一步更优选地热至少60℃。

另外或者替代性地，根据本申请的实施例可设想到在借助于第二气体或气体混合物预热第一气体或气体混合物期间，第二气体或气体混合物尤其是在穿过预热器装置，尤其是穿过反应器的第一区段，和/或反应器和/或排气口的第二区段(从预热器装置的第一(下)端至预热器装置的第二(上)端)时被冷却至少10℃，优选地至少20℃，更优选地至少30℃。

根据本申请的实施例，可能的是，第二气体或气体混合物以介于800℃至900℃之间、优选地介于820℃至870℃之间的温度进入预热器装置，尤其是反应器和/或排气口的第一区段和/或第二区段。

替代性地或者另外，根据本申请的实施例可设想到第一气体或气体混合物以介于30℃至70℃之间、优选地介于40℃至65℃之间，更优选地约60℃的温度进入预热器装置。替代性地或另外，可设想到第一气体或气体混合物以介于80℃至120℃之间、优选地介于90℃至120℃之间的温度离开/流出预热器装置。

根据本申请的实施例，含金属的酸溶液包含氯化铁组分和酸组分，其中含金属的酸溶液尤其还包含漂洗水组分和/或金属盐组分，其中优选地，酸组分包含盐酸或者是盐酸。

根据本申请的实施例，可设想到氯化铁组分包括氯化铁fecl3和/或氯化亚铁fecl2。

根据本申请的实施例，反应器被配置成使得含金属的酸溶液在反应器中被至少部分地水解，从而至少部分地产生蒸发的酸组分和氧化铁组分，其中所产生的蒸发的酸组分是第二气体或气体混合物的一部分。

例如，根据本申请的实施例，可能的是，第二气体或气体混合物包含氧气、氮气、水、盐酸和二氧化碳。

此外，本申请涉及一种根据本申请的实施例的用于反应器的预热器装置，其中预热器装置适于在第一气体或气体混合物被送入加热器装置之前借助于第二气体或气体混合物预热第一气体或气体混合物。

因此，根据本申请，尤其是根据本申请的预热器装置，有利地可能的是，在处理含金属的酸溶液的反应器中，尤其是在高温水解反应器中，形成或产生的第二气体或气体混合物可被用于在将第一气体或气体混合物送入反应器之前预热第一气体或气体混合物。其中，可建立能量高效的过程。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的预热器装置的实施例，优选的是，预热器装置适合在第一气体或气体混合物与第二气体或气体混合物之间建立热传递，尤其是适合在第一气体或气体混合物被送入加热器装置之前建立热传递。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的预热器装置的实施例，优选的是，预热器装置适于至少部分地围绕反应器的第一区段和/或至少部分地围绕反应器的排气口的第二区段布置。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的预热器装置的实施例，优选的是，预热器装置适于在将第一气体或气体混合物送入加热器装置之前使第一气体或气体混合物穿过预热器装置的预热区段，其中预热区段在其径向内侧上至少部分地由预热器装置和/或反应器的径向内壁界定，其中优选地—借助于径向内壁—预热器装置适于在预热器装置的预热区段与反应器的第一区段和/或反应器的排气口的第二区段之间建立热传递。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的预热器装置的实施例，优选的是，预热器装置包括若干肋状体，其中这些肋状体尤其附接至预热器装置和/或反应器的径向内壁，其中优选地，这些肋状体的至少一部分被布置成平行于预热器装置的轴向方向，和/或被布置在围绕径向内壁的周向方向上。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的预热器装置的实施例，优选的是，预热器装置包括进口和出口，其中预热器装置被配置成使得—借助于进口—第一气体或气体混合物进入预热器装置，尤其是进入预热器装置的预热区段，其中预热器装置被配置成使得—借助于出口—第一气体或气体混合物流出预热器装置，尤其是流出预热器装置的预热区段，其中进口被布置在预热器装置的上部，出口被布置在预热器装置的下部，尤其是使得出口比进口更靠近加热器装置。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的预热器装置的实施例，优选的是，预热器装置适于借助于第二气体或气体混合物将第一气体或气体混合物加热至少20℃，优选地至少40℃，更优选地至少60℃。

此外，本申请涉及一种用于处理含金属的酸溶液、尤其是酸洗污泥、和/或用于从含金属的酸溶液中再生酸组分的方法，其中该方法至少包括下列步骤：

---将含金属的酸溶液送入反应器，

---将包含氧气的第一气体或气体混合物和燃料送入反应器的加热器装置，

---借助于燃料的至少一部分和第一气体或气体混合物的至少一部分，在反应器中形成被加热的第二气体或气体混合物，

其中，在第一气体或气体混合物被送入加热器装置之前借助于第二气体或气体混合物预热第一气体或气体混合物。

因此，根据本申请，有利地可能的是，在处理含金属的酸溶液的反应器中形成或产生的第二气体或气体混合物被用于预热与燃料一起使用以加热反应器中的含废物的酸溶液的第一气体或气体混合物。其中，可建立能量高效的过程。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的方法的实施例，优选的是，反应器包括预热器装置，用于借助于第二气体或气体混合物预热第一气体或气体混合物，其中借助于预热器装置，在第一气体或气体混合物与第二气体或气体混合物之间建立热传递，其中预热器装置优选地被布置成至少部分地围绕反应器的第一区段，和/或至少部分地围绕反应器的排气口的第二区段。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的方法的实施例，优选的是，第一气体或气体混合物在被送入加热器装置之前穿过预热器装置的预热区段，其中预热区段在其径向内侧上至少部分地由预热器装置和/或反应器的径向内壁界定，其中优选地—借助于径向内壁—在预热器装置的预热区段和反应器的第一区段和/或反应器的排气口的第二区段之间建立热传递。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的方法的实施例，预热器装置包括进口和出口，其中—借助于进口—第一气体或气体混合物进入预热器装置，尤其是进入预热器装置的预热区段，其中—借助于出口—第一气体或气体混合物流出预热器装置，尤其是流出预热器装置的预热区段，其中进口被布置在预热器装置的上部，出口被布置在预热器装置的下部，尤其是使得出口比进口更靠近加热器装置。

具体而言，由此可能的是，预热器装置中的第一气体或气体混合物的流动方向至少部分地与在预热器装置内，尤其是在反应器和/或排气口的第一区段和/或第二区段内的第二气体或气体混合物的流动方向相反。

术语“上”和“下”尤其指的是现场的反应器或预热器装置的安装情况。具体而言，对于已安装的预热器装置，上部被定位成比下部离地面(反应器定位于地面上)更远。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的方法的实施例，优选的是，在借助于第二气体或气体混合物预热第一气体或气体混合物期间，第一气体或气体混合物被加热至少20℃，优选地至少40℃，更优选地至少60℃。

根据本申请的实施例，尤其是根据本申请的方法的实施例，优选的是，含金属的酸溶液在反应器中被至少部分地水解，从而至少部分地产生蒸发的酸组分和氧化铁组分，其中产生的蒸发的酸组分是第二气体或气体混合物的一部分。

在本申请方法的上下文中或在本申请方法的实施例的上下文中描述的特征、实施例和优点也可以应用于本申请的反应器或反应器系统或本申请的预热器装置。在本申请的反应器的上下文中或在本申请的反应器的实施例的上下文中描述的特征、实施例和优点也可以应用于本申请的方法或本申请的预热器装置。在本申请的预热器装置的上下文中或在本申请的预热器装置的实施例的上下文中描述的特征、实施例和优点也可以应用于本申请的方法或本申请的反应器或反应器系统。

通过以下结合附图的详细描述，本申请的这些和其它特征、特点和优点将变得明显，附图通过示例的方式示出了本申请的原理。仅出于示例的目的给出了描述，而不限制本申请的范围。以下引用的参考图指的是附图。

附图说明

图1示意性地示出根据本申请的实施例的反应器。

图2示意性地示出根据本申请的实施例的反应器。

图3示意性地示出根据本申请的实施例的预热器装置。

图4示意性地示出根据本申请的实施例的预热器装置。

图5示意性地示出根据本申请的实施例的预热器装置的上部的特写图。

具体实施方式

将关于特定实施例并参考某些附图来描述本申请，但是本申请不限于此，而是仅由权利要求限制。所描述的附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸可能被夸大并且不按比例绘制。

当提及单数名词时使用不定冠词或定冠词，例如“一”、“一个”、“该(所述)”，这也包括该名词的复数形式，除非另有特别说明。

此外，说明书和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区分相似的元件，而不一定用于描述顺序或时间顺序。应理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本申请的实施例能够以不同于本文描述或示出的顺序操作。

在图1中，示意性地示出了用于处理含金属的酸溶液1、尤其是酸洗污泥、和/或用于从含金属的酸溶液1中再生酸组分的反应器30的实施例。优选地，反应器30是喷射焙烧炉或流化床反应器。反应器系统被配置成使含金属的酸溶液1被送入反应器30。反应器30包括加热器装置36，加热器装置36优选地包括一个或多个燃烧器设备36。燃料14和第一气体或气体混合物11被送入加热器装置36。优选地，第一气体或气体混合物11是空气。借助于加热器装置36(尤其是借助于燃烧器设备)，燃料14与第一气体或气体混合物11的一部分一起燃烧，产生被加热的第二气体或气体混合物12，第二气体或气体混合物12与反应器30内部的含金属的酸溶液1发生化学反应。由此，得到固体氧化铁组分6，并且酸组分(尤其是盐酸)被第二气体或气体混合物12吸收。热的第二气体或气体混合物12行进到排气口33，排气口33通常位于反应器30的上部。其中，第二气体或气体混合物穿过反应器的第一区段31和/或排气口33的第二区段32。预热器装置20布置在反应器30/排气口33的所述第一区段和/或第二区段31、32周围。预热器装置20包括预热区段21。位于第一/第二区段31、32(热的第二气体或气体混合物12穿过其中)和预热区段21之间的是径向内壁22，径向内壁22将预热区段21与第一/第二区段31、32分隔开。径向内壁22可以在其内侧装配或衬有保护层，保护层面向第一/第二区段31、32，以保护内壁免受第二气体或气体混合物12和高温的影响。该系统被配置成在第一气体或气体混合物11被送入反应器30的加热器装置36之前使得第一气体或气体混合物11穿过预热器装置20的预热区段21。具体而言，第一气体或气体混合物11借助于进口25进入预热区段21。进口25位于预热器装置20的上部27。在进入预热器装置20后，第一气体或气体混合物11穿过预热区段21行进，直到它在预热器装置20的出口26处流出预热器装置20，出口26位于预热器装置20的下部28处。由此，当在预热区段21内部时，第一气体或气体混合物11的流动方向至少部分地与第一/第二区段31、33中的第二气体或气体混合物12的流动方向相反。在第一气体或气体混合物11穿过预热区段21时，在径向内壁22的帮助下建立第一气体或气体混合物11与第二气体或气体混合物12之间的热传递。因此，在第一气体或气体混合物11被送入反应器30的加热器装置36之前，第一气体或气体混合物11借助于第二气体或气体混合物12被预热。

在图2中示意性地示出了根据本申请的实施例的反应器30。反应器30包括预热器装置20，预热器装置20围绕反应器30和/或反应器30的排气口33的第一和/或第二区段31、32布置。穿过进口25，第一气体或气体混合物11能够进入预热器装置20，第一气体或气体混合物11在预热器装置20中被预热。穿过出口26，第一气体或气体混合物21离开预热器装置20，并且基本上被引导到反应器30的主部分中，尤其是被引导至反应器30的加热器装置36。优选地，反应器30是喷射焙烧炉或流化床反应器，以用于焙烧含金属的酸溶液1。

在图3中示意性地示出了根据本申请的实施例的预热器装置20。预热器装置20包括上部27、中间部29和下部28。在预热器装置20的上部27处布置有进口25，第一气体或气体混合物11穿过进口25进入预热器装置20。在下部29处布置有出口26，第一气体或气体混合物11穿过出口26离开预热器装置20。预热器装置20包括径向外壁200，径向外壁200具有比径向内壁22更大的直径，使得外壁200围绕内壁22布置，两个壁22、200之间具有间隔。在预热器装置20的上部27处，上圆柱形元件41围绕外壁200布置。在预热器装置20的下部28处，下圆柱形元件42围绕外壁200布置。借助于径向外壁200、上圆柱形元件41、下圆柱形元件42以及径向内壁22，形成预热器装置20的预热区段21。进口25在上圆柱形元件41中形成，出口26在下圆柱形元件42中形成。借助于上圆柱形元件41和外壁200之间的气室(plenum)，能够实现第一气体或气体混合物11在预热器装置20的上部27中的改善循环，使得第一气体或气体混合物11在从上部27行进至下部29时围绕预热器20的整个周边更均匀地分布。同样地，下圆柱形元件42和外壁200之间的气室也有助于第一气体或气体混合物11在预热区段21中更均匀地分布。除了进口25和出口26之外，预热器装置20具有围绕轴线100的(n次)旋转对称性。然而，替代性地也可设想到预热器装置20不具有旋转对称性。预热器装置20被布置在反应器30和/或排气口33的第一和/或第二区段31、32周围。可设想到预热器装置20的内壁22优选地也形成反应器的壁。在第一/第二区段31、32内，热的第二气体或气体混合物12穿过预热器装置20，使得在第一气体或气体混合物11与第二气体或气体混合物12之间建立热传递。

在图4中示意性地示出了根据本申请的实施例的预热器装置20。具体而言，在图4的左部分中示出了没有其径向外壁200的预热器装置20(并且没有上圆柱形元件41和下圆柱形元件42)，并且在图4的右部分中示出了预热器装置20的下区段周围的特写图。多个肋状体24附接至径向内壁22或者作为径向内壁22的一部分形成。肋状体24延伸到预热区段21中。借助于肋状体24，第一气体或气体混合物11的接触表面(以及流动阻力)可增大，以便可改进热传递。此外，预热器装置20包括多个加强板23，其中一些加强板23被布置在上部27中，一些加强板23被布置在下部29中。优选地，加强板23与径向内壁22接触。更优选地，加强板23被布置成围绕预热器装置20的整个周边等距地间隔。

在本申请的替代性实施例中，肋状体24(或者至少一些肋状体24)沿周向方向110布置，而不是沿如图4中所示的轴向方向100布置。也可设想到肋状体24的其它方向，例如斜的肋状体。

在图5中示意性地示出根据本申请的实施例的预热器装置20的上部27的特写图。具体而言，其中示出预热器装置20的径向外壁200。所述径向外壁200围绕预热器装置和/或反应器30的径向内壁22布置，并且与内壁22间隔开，以便在外壁200和内壁22之间产生(预热区段21的)一定体积。此外，示出了加强板23。径向外壁200包括多个开口220。在开口220的帮助下，第一气体或气体混合物11可穿过外壁200进入外壁200和内壁22之间的预热区段21。

附图标记

1含金属的酸溶液

6氧化铁

11第一气体或气体混合物

12第二气体或气体混合物

14燃料

20预热器装置

21预热区段

22内壁

23加强板

24肋状体

25进口

26出口

27上部

28下部

29中间部

30反应器

31第一区段

32第二区段

33排气口

36加热器装置

41上圆柱形元件

42下圆柱形元件

100轴向方向

110周向方向

200外壁

220开口