用于受污染固体的热处理的方法和装置与流程

从多种方法中已知固体的热处理以除去杂质，例如，受污染土壤的热去污或煤和石油焦的高温脱气。然而，在600-1300℃的通常温度范围内加热固体是非常耗能的。因此，来自这些方法中包含的废气的最佳能量回收对于这些方法的经济性是必不可少的。

然而，从固体中除去杂质的热处理具有附加的缺点，即至少一部分所含有的杂质被蒸发并且因此传递到热处理的废气中。如从通常的热处理，例如煅烧所知，通过待预热的材料与废气的直接逆流流动和直接接触，最简单地回收形成的废气的显热因此是不可能的：由于杂质在高温下释放到废气中并且包含在废气中，在这种情况下会发生在用于预热目的的逆流流动期间包含在废气中的杂质再次通过物理和化学过程附着在仍然相对冷的固体上。因此，由于释放的污染物的再吸收，先前经过热清洁的固体再次被污染。当它然后被引入实际的热处理中时，由于剩余的杂质，同样几乎不适合产生必要的纯度。而且，在连续过程中，杂质的极端累积在短的时间内发生。

然而，由于经济原因而受到限制的热交换表面，废气中所包含的热量的间接热利用包括明显更差的热效率，且因此降低了该方法的能量经济性。此外，所需装置在获取和维护方面明显费用更高。

因此，作为本发明基础的目的是提供一种方法，该方法以能量优化的方式通过热处理从固体中除去杂质。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法解决。

为此目的，受污染固体最初在工艺步骤(i)中在至少一个预热段中，与废气直接接触而预热至100-600℃的温度，然而优选达到允许大量地在技术上有利地利用所释放的燃烧气体的显热的温度。结果，在传热介质废气和待加热的固体之间存在直接的热传递，由此特别是在多段的热交换中实现了高的热效率。随后，以这种方式预热的固体在第一反应器中预热至600-1300℃，优选600-1200℃，甚至更优选750-1000℃的温度，并且其中包含的气态杂质被部分排出从而获得废气。如此运行的第一工艺段允许回收燃烧废气中包含的大部分显热。

根据本发明，废气作为传热介质供给到预热段，在预热段，废气通过与固体的逆流流动而与该固体直接接触。借助于气态或液态燃料的燃烧，使如此预热的固体在第一反应器中进一步升高温度。在第一反应器中预热的固体被排放到第二反应器，在该第二反应器中热固体随后-取决于在第一工艺步骤中实现的固体温度-保持在该特定温度或进一步被加热(在第二反应器中)至600-1300℃的温度，由此仍含有的杂质以气态形式排出。由于第二反应器的废气流具有相对小的量，因此可能不再被热利用，并且其中包含的污染物不再重新被吸收在现在纯化的固体上。

这具有以下优点：杂质的逐出仅部分地必须在第一反应器中发生，而在很大程度上转移到第二反应器中。由此防止了要消除的杂质的积累，正如能够确保最终的固体具有足够的纯度一样。同时，还提供了在预热段中从来自第一反应器的废气直接传热的优点，这就是为什么该方法能够在能量上明显更有效地运行。在这一点上，使用第二反应器不会导致热量需求再次大幅增加，因为在第一反应器中受污染材料已经达到逐出杂质所需的温度，并且在能量上此处已经覆盖了可能进行的吸热过程。因此，必须在第二反应器中施加的热量以及因此产生的废气量相对小。

有利地，预热包含至少两个预热段。在来自第一反应器的废气以逆流方式被引导至待加热的固体时，这是特别有利的，因为如此同时以低投资成本实现了高的能量传递。

此外，当在第一反应器中-且如果不在还原气氛下运行-在第二反应器中，在1-20体积％，优选1-15体积％，特别优选1-5体积％的氧含量下进行加热时，证明是有利的。这具有以下优点：由于与空气气氛相比减少的氧供给，燃料经济性得到增强，并且可能较少发生不期望的副反应。然而，如果燃料在反应器内燃烧，为了提供燃烧器内所需的能量，至少在第一反应器中必须存在足够的氧用于该燃烧过程。

产物于其中最终被纯化的第二反应器特别应该以产生用于除去杂质的最佳气氛的氧含量运行。这可以是氧化气氛或也可以是还原气氛。由于此处的固体已经以相对高的温度进入，优选最终在第二反应器中建立该温度，因此通过此处的直接或间接燃烧引入的热量通常也小得多，这就是为什么在直接燃烧和氧化气氛的情况下这不需要过高的氧含量。优选地，步骤(ii)在氧化气氛中发生，而步骤(iii)以还原气氛进行。

此外，证明通过供给优选液态或气态燃料在第一和/或第二反应器中实现加热是有利的，因为以这种方式能够在反应器内确保均匀的热分布。

然而，同时，通过供给热气体在第一和/或第二反应器中，尤其是在第二反应器中实现加热也可为有利的，因为在反应器内不再需要氧用于所供给的燃料的燃烧，因此，在非常低的氧含量或完全排除氧的情况下，控制反应是可能的。

本发明的另一个有利方面提供了待净化的材料在通过第二反应器后被冷却，其中使用气体，优选空气等用于冷却。被随后冷却的加热气体能够被引入预热段和/或第一和/或第二反应器，由此也利用了该能量。由此可以进一步提高该方法的能量效率。

例如-但不限于-所述方法能够容易地被用于含磷酸盐的固体，其中杂质典型地通过热处理被排出。特别是沉淀的原料磷酸盐由于碳酸盐化合物和相对高的镉含量(其可以通过本文所述的方法除去)两者而在被进一步加工为肥料和作为肥料使用的方面受到损害。同时，该方法也适用于含磷酸盐的二次原料，其杂质能够利用所述的工艺步骤而减少或甚至消除。

此外，所述方法能够特别好地用于镉含量在1-500ppm，优选5-300ppm的固体，因为通过热处理能够安全地从该固体中除去镉(cd)。该方法对矿物的影响不仅限于镉，还包括所有能够通过高温和限定气氛的作用而挥发或分解的物质，例如砷(只列出许多杂质中的一种)。

详细地，具有镉含量的含磷酸盐材料需要具有氧化气氛的第一反应器和具有还原气氛的第二反应器(最优选o2＝0重量％)以除去所含的镉。因此，不希望将废气再循环到先前的工艺步骤，因为它会导致镉的积累。

此外，当第一和/或第二反应器作为具有固定或循环流化床的流化床反应器运行时，证明是有利的，其中此处可以想象任何组合。流化床反应器提供特别好的质量和热传递的优点。同时，根据本发明的方法特别适合于流化床，因为由于流化气体，确保了气相和固相的强烈混合，结果是非常均匀的温度分布。

将优选惰性和耐热材料的球体引入设计为流化床反应器的反应器中也是有利的，所述球体具有5-50mm的直径。特别是当要产生还原气氛时，可以由此在很大程度上实现完成所需的部分氧化。

此外，本发明还包含具有权利要求11的特征的装置。

这种装置包括至少一个预热段，用于优选利用传热介质通过逆流流动将固体预热至100-600℃的温度。

此外，它包含用于将固体加热至600-1300℃的温度的第一反应器，由此固体中含有的杂质部分地以气态形式被排出并且获得废气。此外，该装置包括来自第一反应器的返回管道和第二反应器，通过该返回管道将废气作为传热介质引入预热段，以便在600℃-1300℃的温度下进一步热处理固体，以便以气态形式逐出杂质。

还可以想到，在一个装置中，第一和/或第二反应器设计为回转窑。

此外，本发明的有利方面提供将至少一个预热段设计为旋风分离器。

取决于预期用途，在两个反应器中用于发生各种化学-物理过程所需的固体停留时间可以通过所选择的几何形状(构造)和在运行中床高度或床密度的变化而最佳地调节。此外，优选用于不同气氛的两个单独的反应器设计，尤其是具有氧化气氛的第一反应器和具有还原气氛的第二反应器的设计。

第一反应器典型地将固体移交给第二反应器，优选使用第二反应器运行所使用的温度。在正常情况下，这导致要消耗的能量最少。由于两个反应器中的温度可以通过相应的燃料供给在宽范围内自由选择，因此在两个反应器中也可以采用不同的温度-如果在其他应用中有利的话。

将参考图1进一步描述本发明。自身或以任何组合示出和描述的所有特征形成本发明的主题。

在附图中：

图1显示了根据本发明的方法的示意图。

通过管道1和2，将固体以颗粒或丸粒的形式引入第一预热段10。在管道2中，已经获得了新鲜固体与来自管道23的热废气的混合物。在第一预热段10中，来自管道1的新鲜固体然后被来自管道23的气体加热，并且废气通过管道11被排放。

通过管道12，将加热的固体供给到第二预热段13。进入该第二预热段13，管道22打开并将热气体引入第二预热段13以进行预热，其中然后通过管道23将气体排出并且在第一预热段10中再次以略微冷却的形式用作传热介质。

进一步通过管道14将预热的固体排出并供给到第三预热段15。同样从管道21供给传热介质，随后再通过管道22从旋风分离器15排放。这种互连通常导致各个预热段是通过逆流流动的，即固体通过各个预热段越来越多地被加热，并且废气越来越冷却。这导致最大的热传递。优选地，预热段设计为旋风分离器。

从第三预热段15，通过管道16将固体排出并供给到固体输送机18，固体从固体输送机18通过管道19进入第一反应器20。所述第一反应器有利地设计为流化床反应器，特别优选设计为循环流化床。

通过管道24，将燃料(优选液态或气态形式，特别优选作为含甲烷或含氢气体)引入第一反应器20。通过管道25，将加热的固体排出并供给到另一个固体输送机26，从固体输送机26将加热的固体通过管道27，28供给到第二反应器30。所述第二反应器可以是固定的流化型，或者也优选设计为循环流化床反应器。通过管道31，它还可以供给燃料或热气体。通过管道32将气体排出并供给到旋风分离器33或另一个气-固分离器。

从气-固分离器33，优选旋风分离器，通过管道34将受污染废气排出，而通过管道35将产物供给到固体输送机36。从固体输送机36通过管道37和管道28使部分固体再循环进入反应器，以进一步改善产品质量。

通过管道38，产品的另一部分进入冷却器40。在所述冷却器中，借助空气将产品冷却，该空气通过管道41和冷凝器42被引入冷却器40和管道43中。冷却的产品通过管道47被排放。

能够通过管道44和45将由于冷却而被加热的空气引入第一反应器20中，并且优选在那里用作流化气体。同样可以想到的是，通过管道46将该空气替代地或者也成比例地引入第二反应器30中。

附图标记

1,2管道

10预热段

11,12管道

13预热段

14管道

15预热段

16管道

17固体输送机

18管道

20第一反应器

21-25管道

26气-固输送机

27,28管道

30第二反应器

31,32管道

33气-固分离器

34,35管道

36固体输送机

37,38管道

40冷却器

41管道

42冷凝器

43-47管道