DE3904073A1 - Process for obtaining heat - Google Patents
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Abstract
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren unter Verwendung eines mit Phosphor verunreinigten Kohlenmonoxidgases. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Verwendung von Kohlenmonoxid, das während der Herstellung von elementaren Phosphor gebildet wird, als Brennstoff zur Erzeu gung von Wasserdampf.This invention relates to a method using a carbon monoxide gas contaminated with phosphorus. The The invention relates in particular to a method for Use of carbon monoxide that is used in the manufacture of elemental phosphorus is formed as a fuel for production generation of water vapor.
Bei dem Elektroofen-Verfahren zur Herstellung von Phosphor wird phosphathaltiges Erz mit Siliciumdioxid und mit Kohlenstoff, gewöhnlich in Form von Koks, in einen Elektroofen eingeführt. Der Elektroofen wird auf eine ausreichende Temperatur zum Schmelzen der Beschickung erhitzt. Der gebildete Phosphor wird als Dampf mit dem Kohlenmonoxidgas entfernt. Das Silicium dioxid wird als Zuschlag für das im Phosphorerz anwesende Calcium verwendet. Eine entsprechende Gleichung für die Gesamtreaktion ist:In the electric furnace process for the production of phosphorus ore containing phosphate with silicon dioxide and with carbon, usually in the form of coke, placed in an electric furnace. The electric furnace is heated to a sufficient temperature Melt the feed heated. The phosphorus formed is removed as vapor with the carbon monoxide gas. The silicon Dioxide is used as a supplement for what is present in the phosphorus ore Calcium used. A corresponding equation for that Overall response is:
4 Ca₅F(PO₄)₃ Fluorapatit + 18 SiO₂ Siliciumdioxid + 30 C Koks →
18 CaO · SiO₂ · 1/9 CaF₂ Schlacke + 30 CO ↑ + 3 P₄ ↑4 Ca₅F (PO₄) ₃ fluoroapatite + 18 SiO₂ silicon dioxide + 30 C coke →
18 CaO · SiO₂ · 1/9 CaF₂ slag + 30 CO ↑ + 3 P₄ ↑
Das den Ofen verlassende Gas (Abgas) führt winzige Teilchen von Kohlenstoff, Phosphatgestein und anderen, im Ofen anwesenden Materialien mit sich. Dieser phosphorhaltige Gasstrom wird dann gewöhnlich zu einer Heißgas-Abscheidevorrichtung geleitet, die einen großen Teil der mitgeführten Feststoffe entfernt. Dann wird der Gasstrom zu einem Kühler geleitet, wo elementarer Phosphor kondensiert wird, gewöhnlich in einem Sprühturm.The gas (exhaust gas) leaving the furnace carries tiny particles carbon, phosphate rock and others present in the furnace Materials with themselves. This gas stream containing phosphorus will then usually sent to a hot gas separator, which removes a large part of the carried solids. Then the gas flow is directed to a cooler, where elementary Phosphorus is condensed, usually in a spray tower.
Bei manchen Anlagen werden die mitgeführten Feststoffe und Staub z. B. durch Cottrell-Abscheidevorrichtungen entfernt, die oberhalb des Taupunktes des elementaren Phosphors betrieben werden, während in anderen Anlagen die mitgeführten Feststoffe und Staub durch Aufprallelemente entfernt werden. Der Phosphor wird häufig in Sprühtürmen kondensiert, die mit Wassersprühern von etwa 45°C ausgerüstet sind, und der Abfluß wird in einen Sumpf geleitet, wo sich Phosphor und Verunreinigungen absetzen. In some plants, the carried solids and Dust z. B. removed by Cottrell separators operated above the dew point of elemental phosphorus the solids carried in other plants and dust are removed by impact elements. The phosphorus will often condensed in spray towers using water sprays from about 45 ° C, and the drain is in one Headed swamp where phosphorus and contaminants settle.
Der flüssige Phosphor wird schließlich in Lagertanks gepumpt.The liquid phosphorus is then pumped into storage tanks.
Typischerweise besteht der aus einem derartigen Verfahren hervorgehende Gasstrom aus 93% Kohlenmonoxid, wobei der Rest aus elementarem Phosphor und Phosphin mit Fluoriden, Wasser stoff, Carbonylsulfid, inerten Substanzen und Staub besteht. Das Kohlenmonoxid kann zurückgeführt und in Brennöfen ver brannt werden, wie sie zum Sintern oder Agglomerieren des phosphathaltigen Erzes oder für andere Verfahrensstufen ver wendet werden.This typically consists of such a method resulting gas stream from 93% carbon monoxide, the rest from elementary phosphorus and phosphine with fluorides, water substance, carbonyl sulfide, inert substances and dust. The carbon monoxide can be recycled and used in kilns be burned as they are for sintering or agglomerating the ore for other process stages be applied.
Überschüssiges Gas wird in der Atmosphäre abgefackelt. Ein Problem bei der Verwendung dieses überschüssigen Gases z. B. zur Bildung von Wasserdampf und/oder elektrischer Energie in einem Boiler zur Verwendung in der Anlage besteht darin, daß Phosphor und Phosphin unter Bildung von m-Phosphorsäure verbrennen, die für metallische Oberflächen äußerst korro dierend ist. Die Säure hat eine hohe Kondensationstempera tur oder Taupunkt.Excess gas is flared off in the atmosphere. A Problem with using this excess gas e.g. B. for the formation of water vapor and / or electrical energy in a boiler for use in the plant is that phosphorus and phosphine to form m-phosphoric acid burn that extremely corro for metallic surfaces dating is. The acid has a high condensation temperature tur or dew point.
Die US-PS 42 58 018 lehrt ein Verfahren zur Verwendung von Kohlenmonoxidgas aus einem Phosphorofen durch Abkühlen des Gases auf 15°C oder weniger zum Kondensieren von elementarem Phosphor und Verdünnen des abgekühlten Kohlenmonoxids mit ausreichend brennbarem Gas, so daß der Taupunkt der darin gebildeten m-Phosphorsäure unterhalb der Austrittstemperatur der Verbrennungsgase liegt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es nur an einem Ort verwendet werden kann, wo große Men gen an Wasserdampf benötigt werden, und daß Eigenwärme des Kohlenmonoxidgases in der Kühlstufe verloren geht. Außer dem werden die verdünnten Phosphorsäuredämpfe in die Atmo sphäre abgegeben.U.S. Patent 4,258,018 teaches a method of using Carbon monoxide gas from a phosphor furnace by cooling the Gases at 15 ° C or less for condensing elementary Phosphorus and dilute the cooled carbon monoxide with sufficient combustible gas so that the dew point in it m-phosphoric acid formed below the outlet temperature the combustion gases. This method has the disadvantage that it can only be used in a place where large men conditions of water vapor are needed, and that natural heat of carbon monoxide gas is lost in the cooling stage. Except the diluted phosphoric acid vapors are released into the atmosphere sphere given.
Die US-PS 42 72 496 lehrt ein Verfahren zum Abkühlen des Kohlenmonoxids zwecks Kondensieren von elementarem Phosphor und Einleiten des abgekühlten Kohlenmonoxids in die Verbren nungszone zusammen mit sehr feinem Magnesiumoxid, um die gebildete m-Phosphorsäure zu neutralisieren. Die feinen Mag nesiumphosphat- und/oder -oxidteilen müssen als Staub aus dem Abgas zurückgewonnen werden.The US-PS 42 72 496 teaches a method for cooling the Carbon monoxide to condense elemental phosphorus and introducing the cooled carbon monoxide into the combustors zone together with very fine magnesium oxide to make up the neutralize formed m-phosphoric acid. The fine mag nesium phosphate and / or oxide parts must be dust be recovered from the exhaust gas.
Die beiden Patentschriften erfordern jeweils das Abkühlen des Kohlenmonoxidgases auf 15°C oder weniger. Diese Kühlstufe ist kostspielig, da sie im Sommer eine Kühlvorrichtung erfordert und als Nebenprodukt phosphorhaltiges Wasser bildet, das nicht in sicherer Weise an die Umwelt abgegeben werden kann.The two patents each require cooling of the carbon monoxide gas to 15 ° C or less. This cooling level is expensive since it has a cooler in summer requires and forms phosphorus-containing water as a by-product, that are not released to the environment in a safe manner can.
Die US-PS 43 52 332 lehrt, daß Tributylphosphat enthaltende, radiaktive Abfälle in einer Verbrennungsanlage verbrannt werden können, die verwirbeltes Calciumoxid oder Calciumcarbonat enthält und mittels eines Brennstoffes, z. B. Brennöl, auf einer Temperatur von 600 bis 900°C gehalten wird.U.S. Patent 4,352,332 teaches that tributyl phosphate containing radioactive waste in an incinerator can be burned, the swirled calcium oxide or Contains calcium carbonate and by means of a fuel, e.g. B. fuel oil, at a temperature of 600 to 900 ° C. is held.
In unerwarteter Weise wurde gefunden, daß das in US-PS 43 52 332 beschriebene Verfahren bei der Verbrennung von Kohlen monoxid, das elementaren Phosphor enthält, nicht wirksam ist. Es wurde gefunden, daß Calciumoxidkörner oder -teilchen im Wirbelbett agglomeriert wurden, selbst wenn das Calcium oxid in einem wesentlichen Überschuß anwesend war.It was unexpectedly found that this is in US-PS 43 52 332 described method in the combustion of coal monoxide containing elemental phosphorus is not effective is. Calcium oxide grains or particles have been found were agglomerated in the fluidized bed, even if the calcium oxide was present in a substantial excess.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Wärmegewinnung durch Verbrennen eines Dampfes von elementa rem Phosphor enthaltenden Kohlenmonoxidbrennstoffes, das die Stufen umfaßt der:The present invention is directed to a method for heat generation by burning a vapor from elementa rem phosphorus-containing carbon monoxide fuel that the stages include:
- (a) Einführung eines Kohlenmonoxid und elementaren Phosphor umfassenden Gases in ein Gefäß, das mit einem Wärmeaus tauscher, geeignet zur Übertragung von Wärme von dem Verbrennen des Brennstoffes im Gefäß in ein fließbares Wärme austauschmedium, versehen ist,(a) Introduction of carbon monoxide and elemental phosphorus comprehensive gas into a vessel with a heat exchanger, suitable for transferring heat from the Burn the fuel in the vessel into a flowable heat exchange medium, is provided,
- (b) Einführung einer granularen Calciumverbindung in das Gefäß, die durch Erhitzen auf 750°C oder mehr Calciumoxid bilden kann, wobei die Calciumverbindung in ausreichender Menge bemessen wird, um 10 bis 20 Mol Calcium pro Mol des in das Gefäß eingeführten Phosphors im Gefäß aufrechtzuerhalten,(b) introducing a granular calcium compound into the vessel, which can form calcium oxide by heating to 750 ° C or more, the calcium compound is measured in sufficient quantity to 10 to 20 moles of calcium per mole of in the Maintain phosphorus introduced in the vessel,
- (c) Einführung von ausreichend Luft in das Gefäß, um die granulare Calciumverbindung im Gefäß in Form eines Wirbelbetts zu halten und das elementaren Phosphor enthaltende Kohlen monoxid zu oxidieren, um so eine Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft zu bilden, und(c) Introducing sufficient air into the vessel to allow the granular calcium compound in the vessel in the form of a fluidized bed to hold and the elemental phosphorus-containing coals to oxidize monoxide in order to create a mixture of used To form fuel and air, and
- (d) In-Berührung-bringen des Wärmeaustauschers mit einer ausreichenden Menge des Wärmeaustauschermediums, um die Temperatur des Wirbelbettes auf 750 bis 1100°C zu halten, wodurch Wärme gewonnen wird.(d) contacting the heat exchanger with one sufficient amount of the heat exchange medium to the Maintaining the temperature of the fluidized bed at 750 to 1100 ° C, whereby heat is gained.
Ein übliches Wirbelbettgefäß (bzw. Kessel) mit Wärmeaustauscher kann vom Fachmann leicht ohne unnötiges Experimentieren gewählt werden. Ein derartiges geeignetes Gefäß mit innerem Wärmeaustau scher ist das in US-PS 43 52 332 beschriebene Wirbelbett. Andere geeignete Wirbelbettgefäße werden von Smock, R., "Fluid Bed Combustion Invades Industrial Utility Boiler Markets", Power Engineering, Aug. 1987, Seite 12-19, beschrie ben. Eine besonders zufriedenstellende Anlage umfaßt ein Wirbelbett mit äußerem Wärmeaustauscher, der eine ausreichend ab gekühlte Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft zum Wirbelbett zurückführen kann, um die Temperatur des Wirbel bettes auf etwa 750 bis etwa 1100°C zu halten. Obgleich die Erfindung im Hinblick auf die Verbrennung des Brennstoffes mit Luft erläutert wird, kann selbstverständlich auch irgendein sauerstoff haltiges Gas verwendet werden.A conventional fluidized bed vessel (or boiler) with a heat exchanger can be used Expert can be easily selected without unnecessary experimentation. Such a suitable vessel with internal heat build-up shear is the fluidized bed described in US-PS 43 52 332. Other suitable fluidized bed vessels are described by Smock, R., "Fluid Bed Combustion Invades Industrial Utility Boiler Markets ", Power Engineering, Aug. 1987, pages 12-19 ben. A particularly satisfactory facility includes Fluidized bed with an external heat exchanger, which is sufficient cooled mixture of used fuel and air for Fluid bed can lead back to the temperature of the vortex to keep the bed at about 750 to about 1100 ° C. Although the Invention with regard to the combustion of the fuel with air any oxygen can of course also be explained containing gas can be used.
Es ist nicht wünschenswert, die Temperatur des Wirbelbettes über etwa 1100°C zu halten, da Calciumoxid bei dieser Tempera tur nicht-reaktionsfähig gemacht wird (totgebranntes Calciumoxid).The temperature of the fluidized bed is not desirable keep above about 1100 ° C, because calcium oxide at this tempera is made non-reactive (burned to death Calcium oxide).
Die granulare Calciumverbindung kann jede Erdalkaliverbindung sein, die beim Erhitzen auf etwa 700°C granulares Calciumoxid bildet, wie z. B. Kalkstein, (z. B. Aragonit, Kalkspat, Dolomit, Kreide, Marmor, Calcit), Austernschalen, Muschelschalen, Cal ciumcarbonat, gelöschter Kalk, Calciumoxalat usw. Granulares Calciumoxid, Luft und Brennstoff des Wirbelbettes reagieren unter Bildung von Calciumphosphat und einer Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft. Trockenes Calciumphosphat enthaltende Staub wird durch die Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft aus dem Wirbelbett gespült. Dem Gefäß sollte zusätzliche granulare Calciumverbindung zugefügt werden, um ausreichend Calciumoxid im Wirbelbett aufrechtzuerhalten, um ein Mol-Verhältnis von mindestens 10 Teilen Calciumoxid im Wirbelbett pro Teil des in das Gefäß eingeführten Phosphors (Ca/P <10) zu erhalten. Vorzugsweise wird ein Mol-Verhältnis von Ca/P von 13 bis 16 aufrechterhalten. Die Erhöhung des Ver hältnisses auf etwa 20 oder höher wird aufgrund erhöhter Kapi tal- und Betriebskosten unwirtschaftlich.The granular calcium compound can be any alkaline earth compound be the granular calcium oxide when heated to about 700 ° C forms such. B. limestone, (e.g. aragonite, calcite, dolomite, Chalk, marble, calcite), oyster shells, conch shells, cal cium carbonate, slaked lime, calcium oxalate etc. Granulares Calcium oxide, air and fuel in the fluidized bed react to form calcium phosphate and a mixture of spent fuel and air. Dry calcium phosphate Dust contained is consumed by the mixture of Flushed fuel and air from the fluidized bed. The vessel should additional granular calcium compound can be added to maintain sufficient calcium oxide in the fluidized bed, by a molar ratio of at least 10 parts calcium oxide in Fluidized bed per part of the phosphorus introduced into the vessel (Ca / P <10). A molar ratio is preferred maintained by Ca / P from 13 to 16. The increase in ver Ratio to about 20 or higher due to increased capi Valley and operating costs uneconomical.
Der Fachmann wird erkennen, daß zur Aufrechterhaltung eines Wirbelbettes im Gefäß die Verwirbelungskraft mindestens gleich dem Gewicht der verwirbelten Feststoffe sein muß. Ohne unangemessenes Experimentieren kann aus Ingenieur- Standardliteratur der Teilchen größenbereiches der zur Bildung der Calciumoxidkörner in das Gefäß eingeführten Calciumverbindung bestimmt werden.Those skilled in the art will recognize that to maintain a Fluidized bed in the vessel the turbulence at least must be equal to the weight of the swirled solids. Without undue experimentation, engineering Standard particle literature size range for the formation of calcium oxide grains in the Calcium compound introduced into the vessel can be determined.
Es kann zweckmäßig sein, nur einen Teil der Luft zur Aufrecht erhaltung des Calciumoxids als Wirbelbett zu verwenden, und die zusätzliche Luft, die zum Oxidieren des Kohlenmonoxidbrenn stoffes notwendig ist, getrennt als zusätzliche Luft zuzu geben.It may be appropriate to only use part of the air to stand upright preservation of calcium oxide to use as a fluidized bed, and the extra air that burns to oxidize the carbon monoxide material is necessary, separately as additional air give.
Der vom Wirbelbett ausgespülte Staub kann auf üblichem Wege, z. B. durch ein Filter, einer Zentrifugalsammelvorrichtung, eine Prallvorrich tung, einen Wäscher usw., von der Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft abgetrennt werden. Der von der genannten Mischung abgetrennte Staub kann gegebenenfalls als Beschickung für einen Phosphorofen eingesetzt werden, wodurch die darin enthaltenen Calcium- und Phosphatanteile ausgenutzt werden. The dust washed out from the fluidized bed can be removed in the usual way, e.g. B. through a filter, a centrifugal collecting device, a baffle tion, a washer, etc., from the mixture of used Fuel and air are separated. The one from the above Mix separated dust can optionally be used as a feed can be used for a phosphor furnace, which makes the contained calcium and phosphate can be used.
Das fließbare Wärmeaustauschermedium kann Wasser als Flüssig keit oder Wasserdampf, ein Gas, ein geschmolzenes Metall, ein geschmolzenes Salz oder ein organisches Wärmeaustauschermedium sein. Geeignete fließbare Wärmeaustauschmedien können flüssi ges Wasser, Wasserdampf, Quecksilber, Diphenyloxid, o-Dichlor benzol, Luft, Stickstoff, Natrium, Natrium- und/oder Kalium nitrat, Mineralöl usw. umfassen.The flowable heat exchange medium can use water as a liquid or steam, a gas, a molten metal molten salt or an organic heat exchange medium be. Suitable flowable heat exchange media can be liquid saturated water, water vapor, mercury, diphenyl oxide, o-dichlor benzene, air, nitrogen, sodium, sodium and / or potassium include nitrate, mineral oil, etc.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es auch andere Verbindungen, die mit Calciumoxid reagie ren und im Kohlenmonoxid aus einem Phosphorofen enthalten sind, wirksam entfernt. Bekanntermaßen enthält derartiges Kohlenmonoxid Fluorid, Schwefel und andere Elemente in Spuren mengen, die bei Abgabe in die Umwelt schädlich sind. Bekannt lich ist Calciumfluorid eine sehr inerte Fluorverbindung auf grund von deren Unlöslichkeit in wäßrigen Lösungen und weil es sich beim Erhitzen nicht zersetzt. Selbstverständlich ver ringert somit die vorliegende Erfindung den Fluoridgehalt in der aus dem Gefäß austretenden Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft, was auch für Schwefeloxide gilt.Another advantage of the present invention is that there are other compounds that react with calcium oxide Ren and contained in the carbon monoxide from a phosphor furnace are effectively removed. As is known, contains such Carbon monoxide traces of fluoride, sulfur and other elements quantities that are harmful when released into the environment. Known Calcium fluoride is a very inert fluorine compound because of their insolubility in aqueous solutions and because it does not decompose when heated. Of course ver The present invention thus reduces the fluoride content in the mixture of used water emerging from the vessel Fuel and air, which also applies to sulfur oxides.
Erfindungsgemäß kann auch ein Wärmeaustauscher vorgesehen sein, um Wärme aus der Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft, die aus dem Wirbelbett austritt, abzuziehen und diese Mischung dadurch abzukühlen. Diese Wärme kann entweder vor oder nach der Staubtrennung zurückgewonnen werden, und die abgekühlte Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft kann gegebenenfalls teilweise zum Wirbelbett zurückgeführt werden, um die Temperatur darin aufrechtzuerhalten.According to the invention, a heat exchanger can also be provided to be heat from the mixture of spent fuel and draw out air that escapes from the fluidized bed and to cool this mixture. This heat can either be recovered before or after dust separation, and the cooled mixture of used fuel and air can optionally be partially returned to the fluidized bed to maintain the temperature in it.
Es entspricht auch der vorliegenden Erfindung, gegebenen falls eine Wärmegewinnung aus der Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft durch Wärmeaustauscher durchzuführen, die die Temperatur des Wirbelbettes nicht beeinträchtigen, z. B. Wärmeaustauscher, die außerhalb des Gefäßes angeordnet sind. It also corresponds to the present invention if heat is obtained from the mixture of used To carry fuel and air through heat exchangers, that do not affect the temperature of the fluidized bed, e.g. B. heat exchanger arranged outside the vessel are.
Möglichkeiten der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann der Fachmann den folgenden Beispielen entnehmen, die die vorliegende Erfindung veranschaulichen sollen, ohne sie zu beschränken.Possibilities of implementing the present invention the person skilled in the art can see from the following examples, which are intended to illustrate the present invention without it to restrict.
Es wurden Gefäße im Großversuchs-Maßstab betrieben, um eine sehr vorteilhafte Weise der Durchführung dieser Erfindung zu zeigen. Ein Pilot- Gefäß hatte einen Durchmesser von etwa 20 cm und eine Höhe von etwa 1,8 m. Die Pilot-Anordnung umfaßte einen im Bett an geordneten Wärmeaustauscher. Ein zweites Pilot-Gefäß hatte einen Durchmesser von etwa 45 cm. Die Temperatur des Bettes wurde in beiden Pilot-Anlagen durch Übertragung von Wärme zu einem fließbaren Medium aufrechterhalten, die in den Schlangen des im Bett angeordneten Wärmeaustauschers zirkulierte.Vessels were operated on a large-scale scale, in order to be very advantageous To show manner of carrying out this invention. A pilot- The vessel had a diameter of about 20 cm and a height of about 1.8 m. The pilot arrangement covered one in bed orderly heat exchanger. Had a second pilot jar about 45 cm in diameter. The temperature of the bed became one in both pilot plants by transferring heat flowable medium maintained in the snakes of the heat exchanger arranged in bed circulated.
Eine 20-cm-Pilot-Vorrichtung wurde mit 0,045 m3/s CO mit einem Gehalt von 2,5 Gew.-% Phosphin und 5% Wasser stoff und 0,015 m3/s Luft beschickt, was 11% überschüssigen Sauerstoff ergab. Die Bettgeschwindigkeit betrug 2,1 m/s. Die Bettemperatur betrug 840°C. Das Bett enthielt 27,2 kg Kalk mit einem Gehalt von 1,4% P aus einem vorhergehen den Ansatz. Die Betthöhe betrug 89 cm, was eine Verweilzeit von 0,4 s ergab. In das Bett wurde kein Kalkstein eingeführt. Die Körner agglomerierten, und das Bett verschmolz innerhalb von 20 min. Das Mol-Verhältnis von Ca/P in den verschmolzenen Abschnitten variierte von 7 bis 9.A 20 cm pilot device was charged with 0.045 m 3 / s CO containing 2.5% by weight phosphine and 5% hydrogen and 0.015 m 3 / s air, giving 11% excess oxygen. The bed speed was 2.1 m / s. The bed temperature was 840 ° C. The bed contained 27.2 kg of lime containing 1.4% P from a previous batch. The bed height was 89 cm, which gave a residence time of 0.4 s. No limestone was introduced into the bed. The grains agglomerated and the bed melted within 20 minutes. The molar ratio of Ca / P in the fused sections varied from 7 to 9.
Beispiel A wurde wiederholt, wobei jedoch 27,2 kg frischer Kalk verwendet wurden und zusätzlicher Kalk in einer Ge schwindigkeit von 9,5 kg/h zugegeben wurde.Example A was repeated, but 27.2 kg fresher Lime were used and additional lime in a ge speed of 9.5 kg / h was added.
Dieses System wurde 225 min ohne Verschmelzen betrieben, und die Bettproben zeigten Ca/P-Verhältnisse von 18 : 1. Während anschließender Versuche wurden Mol-Verhältnisse von 16 bis 60 ohne Verschmelzen des Bettes aufrechterhalten. This system was operated for 225 minutes without fusion, and the bed samples showed Ca / P ratios of 18: 1 during subsequent experiments were molar ratios of 16 maintained to 60 without fusing the bed.
Ein 45-cm-Gefäß wurde mit 1,27 m3/s CO-Gas aus einer Phosphoranlage und 0,5 m3/s Luft, einem Überschuß von 3 bis 4%, beschickt. Die Bettgeschwindigkeit betrug 2,7 m/s und die Bettemperatur 875°C. Die Betthöhe wurde für eine Verweil zeit von 0,45 s auf 127 cm gehalten. Kalkstein wurde mit einer Geschwindigkeit von 15,9 kg/h eingeführt.A 45 cm vessel was charged with 1.27 m 3 / s CO gas from a phosphor plant and 0.5 m 3 / s air, an excess of 3 to 4%. The bed speed was 2.7 m / s and the bed temperature was 875 ° C. The bed height was maintained at 127 cm for a dwell time of 0.45 s. Limestone was introduced at a rate of 15.9 kg / h.
Die im Bett gemessenen Ca/P-Verhältnisse lagen zwischen 10 bis 14. Eine geringe Menge Agglomeration wurde an den Boden ende des Bettes nicht weit vom Brennstoffeingang beobachtet, wo möglicherweise lokalisierte höhere Phosphorkonzentrationen auftreten. Örtliche Ca/P-Verhältnisse von 7 wurden dort ge messen, wo eine Agglomeration erfolgte. Die Menge der Agglo meration war gering und störte den Betrieb des Systems nicht. Somit ist ein Verhältnis von 10 ausreichend, um Betriebs probleme zu vermeiden, aber da das Mischen nicht immer voll kommen ist, wird ein Mol-Verhältnis von 15 bevorzugt, um örtliche Agglomerationsprobleme auf einem Minimum zu halten.The Ca / P ratios measured in bed were between 10 to 14. A small amount of agglomeration was at the bottom observed the end of the bed not far from the fuel inlet, where possibly localized higher phosphorus concentrations occur. Local Ca / P ratios of 7 were found there measure where agglomeration occurred. The amount of agglo generation was low and did not interfere with the operation of the system. Thus a ratio of 10 is sufficient to operate to avoid problems, but since the mixing is not always full , a molar ratio of 15 is preferred to to keep local agglomeration problems to a minimum.
Die 45-cm-Pilot-Anlage wurde mit 1,08 m3/s aus einem Phos phorofen, ergänzt durch 0,42 m3/s Erdgas, beschickt. Es wurde 0,66 m3/s Luft verwendet, ein Sauerstoffüberschuß von 1,5%. Die Bettgeschwindigkeiten wurden auf 3,65 m/s bei einer Temperatur von 1000°C gehalten. Die Betthöhe betrug 127 cm, die Verweilzeit 0,35 s. Kalkstein wurde in einer Menge von 18,1 kg/h eingeführt. Das Ca/P-Verhältnis vari ierte von 13 bis 14. Es wurde keine Agglomeration beo bachtet.The 45 cm pilot plant was charged with 1.08 m 3 / s from a phosphor furnace, supplemented by 0.42 m 3 / s natural gas. 0.66 m 3 / s air was used, an oxygen excess of 1.5%. The bed speeds were kept at 3.65 m / s at a temperature of 1000 ° C. The bed height was 127 cm, the residence time was 0.35 s. Limestone was introduced in an amount of 18.1 kg / h. The Ca / P ratio varied from 13 to 14. No agglomeration was observed.
Diese Beispiele zeigen, daß ein Ca/P-Verhältnis von weniger als 10 im Langzeitbetrieb (mehr als 20 h Betrieb) zu einer Bettagglomeration führt. Erforderlich ist ein Ca/P-Verhältnis von mehr als 10, und das bevorzugte Verhältnis sollte 15 betragen. Verhältnisse wesentlich über diesem Wert werden aufgrund der erhöhten Kapital- und Betriebskosten unwirt schaftlich.These examples show that a Ca / P ratio of less than 10 in long-term operation (more than 20 h operation) to one Leads to bed agglomeration. A Ca / P ratio is required greater than 10, and the preferred ratio should be 15 be. Ratios will be significantly above this value due to the increased capital and operating costs socially.
Claims (5)
- (a) Einführung eines Kohlenmonoxid und elementaren Phosphor umfassenden Gases in ein Gefäß, das mit einem Wärmeaus tauscher, geeignet zur Übertragung von Wärme von dem Verbrennen des Brennstoffes im Gefäß in ein fließbares Wärmeaustauschmedium, versehen ist,
- (b) Einführung einer granularen Calciumverbindung in das Gefäß, die durch Erhitzen auf 750°C oder mehr Calciumoxid bilden kann, wobei die Calciumverbindung in ausreichender Menge bemessen wird, um 10 bis 20 Mol Calcium pro Mol des in das Gefäß eingeführten Phosphors im Gefäß aufrechtzuerhalten,
- (c) Einführung von ausreichend Luft in das Gefäß, um die granulare Calciumverbindung im Gefäß in Form eines Wirbelbetts zu halten und das elementaren Phosphor enthaltende Kohlen monoxid zu oxidieren, um so eine Mischung aus verbrauchtem Brennstoff und Luft zu bilden, und
- (d) In-Berührung-bringen des Wärmeaustauschers mit einer ausreichenden Menge des Wärmeaustauschermediums, um die Temperatur des Wirbelbettes auf 750 bis 1100°C zu halten, wodurch Wärme gewonnen wird.
- (a) introducing a gas comprising carbon monoxide and elemental phosphorus into a vessel which is provided with a heat exchanger suitable for transferring heat from the combustion of the fuel in the vessel into a flowable heat exchange medium,
- (b) Introducing into the vessel a granular calcium compound that can form calcium oxide by heating to 750 ° C or more, the calcium compound being sized in an amount sufficient to maintain 10 to 20 moles of calcium per mole of the phosphorus introduced into the vessel ,
- (c) introducing sufficient air into the vessel to hold the granular calcium compound in the vessel in the form of a fluidized bed and to oxidize the carbon monoxide containing elemental phosphorus so as to form a mixture of spent fuel and air, and
- (d) contacting the heat exchanger with a sufficient amount of the heat exchange medium to maintain the temperature of the fluidized bed at 750 to 1100 ° C, thereby recovering heat.
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