ITTO941078A1 - Reattore per il riscaldamento e il trattamento di materiali in atmosfe ra controllata - Google Patents

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Abstract

Un reattore comprende una camera di reazione in cui si introduce superiormente un primo materiale preriscaldato e inferiormente un secondo materiale che può comprendere costituenti solidi, liquidi e/o gassosi ed è introdotto con dosaggi differenziati in punti diversi della camera. I materiali solidi sul fondo della camera vengono mescolati, fatti avanzare verso mezzi di evacuazione e riscaldati indirettamente da elementi che ruotano nella camera, sono scaldati mentre si trovano nella parte superiore di questa e cedono il calore al materiale quando si trovano nella parte inferiore.(Figura 2).

Description

D E S C R I Z I Q N E dell'invenzione industriale avente per titolo:
"Reattore per il riscaldamento e il trattamento di materiali in atmosfera controllata"
La presente invenzione si riferisce ad un reattore per il riscaldamento ed il trattamento di materiali in atmosfera controllata, con un procedimento continuo.
In particolare, l'invenzione può trovare impiego nella riduzione di ossidi metallici, ma può essere impiegata anche per trattamenti diversi, per es. degassificazione del carbone, arrostimento della calce, fusione di metalli, ecc.
E' noto che in particolare nella riduzione di ossiai metallici si cerca in generale di ottenere elevate velocità di reazione, e di utilizzare , materiali riducenti per quanto possibile economici. Inoltre occorre evitare la riossidazione del materiale trattato. E' altresì noto che la sorgente piò economica di detti materiali ausiliari sarebbe rappresentata dal carbone, che opportunamente scaldato, sviluppa gas riducenti tra cui l'idrogeno. Tuttavia, nei reattori convenzionali, in cui il carbone viene introdotto con la carica di ossidi, si ha un cattivo sfruttamento delle proprietà riducenti, che porta a tempi di reazione molto lunghi, e a maggiori consumi di carbone. Nei casi in cui si vuole ottenere una più elevata velocità di reazione, si utilizzano reattori in cui si insuffla nel materiale metano e/o oli combustibili che sviluppano idrogeno. Per esempio, un reattore noto di questo tipo comprende un tamburo rotante in cui il materiale da ridurre viene riscaldato per irraggiamento diretto e si insufflano i fluidi riducenti attraverso tubazioni solidali al tamburo.
Questo sistema è insoddisfacente per vari motivi:
- l’irraggiamento diretto del materiale non consente un riscaldamento uniforme ed elevato della massa,
il metano o gli oli combustibili sono sorgenti di idrogeno relativamente costose,
- il sistema è reso complicato dalla necessità sia di collegare i condotti solidali al tamburo rotante ad alimentatori fissi, sia di controllare l’alimentazione dell'aria in modo da evitare la riossidazione ael materiale.
Secondo· l'invenzione si forniscono invece un reattore e procedimento per il trattamento di materiali in atmosfera controllata, ì quali consentano elevate velocità di reazione senza ricorrere a materiali costosi, garantiscano un riscaldamento uniforme, e non abbiano bisogno di strutture complicate di alimentazione.
L'invenzione fornisce un reattore comprendente una camera di reazione associata ad un'estremità, nella sua parte superiore, a mezzi di introduzione di una carica di un primo materiale da trattare e all'estremità opposta, nella sua parte inferiore, a mezzi per l'evacuazione dei materiali trattati, caratterizzato dal fatto che sono inoltre previsti: mezzi per l'introduzione di ulteriori materiali nella parte inferiore della camera, in alternativa o in aggiunta al primo materiale e sotto questo i mezzi per il riscaldamento indiretto dei materiali introdotti e per il loro rimescolamento e avanzamento continuo verso i mezzi di evacuazione; e mezzi disposti nella parte superiore della camera, per l'introduzione di gas ossidante che reagisce esotermicamente con i gas sviluppati durante il trattamento, i mezzi di riscaldamento indiretto muovendosi in modo continuo tra la parte superiore e quella inferiore della camera, essendo riscaldati nella parte superiore dal calore sviluppato da detta reazione esotermica, e cedendo, nella parte inferiore della camera, tale calore ai materiali trattati.
L'Invenzione fornisce inoltre un procedimento in cui si introduce un primo materiale da trattare ad una prima estremità di una camera di reazione e si estrae il materiale trattato da una seconda estremità della stessa, caratterizzato dal fatto che il primo materiale è introdotto nella parte superiore della camera in modo che cada sul fondo dì questa; dal fatto che nella parte inferiore si introducono, in alternativa o in aggiunta al primo materiale, ulteriori materiali che vengono coperti dal primo materiale, e dal fatto che i materiali sul fondo della camera di reazione vengono rimescolati continuamente, fatti avanzare verso l'estremità di evacuazione e riscaldati indirettamente da mezzi di riscaldamento che si muovono tra la parte superiore e la parte inferiore della camera e cedono ai materiali il calore assorbito nella parte superiore della camera.
A maggior chiarimento si fa riferimento ai disegni allegati, che mostrano l'invenzione rispettivamente in sezione verticale (fig.l), in pianta (fig.2) e in sezione orizzontale (Fig.3).
Come si vede in fig.l il reattore comprende una camera di trattamento 1 in cui ruota un tamburo refrattario 2 munito di file parallele di alette 3, p.es. di acciaio refrattario, disposte concentricamente al tamburo e incastrate in esso. Lo scopo di queste alette è quello di fare avanzare i materiali presenti nella camera, rimescolandoli e omogeneizzandoli, e di provvedere a un riscaldamento indiretto degli stessi, cedendo loro il calore assorbito nella parte superiore della camera 1, come si spiegherà meglio in seguito.
Il rotore 2 è sopportato da un albero 4, azionato da un motoriduttore 5 e raffreddato da un liquido di raffreddamento introdotto attraverso un giunto rotante 6.
La parte superiore della camera 1 comunica con un preriscaldatore 7, costituito anch'esso da un tamburo rotante munito sulla sua superficie interna di alette radiali orientate secondo le generatrici del tamburo 8. Nel preriscaldatore, una carica 9 (p.es. ossidi metallici finemente suddivisi) è riscaldata dai fumi sviluppatisi durante il trattamento effettuato nella camera 1. La carica 9 è introdotta nel preriscaldatore 7 attraverso un nastro trasportatore 10, una tramoggia 11 e uno scivolo 12. Il preriscaldatore 7 è messo in rotazione mediante ruotine 13 (fig.2) che poggiano su un'opportuna struttura di sopporto (non rappresentata) ed è associato a un camino 14 per l’evacuazione dei fumi.
All'estremità opposta al preriscaldatore 7 , la camera 1 è associata a un dispositivo 15 di evacuazione del materiale trattato dal fondo della camera, per es. una coclea azionata da un motoriduttore 16. Questa coclea è disposta all'interno di un tubo 17, che può essere associato a mezzi di raffreddamento, se il materiale costituisce un prodotto finito, o sarà isolato termicamente dall'esterno, se il materiale trattato del reattore deve subire ulteriori trattamenti termici.
Nella figura 2 si vede ancora che il reattore presenta un gruppo di alimentatori 18 (p.es. coclee azionate da rispettivi motoriduttori 19) per l'eventuale introduziooe nella parte inferiore della camera 1, sotto la carica primaria 9 e in una pluralità di punti scaglionati lungo la camera, di una carica solida secondaria, p.es. carbone in polvere o grani. Un condotto 21, comunicante con i tubi 20 che dan sede alle coclee 18, permette di miscelare al carbone sostanze liquide, p.es. olì combustibilì che vengono introdotti insieme al carbone o attraverso dì esso. Altri condotti 22 possono portare materiali gassosi, p.es. metano, propano, ecc. nella parte inferiore della camera 1. Anche questi possono essere introdotti in alternativa o in aggiunta al carbone e/o agli oli combustibili.
I materiali introdotti tramite i caricatori 18 e i condotti 21, 22 saranno in generale introdotti con dosaggio differente nei diversi punti della camera 1, cosicché in ogni punto si fornirà proprio la quantità di materiale effettivamente richiesta dalle reazioni in quel punto.
Infine nella fig. 3 si vede che nella parte superiore della camera 1 sono previsti condotti 24 con ugelli 25 per introdurre nella camera gas ossidanti (p.es. aria) per la combustione dei gas di reazione. Questa combustione è la fonte principale di riscaldamento delle alette 3. Regolando opportunamente la portata di gas ossidante, si può realizzare un controllo continuo dell'atmosfera nella parte superiore della camera. Bruciatori 23, disposti anch'essi nella parte superiore della camera, possono integrare il calore fornito dalla combustione ogni volta che ciò sia necessario. ' Il funzionamento del reattore è il seguente: la carica primaria 9 introdotta attraverso la tramoggia .1 cade nel preriscaldatore 7 dove viene fatta avanzare verso la camera 1 e viene scaldata dai fumi caldi uscenti dalla camera 1. Dal preriscaldatore 7 ; la carica 9 passa nella camera 1 dove cade sopra la carica solida secondaria introdotta attraverso gli alimentatori 18 e/o le sostanze fluide introdotte tramite i condotti 21, 22.
La massa presente nella parte inferiore della , camera 1 viene rimescolata dalle alette .3 del rotore 2, che provvedono a farla avanzare verso i dispositivi di evacuazione 15 e, soprattutto, cedono ad essa il calore assorbito nella parte superiore della camera. Il continuo rimescolamento garantisce un riscaldamento omogeneo. Mentre la massa avanza, viene combinata con nuove quantità di carica solida secondaria e/o fluidi nella misura necessaria per mantenere le reazioni. I gas sviluppati dalle reazioni tra gli ossidi e le sostanze riducenti passano poi nella parte 1 dove bruciano per effetto dell'aria o altri gas ossidanti introdotti attraverso ì condotti 24, scaldando le alette 3 nel loro percorso nella parte superiore della camera 1. Se è necessario integrare il calore fornito da tale combustione, si azioneranno anche i bruciatori 23. Grazie al sistema di riscaldamento indiretto del materiale sì mantiene una buona separazione fra le atmosfere della parte superiore e inferiore della camera 1 (atmosfera ossidante e ossidata in alto, riducente in basso), cosicché si mantiene limitato il rischio di riossidazione del materiale. Terminato il trattamento, il materiale esce attraverso il tubo 17, dove viene mantenuta la stessa atmosfera della parte inferiore della camera.
Se si utilizza il reattore p.es. per la degassificazione di carbone, saranno solo attivi uno o più caricatori inferiori 18, e il preriscaldatore ; non sarà utilizzato.
Da quanto precede risultano chiaramente i vantaggi dell'invenzione. Oltre a realizzare la separazione tra atmosfere differenti, già detta sopra, il reattore sfrutta in modo ottimale i materiali ausiliari (carbone, oli combustibili, gas naturali) in quanto questi sono introdotti lungo tutto il reattore e con dosaggi differenziati. In questo modo si può utilizzare come materiale ausiliario carbone, che è un materiale economico, mantenendo elevate velocità di reazione. Inoltre, si possono trattare materiali con granulometrie anche nettamente inferiori a quelle utilizzate comunemente, in quanto la massa viene continuamente rimescolata dalle palette e agitata anche dagli eventuali gas introdotti dal basso cosicché si mantiene una porosità elevata anche con materiali finemente suddivisi.
E* evidente che modifiche e varianti sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione stessa. Inoltre, l'impiego del reattore non è limitato agli esempi detti sopra ma può aver luogo per qualsiasi altro trattamento che debba avvenire in atmosfera controllata e che dia origine a sviluppo di gas che possono esser fatti reagire esotermicamente nella parte superiore della camera.

Claims (1)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. - Reattore per il riscaldamento e il trattamento di materiali, comprendente una camera di reazione associata ad un'estremità, nella sua parte superiore, a mezzi di introduzione di una carica di un primo materiale in grani- o in polvere da trattare e all'estremità opposta, nella sua parte inferiore, a mezzi per l'evacuazione dei materiali trattati, caratterizzato dal fatto che sono inoltre previsti: mezzi per l'introduzione di ulteriori materiali nella parte inferiore della camera, in alternativa o in aggiunta al primo materiale e sotto questo, mezzi per il riscaldamento indiretto dei materiali introdotti e per il loro rimescolamento e avanzamento continuo verso i mezzi di evacuazione; e mezzi, disposti nella parte superiore della camera, per l'introduzione di gas ossidante che reagisce esotermicamente con gas sviluppati durante il trattamento, i mezzi di riscaldamento indiretto muovendosi in modo continuo tra la parte superiore e quella inferiore della camera, essendo riscaldati nella parte superiore dal calore sviluppato da detta reazione esotermica, e cedendo, nella parte inferiore della camera tale calore ai materiali trattati. 2. - Reattore secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi per il riscaldamento, il rimescolamento e l'avanzamento continuo del materiale comprendono un primo tamburo rotante munito di gruppi di alette complanari disposte concentricamente al tamburo e atte a impegnarsi con il materiale presente 3ul fondo della camera. 3. - Reattore secondo la riv. 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi per l'introduzione del primo materiale comprendono un preriscaldatore in cui il materiale viene riscaldato dai fumi sviluppati dalla combustione di detti gas prima di essere passato alla camera di reazione. h. - Reattore secondo la riv. 3, caratterizzato dal fatto che il preriscaldatore è costituito da un secondo tamburo rotante, munito sulla sua superficie interna di alette radiali, disposte lungo generatrici del tamburo stesso, per far avanzare verso la camera il materiale durante il preriscaldamento. 5. - Reattore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre bruciatori posti nella parte superiore della camera per fornire calore supplementare ai mezzi di riscaldamento indiretto mentre questi si trovano in detta parte superiore. 6. - Reattore secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi per l'introduzione del secondo materiale sono atti a introdurre il secondo materiale in punti diversi distribuiti lungo la camera, con dosaggi differenziati per i diversi punti di introduzione. 7. - Reattore secondo la riv. 6, caratterizzato dal fatto che gli ulteriori materiali comprendono costituenti solidi in polvere o grani e/o costituenti liquidi e/o gassosi, e i mezzi per l'introduzione del secondo materiale sono costituiti da: - una pluralità di alimentatori dei costituenti solidi, - un condotto, comunicante con ciascuno di detti alimentatori per l'introduzione dei costituenti liquidi eventualmente congiunti a quelli solidi; - uno o più condotti per l'introduzione diretta dei costituenti gassosi nella parte inferiore della camera. 8. - Reattore secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di evacuazione sono disposti in un ambiente isolato termicamente dall'esterno. 9. - Reattore secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di evacuazione sono disposti in un ambiente munito di mezzi per il raffreddamento dal materiale evacuato. 10. - Reattore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedanti, caratterizzato dal fatto che il primo materiale è ossido metallico da ridurre , e i secondi materiali comprendono carbone, oli combustibili, idrocarburi leggeri. 11. - Procedimento per il riscaldamento e il trattamento di materiali in atmosfera controllata, in cui si introduce un primo materiale da trattare ad una prima estremità di una camera di reazione e si estrae il materiale trattato da una seconda estremità della stessa, caratterizzato dal fatto che il primo materiale è introdotto nella parte superiore della camera in modo che cada sul fondo di questa; dal fatto che nella parte inferiore si introducono, in alternativa o in aggiunta al primo materiale, ulteriori materiali che vengono coperti dal primo materiale, e dal fatto che il materiale sul fondo della camera di reazione viene rimescolato continuamente, fatto avanzare verso l'estremità di evacuazione e viene riscaldato indirettamente da mezzi di riscaldamento che si muovono tra la parte superiore e la parte inferiore della camera e cedono al materiale il calore assorbito nella parte superiore della camera. 12. - Procedimento secondo la riv. 11, caratterizzato dal fatto che il riscaldamento dei mezzi di riscaldamento indiretto de.i materiali è ottenuto almeno in parte grazie alla combustione di gas sviluppati durante il trattamento. 13. - Procedimento secondo la riv. 11 o 12, caratterizzato dal fatto che il primo materiale è sottoposto a preriscaldamento da parte dei fumi sviluppati da detta combustione. 14. - Procedimento secondo la riv. 11, caratterizzato dal fatto che gli ulteriori materiali vengono introdotti in più punti scaglionati tra le due estremità della camera, con dosaggi differenziati per i diversi punti. 15. - Procedimento secondo la riv. 14, caratterizzato dal fatto che gli ulteriori materiali comprendono componenti solide in grani o polvere e/o liquide e/o gassose, i liquidi essendo introdotti unitamente o attraverso la componente solida e le seconde essendo introdotte direttamente nella camera di reazione. 16. - Procedimento secondo la riv. 11, caratterizzato dal fatto che durante l'evacuazione il materiale trattato è mantenuto a temperatura sostanzialmente costante. 17. - Procedimento secondo la riv. 11* caratterizzato dal fatto che durante l'evacuazione il materiale trattato viene raffreddato. 18. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 17, caratterizzato dal fatto che detto trattamento è la riduzione di ossidi metallici che costituiscono il primo materiale, é gli ulteriori materiali comprendono carbone e/o oli combustibili e/o idrocarburi gassosi. 19. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 18, caratterizzato dal fatto che il trattamento è la degassificazione di carbone che costituisce la componente solida degli ulteriori materiali.
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