ITTO960435A1 - Reattore per il trattamento di materiali in atmosfera controllata. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell ’ INVENZIONE IN DUSTRIALE avente per titolo:

“ REATTORE PER 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 esempio degassificazione e gassificazione del carbone, arrostimento della calce, fusione di metalli, ecc.

E’ noto che in particolare nella riduzione di ossidi 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 più economica di detti materiali riducenti 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 Ita un cattivo sfruttamento delie 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; queste però sono sorgenti di idrogeno relativamente costose.

Nella domanda PCT/EP95/04372 è descritto un reattore secondo il preambolo della Rivendicazione 1, in cui il materiale viene riscaldato indirettamente, rimescolato e fatto avanzare da un tamburo rotante nella camera di reazione, il quale cede al materiale il calore fornitogli nella parte superiore della camera stessa. Sotto il materiale si forza una carica secondaria comprendente carbone in polvere. Il reattore noto risolve, parzialmente i problemi di velocità di reazione, però si presta bene solo per impianti di dimensioni non el evate.

Secondo l’invenzione si forniscono invece un reattore e procedimento per il trattamento di materiali in atmosfera controllata, i quali consentano elevate velocità di reazione senza ricorrere a riducenti costosi, garantiscano un riscaldamento uniforme, e si prestino alla realizzazione di impianti di dimensioni anche elevate.

Le caratteristiche dell ’invenzione sono descritte nelle rivendicazioni che seguono.

L’ invenzione viene rappresentata suidisegni allegati, in cui

- le Figure 1 -3 mostrano l ’ invenzione rispettivamente in sezione assiale e trasversale e in pianta; e

- le Figure 4-6 sono viste diverse di un particolare.

Come si vede nelle Figure 1-3, il reattore 1 comprende un tamburo esterno 2 che ruota attorno a un corpo interno fisso 3, con l ’interposizione di opportuni elementi di tenuta 100. Tra il tamburo 2 e il corpo 3 rimane un ’ intercapedine 2A che costituisce la camera di reazione.

Il tamburo 2 è costituito da una strettura refrattaria 4 rivestita esternamente di un mantello 3 per esempio di acciaio e presenta sulla sua superficie interna file parallele di alette radiali 6, per esempio di un acciaio refrattario atto a sopportare le temperature elevate presenti nei reattori per l e applicazioni dette sopra. Le alette 6 sono disposte concentricamente al tamburo e sono ancorate al mantello esterno 5 mediante perni o simili, non rappresentati.

Lo scopo di queste alette è quello ì di far avanzare i materiali 7 presenti sul fondo del tamburo 2, rimescolandoli e omogeneizzandoli e di provvedere ad un riscaldamento i ndiretto degli stessi, cedendo loro il calore assorbito nella parte superiore del ta mburo stesso, come si spiegherà meglio in seguito. Per facilitare l ’avanzamento del materiale, le alette in file adiacenti sono sfalsate fra loro.

Il tamburo 2 poggia su rulli 8, alcuni dei quali sono azionati da un motoriduttore 9 per trasmettere il moto al tamburo.

Il corpo interno fisso 3 è cavo e aperto alle due estremità assiali e presenta sulle sue pareti condotti 10 che sboccano nella camera di reazione 2A, per introdurre nella camera, per tutta la sua lunghezza gas ossidanti (per esempio aria) per la combus. ione dei gas di reazione sviluppati dal materiale 7. Questa combustione è la fonte principale del riscaldamento delle alette 3. Regolando opportunamente la portata di gas ossidante, si può realizzare un controllo continuo dell ’atmostera nella parte superiore della camera 2A. Bruciatori 11 possono integrare il calore fornito dalla combustione.

Se il reattore è destinato a trattare materiale finemente suddiviso, che facilmente può aderire alle pareti interne del tamburo 2 o alle alette 6, nelle pareti del corpo 3 possono essere disposti ulteriori tubi 12 per linvio contro le alette 6 e la superficie interna del tamburo 2 di aria o acqua sotto pressione destinate a staccare il materiale che eventualmente vi ha aderito.

La cavità interna del corpo fisso 3 consente il passaggio del personale addetto all ’installazione e manutenzione dei tubi 10, 12 e dei bruciatori 1 1, nonché di strumentazioni di controllo della temperatura e di analisi dei gas. E’ così possibile un monitoraggio delle condizioni esistenti nel reattore lungo tutta la sua estensione assiale.

Attraverso la parte Superiore del corpo fisso 3 si estende assialmente un condotto 13 di evacuazione dei gas combusti dal la parte superiore del la camera di reazione. Aperture 14 permettono il passaggio dei gas dalla camera 2A al tubo 13. Questo sbocca in un preriscaldatore 15, costituito anch’esso da un tamburo rotante munito sulla sua superficie interna di file di alette radiali 16 in modo analogo al tamburo 2. Nel preriscaldatore i gas riscaldano una carica primaria 17 (per esempio ossidi metall ici finemente suddivisi) ed escono all ’estremità opposta tramite un camino 21. La carica è introdotta nel preriscaldatore 15 attraverso un nastro trasportatore 18, un tramoggia 19 e uno scivolo 20, che mette il preriscaldatore 15 in comunicazione con il camino 21 , e passa alla camera 2A attraverso un condotto 22 che termina nella parte inferiore di questa, a un ’estremità assiale della stessa. Lo sbocco del condotto 22 nella camera sarà dimensionato e sagomato in modo da impedire che quantità sostanziali di gas di reazione passino al preriscaldatore 15. Il preriscaldatore è messo in rotazione mediante un motoriduttore 23 e rulli o ruotine 24, analoghi a quelli che mette in rotazione il tamburo 2. I rulli o ruotine poggiano su una struttura di supporto non rappresentata. Guarnizioni di tenuta 101 sono interposte tra il tamburo 15 e la parte fissa del reattore.

Nella parte inferiore del corpo 3 sono previsti ulteriori alimentatori 25 (per esempio coclee) per Γ introduzione sul fondo del tamburo 2 di una carica solida secondaria 26, in particolare carbone in polvere o altri materiali combustibili riducenti di costo irrisorio, quali rifiuti solidi urbani. Gli alimentatori 25 penetrano nel reattore attraverso l ’estremità opposta a quella d introduzione della carica primaria, e permettono di introdurre la carica secondaria sul fondo della camera 2A, in punti scaglionati lungo l ’asse di questa. Con questa disposizione non si ha il problema di far penetrare questa carica secondaria sotto la carica primaria molto più pesante. Si noti che, anche se gli alimentatori 25 ricevono il materiale 26 da un serbatoio comune 27, essi saranno azionabili indipendentemente, in modo da introdurre la carica secondaria con dosaggio differente nei diversi punti della camera 2A, cosicché in ogni punto si fornirà proprio la quantità di materiale effettivamente richiesta dalle reazioni in quel punto.

In prossimità dell ’ estremità assiale opposta a quella di caricamento, lateralmente al tamburo .2, è previsto un dispositivo di evacuazione del materiale trattato, per esempio una coclea 28 azionata da un motoriduttore non rappresentato. Questa coclea è disposta all ’interno di un tubo 29, che può essere associato a mezzi di raffreddamento, se il materiale costituisce un prodotto finito di cui si deve impedi re la riossidazione, o sarà isolato termicamente dall’ esterno, se il materiale trattato del reattore deve subire ulteriori trattamenti termici. Il tubo 29 presenta, adiacente al tamburo 2, una parte svasata d’ imbocco 30 che abbraccia un certo arco di rotazione del tamburo stesso. Per lo scarico del materiale, nel tamburo è previsto un canale 31 chiudibile mediante un ’aletta 32 che può venire aperta per tutto o parte del tempo in cui il canale 31 si sposta di fronte al ’imbocco 30 del tubo 29, ad ogni giro del tamburo oppure con frequenza minore. In questo modo si può regolare la quantità di materiale scaricata ogni volta, in base alle esigenze di lavorazione. Ciò dà una maggiore flessibilità rispetto ai sistemi convenzion ali che prevedono lo scarico per tracimazione oltre u bordo (diga) di testa, in cui il riempimento residuo dopo ogni operazione di evacuazione è costante.

Nelle Figure 4-6 si vede con maggiori dettagli il sistema di chi usura del canal e 31. L’aletta 32 è solidale a un ’asta 33 che può ruotare atto rno al suo asse longitudinale e che si estende esternamente. al tamburo, dove presenta un braccio 34 termi nante con un a rotella 35. Una molla di richiamo 36 tiene, in condizioni di riposo, il braccio 34 in posizione tale che l ’aletta 32 chiude il canale 31. L’ apertura dell ’aletta 32 è ottenuta grazie all ’ impegno tra la rotella 35 e una camma 37, prevista sulla testata della parte fissa 3 in una posizione tale che il braccio 34 passi davanti ad essa quando il canale 3 1 passa di fronte all ’imbocco 30. La camma ha lunghezza sostanzialmente corrispondente a quella dell ’arco abbracciato dall ’imbocco 30 del tubo 29 e la sua posizione rispetto alla rotella 35 è regolabile, in modo tale che questa, nel corso della rotazione del tamburo 2, si impegni con la camma 37 su tutta la lunghezza di questa, o solo su una parte di tale l unghezza, o anche non s’impegni con la camma. In questo modo si ottiene il voluto periodo regolabile di apertura. La posizione del la camma può essere regolata p. es. mediante viti 38.

Il funzionamento del reattore è il seguente: la carica primaria 17 introdotta attraverso la tramoggia 19 cade nel preriscaldatore 15 dove viene fatta avanzare verso la camera e viene scaldata dai fumi caldi uscenti da questa. Dal preriscaldatore 15 ia carica 9 passa nella parte inferiore della camera e viene rimescolata dalle alétte 6 del tamburo rotore, che provvedono a farla avanzare verso i dispositivi di evacuazione 28 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 la carica solida secondaria 26, introdotta in senso opposto, nella misura necessaria per mantenere le reazioni. I gas sviluppati dalle reazioni tra gli ossidi e le sostanze rilucenti presenti nella carica secondaria sono bruciati per effetto dell’aria o altri gas ossidanti introdotti attraverso i condotti 10, scaldando le alette 6 nel loro percorso nella parte superiore della camera 2 A. Se è necessario integrare il calore fornito da tale combustione, si azioneranno anche i bruciatori 11. Grazie al sistema di riscaldamento indiretto del materiale si mantiene una buona separazione tra 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 si posizionerà la camma 37 in modo da ottenere la voluta apertura del canale 31 e il materiale esce attraverso il tubo 30-29 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 25, e il preriscaldatore 15 non sarà utilizzato.

Da quanto precede risultano chiaramente i vantaggi dell ’invenzione. Ol tre a realizzare la separazione tra atmosfere differenti, il reattore sfrutta in modo ottimale la carica secondaria in quanto questa è introdotta lungo tutto il reattore e con dosaggi differenziati. In questo modo si può utilizzare come materiale ausiliario carbone o addirittura rifiuti solidi urbani, che sono materiali assai economici, mantenendo elevate velocità di reazione. Inoltre, si possono trattare materiali con granulometrie anche nettamente interiori a quelle utilizzate comunemente, in quanto la massa viene continuamente rimescolata dalle alette 6 cosicché si mantiene una porosità elevata anche con materiali finemente suddivisi. Inoltre, se la massa tendesse ad aderire alle alette o alle pareti del tombino, si possono attivare i getti di aria o acqua compressa addotti tramite i condotti 12.

E’ evidente che modifiche e varianti sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell’invenzione stessa. Così per esempio non è necessario che il preriscaldatore 15 sia posto a livello superiore a quello del fondo della camera 2 A, anche se questa disposizione è preferita. Inoltre, la carica secondaria 27 può essere mescolata con sostanze liquide, p. es. oli combustibili introdotti attraverso il carbone o insieme ad esso. Ancora, in alternativa o in aggiunta alla carica solida e alle sostanze liquide, si potranno anche introdurre materiali gassosi, quali metano, propano, ecc. che facilitano anche il mescolamento di una carica primaria finemente suddivisa.

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 essere fatti reagire esotermicamente nella parte superiore della camera.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Reattore per il riscaldamento e il trattamento di materiali, comprendente una camera di reazione associata a mezzi di introduzione di una carica di un primo materiale in grani o in polvere da trattare, in modo tale che questo si disponga nella parte inferiore della camera; mezzi per l’evacuazione dei materiali trattati, mezzi per l’introduzione di ulteriori materiali nella parte inferiore della camera, in alternativa o in aggiunta al primo materiale; mezzi per il riscaldamento indiretto dei materiali introdotti e per il loro rimescolamento e avanzamento continuo verso i mezzi di evacuazione; e mezzi 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; caratterizzato dal fatto che la camera di reazione è costituita da un’intei capedine tra un tamburo esterno rotante munito dei mezzi di riscaldamento indiretto e un corpo interno fisso cavo aperto alle due estremità in modo da realizzare un passo d’uomo per consentire sia il montaggio nelle sue pareti di detti mezzi di introduzione di gas ossidante e di mezzi di controllo delle condizioni di reazione sia l ’accesso a tali mezzi, il corpo fisso presentando nella sua parte inferiore sedi per i mezzi di introduzione dei materiali ulteriori e nella sua parte superiore un primo condotto per la raccolta dei gas combusti e fumi e l’inoltro degli stessi verso i mezzi di introduzione del primo materiale. 2.- Reattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di riscaldamento indiretto sono gruppi di alette radiali complanari disposte sulla superficie interna del tamburo. 3.- Reattore secondo la riv. 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi di introduzione del primo materiale comprendono un secondo condotto che mette in comunicazione un organo di ricevimento e preriscaldamento del primo materiale con la parte inferiore della camera, ad un’estremità assiale di questa, lo sbocco del secondo condotto nella camera essendo sagomato e dimensionato in modo da impedire una fuoriuscita sostanziale di gas di reazione e fumi attraverso lo stesso. 4.- Reattore secondo la riv. 3, caratterizzato dal fatto che l ’organo di ricevimento e preriscaldamento del primo materiale è un secondo tamburo rotante cavo munito sulla sua superficie interna di gruppi di alette radiali, il quale comunica a un 'estremità assiale con detti primo e secondo condotto. 5.- Reattore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che nelle pareti di detto corpo fisso sono montati mezzi di riscaldamento ausiliari e condotti per il lancio in detta camera di fluido sotto pressione, per staccare dalle alette e dalle pareti interne del tamburo particelle del primo materiale che eventualmente abbiano aderito ad esse. 6.- Reattore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi di evacuazione sono atti a consentire uno scarico laterale del materiale trattato, in prossimità dell’estremità assiale opposta a quella di introduzione del primo materiale, e comprendono un terzo condotto per la raccolta dei materiali evacuati dalla camera, avente un imbocco adiacente al tamburo che abbraccia un certo arco della rotazione di questo, e un canale di scarico realizzato nelle pareti del tamburo e associato a mezzi di chiusura comandabili in modo da mettere in comunicazione la camera di reazione e il terzo condotto, attraverso detto canale di scarico, in istanti e per periodi di tempo regolabili. 7.- Reattore secondo la riv.6, caratterizzato dal fatto che i mezzi di chiusura comprendono una aletta, ribaltabile, che in condizioni ai riposo chiude detto canale e che è fissata rigidamente ad un supporto che può ruotare attorno a un asse longitudinale parallelo all’asse del tamburo e sporgente dal tamburo stesso, la parte sporgente essendo associata a mezzi per provocare la rotazione del supporto e l ’apertura dell ’aletta, quando il canale si trova in corrispondenza dell imbocco del terzo condotto, contro l ’azione di una molli. 8.- Reattore secondo la riv.7, caratterizzato dal fatto che i mezzi per la rotazione del supporto comprendono un braccio solidale a detta asta e collegato a detta molla, e una camma montata in posizione regolabile sui corpo fisso e atta a provocare la rotazione del braccio quando viene a contatto con detta estremità libera di questo, la camma avendo un profilo arcuato e lunghezza sostanzialmente corrispondente all ’arco abbracciato dall ’imbocco del terzo condotto, essendo previsti mezzi per regolare la posizione relativa della camma e dell’estremità del braccio per stabilire o meno l ’ impegno tra quest ’ultima e un tratto voluto della lunghezza della camma.