Спосіб та установка для термічної обробки твердих матеріалів, що містять оксид заліза

1. Спосіб термічної обробки твердих матеріалів, що містять оксид заліза, який включає нагрівання дрібнозернистих твердих матеріалів до температури від 700 до 1150 °С в реакторі із псевдозрідженим шаром (8) за допомогою двох потоків газу або газових сумішей, який відрізняє ться тим, що перший потік газу або газової суміші вводять знизу в область змішувального простору (15) реактора (8) через щонайменше одну газопідвідну трубу (9), причому газопідвідну трубу (9) принаймні частково оточують стаціонарним кільцевим псевдозрідженим шаром (12), який зріджують другим потоком газу, який є зріджувальним газом, або газовою сумішшю, що подають в реактор, при цьому об’ємні швидкості першого потоку газу або газової суміші, а також другого потоку газу або газової суміші, яким зріджують кільцевий псевдозріджений шар (12), регулюють таким чином, щоб число Фруда для дрібнозернистого твердого матеріалу становило в газопідвідній трубі (9) від 1 до 100, у кільцевому псевдозрідженому шарі (12) - від 0,02 до 2 і у змішувальному просторі (15) - від 0,3 до 30. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що число Фруда для дрібнозернистого твердого матеріалу у газопідвідній трубі (9) становить від 1,15 до 20. 2 (19) 1 3 81793 4 псевдозрідженим шаром, або через центральну трубу (9). 11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняє ться тим, що додатково в реактор (8) через газопідвідну трубу (9) вводять принаймні частину відхідного газу, що одержують в другому реакторі (14 або 14'), який розташовують після реактора (8). 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що суміш відхідного газу, що ви ходить з другого реактора (14 або 14'), газу, що містить кисень, та газоподібного палива подається в реактор (8) через газопідвідну тр убу (9). 13. Спосіб за будь-яким з пп. 1-12, який відрізняє ться тим, що в реактор (8) через газопідвідну трубу (9) додатково подають гарячий газ, що утворюють в камері згоряння (29), яку розташовують перед реактором (8), шляхом спалювання газоподібного палива та/або відхідного газу, що містить паливо у додатковому реакторі, що розташовують після реактора (8). 14. Спосіб за будь-яким з пп. 1-13, який відрізняє ться тим, що як зріджувальний газ для кільцевого псевдозрідженого шару (12) використовують повітря, яке подають в реактор (8). 15. Спосіб за будь-яким з пп. 1-14, який відрізняє ться тим, що тиск в реакторі (8) становить від 0,8 до 10 бар. 16. Спосіб за будь-яким з пп. 1-15, який відрізняє ться тим, що додатково перед подачею в реактор (8) твердих матеріалів їх попередньо нагрівають на щонайменше одній стадії попереднього нагрівання, яка включає суспензійний теплообмінник (5) і розташований після нього циклон (6). 17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що в першому суспензійному теплообміннику (2) тверді матеріали нагрівають відхідним газом із другого суспензійного теплообмінника (5), а в другому суспензійному теплообміннику (5) - відхідним газом з реактора (8). 18. Спосіб за п. 16 або 17, який відрізняється тим, що додатково відокремлюють від 0 до 100 % вказаних твердих матеріалів у циклоні (3) першої стадії попереднього нагрівання, після чого безпосередньо вводять в реактор (8) через обвідний трубопровід, який обминає другу стадію попереднього нагрівання, у той час, як решту твердих матеріалів спочатку вводять на другу стадію попереднього нагрівання, а потім вводять в реактор (8). 19. Установка для термічної обробки твердих матеріалів, що містять оксид заліза, для реалізації способу за пп. 1-18, яка включає реактор (8), що є реактором з псевдозрідженим шаром, яка відрізняє ться тим, що реактор (8) має газопідвідну систему, виконану з можливістю подачі газу через газопідвідну систему і переносу дрібнодисперсного твердого матеріалу із стаціонарного кільцевого псевдозрідженого шару (12), який принаймні частково охоплює газопідвідну систему, у змішувальний простір (15). 20. Установка за п. 19, яка відрізняється тим, що газопідвідна система включає газопідвідну трубу (9), встановлену вертикально угору від нижньої зони реактора до змішувального простору реактора (8), причому ця газопідвідна труба (9) оточена камерою, яка принаймні частково кільцеподібно охоплює газопідвідну трубу (9) і утворює стаціонарний кільцевий псевдозріджений шар (12). 21. Установка за п. 20, яка відрізняється тим, що газопідвідна труба (9) розташована приблизно по центру поверхні поперечного перерізу реактора (8). 22. Установка за пп. 20, 21, яка відрізняється тим, що газопідвідна труба (9) має на поверхні свого корпуса отвори, наприклад, у формі прорізів. 23. Установка за пп. 19-22, яка відрізняється тим, що вона додатково включає циклон (17), що встановлений після реактора (8), та призначений для відокремлення твердих матеріалів, при цьому циклон (17) з’єднано з трубопроводом (18), який веде до кільцевого псевдозрідженого шару (12) реактора (8). 24. Установка за пп. 19-23, яка відрізняється тим, що кільцева камера реактора (8) додатково включає газорозподільну камеру (10) з газорозподільником (11), який розділяє вказану кільцеву камеру на верхню зону псевдозрідженого шару (12) і нижню газорозподільну камеру (10), при цьому газорозподільна камера (10) з’єднана із підвідним трубопроводом (6) для подачі зріджувального газу. 25. Установка за пп. 20-24, яка відрізняється тим, що реактор (8) додатково має паливопідвідний трубопровід (21 або 20), що веде до газопідвідної труби (9), та/або паливопідвідний трубопровід (21 або 20), що веде до кільцевої камери. 26. Установка за пп. 20-25, яка відрізняється тим, що реактор (8) додатково має підвідний трубопровід для газу або газової суміші, що містить кисень, що веде до газопідвідної труби (9) або в зону над кільцевим псевдозрідженим шаром (12). 27. Установка за пп. 19-26, яка відрізняється тим, що додатково перед реактором (8) встановлена камера згоряння (29). 28. Установка за пп. 20-27, яка відрізняється тим, що газопідвідна труба (9) реактора (8) з'єднана через підвідний трубопровід (20) з додатковим реактором (14 або 14', або 30), розташованим після реактора (8). Даний винахід стосується способу термічної обробки твердих матеріалів, що містять оксид заліза, у якому дрібнозернисті тверді матеріали нагріваються до температури від 700 до 1150 °С в реакторі з псевдозрідженим шаром, та відповідної установки. Такі способи та установки використовуються, зокрема, при плавленні руд, наприклад, при 5 81793 виробництві заліза із залізних руд, феронікелевих сплавів із залізонікелевих руд і т.п. Перед такою термічною обробкою руди відновлюють у наступній стадії процесу. У той час як попереднє нагрівання руд, що містять оксиди заліза, раніше в основному проводили в барабанних печах, останні кілька років для цієї мети використовують також реактори з псевдозрідженим шаром. З [ЕР 0222452 ВІ] відомий спосіб відновлення оксидів металів для одержання оксидів металів у більш низьких станах окиснення за допомогою вуглецевих відновних агентів, у якому вихідні тверді матеріали, що містять оксиди металів у більш високих станах окиснення, піддають випаленню за допомогою гарячих газів при 8001100°С в першому реакторі, у якому тверді матеріали суспендуються гарячими газами. Обпалені в такий спосіб тверді матеріали потім відновлюються з утворенням оксидів металів у більш низьких станах окиснення в другому реакторі зі стаціонарним псевдозрідженим шаром шляхом додавання вуглецевих відновних агентів і кисневмісних газів при температурі від 800 до 1100 °С. Випалення може проводитися в псевдозрідженому шарі, що утворюється як стаціонарний, або, краще, як циркулюючий. Однак, використання енергії на стадії випалу, що здійснюється з використанням стаціонарного псевдозрідженого шару, потребує поліпшення. Це пов'язане з тим фактом, що масо- і теплопередача є досить помірними через відносно низький ступінь зрідження і, отже, з труднощами регулювання внутрішнього згоряння. Крім того, попереднє нагрівання твердих матеріалів важко здійснювати із суспензійним теплообмінником, тому що запилені гази є малоприйнятними для псевдозріджувальних сопел стаціонарного псевдозрідженого шару. З іншого боку, завдяки їх більш високому ступеню зрідження циркулюючі псевдозріджені шари мають кращі умови для масо- і теплопередачі та допускають використання суспензійного теплообмінника, але мають обмеження щодо часу утримання твердих матеріалів через більш високий ступінь зрідження. Таким чином, метою даного винаходу є поліпшення умов масо- і теплопередачі в процесі термічної обробки твердих матеріалів, що містять оксид заліза. Відповідно до винаходу, ця мета досягається названим вище способом, у якому перший газ або газову суміш вводять знизу через щонайменше одну розташовану, краще, по центру газопідвідну трубу (центральну трубу) в область змішувального простору реактора, причому центральна труба принаймні частково оточена стаціонарним кільцевим псевдозрідженим шаром, що зріджується подаваним зріджувальним газом, а об'ємні швидкості першого газу або газової суміші, так само як і зріджувального газу для кільцевого псевдозрідженого шару, регулюють таким образом, щоб число Фр уда для частинок у центральній трубі було в межах від 1 до 100, у кільцевому псевдозрідженом шарі - від 0,02 до 2, і у змішувальному просторі - від 0,3 до 30. 6 Властиві способу за винаходом переваги стаціонарного псевдозрідженого шару, такі як досить великий час утримання твердих матеріалів, ι переваги циркулюючого псевдозрідженого шару, такі як гарна масо- ι теплопередача, можуть бути, несподівано, об'єднані в процесі термічної обробки при-одночасному усуненні недоліків обох систем. При проходженні через верхню зону центральної труби перший газ або газова суміш захоплює тверді матеріали з кільцевого стаціонарного псевдозрідженого шару в змішувальний простір, в результаті чого, через високі швидкості ковзання між твердими матеріалами та першим газом, утворюється інтенсивно перемішувана суспензія і між двома фазами виникає оптимальне теплоперенесення. Регулюючи відповідним чином висоту шару в кільцевому псевдозрідженому шарі, а також об'ємні швидкості першого газу або газової суміші та зріджувального газу, можна в широких межах варіювати вміст твердих матеріалів у суспензії над зоною отвору центральної труби, завдяки чому падіння тиску першого газу між зоною отвору центральної труби та верхнім виходом змішувального простору може становити від 1 до 100мбар. У випадку високого вмісту твердих матеріалів у суспензії в змішувальному просторі більша частина твердих матеріалів буде осаджуватися із суспензії та повертатися до кільцевого псевдозрідженого шару. Таку рециркуляцію називають внутрішньою рециркуляцією твердих матеріалів, причому потік твердих матеріалів, що циркулюють у цій внутрішній рециркуляції, звичайно, значно перевищує кількість твердих матеріалів, що подаються в реактор ззовні. Певна кількість (менша) твердих матеріалів, що не осіли, виводиться зі змішувального простору разом з першим газом або газовою сумішшю. Час утримання твердих матеріалів в реакторі може варіюватися в широких межах шляхом добору висоти та площі поперечного переріза кільцевого псевдозрідженого шару і бути адаптованим для бажаної термічної обробки. Завдяки високому вмісту твердих матеріалів, з одного боку, і гарній масо- і теплопередачі, з іншого боку, створюються чудові умови для практично повного згоряння палива, що вводиться в реактор, над зоною отвору центральної труби. Тут, наприклад, може здійснюватися практично повне згоряння природного газу при температурі, близькій до температури запалення та/або при невеликому надлишку кисню і без появи локальних температурних піків Тверді матеріали, що захоплюються із реактора газовим потоком, повністю або принаймні частково рециркулюють в реактор, причому рециркуляцію доцільно направляти в стаціонарний псевдозріджений шар. Рециркулюючий у такий спосіб потік твердих матеріалів у кільцевий псевдозріджений шар звичайно має той же порядок величини, що й потік твердих матеріалів, які вводять в реактор ззовні. Поряд із чудовим використанням енергії ще одна перевага способу відповідно до винаходу полягає у можливості швидкої, легкої та надійної зміни перенесення енергії та масопередачі відповідно до 7 81793 вимог, що висуваються, шляхом зміни об'ємних швидкостей першого газу або газової суміші і зріджувального газу. З метою забезпечення особливо ефективної теплопередачі в змішувальному просторі та достатнього часу утримання в реакторі, об'ємні швидкості першої газової суміші та зріджувального газу регулюють, краще, таким чином, щоб безрозмірні числа Фруда для частинок (FrP) у центральній трубі були в межах від 1,15 до 20, у кільцевому псевдозрідженом шарі - від 0,115 до 1,15, та/або в змішувальному просторі - від 0,37 до 3,7. Кожне з чисел Фруда для частинок визначається таким рівнянням: u Fr P = p s - pf * dp * g pf де: u = ефективна швидкість газового потоку, м/с Рs = густина твердої частинки, кг/м 3 рf = ефективна густина зріджувального газу, кг/м 3 dp = середній діаметр (в м) частинок, що знаходяться в реакторі (або частинок, що утворилися) під час роботи реактора g = гравітаційна постійна, м/с2. При використанні цього рівняння слід враховувати, що dp позначає не розмір зерна (dso) подаваного в реактор матеріалу, а середній діаметр вмісту реактора, що утворюється при роботі реактора, який може значно відрізнятися в обидва боки від середнього діаметра використовуваного матеріалу (первинних частинок). Наприклад, з дуже тонко гранульованого матеріалу із середнім діаметром від 3 до 10мкм у процесі термічної обробки утворюються частинки (вторинні частинки) з розміром зерна від 20 до 30мкм. З іншого боку, деякі матеріали, наприклад деякі руди, при термічній обробці розтріскуються. Відповідно до одного з варіантів винаходу, пропонується регулювати висоту шар у твердих матеріалів в реакторі таким чином, щоб кільцевий псевдозріджений шар принаймні частково виступав за межі верхнього відкритого кінця центральної труби на кілька сантиметрів, завдяки чому тверді матеріали будуть безперервно вводитися в перший газ або газову суміш і захоплюватися газовим потоком у змішувальний простір, розташований над зоною отвору центральної труби. У такий спосіб досягається особливо високий вміст твердих матеріалів у суспензії над зоною отвору центральної труби, що створює можливість, наприклад, повного згоряння в ускладнених умовах. За допомогою способу відповідно до винаходу всі типи руд, що містять оксид заліза, зокрема, також і такі руди, що крім оксиду заліза містять інші оксиди металів, можуть бути піддані ефективній термічній обробці і, можливо, одночасно окиснені або відновлені. Зокрема, спосіб може бути використаний для термічної обробки нікелевих руд, що містять оксид заліза, 8 марганцевих руд, що містять оксид заліза, і хромових руд, що містять оксид заліза. Виробництво тепла в необхідному для роботи реактора обсязі може бути забезпечено будь-яким способом, відомим фахівцям в даній області. Відповідно до одного зі спеціальних втілень даного винаходу, пропонується подавати в реактор паливо, в результаті згоряння якого з кисневмісним газом тепло в обсязі, необхідному для попереднього нагрівання, повністю або принаймні частково виробляється усередині реактора. У випадку останнього варіанта друга частина необхідного обсягу тепла може забезпечуватися шляхом подачі гарячих газів або підігрітих твердих матеріалів. У той час як тверде паливо типу вугілля або рідке паливо типу рідких вуглеводнів подається в реактор, краще, через відповідний підвідний канал безпосередньо в кільцевий псевдозріджений шар або змішувальний простір, газоподібні палива, наприклад, природний газ, може вводитися або через відповідний підвідний трубопровід у кільцевий псевдозріджений шар, в область реактора над кільцевим псевдозрідженим шаром, або через центральну трубу в реактор. З метою забезпечення повного згоряння палива в реактор подають, краще, кисневмісний газ з вмістом кисню від 15 до 30%, зокрема, краще, через трубопровід над кільцевим псевдозрідженим шаром або через центральну трубу. Відповідно до одного з варіантів винаходу, пропонується забезпечити частину або всю необхідну для реактора енергію подачею відхідних газів з якого-небудь розташованого далі по ходу процесу реактора, наприклад, відбудовного реактора, які також, можливо, містять паливо типу метану або оксиду вуглецю. Таким чином, потреба у свіжому паливі може бути значно знижена або навіть повністю усун ута. Названий шлях особливо рекомендується для тих способів, у яких після термічної обробки йде, наприклад, плавка залізних руд, тому що при цьому утворюються великі об'єми відхідного газу з температурою до 1500 °С. Краще, щоб запилений відхідний газ подавався в реактор через центральну тр убу, щоб можна було не проводити дорогого знепилення. Повітря для горіння доцільно вводити в змішувальний простір через трубопровід над кільцевим псевдозрідженим шаром. Рекомендується регулювати температуру усередині реактора, змінюючи кількість подаваного повітря, причому газова атмосфера на виході з реактора повинна при цьому залишатися злегка відновлювальною. Якщо теплотворність відхідного газу з реактора відновлення не достатня для забезпечення бажаної температури реактора, виявляється доцільним подавати в реактор через центральну тр убу суміш кисневмісного газу, газоподібного палива, наприклад, природного газу, і відхідного газу із другого, розташованого далі по ходу процесу реактора, що також містить паливо При цій операції змішування потоків відбувається, краще, в центральній трубі, у той час як запалення та згоряння здійснюються в змішувальному 9 81793 просторі, де здійснюється особливо ефективне теплоперенесення між гарячими частинками стаціонарного кільцевого псевдозрідженого шару, які були захоплені газовим потоком, і технологічними газами. У цьому випадку температура реактора регулюється зміною об'ємної швидкості газоподібного палива, причому кількість кисневмісного газу підбирається такою, щоб на ви ході з реактора у відхідному газі усе ще був присутній залишковий кисень. Відповідно до іншого втілення даного винаходу, свіже паливо, краще, газоподібне паливо, або відхідний газ з розташованого далі по ходу процесу реактора, що містить паливо, або суміш свіжого палива та відхідних газів, що містять паливо, з кисневмісним газом згоряє в камері згоряння, що передує по ходу процесу реактору, після чого утворені в такий спосіб гарячі технологічні гази подають в реактор, краще, через центральну трубу. Природно, що в цьому втіленні можливо також виробляти тільки частину енергетичної потреби шляхом спалювання свіжого палива та забезпечувати решту подачею гарячих відхідних газів з розташованого далі по ходу процесу реактора. Коли реактор експлуатується під високим тиском, тиск реактора може бути використаний за допомогою розширювальної турбіни. Кращі значення тиску становлять від 0,8 до 10бар. В реактор попереднього нагрівання як газ для зріджування кільцевого псевдозрідженого шару подають, краще, гаряче або холодне повітря, що не містить пилу, причому для цієї мети, природно, можуть бути також використані всі інші гази або газові суміші, що не містять пилу, відомі фахівцям у даній області. Може виявитися також доцільним стискати знепилений та охолоджений відхідний газ таким чином, щоб його можна було використовува ти як зріджувальний газ для кільцевого псевдозрідженого шару. Кількість твердих матеріалів, що захоплюються газовим потоком, який протікає через центральну трубу, і виводяться з реактора, тобто, та кількість, що не осідає зі змішувального простору реактора назад у стаціонарний кільцевий псевдозріджений шар, відокремлюється в циклоні, розташованому по ходу процесу після реактора, і може повністю або частково рециркулювати через зворотний трубопровід для твердих матеріалів. Істотна перевага такої рециркуляції полягає в тому, що вміст твердих матеріалів у суспензії в змішувальному просторі можна спеціально підбирати відповідно до вимог способу і навіть, при необхідності, міняти цей вміст у процесі роботи. Відповідно до одного з варіантів винаходу, падіння тиску між центральною трубою та вивідним трубопроводом з реактора вимірюється для цієї мети та регулюється зміною кількості рециркулюючих твердих матеріалів. Виявилося особливо вигідним застосування проміжної ємності з розташованим далі по ходу процесу дозуючим пристроєм, наприклад, поворотнопластинчастим (секторним) живильником зі змінною швидкістю обертання або роликовим 10 поворотним клапаном. Не затребувані для рециркуляції тверді матеріали виводять, наприклад, за допомогою рівчака. Якщо не потрібно міняти вміст твердих матеріалів у суспензії над зоною отвору центральної труби, а рециркуляція з яких-небудь міркувань є недоцільною, рециркуляцію твердих матеріалів і проміжну ємність можна не використовува ти. У цьому випадку тверді матеріали повністю виводяться з газовим потоком. Перед реактором (по ходу процесу) можуть бути введені одна або більше стадій попереднього нагрівання, на яких призначену для випалу та відновлення руду попередньо підігрівають і, завдяки цьому, видаляють частину вологи, що міститься в руді. Краще, перед реактором (по ходу процесу) вводять дві стадії попереднього нагрівання, кожна з яких включає суспензійний теплообмінник та розташований за ним по ходу процесу циклон. При цьому матеріал у першому суспензійному теплообміннику нагрівається відхідним газом із другого суспензійного теплообмінника, а матеріал у другому суспензійному теплообміннику нагрівається відхідним газом з реактора. В результаті цього сумарна енергетична потреба процесу знижується. Відповідно до одного з варіантів винаходу, пропонується також, залежно від вмісту вологи у вихідному матеріалі, безпосередньо вводити в реактор частину (від 0 до 100%) твердих матеріалів, відокремленних у циклоні першої стадії попереднього нагрівання, через обвідний трубопровід, минаючи другу стадію попереднього нагрівання, у той час як решта спочатку вводиться на другу стадію попереднього нагрівання, а потім також вводиться в реактор. Чим вище вміст вологи у ви хідному матеріалі перед попереднім нагріванням і, можливо, відновленням, тим менша кількість твердих матеріалів пропускається через другу стадію попереднього нагрівання і тим більша кількість твердих матеріалів пропускається по обвідному трубопроводу. Таким чином, ця операція може гнучко адаптуватися до вмісту вологи у вихідному матеріалі з метою забезпечення оптимального використання енергії. Установка відповідно до винаходу, яка, зокрема, є придатною для реалізації описаного вище способу, включає реактор, що є реактором з псевдозрідженим шаром для попереднього нагрівання та/або окиснення або (попереднього) відновлення твердих матеріалів, що містять оксид заліза, причому реактор має газопідвідну систему, влаштован у таким чином, що газ, який протікає через газопідвідну систему, захоплює тверді матеріали зі стаціонарного кільцевого псевдозрідженого шару, що принаймні частково охоплює газопідвідну систему, у змішувальний простір. Можливо також завершення газопідвідної системи нижче поверхні кільцевого псевдозрідженого шару. Газ після цього вводиться в кільцевий псевгдозріджений шар, наприклад, через бічні отвори, захоплюючи за рахунок швидкості потоку тверді матеріали з кільцевого псевдозрідженого шару в змішувальний простір. 11 81793 Відповідно до одного з кращих аспектів винаходу, газопідвідна система включає газопідвідну трубу (центральну трубу), що виступає від нижньої зони реактора по суті вертикально угору, краще, в змішувальний простір реактора, що принаймні частково оточений простором, у якому утворюється стаціонарний кільцевий псевдозріджений шар. Центральна труба може мати на своєму вихідному отворі сопло та мати один або кілька отворів, розподілених навколо поверхні його корпуса таким чином, щоб при роботі реактора тверді матеріали , безперервно попадали в центральну тр убу через отвори та захоплювалися першим газом або газовою сумішшю через центральну тр убу в змішувальний простір. Природно, що реактор може містити дві або більше газопідвідні труби з різними або однаковими розмірами або формами поперечного переріза. Однак, краще, щоб щонайменше одна з газопідвідних труб була розташована приблизно по центру по відношенню до поверхні поперечного переріза реактора. Відповідно до одного з кращих втілень, після реактора по ходу процесу розташований циклон для відокремлення твердих матеріалів, який може мати трубопровід для твердих матеріалів, що веде до кільцевого псевдозрідженого шару першого реактора. З метою забезпечення надійного зрідження твердих матеріалів та утворення стаціонарного псевдозрідженого шару в кільцевому просторі реактора утворений газорозподільник, який розділяє цей простір на верхню зону псевдозрідженого шару та нижній газорозподільний простір. Газорозподільний простір з'єднаний із підвідним трубопроводом для зріджувального газу. Замість газорозподільного простору може бути також використаний газорозподільник, утворений трубами. Для регулювання температур, необхідних для попереднього нагрівання твердих матеріалів, краще, щоб реактор мав ведучий до центральної труби топливопідвідний трубопровід, кільцевий простір та/або змішувальний простір. Для цієї ж мети в реакторі є підвідний трубопровід для кисневмісного газу, який веде абодо^еінтральної труби, або в зону, розташовану над зоною псевдозрідженого шару. Поряд із цим або як альтернатива, перед реактором (по ходу процесу) може бути встановлена камера згоряння, у якій спалюється свіже паливо та/або відхідні гази, що містять паливр, з реактора, розташованого після (по ходу процесу) реактора попереднього нагрівання. Відповідно до одного з варіантів винаходу, пропонується установка газопроводу, що проходить від відновлювального реактора, розташованого після (по ходу процесу) реактора попереднього нагрівання, до центральної труби реактора, через який (трубопровід) принаймні частина відхідних газів з відновлювального редактора може подаватися в реактор попереднього нагрівання. Оскільки через недолік твердих матеріалів можуть розвиватися екстремальні температури, 12 які, наприклад, можуть стати причиною виділення великих кількостей ΝΟx або матеріальних проблем, як правило, кращим є використання внутрішнього згоряння. В кільцевому псевдозрідженому шарі та/або змішувальному просторі реактора, відповідно до винаходу, може бути створений засіб для відхилення твердих та/або рідких потоків. Для цього можна, наприклад, встановити в кільцевому псевдозрідженому шарі кільцеву перегородку з діаметром, проміжним між діаметром центральної труби та діаметром стінки реактора, таким чином, щоб вер хній край перегородки виступав за межі рівня твердих матеріалів, що виникає в процесі роботи, у той час як нижній край перегородки був би розташований на відстані від газорозподільника або подібного пристрою. Таким чином, тверді матеріали, що осідають зі змішувального простору поблизу стінки реактора, повинні спочатку пройти через рівчак у нижнього краю перегородки, перш ніж вони будуть захоплені газовим потоком центральної труби назад у змішувальний простір. В результаті цього в кільцевому псевдозрідженому шарі посилюється обмін твердих матеріалів і завдяки цьому стабілізується час утримання твердих матеріалів у кільцевому псевдозрідженому шарі. Далі винахід описується в деталях з посиланнями на втілення та креслення. Всі ознаки, описані та/або проілюстровані на кресленні, утворюють предмет винаходу самі по собі або в будь-якому поєднанні незалежно від того, чи включені вони до формули винаходу або наведених в ній посилань. Стислий опис креслень Фіг.1 демонструє те хнологічну схему способу та установку відповідно до першого втілення даного винаходу, Фіг.2 демонструє те хнологічну схему способу та установку відповідно до другого втілення даного винаходу; Фіг.3 демонструє те хнологічну схему способу та установку відповідно до третього втілення винаходу. Розкриття винаходу У способі, показаному на Фіг.1, який, зокрема, є придатним для попереднього нагрівання та попереднього відновлення залізонікелевих сплавів і залізомарганцевих сплавів, дрібнозернисту, можливо, вологу р уду з розміром зерна менше 10 мм завантажують за допомогою гвинтового конвеєра 1 у суспензійний теплообмінник 2 першої' стадії попереднього нагрівання, на якій матеріал, краще, суспендують і попередньо нагрівають відхідним газом з другої стадії попереднього нагрівання доти, поки більша частина поверхневої вологи не буде видалена. Потім суспензію направляють у потоці газу в циклон 3, у якому тверді матеріали відокремлюються від газу. Відокремлені тверді матеріали після цього направляють по трубопроводу 4 у другий суспензійний теплообмінник типу Вентурі (5), додатково нагрівають і знову відокремлюють від газового потоку в циклоні 6. 13 81793 Попередньо нагріту в такий спосіб руду направляють по трубопроводу 7 в реактор 8, у якому руда нагрівається до температури від 700 до 1150°С з метою видалення залишкової кристалічної води. У нижній зоні реактора по його центру розташована вертикальна центральна труба 9, оточена простором з кільцевим перерізом. Як центральна труба 9, так і «кільцевий простір» можуть, зрозуміло, мати поперечний переріз, відмінний від кращого круглого поперечного перерізу за умови, що кільцевий простір при цьому буде принаймні частково охоплювати центральну тр убу 9. Кільцевий простір розділений газорозподільником 11 на верхню частину та нижню частину. У той час як нижній простір діє як газорозподільний простір (повітряна коробка) 10 для зріджувального газу, верхня частина простору включає стаціонарний псевдозріджений шар 12 (кільцевий псевдозріджений шар), наприклад, псевдозрідженой залізної руди, нікелевої, хромової або марганцевої руди, що містять оксид заліза, причому псевдозріджений шар при цьому трохи виступає за межі верхнього відкритого торця центральної труби 9. По трубопроводу 13 до реактора як зріджувальний газ подається повітря, що проходить через газорозподільник 11 у верхню частину кільцевого простору, де воно зріджує руду перед її підігріванням, утворюючи стаціонарний псевдозріджений шар. Швидкість подаваних в реактор 8 газів підбирають, краще, такою, щоб число Фруда для частинок у кільцевому псевдозрідженому шарі 12 було в межах від 0,12 до 1. Відхідний газ з розташованого далі по ходу процесу реактора 14 може безперервно подаватися через центральну трубу 9 в реактор 8, а потім, після проходження через центральну трубу 9, згаданий відхідний газ проходить через змішувальний простір 15 і верхній канал 16 у циклон 17. Швидкість подаваного в peaKTOD 8 газу підбирають, краще, такою, щоб число Фруда для частинок у центральній трубі 9 було в межах від 6 до 10. Завдяки таким високим швидкостям газу, газ, що проходить через центральну трубу 9, захоплює тверді матеріали зі стаціонарного кільцевого псевдозрідженого шару 12 у змішувальний простір 15, проходячи через зону верхнього отвору. Через більш високий тиск у псевдозрідженому шарі в межах кільцевого псевдозрідженого шару порівняно з верхнім краєм центральної труби 9 псевдозріджений шар перетікає через верхню кромку центральної труби 9, в процесі чого утворюється інтенсивно перемішувана суспензія. Верхня кромка центральної труби 9 може бути рівною або зазубреною, або ж мати бічні випускні отвори. В результаті зменшення швидкості потоку через розширення газового струменя та/або зіткнень на одній зі стінок реактора захоплені тверді матеріали втрачають швидкість та осідають назад у кільцевий псевдозріджений шар 12. Тільки невелика кількість неосілих твердих матеріалів 14 виводиться з реактора разом з газовим потоком через перепускний канал 16. Таким чином, між зонами реактора, у яких розташовані стаціонарний кільцевий псевдозріджений шар 12 та змішувальний простір 15, створюється циркуляція твердих матеріалів, завдяки чому забезпечується гарна теплопередача. Тверді матеріали, відокремлені в циклоні 17, рециркулюють в реактор 8 по трубопроводу, у той час як усе ще гарячий відхідний газ вводиться в суспензійний теплообмінник 5 другої стадії попереднього нагрівання. Необхідне для процесу тепло забезпечується спалюванням палива 3 цією метою в реактор як паливо подається, наприклад, природний газ, який через трубопровід 19 вводиться спочатку в трубопровід 20, а потім через центральну трубу 9 в реактор 8. Як альтернатива або додатково до цього, у кільцевий псевдозріджений шар 12 може також безпосередньо вводитися тверде паливо, наприклад, вугілля. Рідкі палива доцільно розпиляти за допомогою газу у дворідинному соплі. Розпилювальний газ при цьому також охолоджує сопло Іншою можливістю є зрідження кільцевого псевдозрідженого шару 12 газоподібним паливом або газовою сумішшю, що містить паливо. Однак, якщо необхідності в паливі немає, для переведення газорозподільного простору на зрідження повітрям цей простір повинен бути продутий інертним газом, наприклад, азотом. Така операція, як з'ясувалося, корисна, щоб уникнути переривання зрідження кільцевого псевдозрідженого шару 12. У ще одному (не проілюстрованому) втіленні трубчасто го газорозподільника газорозподільний простір виключається. Кільцевий псевдозріджений шар 12 зріджується повітрям, яке вводиться через сопла. Повітря подається до сопел за допомогою колектора. Для введення палива окремі сопла можуть бути приєднані до паливоподавального трубопроводу. У такому втіленні зрідження кільцевого псевдозрідженого шару повітрям зберігається навіть у тому випадку, коли в паливі немає необхідності або потрібна невелика кількість палива. У кращій схемі, що показана на Фіг.1, відхідний газ розташованого далі по ходу процесу реактора 14, що містить паливо, подається по трубопроводу 20. Енергії, що міститься в цьому відхідному газу, в основному досить для досягнення бажаної температури реактора. З метою забезпечення повного згоряння палива в реактор подається кисневмісний газ, краще, з 15-30% об. кисню, причому спочатку газ вводиться через підвідний трубопровід 21 у трубопровід 20, що веде до центральної труби 9, з наступним проходом газу в реактор 8 через центральну трубу 9. У центральній трубі 9 повинна утворитися суміш відхідного газу, що містить паливо, і кисневмісного відхідного газу, а запалення та горіння повинні відбуватися тільки в реакторі 8. Альтернативно, кисневмісний газ може бути також введений в 15 81793 реактор 8 через підвідний трубопровід над кільцевим псевдозрідженим шаром 12. Особлива перевага способу за винаходом полягає в тому, що відхідний газ з розташованого далі по ходу процесу відновлювального реактора 14, який вводиться через центральну тр убу 9 і містить газоподібне паливо типу метану або окису вуглецю, також може спалюватися в реакторі 8 і, таким чином, бути використаним для одержання енергії без попереднього знепилення. Частина попередньо нагрітого матеріалу з кільцевого псевдозрідженого шару 12 безперервно виводиться з реактора 8 через трубопровід 22 і вводиться в псевдозріджений шар відновлювального реактора 14, у якому оксиди металів, що містяться в твердому матеріалі, відновлюються до оксидів з більш низьким станом окиснення та/або до металів. З тією же метою попередньо нагріті тверді матеріали, відокремлені в електростатичному осаджувачі 23 від відхідного газу із циклона, розташованого після (по ходу процесу) першого суспензійного теплообмінника 2, подаються у відновлювальний реактор 14 по трубопроводу 24. Відновлювальний агент, наприклад, відновлювальний газ, відновлений з природного газу, використовується в крекінгустановках із протитечією. Цей відновлювальний газ направляється в реактор 14 по трубопроводу 25 через днище з вбудованими фурмами або газорозподільник 33. У випадку плавильного реактора (див. Фіг.3) як відновлювальний агент у плавильний реактор може інжектуватися вугільний пил. Альтернативно або додатково, як відновлювальний агент можуть бути також використані рідкі вуглеводні або дрібнозернисте вугілля, які можуть або безпосередньо вводитися в стаціонарний псевдозріджений шар реактора 14, або подаватися в реактор 14 разом з підігрітими або обпаленими твердими матеріалами через трубопроводи 26 та 22. Якщо використовуються рідкі або тверді відновлювальні агенти, для утворення стаціонарного псевдозрідженого шару у відновлювальний реактор повинен додатково подаватися через трубопровід 25 кисневмісний зріджувальний газ з вмістом кисню від 10 до 25% об. Відновлені тверді матеріали виходять з відновлювального реактора через трубопровід 27, у той час як запилений відхідний газ подається без відокремлення пилу через трубопровід 20 і центральну трубу 9 в реактор 8, у якому спалюється все лаливо, що ще міститься у відхідному газі. У такий спосіб, відхідний газ з відновлювального реактора 14, з одного боку, використовується як паливо для створення необхідної в реакторі температури і, з іншого боку, використовується як газ-носій для суспендування твердих матеріалів, захоплюваних із зони отвору центральної труби 9 у змішувальний простір 15. Завдяки утилізації енергії відхідного газу з відновлювального реактора 14 в реакторі 8, з одного боку, та оптимального використання енергії в процесі попереднього нагрівання, з іншого боку, чому сприяє конструкція реактора 8, спосіб за винаходом забезпечує високу ефективність. 16 З метою одержання більшої гнучкості стосовно вибору вихідних матеріалів, зокрема, в тому, що стосується вологості використовуваної руди при вибраних розмірах реактора 8, пропонується обвідний трубопровід 28, що проходить від циклона 3 першої стадії попереднього нагрівання до реактора 8, через який (обвідний трубопровід) певна кількість відокремленних у циклоні 3 твердих матеріалів вводиться безпосередньо в реактор 8. Решту твердих матеріалів перед введенням в реактор 8 по трубопроводу 7 спочатку пропускають через другу стадію попереднього нагрівання. У випадку особливо вологих руд, обвідний трубопровід 28 дозволяє пропускати через другу стадію попереднього нагрівання лише невелику частину потоку, або пропускання цієї частини потоку цілком припиняється з метою недопущення конденсації водяної пари в електростатичному осаджувачі 23. Відповідно до винаходу, з метою максимальної утилізації енергії та недопущення конденсації і, таким чином, корозійних ушкоджень на трасі проходження відхідного газу температуру відхідного газу підтримують постійною. Регулювання температури відхідного газу здійснюється таким чином, що, у випадку високої вологості та зниження температури відхідного газу у циклоні З нижче заданого значення, в обвідному трубопроводі 34 (ТІС1) збільшується швидкість подачі сировини дозуючим пристроєм, наприклад, підвищується частота обертання обертальнолопатевого живильника 34 або подібного йому пристрою. В результаті цього в реактор 8 надходить більше холодних твердих матеріалів і температура в каналі 16 падає нижче заданого значення. Це приводить до збільшення відкриття паливного вентиля 19 у паливному трубопроводі 19 за допомогою додаткового регулятора температури (ТІС2). У той же час в теплообмінник 5 попадає менше холодних твердих матеріалів із циклона 3, в результаті чого температура в теплообміннику 5 та у циклоні 6 підвищується убік заданого значення. На відміну від описаної вище апаратури установка, показана на Фіг.2, має камеру згоряння, розташовану перед (по ходу процесу) реактором 8, у якій відхідний газ, що містить паливо, з розташованого далі (по ходу процесу) плавильного реактора 30 згоряє до його потрапляння до реактора.8. У камеру згоряння 29 відхідний газ, що містить паливо, подається з плавильного реактора 30 по трубопроводу 19, підігріте у теплообміннику 31 повітря подається по трубопроводу 21, і також підігрітий кисневмісний рециркулюючий газ подається по трубопроводу 32. Гарячий технологічний газ, що утворюється при згорянні, з температурою від 900 до 1700 °С, виводиться з камери згоряння 29 по трубопроводу 20 і вводиться в реактор 8 через центральну трубу 9, де технологічний газ зріджує і підігріває тверді матеріали, що вводяться у кільцевий псевдозріджений шар 12 через трубопровід 7. Крім того, зріджувальний газ для кільцевого псевдозрідженого шару 12 надходить в реактор 8 17 81793 через трубопровід 13, а третинне повітря для регулювання температури та кисню подається в реактор 8 по трубопроводу 35. Краще підбирати швидкості зріджувального газу та газу, що проходить через центральну трубу 9, таким чином, щоб числа Фруда для частинок у кільцевому псевдозрідженому шарі 12 були в межах від 0,12 до 1, а в центральній фурмі 9 - від 6 до 12. Суміш газу із твердими матеріалами, що виводиться з реактора 8, розділяють на дві фази в циклоні 17. У той час як підігріті тверді матеріали вводяться в плавильний реактор 30 через трубопровід 22, теплий відхідний газ спочатку пропускається через теплообмінник 31, а потім очищається за допомогою не показаного на схемі очисного пристрою. Використання описаного способу забезпечує повного згоряння палива перед його введенням в реактор 8. Спосіб, проілюстрований на Фіг.3, відрізняється від способу, описаного на Фіг.1, тим, що потреба в енергії реактора 8 забезпечується винятково подачею гарячого відхідного газу з розташованого далі по ходу процесу відновноплавильного реактора 14і. Такого роду реактори 14' використовують, наприклад, для плавильного відновлення залізної руди з метою одержання металевого заліза, при якому утворюються значні кількості запилених відхідних газів з температурою приблизно 1500°С. Так само, як у способі, проілюстрованому на Фіг.1, залізну руду спочатку попередньо нагрівають на двох стадіях попереднього нагрівання, кожна з яких включає суспензійний теплообмінник 2, 5 і розташований після нього по ходу процесу циклон 3, 6, після якого тверді матеріали вводяться в кільцевий псевдозріджений шар реактора 8 по трубопроводу 7. В реактор 8 повітря як зріджувальний газ подається по трубопроводу 13, а відхідний газ з розташованого після нього по ходу процесу відновно-плавильного реактора 14' подається через центральну трубу 9. Повітря вводиться через трубопровід газового потоку 19. Завдяки тому, що в реактор 8 подається запилений відхідний газ, відпадає необхідність у дорогому знепилюванні. Краще підбирати швидкості зріджувального газу та газу, що проходить через центральну трубу 9, таким чином, щоб числа Фруда для частинок у кільцевому псевдозрідженому шарі 12 були в межах від 0,1 до 1, у центральній фурмі 9 - від 5 до 10, і у змішувальному просторі 15 - від 1 до 5. Частина потоку підданих термічній обробці твердих матеріалів, відокремленних у циклоні 17, рециркулює до реактора 8 по трубопроводу 18, у той час як інша частина потоку подається по трубопроводу 22 в реактор 14', де здійснюється відновлювальна плавка. Особлива перевага такого способу в порівнянні з відомими дотепер спорідненими способами полягає в тому, що в цьому способі може бути виключене дороге знепилювання відхідного газу з відновно-плавильного реактора 14', яке є абсолютно необхідним перед введенням 18 відхідного газу у традиційний стаціонарний псевдозріджений шар. Оскільки ж, крім того, у цьому способі може бути виключена подача додаткового палива, то досяжне в цьому способі використання енергії є навіть кращим того, що досягається способом, показаним на Фіг.1. Винахід описується далі на трьох прикладах, що демонструють задум винаходу, але не обмежують власне винахід. Приклад 1 (термічна обробка латеритової нікелевої руди) На установці, що відповідає Фіг.1, у суспензійний теплообмінник 2 подають за допомогою гвинтового конвеєра 1220 т/год. латеритової нікелевої руди з розміром зерна менше 10мм, яка містить: 1,75% мас. NiO, 31,4% мас. Fe2O3 11% мас. вологи.· Після проходження рудою першої та другої стадій попереднього нагрівання підсушену нікелеву руду вводять у випалювальний реактор 8 через трубопровід 7. Крім того, у випалювальний реактор 8 через центральну трубу 9 вводять 6200 нм 3/год. природного газу як паливо (по трубопроводу 19), 71000нм 3/год. димового газу (по трубопроводу 21), а також 32000нм 3/год. відхідного газу з відновлювального реактора (по трубопроводу 20) з температурою приблизно 800°С і таким складом: 2% об. Н2 18% об. Н2О 10% об. CO 14% об. СО2 1% об. СН4 44% об. N2. Крім того, по трубопроводу 13 в реактор подають як зріджувальний газ 15000 нм 3/год. повітря з метою утворення кільцевого псевдозрідженого шару 12. Температура у випалювальному реакторі дорівнює 900°С. 3 випалювального реактора виводять 173 т/год. обпаленого матеріалу і таку ж кількість подають у відновлювальний реактор 14 через трубопровід 22. Крім того, до відновлювального реактора по трубопроводу 25 подають 32600нм 3/год. відновлювального газу, що виконує також функцію зріджувального газу і має такий склад: 30% об. Н2 25% об. CO 1% об. СН4 44% об. N2. Нарешті, з відновлювального реактора по трубопроводу 27 виводять 27,168т/год. обпалених і частково відновлених твердих матеріалів (нікелеву руду), які містять 1,6% мас. металевого нікелю та 35,5% мас. Fe. Приклад 2 (термічна обробка хромвмісної залізної руди) На установці, що відповідає Фіг.2, в реактор 8 по трубопроводу 7 подають 2,30т/год. хромової руди, що містить оксид заліза, з вмістом вологи 5% мас, вмістом Сr2О3 53% мас. і розміром зерна не більше 6мм. 19 81793 У камеру згоряння 29 по трубопроводу 19 подають 4500нм 3/год. паливного газу, по трубопроводу 21' подають 5800нм 3/год. підігрітого до 450°С повітря і по трубопроводу 32 подають 4480нм 3/год. рециркулюючого газу, також підігрітого до 450°С. З протилежної сторони камери згоряння по трубопроводу 20 відводять 13600 нм 3/год. гарячого технологічного газу з температурою приблизно 1600°С, що утворюється при горінні, і подають його в реактор через центральну трубу 9. Одночасно в реактор по трубопроводу 13 подають як зріджувальний газ 7100нм 3/год. повітря. Із циклона 17 відводять 21300 нм 3/год. відхідного газу з температурою 1100 °С, охолоджують газ до 870°С у розташованому після циклона теплообміннику 31 і, нарешті, очищають у газоочистному пристрої. Після цього з випалювального реактора по трубопроводу 22 відводять 28,4 т/год. хромвмісної руди з температурою 1100 °С і подають у плавильний реактор 30. Приклад 3 (термічна обробка залізної руди) На установці, що відповідає Фіг.3, у суспензійний теплообмінник 2 за допомогою гвинтового конвеєра 1 подають 178 т/год. вологої залізної руди (гематиту) з вмістом вологи 5% мас, вмістом Fe2O3 80% мас. і розміром зерна менше 6мм, сушать відхідним газом із циклона 6 і підігрівають до приблизно 277°С. Відхідний газ із циклона 6 має такий склад: 46,9% об. N2 7,6% об. Н2 11,4% об. Н2О 5,7% об. CO 28,4% об. СО2. Після цього тверді матеріали відокремлюють від газоподібної фази в циклоні 3 і переводять у суспензійний теплообмінник 5, у якому вони додатково нагріваються до температури 561°С в результаті контакту з гарячим (приблизно 850°С) відхідним газом з циклона 17. Далі матеріал пропускають через циклон 6 і трубопровід 7 у кільцевий псевдозріджений шар 12 реактора 8. Суміш 13000нм 3/год. повітря (по трубопроводу 19) і 103000нм 3/год. гарячого (приблизно 1000°С) відхідного газу (по тр убопроводу 20) з відновноплавильного реактора 14' подають в реактор зі швидкістю потоку 65м/с. Відхідний газ має такий склад: 45,1% об. N2 5,2% об. Н2 8,7% об. Н2О 18,5% об. СО 22,5% об. СО2 20-40г/нм 3 пилу. Одночасно з метою утворення кільцевого псевдозрідженого шару в реактор через трубопровід *13 подають як зріджувальний газ приблизно 20000нм 3/год. повітря. У той же час у нижній зоні реактора відбувається часткове згоряння відхідного газу з відновно-плавильного реактора 14*. Завдяки відновлювальній атмосфері в реакторі 8 частина 20 гематиту частково відновлюється з утворенням магнетиту (Fе3О 4). 21 81793 22