间接点火的全陶瓷高温化学反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种间接点火的、静止管（１０）的、气／固或固／固接触的、全陶瓷的高温处理炉－反应器（８０），该反应器利用耐热推运器（１５）将固体推过静止管（１０）。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请部分延续了共同待审的且申请日为1994年9月19日的在先美国专利申请No.08/308658。本专利技术涉及间接点火的高温化学反应器以及用该装置进行化学反应的方法。包括加热固体至高温以产生化学变化在内的许多有用的化学处理都需要输入大量的能量以便引起所需的反应。当反应所需的温度高于普通材料如碳钢、不锈钢等的可用限度时，处理装置必须更复杂，而其它可选材料的性能又限制了其工作的可行性。例如，在高于不锈钢的最高工作温度界限1000-1800°F的高温处理工作包括生产普通水泥、生产石灰、烘烤和/或还原金属矿石；在美国专利No.4520002中详细介绍了用硫蒸汽还原硫酸钙的方法。还有一些处理，例如通过石灰石的热解生产石灰(CaCO3 CaO+CO2)，已经公知和应用数百年了。根据Boynton的“石灰和石灰石的化学技术”(纽约Wiley-Interscience 1980)，石灰石热解以制造“生石灰”(CaO)是一个很古老的工业处理方法，能够追溯到350B.C。当Zenophon在描写马赛附近的海难时说到货物包括亚麻布和“用于亚麻布漂白的”石灰。还有人认为一直到现在，工业技术的成熟仅仅在于稍微增加了经济性。这种观点是不正确的。引用Boynton的话“可能最基本最明显的是所有最简单的化学反应。但是尽管它理论上很普通(即使很多博学的化学家因为它是最基本的问题而轻视它)，但是该反应有很多复杂的注意事项。尽管不可辩驳的科学数据描述了煅烧过程，但是该处理过程中还有一些技术只能通过实际的石灰煅烧器才能充分领会。需要对大量变量进行试验并找出对于优化性能和经验变量是错误的方法，以便提高效率。”除了这些物理和化学问题，石灰煅烧器还必须在处理装置的选择上进行折衷，因为没有发现哪一种方法对所有用途都最有利。有很多用于石灰生产和其它固体反应操作的精炼装置，而且，没有发现哪一种装置对即使大多数的高温处理过程最有利。实际上，不同的装置各有其优点和缺点，必须根据当前的技术水平和各种应用中的特殊问题来考虑。某些方法仅仅适合于一种环境，它们在这种环境中效率最高；另外一些方法则可用于各种不同的场所。进行在非常高温度下的应用，例如前面提到的硫还原硫酸钙，所需要求是无法通过现有的装置满足。高温处理装置通常根据(a)固体床的情况；(b)传热机构；以及(c)气体-固体的接触方法等来分类。McCormick,Lucas和Wells(1963:“Perry化学工程师手册”Perry,Chilton,和Kirkpatrick；纽约Mcgraw-hill；20-3)定义了四种固体床“静止的”(固体颗粒之间没有相对运动)；“运动的”(颗粒足够分开以便彼此流过)；“流化的”(固体和气体混合在一起形成单相，并作为燃烧的流体)；以及“稀释的(dilute)”(固体颗粒分散得如此开，以至于它们彼此间没有影响)。传热模式是“直接”(火焰、辐射和/或燃烧气体直接与固体接触)和“间接”(其它机构)。气体-固体的接触是通过采用同向气流、逆向气流和/或交叉气流而获得的。大规模的高温气体-固体反应工作商业上通常是在称为窑的移动床容器中进行。某些处理可以采用间接加热，但是最大规模的高温处理是基于直接加热的。其装置和技术可以广泛采用各种形式的气流与固体接触的方式。不过，各种方法自身都有其优点和缺点。对于石灰生产，Boynton认为下面各种窑都用于目前的石灰生产中立式的1．普通的轴式2．间接气体点火(发生器气体)3．大容量的气体点火中心燃烧器等4．大容量的混合供给5．平行流回热(regenerative)6．双向倾斜8．环形(环)旋转的1．普通类型2．现代的、进行以下改变的类型a．冷却器b．预热器c．内部(换热器、挡板、升降杆)其它1．fluo-solids2．有旋转炉膛的活动炉(Calcimatic)3．快速煅烧炉4．水平环(Hoffman)对于石灰的生产，Boynton详细介绍了各种煅烧炉的原理、优点和问题。概括的说，立窑能达到能量的极限值，有记录的最高效率(85％或3.03MMBTU/吨石灰)是由德国的混合供给立窑获得的。不过，立窑只能用于相对较大的石灰石，这需要更长的煅烧时间和/或在产品中有一些未反应的石灰石(“核心”)。另一问题是积累的较小石灰石(“碎块”)比可获利售出的还多。因为每个立窑都必须多少专门为它所烧的特殊燃料进行设计，因此，立窑对于它所能烧的燃料来说没有多少柔性。旋转窑的热效率较差(普通窑大约35％或8.50MMBTU/吨石灰，具有回收全部热量的装置的窑大约50％，或5.90MMBTU/吨石灰)，但是它们实际上能够使用(或选择)任何燃料，且它们能够处理较小(0.25″至约2.5″)的石灰石，这使得容量可以更小，分解更完全。不过，对于旋转工作，窑的分级供给很重要，因为石灰石尺寸越接近，则产品质量更好且更均匀，当然，必须对石灰石进行分级所增加的成本进行平衡。其它种类的窑主要用于处理某一尺寸和等级的石灰石。Fuller公司的Fluo-Solid窑可高效煅烧(大约5.0MBTU/吨CaO)非常小的颗粒，但是它需要通过No.8至No.65的网(2.38-0.23mm)进行精分级供给，该网对于大部分硬的石灰石是可防止地昂贵。Calcimatic炉能够处理宽范围的不同类型的石灰石，因为煅烧时间和温度能够精确控制；不过，其燃料消耗率不好(6.34MMBTU/吨)。在快速煅烧炉中，燃料在扩散的固/气相中燃烧，快速煅烧炉可高效分解石灰石微粒(4.0-5.0MMBTU/吨CaO)，但是产品质量较差，且必须与水结合或作成丸状。Hoffman烟道型窑是1865年专利技术的，但是它从大约1925年后就逐渐减少了，因为它需要非常多的人工劳动。立窑有数百种变化形式，广泛用于世界各地，但是，美国制造的工业石灰中超过88％是由旋转窑生产的。这可能反应了美国的能源比较便宜，同时对于旋转窑需要更高的投资。可以看见，因为条件改变，例如能源成本增加、环保等因素，下一代的石灰工业需要完全重新装备。应当注意，上表中的间接点火立窑仅仅是在热燃气进入窑之前燃料在外燃烧室中燃烧时进行间接点火。石灰生产中竟然没有介绍实际意义上的间接点火方法，即热燃气并不直接与石灰石接触。这样，现有的所有工业方法肯定都有(或多或少)烟尘问题。而且，如果考虑经济因素，从窑的排气中回收高温能量的方法必然非常复杂。例如，在锅炉中利用该充满灰尘的燃气以同时产生电能将导致投产寿命缩短和/或传热系数非常低(和变化大)，这使得投资和操作成本都非常高，以至于不实用。还有一些潜在的有利用途，但是没有令人满意的可用装置，因此很久以来一直需要一种可选用的装置以及方法、材料或技术，以便解决或消除该问题。对在标准装置中进行的磷石膏的硫还原进行分析，可用找出需要克服的缺点。磷石膏(硫酸钙的半水合物或二水合物)是一种对环境有害的、废弃的副产品，它包含了在磷酸化肥生产中消耗的几乎全部的、大量的且越来越贵的硫。磷石膏成细晶体的形式，它与酸及未处理的磷酸盐岩石和岩石中的杂质掺混在一起。工业上几乎没有好的能通过基于Kuhne处理而将磷石膏副产品转变为有用的产品，从而处理该磷石膏副产品的方法，该Kuhne处理是用碳(从炭或煤中)来将部分硫酸钙还原成硫化钙，然后使生成物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间接点火炉反应器，包括：一个炉壳体，该炉壳体确定了一燃烧室、一固体进料槽和一产品排出槽；一反应管，该反应管有内部、外部、远端和近端，该远端靠近固体进料槽并使该管内部与该固体进料槽连通，该近端靠近产品排出槽并使该管内部与该产品排出 槽连通，所述远端和近端都由炉壳体支承以便将该管的外部气密地密封在所述燃烧室内，其中该反应管由陶瓷耐热材料制成；至少一个在反应管远端和反应管近端之间的反应管支架；一螺旋推运器，该螺旋推运器的外表面在该管内部；一驱动装置，用于驱动该 螺旋推运器旋转；以及一热源，用于向该燃烧室内供热。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：小霍勒斯E威里斯，
申请(专利权)人：梅里凯姆公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]