[发明专利]在微波加热的流化床中热处理可流化物质的流化床反应器

说明书

技术领域

本发明涉及用于热处理可流化物质的流化床反应器，所述反应器包括至少一个向流化床反应器内供应微波辐射的设施和确定反应器并且具有绝热层的金属反应器壁。

背景技术

在无反应器壁绝热的情况下通过在流化床反应器中应用微波辐射作为能源来热处理可流化物质的方法和反应器例如可由US 5,972,302获知。但由于缺乏绝热措施，所述方法和反应器的特征是能量利用相对较低。

因此，为了提高效率，US 5,382,412提出了一种生产多晶硅的装置，所述装置包含用微波能量热操作的流化床反应器，其中在反应器壁外侧提供了无机材料绝热层。但在该装置中，为防止在反应器的操作过程中由于物质流化对反应器壁内侧的磨损，必须通过对反应器壁的材料进行特殊选择或者在反应器壁内侧的附加涂层确保反应器壁内侧耐磨。

因此，需要一种用于热处理可流化物质的微波加热的流化床反应器，其与被微波穿透的反应器内部相连的反应器内壁配有耐磨和绝热层。

已经提出了适用于其它用途的设备，其内部配有微波可穿透的绝热层。但由于其特殊要求，其不适合于流化床反应器。例如在DE 4446531A1中，已知一种用微波操作的烧结设备，在其内部配有由纤维、泡沫或气凝胶形成并由微波可穿透材料组成的绝热层。对于微波可穿透材料来说，应用含有α-氧化铝且硅含量高达50wt％的氧化物材料，但为了避免绝热材料被微波加热和熔化，所述氧化物材料必须不含杂质。由于其需要高纯度的绝热材料和相关成本，其不适于大规模工业装置如流化床反应器。除此以外，前述材料不能用于流化床反应器内部，因为它们不耐磨。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于热处理可流化物质的流化床反应器，其反应器内壁配有重量相对较轻、耐磨、微波可穿透的耐热和绝热层，并且不是很昂贵。

按照本发明，该目的通过上述的流化床反应器来实现，其中从反应器壁处来看所述绝热层包括含有耐火砖和/或耐火混凝土的外层，以及含有轻质耐火砖和/或绝热混凝土的内层，并且该绝热层提供在反应器壁的内侧。

按照本发明，可能会令人惊奇地发现，按照本发明提供的层序，经常用作烟囱炉和加热箱的燃烧室内衬的轻质耐火砖、绝热混凝土、耐火混凝土和耐火砖对微波穿透是足够的，具体地，其具有足够低的能量密度吸收，以用作流化床反应器的绝热层。从反应器壁处看，由于在绝热层的外层提供硬度和耐磨性足够高的耐火砖和/或耐火混凝土，在反应器内部可以提供绝热层，其会使流化床反应器具有高的能量利用。从反应器壁处看，由于在绝热层的内层提供低密度的轻质耐火砖和/或绝热混凝土，绝热层还具有相对较低的总重量。另外，本发明所基于的知识与现有技术中所描述的有所不同，微波可穿透的绝热层确定地也可以包含明显量的铁氧化物和氧化钙，除非这两个组分每种均以大于1.5wt％的含量存在。按照本发明，绝热层的特征是高的热稳定性，并且具体可以在温度为400-1300℃的反应器操作下应用。

按照本发明，绝热层可以直接施用在反应器内壁上或反应器内壁上沉积的硅酸铝或硅酸钙层上。在后一种情况下，硅酸铝层或硅酸钙层的厚度优选为20-100mm，特别优选为30-70mm，并且极特别优选为约50mm。为了补偿由于绝热层一方面与反应器外壳另一方面热膨胀不同而造成的可能应力，可以在绝热层和反应器壁之间另外设置一个含少于2wt％Fe₂O₃和CaO的粘接层。

从原理上讲，在外层可提供各种类型可商购的耐火砖，但当所应用的耐火砖含有如下物质时，可以得到特别好的结果：

40-50wt％的氧化铝，

45-55wt％的二氧化硅，

1.5-2.2wt％的铁氧化物，和

0-1wt％的氧化钙。

另外，耐火砖的密度为2.2-2.6kg/dm³是优选的。当外层包含含有如下物质的耐火砖时，可以得到非常好的结果：

45wt％的氧化铝，

53wt％的二氧化硅，

2wt％的铁氧化物，和

0wt％的氧化钙。