[发明专利]旋风反应器及利用旋风反应器生产可使用的副产物的方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2011年2月21日提交的美国临时专利申请第61/444,944号的权益和优先权，该临时专利申请的全部公开内容在此通过引用的方式引入。

技术领域

本申请基本上涉及使用经其他方式构造以产生热量和电能的反应器生产化学物质或材料。更具体而言，本申请涉及一种用于产生热量以及用于生产可用于不同用途（例如，用于碳化钙（CaC₂）或其他化学物质的生产）的可使用的副产物的经改进的旋风反应器。

背景技术

CaC₂是可用于制造其他有用的化合物（例如乙炔（C₂H₂））的基础化学物质，而乙炔通常用于工业有机化学中以生产其他化合物，例如氯乙烯或聚氯乙烯。例如，CaC₂可以与水按照下式反应形成乙炔：

CaC₂+2(H₂O)→C₂H₂+Ca(OH)₂

存在许多不同的方式生产CaC₂。例如，可通过加热石灰（例如氧化钙或CaO）和碳的混合物生产CaC₂。CaC₂也可以通过在电弧炉中当焦炭与氧化钙加热至1600至2100℃时发生的反应产生，其中一氧化碳为另一副产物，表示成如下反应：

CaO+3C→CaC₂+CO

CaC₂也可以通过焦炭与氧化钙和氧气的直接反应产生，其中一氧化碳为副产物。通过下式从化学上说明该反应：

需要研究生产CaC₂的新方法，尤其是在石油储存有限但煤资源丰富的区域。生产CaC₂的方法（例如利用电弧炉）的能效低，并且还可能产生潜在的危害环境的作用。例如，使用依赖于已有的煤炭储存的更高效以及对环境更友好的方法来生产CaC₂或其他碳基化学物质是有益的。采用较廉价的相对低品质煤（即，具有低比热值的煤）作为反应物的方法是特别有益的。

发明内容

本发明的一个实施方式涉及用于生产可使用的副产物的旋风反应器，所述副产物作为可回收的炉渣层的一部分。所述反应器可以包括具有界定燃烧室的外壁的外壳、被构造成将反应物引入该反应器中的入口、被构造成使所述反应物在靠近该室的中心轴线的火焰区中燃烧的燃烧器、以及被构造成将所述可使用副产物移出所述外壳的出口。所述反应器被构造成使所述反应物的第一部分以放热反应方式在所述火焰区中燃烧，并且所述反应器被构造成使所述反应物的第二部分以吸热反应方式在靠近外壁处发生转化以生产作为炉渣层的一部分的副产物。

本发明的另一个实施方式涉及在旋风反应器中生产可使用的副产物的方法。所述方法可以包括：将反应物经由入口引入所述反应器的外壳中，利用燃烧器使所述反应物的第一部分以靠近所述外壳的中心处的火焰区中发生的放热反应方式燃烧，使所述反应物的第二部分以吸热反应方式在靠近所述外壳的外壁处消耗以生产作为炉渣层的一部分的副产物；以及将包含所述副产物的炉渣层经由所述外壳中的出口移出。所述吸热反应在至少1600℃的温度下发生。

附图说明

图1是包括根据一个示例性实施方式的反应器的系统的示意图。

图2是含有根据另一个示例性实施方式的反应器的系统的示意图。

图3是沿线3-3穿过图2的系统中的反应器的横截面视图。

图4是图2的系统的侧视图。

图5是用于根据一个示例性实施方式的系统中的反应器的示例性实施方式的立体图。

图6是图5中所示的反应器的侧视图。

图7是反应器（例如图5中所示的反应器）的示例性实施方式的横截面视图。

图8是图7中所示的反应器壁的部分横截面视图。

图9是示出了炉渣材料的各个层沿靠近入口端的第一位置处的反应器壁流动的示意图。

图10是示出了炉渣材料的各个层沿靠近出口端的第二位置处的反应器壁流动的示意图。

图11是反应器的另一个示例性实施方式的侧视图。

图12是示出了计算流体力学计算机模型结果评估反应器的示例性计算机模拟实施方式的图。