[其他]产生热流态化气体的方法和设备

说明书

本发明是一种改进的、用于生产材料处理所需的热流态化气体的方法和设备。该方法和设备特别适用于将氧化铝和碳集料转化成高纯、超细氮化铝粉末的热氮气的连续反应。

目前已知的使一种气体和细粒固体反应的方法是流化床反应器。在该反应器中，气体由反应器的底部通入並向上移动使从反应器顶部进入的细粒物料或集料流态化。但当要求热的流态化气体时，例如当使氧化铝和碳与氮反应生成氮化铝时，现有技术的流化床反应器和方法具有某些缺点。为得到被加热的流态化气体以便进行处理，该气体在反应室时必须有适当的温度。在反应室中获得合适的气体温度的方法有两种。一种方法是外部加热气体而在反应器中不发生加热。第二种方法是内部加热气体。两种方法都具有某些缺点。

由于输送热气体方面的问题，将气体在其进入流化床反应器之前预加热到高温（1000℃以上）是很困难的。实际上，将流态化气体预热至1500℃或更高，工业上尚未实践。另一方面，如果该气体不经预热，而代之以在反应器内部加热，则未充分加热的气体可使反应停止，这是在工艺涉及吸热反应时的一个严重问题。在反应室内部将气体加热尚不能完全使人满意，这主要是由于在连续反应中保持稳定的高温比较困难。

现有技术的难题可用一种设备得到解决，该设备将流态化气体在到达反应区之前在设备内部预热。产生热流态化气体的方法和设备描述于下。该设备包括一个流态化床反应器，其中要处理的细粒物料在反应室顶部加入。流态化气体通过管道也从反应室顶部送入並在管道内向下运动。流态化气体在和固体反应物接触前于此处被预热，並在进入反应室之前被加热至所需的反应温度。这有助于在气体和集料之间保持稳定的温度以便更好地控制产品质量。既然排出气体通过逆流传热也起到了将进入的流态化气体预热的功能，故本发明可有效地利用能量。该流态化气体被加热到並保持在高达2000℃的恒定温度。

因此，本发明的目的之一是提供在反应室内部于可控的温度下使流态化气体预热的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种于高达2000℃的可控温度下将热流态化气体预热以处理耐热材料的方法和设备，这在以前是不可能的。

本发明的再一个目的是提供连续预热流态化气体以处理耐热材料的方法和设备，其可使气体在该设备内预热並在反应室中将气体维持在一可控制的温度下。

本发明的另一个目的是提供一种用于制备高纯、超细氮化铝粉末的热流态化气体的连续预热方法和设备。

本发明还有一个目的是保持流化床反应器的结构完整，既使是在制备耐热材料所需的高温下。

本发明的上述和其他目的将根据以下的详细说明及附图进行进一步的描述，在附图中，相同的符号表示不同图形中的相同单元。

图1是本发明的流化床反应器的纵剖面图（重量剖面图）;

图2是本发明的流化床反应器泡罩的平面图;以及

图3是本发明的流化床反应器的泡罩的纵剖面图。

如图1所示，本发明的流化床反应器1包括一个反应炉50，该炉依次由三个彼此相耦合的室组成。下部炉室8，即反应室，是一具有封闭的底部和经机加工的顶部的圆筒形石墨管。中间炉室12是一圆筒形石墨管，该管的底部和顶部经机加工以与下部炉室8和上部炉室30牢固地套筒配合。上部炉室30是一个两端经机加工以获得套筒配合的圆筒形石墨管。整个炉子是由四根钢柱46支承。全部金属部件均与下面将要提到的感应线圈15保持一安全距离。

热输入是由围在下部炉室8周围的37匝感应线圈15所提供，它使感受器11被加热。该感受器是一个具有开口底部和开口顶部的长石墨圆筒，位于感应线圈15和下部炉室8之间的夹壁空间内。绝热体5最好选用契马黑碳粉，並将其设置在感应线圈15和感受器11之间的空间内。碳垫圈17用作感应线圈15顶部周围的绝热体。木板9设置在感应线圈15的侧面远离感受器11以支承感应线圈15並保持其就位。为进行有效的加热，炭黑7在反应器1中提供了一个附加绝热体源。操作时，感受器11从感应线圈15感生或吸收能量並通过幅射使下部室8加热。而且一但第一道炉壁破坏，感受器11便充当第二道炉壁。由于具有研磨性的集料会侵蚀反应室的壁，所以在实施这一类型的工艺时炉壁破坏是常见的。炉壁的破坏可引起热量遗失，这可使在场的工作人员受伤，甚至可能引起爆炸，损坏反应器，周围的设备及严重损伤人身。

流化床43置于下部炉室8中。当流化床反应器1在正常状态下工作时，流化床就横跨在感应圈15的中部。