[发明专利]间接点火的全陶瓷高温化学反应器

说明书

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。

本发明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-solids

2．有旋转炉膛的活动炉(Calcimatic)

3．快速煅烧炉

4．水平环(Hoffman)