用熱輻射在高溫下熱分解固體物質的靜態爐的製作方法

2023-06-09 08:58:46

專利名稱：用熱輻射在高溫下熱分解固體物質的靜態爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及靜態爐，特別涉及用熱輻射在高溫下熱分解固體物質的靜態爐。發明簡述本發明爐子的特徵在於，實質上使用熱輻射作為反應所需熱源。因此，可避免與高熱氣體的直接接觸，這些高熱氣體是在反應爐環境中燃燒燃料而產生的，還可避免熱分解石灰石或黃鐵礦物質而生成的CO2或硫(蒸氣)的汙染以及在爐中生成的固體殘餘物的汙染。
熱輻射源可以是爐子環境外部的電能、燃燒礦物質和/或可再生燃料或用熱輻射加熱爐子的其它方式。附圖簡述

圖1為本發明的用熱輻射在高溫下熱分解固體物質的靜態爐的正視圖；圖2為本發明爐子的後視圖；圖3為本發明爐子的俯視圖；圖4為沿圖3中A-A線剖取的剖面圖；圖5為沿圖4中B-B線剖取的剖面圖。發明的公開本爐子用來在500℃-1200℃的溫度下分解固體物質、例如分解石灰石(CaO3)而生成高反應性的石灰(CaO)和純度達100％的二氧化碳氣體(CO2)，或熱分解鐵和銅的黃銅礦，例如熱分解煤的黃銅礦殘餘物和鐵和銅的黃銅礦精砂而生成純度為100％的硫和可應用於工業中的硫化鐵殘餘物。
本發明的熱輻射爐包括下列主要部件
一固體物質輸送裝置；一固體物質預加熱裝置，它還用來冷卻生成的氣體/蒸氣；一用熱輻射熱分解固體物質的反應器；一冷卻反應生成的固體產物並回收固體熱能的裝置；一排出固體產物的裝置；一把該爐加熱到熱輻射的溫度的裝置；一收集該反應所生成的氣體/蒸氣的裝置；以及一回收煙氣能量而將其用作熱輻射能源的裝置。固體物質輸送裝置固體物質從爐子頂部輸入後靠重力在其路徑上運動，直到從爐子中排出。在該組件的頂部有一料鬥1、筒倉或存儲固體物質的其它裝置，把固體物質通過一轉動閥2或其它送料機構送入爐中，該轉動閥2構成密封而防止爐的氣體/蒸氣逸出。固體物質預熱和氣體/蒸氣冷卻裝置固體物質在室溫下送入爐中，它們需要加熱到500℃-1200℃的熱分解反應溫度。另一方面，在反應器中受熱輻射而發生的熱分解所生成的氣體/蒸氣的溫度達500℃-1200℃，因此必須冷卻到適合於回收並在後面工序中使用的溫度。
因此，固體物質的預熱與氣體/蒸氣的冷卻在爐子上部同時進行，在這裡，固體物質靠重力下降，而氣體/蒸氣逆流而上而與固體物質直接接觸，從而產生所需效果。
一旦加熱到所需工作溫度，固體物質就進入熱分解反應區，熱分解反應區的溫度受熱輻射表面的熱源的嚴格控制而保持不變。固體物質在反應器中靠重力下降。固體物質在該反應區中停留充分分解成所需產物所需的時間，也即，該滯留時間由固體物質靠重力通過該爐子底部的一固體物質運動機構的運動的控制。為了保證氣體/蒸氣的生成質量或純度，爐子中稍稍保持過壓，以便防止爐內氣氛受外部氣體/蒸氣的汙染。圖中示出三個反應區。加熱陶瓷板4的熱量由位於與爐子反應區完全隔絕的室5中的燃燒器3提供，以便防止反應產物受燃料的燃燒產物和過量空氣的汙染。其上裝有燃燒器的室壁直立，耐火板被加熱而靠熱輻射把燃燒獲得的熱量傳給固體物質(石灰石或黃銅礦，這取決於應用情況)。
附圖例示出四個室，每室12個燃燒器。為達到最大熱效率的燃燒器數決定於火焰強度、形狀和溫度。反應的固體產物的冷卻裝置和固體物質熱能的回收在熱分解反應完成後，溫度達500℃-1200℃的固體物質須冷卻到適合於處置、排出和/或在該爐子下遊的其它反應工序中使用的溫度。也可比方說對一水冷壁裝置進行熱輻射而生成熱水和/或蒸氣而回收固體產物中的熱量，從而冷卻固體產物。這種水壁與鍋爐中的水壁相似，其中，其上有翅片或作為水壁的直立管6中充滿來自下部集水管8b的水，以熱輻射吸收爐中固體產物的熱量，從而水被加熱和/或生成蒸氣後被引導到上部熱水或蒸氣集管8a。在該裝置中，固體物質靠重力由比方說由爐子底部處低能耗電動機開動的轉動閥7或一輸送螺旋之類的機構向下帶動，該機構同時密封爐子而防止空氣和/或其它氣體進入爐子內部而汙染氣體和/或固體產物。因此，在反應器中提供熱分解反應所需熱量以及反應生成的固體產物的熱能回收和冷卻，使用的是同一傳熱機制，也即熱輻射。
回收固體物質所含熱能並同時冷卻它的另一種方法是把固體物質送入一氣密室、例如一具有雙重密封的筒倉中後把空氣輸入其中，從而冷卻固體物質並加熱空氣，並把加熱後的空氣用作燃料燃燒器的燃燒空氣。固體產物的排出裝置固體物質一旦冷卻，就可靠重力經轉動閥7或輸送螺旋把這些固體產物排放到所需地點。把爐子加熱到熱輻射溫度的裝置為了達到用熱輻射進行反應所需溫度，向爐子表面供熱的外部熱源可以是電能或任何其它能源，例如在位於各室中的燃燒器中燃燒礦物燃料或可再生能，這些燃燒器予以合適設計而使對爐子壁/表面的加熱過程最佳化。為了維持預定生產量，這些燃燒器和燃燒室的數量必須充足，它們的規格決定於反應所需達到的溫度。燃燒器的溫度和火焰輻射面必須最佳化，對爐子表面/壁的加熱才能符合要求。氣體/蒸氣收集裝置熱分解反應生成的氣體/蒸氣必須在其可進一步利用的狀態下予以回收。一位於爐子下遊處的感應式鼓風機限定排走氣體/蒸氣所需狀態。應該注意使氣體/蒸氣在爐子出口處的溫度高於其冷凝溫度或高於其組分之一的冷凝溫度，或者，若為氣體/蒸氣混合物，則應高於露點。
所生成的氣體/蒸氣經冷卻並預熱反應前的固體物質後進入爐子頂部的氣體/蒸氣收集器/集管，然後從收集器排出爐子。氣體/蒸氣的收集裝置必須在爐子氣氛中保持稍稍過壓，以便防止受外部氣體/蒸氣的汙染。煙氣能回收裝置把爐壁/表面加熱到反應所需輻射溫度的一種可能的外部熱源是用專門選擇的燃燒器燃燒礦物或可再生燃料、液體，從而用火焰及其表面的高溫以及煙氣溫度使燃料能量的使用最佳化。
燃燒器設置在爐子前部、專為此而設計的各室中，其數量足以使爐壁/表面的溫度達到反應所需溫度。煙氣比方說從這些室的後部排出並在市場有售的現有設備中用來預熱燃燒所需的空氣，而這些煙氣正是該燃燒所生成的。
電能作為外部熱源只用在經濟的場合，例如，在電能便宜或可以低成本生產的場合甚或靠近爐子發電的場合。
各附圖示出該熱輻射爐的典型構造，可從這些圖中清楚看出其構成部分。各種尺寸是典型的，它們決定於該反應及其特徵，例如固體顆粒的大小、反應溫度、外部熱源、所生成產物的性質、所需回收能量的多寡以及固體顆粒的性質和特性。
燃燒室中生成的煙氣收集在爐子中的一煙道9中，在預熱燃燒空氣後，煙氣排放到大氣中。
權利要求
1.用熱輻射在高溫下熱分解固體物質的靜態爐，其特徵在於它包括下列主要部件一把固體物質送入該爐的裝置；一預熱固體物質並冷卻生成的氣體/蒸氣的裝置；一熱輻射熱分解固體物質反應器；一冷卻固體產物從而從反應生成的固體產物中回收能量的裝置；一排出固體產物的裝置；一把爐子加熱到熱輻射溫度的爐加熱裝置；一收集反應所生成的氣體/蒸氣的裝置；以及當把燃燒作為熱輻射能源時一煙氣能回收裝置。
2.按權利要求1所述的爐，其特徵在於，固體物質送到爐的頂部後用該設備頂部的固體物質儲器(1)經一輸入機構(2)輸入到爐中後靠重力下落並從爐中排出。
3.按權利要求1所述的爐，其特徵在於，加熱陶瓷板(4)的熱量由裝在與爐的反應區完全氣密、隔絕的室(5)中的燃燒器(3)提供。
4.按權利要求1所述的爐，其特徵在於，用一生成熱水和/或蒸氣的水壁裝置進行冷卻，其中，其上有翅片或用作水壁的直立管(6)中充滿來自下部集水管(8b)的水，這些水靠熱輻射吸收爐內固體產物的熱量而被加熱和/或生成蒸氣後流到上部熱水或蒸氣集管(8a)。
5.按權利要求1所述的爐，其特徵在於，用一固體物質排放機構(7)使固體物質靠其重力不斷向下運動。
6.按權利要求1所述的爐，其特徵在於，在燃燒室中生成的煙氣收集在該爐中的一煙道(9)中，並在預熱燃燒空氣後排到大氣中。
全文摘要
本發明熱輻射爐包括如下主要部件一固體物質輸送裝置，一預熱固體物質並同時冷卻氣體/蒸氣的裝置；一熱輻射熱分解固體物質的反應器；一冷卻反應生成的固體產物同時回收固體熱能的裝置；一固體產物排出裝置；一把爐子加熱到熱輻射溫度的裝置；一收集反應生成的氣體/蒸氣的裝置以及當把燃燒作為熱輻射能源時一煙氣熱量回收裝置。
文檔編號C10B39/00GK1156474SQ9519481
公開日1997年8月6日 申請日期1995年6月28日 優先權日1995年6月28日
發明者莫裡·薩迪, 卡洛斯·阿爾伯託·德·古斯曼 申請人:液態碳工業公司