專利名稱：在微波加熱的流化床中熱處理可流化物質(zhì)的流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于熱處理可流化物質(zhì)的流化床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括至少一個(gè)向流化床反應(yīng)器內(nèi)供應(yīng)微波輻射的設(shè)施和確定反應(yīng)器并且具有絕熱層的金屬反應(yīng)器壁。
背景技術(shù)：
在無反應(yīng)器壁絕熱的情況下通過在流化床反應(yīng)器中應(yīng)用微波輻射作為能源來熱處理可流化物質(zhì)的方法和反應(yīng)器例如可由US 5,972,302獲知。但由于缺乏絕熱措施，所述方法和反應(yīng)器的特征是能量利用相對(duì)較低。
因此，為了提高效率，US 5,382,412提出了一種生產(chǎn)多晶硅的裝置，所述裝置包含用微波能量熱操作的流化床反應(yīng)器，其中在反應(yīng)器壁外側(cè)提供了無機(jī)材料絕熱層。但在該裝置中，為防止在反應(yīng)器的操作過程中由于物質(zhì)流化對(duì)反應(yīng)器壁內(nèi)側(cè)的磨損，必須通過對(duì)反應(yīng)器壁的材料進(jìn)行特殊選擇或者在反應(yīng)器壁內(nèi)側(cè)的附加涂層確保反應(yīng)器壁內(nèi)側(cè)耐磨。
因此，需要一種用于熱處理可流化物質(zhì)的微波加熱的流化床反應(yīng)器，其與被微波穿透的反應(yīng)器內(nèi)部相連的反應(yīng)器內(nèi)壁配有耐磨和絕熱層。
已經(jīng)提出了適用于其它用途的設(shè)備，其內(nèi)部配有微波可穿透的絕熱層。但由于其特殊要求，其不適合于流化床反應(yīng)器。例如在DE 44 46531 A1中，已知一種用微波操作的燒結(jié)設(shè)備，在其內(nèi)部配有由纖維、泡沫或氣凝膠形成并由微波可穿透材料組成的絕熱層。對(duì)于微波可穿透材料來說，應(yīng)用含有α-氧化鋁且硅含量高達(dá)50wt％的氧化物材料，但為了避免絕熱材料被微波加熱和熔化，所述氧化物材料必須不含雜質(zhì)。由于其需要高純度的絕熱材料和相關(guān)成本，其不適于大規(guī)模工業(yè)裝置如流化床反應(yīng)器。除此以外，前述材料不能用于流化床反應(yīng)器內(nèi)部，因?yàn)樗鼈儾荒湍ァ?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供用于熱處理可流化物質(zhì)的流化床反應(yīng)器，其反應(yīng)器內(nèi)壁配有重量相對(duì)較輕、耐磨、微波可穿透的耐熱和絕熱層，并且不是很昂貴。
按照本發(fā)明，該目的通過上述的流化床反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)，其中從反應(yīng)器壁處來看所述絕熱層包括含有耐火磚和/或耐火混凝土的外層，以及含有輕質(zhì)耐火磚和/或絕熱混凝土的內(nèi)層，并且該絕熱層提供在反應(yīng)器壁的內(nèi)側(cè)。
按照本發(fā)明，可能會(huì)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明提供的層序，經(jīng)常用作煙囪爐和加熱箱的燃燒室內(nèi)襯的輕質(zhì)耐火磚、絕熱混凝土、耐火混凝土和耐火磚對(duì)微波穿透是足夠的，具體地，其具有足夠低的能量密度吸收，以用作流化床反應(yīng)器的絕熱層。從反應(yīng)器壁處看，由于在絕熱層的外層提供硬度和耐磨性足夠高的耐火磚和/或耐火混凝土，在反應(yīng)器內(nèi)部可以提供絕熱層，其會(huì)使流化床反應(yīng)器具有高的能量利用。從反應(yīng)器壁處看，由于在絕熱層的內(nèi)層提供低密度的輕質(zhì)耐火磚和/或絕熱混凝土，絕熱層還具有相對(duì)較低的總重量。另外，本發(fā)明所基于的知識(shí)與現(xiàn)有技術(shù)中所描述的有所不同，微波可穿透的絕熱層確定地也可以包含明顯量的鐵氧化物和氧化鈣，除非這兩個(gè)組分每種均以大于1.5wt％的含量存在。按照本發(fā)明，絕熱層的特征是高的熱穩(wěn)定性，并且具體可以在溫度為400-1300℃的反應(yīng)器操作下應(yīng)用。
按照本發(fā)明，絕熱層可以直接施用在反應(yīng)器內(nèi)壁上或反應(yīng)器內(nèi)壁上沉積的硅酸鋁或硅酸鈣層上。在后一種情況下，硅酸鋁層或硅酸鈣層的厚度優(yōu)選為20-100mm，特別優(yōu)選為30-70mm，并且極特別優(yōu)選為約50mm。為了補(bǔ)償由于絕熱層一方面與反應(yīng)器外殼另一方面熱膨脹不同而造成的可能應(yīng)力，可以在絕熱層和反應(yīng)器壁之間另外設(shè)置一個(gè)含少于2wt％Fe2O3和CaO的粘接層。
從原理上講，在外層可提供各種類型可商購(gòu)的耐火磚，但當(dāng)所應(yīng)用的耐火磚含有如下物質(zhì)時(shí)，可以得到特別好的結(jié)果40-50wt％的氧化鋁，45-55wt％的二氧化硅，1.5-2.2wt％的鐵氧化物，和0-1wt％的氧化鈣。
另外，耐火磚的密度為2.2-2.6kg/dm3是優(yōu)選的。當(dāng)外層包含含有如下物質(zhì)的耐火磚時(shí)，可以得到非常好的結(jié)果45wt％的氧化鋁，53wt％的二氧化硅，2wt％的鐵氧化物，和0wt％的氧化鈣。
為了連接耐火磚，可以應(yīng)用對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說已知的用于此目的的耐火膠泥，其可能還含有水玻璃，并且為此目的，可以應(yīng)用例如含47wt％的Al2O3、49wt％的SiO2和1.0wt％的Fe2O3的耐火水泥M 45 S。為了連接耐火磚，以外層為基準(zhǔn)，通常應(yīng)用2-10wt％的耐火膠泥。作為替代，為了連接目的，也可以應(yīng)用用溶膠粘接的不含水泥且低鐵的耐火膠泥。
在本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施方案中，除了耐火磚之外或者優(yōu)選替代耐火磚，外層含有耐火混凝土，并且為此目的，具體可以應(yīng)用密度為2-2.5kg/dm3的耐火混凝土，并且特別優(yōu)選的密度為2.1-2.4kg/dm3，和/或其含有50-60wt％的氧化鋁，38-44wt％的二氧化硅，0.5-1.2wt％的鐵氧化物，和0-4.5wt％的氧化鈣，并且極特別優(yōu)選密度為2-2.5kg/dm3的耐火混凝土，具體優(yōu)選為2.1-2.4kg/dm3，并且其含有57wt％的氧化鋁，
42wt％的二氧化硅，1wt％的鐵氧化物，和0wt％的氧化鈣。
按照本發(fā)明的開發(fā)，提出絕熱層的外層含有10-100wt％的耐火磚和/或10-100wt％的耐火混凝土，并且特別優(yōu)選為70-100wt％的耐火磚或70-100wt％的耐火混凝土，每種均為上述組成。
優(yōu)選地，內(nèi)層含有密度為0.4-0.8kg/dm3的輕質(zhì)耐火磚和/或輕質(zhì)耐火磚含有30-99wt％的氧化鋁，5-95wt％的二氧化硅，0-1.5wt％的鐵氧化物，和0-16wt％的氧化鈣。
當(dāng)輕質(zhì)耐火磚含有如下物質(zhì)時(shí)，得到特別好的結(jié)果40wt％的氧化鋁，47wt％的二氧化硅，1wt％的鐵氧化物，和12wt％的氧化鈣。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施方案，除了輕質(zhì)耐火磚之外或優(yōu)選替代輕質(zhì)耐火磚，內(nèi)層還含有絕熱混凝土。為此目的，具體可以應(yīng)用密度為0.4-0.8kg/dm3的絕熱混凝土，和/或其含有30-99wt％的氧化鋁，5-95wt％的二氧化硅，0-1.5wt％的鐵氧化物，和0-16wt％的氧化鈣，前提條件是鐵氧化物或氧化鈣的含量均不超過1.5wt％，并且特別優(yōu)選的絕熱混凝土的密度為0.4-0.8kg/dm3，并且其含有38wt％的氧化鋁，50wt％的二氧化硅，1.5wt％的鐵氧化物，和
10.5wt％的氧化鈣。
為了連接輕質(zhì)耐火磚和/或絕熱混凝土，有可能應(yīng)用與連接耐火磚所用材料相同的材料。
按照本發(fā)明的開發(fā)，提出絕熱層的內(nèi)層含有10-100wt％的輕質(zhì)耐火磚和/或10-100wt％的絕熱混凝土，并且特別優(yōu)選為70-100wt％的輕質(zhì)耐火磚或70-100wt％的絕熱混凝土，每種均為上述組成。
具體地，當(dāng)絕熱層具有前述組成，并且其外層的厚度為50-250mm，特別優(yōu)選為100-150mm，并且極特別優(yōu)選為120-130mm，和/或內(nèi)層的厚度為100-400mm，特別優(yōu)選為180-280mm，并且極特別優(yōu)選為220-240mm，且絕熱層的總厚度為50-600mm，特別優(yōu)選為250-400mm，并且極特別優(yōu)選為380-420mm時(shí)，可以得到好的結(jié)果。
優(yōu)選地，具體當(dāng)反應(yīng)器的直徑超過1m時(shí)，本發(fā)明的絕熱層通過一個(gè)或多個(gè)由桿和盤組成的錨而與反應(yīng)器壁的內(nèi)側(cè)相連。該實(shí)施方案的具體優(yōu)點(diǎn)在于通過錨桿與反應(yīng)器壁相連的錨的錨盤也可以終止于背離反應(yīng)器內(nèi)壁的絕熱表面以下10-120mm處，并且優(yōu)選為50-80mm，并且在絕熱層與反應(yīng)器內(nèi)壁之間仍可得到充合連接。通過將錨埋入相對(duì)于反應(yīng)器空間而言介電常數(shù)增加的絕熱層中，場(chǎng)強(qiáng)被錨周圍的電介質(zhì)削弱，從而不希望的場(chǎng)消隱明顯降低。因此應(yīng)當(dāng)避免突出的錨部件或甚至完全失去絕緣。
為了避免由于場(chǎng)消隱而形成的等離子體，進(jìn)一步提出應(yīng)用具有高電導(dǎo)率的金屬錨，特別優(yōu)選為反應(yīng)器外殼的材料或針對(duì)工藝條件設(shè)計(jì)的其它金屬材料如鋼，具體為鋼253MA(材料號(hào)1.4893)，并且其必須具有圓整的金屬邊。應(yīng)該完全不考慮應(yīng)用金屬針來強(qiáng)化邊或角。特別有用的是在電導(dǎo)材料間沒有縫隙的錨，否則，比如說當(dāng)錨具有腿時(shí)，由于電勢(shì)差，這種縫隙的腿間可能會(huì)形成電弧。
為了避免不希望的天線效應(yīng)，應(yīng)該有利地應(yīng)用的錨的錨盤直經(jīng)為40-150mm，錨桿的長(zhǎng)度優(yōu)選為100-400mm，并且特別優(yōu)選為180-240mm。另外，錨盤的厚度優(yōu)選為3-50mm，并且特別優(yōu)選為6-12mm，因?yàn)檫@種錨基本上不會(huì)被微波場(chǎng)所加熱，但是可以有效地分散由感應(yīng)渦流在表面所產(chǎn)生的熱。
錨的盤和桿可以以本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的任何方式相互連接，例如通過焊接或螺紋連接，但是優(yōu)選的是兩組件間的電導(dǎo)連接以及確保具有光滑封閉表面的連接。
如果應(yīng)用幾個(gè)錨來使絕熱層與反應(yīng)器內(nèi)壁連接，則它們相互之間的距離優(yōu)選為所引入的微波射線波長(zhǎng)的倍數(shù)加上單個(gè)盤的直徑。當(dāng)向反應(yīng)器中耦合915MHz或2.45GHz的微波時(shí)，這對(duì)應(yīng)于每平方米最多9或64個(gè)錨。
作為微波射線的供應(yīng)設(shè)施，本發(fā)明的流化床反應(yīng)器原則上可以包含對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說已知可用于此目的的任何結(jié)構(gòu)，具體通過波導(dǎo)管進(jìn)行微波耦合、同時(shí)用工藝氣體吹掃波導(dǎo)管看起來是有利的，這是因?yàn)槠淇梢钥煽康乇苊庠诓▽?dǎo)管內(nèi)的固體沉積，而這些固體沉積將減小波導(dǎo)管的橫截面，并吸收部分微波能量。為此目的，將微波射線供應(yīng)至反應(yīng)器的設(shè)施除了微波源以及延伸通過絕緣層的波導(dǎo)管外，還優(yōu)選包含工藝氣體供應(yīng)管道。
合適的微波源包括例如磁控管或速調(diào)管。也可以應(yīng)用帶有對(duì)應(yīng)線圈或功率晶體管的高頻振蕩器。微波源發(fā)射的電磁波的頻率通常為300MHz-30GHz。優(yōu)選應(yīng)用的ISM頻率為435MHz、915MHz和2.45GHz。最優(yōu)頻率可以在試驗(yàn)操作中針對(duì)每種應(yīng)用適宜地確定。
按照本發(fā)明，波導(dǎo)管和工藝氣體供應(yīng)管道完全由導(dǎo)電材料如銅或鋼制成，特別是由鋼253MA(材料號(hào)1.4893)制成，其中波導(dǎo)管的長(zhǎng)度可以按需變化，但是由于其功率損失優(yōu)選低于10m。波導(dǎo)管可以是直的也可以是彎曲的。優(yōu)選地應(yīng)用圓形或矩形橫截面的片斷，其尺寸可以根據(jù)所應(yīng)用的頻率而具體調(diào)節(jié)。
當(dāng)向反應(yīng)器中耦合微波時(shí)，為了獲得高的頻率，按照本發(fā)明的開發(fā)，提出當(dāng)應(yīng)用多個(gè)波導(dǎo)管時(shí)，各波導(dǎo)管可以相對(duì)于反應(yīng)器的垂直軸傾斜5-90°，特別優(yōu)選為5-75 °，極特別優(yōu)選為10-20°，并且高度優(yōu)選為Brewster角。
電磁波是橫波，即極化方向、電場(chǎng)強(qiáng)度方向與發(fā)射器的兩極平行。為了向被熱處理的物質(zhì)中引入盡可能多的微波能量，應(yīng)使反射最小。正如已知的那樣，反射取決于入射角、受激物質(zhì)的折射率、和極化方向。由于受激物質(zhì)位于不均勻的流化床格柵上或與引入的氣體一起循環(huán)于反應(yīng)器空間中，所以微波射線照射的表面沒有清楚定義。當(dāng)從幾個(gè)微波源引入微波時(shí)，所反射的微波在反應(yīng)器空間中形成多種模式的駐波。這種模式也可以利用僅來自一個(gè)微波源的微波獲得，這是因?yàn)槲⒉ㄔ诜磻?yīng)器壁處沿不同的方向反射。這些微波在某些區(qū)域通過增強(qiáng)振幅而相互強(qiáng)化，而在其它一些區(qū)域又相互抵消。因此，產(chǎn)生了大量駐波。令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具體當(dāng)微波相對(duì)于反應(yīng)器的垂直軸的入射角為10-20度時(shí)，可以獲得最小反射并因而得到最高頻率。
為了防止電磁波在進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部的入口處通過波導(dǎo)管而進(jìn)入絕熱層，波導(dǎo)管的孔區(qū)域在面向反應(yīng)器內(nèi)部的截面處優(yōu)選配有基本為環(huán)形的隔膜，環(huán)形表面優(yōu)選具有兩倍于所引入微波波長(zhǎng)值的寬度。因?yàn)椴▽?dǎo)管和工藝氣體供應(yīng)管道均由導(dǎo)電材料制成，因而實(shí)現(xiàn)了微波向反應(yīng)器內(nèi)的輻射，其中微波輻射被所加熱的物質(zhì)吸收，且沒有電磁波進(jìn)入絕熱層中。
具體地，當(dāng)以單個(gè)波導(dǎo)管為基準(zhǔn)，操作引入高功率強(qiáng)度的流化床反應(yīng)器時(shí)，有利的是在波導(dǎo)管的孔區(qū)域在面向反應(yīng)器內(nèi)部的截面處提供喇叭口部分，相對(duì)于波導(dǎo)管的縱軸，喇叭口部分優(yōu)選包括10-75°的角，并且特別優(yōu)選為20-45°。在該實(shí)施方案中，波導(dǎo)管的孔區(qū)域還優(yōu)選在面向反應(yīng)器內(nèi)部的截面處提供基本環(huán)形的隔膜，環(huán)形表面的寬度優(yōu)選兩倍于所引入微波的波長(zhǎng)值。以這種方式，可以可靠地防止由于在波導(dǎo)管的孔區(qū)域在面向反應(yīng)器內(nèi)部的截面處高的功率密度而在流化床的固體顆粒上形成等離子體。
具體地，當(dāng)在應(yīng)用中流化床反應(yīng)器填充有對(duì)微波吸收較差至中等的物質(zhì)時(shí)，所述隔膜優(yōu)選構(gòu)成與反應(yīng)器壁相連的封閉圓筒。通過該扁平且封閉的中空?qǐng)A筒結(jié)構(gòu)(其相對(duì)于波導(dǎo)管的傾斜角來說在內(nèi)部是歪斜的)，實(shí)現(xiàn)了以下效果由于環(huán)形隔膜表面未被發(fā)射至反應(yīng)器內(nèi)的能量沿反應(yīng)器壁移動(dòng)，并在絕熱層中相繼散失，不會(huì)在從隔膜向絕熱層的過渡處誘導(dǎo)場(chǎng)消隱。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，當(dāng)在2.45GHz時(shí)，在工藝氣體供應(yīng)管道中提供網(wǎng)格尺寸為2×2mm-5×5mm、厚度為1-5mm的格柵，而當(dāng)在916MHz時(shí)，在工藝氣體供應(yīng)管道中提供2×2mm-15×15mm、厚度為3-15mm的格柵。由于這種網(wǎng)格尺寸，使工藝氣體供應(yīng)管道中存在的微波輻射被反射回波導(dǎo)管，并因而進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，而工藝氣體的流動(dòng)條件不會(huì)受格柵明顯影響。


圖1給出了按照本發(fā)明實(shí)施方案的流化床反應(yīng)器的示意圖；圖2給出了按照本發(fā)明實(shí)施方案通過錨使絕熱層與反應(yīng)器壁相連的示意圖；圖3給出了按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方案向流化床反應(yīng)器中供應(yīng)微波輻射的設(shè)施的示意性截面；圖4給出了按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案向流化床反應(yīng)器中供應(yīng)微波輻射的設(shè)施的示意性截面；圖5給出了按照本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案向流化床反應(yīng)器中供應(yīng)微波輻射的設(shè)施的示意性截面；圖6給出了按照本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施方案向流化床反應(yīng)器中供應(yīng)微波輻射的設(shè)施的示意性截面。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的流化床反應(yīng)器1由反應(yīng)器壁2所限定，在其內(nèi)側(cè)提供由兩層組成的絕熱層，從反應(yīng)器壁2處看，內(nèi)層3由輕質(zhì)耐火磚組成，而其外層4由耐火磚組成。所述的雙層絕熱層3、4通過功能性的礦物粘接層與反應(yīng)器壁2相連，其補(bǔ)償了一方面由于絕熱材料的不同熱膨脹以及另一方面由于反應(yīng)器外殼而產(chǎn)生的可能應(yīng)力，并且其含有少于2wt％的FeO和CaO(圖中未示出)。由反應(yīng)器壁1、粘接層和兩層絕熱層3、4形成的這種排布定義了反應(yīng)器的內(nèi)部5，在其下部形成了流化床7，其中通過相應(yīng)的供應(yīng)管道6注入流化空氣而產(chǎn)生并保持所述流化床。
在反應(yīng)器1的操作過程中，為了加熱組成流化床7的固體，通過包括以下各項(xiàng)的設(shè)施向反應(yīng)器內(nèi)部5中提供微波延伸通過反應(yīng)器壁2的波導(dǎo)管8、粘接層和絕熱層3、4、工藝氣體供應(yīng)管道9以及微波源10。
圖2中所示的錨11，其單獨(dú)提供或者與將絕熱層3、4連接到反應(yīng)器壁2上的粘接層一起提供，由基本為圓柱狀的錨盤12和錨桿13組成，這兩者均由導(dǎo)電材料制成，并且相互電連接在一起。為了避免不希望的天線效應(yīng)，錨盤12的直徑A為40-150mm，厚度B為3-50mm。錨桿13具有圓形橫截面，其與反應(yīng)器內(nèi)壁相連，并延伸通過絕熱層4、3，所述絕熱層4、3具有層厚C、D，錨盤優(yōu)選終止于絕熱層表面下方50-80mm。
用于向流化床反應(yīng)器1供應(yīng)微波的設(shè)施在圖3-6中給出，其中的每一種均包含延伸通過反應(yīng)器壁2和由兩層3、4組成的絕熱層的波導(dǎo)管8、微波源10和工藝氣體供應(yīng)管道9。為了防止固體在波導(dǎo)管8中沉積，通過工藝氣體供應(yīng)管道9供應(yīng)工藝氣體而沖刷波導(dǎo)管8，通過所述波導(dǎo)管8，微波源10發(fā)射的微波進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部5，在其中所述微波在被吸收后加熱被熱處理的物質(zhì)。為了確保有效耦合微波進(jìn)入反應(yīng)器中，相對(duì)于反應(yīng)器的垂直軸，波導(dǎo)管8傾斜一定的角度(α)。在工藝氣體供應(yīng)管道9中，提供基本水平排布的格柵14，其具有一定的網(wǎng)格尺寸，從而確保在工藝氣體供應(yīng)管道9中存在的微波輻射反射回波導(dǎo)管8，并因而進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部5，而工藝氣體的流動(dòng)條件不會(huì)受格柵14明顯影響。
在圖3-6所示的所有實(shí)施方案中，在波導(dǎo)管8的孔區(qū)域在面向反應(yīng)器內(nèi)部5的截面處，提供由導(dǎo)電材料制成的隔膜15，所述隔膜具有環(huán)形橫截面，所述環(huán)形表面的寬度優(yōu)選為所引入微波波長(zhǎng)的兩倍。因?yàn)椴▽?dǎo)管8、工藝氣體供應(yīng)管道9和反應(yīng)器壁2也由導(dǎo)電材料制成，因此在反應(yīng)器1內(nèi)部獲得了微波輻射，在其中所述微波被待熱處理的物質(zhì)吸收，沒有電磁波進(jìn)入絕熱層3、4中。如圖5和6所示，隔膜15構(gòu)成與反應(yīng)器壁2相連的封閉圓筒，波導(dǎo)管8從其中延伸通過。具體地，當(dāng)在應(yīng)用中流化床反應(yīng)器的填充物質(zhì)對(duì)微波的吸收為差至中等時(shí)，隔膜15的這種設(shè)計(jì)是有利的，因?yàn)檫@實(shí)現(xiàn)了以下效果未被環(huán)形隔膜表面發(fā)射至反應(yīng)器內(nèi)的能量沿反應(yīng)器壁移動(dòng)，并在絕熱層中相繼散失，不會(huì)在從隔膜向絕熱層的過渡處誘導(dǎo)場(chǎng)消隱。
與圖3和5的實(shí)施方案不同，圖4和圖6所示的流化床反應(yīng)器1在波導(dǎo)管8的孔區(qū)域在面向反應(yīng)器內(nèi)部5的截面處包括喇叭口部分16，相對(duì)于波導(dǎo)管8的縱軸，喇叭口部分優(yōu)選包括10-75°的角(β)，并且特別優(yōu)選為20-45°。具體地，以單個(gè)波導(dǎo)管8為基準(zhǔn)，當(dāng)操作的流化床反應(yīng)器1引入高功率密度時(shí)，這種設(shè)計(jì)是有利的，因?yàn)橛捎诟叩墓β拭芏?，可以可靠地防止在波?dǎo)管8的孔區(qū)域在面向反應(yīng)器內(nèi)部5的截面處在流化床7的固體顆粒上形成等離子體。
參考標(biāo)記列表1流化床反應(yīng)器2反應(yīng)器壁3絕熱層的內(nèi)層4絕熱層的外層5反應(yīng)器內(nèi)部6流化空氣供應(yīng)管道7流化床8波導(dǎo)管9工藝氣體供應(yīng)管道10微波源11錨12錨盤13錨桿14格柵15隔膜16喇叭口部分A 錨盤直徑
B 錨盤厚度C 絕熱層外層的厚度D 絕熱層內(nèi)層的厚度
權(quán)利要求
1.一種用于熱處理可流化物質(zhì)的流化床反應(yīng)器，其包括至少一個(gè)向流化床反應(yīng)器(1)內(nèi)供應(yīng)微波輻射的設(shè)施和確定反應(yīng)器并具有絕熱層(3，4)的金屬反應(yīng)器壁(2)，特征在于從反應(yīng)器壁(2)處看，所述絕熱層(3，4)具有包含耐火磚和/或耐火混凝土的外層(4)以及包含輕質(zhì)耐火磚和/或絕熱混凝土的內(nèi)層(3)，并且該絕熱層提供在反應(yīng)器壁(2)的內(nèi)側(cè)。
2.權(quán)利要求1的流化床反應(yīng)器，特征在于將所述絕熱層(3，4)直接提供在反應(yīng)器壁內(nèi)側(cè)上、粘接層上或在反應(yīng)器壁內(nèi)側(cè)或粘接層上沉積的硅酸鋁或硅酸鈣層上。
3.權(quán)利要求1或2的流化床反應(yīng)器，特征在于所述外層(4)包含密度為2.2-2.6kg/dm3的耐火磚、和/或含有如下物質(zhì)的耐火磚-40-50wt％的氧化鋁，-45-55wt％的二氧化硅，-1.5-2.2wt％的鐵氧化物，和-0-1wt％的氧化鈣，并且特別優(yōu)選地，耐火磚含有-45wt％的氧化鋁，-53wt％的二氧化硅，-2wt％的鐵氧化物，和-0wt％的氧化鈣。
4.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述外層(4)包含的耐火混凝土密度為2-2.5kg/dm3、特別優(yōu)選為2.1-2.4kg/dm3、和/或含有-50-60wt％的氧化鋁，-38-44wt％的二氧化硅，-0.5-1.2wt％的鐵氧化物，和-0-4.5wt％的氧化鈣，并且特別優(yōu)選地，耐火混凝土含有-57wt％的氧化鋁，-42wt％的二氧化硅，-1wt％的鐵氧化物，和-0wt％的氧化鈣。
5.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述絕熱層(3，4)的外層(4)包含10-100wt％的耐火磚和/或10-100wt％的耐火混凝土，并且特別優(yōu)選為70-100wt％的耐火磚或70-100wt％的耐火混凝土。
6.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述內(nèi)層(3)包含密度為0.4-0.8kg/dm3的輕質(zhì)耐火磚、和/或含有如下物質(zhì)的輕質(zhì)耐火磚-30-99wt％的氧化鋁，-5-95wt％的二氧化硅，-0-1.2wt％的鐵氧化物，和-0-16wt％的氧化鈣，并且特別優(yōu)選地，輕質(zhì)耐火磚含有-40wt％的氧化鋁，-47wt％的二氧化硅，-1wt％的鐵氧化物，和-12wt％的氧化鈣。
7.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述內(nèi)層(3)包含的絕熱混凝土密度為0.4-0.8kg/dm3、和/或含有-30-99wt％的氧化鋁，-5-95wt％的二氧化硅，-0-1.5wt％的鐵氧化物，和-0-16wt％的氧化鈣，前提條件是鐵氧化物或氧化鈣的含量都不超過1.5wt％，并且特別優(yōu)選地，絕熱混凝土含有-38wt％的氧化鋁，-50wt％的二氧化硅，-1.5wt％的鐵氧化物，和-10.5wt％的氧化鈣。
8.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述絕熱層的內(nèi)層(3)包含10-100wt％的輕質(zhì)耐火磚和/或10-100wt％的絕熱混凝土，并且特別優(yōu)選為70-100wt％的輕質(zhì)耐火磚或70-100wt％的絕熱混凝土。
9.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述外層(4)的厚度(C)為50-250mm，特別優(yōu)選為100-150mm，并且極特別優(yōu)選為120-130mm，和/或所述內(nèi)層(3)的厚度(D)為100-400mm，特別優(yōu)選為180-280mm，并且極特別優(yōu)選為220-240mm，并且絕熱層(3，4)的總厚度為50-600mm，特別優(yōu)選為250-400mm，并且極特別優(yōu)選為380-420mm。
10.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述絕熱層(3，4)通過至少一個(gè)由桿(13)和盤(12)組成的錨(11)而與反應(yīng)器壁(2)的內(nèi)側(cè)相連。
11.權(quán)利要求10的流化床反應(yīng)器，特征在于所述錨桿(13)與反應(yīng)器壁的內(nèi)側(cè)相連，而錨盤終止于在絕熱表面下方10-120mm，并且優(yōu)選為50-80mm。
12.權(quán)利要求10或11的流化床反應(yīng)器，特征在于所述錨(11)由金屬制成，優(yōu)選由反應(yīng)器外殼的材料制成，并且具有圓整的金屬邊。
13.權(quán)利要求10-12任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述錨盤(12)的直徑(A)為40-150mm和/或厚度(B)為3-50mm，并且特別優(yōu)選為6-12mm，和/或錨桿的長(zhǎng)度為100-400mm，并且特別優(yōu)選為180-240mm。
14.權(quán)利要求10-13任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述錨盤(12)與錨桿(13)電連接。
15.權(quán)利要求10-14任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于各錨(13)的排布距離對(duì)應(yīng)于所引入的微波射線的波長(zhǎng)的倍數(shù)加上單個(gè)盤的直徑。
16.前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于向反應(yīng)器(1)中供應(yīng)微波射線的設(shè)施包括微波源(10)、工藝氣體供應(yīng)管道(9)以及延伸通過絕熱層(3，4)的波導(dǎo)管(8)，相對(duì)于反應(yīng)器(1)的垂直軸，波導(dǎo)管(8)傾斜5-90°的角(α)，特別優(yōu)選為5-75°，極特別優(yōu)選為10-20°，并且高度優(yōu)選為Brewster角。
17.權(quán)利要求16的流化床反應(yīng)器，特征在于在面向反應(yīng)器內(nèi)部(5)的截面處，在波導(dǎo)管(8)的孔區(qū)域提供優(yōu)選基本為環(huán)形的隔膜(15)，環(huán)形表面的寬度優(yōu)選對(duì)應(yīng)于所引入微波波長(zhǎng)值的兩倍。
18.權(quán)利要求16或17的流化床反應(yīng)器，特征在于在面向反應(yīng)器內(nèi)部(5)的截面處，在波導(dǎo)管(8)的孔區(qū)域提供喇叭口部分(16)，相對(duì)于所述波導(dǎo)管(8)的縱軸，所述喇叭口部分(16)優(yōu)選包括10-75°的角(β)，并且特別優(yōu)選為20-45°。
19.權(quán)利要求16-18任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于所述隔膜(15)構(gòu)成與反應(yīng)器壁(1)相連的封閉圓筒。
20.權(quán)利要求16-19任一項(xiàng)的流化床反應(yīng)器，特征在于在工藝氣體供應(yīng)管道(9)中提供格柵(14)，當(dāng)在2.45GHz時(shí)，所述格柵的網(wǎng)格尺寸為2×2mm-5×5mm，厚度為1-5mm，而當(dāng)在915MHz時(shí)，所述格柵的網(wǎng)格尺寸為2×2mm-15×15mm，厚度為3-15mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于熱處理可流化物質(zhì)的流化床反應(yīng)器，其包括至少一個(gè)向流化床反應(yīng)器內(nèi)供應(yīng)微波輻射的設(shè)施和確定反應(yīng)器并具有絕熱層的金屬反應(yīng)器壁。為了增加這種反應(yīng)器的能量利用，按照本發(fā)明提出了在反應(yīng)器壁內(nèi)側(cè)提供絕熱層，其中從反應(yīng)器壁處看，所述絕熱層包括包含耐火磚和/或耐火混凝土的外層以及包含輕質(zhì)耐火磚和/或絕熱混凝土的內(nèi)層。
文檔編號(hào)B01J19/02GK101076397SQ200580030677
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2005年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者A·施米特, M·倫克爾 申請(qǐng)人:奧圖泰有限公司