EA044483B1 - METHOD FOR PRODUCING HOLLOW SPHERICAL GLASS PARTICLES - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING HOLLOW SPHERICAL GLASS PARTICLES Download PDFInfo
- Publication number
- EA044483B1 EA044483B1 EA202291977 EA044483B1 EA 044483 B1 EA044483 B1 EA 044483B1 EA 202291977 EA202291977 EA 202291977 EA 044483 B1 EA044483 B1 EA 044483B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- particles
- hollow spherical
- gas
- reaction chamber
- spherical glass
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 283
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims description 152
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 236
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 117
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 106
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 102
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 81
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 49
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 38
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 19
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 16
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 15
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 15
- BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N aluminium(i) oxide Chemical compound [Al]O[Al] BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims description 8
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 7
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 claims description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 16
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 14
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 8
- -1 for example Substances 0.000 description 8
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 7
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910000288 alkali metal carbonate Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000008041 alkali metal carbonates Chemical class 0.000 description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 5
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 4
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 description 3
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 2
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 229910017090 AlO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- 239000004386 Erythritol Substances 0.000 description 1
- UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N Erythritol Natural products OCC(O)C(O)CO UNXHWFMMPAWVPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N Xylitol Natural products OCCC(O)C(O)C(O)CCO TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000011363 dried mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N erythritol Chemical compound OC[C@H](O)[C@H](O)CO UNXHWFMMPAWVPI-ZXZARUISSA-N 0.000 description 1
- 235000019414 erythritol Nutrition 0.000 description 1
- 229940009714 erythritol Drugs 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N meso ribitol Natural products OCC(O)C(O)C(O)CO HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 1
- 229960002920 sorbitol Drugs 0.000 description 1
- 235000010356 sorbitol Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 229940032147 starch Drugs 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 239000000811 xylitol Substances 0.000 description 1
- HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N xylitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N 0.000 description 1
- 235000010447 xylitol Nutrition 0.000 description 1
- 229960002675 xylitol Drugs 0.000 description 1
Description
Настоящее изобретение относится к способу производства пустотелых сферических стеклянных частиц, содержащих по меньшей мере SiO2, Al2O3, и оксид щелочного металла, отличающемуся тем, что указанный способ включает получение частиц-прекурсоров, содержащих, по меньшей мере, SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, путем смешивания исходных материалов, суспендирования исходных материалов с водой с последующей сушкой распылением и термообработкой частиц-прекурсоров при температуре 1000-1800°С, предпочтительно 1300-1600°С, причем в этом процессе происходит контакт полученных таким образом частиц по меньшей мере с одним открытым пламенем.The present invention relates to a method for producing hollow spherical glass particles containing at least SiO2, Al2O 3 and an alkali metal oxide, characterized in that the method includes producing precursor particles containing at least SiO2, Al2O 3 and an alkali metal oxide metal, by mixing the starting materials, suspending the starting materials with water, followed by spray drying and heat treating the precursor particles at a temperature of 1000-1800°C, preferably 1300-1600°C, this process bringing the particles thus obtained into contact with at least with one open flame.
Пустотелые сферические стеклянные частицы, также известные как пустотелые стеклянные микросферы, используют в качестве наполнителей материалов с применением в различных областях. Удельный вес таких пустотелых сферических стеклянных частиц значительно ниже по сравнению с другими наполнителями, а физические свойства, такие как термостойкость, сопротивление давлению и ударопрочность, по-прежнему на высоком уровне. Таким образом, пустотелые сферические стеклянные частицы широко используют в качестве наполнителя для изделий с уменьшенным весом, содержащих формованные компоненты из смолы или металла, т.е. автомобильные детали, предметы домашнего обихода, уплотнительные материалы или строительные материалы. Примеры таких пустотелых сферических стеклянных частиц и их производства описаны, например, B US 3699050, US 4336338, US 5176732 и US 2002/0004111 A1.Hollow spherical glass particles, also known as hollow glass microspheres, are used as filler materials with applications in various fields. The specific gravity of these hollow spherical glass particles is significantly lower compared to other fillers, and the physical properties such as heat resistance, pressure resistance and impact resistance are still at a high level. Thus, hollow spherical glass particles are widely used as a filler for weight-reduced products containing molded resin or metal components, i.e. Automotive parts, household items, sealing materials or building materials. Examples of such hollow spherical glass particles and their production are described, for example, in B US 3699050, US 4336338, US 5176732 and US 2002/0004111 A1.
Среди способов производства пустотелых сферических стеклянных частиц, которые известны специалистам, обычно приводится диспергирование тонкодисперсного порошка стекла в горячем газе высокой температуры, отличающееся тем, что стекло нагревают до расплава таким образом, что вязкость расплавленного материала (начиная с внешнего слоя) уменьшается. За счет испарения расширяющей добавки, которая входит в состав частиц-прекурсоров, одновременно образуется газ. Соответственно, из-за поверхностного натяжения форма полученных частиц будет сферической и в то же время они будут пустотелыми из-за газа, образующегося внутри частиц.Among the methods for producing hollow spherical glass particles that are known to those skilled in the art, it is usually dispersing fine glass powder in a hot high-temperature gas, characterized in that the glass is heated to a melt in such a way that the viscosity of the molten material (starting from the outer layer) is reduced. Due to the evaporation of the expanding additive, which is part of the precursor particles, gas is simultaneously formed. Accordingly, due to surface tension, the shape of the resulting particles will be spherical and at the same time they will be hollow due to the gas formed inside the particles.
Что касается химического состава пустотелых сферических стеклянных частиц, боросиликатное стекло широко используют из-за его химической и механической стойкости. Так, JP-A-58-156551 раскрывает способ образования пустотелых боросиликатных стеклянных микросфер из исходных материалов, таких как SiO2, H3BO3, CaCO3, Na2CO3, NH4H2PO4 и Na2SO4. Однако из-за нормативных требований предпочтительным является применение пустотелых несферических стеклянных частиц без содержания бора. Кроме того, из-за бора частицы могут быть хрупкими.Regarding the chemical composition of hollow spherical glass particles, borosilicate glass is widely used due to its chemical and mechanical resistance. Thus, JP-A-58-156551 discloses a method for forming hollow borosilicate glass microspheres from starting materials such as SiO 2 , H 3 BO 3 , CaCO 3 , Na 2 CO 3 , NH 4 H 2 PO 4 and Na 2 SO 4 . However, due to regulatory requirements, the use of boron-free, hollow, non-spherical glass particles is preferred. In addition, boron can make the particles brittle.
WO 2017/108831 А1 раскрывает способ получения пустотелых сферических частиц из алюмосиликатного стекла без содержания бора с использованием Al2O3, SiO2 и по меньшей мере одного оксида щелочного металла в качестве исходных материалов путем смешивания этих материалов с водой и распылительной сушки этой смеси с получением частиц-прекурсоров, имеющих средний размер частиц 80-400 мкм и остаточную влажность 1-10%, а также подачи частиц-прекурсоров в нагревательное устройство при температуре в диапазоне 1500-1800°С таким образом, что высушенная смесь падает через нагревательное устройство в течение примерно 1-10 с, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц, размер которых предпочтительно составляет 10-600 мкм. Нагревательное устройство представляет собой трубчатую печь с наружным нагревательным кожухом.WO 2017/108831 A1 discloses a method for producing hollow spherical particles of boron-free aluminosilicate glass using Al2O3, SiO2 and at least one alkali metal oxide as starting materials by mixing these materials with water and spray drying this mixture to obtain precursor particles having an average particle size of 80-400 microns and a residual moisture content of 1-10%, as well as feeding precursor particles into a heating device at a temperature in the range of 1500-1800°C so that the dried mixture falls through the heating device for about 1- 10 s, obtaining hollow spherical glass particles, the size of which is preferably 10-600 μm. The heating device is a tubular furnace with an external heating casing.
Наша старая заявка WO 2020/020921 А1 раскрывает пустотелую сферическую стеклянную частицу без содержания бора, в состав которой входит по меньшей мере 30 мас.% Al2O3, по меньшей мере 35 мас.% SiO2 и по меньшей мере 18 мас.% по меньшей мере одного оксида щелочного металла, с диаметром частицы от более чем 20 мкм до 75 мкм. Кроме того, заявка раскрывает способ производства таких частиц путем предоставления состава, включающего по меньшей мере 30 мас.% Al2O3, по меньшей мере 35 мас.% SiO2 и по меньшей мере 18 мас.%, по меньшей мере одного оксида щелочного металла, отличающийся тем, что компоненты присутствуют в виде мелких частиц размером <10 мкм, смешивания частиц с водой и, при необходимости, с органическим связующим веществом, сушки частиц распылением и подачи высушенных частиц в нагревательное устройство, например, в трубчатую печь, таким образом, чтобы частицы выдувались вверх при поддержании температуры выше 1000°С, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц. В качестве альтернативы можно использовать два последовательно соединенных нагревательных устройства или по меньшей мере часть частиц возвращать обратно в нагревательное устройство. Рассмотренные трубчатые печи имеют внешний нагревательный кожух.Our old application WO 2020/020921 A1 discloses a boron-free hollow spherical glass particle containing at least 30 wt% Al 2 O 3 , at least 35 wt% SiO 2 and at least 18 wt% at least one alkali metal oxide, with a particle diameter from more than 20 μm to 75 μm. The application further discloses a method for producing such particles by providing a composition comprising at least 30 wt% Al 2 O 3 , at least 35 wt% SiO 2 and at least 18 wt% at least one alkali oxide metal, characterized in that the components are present in the form of small particles of <10 μm in size, mixing the particles with water and, if necessary, with an organic binder, spray drying the particles and feeding the dried particles into a heating device, for example, into a tube furnace, thus so that the particles are blown upward while maintaining the temperature above 1000°C to produce hollow spherical glass particles. Alternatively, two heating devices may be used in series, or at least a portion of the particles may be returned back to the heating device. The tube furnaces considered have an external heating casing.
JP-A-7-277768 раскрывает способ производства пустотелых стеклянных шариков. В качестве исходного материала используют смесь стеклянного порошка и неорганического материала, предпочтительно карбонатного или сульфатного порошка, который разлагается при более высоких температурах, за счет чего образуется газ. Смесь преобразуют в гранулы, например, с помощью распылительной сушилки, после чего гранулы подают в поток воздуха, температура которого является достаточной для разложения неорганического материала с образованием газа. Предпочтительно термообработку проводят в течение 5 - 1000 мс в воздушном паре при температуре примерно от 1200 до 1600°С. В примере 1 стеклянный порошок (55% SiO2, 14% Al2O3, 8% В2О3, 1% MgO, 21% СаО и 1% ВаО; мас.%) смешивают с CaSO4-2H2O и воде для получения суспензии, которую сушили распылением с получением гранул с часJP-A-7-277768 discloses a method for producing hollow glass beads. The starting material is a mixture of glass powder and inorganic material, preferably carbonate or sulfate powder, which decomposes at higher temperatures to produce gas. The mixture is converted into granules, for example, using a spray dryer, after which the granules are introduced into a stream of air, the temperature of which is sufficient to decompose the inorganic material to form a gas. Preferably, the heat treatment is carried out for 5 to 1000 ms in air steam at a temperature of about 1200 to 1600°C. In example 1, glass powder (55% SiO 2 , 14% Al 2 O 3 , 8% B 2 O 3 , 1% MgO, 21% CaO and 1% BaO; wt.%) is mixed with CaSO 4 -2H2O and water for obtaining a suspension, which was spray dried to obtain granules for an hour
- 1 044483 тицами среднего размера 50 мкм. После этого гранулы подавали в воздушный поток газовой горелки с максимальной температурой 1500°С, подвергали термообработке в течение примерно 100 мс, а затем собирали с помощью циклона. Пример не предусматривает, чтобы гранулы подвергали непосредственному воздействию открытого пламени газовой горелки, а только лишь демонстрирует, что гранулы подают в поток горячего воздуха, создаваемого газовой горелкой. Никакой подробной информации об устройстве, используемом для нагрева гранул в потоке горячего воздуха, не сообщается.- 1 044483 birds of average size 50 microns. The granules were then introduced into the air stream of a gas burner with a maximum temperature of 1500°C, heat treated for approximately 100 ms, and then collected using a cyclone. The example does not involve the pellets being directly exposed to the open flame of a gas burner, but merely demonstrates that the pellets are introduced into a stream of hot air generated by a gas burner. No details were provided about the device used to heat the pellets in a stream of hot air.
Трубчатые печи с наружным нагревательным кожухом для термообработки материалов при температурах выше 1000°С могут подходить для соответствующей области применения, если диаметр трубы не слишком велик. Однако с увеличением диаметра трубы, что может быть необходимо для производственных установок, теплопередача в трубу все больше осложняется.Tube furnaces with an external heating jacket for heat treating materials at temperatures above 1000°C may be suitable for the application if the tube diameter is not too large. However, as the pipe diameter increases, as may be necessary for industrial installations, heat transfer into the pipe becomes increasingly difficult.
Целью настоящего изобретения было создание усовершенствованного способа производства пустотелых сферических стеклянных частиц, который также позволяет изготавливать пустотелые сферические стеклянные частицы в нагревательных устройствах, имеющих большие внутренние диаметры.The object of the present invention was to provide an improved method for producing hollow spherical glass particles, which also allows the production of hollow spherical glass particles in heating devices having large internal diameters.
Соответственно, был найден способ производства пустотелых сферических стеклянных частиц, содержащих по меньшей мере SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, отличающийся тем, что указанный способ включает, по меньшей мере, следующие этапы:Accordingly, a method has been found for producing hollow spherical glass particles containing at least SiO2, Al2O3 and an alkali metal oxide, characterized in that said method includes at least the following steps:
(I) подготовка частиц-прекурсоров с использованием процесса, включающего, по меньшей мере, следующие подэтапы:(I) preparing precursor particles using a process including at least the following substeps:
(I-1) получение исходного состава, содержащего частицы, по меньшей мере, одного исходного соединения для производства стекла, которое содержит, по меньшей мере, SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, (I-2) смешивание исходного состава с жидкостью, с получением суспензии, и (I-3) распылительная сушка полученной суспензии, с получением частиц-прекурсоров, и (II) термообработка частиц-прекурсоров при температуре 1000-1800°С посредством пропускания этих частиц через нагревательное устройство, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц, причем внутри нагревательного устройства горит, по меньшей мере, одно открытое пламя, подпитываемое горючим газом, а термообработку проводят за счет контакта частиц-прекурсоров с открытым пламенем.(I-1) obtaining a starting composition containing particles of at least one glass production starting compound that contains at least SiO2, Al2O 3 and an alkali metal oxide, (I-2) mixing the starting composition with a liquid, to obtain a suspension, and (I-3) spray drying the resulting suspension to obtain precursor particles, and (II) heat treatment of the precursor particles at a temperature of 1000-1800°C by passing these particles through a heating device, to obtain hollow spherical glass particles , wherein at least one open flame, fueled by flammable gas, burns inside the heating device, and heat treatment is carried out due to the contact of precursor particles with the open flame.
Ожидаемые пустотелые сферические стеклянные частицы предпочтительно содержат по меньшей мере 30 мас.% SiO2, по меньшей мере 25 мас.% Al2O3 и по меньшей мере 18 мас.% оксида щелочного металла, в каждом случае из расчета на общую массу пустотелых сферических стеклянных частиц, они не содержат бор, а их средний диаметр составляет 20-200 мкм.The expected hollow spherical glass particles preferably contain at least 30 wt.% SiO 2 , at least 25 wt.% Al 2 O 3 and at least 18 wt.% alkali metal oxide, in each case based on the total weight of the hollow spherical glass particles. glass particles, they do not contain boron, and their average diameter is 20-200 microns.
Перечень фигурList of figures
Фиг. 1: Схематическое изображение вертикального нагревательного устройства, в котором частицы-прекурсоры добавляют к горючему газу.Fig. 1: Schematic illustration of a vertical heating device in which precursor particles are added to a combustible gas.
Фиг. 2: Схематическое изображение нагревательного устройства с множеством пламеней.Fig. 2: Schematic illustration of a heating device with multiple flames.
Фиг. 3: Схематическое изображение распределителя горючего газа с 8 форсунками горелок.Fig. 3: Schematic illustration of a fuel gas distributor with 8 burner nozzles.
Фиг. 4: Схематическое изображение вертикального нагревательного устройства, в котором частицы-прекурсоры добавляют к негорючему газу-носителю.Fig. 4: Schematic illustration of a vertical heating device in which precursor particles are added to a non-flammable carrier gas.
Фиг. 5: Схематическое изображение горизонтального нагревательного устройства, в котором частицы-прекурсоры добавляют к негорючему газу-носителю, имеющему дополнительные впускные отверстия для газа, предназначенные для охлаждения стенок реактора.Fig. 5: Schematic illustration of a horizontal heating device in which precursor particles are added to a non-flammable carrier gas having additional gas inlets for cooling the reactor walls.
Фиг. 6: Схематическое изображение вертикального нагревательного устройства, в котором частицы-прекурсоры добавляют к негорючему газу-носителю.Fig. 6: Schematic illustration of a vertical heating device in which precursor particles are added to a non-flammable carrier gas.
Фиг. 7: Технологическая схема установки, включающая рециркуляцию отработанного газа.Fig. 7: Flow diagram of the installation, including exhaust gas recirculation.
Фиг. 8: Схематическое изображение вращающейся печи, в которой частицы-прекурсоры добавляют к горючему газу.Fig. 8: Schematic illustration of a rotary kiln in which precursor particles are added to a combustible gas.
Фиг. 9: Схематическое изображение вращающейся печи, в которой частицы-прекурсоры добавляют к горючему газу, имеющей дополнительные впускные отверстия для газа, предназначенные для охлаждения стенок реактора.Fig. 9: Schematic illustration of a rotary kiln in which precursor particles are added to combustible gas, having additional gas inlets for cooling the reactor walls.
Фиг. 10: Схематическое изображение передней части вращающейся печи, в которой частицыпрекурсоры добавляют к горючему газу и дополнительно вводят негорючий газ.Fig. 10: Schematic illustration of the front part of a rotary kiln in which precursor particles are added to a combustible gas and an additional non-combustible gas is introduced.
Фиг. 11: Схематическое изображение передней части вращающейся печи, в которой частицыпрекурсоры добавляют к негорючему газу-носителю.Fig. 11: Schematic illustration of the front part of a rotary kiln in which precursor particles are added to a non-flammable carrier gas.
В отношении изобретения необходимо отдельно указать следующее.With regard to the invention, the following must be specifically stated.
Пустотелые сферические стеклянные частицыHollow spherical glass particles
Состав стекла зачастую выражается содержанием в нем SiO2, Al2O3, оксидов щелочных металлов и, при необходимости, других оксидов. Указанное описание состава также будет использоваться и в настоящем изобретении.The composition of glass is often expressed by its content of SiO2, Al2O3, alkali metal oxides and, if necessary, other oxides. The above composition description will also be used in the present invention.
Пустотелые сферические стеклянные частицы, которые будут изготавливаться в соответствии со способом по настоящему изобретению, содержат, по меньшей мере, SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, предпочтительно Na2O. При необходимости, могут присутствовать и другие компоненты.The hollow spherical glass particles that will be produced in accordance with the method of the present invention contain at least SiO 2 , Al 2 O 3 and an alkali metal oxide, preferably Na 2 O. Other components may be present if desired.
- 2 044483- 2 044483
Пустотелые сферические стеклянные частицы, изготавливаемые в соответствии со способом по настоящему изобретению, предпочтительно содержат по меньшей мере 30 мас.% SiO2, по меньшей мере 25 мас.% Al2O3 и по меньшей мере 18 мас.% оксида щелочного металла, предпочтительно Na2O, в каждом случае из расчета на общую массу пустотелых сферических стеклянных частиц.The hollow spherical glass particles produced in accordance with the method of the present invention preferably contain at least 30 wt% SiO2, at least 25 wt% Al 2 O 3 and at least 18 wt% alkali metal oxide, preferably Na 2 O, in each case based on the total mass of hollow spherical glass particles.
В одном из вариантов осуществления изобретения пустотелые сферические частицы стекла содержат 30-55 мас.% SiO2, 25-45 мас.% Al2O3 и 18-40 мас.% оксида щелочного металла, предпочтительно Na2O, в каждом случае из расчета на общую массу пустотелых сферических стеклянных частиц. В еще одном из вариантов осуществления изобретения пустотелые сферические частицы стекла содержат 30-40 мас.% SiO2, 25-35 мас.% Al2O3 и 30-40 мас.% Na2O, в каждом случае из расчета на общую массу пустотелых сферических стеклянных частиц.In one embodiment of the invention, the hollow spherical glass particles contain 30-55 wt.% SiO 2 , 25-45 wt.% Al 2 O 3 and 18-40 wt.% alkali metal oxide, preferably Na 2 O, in each case of calculation for the total mass of hollow spherical glass particles. In yet another embodiment of the invention, the hollow spherical glass particles contain 30-40 wt.% SiO 2 , 25-35 wt.% Al 2 O 3 and 30-40 wt.% Na 2 O, in each case based on the total weight hollow spherical glass particles.
В одном из вариантов осуществления изобретения пустотелые сферические стеклянные частицы не содержат бор. При использовании по тексту настоящего документа понятия не содержат бор и без содержания бора не исключают возможного присутствия небольшого количества бора. В частности, предпочтительно, чтобы пустотелая сферическая стеклянная частица содержала бор (если он все же в ней присутствует) в количестве не выше 1,0% мас.%, более предпочтительно не выше 0,1 мас.%, еще более предпочтительно не выше 0,01 мас.%, как, например, не выше 0,001 мас.%, из расчета на общую массу пустотелых сферических стеклянных частиц.In one embodiment of the invention, the hollow spherical glass particles do not contain boron. As used herein, the terms boron-free and boron-free do not exclude the possible presence of small amounts of boron. In particular, it is preferred that the hollow spherical glass particle contains boron (if present) in an amount of no more than 1.0 wt%, more preferably no more than 0.1 wt%, even more preferably no more than 0 .01 wt.%, such as, for example, not higher than 0.001 wt.%, based on the total mass of the hollow spherical glass particles.
В одном из вариантов осуществления изобретения пустотелые сферические стеклянные частицы имеют средний размер частиц 20-200 мкм, например 20-150 мкм или 20-70 мкм. Значения относятся к среднему числу, которое можно определить, например, с помощью микроскопии.In one embodiment of the invention, the hollow spherical glass particles have an average particle size of 20-200 microns, for example 20-150 microns or 20-70 microns. The values refer to an average number, which can be determined, for example, using microscopy.
В одном из вариантов осуществления изобретения пустотелые сферические стеклянные частицы имеют толщину стенки 0,1-15 мкм, в частности 0,2-12 мкм.In one embodiment of the invention, the hollow spherical glass particles have a wall thickness of 0.1-15 μm, in particular 0.2-12 μm.
Также предпочтительно, чтобы пустотелые сферические стеклянные частицы по настоящему изобретению имели значение прочности на разрушение под давлением в диапазоне 120-150 МПа. Для определения значения прочности на разрушение под давлением пустотелые сферические стеклянные частицы помещают в цилиндр, который закрыт снизу и может подвергаться воздействию давления сверху посредством приложения ударной силы. Пустотелые сферические стеклянные частицы прижимаются под действием ударной силы, как это происходит в прессе. Высота заполнения цилиндра пустотелыми сферическими стеклянными частицами зависит от размера частиц. Цилиндр находится на стенде для испытаний на растяжение/сжатие, контролирующем усилие поршня. Соответственно, создается заданная нормальная сила или поверхностное давление. В зависимости от размера частиц результаты оценивают с помощью микроскопии или макроскопии посредством определения процента пустотелых сферических стеклянных частиц, которые были разрушены. Используемый в этой процедуре цилиндр имеет внутренний диаметр 20 мм и внутреннюю цилиндрическую длину 80 мм. Высота заполнения составляла 20 мм. Критерий оценки был основан исходя из 80% неповрежденных пустотелых сферических стеклянных частиц соответствующего диаметра.It is also preferable that the hollow spherical glass particles of the present invention have a pressure fracture strength value in the range of 120-150 MPa. To determine the pressure fracture strength value, hollow spherical glass particles are placed in a cylinder that is closed at the bottom and can be subjected to pressure from above by applying an impact force. Hollow spherical glass particles are pressed under the influence of impact force, as happens in a press. The height of filling the cylinder with hollow spherical glass particles depends on the particle size. The cylinder is placed on a tensile/compression test bench that controls the force of the piston. Accordingly, a given normal force or surface pressure is created. Depending on the particle size, the results are assessed using microscopy or macroscopy by determining the percentage of hollow spherical glass particles that have been destroyed. The cylinder used in this procedure has an internal diameter of 20 mm and an internal cylindrical length of 80 mm. The filling height was 20 mm. The evaluation criterion was based on 80% intact hollow spherical glass particles of the appropriate diameter.
Пустотелые сферические частицы стекла предпочтительно имеют объемную плотность 0,4-1,2 г/см3, более предпочтительно 0,5-1,0 г/см3, еще более предпочтительно 0,6-0,9 г/см3, как, например, 0,7-0,8 г/см3.The hollow spherical glass particles preferably have a bulk density of 0.4-1.2 g/cm 3 , more preferably 0.5-1.0 g/cm 3 , even more preferably 0.6-0.9 g/cm 3 as , for example, 0.7-0.8 g/ cm3 .
Способ производства пустотелых сферических стеклянных частицMethod for producing hollow spherical glass particles
Способ производства пустотелых сферических стеклянных частиц по настоящему изобретению включает по меньшей мере 2 этапа.The method for producing hollow spherical glass particles of the present invention includes at least 2 steps.
На первом этапе (I) получают частицы-прекурсоры, которые содержат подходящие стеклообразующие компоненты, а на втором этапе (II) частицы-прекурсоры проходят термообработку при температуре 1000-1800°С под открытым пламенем, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц.In the first stage (I), precursor particles are obtained that contain suitable glass-forming components, and in the second stage (II), the precursor particles are heat treated at a temperature of 1000-1800°C under an open flame to obtain hollow spherical glass particles.
Этап (I) - Получение частиц-прекурсоров.Stage (I) - Obtaining precursor particles.
Этап (I) включает по меньшей мере три подэтапа (I-1), (I-2) и (I-3). В ходе этапа (I-1) предоставляется исходный состав для получения частиц-прекурсоров. На этапе (I-2) исходный состав смешивают с жидкостью, с получением водной суспензию исходных материалов, а на этапе (I-3) полученную водную суспензию сушат распылением, с получением частиц-прекурсоров.Step (I) includes at least three sub-steps (I-1), (I-2) and (I-3). During step (I-1), the starting composition for the production of precursor particles is provided. In step (I-2), the starting composition is mixed with a liquid to form an aqueous suspension of the starting materials, and in step (I-3), the resulting aqueous suspension is spray-dried to form precursor particles.
Этап (I-1).Stage (I-1).
Исходный состав для получения частиц-прекурсоров содержит частицы, по меньшей мере, одного исходного материала для производства стекла, которое содержит, по меньшей мере, SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, предпочтительно Na2O. Предпочтительно используют смесь по меньшей мере двух различных исходных материалов.The starting composition for producing precursor particles contains particles of at least one glass starting material that contains at least SiO 2 , Al 2 O 3 and an alkali metal oxide, preferably Na 2 O. Preferably, a mixture of at least at least two different starting materials.
Исходные материалы для получения стекла, которые содержат, по меньшей мере, SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, предпочтительно Na2O, в основном известны специалистам в данной области. Исходные материалы могут содержать как все компоненты, т.е. SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, так и только два из них или же только один из них.Glass starting materials that contain at least SiO2, Al2O3 and an alkali metal oxide, preferably Na2O, are generally known to those skilled in the art. The starting materials may contain both all components, i.e. SiO 2 , Al 2 O 3 and alkali metal oxide, or only two of them, or only one of them.
Среди примеров подходящих исходных материалов для использования в настоящем изобретении можно привести карбонаты щелочных металлов, в частности, карбонат натрия, диоксид кремния, силикаты, алюмосиликаты, например, цеолиты, такие как, например, цеолит А, глины, такие как каолинит,Examples of suitable starting materials for use in the present invention include alkali metal carbonates, in particular sodium carbonate, silica, silicates, aluminosilicates, for example, zeolites, such as, for example, zeolite A, clays, such as kaolinite,
- 3 044483 слюда или их смеси.- 3 044483 mica or mixtures thereof.
При термообработке в ходе этапа (II) исходный состав способен выделять газ. Таким газом, в частности, может быть углекислый газ и/или вода. Предпочтительно газ может выделяться самими исходными материалами для формирования стекла, но в других вариантах осуществления для этой цели также могут использоваться дополнительные расширяющие добавки. В качестве примеров исходных материалов, выделяющих газ при термообработке, можно привести карбонаты щелочных металлов, такие как карбонат натрия, которые при нагреве выделяют CO2. Среди других примеров исходные материалы, содержащие химически связанную воду, как, например, вода с содержанием силикатов и/или алюмосиликатов. Примеры включают цеолиты, которые могут быть представлены общей формулойWhen heat treated during stage (II), the starting composition is capable of releasing gas. Such a gas may in particular be carbon dioxide and/or water. Preferably, the gas may be released by the glass forming starting materials themselves, but in other embodiments, additional expansion additives may also be used for this purpose. Examples of feedstocks that release gas during heat treatment include alkali metal carbonates, such as sodium carbonate, which release CO2 when heated. Other examples include feedstocks containing chemically bound water, such as water containing silicates and/or aluminosilicates. Examples include zeolites, which may be represented by the general formula
M2/zO-Al2O3-xSiO2-yH2O, где М - это катион щелочного или щелочно-земельного металла, z - заряд катиона, значение x составляет примерно от 1,8 до 12, а y - от 0 до примерно 8.M 2/z O-Al 2 O 3 -xSiO 2 -yH 2 O, where M is an alkali or alkaline earth metal cation, z is the charge of the cation, the value of x is from about 1.8 to 12, and y is from 0 to about 8.
Конкретным примером является цеолит А, который может быть представлен формулой Na12((AlO2)12(SiO2)12)-27H2O. Также в качестве примера можно привести глины, такие как каолинит. Газ, выделяющийся из исходных компонентов в процессе термообработки, взрывает пустотелые сферы.A specific example is zeolite A, which can be represented by the formula Na 12 ((AlO 2 ) 12 (SiO 2 ) 12 )-27H 2 O. Also exemplified are clays such as kaolinite. The gas released from the starting components during heat treatment explodes the hollow spheres.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения исходный состав содержит, по меньшей мере, цеолит, например, цеолит А.In accordance with one embodiment of the invention, the starting composition contains at least a zeolite, for example, zeolite A.
В еще одном варианте осуществления изобретения исходный состав включает, по меньшей мере, цеолит, например, цеолит А, и карбонат щелочного металла, в частности, карбонат натрия, предпочтительно цеолит А и карбонат натрия.In yet another embodiment of the invention, the starting composition comprises at least a zeolite, for example zeolite A, and an alkali metal carbonate, in particular sodium carbonate, preferably zeolite A and sodium carbonate.
В еще одном варианте осуществления изобретения исходный состав включает, по меньшей мере, цеолит, например, цеолит А, и глинистый минерал, такой как каолин или каолинит, предпочтительно цеолит А и каолин и/или каолинит.In yet another embodiment of the invention, the starting composition includes at least a zeolite, such as zeolite A, and a clay mineral, such as kaolin or kaolinite, preferably zeolite A and kaolin and/or kaolinite.
В еще одном дополнительном варианте осуществления изобретения исходный состав включает, по меньшей мере, цеолит, например, цеолит А, и глинистый минерал, такой как каолин или каолинит, а также карбонат щелочного металла, в частности, карбонат натрия, предпочтительно цеолит А, каолин и/или каолинит и карбонат натрия.In yet another further embodiment of the invention, the starting composition comprises at least a zeolite, such as zeolite A, and a clay mineral, such as kaolin or kaolinite, as well as an alkali metal carbonate, in particular sodium carbonate, preferably zeolite A, kaolin and /or kaolinite and sodium carbonate.
В одном из вариантов осуществления изобретения исходный состав не содержит бора. Определение термина не содержит бора уже приводилось выше по тексту документа.In one embodiment of the invention, the starting composition does not contain boron. The definition of the term boron-free has already been given above in the text of the document.
Вид и количество исходных материалов в исходном составе регулируют в соответствии с предполагаемым составом стекла с учетом того, что упомянутые выше газы или другие летучие компоненты, присутствие которых считается возможным, выделяются из состава в процессе термообработки в ходе этапа (II). Поэтому, если доля SiO2, Al2O3 и оксидов щелочных металлов в исходном составе такая же, как и в стекле, то абсолютное процентное содержание в исходном составе может быть ниже из-за потери массы в ходе термообработки.The type and amount of starting materials in the initial composition are adjusted in accordance with the intended composition of the glass, taking into account that the above-mentioned gases or other volatile components, the presence of which is considered possible, are released from the composition during the heat treatment during step (II). Therefore, if the proportion of SiO 2 , Al 2 O 3 and alkali metal oxides in the initial composition is the same as in glass, then the absolute percentage in the initial composition may be lower due to mass loss during heat treatment.
Частицы исходных материалов могут быть получены измельчением. В одном из вариантов осуществления изобретения указанный способ включает стадию измельчения исходных материалов. Измельчение может проводиться перед смешиванием исходных материалов или после их смешивания. Процесс измельчения может быть сухим или мокрым. В одном из вариантов осуществления изобретения процесс измельчения проводят таким образом, чтобы частицы в исходном составе имели средний размер не более 10 мкм, предпочтительно не более 7 мкм. Под размером частиц понимается его среднее значение, которое может быть определено с помощью микроскопии.Particles of starting materials can be obtained by grinding. In one embodiment of the invention, the method includes the step of grinding the starting materials. Grinding can be carried out before mixing the starting materials or after mixing them. The grinding process can be dry or wet. In one embodiment of the invention, the grinding process is carried out in such a way that the particles in the initial composition have an average size of no more than 10 microns, preferably no more than 7 microns. Particle size refers to its average value, which can be determined using microscopy.
Этап (I-2).Stage (I-2).
На этапе (I-2) исходный состав, содержащий частицы исходных материалов, полученных на этапе (I-1), смешивают с жидкостью, с получением суспензии частиц исходного состава в жидкости.In step (I-2), the starting composition containing the starting materials particles obtained in step (I-1) is mixed with a liquid to form a suspension of the starting composition particles in the liquid.
Жидкость может быть одним единственным компонентом или же может содержать смесь различных компонентов. Предпочтительно жидкость содержит воду, т.е. она представляет собой водную жидкость. В одном из вариантов осуществления для суспендирования частиц используют только воду.The liquid may be one single component or may contain a mixture of various components. Preferably the liquid contains water, i.e. it is an aqueous liquid. In one embodiment, only water is used to suspend the particles.
Суспензия может составлять примерно до 80,0 мас.% от исходного состава, например, примерно 50-75 мас.%.The suspension may be up to about 80.0 wt.% of the original composition, for example, about 50-75 wt.%.
Дополнительно суспензия может содержать и другие добавки.Additionally, the suspension may contain other additives.
В одном из вариантов осуществления суспензия также может содержать диспергатор. В качестве примеров подходящих диспергаторов можно привести полимерные диспергаторы, такие как поливинилпирролидон, полиакрилат, сополимеры полиакрилата или их смеси.In one embodiment, the suspension may also contain a dispersant. Examples of suitable dispersants include polymeric dispersants such as polyvinylpyrrolidone, polyacrylate, polyacrylate copolymers or mixtures thereof.
В еще одном варианте осуществления изобретения может использоваться связующий агент. Такой связующий агент может способствовать образованию частиц-прекурсоров. Среди примеров связующих агентов неорганические связующие агенты, такие как жидкое стекло, или органические связующие агенты, такие как глицерин, гликоль, ксилит, сорбит, эритрит, крахмал, поливиниловые спирты или их смеси.In yet another embodiment of the invention, a coupling agent may be used. Such a coupling agent may promote the formation of precursor particles. Examples of binding agents include inorganic binding agents such as water glass, or organic binding agents such as glycerin, glycol, xylitol, sorbitol, erythritol, starch, polyvinyl alcohols, or mixtures thereof.
- 4 044483- 4 044483
Этап (I-3).Stage (I-3).
На этапе (I-3) суспензию, полученную на этапе (I-2), сушат распылением, с получением частицпрекурсоров.In step (I-3), the suspension obtained in step (I-2) is spray dried to obtain precursor particles.
Устройства для распылительной сушки известны специалистам в данной области и имеются в продаже. В одном из вариантов осуществления изобретения суспензию сушат распылением при температуре 150-250°С. Указанная температура относится к температуре на входе в распылительную сушилку. Частицы-прекурсоры, полученные в результате распылительной сушки, имеют сферическую форму или, по меньшей мере, преимущественно сферическую.Spray drying devices are known to those skilled in the art and are commercially available. In one embodiment of the invention, the suspension is spray dried at a temperature of 150-250°C. The specified temperature refers to the spray dryer inlet temperature. The precursor particles resulting from spray drying are spherical, or at least predominantly spherical.
В состав всех частиц-прекурсоров входит множество первичных частиц исходных материалов. Размер частиц-прекурсоров регулируют в соответствии с предполагаемым размером пустотелых сферических стеклянных частиц, которые предполагается изготовить. Как правило, с увеличением размера частиц-прекурсоров увеличивается и размер пустотелых сферических стеклянных частиц. Специалистам в данной области известно, как регулировать размер частиц в процессе распылительной сушки с помощью технологических параметров процесса. В одном из вариантов осуществления изобретения размер частицпрекурсоров доводят до 20-250 мкм. Под размером частиц понимается его среднее значение, которое может быть определено с помощью микроскопии.All precursor particles contain many primary particles of starting materials. The size of the precursor particles is adjusted in accordance with the intended size of the hollow spherical glass particles to be produced. Typically, as the size of the precursor particles increases, the size of the hollow spherical glass particles also increases. Those skilled in the art know how to control particle size during a spray drying process using process parameters. In one embodiment of the invention, the particle size of the precursors is adjusted to 20-250 microns. Particle size refers to its average value, which can be determined using microscopy.
При необходимости, частицы-прекурсоры, полученные на этапе (I-3), могут быть просеяны, например, посредством использования сита, чтобы выбрать только определенные фракции частиц-прекурсоров для проведения термической обработки на этапе (II). Например, можно отделить очень крупные и/или очень мелкие частицы-прекурсоры.If necessary, the precursor particles obtained in step (I-3) can be screened, for example, by using a sieve, to select only certain fractions of the precursor particles for thermal treatment in step (II). For example, very large and/or very small precursor particles can be separated.
Этап (II) - Термическая обработка частиц-прекурсоровStage (II) - Thermal treatment of precursor particles
Краткое изложениеSummary
В ходе этапа (II) частицы-прекурсоры, полученные на этапе (I), подвергают термообработке при температуре 1000-1800°С, предпочтительно 1300-1600°С, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц. Термическая обработку осуществляют путем пропускания частиц-прекурсоров через нагревательное устройство, внутри которого горит по меньшей мере одно открытое пламя, а термообработку проводят за счет контакта частиц-прекурсоров с открытым пламенем. Пламя подпитывается горючим газом, который выходит по меньшей мере из одной форсунки горелки, расположенной внутри нагревательного устройства. Предпочтительно нагревательное устройство содержит множество форсунок горелок, и, следовательно, внутри нагревательного устройства горит множество языков пламени. Время контакта частиц с пламенем невелико, например 0,001-1 с.In step (II), the precursor particles obtained in step (I) are heat treated at a temperature of 1000-1800°C, preferably 1300-1600°C, to obtain hollow spherical glass particles. Heat treatment is carried out by passing precursor particles through a heating device, inside of which at least one open flame burns, and heat treatment is carried out by contacting precursor particles with an open flame. The flame is fed by combustible gas, which exits at least one burner nozzle located inside the heating device. Preferably, the heating device includes a plurality of burner nozzles and therefore a plurality of flames burn within the heating device. The contact time of particles with the flame is short, for example 0.001-1 s.
В принципе, можно использовать любое нагревательное устройство, обогреваемое хотя бы одним открытым пламенем, горящим внутри него.In principle, any heating device that is heated by at least one open flame burning inside it can be used.
Предпочтительно нагревательное устройство содержит продольную реакционную камеру, в которой частицы-прекурсоры вводятся на одном конце удлиненной реакционной камеры (передний конец), а пустотелые сферические стеклянные частицы выходят на другом конце продольной реакционной камеры (задний конец). Таким образом, частицы транспортируются через продольную реакционную камеру от одного конца к другому, проходя через процесс химического преобразования.Preferably, the heating device includes a longitudinal reaction chamber in which precursor particles are introduced at one end of the elongated reaction chamber (front end) and hollow spherical glass particles exit at the other end of the longitudinal reaction chamber (rear end). In this way, the particles are transported through the longitudinal reaction chamber from one end to the other, going through a chemical transformation process.
Среди примеров таких нагревательных устройств нагревательные устройства, содержащие цилиндрические реакционные камеры, но также возможны и другие формы, такие как реакционные камеры, имеющие квадратное или шестиугольное поперечное сечение. Предпочтительно нагревательное устройство имеет вид цилиндрического нагревательного устройства.Examples of such heating devices include heating devices comprising cylindrical reaction chambers, but other shapes are also possible, such as reaction chambers having a square or hexagonal cross-section. Preferably, the heating device is in the form of a cylindrical heating device.
Диаметр продольной реакционной камеры, предпочтительно цилиндрической реакционной камеры, может выбираться квалифицированным специалистом в соответствии с его/ее потребностями. Поскольку нагревательное устройство нагревается изнутри открытым пламенем (несколькими языками пламенем), проблема с теплопередачей в реакционную камеру отсутствует, и, следовательно, внутренний диаметр продольной реакционной камеры предпочтительно может быть сделан очень большим по размеру. Этот размер может быть, например, 0,1-3 м, например 1-3 м, не ограничивая настоящее изобретение указанными числами.The diameter of the longitudinal reaction chamber, preferably a cylindrical reaction chamber, can be selected by the skilled person according to his/her needs. Since the heating device is heated from the inside by an open flame (multiple flames), there is no problem of heat transfer into the reaction chamber, and therefore the inner diameter of the longitudinal reaction chamber can preferably be made very large in size. This size can be, for example, 0.1-3 m, for example 1-3 m, without limiting the present invention to these numbers.
Термин диаметр в данном контексте относится к гидравлическому диаметру dh=4А/P, где А - площадь поперечного сечения, аThe term diameter in this context refers to the hydraulic diameter d h =4A/P, where A is the cross-sectional area, and
Р - периметр нагревательного устройства.P is the perimeter of the heating device.
Для цилиндрического нагревательного устройства, т.е. нагревательного устройства, имеющего круглое поперечное сечение, dh равно 4 пг2/2пг=2г, где r - радиус окружности. Для отопительного прибора квадратного сечения dh равно 4а2/4а=а, где а - длина ребра квадрата. Специалист в данной области может легко рассчитать гидравлические диаметры реакционной камеры другой формы.For a cylindrical heating device, i.e. heating device having a circular cross-section, d h is equal to 4 pg 2 /2pg=2g, where r is the radius of the circle. For a heating device with a square cross-section, d h is equal to 4a2/4a=a, where a is the length of the square edge. One skilled in the art can easily calculate the hydraulic diameters of a reaction chamber of a different shape.
Диаметр реакционной камеры может быть постоянным в продольном направлении или может изменяться. К примеру, нагревательное устройство может содержать секцию постоянного диаметра, например, цилиндрическую секцию, диаметр которой уменьшается по направлению к заднему концу.The diameter of the reaction chamber may be constant in the longitudinal direction or may vary. For example, the heating device may comprise a constant diameter section, for example a cylindrical section, the diameter of which decreases towards the rear end.
Продольная реакционная камера может иметь горизонтальную или вертикальную, или любую другую ориентацию. В одном из вариантов осуществления изобретения он может быть вертикальным илиThe longitudinal reaction chamber may have a horizontal or vertical, or any other orientation. In one embodiment of the invention it may be vertical or
- 5 044483 практически вертикальным, когда частицы-прекурсоры вводятся с нижнего конца, а образовавшиеся пустотелые сферические стеклянные частицы выходят с верхнего конца.- 5 044483 practically vertical, when the precursor particles are introduced from the lower end, and the resulting hollow spherical glass particles exit from the upper end.
В одном из вариантов осуществления изобретения нагревательное устройство содержит неподвижную реакционную камеру, которая имеет горизонтальную, вертикальную или любую другую ориентацию. Нагревательное устройство с неподвижной продольной реакционной камерой, содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие для горючего газа, которое соединено, по меньшей мере, с одной форсункой горелки в его внутренней части. Горючие газы известны специалистам в данной области. В качестве примеров можно привести водород и углеводороды, такие как метан, этан или пропан. Существует несколько возможностей для смешивания горючего газа с кислородом или воздухом для горения. В некоторых вариантах осуществления изобретения форсунки горелок представляют собой однокомпонентные форсунки, и кислород или воздух, или любой другой газ, необходимый для горения, смешивается с горючим газом до того, как этот газ выйдет из форсунок горелки, например, до того, как горючий газ войдет в нагревательное устройство. В других вариантах осуществления используемые форсунки горелок представляют собой двухкомпонентные форсунки, такие как, например, кольцевая форсунка, и из двухкомпонентной форсунки выходят отдельные потоки кислорода или воздуха и горючего газа. Для этой цели в нагревательном устройстве имеется отдельный вход для забора воздуха или кислорода и отдельные трубы для горючего газа и кислорода или воздуха между двумя компонентными форсунками и входом.In one embodiment of the invention, the heating device includes a stationary reaction chamber that has a horizontal, vertical, or any other orientation. A heating device with a fixed longitudinal reaction chamber contains at least one inlet for combustible gas, which is connected to at least one burner nozzle in its internal part. Combustible gases are known to those skilled in the art. Examples include hydrogen and hydrocarbons such as methane, ethane or propane. There are several possibilities for mixing combustible gas with oxygen or combustion air. In some embodiments, the burner nozzles are single-component nozzles, and oxygen or air, or any other gas required for combustion, is mixed with the combustible gas before the gas leaves the burner nozzles, for example, before the combustible gas enters into the heating device. In other embodiments, the burner nozzles used are two-component nozzles, such as, for example, a ring nozzle, and separate streams of oxygen or air and fuel gas emerge from the two-component nozzle. For this purpose, the heating device has a separate inlet for air or oxygen intake and separate pipes for fuel gas and oxygen or air between the two component nozzles and the inlet.
Контакт частиц-прекурсоров с пламенем (языками пламени) может осуществляться путем диспергирования частиц-прекурсоров в самом горючем газе, в результате чего поток горючего газа, содержащего частицы-прекурсоры, выходит из форсунки(ок) горелки. В этом варианте осуществления частицыпрекурсоры проходят через все пламя и превращаются в пустотелые сферические стеклянные частицы. После прохождения через открытое пламя образовавшиеся таким образом пустотелые сферические стеклянные частицы охлаждаются, по меньшей мере, до такой степени, что частицы стекла становятся твердыми и переносятся потоком отработанных газов, образующихся при сгорании, через нагревательный блок к выходу, из которого эти пустотелые сферические стеклянные частицы можно подобрать. Охлаждение может осуществляться, например, путем охлаждения стенок нагревательного устройства ниже по потоку от пламени (языков пламени) и/или путем подачи негорючего газа, такого как воздух, или охлажденный повторно используемый газ из самого процесса, имеющий температуру окружающей среды, в нагревательное устройство, расположенное ниже по потоку от пламени (языков пламени). Разделение пустотелых сферических стеклянных частиц и отработанного газа может осуществляться, например, с помощью циклона. Для дальнейшего охлаждения потока может использоваться теплообменник на линии, соединяющей нагревательное устройство и устройство разделения.Contact of the precursor particles with the flame(s) may be accomplished by dispersing the precursor particles within the combustible gas itself, causing a stream of combustible gas containing the precursor particles to exit the burner nozzle(s). In this embodiment, the precursor particles pass through the entire flame and become hollow spherical glass particles. After passing through an open flame, the hollow spherical glass particles thus formed are cooled to at least such an extent that the glass particles become solid and are carried by the flow of combustion exhaust gases through the heating block to the outlet from which the hollow spherical glass particles can be selected. Cooling may be accomplished, for example, by cooling the walls of the heating device downstream of the flame(s) and/or by introducing a non-combustible gas such as air or cooled recycle gas from the process itself at ambient temperature into the heating device, located downstream of the flame(s). The separation of hollow spherical glass particles and exhaust gas can be carried out, for example, using a cyclone. To further cool the flow, a heat exchanger may be used in the line connecting the heating device and the separation device.
При необходимости, в реакционную камеру можно добавить негорючий газ, например, в месте до точки расположения открытого пламени (языков пламени). Такой дополнительный негорючий газ способствует перемещению пустотелых сферических стеклянных частиц к точке выхода и помогает избежать обратного смешивания. Примеры негорючих газов включают воздух, углекислый газ или восстановленный отработанный газ.If necessary, non-flammable gas can be added to the reaction chamber, for example, in a place up to the point where the open flame(s) are located. This additional non-flammable gas helps move the hollow spherical glass particles to the exit point and helps avoid back-mixing. Examples of non-combustible gases include air, carbon dioxide or recovered exhaust gas.
В еще одном варианте осуществления изобретения контакт частиц-прекурсоров с пламенем (языками пламени) может осуществляться путем диспергирования частиц-прекурсоров в отдельном негорючем газе, который выступает в качестве газа-носителя для частиц-прекурсоров, и при этом поток негорючего газа, в котором находятся частицы-прекурсоры, вводят в нагревательное устройство в месте до точки расположения открытого пламени (языков пламени). В этом варианте осуществления частицыпрекурсоры проходят не через пламя (языки пламени) в центре, а скорее через внешние области пламени (языков пламени). Как и в первом варианте осуществления изобретения, негорючий газ способствует перемещению пустотелых сферических стеклянных частиц к точке выхода и помогает избежать обратного смешивания. Очевидно, что эти два метода можно комбинировать, т.е. частицы-прекурсоры можно добавлять как к горючему газу, так и к негорючему.In yet another embodiment of the invention, contact of the precursor particles with the flame(s) may be accomplished by dispersing the precursor particles in a separate non-flammable gas that acts as a carrier gas for the precursor particles, and wherein the stream of non-flammable gas containing precursor particles are introduced into the heating device at the point where the open flame (flames) is located. In this embodiment, the precursor particles do not pass through the flame(s) at the center, but rather through the outer regions of the flame(s). As in the first embodiment of the invention, the non-flammable gas helps move the hollow spherical glass particles to the exit point and helps avoid back mixing. Obviously, these two methods can be combined, i.e. precursor particles can be added to both flammable and non-flammable gases.
В еще одном варианте осуществления изобретения нагревательное устройство представляет собой вращающуюся печь. В ней имеется реакционная камера в виде цилиндрической вращающейся трубы, которая обычно находится в горизонтальном положении или слегка наклонена к своему заднему концу. Контакт частиц-прекурсоров с пламенем (языками пламени) может осуществляться таким же образом, как было описано выше, т.е. путем их добавления к горючему или негорючему газу. Вращательное движение цилиндрической реакционной камеры, по меньшей мере, способствует обычному переносу частиц через реакционную камеру.In yet another embodiment of the invention, the heating device is a rotary kiln. It contains a reaction chamber in the form of a cylindrical rotating tube, which is usually in a horizontal position or slightly inclined towards its rear end. The contact of precursor particles with the flame (flames) can be carried out in the same way as described above, i.e. by adding them to flammable or non-flammable gas. The rotational motion of the cylindrical reaction chamber at least facilitates the normal transport of particles through the reaction chamber.
В одном из вариантов осуществления изобретения в продольной реакционной камере нагревательного устройства, согласно описанию выше, предпочтительно цилиндрической реакционной камере, имеется зона (а) горения и зона (b) охлаждения. Зона (b) охлаждения расположена ниже по потоку от зоны (а) горения: Частицы-прекурсоры вводят в зону (а) горения, где они превращаются в пустотелые сферические стеклянные частицы, а полученные таким образом пустотелые сферические стеклянные частицы транспортируют через зону (b) охлаждения и выводят в конце зоны (b) охлаждения.In one embodiment of the invention, in a longitudinal reaction chamber of the heating device as described above, preferably a cylindrical reaction chamber, there is a combustion zone (a) and a cooling zone (b). Cooling zone (b) is located downstream of combustion zone (a): Precursor particles are introduced into combustion zone (a), where they are converted into hollow spherical glass particles, and the hollow spherical glass particles thus obtained are transported through zone (b) cooling and output at the end of the cooling zone (b).
Зона (а) горения нагревается по меньшей мере одним открытым пламенем, предпочтительно неThe combustion zone(s) is heated by at least one open flame, preferably not
- 6 044483 сколькими открытыми языками пламени, которые предпочтительно проходят по всему поперечному сечению цилиндрического реакционного устройства. Внутренние стенки реакционной камеры в зоне (а) горения предпочтительно защищены огнеупорным материалом, чтобы выдерживать высокие температуры. Подходящие огнеупорные материалы известны специалистам в данной области. Среди примеров керамические материалы на основе оксидов алюминия и/или кремния или карбидные материалы, такие как карбид кремния. Кроме того, можно использовать материалы ОСМС (композит с оксидной керамической матрицей). В одном варианте осуществления вся цилиндрическая реакционная камера изготовлена из огнеупорных материалов.- 6 044483 how many open flames, which preferably extend across the entire cross-section of the cylindrical reaction device. The inner walls of the reaction chamber in the combustion zone (a) are preferably protected by a refractory material to withstand high temperatures. Suitable refractory materials are known to those skilled in the art. Examples include ceramic materials based on aluminum and/or silicon oxides or carbide materials such as silicon carbide. In addition, you can use OSMS materials (composite with an oxide ceramic matrix). In one embodiment, the entire cylindrical reaction chamber is made of refractory materials.
За зоной (а) горения следует зона (b) охлаждения, которая позволяет охлаждать сформированные пустотелые сферические стеклянные частицы после того, как они покинут пламя (языки пламени), по меньшей мере, до температуры, при которой стенка пустотелых сферических стеклянных частиц становится твердой. Таким образом, под охлаждением не обязательно понимается охлаждение до комнатной температуры, и здесь необходимо соблюдать только указанные минимальные требования. Специалистам в данной области известно, что температура плавления стекла сильно зависит от его состава. В целом, охлаждение пустотелых сферических стеклянных частиц до температуры, которая примерно на 500°С ниже, чем их соответствующая температура расплава, является достаточным, но при этом изобретение не ограничивается данным диапазоном.The combustion zone (a) is followed by a cooling zone (b), which allows the formed hollow spherical glass particles to be cooled after they leave the flame(s) to at least a temperature at which the wall of the hollow spherical glass particles becomes solid. Thus, cooling does not necessarily mean cooling to room temperature, and only the minimum requirements specified must be met. Those skilled in the art know that the melting point of glass is highly dependent on its composition. In general, cooling hollow spherical glass particles to a temperature that is about 500° C. lower than their respective melt temperature is sufficient, but the invention is not limited to this range.
Охлаждение начинается уже тогда, когда частицы больше не соприкасаются с пламенем (языками пламени). Более того, охлаждение может осуществляться путем подачи газа, такого как воздух, азот или повторно используемый отработанный газ, имеющего температуру окружающей среды, в нагревательное устройство в месте ниже по потоку от точки расположения пламени (языков пламени). В этом варианте осуществления в реакционной камере имеются подходящие средства, такие как, например, впускные трубы, которые позволяют подавать в зону (b) охлаждения охлаждающий газ. Предпочтительно впускные трубы могут быть расположены так, что часть газового потока направляется внутрь, а остальная часть фактически протекает параллельно стенке. Такое устройство помогает избежать прилипания к стенкам пустотелых сферических стеклянных частиц. В одном варианте осуществления может быть две или три или даже больше зон охлаждения, которые обеспечивают ступенчатое охлаждение. Более того, охлаждение может поддерживаться за счет, например, охлаждения стенок зоны (b) охлаждения. Охлаждение стенок можно обеспечивать, используя для зоны (b) охлаждения материал с двойными стенками, что позволяет вводить в полое пространство между двумя стенками охлаждающую среду. Для защиты стенок зоны (а) горения в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения стенки зоны (а) горения также могут охлаждаться. Для охлаждения предпочтительно, чтобы поток газа при температуре окружающей среды можно было вдувать в полость через впускное отверстие, а через выпускное отверстие при этом выводить горячий газ. Этот газ может быть представлен свежим газом, таким как воздух или азот, или же это может быть повторно используемый газ из самого процесса.Cooling begins when the particles are no longer in contact with the flame(s). Moreover, cooling may be accomplished by supplying a gas, such as air, nitrogen, or recycle exhaust gas, at ambient temperature to the heating device at a location downstream of the flame(s). In this embodiment, suitable means are provided in the reaction chamber, such as for example inlet pipes, which allow cooling gas to be supplied to the cooling zone (b). Preferably, the inlet pipes may be arranged such that part of the gas flow is directed inwards and the rest actually flows parallel to the wall. This device helps prevent hollow spherical glass particles from sticking to the walls. In one embodiment, there may be two or three or even more cooling zones that provide staged cooling. Moreover, cooling can be maintained by, for example, cooling the walls of the cooling zone (b). Cooling of the walls can be achieved by using a double-walled material for the cooling zone (b), which allows a cooling medium to be introduced into the hollow space between the two walls. To protect the walls of the combustion zone (a), in accordance with one embodiment of the invention, the walls of the combustion zone (a) can also be cooled. For cooling purposes, it is preferable that a gas stream at ambient temperature can be blown into the cavity through the inlet while hot gas is discharged through the outlet. This gas may be fresh gas such as air or nitrogen, or it may be recycled gas from the process itself.
Термическая обработка обеспечивает поток пустотелых сферических стеклянных частиц в потоке отработанного газа, а, при необходимости, и дополнительный негорючий газ. Разделение пустотелых сферических стеклянных частиц и отработанного газа может осуществляться, например, с помощью циклона или фильтра.The heat treatment provides a stream of hollow spherical glass particles in the exhaust gas stream, and, if necessary, additional non-flammable gas. The separation of the hollow spherical glass particles and the exhaust gas can be achieved, for example, using a cyclone or a filter.
Подробное описаниеDetailed description
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения нагревательное устройство, которое используют на этапе (II), содержит, по меньшей мере, входное отверстие подачи горючего газа, входное отверстие подачи негорючего газа, продольная реакционная камера, в которой предусмотрены, по меньшей мере, две разные зоны (а) и (b), причем (a) зона горения, которая может нагреваться по меньшей мере одним открытым пламенем, при этом в зоне горения расположена по меньшей мере одна форсунка горелки, соединенная с входным отверстием подачи горючего газа, (b) зона охлаждения, и выходное отверстие отвода пустотелых сферических стеклянных частиц, негорючих газов и отходов, и этап (II) выполняют здесь следующим образом:In some embodiments of the present invention, the heating device that is used in step (II) comprises at least a combustible gas supply inlet, a non-flammable gas supply inlet, a longitudinal reaction chamber in which at least two different zones are provided (a) and (b), wherein (a) a combustion zone that can be heated by at least one open flame, wherein in the combustion zone there is at least one burner nozzle connected to the combustible gas supply inlet, (b) the zone cooling, and the outlet for removing hollow spherical glass particles, non-flammable gases and waste, and step (II) is performed here as follows:
(II-1) подача потока горючего газа через впускное отверстие, его передача на форсунку(и) горелки и зажигание по меньшей мере одного открытого пламени, (II-2) подача потока негорючего газа через входное отверстие в зону (а) горения и его перенос через зону (b) охлаждения к выходному отверстию отвода, (II-3) добавление частиц-прекурсоров в нагревательное устройство и обеспечение их контакта с открытым пламенем (языками пламени) в зоне (а) горения по меньшей мере одним способом, выбранным из следующего:(II-1) supplying a stream of combustible gas through the inlet, transferring it to the burner nozzle(s) and igniting at least one open flame, (II-2) supplying a stream of non-combustible gas through the inlet to the combustion zone(s) and its transferring through the cooling zone (b) to the exhaust outlet, (II-3) adding precursor particles to the heating device and bringing them into contact with the open flame(s) in the combustion zone (a) by at least one method selected from the following :
добавление частиц-прекурсоров к потоку горючего газа и/или добавление частиц-прекурсоров к потоку негорючего газа, с получением потока пустотелых сфериadding precursor particles to a combustible gas stream and/or adding precursor particles to a non-flammable gas stream to produce a stream of hollow spheres
- 7 044483 ческих стеклянных частиц, отработанного газа, образующегося при сгорании горючего газа, и негорючего газа, (II-4) охлаждение образовавшегося потока пустотелых сферических стеклянных частиц, отработанного газа и негорючего газа путем пропускания их через зону (b) охлаждения и (II-5) отделение пустотелых сферических стеклянных частиц от отработанного газа и негорючего газа.- 7 044483 spherical glass particles, exhaust gas generated from the combustion of combustible gas, and non-combustible gas, (II-4) cooling the resulting stream of hollow spherical glass particles, exhaust gas and non-combustible gas by passing them through the cooling zone (b) and (II -5) separation of hollow spherical glass particles from exhaust gas and non-flammable gas.
Предпочтительно продольная реакционная камера имеет цилиндрическую форму. В одном варианте осуществления продольная реакционная камера имеет вертикальную ориентацию, при этом зона (а) горения находится на ее нижнем конце, а зона (b) охлаждения - на верхнем.Preferably, the longitudinal reaction chamber has a cylindrical shape. In one embodiment, the longitudinal reaction chamber has a vertical orientation, with combustion zone (a) at its lower end and cooling zone (b) at its upper end.
На фиг. 1 схематически представлен конкретный вариант осуществления нагревательного устройства, подходящего для использования в процессе по настоящему изобретению. Он предусматривает вертикальную цилиндрическую реакционную камеру, а частицы-прекурсоры добавляют в нем к горючему газу. Реакционная камера (1) имеет цилиндрическую форму и состоит из двух разных зон: зоны (а) горения и зоны (b) охлаждения. В зоне (а) горения горит пламя (2). Пламя подпитывается горючим газом, который выходит по меньшей мере из одной форсунки (3) горелки. Кроме того, в нагревательном устройстве имеется одно входное отверстие подачи для горючего газа (4).In fig. 1 is a schematic representation of a specific embodiment of a heating device suitable for use in the process of the present invention. It provides a vertical cylindrical reaction chamber, and precursor particles are added to the combustible gas in it. The reaction chamber (1) is cylindrical in shape and consists of two different zones: a combustion zone (a) and a cooling zone (b). In the combustion zone (a) the flame (2) burns. The flame is fed by combustible gas, which comes out of at least one nozzle (3) of the burner. In addition, the heating device has one fuel gas inlet (4).
Подробные сведения о горючих газах, форсунках горелок и смешивании горючих газов с воздухом или кислородом уже приводились ранее. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, представлена однокомпонентная форсунка и, следовательно, горючий газ, предварительно смешанный с кислородом или воздухом, должен вводиться через входное отверстие (4) подачи. Диаметр реакционной камеры может выбираться квалифицированным специалистом в соответствии с его/ее потребностями. Как уже приводилось ранее, термин диаметр относится к гидравлическому диаметру реакционной камеры. Этот размер может быть, например, 0,1-3 м, например 1-3 м, не ограничивая настоящее изобретение указанными числами.Detailed information about flammable gases, burner nozzles and mixing flammable gases with air or oxygen has already been given previously. In the embodiment shown in FIG. 1, a single-component nozzle is presented and, therefore, combustible gas, pre-mixed with oxygen or air, must be introduced through the supply inlet (4). The diameter of the reaction chamber can be selected by the skilled person according to his/her needs. As previously stated, the term diameter refers to the hydraulic diameter of the reaction chamber. This size can be, for example, 0.1-3 m, for example 1-3 m, without limiting the present invention to these numbers.
В других вариантах осуществления изобретения используют множество форсунок горелок и языков пламени. Группа форсунок предпочтительно расположена таким образом, что пламя присутствует по всему поперечному сечению зоны (а) горения. Вариант осуществления, предусматривающий множество форсунок горелок, схематично показан на фиг. 2. На фиг. 3 схематически показан вид форсунок горелок сверху: 8 форсунок (3) горелок, расположенных в цилиндрической реакционной камере по кругу. Горючий газ поступает из входного отверстия (4) подачи в кольцевую линию (11), которая питает горючим газом все форсунки горелок. Форсунки могут быть расположены вертикально, как показано на фиг. 3, но при этом они также могут быть немного наклонены к центру кольца и/или в другом направлении. Цель такого расположения форсунок состоит в том, чтобы пламя присутствовало по всему поперечному сечению зоны горения. В одном варианте осуществления форсунки могут быть наклонены от вертикальной центральной линии под углом от 1 до 30°.In other embodiments of the invention, multiple burner nozzles and flames are used. The group of nozzles is preferably arranged such that a flame is present across the entire cross-section of the combustion zone(s). An embodiment providing multiple burner nozzles is shown schematically in FIG. 2. In FIG. Figure 3 schematically shows the top view of the burner nozzles: 8 burner nozzles (3) located in a cylindrical reaction chamber in a circle. Combustible gas flows from the supply inlet (4) into the ring line (11), which supplies all burner nozzles with combustible gas. The nozzles can be arranged vertically, as shown in Fig. 3, but they can also be slightly inclined towards the center of the ring and/or in a different direction. The purpose of this arrangement of nozzles is to ensure that the flame is present throughout the cross-section of the combustion zone. In one embodiment, the nozzles may be inclined from the vertical centerline at an angle of 1 to 30 degrees.
Кроме того, в нагревательном устройстве предусмотрено входное отверстие (5) для негорючего газа, как показано на фиг. 1. Такой дополнительный негорючий газ способствует перемещению пустотелых сферических стеклянных частиц к точке выхода и помогает избежать обратного смешивания. Примеры негорючих газов включают воздух, углекислый газ или восстановленный газ из самого процесса.In addition, the heating device is provided with an inlet hole (5) for non-flammable gas, as shown in FIG. 1. This additional non-flammable gas helps the hollow spherical glass particles move to the exit point and helps avoid back mixing. Examples of non-flammable gases include air, carbon dioxide, or reduced gas from the process itself.
Внутренние стенки реакционной камеры в зоне (а) горения предпочтительно защищены огнеупорным материалом, чтобы выдерживать высокие температуры. Подходящие огнеупорные материалы известны специалистам в данной области. Среди примеров керамические материалы на основе оксидов алюминия и/или кремния или карбидные материалы, такие как карбид кремния. Кроме того, можно использовать материалы ОСМС (композит с оксидной керамической матрицей). В одном из вариантов осуществления изобретения огнеупорные материалы охлаждаются. Такое охлаждение может достигаться за счет применения реакционной камеры с двойными стенками, по меньшей мере, в зоне (а) горения. В других вариантах осуществления зона (b) охлаждения также может иметь двойные стенки, чтобы иметь возможность охлаждаться. Для охлаждения предпочтительно, чтобы поток газа при температуре окружающей среды можно было вдувать в полость через впускное отверстие, а через выпускное отверстие при этом выводить горячий газ. Полое пространство между двумя стенками может быть разделено на несколько секций, каждая из которых имеет входное отверстие подачи и выходное отверстие для отвода хладагента, предпочтительно газа, как указано выше, благодаря чему стенки различных зон реакционной камеры могут охлаждаться независимо друг от друга.The inner walls of the reaction chamber in the combustion zone (a) are preferably protected by a refractory material to withstand high temperatures. Suitable refractory materials are known to those skilled in the art. Examples include ceramic materials based on aluminum and/or silicon oxides or carbide materials such as silicon carbide. In addition, you can use OSMS materials (composite with an oxide ceramic matrix). In one embodiment of the invention, the refractory materials are cooled. Such cooling can be achieved by using a double-walled reaction chamber at least in the combustion zone (a). In other embodiments, the cooling zone (b) may also have double walls to be able to cool. For cooling purposes, it is preferable that a gas stream at ambient temperature can be blown into the cavity through the inlet while hot gas is discharged through the outlet. The hollow space between the two walls can be divided into several sections, each of which has a supply inlet and an outlet for refrigerant, preferably gas, as described above, so that the walls of different zones of the reaction chamber can be cooled independently of each other.
На фиг. 1 схематически представлено нагревательное устройство с реакционной камерой, состоящей из трех различных зон (6) для охлаждения стенок.In fig. 1 schematically shows a heating device with a reaction chamber consisting of three different zones (6) for cooling the walls.
Кроме того, в нагревательном устройстве предусмотрено выходное отверстие (7). Это выходное отверстие служит для удаления из реакционной камеры пустотелых сферических стеклянных частиц, образующихся в процессе термообработки. Кроме того, его используют для отвода образующегося в процессе горения отработанного газа из реакционной камеры, а также для удаления негорючего газа, впрыскиваемого в реакционную камеру.In addition, the heating device is provided with an outlet hole (7). This outlet serves to remove hollow spherical glass particles generated during the heat treatment process from the reaction chamber. In addition, it is used to remove exhaust gas generated during the combustion process from the reaction chamber, as well as to remove non-combustible gas injected into the reaction chamber.
Также в нагревательном устройстве предусмотрено средство для отделения пустотелых сферических стеклянных частиц от отработанного и негорючего газа. В качестве такого устройства может исThe heating device also provides means for separating the hollow spherical glass particles from the exhaust and non-combustible gas. As such a device it can be used
- 8 044483 пользоваться циклон (8). Газы отводят через выпускное отверстие (9), а пустотелые сферические стеклянные частицы извлекают через еще одно выпускное отверстие (10). Разумеется, для разделения можно использовать и другие устройства, например, фильтры.- 8 044483 use the cyclone (8). The gases are discharged through the outlet (9), and the hollow spherical glass particles are removed through another outlet (10). Of course, other devices, such as filters, can be used for separation.
В ходе этапа (II) поток частиц-прекурсоров подают в нагревательное устройство, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц. Этап (II) включает по меньшей мере 5 подэтапов (II-1), (II-2), (II-3), (II-4) и (II-5).During step (II), a stream of precursor particles is fed into a heating device to produce hollow spherical glass particles. Stage (II) includes at least 5 sub-stages (II-1), (II-2), (II-3), (II-4) and (II-5).
На этапе (II-1) поток горючего газа подают через входное отверстие (4), переносят по трубе к форсунке(ам) (3) горелки, расположенной(ым) в зоне (а) горения, после чего зажигают пламя (2).In step (II-1), a flow of combustible gas is supplied through the inlet (4), transferred through a pipe to the burner nozzle(s) (3) located in the combustion zone(s), after which the flame (2) is ignited.
В ходе этапа (II-2) поток негорючего газа вводят в зону (а) горения через входное отверстие (5) и через зону (b) охлаждения подают к выходному отверстию (7). В результате имеется поток газа и частиц в одном направлении от входного отверстия (5) к выходному отверстию (7).During step (II-2), a stream of non-combustible gas is introduced into the combustion zone (a) through the inlet (5) and through the cooling zone (b) to the outlet (7). As a result, there is a flow of gas and particles in one direction from the inlet (5) to the outlet (7).
На этапе (II-3) частицы-прекурсоры добавляют в нагревательное устройство и обеспечивают их контакт с открытым пламенем (языками пламени) в зоне (а) горения, с получением потока пустотелых сферических стеклянных частиц, отработанного газа, образующегося при сгорании горючего газа, и негорючего газа.In step (II-3), precursor particles are added to the heating device and brought into contact with the open flame(s) in combustion zone (a) to produce a stream of hollow spherical glass particles, exhaust gas generated by combustion of combustible gas, and non-flammable gas.
В первом варианте осуществления изобретения частицы-прекурсоры добавляют к потоку горючего газа. Способы добавления твердых веществ в поток газа, при использовании которых твердые частицы можно транспортировать вместе с этим потоком, в целом, известны специалистам в данной области. Например, частицы можно добавить в вихрекамеру, через которую проходит по меньшей мере часть потока горючего газа.In a first embodiment of the invention, precursor particles are added to the combustible gas stream. Methods for adding solids to a gas stream in which the solids can be transported with the gas stream are generally known to those skilled in the art. For example, the particles may be added to a swirl chamber through which at least a portion of the combustible gas flow passes.
Во втором варианте негорючий газ выступает в качестве газа-носителя для частиц-прекурсоров, и эти частицы добавляют к потоку негорючего газа.In the second embodiment, the non-flammable gas acts as a carrier gas for precursor particles, and these particles are added to the non-flammable gas stream.
Очевидно, что частицы-прекурсоры можно добавлять как к потоку горючего, так и к потоку негорючего газа. Кроме того, могут применяться и другие способы добавления частиц-прекурсоров в зону горения, а также другие способы обеспечения их контакта с открытым пламенем (языками пламени).Obviously, precursor particles can be added to both a combustible and non-flammable gas stream. In addition, other methods of adding precursor particles to the combustion zone, as well as other methods of ensuring their contact with the open flame(s), may be used.
Первый вариант осуществления изобретения схематично представлен на фиг. 1. Частицыпрекурсоры диспергируются в горючем газе, после чего поток горючего газа и частиц-прекурсоров добавляют через входное отверстие (4) и переносят по трубе к форсунке(ам) (3) горелки. Частицыпрекурсоры проходят через все пламя и в этом пламени превращаются в пустотелые сферические стеклянные частицы.A first embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 1. The precursor particles are dispersed in the combustible gas, after which a stream of combustible gas and precursor particles is added through the inlet (4) and transferred through a pipe to the burner nozzle(s) (3). Precursor particles pass through the entire flame and in this flame turn into hollow spherical glass particles.
Сформированные таким образом пустотелые сферические стеклянные частицы переносятся потоком отработанного газа, образующегося при сгорании, через нагревательный блок к выходному отверстию (7). Кроме того, негорючий газ вводят в реакционную камеру через входное отверстие (5) в месте перед точкой расположения открытого пламени (языков пламени). Цель использования такого дополнительного негорючего газа состоит в том, чтобы избежать обратного смешивания и способствовать переносу пустотелых сферических стеклянных частиц к выходному отверстию.The hollow spherical glass particles thus formed are carried by the combustion exhaust gas flow through the heating block to the outlet (7). In addition, non-flammable gas is introduced into the reaction chamber through the inlet (5) at a location in front of the point where the open flame(s) are located. The purpose of using such additional non-flammable gas is to avoid back mixing and promote the transfer of hollow spherical glass particles to the outlet.
Второй вариант осуществления изобретения схематично представлен на фиг. 4. Нагревательное устройство, показанное на фиг. 4, аналогично тому, что представлено на фиг. 1. Оно нагревается несколькими языками пламени (2), на которые подают горючий газ, поступающий в нагревательное устройство через входное отверстие (4). Поток негорючего газа подают во входное отверстие (5) и к этому потоку добавляют частицы-прекурсоры. Поток негорючего газа и частиц-прекурсоров подают в реакционную камеру в месте перед точкой расположения открытого пламени (языков пламени), в результате чего он проходит через пламя, образуя за счет этого пустотелые сферические стеклянные частицы. Как показано на фиг. 4, выгодно использовать множество языков пламени, чтобы пламя присутствовало практически по всему поперечному сечению зоны (а) горения. Такое устройство обеспечивает хороший контакт между пламенем и частицами-прекурсорами и, следовательно, процесса приобретает высокую эффективность. Нагревательное устройство, показанное на фиг. 4, дополнительно содержит смесительную камеру (12), в которой исходные частицы (13) предварительно смешивают с потоком негорючего газа (14). Затем предварительно подготовленную смесь переносят в основную линию, по которой поток негорючего газа и частиц-прекурсоров передают в реакционную камеру (1).A second embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 4. The heating device shown in FIG. 4 is similar to that shown in FIG. 1. It is heated by several flames (2), which are supplied with flammable gas entering the heating device through the inlet (4). A stream of non-flammable gas is supplied to the inlet (5) and precursor particles are added to this stream. A stream of non-flammable gas and precursor particles is fed into the reaction chamber at a location in front of the open flame(s), causing it to pass through the flame, thereby forming hollow spherical glass particles. As shown in FIG. 4, it is advantageous to use multiple flames so that the flame is present over substantially the entire cross-section of the combustion zone(s). Such a device ensures good contact between the flame and precursor particles and, therefore, the process becomes highly efficient. The heating device shown in FIG. 4, additionally contains a mixing chamber (12), in which the initial particles (13) are pre-mixed with a flow of non-flammable gas (14). Then the pre-prepared mixture is transferred to the main line, through which a flow of non-flammable gas and precursor particles is transferred to the reaction chamber (1).
В рамках способа по настоящему изобретению предусмотрено короткое время контакта частицпрекурсоров с пламенем (языками пламени). В одном варианте осуществления оно может составлять, например, 0,001-1 с. Время контакта в основном зависит от длины пламени. Скорость горения пламени также предусмотрена высокой. В одном варианте осуществления оно может составлять, например, 5-100 м/с.The method of the present invention provides for a short contact time of the precursor particles with the flame(s). In one embodiment, it may be, for example, 0.001-1 s. The contact time mainly depends on the flame length. The flame burning speed is also designed to be high. In one embodiment it may be, for example, 5-100 m/s.
На этапе (II-4) поток пустотелых сферических стеклянных частиц, отработанного газа и негорючего газа пропускают через зону (b) охлаждения, за счет чего охлаждаются пустотелые сферические стеклянные частицы. В зоне (b) охлаждения пустотелые сферические стеклянные частицы, образованные в зоне горения, охлаждаются, по меньшей мере, до температуры, при которой стенка этих частиц становится твердой. В целом, охлаждение пустотелых сферических стеклянных частиц до температуры, которая примерно на 500°С ниже, чем их соответствующая температура плавления, является достаточным, но при этом изобретение не ограничивается данным диапазоном.In step (II-4), a flow of hollow spherical glass particles, exhaust gas and non-combustible gas is passed through the cooling zone (b), thereby cooling the hollow spherical glass particles. In the cooling zone (b), the hollow spherical glass particles formed in the combustion zone are cooled to at least a temperature at which the wall of the particles becomes solid. In general, cooling hollow spherical glass particles to a temperature that is about 500° C. lower than their respective melting point is sufficient, but the invention is not limited to this range.
- 9 044483- 9 044483
Охлаждение начинается уже тогда, когда частицы больше не соприкасаются с пламенем (языками пламени). В одном из вариантов осуществления изобретения охлаждение обеспечивается за счет подачи в зону охлаждения негорючего газа, такого как воздух, азот, углекислый газ или повторно используемый отработанный газ, предпочтительно имеющего температуру окружающей среды. В этом варианте осуществления в реакционной камере имеются подходящие средства, такие как, например, впускные трубы, которые позволяют подавать в зону (b) охлаждения охлаждающий газ.Cooling begins when the particles are no longer in contact with the flame(s). In one embodiment of the invention, cooling is provided by supplying a non-flammable gas, such as air, nitrogen, carbon dioxide or recycled exhaust gas, preferably at ambient temperature, to the cooling zone. In this embodiment, suitable means are provided in the reaction chamber, such as for example inlet pipes, which allow cooling gas to be supplied to the cooling zone (b).
Предпочтительно, впускные трубы могут быть расположены так, что часть потока нагнетаемого газа направляется внутрь реакционной камеры, а остальная часть потока фактически протекает параллельно стенке. Такое устройство помогает избежать прилипания к стенкам сформировавшихся пустотелых сферических стеклянных частиц. Как уже говорилось ранее, охлаждению может способствовать охлаждение стен.Preferably, the inlet pipes may be arranged such that a portion of the injection gas flow is directed into the interior of the reaction chamber and the remainder of the flow actually flows parallel to the wall. This device helps to avoid formed hollow spherical glass particles from sticking to the walls. As mentioned earlier, cooling can be facilitated by cooling the walls.
На фиг. 5 схематически показан один из вариантов нагревательного устройства, в котором негорючий газ вводят в зону (b) охлаждения. Нагревательное устройство, изображенное на фиг. 5, имеет горизонтальное исполнение. Оно содержит элементы нагревательного устройства, которые уже показаны на фиг. 1 и 4. К потоку негорючего газа добавляют частицы-прекурсоры. Кроме того, зона (b) охлаждения содержит впускные отверстия (16) для негорючего газа. Впускные отверстия расположены таким образом, что охлаждающий газ течет вниз по потоку вдоль стенки реактора, благодаря чему эта стенка охлаждается. На фиг. 5 также показаны два элемента, которые можно использовать по желанию. Внутренние стенки реакционной камеры в зоне (а) горения предпочтительно защищены огнеупорным материалом (17), чтобы выдерживать высокие температуры. Кроме того, нагревательное устройство содержит выпрямители (18) потока, которые помогают избежать обратного смешивания.In fig. 5 schematically shows one embodiment of a heating device in which a non-flammable gas is introduced into the cooling zone (b). The heating device shown in FIG. 5, has a horizontal design. It contains elements of the heating device, which are already shown in Fig. 1 and 4. Precursor particles are added to the non-flammable gas stream. In addition, the cooling zone (b) contains inlets (16) for non-flammable gas. The inlets are arranged so that the cooling gas flows downstream along the reactor wall, thereby cooling the wall. In fig. Figure 5 also shows two elements that can be used as desired. The inner walls of the reaction chamber in the combustion zone (a) are preferably protected by a refractory material (17) to withstand high temperatures. In addition, the heating device contains flow straighteners (18), which help to avoid back mixing.
На фиг. 6 схематически показан другой вариант ввода охлаждающего газа в зону охлаждения. В реакционной камере предусмотрены отверстия (22), через которые воздух извне всасывается внутрь камеры, после чего всасываемый воздух стекает потоками вдоль стенки реактора. Множество таких отверстий можно расположить по окружности. В одном из вариантов осуществления отверстия (22) могут быть расположены в начале зоны (b) охлаждения, как показано на фиг. 6, но при этом они также могут располагаться ниже по потоку. Очевидно, что множество таких отверстий может быть расположено на разных расстояниях от пламени (языков пламени) в направлении потока. Кроме того, на фиг. 6 показан еще один вариант осуществления изобретения, а именно двухкомпонентные форсунки (23), в которые подают отдельные потоки воздуха (21) и горючего газа (20).In fig. 6 schematically shows another option for introducing cooling gas into the cooling zone. The reaction chamber has holes (22) through which air from outside is sucked into the chamber, after which the sucked air flows in streams along the reactor wall. A plurality of such holes can be arranged around a circle. In one embodiment, the openings (22) may be located at the beginning of the cooling zone (b), as shown in FIG. 6, but they can also be located downstream. Obviously, a plurality of such holes can be located at different distances from the flame(s) in the direction of flow. In addition, in FIG. 6 shows another embodiment of the invention, namely two-component nozzles (23), into which separate flows of air (21) and combustible gas (20) are supplied.
В ходе этапа (II-5) пустотелые сферические частицы стекла отделяются от потока выхлопных газов. Такое разделение может осуществляться с использованием обычных технологий. В одном из вариантов осуществления изобретения используют циклон. На фиг. 1, 4 и 5 схематично показаны нагревательные устройства, оснащенные циклоном (8) для отделения пустотелых сферических стеклянных частиц. Газы отводят через выпускное отверстие (9), а пустотелые сферические стеклянные частицы извлекают через еще одно выпускное отверстие (10). Разумеется, для отделения можно использовать и другие устройства, например, фильтры. Газы могут содержать остаточное количество мелких частиц, которые можно отделить дополнительным фильтром, например, электрофильтром.During stage (II-5), the hollow spherical glass particles are separated from the exhaust gas stream. Such separation can be carried out using conventional technologies. In one embodiment of the invention, a cyclone is used. In fig. 1, 4 and 5 schematically show heating devices equipped with a cyclone (8) for separating hollow spherical glass particles. The gases are discharged through the outlet (9), and the hollow spherical glass particles are removed through another outlet (10). Of course, other devices, such as filters, can be used for separation. Gases may contain a residual amount of small particles, which can be separated by an additional filter, for example an electrostatic precipitator.
На фиг. 7 показана блок-схема одного из вариантов установки для производства пустотелых сферических стеклянных частиц в соответствии со способом по настоящему изобретению. На ней показана реакционная камера (1) согласно подробному описанию выше, в которой согласно описанию выше изготавливают пустотелые сферические стеклянные частицы. Полученный поток продукта, содержащий отработанный газ и пустотелые сферические стеклянные частицы, подают через выпускное отверстие (7) в циклон (8), где эти частицы отделяют от газового потока и отводят через выпускное отверстие (10). Линия между выпускным отверстием и циклоном содержит теплообменник (38) для дополнительного снижения температуры потока, содержащего отработанный газ и пустотелые сферические стеклянные частицы, перед его входом в циклон (8). Поток отработанного газа (9) пропускают через электрофильтр (26) для удаления остаточных твердых частиц из потока отработанного газа.In fig. 7 is a block diagram of one embodiment of a plant for producing hollow spherical glass particles in accordance with the method of the present invention. It shows a reaction chamber (1) as detailed above, in which hollow spherical glass particles are produced as described above. The resulting product stream containing waste gas and hollow spherical glass particles is fed through the outlet (7) to the cyclone (8), where these particles are separated from the gas stream and discharged through the outlet (10). The line between the outlet and the cyclone contains a heat exchanger (38) to further reduce the temperature of the stream containing the exhaust gas and hollow spherical glass particles before it enters the cyclone (8). The exhaust gas stream (9) is passed through an electric precipitator (26) to remove residual solids from the exhaust gas stream.
Поток отработанного газа (9) может отводиться через выпускное отверстие (27) и/или рециркулироваться с помощью компрессора (25) в реактор. Свежий негорючий газ может поступать через впускное отверстие (23). Поток отработанного и/или свежего газа разделяют, и частичный поток (24) подают в смесительную камеру (12). Второй частичный поток (28) поступает непосредственно на входное отверстие (5). В смесительную камеру (12) также подают частицы-прекурсоры (13), которые смешивают с частичным потоком газа (24). Полученный концентрированный поток частиц-прекурсоров и отработанного и/или свежего газа подают во второй частичный поток (28), а объединенные потоки подают через входное отверстие (5) в реакционную камеру. Часть потока отходящего газа (39) может быть ответвлена, охлаждена одним или более теплообменником (теплообменниками) (38) и подана в реакционную камеру для охлаждения, как указывалось выше. Установка, показанная на фиг. 7, может работать со свежим негорючим газом, поступающим через входное отверстие (23).The exhaust gas stream (9) may be discharged through the outlet (27) and/or recirculated via a compressor (25) to the reactor. Fresh non-flammable gas can enter through the inlet (23). The exhaust and/or fresh gas stream is separated and the partial stream (24) is supplied to the mixing chamber (12). The second partial flow (28) enters directly into the inlet (5). Precursor particles (13) are also supplied to the mixing chamber (12), which are mixed with a partial gas flow (24). The resulting concentrated stream of precursor particles and exhaust and/or fresh gas is fed into the second partial stream (28), and the combined streams are fed through the inlet (5) into the reaction chamber. A portion of the exhaust gas stream (39) may be branched off, cooled by one or more heat exchanger(s) (38) and supplied to the reaction chamber for cooling as discussed above. The installation shown in FIG. 7 can operate with fresh non-flammable gas entering through the inlet (23).
В других вариантах осуществления через выход (27) удаляют только часть отработанного газа, образующегося в ходе реакции, а другая часть рециркулируется и снова поступает в реакционную камеру.In other embodiments, only a portion of the waste gas generated during the reaction is removed through the outlet (27), while the other portion is recycled and re-entered into the reaction chamber.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения в нагревательное устройство, котороеIn other embodiments of the present invention, a heating device that
- 10 044483 используют на этапе (II), содержит, по меньшей мере, входное отверстие подачи горючего газа, при необходимости, входное отверстие подачи негорючего газа, цилиндрическую вращаемую реакционную камеру, которая закреплена на концах с возможностью вращения в неподвижном переднем узле и неподвижном заднем узле, причем эта цилиндрическая вращаемая реакционная камера расположена горизонтально или наклонно к ее заднему концу, и причем эта цилиндрическая вращаемая реакционная камера содержит по меньшей мере две разные зоны (а) и (b), причем (a) представляет собой зону горения, которая может нагреваться по меньшей мере одним открытым пламенем, при этом в зоне горения расположена по меньшей мере одна форсунка горелки, соединенная с входным отверстием подачи горючего газа, (b) представляет собой зону охлаждения и неподвижный передний блок, содержащий, по меньшей мере, крепление для цилиндрической вращаемой реакционной камеры, входное отверстие для потока горючего газа, которое соединено с форсункой горелки, и расположено в зоне (а), и, при необходимости, входное отверстие для негорючего газа, неподвижный задний блок, содержащий, по меньшей мере, крепление для цилиндрической вращаемой реакционной камеры, выходное отверстие для пустотелых сферических стеклянных частиц и выходное отверстие для отработанного газа, и средство для вращения цилиндрической вращаемой реакционной камеры вокруг ее продольной оси и этап (II) осуществляют следующим образом:- 10 044483 used in stage (II), contains at least a flammable gas inlet, if necessary, a non-flammable gas inlet, a cylindrical rotating reaction chamber, which is fixed at the ends with the possibility of rotation in a fixed front node and a fixed rear assembly, wherein the cylindrical rotating reaction chamber is disposed horizontally or obliquely towards its rear end, and wherein the cylindrical rotating reaction chamber comprises at least two different zones (a) and (b), wherein (a) is a combustion zone which can be heated by at least one open flame, wherein in the combustion zone there is at least one burner nozzle connected to the combustible gas supply inlet, (b) represents a cooling zone and a stationary front block containing at least a mount for a cylindrical rotating reaction chamber, an inlet for a flow of flammable gas, which is connected to the burner nozzle, and located in zone (a), and, if necessary, an inlet for non-flammable gas, a fixed rear block containing at least a mount for a cylindrical rotating reaction chamber, an outlet for hollow spherical glass particles and an outlet for exhaust gas, and means for rotating the cylindrical rotating reaction chamber about its longitudinal axis and step (II) is carried out as follows:
(II-0') вращение цилиндрической вращаемой реакционной камеры вокруг ее продольной оси, (II-1') подачу потока горючего газа через впускное отверстие, его передача на форсунку(и) горелки и зажигание по меньшей мере одного открытого пламени, (II-2') при необходимости, введение потока негорючего газа через входное отверстие и его пропуск через реакционную камеру к выходному отверстию, (II-3') добавление частиц-прекурсоров в нагревательное устройство и обеспечение их контакта с открытым пламенем (языками пламени) в зоне (а) горения за счет следующего:(II-0') rotating the cylindrical rotating reaction chamber about its longitudinal axis, (II-1') introducing a flow of combustible gas through the inlet port, transferring it to the burner nozzle(s) and igniting at least one open flame, (II- 2') if necessary, introducing a stream of non-flammable gas through the inlet and passing it through the reaction chamber to the outlet, (II-3') adding precursor particles to the heating device and ensuring their contact with the open flame(s) in the zone ( a) combustion due to the following:
добавление частиц-прекурсоров к потоку горючего газа и/или добавление частиц-прекурсоров к потоку негорючего газа, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц в потоке газа, (II-4') охлаждение пустотелых сферических стеклянных частиц в потоке отработанного газа путем их пропускания через зону (b) охлаждения посредством вращательного движения, и (II-5') извлечение пустотелых сферических стеклянных частиц через выходное отверстие для пустотелых сферических стеклянных частиц неподвижного заднего блока и/или путем отделения пустотелых сферических стеклянных частиц от потока отработанного газа, выходящего через выходное отверстие для отработанных газов.adding precursor particles to the combustible gas stream and/or adding precursor particles to the non-combustible gas stream to produce hollow spherical glass particles in the gas stream, (II-4') cooling the hollow spherical glass particles in the exhaust gas stream by passing them through the zone (b) cooling through the rotational movement, and (II-5') removing the hollow spherical glass particles through the hollow spherical glass particle outlet of the stationary rear unit and/or by separating the hollow spherical glass particles from the exhaust gas stream exiting through the outlet for exhaust gases.
На фиг. 8 схематически представлен конкретный вариант осуществления такого нагревательного устройства. Нагревательное устройство содержит неподвижную переднюю часть (30) и неподвижную заднюю часть (31). Цилиндрическая вращаемая реакционная камера (29), которая установлена с возможностью вращения на своих концах в переднем блоке (30) и в заднем блоке (31). Внутренний диаметр цилиндрической реакционной камеры может быть, например, 0,1-3 м, например 1-3 м, не ограничивая настоящее изобретение указанными числами.In fig. 8 is a schematic representation of a specific embodiment of such a heating device. The heating device contains a fixed front part (30) and a fixed rear part (31). A cylindrical rotating reaction chamber (29), which is rotatably mounted at its ends in the front block (30) and in the rear block (31). The inner diameter of the cylindrical reaction chamber can be, for example, 0.1-3 m, for example 1-3 m, without limiting the present invention to these numbers.
Вращаемая реакционная камера включает зону (а) горения, которая нагревается, по меньшей мере, одним языком открытого пламени (3), предпочтительно несколькими языками пламени, и в зону (b) охлаждения. Подробная информация уже была представлена выше, и мы ссылаемся на соответствующие разделы. Внутренние стенки реакционной камеры в зоне (а) горения предпочтительно защищены огнеупорным материалом, чтобы выдерживать высокие температуры. Подходящие огнеупорные материалы уже упоминались выше.The rotating reaction chamber includes a combustion zone (a), which is heated by at least one open flame (3), preferably several flames, and a cooling zone (b). Detailed information has already been provided above and we refer to the relevant sections. The inner walls of the reaction chamber in the combustion zone (a) are preferably protected by a refractory material to withstand high temperatures. Suitable refractory materials have already been mentioned above.
Неподвижный передний блок (30), содержащий, по меньшей мере, крепление (32) для установки цилиндрической реакционной камеры с возможностью вращения и входное отверстие подачи горючего газа (4), которое соединено с форсункой (3) горелки или предпочтительно с множеством форсунок горелок, расположенных в зоне (а). Так, форсунка(и) (3) горелки не связана(ы) с поворотной реакционной камерой, а выходит(ят) из неподвижного переднего блока в зону (а). Как уже описывалось ранее, форсунки горелок могут быть однокомпонентными или двухкомпонентными. Неподвижный передний блок (30) может дополнительно содержать входное отверстие подачи негорючего газа.A fixed front block (30) comprising at least a mount (32) for rotatably mounting a cylindrical reaction chamber and a combustible gas supply inlet (4) which is connected to a burner nozzle (3) or preferably a plurality of burner nozzles, located in zone (a). Thus, the burner nozzle(s) (3) is not connected to the rotary reaction chamber, but exits from the stationary front block into zone (a). As described earlier, burner nozzles can be one-piece or two-piece. The fixed front block (30) may further comprise a non-flammable gas inlet.
Неподвижный задний блок также содержит, по меньшей мере, крепление (32) для цилиндрической вращаемой реакционной камеры и, кроме того, выходное отверстие (34) для пустотелых сферических стеклянных частиц и выходное отверстие (35), по меньшей мере, для отвода отработанного газа, а также по меньшей мере часть пустотелых сферических стеклянных частиц можно извлекать из нагревательного блока через выходное отверстие (35). Выходное отверстие (34) предпочтительно находится в нижней части неподвижного заднего блока, так что пустотелые сферические стеклянные частицы могут извлекаться под действием силы тяжести. Выходное отверстие (35), при необходимости, может быть соединено с устройством для отделения пустотелых сферических стеклянных частиц от потока отработанногоThe fixed rear block also includes at least a mount (32) for a cylindrical rotating reaction chamber and, in addition, an outlet (34) for hollow spherical glass particles and an outlet (35) for at least exhaust gas removal, and at least a portion of the hollow spherical glass particles can be removed from the heating block through the outlet (35). The outlet (34) is preferably located at the bottom of the stationary rear block so that the hollow spherical glass particles can be extracted by gravity. The outlet (35), if necessary, can be connected to a device for separating hollow spherical glass particles from the waste stream
- 11 044483 газа, например, фильтром или циклоном, как описано выше.- 11 044483 gas, for example, with a filter or cyclone, as described above.
Нагревательное устройство также содержит средство (33) для вращения цилиндрической вращаемой реакционной камеры вокруг ее продольной оси.The heating device also contains means (33) for rotating the cylindrical rotatable reaction chamber around its longitudinal axis.
На фиг. 9 схематически показан еще один вариант осуществления нагревательного устройства с вращаемой реакционной камерой. В этом варианте осуществления внутренняя стенка зоны (а) горения защищена слоем огнеупорного материала (36) и, кроме того, содержит входные отверстия для воздуха (37), необходимого для охлаждения стенок зоны (b) охлаждения.In fig. 9 schematically shows another embodiment of a heating device with a rotating reaction chamber. In this embodiment, the inner wall of the combustion zone (a) is protected by a layer of refractory material (36) and, in addition, contains air inlets (37) necessary for cooling the walls of the cooling zone (b).
Вращаемая цилиндрическая реакционная камера расположена горизонтально или наклонно к ее заднему концу. Если реакционная камера наклонена, угол наклона цилиндрической вращаемой реакционной камеры может составлять от более чем 0 до 20°, предпочтительно от более чем 0 до 10°. Само по себе вращение цилиндрической реакционной камеры может оказывать влияние на перенос пустотелых сферических стеклянных частиц, особенно в связи с наклоном реакционной камеры. В других вариантах осуществления изобретения цилиндрическая вращающаяся реакционная камера включает в себя приспособления для транспортировки материала, такие как, например, винт. Конечно, поток отработанного газа и, при необходимости, поток дополнительного негорючего газа также могут способствовать транспортировке продуктов через вращаемую реакционную камеру.The rotatable cylindrical reaction chamber is located horizontally or obliquely towards its rear end. If the reaction chamber is inclined, the angle of inclination of the cylindrical rotating reaction chamber may be from more than 0 to 20°, preferably from more than 0 to 10°. The rotation of the cylindrical reaction chamber itself can affect the transport of hollow spherical glass particles, especially due to the tilt of the reaction chamber. In other embodiments of the invention, the cylindrical rotating reaction chamber includes means for transporting material, such as, for example, a screw. Of course, the exhaust gas stream and, if necessary, the stream of additional non-flammable gas can also help transport products through the rotating reaction chamber.
На фиг. 10 и 11 схематически показан вариант осуществления изобретения, в котором неподвижный передний блок нагревательного устройства дополнительно содержит входное отверстие (5) для подачи негорючего газа. На фиг. 10 частицы-прекурсоры добавляют к потоку горючего газа, а на фиг. 11 их добавляют к негорючему газу.In fig. 10 and 11 schematically show an embodiment of the invention in which the stationary front block of the heating device further comprises an inlet (5) for supplying non-flammable gas. In fig. 10, precursor particles are added to the combustible gas stream, and in FIG. 11 they are added to non-flammable gas.
Этап (II) настоящего варианта использования нагревательного устройства, содержащего вращаемую реакционную камеру, включает, по меньшей мере, 5 подэтапов (II-0'), (II-1'), (II-3'), (II-4') и (II-5'). При необходимости, указанный способ может дополнительно включать этап (II-2').Step (II) of the present embodiment of the heating device containing a rotating reaction chamber includes at least 5 sub-steps (II-0'), (II-1'), (II-3'), (II-4') and (II-5'). If necessary, this method may further include step (II-2').
В ходе этапа (II-0') цилиндрическая вращаемая реакционная камера вращается вокруг своей продольной оси. Скорость вращения может выбираться специалистом в данной области и может составлять, например, от 0,5 до 10 оборотов в минуту (об/мин).During step (II-0'), the cylindrical rotating reaction chamber rotates around its longitudinal axis. The rotation speed can be selected by one skilled in the art and can be, for example, from 0.5 to 10 revolutions per minute (rpm).
На этапе (II-1') поток горючего газа подают через входное отверстие (4), переносят по трубе к форсунке(ам) (3) горелки, расположенной(ым) в зоне (а) горения, после чего зажигается пламя (2).In step (II-1'), a flow of combustible gas is supplied through the inlet (4), transferred through a pipe to the burner nozzle(s) (3) located in the combustion zone(s), after which the flame (2) is ignited. .
На этапе (II-3') частицы-прекурсоры добавляют в нагревательное устройство и обеспечивают их контакт с открытым пламенем (языками пламени) в зоне (а) горения, с получением потока пустотелых сферических стеклянных частиц, отработанного газа, образующегося при сгорании горючего газа, и негорючего газа.In step (II-3'), precursor particles are added to the heating device and brought into contact with the open flame(s) in the combustion zone (a) to produce a stream of hollow spherical glass particles, exhaust gas generated by the combustion of combustible gas, and non-flammable gas.
В первом варианте осуществления изобретения на этапе (II-3') частицы-прекурсоры добавляют к потоку горючего газа. Подробная информация о добавлении частиц-прекурсоров к потоку горючего газа уже приводилась выше. Способы добавления твердых веществ к потоку газа уже были описаны выше. Например, можно использовать смесительную камеру согласно описанию выше. Такой вариант схематично показан на фиг. 8, 9 и 10. В одном из вариантов осуществления, который схематично показан на фиг. 10, через входное отверстие (5) подают дополнительный поток негорючего газа. Как указывалось выше, такой дополнительный негорючий газ может способствовать предотвращению обратного смешивания и перемещению пустотелых сферических стеклянных частиц к выходному отверстию.In the first embodiment of the invention, in step (II-3'), precursor particles are added to the combustible gas stream. Detailed information about adding precursor particles to a flammable gas stream has already been given above. Methods for adding solids to a gas stream have already been described above. For example, a mixing chamber as described above can be used. This option is shown schematically in Fig. 8, 9 and 10. In one embodiment, which is schematically shown in FIG. 10, an additional flow of non-flammable gas is supplied through the inlet (5). As discussed above, such additional non-flammable gas may help prevent back-mixing and move the hollow spherical glass particles towards the outlet.
Во втором варианте осуществления этапа (II-3') неподвижный передний блок дополнительно содержит входное отверстие (5) для негорючего газа, как показано на фиг. 11, и процесс включает этап (II2'), в ходе которого поток негорючего газа подают в нагревательное устройство через указанное входное отверстие (5) и через вращающуюся реакционную камеру (29) к выходному отверстию (35). К потоку негорючего газа добавляют частицы-прекурсоры. Поэтому в данном варианте осуществления негорючий газ действует как газ-носитель.In the second embodiment of step (II-3'), the fixed front block further includes an inlet hole (5) for non-flammable gas, as shown in FIG. 11, and the process includes step (II2'), during which a stream of non-flammable gas is supplied to the heating device through said inlet (5) and through the rotating reaction chamber (29) to the outlet (35). Precursor particles are added to the non-flammable gas stream. Therefore, in this embodiment, the non-flammable gas acts as a carrier gas.
На этапе (II-4) поток пустотелых сферических стеклянных частиц, отработанного газа и, при необходимости, негорючего газа пропускают через зону (b) охлаждения, за счет чего охлаждаются пустотелые сферические стеклянные частицы. Как уже разбиралось выше, в зоне (b) охлаждения пустотелые сферические стеклянные частицы, образованные в зоне (а) горения, охлаждаются, по меньшей мере, до температуры, при которой стенка этих частиц становится твердой. В одном из вариантов осуществления изобретения охлаждение обеспечивается за счет подачи в зону охлаждения негорючего газа, такого как воздух или азот, предпочтительно имеющего температуру окружающей среды. В этом варианте осуществления в реакционной камере имеются подходящие средства, такие как, например, впускные трубы, которые позволяют подавать в зону (b) охлаждения охлаждающий газ. Предпочтительно впускные трубы могут быть расположены так, что поток нагнетаемого газа фактически будет течь параллельно стенке. Такое устройство помогает избежать прилипания к стенкам сформировавшихся пустотелых сферических стеклянных частиц.In step (II-4), a stream of hollow spherical glass particles, exhaust gas and, if necessary, non-flammable gas is passed through the cooling zone (b), thereby cooling the hollow spherical glass particles. As discussed above, in the cooling zone (b), the hollow spherical glass particles formed in the combustion zone (a) are cooled to at least the temperature at which the wall of these particles becomes solid. In one embodiment of the invention, cooling is provided by introducing a non-flammable gas, such as air or nitrogen, preferably at ambient temperature, into the cooling zone. In this embodiment, suitable means are provided in the reaction chamber, such as for example inlet pipes, which allow cooling gas to be supplied to the cooling zone (b). Preferably, the inlet pipes may be positioned such that the injection gas flow actually flows parallel to the wall. This device helps to avoid formed hollow spherical glass particles from sticking to the walls.
На этапе (II-5') пустотелые сферические стеклянные частицы извлекают из нагревательного устройства через выходное отверстие (34) неподвижного заднего блока и/или отделяют от потока отработанных газов или, при необходимости, дополнительно впрыскивают поток отработанного и негорючего газа, который выводят через выходное отверстие (35). Как указано выше, для такого разделения можно исIn step (II-5'), the hollow spherical glass particles are removed from the heating device through the outlet (34) of the stationary rear block and/or separated from the exhaust gas stream or, if necessary, an additional waste and non-flammable gas stream is injected, which is discharged through the outlet hole (35). As stated above, for such a division you can use
- 12 044483 пользовать, например, фильтрующую установку или циклон.- 12 044483 use, for example, a filter unit or a cyclone.
Устройства для проведения процессаDevices for carrying out the process
В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к нагревательному устройству для термообработки частиц-прекурсоров, содержащих SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, при температуре 1000-1800°С, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц, содержащему, по меньшей мере, следующее:In another embodiment, the present invention relates to a heating device for heat treating precursor particles containing SiO2, Al2O3 and an alkali metal oxide at a temperature of 1000-1800°C to produce hollow spherical glass particles containing at least the following:
продольная реакционная камера, в которой предусмотрены по меньшей мере две разные зоны (а) и (b), причем (a) зона горения, которая может нагреваться по меньшей мере одним открытым пламенем, при этом в зоне горения расположена по меньшей мере одна форсунка горелки, соединенная с входным отверстием подачи горючего газа, (b) зона охлаждения и входное отверстие подачи горючего газа, входное отверстие ввода негорючего газа в зону (а) горения, средство для добавления частиц-прекурсоров, содержащих SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, к горючему и/или негорючему газу, выходное отверстие для извлечения пустотелых сферических стеклянных частиц, отвода негорючих газов и отходов из зоны (b) охлаждения.a longitudinal reaction chamber in which at least two different zones (a) and (b) are provided, wherein (a) a combustion zone that can be heated by at least one open flame, wherein at least one burner nozzle is located in the combustion zone , connected to the combustible gas supply inlet, (b) a cooling zone and the combustible gas supply inlet, a non-combustible gas supply inlet to the combustion zone (a), means for adding precursor particles containing SiO2, Al2O 3 and an alkali metal oxide, to combustible and/or non-flammable gas, an outlet for removing hollow spherical glass particles, removing non-flammable gases and waste from the cooling zone (b).
Подробная информация о таком нагревательном устройстве, включая предпочтительные варианты осуществления изобретения, была приведена выше, и мы напрямую ссылаемся к соответствующим параграфам документа.Detailed information about such a heating device, including preferred embodiments of the invention, has been given above, and we directly refer to the relevant paragraphs of the document.
В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к нагревательному устройству для термообработки частиц-прекурсоров, содержащих SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, при температуре 1000-1800°С, с получением пустотелых сферических стеклянных частиц, содержащему, по меньшей мере, следующее:In yet another embodiment, the present invention relates to a heating device for heat treating precursor particles containing SiO2, Al2O3 and an alkali metal oxide at a temperature of 1000-1800°C to produce hollow spherical glass particles containing at least the following:
входное отверстие подачи горючего газа, при необходимости, входное отверстие подачи негорючего газа, цилиндрическая вращаемая реакционная камера, которая закреплена на концах с возможностью вращения в неподвижном переднем узле и неподвижном заднем узле, отличающаяся тем, что эта цилиндрическая вращаемая реакционная камера расположена горизонтально или наклонно к ее заднему концу, и при этом в ней имеется по меньшей мере две разные зоны (а) и (b), причем:a flammable gas supply inlet, if necessary, a non-flammable gas supply inlet, a cylindrical rotating reaction chamber, which is rotatably mounted at the ends in a fixed front unit and a fixed rear unit, characterized in that this cylindrical rotating reaction chamber is located horizontally or obliquely to its rear end, and at the same time it has at least two different zones (a) and (b), and:
(a) зона горения, которая может нагреваться по меньшей мере одним открытым пламенем, при этом в зоне горения расположена по меньшей мере одна форсунка горелки, соединенная с входным отверстием подачи горючего газа, (b) зона охлаждения и неподвижный передний блок, содержащий, по меньшей мере, крепление для цилиндрической вращаемой реакционной камеры, входное отверстие для потока горючего газа, которое соединено с форсункой горелки, и расположено в зоне (а), и, при необходимости, входное отверстие для негорючего газа, неподвижный задний блок, содержащий, по меньшей мере, крепление для цилиндрической вращаемой реакционной камеры, выходное отверстие для пустотелых сферических стеклянных частиц и выходное отверстие для отработанного газа и привод для вращения цилиндрической вращаемой реакционной камеры вокруг ее продольной оси.(a) a combustion zone that can be heated by at least one open flame, wherein in the combustion zone there is at least one burner nozzle connected to the fuel gas inlet, (b) a cooling zone and a stationary front block containing, at least a mount for a cylindrical rotating reaction chamber, an inlet for a flammable gas flow which is connected to the burner nozzle and located in zone (a), and, if necessary, an inlet for a non-flammable gas, a fixed rear block containing at least least, a mount for the cylindrical rotary reaction chamber, an outlet for the hollow spherical glass particles and an outlet for the exhaust gas, and a drive for rotating the cylindrical rotary reaction chamber about its longitudinal axis.
Подробная информация о таком нагревательном устройстве, включая предпочтительные варианты осуществления изобретения, была приведена выше, и мы напрямую ссылаемся к соответствующим параграфам документа.Detailed information about such a heating device, including preferred embodiments of the invention, has been given above, and we directly refer to the relevant paragraphs of the document.
Использование пустотелых сферических стеклянных частицUsing Hollow Spherical Glass Particles
Изобретение также относится к использованию пустотелых сферических стеклянных частиц, содержащих, по меньшей мере, SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, в качестве наполнителя для высокотемпературных продуктов, расплавленного металла, литьевых синтетических материалов, огнезащитных изоляционных пен, цементных растворов, строительных растворов, бетонов и средств для нефтяных месторождений, в которых пустотелые сферические стеклянные частицы изготавливают с помощью описанного выше способа.The invention also relates to the use of hollow spherical glass particles containing at least SiO2, Al2O3 and alkali metal oxide as filler for high temperature products, molten metal, injection molding synthetic materials, fire retardant insulating foams, cement mortars, mortars, concretes and oil field products in which hollow spherical glass particles are produced using the method described above.
В еще одном варианте осуществления изобретение относится к использованию пустотелых сферических стеклянных частиц, содержащих, по меньшей мере, SiO2, Al2O3 и оксид щелочного металла, в качестве добавки к расплавленным металлам, имеющим температуру плавления по меньшей мере 500°С, причем пустотелые сферические частицы стеклянные частицы изготавливают описанным выше способом.In yet another embodiment, the invention relates to the use of hollow spherical glass particles containing at least SiO2, Al2O 3 and an alkali metal oxide as an additive to molten metals having a melting point of at least 500° C., wherein the hollow spherical particles glass particles are prepared using the method described above.
Подробная информация о пустотелых сферических стеклянных частицах, включая предпочтительные варианты осуществления, уже приводилась ранее в документе, и мы ссылаемся на соответствующие параграфы описания выше.Details of the hollow spherical glass particles, including preferred embodiments, have already been provided earlier in the document, and we refer to the relevant paragraphs of the description above.
Пустотелые сферические стеклянные частицы, которые должны использоваться согласно описанию выше, предпочтительно содержат по меньшей мере 30 мас.% SiO2, по меньшей мере 25 мас.% Al2O3 и поThe hollow spherical glass particles to be used as described above preferably contain at least 30 wt% SiO2, at least 25 wt% Al 2 O 3 and
- 13 044483 меньшей мере 18 мас.% оксида щелочного металла, предпочтительно Na2O, в каждом случае из расчета на общую массу пустотелых сферических стеклянных частиц, и не содержат бор. Кроме того, предпочтительный средний диаметр пустотелых сферических стеклянных частиц, используемых, согласно описанию выше, составляет 20-200 мкм.- 13 044483 at least 18% by weight of an alkali metal oxide, preferably Na2O, in each case based on the total weight of the hollow spherical glass particles, and does not contain boron. Moreover, the preferred average diameter of the hollow spherical glass particles used as described above is 20-200 μm.
В способе производства таких частиц, которые будут использоваться согласно описанию выше, предпочтительно используют исходный состав, содержащий, по меньшей мере, цеолит, глину и карбонат щелочного металла, а температура термообработки составляет 1300-1600°С.The method for producing such particles to be used as described above preferably uses a starting composition containing at least zeolite, clay and an alkali metal carbonate, and the heat treatment temperature is 1300-1600°C.
Преимущества настоящего изобретенияAdvantages of the present invention
Описанный в соответствии с настоящим изобретением способ термообработки частиц-прекрсоров путем их контакта с, по меньшей мере, одним открытым пламенем для получения пустотелых сферических стеклянных частиц имеет преимущества по сравнению с известным уровнем техники.The method described in accordance with the present invention for heat treating precursor particles by contacting them with at least one open flame to produce hollow spherical glass particles has advantages over the prior art.
Поскольку нагревательное устройство нагревается изнутри открытым пламенем (языками пламени) и термообработка осуществляется путем контакта частиц-прекурсоров с открытым пламенем (языками пламени), не возникает проблемы теплопередачи в нагревательное устройство и, следовательно, преимуществом является то, что внутренний диаметр цилиндрического нагревательного устройства можно сделать очень большим. Этот размер может быть, например, 0,1-3 м, например 1-3 м, не ограничивая настоящее изобретение указанными числами. Использование такого большого диаметра значительно облегчает создание производственных установок, обладающих высокой производительностью. Масштабирование по сравнению с уровнем лабораторных или опытных производственных установок облегчается простым увеличением количества форсунок горелок и диаметра реакционной камеры.Since the heating device is heated from the inside by the open flame(s) and the heat treatment is carried out by contacting the precursor particles with the open flame(s), there is no problem of heat transfer to the heating device and therefore it is advantageous that the inner diameter of the cylindrical heating device can be made very big. This size can be, for example, 0.1-3 m, for example 1-3 m, without limiting the present invention to these numbers. The use of such a large diameter greatly facilitates the creation of production plants with high productivity. Scaling up from laboratory or pilot plant levels is facilitated by simply increasing the number of burner nozzles and the diameter of the reaction chamber.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EPPCT/EP2020/051743 | 2020-01-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA044483B1 true EA044483B1 (en) | 2023-08-30 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5558822A (en) | Method for production of spheroidized particles | |
| JP5495794B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for mineral melt | |
| JP2011235284A (en) | Method for producing low density product | |
| US4602962A (en) | Process for producing an expanded mineral material | |
| KR19990067324A (en) | Method of making them by melting at least partially molten particles and sparks | |
| US3954390A (en) | Method for producing aggregate used in hardening compositions, predominantly concretes, a fluidized-bed kiln for calcining mineral stock by means of same method, and an aggregate produced by same method | |
| CN1208575C (en) | Burning method for producing cement | |
| JP4539417B2 (en) | Method and apparatus for treating flammable waste | |
| FI69622B (en) | OVER APPARATUS FOER FRAMSTAELLNING AV GLASPAERLOR | |
| EA044483B1 (en) | METHOD FOR PRODUCING HOLLOW SPHERICAL GLASS PARTICLES | |
| EP4093709B1 (en) | Process of manufacturing hollow spherical glass particles | |
| US20190135676A1 (en) | Hollow glass microspheres and method for producing same | |
| US4115137A (en) | Method of producing cement clinker from chlorine-containing raw mixture | |
| JP7341813B2 (en) | Method for producing inorganic oxide particles | |
| JP2021532048A (en) | Hollow spherical glass particles | |
| JP3586575B2 (en) | Rotary kiln for cement production | |
| JP7352423B2 (en) | Method for producing inorganic oxide particles | |
| SU1384902A1 (en) | Vertical furnace for heat treatment of loose material | |
| CN216499154U (en) | Multistage oxy-fuel combustor for preparing spherical powder material by flame method | |
| JP5771161B2 (en) | Method for producing spherical ceramic particles | |
| JP7365223B2 (en) | Spray pyrolysis equipment | |
| WO2022131961A1 (en) | Device for heat treating inorganic powder materials | |
| JPS6363491B2 (en) | ||
| SU1394014A1 (en) | Rotary furnace for producing light-weight aggregate | |
| RU2068969C1 (en) | Method for afterburning combustible materials in ashes |