JP2002520143A

JP2002520143A - 全体がセラミック製の間接加熱式高温化学反応器

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Publication number: JP2002520143A
Application number: JP2000559384A
Authority: JP
Inventors: イー．ジュニアウイリス，ホレイス
Original assignee: Merichem Co
Current assignee: Merichem Co
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2002-07-09
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: EP1125089B1; DE69834435D1; DE69834435T2; MXPA01000323A; EP1125089A4; CA2336610A1; EP1125089A1; JP3798246B2

Abstract

(57)【要約】本発明は、間接加熱式で、固定管(10)を有し、全てがセラミックから構成され、気体／固体、又は固体／固体の高温処理を行なうための炉の反応器(80)に関するもので、耐熱コンベヤー(15)を用いて、固定管(10)の中で固体物質を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】これは１９９４年９月１９日に出願された同時係属中の米国特許出願第０８/
３０８６５８号の一部継続出願である。この発明は、間接加熱式の高温化学反応器及びかかる装置と化学反応を行なう
方法に関する。

【０００２】固体物質を高温に加熱して化学変化を生じさせる化学プロセスは多くの利点を
有するが、所望の反応を行なうのに大量のエネルギーを入力する必要がある。反
応に必要な温度が、炭素鋼やステンレス鋼のような通常の金属の使用可能限界を
超えると、処理装置は使用困難な状況になるため、操業の可能性は利用可能な代
替金属の特性による制約を受ける。ステンレス鋼の最高使用温度限界である１０
００〜１８００^OＦを超える高温での操業例として、ポートランドセメントの製
造、石灰の製造、金属鉱石の焙焼及び／又は還元、そして米国特許第４５２００
０２号に記載されているように、蒸気状の元素イオウを用いた硫酸カルシウムの
還元などがある。

【０００３】これらプロセスの中には、例えば、石灰石の熱分解による石灰の製造(ＣａＣ
Ｏ₃→ＣａＯ＋ＣＯ₂)のように、何世紀にも亘って実施されているものがある。

【０００４】 Boynton(ボイントン), Chemistry and Technology of Lime and Limestone(石
灰及び石灰石の化学及び技術), New York, Wiley-Interscience (1980)によれば
、石灰石の熱分解により「生石灰(ＣａＯ)」を作ることは、最も古い産業プロセ
スの１つであり、これは少なくとも３５０Ｂ.Ｃ.にまで遡り、Zenophon(ゼノフ
ォン)によるマルセーユ近くでの船の難破に関する記載の中で、船荷のリンネル
とその漂白用としての石灰のことが述べている。この産業は今までに成熟してお
り、さらに改良する点があるとすれば、それは経済的な利点を勝ち取るだけと考
えられている。しかし、そのような考えは正しくない。ボイントンの記述を引用すると次の通りである：「これはおそらく全ての化学反応の中で最も基本的でかつ単純であろう。理論
的に平凡なものであるけれども(あまりにも基本的であるため、博学な化学者の
多くは軽蔑さえしている)、この反応には多くの複雑なものが付随している。焼
成を表す科学データは議論の余地がないにも拘わらず、このプロセスはそれでも
、ある程度実績のある石灰バーナーだけが包含する技術が残されている。数多く
の変動要因があるため、最適な性能を得るのに試行錯誤を必要とし、また、効率
的な操業を行なうのに微妙な経験的(しばしば衝動的)な修正を必要とする」そのような物理的及び科学的問題に加えて、石灰バーナは、単一の方式で全て
の適用に有利なものは見あたらないため、プロセス用装置の選択において妥協せ
ざるを得ない。

【０００５】石灰の製造及びその他固体物質の反応工程に用いられる装置には多くの工夫が
なされてきたが、一種類の装置では、大部分の高温処理プロセスにおいてさえた
いそう有利なものはなかった。種類の異なる装置の場合、各々が利点と欠点を有
しており、現在の技術と各用途に関連する具体的な問題が考慮されねばならない
。方法の中には、単一状況にのみ適合し、その状況では非常に効率的なものはい
ろいろある。その他に、広範囲の状況で有用なものはあるかもしれない。前述の
硫酸カルシウムのイオウ還元のように非常に高温の場合には、従来の装置では十
分に満足できない。

【０００６】高温処理装置は、一般的には、(ａ)固体床が存在する条件、(ｂ)熱伝達機構、
(ｃ)気体−固体接触を達成させる方法、によって分類される。固体床の４つの条
件は、「静止(固体粒子間で相対的な移動はおこらない)」、「移動(粒子は分離
し、互いの上を流れる)「流動(固体と気体は混合されて単一相となり、沸騰流体
として振る舞う)」及び「希釈(固体粒子は広く分散し、互いに殆んど影響を及ぼ
さない)」として定義される［McCormick, Lucas and Wells, 1963, Perry's Che mical Engineers' Hnadbook , Perry, Chilton and Kirkpatrick, New York, McG
raw-Hill, 20-3］。熱伝達モードは、「直接的(火炎、放射、及び／又は燃焼ガ
スが直接固体に接触する)」と「間接的(その他の機構)」がある。気体−固体接
触は、向流の気体、並行流の気体、及び／又は横流の気体の流れを用いることに
より達成される。

【０００７】大規模で、高温の気体−固体反応工程は、一般的に、キルンと称される移動床
容器の中で商業的に実行されるが、流動床及び／又は希釈固体相もまた場合によ
っては用いられる。プロセスによっては間接加熱を利用するものもあるが、大規
模の高温処理は大部分が直接加熱を利用する。しかしながら、各方法には、利点
と欠点がある。前述のボイントンの石灰製造の場合を再び参照すると、近年では
、次の方式のキルンが全て石灰の製造用として使用に供されている。縦型１．伝統的なシャフト型２．間接式ガス燃焼(発生器ガス) ３．大容量ガス燃焼式センターバーナー等４．大容量混合供給５．平行流再生６．二重傾斜７．環状(リング)回転型１．従来型２．近年のもので、ａ．冷却器、ｂ．予熱器、ｃ．内部装置(熱交換器、ダム、
リフター)を具えた修正型その他１．流動式(fluo-solids) ２．移動式火格子を具えたロータリーハース３．点火式仮焼器(flash calciner) ４．水平リング(ホフマン)

【０００８】石灰の製造について、ボイントンは、その原理、利点、各型式の仮焼器につい
ての問題を詳細に記載している。要約すると、縦型キルンはエネルギーにエッジ
があり、ドイツの混合供給式縦型キルンでは、最高で、８５％つまり３.０３Ｍ
ＭＢＴＵ／石灰１トンの効率が達成される。しかしながら、縦型キルンが使用さ
れるのは比較的大きなサイズの石灰石のみであるから、仮焼時間が長くなり、及
び／又は製品中に未反応石(コア(core))が残る。もう一つの問題は、市販サイズ
の石よりも小さなサイズの石(スポール(spall))が蓄積することである。縦型キ
ルンは、特定の燃料の燃焼用として作られる傾向にあるため、使用できる燃料に
関して融通性が乏しい。ロータリーキルンは熱効率に劣るが(従来のキルンでは、約３５％つまり８.５
０ＭＭＢＴＵ／石灰１トンであり、復熱装置を具えたもので約５０％つまり５.
９０ＭＭＢＴＵ／石灰１トンである)、どんな燃料でも(切り換えて)使用するこ
とができるし、小さなサイズの石(０.２インチ〜約２.５インチ)を処理すること
ができるので、滞留量(holdup)が少なく、より完全に解離させることができる。
しかしながら、回転式の場合、キルンの供給にグラデーションをつけることが重
要であり、段階区分をできるだけ小さくすることにより、よりすぐれた品質及び
均一性が得られる。しかし、石の分級費用の増加を招くため、それとの均衡を図
らねばならないことは勿論である。その他のカテゴリーにおけるキルンは、主と
して、あるサイズ及びグラデーションの石を処理するために開発されたものであ
る。フラーカンパニー(Fuller Company)の流動式キルンは非常に小さな粒子を効率
良く仮焼する(約５.０ＭＢＴＵ／ＣａＯ１トン)ことができるが、供給物はNo.８
乃至No.６５メッシュ(２.３８〜０.２３ｍｍ)に細かく分級されなければならな
いため、最も硬い石灰石を使用せねばならない。この石は高価であるため、使用
に制約を受ける。仮焼用キルン(calsimatic kiln)は、仮焼時間及び仮焼温度を
厳密に制御することができるので、広範囲に亘って異なる種類の石を取り扱うこ
とができるが、燃料消費量が多い(６.３４ＭＭＢＴＵ／トン)。点火式仮焼は、
燃料の燃焼は分散された固体−液体相の中で行われるため、細かく粉砕された石
灰石(４.０〜５.０ＭＭＢＴＵ／ＣａＯ１トン)を効率良く解離するのに有用であ
るが、製品の品質に劣り、水和処理又はペレタイズ化が必要となる。ホフマンの
トンネル型キルンは１８６５年に発明されたが、手間が非常にかかるため、約１
９２５年以降使用頻度は減少している。

【０００９】縦型キルンは何百種類もの変形があり、世界中で最も広く使用されているが、
米国では、ロータリーキルンが米国内で製造される商業用石灰の８８％以上を占
めている。これは、米国ではエネルギー費用が安いこと、及び、ロータリーキル
ンの場合、資本投資費用が他のものよりも遙かに高いという実状を反映している
のであろう。エネルギー費用の上昇や環境面の考慮の必要性等の状況変化により
、次世代に亘って石灰産業を十分に再構築する必要性が生じている。

【００１０】前掲の間接加熱式(indirect-fired)の縦型キルンが間接加熱であるのは、高温
の燃焼ガスがキルンの中へ導入される前に、燃料が外部チャンバーの中で燃焼さ
れるという点にある。石灰製造について説明したどの間接加熱方法も、高温の燃
焼ガスが石灰石と直接接触しないという意味ではない。それゆえ、現在の商業的
方法は、どの方法についても程度の差こそあれ、ダストの問題がある。さらに、
キルンの出口から出たガスから高温エネルギーを回収しようとしても、非常に複
雑であり、たとえそうでない場合でも、経済的に実現不可能である。例えば、電
力を発生させるために、ダストを含むガスをボイラーに用いると、運転中の時間
が不足し、また熱伝達係数の低下(及び大きな変動)を招くため、投資費及び操業
費が非常に高くなり、経済的に不利である。

【００１１】既存の装置では、潜在的に有用な幾つかの用途に対して十分に満足できるもの
はなく、それゆえ、各用途に特有の問題を解消させることのできる方法、材料又
は技術を具え、代替となり得る装置の開発が要請されている。解消させるべき不
都合の例として、リン酸石膏のイオウ還元に標準的な装置を用いたときの問題に
ついて分析する。

【００１２】リン酸石膏(硫酸カルシウムの半水化物又は二水化物)は、環境的に有害な廃棄
副産物として生成されるもので、非常に大きく、ますます高価となるイオウの殆
んど全てを含んでおり、このイオウはリン酸肥料の製造に用いられる。イオウが
、酸や、未反応リン鉱及び該リン鉱に含まれる不純物で汚染されるのは、微細結
晶の形態の場合である。

【００１３】このリン酸石膏の副産物を、キューネ法(Kuhne Process)に基づいて商業的規
模で有用な産物に転換する試みがなされているが、これまで殆んど成功していな
い。このキューネ法は、カーボン(コーク又は石炭)を用いて、硫酸カルシウムの
一部を硫化カルシウムに還元し、次に、生成した混合物を、クレイ、シリケート
等の添加物と反応させて、ポートランドセメント及び二酸化イオウを生成するも
のである。イオウのリサイクル回路は、二酸化イオウから硫酸を作り、この硫酸
を用いて原リン酸鉱を肥料製造工程の一部として分解するものである。

【００１４】キューネ法は技術的に難しく、操業費用が高い。このため、この方法が経済的
観点から実行可能となるのは、イオウが非常に高価であるか、供給不足の状況に
あるときのみである。リン酸塩肥料の費用は食材の価格の中に含まれること、及
び環境的配慮の点から、より経済的な方法により、リン酸石膏の副産物の廃棄物
質をリサイクルすることが望ましい。

【００１５】トラウツ(Trautz)のドイツ特許第３５６４１４号及びホーン(Horn)の米国特許
第２４２５７４０号には、イオウはカーボンと同じように、次の反応シーケンス
により、硫酸カルシウムの還元に用いられることが記載されている。 (１) ＣａＳＯ₄＋Ｓ₂→ＣａＳ＋２ＳＯ₂ (２) ３ＣａＳＯ₄＋ＣａＳ→４ＣａＯ＋４ＳＯ₂ これらの反応に基づく方法は、カーボンベースの還元工程によるキューネ法と
比べると幾つかの利点がある。その１つとして、より強力なガスリッチ生成物(
１０％ＳＯ₂以上)が生成され、これは標準的なイオウ燃焼式硫酸プラントで使用
できることがある。その理由は、第１反応で生成したガスは、希釈廃棄物のＣＯ ₂ ではなく、望ましいＳＯ₂であることが挙げられる。ＣＯ₂を除去するのにガス
状廃棄物を処理する必要がないだけでなく、ＳＯ₂を生成物ガスとして製造する
ことは、ＣａＳＯ₄の所望の処理能力を得るための設備費を低減できるので、経
済的にも大きな意義がある。その他にも、電力消費量を低減できる利点がある。

【００１６】トラウツの化学反応は７０年以上前から知られており、ホーン特許は４０年以
上前に発行されたものであるけれど、硫酸カルシウムと元素イオウとの還元性反
応に基づいて、リン酸石灰の廃棄副産物からイオウ価値を商業的規模で回収する
プロセスについては知られていない。

【００１７】イオウは必要な反応温度では気体であり、一方硫酸カルシウムは固体であるた
め、キルンその他の容器内で反応が実用的速度で起こり、イオウと硫酸カルシウ
ムとの有効接触状態を維持することの困難さが、トラウツが開示した研究室規模
の反応に基づくイオウ価値回収プロセスの発展を妨げる主要因になっている。ホ
ーンは、そのような反応を商業的規模で行なうことを試みたが、適当な反応速度
を得るのに、少なくとも２４００^OＦ(１３１６℃)以上の温度と、過剰の空気が
必要となる問題に遭遇した。トラウツの反応には高温条件が必要となることから
、ホーンは、もっと低い温度で適当な転換を行なうことができない限り、トラウ
ツの反応は商業的規模のプロセスには適用できないと述べている。

【００１８】ウイリス(Willis)の米国特許第４５２０００２号は、高温で固体反応物質との
完全な反応を行なうために、元素イオウを干渉拡散に抵抗性のガスとして調製す
る方法を開示している。この干渉拡散抵抗性イオウガスは、回転キルン内で硫酸
カルシウムと反応させるのに特に望ましい。この特許には、直接加熱式又は間接
加熱式の標準型水平回転キルンの中で、トラウツの化学反応に基づいて約１８３
２^OＦ以上の温度にて、イオウとリン酸石膏を反応させるプロセスが記載されて
いる。

【００１９】米国特許第４５０２００２号に記載された方法は、経済的にも実行可能ではあ
るが、回転キルンの中でリン酸石膏を用いることによる問題がある。脱水したリ
ン酸石膏は、暗赤色(約１２０１〜１３８２^OＦ)以上の温度に加熱されると、キ
ルンの壁に付着し、球体、リング状等の塊りとなる傾向がある。塊りの結合状態
は弱い(キルンの外壁を軽く叩くと、内壁から剥がれ落ちる程度の結合)であるけ
れども、キルン内の流れ抵抗の増加を招き、固体物質を適当温度の反応ゾーンへ
安定供給する妨げとなる。このため、イオウが前記特許に基づいて拡散抵抗性ガ
スの形態で供給されたとしても、固体物質とイオウとの反応効率は低下する結果
となる。

【００２０】直接加熱式(diret-fired)の回転キルンの場合、特に高温で操業を行なうと、
エネルギー効率がかなり低下する。これは主として、次の３つの要因が挙げられ
る。 (１) キルンを、回転ベアリングで軸承する必要があるため、重量を考慮して、
断熱レンガの使用量が制限される。 (２) 燃焼ガスが反応生成物と混合されるため、次工程で処理するガス量が増加
する。 (３) ダスト、酸、その他の汚染物質が生成物及び燃焼ガスに随伴し、これらが
かなり高温でキルンから出ていくので、大量のガスからエネルギーを回収する際
に妨げとなる。また、回転キルンではシール構造を有するが、特に大型で負圧キルンの場合、
反応ゾーンへの空気の進入を完全に防止することができない。漏れを最少に維持
できない場合、イオウは供給管から出ていくときに燃焼し、イオウ付着物を崩壊
して、気体相の中へ分散させる。燃焼による副反応の生成物はＳＯ₂であり、こ
れは好ましい生成物ではあるが、余分のイオウが添加され、これが燃焼のために
相殺されるから、イオウと固体物質の接触量が不足し、その反応効率は低下する
。

【００２１】また、硫酸カルシウムをイオウで還元するプロセスは、標準の高温処理装置の
種類が異なれば、それら装置への適用が容易でない。このプロセスは、固体−気
体の接触(式１：ＣａＳＯ₄(固)＋Ｓ₂(気)→ＣａＳ(固)＋２ＳＯ₂(気))と同時に
、固体−固体の接触(式２：３ＣａＳＯ₄(固)＋ＣａＳ(固)→４ＣａＯ(固)＋４Ｓ
Ｏ₂(気))を必要とするため、固定床(粒子が不動)や、流動床(粒子がガスによる
接触から分離)だけでなく、希釈相(粒子がガスと空間による接触から分離)でさ
えも、その反応には適していない。

【００２２】装置の中には、イオウと硫酸カルシウムを反応させるのに用いられるものもあ
り、混合物は回転キルンの中へ落下させて最終処理が行われる。これは、結合強
度の高いＳＯ₂が生成される点ですぐれている。しかしながら、間接加熱式キル
ン(燃焼ガスが固体物質と接触しない方式のもの)が用いずに、直接加熱式回転キ
ルンを用いると、エネルギー効率はかなり低下する。また、高温でしかもこのプ
ロセスに特有の腐食雰囲気下で操業可能な大型の間接加熱式回転キルンの構築に
実用的な材料は見あたらなかった。このように好ましいことはわかっていても、
リン酸石膏を、酸化カルシウム及び二酸化イオウへ還元するための手段として、
信頼性が高く、効率の良い装置はこれまで開発されていない。

【００２３】高温で操業することができ、商業的規模の生産を効率的に行なうことのできる
間接加熱式反応器が、以前から要請されている。また、反応生成物とガスが燃焼
ガスによって汚染されない反応器が、以前から要請されている。また、かなり高
温の反応ゾーンの中で、固体反応物質を移動させる装置を具えた反応器が、以前
から要請されている。

【００２４】本発明は、間接加熱式の固定管を有し、気体／固体、又は固体／固体の高温処
理を行なう炉の反応器であって、耐熱性コンベヤーを用いて、固体物質を固体管
の中を移動させる反応器に関する。炉の鋼製外殻以外は、機械全体が非金属部品
から作られている。反応器は、横流のガス流れと共に、又は横流のガス流れなし
で、向流又は並行流のガスの流れを用いて、商業的適用に必要な規模の大型に構
築することが可能であり、３０００^OＦを超える温度で操業することができる。
固定管であるから、管の長さ方向の任意の位置にて、ガスを反応ゾーンの中へ都
合良く正確に投入することができる。固定式炉の壁は、断熱材の厚さに重量制限
を受けず、また清浄な出口ガスからエネルギーの回収が可能となるので、蒸気発
生装置における全体エネルギー効率を高めることができる。

【００２５】本発明の高温処理炉の反応器を用いることにより、様々な固体反応物質の処理
を、約１８００^OＦを超える温度にて、清浄かつ経済的に行なうことができる。
このような固体反応物質の例として、鉱石(鋭錐石、ボーキサイト、硼砂、方解
石、黄銅鉱、クロム鉄鉱、赤鉄鉱等)、金属ハロゲン化物(臭化カルシウム、塩化
カルシウム、フッ化カルシウム、ヨウ化カルシウム、同様に、ハロゲン化第二鉄
、ハロゲン化第一鉄、ハロゲン化カリウム、ハロゲン化ナトリウム等)、金属炭
化物及び金属炭酸塩(炭酸カルシウム等)、金属酸化物(亜クロム酸塩等)、金属リ
ン酸塩(リン酸カルシウム等)、金属硫化物及び金属硫酸塩(硫酸カルシウム等)を
挙げることができる。また、このような固体反応物質を、腐食性ガスその他の流
体の媒体の存在下の１８００^OＦ以上の温度で処理することができる。固体物質
と、腐食性ガス及び流体とが接触するところでは、これまでは、セラミック部品
でしか耐えることができなかった。

【００２６】本発明の反応器はエネルギーの節約の他に構造上の利点を有するから、本発明
を利用することにより、例えば石灰製造のように、現在、直接加熱式ロータリー
キルン炉で行われている幾つかの高温処理操業は、より経済的に行なうことがで
きる。また、リン酸石膏にイオウ還元のように、今まで不可能であったプロセス
についても、商業的規模での操業が可能となる。

【００２７】本発明に係る反応器の一実施例において、熱伝導率の高い耐火材(例えば、グ
ラファイト、純粋な重ＭｇＯ、純粋な重アルミナを挙げることができるが、これ
らに限定されるものではない)から作られた管が反応器の容器内に配置される。
固体反応物質は管の中へ送給され、スクリューコンベヤーにより管の中を移動す
る。このスクリューコンベヤーは、反応器容器内の温度に耐えることができ、管
内で起こる反応の影響を受けない耐熱材料、例えば熱伝導率の低い耐火材から作
られる。その他の固体反応物質又は流体反応物質を管の中へ導入するための投入
装置が配備される。管内で起こる反応の生成物及び副産物を取り除くために、出
口ポートが設けられる。スクリューコンベヤーは、モータその他の動力源によっ
て回転する。管内の物質を間接的に加熱するための熱源が、管の外部の反応器容
器の中に配備される。

【００２８】特定の一実施例に示す装置は、干渉抵抗性、拡散抵抗性の濃縮されたガス状物
質(米国特許第４５２０００２号参照)の形態である元素イオウによる石膏の還元
に有用であり、石膏に存在するイオウ価をＳＯ₂として回収すると同時に、石灰
が生成される。この実施例では、脱水石膏(ＣａＳＯ₄)が、反応器容器内のバー
ナの上に配備された管(望ましくは高純度のアルミナＡｌ₂Ｏ₃から作られる)の中
へ連続的に供給される。耐火材のスクリューコンベヤーは、反応器容器の外部に
あるモータによって駆動され、石膏を管に沿って移動させる。抗拡散性のガス状
元素イオウは、適当なポートを通じて管の中へ供給され、高温のＣａＳＯ₄と接
触して反応を起こし、固体の硫化カルシウムと二酸化イオウを生成する。固体物
質は、スクリューの螺旋により管の中を運搬されるので、固体のＣａＳＯ₄は、
最初に元素イオウと接触し、二酸化イオウと固体の硫化カルシウムを生成する。
硫化カルシウムは次に、硫酸カルシウムとの密な固体−固体接触により反応が起
こり、石灰とさらなる量の二酸化イオウが生成される。生成物として得られた石
灰(ＣａＯ)は、オーガによって運搬され、排出ポートへ送られる。生成物として
得られたＳＯ₂は、不純物が少なく、適当な出口を介して容器から採取される。

【００２９】反応器において、熱伝導率が高い管の中の反応ゾーンを分離することにより、
燃焼ガス及びそこに含まれる微細物質による生成物の汚染問題は解消される。管
とスクリューコンベヤーについては、適当な材料を用いることにより、かなり高
い熱効率を得ることが可能である。ガスが高速で反応ゾーンへ導入される従来の
装置と比べると、本発明の新規な反応器は、相対的に非乱流雰囲気の下で反応物
質に対して良好な接触時間をもたらす。

【００３０】反応器は、原料の固体サイズが約４インチから微細なものに到るまで、広範囲
かつ広いグラデーションに亘って取り扱うことができるように寸法を決めること
ができる。反応器はプラグ流れの特性を有しており、固体物質の保持時間及び温
度プロフィールを正確に制御することができるので、組成が異なる固体原料を最
も効率良く処理するのに必要な条件にその作業条件を容易に適合させることがで
きる。燃焼ガスは固体反応ゾーンの外部で維持されるので、反応器は、どんな種
類の燃料に対しても効率良く操業することができ、清浄な燃焼ガスを作り出すの
で、反応器出口からエネルギーを回収することができる。

【００３１】本発明は、前述したように長い間求められていた要請を認識し、様々な実施例
において、これら要請に十分応えるものである。添付の図面に示した実施例を参照して、本発明を具体的に説明する。この説明
によって、本発明の前記の特徴及び利点並びにその他の特徴及び利点は明らかな
ものとなり、詳細に理解されるであろう。

【００３２】図１を参照すると、本発明の反応器の本質的なコア要素は、反応管(10)と、該
管内に配備されたスクリューコンベヤー(15)を具えており、固体反応物質はスク
リューの回転によって反応管(10)の中を前進する。反応管(10)は熱伝導率の高い
耐火材料から作られている。熱伝導率は、１８３２^OＦの温度で約３８ＢＴＵ/ｈ
ｒ・^OＦ・ｆｔ²/インチ(１０００℃で５.７ワット・Ｍ^-1・^OＫ^-1)以上が望ましく、
１８３２^OＦの温度で約６０ＢＴＵ/ｈｒ・^OＦ・ｆｔ²/インチ以上が最も望ましい
。反応管(10)を構築するための適当な耐火材料として、グラファイト、純粋な重
ＭｇＯ、純粋な重アルミナ、シリコンカーバイド、ベリリア、シリコンナイトラ
イド、ボロンカーバイドなどを挙げることができる。高耐食性、最高使用可能温
度、高温強度の点から、反応管用材料として、例えば約９９.５％もの高純度の
重アルミナが望ましい。ドイツのW. Haldenwanger Technische Keramik GmbH &
Co., KGが商標名「Alsint」で市販している高純度アルミナ(９９.７％)が特に望
ましい。

【００３３】技術的な理由から、用途によっては、十分に大きな一体構造の管を入手するこ
とができない場合もある。このような場合、耐火材料を所望の緻密な構造に形成
する公知の方法、例えばアーク溶融鋳込み又はホットプレッシングにより、所望
の直径及び長さを有する反応管を作ることができる。例えば、アルミナをスリッ
プ鋳込みすることにより、内径１ｍ、長さ１ｍで、先端に突縁、基端に該突縁を
収容できるサイズの溝が形成された管状体を作製することができる。所望長さの
反応管を作るには、必要な数の管状体を準備し、突縁を溝に嵌めて、耐火セメン
トで接合すればよい。反応管が炉内に配備されるとき、反応管の各ジョイントは
レンガ積みによって支持されることが望ましく、レンガ積みされた支持体は、バ
ッフル壁と一体化される。このバッフル壁により、炉内の燃焼ガスは反応管の外
面を横切るように前後方向を通過する。

【００３４】スクリューコンベヤー(15)は、中心軸(36)を具えており、該軸には、熱伝導率
の低い耐火材、望ましくは１８３２^OＦの温度で約２５ＢＴＵ/ｈｒ・^OＦ・ｆｔ²/
インチよりも小さい耐火材で作られた螺旋又は羽根(45)が配備されている。軸(3
6)は、アルミナ製のロッド及び／又は管の部材で補強された耐熱コンクリートで
形成されることが望ましい。

【００３５】スクリューコンベヤーの望ましい構造が図３乃至図５に示されている。図３の
スクリューコンベヤーは、中心のコンクリート軸(20)の内部がアルミナロッドで
補強されている。軸は断面正方形であるが、その両端には、標準のベアリングが
嵌められるように、断面形状を円形に転換するアダプターが嵌められている。こ
のアダプターは、例えばアロイ３３０のような金属から作ることができる。

【００３６】軸(20)の外部の周りには、耐火材で成形された羽根セグメントが設けられてい
る。図４及び図５に示されるように、羽根セグメント(35)は中空の中心軸(40)を
具えており、該中心軸からスクリュー羽根(45)が外側へ張り出している。中空の
中心軸(40)は、軸(20)の外側形状に対応して断面正方形であり、軸(40)と、軸(2
0)の外側との間には環状空間が形成されるので、余分の断熱層を含めることもで
きる。各軸(40)の先端(55)には突縁(60)が形成され、基端(65)には、前記突縁に
一致する溝(70)が形成されている。

【００３７】所望寸法のスクリューコンベヤーを作るには、所定個数の耐火材羽根セクショ
ン(35)を、先端(55)と基端(65)が突き合わさるように中心軸(20)に取り付ければ
よい。所望により、先端(55)の突縁(60)と、基端(65)の溝(70)を、夫々、係合可
能に形成し、一方の突縁(60)を他方の溝(70)の位置に合わせて、当接するセグメ
ントどうしを係合させる作業を、所定長さのスクリューコンベヤーが得られるま
で繰り返すこともできる。セラミックセクション間の継ぎ目は、所望により、耐
火材セメントを詰めることもできる。

【００３８】耐火材羽根セクションの材料は、熱伝導率の低いもの、例えば２４００^OＦの
温度で約２０ＢＴＵ/ｈｒ・^OＦ・ｆｔ²/インチ以下のものが望ましい。羽根セクシ
ョンを形成するのに好適な材料として、ムライト、ジルコニア、Ｚｉｒｃａｒ(
登録商標)の成形可能なアルミナのタイプＡを挙げることができるが、これらに
限定されるものではない。

【００３９】図２を参照すると、内部にスクリューコンベヤー(15)が取り付けられた反応管
(10)が炉(80)の中に配備されている。炉(80)は、耐火レンガで構築され、燃焼室
(90)を構成するハウジング(85)と、燃焼ガスの入口ポート(95)及び出口ポート(1
00)を具えており、入口ポート(95)と出口ポート(100)は燃焼室(90)に連通してい
る。燃焼室(90)には、図示はしないが、適当な管支持体とバッフル構造が設けら
れている。なお、当然のことながら、加熱用の高温ガスを装置の外部から入手で
きる場合には、燃焼室は必要でない。反応管(10)はその先端(11)と基端(12)にて
ハウジング(85)で支持されており、反応管(10)の中間部(13)は、燃焼室(90)の中
で気密にシールされている。図２に示す反応器の実施例では、導管(105)がさら
に設けられており、該導管は、反応管(10)の内部を炉ハウジングの外部に連通し
ている。この導管は、その他の添加剤を必要とする場合に、添加剤を反応管の内
部へ供給できるようにするためのものである。

【００４０】炉ハウジング(85)には、固体供給室(110)と、生成物出口室(115)がさらに形成
されている。管(10)の先端(11)は固体供給室(110)に隣接する位置で該供給室に
連通しており、基端(12)は生成物出口室(115)に隣接する位置で該出口室に連通
している。スクリューコンベヤー(15)は管(10)の中を通っており、スクリューの
１又は２螺旋以上の羽根(40)は供給室(110)と出口室(115)の中に位置している。
スクリューコンベヤーの軸(20)の先端は、ハウジング(85)の先端壁(120)の軸受
シールの開口を貫通し、軸を回転させる装置(125)に連結されている。スクリュ
ーコンベヤー(15)の長さ部は、供給室(110)の中を延びており、固体物質の管(10
)への流れを制御するために、羽根がより短いピッチで形成されている。これに
より、固体物質は、供給地点から管の長さに亘って正確に比例配分される。スク
リューコンベヤーの下端を、管の床部の上方で支持したい場合には、図示の如く
、軸(20)の基端を、ハウジング(85)の基部壁(130)の軸受シールの開口を通すよ
うにすればよい。

【００４１】図２に示す反応器の使用方法を説明すると、固体反応物質は、スクリューコン
ベヤー(15)の羽根を被覆状態に維持できる割合で、供給室(110)へ供給される。
バーナその他の熱源(図示せず)からの高温ガスが入口ポート(95)を通じて燃焼室
(90)の中へ送給され、消費されたガスは、ポート(100)を経て燃焼室から出て行
き、廃棄物の熱回収処理が施されて、従来の手段(図示せず)により、電力発生の
ために使用される。なお、熱回収処理の後、さらなる処理を施す必要性はない。
回転装置(125)によってスクリューコンベヤー(15)が回転させられると、供給室(
110)にある固体物質は前記コンベヤーの螺旋に沿って反応管(10)の中へ送られ、
反応管(10)の中を進む。固体物質は、反応管の中を通り生成物出口室(115)へ進
む間に反応が行なわれる。反応の性質によっては、固体反応物質に加えて、他の
添加剤の存在を必要とすることがあり、この場合、添加剤は導管(105)を通じて
、反応管(10)の内部へ供給される。反応生成物は、スクリューコンベヤー(15)の
回転によって、生成物出口室(115)へ送られる。ここで、反応生成物は重力によ
って出口室の底部へ落下し、シュート(140)を通して貯蔵領域へ排出される。ガ
ス状の反応生成物は、ポート(145)を通じて出口室(115)から引き出され、その他
手段(図示せず)へ送られ、貯蔵又はさらなる処理又は廃棄される。

【００４２】図２に示す反応器は、石膏を、干渉拡散抵抗性ガスの形態の元素イオウと反応
させて、石灰及び二酸化イオウへの還元を行なうのに特に適している。なお、干
渉拡散抵抗性ガスは、米国特許第４５２０００２号に記載された要領にて調製す
ることができる。

【００４３】図６は、本発明に係る反応器システム(150)を示しており、炉ハウジング(85)
の燃焼室(90)の中に、スクリュー駆動される複数の反応管(10)が間隔をあけて配
置されている。多数の管の配列は、ランク配列、ファイル配列、ランク−ファイ
ル配列、又は千鳥形配列であってよい。炉ハウジング(85)及びこれに関連する要
素のその他特徴については、図２の反応器で説明したものと同様である。なお、
図６では、図示の明瞭化のために、その他添加剤を１又は２以上の反応管へ供給
するための導管(105)が示されていないが、反応器システムにそのような供給導
管を設けてもよいことは理解されるであろう。また、図６には、バーナその他の
熱源からの高温ガスを導入するポート(95)と、消費されたガスが燃焼室(90)から
出て行くポート(100)も図示されていない。

【００４４】図６に示す反応器システム(150)を用いて石灰石から石灰を製造するプロセス
の概要を、図７に示している。このプロセスでは、バーナ(155)は、２１５０^OＦ
の燃焼ガスを、ライン(95)を通じて反応器システム(150)の燃焼室へ供給する。
高温の生成物ガス(ＣＯ₂)がライン(145)を経て採取され、相互に連通する一連の
乾燥器及び供給用ホッパー(ブロックＡで示される)へ送られるようになっており
、石灰石はこの高温ガスと接触して乾燥と予熱が行われ、８００^OＦの温度で反
応器システム(150)の供給室へ供給される。各管のスクリューコンベヤーの回転
により、石灰石は供給室から各管の中を運ばれる。消費されたガスは、反応器シ
ステムからライン(100)を経て、コージェネレーション発電設備(ブロックＢで示
される)へ送られる。この発電設備は、蒸気ボイラー、蒸気駆動発生器、凝縮器
、凝縮液再循環ポンプ及び導管を具えている。固体の石灰生成物は反応器システ
ム(150)から排出され、排出用シュート(140)を通じて石灰冷却器(160)へ送られ
る。常温空気がライン(165)を経て、石灰冷却器(160)の中へ供給され、高温の石
灰生成物を冷却する。加熱された空気は石灰冷却器(160)からライン(170)を経て
送られる。冷却された石灰生成物は、ライン(185)を経て石灰貯蔵容器へ運ばれ
る。

【００４５】８００^OＦに予熱された石灰石が、反応器のスクリュー供給トラフの中へ供給
される。石灰石は、図２と同様な反応器の中を、速度可変スクリューコンベヤー
により運ばれる。ブロワーにより、水柱約３０インチの吐出し圧力で雰囲気空気
が供給され、バーナへ入る前に、出口燃焼ガスと熱交換されて予熱される。天然
ガスは、所望の入口ガス温度に設定された温度支持制御器(Temperature Indicat
ing Controller; ＴＩＣ)によって制御される。外殻の側部を６セクションに分
割するレンガ隔壁により、燃焼ガスは管を横切って前後方向に通過し、燃焼空気
予熱器を通じて大気へ吐き出される。反応器の生成物出口では、固体生成物は、
アルミ箔の案内板(shroud)を通じて、スケールに載せられた容器の中へ落下する
。管の副産物ガスは、動力流体として水酸化カリウムを用いて、ジェットエダク
タを通して抜き出され、次に、充填カラムの二次スクラバの中でＫＯＨで再び洗
浄された後、大気へ放出される。

【００４６】スクリューコンベヤーは、厚さ１/４インチの成形性アルミナ(タイプＡの成形
可能耐火材シート；ジリカー・プロダクツ・インコーポレイテッド、フロリダ、
ニューヨーク)で覆われている。スクリューコンベヤーは反応器の中へ配備され
、約２ｍｉｎ／ｒｅｖの速度で回転しながら、約１２００^OＦの温度に加熱され
る。スクリューは、次に、冷却され、ジルカー社のタイプＡＬの硬質固化剤／硬
化剤を数回塗布して塗り層が形成される。次に、反応器の中へ戻して、このサイ
クルをもう一度繰り返す。

【００４７】原料石灰石は２０メッシュのスクリーンを通過させ、＋２０のもの(全体の約
１０〜２０％)を廃棄する。但し、ふるいにかけられていない原料は、物理的又
は化学的な違いが観察されたかどうかを調べるために、フェーズ５の最後の時間
に供給される。

【００４８】試験１は、反応器内での温度と保持時間の曝露が比較的緩やかな条件下で、石
灰石の解離(dissociation)を調べた。試験２は、反応器内で炭酸カルシウム(Ｃ
ａＣＯ₃)の解離が完全に起こる最も極端な条件の下で、石灰石の解離を調べた。
試験１では、保持時間は４分／セクション(スクリューコンベヤーの１回転につ
き１分２０秒)に設定し、この試験におけるフェーズ１−１については、入口温
度を１９５０^Oに維持した。２時間の運転後、フェーズ１−２の入口温度を２０
６０^Oに昇温した。これらの条件は、全ての石灰石の供給が終わるまで、約３時
間以上維持し、これを試験１の終了とした。

【００４９】試験２のために、もっと大きなバッチの原料石灰石を調達した。試験２は、フ
ェーズ２−１で始まり、試験１のフェーズ１−２で適用したものと略同じ条件で
１時間運転した。スクリューコンベヤーの速度は、保持時間が６分／セクション
(１回転につき２分)となるようにし、フェーズ２−２での入口温度は２０５０^O
に保持した。フェーズ２−３、２−４及び２−５の温度については、５０^Oずつ
高くした。

【００５０】供給物及び生成物の試料全てについて、点火損失(Loss on Ignition；ＬＯＩ)
と、有効石灰％(Available Lime；Ａ.Ｌ.)を調べた。反応器管の長さに沿って試料を得ることはできなかったため、反応物質の時間
変化を調べることができなかった。このため、アレニウスの式に基づく標準的な
反応速度分析法は用いることができない。そこで、反応器内のＣａＣＯ₃が全て
分解するのに要した曝露時間及び温度を、他の種類の装置を用いたときに要した
曝露時間及び温度と比較する比較法を用いた。

【００５１】この方法では、反応器の外殻面における燃焼ガスの温度プロフィールをプロッ
トし、固体物質の温度はこの温度プロフィールに従うものと仮定している。また
、固体物質が管内を通過する速度を設定してあるので、理論的解離温度である１
６４８^Oを超えるのに要した時間を求めることができる。プロットすると三角形
領域が形成され、底辺が１６４８^O、高さが最高温度と１６４８^Oとの差、斜辺が
ガス温度プロフィールである。三角形の面積は、「曝露ファクター(exposure fa
ctor)」として取り扱われ、生成物分析に関して、反応器内の曝露度を、得られ
た解離度と関連づけるのに用いられる。これは、温度プロフィールと保持時間の
異なる組合せの比較、異なる原料間の比較等の基本となる。タイプが異なるキル
ンでの温度プロフィールと保持時間は、入手可能データから推定することができ
るので、この方法は、異なるタイプの装置を用いたときのプロセスでの比較にも
用いることができる。

【００５２】両試験のデータは、他の実験室及び文献から推定される商業的解離についての
比較曲線と共に、図８に示されている。本発明の反応器は、他のどの方法よりも
遙かに少ない曝露条件下で、略完全な解離が達成されることを示している。この
利点は、投資コストを低減できるだけでなく、最高品質の石灰生成物が確実に得
られる点においても重要である。実験曲線が、約８０％の解離を超えるところで
崩れているのは、供給物質(下記を参照)中の不純物が非常に高いレベルになるた
めであり、その結果、高グレードの石灰石の完全解離は、より短い曝露条件で到
達することになる。図９は、本発明の反応器が、石灰石の解離にかなり有効であ
ることを示している。

【００５３】石灰産業では、石に含まれる不純物が生成物中の有効石灰成分を約４倍低下さ
せるという経験則がある。ＣＯ₂の損失は、固体相の不純物の割合の約２倍とな
り、不純物と石灰の反応により、利用できない形態のＣａＯも約２倍生成される
であろう。即ち、供給物に約１２％の不純物が含まれている(試験１では８％、
試験２では１３％)と、解離した固体物質に約２４％の不純物が含まれることに
なり、石灰−シリカの反応では、その約２倍の不純物が石灰生成物中に含まれ、
供給原料から最大のものが得られるとき、約５２％の有効石灰が残る。試験２の
フェーズ２−５における生成物の平均有効石灰量は、５１.３％であり、これは
経験則と合理的な一致が認められる。

【００５４】本発明の望ましい実施例の説明により、当該分野の専門家であれば、前述の発
明又は特許請求の範囲に規定された発明の範囲又は精神から逸脱することなく変
形をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】固体物質用スクリューコンベヤーが通る反応管の斜視図である。

【図２】単一管がスクリュー駆動される反応器の側部断面図であって、反応管は添加剤
供給用導管に連通している。

【図３】剛性の中心駆動軸の上に、耐火材の螺旋羽根セクションを有するスクリューコ
ンベヤーの斜視図である。

【図４】中心駆動軸に配備された２つの耐火材製羽根セクションの拡大側面図である。

【図５】耐火材の羽根セクションの端面図である。

【図６】スクリュー駆動される多管反応器の横断面図である。

【図７】石灰石から石灰を製造するのに用いられるスクリュー駆動される多管反応器の
使用例を示す概略説明図である。

【図８】実施例における石灰の解離度と曝露ファクターとの関係をプロットしたもので
、従来のその他種類のキルンについて計算したものとの比較を示すグラフである
。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷＦターム(参考） 4G070 AA01 AB04 BB14 CA07 CA10 CA13 CA21 CB18 CC01 4K061 AA01 BA01 BA04 BA06 CA08 CA13 CA17 CA21 DA01 EA03 EA07 GA02 HA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】間接式加熱炉の反応器であって、燃焼室、固体物質供給室及び生成物排出室を構成する炉ハウジングと、内部と外部を有する反応管であって、先端は固体物質供給室に隣接して該供給
室に管の内部を連通し、基端は生成物排出室に隣接して該排出室に管の内部を連
通しており、燃焼室内を管の外部に対して気密にシールするために、先端と基端
が炉ハウジングに支持され、セラミック耐火材から構築されている反応管と、反応管の先端と基端との間を支持する少なくとも１つの反応管支持体と、反応管の内部に外面を有するスクリューコンベヤーと、スクリューコンベヤーを回転させる駆動装置と、熱を燃焼室へ供給する熱源と、を具えている反応器。
【請求項２】間接式加熱炉の反応器であって、燃焼室、固体物質供給室及び生成物排出室を構成する炉ハウジングと、内部と外部を有する反応管であって、先端は固体物質供給室に隣接して該供給
室に管の内部を連通し、基端は生成物排出室に隣接して該排出室に管の内部を連
通しており、燃焼室内を管の外部に対して気密にシールするために、先端と基端
が炉ハウジングに支持され、熱伝導率が１８３２^OＦの温度で約３８ＢＴＵ/ｈｒ
・^OＦ・ｆｔ²/インチ以上の耐火材から構築されている反応管と、反応管の先端と基端との間を支持する少なくとも１つの反応管支持体と、反応管の内部に外面を有するスクリューコンベヤーと、スクリューコンベヤーを回転させる駆動装置と、熱を燃焼室へ供給する熱源と、を具えている反応器。
【請求項３】スクリューコンベヤーの外面は、熱伝導率が１８３２^OＦの
温度で２５ＢＴＵ/ｈｒ・^OＦ・ｆｔ²/インチよりも小さい第２耐熱材料から作られ
ている請求項２の反応器。
【請求項４】反応管は、純度約９９.５％以上のアルミナからなる請求項
３の反応器。
【請求項５】スクリューコンベヤーの外部はムライトからなる請求項４の
反応器。
【請求項６】反応管の内部を、燃焼室の外部領域に連通する導管をさらに
具えている請求項１の反応器。
【請求項７】間接式加熱炉の反応器であって、燃焼室、固体物質供給室及び生成物排出室を構成する炉ハウジングと、内部と外部を有する反応管であって、先端は固体物質供給室に隣接して該供給
室に管の内部を連通し、基端は生成物排出室に隣接して該排出室に管の内部を連
通しており、燃焼室内を管の外部に対して気密にシールするために、先端と基端
が炉ハウジングに支持されている反応管と、反応管の内部に外面を有するスクリューコンベヤーと、スクリューコンベヤーを回転させる駆動装置と、反応管の内部を、燃焼室の外部の領域に連通する導管と、導管と連通し、干渉抵抗性、拡散抵抗性の元素イオウを生成する手段と、熱を燃焼室へ供給する熱源と、を具えている反応器。
【請求項８】間接式加熱炉の反応器であって、燃焼室、固体物質供給室及び生成物排出室を構成する炉ハウジングと、内部と外部を有する反応管であって、先端は固体物質供給室に隣接して該供給
室に管の内部を連通し、基端は生成物排出室に隣接して該排出室に管の内部を連
通しており、燃焼室内を管の外部に対して気密にシールするために、先端と基端
が炉ハウジングに支持されている反応管と、反応管の内部に外面を有し、熱伝導率が１８３２^OＦの温度で２５ＢＴＵ/ｈｒ
・^OＦ・ｆｔ²/インチよりも小さい耐熱材料から作られているスクリューコンベヤ
ーと、スクリューコンベヤーを回転させる駆動装置と、反応管の内部を、燃焼室の外部の領域に連通する導管と、導管に連通し、干渉抵抗性、拡散抵抗性の元素イオウを生成する手段と、熱を燃焼室へ供給する熱源と、を具えている反応器。
【請求項９】反応管は、純度約９９.７％以上のアルミナからなる請求項
８の反応器。
【請求項１０】スクリューコンベヤーはムライトからなる請求項９の反応
器。
【請求項１１】スクリューコンベヤーの少なくとも１螺旋の羽根は、固体
物質供給室と生成物排出室の中に位置している請求項２の反応器。
【請求項１２】固体反応物質から固体生成物を作る方法であって、反応管は、耐火材から作られ、先端が固体物質供給室に隣接して該供給室に管
の内部を連通し、基端が生成物排出室に隣接して該排出室に管の内部を連通して
おり、燃焼室内を管の外面に対して気密にシールするために、先端と基端が炉ハ
ウジングに支持されており、該反応管を配備し、反応管の先端と基端との間を支持する少なくとも１つの反応管支持体を配備し
、管の内部の中で、鉱石、金属ハロゲン化物、金属炭化物、金属炭酸塩、金属酸
化物、金属リン酸塩、金属硫化物及び金属硫酸塩からなる群から選択される固体
反応物質を通過させ、管の内部に配備されたスクリューコンベヤーを回転させることにより、管の内
部の中で固体反応物質を移動させ、管の外面を、固体反応物質の反応に必要な温度まで加熱し、固体反応物質が管
の中を通過する間に、固体生成物を生成することを含んでいる方法。
【請求項１３】固体反応物質は石灰石であり、固体生成物は石灰である請
求項１２の方法。
【請求項１４】石膏から固体生成物を作る方法であって、反応管は、先端が固体物質供給室に隣接して該供給室に管の内部を連通し、基
端が生成物排出室に隣接して該排出室に管の内部を連通しており、燃焼室内を管
の外面に対して気密にシールするために、先端と基端が炉ハウジングに支持され
ており、該反応管の内部領域にＣａＳＯ₄を通過させ、管の内部に配備されたスクリューコンベヤーを回転させることにより、管の内
部の中でＣａＳＯ₄を移動させ、反応管の外面を、約１８３２^OＦ以上の温度まで加熱し、ＣａＳＯ₄が管の中を
通過する間、干渉抵抗性、拡散抵抗性の元素イオウガスを、管の内部へ供給する
ことを含んでいる方法。
【請求項１５】管の外部は約２１５０^OＦ以上の温度まで加熱される請求
項１３の方法。
【請求項１６】耐火材の熱伝導率は、１８３２^OＦの温度で約３８ＢＴＵ/
ｈｒ・^OＦ・ｆｔ²/インチ以上である請求項１２の方法。
【請求項１７】間接式加熱炉の反応器であって、燃焼室、固体物質供給室及び生成物排出室を構成する炉ハウジングと、互いに間隔をあけて配備され、各々が内部と外部を有する複数の反応管であっ
て、先端は固体物質供給室に隣接して該供給室に管の内部を連通し、基端が生成
物排出室に隣接して該排出室に管の内部を連通しており、燃焼室内を管の外部に
対して気密にシールするために、先端と基端が炉ハウジングに支持され、セラミ
ック耐火材から構築されている反応管と、反応管の先端と基端との間で、各反応管を支持する少なくとも１つの反応管支
持体と、反応管の内部に外面を有し、反応管の各々に対するスクリューコンベヤーと、反応管の各々に設けられ、スクリューコンベヤーを回転させる駆動装置と、熱を燃焼室へ供給する熱源と、を具えている反応器。
【請求項１８】間接加熱式で、全てがセラミックからなる炉の反応器であ
って、燃焼室、固体物質供給室及び生成物排出室を構成する炉ハウジングと、互いに間隔をあけて配備され、各々が内部と外部を有する複数の反応管であっ
て、先端は固体物質供給室に隣接して該供給室に管の内部を連通し、基端が生成
物排出室に隣接して該排出室に管の内部を連通する反応管であって、燃焼室内を
管の外部に対して気密にシールするために、先端と基端が炉ハウジングに支持さ
れ、熱伝導率が１８３２^OＦの温度で約３８ＢＴＵ/ｈｒ・^OＦ・ｆｔ²/インチ以上
の耐火材から構築されている反応管と、反応管の先端と基端との間で、各反応管を支持する少なくとも１つの反応管支
持体と、反応管の内部に外面を有し、反応管の各々に対するスクリューコンベヤーと、反応管の各々に設けられ、スクリューコンベヤーを回転させる駆動装置と、熱を燃焼室へ供給する熱源と、を具えている反応器。
【請求項１９】スクリューコンベヤーの外部は、熱伝導率が１８３２^OＦ
の温度で２５ＢＴＵ/ｈｒ・^OＦ・ｆｔ²/インチよりも小さい第２耐熱材料から作ら
れている請求項１８の反応器
【請求項２０】反応管はランク配列である請求項１８の反応器。
【請求項２１】反応管はファイル配列である請求項１８の反応器。
【請求項２２】反応管は、ランク配列とファイル配列の組合せである請求
項１８の反応器。
【請求項２３】反応管は千鳥形配列である請求項１８の反応器。
【請求項２４】固体反応物質から固体生成物を作る方法であって、反応管は、耐火セラミック材から作られ、先端は固体物質供給室に隣接して該
供給室に管の内部を連通し、基端は生成物排出室に隣接して該排出室に管の内部
を連通しており、燃焼室内を管の外面に対して気密にシールするために、先端と
基端が炉ハウジングに支持されており、該反応管を互いに間隔をあけて配備し、反応管の各々に対して、反応管の先端と基端との間を支持する少なくとも１つ
の反応管支持体を配備し、反応管の内部の中で固体反応物質を通過させ、反応管の内部に配備されたスクリューコンベヤーを回転させることにより、管
の内部の中で固体反応物質を移動させ、各反応管の外面を、固体反応物質の反応に必要な温度まで加熱し、固体反応物
質が各管の中を通過する間に、固体生成物を生成することを含んでいる方法。