KR920001099B1 - 회전 튜브형 화로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

회전 튜브형 화로

제1도는 회전 튜브의 종단면도.

제2도는 회전 튜브의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제품 충전 호퍼 5 : 나선

6 : 내부 중앙 튜브 7 : 밀봉탑

8 : 상승 블레이드 9 : 외부 회전 튜브형 화로

본 발명은 가스-고체 반응을 실시하기 위한 회전 튜브형 화로에 관한 것으로, 고체와 가스의 입구 및 출구 노선에 사용되는 적재 및 제거 장치를 구비한 내부 배플을 갖는 간접 가열식 회전 반응 튜브를 구비한 것에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 회전 튜브형 화로의 용도에 관한 것이다.

회전 튜브형 화로는 가스와 유동성이며 비점착성인 고체 물질 사이에서 여러 반응을 실시하는데 사용되고 있다. 간접 가열식 회전 튜브형 화로는 연도 가스량과 연도 가스 형식에 관계없이 가스의 유도와 가스의 혼합이 회전 튜브 내에서 요구되는 공정에 특별히 사용되고 있다.

상기 형식의 간접 가열식 회로는 전기식 가열요소나 또는 버너를 설치할 수 있다. 오일 또는 가스 가열 화로에서도 외부 가열에 의해 연도 가스 형식과 연도 가스량에 관계없이 회전 튜브 내에서 가스의 유도와 가스의 혼합을 수행한다. 바람직한 온도 분포는 분리되어 제어가능한 가열영역의 수단에 의해 설정된다.

상기 형식의 회전 튜브형 화로가 가스 밀봉 방법으로 조작되기 때문에 회전 튜브형 화로는 증가된 가스 압력하에서 조작될 것이다. 상기 이유에 의해 회전 튜브형 화로는 대기의 산소가 완전히 제거된 반응으로부터 바람직한 가스 대기압하에서 반응을 실시하는데 양호하게 사용되고 있다. 상기 형식의 회전 튜브형 화로는 약간의 가연성 가스와 세밀하게 분리된 발화 분말과 마찬가지로 공기와 같이 형성된 매우 위험한 폭발성 혼합물의 반응에 특히 양호하다.

회전 튜브형 화로의 장점은 반응이 이동식 베드에서 연속으로 실시되는데 있다. 그러나 회전 튜브형 화로는 반응물이 조작 과정중에 화로를 통과할때 횡방향과 종방향에서 서로 혼합된다는 단점이 있다. 따라서, 각 입자는 각 영역에서 변하는 체재시간에 따른 다른 반응 상태를 겪게 된다.

반응중에 고체의 성질이 변하기 때문에, 각 입자의 평균 채재시간을 미리 계산하기가 어렵다. 평균 체재시간은 시행착오 예를들면 도핑에 의해서만 결정될 수 있다. 상기 상황하에서 비교적 광범위한 체재시간의 범위가 일반적으로 얻어진다. 상기 시간의 범위는 각 입자를 위한 처리기간을 변화시키며, 상기 차이는 민감한 제품의 특질을 실제로 손상시키게 한다.

본 발명은 가스와 고체물질이 최상으로 접촉하는 동안에 가능한 제재범위를 좁게할 수 있는 회전 튜브형 화로를 제공하는 것이다.

체재주기의 더 좁은 범위를 얻기 위한 방법이 이미 공지되어 있다. 따라서 제품의 운송을 제한하는 화로의 벽에 단단히 연결된 나선을 설치하는 것이 현재 공지되어 있다. 또한 가스와 고체사이를 양호하게 접촉시키는 방법도 공지되어 있다. 예를들면, 나선스트립 또는 상승 블레이드는 제품을 상승시키고 가스의 유동에 대해 횡방향으로 낙하하도록 설치되어 있다.

특허 DE-A 제3,025,716호에 공지된 장치는 가스와 고체물질 사이의 개량된 접촉과 가스가 통과하고 나선형으로 한정된 운송통로에 의한 일정 체재시간을 제공하고 있다. 간접 가열식 회전 나선형 반응 튜브의 단점은 고체의 공급이 어렵고 정상적인 실시에서 나선 튜브의 회전이 간헐적으로 끊어지는 것이다. 또다른 단점은 반응가스가 산개한 물질위를 통과하기 때문에 고도의 가스 유용성을 달성할 수 없다는 것이다.

상기 단점을 발생시키지 않고 매우 양호한 상기 요구 사항에 일치하는 회전 튜브형 화로를 제조하는 것이 가능하다.

가스-고체 반응을 실시하기 위한 본 발명에 따른 회전 튜브형 화로는 고체 및 가스의 입구 및 출구 노선을 위해 적재 및 제거장치를 구비한 내부 배플을 갖는 간접 가열식 회전 반응 튜브를 구비하며, 상기 배플은 양측면이 밀봉되고 화로의 총 길이를 따라 연장되어 있는 중앙 튜브와 중앙 튜브뿐만 아니라 외부 회전 튜브에도 단단히 연결된 나선으로 구성된 것을 특징으로 하고 있다.

상기 형식의 회전 튜브형 화로에서 운송이 제한되어 있으므로 밀봉된 나선에 의해 후부에서 혼합이 일어나지 않는다. 상기 실시예는 각 입자의 체재시간 범위를 좁게 하며, 따라서 고체 물질의 입자는 동일한 상태에 놓여 동일한 성질을 가지게 된다.

본 발명의 양호한 실시예에 의해 외부 회전 튜브의 내부 주변은 추가적으로 상승 블레이드를 구비하고 있다. 상기 상승 블레이드는 필요한만큼 회전 튜브형 화로에서 대체로 균일한 분포로 배열되어 있다.

튜브형 화로는 최고의 반응을 실시하기 위해 가스 밀봉식으로 밀봉되어 있다.

회전 튜브형 화로내에 포함되어 있고, 상승 블레이드를 가진 밀봉 나선으로써 후술하는 상기 배플은 중앙 튜브 주위에서 나선식으로 이동되는 반응가스가 고체에 역류 방향으로 안내된다면 특히 효율적이다. 고체에 적재된 가스의 체적은 중앙 튜브와 상승 블레이드 사이의 자유 영역에서 각 나선실에 제공되며, 가스의 체적은 상향으로 이동하는 상승 블레이드로부터 방출되는 일군의 제품에 의해 만들어진다. 가스와 고체가 역류로 안내될때, 상기 영역은 역학적으로 지지된 유동 기둥과 비교될 것이다. 회전 튜브의 길이에 의한 총 회전수는 직렬로 연결된 총 유동 기둥수에 일치한다.

상기 회전 튜브는 다단계 유동(베드) 반응로가 가스의 격렬한 접촉때문에 나선의 자유 공간에서 가능한 균일하게 고체를 적재한다고 간주되고 있다. 상승 블레이드는 마찰각과 제품의 유출성에 의존하여 적절하고 확고하게 배열되어 있다. 따라서, 상대적으로 높은 압력차이는 튜브를 조작할때 가스의 입구점과 출구점 사이에서 발생된다. 고체 물질이 가스를 통하여 양호하게 분포되어 있으면, 유동 기둥에 의한 압력 강하는 정지하여 산개한 물질이 유동하는 굴곡통로에 의한 압력강하보다 크다.

상승 블레이드의 높이(제2도의 h)는 상승 블레이드에서 낙하하는 고체의 잔여물이 내부의 중앙 튜브와 접촉하지 않도록 계산하는 것이 유리하다. 상기 실시예는 한 나선실에서 다른 나선실로 제품을 혼합하지 않게 한다.

본 발명에 의한 회전 튜브형 화로의 장점은 가스와 고체의 접촉을 개선함으로써 역류 방향으로 안내될 때 반응되는 가스를 더 많이 사용하게 하는 것이다.

고체물질 입자의 체재시간 범위는 동시에 좁아진다. 광범위한 지역에서 속도에 의해서만 영향을 받고 화로의 적재량과 경사도에는 영향을 받지 않으므로 체재시간을 간단하게 제어할 수 있다. 회전 튜브의 충전도는 적재량에 의존하고 속도와 화로의 경사도에는 영향을 적게 받기 때문에 매우 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명에 의한 회전 튜브형 화로의 용량은 제품의 질을 저하시킴이 없이 종래 공정에 비하여 실제로 증가될 것이다. 여러 경우에 제품 특성이 개선될 것이다. 화로의 요구 온도는 동일한 시간이나 또는 짧은 체재시간에 항상 낮아지는데, 이는 가열 에너지를 절감하고 열에 민감한 물질을 위한 재료의 성질을 개선시킨다. 제품의 질에 의한 입자 범위의 영향이 현저하게 감소되며 따라서 제품의 동질성이 달성된다.

본 발명에 의한 회전 튜브형 화로는 가스가 유동적이고 비점착성인 고체 물질과 같이 반응하는 반응 공정을 위해 여러 분야에서 통상적으로 사용되고 연속으로 실시될 것이다. 또한 회전 튜브형 화로는 여러 온도 하에서 가열 또는 냉각 조작 또는 어닐링과 같은 열처리에 기본적으로 사용될 것이다. 가스에서 고체로 전달되는 열전달과 같이 처리되는 물질이 화학반응이나 또는 물리적 공정으로 일어나는 것은 중요하지 않다.

본 발명의 다른 목적은 회전 튜브형 화로를 여러 공정에 사용하는데 있다. 예를 들면, 본 발명에 의한 회전 튜브형 화로는 산화공정, 환원공정, 염소 처리 공정, 야금공정, 분해공정, 촉매공정, 어닐링 또는 냉각공정에 사용된다. 본 발명의 양호한 목적은 환원 가스와 같이 비교적 고등급의 산화물을 환원시켜 세밀하게 분리된 금속 또는 금속 산화물을 생산하기 위해, 특히 산화와 금속성 철의 감응도로 자석기록을 할 목적으로 세밀하게 분리된 철 산화물을 생산하기 위해 회전 튜브형 화로를 사용하는데 있다.

본 발명에 의한 용도의 장점은 제품이 세밀하게 분리된 성질때문에 열처리하는 동안에 용이하게 침전하며 질적으로 고등급인 제품의 자성자료가 좁은 입자 범위에 의해 실제로 동일한 시간에서 조절되기 때문에 자성기록 물질에 특히 효과적인 것이다.

또한 텅스텐, 구리 또는 니켈같은 금속을 생산하는데 본 발명에 의한 회전 튜브형 화로로 양호하게 실행할 수 있다. 또한 예를들어 본 발명의 형식에 의한 회로는 혼합상 색소와 활성탄소와 세라믹 고체를 생산할 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 튜브형 화로를 상세히 기술하기로 한다.

제1도에서, 고체는 제품 충전 호퍼(1)에 의해 회전 튜브내로 도입된다. 그런후 고체는 외부 회전 튜브(9)와 내부 중앙 튜브(6) 사이에 단단히 고정된 나선(5)을 통해 회전 튜브의 속도에 따라 지시된 방향으로 통과하게 된다. 처리된 제품은 회전 튜브로부터 화살표(2)로 빠져나온다. 그와 반대로 반응가스 또는 공정가스는 화살표(3)를 따라 회전 튜브에 공급된다. 가스가 나선에 대응하는 나선형 방법에 따라 고체물질을 향해 유동하기 때문에, 내부 중앙 튜브(6)는 양단부에 밀봉탑(7)을 구비하고 있다. 가스는 회전반응 튜브의 외부로 화살표(4)를 따라 빠져나온다.

제2도의 단면도는 외부 회전 튜브형 화로(9)의 내부 주변에 걸쳐 일정한 방법으로 배열된 상승 블레이드(8)상에 고체 부분이 산개한 상태로 놓여있는 것을 도식적으로 도시하고 있다. 화살표(10)는 블레이드(8)에서 낙하하는 일군의 제품을 향해 나아가는 가스의 유동 회전 방향을 도시하며, 화살표(11)는 반응 튜브의 회전 방향을 도시하고 있다.

배플(baffle)의 치수는 제공되는 유동량과, 물질 요구비 및, 제품에 특정한 반응성분의 성질에 의존한다. 입도와, 입자 분포와, 마찰각 및 고체물질의 밀도는 가스의 점성과 밀도와 같이 중요한 기준이 되며 유동층 공학에도 중요하다.

회전 튜브의 직경 및 길이와, 나선의 피치와, 중앙 튜브의 직경 및 상승 블레이드의 갯수와 형태와 높이와 배열 등이 정해지면 조작 가동에 영향을 끼칠 가능성이 충분히 있다. 매개변수로는 적재량, 온도분포, 회전 튜브의 회전수, 가스량, 비활성 가스의 비율 및 가스와 고체의 출구 온도 등이 있다.

속도는 물질이 충분하게 상승하는 방법에 따라 선택되어야 한다. 속도가 너무 느리면 산개한 물질은 상승 블레이드에 너무 오랫동안 머물게 된다. 주어진 반응로의 길이와 정상속도에서 체재시간이 완전한 변환에 충분하지 못하면, 제품의 통로시간의 길이를 결정하는 양 회전 방향에서 선택적으로 회전 튜브를 조작하는 것이 유용하다. 동일한 속도에서는 본 발명에 의한 수치를 사용하여 더 긴 체재시간을 얻는다. 상승 블레이드의 배열은 본 발명의 특별한 방법에서는 장점이 되지 못한다.

회전 튜브의 충전도는 제품이 상승 블레이드에 방사되지 않는 방법으로 매우 양호하게 놓여진다.

본 발명에 의한 회전 튜브형 화로의 용도는 실시예에 따라 본 발명의 기술 사상을 벗어남이 없이 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

적철광에서 수소 환원으로 자철광생산 α-FeOOH(침철광)을 탈수시켜 얻은 0.5 내지 2m의 입도와 29㎡/g의 비표면을 가진 침정형 α-Fe₂O₃(적철광)은 저장소로부터 컨베이어 벨트 웨이어를 경유하여 회전 튜브형 화로안으로 연속적으로 들어간다. 간접적으로 가열된 가스 밀폐식 회전 튜브는 내경 30cm와 2m의 가열 스트레치를 가지며, 스트레치는 3개로 분리된 제어식 영역으로 나누어져 있다. 내부 배플은 43회선을 가진 밀봉된 나선을 구비하고 있다. 나선실에서 25°의 각도로 16개가 확고하게 배열된 상승 블레이드는 주변을 따라 일정하게 배열되어 있다. 상승 블레이드의 높이는 35mm이다. 중앙 튜브의 직경은 76mm이다. 상기 채널의 길이는 약 25m이다.

2r.p.m의 설정 속도에서 약 20분의 체재시간이 유지된다. 고체의 통로 방향에서 1차 영역의 온도는 420℃로 유지되며, 2차 및 3차 영역의 온도는 440℃로 유지되어 있다. 24kg/h의 적철광의 적재량에서 충전도는 11.5%이다. 역류 방향으로 공급되는 수소량은 3N㎥/h이다. 또한 1N㎥/h의 증기가 추가적으로 공급된다. 0.75N㎥/h의 질소가 적재되면 화로의 탑을 밀봉하는데 도움이 된다. 이동하는 회전 튜브에서 압력 강하는 10mm 수주이며, 정지된 회전 튜브에서 압력 강하는 4mm 수주이다.

30%의 FeO 함유량을 가진 약 23kg/h의 자철광은 연속적으로 화로의 출구에서 얻어진다. 제품이 체적당 6.5%의 산소를 가진 대기중의 질소하에서 100℃로 처리된 후에, FeO 함유량은 25 내지 27%까지 감소한다. 안정화된 침정형 자철광은 비표면 28㎡/g을 가진다. 3000Oe의 자장에서 측정된 방향성(평방근비)은 0.90이다. 항자력은 450Oe이다. 따라서 얻어지는 제품은 자기 기록 물질로써 사용하는데 대단히 적합하다.

동일한 치수를 가지나 내부 배플로써 나선 스트립만을 가지는 회전 튜브에서 실시한 실험을 비교하면 동일한 온도와 동일한 수소 생산량에서 적철광의 무게량은 절반으로만 감소될 수 있다. 덧붙여, 실시에 의해 안정화된 자철광의 비표면은 상대적으로 낮은 0.85의 방향성에서 24㎡/g이었다.

[실시예 2]

수소의 첨철광 환원에 의한 금속성 철 입자의 생산, α-FeOOH(침철광)은 실시예 1에서 기술한 회전 튜브내에 2kg/h의 양을 적재한다. 공급되는 물질의 입도는 0.5 내지 2mm에 속한다. 비표면은 56㎡/g이다. 4%의 기울기와 2r.p.m에서 회전하는 반응 튜브의 온도는 3개의 가열 영역에서 약 430℃로 고정되어 있다. 역류 방향에서 공급되는 수소량은 15N㎥/h이다. 2N㎥/h의 질소가 추가적으로 화로의 탑을 거쳐 도입된다. 98.5%의 금속 함유량을 가진 발화철은 시간당 1.25kg으로 얻어진다. 침정형 철의 비표면은 20㎡/g이며, 항자력은 1100Oe이다. 상기 제품은 자기테이프에 합체되면 특히 적합하다.

상기 설명과 실시예는 본 발명에만 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 정신과 기술 사상을 벗어남이 없이 실시예에 따라 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

Claims (4)

1. 가스-고체 반응을 실시하기 위한 회전 튜브형 화로에 있어서, 회전 가능하며 내부면을 갖는 간접 가열식 외부 반응 튜브(9)와, 상기 외부 반응 튜브(9)의 한 단부에 배치되어서 상기 외부 반응 튜브(9)와 연통하는 충전 호퍼(1)와, 상기 충전 호퍼(1)가 배치된 단부에 대향하는 상기 외부 반응 튜브(9)의 다른 단부에 배치되어서 상기 외부 반응 튜브(9)와 연통하는 가스 입구(3)와, 외부 반응 튜브(9)의 충전 호퍼(1)와 동일 단부에 배치되어서 상기 외부 반응 튜브(9)와 연통하는 가스 출구(4)와, 외부 반응 튜브(9)의 가스 출구(3)와 동일 단부에 배치되어서 상기 외부 반응 튜브(9)와 연통하는 제품 출구(2)와, 상기 외부 반응 튜브(9)내에 배치되어서 회로의 전체 길이를 따라 이동하며 양 단부가 밀봉탑으로 덮여진 중심 튜브(6)와, 복수회 감겨져 있으며 중심 튜브(6)와 외부 반응 튜브(9)의 내부면 사이에 단단하게 고정되어 있으며 상기 감김사이에 복수개의 채널이 형성된 나선(5) 및, 인접 감김사이에서 외부 반응 튜브(9)의 내부면으로부터 연장되어져 있으며 외부 반응 튜브(9)의 내부면에 대한 마찰각을 갖는 복수개의 종방향 상승 블레이드(8)를 포함하며, 상기 상승 블레이드(8)의 높이는 상승 블레이드(8)로 부터 떨어지는 고체가 중심 튜브(6)와 접촉하지 않도록 되어 있고, 상기 가스 입구(3)와 제품 출구(2)는 상기 호퍼(1)에 대향하는 중심 튜브(6)의 밀봉탑 단부로부터 일정거리에 배치되어서 나선 배플(5)을 포함하는 중공실내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 튜브형 화로.
2. 제1항에 있어서, 상승 블레이드(8)는 적극적인 방법으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 튜브형 화로.
3. 제1항에 있어서, 상승 블레이드(8)는 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 튜브형 화로.
4. 제1항에 있어서, 반응 튜브(9)는 가스 밀봉 방법으로 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 튜브형 화로.

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