PL189547B1 - Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim i sposób wytwarzania produktu stałego ze stałego substratu reakcji - Google Patents

Abstract

12. Sposób wytwarzania produktu stalego ze stalego substratu reakcji, znam ienny tym, ze za- pewnia sie rure reakcyjna wykonana z materialu zaroodpornego, posiadajacej oddalony koniec sa- siadujacy i zapewniajacy lacznosc rury ze zbiorni- kiem zasilajacym materialu stalego, oraz bliski koniec sasiadujacy 1 zapewniajacy lacznosc rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, przy czym bliski 1 oddalony koniec sa utrzymywane przez obudowe pieca w taki sposób, ze rura w komorze spalania jest uszczelniona wzgledem gazu, zapew- nia sie przynajmniej jeden wspornik rury reakcyj- nej pomiedzy oddalonym koncem rury reakcyjnej 1 bliskim koncem rury reakcyjnej, a staly substrat reakcji wprowadza sie do rury, przy czym staly substrat reakcji wybiera sie z grupy zawierajacej rudy mineralne, halogenki metali, wegliki metali, weglany metali, tlenki metali, fosforany metali, siarczki metali i siarczany metali, oraz przenosi sie stalego substratu reakcji przez rure w wyniku obra- cania przenosnika srubowego wewnatrz rury 1 ogrzewa sie rure do temperatury wymaganej do reakcji stalego substratu reakcji w celu wytworze- nia produktu stalego w czasie przechodzenia stale- go substratu reakcji przez rure. F ig . 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim i sposób wytwarzania produktu stałego ze stałego substratu reakcji.

Niniejszy dokument jest po części kontynuacją wcześniejszego, jednocześnie będącego przedmiotem postępowania zgłoszenia patentowego US 08/308 658 złożonego września 1994 r.

Przedmiotem niniejszego wynalazku są reaktory pirochemiczne z wypalaniem pośrednim i sposoby przeprowadzania reakcji chemicznych w takich urządzeniach.

Wiele korzystnych procesów chemicznych, wykorzystujących ogrzewanie substancji stałych do wysokich temperatur w celu wywołania przemian chemicznych, wymaga doprowa189 547 dzama dużych ilości energii do realizacji oczekiwanych reakcji chemicznych. Gdy temperatury wymagane dla przeprowadzenia reakcji są wyższe od limitów stosowanych dla zwykłych metali, takich jak stal węglowa czy stal nierdzewna, urządzenie potrzebne do realizacji procesu jest skomplikowane, a jego zdolności operacyjne są ograniczone własnościami stosowanych różnych materiałów. Do przykładów piroprocesów wymagających temperatur większych niż maksymalna temperatura robocza stali nierdzewnej, wynosząca 537,8 - 982,2°C (1000 1800°F), należy wytwarzanie cementu portlandzkiego, wytwarzanie wapna, prażenie i/lub redukcja rud metali oraz, jak opisano w opisie patentowym US 4 520 002, redukcja siarczanu wapniowego przy użyciu oparów pierwiastkowej siarki.

Niektóre z tych procesów, jak na przykład wytwarzanie wapna poprzez cieplną dekompozycję kamienia wapiennego (CaCO3 —> CaO + CO2), są znane i stosowane od wieków.

Zgodnie z pozycją „Chemistry and Technology of Lime and Limestone” („Chemia i technologia wapna i kamienia wapiennego” autorstwa Boyntona, Wiley - interscience, Nowy Jork, 1980, cieplna dekompozycja kamienia wapiennego w celu uzyskania „wapna palonego” (CaO) jest jednym z najdawniejszych procesów przemysłowych, stosowanym z pewnością juz w 350 roku p. n. e., kiedy to Zenophon napisał o rozbiciu statku niedaleko Marsylii przewożącego płótno i wapno „do wybielania płótna”. Można by uważać, że do dziś technologie na tyle dojrzały, ze ulepszenia mogą być tylko nieznaczne i przynoszące niewielkie zalety ekonomiczne. Przypuszczenie takie nie jest prawidłowe. Cytując Boyntona:

„Jest to prawdopodobnie najbardziej podstawowa i w rzeczywistości najprostsza ze wszystkich reakcji chemicznych”. Lecz chociaż jest ona teoretycznie prozaiczna (wielu wykwalifikowanych chemików nawet odnosi się do niej z pewną pogardą jako do zupełnie elementarnej), związanych jest z nią wiele złożonych problemów. Pomimo niezmiennych danych opisujących wypalanie, proces ten wciąż pozostaje do pewnego stopnia dziedziną, nauki, którą w pełni rozumieją jedynie doświadczeni palacze wapna. Liczne czynniki wpływające na reakcję wymagają stosowania metod prób i błędów dla uzyskania optymalnych własności oraz delikatnych (czasami impulsowych) modyfikacji wpływających na wydajność.

Oprócz wspomnianych chemicznych i fizycznych problemów, palacz wapna nie może uniknąć kompromisów przy wyborze oprzyrządowania dla procesu, ponieważ nie istnieje jedno najbardziej korzystne podejście we wszystkich zastosowaniach.

Zostało zastosowanych wiele udoskonaleń w wyposażeniu używanym do produkcji wapna i do innych operacji, w których przeprowadza się reakcje w materiałach stałych, a jednak nie istnieje jeden typ urządzenia, który byłby najbardziej odpowiedni dla większości piroprocesów. Przeciwnie - muszą być brane pod uwagę różne rodzaje urządzeń, z których każde posiada swe własne zalety i wady, w świetle rozważanej technologii i problemów specyficznych dla każdego zastosowania. Różne podejścia są odpowiednie dla tylko jednego zbioru warunków, w którym są najbardziej wydajne, natomiast w innych warunkach odpowiednie byłyby inne z rozwiązań. Stosowanie bardzo wysokich temperatur, jak w przypadku wcześniej wspomnianej redukcji siarki z siarczanu wapniowego, zwiększa wymagania, które nie są do spełnienia przez wszystkie dostępne urządzenia.

Urządzenia do piroprocesów mogą być sklasyfikowane według stanu złoża substancji stałej, mechanizmu transferu ciepła i sposobu realizacji kontaktu substancji stałej z gazem. McCormick, Lucas i Wells (1963: „Perry's Chemical Engineers' Handbook” („Podręcznik Perriego dla inżynierów chemików”), Perry, Chilton i Kirkpatrick, Nowy Jork, McGraw-Hill, 20-3) definiują cztery stany złóż substancji stałych: złoże „statyczne” (bez względnego ruchu pomiędzy cząstkami materiału stałego), „ruchome” (cząstki materiału stałego są wystarczająco rozdzielone, by mogły przemieszczać się względem siebie), „upłynnione” (materiał stały i gazy są zmieszane do postaci jednej fazy, która zachowuje się jak wrząca ciecz) oraz „rozcieńczone” (cząstki materiału stałego są tak dalece rozproszone, że wywierają na siebie nawzajem niewielki wpływ). Transfer ciepła może być określany jako „bezpośredni” (płomień, promieniowanie i/lub gazy spalinowe bezpośrednio w kontakcie z materiałem stałym) lub „pośredni” (inne rozwiązania). Kontakt pomiędzy substancją stałą i gazem jest uzyskiwany poprzez przeciwbieżny przepływ gazu, współbieżny przepływ gazu i/lub poprzeczny przepływ gazu.

189 547

Przeprowadzane na dużą skalę i w wysokich temperaturach reakcje pomiędzy gazem i materiałem stałym są w warunkach produkcji przemysłowej z reguły realizowane poprzez przesuwanie zbiorników ze złożem nazywanych piecami do wypalania, aczkolwiek w niektórych przypadkach mogą być również stosowane upłynnione złoża i/lub rozcieńczone fazy substancji stałych. Niektóre procesy mogą wykorzystywać pośrednie ogrzewanie, chociaż w większości realizowanych na dużą skalę piroprocesów stosuje się ogrzewanie bezpośrednie. Stosowane wyposażenie i sposoby są powszechnie dostępne z możliwością różnych trybów kontaktu strumienia gazu i materiału stałego. Jednakże, każde podejście posiada swe własne wady i zalety. Cytując Boyntona, do produkcji wapna współcześnie stosuje się wszystkie z następujących pieców do wypalania, a mianowicie piece pionowe i obrotowe.

Piece pionowe Tradycyjne piece typów walcowych, piece z ogrzewaniem pośrednim z wykorzystaniem gazu (gaz generatorowy), ogrzewane gazem wysokopojemnościowe palniki centralne i tym podobne, wysokopojemnościowe piece z mieszanym wsadem, piece regeneracyjne z równoległym przepływem, piece pierścieniowe.

Piece obrotowe. Piece typów tradycyjnych, nowoczesne piece wyposażone w chłodziarki, podgrzewacze, elementy wewnętrzne (wymienniki ciepła, zapory, urządzenia podnoszące). Piece z rozwiązaniami mieszanymi to piece fluidyzacyjne, piece z obrotowym paleniskiem z ruchomym rusztem (Calcimatic), kalcynator błyskowy, poziomy piers'cień (Hoffman). Boynton szczegółowo opisuje zasady, zalety i problemy dotyczące wytwarzania wapna w kalcynatorze każdego z typów. Podsumowując, pionowe piece do wypalania charakteryzują bardzo dużą wydajnością jeśli chodzi o zużycie energii, przy czym najwyższa wydajność (85% lub 3,52 J/kg (3,03 MMBTU na tonę) wapna) jest osiągana przez niemiecki piec do wypalania z mieszanym wsadem. Tym niemniej, piece pionowe mogą wykorzystywać kamień wapienny jedynie względnie dużych rozmiarów, co wymaga dłuższego czasu kalcynacji oraz/albo powstaje pewna część materiału, która nie poddała się reakcji („rdzeń”). Innym problemem jest gromadzenie się dużej ilości małych kamieni („odłamków”), które mogłyby zostać z korzyścią sprzedane. Pionowe piece są również zdecydowanie mniej elastyczne jeśli chodzi o rodzaj stosowanego do nich paliwa, ponieważ każdy musi być w mniejszym lub większym stopniu dostosowany do konkretnego rodzaju paliwa, które ma być spalane. Piece obrotowe charakteryzują się mniejszą wydajnością cieplną (około 33% lub 9,88 J/kg (8,50 MMBTU na tonę) wapna w piecach tradycyjnych, około 50% lub 6,86 J/kg (5,90 MMBTU na tonę) wapna w piecach posiadających wyposażenie do pełnego odzyskiwania ciepła), lecz mogą one stosować praktycznie każde paliwo oraz mogą przetwarzać mniejszy kamień wapienny 6,35 mm do około 63,5 mm (0,25 do około 2,5), co pozwala jednocześnie na zmniejszenie ilości materiału poddawanego obróbce i bardziej kompletną dysocjację. Jednakże, sortowanie wsadu do pieca jest konieczne dla prawidłowej pracy obrotowej, a wysoka jakość i jednorodność jest uzyskiwana dzięki bliskiemu dopasowaniu rozmiarów, przy czym konieczne jest zrównoważenie kosztu sortowania kamieni z kosztem uzyskania produktu. Piece z kategorii „mieszane” zostały zaprojektowane specjalnie do przetwarzania wybranych rozmiarów i rodzajów kamienia. Piec fluidyzacyjny produkowany przez Fuller Company wydajnie kalcynuje (około 5,81 J/kg (5,0 MMBTU na tonę) CaO) bardzo małe cząstki, przy czym wymaga on bardzo dokładnie sklasyfikowanego wsadu numerem sita od 8 do 65 (2,38 - 0,23 mm), który jest zbyt drogi w przypadku większości twardych kamieni wapiennych. Piec Calcimatic może przetwarzać bardzo duży zakres różnych typów kamienia dzięki możliwości precyzyjnej kontroli czasu kalcynacji i temperatury, przy czym jednakże zużycie paliwa jest stanowczo zbyt duże 7,37 J/kg (6,34 MMBTU na tonę). Kalcynacja błyskowa, w której paliwo jest spalane w fazie rozproszonej substancji stałej i gazu, jest odpowiednia do wydajnej dysocjacji drobnych cząstek kamienia wdBieimego (h - j ,01 j/ng ^vidiv na ιυηφ; ναν;, wtu piOuuyry maja gorszą jakość i muszą zostać albo uwodnione, albo poddane granulacji. Piec Hoffmana typu tunelowego został wynaleziony w 1865, oraz był coraz mniej stosowany aż do roku 1925 z powodu wymaganej dużej ilości pracy ręcznej.

Pionowe piece, zawierające setki modyfikacji, są najbardziej rozpowszechnionymi na świecie piecami do wypalania, chociaż piece obrotowe dostarczają ponad 88% przemysłowego wapna wyprodukowanego w USA. Odzwierciedla to prawdopodobnie fakt, że energia

189 547 w USA jest tańsza, a ponadto piece obrotowe wymagają zainwestowania mniejszego kapitału Można zaobserwować, ze z powodu zmieniających się warunków takich jak koszt energii, obostrzenia dotyczące ochrony środowiska i tym posobne, istnieje potrzeba dostarczenia w całości nowego wyposażenia dla przemysłu wapiennego nowej generacji.

Należy podkreślić, że wspomniany piec pionowy z wypalaniem pośrednim w tym sensie realizuje wypalanie pośrednie, ze paliwo jest spalane w zewnętrznej komorze zanim gorące gazy spalinowe zostaną wprowadzone do pieca. Żadna z omówionych metod wytwarzania wapna nie zapewnia wypalania pośredniego w tym sensie, ze gorące gazy spalinowe nie kontaktują się bezpośrednio z kamieniem wapiennym. Powoduje to, ze wszystkie z obecnie stosowanych komercyjnych rozwiązań w mniejszym lub większym stopniu powodują uwalnianie pyłów do otoczenia. Poza tym, próby odzyskiwania energii wysokich temperatur z takiego pieca stają się niesłychanie złożone, a może nawet bezsensowne z ekonomicznego punktu widzenia. Na przykład, użycie zapylonych gazów w bojlerach do kogeneracji energii elektrycznej zapewnia jedynie krótkie okresy współbieżności i/lub bardzo słaby (i podlegający dużym wahaniom) transfer ciepła, co powoduje, ze zainwestowany kapitał jak i koszty operacyjne nie spełniają kryteriów ekonomicznych.

Potencjalnie istnieje pewna ilość korzystnych zastosowań, dla których nie istnieje wyposażenie o satysfakcjonujących własnościach, a w związku z tym pożądane jest zaprojektowanie alternatywnych urządzeń wykorzystujących sposoby materiały lub techniki odpowiednie do przezwyciężenia lub wyeliminowania poszczególnych specyficznych problemów. Analiza problemów związanych z realizacją redukcji siarki z gipsu fosforowego w standardowych urządzeniach jest przykładem wad, które trzeba przezwyciężyć.

Gips fosforowy (dwuwodzian lub półwodzian siarczanu wapniowego) jest wytwarzany jako szkodliwy dla środowiska produkt odpadowy, który zawiera prawie całą bardzo dużą i kosztowną ilość siarki zużytej do wytwarzania nawozów z kwasów fosforowych. Ma on postać drobnych kryształów, które są skażone kwasami, jak również nie poddanymi reakcji skałami fosforanowymi wraz z zawartymi w nich nieczystościami.

Niewielka ilość zakończonych sukcesem komercyjnych prób likwidacji produktu odpadowego w postaci gipsu fosforowego poprzez przekształcenie go na użyteczne produkty stosuje proces Kuhne'a, który wykorzystuje węgiel (w postaci koksu lub węgla kopalnego) do redukcji części siarczanu wapnia do siarczku wapnia, po czym doprowadza się do reakcji powstałej mieszaniny z dodanymi glinami, krzemionkami i tym podobnymi, w celu wytworzenia cementu portlandzkiego i dwutlenku siarki. Pętla pozyskiwania siarki jest zamykana poprzez przetworzenie dwutlenku siarki na kwas siarkowy i wykorzystanie go do roztwarzania nieprzetworzonej skały fosforanowej, co jest części procesu produkcji nawozu.

Proces Kuhne'a jest technologicznie trudny i kosztowny do przeprowadzenia. Jego stosowanie jest ekonomicznie uzasadnione jedynie w warunkach, gdy siarka jest bardzo droga i/lub jej zapasy się kończą. Ponieważ koszty nawozu fosforowego są wliczone w cenę żywności, pożądane jest zaproponowanie tańszego sposobu recyklingu gipsu fosforowego jako odpadowego produktu ubocznego.

Opis patentowy Trautza nr 356414 i opis patentowy USA Homa nr 2 425 740 przedstawia, ze siarka równie dobrze jak węgiel może być zastosowana do redukcji siarczanu wapniowego w następującej sekwencji reakcji:

(1) CaS04 + S₂ -> CaS + 2SO₂ (2) 3CaS04 + CaS -> 4CaO + 4S0₂

Proces bazujący na tych reakcjach posiada pewne istotne zalety w porównaniu z procesami wykorzystującymi węgiel, tak jak proces Kuhne'a, ponieważ możliwe jest wytwarzanie mocniejszego produktu gazowego, wystarczająco bogatego (około 10% SO₂) do zastosowania w standardowych spalających siarkę przetwórniach kwasu siarkowego. Dzieje się tak, gdyż gaz wytworzony w pierwszej reakcji jest pożądanym produktem (SO2), a nie niepożądanym odpadem (CO2) Chociaż nie jest konieczne przetwarzanie odpadów gazowych w celu usunięcia CO2, wytwarzanie S02jako produktu gazowego ma duże zalety ekonomiczne, ponieważ wymagane jest znacznie mniejsze i tańsze wyposażenie dla danej przepustowości CaSOą. Mają miejsce również dodatkowe oszczędności, takie jak zmniejszone zużycie mocy.

189 547

Chociaż rozwiązanie Trautza jest znane w chemii od ponad 70 lat, a patent Horna zgłoszono 40 lat temu, nie są znane komercyjne realizacje procesu odzyskiwania siarki z gipsu fosforowego jako odpadowego produktu ubocznego na bazie reakcji redukcji siarczanu wapnia z siarki pierwiastkowej.

Trudności związane z utrzymywaniem kontaktu pomiędzy siarką, która w wymaganej temperaturze reakcji jest gazem, oraz stałym siarczanem wapniowym, tak by reakcja występowała w odpowiednim tempie w piecu lub innym naczyniu, są prawdopodobnie główną przyczyną zniechęcającą do rozwoju procesu odzyskiwania siarki na podstawie laboratoryjnej reakcji opisanej przez Trautza. Horn próbując zrealizować komercyjny proces na bazie tych reakcji stwierdził, ze jest wymagana minimalna temperatura równa 1316°C (2400°F) dla odpowiednich szybkości reakcji, oraz ze musi być wykorzystywana bardzo duża ilość powietrza. Opis Horna, który mówi o wymaganiach dotyczących temperatury, stwierdza, ze reakcja Trautza nie jest w praktyce możliwa do zastosowania w procesie komercyjnym, chyba że zostanie wynaleziony sposób na uzyskiwanie analogicznych przekształceń w niższych temperaturach.

Opis patentowy US 4 520 002 autorstwa Willisa opisuje sposób przygotowywania pierwiastkowej siarki jako spójnego, odpornego na dyfuzję gazu do całkowitej reakcji z substratami reakcji w wysokich temperaturach. Taki spójny, odporny na dyfuzję gaz siarkowy jest szczególnie odpowiedni do reagowania z siarczanem wapnia w piecu obrotowym. Opisano proces, w którym siarka reaguje z gipsem fosforowym zgodnie z zasadą Trautza w temperaturze przynajmniej około 1000°C (1832°F) i wyższej w standardowych poziomych piecach obrotowych, tak z wypalaniem pośrednim jak i bezpośrednim.

Chociaż proces opisany w opisie patentowym US 4 502 002 jest możliwy do zastosowania i ekonomicznie dopuszczalny, istnieją pewne problemy związane z użyciem gipsu fosforowego w piecach obrotowych. Odwodniony gips fosforowy, ogrzany do temperatury czerwonego zaru (około 649,5 - 750°C (1201 - 1382°F)) i wyższej, ma tendencję do przylegania do ścianek pieca i gromadzenia się w postaci kół, pierścieni i temu podobne. Chociaż powstałe nagromadzenie jest luźne (materiał może być uwolniony ze ścian poprzez niezbyt mocne uderzenie z zewnątrz w skorupę pieca), tym niemniej tworzy ono przeszkodę dla przepływu, która wpływa na stabilne dostarczanie substancji stałych do strefy reakcji przy odpowiedniej temperaturze, w wyniku czego zmniejsza się wydajność reakcji tych substancji stałych z siarką, nawet jeśli siarka została przygotowana w postaci odpornego na dyfuzję gazu zgodnie ze wspomnianym wcześniej patentem.

Piece obrotowe z wypalaniem pośrednim, a zwłaszcza te pracujące przy wysokich temperaturach, charakteryzują się względnie niską wydajnością energetyczną. Dzieje się tak przede wszystkim z powodu trzech następujących czynników, to jest konieczności zawieszenia pieca na łożyskach w celu umożliwiania obrotu stwarza konieczność brania pod uwagę ciężaru, co ogranicza ilość możliwych do zastosowania elementów murarskich. Ponadto gazy spalinowe mieszają się z produktami gazowymi reakcji, w związku z czym zwiększa się ilość gazu, który musi być poddany przetwarzaniu w następnych krokach. Jednocześnie pył, kwasy i inne zanieczyszczenia są zawierane w produkcie i gazach spalinowych, które opuszczają piec przy względnie wysokiej temperaturze, co wpływa na odzyskiwanie energii z bardzo dużej ilości gazów. Poza tym, obrotowe piece muszą posiadać uszczelki, które, zwłaszcza w dużych, podciśnieniowych piecach, nie są w pełni efektywne w zapobieganiu zasysania powietrza do strefy reakcji. Jeśli wyciek nie może być utrzymywany na minimalnym poziomie, siarka ulega zapaleniu po wyjściu z przewodu doprowadzającego, co prowadzi do zerwania spoistości przygotowanej siarki i rozproszenia jej w fazie gazowej. Chociaż produktem ubocznego spalania jest SO2 (produkt pożądany) oraz dodatkowa siarka może być dodana w celu kompensacji siarki spalonej, wydajność reakcji pomiędzy siarką i substancją stalą jest zmniejszona z powodu braku kontaktu w formie zagęszczonej

Niestety, proces redukcji siarczanu wapnia siarką nie stosuje się łatwo do innych typów standardowego wyposażenia do piroprocesingu. Ponieważ proces wymaga kontaktu pomiędzy substancją stalą i gazem (równanie 1: CaSO₄ (s)+ S2 (g) —> CaS (s)+ 2SO2 (g)) i jednocześnie kontaktu substancja stała - substancja stała (równanie 2: 3CaS0₄ (s) + CaS (s) — 4CaO (s) + 4SO2 (g)),

189 547 ani nieruchome złoża (cząstki nieruchome), ani nawet faza rozproszona (cząstki rozdzielone od siebie przestrzenią wypełnioną gazem), nie są odpowiednie dla tej reakcji.

Wyposażenie takiego typu mogłoby być stosowane do realizacji reakcji pomiędzy siarką i siarczanem wapnia, a następnie mieszanka mogłaby być wrzucana do obrotowego pieca w celu wykończenia. Byłoby to duże ulepszenie, ponieważ powstałby produkt SO2 o dużej mocy Jednakże, jeśli nie może być zastosowany piec z prawdziwie pośrednim wypalaniem (to znaczy taki, w którym gazy spalinowe nie kontaktują się z substancją stałą), opisywany proces w dalszym ciągu charakteryzowałby się względnie słabą wydajnością energetyczną występującą w piecach obrotowych z wypalaniem pośrednim.

Ujawniono pewne konstrukcje przeznaczone do instalacji w skali przemysłowej z wypalaniem pośrednim, które mogą poddawać obróbce materiał stały w umiarkowanie wysokich temperaturach. Należą do nich opis patentowy FR 332 600 (Ekenberg, 1903), opis patentowy US 4 084 521 (Herbold i inni, 1978), a także opis patentowy US 5 411 714 (Wu 1 Chen, 1995). Wszystkie one bazują na przenośnikach śrubowych wewnątrz metalowych (ze stali lub stali nierdzewnej) rur, które podgrzewane są zewnętrznie. Ta klasa urządzeń ograniczona jest przez maksymalne temperatury robocze tychże materiałów, która wynosi około 1000°C lub mniej.

Mogłoby wydawać się oczywiste, ze w celu uzyskania wyższych temperatur roboczych do tego rodzaju konstrukcji wprowadzone mogą zostać części ceramiczne. Jednakże na rynku nie są dostępne takie urządzenia, ani też nawet nie zostały one ujawnione Występuje w istocie tak wiele problemów technicznych, które musiałyby zostać rozwiązane w celu przemiany tych urządzeń na konstrukcje całoceramiczne, co wymagałoby znacznego wysiłku badawczego, przekonstruowania i modyfikacji ujawnionych rozwiązań. Do problemów takich należą: ograniczenia rozmiarów części ceramicznych, jakie mogą być wykonane przy zastosowaniu współczesnej technologii, ograniczenia dopuszczalnych naprężeń termicznych, ograniczenia dopuszczalnych naprężeń mechanicznych (wprowadzające potrzebę zastosowania pośredniej podpory rury), różnice rozszerzalności termicznych, przewodność cieplna ceramiki, potrzeba stworzenia ceramicznego przenośnika śrubowego o wielkości przemysłowej i tym podobne.

Poza tym, nie zostały ujawnione żadne takie odmiany dla tych konstrukcji ani żadne inne konstrukcje dużych pieców z wypalaniem pośrednim pracujących w wysokich temperaturach w atmosferach sprzyjających korozji, które są związane z realizowanym procesem. Chociaż wiadomo ze byłoby pożądane, nie wynaleziono jeszcze żadnego wyposażenia, które w sposób niezawodny i wydajny przeprowadzałoby redukcję siarkową gipsu fosforowego do tlenku wapnia i dwutlenku siarki.

Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rurę reakcyjną, której oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, a bliski koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu. Rura reakcyjna jest wytwarzana z ceramicznego materiału żaroodpornego, oraz ma przynajmniej jeden wspornik rury reakcyjnej pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, przenośnik śrubowy znajduje się wewnątrz rury, urządzenie napędowe do obracania przenośnika śrubowego, oraz posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

Reaktor zawiera ponadto przewód, który łączy wnętrze rury z obszarem na zewnątrz komory spalania.

Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, według alternatywnej postaci wynalazku charakteryzuje się tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rurę reakcyjną, której oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, a bliski koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, przy czym rura reakcyj10

189 547 na jest wytwarzana z ceramicznego materiału żaroodpornego, a wspomniany ceramiczny materiał żaroodporny ma przewodność cieplną równą co najmniej 5,7 wat-M⁴.^ (38 BTU/godzina· °F·stopa2/cap przy temperaturze 1000°C (1832 °F), oraz ma przynajmniej jeden wspornik rury reakcyjnej pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, ponadto przenośnik śrubowy posiadający zewnętrzną powierzchnię znajdującą się wewnątrz rury, urządzenie napędowe do obracania przenośnika śrubowego, oraz ma źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

Korzystnie przynajmniej jedna łopatka przenośnika śrubowego jest umieszczona w zbiorniku zasilającym materiału stałego i w zbiorniku produktu.

Zewnętrzna część przenośnika śrubowego jest wykonana z innego materiału o przewodności cieplnej mniejszej niż 3,605 wat-M-^C- (25 BTU/godzina-°F-stopa2/cal) przy temperaturze 1000°C (1832°F).

Korzystnie rura jest wykonana z korundu o czystości równej co najmniej około 99,5%.

Przenośnik śrubowy jest wykonany z mulitu.

Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, według innej postaci wynalazku charakteryzuje się tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, ceramiczną rurę reakcyjną, której oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, a bliski koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, przy czym bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, ze rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, a przenośnik śrubowy posiadający zewnętrzną, powierzchnię znajdującą się wewnątrz rury, oraz ma urządzenie napędowe do obracania przenośnika śrubowego, przewód, który łączy rurę z obszarem na zewnątrz komory spalania, zespół do generacji spoistej, odpornej na dyfuzję pierwiastkowej siarki, który pozostaje w łączności ze wspomnianym przewodem i posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, według kolejnej postaci wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rurę reakcyjną, której oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, a bliski koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, a przenośnik śrubowy znajduje się wewnątrz rury i jest wykonany z materiału żaroodpornego o przewodności cieplnej mniejszej niż 3,605 wat-M'¹-°(3¹ (25 BTU/godzina-°F-stopa2/cal) przy temperaturze 1000°C (1832°F), oraz ma urządzenie napędowe do obracania przenośnika śrubowego, przewód, który łączy rurę z obszarem na zewnątrz komory spalania, a zespół do generacji spoistej, odpornej na dyfuzję pierwiastkowej siarki, który pozostaje w łączności ze wspomnianym przewodem i posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

Rura reakcyjna jest wykonana z korundu o czystości równej co najmniej około 99,7%.

Przenośnik śrubowy jest wykonany z mulitu.

Sposób wytwarzania produktu stałego ze stałego substratu reakcji, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze zapewnia się rurę reakcyjną wykonaną z materiału żaroodpornego, posiadającej oddalony koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, przy czym bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, ze rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, zapewnia się przynajmniej jeden wspornik rury reakcyjnej pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, a stały substrat reakcji wprowadza się do rury, przy czym stały substrat reakcji wybiera się z grupy zawierającej rudy mineralne, halogenki metali, węgliki metali, węglany metali, tlenki metali, fosforany metali, siarczki metali i siarczany metali, oraz przenosi się stałego substratu reakcji przez rurę w wyniku obracania przenośnika śrubowego wewnątrz rury

189 547 i ogrzewa się rurę do temperatury wymaganej do reakcji stałego substratu reakcj i w celu wytworzenia produktu stałego w czasie przechodzenia stałego substratu reakcji przez rurę

Stafy substrat reakcji jest kamieniem wapiennym, a stałym produktem jest wapno

Sposób wytwarzania produktu stałego z gipsu, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze wprowadza się CaSO4 do rury reakcyjnej posiadającej oddalony koniec sąsiadujący i zapewniający łączność wnętrza rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, przy czym bliski i oddalony koniec utrzymuje się przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, ponadto przesuwa się CaSO4 przez rurę poprzez obracanie przenośnika śrubowego w rurze, doprowadza się do rury reakcyjnej spoistego, odpornego na dyfuzję gazu pierwiastkowej siarki przy jednoczesnym ogrzewaniu rury do przynajmniej 1000°C (1832°F)w czasie przeprowadzania CaSO4 przez rurę.

Zewnętrzna część jest ogrzewana do przynajmniej około 1176,7°C (2150°F).

Wspomniany materiał żaroodporny posiada przewodność cieplną równą co najmniej 5,7 wat-M' 1 °K'¹ (38 BTU/godzina.°F.stopa/cal) przy temperaturze 1000°C (1832°F).

Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rozstawione liczne rury reakcyjne, oddalony koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, przy czym rura reakcyjna jest wytwarzana z ceramicznego materiału żaroodpornego, a przynajmniej jeden wspornik dla każdej z rur reakcyjnych pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, zaś przenośnik śrubowy dla każdej z rur reakcyjnych znajduje się w rurze, oraz ma urządzenie napędowe dla każdej z rur do obracania przenośnika śrubowego i posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rozstawione liczne rury reakcyjne, których oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, przy czym rura reakcyjna jest wytwarzana z ceramicznego materiału żaroodpornego, a wspomniany żaroodporny materiał ceramiczny ma przewodność cieplną równą przynajmniej 5,7 wat-M⁴. °K‘ (38 BTU/godzma^F-stopaTcal) przy temperaturze 1000°C (1832°F), zaś przynajmniej jeden wspornik dla każdej z rur reakcyjnych umieszczony jest pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, a ponadto przenośnik śrubowy dla każdej z rur reakcyjnych znajduje się wewnątrz rury, oraz ma urządzenie napędowe dla każdej z rur do obracania przenośnika śrubowego i posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania

Przenośnik śrubowy jest wykonany z innego materiału o przewodności cieplnej mniejszej niż 3,605 watdar¹-°C‘¹ (25 BTU/godzina-°F-stopabcal) przy temperaturze 1000°C (1832°F).

Wspomniane rury są ustawione w rzędach.

Korzystnie wspomniane rury są ustawione w szeregach.

Korzystnie wspomniane rury są ustawione w kombinacji szeregów i rzędów.

Korzystnie wspomniane rury są ułożone przemiennie.

Sposób wytwarzania produktu stałego ze stałego substratu reakcji, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze zapewnia się rozstawione liczne rury reakcyjne wykonane z materiału żaroodpornego, z których każda posiada oddalony koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, przy czym bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, ze rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, oraz zapewnia się przynajmniej jeden wspornik dla

189 547 każdej rury reakcyjnej pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, a stały substrat reakcji wprowadza się do rury, przenosi się stały substrat reakcji przez rurę w wyniku obracania przenośnika śrubowego wewnątrz rury, ogrzewa się rury do temperatury wymaganej do reakcji stałego substratu reakcji w celu wytworzenia produktu stałego w czasie przechodzenia stałego substratu reakcji przez każdą z rur.

Wynalazek dostarcza efektywny i wydajny w produkcji na dużą skalę reaktor z wypalaniem pośrednim, który pracuje przy wysokich temperaturach. Reaktor ten posiada urządzenie do przesuwania stałych substratów reakcji we względnie gorącej strefie reakcji oraz zapewnia powstawanie względnie stałej atmosfery w której występują reakcje.

Piec-reaktor z wypalaniem pośrednim według wynalazku wykorzystuje stacjonarną rurę, przeznaczony jest do piroprocesingu gazu (substancji stałych lub substancji stałych) substancji stałych i wykorzystuje odporne na wysoką temperaturę przenośniki przenoszące substancję stałą przez stacjonarną rurę. Z wyjątkiem zewnętrznej stalowej obudowy, urządzenie jest w całości wykonane z części niemetalowych. Urządzenie to może mieć duże rozmiary wymagane do zastosowań komercyjnych, może wykorzystywać przeciwbieżny lub współbieżny przepływ gazu wraz, lub bez, z przepływem poprzecznym, oraz może być w stanie pracować w temperaturach przekraczających 1648,9°C (3000°F). Rozwiązanie w postaci stacjonarnej rury pozwala na dogodny i precyzyjny dostęp do wprowadzania gazu do stref reakcji w dowolnym punkcie wzdłuż rury. Ściany stacjonarnego pieca, których grubość izolująca nie jest ograniczana przez wymogi dotyczące wagi, wraz z możliwością odzyskiwania ciepła z czystych gazów wyjściowych, umożliwiają bardzo dużą wydajność energetyczną przy wykorzystaniu nowoczesnego wyposażenia do generacji pary.

Dzięki piecowi-reaktorowi do piroprocesingu według niniejszego wynalazku możliwe jest czyste przetwarzanie różnych substratów stałych w temperaturach przekraczających około 982,2°C (1800°F) w sposób ekonomiczny. Do przykładów substratów stałych można zaliczyć: rudy mineralne takie jak anataz, boksyt, boraks, kalcyt, chalkopiryt, chromit, hematyt i inne, halogenki metali takie jak bromek wapnia, chlorek wapnia, fluorek wapnia, jodek wapnia oraz podobne halogenki żelazowe, żelazawe, potasowe lub sodowe, węgliki metali i węglany metali takie jak węglan wapnia i tym podobne, tlenki metali takie jak chromit, fosforany metali takie jak fosforan wapnia, siarczki metali i siarczany metali takie jak siarczan wapnia i tym podobne. Ponadto, w piecu według niniejszego wynalazku możliwe jest przetwarzanie substratów stałych w temperaturach 1800°F i wyższych w obecności ośrodka gazów korozyjnych lub innych cieczy, które to warunki mogą być wytrzymywane jedynie przez części ceramiczne, które kontaktują się ze wspomnianymi substratami stałymi reakcji i gazami lub cieczami korozyjnymi.

Przy zastosowaniu niniejszego wynalazku niektóre operacje piroprocesingu, które obecnie są wykonywane w piecach obrotowych z wypalaniem bezpośrednim, na przykład w piecach do produkcji wapna, mogą być bardziej ekonomicznie przeprowadzane dzięki oszczędności energii i innym korzyściom płynącym z zastosowania reaktora według wynalazku. Inne procesy, które obecnie nie nadają się do realizacji, takie jak redukcja siarki z gipsu fosforowego, mogą być dzięki niniejszemu wynalazkowi realizowane w sposób komercyjny.

W jednej postaci wykonania realizacji reaktora według niniejszego wynalazku, rura (lub rury) wykonana z żaroodpornego materiału, ma dużą przewodność cieplną (na przykład, lecz nie wyłącznie, z grafitu, czystego gęstego Mg) lub czystego gęstego korundu) jest umieszczana w naczyniu reaktora, tak ze stały substrat reakcji może być przenoszony do wnętrza rury i przesuwany przez przenośnik śrubowy, który jest wykonany z materiałów odpornych na wysoką temperaturę, na przykład z materiału żaroodpornego o małej przewodności cieplnej, który może wvtrzvmvwać temperatury występujące w zbiorniku reaktora oraz na który nie mają wpływu reakcje odbywające się w rurze. Urządzenie wprowadzające ma za zadanie wprowadzanie innych substratów stałych lub substratów płynnych do wnętrza rury. Otwór lub otwory wyjściowe mają za zadanie umożliwianie usuwania powstających w rurze produktów i produktów ubocznych reakcji. Silnik lub inne źródło mocy obraca przenośnik śrubowy Źródło ciepła jest umieszczone na zewnątrz naczynia reaktora na zewnątrz rury w celu pośredniego ogrzewania materiałów wewnątrz rury.

189 547

W innej postaci wykonania, urządzenie takie jest odpowiednie do redukcji gipsu z pierwiastkowej siarki w postaci skoncentrowanego, spójnego, odpornego na dyfuzję gazowego odczynnika (opis patentowy US 4 520 002) w celu odzyskania, w postaci SO2, siarki obecnej w gipsie, a cały proces odbywa się jednocześnie z wytwarzaniem wapna. W tym przykładzie realizacji, odwodniony gips (CaSOi) jest w sposób ciągły podawany do rury (z korzyścią wykonanej z wysoce czystego korundu) zamontowanej w naczyniu reaktora nad palnikiem. Żaroodporny przenośnik śrubowy napędzany przez silnik umieszczony na zewnątrz naczynia reaktora przesuwa gips wzdłuż rury. Odporna na dyfuzję gazowa siarka pierwiastkowa jest wprowadzana do rury przez odpowiedni otwór w celu reakcji, pod wpływem kontaktu z gorącym CaSOą, dla wytworzenia stałego siarczku wapnia i dwutlenku siarki. W czasie przesuwania substancji stałej przez rurę dzięki spirali przenośnika śrubowego, stały CaSOq najpierw kontaktuje się z pierwiastkową siarką wytwarzając dwutlenek siarki i stały siarczek wapnia, który następnie jest kontaktowany z siarczanem wapnia i reaguje tworząc wapno i dużą ilość dwutlenku siarki. Powstające wapno (CaO) jest odprowadzane przez przenośnik śrubowy do otworu odprowadzającego. Powstający SO2, który jest zasadniczo wolny od zanieczyszczeń, jest zabierany z naczynia przez odpowiedni wylot.

Dzięki izolowaniu strefy reakcji wewnątrz rury o dużej przewodności cieplnej w reaktorze według niniejszego wynalazku, przezwyciężone są problemy związane ze skażeniem produktu przez gazy spalinowe i drobiny. Dzięki zastosowaniu odpowiednich materiałów do produkcji rur i przenośnika śrubowego możliwe jest uzyskanie względnie dużych wydajności termicznych. Nowy reaktor zapewnia również znakomity czas kontaktu pomiędzy substratami reakcji we względnie stabilnej atmosferze, zwłaszcza w porównaniu z urządzeniem według stanu techniki, w którym gaz jest wprowadzany z dużą prędkością do strefy reakcji.

Reaktor może mieć takie rozmiary, by przetwarzać podawany materiał stały o przeróżnych rozmiarach, od 10,16 cm (4 cale) do najmniejszych drobinek, oraz bardzo różnych rodzajów. Własność reaktora umożliwiająca przepływ tłokowy pozwała na precyzyjną kontrolę czasu zatrzymania i profilu temperaturowego, dzięki czemu warunki operacyjne mogą być łatwo dostosowywane do wymogów większości wydajnych obróbek podawanych materiałów stałych o różnych składach. Ponieważ gazy spalinowe są utrzymywane na zewnątrz strefy reakcji materiałów stałych, reaktor może być efektywnie napędzany przez dowolny typ paliwa, wytwarzający czysty gaz spalinowy przy wyjściu z reaktora, z którego może być odzyskana energia.

Przykłady realizacji wynalazku są przedstawione na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny rury reakcyjnej, przez którą przechodzi przenośnik śrubowy do przenoszenia materiału stałego, fig. 2 - widok bocznego przekroju poprzecznego zawierającego pojedynczą rurę i śrubowo napędzanego reaktora, w którym rura reakcyjna jest połączona z przewodem doprowadzającym odczynniki, fig. 3 - widok perspektywiczny przenośnika śrubowego posiadającego masywny środkowy wał napędowy, wokół którego ułożone są żaroodporne śrubowe odcinki łopatkowe, fig. 4 - powiększony widok z boku dwóch żaroodpornych śrubowych odcinków łopatkowych zamontowanych na środkowym wale napędowym, fig. 5 widok od końca żaroodpornego odcinka łopatkowego, fig. 6 - widok przekroju poprzecznego napędzanego śrubowo reaktora z wieloma rurami, fig. 7 - schemat opisujący zastosowanie napędzanego śrubowo reaktora z wieloma rurami do produkcji wapna z kamienia wapiennego, fig. 8 - wykresy ukazujące stopień dysocjacji kamienia wapiennego w zależności od stopnia wystawienia na działanie czynników zewnętrznych dla rozwiązania opisanego w przykładzie i rozwiązań stosuj ącycu innc rodzeje tradycyjnych pieców.

Nawiązując do fig. 1, zasadniczy podstawowy element reaktora według niniejszego wynalazku zawiera rurę reakcyjną 10 i zamontowany w tej rurze przenośnik śrubowy 15, dzięki któremu odczynniki stałe są przeprowadzane poprzez rotacje śrubową przez wnętrze rury reakcyjnej 10. Rura reakcyjna 10 jest skonstruowana z materiału żaroodpornego charakteryzującego się dużą przewodnością termiczną, z korzyścią przynajmniej około 5,7 wat-M' °C przy temperaturze około 1000°C (38 BTU/godzma·°Fctopar/cal przy (temperaturze 1832°F), a w najkorzystniejsznm przypadku przynajmniej około 8,65 wa--M ^1,OC1 ^r przy temperaturze 1000°C (60 BTU/gydzmd·^oFstopd2/cal) przy temperaturze 1832°F). Odpowiednie materiały żaroodporne do konstrukcji tuby reakcyjnej 10 to na przykład grafit, czysty gęsty MgO, czysty

189 547 gęsty komnO, węglik krzemowy, tlenek berylowy, azotek krzemowy i węglik azterobbru. Dzięki swej dużej odporności na korozję, maksymalnej temperaturze roboczej oraz wytrzymałości przy wysokiej temperaturze, bardzo czysty i gęsty korund, na przykład 99,5%, jest korzystnym materiałem do wytwarzania rury reakcyjnej. Szczególnie oOpowiedni jest korund o dużej czystości (99,7%).

Z przyczyn technicznych, w pewnych przypadkach Ola konkretnego zastosowania może nie być możliwe zrealizowanie bOpowieO7io Oużej jednoczęściowej rury reakcyjnej. W tych przypadkach, rura reakcyjna o wymaganej średnicy i długości może być wytwarzana tradycyjnymi sporcbami kształtowania materiałów żaroodpornych Oo wymaganej, gęstej konfiguracji, na przykład poprzez topienie łukiem elektrycznym, odlewanie z wtapianiem czy prasowanie na gbraac. Na przykład, korund może być odlewany z gęstwy do postaci rurowego odcinka o średnicy wewnętrznej równej 1 metr i długości równej 1 metr, który posiada występ na swym oddalonym końcu i rowek na swym bliższym końcu odaokiaOαeacy wspomnianemu kystępbki. Pewna ilość takich bOainkaw może utworzyć rurę reaktora o wymaganej długości, które może być poddana cementowaniu cementem żaroodpornym, tak że rowki i występy napierają jedne na drugie. Z korzyścią, każde złącze rury reakcyjnej, gdy jest ona umieszczona w komorze pieca, będzie wsparte na obmurowaniu lub murowanym wsporniku, oraz może być ekranowane, tak że gazy spalinowe w komorze pieca będą przepływać w tę i z powrotem w poprzek powierzchni zewnętrznej rury reakcyjnej.

Przenośnik śrubowy 15 może składać się z centralnego wrzeciona 36, na którym zamontowane są uformowane części zawierające elementy spiralne 45 wykonane z materiału żaroodpornego o małej przewodności cieplnej, z korzyścią mniejszej niż około 3,605 watM)f¹-^oC‘^I przy temperaturze 1000°C (25 BTU/godzina^F-stopaacal) przy temperaturze 1832°F). Z korzyścią, wrzeciono 36 powinno być utworzone z odpornego na wysoką temperaturę betonu wzmocnionego prętami lub rurami kohunOokymi.

Korzystne rozwiązanie konstrukcyjne przenośnika śrubowego jest pokazane na fig. 3-5. Przenośnik śrubowy z fig. 3 zawiera centralny betonowy walec 20 wzmocniony wewnątrz prętami kcrundokymi. Wał posiada kwadratowy przekrój poprzeczny, przy czym jego końce zawierają adaptery zapewniające przejście z kwadratowego na kołowy kształt przekroju poprzecznego, tak by wał Obpasckywał się do standartowych łożysk. Takie elementy przejściowe mogą być wytwarzane z metalu takiego jak Alloy 330.

Wokół zewnętrznej części walca 20 umieszczone są uformowane zaroodaor7e segmenty łopatkowe 35. Jak pokazano na fig. 4 i 5, segment łopatkowy składa się z wydrążonego centralnego wrzeciona 40, z którego na zewnątrz wystają śrubowe łopatki 45. Wydrążony środek krzecio7r 40 posiada kwadratowy przekrój poprzeczny, który odpowiada zewnętrznemu kształtowi walca 20, przy czym może być zapewniona pewna pierścieniowa przestrzeń pomiędzy krzeaicnem 40 i zewnętrzną częścią walca 20, tak że może być dodana OcOatkbwa warstwa materiału izolacyjnego. Oddalony koniec 55 każdego wrzeciona 40 posiada utworzony występ 60, a bliższy koniec 65 posiada utworzony rowek 70, które odpowiadają sobie wymiarami.

Przenośnik śrubowy o wymaganych wymiarach jest montowany poprzez zamocowanie do śrcdkckegc walca 20 Oanej liczby żaroodpornych odcinków łopatkowych 35, tak ze oddalony koniec 55 jednego odcinka napiera na bliższy koniec 65 kolejnego odcinka. Jeśli jest to wymagane, oddalony koniec 55 może posiadać blokujący występ 60, a bliższy koniec 65 może pcsirOαć blokujący rowek 70, dzięki czemu napierające na siebie segmenty są wzajemnie zablokckαną Ozięki wzajemnej współpracy blokującego występu 60 i blokującego rowka 70, przy czym ilość stosowanych segmentów zależy ot wymaganej długości przenośnika śrubowego 15. Jeśli jest to wymagane, złącza ρcmięOzy ceramicznymi cOai7kami mogą być zacementowane cementem zarocdpcrIym.

Materiał, z którego wykonane są żrhco0por7e odcinki łopatkowe z korzyścią charakteryzuje się małą przewodnością cieplną, z korzyścią około 2,89 wabM' ° °C'^r (20 BTU/godzina-°F rtcpa2/cal) przy temperaturze 1316°C (2400°F). Przykładowymi, choć nie jedynymi, materiałami żaroodpornymi odpowiednimi do wytwarzania odcinków łopatkowych mogą być mulit, tlenek cyrkonowy i formowalny tlenek glinu.

189 547

Figura 2 przedstawia rurę reakcyjną 10 z zamontowanym w niej przenośnikiem środkowym 15, zamocowaną wewnątrz pieca 80 Piec 80 jest wykonany z żaroodpornych cegieł i zawiera obudowę 85, która ogranicza komorę spalania 90, otwór do przyjmowania gazów spalinowych 95 oraz otwór wyjściowy 100, które to otwory pozostają w łączności z komorą spalania 90. Komora spalania 90 może zawierać odpowiednie struktury wsporcze i ekranujące dla rury, które nie zostały przedstawione. Komora spalania nie jest oczywiście potrzebna gdy gorące gazy do ogrzewania są dostarczane z zewnątrz jednostki. Rura reakcyjna 10 jest utrzymywana przez obudowę 85 przy swym oddalonym końcu 11 i bliskim końcu 12, a część środkowa 13 rury reakcyjnej 10 jest względem gazu uszczelniona w komorze spalania 90. Ponadto zgodnie z fig. 2, zapewniony jest przewód 105, który łączy wnętrze rury reakcyjnej 10 z otoczeniem zewnętrznym obudowy pieca. Przewód ten zapewnia dostęp do wnętrza rury reakcyjnej, dzięki któremu mogą być dodawane różne odczynniki, zgodnie z wymaganiami.

Obudowa pieca 85 ogranicza ponadto zasilający zbiornik materiału stałego 110 i zbiornik odprowadzania produktu 115. Oddalony koniec 11 rury 10 jest umieszczony w sąsiedztwie, oraz pozostaje z nim w łączności, zasilającego zbiornika materiału stałego 110, natomiast bliski koniec 12 jest umieszczony w sąsiedztwie, oraz pozostaje z nim w łączności, zbiornika odprowadzania produktu 115. Śruba 15 rozciąga się przez całe wnętrze rury 10, tak ze jedna lub więcej łopatka 40 spirali śrubowej jest umieszczona w zbiorniku zasilającym 110 i w zbiorniku odprowadzania produktu 115. Oddalony koniec walca 20 śruby przechodzi przez czopowo uszczelniony otwór w oddalonej ścianie 120 osłony 85, oraz jest sprzężony z urządzeniem 125 do obracania wału. Ta część długości śruby, która rozciąga się w zbiorniku zasilającym 110, może posiadać łopatki śrubowe wykonane z mniejszym skokiem w celu kontrolowania przepływu materiału stałego do rury 10 w taki sposób, by zasilanie odbywało się w odpowiednich proporcjach na długości rury poza punktem zasilania. Gdy pożądane jest utrzymywanie dolnego końca śruby ponad podłożem rury, bliski koniec walca 20 może przechodzić przez czopowo szczelny otwór w bliskiej ścianie 130 obudowy 85, jak to zostało pokazane.

W czasie pracy reaktora pokazanego na fig. 2, stałe odczynniki reakcji są dostarczane do zbiornika zasilającego 110 z taką szybkością, by utrzymywać łopatki śruby 15 w ciągłym pokryciu. Gorące gazy z palnika lub innego źródła (nie pokazanego) są wprowadzane do komory spalania 90 przez otwór wejściowy 95, a zużyte gazy wychodzą z komory przez otwór 100, po czym mogą być poddawane obróbce tradycyjnymi sposobami (nie przedstawionymi) w celu odzyskania ciepła lub do generacji energii elektrycznej, bez konieczności dalszej obróbki. Urządzenie obrotowe 125 obraca przenośnik śrubowy 15, który z kolei przenosi materiał stały ze zbiornika 110 wzdłuż spirali śruby do i przez rurę reakcyjną 10, w której materiał stały jest poddawany reakcji w czasie przechodzenia przez wnętrze rury w stronę zbiornika odprowadzania produktu 115. Jeśli specyfika przeprowadzanej reakcji wymaga obecności innych odczynników reakcji oprócz odczynników stałych, są one wprowadzane do wnętrza rury reakcyjnej 10 przez przewód 105. Produkty reakcji są odprowadzane przez śrubę obrotową 15 do zbiornika odprowadzania produktu 115, przy czym produkty stałe reakcji opadają w wyniku działania grawitacji na spód zbiornika odprowadzającego przez zsyp 140 do obszaru docelowego. Gazowe produkty reakcji są wyprowadzane ze zbiornika 115 przez otwór 145 i mogą być skierowane w odpowiedni sposób (nie pokazany) do zbiornika przechowującego, do dalszej obróbki lub do składowania.

Reaktor z fig. 2 jest szczególnie dobrze dostosowany do redukcji gipsu do wapna i dwutlenku siarki dzięki poddaniu go reakcji z pierwiastkową siarką w postaci spoistego, odpornego na dyfuzję gazu, który jest przygotowany w sposób opisany w opisie patentowym US 4 520 002. '

Nawiązując do fig. 6, system reaktorowy 150 według niniejszego wynalazku zawiera rozstawione liczne śrubowo napędzane rury reakcyjne 10 umieszczone w komorze spalania 90 w obudowie pieca 85 Liczne rury mogą być rozmieszczone w rzędach, w szeregach, w rzędach i w szeregach albo w układzie przemiennym. Inne własności obudowy pieca 85 i związanych z nim elementów są analogiczne do opisanych w nawiązaniu do fig. 2. Dla celów większej przejrzystości, przewód wprowadzający 105, przez który inne dodatkowe odczynniki reakcji mogą być wprowadzane do wnętrza jednej lub więcej licznych rur reakcyj16

189 547 nych, nie został przedstawiony na fig. 6, przy czym należy podkreślić, ze system reaktorowy może posiadać takie rury wprowadzające. Ponadto na fig. 6 nie przedstawiono otworów 95 i 100, przez które gorące gazy z palnika lub innego źródła są wprowadzane i wyprowadzane z komory spalania 90.

Nawiązując do fig. 7, schematycznie przedstawiono proces produkcji wapna z kamienia wapiennego, który wykorzystuje system reaktorowy 150, jak to pokazano na fig, 6. Zgodnie z tym procesem palnik 155 dostarcza gazy spalinowe o temperaturze 1176,7°C (2150°F) linią 95 do komory spalania systemu reaktorowego 150. Kamień wapienny, który jest osuszony i wstępnie podgrzany w wyniku kontaktu z gorącymi produktami gazowymi (CO₂) pobranymi z systemu reaktorowego 150 linią 145 i skierowanymi do wzajemnie połączonych szeregów osuszających i zasilających lejów samowyładowczych, zilustrowanych jako blok A, jest wprowadzany w temperaturze równej około 426,7°C (800°F) do zbiornika zasilającego systemu reaktorowego 150. W wyniku obrotów śruby każdej rury kamień wapienny jest wprowadzany ze zbiornika zasilającego do i przez każdą rurę reakcyjną. Zużyte gazy spalinowe są zabierane z systemu reaktorowego linią 100 i są kierowane bezpośrednio do jednostki kogeneracji elektryczności, przedstawionej jako blok B na fig. 7, która może zawierać kocioł parowy, napędzany parą generator, skraplacz lub pompę przetwarzającą kondensat, oraz przewody. Stałe produkty wapienne są odprowadzane z systemu reaktorowego przez zsyp odprowadzający 140 do chłodziarki wapna 160. Powietrze o temperaturze otoczenia jest wprowadzane linią 165 do chłodziarki wapna 160 w celu schłodzenia gorącego produktu wapiennego, w wyniku czego staje się ogrzanym powietrzem, które jest zabierane z chłodziarki wapna 160 linią 170. Schłodzony produkt wapienny jest transportowany linią. Schłodzony produkt wapienny jest transportowany linią 185 do zbiornika przechowującego wapno.

Kamień wapienny podgrzany do 426,7°C (800°F) jest wprowadzany do przenośnika śrubowego reaktora, skąd jest zabierany i przenoszony przez reaktor, podobnie jak to pokazano na fig. 2, przez śrubę przenoszącą ze zmienną prędkością. Powietrze atmosferyczne jest doprowadzane przez dmuchawę pod ciśnieniem około 762 mm (30) słupa cieczy i ogrzewane w wyniku wymiany ciepła z wyjściowymi gazami spalinowymi przed wejściem do palnika. Gaz ziemny jest kontrolowany przez sterownik temperatury (TIC), który ustala odpowiednią temperaturę wlotową gazu. Gazy spalinowe przechodzą w tę i z powrotem przez ceglane ścianki działowe, które dzielą osłonę na 6 odcinków, po czym uchodzą do powietrza przez podgrzewacz powietrza spalinowego. Przy końcu reaktora gdzie odprowadzane są produkty, produkty stałe opadają na osłonę z folii aluminiowej do zbiornika umieszczonego na wadze. Gazy od strony rury są odciągane przez pompę strumieniowo parową przy użyciu wodorotlenku potasu jako płynu napędowego, po czym są ponownie oczyszczane przy użyciu KOH w drugiej kolumnowej płuczce wieżowej przed odprowadzeniem ich do atmosfery.

Śruba została pokryta formowalnym korundem o grubości 6,35 mm (1/4) (formowalny żaroodporny arkusz typu A). Śruba jest instalowana w reaktorze i ogrzewana do około 648,9°C (1200°F), jednocześnie obracając się z prędkością około jednego obrotu na dwie minuty. Następnie jest pozostawiana do schłodzenia i następnie malowana kilkoma powłokami utwardzacza/usztywniacza AL-twardy. Następnie Śruba jest wstawiana do reaktora i jeszcze raz przechodzi ten cykl.

Doprowadzany materiał wapniowy był odbierany po przepuszczeniu go przez przesiewacz o numerze sita 20, w wyniku czego materiał o numerze sita większym niż 20 (około 1020% całości) został odrzucony - z wyjątkiem tego, ze nieprzesiany materiał został wprowadzony na ostatnią godzinę do fazy 5 w celu stwierdzenia, czy zaobserwowano jakiekolwiek fizyczne czy chemiczne różnice.

Próba nr 1 miała na celu zbadanie dysocjacji kamienia wapiennego w porównywalnych łagodnych warunkach temperaturowych i w porównywalnym czasie zatrzymania w reaktorze, natomiast próba nr 2 miała za zadanie zbadanie najbardziej skrajnych warunków wymaganych do pełnej dysocjacji węglanu wapnia (CaCOa) w reaktorze. W próbie nr 1 czas zatrzymania był ustawiony na 4 minuty na odcinek (1 minuta i 20 sekund na obrót śruby), a temperatura wlotowa była ustalona na 1070°C (1950°F) dla fazy 1-1 tej próby. Po około 2 godzinach pracy temperatura wlotowa została podniesiona do 1126,7°C (2060°F) dla fazy 1-2. Warunki te były

189 547 utrzymywane przez kolejne około 3 godziny do momentu az cały kamień wapienny został wprowadzony, co zakończyło próbę nr 1.

Kolejny większy wsad materiału wapiennego został przygotowany dla próby nr 2, która rozpoczęła się w fazie 2-1, przy czym godzinna praca odbywała się w warunkach niemal takich samych jak zastosowane dla fazy 1-2 w próbie nr 1. Prędkość śruby została następnie tak dobrana, by zapewniać czas zatrzymania równy 6 minut na odcinek (jeden obrót na dwie minuty), a temperatura wlotowa w dalszym ciągu utrzymywała się na poziomie 1121,1 °C (2050°F) dla fazy 2-2. Następnie temperatura została zwiększona w kolejnych krokach co 27,78°C (50°F) dla faz 2-3, 2-4 i 2-5 próby nr 2.

Wszystkie próbki wsadowe i produkty zostały przetestowane ze względu na straty prażenia (LOI - loss of ignition) oraz procent dostępnego wapna (A. L. - available lime).

Nie było możliwe uzyskanie próbek na długości rury reakcyjnej, a w związku z tym obserwowanie zmian wraz z upływem czasu koncentracji odczynnika reakcji. W związku z tym należało wykluczyć standardowe metody analizy szybkości reakcji bazujące na równaniu Arrheniusa. Została zastosowana porównawcza metoda, w ramach której porównano wielkości czasu i temperatury wymagane do uzyskania pełnej dekompozycji CaCÓ. w reaktorze z wartościami analogicznych wielkości niezbędnymi w wyposażeniach innych typów.

Zgodnie z tym sposobem, wyznaczono profil temperaturowy gazów spalinowych po stronie osłony reaktora, przy czym przyjęto założenie, że temperatura materiału stałego posiada taki sam profil. Następnie, ponieważ szybkość przesuwu materiału stałego przez rurę jest ustalona, może być wyznaczony czas spędzony w temperaturze większej niż 897,8°C (1648°F) będącej teoretyczną temperaturą dysocjacji. Na wykresie uformowany jest obszar trójkątny, którego podstawa rozpoczyna się przy 897,8°C (1648°F), wysokość jest różnicą pomiędzy maksymalną temperaturą i 897,8°C (1648°F), a przeciwprostokątnąjest profil temperaturowy gazu. Obszar tego trójkąta jest traktowany jako „współczynnik wystawienia na działanie czynników zewnętrznych”, który może być używany w przypadku analiz produktu w celu odniesienia stopnia wystawienia na działanie czynników zewnętrznych w reaktorze do stopnia uzyskanej dysocjacji. Takie podejście zapewnia podstawę do porównań pomiędzy różnymi kombinacjami profili temperaturowych i czasu zatrzymania, różnych podawanych obróbce materiałów, itp. Gdy profile temperaturowe i czasy zatrzymania w piecach innych typów mogą być oszacowane z dostępnych danych, przedstawiany sposób może być również wykorzystany do wykonywania porównań z procesami realizowanymi w wyposażeniach innych typów.

Dane z obu prób są przedstawione na fig. 8 wraz z krzywymi porównawczymi dla innych laboratoryjnych lub komercyjnych dysocjacji, utworzonych na podstawie danych wziętych z literatury. Można zauważyć, że reaktor osiąga niemal całkowitą dysocjację przy znacznie mniejszym wystawieniu na działanie czynników zewnętrznych niż wymagane przez inne sposoby. Zaleta taka jest bardzo istotna nie tylko dla obniżenia kosztów, lecz również dla zapewniania najwyższej jakości produktu wapiennego. Można stwierdzić, ze krzywa eksperymentalna załamuje się przy 80% dysocjacji z powodu bardzo dużego poziomu zanieczyszczeń wsadu (patrz poniżej), a więc pełna dysocjacja wysokiej jakości kamienia wapiennego mogłaby być uzyskana przy jeszcze mniejszym wystawieniu na działanie czynników zewnętrznych.

„Reguła kciuka” znana w przemyśle wapiennym mówi, ze zanieczyszczenia zawarte w kamieniu będą powodować około czterokrotna. redukcję zawartości wapna w produkcie. Utrata CO2 będzie w przybliżeniu podwajać procentową zawartość zanieczyszczeń w fazie stałej, a reakcja zanieczyszczeń z wapnem tworząc nieprzydatne formy CaO podwoi tę wielkość raz jeszcze. To znaczy, zawartość 12% zanieczyszczeń we wsadzie (8% w próbie nr 1,

13% w próbie nr 2) da około 24% nieczystości w zdysocjowanym materiale stałym. Natomiast reakcje wapno-krzemionka podwoją ilość zanieczyszczeń do 48% w produkcie wapiennym, pozostawiając 52% wapna jako osiągalną wielkość do uzyskania z materiału wsadowego. Średnia osiągalna zawartość wapna w produkcie w fazie 5-2 próby 2 wyniosła 51,3%, co potwierdza wspomnianą „regułę kciuka”.

Niniejszy opis korzystnych przykładów realizacji wynalazku umożliwia fachowcom ujrzenie możliwości dokonania w nim modyfikacji, które nie wychodzą poza zakres i ideę wynalazku określone w załączonych zastrzezeniach.

189 547

FIG. 3

189 547

FIG. 6

189 547

189 547 λ próba J

FIG. a

Stopień wystawienia na działanie czynników zewnętrznych (czas i temperatura) ’-MIN

-Reaktor cząstek stałych wprowadzanych ńrubowo

- kamień klasyfikowany numeram sita 20 — ---HEDIN (1960) - kamyki 15,875mm (5/8“)-stała temperatura

1000°C (1832“p)(czysty kalcyt) (10.120)

---Piec obrotowy - kamień 25,4-50,8mm <l-2) (14.364) — •••—Piec pionowy - kamień 50,8-101,6mm (2”-4'') (34.822)

189 547

FfG.1

Departament Wydawnictw UP RP, Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (24)

Zastrzeżenia patentowe

1. Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, znamienny tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rurę reakcyjną, której oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, a bliski koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, ze rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, przy czym rura reakcyjna jest wytwarzana z ceramicznego materiału żaroodpornego, oraz ma przynajmniej jeden wspornik rury reakcyjnej pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, przenośnik śrubowy znajduje się wewnątrz rury, urządzenie napędowe do obracania przenośnika śrubowego, oraz posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera ponadto przewód, który łączy wnętrze rury z obszarem na zewnątrz komory spalania.

3. Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, znamienny tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rurę reakcyjną, której oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, a bliski koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, ze rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, przy czym rura reakcyjna jest wytwarzana z ceramicznego materiału żaroodpornego, a wspomniany ceramiczny materiał żaroodporny ma przewodność cieplną, równą co najmniej 5,7 wat-M'¹°^,K'¹ (38 BTU/godzin.a-°F'stopa^2/cal) przy temperaturze 1000°C (1832°F), oraz ma przynajmniej jeden wspornik rury reakcyjnej pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, ponadto przenośnik śrubowy posiadający zewnętrzną powierzchnię znajdującą się wewnątrz rury, urządzenie napędowe do obracania przenośnika śrubowego, oraz ma źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

4. Reaktor według zastrz. 3, znamienny tym, ze przynajmniej jedna łopatka przenośnika śrubowego jest umieszczona w zbiorniku zasilającym materiału stałego i w zbiorniku produktu.

5 Reakor według zastrz. 3, znamienny tym, że zewnętrzna część przenośnika śmbow_ego jest wykonana z innego materiału o przewodności cieplnej mniej_szej niż 3,605 wat-M °C (25 BTu/godaina-°F stopalcal) przy temperaturze 1000°C (1832^eF).

6. Reakt_or według zastrz. 5, znamienny tym, rura jest wyk_on_an_{a z} k_orund_{u o c}zyst_ości równej co najmniej około 99,5%.

7. R_eakt_or w_edług zastrz. 6, znamienny tym, ze przenośnik śrubowy jest wykonany z mulitu

u.

R_eakt_or pi_ecowy z wypalaniem pośrednim, znamienny tym, że z_awi_era _obudowę pi_eca, w której znajduje się komora spala7ia^/ zbiornik zasilający myteri^u statego i zbiornik odpiOwadzimea produktu, ceramiczną rurę reakcyjną, której o0dalOny ko7iec sąstod^ i zapew7ia łączność ηηΎ ze zbiornikiem zasilającym materiahi stetego, a bliski koniec rąsiaduje i zaj>ewi^łiia łącziwść rury ze zbicr7iⁿi em odprowgOzgn^eg produku, przy czym bliski i o00a^rO_ny tantoc _są utrzymywane przez obudowę pieca w tak spodób, ze rura w komorze rpa^tan^/g je_st u_rz_Cz_ąl₇ic7g względem gazu, a przenosn^ek śrubowy posiadający za wnęUzną po wtowuh-nię zn^dująoą nię wowi^Uz ruzy, o raz ma urządzenie napędowe do obracama pr^iwśrnk śrabowegi^ prawód, który łączy ror^a z obszarem na ziwnątoz komo/y spornia, z^pół 0o gene/acei spoistej, o0ponaej na dyfuzję pierwiasttowe.j ^arki, kitói^y pozo _steje w łąt^iioścu ze wspomnianym prząwcOem i po siada źęódło ciepła 0^d do^arczama ciepła do komory spalania.

189 547

9. Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, znamienny tym, że zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rurę reakcyjną, której oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, a bliski koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rwy ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, a przenośnik śrubowy znajduje się wewnątrz rury i jest wykonany z materiału żaroodpornego o przewodności cieplnej mniejszej niż 3,605 wat-M'¹.°C-¹ (25 BTU/godzina-TNstopaTcal) przy temperaturze 1000°C (1832°F), oraz ma urządzenie napędowe do obracania przenośnika śrubowego, przewód, który łączy rurę z obszarem na zewnątrz komory spalania, a zespół do generacji spoistej, odpornej na dyfuzję pierwiastkowej siarki, który pozostaje w łączności ze wspomnianym przewodem i posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

10. Reaktor według zastrz. 9, znamienny tym, ze rura reakcyjna jest wykonana z korundu o czystości równej co najmniej około 99,7%.

11. Reaktor według zastrz. 10, znamienny tym, ze przenośnik śrubowy jest wykonany z mulitu.

12. Sposób wytwarzania produktu stałego ze stałego substratu reakcji, znamienny tym, ze zapewnia się rurę reakcyjną wykonaną z materiału żaroodpornego, posiadającej oddalony koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, przy czym bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, ze rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, zapewnia się przynajmniej jeden wspornik rury reakcyjnej pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, a stały substrat reakcji wprowadza się do rury, przy czym stały substrat reakcji wybiera się z grupy zawierającej rudy mineralne, halogenki metali, węgliki metali, węglany metali, tlenki metali, fosforany metali, siarczki metali i siarczany metali, oraz przenosi się stałego substratu reakcji przez rurę w wyniku obracania przenośnika śrubowego wewnątrz rury i ogrzewa się rurę do temperatury wymaganej do reakcji stałego substratu reakcji w celu wytworzenia produktu stałego w czasie przechodzenia stałego substratu reakcji przez rurę.

13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, ze stały substrat reakcji jest kamieniem wapiennym, a stałym produktem jest wapno.

14. Sposób wytwarzania produktu stałego z gipsu, znamienny tym, ze wprowadza się CaSO4 do rury reakcyjnej posiadającej oddalony koniec sąsiadujący i zapewniający łączność wnętrza rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, przy czym bliski i oddalony koniec utrzymuje się przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, ponadto przesuwa się CaSO4 przez rurę poprzez obracanie przenośnika śrubowego w rurze, doprowadza się do rury reakcyjnej spoistego, odpornego na dyfuzję gazu pierwiastkowej siarki przy jednoczesnym ogrzewaniu rury do przynajmniej 1000°C (1832°F)w czasie przeprowadzania CaSC4 przez rurę.

15 Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, ze zewnętrzna część jest ogrzewana do przynajmniej około 1176,7°C (2150°F) .

16 Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, ze wspomniany materiał żaroodporny posiada przewodność cieplną równą co najmniej 5,7 wat-M! °K* ¹ (38 BTU/godzina-°F istopa²/cal) przy temperaturze 1000°C (1832°F).

17 Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, znamienny tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rozstawione liczne rury reakcyjne, oddalony koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, przy czym rura reakcyjna jest wytwarzana z ceramicznego materiału żaroodpornego, a przynajmniej jeden wspornik dla każdej z rur reakcyj4

189 547 nych pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, zaś przenośnik śrubowy dla każdej z rur reakcyjnych znajduje się w rurze, oraz ma urządzenie napędowe dla każdej z rur do obracania przenośnika śrubowego i posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

18. Reaktor piecowy z wypalaniem pośrednim, znamienny tym, ze zawiera obudowę pieca, w której znajduje się komora spalania, zbiornik zasilający materiału stałego i zbiornik odprowadzania produktu, rozstawione liczne rury reakcyjne, których oddalony koniec sąsiaduje i zapewnia łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący· i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, ze rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, przy czym rura reakcyjna jest wytwarzana z ceramicznego materiału żaroodpornego, a wspomniany żaroodporny materiał ceramiczny ma przewodność cieplną równą przynajmniej 5,7 wat-M'¹· °K'' (38 BTU/godzina-°F-stopa²/cal) przy temperaturze 10°0°C (l832°F), zaś przynajmniej jeden wspornik dla każdej z rur reakcyjnych umieszczony jest pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, a ponadto przenośnik śrubowy dla każdej z rur reakcyjnych znajduje się wewnątrz rury, oraz ma urządzenie napędowe dla każdej z rur do obracania przenośnika śrubowego i posiada źródło ciepła do dostarczania ciepła do komory spalania.

19. Reaktor według zastrz. 18, znamienny tym, że przenośnik śrubowy jest wykonany z innego materiału o przewodności cieplnej mniejszej niż 3,605 wat-M-1°C'^r (25 BTU/godzina-°F-stopa²/cal) przy temperaturze 1000°C (1832°F).

20. Reaktor według zastrz. 18, znamienny tym, ze wspomniane w rzędach.

21. Reaktor według zastrz. 18, znamienny tym, że wspomniane w szeregach.

22. Reaktor według zastrz. 18, znamienny tym, ze wspomniane w kombinacji szeregów i rzędów.

23. Reaktor według zastrz. 18, znamienny tym, ze wspomniane rury są ułożone przemiennie.

24. Sposób wytwarzania produktu stałego ze stałego substratu reakcji, znamienny tym, ze zapewnia się rozstawione liczne rury reakcyjne wykonane z materiału żaroodpornego, z których każda posiada oddalony koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem zasilającym materiału stałego, oraz bliski koniec sąsiadujący i zapewniający łączność rury ze zbiornikiem odprowadzania produktu, przy czym bliski i oddalony koniec są utrzymywane przez obudowę pieca w taki sposób, że rura w komorze spalania jest uszczelniona względem gazu, oraz zapewnia się przynajmniej jeden wspornik dla każdej rury reakcyjnej pomiędzy oddalonym końcem rury reakcyjnej i bliskim końcem rury reakcyjnej, a stały substrat reakcji wprowadza się do rury, przenosi się stały substrat reakcji przez rurę w wyniku obracania przenośnika śrubowego wewnątrz rury, ogrzewa się rury do temperatury wymaganej do reakcji stałego substratu reakcji w celu wytworzenia produktu stałego w czasie przechodzenia stałego substratu reakcji przez każdą z rur.

ze wspomniane rury są ustawione że wspomniane rury są ustawione ze wspomniane rury są ustawione