JPH01501158A - 高温流動化ガスを生成させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物質に対する処理を行うための高温流動化ガスを生成させる改良され た方法及び装置である。この方法及び装置は、酸化アルミニウム及び炭素の凝集 物（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ）を高純度の超微細窒化アルミニウム粉末に転化 するＩ；めの高温窒素ガスの連続的反応にとって特に有利である。

ガスを粒状固体と反応させるのに現在知られている方法は流動床反応器である。

その反応器においては、ガスは反応容器の底部で導入されそして上向きに移動し て反応容器の頂部から導入される粒状物質又は凝集物を流動化させる。従来の流 動床反応器及び方法は、酸化アルミニウム及び炭素を窒素と反応させて窒化アル ミニウムを形成させる場合のような高温流動化ガスが必要とされる場合に幾つか の欠点を有する。処理を行うための加熱された流動化ガスを得るためには、ガス は反応室内にあるときに適正な温度でなければならない。反応室内で適正なガス 温度を達成するのには２つの方法がある。１つの方法は反応器内で加熱を行わな いでガスを外部で加熱することである。第２の方法はガスを内部で加熱すること である。いずれの方法もいくらかの欠点を有する。

ガスが流動床反応器に入る前にガスを高温（１０００℃以上）に予熱することは 、この高温のガスを移送するという問題の故に非常に困難である。実際、流動化 ガスを１５００℃又はそれ以上の温度に予熱することは、商業的に実施されたこ とはない。他方、ガスを予熱しないで、反応器内で加熱する場合には、不十分に 加熱されたガスは反応をクエンチングする（ｑｕｅｎｃｈ）ことがある。これは そのプロセスが吸熱反応を伴う場合には重大な問題である。ガスを反応室内で加 熱することは、主として連続反応において高い一定の温度を維持することが困難 であるという理由で全熱満足すべきものではなかった。　。

発明の要約 先行技術の問題は、流動化ガスが反応ゾーンに到達する前に装置内で流動化ガス を予熱する装置により解決されＩ；。高温流動化ガスを製造するための方法及び 装置をここに説明する。この装置は、処理されるべき粒状物質を反応室の頂部で 導入するようにしｌ；流動床反応器を備えて成る。流動化ガスも又反応室の頂部 から導管を通って導入されそして導管内で下向きに移動し、この導管でガスは反 応固体に接触する前に予熱される。流動化ガスは反応室に入る前に所望の反応温 度に加熱される。これは、生成物の品質のより良い制御のためのガスと凝集物と の間の一定の温度を維持するのを助ける。本発明は、排ガスも又入ってくる流動 化ガスを向流熱移動により予熱するという機能を行うので、熱を有効に利用する 。流動化ガスは２０００℃までの一定の温度に加熱されそして維持される。

従って、本発明の目的は反応室内で制御可能な温度に流動化ガスを予熱するため の方法及び装置を提供することである。

本発明の他の目的は、耐火物材料（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ ）の処理のｔ；めに、従来は可能ではなかっｔ：２０００℃までの制御可能な温 度に高温流動化ガスを予熱するための方法及び装置を提供することである。

本発明の他の目的は、耐火物材料の処理のために高温流動化ガスを連続的に予熱 するための方法及び装置であって、該装置内でこのガスを予熱することができそ して反応室内で制御可能な温度１：このガスを維持することができる方法及び装 置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、高純度の超微細窒化アルミニウム粉末の製造のための 高温流動化ガスを連続的に予熱する方法及び装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、耐火物材料の製造のＩ；めに必要な高温ですら流動床 反応器の構造的一体性を維持することである。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、添付図面と共に本発明の下記の詳細な説 明を参照して更に説明する。種々の図において、同じ参照番号は同じ部材を表す 。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の流動床反応器の鉛直断面図である。

第２図は本発明の流動床反応器のバブルキャップの蓋の平面図である。

第３図は本発明の流動床反応器のバブルキャップの鉛直断面図である。

発明の詳細な説明 第１図に示された如く、本発明の流動床反応器ｌは炉反応器５０を備えて成り、 炉反応器５０は相互に連通している３つの室から成る。反応室である下部炉室８ は閉じた底部と機械加工された頂部を持った円筒形グラファイト管である。中部 炉室１２は円筒形グラファイト管であり、この円筒形グラファイト管は、下部炉 室８及び上部炉室３０としっかりと滑り嵌め（ｓｌｅｅｖｅ　ｆｉｔ）されるよ うに底部及び頂部で機械加工されている。上部炉室３０は、両端で滑り嵌めする ように機械加工された円筒形グラファイト管である。全体の炉は４つの鋼製柱４ ６により支持されている。すべての金属製部品は下記する誘導コイル１５から安 全な距離Ｉ：特表平１−５０１１５８（３） 保！これている。

熱入力は、下部炉室８を取り囲んでいる３７回巻き誘導コイル１５であり、これ はサセプター（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）　ｌ　ｌを加熱する。このサセプターは、 誘導フィル１５と下部炉室８により境されている区域内に配置されている開口し た頂部と開口した底部を持った長いグラ７フイトシリンダである。誘導コイル１ ５とサセプター１１との間の空間には好ましくはサーマックス（Ｔｈｅｒｍａｘ ）炭素粉末による絶縁５が設けられている。炭素フェルト１７が誘導コイル１５ の頂部の回りの絶縁材として使用される。

木材厚板９が誘導コイル１５のサセプター１１から最も遠い側に配置されていて 誘導コイル１５を支持しそしてそれらを所定の位置に保持する。

カーボンブラック７は、効率的な加熱のための反応器ｌにおける追加の絶縁ソー スを与える。操作においては、サセプター１１は、誘導コイル１５からエネルギ ーを誘導し又は引き出しそして放射により下部室８を加熱する。サセプター１１ は第１壁が破損した場合に反応室の第２壁として作用する。この種のプロセスを 実施する場合には、摩耗性凝集物が室の壁を侵食するので破損はよくあることで ある。壁の破損は熱を逃散させることがあり、これはその区域の作業者を負傷さ せることがある。

それは、反応器や周囲の装置を損傷しそして人をひどく障害する可能性がある爆 発を引き起こすことすらある。

流動床４３は下部炉室８内に位置付けられている。流動床反応器ｌが普通の操作 条件下に操作されている場合には、流動床は誘導フィル１５の中央部分に及ぶ。

制御された連続的仕込みのために、反応させるべき供給材料又は原料は、重量式 供給箱（ｗｅｉｇｈｔｅｄ　５ｕｐｐｌｙ　ｂｉｎ）又はホッパ４Ｉを経由して 流動床反応器１に導入される。可視性シュート４２によりホッパに接続されてい るスクリューフィーダ４０は、供給材料を長いグラファイト供給シュート２８を 下がって中央炉室１２内に位置した供給シュート端部２９に移送する。次いで供 給材料は下部炉室８に自由落下し、そこで処理が行なわれる。

同時に、流動化ガスは、炉５０の頂部からグラファイト入りロライン又は導管２ を通って供給される。グラファイト入りロライン又は導管２は炉５０の頂部から 上部炉室３０、中央部炉室１２及び下部炉室８を通ってバブルキャップ６０に延 びており、バブルキャップ６０は下部炉室８内に位置付けられそして流動床又は 反応ゾーン４３の下に配置されている。ガス導管ライン２における継目の数はガ ス漏洩を回避するために最小にしｔ：。炉の頂部から誘導コイル１５により加熱 されるゾーンを通して流動化ガスを導入すると、流動床４３に入る前にガスは非 常に高温に達する。加熱されたガスは頂部を通ってバブルキャップ６０に入る。

第２図及び第３図は、バブルキャップ６０を更に詳細に説明する。バブルキャッ プ６０はグラファイト室を備え、グラファイト室はねじ継ぎ手（ｓｃｒｅｗ　ｊ ｏｉｎｔ）の使用によりこの室に嵌め込まれたグラファイト頂部又は１ｔ６５を 有する。バブルキャップ６０は複数の六６８を持って形成されていて、穴６８を 通して熱い流動化ガス逃がすようになっている。

流動化ガスのｔ；めの入りロライン２はバブルキャップ６０の蓋６５と連通して おりそしてこの蓋で終わっている。バブルキャップは加熱ゾーンの下端に配置さ れており、流動化ガスは加熱ゾーンの上のソースから導管２を通ってバブルキャ ップに送られ、ガスは該ガスが全加熱ゾーンを通過するにつれてこの導管内で加 熱される。

かくして、操作の際には、流動化ガスは入りロライン２を通ってバブルキャップ ６０に下がってくる。次いでそれはバブルキャップの蓋６５を通って反応室８へ と上昇する。上昇する予熱された流動化ガスは、供給シュート２９の端部から放 出された供給材料を、それが反応室８に滞留しているとき流動化させる。更に重 要なことには、上昇する排ガスは熱を失い始め、この熱は入りロライン２を下が ってくる流動化ガスに移動せしめられてそれを加熱する。この移動は流動床反応 器で以前には達成されなかった温度に反応器を維持するのを助ける。この向流熱 移動は一定の転化率をもたらすガスと固体との一定の温度を維持するのを助ける 。温度は、高温計（示されていない）により指示されて反応室８内で２０００℃ までに維持することができる。高温計は観測管４７を通してチェックすることが できる。

供給材料は所望される生成物の品質により決定される特定の時間反応室８に滞留 する。生成物は流動床４３の表面近くの下部炉室８の壁の排出シュートプラグ４ を通るオーバー７０−により連続的に排出される。

熱い生成物は生成物排出シュート３（排出シュートプラグ４における）を通して 排出され、生成物排出シュート３は、反応室８から回転水冷式シリンダ２４へと 延びており、回転水冷式シリンダ２４は炉５０の下に且つ鋼製フレーム４６内に 配置されている。冷却された生成物は冷却式シリンダ２４から重量作動式ダンパ （ｗｅｉｇｈｔ　ａｃｔｕａｔｅｄ　ｄｕｍｐｅｒ）２５を通ってオーバーフロ ーし、重量作動式ダンパ２５は前記冷却シリンダ２４の下に冷却シリンダ２４と 連通して配置されそして鋼製７レーム４６により支持されている。水冷コイル６ ２が前記冷却シリンダ２４を取り囲んでいて冷却プロセスを助長する。回転冷却 器は、生成物が冷却中に酸化されないように窒素の如き不活性ガスでパージする ことができる。

反応室８からの熱い流動化ガスは、水冷式接続管６１を通してサイクロン組立体 （示されていない）に導かれ、サイクロン組立体は同伴した固体を分離する。サ イクロンは炉ガス中の一酸化炭素をｅ！焼させるという追加の目的Ｉ：も役立つ 。サイクロン／アフターバーナーは絶縁物でライニングされていて３００℃で去 るガスを単離する。

流動床反応器組立体は５つの冷却水ラインにより冷却される。３０ｇｐｍの容量 を持ったラインー（示されていない）は誘導コイル１５の電源（示されていない ）を冷却するｌ；めに使用される。４つの他の平行ライン（ｐａｒａｌ　ｌｅｌ 　Ｉ　１ｎｅｓ）　：誘導コイル１５を冷却するための誘導コイルライン、上部 炉室３０を冷却するための炉室ライン、接続管組立体を冷却するための接続管組 立体ライン及び回転ドラム２４を冷却するｌ；めの回転ドラムライン：がある。

これらの冷却ラインは添付図面では各々６２と記載されている。この炉の総冷却 水要求は４３ｇｐｍである。

この反応器１は、ガスが反応室に導入される方法の点で公知の流動床反応器より も優れている。ガスは反応器の頂部から導入されそしてバブルキャップに向けて 下向きｌこ移動する。ガスが下向きに移動せしめられるにつれて、ガスは出てい く排ガスによって向流熱移動により加熱される。向流熱移動とは、反応器から上 昇する排ガスから失われる熱が、バブルキャップに向けて下向きに移動するガス に移動せしめられ、従って反応器内に非常に効率的な加熱システムがあるという ことを意味する。

上述の如く、本明細書で説明しｔ；方法及び装置は酸化アルミニウム及び炭素の 凝集物を高純度の超微細窒化アルミニウム粉末に転化するための高温窒素ガスの 連続的加熱に特に有用である。最初、少量の触媒が添加されたアルミナと炭素の 化学量論的混合物から成る寸法、多孔度及び化学的組成の均一な凝集物が形成さ れる。例えば、６０ボンドの供給材料のバッチを製造するために、アルミナ７３ ．５ｆＥ量％、炭素（サーマンクス）２６．０重量％及びフッ化カルシウム０． ５重量％をアイリッヒミキサー（Ｅｉｒｉｃｈ　ｍ１ｘｅｒ）中で５分間高い設 定（ｈｉｇｈ　ｓｅｔｔｉｎｇ）でトライブレンドして（ｄｒｙ　１ｉｘｅｄ） 、混合物を緊密にブレンドする。凝集はポリビニルアルコール溶液（２５容量％ ポリビニルアルコール及び７５容量％水）１２重量％との高い設定での４分間の 湿式混合により達成される。

この４分間はポリビニルアルコール溶液を添加するのに要する時間を含む。凝集 した供給材料をオーブン中１２０℃でパン内で乾燥させる。乾燥した凝集物は１ ４メツシユ及び７０メツシユを通してふるいにかける。

上記の方法により、約３５メソシユのｄ、。を待った一１４／＋７０寸法画分の 凝集物８０乃至８５％が得られる。このペレットは、過剰のグレン成長を伴うこ となく凝集物の高度の転化を確実にするのに、寸法、化学的組成及び多孔度に於 いて均一でなければならない。

形成され！；ままの凝集物を次いで本発明の流動床反応器内で正確に制御して炉 で熱する。粒子の流動化のために選ばれるガス速度は平均粒径に基づく。２標準 立方フィート／分（ＳＣＦＭ）のガス流速は、この流速が５００ミクロンの平均 凝集物粒径について最小流動化速度をもたらすので適当である。ペレットは温度 及び所望のレベルの転化率に依存して、３乃至２０時間の流動床内滞留時間を有 するであろ１０ベレツトはグラファイト供給シュートを通して０．５乃至６ポン ド／時間、好ましくは３．０ポンド／時間の速度で反応室に仕込まれる。反応温 度は所望の砕けやすさくｆｒｉａｂｉｌｉｔ）＋）を達成するように選ばれそし て反応は通常１８５０℃以下で、好ましくは１６００−１８００℃の範囲で行な われる。反応したままの凝集物は次いで１５ボンド／時間の速度で粉砕機にかけ られる（ｍｉｌｌｅｄ）。

本願と同じ日に出願され！；ジ二一・キム（Ｊ、　Ｋｉｍ）等の“高純度の超微 細窒化アルミニウム粉末の連続的製造のための方法及び装置”と題する米国特許 同時係属出願第９１８．９８０号、ここにその教示を川魚により加入する、は本 発明の流動床反応器の利用が特に望ましい方法を説明している。

本発明の種々の変更及び修正がなされ得そしてこのような修正が本発明の精神を 取り入れている程度にそれらが請求の範囲内に包含されることを意図する。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．耐火物材料の処理のための流動化ガスを連続的に子熱するための流動床反応 基器てあって、 鉛直方向に配列されている少なくとも３つの室、上部室、中央室及び下部室を備 えた炉、ここで、これらの室は他の室としっかりと滑り朕めするように機械加工 されている、と； 前記反応器の上端にある処理されるべき物資の入り口と：前記反応器に前記物質 を供給する手段と；前記反応器の上端に位置した流動化ガスの入り口手段と；前 記下部室の周囲に配置されたサセプターと；前記下部室と前記サセブクーを取り 囲んで配置されている外部加熱手段と； 前記下部室内の流動床と； 前記流動化ガスの入り口手段の末端に且つ前記流動床の下に位置付けられており そして複数の穴を持った蓋を有する室を含んで成るバブルキャップと； 前記下部反応室の上端に前記流動床の頂部に近接して配置された処理された生成 物のための出口手段と； 前記炉の上端にある反応ガスの出口手段と；反応ガスと処理された生成物のため の複数の冷却手段；とを備えて成る流動床反応器。 ２．前記炉の下部室が反応室である請求の範囲第１項記載の流動床反応器。 ３．前記サセプターは反応室の壁が破損した場合に反応体を収容するための反応 室の第２壁として作用する請求の範囲２項記載の流動床反応器。 ４．物質を処理するために２０００℃までの温度に流動化ガスを連続的に予熱す るための装置であって、 炉と： 処理されるべき物質の入り口手段と； 前記装置の上端に配置された流動化ガスの入り口手段と；前記物質と前記高温流 動化ガスとの反応が行なわれる炉の部分を取り囲んでいるサセプターと； 前記サセプター及び前記物質と前記高温流動化ガスとの反応が行なわれる炉の部 分を取り囲んでいる加熱手段と；前記炉内の流動床と； 前記流動化ガスの入り口手段の末端に且つ前記流動床の下に配置されている流動 化ガスを分散させるための手段と；処理された生成物の出口手段と； 反応ガスの出口手段と； 前記反応ガスと前記処理された生成物のための複数の冷却手段；とを備えて成る 装置。 ５．前記炉は鉛直方向に配列されている少なくとも３つの室、上部室、中央室及 び下部室を備え、これらの室は他の室としっかりと滑り嵌めするように機械加工 されており、前記下部室は反応室である請求の範囲第４項記載の装置。 ６．前記流動化ガスを分散させるための手段が、複数の穴を持った蓋を有する室 を備えたバブルキャップである請求の範囲第４項記載の装置。 ７．処理生成物の前記出口手段が下部炉室の上端に前記流動床の頂部に近接して 配置されている請求の範囲第４項記載の装置。 ８．冷却のために処理された生成物がその中に排出されるようになっている水冷 式シリンダを処理された生成物の出口手段の末端に備えている請求の範囲第４項 記載の装置。 ９．前記水冷式シリンダは、冷却中生成物の酸化を防止するように不活性ガスで 連続的にパージされる請求の範囲第８項記載の装置。 １０上部炉室の上に配置されたサイクロン組立体を更に備えて成る請求の範囲第 ４項記載の装置。 １１．反応ゾーンを設け、 反応ン−ンを加熱し、 粒状固体を前記反応ゾーンに落下させ、粒状固体が反応ン−ンに落下している方 向と同じ方向に、反応ノーンの全長にわたり遵管内で流動化ガスを通し、粒状固 体が落下している方向と反対のそして入ってくる流動化ガスが移動している方向 と反対の方向に前記ガスを反応ゾーンの下から上昇させて粒状固体を流動化させ ることを含んで成る、粒状固体を高温流動化ガスと反応させる方法。 １２．流動化ガスが反応ゾーンの全長を通るにつれて、該ガスは加熱手段及び向 流熱移動により加熱される請求の範囲第１１項記載の方法。 １３．加熱手段が加熱ゾーンを取り囲んでいる誘導コイル並びに加熱ゾーン及び 誘導コイルを取り囲んでいるサセプターであり、このサセプターはこの誘導コイ ルからエネルギーを引き出しそして放射により加熱ノーンを加熱するようになっ ている請求の範囲第１２項記載の方法。 １４．流動化ガスは、複数の穴を持った蓋を有する室を備えたバブルキャップに より反応ゾーンの下から上昇せしめられる請求の範囲第１１項記載の方法。