[发明专利]从放热的高温反应过程除去热量的装置和方法

说明书

技术领域

这个申请要求对2008年8月21日提交的我们共同待审的美国序号61/090709的临时申请有优先权。

本发明的领域是从各种高温反应过程中传递热量的方法和装置，特别是伴有粉尘放出的高强度的放热反应。

背景技术

用于除去高强度的放热高温反应产生的热量的大多数已知方法中，热量是通过反应物质到反应器容器内壁的传导，然后进一步通过容器壁的传导，和最后由容器外壁与外部传热介质如空气或水的对流，从反应物质传递出来。最普通的，当介质是水时，通常介质被喷淋或流过连结到外壁的盘管。另一方面，当介质是空气时，可在反应器的外壁上装设冷却的翅片，和可以强迫空气吹过或跨过翅片以便促进热传递。

不幸的是，目前已知的构造和方法通常被两个互相对立的目的所限制。第1个目的是保持反应在预定的高温，低于温度反应不可能最优地进行或甚至停止，和/或低于此温度反应可能留下数量不能接受的未反应物质。但是，该高温不能超过会使反应器容器壁或安装在反应器容器内衬里材料损坏的温度。因而，第2个目的是保持反应器容器壁在可接受的低温以便避免反应容器损坏。为了克服潜在的热损害，可以安装绝热材料作为容器内部的衬里。但是，这种减轻热损害的方法将必定和显著地减少使用上述传导/对流的方法通过容器壁除去的反应热。

所以将能理解，从高强度的放热反应系统中除去热量方法的失败将造成过高的内部温度从而使反应器容器壁或衬里材料损坏。相反，如果没有绝热，可以完成热量的传递，但是会很难（既使不是不可能）保持所需的很高的反应温度。还有，在允许热传递到容器壁的构造和方法中，在进行高强度放热反应的地方容器壁的温度可能很容易超过由安全设计所设定的最大可允许的限制。在这样的情况下为了避免容器壁损坏，必须采取特别的安全措施，而这些措施倾向于促进传热，从而常常将反应温度下降到低于所需的高温。还有，在放热反应过程中产生粉尘可能使这些困难进一步复杂化。

因而，很需要从高温放热反应系统和特别是放出大量粉尘颗粒的反应中除去热量的改进的装置和方法。

发明内容

本发明的目标是用于含有放热高温反应物质的反应器容器的各种装置和方法，其中那些装置和方法不仅避免了至今已知系统的各种缺点而且能实现先前矛盾的各项优点。

在本发明的内容的一个方面中，从放置在反应器容器中的高温放热反应物质的表面传热的方法包括一个步骤是允许热量从反应物质的表面辐射到构成反应器容器一部分的第1吸收物，其中至少反应容器的一个其他表面是绝热的。然后使用第2吸收物除去第1吸收物这样吸收的辐射热。应特别注意在反应包括生成粉尘颗粒的情况，进一步打算通过湍动的黑体颗粒也可将热量从反应物质表面辐射到第1吸收物。

最普通的，第1吸收物包括金属面第2吸收物包括传热流体，至少在某些实施例中第1吸收物的表面将基本平行于反应物质的表面。例如，可将第1吸收物构造成一个盖，和第2吸收物可流过连结在或构成在该盖中的导管。可以构造合适的盖以便有吸收的侧壁基本垂直于反应物质的表面，和/或吸收的侧壁可以是弯曲的或包括圆顶形状。第1吸收物包括提高从反应物质表面吸收辐射热的层，和/或由耐热层绝热反应器容器的一个或多个剩余表面，通常也是优选的。

因此，从不同的透视位置观察时，高温放热反应物质的反应器容器可以包括许多绝热的壁，构造这些壁以便包含有反应表面的高温放热反应物质。反应器容器将还包括连结到许多壁的第1吸收物，其中构造和设置第1吸收物以便能吸收从反应物质表面来的辐射热。然后将第2吸收物热连接到第1吸收物，其中构造和设置第2吸收物以便吸收第1吸收物的热量。

在特别优选的方面中，构造第1吸收物作为盖，使第2吸收物流过连结在或构成在该盖中的导管，和第1吸收物是基本平行于反应物质的表面。在需要的地方，第1吸收物还包括提高从反应物质表面吸收辐射热的层。

另一种是，特别在放热反应包括生成粉尘颗粒的情况下，高温放热反应物质的反应器容器将包括许多绝热的壁，构造这些壁以便包含有反应表面的高温放热反应物质。然后将第1吸收物连结到许多壁，并构造和设置第1吸收物以便能吸收悬浮在反应物质表面上的空间内的许多黑体颗粒的辐射热量。在这样的实施例中许多黑体颗粒有足够小的尺寸以便能由反应物质的表面加热这些颗粒，和反应物质表面有足够的温度以便支持颗粒的机械对流运动。接着将第2吸收物热连接到第1吸收物，其中构造和设置第2吸收物以便吸收第1吸收物的热量。