FI124307B - Menetelmä ja tuotantolaitos hienojakoisten kiintoaineiden termistä käsittelyä varten - Google Patents

Menetelmä ja tuotantolaitos hienojakoisten kiintoaineiden termistä käsittelyä varten Download PDF

Info

Publication number
FI124307B
FI124307B FI20100111A FI20100111A FI124307B FI 124307 B FI124307 B FI 124307B FI 20100111 A FI20100111 A FI 20100111A FI 20100111 A FI20100111 A FI 20100111A FI 124307 B FI124307 B FI 124307B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
gas
reactor
gas supply
supply pipe
cooling
Prior art date
Application number
FI20100111A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20100111A (fi
Inventor
Michael Missalla
Edgar Gasafi
Jean Claude Hein
Andreas Orth
Jean-Paul Nepper
Original Assignee
Outotec Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Outotec Oyj filed Critical Outotec Oyj
Publication of FI20100111A publication Critical patent/FI20100111A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI124307B publication Critical patent/FI124307B/fi

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1836—Heating and cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1845—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with particles moving upwards while fluidised
    • B01J8/1863—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with particles moving upwards while fluidised followed by a downward movement outside the reactor and subsequently re-entering it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
    • F23C10/08—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases
    • F23C10/10—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases the separation apparatus being located outside the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B15/10—Arrangements of air or gas supply devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00176—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles outside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00327—Controlling the temperature by direct heat exchange
    • B01J2208/00336—Controlling the temperature by direct heat exchange adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B01J2208/00353—Non-cryogenic fluids
    • B01J2208/00371—Non-cryogenic fluids gaseous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00752—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00761—Discharging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/10002—Treatment devices for the fluidizing gas, e.g. cooling, filtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

MENETELMÄ. JA TUOTANTOLAITOS HIENOJAKOISTEN
KIINTOAINEIDEN TERMISTÄ KÄSITTELYÄ VARTEN
Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään 5 fluidisoitavien aineiden käsittelemiseksi kemiallisesti ja/tai fysikaalisesti reaktorissa, erityisesti leijupetireaktorissa; menetelmässä kuumaa kaasua, erityisesti palotilasta ennen reaktoria purkautuvaa poistokaasua - jossa reaktorissa poltetaan 10 polttoainetta ja palamisilmaa lämpötilassa 1000 - 1500 °C - syötetään reaktorin sisätilaan kaasunsyöttöputken kautta. Lisäksi nyt esillä oleva keksintö kohdistuu tuotantolaitokseen rakeisten kiintoaineiden lämpökäsittelyä varten.
15
Patenttihakemuksesta DE 102 60 741 Ai tunnetaan edellä kuvatun kaltainen menetelmä ja vastaava tuotantolaitos, jossa kuumaa kaasua, lämpötilaltaan noin 1130 °C, saadaan palotilasta ennen reaktoria ja 20 syötetään edelleen reaktoriin. Reaktorin sisällä kuuma kaasu voidaan sitten jäähdyttää noin 750 °C:n lämpötilaan, esimerkiksi saattamalla se kosketuksiin viileämpien käsiteltävien aineiden kanssa ja/tai sekoittamalla siihen fluidisoivaa kaasua. Kuuma kaasu 25 virtaa kuitenkin reaktoriin verrattain korkeassa lämpötilassa ja joutuu reaktorissa kosketuksiin g käsiteltävien kiintoaineiden kanssa, mikä voi johtaa c\j ^ paikalliseen ylikuumenemiseen ja toisaalta aiheuttaa ° myös huomattavaa rasitusta reaktorin rakenteille, co C\J 30 g EP-patenttihakemuksesta 0 630 683 B1 tunnetaan myös kuuman kaasun syöttö reaktoriin, jossa kuuma kaasu £ jäähdytetään kiintoainepartikkeleilla reaktorin 2 sisällä. Lisäksi reaktoriin voidaan järjestää o ^ 35 jäähdytyspaneeleja.
2
Eräissä sovelluksissa, esimerkiksi saven kalsinoinnissa, lämpötila reaktorin sisällä ei saisi nousta yli 700 °C:n. Näin ollen esimerkiksi edellä mainituissa prosesseissa tulee ongelmia sellaisissa 5 sovelluksissa, joissa käsiteltävät, fluidisoitavat aineet joutuvat kontaktiin palotilan selvästi kuumemman kaasun kassa. Näissä sovelluksissa, kuten esimerkiksi saven kalsinoinnissa, ei reaktorissa siksi voida polttaa tavanomaisia, huokeita polttoaineita, 10 kuten maakaasua, öljyä tai hiiltä. Näin ollen ainoastaan butaanin kaltaista polttoainetta, jonka syttymislampötila on alhaisempi, voidaan käyttää suoraan palamiseen reaktoritilan sisällä.
Polttoaineet, jotka palavat alhaisemmassa 15 lämpötilassa, ovat kuitenkin verrattain kalliita.
Muissa sovelluksissa syntyy kuumia kaasuja, ja niitä käytetään prosessin myöhäisemmissä vaiheissa niin 20 kuumina kuin mahdollista, jotta lämpö saadaan siirretyksi prosessin näihin osiin.
Lisäksi edellä mainitut tuotantolaitokset, joissa kuumaa kaasua syötetään reaktorin sisään lämpötiloissa 500 - 1600 °C, erityisesti lämpötiloissa 1000 - 1500 25 °C, ovat kalliita rakentaa, koska kaasunsyöttöputki, jota pitkin palotilasta tai muista prosesseista tuleva g poistokaasu virtaa, täytyy valmistaa lämpöä hyvin cg i kestävästä materiaalista, esimerkiksi korkeita co ? lämpötiloja kestävästä teräksestä. Koska lämpötilaerot co ^ 30 suhteessa tuotantolaitoksen muihin komponentteihin jr ovat suuret, huomattavia lämpöjännityksiä voi myös esiintyä.
δ ^ Nyt esillä olevan keksinnön tavoitteena onkin edellä o 35 mainitun kaltainen menetelmä ja tuotantolaitos, jotka mahdollistavat edullisten polttoaineiden tai kuumien 3 poistokaasujen käytön, ja samalla fluidisoitavien aineiden hellävaraisen käsittelyn reaktorissa, jolloin reaktoriin tai komponentteihin kohdistuvat rasitukset jäävät pieniksi.
5
Keksinnön mukaisesti tavoite saadaan olennaisesti ratkaistuksi menetelmällä, jossa kaasu ja/tai kaasunsyöttöputki jäähdytetään sellaisella jäähdytysaineella, että jäähdytysaine joutuu 10 jäähdytyksen aikana suoraan kosketukseen kuuman kaasun kanssa siten, että kaasunsyöttöputken seinämän lämpötila on ainakin 50 °C alempi kuin kaasun lämpötila kaasunsyöttöputken siinä sisääntuloaukossa, joka suuntautuu poispäin reaktorin sisätilasta. Toisin 15 sanoen kaasu ja/tai kaasunsyöttöputki jäädytetään jäähdytysaineella siten, että reaktorissa sijaitsevat fluidisoitavat aineet kuumennetaan riittävästi, mutta reaktorin komponentteja ei altisteta liian suurille termisille rasituksille ja mekaanisille rasituksille. 20 Kun kaasunsyöttöputkeen panostetaan jäähdytysainetta, voidaan putken valmistuksessa näin ollen käyttää huokeampaa materiaalia huolimatta kaasunsyöttöputkessa olevan kaasun erittäin korkeasta lämpötilasta, koska mainittua putkea koskevat lämmönkestävyysvaatimukset 25 ovat nyt matalammat. Tätä edullista vaikutusta voidaan edelleen tehostaa siten, että jäähdytyksen seurauksena q kaasunsyöttöputken seinämän lämpötila on selvästi CM „
^ alhaisempi, erityisesti ainakin noin 100 C
^ alhaisempi, edullisimmin noin 150 °C alhaisempi kuin
CO
^ 30 kaasun lämpötila kaasunsyöttöputken sisääntulossa.
g Kuvatun jäähdytyksen avulla itse kaasunsyöttöputkessa ^ sijaitseva kaasu jäähtyy tuskin lainkaan, ja ς kaasunsyöttöputken reaktorin puoleisessa poistoaukossa o ii kaasu on korkeintaan 200 C, edullisimmin korkeintaan o ^ 35 100 °C viileämpää kuin sisääntuloaukossa.
4 Näin ollen jäähdytysaineena voidaan käyttää esimerkiksi vettä. Jäähdytyslaitteiston rakenteen yksinkertaistamiseksi veden lämpötila on edullisesti korkeintaan noin 100 °C, jolloin merkittävää painetta 5 ei pääse kehittymään. Periaatteessa on kuitenkin mahdollista konstruoida myös paineenkestävä jäähdytyslaitteisto, jossa kaasunsyöttöputken ja/tai poistokaasun jäähdyttämiseen käytetään erillisestä höyrystyslaitteistosta tai prosessin aikaisemmista 10 vaiheista saatavaa vettä. Koska lämmönsiirtopinnat ovat osittain varsin pienet, höyrystyslaitteistolla saavutettava lämpötehon lisäys on sekin toisaalta varsin pieni, kun jäähdytetään kuumaa kaasua ja/tai kaasunsyöttöputkea. Jäähdytysvaikutus on kuitenkin 15 riittävä suojaamaan kaasunsyöttöputkea vaurioitumiselta ja liialliselta lämpökuormitukselta.
Eräänä jäähdytysvaihtoehtona lämmönsiirtoöljyt tai muut jäähdytysaineet ovat toki myös mahdollisia, ja 20 edullisesti niitä käytetään tuotantolaitoksen muissa osissa esimerkiksi muiden aineiden lämmittämiseen tai toissijaisena piirinä lämmön talteenotossa.
Jäähdytysaine syötetään edullisesti rengasmaisen ja/tai spiraalimaisen jäähdytyskanavan kautta, joka on 25 muodostettu kaasunsyöttöputken sisäpuolelle ja/tai ulkopuolelle. Näin ollen sekä kaasunsyöttöputken o sisällä virtaava kaasu yleensä että putken seinämillä
CNJ
^ virtaava kaasu erityisesti voidaan jäähdyttää siinä ^ määrin, ettei kaasunsyöttöputken valmistamiseen 00 30 tarvitse käyttää kalliita, korkeita lämpötiloja
X
£ kestäviä materiaaleja.
5 Eräässä erityisessä suoritusmuodossa o g kaasunsyöttöputken materiaali on säteilyä heijastavaa ^ 35 materiaalia, tai siinä on heijastava pinnoite, esim.
5 tinapeltiä, mikä vähentää säteilyn kuumentavaa vaikutusta.
Keksinnön mukaisesti jäähdytysaine joutuu jäähdytyksen 5 aikana suoraan kosketukseen kuuman kaasun kanssa. Tavoitteena on pitää kuumat kaasuvirtaukset loitolla kaasunsyöttöputken seinämistä syöttämällä jäähdytysainetta selektiivisesti ja tarkkaan annostellen.
10 Tämän seurauksena kuuman kaasun, toisin sanoen palotilan poistokaasun, perinpohjainen sekoittuminen jäähdytysaineeseen voidaan minimoida ja näin saada entistä tehokkaampi kaasun jäähdytys 15 kaasunsyöttöputken reunoille. Niinpä kaasu tulee yleensä reaktoriin hieman alhaisemmassa lämpötilassa, mutta lämpötilat kaasunsyöttöputken reuna-alueilla ovat huomattavasti matalammat kuin kaasun keskimääräiset lämpötilat kaasunsyöttöputken 20 sisääntuloaukon kohdalla.
Erään nyt esillä olevan keksinnön suoritusmuodon mukaisesti järjestetään niin, että jäähdytysaine syötetään kaasunsyöttöputkeen ja/tai siihen reaktorin 25 osaan, joka on välittömässä yhteydessä kaasunsyöttöputkeen, ja sekoitetaan siellä kuumaan τ|· £ kaasuun. Näin jäähdytysaine voidaan syöttää
CM
^ kaasunsyöttöputkeen tai reaktoriin esimerkiksi ? rei'itetyn putken kautta, kalvon kautta ja/tai co 30 suutinlevyn kautta. Tämä mahdollistaa ir kaasunsyöttöputken jäähdyttämisen kauttaaltaan ilman, että siinä esiintyy lämpöjännityksiä aiheuttavia ^ lämpögradientteja. Jäähdytysaineen syöttö on ? toteutettu siten, että sen sekoittuminen kaasuun o 00 35 kaasunsyöttöputkessa on mahdollisimman vähäistä, ja 6 että kaasunsyöttöputken sisäpuolelle olennaisesti muodostuu kylmän jäähdytysaineen rajakerros.
Kaasunsyöttöputki voidaan suojata erityisen 5 tehokkaasti sen läpi virtaavalta kaasulta, jonka lämpötila on korkea, kun jäähdytysaine syötetään kaasunsyöttöputkeen siten, että sinne ainakin osittain muodostuu kaasua ympäröivä jäähdyttävä kerros. Jäähdytysaine virtaa edullisesti pitkin 10 kaasunsyöttöputken sisäseinämiä tai pitkin putkeen järjestettyä jäähdytyslaitteistoa ja muodostaa täten viileämmän kaasupatjan kuuman kaasun ja kaasunsyöttöputken välille.
15 Eräässä keksinnön toisessa suoritusmuodossa jäähdytysaine syötetään kaasunsyöttöputkeen esimerkiksi käyttämällä suutinlevyä, jossa suuaukot jakautuvat kaasunsyöttöputken ympärille. Edullisesti mainitut suuaukot muodostuvat siten, että 20 jäähdytysaine virtaa kaasunsyöttöputkeen tangentiaalisessa suunnassa. Tässä tapauksessa syöttöputken seinämän ympärille muodostuu erittäin hyvä ja ohut jäähdytysainekalvo.
25 Ympäröivää ilmaa käytetään edullisesti jäähdytysaineena, joka voi myös joutua kosketuksiin "sl g kaasun kanssa. Tarkoitukseen voidaan kuitenkin käyttää
CM
^ myös mitä tahansa muutakin kaasua, kuten esimerkiksi ° muista prosesseista tai prosessivaiheista saatua co 00 30 jäähdytettyä ja puhdistettua poistokaasua. Erityisesti g voidaan käyttää kaasuja, joilla on paljon suurempi viskositeetti, tai joita täytyy syöttää myös g leijupetireaktorissa tapahtuvaan reaktioon. Keksinnön o g mukaisesti jäähdytysaineen, esimerkiksi ^ 35 jäähdytyskaasun, lämpötila on verrattain alhainen, 7 edullisesti välillä noin 0 - 400 °C, edullisimmin alle 200 °C.
Eräässä toisessa suoritusmuodossa jäähdytysaine 5 syötetään nestemäisessä tai jopa kiinteässä muodossa kaasunsyöttöputken sisäseinämään, josta se sitten edullisesti höyrystetään tai sublimoidaan, niin että se muodostaa kaasupatjan tai nestemäisen kerroksen, joka suojaa kaasunsyöttöputken sisäseinämää 10 kuumuudelta. Tässä yhteydessä vesi on jäähdytysaineena erityisen käyttökelpoinen. Eräässä toisessa suoritusmuodossa mainittu nestemäinen tai kiinteä jäähdytysaine syötetään kaasuvirran mukana, esimerkiksi pisaroina tai partikkeleina.
15
Keksinnön mukaisesti reaktoriin kaasunsyöttöputken kautta syötettävä kuuma kaasu voi olla peräisin jostain toisesta prosessista, esimerkiksi lämmönsiirtimestä. Tässä tapauksessa 20 kaasunsyöttöputkessa olevien kaasujen lämpötila on noin 600 - 1000 °C. Reaktorissa voi tapahtua sisäistä palamista, mutta syötetyn kaasun aiheuttamista lämpörasituksista johtuen kaasunsyöttöputki täytyy jäähdyttää. Kaasunsyöttöputkessa olevan kaasun 25 lämpötilasta riippuen voidaan käyttää myös paljon vähemmän lämmönkestäviä ja näin ollen vähemmän ^ kalliita materiaaleja, esimerkiksi terästä, jonka ^ lämmönkestävyys ulottuu ainoastaan lämpötilaan 600 °C, co
S5 edullisesti vain 500 °C ja edullisimmin 450 °C
co CVJ 30 (esimerkiksi kattilalevy, H2-teräs) .
X
X
CL
Vaihtoehtona sille, että käsiteltävät aineet ^ kuumennetaan suoraan reaktorin sisällä tapahtuvan ? palamisreaktion avulla tai syöttämällä kuumaa kaasua
O
^ 35 jostain toisesta prosessista, reaktorin edeltä palotilasta saatava poistokaasu voidaan syöttää 8 reaktoriin myös kuumana kaasuna, jolloin polttoaine ja palamisilma palavat reaktorissa lämpötilassa noin 1000 1500 °C. Tämä johtaa kaasunsyöttöputkessa huomattavan korkeisiin lämpötiloihin, jotka vaativat 5 erityisen tehokasta jäähdytystä ja/tai lämmönkestävien materiaalien käyttöä, mutta keksinnön mukainen uusi keksinnöllinen palotilassa tapahtuvan palamisreaktion ja reaktorissa tapahtuvan aineiden käsittelyn erottaminen toisistaan (decoupling = irrotus, 10 irtikytkentä, erottaminen, saksaksi Entkupplung) mahdollistaa myös hinnaltaan edullisten (inexpensive) polttoaineiden käytön. Tämän välijäähdytyksen ansiosta voidaan näin ollen käyttää myös maakaasua, öljyä tai hiiltä, samoin kuin biomassaa tai jätemateriaaleja, 15 jotka edellyttävät huomattavasti korkeampaa
syttymislämpötilaa tai palamislämpötilaa kuin reaktorin sisällä lämpötiloissa 500 - 700 °C
tapahtuvan käsittelyn kannalta on tarpeen tai edes toivottavaa.
20
Keksinnön mukaisessa menetelmässä polttoaineena voidaan käyttää myös jotakin tuhkaa tuottavaa polttoainetta, jolloin kaasun puhdistus on mahdollisesti järjestetty palotilan ja 25 leijupetireaktorin välille. Palaminen voidaan toteuttaa esimerkiksi vaakasuuntaisessa syklonissa, £ jossa polttoaineesta syntyvä tuhka erotetaan kuumasta
CM
^ poistokaasusta ja saostetaan. Tämä mahdollistaa ? hinnaltaan edullisten ja paikallisesti saatavilla co ^ 30 olevien polttoaineiden käytön. Polttoaineen valinta | riippuu myös käsiteltävän aineen asettamista vaatimuksista. Aineet, joiden yhteydessä ei ole mitään ^ lisävaatimuksia epäpuhtauksista vapautumisen suhteen, 2 voidaan kalsinoida tuhkaa sisältävillä polttoaineilla,
O
^ 35 kun taas sellaiset aineet, joiden täytyy pysyä vapaina epäpuhtauksista, esimerkiksi valkoisen paperin 9 täyteaine, täytyy käsitellä tuhkattomilla polttoaineilla.
Eräs toinen vaihtoehto aineiden kuumentamiseksi on 5 poistokaasun, esimerkiksi sähköuunista saadun kaasun käyttö. Tässä tapauksessa kuumien kaasujen lämpötila on välillä 1000 - 1900 °C.
Erään keksinnön suoritusmuodon mukaisesti reaktori on 10 leijupetireaktori, jossa kiinteä leijupeti muodostuu rengasmaisesti kaasunsyöttöputken ympärille. Tässä tapauksessa kaasua voidaan syöttää jäähdytysaineena kaasunsyöttöputken ympärille järjestetyn jäähdytysputken kautta, minkä jälkeen se ohjataan 15 kaasunjakelulaitteeseen, joka on järjestetty kiinteän leijupedin alapuolelle, siten että jäähdytyskaasu voidaan tuoda kiinteään leijupetiin fluidisoivana kaasuna arinapohjan kautta. Jotta reaktorin sisällä vallitsevan lämpötila saataisiin pysymään 20 käsiteltävien aineiden käsittelyn kannalta optimaalisissa rajoissa, esimerkiksi saven kalsinoinnin osalta alle 700°:ssa, kaasunsyöttöputkeen syötetyn kuuman kaasun määrää hallitaan ja/tai säännöstellään edullisesti reaktorissa vallitsevan 25 lämpötilan perusteella.
o Keksinnön mukainen tavoite saavutetaan rakeisten
CM
pij kiintoaineiden käsittelyyn tarkoitetulla o ^ tuotantolaitoksella, joka käsittää leijupetireaktorin, 30 jossa kiintoaineet tuodaan prosessiin kiintoaineiden x £ syöttöyhteen kautta, ja jossa ne lämpökäsitellään olennaisesti lämpötilassa noin 300 - 1200 °C, 5 edullisesti noin 500 - 700 °C, sekä kaasunsyöttöputken o g joka avautuu leijupetireaktoriin sen alapuolelta, 00 35 jotta prosessikaasu voidaan syöttää reaktoriin olennaisen keskelle. Prosessiin on sen kulkusuunnassa 10 ennen leijupetireaktoria järjestetty palotila, jossa polttoainetta poltetaan esimerkiksi lämpötilassa 1000 - 1500 °C, ja joka on kaasunsyöttöputken kautta yhdistetty leijupetireaktoriin. Keksinnön mukaisesti 5 esimerkiksi rengasmainen jäähdytysputki kaasunsyöttöputken ja prosessikaasun jäähdyttämiseksi on ainakin osittain yhteydessä kaasunsyöttöputkeen, joka on yhdistetty jäähdytysainelähteen avulla siten, että sen kautta syötetään jäähdytysainetta, jonka 10 lämpötila on alempi kuin noin 400 °C, erityisesti alempi kuin noin 100 °C. Jäähdytysputken virtauspoikkipinta-ala on edullisesti pienempi kuin kaasunsyöttöputken virtauspoikkipinta-ala, jolloin kaasunsyöttöputki tai prosessikaasu lämmittävät 15 jäähdytysainetta voimakkaasti. Keksinnön mukaisen tuotantolaitoksen kokoonpanosta johtuen kaasunsyöttöputken valmistukseen voidaan käyttää esimerkiksi yksinkertaisia teräksiä jotka ovat lämmönkestäviä noin 800 °C lämpötilaan saakka, 20 edullisesti vain noin 700 °C lämpötilaan saakka ja erityisesti edullisimmin noin 650 °C lämpötilaan saakka (esimerkiksi 16Mo3-terästä). Näin ollen voidaan välttää kalliiden ja erittäin lämmönkestävien krominikkeliterästen käyttö. Samalla lämpötila 25 reaktorin sisäpuolella voidaan pitää alhaisena, ilman että joudutaan luopumaan sellaisten huokeiden o polttoaineiden käytöstä, jotka edellyttävät korkeampaa
CM
pij syttymislämpötilaa ja/tai palamislämpötilaa.
o i
CO
00 30 Eräässä toisessa keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa
X
£ tuotantolaitos käsittää sähköuunin, ja sähköuunin T- poistokaasut syötetään reaktoriin, edullisesti o leijupetireaktoriin, jossa ainakin osa mainituista o £ poistokaasuista käytetään kiintoaineiden käsittelyyn.
" 35 11
Erään keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti leijupetireaktorin kaasunsyöttöputkea ympäröi rengasmaisesti kiinteä leijupeti, ja tuotantolaitokseen kuuluu kiinteän leijupetin 5 alapuolelle järjestetty kaasunjakelulaite, josta fluidisoivaa kaasua tuodaan kiinteään leijupetiin hormipohjan kautta. Kaasunsyöttöputken ja kiinteän leijupetin yläpuolelle voidaan järjestää turbulenssikammio kiintoaineiden tehokasta 10 sekoittamista varten. Keksinnön mukainen jäähdytysputki sisältää ainakin osittain kaasunjakelulaitteen ja kaasunsyöttöputken väliin jäävän rengasmaisen tilan, jossa jäähdytysputki yhdistyy leijupetireaktorissa olevan kiinteän 15 leijupetin alapuolelle muodostuneeseen kaasunjakelulaitteeseen. Täten jäähdytysputkessa virtaavaa kaasumaista jäähdytysainetta voidaan myös käyttää kiinteän leijupetin fluidisoimiseen, minkä jälkeen kaasunsyöttöputkesta johdettu lämpö tuodaan 20 reaktoriin. Keksinnön mukaisen kokoonpanon avulla, jossa jäähdytysputki muodostaa rengasmaisen tilan kaasunjakelulaitteen ja kaasunsyöttöputken väliin, saavutetaan jäähdytysputken sisällä entistä suurempi virtausnopeus, jolloin myös kaasunsyöttöputken tai sen 25 sisällä virtaavien kaasujen jäähdytys saadaan _ toteutetuksi entistä tehokkaammin.
δ
CM
Erään tämän keksinnön sovelluksen mukaan o ^ jäähdytysputki sisältää useita poistoaukkoja, jotka on ^ 30 järjestetty kehämäisesti siten, että ne avautuvat
X
£ kaasunjakelulaitteeseen. Vaihtoehtoisesti on myös f- mahdollista, että jäähdytysputkessa on poistoaukko, o joka on muodostettu rengasmaisesti sen kehälle ja o q avautuu kaasunjakelulaitteeseen. Ainakin yksi
CM
35 poistoaukko voi avautua kaasunjakelulaitteeseen suoraan arinapohjan alapuolelta.
12
Erään toisen keksinnön sovelluksen mukaan keksinnön mukainen tuotantolaitos sisältää sellaisen kaasunsyöttöputkeen järjestetyn jäähdytysputken, että kaasunsyöttöputken ja jäähdytysputken väliin muodostuu 5 rengasmainen jäähdytyskanava. Näin kaasunsyöttöputkea jäähdytetään sisäpuolelta rengasmaisessa jäähdytyskanavassa virtaavan jäähdytysaineen avulla.
Erityisen edullisesti jäähdytysputkeen on järjestetty 10 poistoaukot, joiden avulla jäähdytysputki yhdistyy reaktorin sisätilaan tai kaasunsyöttöputken sisätilaan. Tällä tavoin voidaan muodostaa jäähdyttävä kerros, joka ympäröi palotilan poistokaasua ja virtaa pitkin kaasunsyöttöputken tai jäähdytysputken 15 sisäseinämää, jolloin mainittu kerros estää kaasupatjan tavoin kaasunsyöttöputken tai jäähdytysputken liiallisen kuumenemisen.
Kun leijupetireaktori käsittää Venturi-reaktorin, 20 jäähdytysputki voi avautua kaarevaan osaan, jossa on poistoaukot jäähdytysputken yhdistämiseksi reaktorin sisätilaan. Edullisesti se jäähdytysputken osa, joka yhdistyy kaasunsyöttöputkeen, kulkee olennaisesti samansuuntaisena reaktorin yhtä lailla kaarevan pohjan 25 kanssa. Tällä tavoin voidaan jäähdyttää sekä kaasunsyöttöputki että myös reaktorin pohja.
δ
CXI
^ Erityisen tehokas jäähdytys saavutetaan, kun ° jäähdytysaineena käytetään vettä. Edullisesti joko co 00 30 kaasunsyöttöputken sisä- tai ulkopuolelle järjestetään jr ainakin osittain jäähdytysputki, joka yhdistyy jäähdytysaineen lähteeseen; lähde sisältää g jäähdytysaineena vettä, jonka lämpötila on korkeintaan ? noin 100 °C. Jäähdytysputki voidaan muodostaa 00 35 esimerkiksi spiraalimaiseksi ja konstruoida kulkemaan jäähdyttävänä spiraalina kaasunsyöttöputken ympäri.
13
Kaasunsyöttöputken materiaalin suojaamiseksi palotilasta virtaavien poistokaasujen aiheuttamalta liialliselta lämpökuormalta voidaan kaasunsyöttöputken sisäpuolelle lisäksi järjestää eristävä kerros 5 esimerkiksi betonirappauksella tai jolla muulla sopivalla lämpöeristeellä. Jopa palotilasta tulevan poistokaasun lämpötiloissa, 1300 °C ja ylikin, kaasunsyöttöputkeen kohdistuvat kuormat voidaan näin minimoida.
10
Keksinnön mukaisessa tuotantolaitoksessa palotilaan on edullisesti yhdistetty kaasunpuhdistusvälineet. Palotila voi koostua vaakasuorasta syklonista.
15 Edelleen keksintö kohdistuu sellaisen materiaalin käyttöön, jolla on alhainen lämmönvastus, esimerkiksi edellä kuvatun tuotantolaitoksen tai menetelmän kaasunsyöttöputkessa. Seuraavassa keksintöä on kuvattu yksityiskohtaisesti sen edullisten suoritusmuotojen 20 avulla ja viittamaalla oheisiin piirroksiin. Kaikki keksinnön piirteet, joita on tässä kuvailtu ja/tai havainnollistettu joko sellaisenaan tai yhdistelminä, edustavat keksinnön kohdetta riippumatta siitä onko ne mainittu oheisissa patenttivaatimuksissa tai niihin 25 viittaavassa selitysosassa. Piirustuksessa: δ Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön ensimmäisen
CNJ
co suoritusmuodon mukaista tuotantolaitosta, o i
CO
30 Kuvio 2 esittää erästä kuviossa 1 kuvatun
X
£ tuotantolaitoksen yksityiskohtaa suurennettuna, o Kuvio 3 esittää yksityiskohtaa keksinnön erään toisen o suoritusmuodon mukaisesta tuotantolaitoksesta,
C\J
35 14
Kuvio 4 esittää yksityiskohtaa keksinnön erään kolmannen suoritusmuodon mukaisesta tuotantolaitoksesta, 5 Kuvio 4a esittää leikkauskuvaa kuvion 4 mukaisesta tuotantolaitoksesta pitkin linjaa A-A,
Kuvio 5 esittää yksityiskohtaa keksinnön erään neljännen suoritusmuodon mukaisesta 10 tuotantolaitoksesta,
Kuvio 6 esittää yksityiskohtaa keksinnön erään viidennen suoritusmuodon mukaisesta tuotantolaitoksesta, ja 15
Kuvio 7 esittää yksityiskohtaa keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisesta tuotantolaitoksesta.
Rakeisten kiintoaineiden lämpökäsittelyyn, kuten saven 20 kalsinointiin, tarkoitetussa tuotantolaitoksessa, jota on havainnollistettu kuvassa 1, on leijupetireaktori 1, jonka reaktorin sisätilassa 2 kiintoaineet joutuvat kemialliseen ja/tai fysikaaliseen käsittelyyn.
Kaasunsyöttöputki (keskusputki) 3, joka on yhteydessä 25 palotilaan 4, avautuu reaktorin sisätilaan 2. Kuten kuvion 1 nuolet osoittavat, palotilaan syötetään ^ polttoainetta ja kaasua. Poistokaasu, joka on ^ palamisreaktion aikana kuumennettu korkeintaan noin co ? 1500 °C lämpötilaan, virtaa palotilasta 4 co ccj 30 kaasunsyöttöputken 3 kautta reaktorin sisätilaan 2.
x cc Q.
Reaktoriin 1 on järjestetty arinapohja 5, joka on ^ yhdistetty kaasunjakelulaitteeseen 6. Fluidisoivaa ° kaasua syötetään kaasunjakelulaitteeseen 6 yhteen 7 o 00 35 kautta, ja se virtaa reaktoriin 1 hormipohjan 5 läpi.
Arinapohjan 5 yläpuolella kaasunsyöttöputkea 3 ympäröi 15 kiinteä, rengasmainen leijupeti, johon fluidisoiva kaasu sekoittuu. Lisäksi kuviossa 1 on kaaviomaisesti esitetty kierrätyssykloni 8, jossa reaktorista 1 purkautuneet kiintoaineet erottuvat reaktorin 1 5 poistokaasuista, ja ne voidaan mahdollisesti kierrättää takaisin reaktoriin 1.
Kuvion 1 mukaisen tuotantolaitoksen kaasunjakelulaitteen 6 ja kaasunsyöttöputken 3 10 muodostusta on kuvattu yksityiskohtaisesti kuviossa 2.
Kaasunsyöttöputkea 3 ympäröi osittain jäähdytysputki 9, jolloin kaasunsyöttöputken 3 ulkopinnan ja jäähdytysputken 9 sisäpinnan välille muodostuu rengasmainen jäähdytyskanava 10. Jäähdytysainetta, 15 esimerkiksi ympäröivää ilmaa, syötetään jäähdytysputkeen 10, jolloin se jäähdyttää kaasunsyöttöputken 3 seinämää ja samalla siis myös palotilasta 4 purkautuvaa poistokaasua, joka virtaa kaasunsyöttöputken läpi. Kuten kuviosta 2 käy ilmi, 20 jäähdytysputkessa on joukko poistoaukkoja 11, jotka on järjestetty kehälle arinapohjan 5 läheisyyteen, siten että mainitut poistoaukot avautuvat kaasunjakelulaitteeseen 6. Näin jäähdytysaineena käytettävää ympäröivää ilmaa voidaan syöttää reaktorin 25 sisätilaan 2 ylimääräisenä fluidisoivana kaasuna.
Toisin kuin kuviossa 2 kuvatun suoritusmuodon ^ tapauksessa, jossa jäähdytysaine syötetään ^ kaasunsyöttöputken kanssa myötävirtaan, jäähdytysaine co 9 voidaan syöttää myös vastavirtaan. Jäähdytysaineen
CD
c\j 30 syöttö voidaan ohjata niin, että se kaasunsyöttöputken ir osa, joka työntyy reaktorin sisälle, jäähdytetään Q_ ensin, minkä jälkeen jäähdytysaine käännetään ^ kulkemaan alaspäin, jolloin se kulkeutuu alaspäin o ? vastavirtaan, o w 35 16
Keksinnön eräs toinen suoritusmuoto on esitetty kuviossa 3, jossa edellä kuvatun suoritusmuodon kanssa identtiset komponentit on merkitty samoilla viitenumeroilla.
5 Tässä suoritusmuodossa jäähdytysputki 9 on puolestaan järjestetty rengasmaiseksi siten, että se ympäröi keskeistä kaasunsyöttöputkea 3, jolloin kaasunsyöttöputken 3 ja jäähdytysputken 9 väliin 10 muodostuu rengasmainen jäähdytyskanava 10.
Kaasunsyöttöputki 3 on osittain varustettu poistoaukoilla 12, jolloin rengasmaisen jäähdytyskanavan 10 kautta virtaava jäähdytysaine pääsee etenemään keskeisen kaasunsyöttöputken 3 15 sisälle. Näin virratessaan jäähdytysaine voi muodostaa jäähdyttävän kerroksen, joka etenee pitkin kaasunsyöttöputken 3 sisäpintaa ja suojelee siten kaasunsyöttöputken 3 materiaalia liialliselta kuumenemiselta.
20
Kuviot 4 ja 4a esittävät vaihtoehtoja kuvion 3 mukaiselle suoritusmuodolle, jossa vain muutamia poistoaukkoja 12' on järjestetty yhdelle tai kahdelle tasolle kaasunsyöttöputken 3 ympärille. Mainitut aukot 25 12 on edullisesti järjestetty siten, että jäähdytysaine virtaa kaasunsyöttöputkeen 3 ^ tangentiaalisessa suunnassa.
CM
CO
? Kuvion 5 suoritusmuodossa reaktori 1' on Venturi- co ^ 30 reaktori. Jäähdytysputki 9, joka on järjestetty jr keskeisen kaasunsyöttöputken 3 sisään, työntyy reaktorin 1' alaspäin kapenevaan alaosaan ja on tältä £ osin olennaisen suppilomainen. Jäähdytysputken 9 o £ suppilomaiseen osaan on muodostettu joukko 00 35 poistoaukkoja 12, jolloin jäähdytysaine, esimerkiksi ympäröivä ilma, pääsee virtaamaan reaktorin 1 17 sisätilaan 2. Vaihtoehtoisesti on kuitenkin myös mahdollista, ettei jäähdytysainetta syötetä Venturi-reaktoriin eikä poikkileikkaukseltaan pyöreään (annular = pyöreä poikkileikkaus) leijupetireaktoriin, 5 vaan sitä käytetään prosessin muissa osissa, esimerkiksi palotilan esilämmitettynä ilmana.
Kuviossa 6 kuvatulla suoritusmuodolla on samanlainen rakenne kuin kuviossa 3 kuvatulla. Keskeisen 10 kaasunsyöttöputken 3 ulkopuolelle on kuitenkin muodostettu spiraalimainen jäähdytyskanava 13, jonka kautta syötetään vettä jäähdytysaineeksi. Toisin kuin edellä kuvatuissa suoritusmuodoissa, jäähdytyskanava 13 on konstruoitu siten, että kanavaan ohjattu vesi ei 15 pääse virtaamaan keskeiseen kaasunsyöttöputkeen 3 eikä reaktorin 1 sisätilaan 2.
Kuviossa 7 esitettyyn suoritusmuotoon, joka olennaisilta osiltaan vastaa kuviossa 6 esitettyä 20 suoritusmuotoa, on keskeisen kaasunsyöttöputken 3 sisäpinnalle järjestetty tukirakenne 14, toisin sanoen päällyste, joka on betonirappausta tai jotakin muuta sopivaa lämpöeristettä. Tällä tavoin keskeistä kaasunsyöttöputkea suojellaan sisäpuolelta 25 tukirakenteella 14 ja jäähdytetään ulkopuolelta jäähdytyskanavalla 13.
't δ ^ Kun keskeistä kaasunsyöttöputkea 3 jäähdytetään edellä S5 kuvatulla tavalla, palotilasta 4 virtaava poistokaasu co ^ 30 jäähtyy huomattavasti noin lämpötilasta 1000 C - 1500 Ϊ °C, jolloin mainittu poistokaasu kuumentaa reaktorissa
1 käsiteltäviä kiintoaineita 1 noin 500 - 700 °C
^ lämpötilaan.
o δ ™ 35 18
Esimerkki 1
Kuvion 1 mukaisessa reaktorissa kaasua, jonka lämpötila on 1000 °C, virtaa kaasunsyöttöputkeen. Kun 5 prosessiin syötetään jäähdyttävää kaasua, tässä inerttinä kaasuna typpeä, jonka lämpötila on 100 °C, kaasunsyöttöputken seinämä jäähtyy noin 600 °C:een. Samalla kaasun lämpötila kaasunsyöttöputkessa jäähtyy noin lämpötilaan 950 °C.
10
Esimerkki 2
Kuvion 5 mukaisessa reaktorissa kaasua, jonka lämpötila on 850 °C, syötetään kaasunsyöttöputkeen.
15 Kun prosessiin syötetään jäähdyttävää kaasua, tässä ilmaa, jonka lämpötila on 30 °C, kaasunsyöttöputken seinämä jäähtyy noin 650 °C:een. Tämän seurauksena voidaan luopua seinämän tiiliverhoilusta tai korkeita lämpötiloja kestävien ruostumattomien terästen 20 käytöstä.
Esimerkki 3
Kuvioissa 4 ja 4a esitetyissä reaktoreissa 25 sähköuunista virtaavaa kuumaa kaasua, jonka lämpötila on noin 1400 °C, syötetään kaasunsyöttöputkeen.
g Jäähdyttävää kaasua, jonka lämpötila on noin 100 C,
CM
^ syötetään kaasunsyöttöputkeen 3 tangentiaalisesti ? aukkojen 12 kautta, jolloin jäähdytyskaasu muodostaa co ^ 30 ohuen kalvon kaasunsyöttöputken 3 seinämän ympärille.
g Kaasunsyöttöputken 3 seinämän lämpötila ei koskaan nouse korkeammaksi kuin 650 °C, kun taas kaasun ^ lämpötila sen tullessa leijupetireaktoriin on yli ? 1000 °C. Näin ollen mm. rautamalmia voidaan o ^ 35 esikuumentaa ja/tai esipelkistää leijupetireaktorissa lämpötilassa, joka on noin 900 - 1100 °C.
19
Viitenumerot: 1 leijupetireaktori 1' Venturi-reaktori 2 reaktorin sisätila 5 3 kaasunsyöttöputki (keskusputki) 4 palotila 5 arinapohja 6 kaasunjakelulaite 7 yhde 10 8 kiertosykloni 9 jäähdytysputki 10 jäähdytyskanava 11 poistoaukko 12, 12' poistoaukko 15 13 jäähdytyskanava 14 tukirakenne δ
CM
CO
o
CO
CM
X
cc
CL
δ o δ
CM

Claims (22)

1. Menetelmä fluidisoitavien aineiden kemialliseksi ja/tai fysikaaliseksi käsittelemiseksi reaktorissa, 5 erityisesti leijupetireaktorissa (1, 1'), jossa kuumaa kaasua tuodaan reaktorin sisätilaan (2) kaasunsyöttöputken (3) kautta ja jossa kaasu ja/tai kaasunsyöttöputki (3) jäähdytetään jäähdytysaineella, tunnettu siitä, että jäähdytysaine joutuu jäähdytyksen 10 aikana suoraan kosketukseen kuuman kaasun kanssa siten, että kaasunsyöttöputken seinämän lämpötila on ainakin 50 °C alempi kuin kaasun lämpötila kaasunsyöttöputken (3) siinä sisääntuloaukossa, joka suuntautuu poispäin reaktorin sisätilasta. 15
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasunsyöttöputken (3) seinämän lämpötila on ainakin 100 °C alempi, edullisesti 150 °C alempi kuin kaasun lämpötila kaasunsyöttöputken (3) 20 sisääntuloaukossa.
3. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysaineena käytetään vettä, jonka lämpötila on edullisesti 25 enintään 100 °C.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu CM ^ siitä, että jäähdytysaine tuodaan esimerkiksi ^ rei'itetyn putken (9) ja/tai suutinlevyn kautta 00 30 kaasunsyöttöputkeen (3) ja/tai siihen reaktorin osaan x £ (1, 1'), joka yhdistyy kaasunsyöttöputkeen (3), ja T- sekoitetaan siellä kuumaan kaasuun. δ o
5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen 00 35 menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysaine tuodaan kaasunsyöttöputkeen (3) siten, että sinne muodostuu ainakin osittain jäähdyttävä kerros, joka ympäröi kuuman kaasun ja virtaa pitkin kaasunsyöttöputken (3) sisäseinämää.
6. Patenttivaatimusten 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysaine virtaa kaasunsyöttöputkeen (3) tangentiaalisessa suunnassa.
7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen 10 menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytysaineena käytetään ympäröivää ilmaa.
8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoainetta ja 15 palamisilmaa syötetään reaktoria (1) edeltävään palotilaan (4), ja että niitä poltetaan lämpötilassa noin 1000 - 1500 °C, ja että palotilasta (4) virtaava poistokaasu syötetään kuumana kaasuna reaktoriin (1) kaasunsyöttöputken (3) kautta. 20
9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktoriin (1, 1') muodostuu kiinteä, rengasmainen leijupeti kaasunsyöttöputken (3) ympärille ja että kaasu virtaa 25 jäähdytysaineena pitkin kaasunsyöttöputken (3) ympärille järjestettyä jäähdytysputkea (9), josta o kaasu ohjataan edelleen kiinteän leijupetin alapuolelle järjestettyyn kaasunjakelulaitteeseen (6), o ^ ja siitä se viedään fluidisoivana kaasuna arinapohjan 00 30 (5) kautta kiinteään leijupetiin. X X CL
>- 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, o tunnettu siitä, että prosessiin syötetyn kuuman kaasun o 5 määrää, erityisesti palotilasta (4) saatavan CVJ 35 poistokaasun määrää, hallitaan reaktorissa (1, 1') vallitsevan lämpötilan avulla.
11. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 8-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineena käytetään tuhkaa tuottavia polttoaineita, ja että palotilan (4) ja leijupetireaktorin (1, 1') välille 5 järjestetään kaasun puhdistus.
12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumaa kaasua tuotetaan sähköuunissa, ja että sen lämpötila on noin 10 1000 - 1900 °C.
13. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että fluidisoitavia aineita käsitellään reaktorissa (1, 1') noin 900 - 1100 °C 15 lämpötilassa.
14. Tuotantolaitos rakeisten kiintoaineiden lämpökäsittelyä varten, erityisesti jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän 20 suorittamiseksi käsittäen leijupetireaktorin (1, 1'), johon kiintoaineita syötetään kiintoaineiden syöttöyhteen kautta ja jossa niitä käsitellään, sekä kaasunsyöttöputken (3), joka prosessikaasun syöttämiseksi alhaaltapäin olennaisen keskelle avautuu 25 leijupetireaktoriin (1, 1'), jossa esimerkiksi rengasmainen jäähdytysputki (10, 13) o kaasunsyöttöputken (3) ja prosessikaasun ^ jäähdyttämiseksi yhdistyy ainakin osittain o ^ kaasunsyöttöputkeen (3), tunnettu siitä, että ^ 30 jäähdytysputki (10, 13) on yhdistetty X £ jäähdytysainelähteeseen jäähdytysaineen syöttämiseksi T- lämpötilassa noin alle 400 °C, erityisen edullisesti 5 noin alle 100 °C, ja että kaasunsyöttöputkeen (3) on o ς järjestetty jäähdytysputki (9), siten että CM 35 kaasunsyöttöputken (3) ja jäähdytysputken (9) välille muodostuu rengasmainen jäähdytyskanava (10), ja että jäähdytysputkeen on järjestetty poistoaukot (12), joiden avulla jäähdytyskanava (10) yhdistyy reaktorin sisätilaan (2).
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen tuotantolaitos, tunnettu siitä, että leijupetireaktorin (1) kaasunsyöttöputkea (3) ympäröi rengasmaisesti kiinteä leijupeti ja että mainittu tuotantolaitos käsittää kaasunjakelulaitteen (6), joka on järjestetty kiinteän 10 leijupetin alapuolelle, josta kaasunjakelulaitteesta syötetään fluidisoivaa kaasua kiinteään leijupetiin arinapohjan (5) kautta sekä turbulenssikammion (2) kiintoaineiden sekoittamiseksi voimakkaasti, joka turbulenssikammio on järjestetty kaasunsyöttöputken 15 (3) ja kiinteän leijupetin yläpuolelle, jolloin jäähdytysputki (10) ainakin osittain muodostaa rengasmaisen tilan kaasunjakelulaitteen (6) ja kaasunsyöttöputken (3) välille, siten että jäähdytysputki (10) yhdistyy kaasunjakelulaitteeseen 20 (6), joka on muodostettu leijupetireaktorin (1) kiinteän leijupetin alapuolelle.
16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen tuotantolaitos, tunnettu siitä, että jäähdytysputki (10) sisältää 25 joukon kehämäisesti sijoitettuja poistoaukkoja (11), jotka avautuvat kaasunjakelulaitteeseen (6) . δ CM
^ 17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen ° tuotantolaitos, tunnettu siitä, että poistoaukko (11) CO ^ 30 avautuu kaasunjakelulaitteeseen (6), joka sijaitsee X £ suoraan arinapohjan (5) alapuolella.
18. Patenttivaatimuksen 14 mukainen tuotantolaitos, o ς tunnettu siitä, että lei jupetireaktori on Ventun- ^ 35 reaktori (1'), jossa jäähdytyskanava (10) avautuu kaarevaan osaan, jossa on poistoaukot jäähdytyskanavan (10) yhdistämiseksi reaktorin sisätilaan (2), joka kulkee kaasunsyöttöputken (3) vieressä olennaisen samansuuntaisena kuin reaktorin (1') kaareva pohja.
19. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 14 - 18 mukainen tuotantolaitos, tunnettu siitä, että ainakin osittain kaasunsyöttöputken (3) sisäpuolelle tai ulkopuolelle on järjestetty edullisesti spiraalimaiseksi muodostettu jäähdytysputki (13), joka 10 on yhdistetty jäähdytysainelähteeseen, joka sisältää jäähdytysaineena vettä, lämpötilaltaan korkeintaan noin 100 °C.
20. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 14 - 19 15 mukainen tuotantolaitos, tunnettu siitä, että kaasunsyöttöputken (3) sisäpuolelle on muodostettu tukirakenne (14) betonirappauksesta.
21. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 14 - 20 20 mukainen tuotantolaitos, tunnettu siitä, että palotilaan (4) on yhdistetty kaasunpuhdistusvälineet.
22. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 14 - 21 mukainen tuotantolaitos, tunnettu siitä, että 25 kaasunsyöttöputken (3) seinämateriaalin lämmönkestävyys on 650 °C. δ CM i CO o CO C\l X cc CL δ o δ CM
FI20100111A 2007-08-31 2010-03-11 Menetelmä ja tuotantolaitos hienojakoisten kiintoaineiden termistä käsittelyä varten FI124307B (fi)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007041427 2007-08-31
DE102007041427A DE102007041427A1 (de) 2007-08-31 2007-08-31 Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigen Feststoffen
EP2008007047 2008-08-28
PCT/EP2008/007047 WO2009027084A1 (en) 2007-08-31 2008-08-28 Process and plant for the thermal treatment of fine-grained solids

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20100111A FI20100111A (fi) 2010-03-11
FI124307B true FI124307B (fi) 2014-06-30

Family

ID=39855092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20100111A FI124307B (fi) 2007-08-31 2010-03-11 Menetelmä ja tuotantolaitos hienojakoisten kiintoaineiden termistä käsittelyä varten

Country Status (10)

Country Link
US (2) US8833275B2 (fi)
CN (1) CN101790416B (fi)
AU (1) AU2008291317B2 (fi)
BR (1) BRPI0815830A2 (fi)
CA (1) CA2696014C (fi)
DE (1) DE102007041427A1 (fi)
EA (1) EA016016B1 (fi)
FI (1) FI124307B (fi)
GB (1) GB2463433B (fi)
WO (1) WO2009027084A1 (fi)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8470081B2 (en) * 2011-02-01 2013-06-25 Uop Llc Process for separating particulate solids from a gas stream
US10041667B2 (en) 2011-09-22 2018-08-07 Ensyn Renewables, Inc. Apparatuses for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material and methods for the same
JP2017200131A (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 キヤノン株式会社 画角制御装置および画角制御方法
MX2019007698A (es) 2016-12-29 2019-10-04 Ensyn Renewables Inc Desmetalizacion de biomasa liquida.

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2982623A (en) * 1949-05-24 1961-05-02 Kellogg M W Co Refractory lining for vessels
US2670272A (en) * 1951-12-15 1954-02-23 Du Pont Metal oxide production
DE1259851B (de) * 1965-04-15 1968-02-01 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von anorganischen, festen Produkten durch Gasphasenreaktion
GB1261536A (en) * 1968-07-29 1972-01-26 Struthers Scientific Int Corp Fluidized bed dryer
US3623711A (en) * 1970-07-13 1971-11-30 Avco Corp Combustor liner cooling arrangement
US3752224A (en) * 1971-09-21 1973-08-14 Chicago Bridge & Iron Co Jacket cooled header air distribution system for fluidized bed reactor
DE2626446C3 (de) * 1976-06-12 1978-12-14 Hobeg Hochtemperaturreaktor-Brennelement Gmbh, 6450 Hanau Verfahren zur Beschichtung von Teilchen für die Herstellung von Brenn- und/oder Absorberelementen für Kernreaktoren und Vorrichtung dazu
US4284401A (en) * 1978-08-03 1981-08-18 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Method and means for feeding fuel into fluidized-bed combustion apparatus
DE2840945C3 (de) * 1978-09-20 1981-07-23 Hamburger Stahlwerke Gmbh, 2103 Hamburg Verfahren und Vorrichtung zum Vorwärmen von wenigstens 0,5 Prozent Kohlenstoff enthaltendem Eisenschwamm
US4288214A (en) * 1979-01-10 1981-09-08 The Energy Equipment Company Limited Arrangements for feeding fluidizing gas to a fluidized bed combustion apparatus
US4628833A (en) * 1983-04-11 1986-12-16 The Garrett Corporation Fluid bed hog fuel dryer
GB8530020D0 (en) * 1985-12-05 1986-01-15 British American Tobacco Co Treatment of particulate materials
DE4023060A1 (de) * 1990-07-20 1992-01-23 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur kuehlung von heissen prozessgasen
FI93274C (fi) 1993-06-23 1995-03-10 Ahlstroem Oy Menetelmä ja laite kuuman kaasuvirran käsittelemiseksi tai hyödyntämiseksi
DE4422607A1 (de) * 1994-06-28 1996-01-04 Henkel Kgaa Verfahren zum Herstellen von Granulaten in einer Wirbelschicht und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
AU2377701A (en) 1999-12-16 2001-06-25 Livite Oy Method for burning material in a fluidized bed boiler
DE10260741A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-08 Outokumpu Oyj Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigen Feststoffen
DE10260739B3 (de) 2002-12-23 2004-09-16 Outokumpu Oy Verfahren und Anlage zur Herstellung von Metalloxid aus Metallverbindungen
DE10260737B4 (de) * 2002-12-23 2005-06-30 Outokumpu Oyj Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von titanhaltigen Feststoffen
US20050129608A1 (en) * 2003-12-16 2005-06-16 Hiroaki Takehara Method for producing fullerenes

Also Published As

Publication number Publication date
US8833275B2 (en) 2014-09-16
US9242221B2 (en) 2016-01-26
CN101790416A (zh) 2010-07-28
CA2696014C (en) 2016-02-23
CN101790416B (zh) 2013-03-13
FI20100111A (fi) 2010-03-11
AU2008291317B2 (en) 2013-03-14
GB2463433A (en) 2010-03-17
WO2009027084A1 (en) 2009-03-05
GB2463433A8 (en) 2010-05-05
US20110013662A1 (en) 2011-01-20
US20140348713A1 (en) 2014-11-27
BRPI0815830A2 (pt) 2015-09-01
EA016016B1 (ru) 2012-01-30
CA2696014A1 (en) 2009-03-05
AU2008291317A1 (en) 2009-03-05
EA201000410A1 (ru) 2010-08-30
DE102007041427A1 (de) 2009-03-05
GB2463433B (en) 2011-10-05
GB201000893D0 (en) 2010-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2006255456B2 (en) Apparatus and process for the pyrolysis of agricultural biomass
CN103998580A (zh) 在压力下对固体燃料进行气流床气化的方法和装置
US9823021B2 (en) Methods and systems for cooling hot particulates
US11939529B2 (en) Plastic-to-oil plant, according cracking reactor, and related methods for converting plastic waste into petrochemical products
US7531014B2 (en) Fluid bed reactor having a pulse combustor-type heat transfer module separated from the compartment of a reaction vessel
CN102165046A (zh) 从生物质生成清洁的合成气
FI124307B (fi) Menetelmä ja tuotantolaitos hienojakoisten kiintoaineiden termistä käsittelyä varten
CN101668833A (zh) 由诸如生物质的燃料生成产品气的设备
CN105694977A (zh) 用于气化的系统和方法
CN104650984B (zh) 用于气化和冷却合成气的系统和方法
KR102495318B1 (ko) 공급 물질의 가스화 및/또는 용융을 위한 반응기 및 방법
CN113166661B (zh) 用于气化和/或熔化原料的反应器和工艺
CN101687163B (zh) 用于处理可流化物质的流化床反应器和为此使用的方法
IL297010A (en) A plant for the production of cement and a process for the production of cement clinker
US3192905A (en) Combined carbon monoxide oxidizer and fluid heater
RU2791574C1 (ru) Способ поточной стадийной термохимической деструкции углеродсодержащих веществ и устройство для его реализации
JP2004198011A (ja) 流動層反応炉
RU2269060C2 (ru) Установка для сжигания под давлением выше атмосферного горючего газа при низких концентрациях
EA016147B1 (ru) Способ и установка для термической обработки измельченных твердых частиц, в частности, для получения оксида металла из гидроксида металла
BRPI0815830B1 (pt) Process and installation for the chemical and / or physical treatment of fluidizable substance and fine granulation solids
PL200497B1 (pl) Układ doprowadzania i rozdziału ciepła, zwłaszcza do linii produkcyjnej ciągłego przetwarzania odpadów z tworzyw sztucznych

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 124307

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed