FI62233C - Foerfarande foer elektroinduktiv vaermning av virvelbaeddar avtyckeformigt material - Google Patents

Description

RSr^l [B] 01)KuuLUTusjULKAisu 6 o o 3 7

Ma lDJ 'n' UTLAGGNI NGSSKRIFT ° * ^ ° ^ c Patentti myönnetty ΙΟ 12 1932 ^ ^ (51) K».ik?/int.a.3 B 01 J 19/08, H 05 B 6/10 ,

SUOMI—FINLAND (21) Ptwmmtkww-ist »*»»*»*·,! 1228/7U

m*—23-01.,71.

V / (23) Ailaipllvi—Clklth«ad«( 23.04.74 (41) Tullut lulklMkH—MMt ulhncNg 31.10.74 PM·** J* rekJrterihalfltu· (44) NlhtMlcelpweil „ p™._

Patani och ragiatarstyrdaan ' Amoioui utbgd ocfc utijkrtftun pubiicund 31.08.82 (32)(33)(31) Pyydetty «tuolkMS-Begird prlorltut 30.04.73 23.10.73» 01.03.74 Ruotsi-Sverige(SE) 7306065-9, 7314373-7, 7402747-5 (71) Boliden Aktiebolag, Sturegatan 22, Stockholm, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Hans Ivar Elvender, Helsingborg, Ingvar Anton Olof Edenwall, Helsingborg, Karl Göran Görling, Lidingö, Douglas Severin Ekman, Helsingborg, Ruotsi-Sverige(SE) (74) Oy Kolster Ab (54) Menetelmä kappalemaisen materiaalin pyörrekerrosten reaktorikammiossa tapahtuvaa sähköinduktiivista lämmittämistä varten - Förfarande för elektroinduktiv värmning av virvelbäddar av styckeformigt material

Keksinnön kohteena on menetelmä kappalemaisen materiaalin pyörrekerrosten reaktorikammiossa tapahtuvaa sähköinduktiivista lämmittämistä varten, joiden kerrosten ominaisvastus</) on suurempi kuin metallilla, jolloin materiaalin sähköinduktiivinen lämmitys tapahtuu itse pyörrekerroksessa ainakin yhden induktiokelan avulla, jonka kelan läpi kierrätetään vaihtovirtaa ja joka kela on sovitettu reaktorikammion ulkopuolelle.

Leijupatjaa käytetään tekniikassa lukuisiin eri tarkoituksiin, joissa sen erikoisominaisuuksia, nimittäin suurta massan- ja lämmönsiirtonopeutta, mahdollisuutta ylläpitää tasainen lämpötila ja helposti säätää tätä sekä erityistä sopivuutta jatkuviin prosesseihin voidaan käyttää hyväksi.

Saatettaessa endotermisiä reaktioita tapahtumaan leijupatjassa aiheuttaa kuitenkin lämmön vieminen patjaan usein ongelman. Jos leijupatjaa voi- ί 2 c. r > o 7 "7

O 2 /L. "w' O

täisiin kuumentaa sähköisesti, lisääntyisi sen käyttökelpoisuus kemiallisessa ja metallurgisessa tekniikassa suuresti. Sen tähden on patjan sähköistä kuumentamista yritetty sovelluttaa eri tavoin. Niinpä voidaan patjaa kuumentaa esim sähkövastuksella, jolloin sähkövirta kulkee leijupatjaan upotettujen elektrodien kautta, tai lämpöä on tuotu patjaan upotettujen sähköisten vastuselementtien avulla.

Myös sähköinduktiivista kuumentamista on sovellutettu. Käyttämällä pientaajuusvirtaa on tällöin lämpöä tuotu leijupatjaan upotetun metalliren-kaan kautta, joka on kuumennettu induktiivisesti, tai sitten on koko reak-tiosäiliön vaippa kuumennettu samalla tavalla. Induktiivista lämmönkehitystä itse patjassa on myös sovellutettu mutta se on tähän asti voinut tapahtua ainoastaan käyttäen hyvin suuria taajuksia, nimittäin niin korkeita, että 33'hkömagneettisen kentän tunkeutumi s syvyys jokaiseen pat ja-ainehiukkaseen on samaa suuruusluokkaa kuin tämän hiukkasen läpimitta.

Nyt on yllättäen käynyt ilmi, että on mahdollista päästä teknillisesti ja taloudellisesti varsin edullisiin tuloksiin toteutettaessa esitetyn kaltaisia prosesseja keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että pyörrekerrosta varten, jonka ominaisvastus on välillä 10 - 10_0. m käytetään vaihtovirtaa, jonka taajuus valitaan riippuen pyörrekerrosten pienimmästä poikittaisdimensiosta d ja ominaisvastuksesta^ niin, että mainitun pienimmän poikittaisdimension d ja sähkömagneettisen kentän tu_nkeutumissyvyyden £ välille saadaan välillä 0,2 - 1,5 oleva suhde, joka määritetään yhtälöstä I = k (0,54 - O,55.10log ),

O

jolloin oh pyörrekerroksen ominaisvastus ilmaistuna yksiköissäXZ. m, k on välillä 1,1 - 1,5 oleva luku ja S saadaan tunnetusta yhtälöstä

i .vEZ

V Ιλ) · Ahjossa 10 sähkömagneettisen kentän kulmataajuus ilmaistuna yksiköissä s”^, yU kerroksen permeabiliteetti yksiköissä H/m ja § kerroksen ominaisvastus yksiköissä Λ m. Patjapinnan läpimitta d mitataan tällöin metreissä. Patjan ominaisvastus voidaan tietyissä rajoissa asettaa halutuksi valitsemalla mm. leijutusväliaine, patja-aineen hiukkaskoko ja patjan lämpötila.

Niinpä on keksinnön mukaisesti osoittautunut mahdolliseksi toetuttaa ko. prosesseja induktiivisesti suoraan kuumennettavissa patjoissa, joilla on teollisessa mittakaavassa halutut mitat, tarvitsematta turvautua erittäin suuriin taajuuksiin. Esimerkkinä voidaan mainita, että kuumennettäessä 3 62233 induktiivisesti pyöreätä leijupatjaa, jonka halkaisija on 7,5 m ja joka muodostuu koksihiukkasista, joiden keskimääräinen hiukkasläpimitta on 0,15 mm ja jonka ominaisvastus on 6,5 ohmi m, on ainoastaan 2600 Kz:n taajuus havaittu riittäväksi, kun induktiokelan korkeuden suhde läpimittaan on 0,6.

Keksinnön mukaisesti on käynyt ilmi, että hyvin suuria energiamääriä voidaan kehittääleijupatjassa jo kohtuullisella sähkömagneettisella kenttävoi-makkuudella. Samanaikaisesti on induktiokelan induktiivisesta kuumentamisesta aiheutuvien häviöiden, jos kela on kuparia, havaittu nousevan ainoastaan muutamaan prosenttiin järjestelmään tuodusta energiasta. Esitetyssä esimerkissä kehittyy siten ainoastaan 50 kA/m kenttävoimakkuudella n. 30 MW lei-jupatjaan, jolloin häviöt kuparipuolassa samanaikaisesti ovat ainoastaan 600 kW, ts. 2 is järjestelmään tuodusta energiasta.

Tähän hyvään tulokseen on niin muodoin päästy suhteen reaktiosäiliön halkaisijan ja tunkeutumissyvyyden välillä ollessa ainoastaan 0,29, jota tulee verrata suhteeseen 2,5, joka kuumennettaessa aineita, joilla on pieni ominaisvastus, tunnetulla tekniikalla on ollut normittava. Huomattava on myös, verrattuna tunnettuun induktiiviseen lämmitystekniikkaan, hyvin suuri sähköinen vaikutusaste.

Verrattuna yleisesti käytettyihin menetelmiin lämmön tuomiseksi neste-patjaan on keksinnön mukaisella menetelmällä lisäksi muita etuja, kuten - että patjassa voidaan kehittää suuria energiamääriä ilman samanlaista ylikuumenemisen vaaraa, joka liittyy polttoon patjassa tai kuumentamiseen reaktoriseinämän kautta, lämpöelementeillä tai elektrodeilla - että voidaan käyttää virtaa, jonka taajuus on kohtuullisen korkea ja jota erotuksena aikaisemmin käytetyille ultrasuurille taajuuksille voidaan saada alhaiseen hintaan, - että aineongelmat, jotka liittyvät lämmöntuontiin edellä mainituilla menetelmillä, jäävät pois, - - monimutkaisen elektrodilaitteiston ja siitä aiheutuvien käyttökus tannusten poisjääminen, - yksinkertainen tehonsäätö, jolla on mahdollista yksinkertaisella tavalla ohjata reaktiosäiliön lämpötilaa, - reaktiosäiliön rakenteellisesti yksinkertainen toiminta, - parantuneet mahdollisuudet saada reaktiosäiliö tiiviiksi ja - suuri joustavuus, kun reaktiosäiliön muotoilu on kysymyksessä.

Keksinnön mukaisessa reaktiosäiliössä voidaan samanaikaisesti suorittaa tifikä pelkistäviä että hapettavia prosesseja. Hiinpä voidaan esim. osa prosessin vaatimasta lämmöstä tuoda polttamalla palavia aineita reaktioseili- r 62233 össä joko varovasti polttamalla itse patjassa tai kokonaan tai osittain polttamalla tämän patjan yläpuolella, jolloin tällaisia palavia aineita voivat olla kaasut, jotka poistuvat leijupatjasta ja/tai lisättyä polttoainetta, joka patjan yläpuolelle tuodaan. Jälkimmäisessä tapauksessa on elektrodien poissaolo sekä suhteellisen suuri reaktiosäiliön läpimitta suuri etu, sikäli että tässä voidaan työskennellä korkein lämpötiloin ja viedä suuria lämpö-määriä leijupatjan pintaan. Keksinnön mukaisessa menetelmässä ei kaikkea lämpöä niinmuodoin tarvitse tuoda sähköinduktiivisesti.

Poltettaessa palavia aineita reaktiosäiliössä voidaan lämpö, joka ei siirry reaktiotilassa olevaan aineeseen, ottaa talteen reaktiotilassa patjan yläpuolelle sijoitettuun säteilyosaan, joka liittyy reaktiosäiliön yhteyteen sijoitettuun höyrykattilaan, jolloin ainakin osaa reaktiotilassa muo-dostuneitten kaasujen lämpösisällöstä voidaan käyttää höyryn tai sähköenergian tuottamiseen. Tapahtukoon reaktiosäiliössä polttamista tai ei voidaan reaktiosäiliöstä poistuvien kaasujen lämpösisältö käyttää sähköenergian tuottamiseen esim. höyry- tai kaasuturpiinin, edullisesti kuumailmaturpiinin avulla.

Tuotettua sähköenergiaa voidaan käyttää prosessin energiahuoltoon ja sähköenergia voidaan tällöin tuottaa vaihtovirran muodossa, jolla on ko. prosessissa käytetty taajuus. Samoin voidaan kuumailmaturpiinista poistuva, jatkuvasti kuuma ilma käyttää edellä mainittuun polttoon reaktiotilassa, jolloin prosessissa päästään korkeaan termiseen vaikutusasteeseen.

Keksintöä voidaan edullisesti käyttää hiilivetykrakkauksen yhteydessä, esim. krakattaessa mineraaliöljytuotteita valmistaen samalla petrolikoksia, jolloin hiilivety edullisesti, pääasiallisesti jatkuvasti, johdetaan leijutetulle koksipatjalle ja jolloin induktiivisesti pysytetään hiilivedyn krakkaukseen ja koksin muodostamiseksi tästä ja muodostuneista krakkaus-tuotteista vaadittava lämpötila leijupatjassa, joka jatkuvasti uudistuu koksinmuodostumisen vaikutuksesta, jolloin pääasiallisesti sama koksimäärä poistetaan reaktiotilasta pääasiallisesti saman patjatilavuuden säilyttämiseksi. Tällöin hiilivedyt edullisesti ruiskutetaan induktiivisesti kuumennettuun leijutettuun petrolikoksipatjaan.

Patjaa pidetään leijuvana kaasulla, jonka edullisesti osaksi muodostaa reaktiosäiliöstä poistuva kaasu, joka palautetaan, edullisesti esikuumennettuna. Leijutukseen voi myötävaikuttaa myös kaasu, joka kehittyy krakkauksen ja koksauksen aikana. Tietyissä tapauksissa voi jälkimmäinen kaasu olla riittävä leijuttamiseen.

Leijupatjan tilavuuden vakiona pitäminen voi tapahtua poistamalla koksia .. * m »' ,.

5 62233 joko reaktiosäiliön pohjasta tai sivusta. Reaktiosäiliön läpi virtaavan kaasun nopeuden kasvaessa voidaan koksi saattaa seuraamaan poistuvaa kaasua, josta se erotetaan pyörre-erottimissa. Kaasun nopeus voidaan tällöin valita niin suureksi, että suurempi määrä koksia, kuin mikä vastaa tuotettua määrää, tempautuu mukaan. Tällöin ylimäärä palautetaan pyörre-erottimista patjaan.

Edellä kuvatun menetelmän etu verrattuna tavanomaiseen petrolikoksin valmistukseen on osittain reaktiosäiliön rakenteellisesti yksinkertainen toiminta, osittain tilavuuteen nähden suuri tuotantokyky, jonka tällainen reaktiosäiliö saavuttaa. Lisäetuna on koksauslämpötilan vapaa valinta, minkä menetelmä tarjoaa. Yhdistämällä sopivasti korkea lämpötila ja viipy-misaika voidaan esimerkiksi tuotetusta petrolikoksista poistaa rikki.

Menetelmää voidaan myös soveltaa ei-toivottujen aineiden poistamiseksi muulla tavalla valmistetusta petrolikoksista, esimerkiksi puhdistaa rikin suhteen. Tällöin petrolikoksi edullisesti, pääasiallisesti jatkuvasti syötetään pääasiallisesti puhdistetusta koksiaineesta rakennettuun leiju-patjaan, jolloin induktiivisesta aikaansaatu lämpö kehitetään leijupatjaan ja patjan lämpötila ja aineen viipymisaika patjassa säädetään sellaisiksi, että toivottu puhdistusvaikutus saavutetaan ja puhdistunut koksiaine pääasiallisesti jatkuvasti johdetaan reaktiosäiliöstä pääasiallisesti muuttumattoman patjatilavuuden säilyttämiseksi. Leijutuskaasun, joka edullisesti esikuumennetaan, voi muodostaa koksin suhteen inertti kaasu tai vetypitoinen kaasu, esimerkiksi vetykaasu.

Keksintöä voidaan edullisesti käyttää myös raskaiden hiilivetyjen krakkauksen yhteydessä. Tällöin käytetään pysyvää, induktiivisesti kuumennettua leijupatjaa, jonka muodostavat metallijyväset, joilla on katalyyttinen vaikutus krakkausreaktioon. Raskaat hiilivedyt voidaan pääasiallisesti jatkuvasti johtaa, esimerkiksi ruiskuttaa tähän patjaan, joka pidetään leijutetussa tilassa ainakin itse patjassa tapahtuvassa krakkauksessa muodostuvien kaasujen avulla. Patja voidaan myös pitää leijutetussa tilassa tähän johdetun vetykaasun avulla, joka saatetaan reagoimaan raskaiden hiilivetyjen kanssa, jolloin muodostuu vetyrikkaampia hiilivetyjä. Nämä poistuvat patjasta kaasumuodossaja otetaan talteen tavanomailla tavalla reaktiosäiliön ulkopuolella. Krakkaus- ja leijutusväliaineena voidaan käyttää myös vesihöyryä.

Tämän krakkausmenetelmän etu on siinä, että suhteellisen pienellä reaktiosäiliön tilavuudella voidaan saada suuria ainemääriä reagoimaan suurten reaktionopeuksien ansiosta, jotka saavutetaan leijupatjasea, samalla kun induktiivinen lämmitys tarjoaa rakenteellisesti yksinkertaisen ratkaisun ongelmaan tuoda lämpöä krakkausreaktoriin.

Toinen alue, jolla keksinnön mukaista menetelmää edullisesti voidaan ,\Λ , '·» 6 62233 käyttää on kiinteiden orgaanisten aineiden, esimerkiksi ruskohiilen pyrolyysi tai tällaisten aineiden, esim. antrasiitin kalsinointi.

Fyrolysoitava tai kalsir.oitava aine johdetaan tällöin edullisesti jatkuvasti patjaan, joka pääasiallisesti koostuu prosessissa muodostuneesta koksista tai kalsinoidusta tuotteesta. Patja kuumennetaan induktiivisesti vähintäin sellaiseen lämpötilaan, että siihen johdettu aine hajoaa muodostaen koksia tai kalsinoidun tuotteen ja vapautuneita hiilivetyjä, jotka saatetaan reagoimaan kiinteän jäännöksen kanssa, jolloin eroaa hiiltä patjaa rakentavaksi aineeksi sekä kevyempiä hiilivetyjä ja/tai vetykaasua. Patjan leijuttamiceen vaadittavan kaasun voi muodostaa reaktorista poistuvan kaasun takaisinpalautus, edullisesti esikuumennettuna. Leijutukseen voi myötävaikuttaa myös kaasu, joka kehittyy pyrolyysissä. Tämä kaasu voi tietyissä tapauksissa olla riittävä leijuttamiseen. Patjan tilavuus pidetään pääasiallisesti vakiona poistamalla ainetta esimerkiksi edellä petrolikoksir valmistuksen yhteydessä kuvatulla tavalla. Saatua hiili- tai koksituotetta voidaan käyttää esimerkiksi puristeiden valmistukseen.

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan koksia tai hiiltä edullisesti valmistaa kiinteistä polttoaineista, joilla on huonot koksautumisominaisuudet, esimerkiksi ruskohiilestä tai erilaisista jätteistä, esimerkiksi sahajauhosta. Huomattava etu on tällöin että ei muodostu tervaa eikä muita normaalisti syntyviä vaikeita tislaustuotteita.

Käytettäessä menetelmää antrasiitin kalsinointiin saadaan tuote, jolla on hyvin tasaiset ja helposti säädettävissä olevat ominaisuudet kuumennuksen tasaisuuden ansiosta koko leijupatjassa.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa myös kaasumaisen väliaineen pelkistyksen tai sen ns. karburoinnin yhteydessä, jolloin kaasu pannaan virtaamaan induktiivisesti lämmittävän patjan läpi ja samanaikaisesti leijutetaan, jolloin väliaine mahdollisesti aineen läsnäollessa, jolla on katalyyttinen vaikutus pelkistys- ja/tai karburointiprosessiin, saatetaan kosketukseen pelkistimen kanssa,jolloin patjassa ylläpidetään sellaista lämpötilaa, että pelkistin reagoi tämän väliaineen kanssa pelkistäen ja/tai karburoiden tämän. Esimerkkinä tämän menetelmä sovellutuksesta mainittakoon kaasun regenerointi, joka on peräisin rautasieniuunista. Tämä kaasu sisältää mm. CO, Hg, COg ja KgO. Kaksi viimemainittua kaasulajia muutetaan C0:ksi ja Hgiksi kuten edellä, minkä jälkeen kaasu palautetaan rautasieni-uuniin. Tämän menetelmän etuna verrattuna tähän saakka käytettyihin sähköisillä sähköelektrodeilla varustettuihin karburaattoreihin ovat alemmat käyttökustannukset, mahdollisuus käyttää toisarvoisia kiinteitä polttoaineita ( 7 62233 sekä että tähänastinen rajoitus reaktorin koosta jää pois.

Erään suoritusmuodon mukaan käytetään patjaa, jossa on koksiainetta, joka samanaikaisesti muodostaa pelkistimen ja kuluu vähitellen. Kulutettu koksi voidaan tällöin korvata tuomalla patjaan kiinteätä, nestemäistä tai kaasumaista orgaanista ainetta, jolloin patjassa ylläpidetään vähintäin sellaista lämpötilaa, että koksia muodostuu tämän aineen pyrolyysin kautta sekä pyrolyysikaasun krakkautumisen kautta. Koksin kuluessa muodostuu tuhkaa. Lämpötila patjassa pidetään edullisesti niin korkeana, että tämä tuhka saadaan kasautumaan suhteellisen karkearakeiseksi tavaraksi, joka koksin suhteen suuremman painonsa vaikutuksesta kerääntyy reaktiosäiliön pohjalle, mistä se voidaan aika-ajoittain tai jatkuvasti poistaa.

Erään toisen suoritusmuodon mukaan voi patja koostua pääasiallisesti metallisesta aineesta, jolla edullisesti on katalyyttinen vaikutus pelkistys- ja/tai karburoimisreaktioihin. Eräässä kolmannessa suoritusmuodossa voi patja-aine koostua hiukkasista, jotka ovat hiilellä päällystettyjä. Eiilikerros antaa hiukkasille sähkönjohtokyvyn ja toimii sen lisäksi pelkis-timenä. Hiilikerros kuluu vähitellen mutta korvataan tuomalla hiilivetyjä, jotka krakkautuvat, jolloin samalla erottuu hiiltä. Esimerkkinä tapauksista, jolloin jompi kumpi viimemainituista menetelmistä edullisesti on käyttökelpoinen mainittakoon luonnonkaasun puhdistus, jolloin tämä saatetaan reagoimaan vesihöyryn kanssa.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan edullisesti soveltaa oksidisten aineiden, erityisesti rautaryhmän metallien oksidien tai oksidisten kupari-aineiden pelkistyksen yhteydessä. Metallioksidit tuodaan tällöin leijutettavassa hiukkaskoossa pääasiallisesti koksia sisältävään leijupatjaan, jota kuumennetaan induktiivisesti. Koksi kuluu vähitellen ja voidaan korvata tuomalla orgaanista kiinteätä, nestemäistä.tai kaasumaista ainetta, jolloin patjassa ylläpidetään sellainen lämpötila, että koksia muodostuu orgaanisen aineen pyrolyysin ja krakkauksen vaikutuksesta, jolloin erottuu hiiltä.

Tämän menetelmän erään suoritusmuodon mukaan ohjataan lämpötilaa niin, että syntynyt pelkistynyt metalli saatetaan agglomeroitumaan rakeiksi, jotka koksiin nähden suuremman painonsa vaikutuksesta kerääntyvät reaktio-tilan pohjalle, josta ne ajoittain tai jatkuvasti voidaan poistaa, mahdollisesti yhdessä vastaavalla tavalla kasautuneen koksituhkan kanssa. Tämä suoritusmuoto on erityisen mielenkiintoinen, kun kyseessä ovat rautaryhmän metallit.

Erään toisen suoritusmuodon mukaan ohjataan lämpötilaa leijupatjaasa niin, että pelkistynyt metalli sulaa ja kerääntyy reaktiosäiliön pohjalle, νΟ1'''' h 62233 josta se voidaan poistaa, mahdollisesti yhdessä kuonan kanssa. Rautaoksidien pelkistyessä tapahtuu tiettyä raudan hiileentyrnistä kosketuksessa koksipat-jar. kanssa, jolloin sulamispiste alenee.

Erään kolmannen suoritusmuodon mukaan tuodaan metallioksidi niin hienojakoisessa muodossa reaktiotilan pohjalle, että se leijutuskaasun mukana kulkeutuu ylös patjan läpi samanaikaisesti pelkistyen sekä poistuu patjasta pelkistetyssä muodossa yhdessä patjasta tulevien kaasujen kanssa, josta se sen jälkeen erotetaan esimerkiksi pyörre-erottimessa. Koksipatjaa pidetään tällöin lämpötilan alapuolella, jossa pelkistyneen aineen aggloraeroi-tumista tapahtuu mainittavassa määrässä.

Erään neljännen suoritusmuodon mukaan tuodaan metallioksidi leijupat-jan pintaan niin karkearakeisessa muodossa, että se pelkistyy ja samalla koksin vähitellen kuluessa kulkee alaspäin patjan läpi, jonka alapuolelta pelkistynyt aine lasketaan reaktorista, edullisesti koksiaineesta erotettuna.

Koksipatjan leijuttamiseen näissä pelkistysprosesseissa voidaan käyttää syötetyn orgaanisen aineen pyrolyysistä ja krakkauksesta itse patjassa muodostunutta kaasua.

Edellä esitetyillä neljällä esimerkillä keksinnön soveltamisesta me-tallioksidien pelkistykseen voitetaan ennen kaikkea se etu verrattuna tavanomaiseen metallioksidin pelkistykseen leijupatjassa, että yhteensintrautu-minen, jota tavanomaisessa suoritusmuodossa helposti tapahtuu, tässä voidaan välttää tai sen voidaan antaa tapahtua säädeltävissä muodoissa.

Tietyissä olosuhteissa voi kuitenkin olla edullista soveltaa keksintöä metallioksidien, erityisesti raudan oksidien pelkistyksen yhteydessä lei-jupatjassa, joka koostuu pääasiallisesti rautajauheesta tai rautarakeista, jolloin nämä oksidit sekä kiinteätä, nestemäistä tai kaasumaista pelkistintä tuodaan induktiivisesti kuumennettuun patjaan ja siellä saatetaan reagoimaan, jolloin muodostuu kaasumaisia reaktiotuotteita sekä metallia jauhe- tai raemuodossa, ja jolloin tämä metallijauhe tai -rakeet poistetaan reaktio-säiliöstä sellaisessa tahdissa, että patjatilavuus tässä pysyy pääasiallisesti vakiona. Aikaisemmin mainittu metallihiukkasten muodostaman patjan yhteensintrautumisvaara voidaan käytettäessä keksinnön mukaista induktiivista kuumennusta välttää menetelmän salliman tarkan lämpötilavalvonnan ansiosta.

Orgaanisten tai epäorgaanisten kemiallisten yhdisteiden lämpöä vaativia synteesejä voidaan edullisesti keksinnön mukaisesti suorittaa leiju-patjassa, jossa induktiivisesti ylläpidetään synteesireaktion vaatima lämpötila, mahdollisesti aineen läsnäollessa, jolla on katalysoiva vaikutus synteesireaktioon. Tämä aine voi koostua metallijauheesta tai -rakeista

/ \\· , ‘ v V

r ! 9 62233 samalla kun se muodostaa induktiivisesti kuumennettavan patjan. Edelleen voi leijutukseen vaadittava kaasu kokonaan tai osittain koostua tuoduista reagoivista aineista. Epäorgaanisia aineita, joita tällä tavalla voidaan valmistaa, ovat esimerkiksi karbidit, nitridit ja halogeeniyhdisteet, Esimerkkeinä orgaanisista synteeseistä mainittakoon hiilivetyjen, esimerkiksi eteenin valmistus saattamalla vetykaasu reagoimaan induktiivisesti kuumennetun koksipatjan kanssa, jolloin lämpötilaa ja viipymisaikaa säätämällä päästään suuriin haluttujen hiilivetyjen saaliisiin.

Reaktoreissa, jotka ovat tässä kysymykseen tulevaa tyyppiä, voi sähköeristys käämikierrosten ja joissakin tapauksissa osakäämitysten välillä aiheuttaa tiettyjä vaikeuksia, jossreaktiosäiliön seinämät ovat jossain määrässä kaasualäpäisevät. Muunmuassa on käynyt ilmi, että hiilioksidi-pitoinen kaasu tietyissä tapauksissa voi tunkeutua ulos täyttöpanoksesta

S

reaktoriseinämän läpi ja aiheuttaa hiilen erottumista, joka voi johtaa ylilyönteihin käämityksessä. Nämä ongelmat tulevat korostumaan rakennettaessa hyvin suuria, induktiivisesti kuumennettavia reaktoreja ja uuneja, jolloin voidaan joutua käyttämään jännitteitä, jollaisia induktiokuumennusteknii-kassa tähän asti ei ole käytetty. Erityisen vakavaa on, että nykyisen tekniikan mukaisesti suoritetun käämityksen korjaaminen usein tuo tullessaan suuria kustannuksia vaativan kokonaisuudelleenasennuksen, joka tässä kysymykseen tulevalla menetelmällä voisi johtaa ei-hyväksyttäviin käyttöteknisiin ja taloudellisiin seuraamuksiin.

On kuitenkin osoittautunut mahdolliseksi yllättävän suuressa määrässä ennakolta ehkäistä ylilyönnit induktiokäämityksessä, kun keksinnön mukaista menetelmää käytetään reaktorissa, jossa on seinärakenteet, jotka erottavat in-duktiokäämityksen reaktiotilasta ja jotka jonkin verran läpäisevät kaasua, jos näihin seinärakenteisiin johdetaan kaasu, joka on paineenalainen, jopa ylittää korkeimman paineen, joka vallitsee suoraan induktiokäämin edessä sijaitsevassa reaktoritilan vyöhykkeessä, ja jolta puuttuu kyky muodostaa sähköäjohtava yhteys käämikierrosten välille.

Sopiva menettelytapa voi tällöin olla, että estetään paineenalaista kaasua, joka johdetaan tähän seinärakenteeseen, virtaamasta poispäin reak-toritilasta. Tämä voi tapahtua esimerkiksi siten, että ainakin induktio-käämin peittämä reaktorin osa pidetään suljettuna painekammioon. Tällöin voidaan paineenalainen kaasu sopivasti johtaa seinärakenteeseen paine-säiliön kautta. Erään toisen esimerkin mukaisesti voidaan tämän menettelytavan yhteydessä alueet toisiaan rajoittavien käämikierrosten välillä tiivistää reaktoria ympäröivää atmosfääriä vastaan,jolloin paineenalainen •h .o 10 62233 kaasu johdetaan näiden tiivistettyjen alueiden sisäpuolelle.

Ylilyöntivaaraa induktiokäämin kierrosten välillä ei kuitenkaan voida kokonaan poistaa. Sentähden on osoittautunut edulliseksi yhdistää edellä esitetty menettelytapa toimenpiteiden kanssa, jotka tekevät mahdolliseksi induktiokäämin osien korjaamisen, ilman että täytyy ruveta reaktorin kokonaan uudelleen asentamiseen. Tämä voi tapahtua käyttämällä induktiokäämi-tystä, joka on rakennettu useammasta enintään 190° ympäröivästä elementistä.

Usein voi myöskin olla edullista käyttää useammasta osakäämityksestä rakentuvaa induktiokäämiä. Edelleen voidaan jokainen käämikierros sijoittaa yhdelle tasolle. Tällöin saadaan erillisiä yksikerroskäämejä, jotka voidaan kytkeä osakäämeiksi, mielivaltaisella määrällä kierroksia. Tämän järjestelyn etuna on, eitä se tekee mahdolliseksi eristävän tiivistämisen rakenteellisesti yksinkertaisen suorittamisen puolakierrosten väliin kaasua sisään puhaltamalla kuten edellä, että se tarjoaa suurimman ajateltavissa olevan mahdollisuuden osakäämitysten kierrosluvun sovittamiseksi vastaamaan kuumennettavan väliaineen sähköistä laatua, että se yksinkertaistaa käämityksen jakamista elementeiksi ja samanaikaisesti helpottaa näiden vaihtamista ja että se helpommin tekee mahdolliseksi poistaa reaktorissa tavallisesti käytön aikana syntynyt laajeneminen, reaktorin kaasutiiveyden silti säilyessä.

Eräs etu käytettäessä yksikierrostasokäämejä on edelleen, että ybteen-kytkeminen kierrosten välillä osapuoliksi mielivaltaisella luvulla kierroksia voidaan suorittaa niin, että jännite 0 esiintyy kahta osapuolaa rajoittavassa kierroksessa. Tämä on mahdollista, jos toisiinsa rajoittuville osakäämitykeille annetaan eri käämityssuunta ja samanaikaisesti toisiaan lähellä olevat päät toisiinsa rajoittuvista osakäämitykeistä liitetään samaan pisteeseen virransyöttöjärjestelmässä. Tällä järjestelyllä vältytään siltä, että rako kahden osapuolan välillä kuormittuu samalla korkealla jännitteellä, joka vastaa jännitettä kierrosten välillä osapuolassa kertaa tämän kierrosluku.

Edellisen mukaisesti paineenalaisena tuotu kaasu tulee virtaamaan tilaan lämmitettävää ainetta varten kaasualäpäisevien seinärakenteiden läpi. Sen tähden on tärkeätä, että valitaan kaasu, joka lämmitysprosessin laadun suhteen on vahingoittumaton kokoonpanoltaan. Niissä tapauksissa, joissa on vaara, että hiiltä erottuu seinärakenteisiin, saattaa olla edullista käyttää pääasiallisesti inerttiä kaasua, jolla on sellainen happi- tai .... . Λ C * ’· · ' ’ ’ Ci .

n 62233 typpipotentiaali, että hiilen saostuminen estyy ainakin induktiokäämin äärellä sijaitsevilla seinärakenteiden osilla.

Joukkoa keksinnön suoritusesimerkkejä kuvataan seuraavassa lähemmin viitaten oheistettuihin piirroksiin, jotka esittävät voimakkaasti kaavamaisia pystyleikkauksia keksinnön toteuttamiseksi sovelletuista laitteista ja niiden osista. Kuvio 1 esittää reaktiosäiliötä petrolikoksin valmistamiseksi. Kuvio 2 esittää reaktiosäiliötä kaasumaisen väliaineen pelkistämistä ja/tai karburointia varten. Kuviot 3-5 esittävät reaktoreita metalliok-sidien pelkistämistä varten. Kuviot 6-9 esittävät pystyleikkauksena osaa reaktorin seinämästä, jossa on 4 erilaista järjestelyä ylilyönnin estämiseksi induktiokäämissä. Kuvio 10 on katkaistu tasokuva induktiokäämistä, joka rakentuu joukosta elementtejä, joilla on pieni ympäroimiskulma. Kuvio 11 on katkaistu perspektiivikuva pääasiallisesti kuvioiden 9 ja 10 mukaisesti muodostetusta induktiokäämityksestä. Kuvio 12 on katkaistu sivukuva kahdesta tasomaisesta käämikierroksesta rakentuvasta osakääroityksesta, joihin virta syötetään edullisella tavalla.

Kuviossa 1 on 10:llä yleisesti merkitty reaktiosäiliötä, jossa on kaasunsisäänotto 11, kaasunpoisto 12, arina 13» reaktiosäiliössä olevan patjan 14 kannattamiseksi, joka on leijutettua ainetta. Reaktiosäiliötä ympäröi patjan 14 tasossa induktiokäämi 15, joka on kytketty vaihtovirta-lähteeseen, jota kuvassa ei näy. Johtimien 16 läpi ruiskutetaan patjaan 14 jatkuvasti hiilivetyjä, esimerkiksi mineraaliöljyä krakattaessa saatuja raskaita hiilivetyjakeita.N

Patjassa 14» joka on pääasiallisesti koksia, ylläpidetään sellainen lämpötila, että edullisesti esikuumennetussa tilassa tuodut hiilivedyt krak-kautuvät ja muodostavat uutta koksia sekä poltettavissa olevia kaasumaisia tuotteita, jotka leijuttamiskaasun mukana poistuvat reaktorista poisteaukon 12 kautta. Näitä kaasuja voidaan käyttää polttoaineena. Mahdollisesti voidaan osa niistä, edullisesti kuumassa tilassa, sisääntulon 11 kautta palauttaa reak-tiosäiliöön 10 patja-aineen leijuttamista varten. Myös krakkauksessa syntyvät kaasumaiset tuotteet myötävaikuttavat patja-aineen leijutukseen, tietyissä tapauksissa siinä määrin, että kaasun johtaminen sisäänottoaukon 11 kautta voidaan lopettaa.

Kiinteän aineen viipymisaika patjassa ja patjan lämpötila säädetään niin, että saatu reaktiosäiliöön tuodun hiilivedyn kiinteä jäännös saa toivotun laadun. Viipymisaika ja lämpötila patjassa voidaan asettaa esimerkiksi niin, että muodostunut koksi sen lisäksi puhdistuu rikin suhteen.

Samassa tahdissa kuin patjassa 14 muodostuu uutta koksia, poistetaan siitä koksia poistoputken 17 kautta, jonka ylempi, avoin pää sijaitsee sillä oV'.'Cλ: 12 62233 tasolla, jossa toivotaan patjan 14 ylemmän pinnan olevan.

Kuviossa 2 on viitenumeroilla 10 - 13 ja 16 sama merkitys kuin kuviossa 1. Sisääntuloaukon 11 kautta johdetaan pelkistettävä ja karburoitava kaasu, esimerkiksi metallioksidien pelkistykseen käytetty kaasu, joka sisältää CO, H^, SO^ ja H^O. Kaasu tulee edullisesti kuumassa tilassa reaktiosäiliöön 10, jossa se saatetaan leijuttamaan patja-ainetta. Putkien 16 läpi ruiskutetaan pelkistystä ja karburointia varten vaadittavia hiilivetyjä patjaan 14. Fatja 14 koostuu tässä tapauksessa hiilellä päällystetyistä metallihiukkasista, joilla on katalyyttinen vaikutus pelkistys- ja karburointiprosessiin. Metallihiukkasten hiilipäällystys, joka kuluu pelkistyksen ja karburoinnin aikana, muodostuu uudestaan ylläpitämällä sellaista patjalämpötilaa, että hiiltä muodostuu putkien 16 kautta johdetun hiilivedyn pyrolyysistä ja py-rolyysikaasun krakkautumisesta, jolloin erottuu hiiltä.

Kuviossa 3 on viitenumeroilla 10 - 13, 15 ja 16 sama merkitys kuin kuvioissa 1 ja 2. Johdon 16 läpi tuodaan pääasiallisesti koksista koostuvan patjan 1Δ alaosaan metallioksidiainetta, esimerkiksi rautaoksidia, jolla on leijuuntuva hiukkaskoko sekä rautaoksidiaineen pelkistykseen vaadittava pelkistin, edullisesti hiilivety. Jos pelkistin on kaasumainen, voidaan se sen sijaan tuoda sisääntulon 11 kautta. Reaktiosäiliön 10 lämpötila asetetaan niin, että tuotu hiilivety osittain pyrolysoituu ja krakkautuu, jolloin muodostuu koksia, osittain pelkistynyt metalli, mahdollisesti yhdessä muodostuneen koksituhkan kanssa, agglomeroituu suuremmiksi rakeiksi, jotka patja-aineeseen verrattuna suhteellisesti suuremman tiheytensä vaikutuksesta vajoavat patjan läpi ja muodostavat kerroksen 18, joka on suhteellisen karkeata ainetta, joka lasketaan reaktio säiliöstä johdon 19 kautta. Poislaskeminen tapahtuu sellaisessa tahdissa, että patjatilavuus reaktiotilassa pysyy pääasiallisesti muuttumattomana.

Kuviossa 4, jossa viitenumerot 10 - 16, 18 ja 19 tarkoittavat samaa kuin kuviossa 3» esitetään reaktiosäiliön 10 yläosa muovattuna kuten sä-teilyosa höyrykattilassa, jota ei kuviossa näy. Reaktorin yläosan muodostaa niin muodoin ulospäin lämpöeristetty, vaippa 20, jonka läpi virtaa vettä tai vesihöyryä. Pelkistettävää metallioksidia sekä koksia tai hiiltä lei-juuntuvassa hiukkaskoossa tuodaan patjan 14 yläpuolelle samankeskeisen tuloputken 21 kautta. Mahdollisesti voidaan putken 16 kautta.ruiskuttaa esimerkiksi hiilivetyä patjaan 14. Samoin voi sisääntuloaukon 11 kautta tuotu leijutusaine olla pelkistävä kaasu. Lämpötila reaktiosäiliössä valitaan kuvion 3 yhteydessä kuvatulla tavalla, niin että muodostuu alempi kerros 18 suhteellisen karkeata ainetta, joka on pelkistynyttä metallia ja mahdollisesti myös agglomeroitua koksit^hkaa. Karkeata ainetta laske- ;· h 15 62233 taan sellaisessa tahdissa putken 19 läpi, että suhteellisen muuttumaton patjatilavuus pysyy reaktiotilassa.

Pelkistyksessä syntyvät palavat kaasut poltetaan johtamalla ilmaa ja mahdollisesti ylimääräistä polttoainetta johtimien 22 kautta reaktoritilaan patjan 14 yläpuolelle, jolloin palaminen myötävaikuttaa prosessin energiahuoltoon.

Kuviossa 5, jossa viitenumeroilla 10, 12, 14 - 16 ja 19 - 22 on pääasiallisesti sama merkitys kuin kuviossa 4» näytetään laite, jossa toteutetaan pelkistysprosessia, joka on jokseenkin samanlainen kuin kuvion 4 yhteydessä kuvattu. Lämpötila reaktiosäiliössä 10 asetetaan kuitenkin niin, että pelkistyvä metalli saadaan sulassa muodossa reaktiosäiliön pohjaan sijoitetussa vyöhykkeessä 23, josta sulate lasketaan aukon 19 kautta. Metal-lioksidin ja kiinteän pelkistimen lisäksi voidaan edullisesti tuoda kiinteitä kuonanmuodostajia tai puhdistamisaineita tulojohtimien 21 kautta. Patja-aine pidetään leijutetussa tilassa ensikädessä pelkistyksessä muodostuneelle kaasulle. Muita leijuttamisväliaineita, esimerkiksi nestemäisiä hiilivetyjä tai pelkistävää tai inerttia kaasua voidaan tuoda johtimien 16 kautta vyöhykkeen 23 yläpuolelle.

Kuviossa 6 näkyy osa reaktiosäiliön seinämästä, joka käsittää keraamisen sisävuorauksen 24 ja vaipan 25. 15*Hä on merkitty sisävuorauksen 24 ulkopuolelle sijoitettu induktiokäämi, joka on rakennettu putkista, joita voidaan jäähdyttää johtamalla jäähdytysnestettä niiden läpi, Käämi 15 on osittain upotettu keraamiseen täytemassaan 26. Sekä sisävuoraus 24 että täytemassa 26 ovat tietyssä määrässä kaasualäpäiseviä.

Kiinteiden, nestemäisten tai kaasumaisten aineiden kulun estämiseksi käämiin 15 reaktoriseinämän puolan vastakkaiselta puolelta, ts. reaktioti-lasta, kuumennettavan aineen ottamiseksi, ylläpidetään seinärakenteissa 24 ja 26 käämin 15 korkeudella kaasun avulla paine, joka ylittää korkeimman paineen, joka vallitsee induktiokäämin edessä sijaitsevassa reaktiotilan vyöhykkeessä. Käytetty kaasu valitaan niin, että siltä puuttuu kyky muodostaa sähköäjohtava yhteys käämikierrosten välille käämissä 15· Tämä paine ylläpidetään johtamalla paineenalaista kaasua, esimerkiksi ilmaa tai pääasiallisesti inerttiä kaasua tuloputken 27 läpi painekammioon 28, joka tiivistää induktiokäämin 15 ympäröivää atmosfääriä vastaan.

Kuviossa 7 esitetään niin’ikään osa reaktoriseinämästä, jossa on sisävuoraus 24, täytemassa 26 ja induktiokäämi 15· Alueet rajoittavien käämikierrosten välissä on tiivistysjärjestelyllä 29, joka on sopivaa, ·, >'-* ' ‘ * ·* V* 14 62233 eristävää ainetta, tiivistetty reaktoria ympäröivää atmosfääriä vastaan. Järjestelmässä 29 on lukuisia reikiä 30, joiden läpi johdetaan paineenalaista kaasua, kuten nuolin on osoitettu, samassa tasossa käämin 15 kanssa sijaitseviin reaktoriseinämän osiin 24, 26.

Kuviossa 8 on esitetty suoritusmuoto, joka periaatteessa on yhtäpitävä kuvion 7 mukaisen suoritusmuodon kanssa. Sisävuorauksen 24 ja täytemassan 26 muodostamaa reaktoriseinämän osaa ympäröi kierukaksi käämitty induktio-käämi 15. Tiivistys vierekkäisten käämikierrosten välille saadaan aikaan samoin kierukaksi kierretyllä letkulla tai sen kaltaisella 31, joka on joustavaa ainetta. Pienten ja siten tehokkaammin tiivistävien kosketuspintojen aikaansaamiseksi letkun J1 ja käämin 15 välille on viimemainittuun hitsattu putkia 32, joilla on pieni läpimitta. Letku 31 toimii samalla paineenalaisen kaasun johtimena seinärakenteisiin 24, 26 ja on tätä tarkoitusta varten osittain kytketty paineväliainelähteeseen, jota ei kuvassa näy, ja osittain se on varustettu reaktoriseinämään suunnatuilla kaasunpurkaus-aukoilla 33.

Kuviossa 9 esitetään jälleen sisävuorauksen 24 ja täytemassan 26 muodostama ja induktiokäämin 15 ympäröimä reaktoriseinämän osa. Jokaisella käämikierroksella on puolisuunnikkaan muotoinen poikkileikkaus ja ne on ylä-ja alapuolelta varustettu ulostyöntyvällä laippaelimellä 34. Vierekkäisten laippojen väliin toisiinsa rajoittuvissa käämikierroksissa on sijoitettu tiivisteet 35, jotka ovat joustavaa ainetta ja jotka on varustettu rei'illa 36 paineenalaisen kaasun johtamiseksi täytemassaan 26. Lukuisia käämikierrosten pituudelle jaettuja reikiä on sijoitettu tiivisteeseen 35 päällekkäin toisiaan seuraavien käämikierrosten väliin. Näihin reikiin 36 johdetaan kaasu jakoputkista 37, jotka pistävät ulos useampien jakoputkien 37 yhteisestä syöttöputkesta 38·

Kuviossa 10 nähdään miten jokainen käämikierros käämissä 15 voi olla rakentunut useista, edullisesti samassa tasossa sijaitsevista elementeistä 39a - d, jotka kumpikin kattavat kulman, joka on pienempi kuin 180°. 40:llä on merkitty johtimet jäähdytysnesteen johtamista varten ja mahdollisesti myös virtaa varten lähekkäin sijaitsevien elementtien 39a - d välillä, ja kiillä on merkitty tiivistyselimet, jotka tiivistävät lähekkäin sijaitsevien elementtien 39 päiden välillä.

Kuviossa 11 on esitetty yksityiskohtaisemmin liitoskohta kahden vierekkäisen elementin 39a, 39b välillä kuvion 10 mukaisesti, jolloin elementeillä on pääasiallisesti kuviossa 9 esitetty muoto. Laipat 34 toisessa elementissä 39a päättyvät jonkun matkan päähän tämän päästä, samalla kun elementissä 39b on elementin 39a yli työntyvä laippa 42. Tiivistys '.O?' f· · ·:

j rJ

15 62233 vierekkäisten elementtipäiden välillä tapahtuu laipan 42 sisäpuolen ja elementin 39a ulkopuolen väliin puristetun tiivisteen A3 avulla, joka sallii tietyn liikkumavaran elementtien 39a, 39¾ välillä näiden pituussuunnassa.

Kuviossa 12 on esitetty induktiokäämi, joka rakentuu kahdesta osa-käämistä, jotka kumpikin koostuvat kolmesta käämikierroksesta 44 - 46 ja vastaavasti 47 - 49· jokainen käämikierros on sijoitettu samalle tasolle ja voi olla jaettu elementeiksi kuviossa 10 esitetyllä tavalla. Jokaisen käämikierroksen kohtaavien päiden välillä ja toisiinsa rajoittuvien käämi-kierrosten väliin on sijoitettu tiivisteet 50. 51:llä on merkitty syöttö-johtimet virran johtamiseksi osakäämeihin 44 - 46 ja 47 - 49. Virta otetaan syöttöjohtimista kytkinelinten 52 — 55 kautta, kun taas virta johdetaan toisiinsa rajoittuvien käämikierrosten välillä jokaisessa osakäämissä kytkinelinten 56 - 59 kautta. Kuten kuvasta käy ilmi, on osakäämeissä 44 - 46 ja 47 - 49 eri käämintäsuunnat ja osakäämien vierekkäiset päät on kytketty periaatteessa samaan pisteeseen virransyöttöjärjestelmässä, minkä vaikutuksesta jännite käämikierrosten 46 ja 47 välillä alituisesti on 0.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetut edut käyvät ilmi seuraa— vista esimerkeistä.

Esimerkki 1 , Leijupatjaa, jonka ominaisvastus pii 6,5Λπι ja permeabiliteetti n 4 47T-10”^ H/m ja jonka läpimitta oli 7»0 m ja korkeus n. 5»0 m pidettiin n. 1200°C:een lämpötilassa reaktiosäiliössä, joka oli kuviossa 1 esitettyä 2 tyyppiä. Noin 20 000 Nnr/h heikosti pelkistävää kaasua tuotiin suurin piirtein patjan lämpötilassa reaktiosäiliön pohjan kautta patja-aineen leijutusta varten, joka koostui koksihiukkasista, joiden keskimääräinen raekoko oli 0,15 mm. Mineraaliöljyä, jonka hiilipitoisuus oli n. 85 paino-$, vetypitoisuus n. 10 paino-$ ja rikkipitoisuus n. 3 paino-^, ruiskutettiin patjaan 115 tonnia/24 h. Koksia, jonka rikkipitoisuus oli alle 0,1 paino-^c, poistettiin patjan yläosasta n. 40 tonnia/24 tuntia ja samana ajanjaksona saatiin 128 000 Nm kaasua, joka koostui kaasumaisista krakkaustuottei3ta, jotka sisälsivät n. 25 tilavuus-^ vetyä ja loput alempia hiilivetyjä ja jotka puhallettiin reaktiosäiliöstä yhdessä leijutuskaasun kanssa. Osa tästä kaasusta paloi osittain ja palautettiin muodostamaan leijuttamiseen käytettyä, heikosti pelkistävää kaasua. Energiaa tuotiin patjaan induktiivista tietä 120 MWh/24 h taajuuden ollessa 2600 Hz induktiokelan avulla, joka ympäröi reaktiosäiliötä leijupatjan tasossa ja jonka läpimitta oli 7»5 m ja korkeus 4»5 m· Tämä energiamäärä oli riittävä patjalämpötilan ylläpitämiseksi ja petrolikoksin muodostamiseksi.

l6 62233

Esimerkki 2

Leijupatjaa, jonka ominaisvastus oli 6,5 Λ-m ja permeabiliteetti n.

4'Tr'*-10 ' H/m ja jonka läpimitta oli 2,0 m ja korkeus n. 1,8 m, pidettiin n. 1100°Cieen lämpötilassa reaktiosäiliössä, joka oli kuviossa 2 esitettyä tyyppiä. Iloin 4500 NmVh rautasieniuunista saatua kaasua, joka koostui n. 40 tilavuus-^:sta COg, 10 tilavuus-^:sta HgO ja lopun ollessa pääasiallisesti Kg ja CO, tuotiin n. 900°C:een lämpötilassa reaktiosäiliön pohjan läpi patja-aineen leijuttamiseksi, joka koostui koksihiukkasista, joiden keskimääräinen raekoko oli 0,4 mm. Noin 190 000 Nm^/24 h kaasua, joka sisälsi 52 tilavuus-^ Eg, 45 tilavuus-^ CO ja loput pääasiallisesti COg ja EgO puhallettiin reaktiosäiliöstä. öljyä (polttoöljy 5) ruiskutettiin patjaan 36 tonnia/24 h leijutuskaasun pelkistymisestä johdosta kuluneen koksin korvaamiseksi. Patjaan tuotiin energiaa 137 MWh/24 h sähköinduktiivista tietä taajuudella 36,5 kHz induktiokelan avulla, joka ympäröi reaktiosäiliötä ieijupatjan tasossa ja jonka halkaisija oli 2,5 m ja korkeus 1,5 m. Tämä energia oli riittävä patjalämpötilan ylläpitämiseksi, leijutuskaasun pelkistämiseksi ja petrolikoksin muodostamiseksi öljystä.

Esimerkki 3

Leijupatjaa, jonka ominaisvastus oli 6,5-Tim ja permeabiliteetti n.

—7 47^-10 H/m ja jonka läpimitta oli 7*0 m ja korkeus n. 5>0 m, pidettiin n. 1050°C:een lämpötilassa reaktiosäiliössä, joka oli kuviossa 3 kuvattua 3 / o tyyppiä. Noin 20 000 Nm /h inerttiä kaasua tuotiin 900 Cseen lämpötilassa reaktiosäiliön pohjan kautta patja-aineen leijuttamiseksi, joka koostui koksihiukkasista, joiden keskimääräinen hiukkaskoko oli 0,15 mm. Rautaoksidia, joka sisälsi 65 paino-^ Fe ja jonka keskimääräinen hiukkaskoko pääasiallisesti kävi yksiin koksin hiukkaskoon kanssa, tuotiin jatkuvasti patjan alaosaan n. 150 tonnia/24 h yhdessä kivihiilimurskan kanssa, 35 tonnia/24 h, joka sisälsi n. 30 paino-$ haihtuvia aineosia sekä n. 12 paino-^ tuhkaa. Rautasientä, n. 100 tonnia/24 h ja kokonaisrautapitoisuus 97 paino-$ ja hiilisisältö n. 1 paino-$, poistettiin patjan alaosasta yhdessä agglomeroi-dun tuhkan kanssa, jota oli n. 4 tonnia/24 h· 23 000 Nm^/h kaasua, joka sisälsi n. 4 tilavuus-^ CO puhallettiin reaktiosäiliöstä. Energiaa vietiin patjaan 110 MWh/24 h sähköinduktiivista tietä taajuuden ollessa 2600 Hz induktiokelan avulla, joka ympäröi reaktoria Ieijupatjan tasossa ja jonka halkaisija oli 7,5 m ja korkeus 4,5 m. Tämä energia oli riittävä ylläpitämään patjalämpötilan sekä kattamaan koksaus- ja pelkistysreaktioiden energiantarpeen. Patjaan tuotu määrä kivihiilimurskaa oli riittävä korvaamaan pelkistymisen johdosta kuluneen koksin.

Esimerkki 4

Esimerkin 3 mukaisessa pelkistysprosessissa käytettiin reaktoria, joka v *r · , i 17 62233 oli kuviossa 4 esitettyä tyyppiä. Patjasta poistuva kaasu poltettiin reak-toritilassa patjan yläpuolella johtamalla kaasuun ilmaa. Sähköerergiantarve laski tällöin 99 MWh:iin/24h.

Esimerkki 5

Esimerkin 5 mukaisessa pelkistysprosessissa käytettiin reaktoria, joka oli kuviossa 5 kuvattua tyyppiä, ja ylläpidettiin n. 1400°C:een lämpötilaa. Sulaa raakarautaa, jonka hiilipitoisuus oli n. 2 paino-ji, 98 tonnin määrä 24 tunnissa laskettiin reaktorin pohjalta yhdessä sulan kuonan kanssa, jota oli n. 5 tonnia/h. Patjasta poistuva kaasu poltettiin esimerkin 4 mukaisesti. Sähköenergiantarve nousi 120 MWh:iin/24 h.

Esimerkki 6

Valmistettaessa eteeniä krakkaamalla hiilivetyjä pidettiin leiju- —7 patjaa, jonka ominaisvastus oli 5>0Jlm ja permeabiliteetti n 4^-10 H/m ja jonka halkaisija oli 2,0 m ja korkeus n. 1,8 m, n. 1200°C:een lämpötilassa reaktiosäiliössä, joka oli kuviossa 2 esitettyä tyyppiä. ΪΓ. 4000 KmV’1 hiilivetyjä, jotka käsittivät pääasiallisesti etaania, tuotiin n. 900°C:een lämpötilassa reaktiosäiliön pohjan kautta patja-aineen leijuttamiseksi, joka koostui hopeapäällysteisistä nikkelikuulista, joiden keskimääräinen halkaisija oli 0,10 mm N. 180 000 Nm^/24 h kaasua, joka koostui kaasumaisista krakkaustuotteista, jotka sisälsivät n. 47 tilavuus-^ eteeniä ja 47 tilavuus-^ vetyä, puhallettiin reaktiosäiliöstä. Patjaan tuotiin energiaa 110 MWh/24 h sähköinduktiivista tietä taajuuden ollessa 9000 Hz induktiokelan avulla, joka ympäröi reaktiosäiliötä leijupatjan tasolla ja jonka läpimitta oli 2,5 m ja korkeus 1,5 m. Tämä energia oli riittävä patjalämpötilan ylläpitämiseksi ja krakkausreaktioiden energiantarpeen tyydyttämiseksi.

Keksintö ei tietenkään rajoitu edellä piirroksin viitaten kuvattuihin suoritusesimerkkeihin, vaan keksinnön toteutusta voidaan modifioida monella eri tavalla seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

, . , f - f ’ •M . · .

Claims (3)

62233 18

1. Menetelmä kappalemaisen materiaalin pyörrekerrosten reaktorikammiossa tapahtuvaa sähköinduktiivista lämmittämistä varten, joiden kerrosten ominaisvastus JO on suurempi kuin metallilla, jolloin materiaalin sähköinduktiivinen lämmitys tapahtuu itse pyörrekerroksessa ainakin yhden induktiokelan avulla, jonka kelan läpi kierrätetään vaihtovirtaa ja joka kela on sovitettu reaktorikammion ulkopuolelle, tunnettu siitä, että pyörrekerrosta varten, jonka ominaisvastus on välillä -1 10 - 1 Q Jl. m käytetään vaihtovirtaa, jonka taajuus valitaan riippuen pyörrekerrosten pienimmästä poikittaisdimensiosta d ja ominaisvastuksesta ft niin, että mainitun pienimmän poikit-taisdimension d ja sähkömagneettisen kentän tunkeutumissyvyyden S välille saadaan välillä 0,2 - 1,5 oleva suhde, joka määritetään yhtälöstä | = k (0 ,54 - 0 ,35.10log/ ) , jolloin ft on pyörrekerroksen ominaisvastus ilmaistuna yksiköissä Jim, k on välillä 1,1 - 1,5 oleva luku ja <S saadaan tunnetusta yhtälöstä ä .flT , Viv ·/* jossa sähkömagneettisen kentän kulmataajuus ilmaistuna yksi-_ 1 köissä s , JA kerroksen permeabiliteetti yksiköissä H/m ja t? kerroksen ominaisvastus yksiköissä Jl. m.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä suoritetaan reaktorissa, jossa on reaktori-kammio, jonka seinillä on tietty kaasunläpäisyominaisuus ja joihin seiniin ulkopuolelta johdetaan sähköisesti eristävää kaasua, jonka paine on korkeampi kuin reaktorikammion suurin odotettavissa oleva paine.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään olennaisesti inerttiä kaasua, jolla on sellainen happi- tai vetypotentiaali, että hiilen erottuminen· estyy ainakin niissä reaktoriseinämien osissa, jotka sijaitsevat induktiokäämin läheisyydessä.