FI64118B - Oeverhettningsfoerbraennare foer anvaendning vid framstaellning av aktivt kol - Google Patents

Description

rBl f11 KUULUTUSjULKAISU

' UTLÄGGNINGSSKRIFT θ4ίΊθ «Rpig c (45) p:;;:;:11 : \:;;; t: - 1 131 -:3 (51) Ky.ik.Wi.3 C 01 B 31/10, ? 22 5 3/00 (86) K*· h*fc«nu· - InL «Mekan SUO M I—FI N LAN D <*) Patenttihakemus — Patentansökning 773^71 (22) Hakemlapllvi — Aiuökningsdag l6.11.77 (23) AlkupdUvt— Giltighetsdag l6.ll.77 (41) Tullut |ulklseksi — Bllvit offentllg 17.05.79

Patentti- ja rekisterihallitus .... .... . , . .....

' (44) Nihtivikalpanon ja kuul.|ulkaisun pvm.—

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd oeh utl.skriften publlcerad 30.06.63 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird prloritet (71) Outokumpu Oy, Outokumpu, FI; Töölönkatu 1+, 00100 Helsinki 10,

Suomi-Finland(FI) (72) Jorma Väinö Tapani Hauni, Espoo, Reino Ahti Vierinen, Pori,

Suomi-Finland(FI) (74) Berggren Oy Ah (5*0 Aktiivihiilen valmistuksessa käytettäväksi tarkoitettu tulistuspoltin - Överhettningsförbrännare för användning vid framställning av aktivt koi Tämä keksintö kohdistuu aktiivihiilen valmistuksessa käytettäväksi tarkoitettuun tulistuspolttimeen, jossa on kanava polttoaineen ja ilman seoksen syöttämiseksi tulistuskammioon sekä mahdollisesti tämän kanavan ympärille sovitettu toinen kanava sekundääri-ilman syöttämiseksi tulistuskammioon sekä elin tulistettavan väliaineen syöttämiseksi tulistuskammioon.

Aktiivihiiltä voidaan valmistaa orgaanista raaka-ainetta hiiltämällä ja aktivoimalla. Raaka-aineena voi olla turve, ruskohiili, kivihiili, pähkinän kuori, puu tai jokin niitä vastaava aine. Hiilto ja aktivointi voidaan suorittaa joko samassa tai eri yksikössä. Mikäli hiilto tapahtuu eri yksikössä kuin aktivointi, on sen lämpötila- alue 500-900°C. Tällöin hiilletyn tuotteen, koksin, ominaispinta- 2 ala voi olla yli 100 m /g. Varsinaisessa aktivointivaiheessa koksi aktivoidaan noin 800-1000°C lämpötilassa jollakin aktivaattorilla.

Aktivaattorina voi olla esim. vesihöyry, hiilidioksidi tai ilma.

Tuotteena saadun aktiivihiilen ominaispinta-ala vaihtelee 800-1600 2 m /g. Mikäli koksaus ja aktivointi suoritetaan samassa yksikössä, on sen lämpötila-alue 500-1000°C.

2 641 1 8

Aktivointi on prosessina epätaloudellinen, koska normaalien lämpöhäviöiden lisäksi on käytettävä huomattavia akti-vaattoriylimääriä. Toisaalta huono saanti, joka on noin 15-35 % tuotetta raaka-aineen hiilimäärästä laskien, on osaltaan vaikuttamassa prosessin kannattavuuteen. Koska jälkimmäiseen ei suurestikaan voida vaikuttaa, on tärkein kustannusten säästökohde lämpöhäviöiden ja aktivaattoriylimäärän pienentäminen. Tähän päästään käyttämällä tämän keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta. Aktivointitapahtuman edellyttämä aktivaattorin loppulämmönnosto eli tulistus suoritetaan keksinnön mukaisella tulistinpolttimellä polttamalla prosesseista vapautuvia pölyjä tai muuta polttoainetta.

Ennestään tunnetuissa aktivointimenetelmissä aktivointiin tarvittava höyry on valmistettu varta vasten rakennetuissa erillisissä höyrystys- ja tulistuslaitteistoissa. Tällaisten laitteistojen heikkoutena on niiden korkeat investointi- ja käyttökustannukset sekä niiden monimutkainen ja häiriölle herkkä rakenne.

Ennestään tunnetaan myös tapa valmistaa eri huokoskokoa olevaa aktiivihiiltä. Tavassa rumpu-uuniin syötetään puuhiiltä 800-1000°C:n lämpötilaan. Lämpötilan ylläpitämiseksi rumpu-uuni on varustettu öljypolttimella sekä eri huokoskokoa olevan tuotteen valmistamiseksi erillisellä suunnattavalla höy-rysuuttimella. Aktivointiin menevä höyry on 120°C:n lämpötilassa. Huokosjakautumaan voidaan vaikuttaa muuttamalla höyrysuuttimen kulmaa koksipatjaan nähden. Tämän tavan heikkoutena on se, että käytettävän höyryn lämpötila on alhainen. Höyry jäähdyttää koksipatjaa ja patjan pinnalla olevaa kaasu-kerrosta ja tätä kautta hidastaa aktivointitapahtumaa. Rumpuun muodostuu suuria lämpötilaeroja aktivoitavan materiaalin ja käytettävän lämmityskaasun välille.

DE-hakerausjulkaisusta 2 601 591 tunnetaan poltin, joka muodostuu useammasta sisäkkäisestä putkesta, joista sisin on tarkoitettu polttoainetta varten. Sen ulkopuolella olevasta sa-manakselisesta putkesta syötetään primääri-ilma ja epäkeskei-sesti edellisten ulkopuolella olevasta putkesta syötetään li 3 64118 sekundääri-ilma. Kaksi ensiksimainittua ovat uunin puoleisesta päästään tuettuja viimeksimainittuun ja sekundääri-ilmaputki ja primääri-ilmaputki ovat toistensa suhteen kierrettäviä, Primääri-ilmaputki on koaksiaalinen uunin suhteen, mutta sekundääri-ilmaputki ei ole.

Viitatun julkaisun laitteessa säädetään liekin muotoa muuttamalla primääri-ilmaputken ympärillä olevan siivistön paikkaa tai syöttämällä polttoainetta radiaalisesti tai aksiaalisesta Jos viitatussa julkaisussa esitettyä suutinta halutaan siirtää, tapahtuu tämä siirtämällä koko poltinta, sillä poltin on kiinteä yksikkö. Nyt esillä olevan keksinnön mukaisessa polttimessa on polttoaineputki ilmaputkien suhteen siirrettävissä. Kun aktivaattoriputkea sytytetään, työnnetään se selvästi ulos ilmaputkista ja käyttökunnossa vedetään taas lähelle liekkirintamaa. Kuitenkaan ei putki koskaan ole täysin ilmaputkien sisällä.

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Tämän keksinnön tarkoituksena on siten aikaansaada aktiivi-hiilen valmistuksessa käytettäväksi tarkoitettu tulistuspol-tin, jossa saadun koksi ja/tai aktiivihiilen jäähdyttämiseen käytettävän nesteen tai kaasun lämpösisältöä käytetään yhdessä jäähdytyksessä tai jäähdytysvaiheessa syntyneiden palavien yhdisteiden kanssa hyväksi tulistuksessa ja joka on helposti säädettävissä.

Λ 4 64118

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää virtauskaaviota prosessista, jossa keksinnön mukaista tulistuspoltinta voidaan käyttää, ja kuva 2 poikkileikattua sivukuvantoa tässä prosessissa käytettävästä keksinnön mukaisesta tulistuspolttimesta.

Kuivattu turve kuivatislataan laitteessa 1. Tuotteena saatava koksi seulotaan ja jäähdytetään laitteessa 2. Karkeamman jakeen loppu-jäähdytys suoritetaan vedellä, joka höyrystyy. Syntynyt höyry johdetaan yhdessä hienon koksijakeen kanssa aktivointiin. Höyry ja koksi erotetaan toisistaan erottimessa 3. Koksi johdetaan aktivointi-yksikköön 5 ja höyry tulistuspolttimeen 4 yhdessä polttoaineen ja ilman kanssa. Koksi aktivoidaan tulistuspolttimesta saadulla höyryllä. Aktivoitu tuote jäähdytetään yksikössä 6 vedellä ja syntynyt vesihöyry ohjataan koksin seulonta- ja jäähdytysyksikköön 2. Aktivoitu tuote seulotaan yksikössä 7.

Kuvassa 2 on esitetty keksinnön mukainen tulistuspoltin, jolla ak-tivaattorin lämpötila kohotetaan aktivoinnin kannalta edulliseen lämpötilaan. Polttoaineena voi olla polttoöljyn, butaanin ohella turve tai koksipöly.

Polttimen vaipalle 9 johdetaan sekundääri-ilmaa ja keskelle 8 ohjataan polttoaine- ja primääri-ilmaputki. Sisintä putkea 10 pitkin johdetaan tulistettava aktivaattorineste tai kaasu. Aktivaattoriputki 10 on pituussuunnassa siirrettävissä. Aktivaattorihöyry poistuu putken 10 päässä olevien reikien 11 kautta. Polttimen sytyttämisen ajaksi aktivaattoriputken purkauskohdan on oltava riittävän etäällä liek-kirintamasta, jotta aktivaattori ei purkautuessaan häiritse palamis-tapahtumaa. Kun poltin on syttynyt, vedetään putken purkauskohta lähemmäksi liekkirintamaa. Tällöin tapahtuu tehokas palamiskaasu-jen ja aktivaattorin välinen sekoittuminen.

Keksinnön mukaisella polttimella voidaan saavuttaa huomattavat säästöt lämpöhäviöissä. Poltin on asetettavissa aktivointilaitteiston

II

64118 5 tai isomman polttimon sisälle, jolloin polttimen vaipalta 9 ei pääse lämpöä ulkopuolelle. Lisäksi tulistettava aine tulistuu osittain jo putkessa 10 ennen vapautumistaan kaasu-tilaan 4. Tulistettava kaasu jäähdyttää samalla poltinta ja takaa polttimelle tätä kautta pidemmän kestoiän.

Käyttämällä runsastuhkaisia polttoaineita on keksinnön mukainen poltin sijoitettavissa esim. syklonipolttimen sisään.

Tällöin on polttoaineesta tuleva tuhka helposti saatavissa erilleen.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkkien avulla.

Esimerkki 1 15 m pitkään ja 1,00 m sisäläpimittaiseen rumpu-uuniin 1 syötettiin 500 kg/h palaturvetta. Palaturve sisälsi tuhkaa 1,4 %, haihtuvia 70 % analyysin ollessa C-56 %, H-6 %, 0-34 %, N-2 %. Turve sisälsi kosteutta 10 %. Materiaalin viiveaika oli keskimäärin 2 h 12 min. Palaturpeen kuivatislaus suoritettiin polttamalla uunin päässä butaania 13 kg/h ilmamäärän ollessa 3 240 Nm /h sekä puhaltamalla lisäilmaa vaipalta rummun kuumaan päähän. Tällöin osa haihtuvista aineista paloi. Kuuman pään lämpötila oli 950°C. Koksia saatiin 156,2 kg/h. Koksin jäähdyttämiseen käytettiin 25°C:sta vettä 60 kg/h. Jäähdytyksessä syntynyt 350°C:nen vesihöyry johdettiin yhdessä aktiivihiilen jäähdyttämisessä syntyvän vesihöyryn kanssa tulistuspolt-timen 4 kautta aktivointirumpuun 5. Jäähdytetty koksi seulottiin kohdassa 2 eri raeluokkiin.

Edellisestä vaiheesta saatua koksia, jonka raekoko oli 3-10 mm syötettiin 12 m pitkään ja 0,77 m sisäläpimittaiseen rumpu-uuniin. Aktivoitumisen tehostamiseksi rumpu-uuni oli varustettu sekoitussiivekkeellä. Rumpu-uunin 5 ja tulistuspolttimen 4 tarvitsema lämpö kehitettiin pölyjen asemesta pilot-laitteis-toon paremmin soveltuvalla butaanilla. Aktivoitavan materiaalin viiveaika rumpu-uunissa oli keskimäärin 4 h 15 min. 1000°C:ssa aktivoitu tuote jäähdytettiin 25°C:lla vedellä. Aktivointiyksikön syötön ollessa 50 kg/h, tuotetta saatiin 28,1 kg/h. Jäähdytykseen 6 käytettiin vettä 10 kg/h.

6 641 1 8

Aktiivihiilen jäähdytysvaiheessa syntynyt 450°C:nen vesihöyry johdettiin aktivointirummun tulistuspolttimelle.

Aktivointirummun höyryn tulistuspoltin oli patenttivaatimuksen mukainen. Köyryn lopputulistus 360°C:sta 1000°C:een ja aktivoinnin vaatima lämpö hoidettiin polttamalla poltti-messa butaania 14 kg/h.

Tuotteena saadun aktiivihiilen ominaisuudet ja analyysit 3 olivat: tilavuuspaino 359 kg/m , tuhka-analyysi 7,1 %, BET pinta-ala 1055 m2/g, jodiluku 1126.

Esimerkki 2

Edellisessä esimerkissä kuvattuun rumpu-uuniin 5 syötettiin kantohaketta ja suoritettiin sekä hiilto että aktivointi tässä rumpu-uunissa. Keksinnön mukainen poltin 4 oli kiinnitettynä tämän rummun päähän. Polttimeen syötettiin butaania, ilmaa ja vesihöyryä. Tuotteena saatu aktiivihiili jäähdytettiin koetehtaan höyrylinjasta saadulla 120°C:lla vesihöyryllä. 40 Nm2/h 400°C:een tulistunutta vesihöyryä johdettiin yhdessä 20 Nm^/h lisähöyryn kanssa tulistuspolttimen 4 kautta tulistettuna rumpu-uuniin. Polttimeen johdettiin butaania 3 12 kg/h ilmamäärän ollessa 278 Nm /h. Rummussa 5 tarvittava lisälämpö saatiin puhaltamalla lisäilmaa rummun vaipalta haihtuvien yhdisteiden polttamista varten. Rumpu-uuniin syötettävän kantohakkeen kosteus oli 15 % ja syöttömäärä oli 150 kg/h. Rumpu-uunin 5 kuuman pään lämpötila oli 1050°C. Rummun pyörimisnopeus oli 0,45 rpm ja vastaava viiveaika 3 h 3 min. Aktiivihiiltä saatiin 12,1 kg/h. Aktiivihiilen 3 analyysiksi tuli: tilavuuspaino 242 kg/m , tuhka-analyysi 1,1 %, BET pinta-ala 831 m2/g, jodiluku 828.

Claims (2)

7 641 1 8 1. Aktiivihiilen valmistuksessa käytettäväksi tarkoitettu tulistuspoltin, jossa on kanava (8) polttoaineen ja ilman seoksen syöttämiseksi tulistuskammioon (4) sekä mahdollisesti tämän kanavan ympärille sovitettu samansuuntäinen toinen kanava (9) sekundääri- ilman syöttämiseksi tulistuskammioon (4) sekä elin (10) tulistettavan väliaineen syöttämiseksi tulistuskammioon (4), tunnettu siitä, että tulistettavan väliaineen syöttö-elin (10) on ainakin ensiksi mainitun kanavan (8) loppuosan läpi olennaisesti samansuuntaisesti tulistuskammioon ulottuva putki (10), joka päättyy välimatkan päässä ensiksi mainitun kanavan (8) poistopäästä ja jonka tulistuskammioon (4) ulottuvan pään vaipassa on useita aukkoja (11) tulistettavan väliaineen sekoittamiseksi kuumiin palamiskaasuihin. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tulistuspoltin, tunnet-t u siitä, että tulistettavan väliaineen syöttöelin (10) on aksiaalisesta liikuteltavissa ensiksi mainitun kanavan (8) ja syöttö-elimen poistoaukkojen välisen etäisyyden säätämiseksi.

1. För användning vid framställning av aktivt koi avsedd överhettningsförbrännare, omfattande en kanal (8) för införande av en blandning av bränsle och luft i en överhettningskammare (4), och eventuellt en kring denna kanal anordnad likriktad andra kanal (9) för införande av sekundärluft i överhettnings-kammaren (4), samt ett organ (10) för införande av mediet som skall överhettas i överhettningskammaren (4),känneteck-n a d av att organet (10) för införande av mediet som skall överhettas utgöres av ett in i överhettningskammaren näende rör (10) som sträcker sig genom ätminstone det sista partiet av den först-nämnda kanalen (8) i väsentligen samma riktning som denna och som utmynnar pä nägot avständ frän den förstnämnda kanalens (8) utloppsände, och vars in i överhettningskammaren (4) sig sträc-kande ände i sin mantel uppvisar ett flertal öppningar (11) i och för omblandning av det för överhettning avsedda mediet med heta förbränningsgaser.

2. Överhettningsförbrännare enligt patentkravet 1, känne-t e c k n a d av att inmatningsorganet (10) för det för överhett-