FI68074C - Foerfarande och anordning foer termisk behandling av kolvaetehaltiga material - Google Patents

Description

68074

Menetelmä ja laite hiilivetypitoisten materiaalien termiseksi käsittelemiseksi Förfarande och anordning för termisk behandling av kolvätehaltiga material

Keksinnön kohteena on menetelmä hiiltä tai hiilivetyjä sisältävien materiaalien käsittelemiseksi siten, että hiilivetymateriaali hajotetaan termisesti kaasumaisiksi ja höyrymäisiksi hiilivedyiksi ja kiinteäksi jätteeksi, jonka hapettamisella tuotetaan hajotusreaktioiden vaatima 5 lämpöenergia, ja että hiilivetymateriaalin terminen hajotus suoritetaan hajotusreaktorissa, joka muodostaa osan hapetusreaktorina toimivan kiertoinassareaktorin kiertomateriaalin palautusj ärjestelmästä.

Keksinnön kohteena on myös laite hiiltä tai hiilivetyjä sisältävien mate-10 riaalien käsittelemiseksi siten, että hiilivetymateriaali hajotetaan termisesti kaasumaisiksi ja höyrymäisiksi hiilivedyiksi ja kiinteäksi jätteeksi, jonka hapettamisella tuotetaan hajotusreaktioiden vaatima lämpö-energia .

15 Menetelmä soveltuu hiiltä tai hiilivetyjä sisältävien materiaalien sekä erilaisten biomassojen käsittelyyn ja öljynjalostamoissa syntyvän raskas-öljyjäänteen jatkotislaukseen pyrittäessä lisäämään keveiden öljytuotteiden kuten bensiinin ja dieselöljyn saantoa.

20 Kun raskaita hiilivetyjä kuumennetaan hapettomassa tilassa, ne hajoavat kemiallisesta luonteesta ja kuumennusprosessin nopeudesta riippuen erilaisiksi, keveämmiksi hiilivedyiksi ja kiinteäksi jäänteeksi. Tätä ilmiötä hyödynnettäessä hajotukseen tarvittava energia kehitetään hapettamalla hiilipitoinen kiintojäännös. Tavallisimmin lämpöenergia hapetusreaktoris-25 ta hajotusreaktoriin siirretään kierrättämällä kiinteää materiaalia reak-toreiden välillä. Laiteteknisesti prosessi on toteutettu kytkemällä rinnan kaksi leijukerrosreaktoria, joiden leijumateriaalia kierrätetään reaktorista toiseen. Myöskin tunnetaan menetelmiä ja laitteita, joissa hape-tusreaktorin lämpöenergia siirretään termisesti hajotettavan materiaalin 30 epäsuoraa lämmönsiirrintä käyttäen.

2 68074

Rinnakkain kytkettyinä 1 eijukerrosreaktoreina käytetään kiertomassareakto-reita (circulating fluid bed reactor) , joiden kiertotnateriaalin palautus tapahtuu reaktorista toiseen. Tämän ratkaisun (EP 00 12468) haittapuolina ovat monimutkainen ja kallis laitteisto sekä vaikeasti ohjattava, labiili 5 prosessi. Erityisen ongelmallista on hallita kiertomnteriaalin jakautumis ta hapetus- ja hajotusreaktorin kesken. Termisen hajoamisprosessin eräänä tärkeänä ohjausparametrina on viiveaika. Kaksoisreaktoriratkaisuissa on viiveaika lähinnä kapasiteetista riippuvainen ja sen säätömahdollisuudet vähäiset. Lisäksi olennaisena haittapuolena on leijutuskaasun tarve myös 10 hajotusreaktorissa, jossa leijutukseen ja kiintoaineen kuljetukseen täy tyy käyttää jäähdytettyä, yleensä kondensoituneita hiilivetyjä sisältävää tuotekaasua. Hajotusreaktorin leijutuskaasutarve lisää myös käyttökustannuksia. Mainituista syistä johtuen kaksoisreaktoriratkaisut eivät ole olleet kaupallisesti kilpailukykyisiä eikä teknisesti riittävän luotetta-15 via.

Epäsuoraan lämmönsiirtoon perustuvat ratkaisut ovat laiteteknisesti ongelmallisia. Keskeisiä vaikeuksia ovat mm. lämpöpintojen likaantuminen ja kanavistojen tukkeutumiset, kiinteän materiaalin kuljetus hajotusreakto-20 rissa, lämmönsiirto kiintomateriaalina, materiaalin korroosio- ja eroosio-ongelmat sekä konstruktiiviset kysymykset. Epäsuoraan lämmönsiirtoon perustuva menetelmä lieneekin käytännössä mahdoton.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, 25 että termisen hajotuksen jälkeen kiertomateriaali erotetaan hiilivety-tuotteista ja palautetaan hapetusreaktoriin, hiilivetytuotteista erotetaan nestemäiset hiilivedyt lauhduttamalla ja kaasumaiset hiilivedyt palautetaan osittain tai kokonaan hajotusreaktoriin.

30 Keksinnön mukaisen menetelmän muut tunnuspiirteet on esitetty patenttivaatimukset 2-4.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että laitteen muodostaa kiertomassareaktori, johon kuuluu hapetus-35 reaktori ja palautusputki osan palautusputkesta olleessa sovitettu toimimaan hajotusreaktorina siihen syötettävän hiilivetymateriaalin hajottamiseksi, ja että palautusputki on varustettu erotinlaitteella hajotuksessa

II

3 68074 syntyvien kaasumaisien ja höyrymäisien hiilivetyjen erottamiseksi kierto-materiaalista, joka palautuu palautusputken alaosan kautta takaisin hape-tusreaktoriin.

5 Keksinnön mukaisen laitteen muut tunnuspiirteet on esitetty patenttivaatimuksissa 6-11.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä lähtökohtana on kiertomassareaktori, jonka hapetusreaktorissa hapen tuontia ohjaamalla säädetään lämpötila ha-10 lutulle tasolle. Hapetusreaktorissa nostetaan kiertomassa kuumaerottimeen, jossa kaasut ja kiertomassa erotetaan toisistaan. Hapetusreaktorin poisto-kaasut sisältävät yleensä palavia kaasuja ja ne voidaan hyödyntää joko synteesikaasuna tai energian tuotantotavassa.

15 Keksinnön mukainen menetelmä poikkeaa tunnetuista menetelmistä olennaisim-min siinä, että terminen hajotusreaktio aikaansaadaan syöttämällä hajotettava materiaali kiertomassan palautusputken osana toimivaan hajotusreakto-riin. Välittömästi hajotusreaktorin jälkeen kiertomassa ja hiilivetykaasut johdetaan myös palautusputken osana toimivaan toiseen kuumaerottimeen, 20 josta kiinteä jäänne ja kiertomassa palautetaan hapetusreaktoriin ja hiilivetykaasut poistuvat jatkoprosessointiin.

Esitetyllä menetelmällä voidaan ratkaista kaksoisreaktorin edellä esitetyt epäkohdat. Laiteteknisesti saadaan yksinkertainen ja halpa reaktori, 25 jonka virtaustekninen hallinta ei ole olennaisesti vaikeampaa kuin tavanomaisen kiertomassareaktorin. Erillistä kaasuvirtaa ei tarvita kiertomassan kuljettamiseen ja viiveaikaa hajotusreaktorissa voidaan säätää muuttamalla hajotettavan materiaalin syöttökohtaa.

30 Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuviossa esitettyyn keksinnön periaateratkaisuun, johon keksintöä ei ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa.

Yhde 1 esittää termisesti hajotettavan materiaalin syöttökohtaa, jonka si-35 jaintia pystysuunnassa voidaan säätää. Palautusputken 11 osana toimivaa hajotusreaktoria on merkitty viitenumerolla 2. Hajotusreaktorin 2 alapää on yhdistetty kuumaerottimeen 3, josta kiinteä jäänne ja kiertomassa pa- 4 68074 lautuvat hapetusreaktoriin 8 putken 5 kautta. Tislautuneen kevyet hiilivedyt poistetaan erottimesta 3 putkea 4 myöten.

Hapetusreaktoriin 8 johdetaan happivirta kaapista 6 jakolevyn 7 läpi.

5 Reaktorissa 8 hapen ja kiintojäänteen suhde säädetään yleensä alistökiö-metrisellä alueella siten, että lämpötila asettuu haluttuun arvoon. Hape-tusreaktorista 8 kaasut ja kiertomassa johdetaan kanavan 9 kautta kuuma-erottimeen 10, mistä kiertomateriaali johdetaan laskuputken 11 kautta hajotusreaktoriin 2. Hapetusreaktorin kaasut poistuvat erottimesta 10 10 putken 12 kautta.

Kuumaerottimet 3 ja 10 ovat tunnettuja erottimia, tavallisimmin keskipa-koiserottimia eli sykloneja. Kuumaerottimen 3 palautusputken 5 alapää on edullista sijoittaa ilmanjakolevyn 7 läheisyyteen, jolloin kaasuvirtaus 15 hapetusreaktorista 8 hajotusreaktoriin 2 rajoittaa leijukerroksen stabiloivan vaikutuksen vuoksi. Ylemmän kuumaerottimen 10 ja hajotusreaktorin 2 yhdysputkessa 11 saadaan aikaan kaasuvirran rajoittaminen mitoittamalla putken 11 poikkipinta-ala pieneksi hajotusreaktorin 2 poikkipinta-alaan verrattuna.

20

Hajotusreaktorissa 2 lämpötila, paine ja viiveaika valitaan siten, että haluttujen kaasumaisten ja höyrymäisten hiilivetyjen osuus maksimoidaan. Kaasut ja höyryt, jotka voidaan tarvittaessa edelleen puhdistaa ennen jäähdytystä, johdetaan putken 4 kautta lauhduttimeen 13, jossa höyrymäi-25 set hiilivedyt tiivistyvät nestemäisiksi. Erotinlaite 14 erottaa nestemäiset komponentit, jotka poistetaan yhteen 16 kautta. Kaasumaiset yhdisteet sisältävät vetyä ^ ja metaania (CH^), jotka kierrätetään putken 15 kautta takaisin hajotusreaktoriin 2. Kierrätyksen vaikutuksesta saadaan hajotusreaktorin 2 vety/hiili-suhde kasvamaan ja samalla lisääntyy halut-30 tujen hiilivetyjen saanto. Toivottujen hiilivetyjen saantoa voidaan lisätä myös tuomalla hajotusreaktoriin 2 ulkopuolinen hiilivetyvirta 17 (tyypillisimmin metaania).

Kaasun virtausnopeus hapetusreaktorissa 8 valitaan siten 3...10 m/s siten, 35 että riittävä kiertomateriaalin kuljettaminen kuumaerottlmeen 10 aikaansaadaan. Kiertomassavirtaan voidaan tunnetusti vaikuttaa myös reaktorin kiertomassan määrällä ja laadulla (tiheys, hiukkaskoko), joten keksinnön 5 68074 mukaisella menetelmällä voidaan hajotusreaktorin 2 lämpötehoa helposti säätää.

Jos hapetusreaktorin 8 tuotekaasulle löytyy taloudellisesti kannattavaa 5 käyttöä, voidaan sen virtausta säätää erillisellä hiilivetysyötöllä 19. Tällöin hapetusreaktori 8 toimii kuten tavanomainen kiertomassakaasutin, joka tuottaa pieni- tai keskilämpöarvoista kaasua. Erikoistapauksissa voi hapetusreaktori 8 sisältää myös jäähdytyspintoja 18.

10 On selvää, että keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan käyttää myös epäorgaanisten yhdisteiden termiseen hajotukseen.

Claims (11)

1. Menetelmä hiiltä tai hiilivetyjä sisältävien materiaalien käsittelemiseksi siten, että hiilivetymateriaali hajotetaan termisesti kaasumaisiksi ja höyrymäisiksi hiilivedyiksi ja kiinteäksi jätteeksi, jonka hapettamisella tuotetaan hajotusreaktioiden vaatima lämpöenergia, ja 5 että hiilivetymateriaalin terminen hajotus suoritetaan hajotusreakto-rtssa (2), joka muodostaa osan hapetusreaktorina (8) toimivan kierto-massareaktorin kiertomateriaalin palautusjärjestelmästä (11), tunnettu siitä, että termisen hajotuksen jälkeen kiertomateriaali erotetaan hiilivetytuotteista ja palautetaan hapetusreaktoriin (8), 10 hiilivetytuotteista erotetaan nestemäiset hiilivedyt lauhduttamalla ja kaasumaiset hiilivedyt palautetaan osittain tai kokonaan hajotusreakto-riin (2) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että hiilivetyjen saannon lisäämiseksi hajotusreaktoriin (2) tuodaan ulkopuolista vetypitoista kaasua.

3. Patenttivaatimuksen l tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilivetyjen hajoamisreaktioita säädetään muuttamalla hajotus- 20 reaktorista (2) poistuvien hiilivetyjen lauhdutusastetta ja siten hajotus-reaktoriin (2) palautettavien kaasumaisten hiilivetyjen koostumusta.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viipymäaika hajotusreaktorissa (2) säädetään muuttamalla 25 sisäänsyöttökohtaa (1) korkeussuunnassa.

5. Laite hiiltä tai hiilivetyjä sisältävien materiaalien käsittelemiseksi siten, että hiilivetymateriaali hajotetaan termisesti kaasumaisiksi ja höyrymäisiksi hiilivedyiksi ja kiinteäksi jätteeksi, jonka hapettamisella 30 tuotetaan hajotusreaktioiden vaatima lämpöenergia, tunnettu siitä, että laitteen muodostaa kiertomassareaktori, johon kuuluu hapetusreaktori (8) ja palautusputki (11) osan palautusputkesta (11) olleessa sovitettu toimimaan hajotusreaktorina (2) siihen syötettävän hiilivetymateriaalin hajottamiseksi, ja että palautusputki (11) on varustettu erotinlaitteel-35 la (3) hajotuksessa syntyvien kaasumaisien ja höyrymäisien hiilivetyjen 68074 erottamiseksi kiertomateriaalista, joka palautuu palautusputken (11) alaosan (5) kautta takaisin hapetusreaktoriin (8).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että 5 erotinlaite (3) on varustettu yhteellä (A) kiertomateriaalista erotettujen hiilivetyjen johtamiseksi lauhduttimeen (13), jossa höyrvmäiset hiilivedyt tiivistyvät nestemäisiksi, ja että kaasumaiset hiilivedyt on sovitettu virtaamaan yhdettä (15) myöten takaisin hajotusreaktoriin.

6 68074

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että hiilivetyjen saannon lisäämiseksi hajotusreaktort (2) on varustettu yhteellä (17) ulkopuolisen vetypitoisen kaasun tuomiseksi.

8. Jonkin patenttivaatimuksien 5-7 mukainen laite, tunnettu 15 siitä, että hajotusreaktori (2) on varustettu syöttöyhteellä (1) termisesti hajotettavan hiilivetyjä sisältävän materiaalin syöttämiseksi hajotusreaktoriin (2).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että 20 syöttöyhde (1) on säädettävissä korkeussuunnassa.

10. Jonkin patenttivaatimuksien 5-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että hapetusreaktori (8) on varustettu jäähdytyslaitteella (18) kiertomateriaalin jäähdyttämiseksi. 25

11. Jonkin patenttivaatimuksien 5-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetusreaktor! (8) on varustettu syöttöyhteellä (19) hiilivetyä sisältävän materiaalin syöttämistä varten virtausnopeuden säätämiseksi . 8 68074