FI72496B - Flytande smaeltskiktfoerfarande foer framstaellning av sulfider. - Google Patents

Description

1 72496

Virtaavan sulatekerroksen menetelmä sulfidien valmistamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää alkalimetallisulfidien valmistamiseksi pelkistämällä vastaavia oksirikkiyhdisteitä, ts. yhdisteitä, jotka sisältävät alkalimetallia, happea ja rikkiä, kuten alkalimetallisulfiitteja tai -sulfaatteja käyttäen kiinteää hiilipitoista pelkistysainetta. Tämä keksintö koskee eräässä tarkemmassa kohdassaan sellaista menetelmää, jossa muodostetaan sulate, joka saatetaan virtaamaan kerroksessa pitkin sen reaktiovyöhykkeen ulkokehää, johon reagens-sit syötetään.

Alkalimetallisulfidien valmistuksella on ollut merkittävää mielenkiintoa jonkin aikaa. Alkalimetallisulfideilla on teollisina kemikaaleina suuri joukko loppukäyttöjä. Niitä käytetään myös välituotteina polttokaasun rikinpoistoproses-seissa, joissa arvokkaat rikkiosat otetaan talteen kaasuista, joita muodostuu poltettaessa rikkiä sisältäviä polttoaineita ja muissa teollisissa prosesseissa.

Tunnetaan erilaisia prosesseja alkalimetallisulfidien valmistamiseksi, erityisesti pelkistämällä oksirikkiyhdisteitä. US-patentissa 126 275 kuvataan menetelmää, jossa sulaa nat-riumsulfaattia lasketaan lämmitetyn hiilikerroksen läpi nat-riumsulfidin muodostamiseksi.

US-patentissa 1 212 702 kuvataan menetelmää natriumsulfaatin tai natriumbisulfaatin pelkistämiseksi natriumsulfidiksi kuilu-uunissa, jossa pelkistävää atmosfääriä ylläpidetään syöttämällä hallittu määrä ilmaa suurten hiilipitoisten aineenpalasten, kuten kivihiilen tai koksin polttamiseksi. Sulfaatti- tai bisulfaattisuola sekoitetaan ylimäärin olevaan kivihiileen, syötetään uunin pelkistävään atmosfääriin ja suola sulatetaan ja pelkistetään kuumennetun hiilipitoisen aineen yläpuolella n. 1000°C:n lämpötilassa.

_____ - Τ' 2 72496 US-patentissa 3 867 251 selostetaan menetelmää alkalimetalli-karbonaattien ja alkalimetallisulfidien valmistamiseksi haihdutetusta alkalisesta keittolipeästä, joka on saatu selluloosan valmistuksesta, jossa menetelmässä käytetään vaakasuoraa polttosyklonia pyörteisyyden aikaansaamiseksi reaktiokammioon. Keittolipeä pyrolysoidaan alkalimetallikarbonaatiksi, hiileksi ja rikkivedyksi ensimmäisessä vyöhykkeessä, johon syötetään kuumaa happea sisältävää kaasua tangentiaalisesti n. 700°C:n lämpötilassa. Toisessa vyöhykkeessä, johon ruiskutetaan tangentiaalisesti kuumia polttokaasuja, alkalimetallikarbonaatti reagoi sulatteen muodossa rikkivedyn kanssa muodostaen alkalimetallisulf idia n. 900°C:n lämpötilassa. Kolmannessa vyöhykkeessä polttokaasuja hapetetaan tangentiaalisesti ruiskutetun, happea sisältävän kaasun avulla n. 1100-1200°C:n lämpötilassa.

US-patentissa 4 198 385 selostetaan kaksivaiheista menetelmää natriumsulfaatin pelkistämiseksi, jota kerääntyy kehruuhautei-siin viskoosikuidun valmistuksen aikana. Ensimmäisessä vaiheessa aikaansaadaan pelkistävä atmosfääri lämpötilassa, joka on korkeampi kuin natriumsulfidin sulamispiste niin, että sula natriumsulfidi ynnä reagoimaton natriumsulfaatti kerääntyy sulatteeseen polttokammion pohjalle. Toisessa vaiheessa erikseen suunnattua pelkistysainetta ja inerttejä poistokaasuja syötetään sulatteeseen sulatteen sekoittamiseksi ja lisäsulfidin muodostamiseksi reagoimattomasta natriumsulfaatista. Natrium-sulfidin voidaan sitten antaa reagoida sinkkioksidin kanssa natriumhydroksidin muodostamiseksi käytettäväksi kehruuhau-teissa.

Oksirikkiyhdisteiden konversio sulfideiksi on erityisen tärkeä laitoksissa, jotka on suunniteltu poistamaan rikkioksidit voimalaitosten polttokaasuista, jotka laitokset tuottavat sähköä polttamalla fossiilisia polttoaineita.

US-patentissa 3 438 728 kuvatussa sulan karbonaatin menetelmässä rikkioksidiepäpuhtaudet poistetaan kuumasta polttokaasusta saattamalla kaasu kosketukseen vähintään n. 350°C:n lämpötilassa sulan suolaseoksen kanssa, joka sisältää alkalimetalli- 3 72496 karbonaatteja aktiivisena absorptioaineena. Sulaa absorptio-liuosta, joka sisältää absorboituneita arvokkaita rikkiosia, pääasiassa alkalimetallisulfiitteina, käsitellään pelkistys-kaasuseoksella, joka sisältää vetyä, hiilimonoksidia tai niiden seosta, vähintään n. 400°C:n lämpötilassa reaktio-olosuhteissa, jotka suosivat sulfidien muodostusta, absorboituneiden arvokkaiden rikkioksien konvertoimiseksi alkalimetallisulfi-deiksi. Tämän jälkeen sulaa suolaa, joka sisältää alkalimetallisulf ideja , käsitellään kaasuseoksella, joka sisältää höyryä ja hiilidioksidia, alle n. 450°C:n lämpötilassa, alkali-metallikarbonaattien regeneroimiseksi ja alkalimetallisulfi-dien konvertoimiseksi rikkivetykaasuksi, joka voidaan konvertoida rikiksi tai rikkihapoksi.

Alkalimetallioksirikkiyhdisteiden pelkistys vastaavaksi sulfi-diksi on myös osa regeneroivaa natriumpohjäisen polttokaasun rikinpoistoprosessia, jota Robert G. Aldrich ja Richard D. Oldenkamp ovat kuvanneet artikkelissa "A 100-MW Second Generation SC^ Removal Demonstration Plant for New York State Utilities", "Proceedings of the American Power Conference", 1977, Vol. 39, sivu 319. Tässä menetelmässä käytetään natrium-karbonaatin vesiliuosta rikkidioksidin absorbointiin poltto-kaasusta. Absorptiovaiheen aikana liuos konvertoidaan kuivaksi käytetyksi suolaksi, joka sisältää reagoimatonta natriumkarbonaattia ynnä kahta oksirikkiyhdistettä, natriumsulfiittia ja natriumsulfaattia. Absorptioaineen regeneroimiseksi on välttämätöntä pelkistää oksirikkiyhdisteet natriumsulfidiksi, antaa sitten natriumsulfidin reagoida veden ja hiilidioksidin kanssa rikkivetykaasun ja natriumkarbonaattiliuoksen muodostamiseksi .

Tämän kirjallisuusviitteen mukaisesti pelkistysvaihe toteutetaan suuressa allastyyppisessä reaktorissa, jota pidetään n. 1000°C:ssa. Käytetty suola syötetään reaktoriin yhdessä kiinteän, hiilipitoisen pelkistysaineen, kuten maaöljykoksin tai kivihiilen kanssa. Ilmaa syötetään myös reaktoriin syöttö-suuttimien läpi, jotka sijaitsevat sulatteen pinnan alla. Ilma 4 72496 toimii pääasiassa happilähteenä, joka reagoi pelkistysaineen osan kanssa eksotermisesti tuottaen lämpöä systeemiin. Tämä reaktio synnyttää tyypillisiä polttokaasuja, kuten hiilimonoksidia, hiilidioksidia ja vesihöyryä, jotka kuplivat sulan suola-altaan läpi yhdessä ilmalähteestä tulevan typen kanssa. Kaasut, jotka muodostuvat kemiallisella pelkistysreaktiolla, liittyvät polttotuotekaasuihin ja sekakaasuvirta poistuu reaktorista tuotekaasuna. Käytetyssä suolasyötössä olevat oksirikkiyh-disteet pelkistyvät suuressa määrin sulfidiksi altaassa olevan hiilen vaikutuksesta. Sula suola, joka sisältää natriumsulfi-dituotetta, natriumkarbonaattia alkuperäisestä syötöstä ynnä pieniä määriä reagoimatonta hiiltä ja oksirikkiyhdisteitä, poistetaan sulasta altaasta ylivirtaussysteemin avulla.

Kaasut poistuvat astiasta huipun lähellä olevasta purkausaukosta.

Vaikka tässä kirjallisuusviitteessä kuvattu menetelmä muodostaa tehokkaan tavan rikkidioksidin poistamiselle polttokaasuista ja sillä on monia etuja yllä mainittuun alan aikaisempaan tekniikkaan verrattuna, se ei ole haitaton. Pääongelma tässä pelkistyslaitemallissa on, että se on melko suuri ja tämän vuoksi kallis. Suuri koko johtuu vaatimuksesta puhaltaa ilmaa ja tuotekaasuja nestealtaan läpi viemättä poistokaasun mukana liiallisia määriä nestettä tai synnyttämättä hydraulisesti epästabiilia sulateallasta. Käytännön tarkoituksiin pinnan-myötäisen kaasunopeuden n. 60 cm/s on havaittu olevan suurimman sallitun tämän tyyppiselle pelkistyslaitteelle ja tämä pieni nopeus määrittelee vaaditun astian halkaisijan annetulla pelkistyslaitteen kapasiteetilla.

Toinen ongelma tällaisella reaktorimallilla on vaikeus ylläpitää muuttumatonta sulatteen purkausnopeutta. Esimerkiksi pieni ilman nopeuden kasvu aiheuttaa sulatteen tason kasvun johtuen kuplien kasvaneesta lukumäärästä siinä. Tämä aiheuttaa silmänräpäyksessä suuren kasvun sulatteen ylivirtaukseen, mikä puolestaan voi edustaa turvallisuus- samoin kuin käyttöongelmaa seuraavassa sulatteen sammutusvaiheessa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä alkali- li 5 72496 metallisulfidien valmistamiseksi suurilla saannoilla vastaavista oksirikkiyhdisteistä.

Toisena tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jossa polttokaasun rikinpoistoprosessissa muodostuneiden alkalimetallisulfiittien ja -sulfaattien seos pelkistetään alkalimetallisulfideiksi.

Muuna tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla kyetään oleellisen täydellisesti pelkistämään alkalimetallisulf iitit sulfideiksi.

Muuna tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan pelkistys-menetelmä käyttäen hyväksi sulia suoloja, joka menetelmä ei vaadi alan aikaisempia sulan suolan altaita.

Vielä muuna tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä, joka voidaan toteuttaa suhteellisen yksinkertaisessa laitteistossa.

Muut tämän keksinnön tarkoitukset ja edut käyvät ilmi seuraa-van yksityiskohtaisen kuvauksen kuluessa.

Tämän keksinnön laajojen näkökohtien mukaisesti alkalimetalli-oksirikkiyhdiste konvertoidaan vastaavaksi alkalimetallisulfi-diksi menetelmällä, jossa syötetään alkalimetallioksirikki-yhdistettä ja kiinteää hiilipitoista pelkistysainetta reaktio-vyöhykkeeseen; saatetaan oksirikkiyhdiste ja pelkistysaine keskipakoisvoiman alaiseksi; kuumennetaan reaktiovyöhyke oksirikki-yhdisteen sulattamiseksi ja oksirikkiyhdisteen ja pelkistys-aineen saamiseksi reagoimaan alkalimetallisulfidin tuottamiseksi; valutetaan sulatetta, joka sisältää näin muodostettua alkalimetallisulf idia, reagoimatonta oksirikkiyhdistettä ja reagoimatonta pelkistysainetta, reaktiovyöhykkeen läpi ja pitkin sen ulkokehää reagoimattoman oksirikkiyhdisteen ja reagoimattoman pelkistysaineen saattamiseksi reagoimaan tuottamaan lisää alkalimetallisulfidia; ja otetaan talteen alkalimetallisulfidi reaktiovyöhykkeestä tulevasta sulatteesta. Edullisessa toteu 6 72496 tusmuodossa keskipakoisvoima, jonka alaiseksi oksirikkiyhdiste ja pelkistysaine saatetaan, aikaansaadaan ruiskuttamalla tangentiaalisesti ainakin toista oksirikkiyhdisteestä ja kiinteästä hiilipitoisesta pelkistysaineesta, joka on kulkeutunut kaasuvirran mukana.

Kuva 1 on kaavamainen piirros, osittain poikkileikkauksena laitteiston eräästä toteutusmuodosta, jota voidaan käyttää tämän keksinnön menetelmän toteutuksessa ja jossa tuotekaasu ja tuote-sulate puretaan yhdessä yhden ja saman suuttimen läpi suoraan sammutussäiliöön, joka sisältää vesiliuosta.

Kuva 2 on kaavamainen piirros, osittain poikkileikkauksena laitteiston toisesta toteutusmuodosta, joka sopii käytettäväksi tässä keksinnössä ja jossa pääosa tuotekaasusta poistetaan keskeisesti sijoitetun poistoaukon kautta läheltä reaktorin huippua ja tuotesulate poistetaan sammutussäiliöön suuttimen läpi, joka on lähellä reaktorin pohjaa.

Kuva 3 on kaavamainen piirros, osittain poikkileikkauksena laitteiston kolmannesta toteutusmuodosta, jota voidaan käyttää tässä keksinnössä ja jossa tuotesulate ja tuotekaasu puretaan jäähdytysvyöhykkeeseen, joka on suunniteltu tuotesulat-teen jähmettämiseen raemaiseen muotoon.

Kuva 4 on leikkaus, joka on tehty pitkin kuvan 3 viivoja 4-4.

Tämä keksintö kohdistuu jatkuvaan menetelmään oksirikkiyhdis-teiden pelkistämiseksi, jossa käytetään yksinkertaista, malliltaan tiivistä reaktoria, jossa pelkistysaineena on halpa, kiinteä hiilipitoinen materiaali, kuten kivihiili tai maaöljy-koksi.

Tämän keksinnön menetelmässä tapahtuvat pelkistysreaktiot voidaan esittää tyypillisesti seuraavissa yhtälöissä: 7 72496 M2S04 + 2C = M2S + 2C02 d'.

M2S04 + 4C = M2S + 4C0 (2) 2M2S03 + 3C = 2M2S + 3C02 (3) M2S03 + 3C = M2S + 3C0 (4) M2S04 + 8H = M2S + 4H20 (5) M2S03 + 6H = M2S + 3H20 (6) 4M2S03 = 3M2S04 + M2S (7) joissa M on alkalimetalli. Yhtälöt 1, 2, 3 ja 4 esittävät mahdollisia teitä joidenkin yleisimmistä tämän keksinnön menetelmän toteutuksessa tavatuista oksirikkiyhdistelstä pelkistämiseksi. Yhtälöt 5 ja 6 esittävät pelkistystä vedyn avulla, joka on liittynyt hiileen kiinteässä, hiilipitoisessa pelkistysai-neessa. Yhtälö 7 esittää disproportionointireaktiota, joka johtaa lisäalkalimetallisulfaatin muodostukseen, kun reagenssi-virrassa oleva alkalimetallisulfiitti disproportionoituu sen sijaan, että pelkistyisi yllä esitettyjen yhtälöiden 3, 4 tai 6 mukaisesti. Disproportionoitumisen tapahtuessa muodostuva alkalimetallisulfaatti voidaan pelkistää alkalimetallisulfidiksi yhtälön 1, 2 tai 5 mukaisesti.

Haluttujen pelkistysreaktioiden suorittamiseksi käytetään yksinkertaista reaktoria, jossa yllä kuvatut reaktiot saatetaan tapahtumaan ainakin osittain sulassa kerroksessa, joka valuu reaktorin sisäseinämiä alaspäin. Reaktori kuumennetaan ja kuumennettujen reagenssien seos saatetaan keskipakoisvoiman alaiseksi aikaansaamaan sulan kerroksen muodostuminen reaktorin seinämille. Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa kuumennetut reagenssit saatetaan keskipakoisvoiman alaiseksi ruiskuttamalla ainakin osa reagensseista tangentiaalisesti poikkileikkaukseltaan pyöreään reaktoriin. Tällä tavoin kuumennetut oksirikkiyhdisteet sulavat ja noudattavat kierre-mäistä tietä reaktoria alaspäin ja keskipakoisvoiman vaikutuksesta kerrostuvat reaktorin seinämille yhdessä hiilipi-toisen pelkistysaineen reagoimattomien hiukkasten kanssa.

Saatu sulatekerros kulkee alaspäin pitkin seinämiä sinä aikana, kun reaktio oksirikkiyhdisteen ja kiinteän hiilipitoisen β 72496 pelkistysaineen välillä tapahtuu. Valuva sulatekerros poistuu reaktorista sen pohjalta ja jäähtyy koskettaessaan kylmiin kaasuihin tai kun se syötetään vesipitoiseen sammutusliuokseen. Pelkistetyt oksirikkiyhdisteet ovat liukoisia vesipitoiseen sammutuslluokseen ja voidaan ottaa siitä talteen. Esimerkiksi sammutetun sulatteen sisältävä vesiliuos voidaan poistaa ja jatkoprosessoida haluttujen alkalimetaUisulfidien talteenottamiseksi liuoksesta. Lisäksi talteenotettuja sulfi-deja voidaan haluttaessa jatkoprosessoida alkalimetallikarbo-naattien tai -bikarbonaattien regeneroimiseksi, jotka voidaan syöttää reaktoriin yhdessä pelkistettävien oksirikkiyhdisteiden kanssa. Kun tällaisia suoloja käytetään oksirikkiyhdisteiden lisäksi/ reaktorissa käytetyt lämpötilat voivat olla alempia kuin silloin, kun suolaseos sisältää pelkästään sulfaatteja tai sulfiitteja.

Tuotekaasut voidaan poistaa reaktorista ja niinikään jatkoprosessoida arvokkaiden sivutuotteiden talteenottamiseksi. Esimerkiksi hiilimonoksidisisältö voidaan polttaa lämmön aikaansaamiseksi ja lisähiilidioksidin muodostamiseksi ja hiili-dioksidisisältöä voidaan käyttää rikkivedyn ajamiseksi sulfidi-vesiliuoksista seuraavien reaktioiden mukaisesti: M2S + 2C02 + 2H20 = 2MHC03 + H2S (8) m2s + co2 + h2o = m2co3 + h2s (9)

Rikkivety voidaan erottaa ja konvertoida rikiksi Claus-laitok-sessa tai käyttää rikkihapon valmistuksessa. Tuotekaasut voidaan poistaa reaktorin huipulta tai ne voidaan poistaa reaktorin pohjalta yhdessä sulatteen kanssa halutulla tavalla.

Pelkistysreaktioon tarvittava lämpö voidaan tuottaa sopivan polttimen avulla, joka on liitetty reaktoriin tai se voidaan tuottaa hapettamalla osa hiilipitoisesta pelkistysaineesta.

Pelkistysreaktio on sopivaa suorittaa korotetussa sulatelämpö-tilassa, tavallisesti välillä n. 900-1400°C ja edullisesti välillä 950-1150°C.

9 72496

Eräs tämän keksinnön pääeduista on, että reaktorin ulkopuolista kuumennusta ei tarvita. Sen sijaan kuumennus vaaditun sulalämpötilan tuottamiseksi toteutetaan paikan päällä polttamalla polttoainetta hapettavan kaasun liikkuvan virran avulla. Hapettava kaasu palvelee kahta tarkoitusta, nimittäin aiheuttaa reaktiovyöhykkeen kuumennukseen käytetyn polttoaineen palamisen ja lennättää reagenssien hiukkaset kierre-mäiseen liikkeeseen reaktiovyöhykkeessä siten, että hiukkaset sulavat ja tuloksena oleva sulate valuu kerroksena reaktio-vyöhykkeen ulkokehää. Näin muodostettu valuva sulatekerros antaa reagenssille mahdollisuuden olla kosketuksessa pitemmän ajanjakson kuin, jos reagenssit reagoisivat vain suoraan hapettavan kaasun virrassa muodostamatta tällaista valuvaa sula-tekerrosta.

Tämän keksinnön menetelmää voidaan käyttää konvertoimaan suuri joukko oksirikkiyhdisteitä vastaaviksi alkalimetallisulfideik-si. Joitakin yleisimpiä oksirikkiyhdisteitä ovat litiumsul-fiitti, natriumsulfiitti, kaliumsulfiitti, litiumsulfaatti, natriumsulfaatti ja kaliumsulfaatti sekä muut alkalimetalli-sulfiitit ja -sulfaatit. Bisulfaatteja, bisulfiitteja, tiosul-faatteja ja sulfonaatteja voidaan myös konvertoida sulfideiksi tämän keksinnön menetelmän mukaisesti.

Pelkistysaineina ovat tyydyttäviä mitkä tahansa suuresta joukosta kiinteitä hiilipitoisia materiaaleja. Kivihiili tai maa-öljykoksi on etusijalla. Muut hiilipitoisten materiaalien muodot ovat myös sopivia. Esimerkiksi asfalttia, turvetta, ligniittiä tai puuta voidaan käyttää.

Oksirikkiyhdisteen ja hiilipitoisen materiaalin lisäksi on toisinaan toivottavaa lisätä toista suolaa reaktorissa olevan suolaseoksen sulamispisteen alentamiseksi, mikä pienentää lämpömäärää, joka reaktorissa on tuotettava vaaditun sulatteen muodostamiseksi. Tähän tarkoitukseen sellaiset yhdisteet kuin alkalimetallihalidit, esimerkiksi natriumkloridi tai alkalime-tallikarbonaatit tai -bikarbonaatit, kuten natriumkarbonaatti ja natriumbikarbonaatti on havaittu erityisen tyydyttäviksi.

Niitä voidaan käyttää jopa n. 50 %:n määrä oksirikkiyhdistees- tä.

ιο 72496

Kantokaasu, jota käytetään reagenssien syöttämiseen reaktoriin, voi olla hapettava kaasu, kuten happi tai ilma tai se voi olla inertti kaasu, kuten typpi tai polttokaasu. Sitä käytetään yleensä riittävä määrä viemään mukanaan reagenssit, pääasiassa alkalimetallioksirikkiyhdisteen ja hienojakoisen kiinteän hiilipitoisen pelkistysaineen. Jos käytetään hapettavaa kaasua, se toimii sekä hapettimena että kantoaineena ja sitä on lisättävä riittävä määrä molempien toimintojen aikaansaamiseksi. Hapetin on toivottava sen hiilipitoisen materiaalin osan hapettamiseksi, jota käytetään pelkistysaineena reaktiossa. Hiilipitoisen materiaalin hapetus johtaa suuren lämpömäärän vapautumiseen, sillä tällainen reaktio on erittäin eksoterminen. Lämpöä ei vaadita vain oksirikkiyhdisteen sulat-tamiseen ja tuotesulfidien pitämiseen sulassa tilassa, vaan myös niiden endotermisten pelkistysreaktioiden suorittamiseen, jotka suoritetaan reaktorissa. Ei ole kuitenkaan toivottavaa käyttää hapetuskaasua ylimäärin siihen määrään nähden, joka vaaditaan tarvittavan lämmön aikaansaamiseen reaktoriin, sillä hapettavan kaasun ylimäärä voi johtaa reaktorissa tuotettujen sulfidien osan hapettumiseen, mikä pienentää sulfidin kokonaissaantoa.

Joissakin tapauksissa saattaa olla toivottavaa aikaansaada vaadittava lämpö erillisen polttimen avulla, joka voi olla suunnattu tangentiaalisesti tai aksiaalisesti reaktorin suhteen. Tällaisen lisäpolttimen käyttöä ei kuitenkaan pidetä välttämättömänä, sillä riittävästi lämpöä voidaan muodostaa hapettamalla osa hiilipitoisesta pelkistysaineesta reaktorissa.

Toisissa tapauksissa saattaa olla toivottavaa käyttää erillistä poltinta aikaansaamaan osa vaadittavasta lämmöstä ja käyttämään hapettavaa kaasua, kuten ilmaa tai happea, kanto-kaasuna muodostamaan osa lämmöstä hapettamalla osa hapettavan kaasun mukana kulkeutuneesta hiilipitoisesta materiaalista.

n 72496 Tässä keksinnössä käytettyjä lähtöaineita, jotka sisältävät oksirikkiyhdistettä ja jotka voivat myös sisältää esimerkiksi alkalimetallikarbonaattia ja muita alkalimetallisuoloja niinikään, voidaan saada erilaisista teollisista prosesseista. Sopiva oksirikkiyhdisteiden lähde voi olla esimerkiksi käytetty absorptioaine prosesseista, joita käytetään rikinpoistoon sellaisten laitosten polttokaasuista, joissa poltetaan fossiilisia polttoaineita, paperitehtaiden käytetystä sulfiitti-"mustalipeästä" tai magnetohydrodynaamisten (MKD) voimalaitosten käytetystä "siemenestä". Viimeksi mainitussa tapauksessa pääasiallinen tuotettu oksirikkiyhdiste on kaliumsulfaatti, jota syntyy kun kaliumkarbonaatti, jota lisätään korkean lämpötilan polttokaasuihin sähkönjohtavuuden lisäämiseksi, absorboi myös kaasuissa olevia rikkiyhdisteitä. Näin ollen oksirikkiyhdiste voi olla peräisin lukuisista prosessivirroista. Tapauksessa, jossa oksirikkiyhdiste on muodostunut vesipitoisessa karbonaattiprosessissa (ACP), saattaa olla toivottavaa muodostaa esisekoitettu oksirikkiyhdisteen ja hiilipitoisen materiaalin syöttö käytettäväksi tämän keksinnön prosessissa. Tämä toteutetaan sekoittamalla hiilipitoiseen materiaaliin karbonaattia, jota käytetään rikkidioksidin absorboimiseen polttokaasuista, joita on käsitelty vesipitoisessa karbonaattiprosessissa. Hiilipitoisen materiaalin lisääminen karbonaattiin sen ollessa vesiliuoksessa tekee mahdolliseksi saada kuivan pelkis-tysaineen ja kuivan käytetyn absorptioaineen hyvin perusteellisen seoksen. Pelkistysaineen läsnäolo jokaisessa natrium-karbonaattiliuoksen pisarassa sen absorboidessa rikkidioksidia ja kun sitä kuivataan, toimii myös estäen sulfiitin hapettumista sulfaatiksi. Pelkistysaineen lisäys ennen kuivausta tekee mahdolliseksi käyttää pelkistysaineen vesilietettä. Esimerkiksi jätevesillejua tai kivihiililietettä voidaan käyttää. Natriumkarbonaatin, pelkistysaineen ja veden seosta ruiskutetaan sitten kuumaan rikkidioksidia sisältävään kaasuun tavalliseen tapaan, jolloin saadaan tehokas kosketus nestepisaroiden ja kaasun välillä ja kuiva jauhe, joka sisältää sekä natrium-sulfaattia että pelkistysainetta, saadaan ACP-prosessin rikkidioksidin absorptiokuivausvaiheen tuotteena. Tällä tekniikalla torjutaan tarve sekoittaa reagensseja reaktorissa.

12 72496

Kiinteän hiilipitoisen materiaalin, polttimen polttoaineen ja hapettavan kaasun määrät, joita vaaditaan alkalimetallisul-fidin annetun määrän tuottamiseen, riippuvat oksirikkiyhdis-tesyötön luonteesta, halutusta konversioprosentista, reaktorin mallista ja muista tekijöistä. Esimerkiksi jos hiilipi-toinen materiaali on hiiltä ja oksirikkiyhdiste on puhdasta natriumsulfaattia, tarvitaan vähintään 2 moolia hiiltä moolia kohti syöttösuolaa pelkästään pelkistykseen. Lisäksi polttoainetta ja hapettavaa kaasua tarvitaan riittävät määrät, jotta niiden palaminen aikaansaisi kaiken sen lämmön, joka tarvitaan syöttösuolan sulattamiseen, aikaansaisi lämmön endotermi-siin pelkistysreaktioihin, nostaisi kaikkien tuotteiden lämpötilan niiden poistolämpötiloihin ja huolehtisi systeemin mahdollisista lämpöhäviöistä. Kaikki tai osa vaadittavasta polttoaineesta voi olla kiinteän hiilipitoisen materiaalin muodossa. Reaktiivisen hiilen ja vedyn kokonaismäärän sekä kiinteässä hiilipitoisessa pelkistysaineessa että polttoaineessa on oltava suurempi kuin stökiometrinen määrä, joka vaaditaan konvertoimaan kaikki oksirikkiyhdisteissä ja hapettavassa kaasussa oleva happi hiilidioksidiksi ja vedeksi.

Reagenssit voidaan syöttää reaktoriin lukuisilla eri tavoilla riippuen etsitystä tuloksesta ja käytettyjen lähtöaineiden tyypistä. Toivotuimpia tapoja ovat ne, joissa polttoseos ja oksirikkiyhdisteiden, pelkistysaineen ja kantokaasun seos syötetään erillisten aukkojen kautta. Erityisesti on toivottavaa syöttää esimerkiksi oksirikkiyhdisteen, hiilipitoisen materiaalin ja kantokaasun seos tangentiaalisesti samanaikaisesti, kun syötetään polttoainetta, joka voi olla samaa hiilipi-toista materiaalia, ja hapettavaa kaasua erikoismuotoillun poltinaukon läpi, kuten "pyörre"-polttimen, joka sijaitsee reaktorin keskiosan huipulla. Tämä kaasuvirtojen yhdistelmä johtaa halutun kierremäisen kulkutien tuottamiseen reagensseil-le ja myös optimaalisten lämmitysolosuhteiden toteutumiseen reagenssivirralle.

li 13 724 9 6 Tämän keksinnön erityisen edullisessa toteutusmuodossa ilmaa käytetään sekä kantokaasuna että hapettimena, kivihiiltä käytetään hiilipitoisena materiaalina, joka toimii sekä pelkistys-aineena että hapettavana polttoaineena ja natriumsulfiitin, natriumsulfaatin ja natriumkarbonaatin seos on suolaseos.

Tässä toteutusmuodossa kivihiili ja suunnilleen puolet ilmasta syötetään aksiaalisesti reaktoriin polttimen läpi, joka pakottaa palamistuotteet pyörteiseen virtaukseen samalla, kun suolojen, kivihiilen ja lopun ilman seos syötetään tangentiaali-sesti. Tämä järjestely johtaa halutun syklonitoiminnan muodostumiseen reaktorissa niin, että reagenssit ajetaan reaktorin läpi kierremäistä tietä, haluttu sulatteen muodostus tapahtuu kierre-mäisen tien kulkiessa reaktorin läpi ja sulate kerrostuu reaktorin seinämälle ja valuu seinämää alaspäin reaktion edistyessä.

Tämän keksinnön menetelmässä reaktoriin syötetyt oksirikki-yhdisteet pelkistetään vastaaviksi sulfideiksi. Esimerkiksi, kun syöttö koostuu natriumsulfiitista ja natriumsulfaatista, muodostuu natriumsulfidia. Koska reaktio tapahtuu sulatteen valuvassa kerroksessa, tuotesulfidi saadaan talteen sulatteena.

Sulatteen viipymisaika reaktorissa voi vaihdella laajalla alueella riippuen reagenssivirran nopeudesta reaktorissa, reaktorin lämpötilasta ja paineesta ja reaktiovyöhykkeen pituudesta reaktorissa. Yleensä käytetään alle n. 2 minuutin ja edullisesti n. 5-60 sekunnin sulatteen viipymisaikoja. Viipymisaika säädetään riittävän pitkäksi takaamaan, että vähintään n. 80 % reaktoriin syötetystä oksirikkiyhdisteestä pelkistyy sulfi-diksi.

Reaktorista lähtevä tuotesulate on jäähdytettävä sulfidin talteenoton sallimiseksi sen käyttöä varten jatkoprosessoin-nissa. Tässä tarkoituksessa on sopivaa saattaa se kosketukseen veden tai jäähdytyskaasun kanssa, vaikka muitakin menetelmiä voidaan haluttaessa käyttää. Vesikosketuksen tapauksessa sulate valuu vesikylpyyn tai se saatetaan kosketukseen nestemäisen vesisuihkun kanssa. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää vesiliuosta, joka sisältää aikaisemmin liuotettua 14 724 9 6 sulatetta tai muita prosessisuoloja. Pidetään huolta reaktion kaasumaisten tuotteiden samoin kuin sulatteessa olevien tuotteiden poistosta. Vesiliuos, joka sisältää sammutettua sulatetta, voidaan imeä pois sammutussäiliöstä ja saattaa jatko-prosessointiin mukaanluettuna suhteellisen puhtaan alkalimetal-lisulfidin talteenotto liuoksesta tunnettujen menettelyjen mukaisesti.

Mikäli halutaan ottaa alkalimetallisulfidi talteen kiinteässä muodossa, käytetään vesisammutuksen sijasta kaasukosketuslai-tetta, kuten rakeistustornia. Sulatetta, joka sisältää sulfi-dituotteen, puhalletaan reaktorin pohjalla olevan purkaussuut-timen läpi niiden kaasujen avulla, jotka ovat muodostuneet reaktorissa tapahtuvien reaktioiden avulla ja siitä muodostetaan pieniä pisaroita. Nämä pisarat kovettuvat hienoiksi hauli-maisiksi pallosiksi tai rakeiksi sen seurauksena, että ne koskettavat suhteellisen viileätä kaasua rakeistustornissa. Kaasua poistetaan jatkuvasti rakeistustornista, jäähdytetään ja ruiskutetaan välineen aikaansaamiseksi rakeiden jäähdyttämiseksi ja jähmettämiseksi. Rakeet, jotka sisältävät alkalimetalli-sulfidia, putoavat rakeistustornin pohjalle ja ne kerätään kerrokseksi joko torniin tai erilliseen astiaan halutulla tavalla. Kaasua, joka sisältää hiilidioksidia ja vesihöyryä, johdetaan kerroksen läpi lämpötilassa, joka on suolojen sulamispisteen alapuolella ja edullisesti välillä n. 250-650°C. Alkalimetallisulf idi konvertoidaan täten alkalimetallibikarbonaa-tiksi tai -karbonaatiksi yhtälöiden 8 tai 9 mukaisesti.

Edullisesti kaikkea tai osaa pelkistyksessä tuotetusta kaasusta käytetään hiilidioksidin lähteenä näille reaktioille. Tämä kaasu sisältää, kuten yllä osoitettiin, riittävän hiilidioksi-disyötön ja se voidaan tarvittaessa rikastaa vesihöyryllä ruiskuttamalla nestemäistä vettä tai höyryä. Johtuen rakeiden erikoisesta muodosta ne muodostavat huokoisen, suuren pinta-alan täytetyn kerroksen, joka läpäisee kaasuvirtauksen eikä jää riippumaan kosketusvyöhykkeeseen tai tuki sitä.

is 72496

Rakeistustornin käyttöä kiinteän alkalimetallisulfidin tal-teenottamiseksi pelkistysreaktorista voidaan myös käyttää hyödyksi MHD-syötön regeneroinnissa ja regeneroidut rakeet kierrättää suoraan MHD-polttolaitteeseen- Tuhkayhdisteet, jotka olivat alkuperäisessä siemenessä tai lisättiin kivihiilen kanssa pelkistimeen, hajoavat MHD-polttolaitteen korkeassa lämpötilassa ja levitetään uudelleen alavirtaan MHD-kanavasta niin, että vain pieni osa ilmestyy uudelleen käytettyyn siemeneen. Tällä tavoin siemenessä oleva tuhka voidaan kierrättää sammutukseen kaiken tämän poistuessa mahdollisesti kanavan läpi kulkevan kivihiilituhkan pääpoistoaukon kautta.

Käytettäessä rakeita palamiskaasujen rikinpoistoon tarkoitetun, käytetyn suolan regenerointiin on toivottavaa poistaa tuhka ja tuottaa regeneroitu karbonaatti vesiliuoksen muodossa. Tämän toteuttamiseksi rakeet liuotetaan veteen, joka suodatetaan tai erotetaan muulla tavoin natriumkarbonaatin liuoksen ja liukenemattoman tuhkakakun muodostamiseksi.

Yllä kuvattu rakeistustornitalteenottoprosessi annetaan esimerkkinä kaasun ja hiukkasten kosketusprosessista. Samantapaiset tulokset voidaan saada käyttämällä leijukerroskiertouunia tai muuta kaasun ja kiinteiden aineiden kosketuslaitetta.

Tämän keksinnön menetelmän tuotteita ei ole vain yllä mainittu sulate, joka on alkalimetallisulfidin lähde, vaan myös kaasut, jotka muodostuvat reaktorissa tapahtuvissa eri reaktioissa.

Näitä kaasuja ovat hiilimonoksidi, hiilidioksidi ja vesihöyry. Kaasumaisen tuotteen muodostus jossa CC^iCO-suhde on vähintään n. 1:1, on toivottavaa. Tämän suhteen toteutuessa hiilipitoi-nen materiaali käytetään oleellisesti loppuun reaktorissa. Kaasumaisessa tuotteessa oleva huomattava hiilidioksidimäärä voidaan haluttaessa käyttää karbonaatin regenerointiin.

Tämän keksinnön pääetuja jo mainittujen lisäksi on se, että koska hiilipitoinen materiaali käytetään loppuun reaktorissa, 1« 72496 vain hyvin pieni määrä hiiltä saastuttaa tuotesulfidia. Toinen etu piilee paljon suurempien kaasun nopeuksien toteutumisessa kuin tavanomaisissa sulan altaan pelkistyslaitteissa, mikä tekee mahdolliseksi käyttää pienempiä astioita ja johtaa suuriin kustannussäästöihin. Edelleen ilman ja syöttömateriaalien ruiskutustarpeen eliminointi sulatteen korkean lämpötilan altaan pinnan alapuolelle poistaa suuttimien tukkeutumisongel-man. Muu etu on tuhkan ja sulatteen välisen vuorovaikutuksen väheneminen. Toisin sanoen tuhkan ja sulatteen välisellä vuorovaikutuksella liukenemattomien silikaattien muodostamiseksi ei ole riittävästi aikaa saavuttaa tasapainoa johtuen lyhyestä viipymisajasta reaktorissa. Natriumin häviö- ja prosessointi-ongelmat alavirtaan pelkistyslaitteesta, jotka on luettavissa silikaattisaastutuksen tiliin, vältetään tämän vuoksi olennaisesti. Muu etu on, että sulan suolan erittäin kuumien, syövyttävien, voimakkaasti sekoitettujen altaiden nestetason säätö on tarpeeton.

Viitaten nyt piirrosten kuvaan 1 reaktori 10 on poikkileikkaukseltaan pyöreä astia, joka on vuorattu korroosionkestoisel-la, tulenkestävällä aineella 12, kuten metalliastiassa 14 olevilla sulavaletuilla alumiinioksidilohkoilla. Reaktorissa 10 on tangentiaalinen syöttösuutin 16, joka sijaitsee lähellä reaktorin huippua ja poistosuutin 18, joka sijaitsee reaktorin pohjalla. Suolojen seosta, joka sisältää oksirikkiyhdisteitä ja pulveroitua kiinteää hiilipitoista pelkistysainetta, kuten kivihiiltä, syötetään reaktoriin 10 tangentiaalisen syöttösuut-timen 16 läpi putken 20 kautta. Ilmaa syötetään putken 22 kautta viemään mukanaan suolakivihiiliseosta. Reaktorin 10 yläosa on varustettu polttimella 24, joka sisältää tangentiaalisen syöttösuuttimen 26 ja aksiaalisen syöttösuuttimen 28. Ilmaa syötetään tangentiaalisen syöttösuuttimen 26 läpi putken 30 kautta ja polttokivihiiltä syötetään aksiaaliseen syöttösuutti-meen 28 putken 32 kautta. Liekin 34 esitetään lähtevän poltti-mesta 24 ja ottavan haltuunsa reaktorin 10 yläosan. Kierremäi-nen tie 36 edustaa reittiä, jota suolan ja pelkistävän kivihiilen seos noudattaa, joka seos syötetään yhdessä kantoilma-virran kanssa tangentiaalisen syöttösuuttimen 16 läpi. Sulate 72496 17 38, joka esitetään pitkin reaktorin 10 sisäseinämää 40, muodostuu, kun sulia suolahiukkasia ja niihin liittyneitä pel-kistysaineen hiukkasia sinkoutuu seinämälle 40 keskipakoisvoiman vaikutuksesta. Sulate 38 jatkaa alaspäin liikkuvassa kerroksessa pitkin reaktorin 10 sisäseinämää 40 ja poistuu reaktorista 10 poistosuuttimen 18 läpi yhdessä tuotekaasujen kanssa. Sulatteen ja tuotekaasujen seos tulee sammutussäiliöön 42, joka sisältää vesipitoista sammutusliuosta 44. Sammutus-säiliö 42 on varustettu poistosuuttimella 46, jonka läpi poisto-kaasut poistetaan putken 48 kautta. Tuotesuolat voidaan ottaa talteen sammutusliuoksesta 44 ja prosessoida halutulla tavalla edelleen.

Kuvan 2 toteutusmuoto eroaa kuvan 1 vastaavasta pääasiassa tavassa poistaa tuotekaasu. Tässä toteutusmuodossa reaktorilla 100 on pyöreä poikkkileikkaus ja se on vuorattu korroosion-kestoisella, tulenkestävällä aineella 102, joka on metalli-astiassa 104. Tangentiaaliset syöttösuuttimet 16 on sijoitettu lähelle reaktorin 100 huippua. Reaktorin 100 huipulle ja keskelle sijoitettuna on kaasun poistosuutin 108, joka on päällystetty tulenkestävällä aineella 110. Kaasun poistosuutin 108 on muotoiltu minimoimaan hiukkasmaisen aineen poistuminen kaasun mukana. Tämä toteutusmuoto tekee mahdolliseksi poistaa tuotekaasut korkeassa lämpötilassa niin, että lämmön talteenotto voidaan toteiitaa, mikä parantaa prosessin termistä kokonaishyötysuhdetta. Sulate poistetaan reaktorin 100 pohjalla olevan poistosuuttimen 112 läpi sammutussäiliöön 114, joka sisältää vesipitoista sammutusliuosta 116 ja sekoittimen 118. Korkeapainevettä tai -höyryä ruiskutetaan suuttimien 120 läpi poistosuuttimesta 112 putoavan sulatevirran hajottamiseksi ennen kuin se koskettaa sammutusliuosta 116. Sammutussäiliö 114 on varustettu vesiliuoksen syöttösuuttimella 122, jonka läpi vesipitoista sammutusliuosta syötetään sammutussäiliöön 114 putken 124 kautta; sammutetun sulatteen poistosuuttimella 126, jonka läpi sammutettua sulatetta sisältävää vesiliuosta poistetaan putken 128 kautta; ja kaasun poistosuuttimella 130, jonka läpi sammutussäiliöstä 114 saatavat tuotekaasut poistetaan putken 132 kautta.

ie 72 4 9 6

Viitaten kuvaan 3 ja kuvaan 4 reaktori 200 on poikkileikkaukseltaan pyöreä reaktori, joka on vuorattu korroosionkestoisel-la, tulenkestävällä aineella 202, kuten sulavaletuilla alumii-nioksidilohkoilla, joita ympäröi lämpöä eristävä, valettava tulenkestävä aine 204 metallisäiliössä 206. Reaktori 200 on varustettu kahdella tangentiaalisella reaktorin 200 yläosassa olevalla syöttösuuttimella 208 ja sen pohjassa olevalla pois-tosuuttimella 210. Syöttösuppilo 212 on sovitettu suolojen syöttöseoksen 214 hallittuun syöttöön, joka seos sisältää oksirikkiyhdisteitä ja pulveroitua kiinteää hiilipitoista pelkisty sainetta, putkeen 216, jonka läpi se kuljetetaan ainakin yhteen syöttösuuttimista 208 kantokaasun, kuten ilman avulla. Kantokaasu tulee sisään syöttöputken 218 ja puhaltimen 220 kautta. Erillinen poltin 222 on esitetty sen omine polttoaine-putkineen 224 ja ilman syöttöputkineen 226. Poistosuutin 210 on suunniteltu lisäämään poistokaasun nopeutta riittävästi niin, että se aikaansaa reaktorissa 200 muodostuneen sulatteen hajoamisen. Sulate valuu alaspäin pitkin reaktorin 200 sisäseinämää 228 ja tuotekaasun kanssa se poistetaan suuttimen 210 läpi sulatteen jähmetyskammioon 230. Kaasua poistetaan jatkuvasti tästä kammiosta putken 232 kautta, jäähdytetään läm-mönvaihtimessa 234 lämmön talteenottonesteen avulla ja palautetaan kammioon 230 putken 236 kautta. Puhallin 238 pakottaa kaasun kiertoon ja se määrä tuotekaasua, joka vastaa reaktorissa tuotetun kaasun nettomäärää, poistetaan jatkuvasti systeemistä putken 240 kautta. Kiinteä raemainen tuote poistetaan venttiilin 242 läpi. Jäähdytys kammiossa 230 toteutetaan saattamalla putoavat pisarat yksinkertaisesti kosketukseen jäähdytyskaasun kohoavan virran kanssa. Vaihtoehtoisia jäähdytystekniikoita, kuten leijukerroksia tai kiertorakeis-tuslaitteita voidaan käyttää tämän keksinnön suojapiirin puitteissa.

Keksintö on paremmin ymmärrettävissä viittaamalla seuraaviin esimerkkeihin, jotka kuvaavat tämän keksinnön prosessin toteutusmuotoja, ja joiden ei ole katsottava rajoittavan keksinnön suojapiiriä.

li 19 724 9 6

Esimerkki 1

Rakennettiin yksikkö, joka oli kuvan 3 reaktorin ja polttoaine-systeemin yleistä mallia. Reaktorin yläosa oli sylinteri, jonka sisähalkaisija oli 12,7 cm ja korkeus 18,5 cm. Tämän alapuolella oli kartiomainen osa, jonka korkeus oli 15,2 cm ja jonka pohjassa oli sisähalkaisijaltaan 5,1 cm:n poistoaukko. Yksikkö oli varustettu kahdella tangentiaalisella syöttösuutti-mella lähellä sylinterimäisen osan huippua. Syöttösuolaa, jonka nimellinen koostumus oli: 30 % ^2*30^, 50 % ^280^ ja 20 % Na2S04, syötettiin toisen suuttimen läpi sekoitettuna jauhettuun maaöljykoksiin. Luonnonkaasu/ilmapoltinta poltettiin toisen suuttimen läpi. Tuotesulatetta ja kaasua poistettiin pohjasuuttimen läpi. Tyypilliset tulokset esitetään taulukossa I.

Taulukko I

Koe A Koe B

Sulasyöttö 6,0 kg/h 2,4 kg/h

Koksisyöttö 1,3 kg/h 1,0 kg/h

Luonnonkaasua polttimeen 1192 st. litra/ftiin 1192 st. litra/nm

Kokonaisilma syöttö 267 st. litra/min 279 st. litra/min

Tuotekaasun kokoonpano CO2 16,3 tilavuus-% 12,7 tilavuus-% CO 0,8 " 3,3 °2 0

Reaktorin sisälämpötila 972°C 1021°C

Pelkistys sulfidiksi 85 % 95 %

Esimerkki 2

Rakennettiin yksinkertaista sylinterimäistä rakennetta oleva koereaktori, joka oli kuvassa 1 esitettyä yleistä muotoa ja mallia. Sisähalkaisija oli 30,5 cm ja sisäkorkeus 183 cm. Yksikössä oli yksi tangentiaalinen syöttöaukko ja keskuspoltin-aukko huipulla. Kivihiiltä syötettiin polttoaineena ilman kanssa keskipolttimen läpi. Suolaa syötettiin tangentiaalisen syöttösuuttimen läpi yhdessä jauhetun kivihiilen kanssa käyttäen 2° 724 9 6 ilmaa siirtokaasuna. Suolan nimelliskoostumusta vaihdeltiin kahdessa ajossa taulukossa II esitetyllä tavalla. Tyypilliset koetulokset olivat seuraavat:

Taulukko II

Koe C Koe D

Suolan koostumus

NaCl 0 3,4 %

Na2C03 15,0 % 13,5 %

Na2S03 20,0 % 0

Na2S04 65,0 % 83,1 %

Kivihiili/suolasuhde syötössä 0,25 kg/kg 0,38 kg/kg

Syöttönopeudet

Kivihiili-suolaseosta 113,5 kg/h 188,0 kg/h

Kivihiiltä polttimeen 36,3 kg/h 47,7 kg/h

Ilmaa yhteensä 4255 st. 6072 st.

litraa/min litraa/min

Tuotekaasu CO2 11 tilavuus-% 14 tilavuus-% CO 12 " 14

Poistokohdan lämpötila 1186°C 1100°C

Konversio sulfidiksi 85 % 87 %

On luonnollisesti oivallettava, että monia muutoksia reaktio-vyöhykkeiden malliin ja muihin reaktio-olosuhteisiin voidaan tehdä tämän keksinnön toteutuksessa tässä esitettyjen rajojen ja kriitillisten parametrien puitteissa. Niinpä, vaikka tätä keksintöä esittäviä esimerkkejä on kuvattu määrättyjen pitoisuuksien, syöttönopeuksien, lämpötilojen ja muiden reaktio-olosuhteiden suhteen ja vaikka on esitetty ja kuvattu sitä, minkä nyt katsotaan edustavan sen parasta toteutusmuotoa, keksintö voidaan toteuttaa muulla tavoin esitetyn opastuksen suo-japiirin puitteissa, kuten tähän alaan perehtyneille helposti käy ilmi. Tästä johtuen tätä keksintöä eivät rajoita sen kuvaavat ja tyypilliset toteutusmuodot,vaan sen suojapiiri on määriteltävä sen patenttivaatimusten mukaisesti.

Claims (10)

21 72496

1. Menetelmä alkalimetallisulfidin valmistamiseksi, jossa reagoivat aineet valutetaan alaspäin reaktiovyöhykkeen ulkokehää pitkin, tunnettu siitä, että: syötetään alkalimetallioksirikkiyhdistettä, joka on natrium-sulfiitti, natriumsulfaatti tai kaliumsulfaatti, ja kiinteää hiilipitoista pelkistysainetta (20, 214) reaktiovyöhykkeeseen (10, 100, 200); saatetaan oksirikkiyhdiste ja pelkistysaine keskipakoisvoiman alaiseksi, mikä saa oksirikkiyhdisteen ja sanotun pelkis-tysaineen kulkemaan sanotun reaktiovyöhykkeen läpi alaspäin kierremäistä tietä ja sinkoutumaan sanotun reaktiovyöhykkeen ulkokehälle (40, 228); kuumennetaan reaktiovyöhyke lämpötilaan 900-1400°C oksirikkiyhdisteen sulattamiseksi ja sanotun oksirikkiyhdisteen ja pelkistysaineen saamiseksi reagoimaan alkalimetallisulfidin tuottamiseksi; valutetaan sulatetta (38), joka sisältää alkalimetallisulfi-dia, reagoimatonta oksirikkiyhdistettä ja reagoimatonta pel-; kistysainetta, sanotun reaktiovyöhykkeen (10, 100, 200) läpi ja pitkin sen ulkokehää (40, 228) reagoimattoman oksirikki-; yhdisteen ja reagoimattoman pelkistysaineen saamiseksi rea goimaan tuottamaan lisää alkalimetallisulfidia, jota sulatetta valutetaan reaktiovyöhykkeen läpi sellaisella nopeudella, että vähintään n. 80 % reaktiovyöhykkeeseen syötetystä alka-limetallioksirikkiyhdisteestä pelkistyy alkalimetallisulfi-diksi ja sellaisella nopeudella, että sulatteen viipymisaika reaktiovyöhykkeessä on n. 5-120 sekuntia; ja otetaan alkalimetallisulfidi talteen sulatteesta, joka tulee ulos reaktiovyöhykkeestä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että oksirikkiyhdiste ja pelkistysaine saatetaan keskipakoisvoiman alaiseksi kaasuvirran (22) avulla, joka vaikuttaa oksirikkiyhdisteeseen ja pelkistysaineeseen. 22 72496

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kaasuvirta (22) sisältää kantokaasua ainakin toiselle sanotusta oksirikkiyhdisteestä ja pelkistysai-neesta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kantokaasu sisältää happea sisältävää kaasua ja happea sisältävä kaasu sisältää kantoainetta pelkis-tysaineelle ja ainakin osa sanotun reaktiovyöhykkeen kuumennukseen tarvittavasta lämmöstä tuotetaan pelkistysaineen ja happea sisältävän kaasun välisellä reaktiolla.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että alkalimetallioksirikkiyhdiste ja pelkistys-aine syötetään lähelle reaktiovyöhykkeen huippua (16, 106, 208), jolloin sanotulla reaktiovyöhykkeellä on oleellisesti pyöreä poikkileikkaus, kaasuseoksen mukana kulkeutuneena seoksena, jolloin kiinteä, hiilipitoinen materiaali on hienojakoista ; oksirikkiyhdisteen ja hiilipitoisen materiaalin välisen reaktion tuote sisältää kaasumaista tuotetta; sulate valutetaan alaspäin reaktiovyöhykkeen ulkokehällä, jolloin reagoimaton oksirikkiyhdiste ja hiilipitoinen materiaali alaspäin valuessaan reagoivat ja muodostavat al-kalimetallisulfidia ja kaasumaista tuotetta; ja reaktiovyöhykkeestä poistuva sulate sisältää alkalime-tallisulfidia ja kaasumaista tuotetta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että alkalimetallioksirikkiyhdisteen ja hienojakoisen kiinteän hiilipitoisen materiaalin seos on kiinteiden hiukkasten (214) muodossa, jotka kukin erikseen sisältävät sekä alkalimetallioksirikkiyhdistettä että hiilipi-toista materiaalia, jotka kiinteät hiukkaset on saatu haihduttamalla vesi vesilietteestä, joka sisältää alkalimetal-lioksirikkiyhdistettä ja hiilipitoista materiaalia. 23 7 2 4 9 6

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että alkalimetallisulfidin talteenottamisvaihe käsittää sulatteen muuttamisen kiinteiksi hiukkasiksi ja hiukkasten keräämisen kerrokseksi (230) , jonka läpi johdetaan hiilidioksidia ja vesihöyryä sulatteessa olevan alkalimetallisulf idin muuttamiseksi alkalimetallikarbonaatiksi.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kaasuvirta (22) sisältää hapettavaa kaasua.

9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kaasuvirta (22) sisältää ilmaa ja sanotun reaktiovyöhykkeen kuumennus suoritetaan osittain hapettamalla osa hiilipitoisesta materiaalista ja osittain syöttämällä polttoainetta (32) ja ilmaa (30) sisältävää seosta reaktio-vyöhykkeeseen (10) ja polttamalla polttoaineen ja ilman seosta pelkistävissä olosuhteissa siten, että kaasumainen tuote sisältää sekä CO:a että CC^ta.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että alkalimetallioksirikkiyhdiste ja pelkistys-aine syötetään reaktiovyöhykkeeseen tangentiaalisesti ja polttoaineen ja ilman seos syötetään reaktiovyöhykkeeseen aksiaalisesta . 24 72496