FI75590B - Cirkulationssvaevbaeddspyrolysprocess och reaktor foer cirkulationssvaevbaeddspyrolys. - Google Patents

Description

75590 1 Kiertoleijupetipyrolyysiprosessi ja reaktori kiertoleijupetipyrolyysiä varten Cirkulationssvävbäddspyrolysprocess och reaktor för cirkulationssvävbäddspyrolys 5

Keksintö koskee kiertoleijupetipyrolyysiprosessia orgaanisten materiaalien, varsinkin raskaiden hiilivetyjen pyrolysoimiseksi keveämmiksi 10 hiilivedyiksi saattamalla pyrolysoitava materiaali pyrolyysivaiheessa kosketukseen inertin lämmönkantajamateriaalin kanssa, joka on kuumennettu polttovaiheessa ja jossa pyrolyysireaktion jälkeen pyrolyysituot-teet erotetaan lämmönkantajamateriaalista, joka johdetaan uudelleen kuumennettavaksi polttovaiheeseen.

15

Keksintö koskee myös reaktoria kiertoleijupetipyrolyysiä varten orgaanisten materiaalien, varsinkin raskaiden hiilivetyjen pyrolysoimiseksi keveämmiksi. hiilivedyiksi saattamalla pyrolysoitava materiaali pyrolyysivaiheessa kosketukseen inertin lämmönkantajamateriaalin kanssa, joka 20 on kuumennettu polttovaiheessa ja jossa pyrolyysireaktion jälkeen pyro-lyysituotteet erotetaan lämmönkantajamateriaalista, joka johdetaan uudelleen kuumennettavaksi polttovaiheeseen.

Orgaanisten aineiden pyrolyysi kiertävän hienojakoisen lämmönkantaja-25 materiaalin avulla on tunnettua tekniikkaa. Pyrolyysiprosessiin kuuluu tavallisesti pyrolyysireaktori, jossa pyrolysoitava materiaali saatetaan kosketukseen kuuman inertin lämmönkantajamateriaalin kanssa, laitteet pyrolyysituotteiden erottamiseksi lämmönkantajamateriaalista sekä reaktori, jossa ainakin osa kiinteistä pyrolyysituotteista poltetaan lämmön-30 kantajamateriaalin kuumentamiseksi pyrolyysiä varten tarvittavaan lämpötilaan .

Pyrolyysireaktio voidaan suorittaa eri tavoin. Tunnetaan reaktoreita, joissa pyrolysoitava materiaali virtaa alhaalta ylöspäin tai ylhäältä 35 alaspäin. Myös vaakasuuntaisia reaktoreita on käytetty. Lämmönkantaja-materiaali voi olla pyrolyysireaktorissa leijutetussa tilassa.

2 75590 1 Keksintö kohdistuu yleisesti viimeksimainittuun tekniikkaan, jossa pyro-lyysi suoritetaan leijumaan saatetussa hienojakoisessa lämmönkantajamate-riaallssa. Kun pyrolyysi suoritetaan tavallisessa reaktorissa ongelmana on usein viipymäajan säätö. Esimerkiksi pyrolysoitaessa raskasöljyjä 5 keveämmiksi hiilivedyiksi nopeimmin syntyvät kevyet tuotteet, kuten eteeni ja propeeni pyrkivät krakkautumaan edelleen, jolloin syntyy suuria määriä metaania ja koksia ja arvokkaampien tuotteiden saanto vähenee. Toisaalta taas raskaammat jakeet vaatisivat pidemmän viipymäajan pyro-lyysireaktion saamiseksi riittävän pitkälle. Leijutetussa lämmönkantaja-10 materiaalissa ei syöttöaineiden kulku ole tasainen, sillä häiriövirtauk-sia esiintyy ja sen tuloksena epätasaisuutta pyrolyysissä. Tavanomaisissa reaktoreissa on pyrolyysi tästä johtuen vaikea suorittaa optimaalisesti.

15 Keksinnön päämääränä on aikaansaada kiertoleijupetipyrolyysiprosessi, jossa edellä mainittu haitta on saatu pienenemään siten, että arvokkaiden keveiden tuotteiden saanto on mahdollisimman suuri ja sivureaktioiden, jotka tuottavat vähemmän arvokkaita tuotteita, määrä on mahdollisimman pieni.

20

Keksinnön mukaiselle kiertoleijupetipyrolyysiprosessille on pääasiallisesti tunnusomaista se, että pyrolyysivaiheessa pyrolysoitava materiaali ja lämmönkantajamateriaall johdetaan olennaisesti vaakasuuntaisen, poikkipinta-alaltaan suppenevan reaktiotilan läpi, että pyrolysoitavaa mate-25 riaalia syötetään yhdestä tai useammasta kohtaa pitkin reaktorin pituus-akselia, että leijutuskaasua lämmönkantajamateriaalln leijuttamiseksi johdetaan reaktiotilaan yhdestä tai useammasta kohdasta, että ainakin osa pyrolyysituotteista poistetaan reaktiotilan keskialueelta keskiviivan läheisyydessä sijaitsevasta poistokohdasta, ja että inertti 30 lämmönkantajamateriaall poistetaan reaktiotliasta.

Keksinnön mukaiselle reaktorille kiertoleijupetipyrolyysiä varten on pääasiallisesti tunnusomaista se, että reaktori on olennaisesti vaakasuuntainen, poikkipinta-alaltaan suppeneva reaktiotila, että pitkin reaktorin pituusakselia on yksi tai useampia syöttökohtia pyrolysoitavan materiaalin syöttämiseksi reaktiotilaan, että reaktorissa on yksi tai useampia syöttökohtia leijutuskaasun johtamiseksi reaktiotilaan lämmön-

II

75590 1 kantajamateriaalin leijuttamiseksi, että reaktiotilan keskialueella keskiviivan läheisyydessä on poistokohta ainakin osan pyrolyysituot-telsta poistamiseksi reaktiotilasta, ja että reaktorin alkupäässä on syöttökohta inertin lämmönkantajamateriaalin johtamiseksi reaktiotilaan 5 ja vastaavasti reaktorin loppupäässä on poistokohta inertin lämmön-kantajamateriaalin poistamiseksi reaktiotilasta.

Keksinnön mukaisessa prosessissa johdetaan olennaisesti vaakasuorassa asennossa olevan reaktorin toiseen päähän kuumennettua hienojakoista 10 lämmönkantajamateriaalia yhdessä leijutuskaasun kanssa, joka on olennaisesti happlvapaata. Reaktorin poikkipinta-ala suppenee virtaussuunnassa. Reaktorin poikkipinta-alan suppenevuus on yleensä suhteellisen vähäinen ja välillä 0,1-15°, sopivimmin välillä 2-5°. Pyrolysoitava materiaali, esimerkiksi raskasöljy suihkutetaan leijutetussa tilassa olevan läramön-15 kantajamateriaalin sekaan yhdestä tai useammasta kohdasta. Suihkutuskoh-dan valinnalla voidaan jossain määrin vaikuttaa viipymäaikaan. Inertti kuuma lämmönkantajamateriaali luovuttaa lämpöä ja aikaansaa orgaanisen materiaalin pyrolyyttisen hajoamisen keveämmiksi kaasumaisiksi ja nestemäisiksi sekä kiinteiksi hiilipitoisiksi tuotteiksi. Pyrolyysin edetessä 20 lämmönkantajamateriaali jäähtyy ja lämmönsiirto näin ollen huononee. Toisaalta keksinnön mukaisessa prosessissa käytetty reaktori pienenee poikkipinta-alaltaan virtaussuunnassa, jonka johdosta tuotteiden virtausnopeudet kasvavat. Nopeuden kasvu aiheuttaa turbulenssia ja lämmönvaih-don tehostumista, mikä kompensoi jäähtymistä.

25

Keksinnön mukaisessa pyrolyysiprosessissa osa syntyvistä tuotekaasuista poistetaan reaktiotilan keskialueelta keskiviivan läheisyydessä. Suuri osa ensimmäisenä syntyvistä keveistä tuotteista saadaan näin talteen ennen niiden sekundäärikrakkautumista ja koksaantumista. Raskaammat, vielä pyro-30 lysoitumattomat jakeet pyrkivät seuraamaan reaktorin seinämiä pitkin kulkevaa lämmönkantajamateriaalia. Näin saadaan raskaammille jakeille lisää viipymäaikaa. Reaktorin päästä jäähtynyt lämmönkantajamateriaali sekä loppuosa pyrolyysituotteista johdetaan erottimeen, jossa ne erotetaan toisistaan.

Keskialueelta poistetut tuotekaasut sekä niiden mahdollisesti sisältämä lämmönkantajamateriaali voidaan johtaa samaan erottimeen tai haluttaessa 35 75590 1 myös erilliseen erotcimeen. Erottimena toimii sopivasti esimerkiksi tavanomainen syklonierotin, jonka yläosasta poistetaan kaasumaiset ja höyrystyneet pyrolyysituotteet. Ne johdetaan jäähdytyksen kautta fraktiointiin. Syklonin pohjasta erotetaan jäähtynyt lämmönkantajamatcriaali tuotteista 5 ja johdetaan takaisin kuumennusvyöhykkeeseen, missä se kuumennetaan uudelleen pyrolyysiä varten tarvittavaan lämpötilaan. Poltossa palavat lämmönkantaj amateriaalihiukkasten pintaan tarttuneet hiilijätteet ja luovuttavat ainakin osan tarvittavasta lämmöstä.

10 Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan merkittäviä etuja. Viipymäaikaa reaktorissa voidaan säätää valitsemalla öljy/kvenssisyöttöjen kohdat, Suppenevalla reaktorilla aikaansaadaan, että virtauksen nopeus kasvaa ja se voidaan säätää valmiiksi sopivaksi sykloniin sisäänmenoa varten. Nopeuden kasvun ansiosta myös leijutuskaasun lisäyksen tarve vähe- 15 nee lopussa. Lisäksi kiintoainetiheys kasvaa, lämmönsiirto kiintoaineesta paranee ja reaktiot menevät paremmin loppuun. Viipymäajan säädössä saadaan "neliöllinen tehokkuus", eli pienellä muutoksella on hyvin suuri vaikutus.

20 Pyrolyysilämpötila vaihtelee riippuen lähtöaineen laadusta ja halutuista lopputuotteista. Yleisesti lämpötilat ovat välillä 500-1000°C, sopivim-min välillä 600-800°C. Lämmönkantajamateriaali, joka luovuttaa pyrolyy-sissä tarvittavan lämmön, on tavallisesti 100-300°C korkeammassa lämpötilassa.

25

Keksinnön mukaisessa kiertoleijupetipyrolyysiprosessissa voidaan soveltaa erilaisia lämmönkantajamateriaaleja, jotka ovat alalla yleisesti : tunnettuja. Lämmönkantajamateriaali voi sisältää myös katalyyttisiä hiuk kasia tai syöttöaineiden kanssa kemiallisesti reagoivia materiaaleja, 30 kuten esimerkiksi rikinpoistoaineita, mutta se ei ole mikään välttämättömyys. Mieluimmin reaktorissa käytettävä lämmönkantajamateriaali on suhteellisen hienojakoista hiukkaskoon vaihdellessa välillä 50-1000 mikronia. Suositeltava materiaali on kvartsihiekka, mutta myös eräät kestävät mineraalit, kuten esim. maasalpä ja bauksiitti sekä koksi ovat sopivia.

35

Keksinnön mukaisessa kiertoleijupetipyrolyysiprosessissa voidaan pyroly-soida hyvin erilaisia materiaaleja. Erikoisen sopivia ovat raskaat öljy-

II

75590 1 tuotteet. Tällaisia ovat mm. öljynjalostusteollisuuden raskaat pohjaöl-jyt, öljysäiliöiden pohjasakat, raakaöljy, jäteöljyt, ioninvaihtohartsit ym. Keksinnön mukainen kiertoleijupetipyrolyysiprosessissa soveltuu myös hienojakoisiin kiinteisiin materiaaleihin, kuten hiilipöly, turve, puu-5 pöly ym. hienojakoiset biomassat, mikäli ne voidaan saattaa pumpattavaan muotoon esimerkiksi sopivaan hiilivetyväliaineeseen sekoittamalla. Yleisesti mikä tahansa hiilivetyjä sisältävä aine sopii keksinnön mukaisessa reaktorissa pyrolysoitavaksi.

10 Keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisien piirustuksien kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen suoritusmuotoon, johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista kiertoleijupetipyrolyysiprosessia 15 kaaviomaisena sivukuvana.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisessa prosessissa käytettyä pyrolyysi-reaktoria leikattuna sivukuvana.

20 Kuvio 3 esit tää leikkausta pitkin kuvion 2 viivaa II1-III.

Kuviossa 1 keksinnön mukaisessa prosessissa käytettyä pyrolyysireaktoria on merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Kuvion 1 mukaisessa kiertolei-jupetipyrolyysiprosessissa polttotilassa II kuumennettu inertti lämmÖn-25 kantajamateriaali kiertää pyrolyysivaiheen A ja polttovaiheen B välillä. Polttotilasta 11 johtaa yhde 12 erottimeen 13. Savukaasut sekä poltto-kaasut johdetaan pois yhdettä IA myöten. Reaktorissa 10 on syöttölaite 15 polttovaiheessa B kuumennetun inertin kuuman lämmönkantajamateriaalin syöttämiseksi reaktoriin 10. Viitenumerolla 16 on merkitty leijutuskaa-30 sun syöttöä. Syöttölaitteet 17 suihkuttavat pyrolysoitavan materiaalin virtaavaan kuumaan lämmönkantajamateriaaliin kehältä keskustaa kohti. Leijutuskaasun muita syöttökohtia on merkitty viitenumeroilla 18 ja 19.

Reaktorin 10 jälkeen on erotin 20. Tuotteet johdetaan pois yhdettä 21 35 myöten ja lämmönkantajamateriaali johdetaan yhdettä 23 ia 25 myöten takaisin polttovaiheeseen B. Viitenumerolla 22 on merkitty jäähdytys-väliainesyöttöä yhteeseen 21. Haluttaessa osa lämmönkantajamateriaalista 6 75590 1 voidaan poistaa ulosottoa 24 myöten, jolloin aikaansaadaan lämmönkanta-jamateriaalln tiheyden säätö. Polttoilma johdetaan polttotilaan 11 yhteen 26 kautta ja arinan 27 läpi. Polttotilaan 11 johtaa yhde 28, jota myöten lisäpolttoaineen syöttö sekä lämmönkantajamateriaalin lisäsyöttö 5 tiheyden säätämiseksi voi tapahtua.

Kuvion 2 ja 3 mukaisesti pyrolysoitavaa materiaalia syötetään useammasta kohtaa 17 pitkin reaktorin 10 pituusakselia. Leijutuskaasua johdetaan reaktoriin 10 yhdestä tai useammasta kohdasta 16,18 ja 19. Pyrolyysivyö-10 hykkeen A muodostaa yleisesti vaakasuuntainen poikkipinta-alaltaan vir-taussuunnassa suppeneva reaktiotila 10, johon johdetaan kuumaa lämmönkan-tajamateriaalia. Ainakin osa pyrolyysituotteista poistetaan reaktiotilan 10 keskiviivan läheisyydessä sijaitsevasta poistokohdasta C. Inertti läm-mönkantajamateriaali saatetaan reaktiotilassa 10 tangentiaaliseen kierto-15 liikkeeseen leijutuskaasun avulla syöttämällä leijutuskaasua syöttökoh-dista 18. Pyrolyysituotteita poistetaan reaktiotilan 10 keskiviivan läheisyydessä sijaitsevan edullisesti suppilomaisen putken 29 kautta. Putken 29 suppilomainen muoto ei ole välttämätön, vaan putki 29 voi yhtä hyvin olla myös täysin suora. Pyrolyysituotteiden poistokohdan C lähei-20 syydessä reaktlotllaan 10 johdetaan tangentiaalisesti lisäleijutuskaasua syöttökohdista 19 inertin lämmönkantajamateriaalin pakottamiseksi reaktiotilan 10 seinämille suppilomaisen putken 29 läheisyydessä. Reaktio-tilan 10 seinämille voidaan johtaa tangentiaalisesti inerttiä kaasua syöttökohdista 19 eroosiota vähentävän kaasupatjan aikaansaamiseksi 25 reaktiotilan 10 seinämän läheisyyteen syöttökohtia 19 on edullisesti sovitettu säteettäiseeti reaktoriin 10. Reaktorin 10 sisälle sovitetun suppilomaisen putken 29 tuentakohtia on merkitty viitenumerolla 30 ja 31.

30 Keksinnön mukaisessa pyrolyysiprosessissa syntyvät tuotekaasut poistetaan reaktiotilan 10 keskustasta. Suuri osa ensimmäisenä syntyvistä keveistä tuotteista saadaan näin talteen ennen niiden sekundäärikrakkautumista ja koksaantumlsta. Suppilomaisen putken 29 avulla estetään sekundäärikrak-kautuminen. Raskaimmat, vielä pyrolysoitumattomat jakeet pyrkivät seuraa-35 maan reaktorin 10 seinämiä pitkin kulkevaa lämmönkantajamateriaalia.

Näin saadaan raskaimmille jakeille lisää viipymäaikaa. Inertti lämmönkan-tajamateriaali erotetaan pyrolyysituotteista, jonka jälkeen suoritetaan

II

7 75590 1 pyrolyysituotteiden jäähdytys johtamalla jäähdytysväliainetta putkea 22 myöten yhteeseen 21.

Edellä on esitetty ainoastaan eräs keksinnön edullinen suoritusmuoto ja 5 alan ammattimiehelle on selvää, että siihen voidaan tehdä lukuisia modifikaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

10 15 20 25 30 35

Claims (10)

1. Kiertoleijupetipyrolyysiprosessi orgaanisten materiaalien, varsinkin raskaiden hiilivetyjen pyrolysoimiseksi keveämmiksi hiilivedyiksi saat-5 tamalla pyrolysoitava materiaali pyrolyysivaiheessa (A) kosketukseen inertin lämmönkantajamateriaalin kanssa, joka on kuumennettu polttovai-heessa (B) ja jossa pyrolyysireaktion jälkeen pyrolyysituotteet erotetaan lämmönkantajamateriaalista, joka johdetaan uudelleen kuumennettavaksi polttovaiheeseen (B), tunnettu siitä, että pyrolyysivai-10 heessa (A) pyrolysoitava materiaali ja lämmönkantajamateriaali johdetaan olennaisesti vaakasuuntaisen, poikkipinta-alaltaan suppenevan reaktio-tilan (10) läpi, että pyrolysoitavaa materiaalia syötetään yhdestä tai useammasta kohtaa (17) pitkin reaktorin (10) pituusakselia, että leiju-tuskaasua lämmönkantajamateriaalin leijuttamiseksi johdetaan reaktio-15 tilaan (10) yhdestä tai useammasta kohdasta (16,18,19), että ainakin osa pyrolyysituotteista poistetaan reaktiotilan (10) keskialueelta keskiviivan läheisyydessä sijaitsevasta poistokohdasta (C), ja että inertti lämmönkantajamateriaali poistetaan reaktiotilasta (10).

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että inertti lämmönkantajamateriaali saatetaan reaktiotilassa (10) tangentiaaliseen kiertoliikkeeseen leijutuskaasun (18) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen prosessi, tunnettu 25 siitä, että pyrolyysituotteita poistetaan reaktiotilan keskiviivan läheisyydessä sijaitsevan putken (29) kautta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen prosessi, tunnettu siitä, että pyrolyysituotteiden poistokohdan (C) läheisyydessä reaktiotilaan 50 (10) johdetaan tangentiaalisesti lisäleijutuskaasua (19) inertin läm mönkantajamateriaalin pakottamiseksi reaktiotilan (10) seinämille putken (29) läheisyydessä.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen prosessi, t u n -55 n e t t u siitä, että reaktiotilan (10) seinämille johdetaan tangentiaalisesti inerttiä kaasua (19) eroosiota vähentävän kaasupatjan aikaansaamiseksi reaktiotilan (10) seinämän läheisyyteen. II 9 75590 Ί

6. Reaktori kiertoleljupetipyrolyysiä varten orgaanisten materiaalien, varsinkin raskaiden hiilivetyjen pyrolysoimiseksi keveännniksi hiilivedyiksi saattamalla pyrolysoitavamateriaali pyrolyysivaiheessa (A) kosketukseen inertin lämmönkantajamateriaalin kanssa, joka on kuumen-5 nettu polttovaiheessa (B) ja jossa pyrolyysireaktion jälkeen pyrolyysi-tuotteet erotetaan lämmönkantajamateriaalista, joka johdetaan uudelleen kuumennettavaksi polttovaiheeseen (B), tunnettu siitä, että reaktori (10) on olennaisesti vaakasuuntainen, poikkipinta-alaltaan suppeneva reaktiotila, että pitkin reaktorin (10) pituusakselia on yksi 10 tai useampia syöttökohtia (17) pyrolysoitavan materiaalin syöttämiseksi reaktiotilaan, että reaktorissa (10) on yksi tai useampia syöttökohtia (16,18,19) leijutuskaasun johtamiseksi reaktiotilaan (10) lämmönkantajamateriaalin leijuttamiseksi, että reaktiotilan (10) keskialueella keskiviivan läheisyydessä on poistokohta (C) ainakin osan pyrolyysituotteista 15 poistamiseksi reaktiotilasta (10), ja että reaktorin alkupäässä on syöt-tökohta (15) inertin lämmönkantajamateriaalin johtamiseksi reaktiotilaan (10) ja vastaavasti reaktorin (10) loppupäässä on poistokohta inertin lämmönkantajamateriaalin poistamiseksi reaktiotilasta (10). 20

7, Patenttivaatimuksen 6 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että leijutuskaasun toiset syöttökohdat (18) on sovitettu johtamaan reaktiotilaan (10) leijutuskaasua lämmönkantajamateriaalin saattamiseksi reaktiotilassa (10) tangentlaaliseen kiertoliikkeeseen. 25 8, Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että reaktorin (10) sisälle olennaisesti reaktiotilan keskiviivan läheisyyteen on sovitettu suppilomainen putki (29) pyrolyysi-tuotteiden poistamiseksi reaktiotilasta (10). on

8 1 75590

9. Jonkin patenttivaatimuksien 6-8 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että leijutuskaasun kolmannet syöttökohdat (19) on sovitettu johtamaan reaktiotilaan (10) lisäleijutuskaasua inertin lämmönkantajamateriaalin pakottamiseksi reaktiotilan (10) seinämille pyrolyysituotteiden poistokohdan (C) läheisyydessä. 35

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että leijutuskaasun kolmansia syöttökohtia (19) on sovitettu säteettä!-sesti reaktoriin (10). 10