FI75591C - Cirkulationssvaevbaeddspyrolysprocess. - Google Patents

Description

75591 1 Kiertoleijupetipyrolyysiprosessi Cirkulationssvävbäddspyrolysprocess 5

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

Orgaanisten aineiden pyrolyysi kiertävän hienojakoisen lämmönkantaja-15 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-20 kantajamateriaalin kuumentamiseksi pyrolyysiä varten tarvittavaan lämpötilaan.

Pyrolyysireaktio voidaan suorittaa eri tavoin. Tunnetaan reaktoreita, joissa pyrolysoitava materiaali virtaa alhaalta ylöspäin tai ylhäältä 25 alaspäin. Myös vaakasuuntaisia reaktoreita on käytetty. Lämmönkantaja-materiaali voi olla pyrolyysireaktorissa leijutetussa tilassa.

Keksintö kohdistuu yleisesti viimeksimainlttuun tekniikkaan, jossa pyrolyysi suoritetaan leijumaan saatetussa hienojakoisessa lämmönkanta-30 jamateriaalissa. Kun pyrolyysi suoritetaan tavallisessa pystyreaktorissa ongelmana on usein viipymäajan säätö. Esimerkiksi pyrolysoitaessa ras-kasöljyjä keveämmiksi hiilivedyiksi nopeimmin syntyvät kevyet tuotteet, kuten eteeni ja propeeni pyrkivät krakkautumaan edelleen, jolloin syntyy suuria määriä metaania ja koksia ja arvokkaampien tuotteiden saanto 35 vähenee. Toisaalta taas raskaammat jakeet vaatisivat pidemmän viipymäajan pyrolyysireaktion saamiseksi riittävän pitkälle. Leijutetussa läm-mönkantajamateriaalissa ei syöttöaineiden kulku ole tasainen, sillä 75591 1 häiriövirtauksia esiintyy ja sen tuloksena epätasaisuutta pyrolyysissä. Tavanomaisissa reaktoreissa on pyrolyysi tästä johtuen vaikea suorittaa optimaalisesti.

5 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.

10

Keksinnön mukaiselle klertoleijupetipyrolyysiprosessille on pääasiallisesti tunnusomaista se, että pyrolyysivaiheessa pyrolysoitava materiaali ja lämmönkantajamateriaali johdetaan olennaisesti vaakasuuntaisen, poikkipinta-alaltaan suppenevan reaktiotilan läpi, ja että leijutuskaasua 15 lämmönkantajamateriaalin leijuttamiseksi johdetaan reaktiotilaan yhdestä tai useammasta kohdasta.

Keksinnön mukaisessa prosessissa johdetaan olennaisesti vaakasuorassa asennossa olevan reaktorin toiseen päähän kuumennettua hienojakoista 20 lämmönkantajamateriaalia yhdessä leijutuskaasun kanssa, joka on olennaisesti happivapaata. Reaktorin edullisesti olennaisesti pyöreä poikkipinta-ala suppenee virtaussuunnassa. Pyrolysoitava materiaali, esimerkiksi raskasöljy suihkutetaan leijutetussa tilassa olevan lämmönkantajamateriaalin sekaan yhdestä tai useammasta kohdasta. Suihkutuskohdan valinnalla 25 voidaan jossain määrin vaikuttaa viipymäaikaan. Inertti kuuma lämmönkantajamateriaali luovuttaa lämpöä ja aikaansaa orgaanisen materiaalin pyro-lyyttisen hajoamisen keveämmiksi kaasumaisiksi ja nestemäisiksi sekä kiinteiksi hiilipitoisiksi tuotteiksi. Pyrolyysin edetessä lämmönkantajamateriaali jäähtyy ja lämmönsiirto näin ollen huononee. Toisaalta keksin-30 nön mukaisessa prosessissa käytetty reaktori pienenee poikkipinta-alaltaan virtaussuunnassa, jonka johdosta tuotteiden virtausnopeudet kasvavat. Nopeuden kasvu aiheuttaa turbulenssia ja lämmönvalhdon tehostumista, mikä kompensoi jäähtymistä. Keksinnön mukaisessa prosessissa pyrolyysi-reaktorissa voi olla myös paikallisia kuristuskohtia turbulenssin lisää-35 miseksi. Kuristuskohtien kohdalla reaktoriin voidaan johtaa lisäleiju-tuskaasusuihkuja lämmönkantajamateriaalin kasautumisen estämiseksi.

Il 3 75591 1 Reaktorin loppuosassa jäähtynyt lämmönkantajamateriaali ja pyrolyysi-tuotteet johdetaan erottimeen, missä ne erotetaan toisistaan. Erottimena toimii sopivasti esimerkiksi tavanomainen syklonierotin, jonka yläosasta poistetaan kaasumaiset ja höyrystyneet pyrolyysituotteet. Ne johdetaan 5 jäähdytyksen kautta fraktiointiin. Syklonin pohjasta erotetaan jäähtynyt lämmönkantajamateriaali tuotteista ja Johdetaan takaisin kuumennusvyö-hykkeeseen, missä se kuumennetaan uudelleen pyrolyysiä varten tarvittavaan lämpötilaan. Poltossa palavat lämmönkantajamaterlaalihiukkasten pintaan tarttuneet hiilijätteet ja luovuttavat ainakin osan tarvitta-10 vasta lämmöstä.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan merkittäviä etuja. Viipymäaikaa reaktorissa voidaan säätää valitsemalla öljy/kvenssisyöttöjen kohdat. Suppenevalla reaktorilla aikaansaadaan, että virtauksen nopeus kas-15 vaa ja se voidaan säätää valmiiksi sopivaksi sykloniin sisäänmenoa varten. Nopeuden kasvun ansiosta myös leijutuskaasun lisäyksen tarve vähenee lopussa. Lisäksi kiintoainetiheys kasvaa, lämmönsiirto kiintoaineesta paranee ja reaktiot menevät paremmin loppuun. Viipymäajan säädössä saadaan "neliöllinen tehokkuus", eli pienellä muutoksella on hyvin suuri 20 vaikutus.

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-25 sissä tarvittavan lämmön, on tavallisesti 100-300°C korkeammassa lämpötilassa .

Keksinnön mukaisessa kiertoleijupetipyrolyysiprosessissa voidaan soveltaa erilaisia lämraönkantajamateriaaleja, jotka ovat alalla yleisesti 30 tunnettuja. Lämmönkantajamateriaali voi sisältää myös katalyyttisiä hiukkasia tai syöttöaineiden kanssa kemiallisesti reagoivia materiaaleja, kuten esimerkiksi rikinpoistoaineita, mutta se ei ole mikään välttämättömyys. Mieluimmin reaktorissa käytettävä lämmönkantajamateriaali on suhteellisen hienojakoista hiukkaskoon vaihdellessa välillä 35 50 -1000 mikronia. Suositeltava materiaali on kvartsihiekka, mutta myös eräät kestävät mineraalit, kuten esim. maasalpä ja bauksiitti sekä koksi ovat sopivia.

4 75591 1 Keksinnön mukaisessa klertoleljupetipyrolyysiprosesslssa voidaan pyroly-solda hyvin erilaisia materiaaleja. Erikoisen sopivia ovat raskaat öljytuotteet. Tällaisia ovat mm. öljynjalostusteollisuuden raskaat pohjaöl-jyt, öljysäiliöiden pohjasakat, raakaöljy, jäteöljyt, ioninvalhtohartslt 5 ym. Keksinnön mukainen kiertoleljupetipyrolyyslprosessi soveltuu myös hienojakoisiin kiinteisiin materiaaleihin, kuten hiilipöly, turve, puu-pöly ym. hienojakoiset biomassat, mikäli ne voidaan saattaa pumpattavaan muotoon esimerkiksi sopivaan hlilivetyvällaineeseen sekoittamalla. Yleisesti mikä tahansa hiilivetyjä sisältävä aine sopii keksinnön mukaisessa 10 reaktorissa pyrolysoitavaksi.

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

15

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista kiertoleijupetipyrolyysiprosessia kaaviomalsena sivukuvana.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisessa prosessissa käytettyä pyrolyysi-20 reaktoria aksonometrisenä sivukuvana.

Kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaista pyrolyysireaktoria leikkauskuvana.

Kuviossa 1 keksinnön mukaisessa prosessissa käytettyä pyrolyysireaktoria 25 on merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Kuvion 1 mukaisessa kiertolei-jupetipyrolyysiprosesslssa polttotilassa 11 kuumennettu inerttl lämmön-kantajamaterlaali kiertää pyrolyysivalheen A ja polttovaiheen B välillä. Polttotllasta 11 johtaa yhde 12 erottlmeen 13. Savukaasut sekä poltto-kaasut johdetaan pois yhdettä 14 myöten. Reaktorissa 10 on syöttölaite 30 polttovaiheessa B kuumennetun inertln kuuman lämmönkantajamaterlaalin syöttämiseksi reaktoriin 10. Viitenumerolla 16 on merkitty leljutuskaa-sun syöttöä. Syöttölaitteet 17 suihkuttavat pyrolysoitavan materiaalin virtaavaan kuumaan lämmönkantajamateriaaliln kehältä keskustaa kohti. Leljutuskaasun multa syöttökohtla on merkitty viitenumeroilla 18 ja 19.

35

Reaktorin 10 jälkeen on erotin 20. Tuotteet johdetaan pois yhdettä 21 myöten ja lämmönkantajamaterlaali johdetaan yhdettä 23 ja 25 myöten

II

5 75591 1 takaisin polttovaiheeseen B. Viitenumerolla 22 on merkitty jäähdytys-väliainesyöttöä yhteeseen 21. Haluttaessa osa lMmmönkantajamateriaalista voidaan poistaa ulosottoa 24 myöten, jolloin aikaansaadaan lämmönkanta-jamateriaalin tiheyden säätö. Polttoilma johdetaan polttotilaan 11 5 yhteen 26 kautta ja arinan 27 läpi. Polttotilaan 11 johtaa yhde 28, jota myöten lisäpolttoaineen syöttö sekä lämmönkantajamateriaalin lisäsyöttö tiheyden säätämiseksi voi tapahtua.

Kuvion 2 mukaisesti pyrolysoitavaa materiaalia syötetään useammasta 10 kohtaa 17 pitkin reaktorin 10 pituusakselia. Pyrolysoitavan materiaalin syöttö tapahtuu edullisimmin säteittäisesti reaktoriin 10. Leijutuskaa-sua johdetaan reaktoriin 10 yhdestä tai useammasta kohdasta 16,18 ja 19. Leijutuskaasun syöttökohdilla 19 aikaansaadaan jäähdytys. Inertti läm-mönkantajamateriaali erotetaan pyrolyysituotteista, jonka jälkeen suori-15 tetaan pyrolyysituotteiden jäähdytys johtamalla jäähdytysväliainetta putkea 22 myöten yhteeseen 21. Viitenumerolla 29 on merkitty arinaa, jonka läpi leijutuskaasua johdetaan reaktoriin 10 kohdasta 18.

Kuvion 3 mukaisesti pyrolyysireaktorissa 10 on paikallisia kuristus-20 kohtia 30,30a turbulenssin aikaansaamiseksi. Kuristuskohdissa 30,30a halkaisija on ensin jyrkemmin kartiomaisesti suppeneva 31,31a ja sitten hitaammin kartiomaisesti laajeneva 32,32a.

Edellä on esitetty ainoastaan eräs keksinnön edullinen suoritusmuoto ja 25 alan ammattimiehelle on selvää, että siihen voidaan tehdä lukuisia modifikaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

30 35

Claims (5)

75591

1. Kiertoleijupetipyrolyysiprosessl orgaanisten materiaalien, varsinkin raskaiden hiilivetyjen pyrolysolmiseksl keveämmlksl hiilivedyiksi saat- 5 tamalla pyrolysoltava materiaali pyrolyyslvalheessa (A) kosketukseen inertln lämmönkantajamateriaalin kanssa, joka on kuumennettu polttovai-heessa (B) ja jossa pyrolyysireaktion jälkeen pyrolyysituotteet erotetaan lämmönkantajamateriaallsta, joka johdetaan uudelleen kuumennettavaksi polttovaiheeseen (B), tunnettu siltä, että pyrolyysivai-10 heessa (A) pyrolysoltava materiaali ja lämmönkantajamateriaali johdetaan olennaisesti vaakasuuntaisen, poikkipinta-alaltaan suppenevan reaktio-tilan (10) läpi, ja että leijutuskaasua lämmönkantajamateriaalin leljut-tamiseksi johdetaan reaktioillaan (10) yhdestä tai useammasta kohdasta (16,18,19). 15

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen prosessi, tunnettu siltä, että kurlstuskohtien (30,30a) jälkeen reaktoriin (10) syötetään lisä-leijutuskaasua (19).

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen prosessi, tun nettu siltä, että pyrolyysin viipymäaikaa säädetään jäähdyttämällä pyrolyysituotteita leijutuskaasun (19) avulla.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen prosessi, t u n -25 n e t t u siitä, että pyrolysoitavaa materiaalia syötetään useammasta kohtaa (17) pitkin reaktorin (10) pituusakselia.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen prosessi, tunnettu siltä, että pyrolysoitavaa materiaalia syötetään säteittäisestl reaktoriin 30 (10). 35 II