FI76833B - Cirkulationssvaevbaeddspyrolysreaktor. - Google Patents

Description

76833 1 Kiertoleijupetipyrolyysireaktori Cirkulationssvävbäddspyrolysreaktor 5 Keksintö koskee kiertoleljupetlpyrolyyslreaktorla orgaanisten materiaalien, varsinkin raskaiden hiilivetyjen pyrolysoimlseksl keveämmiksi hiilivedyiksi saattamalla pyrolysoltava materiaali pyrolyyslvalheessa kosketukseen iner-tin lämmönkantajamaterlaalin kanssa, joka on kuumennettu polttovalheessa ja jossa pyrolyysireaktion jälkeen pyrolyysituotteet erotetaan lämmönkanta-10 jamateriaalista, joka johdetaan uudelleen kuumennettavaksi polttovaihee-seen, joka reaktori on olennaisesti vaakasuuntainen poikkileikkaukseltaan ainakin alaosastaan ylöspäin laajeneva reaktori, jossa on syöttölaitteet kuuman lnertln lämmönkantajamaterlaalin johtamiseksi reaktorin toiseen päähän, syöttölaitteet leljutuskaasun johtamiseksi useista kohdista pitkin 15 reaktorin pituusakselia lämmönkantajamaterlaalin leljuttamlseksl, syöttölaitteet pyrolysoltavan materiaalin johtamiseksi reaktoriin yhdestä tai useammasta kohdasta pitkin reaktorin pituusakselia ja ylijuoksu ainakin osan lämmönkantajamateriaallsta ja kiinteistä pyrolyysljätteistä poistamiseksi.

20

Orgaanisten aineiden pyrolyyei kiertävän hienojakoisen lämmönkantajama-terlaalln avulla on tunnettua tekniikkaa. Pyrolyyslprosesslln kuuluu tavallisesti pyrolyyslreaktorl, jossa pyrolysoltava materiaali saatetaan kosketukseen kuuman lnertln lämmönkantajamaterlaalin kanssa, laitteet pyrolyysi-25 tuotteiden erottamiseksi lämmönkantajamateriaallsta sekä reaktori, jossa ainakin osa kiinteistä pyrolyyeltuotteista poltetaan lämmönkantajamaterlaalin kuumentamiseksi pyrolyyslä varten tarvittavaan lämpötilaan.

Pyrolyyslreaktlo voidaan suorittaa eri tavoin. Tunnetaan reaktoreita, 30 joissa pyrolysoltava materiaali virtaa alhaalta ylöspäin tai ylhäältä alaspäin. Myös vaakasuuntaisia reaktoreita on käytetty. Lämmönkantaja-materlaall voi olla pyrolyyslreaktorlssa leijutetussa tilassa.

Keksintö kohdistuu yleisesti vlimekslmalnlttuun tekniikkaan, jossa pyro-35 lyysl suoritetaan leijumaan saatetussa hienojakoisessa lämmönkantajamate-rlaallesa. Kun pyrolyyei suoritetaan tavallisessa pystyreaktorlssa ongelmana on usein tasaisesti liikkuvan leljupedln aikaansaaminen, vlipymäajan 2 76333 1 säätö tai suuri leijutuskaasun tarve. Esimerkiksi pyrolyeoitaessa raskas-öljyjä keveämmlkei hiilivedyiksi nopeimmin syntyvät kevyet tuotteet, kuten eteeni ja propeeni pyrkivät krakkautumaan edelleen, jolloin syntyy suuria määriä metaania ja koksia ja arvokkaampien tuotteiden saanto vähe-5 nee. Toisaalta taas raskaammat jakeet vaatisivat pidemmän vilpymäajan pyrolyyelreaktion saamiseksi riittävän pitkälle. Huonosti leijutetussa lämmönkantajamateriaalissa el eyöttöalneiden kulku ole tasainen, sillä häirlövirtaukeia esiintyy ja sen tuloksena epätasaisuutta pyrolyyslssä. Tavanomaisissa reaktoreissa on pyrolyysl tästä johtuen valkea suorittaa 10 optimaalisesti.

Keksinnön päämääränä on aikaansaada kiertoleljupetlpyrolyysireaktorl, jossa edellä mainittu haitta on saatu pienenemään siten, että arvokkaiden keveiden tuotteiden saanto on mahdollisimman suuri ja sivureaktlol-15 den, jotka tuottavat vähemmän arvokkaita tuotteita, määrä on mahdollisimman pieni sekä samalla leijutuskaasun tarve mahdollisimman alhainen sekä reaktorin yksinkertainen ja käyttövaraa rakenne.

Keksinnön mukaiselle klertoleijupetipyrolyyslreaktorllle on pääaslalll-20 eesti tunnusomaista se, että reaktorissa on leijutuskaasun syöttölaitteiden suojana oleva kaarevan levyn muotoinen suojaelln, joka jakaa lelju-tuskaasuvlrtauksen tasaisesti ja muodostaa leijutuskaasun syöttölaitteiden suojaksi lämmönkantajamateriaalia kannattavan ja siten tukkeutumista estävän holvin.

25

Keksinnön mukaisen reaktorin muut tunnuspiirteet on esitetty patenttivaatimuksissa 2 ja 3.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan merkittäviä etuja. Viipymä-30 alkaa reaktorissa voidaan säätää valitsemalla öljy/kvenssisyöttöjen kohdat. Reaktorin kaasutila on pieni, mikä tehostaa lämmönvalhtoa ja osaltaan pienentää sekundäärlkrakkautumlsta. Tasaisen jakautumisen ja ylijuoksutuksella tapahtuvan klertoleijupetimaterlaalin poiston ansiosta leijutuskaasun tarve on pieni. Reaktoriin voidaan syöttää useita eri 35 aineita ja myös karkeita kiintoaineita. Reaktorissa on tasaisesti liikkuva leijupeti reaktorin pituussuunnassa. Reaktorin rakenne on yksinkertainen, joten se on myös erittäin toimintavarma.

3 76833 1 Keksinnön mukaiseen kiertoleijupetipyrolyysireaktoriin kuuluu siten olennaisesti vaakasuorassa asennossa oleva reaktori, jonka toiseen päähän johdetaan kuumennettua hienojakoista lämmönkantajamateriaalia yhdessä leijutuskaasun kanssa, joka on olennaisesti happivapaata. Lei-5 jutuskaasu johdetaan rei'itetyn syöttöputken läpi, joka on olennaisesti reaktorin pituinen, jolloin leijutuskaasu jakautuu tasaisesti. Kaareva suojaelin, joka on leijutuskaasun syöttöputken yläpuolella edesauttaa tasaista jakautumista. Pyrolysoitava materiaali, esimerkiksi raskasöljy suihkutetaan leijutetussa tilassa olevan lämmönkantajamateriaalin sekaan 10 yhdestä tai useammasta kohdasta. Syöttökohdat voivat olla samalle tai eri materiaalille ja reaktorissa on erikseen syöttökohta kiinteille aineille. Suihkutuskohdan valinnalla voidaan jossakin määrässä vaikuttaa viipymäalkaan. Inertti kuuma lämmönkantajamaterlaali luovuttaa lämpöä ja aikaansaa orgaanisen materiaalin pyrolyyttisen hajoamisen keveämmiksi 15 kaasumaisiksi ja nestemäisiksi sekä kiinteiksi hiilipitoisiksi tuotteiksi. Reaktorin kaasutila on olennaisesti minimoitu, mikä tehostaa lämmön-vaihtoa ja estää skundäärikrakkautumista, kun viipymäaika pidetään kohtuullisena.

20 Reaktorin loppuosassa lämmönkantajamaterlaali ja pyrolyysituotteet johdetaan erottimeen, missä ne erotetaan toisistaan. Osa lämmönkantajamate-riaalista poistuu reaktorista ylijuoksulla. Jäähdyttävää väliainetta voidaan syöttää sekä yhteeseen, joka johtaa erottimesta, että erottimeen johtavaan yhteeseen, jolloin samalla väliainevirtaukseen nopeus kasvaa 25 ennen erotinta. Erottimena toimii sopivasti esimerkiksi tavanomainen syklonierotin, jonka yläosasta poistetaan kaasumaiset ja höyrystyneet pyrolyysituotteet. Ne johdetaan jäähdytyksen kautta fraktiointiin. Syklonin pohjasta erotetaan jäähtynyt lämmönkantajamateriaali tuotteista ja johdetaan takaisin kuumennusvyöhykkeeseen, missä se kuumennetaan uudel-30 leen pyrolyysiä varten tarvittavaan lämpötilaan. Poltossa palavat lämmön-kantajamateriaalihiukki.sten pintaan tarttuneet hiilijätteet ja luovuttavat ainakin osan tarvittavasta lämmöstä.

Reaktori voi vaihtoehtoisesti olla muodostettu niin, että sen seinämät 35 ovat ensin ylöspäin laajenevat, sitten suorat. Reaktori voi myös olla lievästi kallistettu, sopivimmin siten, että reaktori muodostaa vaakatason suhteen kulman, jonka suuruus on välillä 0-5°.

a 76333 1 PyrolyysilämpöCila vaihtelee riippuen lähtöaineen laadusta ja halutuista lopputuotteista. Yleisesti lämpötilat ovat välillä 500-1000°C, sopivim-min välillä 600-800°C. Lammönkantajamateriaali, joka luovuttaa pyrolyy-sissä tarvittavan lämmön, on tavallisesti 100-300°C korkeammassa lämpö-5 tilassa.

Keksinnön mukaisessa kiertoleijupetipyrolyysireaktorissa voidaan soveltaa erilaisia lämmönkantajamateriaaleja, jotka ovat alalla yleisesti tunnettuja. Lämmönkantajamateriaali voi sisältää myös katalyyttisiä 10 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 50-1000 mikronia. Suositeltava materiaali on kvartsihiekka, mutta myös 15 eräät kestävät mineraalit, kuten esim. maasalpä ja bauksiitti sekä koksi ovat sopivia.

Keksinnön mukaisessa kiertoleijupetipyrolyysireaktorissa voidaan pyroly-soida hyvin erilaisia materiaaleja. Erikoisen sopivia ovat raskaat öljy-20 tuotteet. Tällaisia ovat mm. öljynjalostusteollisuuden raskaat pohjaöl-jyt, öljysäiliöiden pohjasakat, raakaöljy, jäteöljyt, ioninvaihtohartsit ym. Keksinnön mukainen kiertoleijupetipyrolyysireaktori soveltuu myös hienojakoisiin kiinteisiin materiaaleihin, kuten hiilipöly, turve, puu-pöly ym. hienojakoiset biomassat, mikäli ne voidaan saattaa pumpattavaan 25 muotoon esimerkiksi sopivaan hiilivetyvälialneeseen sekoittamalla. Yleisesti mikä tahansa hiilivetyjä sisältävä aine sopii keksinnön mukaisessa reaktorissa pyrolysoitavaksi.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisien piirus-30 tuksien kuvioissa esitettyyn keksinnön eräisiin edullisiin suoritusmuotoihin, joihin keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa .

Kuvio 1 esittää yleisesti kiertoleijupetipyrolyysiprosessia, johon kek-35 sinnön mukainen pyrolyysireaktori liittyy, kaaviomalsena sivukuvana.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisessa prosessissa käytettyä pyrolyysl- 5 76833 1 reaktoria poikkileikkauskuvana.

Kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaista erästä vaihtoehtoista pyrolyysi-reaktoria poikkileikkauskuvana.

5

Kuvio 4 esittää kuvoiden 2 ja 3 mukaisissa reaktoreissa käytettyä leijutuskaasun syöttölaitetta sivukuvana suuremmassa mittakaavassa.

Kuviossa 1 keksinnön mukaista pyrolyysireaktoria on merkitty yleisesti 10 viitenumerolla 10. Kuvion 1 mukaisessa kiertoleijupetipyrolyysiproses-sissa polttotilassa 11 kuumennettu inertti lämmönkantajamateriaali kiertää pyrolyysivaiheen A ja polttovaiheen B välillä. Polttotilasta 11 johtaa yhde 12 erottimeen 13. Savukaasut sekä polttokaasut johdetaan pois yhdettä 14 myöten. Reaktorissa 10 on syöttölaite 15 poltto-15 vaiheessa B kuumennetun inertin kuuman lämmönkantajamateriaalin syöttämiseksi reaktoriin 10. Viitenumerolla 16 on merkitty leijutuskaasun syöttöä rei'itetyn putken 17 läpi. Syöttölaitteet 18 suihkuttavat pyro-lysoitavan materiaalin virtaavaan kuumaan lämmönkantajamateriaaliin. Kiinteiden aineiden syöttölaitetta on merkitty viitenumerolla 19. Läm-20 mönkantajamateriaalia sekä kiinteitä pyrolyysijätteitä poistetaan yläjuoksuna pyrolyysivaiheesta A yhdettä 29 pitkin edelleen polttovaihee-seen B.

Reaktorin 10 jälkeen on erotin 21. Tuotteet johdetaan pois yhdettä 22 25 myöten ja lämmönkantajamateriaali johdetaan yhdettä 23 ja 25 myöten takaisin polttovaiheeseen B. Viitenumerolla 31 on merkitty jäähdytys-väliainesyöttöä yhteeseen 22 ja viitenumerolla 30 jäähdytysväliaine-syöttöä yhteeseen 20. Haluttaessa osa lämmönkantajamateriaalista voidaan poistaa ulosottoa 24 myöten, jolloin aikaansaadaan lämmönkantajamate-30 riaalin 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 tiheyden säätämiseksi voi tapahtua.

35 Kuvioden 2 ja 4 mukaisesti leijutuskaasua johdetaan reaktoriin 10 rei'itetyn 36 putken 17 kautta. Suojaelintä, joka on olennaisesti sahalaitainen 35, kaareva levy, on merkitty viitenumerolla 32. Reaktorin 10 6 76333 1 sivuseinämät 33 ovat olennaisesti kartiomaisesti ylöspäin laajenevat.

Kuvion 3 mukaisesti, joka on keksinnön eräs vaihtoehtoinen suoritusmuoto, reaktorin 10 sivuseinämät käsittävät ensin olennaisesti kartio-5 maisesti ylöspäin laajenevat seinämät 33 ja sen jälkeen olennaisesti pystysuorat seinämät 34.

Edellä on esitetty ainoastaan erältä keksinnön edullisia suoritusmuotoja ja alan ammattimiehelle on selvää, että niihin voidaan tehdä lukuisia 10 modifikaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

15 20 25 30 35

Claims (3)

1. Kiertoleljupetlpyrolyysireaktorl orgaanisten materiaalien, varsinkin raskaiden hiilivetyjen pyrolysolmlseksi keveämmiksi 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), joka reaktori (10) on olennaisesti vaakasuun-10 täinen poikkileikkaukseltaan ainakin alaosastaan ylöspäin laajeneva reaktori (10), jossa on syöttölaitteet (15) kuuman inertln lämmönkantaja-materlaalln johtamiseksi reaktorin (10) toiseen päähän, syöttölaitteet (17) leljutuskaasun johtamiseksi useista kohdista pitkin reaktorin (10) pituusakselia lämmönkantajamateriaalln leljuttamiseksl, syöttölaitteet 15 (18) pyrolysoltavan materiaalin johtamiseksi reaktoriin (10) yhdestä tai useammasta kohdasta pitkin reaktorin (10) pituusakselia, ja ylljuoksu (29) ainakin osan lämmönkantajamateriaallsta ja kiinteistä pyrolyysl-jättelstä poistamiseksi, tunnettu siltä, että reaktorissa (10) on leljutuskaasun syöttölaitteiden (17) suojana oleva kaarevan levyn 20 muotoinen suojaelln (32), joka jakaa leijutuskaasuvlrtauksen (16) tasaisesti ja muodostaa leljutuskaasun syöttölaitteiden (17) suojaksi lämmönkanta jamaterlaalia kannattavan ja siten tukkeutumista estävän holvin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktori, tunnettu siltä, 25 että suojaelln (32) on olennaisesti sahalaitainen (35).

3. Patenttivaatimuksien 1 tai 2 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että leljutuskaasun syöttölaitteet (17) muodostaa rei'lllä (36) varustettu putki (17), joka on olennaisesti reaktorin (10) pituinen. 30 35