FI82612B - Foerfarande och anordning foer behandling av processgaser. - Google Patents

Description

1 82612

Menetelmä ja laite prosessikaasujen käsittelemiseksi Förfarande och anordning för behandling av processgaser 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää ja laitetta pro-sessikaasujen käsittelemiseksi jäähdyttämällä prosessi-kaasu kiintopartikkeleiden läsnäollessa.

Menetelmä kohdistuu prosessikaasujen käsittelemiseen 10 jäähdyttämällä prosessikaasu reaktorissa fluidisoidussa tilassa olevien kiintoainespartikkellen läsnäollessa siten, että käsiteltävään prosessikaasuun johdetaan reaktorin sekoituskammiossa, prosessikaasusta käsittelyvaiheen jälkeisessä erotusvaiheessa yhdessä tai useammassa erotti-15 messa erotettuja kiintoainespartikkeleita.

Keksintö kohdistuu myös laitteeseen prosessikaasujen käsittelemiseksi jäähdyttämällä prosessikaasu kiintopartikkeleiden läsnäollessa, joka laite käsittää pystysuoran 20 reaktorin, jonka pohjassa on tuloaukko prosessikaasulle.

Erilaiset korkealämpötilaprosessit, kuten esim. metalliri-kasteiden ja metallien sulatusprosessit, metallurgisten kuonien sulatus-, pelkistys- ja fuming-prosessit, sementin-25 poltto, kemian teollisuuden korkealämpötilaprosessit Jne.

tuottavat korkealämpötilalsia kaasuja, joissa olevan lämmön talteenottoa ja kaasun jäähdytystä vaikeuttavat olennaisesti niissä olevat komponentit, joilla on pyrkimys tarttua lämmönsiirtopinnoille. Tarttuvia yhdisteitä saattaa myös 30 syntyä varsinaisissa kaasutusprosesseissa. Esimerkkinä tällaisista lämmönsiirtopintoja likaavista yhdisteistä mainittakoon mm: - prosessiolosuhteissa höyrystyvät ja jäähdytyksessä lauhtu-35 vat tai härmistyvät yhdisteet - sulapisarat, jotka jähmettyvät jäähdytyksessä 2 82612 - pölyt, jotka pyrkivät sintrautumaan - ns. fume eli huuru tai aerosoli, jolle on ominaista erittäin pieni partikkelikoko, yleensä alle 1 mikroni, 5 sekä taipumus tarttua toisiin huurupartikkeleihin ja kohtaamilleen pinnoille - kemiallisten tai muiden reaktioiden tuloksena syntyvät sulat tai kiinteät yhdisteet.

10

Tapauskohtaisesti saattaa samassa prosessikaasussa esiintyä yksi tai useampia edellämainituista komponenteista. Niiden yhteisenä piirteenä on pyrkimys tarttua lämmönsiirtimen tai kattilan lämmönsiirtopinnoille kaasun kulkiessa lämmön*· 15 siirtimen lävitse. Tämän seurauksena lämmönsiirrin tukkeutuu asteittain ja teho heikkenee, mikä yleensä johtaa prosessin pysäyttämiseen.

Likaantumisen haitallisia vaikutuksia voidaan vähentää mo-20 nissa tapauksissa käyttämällä erilaisia puhaltavia nuoholmia tai mekaanisia nuoholmia, kuten ravistimia tai iskuvasaroi-ta. Puhaltavien nuohoimien haittana on niiden aiheuttama korkeapaineisen höyryn kulutus sekä nuohouskaasun vaikutus käsiteltävän kaasun koostumukseen. Esimerkiksi pelkistäville 25 kaasuille ei ilmaa voida yleensä käyttää.

Ravistimet ja iskuvasarat ovat osoittautuneet tehokkaaksi nuohousmenetelmäksi monissa olosuhteissa. Haittana on mainittava niiden asettamat rajoitukset kattilan rakenteelle. 30 Lisäksi ravistimet ovat tehottomia tulistimien toimintaolosuhteissa.

Kokemus on osoittanut likaantumisongelmien olevan suurimmillaan yleensä jollain tietyllä, kullekin prosessille tyypil-35 lisellä lämpötila-alueella, missä "pölyn” sintrautumispyrki-mys on suurimmillaan. Seuraavassa selitetään lämpötila-alueen syitä hieman tarkemmin.

3 82612

Pulverimetallurgian ja keramiikan polttotekniikan puolelta ovat hyvin tunnettuja mm. seuraavat sintrautumiseen vaikuttavat tekijät: 5 - jauheen partikkelikoko, mitä hienompaa, sitä alhaisempi alkavan sintrautumisen lämpötila - kun monikomponenttisysteemissä saavutetaan komponenttien muodostaman seoksen eutektinen lämpötila, muodostuu sys-10 teemiin sulaa, joka täyttää partikkelien väliset huokoset aiheuttaen erittäin tehokkaan sintrautumisen jopa hyvinkin kapealla lämpötila-alueella.

Prosessissa höyrystyneet komponentit, kuten esim. raskasme-15 tallit ja alkalit, pyrkivät lauhtumaan tai härmistymään tietyllä, niille ominaisella lämpötila-alueella. Tällöin muodostuu jäähtymisen yhteydessä joko sulaa, joka tiivistyy lämpöpinnollle tai pölypartikkelien pintaan lisäten niiden tarttuvuutta lämpöpinnollle tai höyrystynyt komponentti 20 härmistyy suoraan lämpöpinnollle. Tällaisia ilmiöltä esiintyy esimerkiksi sementtiuunin ns. alkalibypasssysteemissä, mistä syystä lämmön talteenotto tässä yhteydessä ei yleensä onnistu. Vastaavanlaisia ilmiöltä on kaasutusprosessien yhteydessä, mikäli tuotekaasussa on alkaleja ja/tal j äännös-25 tervoja.

Jäähtyessään lähelle jähmettymislämpötilaa, prosessikaasussa olevat sulapisarat tarttuvat mielellään joko muun proses-sipölyn pintaan edesauttaen pölyn tarttumista lämpöpinnollle 30 tai ne jähmettyvät suoraan lämpöpinnalle sen kohdatessaan ja sintrautuvat kiinni lämpöpintaan.

t

Fuming-operaatiossa höyrystetään tietoisesti sulasta kuonas- ι ta metalleja niiden talteenottamlseksi, kuten esimerkiksi 35 Zn, Pb ja Sn, jotka hörystyksen jälkeen erotetaan kaasufaa-sista happipotentiaalin muutoksella ts. jälkipoltolia.

Tällöin syntyy erittäin hienojakoista pölyä tai pisaraa savukaasuun. Tällaisen fume'n eli huurun partikkelikoko on 4 82612 tyypillisesti 0,1...1 mikronin tasolla ja allekin. Huurulle on ominaista erittäin suuri pinta-aktiivisuus ja pyrkimys tarttua lämmönsiirtopinnoille vaikeuttaen täten kattilan toimintaa. Tästä syystä yhä edelleen huomattava osa fuming-5 operaatioista tapahtuu kokonaan ilman lämmön talteenottoa.

Fuming-tapahtuman kaltainen, nykyisellään hyvin tunnettu ilmiö tapahtuu myös ferroseosten sähköpelkistysprosesseissa. Esimerkiksi ferropiin ja piin sähköuunipelkistyksessä 10 piitä höyrystyy tietyssä lämpötilavyöhykkeessä piimonoksidi-na, joka hapettuu esimerkiksi avoimen tai ns. puolisuljetun uunin huuvassa piidioksidiksi muodostaen savukaasuun Si02-huurua. Si02-huuru on osoittautunut kattilan toiminnan kannalta erittäin hankalaksi pölyksi yli 500 °C lämpötilois-15 sa. Käytännössä lähes kaikki piin ja £erroplin tuotanto tapahtuu vielä ilman jätelämmön talteenottoa.

Ferroseosten ja piin sähköuunipelkistyksessä suljetussa uunissa muodostuu valhtelevia määriä piimonoksidi ja sinkki-20 sekä alkalimetallihöyryjä riippuen syötteissä olevista epäpuhtauksista. Jäähdytettäessä tällaista, prosessista tullessaan jopa 1000.. .1300 *C kaasua, piimonoksidi hapettuu Si02-huuruksi ja muut em. höyryt lauhtuvat joko suoraan lämmönsiirtopinnoille tai ensin huuruksi savukaasuun. Huu-25 ruja tarttuu sen jälkeen lämmönsiirtopinnoille, mikä johtaa varsin nopeasti lämmönslirtimen tehon heikkenemiseen ja yleensä lämmönslirtimen tukkeutumiseen.

Esimerkkeinä jäähtymisen indusoimista kemiallisista reakti-30 öistä ja reaktioiden seurauksena syntyvistä huuruista voidaan mainita sulfidipohjaisten lyijyrikasteiden sulatus, missä syntyy 1200...1300-asteinen Pb-PbO-kylläinen S0a-pi-toinen savukaasu. Kaasun jäähtyessä kattilassa alkaa toisaalta lauhtua höyrystynyttä Pb:tä ja PbO:ta ja toisaalta 35 kaasun jäähtyessä kemialliset tasapainot muuttuvat siten, että systeemissä muodostuu noin 900...500 *C:n lämpötila-alueella lyijysulfaattia, joka erkautuu kaasufaasista huuruina isena pölynä. Samalla vapautuu merkittävä määrä lämpöä 5 82612 lauhtumisesta johtuen sekä reaktiolämpöä sulfatoitunnereaktioista. Sulfatoitumiselle on erittäin otolliset olosuhteet kuuman kaasuvirran kohdatessa lämmönsiirtopinnan, missä on voimakas jäähdytys lämmönsiirtopinnan toimiessa samalla 5 alustana, jolle syntyvä lyijysulfaatti erkautuu.

Sulfatoitumisreaktion edesauttamaa pölyjen sintrautumista ilmenee useimmissa sulfidlsten rikasteiden sulatusproses-seissa, joissa muodostuu esim. lyijyn, kuparin, sinkin, 10 nikkelin jne. metallien ja oksidien höyryjä, huuruja, pisaroita tai partikkeleja, jotka sulfatoituvat kaasun jäähdytyksen yhteydessä. Sulatusteknologian siirtyessä yhä enemmän happirikastuksen tai puhtaan hapen käyttöön, prosessissa esiintyvät paikalliset huippulämpötilat ja 15 kaasujen rikkioksidien konsentraatiot nousevat, jolloin seurauksena on sulfatoitumisreaktion ja siitä johtuvien likaantumisongelmien suhteellisen merkityksen lisääntyminen. Toinen samanaikainen ilmiö on ollut yhä kompleksimman, epäpuhtaamman rikastevarannon käyttöönotto, joka on esimer-20 kiksi nostanut sinkki- ja lyijypitoisuuksia kuparikasteissa ja lisännyt voimakkaasti höyrystyvien ja sulfatoituvien komponenttien osuutta prosessikaasupölyissä ja lämmönsiirto-pintojen likaantumisongelmia.

25 Sulfatoitumisen aiheuttamia ongelmia voidaan jonkin verran helpottaa puhaltamalla llsäilmaa kattilan säteilypesään. Tämä edesauttaa sulfatoitumisen tapahtumista mahdollisimman täydellisesti jo säteilypesässä. Prosessiteknlsesti tämä ei kuitenkaan ole kovin mielekästä, koska kattilapöly pa-30 lautetaan yleensä prosessin alkupäähän. Tässä tapauksessa palautus sulfaattina lisää rikin kiertokuormaa ja sulatus-prosessin energiantarvetta.

Edellä esitetty valottaa varsin selkeästi lämpöpintojen 35 likaantumisen syitä. Tässä yhteydessä ei ole kuitenkaan aihetta mennä yllä olevaa yksityiskohtaisempaan käsittelyyn.

6 82612

Kattiloiden ja lämmönslirtimlen likaantumisongelmien ratkaisemiseksi on esitetty useita ratkaisuja. Seuraavassa käsitellään hieman yksityiskohtaisemmin muutamia esimerkkejä sellaisista tunnetuista ratkaisuista, joissa käytetään 5 hyväksi joko leijupetitekniikkaa tai ratkaisuja, joissa on leijupetitekniikalle ominaisia piirteitä.

US-patentti 2,580,635 esittää menetelmää kaasuun höyrystyneiden, sublimoituvien yhdisteiden kondensoimiseksi kaasusta 10 hienojakoisena pölynä. Menetelmälle on olennaista käsiteltävän kaasun jäähdyttäminen karkeahkolla kiintoaineksella (raekoko noin 0,7 mm) pystysuorassa putkessa, jossa kaasu virtaa ylöspäin ja kiintoainespartikkelit laskeutuvat alaspäin. Kiintoainespartikkelit, joiden raekoko on tarkoin 15 valittava suhteessa käsiteltävän kaasun virtausnopeuteen, jäähdytetään erillisessä syteemissä ja palautetaan takaisin systeemin yläpäähän. Menetelmän käyttö on rajoitettu subli-moituvien höyryjen härmistämiseen hienoksi huuruksi.

20 US-patentti 2,583,013 esittää menetelmää kaasuun höyrystyneiden sublimoituvien yhdisteiden kondensoimiseksi kaasusta. Menetelmälle on oleellista klintoainespartikkelien lisäys kaasuvirtaan ennen lämmönvalhdinta, jolloin kaasu jäähtyy lämmönvaihtimessa kiintoaineksen läsnäollessa ja härmisty-25 misen esitetään tapahtuvan kaasuun suspendoitujen kiintoaine spar tikkel ien pintaan. Kiintoainespartikkelit toimivat ytiminä härmistymiselle, vähentävät huurun muodostusta, vaikuttavat lämmönsiirtopintoja puhdistavasti ja parantavat lämmönsiirtoa. Hyvä toiminta edellyttää lämmönsiirtimen 30 suspensiotlheyttä, joka on yli 16 kg/m3 ja kaasun virtausnopeutta joka on 0,9...2,1 m/s.

US-patentti 2,721,626 esittää menetelmää kuumien, klinto- i ainespartikkeleja sisältävien lämpöpintoja likaavien kaasu-35 jen jäähdyttämiseksi sekoittamalla kaasuvirtaan jäähdyttimen alkupäässä kaasussa oleviin kiintoainespartikkeleihin nähden merkittävästi karkeampaa kiintoainesta (esim. 10...20 mesh) ja johtamalla kyseinen kaasu-klintoalnesseos suurella

II

7 82612 nopeudella (3...23 m/s) jäähdyttlmen lävitse, jolloin karkean kiintoaineksen määrä ja karkeus säädetään siten, että sen aiheuttama abraasio on riittävä pitämään lämmön-siirtopinnan puhtaana. Jäähdytmen jälkeen alkuperäiset 5 prosessikaasun hienot partikkelit ja lisätty karkea kiintoaines erotetaan toisistaan. Menetelmän käyttöä rajoittaa mm. karkean kiintoaineksen mukanaan tuoma eroosio, joka auttaa puhtaanapidossa, mutta myös kuluttaa lämmönsiirrintä lyhentäen näin sen käyttöikää.

10 US-patentti 3,977,846 esittää menetelmää hiilivetyjen (tervojen) erottamiseksi kuumasta kaasusta kondensoimalla hiilivedyt jäähdytetyn leijupetin partikkelien pintaan. Menetelmälle on tunnusomaista erillisen kaasun käyttö itse 15 leijutukseen sekä käsiteltävän kaasun johtaminen erillistä kanavaa ja siinä olevien suuttimien tai aukkojen kautta leijupetin keskialueelle, jolloin kaasun sammutus ja hiilivetyjen kondensointi tapahtuu "lennossa” siten, että hiilivedyt eivät pääse kondensoitumaan reaktorin seinämille tai 20 jäähdytyspinnoille, jotka sijaitsevat kaasun sisääntuloauk-kojen alapuolisessa tiheässä leijupetlssä. Systeemin käyttöä rajoittavina tekijöinä on pidettävä mielessä käsiteltävän kaasun syöttö erillisten suuttimien tai aukkojen kautta, mikä onnistuu ainoastaan sellaisissa olosuhteissa, joissa 25 kaasussa ei ole tulolämpötilassaan sintrautuvla yhdisteitä.

Erillinen leijutuskaasu on rasite. Jäähdytysputkien sijoitus leijupetin alaosaan ennakoi tunnetusti merkittäviä kustannuksia sekä turvallisuusriskejä leijupetin aiheuttaman eroosion vuoksi.

30 US-patentti, 4,120,668 esittää menetelmää, jossa sulapisaroita ja höyrystyneitä komponentteja käsittävä kaasu sammutetaan joko jäähdytettyyn leijupetiin tai kiertomassareakto- j rissa jäähdytetyllä kiertopölyllä ennen lämmönsiirtopintoja. j 35 Leijutukseen käytetään elegantisti itse prosessikaasua, j jolloin vältytään ulkopuolisen kaasun käytöltä. Edelleen leijupetin lämpötilataso tai kaasun ja pölyn massavirtojen suhteet klertomassareaktorissa on valittu siten, että β 82612 sekoituslämpötila on sulien ja kondensoituvien jähmettymis-pisteen alapuolella. Kiertopetireaktorissa pöly annostellaan kaasuvirtaan erillisen välisäiliönä toimivan leijutusreak-torin säätöventiilin välityksellä, mistä pöly valuu suurella 5 nopeudella virtaavaan prosessikaasuvirtaan (luokkaa 10 m/s) sekoittuen näin jäähdytettävän kaasun joukkoon.

Menetelmää on ajateltu sovellettavan erityisesti paineistetun suolasulakaasuttimen tuotekaasun jäähdytykseen. Sovel-10 lettaessa menetelmää olosuhteissa, joissa käytetään korkeaa painetta ja joissa pölyjen alhainen eutektilämpötila edellyttää kaasun tulolämpötilaan verrattuna suhteellisen alhaista sekoituslämpötilaa, joudutaan yleensä suuriin pölyvirtoihin ja suspensiotiheykslin, jotka aiheuttavat 15 eroosio-ongelmia mm. lämmönsiirrinosassa.

US-patentti, 4,391,880 esittää menetelmää höyrystyneiden katalyyttien erottamiseksi tuotekaasusta sekä lämmön tal-teenottamiseksi jäähdyttämällä kaasuvirtaa sekoittamalla 20 siihen kylmempiä, jäähdytettyjä katalyyttipartikkeleita niin paljon, että saavutetaan toivottu lämpötilataso sekä erottamalla po. partikkelit kaasuvirrasta ja jäähdyttämällä niitä erillisessä leijupetijäähdyttimessä ennen partikkelien palautusta uudelleen kaasuvirtaan. Systeemin haittapuolena 25 on sen muodostuminen useasta eri yksikköprosessista, joiden välillä on suuria klintoainesvirtoja.

Hakemusjulkaisu DE 3439600 esittää menetelmää rikkivapaan kaasun tuottamiseksi ja jäähdyttämiseksi johtamalla tuote-30 kaasut jäähdytettyyn leijupetiin. Menetelmälle on tunnusomaista mm. tuotekaasun johtaminen joko ylhäältä tai sivulta jäähdytettyyn leijupetiin, Jota leijutetaan Jälkijäähdytetyllä ja puhdistetulla tuotekaasulla. Menetelmä on periaatteessa elegantti. Lämpöpintojen sijoittaminen tiheään 35 leijupetiin johtaa yleensä kulumisongelmiin ja sitä kautta turvallisuusriskeihin. Kaasun johtaminen tiheään leijupetiin ja käyttö leljutukseen johtaa systeemiin, jossa on voitet- 9 82612 tava suurehkoja palnehäviöitä, mikä puolestaan nostaa omakäyttötehoa.

FI-patentti 64997 esittää menetelmää, jossa sulapisaroita 5 sisältävän kaasun lämpötila pudotetaan ennen lämmönsiirrintä sulapisaroiden eutektilämpötila-alueen alapuolelle sekoittamalla kaasuun lämmönsiirtimessä jäähtyneitä, kaasusta erotettuja kierrätettyjä kiintopartikkeleita. Menetelmässä kiintopartikkelit palautetaan syklonista yksinkertaisesti 10 suoralla palautuksella ja sekoitetaan välittömästi imuaukon yläpuolella olevassa tilassa.

Menetelmästä on todettava mm. sen toimivuuden vaativan tiettyä minlmikaasuvirtaa, jotta pöly ei toisaalta valuisi 15 imuaukon lävitse pois systeemistä ja toisaalta kulkeutuisi kaasun mukana jäähdyttimen lävitse. Tämä asettaa melkoisen rajoituksen menetelmän toimivuudelle. Lisäksi on varauduttava siihen, että prosessikaasuvirran yllättävä pysähtyminen aiheuttaa systeemissä olevan kiertopölyn valumisen alas 20 lmuaukosta.

Sovellutuksissa, joissa pölyjen alhainen eutektilämpötila edellyttää matalan sekoituslämpötilan käyttöä, joudutaan helposti suuriin massavirran tiheyksiin, yli 5 kg/Nm3, 25 jonka seurauksena systeemin aiheuttama painehäviö nousee, samoin eroosio-ongelmat.

Edelleen on huomioitava se tosiasia, että sovellutuksissa, joissa pölyjen alhainen eutektilämpötila tai jokin muu syy 30 edellyttää toisaalta matalan sekoituslämpötilan käyttöä ja toisaalta korkeaa lämmönsiirtopintojen lämpötilaa, joudutaan rakenteellisesti epäedulliseen konstruktioon. Lämmönsiirto-pinnan pituudeksi (» korkeudeksi) muodostuu helposti 20...50 m. Korkeasta rakenteesta yhdessä suuren massavirran tiheyden 35 kanssa puolestaan aiheutuu systeemin painehäviön korostuminen haittatekijänä, koska painehäviö on verrannollinen mm.

lämmönsiirtimen korkeuteen. t » 10 8261 2

Prosessikaasujen jäähdytyksessä hyvin tunnettu ja käyttökelpoinen menetelmä on jäähdytetyn ja puhdistetun kaasun kierrättäminen ja sekoittaminen prosessikaasuun ennen läm-mönsiirrintä siten, että saavutetaan pölyn tarttuvuuden 5 eliminoimiseksi riittävän alhainen lämpötila. Kaasun kierrätyksellä on kolme heikkoutta: 1. Tulo-, sekoitus- ja lähtölämpötiloista riippuen kierrätettävän kaasun määrän on oltava 1,5...4-kertainen proses-10 sikaasun määrään verrattuna. Tämän takia kattilassa ja kaasunpuhdistuslaitteistossa käsiteltävä kaasumäärä tulee 2,5...5-kertaiseksi prosessikaasumäärään nähden, mikä johtaa suuriin investointi- ja käyttökuluihin.

15 2. Jäähdytettäessä kaasua sekoittamalla siihen kaasua, prosessissa höyrystyneet ja jäähdytyksessä lauhtuvat tai härmistyvät komponentit, kuten alkalit, raskasmetallit jne. muodostavat erittäin hienojakoista huurua eli fumea. Hienojakoiselle huurulle on ominaista alhaisempi sintrautu-20 mislämpötila verrattaessa saman materiaalin karkeampaan pölyyn, kuten edellä on todettu. Edelleen huurulle on ominaista jo aiemmin mainittu taipumus tarttua lämmönsiirto-pinnoille. Näin ollen on käytettävä riittävän alhaista sekoituslämpötilaa, t.s. riittävän suurta kiertokaasun 25 määrää, jotta saadaan toimiva ratkaisu. Edelleen on todettava, että erittäin hienojakoisten huurujen erottaminen suurista kaasuvirrolsta on teknisesti erittäin vaikea tehtävä. Näin ollen kiertokaasun käyttö johtaa erittäin kalliisiin ratkaisuihin.

30 3. Suurella kiertokaasun lisäyksellä, mikä yllä mainituista syistä on käytännössä tarpeen, alennetaan merkittävästi lauhtuvien ja härmistyvien komponenttien osapainetta. Tästä seuraa se, että lauhtumisen ja härmistymisen aikaan-35 saaminen edellyttää alempaa lämpötilaa kuin mitä laimenta-mattomalla tai vähän laimennetulla kaasulla on tarpeen. Tämä puolestaan lisää kiertokaasun tarvetta.

Il 11 8261 2

Prosessikaasujen jäähdytyksessä voidaan hyvin käyttää myös veden tai jonkin muun höyrystyvän nesteen ruiskutusta tai sumutusta kaasuvirtaan, ja näin jäähdyttää kaasu ennen lämmönsiirrintä riittävän alhaiseen lämpötilaan pölyjen 5 tarttuvuuden kannalta. Menetelmän heikkouksia ovat mm: - vettä käytettäessä suuri veden kulutus, vesihöyrypitoi-suuden merkittävä nousu kaasuvirrassa, voimakas happi-potentiaalin muutos ja runsas huurun muodostus, mikä 10 johtaa erittäin vaikeasti erotettavaan pölyyn, kuten edellä jo todettiin. Lämpötilatason laskun takia talteen-otettavissa oleva lämpömäärä laskee merkittävästi, minkä vuoksi lämmön talteenotto jätetään yleensä omaan arvoonsa. Vesiruiskutusta käytetään useimmiten ainoastaan mene-15 telmänä jäähdyttää kaasu ennen suodatusta.

- kemianteollisuudessa voidaan usein ruiskuttaa jotain kaasuun sisältyvää, prosessissa kaasusta kondensoitavaa nestettä. Kyseessä on siis prosessi, jossa voidaan hyödyn- 20 tää myös höyrystyslämpö. Itse jäähdytys tai lämmön siirto pois prosessista tehdään kondensaattorissa. Kaasusta kondensoidun komponentin ruiskutuksella voidaan helposti säädellä kaasun lämpötilatasoja, esimerkiksi selektiivisessä kondensoinnissa tai härmistyksessä ilman, että 25 kaasuun tuodaan prosessille vieraita komponentteja. Samoin kuin vesiruiskutuksessa, käytännön haittapuolena on voimakas huurun muodostus härmistyvien komponenttien osalta. Härmistyneet huurut pystytään yleensä erottamaan ainoastaan suodattamalla tai sähkösuotimella.

30

Edellä on kuvattu varsin seikkaperäisesti sekä korkealäm-pötilaprosessikaasujen jäähtymiseen liittyviä ilmiöitä että niistä johtuvia lämmönsiirtimien likaantumisongelmia, mitkä puolestaan vaikeuttavat kaasun jäähdyttämistä, taloudelli-35 sesti arvokkaan lämmön talteenottoa sekä kaasun puhdistusta, mikä on sekä prosessitaloudelliselta että ympäristönsuojelulliselta kannalta tärkeää.

i2 8261 2

Edelleen on esitetty suuri joukko tunnettuja menetelmiä sekä niihin liittyviä puutteellisuuksia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan 5 yksinkertainen ja tehokas menetelmä, jolla voidaan - jäähdyttää korkealämpötilaprosessien kaasuja, jotka sisältävät höyrystyneitä, sulia ja/tai kiinteitä komponentteja, ja - ottaa lämpöä talteen mahdollisimman tarkoituksenmukaisella 10 tavalla, esimerkiksi korkeapainehöyrynä, matalapainehöy- rynä jne. tai lämmittämällä prosessiin syötettävää jauhemaista materiaalia tai suorittamalla prosessikaasun lämpöä hyväksi käyttäen jauhemaisen materiaalin, esim. prosessin syötteen, terminen tai kemiallinen käsittely, ja 15 - puhdistaa kaasuja minimoimalla heinojakoisten huurujen muodostusta sekä adsorboimalla huuruja, sulapisaroita ja partikkeleita jäähdytettävistä kaasuista, ja - minimoida ei-toivottujen kemiallisten ym. reaktioiden tapahtumista jäähdyttämällä kaasut riittävän suurella 20 nopeudella halutun lämpötila-alueen ylitse, tai - aikaansaada jokin muu haluttu reaktio tai ilmiö, kuten toivottu kemikaalinen reaktio, joka tapahtuu määrätyssä lämpötilassa, suspensiotiheydessä tai määrätyn ajan kuluessa.

25

Kaikki edellä mainitut mahdollisuudet eivät yleensä tule käyttöön yhdessä sovellutuksessa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että 30 käsiteltävän kaasun joukkoon sekoitetaan samanaikaisesti tai lyhyellä aikavälillä sekä kiintoainespartikkeleita että kaasua ja/tai sekoituslämpötilassa höyrystyvää nestettä ja että ainakin toinen käsiteltävän kaasun joukkoon sekoitettavista komponenteista, kiintoainepartikkelit tai kaasu, on 35 kylmempi kuin käsiteltävä kaasu.

Keksinnön mukaiselle prosessikaasujen käsittelylaitteelle on tunnusomaista se, että reaktoriin on sovitettu sekoitus- i3 8261 2 kammio, jolla on alaspäin supistuva kartiomainen pohja, jossa on ainakin yksi tuloaukko kartiomaisen pohjan alapäässä tai sen välittömässä läheisyydessä prosessikaasun joukkoon sekoitettavalle kaasulle tai höyrystyvälle nesteelle 5 Ja että sekoituskammion seinämään tai kartioina!seen pohjaan on sovitettu ainakin yksi kiintoainespartikkelien tuloputki.

Prosessikaasun sekä kaasun ja kiintoaineksen sekoitus on keksinnön mukaisessa menetelmässä edullisesti toteutettu 10 siten, että prosessikaasun jäähdytys tulolämpötllasta haluttuun sekoituslämpötilaan tapahtuu sekoitusosassa suurella nopeudella, yleensä 103 - 10* *C/s tai nopeamminkin, jolloin jäähtyminen sekoituslämpötilaan tapahtuu sammutuk-senomaisesti. Jäähtyminen tulolämpötllasta sekoituslämpö-15 tilaan on niin nopea, että ei-toivottuja kemiallisia reaktioita ei ehdi tällöin tapahtua. Kiintoainespartikkelien läsnäollessa lauhtuminen ja härmistyminen tapahtuu hetero-geenisesti kiintoaineksen pintaan ja näin vältytään homogeenisen ytimenmuodostuksen kautta syntyvien huurujen 20 muodostukselta.

Sekoituslämpötila valitaan edullisesti siten, että kaasusta erotettavat (härmistyvät/lauhtuvat) komponentit ja sulat pisarat muuttuvat kiinteiksi ja mahdollisesti sintrautuvat 25 kiintoainespartikkelit jäähtyvät alle alkavan sintrautumls-lämpötilan ja että mahdolliset lämpötilan muutoksen indusoi-mat ei-tolvotut kemialliset reaktiot estyvät kineettisten edellytysten puuttuessa lämpötilan alhaisuuden vuoksi ja toivotut reaktiot tapahtuvat kineettisesti edullisilla 30 lämpötila-alueilla.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan edullisesti soveltaa niin, että sekoituslämpötilaan jäähtyneen prosessikaasun ja sekoituslämpötilaan kuumentuneen jäähdyttävän kaasun sekä I

35 kilntoalnevlrran seos joko a. Jäähdytetään edelleen haluttuun lämpötilaan 8261 2 esimerkiksi lämmönsilrtimessä tai sekoittamalla joukkoon kylmää kaasua tai ruiskuttamalla joukkoon nestettä, joka höyrystyy, 5 ja kiintoaines erotetaan kaasusta tarkoituksenmukaisella tavalla sekä palautetaan tarpeellinen määrä takaisin sekoitusosaan, missä se sekoitetaan tulevaan prosessikaan suvirtaan, 10 ja kaasuvirta jatkaa seuraaviin prosessivaiheisiin, kuten jälkipuhdistukseen, jälkijäähdytykseen, kondensointiin jne, .

sopivan prosessivaiheen jälkeen palautetaan mahdollisesti 15 osa kaasuvirtaa (kaasuna tai nesteenä) takaisin em. sekoitusosaan, missä se sekoitetaan tulevaan kaasuvirtaan, tai b. erotetaan kiintoaines kaasuvirrasta sekoituslämpötilassa tarkoituksenmukaisella tavalla esimerkiksi syklonilla tai 20 suotimella tai sähkösuotimellä, sekä palautetaan kiintoaines joko suoraan tai mahdollisen välijäähdyttimen kautta takaisin sekoitusosaan, missä se sekoitetaan tulevaan kaasuvirtaan, 25 ja kaasuvirta jatkaa seuraaviin prosessivaiheisiin, kuten jälkipuhdistukseen, jälkijäähdytykseen, kondensointiin jne. Sopivan prosessivaiheen jälkeen palautetaan mahdollisesti osa kaasuvirtaa (kaasuna tai nesteenä) takaisin 30 em. sekoitusosaan, missä se sekoitetaan tulevaan proses-sikaasuvirtaan.

Oleellinen etu, joka keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan saavuttaa on se, että sekoituslämpötilan saavutta-35 miseen käytettyjen klintopartikkelivirran ja kaasuvirran, joista ainakin toinen on kylmempi kuin tuleva prosessikaasu, suhteet voidaan valita siten, että saavutetaan optimaaliset olosuhteet, joissa is 82612 toisaalta huurunmuodostus minimoituu, ts. kiintopartikke-livirta on riittävän tiheä toimimaan heterogeenisena ytimenmuodostajana, jonka pintaan härmistyvät ja lauhtu-5 vat komponentit "kasvavat" ja huurupartikkelit adsorboituvat sekä sulapisarat tarttuvat ja jähmettyvät, ja toisaalta muodostuvan suspension tiheys minimoituu, jolloin tiheän suspension käsittelyyn liittyvät haitalli-LO set ilmiöt, kuten suuri painehäviö, painevärahtelyt, kuluminen, säädön hitaus jne. minimoituvat tai eliminoituvat kokonaan.

Tapauskohtaisesti painottuvat esillä olevan keksinnön eri 15 ominaisuuksista kukin omalla painoarvollaan. Esimerkiksi lämmön talteenoton ollessa selvästi ensisijainen, pyritään luonnollisesti korkeimpaan toiminnallisesti mahdolliseen sekoituslämpötllaan, missä lämmönsiirron ajava voima on mahdollisimman korkea. Toisaalta suspensiotiheys on kuiten-20 kin valittava riittäväksi, jotta jähmettyvien sulien ja huurujen ja lauhtuvien komponenttien adsorptio tapahtuu tehokkaasti ja kaasun puhdistuksen kustannus minimoituu. Kiertokaasun määrällä ja tulolämpötilalla voidaan edelleen vaikuttaa lämpöpintojen kautta kulkevaan kokonaiskaasu-25 määrään, suspension tiheyteen ja virtausnopeuteen ja sitä kautta lämmönsiirtolukuun ja lämmönsiirtopinnan kokonaismäärään sekä poikkileikkaus/pituussuhteeseen, joka saattaa muodostua hyvinkin oleelliseksi tekijäksi sekä rakenteelliselta että painehäviöiden kannalta katsoen, kuten edellä on 30 todettu.

Erikoistapauksissa kysymykseen tulee myös liuenneita suoloja tms. sisältävien nesteiden käyttö jäähdytysvaikutuksen aikaansaamiseksi. Tällöin nesteen haihtuessa kaasuun nestee-35 seen liuenneet yhdisteet voidaan samanaikaisesti adsorboida kiertopölyyn sen sijaan, että ne pääsisivät muodostamaan vaikeasti erotettavaa hienojakoista pölyä.

« 82612 Näin ollen optlmiratkaisuun vaikuttavat niin monet tekijät, että universaalia yhtälöä optimiratkaisun laskemiseksi ei ole mahdollista esittää. Optimiratkaisu on etsittävä tapauskohtaisesti reunaehtojen ollessa jo tunnettuja. Oleellista 5 esillä olevalle keksinnölle on sen joustavuus aikaansaada toimiva ratkaisu varsin laajoissa puitteissa.

Edelleen keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista sen säädettävyys prosessikaasuvirran suhteen. Kiertokaasun 10 käytöllä nimittäin mahdollistetaan tarvittaessa kiintoaineksen pysyminen kierrossa, vaikka jäähdytettävän prosessikaa-sun virta pysähtyy. Se riski, että kiintoaines putoaa ulos jäähdyttimestä, on näin eliminoitu.

15 Keksinnön mukaisen menetelmän toimintatapa ja sen edut käyvät yksityiskohtaisemmin ilmi oheisista piirustuksista ja esimerkeistä.

Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaisen menetelmän so-20 vellutusta kaaviomaisesti.

Kuvio 2 esittää erästä toista keksinnön mukaisen menetelmän sovellutusta.

25 Kuvio 3 esittää erästä kolmatta keksinnön mukaisen menetelmän sovellutusta.

Kuvio 4 esittää erästä neljättä keksinnön mukaisen menetelmän sovellutusta.

30

Kuvio 5 esitää keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseen tarkoitetun laitteen yksityiskohtaa pystyleikkauksena.

Kuvio 6 esittää kuvion 5 leikkausta viivaa A-A pitkin.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista järjestelmää, jossa proseeslkaasu jäähdytetään ja lämpöä otetaan talteen proses-sikaasusta.

35 17 8261 2

Prosessikaasu 1 syötetään reaktoriin 2 sen pohjassa 3 olevan tuloaukon 4 kautta. Reaktorin alaosassa on sekol-tuskammio 5, jonka suppilomaisessa pohjassa 6 on aukko 5 7, joka sijaitsee välimatkan päässä reaktorin pohjasta.

Reaktorin pohja ja sekoituskammion pohja muodostavat väliinsä tuulikaapin 8, johon jäähdytetty kiertokaasu 9 syötetään. Reaktorin yläosassa on lämmönsiirrin 10. Lämmön-siirtimen jälkeen kaasu 11 virtaa ensimmäiseen sykloni-10 erottlmeen 12, jossa siltä erotetaan kilntoainespartikke-leita.

Ainakin osa ensimmäisessä erottlmessa erotetusta kiintoaineksesta palautetaan sekoituskammioon paluuputken 16 15 avulla. Kiintoaines valuu paluuputken pohjan kaltevaa pintaa pitkin alas aukkoa 7 kohti, jossa prosessikaasu, jäähdytetty kaasu ja palautettu kiintoaines kohtaavat toisensa. Ensimmäisessä erottlmessa osittain puhdistettu kaasu 13 johdetaan toiseen syklonierottimeen 14. Osa toisessa 20 erottlmessa puhdistetusta kaasusta 15 johdetaan reaktorin tuulikaappiin 8. Sekoituskammioon voidaan syöttää myös uutta kiintoainesta johdon 17 kautta.

25 Esimerkki 1

Paineistetuissa systeemeissä kiertokaasun käytön edut tulevat korostetusti esille. Otetaan esimerkiksi aiemmin mainittu suolasulakaasutin ja oletetaan seuraavaa: 30 i ie 82612 paine 10 bar

prosessikaasun tulolämpötila 1000 *C

sekoituslämpötila ennen

lämpöpintoja 600 "C

5 lähtölämpötila lämpöpintojen

jälkeen 300 eC

kylläisen höyryn lämpötila 280 aC

kaasun keskim. ominaislämpö välillä 1000 -> 600 eC 1,6 kJ/Nm3/aste 10 klertopölyn keskim. ominaislämpö 0,8 kJ/kg/aste

kiertokaasun tulolämpötila 300 *C

kiertokaasun keskim. ominais- lämpö välillä 300 -> 600 *C 1,4 kJ/Nm3/aste 15

Suhteellisen kiertokaasun ollessa muuttujana saadaan:

Vkierto/Vpros Vkok pölykierto suspensiotlheys 20 kg/Nm3 kg/Nm3 kg/m3 pros.kaasu 0,00 1,00 2,667 2,667 8,339 0,25 1,25 2,229 1,783 5,777 25 0,50 1,50 1,792 1,194 3,735 0,75 1,75 1,354 0,774 2,420 1,00 2,00 0,917 0,458 1,433 30 Yllä olevasta taulukosta nähdään, että jo 75 %:n kiertokaa-sumäärällä voidaan pölykierron tarve puolittaa, jolloin suspensiotlheys laskee alle kolmanneksen. 100 % kiertokaa-sumäärällä, mikä usein on vielä varsin kohtuullinen, voidaan yllä mainitussa esimerkissä pudottaa pölykierto kolmasosaan 35 ja suspensiotlheys kuudesosaan alkuperäisestä ilman kierto-kaasua.

ie 8261 2

Vielä 1-5 kg/m3 suspensiotiheydellä saavutetaan keskimääräinen partikkelitiheys luokkaa 107/m3 ja ylitsekin, mikä riittää yleensä aikaansaamaan edellä mainitut toivotut ilmiöt, ts. estämään huurujen muodostuksen sekä adsorboimaan 5 jo muodostuneita ultrahienoja partikkeleita. Kiertokaasun ja pölykierron määriä säätelemällä saavutetaan helposti tapauskohtaisesti optimiolosuhteet, joissa toisaalta huurujen muodostus minimoituu, toisaalta suspensiotiheys ja kiertopölyvirta ja tästä johtuvat haitalliset ilmiöt 10 minimoituvat.

Esimerkki 2

Yllä mainitussa esimerkissä kaasun tulolämpötila 1000 ° on vielä varsin alhainen. Kiertokaasun merkitys korostuu täi-15 löin lähinnä palneistuksen vuoksi. Esim. useimmissa sulfidi-rlkasteiden sulatukseen liittyvissä sovellutuksissa kaasun tulolämpötila on tasolla 1200 - 1400 *C ja toimintakelpoinen sekoituslämpötlla tasolla 500 - 700 *C. Kun otetaan huomioon kaasun korkea ominaislämpö, kiertokaasun merkitys tulee 20 painelstamattomassakln systeemissä varsin selvästi esille, kuten seuraava esimerkki osoittaa: paine 1 bar abs

prosessikaasun tulolämpötila 1300 *C

25 sekoituslämpötlla ennen

lämpöpintoja 600 *C

lähtölämpötila lämpöpintojen

jälkeen 350 eC

kylläisen höyryn lämpötila 280 *C

30 kaasun keskim. ominaislämpö välillä 1300 -> 700 *C 1,9 kJ/Nm3/aste kiertopölyn keskim.

ominaislämpö 0,9 kJ/kg/aste

kiertokaasun tulolämpötila 350 °C

35 kiertokaasun keskim. j ominaislämpö välillä 350 -> 700 *C 1,6 kJ/Nm3/aste i l | 2° 8261 2

Vkierto/Vpros Vkok pölykierto suspensiotiheys kg/Nm3 kg/Nm3 kg/m3 pros.kaasu 5 -------------------------------------.....................

0,00 1,00 3,619 3,619 1,015 0,25 1,25 3,175 2,540 0,713 0,50 1,50 2,730 1,820 0,511 0,75 1,75 2,286 1,306 0,366 10 1,00 2,00 1,841 0,921 0,258

Kiertokaasun käytöllä voidaan näin ollen puolittaa pöly-kierto helposti ja päätyä suspensiotiheyksissä tasolle, joka 15 lähenee samaa suuruusluokkaa kuin prosessista tuleva yhteenlaskettu emissio, joka tällaisissa tapauksissa on yleensä 0,1 - 0,5 kg/Nm3. Alle kg/Nm3 luokkaa olevan suspension käsittely lähenee jo huomattavasti kaasuvirran "käyttäytymistä", mikä tekee laitteiston toteutuksen huomattavasti 20 yksinkertaisemmaksi.

Kuviossa 2 on esitetty kiertokaasujärj es telinä, jossa kaasun jäähdytys suoritetaan kllntoalnespartikkelien erotuksen jälkeen, ts. puhdistetulle kaasulle. Keksinnön mukaista me-25 netelmää on tässä ajateltu sovellettavan sementtiuunien höyrystyneiden alkalien erottamiseen ns. bypass-kaasusta, jossa toimivuussyistä vaaditaan alhaista sekoitus lämpötilaa.

Kuvio 2 eroaa kuviosta 1 ainoastaan siinä suhteessa, että 30 kiertokaasu 9 saatetaan virtaamaan välijäähdyttimen 18 läpi ennen kuin se syötetään reaktorin 2 tuulikaappiin 8. Samat osat on tästä syystä merkitty samoilla viitenumeroilla.

35 Esimerkki 3

Seuraavassa tarkastellaan kiertokaasun vaikutusta sementti-uunin alkalibypass-kaasun puhdistuksessa ja lämmön talteenotossa: 2i 8261 2 paine 1 bar abs

prosessikaasun tulolämpötila 1050 *C

sekoituslämpötila ennen lämpöpintoja 350 eC

5 lähtölämpötila lämpöpintojen jälkeen 250 *C

kylläisen höyryn lämpötila 180 eC

kaasun keskim. ominaislämpö välillä 1050 -> 350 *C 1,8 kJ/Nm3 /aste kiertopölyn keskim.

10 ominaislämpö 0,9 kJ/kg/aste kiertokaasun tulolämpötila

välijäähdytyksen jälkeen 150 eC

kiertokaasun keskim.

ominaislämpö välillä 250 -> 350 eC 1,5 kJ/Nm3/aste 15

Vkierto/Vpros Vkok pölykierto suspensiotiheys kg/Nm3 kg/Nm3 kg/m3 pros.kaasu 20 ---------------------------------------------------------- 0,00 1,00 14,000 14,000 6,135 0,25 1,25 13,167 10,533 4,616 0,50 1,50 12,333 8,222 3,603 25 0,75 1,75 11,500 6,571 2,880 1,00 2,00 10,667 5,333 2,337

Kiertokaasulla, joka tässä tapauksessa on yksinkertaisesti 30 välijäähdytetty, voidaan helposti pudottaa suspensiotiheys tasolle, jolla painehäviöt ja muut tiheän suspension käsittelyyn liittyvät ongelmat on saatu eliminoitua menettämättä kuitenkaan mitään systeemiin liittyviä oleellisia etuja. Välijäähdytys on tässä tapauksessa erittäin yksinkertainen 35 suorittaa, koska sementtiuunin savukaasujen kanssa ei ole ongelmia sen enempää happokastepisteiden kuin vesikastepis-teenkään suhteen. Toisaalta väli jäähdytys suoritetaan varsin 22 8261 2 puhtaalle kaasulle, joten välijäähdyttimen likaantuminen ei ole ongelma.

Esimerkki 4 5

Kemian teollisuuden prosesseissa on olemassa useita esimerkkejä prosesseista, joissa voidaan selektiivisellä kon-densoinnilla ja/tai härmistyksellä erottaa kemiallisia yhdisteitä toisistaan. Seuraavassa otetaan esimerkiksi 10 keksinnön kohteena olevan menetelmän soveltaminen titaanin kloorauksessa syntyvän kaasun raffinoinnista. Titaanin kloorauksessa syntyy useita metalliklorideja sisältävä kaasu, josta selektiivisellä kondensoinnilla tai härmistyksellä voidaan erottaa muut kloridit, kuten mm. MnCl2, FeCl3 15 ja A1C13 ennen itse päätuotteen TiCl4 :n kondensointia. MnCl2:ta höyrystyy sen korkeasta höyrynpaineesta johtuen epäpuhtautena pieni määrä kloorauskaasuun, mistä se kondensoituu epäpuhtautena FeCl3:n joukkoon heikentäen näin ollen syntyvän ferrikloridin laatua.

20

Seuraavassa käsitellään MnCl2 :n selektiivistä erotusta ennen rautakloridin härmistystä.

Kloridien sulamislämpötilat ja kiehumia lämpötilat (°C): 25 .........-.............................................

sul.lämpöt. kieh.lämpöt.

MnCl2 650 1231

FeCl3 307 315 30 TiCl6 -25 137

Periaatteessa Mn-kloridin selektiivinen härmistys on helppoa, koska sen sulamispiste on yli 300 °C rautakloridin 35 kiehumispistettä korkeampi. Normaalisti Mn-kloridin härmistys suoritetaan ruiskuttamalla luokkaa 1000 eC olevaan kloorauskaasuun riittävä määrä TiCl4-nestettä, joka tällöin höyrystyy kaasun joukkoon ja jäähdyttää kaasun noin 450 *C:n 23 8261 2 tasolle. Mn-klorldi härmistyy tällöin erittäin hienojakoisena huuruna, jonka erottaminen ei ole mahdollista käytännössä kysymykseen tulevilla yksinkertaisilla keinoilla, kuten syklonilla.

5

Kuviossa 3 havainnollistetaan miten keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan selektiivisesti erottaa Mn- ja Fe-kloridia kloorauskaasusta. Kaasu 101, jonka lämpötila on n. 1000 aC, syötetään sekoituskammion 105 tuloaukkoon 106, 10 johon ruiskutetaan myös nestemäistä TiCl4 :ää 109, joka höyrystyessään jäähdyttää kaasun. Kaasu kohtaa samalla erottimesta 112 paluukanavan 116 kautta palautettavan MnCl2-partikkeleita sisältävän kiintoainesvirran, jolloin hölmistyminen tapahtuu suoraan kiintopartikkelien pintaan 15 ja vaikeasti erotettavan huurun muodostus eliminoituu. Reaktorista 102 lähtevän n. 450 öC:seen jäähdytetyn kaasun 111 sisältämä kiintoaines erotetaan kahdessa vaiheessa erottlmissa 112 ja 114. Osa ensimmäisessä erottimessa 112 erotetusta kiintoaineksesta poistetaan putken 119 20 kautta, ja kaikki toisessa erottimessa 114 poistetaan putken 120 kautta. Näin on saatu erotettua yksinkertaisella tavalla selektiivisesti MnCl2 ennen ferrikloridin härmistys-tä.

25 Toisesta erottimesta lähtevä kaasu 115 käsitellään vastaavalla tavalla ferrikloridin 121 erottamiseksi järjestelmässä 122, jossa kaasu jäähdytetään n. 300 eC:seen nestemäisellä TiCl4:llä 123. Järjestelmästä 122 lähtevästä kaasusta 124 erotetaan T1C14 kondensoimalla laitteessa 30 125. Osa erotetusta Ti-kloridista johdetaan järjestelmään 122 Ja osa reaktoriin 102.

Useissa korkealämpötilaprosesseissa syötetään prosessia pölymälsellä tai jauhemaisella syötteellä. Esimerkkinä 35 voidaan mainita lasin sulatus, ns. liekkisulatusprosessit ja sementin poltto. Näiden prosessien energiatalouden kannalta järkevintä olisi käyttää hyväksi savukaasujen lämpöslsältöä syötön esilämmltykseen. Sementin poltto on 2* 82612 hyvä esimerkki systeemistä, jossa hyödynnetään savukaasujen lämpösisältöä syötön esi lämmitykseen ns. sykloniesi lämmitti -missä, missä suoritetaan myös esikalsinointi. Useimmiten vallitsee kuitenkin sellainen epäsuhde, että savukaasujen 5 lämpösisältö on niin korkea, että joko prosessiteknisistä syistä tai käytettävyyssyistä ei syötettä voida sekoittaa savukaasuun, koska syötteen lämpö nousee liian korkealle ja se joko sintrautuu tai alkaa reagoida tms. menettäen vaadittavia ominaisuuksia. Käytännössä on siis mahdollista 10 hyödyntää ainoastaan tietty osa savukaasun lämmöstä syötön esilämmitykseen. Loput olisi voitava hyödyntää joko puhal-lusilman esilämmitykseen tai normaaliin tapaan esimerkiksi höyryn tuotantoon. Joissain tapauksissa voidaan osa savukaasujen lämpöä käyttää myös puhallusilman esilämmitykseen. 15 Happipuhalletuissa prosesseissa ei tätä mahdollisuutta kuitenkaan ole.

Kuva 4 havainnollistaa käsillä olevan keksinnön mukaista menetelmää jauhemaisen syötön esilämmitykseen. Kuuma proses-20 sikaasu 401 syötetään reaktorin 402 sekoltuskammion 405 tuloaukon 404 kautta ja kohtaa siellä jäähdytetyn kierto-kaasun 409 ja erottimesta 412 palautettavan kiintoaines-virran 416. Siilosta 426 jauhemainen syöte annostellaan sekoituskammioon. Grottimissa 412 ja 414 puhdistettu 25 kaasu 415 jäähdytetään jäähdyttimessä 427 ja osa 409 jäähdytetystä kaasusta 428 johdetaan reaktoriin. Syötön lämpötila voidaan kiertokaasun avulla helposti säätää toiminnallisesti optimaaliselle tasolle, erottaa prosessista tuleva emissio syötön mukana takaisin prosessiin ja hyödyn-30 tää loput jätelämmöstä esimerkiksi höyryn tuotantoon tai puhallusilman lämmitykseen tai molempiin. Koska lauhtuvat ja huuruja muodostavat komponentit sekä sulat komponentit adsorboidaan kaasusta jäähdytyksen alkuvaiheessa, lämmön-slirtoplntojen välityksellä tapahtuva lämmönsiirto helpottuu 35 oleellisesti ja vastaavat laiteratkaisut ovat edullisempia.

Raudan valmistukseen liittyvä esimerkki: 25 8 2 6 1 2

Raudan sulapelkistyksen alueella on kehitelty useita eri menetelmiä, joilla pyritään korvaamaan mm. masuunin käyttöä raudan valmistuksessa. Eräs mielenkiintoinen mahdollisuus olisi hyödyntää hiilellä ja hapella pohjapuhalletun konvert-5 terin poistokaasun lämpösisältöä ja pelkistyspotentiaalia prosessin syötön esilämmityksessä ja esipelkistyksessä ennen varsinaista sulatusta ja lopullista pelkistystä.

Useissa yhteyksissä on esitetty sulatusprosessista tulevan 10 kaasun tai sen osavirran jäähdytystä vesisuihkulla tai höyryllä tai vesisuihkulla jäähdytetyn kaasun kierrätyksellä. Näiden systeemien haittana on mm. kaasuanalyysin ja happitasapainojen muuttaminen tai se, että kaasun lämpösisältöä ei saada talteen, kuten edellä on todettu. Edelleen 15 on heikkoutena todettava sekä kaasun kierrätyksen että vesisuihkutuksen osalta se, että tällöin ei pystytä estämään vaikeasti erotettavien huurujen muodostusta, kuten aiemmin on todettu.

20 Syötön esilämmitys on mahdollista keksinnön mukaisella menetelmällä jo aiemmin esillä olleen kuvan 4 mukaisessa systeemissä. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä tarjoaa hiilellä ja hapella puhalletun sulatus- ja pelkis-tysprosessin yhteydessä edelleen mahdollisuuden mm.

25 - sekä säätää hiilellä ja hapella puhelletun sulatusuunin poistokaasujen lämpötila halutulle tasolle - että puhdistaa kaasut riittävästi - ja edelleen hyödyntää kaasuja prosessin syötteenä käytettävän rautarikasteen esipelkistykseen ennen sulatusta ja 30 siinä yhteydessä tapahtuvaa loppupelkistystä.

Näin voidaan prosessikaasujen sekä lämpösisältöä että kemiallista potentiaalia hyödyntää parhaalla mahdollisella tavalla ja saavuttaa paras mahdollinen kokonaisenergia-35 talous.

Kirjallisuudessa on esitetty erilaisia prosessikonsepteja,

Joissa pyritään hyödyntämään hiili-happipuhalletun sulatus- i 26 8261 2 prosessin kaasuja prosessin syötön esipelkistykseen. Näissä ratkaisuissa on ehdotettu kaasun jäähdytystä, puhdistusta ja uudelleen lämmitystä ennen esipelkistysprosessia. Menetelmät ovat monimutkaisia ja mikä tärkeintä, ne ovat 5 niin kalliita, että niillä ei saavuteta riittävää taloudellisuutta.

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan sulatusuunin kaasut yksinkertaisesti jäähdyttää pelkistysprosessin 10 kannalta sopivalle lämpötilatasolle sekä puhdistaa erityisesti pelkistysprosessien kannalta hankalista huuruista ennen pelklstysprosesslin johtamista vaikuttamatta itse kaasun analyysiin. Käytetystä pelkistysprosessista riippuen on kaasu jäähdytettävä tasolle 700 - 1100 eC. Menetelmä 15 voidaan toteuttaa esim. kuvion 2 mukaisella laitosratkaisulla, jossa kuitenkaan ei välttämättä tarvitse olla lämmön-siirtopintoja reaktorin 2 yläpäässä. Tapauskohtaisesti voidaan valita sopiva kiertopölymateriaali yleensä siten, että se voidaan yhdessä prosessikaasusta erotettujen pölyjen 20 kanssa palauttaa takaisin prosessiin. Edelleen voidaan kiertopöly valita siten, että se ei sintraudu korkeissakaan lämpötiloissa tai kiertopölyyn voidaan syöttää sellaisia aineita, että ne estävät pölyn sintrautumisen. Menetelmän etuna on se, että kaasun lämpötila saadaan säädetyksi halu-25 tulla tasolle, kaasu saadaan puhdistetuksi huuruista ja jäähdytyksessä vapautuva lämpö voidaan käyttää prosessi-höyryn tai korkeapainehöyryn tuotantoon ilman että itse kaasun analyysi muuttuu.

30 Edellä on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän soveltamista happi-hiilipuhalletun raudan sulatusreaktorin kaasujen lämpötilan säädössä Ja puhdistuksessa ennen kaasujen käyttöä pelkistysprosessissa. Tässä yhteydessä on myös toinen mahdollisuus, joka jossain määrin on analoginen 35 syötön esilämmitykselle. Tällöin sulatusprosessin kaasut johdetaan keksinnön mukaiseen laitteeseen (kuvio 2), missä lämpötila säädetään kiertokaasun ja mahdollisesti kierto-massareaktoriin asetettujen lämpöpintojen avulla esipelkis- 27 8261 2 tykselle sopivaan lämpötilaan ja kiertopölynä käytetään esipelkistettävää rautarikastetta. Rikasteen syöttö, kiertokaasun ja kierrossa olevan pölyn määrä säädetään siten, että saavutetaan esipelkistyksen kannalta riittävä 5 viipymäaika, minkä jälkeen esipelkistetty materiaali syötetään joko kuumana suoraan sulatusuuniin tai jäähdytetään, mahdollisesti briketoidaan ja käytetään mahdollisen välivarastoinnin jälkeen sulatukseen. Suora syöttö kuumana sulatusprosessiin on luonnollisesti energiataloudeltaa 10 paras. Käytännössä saattaa olla muita tekijöitä, jotka puoltavat jäähdytystä ja välivarastointia.

Eslpelkistysvaiheesta poistuva kaasu, joka poistuu tästä osavaiheesta samassa lämpötilassa, kuin pelkistetty rikaste, 15 on edelleen C0-H2-rikasta kaasua. Tämä kaasu hyödynnetään edelleen joko esilämmitykseen tai ilman esilämmitykseen tai korkeapalnehöyryn tuotantoon.

Edellä on esitetty esimerkkejä keksinnön mukaisen menetelmän 20 antamista mahdollisuuksista hyödyntää prosessikaasujen lämpö8isältöä ja kemiallista potentiaalia prosessin syötön esllämmityksessä ja pelkistyksessä. Edlleen on tuotu esille mahdollisuus estää tiettyjen reaktioiden tapahtumista jäähdyttämällä kaasut toivotun lämpötila-alueen ylitse 25 suurella jäähdytysnopeudella.

Keksinnön mukainen menetelmä tarjoaa mahdollisuuden myös toivottujen reaktioiden aikaansaamiseen käyttämällä hyväksi mahdollisuutta säätää lämpötilaa, kiintoaineksen viipymä-30 aikaa ja kaasun kemiallista potentiaalia.

Seuraavassa yksi esimerkki tällaisesta mahdollisuudesta. Esimerkiksi epäpuhtaiden Cu-rlkasteiden liekkisulatuksessa syntyy pölypitoinen prosessikaasuvirta, jonka pölyssä on m.

35 arvometalleja, kuten Cu, Zn, Pb, jne. sekä tässä yhteydessä j vähempiarvoisena rautaa. Säätämällä prosessista tulevien kaasujen sekoituslämpötila sekä kiertopölyreaktorin lämpötila sopivaan noin 650 - 700 *C:n tasoon sekä säätämällä i ___ -- Γ 28 8 2 6 1 2 reaktorin happipotentiaall riittävälle tasolle syöttämällä kiertokaasuvirtaan happea, esimerkiksi ilmaa, saadaan kiertomassarekatorissa syntymään olosuhteet, joissa proses-sikaasun pölyssä olevat arvometallit (Cu, Zn, Pb jne. ) 5 muodostavat vesiliukoisia sulfaatteja, kun taas rauta jää veteen liukenemattomaan oksidimuotoon. Tähän tarkoitukseen voidaan käyttää esimerkiksi kuvion 4 esittämää laiteratkaisua pienin modifioinnein. Sulatusuunista tuleva S02-pitoinen pölypitoinen prosessikaasu (401) jäähdytetään sekoitus-10 kammiossa (405) kiertokaasun (409) ja siihen lisätyn ilman (ei esitetty kuviossa) avulla reaktiolämpötilaan 650 - 700 °C, joka lämpötila vallitsee myös kuljetusosana toimivassa reaktiovyöhykkeessä (402) sekä kierrossa olevassa pölyssä (412 ja 416). Systeemistä poistetaan kaasun mukana systee-15 miin tulevaa ja mahdollisesti make-up-siilosta (426) lisättyä pölyä vastaava määrä pölyä edelleen vietäväksi liuotukseen. Kierrossa olevan pölyn määrää säätämällä sekä ilma-lisäyksen avulla happitasoa säätämällä sekä lämpötilatason valinnalla voidaan tapauskohtaisesti säätää olosuhteet 20 optimaalisiksi. Samalla saadaan myös talteenotettua sekä sulatusprosessin että sulfatoimisreaktion luovuttama lämpö esimerkiksi korkeapainehöyrynä kattilassa (427).

Epäpuhtaiden kuparirikasteiden esikäsittelyyn, esimerkiksi 25 As:n, Sb:n ja Bi:n poistamiseksi neutraalissa tai lievästi pelkistävässä atmosfäärissä, on yleisessä käytössä osittais-pasutus n. 700 °C:n lämpötilassa, jolloin yllämainitut komponentit höyrystyvät sulfidina kaasufaasiin ja erotetaan siitä myöhemmissä kaasunkäsittelyvaiheissa. Tämä käsittely 30 voidaan suorittaa keksinnön mukaisen menetelmän avulla samanaikaisesti sulatusuunin kaasun jäähdytyksen kanssa. Rikasteen ts. sulatusuunin syötön esikäsittely voi tapahtua esimerkiksi kuvion 4 mukaisella laiteratkaisulla, johon lämmönvaihtimen (427) jälkeen on sovitettu lisäksi kaasun 35 jatkokäsittelemiseksi erotin, lämmönvaihdin ja vielä yksi erotin, joita ei ole esitetty kuviossa 4. Sekoituskammioon (405) syötetään sulatusuunin poistokaasu (401) sekä prosessin syöte siilon (426) kautta ja kiertokaasua (409) siten, 29 8261 2 että lämpötila asettuu oikealle tasolle. Pölyn viipymäaika säädetään kierrossa olevan pölyn määrää säätämällä. Tarvittaessa voidaan systeemin pelkistyspotentiaalia hienosäätöä syöttämällä systeemiin esimerkiksi naftaa tai ilmaa tarpeen 5 mukaan joko kiertokaasulinjan kautta tai suoraan reaktoriin. Reaktiolämpötila on edullisimmin 700 °C:n yläpuolella hyvän epäpuhtauksien haihduttamistuloksen kannalta, mutta se määräytyy myös kulloinkin käsiteltävän syötön sintraus- ym. ominaisuuksien mukaan. Käsiteltävä rikaste ja erotetut 10 sulatusuunista tulevat pölyt poistuvat joko sellaisenaan kuumana sulatusprosessin syöttöön tai syötetään prosessiin kylmänä jäähdytyksen ja mahdollisen välivarastoinnin kautta. Tässä vaiheessa syntyvä prosessikaasu (415), joka sisältää sekä höyrystyneet epäpuhtaudet sulfidina (As, Sb, Bi...) 15 että mahdollisesti pieniä määriä elementaaririkkiä, johdetaan edelleen jatkokäsittelyyn.

Jatkokäsittelyssä esimerkiksi hapetetaan kaasua kontrolloidusti lisäilman avulla (ei esitetty kuviossa) ennen lämmön-20 vaihdinta (427), jolloin em. epäpuhtaudet hapettuvat oksideiksi, ja jäähdytetään lämpötilaan, missä esim. Sb203 ja Bi303 härmistyvät ja ovat erotettavissa kaasusta. Tämän jälkeen vielä As203-pitoinen kaasu jäähdytetään edelleen jollakin sopivalla tavalla tai esim. keksinnön mukaisella 25 menetelmällä erillisessä laitteessa noin 120 °C:n lämpötilaan, jolloin As203 härmistyy ja erotetan kaasusta, tämän jälkeen kaasut johdetaan edelleen käsiteltäväksi esimerkiksi rikkihapon valmistukseen. 1 2 3 4 5 6

Yllä mainitussa kytkennässä prosessin tarvitsema lämpö 2 saadaan sulatusuunin kaasuista, kun taas erillisessä osit- 3 taispasutuksessa lämpö on generoitava hapettamalla osa 4 rikasteen sulfidista. Näin ollen säästetään rikasteen 5 polttoarvoa itse sulatusprosessin tarpeisiin. Samalla on 6 saavutettu se etu, että käsiteltävien S02-pitoisten kaasu-virtojen määrä vähenee kahdesta yhteen ja kaasuvirran S02-pitoisuus nousee konventionaaliseen ratkaisuun verrattuna.

30 8261 2

Edellä on tuotu esille useita keksinnön kohteena olevan menetelmän etuja. Yllä esitetyistä esimerkeistä nähdään, että yhdistetyillä klertopölyn ja klertokaasun käytöllä on 5 saavutettavissa kussakin tapauksessa optimoitavissa oleva klertopölyn ja klertokaasun yhdistelmä. Tällöin saatetaan kuitenkin helposti joutua tilanteeseen, jossa sekoitusosassa vallitseva keskimääräinen partikkelitiheys jää liian alhaiseksi esimerkiksi huurujen muodostuksen ja adsorption 10 kannalta. Tämä näkökohta on otettava huomioon kyseisessä laiteratkaisussa. Edellä olevissa esimerkeissä käsiteltiin reaktorin kautta kierrätettävän suspension tiheyttä, jota voitiin klertokaasun avulla helposti säätää jopa tasolle 0,5 kg/m3 ja allekin. Tällöin on kysymyksessä raekoosta riippuen 15 keskimääräinen partikkelimäärä 106/m3 tai jopa allekin, jolloin partikkelien välinen keskimääräinen etäisyys nousee jopa tasolle 10 mm. Huurujen muodostuksen estäminen ja ultra-hienojen partikkelien adsorptio edellyttää yleensä sekoitus-kohdalla korkeampaa partikkelitiheyttä, esim. 107 - 109/m3, 20 jolloin partikkelietäisyys on 5...1 mm. On olemassa useita tapoja toteuttaa tällainen laitteisto. Eräs edullinen ja yksinkertainen toteutusmuoto on rakentaa reaktorin sekoitus-osa siten, että suurempi tai pienempi osa siinä olevista partikkeleista on sisäisessä kierrossa sekoitusosassa ja 25 ainoastaan osa partikkeleista ajautuu kuljetusosana toimivan reaktorin yläosan kautta kulkevaan kiertoon. Tämä toteutetaan yksinkertaisesti esimerkiksi siten, että sekoitusosan efektiivinen poikkileikkaus on suurempi kuin kuljetusosan. Tällöin sekoitusosan keskimääräinen virtausnopeus on vastaa-30 vast! pienempi kuin kuljetusosan, jolloin sekoitusosassa vallitsee suurempi suspensiotlheys.

Edelleen sekoitusosan geometria toteutetaan siten, että siinä muodostuu sisäinen kierto, joka ohjataan palautumaan 35 sekoituskohtaan. Tällä tavoin voidaan sekoitusosan ja erityisesti sekoituskohdalla vallitsevaa suspensiotiheyttä helposti säätää laajoissa rajoissa. Yleensä sekoituskohdalla riittää suspensiotlheys 107 - 10* partikkelia/m3, jolloin 3i 8261 2 partikkelikoosta ja ominaispainosta jne. riippuen suspensiossa on 10 - 100 kg/m3 kiintoainepartikkeleita. Kysymyksessä ei näin ollen ole varsinainen perinteellinen leiju-peti, jossa suspensiotiheys on satoja kiloja/m3 ja vastaa-5 vasti painehäviöt huomattavasti korkeammalla tasolla.

Kuviot 5 ja 6 havainnollistavat keksinnön mukaisen laitteen erästä edullista toteutusmuotoa. Kuviot esittävät kuviossa 1 esitetyn reaktorin 2 alaosaa, joka käsittää sekoituskammi-10 on 5, johon kuuluu alaspäin supistuva kartiomainen pohja 6, jonka alimmassa kohdassa on kaasuntuloaukko 7. Reaktorin pohjan 3 ja sekoituskammion pohjan väliin muodostuvaan tuulikaappiin 8 on yhdistetty siihen tangentiaalisesti liittyvä jäähdyttävän kaasun 9 tuloputki 29. Reaktorin 15 pohjaan on keskisesti sovitettu prosesslkaasun 1 tuloaukko 4. Sekoituskammloon yhdistetyt erotettujen kiintoainespar-tikkeleiden paluuputket 16 ohjaavat palautetut partikkelit vinosti alaspäin kaasuntuloaukkoa 7 kohti suuntautuvana kiertoliikkeenä. Sekoitusosan poikkipinta on suurempi kuin 20 sen yläpuolella olevan kuljetusosana toimivan reaktorin osan.

On selvää, että kuvion 5 ja 6 esittämä sekoitusosa voidaan toteuttaa myös muulla tavoin. Niinpä sekoituskammion 25 kartiomaisessa pohjassa voi olla aukkoja, joiden kautta ainakin osa jäähdyttävästä kaasusta johdetaan. Osa kiinto-ainespartikkeleista voidaan syöttää kaasun tuloputken 29 kautta sekoituskammloon.

30 Kuvioissa 5 ja 6 esitetyllä sekoitusosan toteutusperiaatteella saavutetaan keksinnön mukaiselle menetelmälle ominaiset piirteet, kuten a. sekoitusosan ja erityisesti sekoituskohdan 35 suspensiotiheys ja lämpötila ovat säädettävissä laajoissa rajoissa kulloinkin vaadittavalle tarkoituksenmukaiselle tasolle 32 8261 2 b. kuljetusosaan ja pölynerottimeen menevän suspen sion tiheys ja kiintoainesvirta ovat minimoitavissa tapauskohtaisesti optimaaliselle tasolle, jolloin suureen suspensiotiheyteen liittyvät 5 ongelmat, kuten kuluminen, kiintopartikkelien käsittelyjärjestelmä, painehäviöt jne. minimoituvat.

Keksintöä ei ole rajoitettu yllä esitettyihin sovellutuksiin 10 ja laiteratkaisuihin, vaan erilaiset muunnokset ja sovellutukset sekä laiteratkaisut patenttivaatimusten keksinnöllisen ajatuksen puitteissa ovat mahdollisia.

Vaikka kuvioissa esitetyissä sovellutusesimerkeissä jäähdyt-15 tävä kaasu on kiertokaasu, on selvää, että jäähdyttävänä kaasuna voidaan käyttää muuta tarkoitukseen sopivaa kylmää kaasua, esimerkiksi ilmaa. Sekoituslämpötilassa sekoituskoh-dassa höyrystyvänä nesteenä voidaan esimerkiksi käyttää vettä. Menetelmää voidaan käyttää myös nesteiden haihdutuk-20 seen ja siinä yhteydessä vapautuvan kiintoaineksen talteenottoon, kuten edellä on todettu.

Claims (21)

1. 33 8261 2
2. 1. Menetelmä prosessikaasujen käsittelemiseksi jäähdyttämällä prosessikaasu reaktorissa fluidisoidussa tilassa olevien kllntoainespartikkelien läsnäollessa siten, että 5 käsiteltävään prosessikaasuun johdetaan reaktorin sekoitus-kammiossa, prosessikaasusta käsittelyvaiheen jälkeisessä erotusvaiheessa yhdessä tai useammassa erottimessa erotettuja kiintoainespartaikkeleita, tunnettu siitä, että 10. sekoituskammioon johdetaan edellä mainittujen, prosessi- kaasusta käsittelyvaiheen jälkeen erotettujen kiintoaines-partikkeleiden lisäksi, samanaikaisesti tai lyhyellä aikavälillä, - n.k. klertokaasua, eli käsiteltyä prosessikaasua, 15 josta on käsittelyvaiheen jälkeen erotettu kiintoainespar- tikkeleita - ja/tai prosessikaasusta käsittelyvaiheen jälkeen kondensoitunutta nestettä, joka höyrystyy uudelleen sekoi-tuslämpötilassa, ja että 20. prosessikaasua jäähdytetään ennen erotusvaihetta.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä prosessi-kaasujen jäähdyttämiseksi niistä poistettavien höyrystyneiden komponenttien faasimuutoslämpötilan alapuolelle, 25 tunnettu siitä, että höyryt saatetaan pääasialli sesti härmlstymään kllntoainespartikkeleiden pintaan.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä prosessikaasus-sa olevien huurujen erottamiseksi, tunnettu siitä, 30 että huurut saatetaan pääasiallisesti adsorboitumaan kllntoainespartikkeleiden pintaan jäähdyttämällä kaasu.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä prosessi-kaasujen jäähdyttämiseksi siitä poistettavien sulien 35 komponenttien faasimuutoslämpötilan alapuolelle, tun nettu siitä, että sulapisarat saatetaan pääasiallisesti tarttumaan ja jähmettymään kllntoainespartikkeleiden pintaan tai jähmettymään kilntoainespartikkeleiksi. 34 8261 2
6. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että sekoituskammlossa ylläpidetään halutulle reaktiolle otollinen sekoituslämpötila Ja/tai 5 kiintoainessuspensiotiheys säätämällä käsiteltävän kaasun joukkoon sekoitettavien kiintoainespartikkelelden ja/tai sekoitettavan kaasun määriä.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, t u n- 10. e t t u siitä, että prosessikaasut jäähdytetään nopeasti toivottujen kemiallisten reaktioiden kineettisesti edullisille lämpötila-alueille.
8. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-15 n e t t u siltä, että prosessikaasut jäähetyteään ei- toivottujen reaktioiden kineettisesti edullisen lämpötila-alueen alapuolelle niin nopeasti, että reaktiot pääasiallisesti eivät ehdi tapahtua.
9. 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä prosessikaasujen käsittelemiseksi, tunnettu siltä, että kaasu jäähdytetään siinä olevien sintrautumaan pyrkivien pölypartikkeleiden alkavan sintrautumislämpötilan alapuolelle.
10. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoitusvalheen jälkeen kaasu- kiintoainesseosta eli suspensiota jäähdytetään lämmönsiirti-mellä.
11. 10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että jonkin erotusvaiheen jälkeen kaasua jäähdytetään lämmönsiirtimellä. 1 2 3 4 5 II Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- 2 35. e t t u siitä, että jonkin erotusvaiheen ja mahdollisten 3 muiden prosessivaiheiden jälkeen joko kokonaisuudessaan 4 tai osittain puhdistettua kaasuvirtaa jäähdytetään siten, 5 että kaasusta kondensoituu siinä olevaa komponenttia tai 35 8261 2 komponentteja nesteeksi ja näin syntynyttä nestettä palautetaan käsiteltävään prosessikaasuun siten, että neste höyrystyy prosessikaasuun välittömästi sekoituskohtaan tullessaan jäähdyttäen käsiteltävän kaasun ja että jäähtyvä 5 prosessikaasu kohtaa samanaikaisesti tai lyhyellä aikavälillä erottimesta palautettavan ja sekoitusosassa kiertävän kiintoainesvirran, jolloin käsiteltävä kaasu jäähtyy suurella nopeudella halutulle lämpötilatasolle riittävän tiheän kiintoainessuspension läsnäollessa ja kaasussa olevia 10 ja sekoituslämpötilassa härmistyviä höyryjä härmistyy kylmien kiintopartikkeleiden pintaan.
12. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltävän kaasun joukkoon sekoi- 15 tettava neste on vettä.
13. 13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltävän kaasun joukkoon sekoitettava neste sisältää liuenneita suoloja, jotka nesteen 20 höyrystyessä adsorboituvat kiertopölyn pintaan.
14. 14. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltävän prosessikaasun joukkoon sekoitettava kaasu on ilmaa. 25
15. 15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että prosessikaasu ja sen joukkoon sekoitettava kaasu saatetaan kohtaamaan toisensa välittömästi ennen kuin kaasut joutuvat kosketukseen kiintoainespar- 30 tikkeleiden kanssa.
16. 16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että prosessikaasun joukkoon sekoitettava kaasu sekoitetaan kiintoainespartikkelivirtaan välittömästi 35 ennen kuin se saatetaan kohtaamaan prosessikaasuvirta. ; 1 2 Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun 2 nettu siitä, että osa palautettavista kiintoainespar- 36 8 2 6 1 2 tikkeleista sekoitetaan prosessikaasun joukkoon sekoitettavaan kaasuun ja osa prosessikaasuun välittömästi ennen kuin kaasut saatetaan kohtaamaan toisensa.
17. 18. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että prosessikaasun joukkoon sekoitettavaa kaasua sekoitetaan kiintoainespartikkelivirtaan ja prosessi-kaasuun välittömästi ennen kuin prosessikaasu joutuu kosketukseen kiintoainespartikkeleiden kanssa. 10
18. 19. Laite prosessikaasujen käsittelemiseksi jäähdyttämällä prosessikaasu kiintopartikkeleiden läsnäollessa, joka laite käsittää pystysuoran reaktorin (2), jonka pohjassa on tuloaukko (4) prosessikaasulle, tunnettu siitä, 15 että reaktoriin on sovitettu sekoituskammio (5), jolla on alaspäin supistuva kartiomainen pohja (6), jossa on ainakin yksi tuloaukko (7) kartiomalsen pohjan alapäässä tai sen välittömässä läheisyydessä prosessikaasun joukkoon sekoitettavalle kaasulle (9) tai höyrystyväle nesteelle (109) ja 20 että sekoituskammion (5) seinämään tai kartiomaiseen pohjaan on sovitettu ainakin yksi kiintoainespartikkelien tuloputki (16). 1 2 Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnet-25 t u siitä, että reaktorin (2) pohjan (3) ja sekoituskammion kartiomalsen pohjan (6) väliin on muodostettu tuulikaappi (8), ja siitä, että tuulikaappiin on edullisesti tangentiaa-lisesti sovitettu ainakin yksi tuloputki (29) prosessikaasun joukkoon sekoitettavalle kaasulle. 30 2 Patenttivaatimuksen 20 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että sekoituskammion (5) kartiomalsen pohjan (6) tuloaukko (7) on sovitettu kartiomalsen pohjan alimpaan kohtaan samankeskisesti reaktorinpohjassa (3) olevan 35 prosessikaasun tuloaukon (4) kanssa, ja siitä, että sekoi-tuskammion kartiomalsen pohjan (6) alin kohta on sovitettu välimatkan päähän reaktorin pohjasta, mikä mahdollistaa kaasun tasaisen tulon tuulikaapista (8) sekoituskammioon. 37 8261 2
19. 22. Patenttivaatimuksen 20 mukainen laite, tunnet-t u silta, että sekoltuskammion (15) kartiomaiseen pohjaan (6) sen alimpaan kohtaan on sovitettu aukko (7), joka on 5 liitetty prosessikaasun tuloaukkoon (4) reaktorin pohjassa (3), ja siitä että sekoltuskammion kartiomaisen pohjan kartiomaiseen osaan on lisäksi sovitettu ainakin yksi tuloaukko prosessikaasun joukkoon sekoitettavalle kaasulle.
20. 23. Jonkin patenttivaatimuksista 19-22 mukainen laite, tunnettu siitä, että reaktorin seinämään sovitettu tuloputki (16) on sovitettu vinossa kulmassa seinämään siten, että klintoalnespartikkelit saavat vinosti alaspäin suuntautuvan liikeradan reaktoriin tulohetkellä. 15
21. 24. Jonkin patenttivaatimuksista 19-23 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekoltuskammiolla on ylöspäin supistuva kartiomainen yläosa. 38 8261 2