FI86579C - Laongstraeckt vaermevaexlare och vaetskebehandlingsanordning. - Google Patents

Description

! 86579

Pitkänomainen lämmönvaihdin ja nesteenkäsittelylaite Tämä keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen lämmönvaihtimeen ja patenttivaatimuksen 4 5 johdannon mukaiseen nesteenkäsittelylaitteeseen, jollaisia voidaan käyttää alas suunnatun porareiän sisällä tapahtuvassa nestemäisten jätevesivirtojen, mukaanluettuna yhdyskuntajätteet, märkähapettamisessa.

Maan pinnan yläpuolella olevia märkähapetusjärjes-10 telmiä on ollut käytössä useita vuosia rajoitetulla menestyksellä likavesiviemärin käsittelyprosessista vastaanotetun yhdyskuntajätteen käsittelemiseksi. Maan pinnan yläpuolella olevat märkähapetusjärjestelmät käyttävät korkeaa pintapainetta ja kuumuutta märkähapetusreaktion aloitta-15 miseksi, kuitenkaan laite ei ole energian käytön kannalta tehokas, järjestelmä on taipuvainen menemään epäkuntoon ja johtaa ainoastaan osittaiseen jätteen hapettumiseen: katso US-patentti nro 2 665 249 (Zimmermann) ja US-patentti nro 2 932 613 (Huesler ym) . Maan päälliset märkähapetuspro-20 sessit eivät sen vuoksi ole korvanneet yhdyskuntajätteen käsittelyn perinteisiä menetelmiä, jotka käsittävät las-keutuksen, vedenpoiston, kuivaamisen, tuhkaksi polttamisen ja vastaavan.

On ehdotettu erilaisia alaspäin suunnatussa pora-25 reiässä olevia nesteenkäsittelyjärjestelmiä aikaisemmalla tavalla, mutta niitä on käytetty vain hyvin rajoitetusti. Alaspäin suunnatussa porareiässä oleva nesteenkäsittely-järjestelmä käyttää pystysuoria putkia, jotka yleisesti ulottuvat alaspäin maan sisään ohjausasemalta. Käsiteltä-30 vä neste pumpataan pystysuoriin reaktoriputkiin ja hydrostaattinen paine aiheuttaa puristuksen, joka auttaa ha-lutussa nesteprosessissa tai reaktiossa. Tähän saakka käytetyissä prosesseissa reaktio vaatii lisälämpöä, joka voidaan lisätä sähkövastuskierukoilla tai kuumennetulla nes-35 teellä, joka kiertää lämmönvaihtimessa. Ilmaa tai muita 2 86579 kaasuja voidaan lisätä käsiteltävään nesteeseen auttamaan reaktiossa.

Vaikka useissa aikaisemmissa patenteissa ehdotetaan pystysuorassa kaivossa tapahtuvaa märkähapetusreaktiojär-5 jestelmää yhdyskuntajätteen tai muiden nestemäisten jäte-virtojen käsittelemiseksi, näissä patenteissa ehdotetut menetelmät ja laitteet eivät ole olleet menestyksellisiä: katso esimerkiksi US-patentti nro 3 449 247. Kuten todetaan näissä aikaisemmissa patenteissa, hydrostaattisella 10 paineella synnytetty puristus riippuu reaktorin pituudesta. Täten on teoreettisesti mahdollista täysin hapettaa yhdyskuntajäte suunnilleen 1600 m syvyydessä, edellyttäen että yhdyskuntajätteessä olevan hapettuvan materiaalin konsentraatio on tasapainoitettu sitä happea vastaan, joka 15 on järjestelmän sisään injektoidussa ilmassa. Kuitenkaan alaspäin suunnatussa porareiässä olevaa märkähapetusjärjestelmää yhdyskuntajätettä varten ei ole tähän mennessä onni stuttu rakentamaan.

Tri McGrew'n US-patentti nro 4 272 383, joka on ni-20 meltään "Method and Apparatus for Effecting Subsurface, Controlled, Accelerated Chemical Reactions", esittää en-simmäisen menestyksellisen alaspäin suunnatussa porareiässä olevan märkähapetusreaktiojärjestelmän periaatteita : yhdyskuntajätettä varten, joka tällä hetkellä on toimin- 25 nassa kokeilutarkoituksessa Longmont issa, Coloradossa. McGrew'n patentissa esitetty laite käsittää sarjan ylei-sesti samankeskisesti teleskooppisesti sisäkkäin pantuja putkia, jolloin laimennettu yhdyskuntajäte sijoitetaan edullisesti sisäputkeen ja se virtaa alaspäin reaktio-30 alueelle, joka on putken pohjan lähellä, ja kierrätetään v takaisin ylöspäin toisen putken kautta, joka ympäröi sisä- putkea, minkä seurauksena on reaktio. Paineilmaa injektoidaan alaspäin virtaavan lietteen sisään edullisesti Taylor-tyyppisten kaasukuplien muodossa. McGrew'n paten-35 tissa reaktion lämpötilaa ohjataan lämmönvaihdinvaipalla, 3 8 6 5 79 joka ympäröi sisempiä samankeskisiä putkia, jolloin kuumennettua öljyä tai muuta lämmönvaihtonestettä pumpataan vaipan sisään ohjaamaan reaktiovyöhykkeen lämpötilaa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edellä 5 kuvattujen ongelmien poistaminen. Tähän päämäärään päästään keksinnön mukaisella lämmönvaihtimella, jolle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan tunnusmerkit, ja keksinnön mukaisella nesteenkäsittelylaitteel-la, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patentti-10 vaatimuksen 4 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisessa nesteenkäsittelylaitteessa käytetään edullisesti keskeisesti sijoitettua lämmönvaih-dinta, jolloin käsiteltävä neste sisällytetään uudelleen-kierrätysputkiin, jotka ympäröivät lämmönvaihdinta, mistä 15 on tuloksena reaktiovyöhykkeen lämpötilan parempi ohjaus ja käsiteltävän nesteen tehokkaampi kuumentaminen. Keskellä oleva alas menevä lämmönvaihdinputki on edullisesti eristetty putkimainen kappale, joka käsittää kaksi samankeskistä putkea teleskooppisesti sisäkkäin pantuina toi-20 sistaan välimatkan päässä olevassa suhteessa, jolloin putkien välissä oleva tila on suljettu ja edullisesti täy-• ’ ; tetty inertillä kaasulla. Kuten ymmärretään, keksinnön mukaisessa nesteenkäsittelylaitteessa käytetyt putket ja eristetty putkimainen kappale käsittävät sarjan putkia, 25 jotka on yhdistetty pystysuoraan jonoon sovittuakseen koko “ . nesteenkäsittelylaitteen pituuteen. Eristettyjä putkimai- siä kappaleita on käytetty öljynporausteollisuudessa ja - · muilla teollisuuden aloilla useita vuosia siirtämään kuu mennettuja nesteitä ja kaasuja. Kuten on esitetty jäljem-: 30 pänä, tämän keksinnön nesteenkäsittelylaite vaatii kuumuuden tuomisen niin paljon kuin mahdollista reaktiovyöhyk-keelle, joka sijaitsee putkien pohjan vieressä. Kuumennet-_···. tu öljy tai muu lämmönsiirtoneste sijoitetaan laitteen huippuun tai maanpinnan tasoon. Täten säteittäiset lämpö-35 häviöt eristetyn putkimaisen kappaleen läpi uudelleen 4 86579 kierrätettyyn lämmönsiirtonesteeseen täytyy minimoida. Nyt on keksitty, että olennainen lämpöhäviö on seurausta atomaarisen vedyn läpimenosta eristetyn putkimaisen kappaleen putkien väliseen tilaan, joka vety yhtyy uudelleen kaasu-5 maisen vedyn muodostamiseksi. Sen vuoksi on tarvetta kehittää parannettu eristetty putkimainen kappale, joka estää vedyn läpimenon eristetyn putkimaisen kappaleen eris-tysominaisuuksien parantamiseksi, mikä johtaa tässä selostetun tyyppiseen parannettuun lämmönvaihtimeen ja nesteen-10 käsittelylaitteeseen.

Keksinnön mukainen läramönvaihdin ja eristetty putkimainen kappale on tarkoitettu erityisesti vaikka ei yksinomaan käytettäväksi nesteenkäsittelylaitteessa nestemäisen jätteen jatkuvaksi käsittelemiseksi korotetuissa 15 lämpötiloissa ja paineissa, sellaisessa kuin alaspäin suunnatussa porareiässä olevassa käsittelylaitteessa, johon kuuluu yhdyskuntajätteen ja muiden nestemäisten jätteiden märkähapettaminen. Edullisesti lämmönvaihdin käsittää pitkänomaisen eristetyn putkimaisen kappaleen, jossa 20 edullisesti on avoin pää, joka on yleisesti samankeskinen toisen putken kanssa ja teleskooppisesti pantu sisäkkäin tämän sisään ja jolla on edullisesti suljettu pää ympäröi-vän putken avoimen pään lähellä eristetyn putkimaisen kappaleen kanssa yhteydessä olemiseksi. Eristetty putkimainen 25 kappale sisältää ensimmäisen sisäputken ja toisen sisäput-ken, joka on edullisesti yleisesti samankeskinen ensimmäi-'! sen putken kanssa ja ympäröi sitä välimatkan päässä ole vassa suhteessa. Ensimmäisen ja toisen putken välinen tila on edullisesti suljettu ja täytetty inertillä kaasulla 30 kuten argonilla, heliumilla tai ksenonilla. Lämmönsiirto-nestettä kuten öljyä on sijoitettu eristetyn putkimaisen kappaleen ensimmäisen sisäputken sisään korotetussa lämpö-.··*. tilassa. Lämmönsiirtoneste virtaa sitten eristetyn putken ’· läpi ja palaa eristetyn putkimaisen kappaleen ulkoputken 35 ja nestettä ja hapettavaa kaasua sisältävän alaspäin tule- I, 5 86579 van putken välisen rengasmaisen tilan kautta kuumentamista ja uudelleen kiertämistä varten.

Lämmönvaihtimen eristetty putkimainen kappale käsittää vedyn läpimenosulun eristetyn putkimaisen kappaleen 5 molempien putkien sisä- ja ulkopinnoilla. Vedyn läpimeno-sulku on edullisesti muodostettu päällystämällä putkien sisä- ja ulkopinnat alumiinilla, nikkelillä tai kuparilla. Läpimenosulku pienentää atomaarisen vedyn virtaa eristetyn putkimaisen kappaleen ensimmäisen ja toisen putken väli-10 seen tilaan täten pienentäen lämpöhäviöitä lämmönsiirto-nesteestä eristetyn putkimaisen kappaleen keskiputkessa palaavaan lämmönsiirtonesteeseen, joka on rengasmaisella alueella, jonka sisäpinta on eristetyn putkimaisen kappaleen ulkopinta. Kun keksinnön mukainen lämmönvaihdin on 15 upotettu nesteeseen, lämmön siirtyminen keskittyy reaktio-alueelle, joka sijaitsee lämmönvaihtimen pään vieressä, joka on erityisen edullista keksinnön mukaisessa alaspäin suunnatussa porareiässä olevassa nesteenkäsittelylaittees-sa. Pitkänomainen lämmönvaihdin on sitten ympäröity kier-20 toputkilla, jotka sisältävät käsiteltävää nestettä. Kier-toputket sisältävät ensimmäisen putken, joka ympäröi te-: leskooppisesti lämmönvaihtimen ulkoputkea välimatkan pääs sä olevassa suhteessa ja joka vastaanottaa käsiteltävän nesteen, joka on kosketuksissa lämmönvaihtimen ulosputken 25 kanssa. Toinen putki, joka on yleisesti samankeskinen ensimmäisen putken kanssa ja ympäröi tätä, vastaanottaa käsiteltävän nesteen. Käsiteltävä neste kuten yhdyskuntajäte tai muu nestemäinen jäte sijoitetaan sitten lämmönvaihtimen ulkoputken ja nesteen kierrätysputkien ensimmäisen 30 putken väliin. Käsiteltävä neste virtaa ensimmäisen putken kautta kosketuksissa lämmönvaihtimen kanssa ja uudelleen kiertää toisen uloimman putken kautta. Tässä sovellutuk-. sessa nesteen käsittelylaite täten synnyttää nesteen reak- tiovyöhykkeen nesteen kiertoputkien pään viereen.

"· 3 5 Keksinnön mukainen nesteenkäsittelylaite on erityi- 6 86579 sen sopiva yhdyskuntajätteen ja saastunutta nestemäistä jätettä sisältävän nestemäisen jätteen jatkuvaan käsittelyyn korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa. Milloin nes-teenkäsittelylaitetta käytetään käsittelemään yhdyskunta-5 jätettä ja muita jätteitä märkähapetuksella, nesteenkäsit-telylaite käsittää useita pitkänomaisia yleisesti samankeskisiä ja teleskooppisesti sisäkkäin pantuja putkia, jotka ulottuvat pystysuoraan maan sisään jopa 1600 m syvyyteen tai syvemmälle. Keskellä olevassa eristetyssä put-10 kimaisessa kappaleessa, joka vastaanottaa kuuman lämmön-vaihtonesteen, on edullisesti avoin pää, ja lämmönvaihtimen ulommassa putkessa on edullisesti suljettu pää eristetyn putkimaisen kappaleen avoimen pään vieressä, millä tavoin muodostetaan yhteys eristetyn putkimaisen kappaleen 15 kanssa ja lämmönvaihtonesteen jatkuva virta. Nesteen kier-toputkien ensimmäisessä putkessa, joka ympäröi lämmönvaihtimen ulompaa putkea, on myös avoin pää, ja uloimmalla putkella voi myös olla suljettu pää, joka on yhteydessä nesteen kiertoputkien avoimen pään kanssa, millä tavoin 20 muodostetaan käsiteltävän nesteen jatkuva kierrätys. Kuumennettu reaktiovyöhyke sijaitsee siten nesteen kierrätys- • ' putkien pohjan vieressä, ja hydrostaattisen paineen puris- tus kiertoputkissa varmistaa nestemäisen jätteen neste-reaktion korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa reaktio-25 vyöhykkeellä.

* Keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen ja nesteenkäsit-telylaitteen edullisessa sovellutuksessa vedyn diffuusio-sulku on alumiinia oleva diffuusiopäällyste eristetyn putkimaisen kappaleen samankeskistenputkien sisä- ja ulkopin- 30 noilla muodostaen rauta-alumiiniseoksesta pinnalla olevan V : "päällysteen”. Rauta-alumiiniseospäällysteen on havaittu .·· olevan erityisen tehokas atomaaristen vedyn diffuusion .··. estämisessä putkien väliseen suljettuun tilaan. Diffuusio- * sulku voi myös olla muodostettu galvanoimalla kuparia tai 35 edullisesti nikkeliä putkien pinnoille. Kuten selostet- 7 86579 tiin, atomaarisen vedyn diffuusio eristetyn putkimaisen kappaleen putkien väliseen suljettuun tilaan johtaa suurentuneeseen lämmönjohtavuuteen, mistä on seurauksena suurentuneet lämpöhäviöt lämmönvaihtonesteestä, joka virtaa 5 eristetyn putkimaisen kappaleen kautta, lämmönvaihtimen toisessa ulommassa putkessa uudelleen kiertävään lämmön-siirtonesteeseen.

Tämän keksinnön muut edut ja piirteet ymmärretään täydellisemmin seuraavasta edullisten sovellutusten se-10 lostuksesta, oheisista patenttivaatimuksista ja piirustuksista, joista seuraavassa on lyhyt selostus.

Kuvio 1 on kaavamainen kuvaus keksinnön mukaisesta jatkuvatoimisen nesteenkäsittelylaitteen edullisesta sovellutuksesta; ja 15 kuvio 2 on poikkileikkauskuva kuviossa 1 esitetyn nesteenkäsittelylaitteen alaosasta.

Piirustuksissa kuvattu jatkuvatoiminen nesteenkä-sittelylaite 20 on pystysuorassa reiässä sijaitseva neste-reaktion aiheuttava laite, joka on sopiva erilaisten saas-20 tuneiden nestemäisten jätteiden käsittelemiseksi, johon käsittelyyn kuuluu yhdyskuntajätteen märkähapetuskäsitte-ly. Kuten on ehdotettu edellä referoidussa McGrew'n paten-tissa, nesteenkäsittelylaite käsittää useita yleisesti samankeskisiä ja teleskooppisesti sisäkkäin pantuja put-25 kia, jotka ulottuvat pystysuoraan maan sisään. Yhdyskunta-jätteen märkähapettamiseksi olevassa käsittelylaitteessa I” esimerkiksi putket voivat ulottua suunnilleen 1600 m maan • * sisään synnyttäen hyvin olennaisen hydrostaattisen pai neen. On ymmärrettävää kuitenkin, että putkien pituus 30 riippuu käsiteltävästä nesteestä ja halutusta nestereak-V · tiosta. Keksinnön mukaista käsittelylaitetta voidaan käyt- tää myös erilaisissa muuttamisreaktloissa, jolloin kiinteitä hiukkasia on suspendoituneena kiertopiiriin. Lisäksi *·’ putket eivät ole yleensä jatkuvia. Jokainen putki käsittää 35 useita osia, jotka on yhdistetty toisiinsa sarjaksi suo- 8 86579 raan linjaan putkijohdoksi samalla tavoin kuin putket öl-jynkairausreiässä. Tyypillisessä yhdyskuntajätteen märkä-käsittelykäytössä jokaisen putkiosan pituus on 12,2 m, kokonaispituus noin 1586 m ja käsiteltävän nesteen vir-5 tausmäärä noin 360 - 1800 litraa minuutissa.

Keksinnön mukaisen nesteenkäsittelylaitteen edullisessa sovellutuksessa nestelämmönvaihdin 22 sijaitsee nesteenkäsittelylaitteen samankeskisten putkien keskustassa. Lämmönvaihtimen ensimmäinen tai sisin putki on eristetty 10 putkimainen kappale 24, jossa on avoin pää 26. Kuten on selostettu täydellisemmin jäljempänä, eristetty putkimainen kappale pienentää säteittäistä lämmön siirtymistä alas virtaavasta kuumennetusta lämmönsiirtonesteestä eristetyssä putkimaisessa kappaleessa toisessa putkessa 28 uudel-15 leen kiertävään ylöspäin virtaavaan lämmönsiirtonestee-seen. Kuten on esitetty, ensimmäinen putki tai eristetty putkimainen kappale 24 on yleisesti samankeskinen toisen putken 28 kanssa ja teleskooppisesti pantu sisäkkäin sen sisään ja toisessa putkessa on suljettu pää 30 eristetyn 20 putkimaisen kappaleen avoimen pään 26 vieressä. Käsiteltävä neste kierrätetään sitten lämmönvaihtimen 22 ympärillä, : kuten nyt kuvataan.

Kolmas putki 32, joka on ulomman nesteenkiertoput-kijohdon ensimmäinen putki, ympäröi lämmönvaihdinta 22 25 yleisesti samankeskisessä, välimatkan päässä olevassa te-leskooppisessa suhteessa. Kolmannessa putkessa 32 on avoin pää 34 nestelämmönvaihtimen suljetun pään 30 vieressä. Neljäs putki 36 ympäröi kolmatta putkea 32 oleellisesti samankeskisessä välimatkan päässä olevassa teleskooppises-30 sa suhteessa ja käsittää suljetun pään 38 kolmannen putken 32 avoimen pään 34 vieressä. Käsiteltävää nestettä kierrä-tetään alaspäin putken 32 kautta kosketuksissa lämmönvaih-timen 22 toisen putken 28 kanssa, ja käsitelty neste virtaa sitten kolmannen putken 32 avoimen aukon 34 läpi ja 35 ylöspäin neljännen putken 38 läpi kosketuksissa kolmannen 9 8 6 5 79 putken 32 ulkopinnan kanssa. Kuten on kuvattu aikaisemman referoidussa McGrew'n patentissa, nesteen käsittelylaite synnyttää reaktiovyöhykkeen laitteen pohjan viereen, jolloin käsiteltävä neste reagoi kuumuuden ja paineen alaise-5 na. Esillä olevan keksinnön pääasiallisena tehtävänä on keskittää lämmönvaihtimesta siirrettyä kuumuutta putkessa 32 kiertävään nesteeseen alemmalle reaktiovyöhykkeelle ja pienentää säteittäistä lämmönsiirtymistä erityisesti läm-mönvaihdinlaitteen yläosassa.

10 Kuvio 1 esittää kaavamaisesti maapinnan yläpuolel la olevia komponentteja, joita käytetään nesteenkäsittely-laitteessa ja -prosessissa. Lämmönsiirtonestettä kuten öljyä varastoidaan varastosäiliössä 40. Öljy kuumennetaan kuumentimessa 42 kuten tavanomaisessa kaasulla kuumennet-15 tavassa kuumentimessa. Öljy pumpataan pumpulla 44 varastosta 40 johdon 46 kautta kuumentimeen 42, ja virtauksen määrää ohjataan venttiilillä 52. Sitten kuumennettu öljy siirretään johdon 48 kautta, ja virtauksen määrä ohjamaan venttiilillä 50. Missä nesteen reaktio on eksoterminen 20 kuten märkähapetusreaktiossa, reaktiovyöhykkeen jäähdyttämistä voidaan tarvita. Milloin reaktion kuumuus ylittää reaktiovyöhykkeellä edullisen lämpötilan. Täten esitetty ·* : laite sisältää lämmönvaihtimen, jossa öljyä voidaan jääh- dyttää. Varastosta 40 tuleva öljy voidaan pumpata johdon 25 56 kautta lämmönvaihtimeen 54 pumpulla 57. Virtausta sää detään johdolla 62. Kylmempi öljy poistetaan sitten johdon - - 58 ja venttiilin 60 kautta nesteenkäsittelylaitteen syöt tö johtoon 48.

Normaalisti kuumennettua öljyä syötetään johdon 48 * 30 kautta eristetyn putkimaisen kappaleen 24 yläosaan. Kuten V on esitetty parhaiten kuviossa 2, kuumennettu öljy virtaa sitten alaspäin eristetyn putkimaisen kappaleen läpi, kuten on esitetty nuolella 70. Sitten öljy virtaa ulos eristetyn putkimaisen kappaleen avoimesta päästä 26, ja öljyä * 35 uudelleenkierrätetään ylöspäin johdon 28 kautta kosketuk- 10 86579 sissa putkimaisen kappaleen kanssa, kuten on esitetty nuolella 72. öljy tai muu lämmönsiirtoneste poistetaan sitten putken 28 yläosasta johdon 74 kautta takaisin varastoon 40 venttiilin 76 kautta.

5 Käsiteltävä neste kuten saastuneet teollisuusnes- teet, yhdyskuntajäte tai vastaava syötetään putken 32 yläosaan, ja se kiertää lämmönvaihtimen 22 ympärillä, kuten on kuvattu. Kuten kuviossa 1 on esitetty, käsiteltävä neste on varastoitu varastosäiliöön 80. Kuten on kuvattu 10 edellä referoidussa McGrew'n patentissa, nesteenkäsittely- laite on erityisen sopiva tavanomaisesta yhdyskuntien jäteveden käsittelylaitoksesta tulevan yhdyskuntajätteen käsittelemiseksi. Jäte vastaanotetaan johdon 82 kautta, ja virtausta ohjataan johdolla 84. Sitten nestemäinen jäte 15 toimitetaan laitteeseen johdon 86 ja venttiilin 88 kautta. Nestemäistä jätettä laimennetaan edullisesti nesteellä, jota tulee ulos yhdyskuntajäteveden käsittelylaitoksesta toimitettuna johdon 90 ja venttiilin 95 kautta. Nestemäinen jäte edullisesti laimennetaan, jotta ohjattaisiin nes-20 teenkäsittelylaitteeseen toimitetun hapettuvan materiaalin osuutta. Käsiteltävä laimennettu nestemäinen liete, nestemäinen jäte tai muu neste virtaa sitten alaspäin putken 32 ... kautta kosketuksissa lämmönvaihtimen 22 ulkoseinän kanssa, : : kuten on esitetty nuolilla 94. Kuten on kuvattu, putkessa 25 32 on avoin pää 34, ja käsitelty neste virtaa sitten ylös- -j- päin ulomman putken 36 kautta nesteenkäsittelylaitteesta . poistamista varten. Kuten on esitetty kuviossa 1, käsi tel- . ty neste poistetaan putkesta 36 johdon 98 kautta säiliöön 100. Milloin laitetta käytetään nestemäisen jätteen märkä-. . 30 hapetukseen, säiliö 100 on edullisesti laskeutussäiliö, ; ’· jossa olennaisesti inertti tuhka erotetaan vedestä. Tuhka voidaan ottaa johdon 102 kautta, ja virtauksen määrää oh-*:· jataan venttiilillä 104.

·*'; Märkähapetusreaktorissa pinnalla oleva aines voi- ·. 35 daan ottaa pois johdon 106 kautta ja käyttää laimennukse- li 8 6 579 na prosessissa. Kuten on esitetty kuviossa l, pinnalla olevaa ainesta poistetaan johdon 106 kautta ja toimitetaan johtoon 86, joka on yhteydessä putken 32 kanssa. Virtauksen ja laimennuksen määrää ohjataan venttiilillä 108.

5 Kuten on kuvattu edellä referoidussa McGrew'n patentissa, ilmaa injektoidaan alaspäin virtaavan lietteen sisään yhdyskuntajätteen tai muiden jätemateriaalien märkähape-tuksessa. Ilmaa injektoidaan edullisesti alaspäin virtaavan käsiteltävän nesteen virtauksen sisään maan tason 39 10 alapuolella Taylor-tyyppisten kuplien muodossa. On ymmärrettävää, että muut nestereaktiot voivat vaatia muita kaasuja riippuen halutusta reaktiosta. Sen vuoksi ehdotettu laite käsittää ilmakompressorin 110, ja paineilmaa toimitetaan alaspäin putkessa 32 virtaavaan käsiteltävään nes-15 teeseen maanpinnan tason alapuolella johdolla 112, ja virtaa ohjataan venttiilillä 114. 110 voi olla myös pumppu, joka toimittaa reaktiossa vaadittavaa kaasua, joka esiintyy keksinnön mukaisessa nesteenkäsittelylaitteessa.

Kuten on kuvattu, keksinnön mukainen nesteenkäsit-20 telylaite on tarkoitettu ensisijaisesti käsittelemään nestemäistä jätettä korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa. Paine on muodostettu nestepaineella ja lämpötila on muo-...· dostettu reaktion lämmöllä, milloin reaktio on eksoter- minen ja lämmönvaihtimella 22. Yhdyskuntajätteen tyypilli-: · : 25 sessä märkähapettumisreaktiossa pohjareiän lämpötila on ·;* suunnilleen 260 °C. Täten toiseen tai ulompaan lämmönvaih-

; timen putkeen 28 toimitettu öljy tulisi olemaan yli 260 °C

lämpötilassa. Tyypillisessä hapetusreaktiossa öljy toimitetaan eristetyn putkimaisen kappaleen 24 sisääntuloon . . 30 noin 370 °C lämpötilassa. Öljy tai muu lämmönsiirtoneste virtaa sitten alaspäin eristetyn putkimaisen kappaleen avoimeen päähän 26, missä se toimitetaan lämmönvaihtimen ulompaan putkeen 28 noin 275 - 290 °C:ssa. Sitten neste virtaa ylöspäin putken 28 kautta, kuten on esitetty nuo-\ 35 lella 72 kuviossa 2, ja kuumentaa alaspäin virtaavaa käsi- i2 86 579 teltävää nestettä, joka koskettaa putken 28 ulkopintaa putkessa 32. öljyn lämpötila putken 28 yläulosmenossa on noin 65 °C. Kuten on kuvattu, nestereaktio tapahtuu reak-tiovyöhykkeellä, jossa alas virtaavan nesteen lämpötila 5 ylittää 177 °C. Nesteenkäsittelylaitteen edullisessa so-vellutusmuodossa käytetään sen vuoksi eristettyä putkimaista kappaletta 24 säteittäisen lämmönsiirtymisen pienentämiseksi alaspäin virtaavasta lämmönsiirtonesteestä eristetyssä putkimaisessa kappaleessa 24 kylmempään läm-10 mönsiirtonesteeseen, joka on johdossa 28. Eristetyn putkimaisen kappaleen 24 yksityiskohdat on esitetty kuviossa 2. Eristetty putkimainen kappale käsittää sisäputken 120, jossa on ulkopinta 122 ja sisäpinta 124, ja ulkoputkessa 126 on ulkopinta 128 ja sisäpinta 130. Sisäputki 120 on 15 edullisesti samankeskinen ulkoputken 126 kanssa ja teles-kooppisesti sisäkkäin pantuna tämän sisään välimatkan päässä olevaan suhteeseen. Putkien välillä oleva tila 132 on kiinnitetty ja suljettu tiivisterenkaalla 134, joka voi olla hitsattu tai muutoin kiinnitetty putkien väliseen 20 tilaan. Putkien välinen tila tyhjönnetään sitten ja täytetään inertillä kaasulla kuten argonilla, heliumilla ja ksenonilla. Inertillä kaasulla on alhainen lämmönjohta-'...· vuus, mikä pienentää säteittäistä lämmönsiirtoa putkien :_· 120 ja 126 välisen tilan 132 kautta.

: · : 25 Lämmön siirtyminen putkien välisen tilaan 132 poik- ki on määritelty seuraavalla yhtälöllä: Q = kA At/Ar . . 30 missä Q on siirretty lämpö yksikköinä Btu/tunti, k on läm-mönjohtavuus, A on lämmön siirtymisen ala t/ r on säteen ’ suuntainen lämpötilagradientti. Longmontissa, Coloradossa *;· koemielessä toimivassa märkähapetuslaitteessa sisäputkella 120 on sisähalkaisijana 50,8 mm ja ulkohalkaisijan 60,9 35 mm. Ulkoputkella 126 on sisähalkaisijana 76,2 mm ja uiko- i3 86 579 halkaisijana 88,9 mm. Täten Aron 15,9 mm. Edellä olevassa esimerkissä At lämmönvaihtimen yläosassa on 305 °C (371-66 °C). Täten lämpötilagradientti on olennainen ja olennainen säteittäinen lämmönsiirtyminen tapahtuu nesteenkäs-5 ittelylaitteen yläosassa huolimatta siitä, että sisäputki 24 on hyvin eristetty.

Eristetyn putkimaisen kappaleen 24 käytöstä on tuloksena olennainen vähennys säteittäisissä lämpöhäviöissä, kuitenkin eritysominaisuudet ovat pienentyneet ajan muka-10 na. Nyt on havaittu, että pienentyminen eritysominaisuuk-sissa eristetyssä putkimaisessa kappaleessa on ainakin osittain seurausta atomaarisen vedyn läpimenosta eristetyn putkimaisen kappaleen läpi putkien väliseen tilaan 132. Atomaarinen vety kykenee läpäisemään metalliputkien 120 ja 15 126 raot putkien väliseen tilaan 132. Atomaarinen vety yhdistyy sitten muodostamaan vetykaasua, joka ei voi mennä pois seinien läpi. Sitten vetykaasu kerääntyy putkien väliseen tilaan 132 suurentaen kaasun lämmönjohtavuutta. Kuten on kuvattu edellä, seinien välinen tila on täytetty 20 inertillä kaasulla. Keksinnön mukainen eristetty putkimainen kappale sisältää sen vuoksi vedyn läpimenosulun, joka pienentää atomaarisen vedyn virtaa putkien väliseen tilaan.

Parhaimpana pidetty vedyn läpimenosulku käsittää : ‘ ·' 25 diffuusiopäällysteen alumiinista molempien putkien sisä- ·;· ja ulkopinnoilla 124, 126, 128 ja 130. Putket on muodos- • tettu edullisesti teräksestä, siten että diffuusiopäällys- te on rauta-alumiiniseos. Alumiinisia diffuusiopäällystei-tä käytetään tavallisesti teräsuuniputkissa ja vastaavissa - . 30 parantamaan korroosion kestävyyttä ja lisäämään uunin ikää menetelmällä, joka tunnetaan nimellä "Alonizing". Aloni-’ zing-menetelmässä putki on tiivistetty ulkoa ja sisältää alumiinilla ja alumiinioksidi jauheella ja sijoitettu uu-: : niin noin 930 °C:een kolmesta neljään päiväksi. Päällyste '. 35 on erittäin kova eikä se haittaa hitsaamista. Nyt on kek- sitty, että Alonizing-raenetelroällä tehty diffuusiopääl- lyste olennaisesti pienentää atomaarista vedyn diffuusio ta.

i4 8 6 5 79

Vedyn diffuusiosulkupäällyste voi olla muodostettu 5 myös galvanoimalla nikkeliä putkien sisä- ja ulkopinnoille. Galvanoitu nikkeli muodostaa myös erinomaisen atomaarisen vedyn diffuusiosulun, ei aivan yhtä hyvää kuin Alo-nizing-menetelmällä tehdyt pinnat. Lopuksi vedyn diffuu-siosulku voi olla muodostettu galvanoimalla kuparia put-10 kien pinnoille kuitenkin kupari haittaa hitsaamista ja voi vaikuttaa epäedullisesti putkien lujuusominaisuuksiin. Milloin pinta on galvanoitu nikkelillä tai kuparilla, päällysteen paksuus tulisi olla noin 0,001 mm. Jos verrataan pelkkää terästä vedyn läpimenosululla päällystettyyn 15 eristettyyn putkeen, päällystetyllä eristetyllä putkella on vedyn läpimenoaste pienentynyt suuruusluokkaa 1000 olevalla tekijällä. Jos verrataan Alonizing-menetelmällä käsiteltyä terästä nikkelillä päällystettyyn teräkseen, läpimenoaste oli pienentynyt suuruusluokkaa 10 olevalla te-20 kijällä. Täten suosituimmat sovellutukset käsittävät vedyn diffuusiosulun, joka on muodostettu diffuusiopäällystämäl-lä alumiinilla, millä tavoin muodostetaan rauta-alumiiniseos. Vedyn diffuusiosulku vähentää olennaisesti eristetyn putkimaisen kappaleen eristysominaisuuksien huonontumista.

: 25 Eristetyn putkimaisen kappaleen muodostamismene- telmä täten käsittää olennaisesti sisäkkäin teleskooppi-sesti pantavien teräsputkien muodostamisen, edullisesti V: saumattomista putkista, kuten on esitettykohdissa 120 ja 126 kuviossa 2. Vedyn läpimenosulkupäällyste muodostetaan 30 sitten putkille, edullisesti molempien putkien uiko- ja ·.-’ sisäpinnoille. Sitten putket kootaan sisäkkäin pantuun samankeskiseen teleskooppisesti erillään olevaan suhtee-seen, kuten on esitetty kuviossa 2, putkien välinen tila ·_ · tiivistetään tiivisterenkaalla 134. Putkien välinen tila 35 tyhjönnetään sitten ja välitila täytetään inertillä kaa- is 86579 sulia kuten neonilla, argonilla tai ksenonilla. Tuloksena oleva eristetty putkimainen kappale ei ole taipuvainen eristeen huonontumiseen, koska sulku pienentää atomaarisen vedyn läpimenoa, kuten on selostettu.

5 Samalla kun on selostettu keksinnön mukaisen läm mönvaihtimen edullinen sovellutusmuoto ja jatkuvatoiminen nesteenkäsittelylaite, on ymmärrettävä, että erilaisia muunnoksia voidaan tehdä tässä esitettyyn keksintöön oheisten patenttivaatimusten rajojen puitteissa. Kuten on 10 selostettu, keksinnön mukaista lämmönvaihdinta ja nesteen-käsittelylaitetta voidaan käyttää erilaisiin käyttöihin, kuitenkin keksintö on tarkoitettu erityisesti käytettäväksi pystysuorassa putkessa tai syvässä kaivossa olevassa reaktiolaitteessa, kuten voidaan käyttää yhdyskuntajätteen 15 märkähapetusta varten. Laitetta voidaan kuitenkin käyttää erilaisten saastuneiden tai jätevesien tai saastuneiden kiinteän, nesteeseen suspendoituneen jätteen käsittelemiseksi. Laitetta voidaan käyttää myös käsittelemään tai muuttamaan erilaisia materiaaleja nestereaktiossa, joka 20 vaatii korotettuja lämpötiloja ja paineita.

Claims (8)

1. Pitkänomainen lämmönvaihdin, joka käsittää pitkänomaisen eristetyn putkikappaleen (24), jossa on avoin 5 pää (26) ja joka on oleellisesti samankeskisesti teles-kooppimaisesti asetettu toisen putken (28) sisään ja on sen ympäröimä, jossa toisessa (28) putkessa on suljettu pää (30) eristetyn putkikappaleen (24) avoimen pään lähellä ja yhteydessä tähän, jolloin eristetyssä putkikappa-10 leessa (24) on ensimmäinen sisempi metalliputki (120) ja toinen ulompi metalliputki (126) oleellisesti samankeskisenä ensimmäisen putken (120) kanssa ja sitä ympäröiden välimatkan päässä olevassa suhteessa, ensimmäisen ja toisen putken (120,126) välisen tilan (132) ollessa suljettu 15 ja täytetty inertillä kaasulla; kuuman lämmönsiirtones-teen, joka vastaanotetaan eristetyn putkikappaleen (24) toisessa päässä ja joka virtaa putkikappaleen kautta, jolloin lämmönsiirtoneste jäähtyy ja palaa takaisin toisen putken (28) kautta kuumentamista ja uudelleen kiertämistä 20 varten, tunnettu siitä, että lämmönvaihtimessa on vedyn läpimenosulku eristetyn putkikappaleen (24) ensimmäisen ja toisen putken (120,126) sisä- ja ulkopinnoilla ’...· (124,126,128,130), jolloin vedyn läpimenosulku käsittää metallipäällysteen joka on valittu ryhmästä, joka muodos-: ' : 25 tuu alumiinista, nikkelistä ja kuparista, jolloin läpime- *;· nosulku pienentää atomaarisen vedyn virtausta eristetyn putkikappaleen ensimmäisen ja toisen putken (24,28) väli-seen tilaan täten pienentäen lämpöhäviöitä eristetyssä putkikappaleessa (24) olevasta lämmönsiirtonesteestä toi- . . 30 sessa putkessa (28) palaavaan lämmönsiirtonesteeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että eristetyn putkikappaleen (24) ·" ensimmäinen ja toinen putki (120,126) ovat terästä ja ve- dyn läpimenosulku muodostuu alumiinia olevasta diffuusio-35 päällysteestä, joka on sisä- ja ulkopinnoilla (124, 126, i7 86579 128,130) ja muodostaa rauta-alumiiniseoksen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että vedyn läpimenosulku käsittää galvanoidun päällysteen, joka on valittu nikkelistä ja 5 kuparista muodostuvasta ryhmästä.

4. Nesteenkäsittelylaite nestemäisten jätteiden jatkuvaa kemiallista reaktiota varten toisen reagoivan aineen kanssa korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa, jolloin nesteenkäsittelylaite käsittää useita teleskoop- 10 pimaisesti sisäkkäisiä putkia (24, 28,32,36), jotka ulottuvat pystysuoraan maan sisään, jolloin putkiin kuuluu ensimmäinen sisäputki (24), jossa on avoin alapää (26) ja joka muodostaa eristetyn putkikappaleen, eristetyn putki-kappaleen (24) käsittäessä oleellisesti samankeskisiä te-15 leskooppimaisesti sisäkkäisiä välimatkan päässä toisistaan olevia putkia (120,126) putkien välisen tilan/tilojen (132) ollessa suljettu ja täytetty eristysväliaineella; toinen putki (28), joka ympäröi ensimmäisen putken muodostavaa eristettyä putkikappaletta (24) välimatkan päässä 20 olevassa suhteessa ja jossa on suljettu alapää (30) ja joka on yhteydessä ensimmäisen putken alapäähän; kolmas putki (32), joka ympäröi toista putkea (28) välimatkan päässä olevassa suhteessa ja jossa on avoin alapää (34); ja neljäs putki (36), joka ympäröi kolmatta putkea (32) : ‘ : 25 välimatkan päässä olevassa suhteessa ja jossa on suljettu *:· alapää (38) ja joka on yhteydessä kolmanteen putkeen väli matkan päässä olevassa suhteessa; kuuman lämmönsiirtones-teen, joka vastaanotetaan ensimmäisen putken muodostamaan eristettyyn putkikappaleeseen (24) ja joka virtaa alaspäin - 30 ensimmäisen putken (24) kautta ja ylöspäin ensimmäisen ja toisen putken (24,28) välissä lämmönsiirtosuhteessa nestemäisen jätteen kanssa, toisen reagoivan aineen virratessa alaspäin toisen ja kolmannen putken (28,32) välisessä rengasmaisessa tilassa nestemäisen jätteen ja toisen reagoi-*. 35 van aineen välisen kemiallisen reaktion aloittamiseksi is 86 5 79 reaktioalueella, joka sijaitsee kolmannen putken (32) alapään (34) lähellä, eristetyn putkikappaleen (24) vähentäessä ensimmäisen putken muodostavassa eristetyssä putki-kappaleessa (24) olevan kuuman lämmönsiirtonesteen ja 5 ylöspäin virtaavan lämmönsiirtonesteen välistä lämmönsiirtoa lämmönsiirtovyöhykkeen yläpuolella, ja jolloin nestemäinen jäte kiertää uudelleen ylöspäin kolmannen ja neljännen putken (32,36) välisessä rengasmaisessa tilassa tullakseen poistetuksi laitteesta, putkien ollessa riittä-10 vän pitkiä synnyttämään nestepaineen, joka on riittävä ylläpitämään nestemäisen jätteen ja toisen reagoivan aineen välistä reaktiota reaktiolämpötilassa, tunnet-t u siitä, että eristetyssä putkikappaleessa (24) on vedyn läpimenosulku putkikappaleen putkien väliseen tilaan 15 kerääntyvän vedyn vähentämiseksi, mikä pienentää lämpöhä-viötä ensimmäisessä putkessa (24) alaspäin virtaavasta lämmönsiirtonesteestä ensimmäisen ja toisen putken (24,28) välisessä rengasmaisessa tilassa ylöspäin uudelleenkiertä-vään lämmönsiirtonesteeseen ja pitää reaktiovyöhykkeen 20 reaktion kolmannen putken (32) alaosuudella, jolloin nestemäisessä jätteessä aikaansaadaan reaktio kuumuuden ja paineen alaisuudessa reaktiovyöhykkeellä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jatkuvatoiminen . : nesteenkäsittely laite, tunnettu siitä, että vedyn : : 25 läpimenosulku käsittää päällysteen eristetyn putkikappa- -'· leen (24) putkilla (120,126).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jatkuvatoiminen nesteenkäsittelylaite, tunnettu siitä, että putkikappaleen (24) putket (120,126) ovat terästä ja päällys- . . 30 te on valittu ryhmästä, joka muodostuu alumiinista, nikke-lista ja kuparista.

‘ 7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jatkuvatoiminen ; nesteenkäsittelylaite, tunnettu siitä, että eris- tetyn putkikappaleen (24) putket (120,126) ovat terästä ja 35 vedyn läpäisysulku muodostuu alumiinia olevasta diffuusio- 19 86579 päällysteestä putkien sisä- ja ulkopinnoilla, jolloin muodostetaan rauta-alumiiniseos.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jatkuvatoiminen nesteenkäsittelylaite, tunnettu siitä, että pääl-5 lyste käsittää galvanoidun päällysteen, joka on valittu ryhmästä, joka muodostuu nikkelistä ja kuparista. 20 86579