FI89772C - Foerfarande och anordning foer utfoerande av kontrollerade kemiska reaktioner - Google Patents

Description

r ' -y 0 y * 1 c.

Menetelmä ja laite valvottujen kemiallisten reaktioiden suorittamiseksi

Esillä olevan keksinnön kohteena ovat yleensä mene-5 telmät ja laitteet kemiallisten reaktioiden suorittamiseksi. Tarkemmin sanottuna, keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä ja patenttivaatimuksen 7 johdannon mukainen laite kemiallisten reaktioiden, kuten vesivaiheisten hapetusreaktioiden, toteuttami-10 seksi.

Aineen kemiallinen rakenne muuttuu erilaisten olosuhteiden alaisena. Nämä olosuhteet voivat käsittää erityisen reaktanssin, reaktanssien väkevyyden, lämpötilan ja paineen sekä reaktioastian luonteen olemassaolon. Valvo-15 maila tarkasti aineen ympäristöolosuhteita voidaan haluttu kemiallinen reaktio saada aikaan ennalta määrätyllä reaktionopeudella tietyn tuotteen valmistamista varten. Siten sopivien taloudellisten reaktiokaavioiden kehittäminen muodostaa tärkeän päämäärän kemiallisessa prosessi- 20 teknologiassa.

Useat hapetusreaktiot suoritetaan nestemäisessä väliaineessa. Yksi tällainen reaktio on vesivaiheinen hapetus eli "märkähapetus". Palavan aineen hapetus edellyttää kyllin korkeaa lämpötilaa sytytystä varten, perusteelli-25 sen sekoittamisen reaktanssien välisen kosketuksen edistä miseksi ja riittävästi aikaa märkähapetuksen suorittamista varten. Palavan aineen märkähapetus on eksoterminen reaktio, jonka avulla synnytetään huomattavia lämpömääriä. Joidenkin prosessien yhteydessä tämän eksotermisen 30 reaktion avulla vapautettua lämpöä käytetään ylläpitämään palavien materiaalien autogeenista syttymislämpötilaa. Siten voidaan saada aikaan itsensä ylläpitävä märkähape-tusprosessi.

Palavan aineen märkähapetuksesta on muodostunut 35 tärkeä reaktio yhdyskuntajätteiden käsittelyssä. Useita f '· ' ·> 2 erilaisia prosessijärjestelmiä on ehdotettu käyttöön, joiden useimpien avulla on saavutettu vain rajoitettu menestys. Yhtenä poikkeuksena voidaan mainita yhdyskuntajäte-lietteen maanalainen eli "syöksyreikä" märkähapetus. US-5 patenttijulkaisussa 4 272 383 McGrew, joka on siirretty tämän patentin hakijalle ja liitetty mukaan viiteaineistoksi, selostetaan ensimmäiseen menestyksellisenä tunnettuun pystysuoria putkia käyttävään syöksyreikäreaktio-järjestelmään yhdyskuntajätteiden märkähapetusta varten 10 liittyviä periaatteita. Jätteidenkäsittelylaite sisältää reaktioastian käsittäen joukon samakeskisiä johtoja tai putkia, jotka ulottuvat pystysuorasti maan sisään noin yhden mailin syvyyteen asti. Tämä putkiyhdistelmä muodostaa sisäänvirtauskanavan, jonka kautta laimennettu yhdys-15 kuntajäte suihkutetaan jätteen sisäänvirtauksena, sekä myös ulosvirtauskanavan. Suihkutettu jäte johdetaan reak-tioastiaan hydrostaattisen pylvään muodostamiseksi, joka aiheuttaa huomattavan nestepaineen. Sisäänvirtaavan jäte-virtauksen lämpötilaa voidaan lisätä kuumennuslaitteen 20 avulla virtauksen virratessa reaktioastiaan. Paineilmaa suihkutetaan alaspäin virtaavaan jätelietevirtaukseen, sopivimmin Taylor-tyyppisten kaasukuplien muodostamisen avulla.

Noin 304,8 - 1828,8 metrin (1000 - 6000 jalan) sy-25 vyydessä muodostetaan reaktiovyöhyke, jossa jätteen märkähapetus tulee itsensä ylläpitäväksi edellyttäen tietenkin, että reaktanssien (palavan aineen ja hapen) pitoisuus on riittävän suuri. Lämpötila reaktiovyöhykkeellä on yleensä noin 260 - 316 °C (500 - 600 "F). Kiehuminen estetään hyd-30 rostaattisen patsaan aiheuttaman nestepaineen avulla. Läm-mönvaihtovaippaa voidaan käyttää lämmön poistamiseksi tai sen synnyttämiseksi reaktiovyöhykkeelle. McGrewin patentissa reaktiolämpötilaa valvotaan lämmönvaihtovaipan avulla, joka ympäröi samakeskisiä sisäputkia, jolloin kuumen-35 nettua öljyä tai muuta lämmönvaihtonestettä pumpataan

If

V

3 vaippaan reaktiovyöhykkeen lämpötilan valvomiseksi. Tämä prosessi on yleensä jatkuva, niin että yhdyskuntajätteet ja reaktiotuotteet siirtyvät aina reaktioastian kautta. Siten nestemäisen jätteen virtausnopeutta on valvottava 5 yhdessä reaktanssien pitoisuuden kanssa palavien materiaalien pääasiassa täydelliseksi hapettamiseksi reaktiovyö-hykkeellä. Reaktiotuotteet kulkevat sitten ulosvirtaus-kanavan läpi, joka on yleensä samakeskisten putkien muodostama rengas. Kuten seuraavassa yksityiskohtaisemmin 10 selostetaan, määrittää reaktanssien virtauskuvio reaktio-astian kautta kulkevan virtauksen yhteydessä suurimmaksi osaksi jätteenkäsittelyjärjestelmän toiminnan menestyksellisyyden.

Tunnettujen yhdyskuntajätteiden märkähapetusta var-15 ten tarkoitettujen maanpäällisten järjestelmien avulla on saavutettu vain rajoitettua menestystä. Siten ne eivät ole yleensä kyenneet korvaamaan selkeytyksen, veden erottamisen, kuivauksen, jätteiden polttamisen jne. kaltaisia jätteenkäsittely järjestelmiä. Tavanomaiset maanpäälliset jär-20 jestelmät ovat tehottomia suurten energiavaatimustensa, kykenemättömyytensä jätteiden nopeaan käsittelyyn ja jäte-materiaalien epätäydellisen hapettamisensa johdosta. Lisäksi tunnettujen maanpäällisten järjestelmien rakentaminen, käyttö ja ylläpito on kallista. Tässä yhteydessä 25 viitataan esimerkiksi US patenttijulkaisuihin 2 665 249, Zimmerman ja 2 932 613, Huesler et ai.

Kuvatun kaltaisen jatkuvan märkähapetusreaktion toteuttamiseen tarkoitetun laitteen tai menetelmän sopivuuden määrittää osaltaan sen muodostama virtaustapa tai 30 -kuvio mukaanlukien saostumisajat sekä höyrymäisiä että nestemäisiä osia varten sekä virtausnopeuden stabiliteetti. Olisi siten suositeltavaa saada aikaan menetelmä ja laite, joiden yhteydessä voidaan suorittaa märkähapetus tai vastaava reaktio mahdollistaen samalla reaktanssien 35 huomattavan sekoittumisen massasiirron helpottamiseksi.

" o 4 *-

Olisi myös suotavaa saada aikaan menetelmä ja laite märkä-hapetusta varten, joiden yhteydessä suhteelliset saostu-misajat sekä nestemäisiä että höyrymäisiä osia varten täydentävät reaktioprosessia. Olisi lisäksi suotavaa saada 5 aikaan menetelmä ja laite märkähapetusta varten, joiden avulla saadaan aikaan reaktanssien ja tuotteiden vakaa virtausnopeus. Esillä oleva keksintö tarjoaa käyttöön menetelmän ja laitteen näiden ja muiden tarkoitusperien saavuttamista varten.

10 Tämän keksinnön mukaisen käsittelylaitteen ja -me netelmän avulla voidaan suorittaa kemiallisia reaktioita minimaalisilla alkupääomakustannuksilla, suhteellisen korkealla termodynaamisella yleistehokkuudella, erinomaisella vetävyydellä ja kestävyydellä, rakenteiden ja toimin-15 nan ollessa yksinkertaisia ja vaatiessa vain minimaalisen tilan. Lisäksi esillä oleva keksintö tarjoaa käyttöön uuden maanpinnalla toimivan menetelmän ja laitteen kemiallisten reaktioiden edistämiseksi korkeissa lämpötiloissa ja paineissa ilman tavanomaisten suurten paineastioiden 20 tarvetta, joiden käyttö edellyttää jatkuvaa mekaanista hämmennystä ja huomattavaa maapinta-alaa. Esillä olevan keksinnön yhteydessä ratkaistaan myös nykyisiin maanpäällisiin jätteenkäsittelytapoihin liittyvät lukuisat ympäristölliset, liialliseen energian käyttöön liittyvät ja 25 ylläpito-ongelmat.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että a) ensimmäinen reagenssi johdetaan pitkään jatkuvaan ohutseinämäiseen putkimaiseen kierukkaan ennalta määrätyn paineen alaisena, jolloin putkimainen kierukka on sovitet-30 tu vaakasuorasti astiaan, joka on täytetty kierukan kanssa suoraan kosketuksessa olevalla lämmönsiirtoväliaineella, b) toinen reagenssi johdetaan putkimaiseen kierukkaan ennalta määrätyn paineen alaisena, c) reagenssien syöttö- ja virtausnopeudet sekä suhteelliset tilavuudet säädetään 35 ennalta määrätyn paineen alaisina reagenssien kaksivaihei- 5 ' ~ / sen tulppa- ja sulkuvirtauksen aikaansaamiseksi putkimaisen kierukan läpi ja että d) putkimaisessa kierukassa olevan nestevirtauksen lämpötilaa säädetään lämmönsiirtoväli-aineen avulla lämmön lisäämiseksi nestevirtauksen lämpöti-5 lan ollessa ennalta määrättyä lämpötilaa alhaisempi ja lämmön poistamiseksi nestevirtauksen lämpötilan ollessa ennalta määrättyä lämpötilaa korkeampi kemiallisen reaktion käynnistämiseksi nestevirtauksessa johtaen kuumennettuun nesteeseen ja reaktiotuotteisiin. Keksintö koskee 10 myös laitetta, jolle on tunnusomaista, että astiaan vaakasuorasta sovitetun pitkän jatkuvan ohutseinämäisen putkimaisen kierukan, johon reagenssit käsittävä nestevirtaus johdetaan valitulla virtausnopeudella sisään virtaavaan nestevirtauksen tulppa- tai sulkuvirtauksen aikaansaama-15 seksi kierukan läpi, astiassa olevan, putkimaiseen kierukkaan suoraan kosketuksessa olevan lämmönsiirtoväliaineen kierukassa olevan nesteen lämpötilan säätämiseksi lämmön lisäämiseksi nestevirtauksen lämpötilan ollessa ennalta määrättyä lämpötilaa alhaisempi ja lämmön poistamiseksi 20 nestevirtauksen lämpötilan ollessa ennalta määrättyä lämpötilaa korkeampi kemiallisen reaktion käynnistämiseksi nestevirtauksessa johtaen kuumennettuun nesteeseen ja reaktiotuotteisiin, ja välineet kuumennetun nesteen ja ulos virtaavien reaktiotuotteiden vastaanottamiseksi put-25 kimaisesta kierukasta.

Esillä olevan keksinnön mukainen reaktiojärjestel- mä kiihdytettyjen kemiallisten reaktioiden toteuttamiseksi käsittää peruskomponenttinaan pitkän putkimaisen kierukan. Sisäänvirtaava jätehöyry eli ensimmäinen reaktanssi 30 suunnataan kulkemaan tämän putkimaisen kierukan kautta, jolloin toinen reaktanssi lisätään tähän jätevirtaukseen. Reaktiojärjestelmää voidaan käyttää laimennettua orgaanista jätettä käsittävän sisäänvirtaavan jätevirtauksen mär-kähapetukseen suihkuttamalla jätevirtaukseen ilmaa tai 35 puhdasta happea.

y 6

Keksinnön eräässä sovellutusmuodossa kyseinen putkimainen kierukka on asetettu säiliöastiaan, joka on jaettu väliseinien avulla sarjaan peräkkäisiä lämmönvaihtones-teellä täytettyjä osastoja. Kussakin osastossa olevaa nes-5 tettä voidaan säätää eri tasoille nesteeseen upotetun putkimaisen kierukan suhteen. Lisäksi lämmönvaihtoneste voidaan kuumentaa alkulämpötilaan, joka sallii kemiallisen reaktion tapahtumisen jätevirtauksessa putkimaisen kierukan sisällä. Vaihtoehtoisesti voidaan lämpöä poistaa läm-10 mönvaihtonesteestä sen jälkeen kun putkimaisessa kierukassa tapahtuva reaktio on tullut autogeeniseksi.

Kun esillä olevan keksinnön mukaisessa reaktiojär-jestelmässä käsitellään esimerkiksi laimennettua orgaanista jätettä, pumpataan sisäänvirtaava nestemäinen jäte put-15 kimaiseen kierukkaan noin 70,3 - 140,6 kg/cm2:n (1000 -2000 psi) paineessa lisäten siihen kaasua, kuten ilmaa tai happea. Kaasun ja nestemäisen jätteen virtausnopeudet säädetään kaksivaiheisen jätevirtauksen, sulku- tai tulppa-virtauksen aiheuttamiseksi putkimaisen kierukan kautta, 20 mikä johtaa reaktanssien perusteelliseen sekoittumiseen. Reaktanssit kuumennetaan kierukan sisällä lämpötilaan, joka aiheuttaa jätevirtauksen hapettumisen, tämän lämpötilan ollessa yleensä 149 - 316 °C (300 - 600 °F). Siten reaktio kierukassa tapahtuu korkean paineen, korkean läm-25 pötilan ja jätevirtauksen kaksivaiheisen sulkuvirtauksen muodostamien yhdistettyjen olosuhteiden alaisena. Tämän keksinnön mukainen reaktiojärjestelmä on kuitenkin erityisen sopiva myrkyllisten ja teollisuusjätteiden, kuten kloorattujen hiilivetyjen, syanidien, orgaanisten ja epä-30 orgaanisten fenolien, polyaromaattisten seosten jne. hävittämiseen. On kuitenkin selvää, että tämän keksinnön mukaista reaktiojärjestelmää voidaan myös käyttää nesteeseen liuotettujen erilaisten kemikaalien ja kiinteiden ainesosien käsittelyyn silloin, kun kemiallinen hapetus-35 pelkistys ei ole pääasiallisena päämääränä. Suositeltava lämpötila ja paine riippuvat siten aiotusta reaktiosta.

7 ' · ' .- Tässä järjestelmässä käytetään edullisella tavalla ohutseinäistä reaktioastiaa, so. putkimaista kierukkaa, joka kierukkamaisen pituutensa ansiosta mahdollistaa tarpeellisen saostumisajan reaktansseille reaktiovyöhykkeel-5 lä sallien halutun hapetusmäärän tapahtumisen. Reaktiota varten vaadittava korkea lämpötila ja paine muodostetaan tähän ohutseinäiseen putkeen, mikä on poikkeuksellista, sillä tämäntyyppiset reaktiot suoritetaan normaalisti paksuseinäisissä paineastioissa. Kuten seuraavassa yksityis-10 kohtaisemmin selostetaan voi putken läpimitta normaalisti olla noin 5,08 cm (kaksi tuumaa) ja seinäpaksuus noin (0,63 cm (1/4 tuumaa), jolloin reaktio tapahtuu noin 316 °C:een (600 °F) lämpötilassa ja noin 140,6 kg/cm2:n (2000 psi) paineessa, virtausnopeuden ollessa noin 152,4 15 cm (viisi jalkaa) sekunnissa. Tämä ominaispiirre vähentää huomattavasti laitteiston pääomakustannuksia ja järjestelmä voidaan tehdä kannettavaksi.

Lisäksi reaktanssien sulku- tai tulppavirtaus putkimaisen kierukan läpi saa aikaan kemiallisten reaktans-20 sien parantuneen sekoittumisen, koska kierukan kaarevuus pyrkii aiheuttamaan nesteessä sekundäärisen virtauksen, jolloin neste on taipuvainen kulkemaan spiraalin muotoisesti kierukoiden sisäpinnoilla, jolloin sekoittuminen kaasuvaiheen kanssa tehostuu. Kierukkamaisen putken kaare-25 vuus aiheuttaa kaksoisspiraalin muotoisen sekundäärisen virtauksen nesteeseen ja kaasuvaihe virtaa kohti kierukan "kärkeä", jolloin kaasusulkeumat tai -tulpat vedetään kierukan pohjan kautta perusteellista sekoittamista varten. Lisäksi, koska putkimaisen kierukan muodostama reaktio-30 astia on läpimitaltaan paljon pienempi samoilla paine- ja lämpötila-alueilla toimiviin tunnettuihin reaktiosäiliöi-hin verrattuna, paranee hapetusprosessin tehokkuus, sillä reaktansseilla on tällöin vain vähäinen mahdollisuus ohittaa hapetusreaktio ja reaktanssien parempi pysyvyys putki-35 maisessa kierukassa minimoi ympäristöllisten ongelmien mahdollisen esiintymisen.

8

7 O

Esillä oleva keksintö sallii myös erilaisten lämpö-tilagradienttien kohdistamisen putkimaisen kierukan peräkkäisiin osiin koko sen pituudelta. Säiliöastian osastoihin Jaetussa sovellutusmuodossa voidaan kunkin osaston sisäl-5 tämän lämmönvaihtonesteen lämpötilaa säätää putkimaisen kierukan kussakin osassa tapahtuvan reaktion nopeuden hienosäätöä varten. Lisäksi lämmönvaihtonestettä käytettäessä voidaan kussakin osastossa olevan nesteen tasoa säätää nesteeseen upotettuun kierukkaan verraten, mikä vaikuttaa 10 myös kemialliseen reaktioon kunkin osaston kierukkaosaan vaikuttavan ulkoisen lämpötilagradientin seurauksena.

Vaihtoehtoinen putkimaisen kierukan putkitusrakenne mahdollistaa sisäänvirtaavan kaksivaiheisen jätevirtauksen kulkemisen sisäputken kautta ja palaamisen sisäputken ul-15 kokehän ja samakeskisen ulkoputken sisäkehän välissä olevan renkaan sisäisenä virtauksena. Tämä mahdollistaa vastavirtaan tapahtuvan lämmönvaihdon sisäputkessa kulkevan jätevirtauksen ja ulkoputkessa kulkevan paluuvirtauksen välillä ja siten säiliöastiassa olevaa lämmönvaihtonestet-20 tä ei ehkä tarvita. Tätä vaihtoehtoista rakennetta voidaan erityisen hyvin soveltaa autogeenisessa toimintakohdassa tai sitä lähellä olevien reaktanssien käsittelyssä, jolloin lämmönsyöttöä tai -poistoa ei tarvita. Reaktanssien pitoisuus voidaan asettaa ennakolta sellaiseksi, että 25 tietty määrä kemiallista reaktiota ja lämmön vapautusta tapahtuu jätehöyryn kulkiessa sisäputkessa. Kemiallinen reaktio jatkuu reaktanssien palatessa takaisin putkien välistä rengasta pitkin ja reaktiolämpökuumentaa kaiken sisäputken kautta tulevan myöhäisemmän jätevirtauksen. 30 Lisäksi tällainen putkirakenne mahdollistaa nousuaikaisen lämpötilareaktionopeuden osastoihin jaetun säiliöastian yhteydessä tapahtuvaan vaihetyyppisempään reaktionopeuteen verrattuna.

Pitkän putkimaisen kierukan käyttö reaktiosäiliönä 35 mahdollistaa reaktanssien moninkertaisten suihkutus- tai

' '' ' 7 O

9 ‘ ^ poistokohtien käytön useissa kohdissa putkimaisen kierukan koko pituudella ja kaasua, nestettä tai kiinteitä aineita voidaan poistaa eri kohdissa. Moninkertaiset suihkutuskoh-dat mahdollistavat tuoreiden reaktanssien lisäämisen, kun 5 esimerkiksi reaktio on kuumentanut jätevirtauksen lämpötilaa. Kaasumaisten tai kiinteiden reaktiotuotteiden poisto putkimaisen kierukan pituudella olevissa välikohdissa voi esimerkiksi mahdollistaa jätevirtauksen nopeuden vähentämisen poistokohdasta alavirtaan lisäten siten jäljelläole-10 vien reaktanssien saostusaikaa.

Pituudeltaan noin yhden mailin mittainen putkimainen kierukka toimii erinomaisena ympäristöystävällisenä säiliönä korkean paineen ja lämpötilan alaista reaktio-virtausta varten estäen tällaisen virtauksen pakenemisen 15 ilmakehään. Lisäksi tällainen pitkä putkimainen kierukka sopii erittäin hyvin lämpötilan valvontaan mahdollistaen jatkuvan lämmönsyötön, autogeenisen toiminnan ja jatkuvan lämmönpoiston. Putkimaista kierukkaa ympäröivä lämmönvaih-toneste säiliöastiassa voi sisältää höyrymäisiä, nestemäi-20 siä tai kaasumaisia lämmönvaihtonesteitä. Lisäksi reak-tiolämpötilaa varten tarvittava alkulämpö voidaan sopivalla tavalla muodostaa putkimaisen kierukan sisään tapahtuvan suoran höyrysuihkutuksen avulla. Putkimainen kierukka ja erityisesti sisäkkäinen putkirakenne sekä moninkertai-25 set suihkutuskohdat mahdollistavat autogeenisen toiminnan ilman lämmönsyötön tai -poiston tarvetta, koska lämpötilaa voidaan valvoa vaihtelemalla reaktanssien pitoisuutta.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti tarjotaan käyttöön reaktiolaite, joka sisältää yhdessä sovellutusmuodos-30 saan kiemurtelevan putkimaisen kierukan muodossa olevan johtimen varustettuna yleensä "soikiomaisilla" tai "soikeilla" osilla tai silmukoilla, joiden sivut ovat pääasiassa pystysuorat. Tällainen esillä olevan keksinnön mukainen yleensä soikiomainen kierukka tai kiemurteleva nau-35 ha asetetaan siten, että sen suurin osa tai läpimitta tu- • "··' o 10 · ' l lee pystysuoraan. Tämä merkitsee sitä, että kyseisen soikion tai kiemurtelevan nauhan pääakseli on pystysuorassa asennossa. Tämä reaktiokierukan muoto sallii reaktanssien yllättävän hyvän massan ja lämmön siirron, vähentää reak-5 tanssien pulppuilua reaktiolaitteessa, parantaa sekoittumista ja saa aikaan reaktioseoksen nestemäisten ja höyry-mäisten vaiheiden optimaaliset saostusajat sekä myös muita etuja, joita selostetaan yksityiskohtaisemmin seuraavassa. Esillä olevan keksinnön mukainen reaktiojärjestelmä sopii 10 erityisen hyvin käytettäväksi palavaa materiaalia sisältävän yhdyskuntajätteen märkähapetusta varten, mutta tämän keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan kuitenkin käyttää myös muiden kemiallisten reaktioiden yhteydessä.

15 Tekemällä kierukka tai sen osa "soikiomaiseksi" ympyränmuotoisen sijasta syöksyreiällä varustetun pystysuoran reaktiolaitteen alasmenevää osaa lähestytään yksityiskohtaisemmin. Tässä pystysuorassa alasmenevässä osassa vähiten tiheä ainesosa eli höyryvaihe vastustaa 20 nestemäisen vaiheen alaspäin virtausta mahdollistaen siten reaktanssien paremman sekoittumisen ja kosketuksen toisiinsa. Tämä höyrymäisen vaiheen kohdistama vastus nesteen alaspäin suuntautuvaan virtaukseen lisää myös nestemäisen vaiheen saostusaikaa alasmenevässä osassa. Reak-- 25 tanssien lisääntynyt sekoittuminen ja höyrymäisen vaiheen ____ kasvanut saostusaika alasmenevässä osassa saavat aikaan . suuremman massasiirron hapen ja hapetettavien jätekompo- nenttien välillä tehokkaampaa märkähapetusreaktiota varten. Soikiomaisen putkimaisen kierukan ylöspäin ulottuvat 30 eli ylösnousevat osat sisältävät lisäetuja. Kaasumainen vaihe nousee näissä osissa nopeamassa tahdissa kuin neste, ja kiinteät ainesosat liikkuvat hitaimmin painovoiman vaikutuksen johdosta. Tämän ansiosta saavutetaan parempi sekoittuminen ja lämmönsiirto, jolloin suspendoidut kiinteät 35 ainesosat "sykkivät" ylösnousevissa osissa kaasukuplien vaikutuksen alaisina.

f ^ Q

11 '

Putkimaiset osat, joiden kautta reaktanssien virtaus tapahtuu yleensä vaakasuorasti, so. "silmukoiden” ylä- ja pohjamutkissa, ovat vähennettyjä. Uskotaan, että näiden yleensä vaakasuorien osien kautta kulkeva reaktans-5 sien virtauskuvio alentaa järjestelmän tehokkuutta aiheuttamalla neste- ja höyryvaiheiden suuremmat kerrostumat vähentäen siten massansiirtonopeuksia ja saattamalla reak-tanssit pulppuilemaan niiden kulkiessa järjestelmän kautta. Siten esillä oleva keksintö saa lisäksi aikaan yllät-10 täviä parannuksia järjestelmän massansiirto-ominaisuuksissa ja virtausvakavuudessa. Tässä yhteydessä käytetty käsite "soikiomainen" merkitsee putkimaisen reaktorin muotoa, oli kyseinen "ellipsoidi" sitten suljettu tai avoin. Siten putkimainen reaktioastia sisältää yleensä pystysuoraan 15 ulottuvat sivuosat, jotka määrittävät ylösnousevat ja alasmenevät osat, sekä yleensä vaakasuorat osat. Putkimainen muoto voi tällöin olla kiemurteleva tai kierukkamai-nen.

Esillä olevan keksinnön mukainen johdin, joka muo-20 dostaa yleensä soikiomaisen putkimaisen kierukan, voi sisältää yksinkertaisen putken tai vaihtoehtoisesti yleensä samakeskisen putkiyhdistelmän, jonka keskellä on reikä eli sisäänvirtauskanava, rengasmaisen eli ulosvirtauskanavan ympäröidessä sitä. Yleensä samakeskisesti asetetuilla put-25 kiila on se lisäetu, että sisäputken seinä voi olla suhteellisen ohut putkien välisen pienen paine-eron ansiosta, mikä parantaa lämmönsiirtoa. Laitteen sisältämien put- ____ kitaitteiden tai kaarien "kierukkavoima" lisää sen kestä- vyyttä jätteenkäsittelyn aikana syntyviä sisäisiä painei-• · 30 ta vastaan, jotka voivat olla yli 140,6 kg/cm2 (2000 psi).

Reaktiolaitteen kaarevat osat aiheuttavat myös sekundäärisen virtauksen reaktansseissa, jonka uskotaan esiintyvän "kaksoisspiraalin" muodossa. Tämä sekundäärinen virtaus sekoittaa edelleen reaktansseja yhteen kiihdyttäen siten 35 märkähapetusreaktiota. Kuten edellä on todettu, muodosta- 12 ^ " o vat laitteen pääasiassa pystysuorat osat alasmenevät ja ylösnousevat sisäänvirtausosat. Sulku- ja tulppavirtausku-viot, joita halutaan putkireaktioiden yhteydessä, saavutetaan näissä pystysuorissa sisäänvirtausosissa suuremmassa 5 määrin kuin kiertokierukan sisältävässä laitteessa.

Tämä esillä olevan keksinnön suositeltava sovellu-tusmuoto voi myös sisältää lämmönvaihtimena toimivan säi-liöastian, joka osittain tai kokonaan ympäröi esillä olevan keksinnön mukaista soikiomaista reaktiolaitetta. Tämä 10 säiliöastia voi myös olla jaettuna väliseinillä sarjaan kammioita, joissa reaktiolaitteen yksi tai useampi silmukka sijaitsee. Säiliöastia voidaan täyttää lämpöä vaihtavalla väliaineella, kuten öljyllä tai vedellä, lämmön johtamiseksi osiin jaettuun reaktiokierukkaan tai pois siitä, 15 tai myös uunia voidaan käyttää. Lämpö voidaan johtaa reaktiokierukkaan lämmönvaihtonesteen avulla käyttöönoton yhteydessä ja poistaa sitten reaktiokierukasta itsensä ylläpitävän eksotermisen reaktion saavuttamisen jälkeen.

Esillä olevan keksinnön soikiomaisen reaktiokieru-20 kan tai kiemurtelevan putken yhteydessä käytetään menetelmää, jossa palavaa materiaalia, kuten yhdyskuntajätettä, sisältävä neste johdetaan virtaamaan tämän keksinnön mukaisen soikiomaisen kierukan tai kiemurtelevan putken muotoisen reaktiolaitteen kautta sisääntulevana jätevirtauk-‘ ; 25 sena. Jätteeseen lisätään saatavissa olevaa happea esimer- — kiksi ilman, hapella rikastetun kaasun tai puhtaan hapen muodossa. Hapetetun jätenesteen lämpötilaa ja painetta nostetaan itsensä ylläpitävän eksotermisen hapetusreaktion synnyttämiseksi reaktiolaitteen sisällä. Reaktiotuotteet 30 johdetaan virtaamaan ulos reaktiolaitteesta lähtevänä jä-tevirtauksena. Märkähapetusreaktio optidoidaan aiheutta-maila sekä sulku- että tulppavirtaus pystysuorissa ylösnousevissa sekä alasmenevissä osissa sekä reaktanssien sekundäärinen virtaus kierukan kaarevissa osissa. Höyryvai-35 heen saostusaika lisääntyy kierukkareaktiolaitteen pää- i 13 ''· > 7' 2 asiassa pystysuorissa alasmenevissä osissa. Reaktanssien pulppuaminen järjestelmässä minimoidaan lyhentämällä kie-rukkayhdistelmän yleensä vaakasuoria osia sekä käyttämällä pääasiassa pystysuoria ylösnousevia ja alasmeneviä 5 osia. Kääntösuhde myös lisääntyy huomattavasti, jolloin voidaan saavuttaa sekä alhaisempi että korkeampi välityskyky kuin kiertokierukan sisältävässä reaktiolaitteessa.

Tämän keksinnön mukainen suositeltava "soikiomai-nen ja kiemurteleva" sovellutusmuoto voidaan asettaa uu-10 niin tai krakkausyksikköön, niin että soikiomainen kiemurteleva putki ulottuu uunirungon ympäri ja sitä kuumennetaan esimerkiksi lämpösäteilyn avulla. Kuumennusyksikkö voi sisältää esikuumentimen, kuten savupiipussa olevan kierukkamaisen osan, ja kuumentimen polttoaineena voi olla 15 kaasu, kuten metaani, jonka jäte synnyttää erillisen reaktion avulla.

Palavan materiaalin ja hapen pitoisuuksia sekä järjestelmään lisätyn tai siitä poistetun lämmön määrää voidaan valvoa jätteen yleisreaktion säätämiseksi, mukaanlu-20 kien sen ajan säätö, joka vaaditaan jätteen täydellistä hapettamista varten, sekä reaktiolämpötilojen säätö reak-tiokierukan pituuden eri kohdissa. Esillä olevan keksinnön mukaisen samakeskisen putkiyhdistelmän yhteydessä reaktiota voidaan valvoa siten, että reaktio jatkuu ulosvirtaus-25 kanavassa tai -renkaassa, joka toimii lämmönvaihtimena sisäänvirtauskanavan kanssa tulevan jätevirtauksen kuumentamiseksi edelleen.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen edulliset suoritusmuodot ilmenevät epäitsenäisistä patenttivaatimuk-30 sista 2 - 6 ja 8 - 11.

Esillä olevan keksinnön nämä ja muut edut ja ominaispiirteet käyvät yksityiskohtaisemmin ilmi seuraavasta selostuksesta oheisiin patenttivaatimuksiin ja piirustuksiin viitaten, joissa: , - 7 ') 14 ' '' ' *-

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön mukaista reaktiojärjestelmää, joka sisältää osastoihin jaetun säiliöastian;

Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista 5 reaktiojärjestelmää, joka käsittää sisäkkäisten putkien muodostaman kierukkarakenteen;

Kuvio 3 esittää osittaisena perspektiivikuvana tätä sisäkkäisten putkien muodostamaa kierukkarakennetta;

Kuvio 4 esittää kaaviomaisesti reaktiojärjestel-10 mää, jossa säiliöastiaan on asetettu paineenalaista läm-mönvaihtonestettä;

Kuvio 5 esittää kaaviomaisesti reaktiojärjestelmää varustettuna paineohjauksella höyrypainetilan muodostamiseksi lämmönvaihtonesteen yläpuolelle säiliöastiässä; 15 Kuvio 6 esittää kaaviomaisesti kondensaattorin tai ilmanvaihtimen lisäämistä lämpötilan vaihtamiseksi ulos-ja sisäänvirtauksen välillä;

Kuvio 7 esittää kaaviomaisesti reaktiojärjestelmää sisältäen moninkertaiset suihkutus- tai poistokohdat put-20 kimaisen kierukan pituudella;

Kuvio 8 esittää kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön mukaista reaktiokierukkaa;

Kuvio 9 esittää kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön yksinkertaista pystysuoraa kierukkaa; .17 25 Kuvio 10 esittää kaaviomaisesti esillä olevan kek sinnön mukaista reaktiojärjestelmää, joka sisältää osas-töihin jaetun säiliöastian;

Kuvio 11 esittää osittaista perspektiivikuvaa esillä olevan keksinnön mukaisesta samakeskisten putkien muo-- · 30 dostamasta yhdistelmästä;

Kuvio 12 esittää sivukuvantona esillä olevan keksinnön samakeskisten putkien muodostaman yhdistelmän mukaisen sovellutusmuodon liitinpään poikkileikkausta;

Kuvio 13 esittää kaaviomaisesti esillä olevan kek-35 sinnön reaktiojärjestelmää, joka sisältää samakeskisten . putkien muodostaman yhdistelmän; i 15

Kuvio 14 esittää kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön mukaista reaktiojärjestelmää, joka sisältää moninkertaiset kohdat reaktiokierukan pituudella reaktanssien ja tuotteiden syöttöä ja poistoa varten; 5 Kuvio 15 esittää kaaviomaisena sivukuvantona tämän keksinnön soikiomaista serpentiinimäistä sovellutusmuotoa;

Kuvio 16 esittää kaaviomaisena sivukuvantona reaktiojär jestelmää, jossa käytetään muodoltaan soikiomaista kiemurtelevaa reaktiosäiliötä; 10 Kuvio 17 esittää yläkuvaa kuvion 16 mukaisesta reaktioj ärj estelmästä.

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön mukaista maanpäällistä reaktiojärjestelmää 10. Jätteen tulovirtaus eli ensimmäinen reaktanssi johdetaan 15 kulkemaan tiehyen 12, lämmönvaihtimen 14 ja tiehyen 16 kautta säiliöastian 20 sisällä olevaan pitkään putkimaiseen kierukkaan 18. Toinen reaktanssi voidaan lisätä tähän jätteen tulovirtaukseen tiehyen 22 välityksellä. Jos reaktiojärjestelmää 10 halutaan käyttää laimennettua or-20 gaanista jätettä sisältävän jätteen tulovirtauksen märkä-hapetukseen, suihkutetaan ilmaa tai puhdasta happea tähän jätevirtaukseen tiehyen 22 kautta.

Kuten kuviosta 1 näkyy, on säiliöastia 20 jaettu väliseinillä sarjaan peräkkäisiä osastoja, jotka on pää-25 asiassa täytetty lämmönvaihtonesteellä 24. Neste 24 pumpataan varastosäiliöstä 26 johdon 28 välityksellä säiliöastian 20 yksittäisiin osastoihin. Sulkemalla johdossa 28 oleva venttiili 30 ja avaamalla venttiilit 43 ja 34 neste 24 suunnataan kulkemaan johdon 36 läpi lämmönvaihtimeen • 30 38, missä se kuumennetaan alkulämpötilaan, joka sallii reaktion syntymisen putkimaisessa kierukassa 18 olevassa jätevirtauksessa. Kuumennettu neste 24 lähtee lämmönvaih-timesta 38 johdon 40 kautta ja palaa säiliöastiaan 20 johdon 28 välityksellä. Voi vaihtoehtoisesti olla tarpeen 35 poistaa lämpöä nesteestä 24 sen jälkeen kun reaktio putki- ie ;; 7 2 maisessa kierukassa 18 on tullut autogeeniseksi. Tässä tapauksessa nestettä 24 voidaan kierrättää johtoon 44 asetetun lämmönvaihtimen läpi sen jäähdyttämiseksi haluttuun lämpötilaan.

5 Säiliöastian 20 kunkin osaston sisältämän nesteen 24 tasoa voidaan valikoivalla tavalla valvoa käyttämällä mitä tahansa venttiileistä 42 nesteen 24 tyhjentämiseksi johdon 44 kautta varastosäiliöön 26. Lisäksi, jos neste 24 saavuttaa kiehumislämpötilan, voidaan paineistettua höyryä 10 päästää mistä tahansa paineenkevennysjohdosta 46 tai höyry voidaan kierrättää kondensaattoriin palautusta varten järjestelmään.

Vaikka kuvion 1 esittämä lämmönvaihtoaine 24 onkin nestettä, voidaan käyttää myös kaasumaista tai höyrymäis-15 tä lämmönvaihtoainetta. Kaasumaista lämmönvaihtoainetta käytettäessä tuuletin tai puhallin liitetään järjestelmään varastosäiliön 26 kohdalle.

Kun jätevirtaus on reagoinut putkimaisessa kierukassa 18, se kulkee johdon 48 kautta erottimeen 50, jossa 20 höyryn ulosvirtaus poistuu johdon 52 kautta ja nesteen ulosvirtaus johdon 54 kautta vaihtimeen 14. Nesteen ulosvirtauksen kulkiessa vaihtimen 14 kautta sen lämpötilaa käytetään kuumentamaan tai jäähdyttämään myös sen kautta kulkevaa jätteen tulovirtausta.

··' 25 Laimennettua orgaanista jätettä käsiteltäessä reak- — tiojärjestelmässä 10 pumpataan nestemäisen jätteen tulo- virtaus putkimaiseen kierukkaan 18 noin 84,37 - 140,6 kg/cm2:n (1200-2000 psi) paineessa yhdessä kaasun, kuten ilman tai hapen kanssa, joka lisätään johdon 22 välityk-30 sellä. Kaasun ja nesteen virtausnopeudet säädetään aiheuttamaan kaksivaiheisen jätevirtauksen sulku- tai puristus-virtaus putkimaisen kierukan 18 läpi, jolloin reaktanssit sekoittuvat perusteellisesti. Reaktanssit kuumennetaan kierukassa 18 lämpötilaan, joka johtaa jätevirtauksen ha-35 pettumiseen, tämän lämpötilan ollessa yleensä välillä 149 17 f ' ' _ 9 ' C.

- 316 °C (300 - 600 "F). Siten reaktio kierukassa 18 tapahtuu korkean paineen, korkean lämpötilan ja jätevirtauk-sen kaksivaiheisen sulkuvirtauksen muodostamien yhdistettyjen olosuhteiden alaisena.

5 Tämä järjestelmä tarjoaa käyttöön ohutseinäisen reaktiosäiliön, so. putkimaisen kierukan 18, sisältämät edut, tämän kierukan mahdollistaessa pituutensa ansiosta tarpeellisen saostusajan reaktansseille reaktiovyöhykkeel-lä halutun hapetusmäärän saavuttamista varten. Reaktiota 10 varten, vaadittavat korkea lämpötila ja paine sisältyvät ohutseinäiseen putkikierukkaan, mikä on odottamatonta, koska tämäntyyppiset reaktiot on yleensä toteutettu erittäin paksuseinäisissä painesäiliöissä. Tämä ominaispiirre alentaa huomattavasti laitteiston pääomakustannuksia. Li-15 säksi reaktanssien sulku- tai puristusvirtaus putkimaisen kierukan eli reaktiosäiliön 18 kautta parantaa kemiallisten reaktanssien sekoittumista, koska kierukan kaarevuus pyrkii aiheuttamaan sekundäärisen virtauksen nesteessä, niin että neste pyrkii kulkemaan spiraalia pitkin kieru-20 koiden sisäpinnoilla sekoittuen siten perusteellisemmin kaasuvaiheen kanssa. Lisäksi, koska putkimaisen kierukan 18 muodostama reaktiosäiliö on läpimitaltaan monta kertaa tunnettuja reaktiosäiliöitä pienempi, jotka toimivat samoilla lämpötila- ja painealueilla, paranee hapetusproses-25 sin tehokkuus, sillä reaktansseilla on vain pieni mahdollisuus ohittaa hapetusreaktio.

Kuten voidaan ymmärtää selostetun reaktiojärjestel-män nestedynamiikan perusteella, sekoittuu nopeudeltaan sulku- tai puristusvirtauksen aikaansaamiseen riittävä 30 nesteen, kaasun tai kiinteiden ainesten samanaikainen virtaus perinpohjaisesti eri ainesosiltaan, mikä on tärkeää .. . kemiallisten reaktioiden, kuten märkähapetuksen, yhteydes sä. Matalista keskimääräisiin nopeuksiin asti kuplavir-tausta seuraa vaahdotusvirtaus. Suurempien massavirtauk-: 35 sien yhteydessä virtaukset muuttuvat vastaavasti sulkuja ie ::-2 tulppavirtauksiksi. Tämän keksinnön mukaisessa kaikkein suositeltavimmassa menetelmässä ja laitteessa neste ja liuenneet kiinteät ainesosat erotetaan toisistaan erillisten kaasutulppien avulla, mikä aiheuttaa takasekoituk-5 sen ja saa aikaan läheisemmän sykkivän kosketuksen neste-ja kaasuvaiheiden välille. Lisäksi tulppavirtaus tapahtuu suuremmalla nopeudella. Putkessa oleva mutka tai kaarre erottaa vaiheet toisistaan. Mutka voi aiheuttaa kuplien yhteensulautumisen tulppien muodostamiseksi ja erottaa 10 toisistaan mukana seuraavat pisarat rengasmaisessa virtauksessa. Kierukan kaarevuus suositeltavassa sovellutus-muodossa aiheuttaa myös sekundäärisen virtauksen nesteessä kaksoisspiraalin muodossa. Kuten edellä on selostettu, neste seuraa mukana sisäpinnalla tapahtuvassa virtaukses-15 sa. Suositeltava vaakasuora kierukka tulppavirtauksen yhteydessä saa siten aikaan perusteellisen ja läheisen kosketuksen neste- ja kaasuvaiheiden välillä sallien samalla suhteellisen korkeat nopeudet.

Kuten edellä on jo mainittu, on reaktiokierukka 20 sopivimmin ohutseinäinen. Aikaisemmin tunnetuissa paineistetuissa maanpäällisissä reaktiosäiliöissä tällaisen säiliön seinäpaksuus on noin 15,25 cm (kuusi tuumaa) reak-tiopaineen ja säiliöpaineen muutosten kestämistä varten. Reaktiosäiliön läpimitta voi olla 18,3 - 3,05 m (6 - 10 25 jalkaa) sarjatyyppisen reaktion tekemiseksi kaupallisesti mahdolliseksi. Tämän keksinnön mukainen putkimaisen kierukan muodostama reaktiosäiliö voi esimerkiksi olla läpimitaltaan noin kaksi tuumaa sisältäen noin 30,5 - 244 cm/s (1-8 jalkaa/s) olevan virtauksen noin 140,6 kg/cm2:n 30 (2000 psi) paineessa ja lämpötilassa 288 °C (550 °F). On selvää, että sisäputken läpimitta voi olla tuuma tai pie-!'·'· nempi noin 15,25 cm: iin (kuuteen tuumaan) asti suositelta- . : van tulppatai sulkuvirtauksen tullessa ylläpidetyksi. Tyy

pillisen reaktion yhteydessä kaasuvaihe muodostaa noin 35 30 % tilavuudesta, reaktiolämpötila on noin 260 - 316 °C

f ' r: ·7 o 3.9 (500 - 600 °F) ja paine noin 140,6 kg/cm2 (2000 psi). Putki on sopivinta valmistaa saumattomasta nikkeli- tai titaani-seoksesta. Esimerkiksi saumattoman nikkeliseosputken ulko-läpimitta voi olla 6,03 cm (2,375 tuumaa), sisäläpimitta 5 4,57 cm (1,8 tuumaa) ja seinäpaksuus 0,73 cm (0,287 tuu maa). Tulppavirtaus ylläpidetään tässä putkessa määrätyissä lämpötiloissa ja paineissa virtausnopeudella noin 45,7 - 244 cm/s (1,5 - 8 jalkaa/sekunnissa).

Kuvioon 1 taas viitaten esillä oleva keksintö sal-10 lii erilaisten lämpötilagradienttien kohdistamisen putki maisen kierukan 18 peräkkäisiin osiin. Koska säiliöastia 20 on jaettu osastoihin, voidaan kussakin osastossa olevan lämmönvaihtonesteen 24 lämpötilaa säätää haluttaessa ylös- tai alaspäin. Tämä mahdollistaa putkimaisen kieru-15 kan 18 kussakin osassa tapahtuvan reaktionopeuden hienosäädön. Lisäksi kussakin osastossa oleva neste 24 voidaan säätää eri tasoille nesteeseen upotetun kierukan 18 suhteen, joka myös määrittää kemiallisen reaktionopeuden kussakin osastossa olevaan kierukkaosaan vaikuttavan ulkoisen 20 lämpötilagradientin muutosten seurauksena.

Kuviot 2 ja 3 esittävät vaihtoehtoista sisäkkäistä putkirakennetta putkimaista kierukkaa 18 varten käsittäen kaksi yleensä samakeskistä putkea 56 ja 58. Jätevirtauksen vastavirtauksen sallimiseksi on putken 56 pää (so. putken 25 56 oikeanpuoleinen pää kuvion 2 mukaisesti katsottuna) asetettu etäisyyden päähän sisäänpäin putken 58 päästä, joka on suljettu. Sisäänvirtaava kaksivaiheinen jätevir-taus kulkee sisäputken 56 läpi ja palaa takaisin sisäput-ken 56 ulkokehän ja samakeskisen eli ympäröivän ulkoputken 30 58 sisäkehän väliin muodostetun renkaan sisällä. Tämä jär jestely sallii vastavirtalämmönvaihdon putkessa 56 olevan jätevirtauksen ja putkessa 58 kulkevan paluuvirtauksen välillä, jolloin lämmönvaihtoneste 24 tulee tarpeettomaksi. Tätä järjestelyä voidaan erityisin hyvin soveltaa 35 reaktanssien käsittelyyn autogeenisessa toimintakohdassa 20 ' 2 tai sen läheisyydessä, jolloin lämmön syöttöä tai poistoa ei tarvita säiliöastiassa 20. Esimerkiksi sisäputken 56 kautta kulkevien reaktanssien pitoisuus voidaan säätää ennakolta sellaiseksi, että ennalta määrätty määrä kemial-5 lista reaktiota ja reaktiolämpöä syntyy sinä aikana, joka kuluu siihen, että jätevirtaus saavuttaa putken 56 pään. Tämä kemiallinen reaktio jatkuu sitten reaktanssien palatessa putkien 56 ja 58 olevan renkaan sisällä sallien siten paluujätevirtauksessa esiintyvän reaktiolämmön siirtä-10 misen putken 56 kautta tulevan jätevirtauksen kuumentamista varten. Lisäksi tämä sisäkkäinen putkimainen rakenne mahdollistaa nousuaikaisen reaktionopeuden verrattuna kuvion 1 yhteydessä selostetun osastoihin jaetun säiliöas-tian aiheuttamaan enemmän askelfunktion kaltaiseen reak-15 tionopeuteen.

Kuvioon 4 viitaten se esittää myös putkikierukan 18 sisältävää säiliöastiaa 20. Kierukka 18 on upotettu läm-mönvaihtonesteeseen 24 kuten edellä, mutta neste 24 on asetettu paineenalaisena säiliöastian 20 sisään. Käyttö-20 prosessin aloittamiseksi pumppu 60 syöttää nestettä 24 johdon 62 kautta kuumentimeen 64, nesteen palatessa sen jälkeen johdon 66 kautta kuumennetussa tilassa säiliöas-tiaan 20. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää kuumennuskie-rukkaa 68, vaippaa tai suoraa höyrysuihkutusta nesteen 24 :· 25 lämpötilan kohottamiseksi. Kun reaktiojärjestelmä toimii autogeenisesti reaktanssien putkimaisen kierukan 18 sisäl- ____ lä tuottaman lämmön ansiosta, ei kuumenninta 64 tai kuu- mennuskierukkaa 68 tarvitse käyttää. Itse asiassa voi olla . tarpeellista poistaa lämpö nesteestä 24 sulkemalla vent- 30 tillit 70 ja 75 ja avaamalla venttiilit 72 ja 73 sekä pumppaamalla neste 24 jäähdyttimen 74 läpi ja palauttamalla jäähdytetty neste takaisin säiliöastiaan 20.

Kuvion 5 mukaisesti paineensäätöventtiiliä 76 käytetään säätämään säiliöastiassa 20 olevan nesteen 24 ylä-··. 35 puolella olevan höyrytilan 78 paine. Putkimaisessa kieru- 21 r:.;;"2 kassa 18 olevien reaktanssien reaktiolämpö aiheuttaa nesteen 24 kiehumisen, mikä lisää sen yläpuolella tilassa 78 olevan höyryn painetta. Kun paine tulee liian suureksi, venttiili 76 päästää ulos liikahöyryn johdon 80 kautta 5 kondensaattoriin 82 ja lauhdutettu neste palaa takaisin säiliöastiaan 20 johdon 84 välityksellä.

Kuvio 6 esittää reaktiojärjestelmää 10 sisältäen lisäksi kondensaattorin tai vaihtimen 86, niin että lämpötilan vaihtoa tapahtuu ulosmenevän ja sisääntulevan vir-10 tauksen välillä johtojen 48 ja vastaavasti 16 kautta.

Tämän ansiosta voidaan käyttää pienempää höyrynkäsittely-järjestelmää, koska vesihöyryn määrä höyryn ulosvirtauksessa on vähentynyt. Koska myös nesteen lämpötila johdossa 49 on alentunut, vähentää tämä huomattavasti erottimen 50, 15 venttiilin 87 ja lämmönvaihtimen 14 kokoa ja kustannuksia.

Kuten kuviosta 7 näkyy, mahdollistaa pitkän putkimaisen kierukan 18 käyttö reaktiosäiliönä moninkertaisten reaktanssien suihkutus- tai poistokohtien käyttöönoton putkimaisen kierukan pituudella. Kaasumaisia, nestemäisiä 20 tai kiinteitä reaktansseja voidaan lisätä moninkertaisissa kohdissa putkimaisen kierukan 18 pituudella, kuten suihkutuskohdissa 88 ja 90. Lisäksi kaasua, nestettä tai kiinteitä ainesosia voidaan poistaa erilaisissa kohdissa, kuten 92 ja 94. Tällaiset moninkertaiset suihkutuskohdat 25 mahdollistavat tuoreiden reaktanssien lisäämisen, kun esimerkiksi jätevirtausta on kuumennettu reaktion avulla parantaen siten sen yleistä reaktiokykyä ja kapasiteettia. Kaasumaisten tai kiinteiden reaktiotuotteiden poisto väli-kohdissa putkimaisen kierukan pituudella sallii esimerkik-30 si jätevirtausnopeuden vähentämisen poistokohdasta ala-virtaan lisäten siten jäijelläolevien reaktanssien saos-tusaikaa.

Pituudeltaan noin 1,609 m (yhden mailin) mittainen putkimainen kierukka muodostaa erinomaisen säiliön korkean 35 paineen ja lämpötilan alaista reaktiovirtausta varten es- ' '' ''’*7 0 22 " ' ' *· täen sen pakenemisen ilmakehään. Tällainen pitkä putkimainen kierukka on lisäksi erittäin sopiva lämpötilavalvon-taa varten, kuten edellä on selostettu, sallien lämmön jatkuvan syötön, autogeenisen toiminnan ja lämmön jatkuvan 5 poiston. Putkimaista kierukkaa 18 säiliöastiassa 20 ympäröivä neste voi sisältää höyrymäisiä, nestemäisiä tai kaasumaisia lämmönvaihtonesteitä. Lisäksi reaktiolämpötilan muodostamiseen tarvittava alkulämpö voidaan sopivalla tavalla synnyttää suihkuttamalla höyryä suoraan putkimaisen 10 kierukan 18 sisään. Tällainen höyrysuihkutus voidaan tehdä ennen reaktanssien johtamista putkimaiseen kierukkaan 18. Putkimainen kierukka 18, ja yksityiskohtaisemmin tarkasteltuna, kuvioiden 2-3 mukainen sisäkkäinen putkiraken-ne, tai kuvion 7 mukainen moninkertainen suihkutus/poisto-15 järjestely, mahdollistaa autogeenisen toiminnan ilman lämmön syöttö- tai poistotarvetta, koska lämpötilaa voidaan valvoa vaihtelemalla reaktanssien pitoisuutta.

Kuvioon 8 viitaten siinä on esitetty kaaviomaises-ti keksinnön erään toisen sovellutusmuodon mukainen "soi-20 kiomainen" reaktiolaite 120 sisältäen johdon 122, joka muodostaa sarjan yleensä soikiomaisia osia tai silmukoita 124, joista yksi on esitetty kuviossa 9. Kukin silmukka 124 sisältää pääasiassa pystysuoran ylösnousevan osan 126 ja vastaavan pääasiassa pystysuoran alasmenevän osan 128. 25 Vaikka kunkin silmukan 124 muoto onkin yleensä soikiomai-nen tai pseudosoikiomainen, on suositeltavaa, että osat 126 ja 128 ovat pääasiassa pystysuoria esillä olevan keksinnön mukaisen halutun virtauskuvion ja saostusaikojen saavuttamiseksi. Kunkin silmukan 124 soikiomainen muoto 30 minimoi lisäksi reaktanssien vaakasuoraa virtausta minimoimalla kaarevien osien 130 pituuden, vain kahden tällaisen kaarevan osan ollessa esitettynä kuviossa 9 yksinkertaisuuden vuoksi. Kuten esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän selostuksesta yksityiskohtaisemmin ilmenee, li-35 säävät reaktorikierukan 120 pystysuora ylösnouseva osa 23 «-72 126, alasmenevä osa 128 ja kaarevat osat 130 reaktanssien sekoittumista. Kaarevat osat 130 lisäävät myös reaktio-kierukan 120 rakenteellista yhtenäisyyttä silmukan taivutuslujuuden johdosta.

5 Johtona 122 on sopivimmin putki, jonka sisäläpi- mitta on noin 0,9525 - 15,25 cm (0,375 - 6,0 tuumaa), edullisesti 0,9525 - 5,08 cm (0,375 - 2 tuumaa). Esillä olevan keksinnön mukainen parantunut reaktiotehokkuus mahdollistaa suuremman jätemäärän käsittelyn pienemmässä ti-10 lassa. Joidenkin sovellutusten yhteydessä voi olla suotavaa käyttää sisäläpimitaltaan tämän suositeltavan alueen ulkopuolella olevaa johtoa 122. Johdon 122 seinät ovat ohuempia kuin tavanomaisessa putkimaisessa reaktiolait-teessa sen lisääntyneen kestävyyden johdosta, joka aiheu-15 tuu johdon 122 muodostamisesta kierukaksi. Johdon 122 seinät voivat olla paksuudeltaan noin 0,0762 - 0,635 cm (0,03 - 0,025 tuumaa) toteutettavan reaktion tarkasta luonteesta, johdon 122 tilavuudesta ja johdon 122 valmistamiseen käytettyjen materiaalien lujuudesta riippuen. Sopivana 20 materiaalina johtoa 122 varten voidaan mainita ruostumaton teräs ja tietyt titaaniseokset. Alaan perehtyneet henkilöt tuntevat myös muita sopivia materiaaleja tätä tarkoitusta varten. Saumattomat nikkeli- tai titaaniseosteräkset ovat erityisen käyttökelpoisia erinomaisen korroosionkestävyy-25 tensä ansiosta.

On tärkeää, että reaktiokierukka 120 suunnataan siten, että soikion pääläpimitta tai pääakseli on pääasiassa pystysuorassa. Kunkin kuviossa 9 näkyvän silmukan korkeus "H" on sopivimmin noin 152,5 - 610 cm (5 - 20 jalkaa), 30 erityisesti 185 - 305 cm (6 - 10 jalkaa). Koehavainnot .. . osoittavat, että alle 122 cm:n (neljän jalan) pituisilla pystysuorilla osilla on vain vähäinen edullinen vaikutus. Sekä ylösnouseva osa 126 että alasmenevä osa 128 käsittävät noin 75 prosenttia tai enemmän kunkin silmukan 124 35 kokonaiskorkeudesta. Tämä on välttämätöntä suotuisan vir-

< η ·7 7 O

o > / il 24 tauskuvion, saostusaikojen ja pulppuamisvalvonnan saavuttamiseksi esillä olevan keksinnön mukaisesti sekä alas-menevän osan 128 kuivumisen estämiseksi. Kaarevien osien 130 on oltava kyllin lyhyitä pääasiassa vaakasuoran vir-5 tauksen eliminoimiseksi muodostamatta jyrkkää mutkaa, joka supistaisi huomattavasti virtausta tai aiheuttaisi tukkeutuman. Siten kuviossa 9 kirjaimella "L" merkityn kunkin kaarevan osan 130 pituuden olisi sopivimmin oltava vähemmän kuin noin 60,1 cm (kaksi jalkaa). Muut mitat voidaan 10 valita sopivalla tavalla noudattaen tarkasti esillä olevan keksinnön mukaisia periaatteita.

Johdon 122 pituuden määrittää taas toteutettavan reaktion tyyppi sekä reaktioparametrit kuten lämpö ja reaktioaika. Yhdyskuntajätteiden käsittelyä varten märkä-15 hapetusmenetelmän avulla johdon 122 pituus on sopivimmin noin 305 - 1830 m (1000 - 6000 jalkaa). Tämä takaa sen, että suuri lietemäärä voidaan pääasiassa täysin hapettaa kierukassa 122 seosvirtauksen hyväksyttävällä nopeudella. Reaktiokierukan 120 muodostavien silmukoiden 124 määrän 20 määrittävät silmukoiden 124 edelläselostetut mitat ja johdon 122 pituus. Vaikka reaktiokierukka 120 on tarkoitettu maanpäällistä reaktiolaitetta varten ja se on siten suhteellisen helposti kannettava laite, niin voi olla edul-lista asettaa reaktiokierukka 120 maanpinnan alle säilyt-25 täen tietenkin silmukoiden 124 pystysuora suunta.

Kuvio 10 esittää esillä olevan keksinnön mukaista reaktiojärjestelmää 132, jossa esimerkiksi laimennetun yhdyskuntajätteen sisältävä paineistettu tulojätevirtaus suihkutetaan kanavaan 134 ja johdetaan virtaamaan kuumen-30 nuslaitteen 136 kautta, jona voi toimia esimerkiksi kaasu-- tai sähkökuumennin. Tuleva jätevirtaus kuumennetaan noin '..I 149 eC:seen (300 eF) lämpötilaan, mikä lisää huomattavasti sen reaktionopeutta hapen kanssa märkähapetuksen aikana. Kuumennetun jätevirtauksen lähtiessä kuumennuslaitteesta : : 35 136 se johdetaan virtaamaan kanavan 138 kautta reaktiokie- • · » · * *L- 25 rukkaan 140, joka, kuten edellä on selostettu, sisältää pystysuoran yleensä soikiomaisen rakenteen. Voi olla suotavaa eristää kanava 138 lämpöenergian säilyttämiseksi.

Kuumennetun jätenestevirtauksen kulkiessa kanavan 5 138 kautta siihen syötetään käytettävissä olevaa happea kaasunsyöttöjohdon 142 välityksellä. Happi toimii toisena reaktanssina märkähapetusjärjestelmässä, jätenestevirtauksen palavien osien muodostaessa ensimmäisen reaktanssin. Hapen syöttönopeutta valvotaan yleensä ja siten reaktiota 10 voidaan säätää lisäämällä tai vähentämällä jätevirtaukseen syötetyn hapen määrää. Ilma, puhdas happi tai hapella rikastettu kaasu voivat toimia sopivina happilähteinä tätä tarkoitusta varten. Joidenkin sovellutusten yhteydessä voi olla suositeltavaa suihkuttaa happi jätenesteeseen 15 muulla tavoin kuin syöttöjohdon 142 kautta tai moninkertaisissa suihkutuskohdissa.

Kuten kuviosta 10 näkyy, on reaktiokierukka 140 asetettu säiliöastiaan 144, jossa on joukko kammioita, kunkin tällaisen kammion sisältäessä reaktiokierukan 140 20 yksinkertaisen silmukan. Muitakin järjestelyjä voidaan käyttää asettamalla useampi silmukka kuhunkin osastoon. Eräässä vaihtoehtoisessa järjestelyssä (ei näy) reaktio-kierukan 140 ylösnousevat osat on asetettu ensimmäiseen osastosarjaan ja alasmenevät osat toiseen osastosarjaan. 25 Tämä lisätty reaktiovalvonta voi olla suotavaa joissakin tapauksissa.

Säiliöastia 144 mahdollistaa lämmönvaihdon eksotermisen märkähapetusreaktion alaisen nestevirtauksen ja säiliöastiaan 144 varastosäiliöstä 148 johdon 150 kautta pum-30 patun lämmönvaihtoaineen 146 välillä. Haluttaessa voidaan lämmönvaihtoaine 145 kuumentaa sulkemalla venttiili 152 ja avaamalla venttiilit 154 ja 156, jolloin lämmönvaihtoaine 146 kulkee johdon 158 kautta lämmönvaihtimeen 160 ja sen jälkeen takaisin johtoon 150 johdon 162 välityksellä. 35 Vaihtoehtoisesti voi olla tarpeen tai suotavaa joissakin 26 r ί γι <-? η O 'J / ! Ζ.

tapauksissa poistaa lämmönvaihtoaineesta 146 se lämpö, jonka se saa reaktiokierukasta 140 eksotermisen märkähape-tusreaktion aikana. Tämä voidaan suorittaa useilla eri tavoilla esillä olevassa järjestelmässä, kuten kääntämällä 5 lämmönvaihtoaineen 146 virtaus päinvastaiseksi tai käyttämällä lämmönvaihdinta (ei näy) yhdessä varastosäiliön 148 kanssa. Lämmönvaihtoaine voidaan palauttaa varastosäiliöön 148 johdon 149 kautta.

Lämmönvaihtoaineen 146 määrää tai tasoa säiliöas-10 tiassa 144 voidaan säätää venttiilien 164 välityksellä, jotka on otettu mukaan tähän sovellutusmuotoon lämmönvaihtoaineen 146 tason valikoivaa valvontaa varten säiliöas-tian 144 kussakin osastossa. Paineenkevennysventtiilit 166 ovat myös käytössä ja ne on esitetty säiliöastian 144 15 päälle asetettuina. Paineenkevennysventtiilit 166 sallivat myös höyryn poiston, jota voi muodostua jos lämmönvaihtoaine 146 kiehuu toiminnan aikana. Lämmönvaihtoaine 146 voi sisältää nesteen, kuten öljyn, tai kaasumaisen aineen. Sovellutuksissa, joissa lämmönvaihtoaineena on 20 kaasu tai höyry, varustetaan varastosäiliö 148 tuuletti-mella tai puhaltimellä.

Laimennettu jätevirtaus pumpataan sopivimmin reak-tiokierukkaan 140 noin 105,5 - 154,7 kg/cm2:n (1500 - 2200 psi) paineessa. Kuten edellä on todettu, suihkutetaan käy-.25 tettävissä olevaa happea jätenesteeseen syöttöjohdon 142 kautta. Sopivinta on käyttää puhdasta happea tai hapella :·· rikastettua kaasua, vaikka myös ilma sopii käytettäväksi.

"·. Jätenestevirtauksen happipitoisuuden lisääminen lisää mär- kähapetusreaktion nopeutta. Märkähapetusreaktion edetessä 30 jätenestevirtauksen lämpötila kierukan 140 sisällä nousee . . noin 260 - 371 °C:een (500 - 700 °F) lämpötilaan. Tässä lämpötilassa märkähapetusreaktiosta tulee itsensä ylläpitävä niin kauan kuin riittävä määrä palavaa ainetta ja .: happea on käytettävissä, näiden kahden reaktanssin ollessa 35 riittävässä kosketuksessa toistensa kanssa. Siten lämpöä i 27 r, ; 7 : 2 voidaan poistaa reaktiokierukasta 140 yhdessä lämmönvaih-toaineen 146 kanssa. Voi olla suotavaa käyttää säiliöas-tian 144 osastoja lämmön lisäämiseksi jätenesteeseen sen tullessa ensin reaktiokierukkaan 140 ja poistaa sitten 5 lämpö lähellä reaktiokierukan 140 päätä. Palavien jätteiden pitoisuutta, jätenesteeseen lisätyn hapen pitoisuutta, reaktiokierukassa 140 olevien reaktanssien virtauskuviota ja nopeutta sekä reaktanssien lämpötilaa säädetään siten, että jäte on pääasiassa täydellisesti reagoinut jättäes-10 sään reaktiokierukan 140. On myös mahdollista suorittaa reaktio "superkriittisesti", lämpötilan ollessa yli 371 °C (700 °F) ja paineen yli 225 kg/cm2 (3200 psi). Superkriit-tiset reaktiot voivat olla suositeltavia tämän keksinnön mukaisten tiettyjen sovellutusten yhteydessä, kuten eri-15 tylsiä teollisuusjätteitä käsiteltäessä.

Kun jätevirtaus on reagoinut pääasiassa täydellisesti reaktiokierukassa 140, reaktiotuotteet virtaavat ulos reaktiokierukasta 140 johdon 168 kautta erottimeen 170. Tällöin reaktiotuotteet eli jätteen ulosvirtaus ero-20 tetaan nestevirtauksen ja tilavuudeltaan alhaisen sterii lin tuhkan muodostamiseksi. Yhä korkeassa lämpötilassa oleva nestevirtaus voidaan johtaa virtaamaan johdon 172 kautta kuumennuslaitteeseen 136 tulovirtauksen kuumentamista varten. Nestevirtausta voidaan käyttää myös sisään-25 virtaavan jätteen laimentamiseen. Märkähapetusreaktion ulosvirtauksella on pääasiassa vähennetty happitarve.

— Reaktiokierukan 140 yleensä soikiomainen muoto sisältää, kuten edellä on yksityiskohtaisemmin selostettu, tärkeitä etuja jätenestettä käsiteltäessä märkähapetusjätereaktion V.’ 30 avulla. Ilmaa tai happea suihkutettaessa jätenesteeseen kaasusyöttöjohdon 142 välityksellä valvotaan jätenesteen ja suihkutetun kaasun virtausta siten, että tulppa- tai sulkuvirtaus saavutetaan reaktiokierukassa 140, tämän virtauksen ollessa, kuten alaan perehtyneet henkilöt ymmärtä-35 vät, höyry- ja nestevaiheiden suhteellisten nopeuksien .·/ 28 funktio. Tulppa- tai sulkuvirtaus on suositeltava, koska sen avulla saavutetaan hyvä sekoittuminen ja parannetaan siten reaktanssien massasiirtoa. Siten saavutetaan parempi kosketus hapen ja palavan materiaalin välillä. Esillä 5 olevan keksinnön yhteydessä tällaisen virtauksen aikaansaamaa tulppa- tai sulkuvirtausta ja massasiirtoa lisätään edelleen reaktiokierukan 140 yleensä soikiomaisen muodon avulla.

Kuvioihin 8-10 viitaten kaasu- tai nesteseoksen 10 kulkiessa ylösnousevan osan 126 kautta tämän osan pystysuora asento aiheuttaa kaasuvaiheen nopean liikkeen. Kaarevissa osissa 130 aiheutetaan kaksoisspiraalin muotoinen sekundäärinen virtaus, joka on seurauksena seoksen liikkeestä reaktiokierukan kaarevalla seinällä. Minimoimalla 15 vaakasuoran virtauksen pituus vähenee muussa tapauksessa tapahtuva vaiheiden kerrostuminen suuresti. On selvää, että neste- ja höyryvaiheen kerrostuessa suuremmassa määrin reaktiokierukkaan 140 saavutetaan vähäisempi massa-siirto reaktanssien välille. Tämän reaktanssien välisen 20 parannetun massasiirron lisäksi vähentää vaiheiden vähäisempi kerrostuminen seoksen pulppuamista sen kulkiessa reaktiokierukan 140 läpi. Tärkeintä on se, että tiheydeltään nestevaihetta ohuempi höyryvaihe "kelluu" nestevai-heessa vastustaen siten nestevaiheen alaspäin suuntautuvaa 25 virtausta alasmenevässä osassa 128. Tämä vastustus lisää huomattavasti höyryn ja nesteen välistä kosketusta ja toisiinsa sekoittumista lisäten siten myös massasiirtoa ja kiihdyttäen edelleen hapetusreaktiota. Lisäksi reaktiokierukan 140 alasmenevän osan 128 pystysuora asento suurentaa 30 höyryvaiheen saostumisaikaa. Koska höyry nousee ylöspäin, se pysyy alasmenevässä osassa pitemmän aikaa. Tämä johtaa massasiirron lisääntymiseen ja suihkutetun hapen parempaan hyödyksikäyttöön. Lopuksi, tekemällä alasmenevä osa 128 pituudeltaan yli 122 cm:n (neljän jalan) mittaiseksi sen 35 kuivuminen estetään, mikä vähentäisi muutoin massansiirto- 29 " '"7 0 .si ' aluetta ja aiheuttaisi myös haitallisen spontaanisen palamisen. Kuten edellä on selostettu, myös ylösnousevat osat parantavat sekoittumista ja lämmönsiirtoa. Kaasuvaihe nousee ylösnousevissa osissa nopeammin kuin neste. Jäteneste-5 virtauksen sisältäessä kiinteitä aineksia liikkuvat nämä liuenneet kiinteät ainesosat ylösnousevissa osissa hitaammalla nopeudella painovoiman vaikutuksesta. Siten syntyy kolme erillistä virtausnopeutta, mikä parantaa parempaan sekoittumiseen ja lämmönsiirtoon. Edelleen, reaktanssien 10 koostumuksesta riippuen, liuenneet kiinteät ainesosat "sykkivät" ylösnousevissa osissa kaasukuplien vaikutuksesta. Tämän on havaittu pitävän erityisen hyvin paikkansa yhdyskuntalietettä käsiteltäessä, jolloin nestevirtaus käsittää laimennettua yhdyskuntalietettä ja happea tai 15 hapella rikastettua kaasua.

Kuvio 11 esittää samakeskisten putkien muodostaman reaktiokierukan vaihtoehtoista sovellutusta, jossa reak-tiokierukka 140 sisältää ulkoputken 176 sisään asetetun samakeskisen sisäputken 174. Kuten nuolilla on esitetty, 20 virtaa jätteen tulovirtaus sisäputken 174 reikään ja mär-kähapetusreaktiotuotteet eli jätteen poistovirtaus kulkee ulkoputken 176 tulovirtauksen suhteen suunnaltaan vastakkaisesti muodostaman renkaan läpi. Siten tässä järjestelyssä voidaan havaita, että ulosvirtaus on lämmönvaihto-25 suhteessa tulovirtauksen kanssa. Siirretyn lämmön määrä riippuu sisäputken 174 valmistamiseen käytetyn materiaalin lämmönjohtavuudesta. Kuvio 12 esittää reaktiokierukan 140 päätä poikkileikkauksena nuolen osoittaessa reaktio-tuotteiden virtaussuuntaa niiden poistuessa sisäputkesta :’· 30 174 ja tullessa ulkoputken 176 muodostamaan renkaaseen.

Kuvio 13 esittää kaaviomaisesti esillä olevan keksinnön mukaista jätereaktiojärjestelmää sisältäen kuvioiden 11 ja 12 esittämän samakeskisen putkiyhdistelmän. Myös tässä tapauksessa laimennettu jäteneste saatetaan 35 virtaamaan kanavan 134 kautta kuumennuslaitteeseen 136, 30 r -. «7 · .· / . L.

jossa jätenesteen lämpötilaa nostetaan märkähapetusreak-tion kiihdyttämiseksi. Kuumennetun jätenesteen virratessa kanavan 138 kautta happea tai muuta happea sisältävää kaasua syötetään jätenesteeseen kaasunsyöttöjohdon 142 kautta 5 nopeudella, joka lisää massasiirtoa reaktiokierukan 140 sisäpuolella kuvatulla tavalla. Hapetettu jäte johdetaan sitten virtaamaan reaktiokierukkaan 140, joka, kuten edellä on mainittu, keksinnön tässä sovellutusmuodossa käsittää samakeskisten sisäkkäisten putkien muodostaman yhdis-10 telmän. Reaktiokierukka 140 on tässä yhteydessä esitetty vain kaaviomaisesti jätteiden tulovirtausten ja pääasiassa reagoineen jäteaineen ulosvirtauksen suhteellisten suuntien näyttämiseksi. Todellisuudessa reaktiokierukalla 140 on sama soikiomainen muoto kuin mikä kuvioissa 8-10 15 on esitetty. Märkähapetusreaktion ulosvirtaus johdetaan sen jälkeen virtaamaan ulos reaktiokierukasta 140 johdon 168 kautta. Tämä ulosvirtaus saatetaan taas virtaamaan erottimeen 170 selkeytystä, paksuntamista, vedenpoistoa ja vastaavanlaista käsittelyä varten.

20 Kuvio 14 esittää muunnelmaa esillä olevan keksinnön mukaisesta jätereaktiojärjestelmästä sisältäen moninkertaiset suihkutus- tai poistokohdat reaktiokierukan 140 pituudella. Kaasumaisia, nestemäisiä tai kiinteitä reaktans-seja voidaan lisätä näissä moninkertaisissa suihkutuskoh-25 dissa 178 ja 180 märkähapetusreaktion tarkempaa valvomista varten. Poistokohdat 182 ja 184 sallivat materiaalien ' poiston reaktiokierukasta 140 haluttaessa. Nämä moninker taiset suihkutuskohdat sallivat tuoreiden reaktanssien lisäämisen itsensä ylläpitävän märkähapetusreaktion syn-30 nyttämän lämmön parempaa hyväksikäyttöä varten. Tämä merkitsee sitä, että kuumentamatonta jätettä voidaan lisätä suoraan reaktiokierukkaan 140 kohdissa, joissa reaktioläm-pötila on korkea. On otettava huomioon, että reaktiokierukasta 140 lämmönvaihtoaineen 146 avulla poistettua lämpöä 35 voidaan myös käyttää sisäänvirtaavan jätteen kuumentami-

J

31 seen tässä sovellutuksessa. Reaktiotuotteiden poisto pois-tokohdissa 182 ja 184 mahdollistaa jätevirtauksen nopeuden vähentämisen poistokohdista myötävirtaan lisäten siten jäljelläolevien reaktanssien saostamisaikaa.

5 Kuvio 15 esittää tämän keksinnön mukaisen reaktio- laitteen suositeltavaa "soikiomaista serpentiiniä". Reak-tiolaite 190 sisältää pääasiassa pystysuorat ylösnousevat ja alaslaskevat putkimaiset osat 192 ja yhteenliitetyt yleensä vaakasuorat putkimaiset osat 194. Soikiomainen 10 serpentiinisovellutus 190 on erityisen sopiva uuniin tai krakkausyksikköön suljettuja reaktiojärjestelmiä varten, kuten kuvioista 16 ja 17 näkyy.

Kuvioiden 16 ja 17 hieman kaaviomaisesti esittämä krakkausyksikkö sisältää uunirungon 196, jossa on savu-15 piippu 198. Runko 196 voi olla tehty tavanomaisista uuni-materiaaleista, kuten teräsvahvisteisista uunitiilistä. Tämän reaktiojärjestelmän sovellusmuoto sisältää savupiipussa 198 olevan esikuumennusosan eli pyöreän kierukan 200. Jäteneste, joka voi käsittää nesteeseen liuotetut 20 kiinteät aineet, syötetään tulojohdon 202 kautta. Kuten edellä on selostettu, sisältää tämän järjestelmän mukainen menetelmä yleensä kaksi reaktanssia, kuten laimennettua yhdyskuntalietettä ja happea, vaikka tämän keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaankin käyttää myös yk-25 sinkertaisen "reaktanssin" käsittelyyn. Kuten edellä on selostettu, voidaan kaasumaista reaktanssia, kuten happea tai happea sisältävää kaasua, lisätä jätenesteeseen tulo-johdossa 202 tai reaktiovirtaukseen.

Kuten voidaan ymmärtää seuraavan selostuksen avul-30 la, poistuu kuumennettu ilma uunissa 196 olevan savupiipun 198 kautta esikuumentaen reaktanssit kierukassa 200. Esikuumennetut reaktanssit syötetään sitten putken 204 kautta soikiomaiseen serpentiinireaktoriosaan 190 uunin 196 alaosassa. Kuten kuviosta näkyy, tämä kiemurteleva 35 putki ulottuu kahdesti uunirungon ympäri ja pystysuorasti 32 ulottuvat osat 192 on porrastettu vaakasuorassa suunnassa kuvion 16 mukaisesti, niin että molemmat osat ovat alttiina kaaviomaisesti numerolla 206 esitetyn säteilykuumenti-men vaikutukselle. Säteilykuumentimena 206 voi olla tavan-5 omainen poltin, kuten metaanipoltin. Metaani voidaan synnyttää käsittelemällä ulosvirtausta aerobisessa kiillotus-yksikössä. Käsitelty jätemateriaali poistetaan sitten reaktiolaitteesta poistojohdon 208 välityksellä. Kuten on selvää, riippuu se suositeltava lämpötila, johon reaktans-10 sit kuumennetaan putkimaisen järjestelmän sisällä, itse reaktiosta. Kuten edellä on selostettu, jäte kuumennetaan sopivimmin noin 204 - 316 °C (400 - 600 “F) lämpötilaan. Soikiomaisen serpentiiniputken 190 mitat voivat olla samat kuin edellä selostetussa kierukkasovellutuksessa. Siten 15 pystysuorien osien pituus voi olla 152,5 - 122 cm (5 - 20 jalkaa) tai sopivimmin noin 183 - 304,8 cm (6 - 10 jalkaa), kun taas vaakasuorien osien pituus voi olla alle 60,86 cm (2 jalkaa). Kuten voidaan ymmärtää, riippuu pystysuorat ylösnousevat ja alasmenevät osat sekä yleensä 20 vaakasuorat yhteenliittävät pääteosat sisältävän reak-tiosäiliön pituus reaktiolaitteessa suoritetusta reaktiosta. Useimpien sovellutuksien yhteydessä reaktiolaitteen pituuden olisi oltava vähintään 305 m (1000 jalkaa). Yh-dyskuntalietettä käsiteltäessä reaktiolaitteen pituuden 25 olisi kuitenkin oltava vähintään 1219 - 1524 m (4000 -5000 jalkaa).

— Edellä selostetun esillä olevan keksinnön yhteydes sä voidaan tietenkin tehdä useita muunnelmia oheisten patenttivaatimuksien rajoissa.

Claims (11)

33 Γ " r" ^ o - Si : Δ.

1. Menetelmä kemiallisten reaktioiden suorittamiseksi, jossa menetelmässä reagenssit johdetaan putken (18) 5 läpi ennalta määrätyllä nopeudella ennalta määrätyssä lämpötilassa kemiallisen reaktion aikaansaamiseksi reagens-sien muuntamiseksi yhdeksi tai useammaksi tuotteeksi ja jossa lämpötilaa säädetään lämmönsiirtoväliaineen (24) avulla, johon reaktioputki on sovitettu, tunnettu 10 siitä, että a) ensimmäinen reagenssi johdetaan pitkään jatkuvaan ohutseinämäiseen putkimaiseen kierukkaan (18) ennalta määrätyn paineen alaisena, jolloin putkimainen kierukka on sovitettu vaakasuorasti astiaan (20), joka on täytetty 15 kierukan kanssa suoraan kosketuksessa olevalla lämmönsiir-toväliaineella (24), b) toinen reagenssi johdetaan putkimaiseen kierukkaan (18) ennalta määrätyn paineen alaisena, c) reagenssien syöttö- ja virtausnopeudet sekä suh- 20 teelliset tilavuudet säädetään ennalta määrätyn paineen alaisina reagenssien kaksivaiheisen tulppa- ja sulkuvir- tauksen aikaansaamiseksi putkimaisen kierukan (18) läpi ja että d) putkimaisessa kierukassa (18) olevan nestevir-25 tauksen lämpötilaa säädetään lämmönsiirtoväliaineen (24) avulla lämmön lisäämiseksi nestevirtauksen lämpötilan ollessa ennalta määrättyä lämpötilaa alhaisempi ja lämmön poistamiseksi nestevirtauksen lämpötilan ollessa ennalta määrättyä lämpötilaa korkeampi kemiallisen reaktion käyn-30 nistämiseksi nestevirtauksessa johtaen kuumennettuun nes teeseen ja reaktiotuotteisiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jolloin kemiallinen reaktio on eksoterminen, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoväliaine (24) kuumennetaan rea- 35 genssien eksotermisen kemiallisen reaktion käynnistämisek- 1 > 34 si ohutseinämäisessä putkimaisessa kierukassa (18) ja että lämmönsiirtoväliaineesta poistetaan lämpöä mainitun reaktion tullessa autogeeniseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n- 5. e t t u siitä, että toinen reagensseistä on kaasu ja toinen neste.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reagenssit johdetaan putkimaiseen kierukkaan (18), joka käsittää useamman oleellisesti eliö liptisen silmukan, jolloin kussakin silmukassa on oleellisesti pystysuora nouseva osa (126) ja oleellisesti pystysuora laskeva osa (128).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reagenssit kuumennetan kuumennus- 15 välineillä niitä johdettaessa putkimaiseen kierukkaan (18) .

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reagenssit johdetaan putkimaiseen kierukkaan (18), joka käsittää sisäputken (56), joka on 20 samankeskisesti sovitettu suhteessa ulkoputkeen (56) siten, että sisäputki (56) on sovitettu ulkoputken (58) sisälle, jolloin reagenssit johdetaan sisäputken (56) läpi ensimmäisessä suunnassa ja reaktiotuote palautetaan toisessa vastakkaisessa suunnassa sisäputken (56) ja ulkoput-25 ken (58) välisen rengasmaisen tilan läpi.

7. Laite kemiallisten reaktioiden suorittamiseksi, jossa laitteessa reagenssit johdetaan putken (18) läpi ennalta määrätyllä nopeudella ennalta määrätyssä lämpötilassa kemiallisen reaktion aikaansaamiseksi reagenssien 30 muuntamiseksi yhdeksi tai useammaksi tuotteeksi ja jossa reaktioputki on sovitettu lämmönsiirtoväliaineeseen (24), tunnettu siitä, että laite käsittää astiaan (20) vaakasuorasti sovitetun pitkän jatkuvan ohutseinämäisen putkimaisen kierukan (18), johon 35 reagenssit käsittävä nestevirtaus johdetaan valitulla virtausnopeudella sisään virtaavaan nestevirtauksen tulppa- 7 35 tai sulkuvirtauksen aikaansaamiseksi kierukan (18) läpi, astiassa (20) olevan, putkimaiseen kierukkaan suoraan kosketuksessa olevan lämmönsiirtovällaineen (24) kierukassa (18) olevan nesteen lämpötilan säätämiseksi läm-5 mön lisäämiseksi nestevirtauksen lämpötilan ollessa ennal ta määrättyä lämpötilaa alhaisempi ja lämmön poistamiseksi nestevirtauksen lämpötilan ollessa ennalta määrättyä lämpötilaa korkeampi kemiallisen reaktion käynnistämiseksi nestevirtauksessa johtaen kuumennettuun nesteeseen ja 10 reaktiotuotteisiin, ja välineet (44,48) kuumennetun nesteen ja ulos vir-taavien reaktiotuotteiden vastaanottamiseksi putkimaisesta kierukasta (18).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, t u n -15 n e t t u siitä, että putkimaisen kierukan (18) pituutta pitkin on sovitettu useampi poistokohta (182,184) kaasun tai kiinteän aineen poistamiseksi nestevirtauksesta yhdestä tai useammasta poistokohdasta.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, t u n -20 n e t t u siitä, että astia (20) käsittää sarjan osastoja (144) putkimaisen kierukan (18) jakamiseksi osiin ja välineet (38) putkimaisen kierukan (18) kunkin osan nestevirtauksen lämpötilan säätämiseksi eri lämpötilagradienttien soveltamiseksi putkimaisen kierukan (18) peräkkäisiin 25 osiin tämän pituudelta.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että putkimainen kierukka (18) käsittää sisäputken (56), joka on samankeskisesti sovitettu suhteessa ulkoputkeen (56) siten, että sisäputki (56) on so- 30 vitettu ulkoputken (58) sisälle, jolloin sisään virtaava nestevirtaus johdetaan sisäputken (56) läpi ensimmäisessä suunnassa ja palautetaan toisessa vastakkaisessa suunnassa sisäputken (56) ja ulkoputken (58) välisen rengasmaisen tilan läpi ja jolloin nestevirtauksen pitoisuutta sääde-35 tään siten, että syntyy eksoterminen reaktio nestevirtauk-ken virratessa ensimmäisessä suunnassa jatkuen nestevir- '· 7 *' J 36 tauksen virratessa toisessa suunnassa, jolloin toisessa virtaussuunnassa kemiallisen reaktion nestevirtauksessa synnyttämää lämpöä käytetään ensimmäisessä suunnassa vir-taavan nestevirtauksen kuumentamiseksi.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tun nettu siitä, että putkimaisessa kierukassa (18) on useampi oleellisesti elliptinen silmukka, jolloin kussakin silmukassa on oleellisesti pystysuora nouseva osa (126) ja oleellisesti pystysuora laskeva osa (128). i 37 ' · *” /*> ,,« / £