FI96540B

FI96540B - Katetut kaksipuoliset liittymäyksiköt käsittävä leijukerrosreaktori sekä menetelmä

Info

Publication number: FI96540B
Application number: FI915081A
Authority: FI
Inventors: Frederick A Zenz
Original assignee: Hri Inc
Priority date: 1989-05-08
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1996-03-29
Also published as: DE69003098D1; EP0471744A1; EP0471744B1; NO914314D0; US4947803A; NO914314L; FI915081A0; NO178099C; DE69003098T2; FI96540C; WO1990013772A1; NO178099B

Description

9 6 5 4 C

Katetut kaksipuoliset liittymäyksiköt käsittävä leijukerrosreaktori sekä menetelmä

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden yhdistelmän muodostama lei jukerrosreaktori, jossa käytetään hyväksi kaksipuolista liittymäyksikköä, jonka seinämät ovat samankeskeiset ja sovitettu liittymäyksikössä olevan nesteen kanssa tapahtuvaan lämmönsiirtoon. Keksintö 10 liittyy erityisesti leijukerrosreaktoriin, joka käsittää katetun, kaksipuolisen, samankeskeisen nousuja laskukanavayksikön, joka sisältää nestettä ja joka sijaitsee reaktorimodulissa, ja joka lei jukerrosreaktori on käyttökelpoinen erityisesti poltettaessa 15 partikkeleita sisältäviä polttoaineita, kuten kivi hiiltä, nesteen lämmittämiseksi ja kyllästetyn nesteen tai höyryn aikaansaamiseksi.

Leijukerrosten käyttö on tunnettu edullisena tapana 20 kaasujen ja kiinteiden aineiden saattamiseksi reagoi maan keskenään lämmön tuottamiseksi, esimerkiksi käyttämällä lämmönvaihtoputkia lämmityskattiloissa paineistetun höyryn aikaansaamiseksi syöttövedestä, joka kiertää polttoaineen leijukerroksesta tulevien 25 kuumien palamiskaasujen kanssa lämmönsiirtoyhteydessä.

Leijukerroksessa käytetään partikkeleja sisältävää hiilipitoista polttoainetta, kuten kivihiiltä, joka f luidisoituu, kun ilmaa johdetaan ylöspäin leijukerrok-sen läpi palamisreaktion aikaansaamiseksi. Tällaisten 30 leijukerrospolttojärjestelmien etuja ovat korkeammat lämmönsiirtoarvot, parempi palamisteho ja lämmitys- * < kattilan pienempi koko.

Yksi tunnettu kaasujen ja kiinteiden aineiden liit-35 tymämuoto on esitetty US-patenttijulkaisussa 3,826,738 (Zenz), jossa on esitetty taivutettu siirtolinjareak-tori partikkeleja sisältävien materiaalien kierrättämiseksi leijutuskatalyyttikrakkausyksiköissä (FCC- 2 96541 yksiköissä). Tällaisia taivutettuja nousu- ja lasku-rakenteita ei kuitenkaan ole ilmeisesti aiemmin käytetty partikkeleja sisältäviä polttoaineita, kuten kivihiiltä, käyttävissä leijukerroskattiloissa kylläs-5 tettyjen höyryjen, kuten vesihöyryn, tuottamiseksi.

Toisentyyppinen leijukerrosreaktori tunnetaan US-pa-tenttijulkaisusta 3,910,235 (Highley) , jossa on esitetty leijukerrospolttolaitteisto, jossa käytetään sisäpuolella kiertäviä leijukerroksia, joita kutakin 10 ympäröi lämmönvaihtovaippa. Myös US-julkaisussa 4,240,377 (Johnson) on esitetty kiertäviä kiinteitä aineita käyttävä leijukerroskattila, ja US-julkaisussa 4,539,939 (Johnson) on esitetty leijukerrosputkipoltto-laitteisto hiilen polttamiseksi kalkkikiven kanssa 15 höyryn tuottamiseksi.

Nämä tunnetut, suurikokoiset leijukerrospolttolait-teistot ovat osoittautuneet liian monimutkaisiksi ja vaikeiksi kiinteiden partikkeleiden virtauksen ohjauk-20 sen kannalta, ja lisäksi ne ovat melko kalliita. Näiden tunnettujen reaktoreiden ja polttojärjestelmien haitat voidaan nyt poistaa esillä olevalla edullisella keksinnöllä, joka tarjoaa parannetun leijukerrosreak-torilaitteiston sekä menetelmän, jossa käytetään 25 ainakin yhtä keskellä olevaa nousuyksikköä ja samankes- * keistä laskuyksikköä, jossa on kaksipuoliset lämmön- vaihdinrakenteet ja joka on sijoitettu leijukerroksen yläpuolelle nesteeseen tapahtuvan lämmönsiirron aikaansaamiseksi reaktorimodulissa.

30 . Keksintö kohdistuu kaasujen ja kiinteiden aineiden yhdistelmän käyttöön perustuvaan lei jukerrosreaktoriin, jossa on ainakin yksi laimennusmuodossa olevien kiinteiden aineiden kierto, joka käsittää yhdistelmässä 35 keskeisen katetun nousuyksikön ja samankeskeisen laskuyksikköön, jotka sijaitsevat tiiviissä olomuodossa olevan leijukerroksen yläpuolella. Lisäksi keksintö « kohdistuu menetelmään leijukerrosreaktorin yhteydessä.

9654( 3

Nousu- ja laskukanavayksikössä on molemmissa samankes-keiset sisä- ja ulkoseinämät, joilla aikaansaadaan nestettä sisältävät tilat käytettäviksi joko niiden eksotermisten tai endotermisten reaktioiden yhteydessä, 5 jotka tapahtuvat kaasun ja kiinteitä partikkeleita sisältävien aineiden välillä nousu- ja laskukanavayk-sikön läpi tapahtuvan virtauksen aikana. Eksotermisten reaktioiden yhteydessä kaasun ja kiinteän aineen välinen reaktio, kuten palamisreaktio, kuumentaa 10 nesteen. Endotermisten reaktioiden yhteydessä kuumennettua kaasua voidaan käyttää joko kiinteiden partik-keleiden käsittelyyn tai kuumennettuja kiinteitä aineita voidaan käyttää reaktion aikaansaamiseksi kaasussa. Keksintö käsittää myös kaasujen ja kiin-15 teiden aineiden yhdistelmään liittyvän lei jukerrosreak-torin, jota käytetään parannetussa leijukerrosjärjestelmässä ja partikkeleja sisältävän kiinteän polttoaineen polttomenetelmässä kuumennettujen nesteiden tai höyryjen tuottamiseksi, ja joka toimii suhteellisen 20 alhaisilla polttolämpötiloilla sekä antaa nesteille tai höyryille korkean lämmönsiirtotehon.

Keksinnössä hyödynnetään laimennusmuodossa olevien, tiivisolomuotoisesta leijukerroksesta ylöspäin nouse-25 vien kiintoainepartikkelien kiertoa. Kiinteiden aineiden kierto tapahtuu ainakin yhdessä, kaksipuolisessa samankeskeisessä nousu- ja laskukanavayksikössä, joka on järjestetty siinä laimennusmuodossa olevien fluidisoitujen kaasujen ja kiinteiden aineiden käsit-30 telemistä varten, jolloin nousu- ja laskukanavayksikkö käsittää katetun sisäpuolisen nousukanavan ja samankes-keisen ulkopuolisen laskukanavan, jolloin muodostuu jatkuva edestakainen kanava jatkuvaa virtausta ja nousu- ja laskukanavayksikön kautta kulkevien kiin-35 toainepartikkelien ja kaasujen reaktiota varten.

Edestakaisten kanavien poikkileikkausalueen kokoa ja virtausnopeuksia niissä säädellään samoin kuin partikkelien lämpötilaa ja viipymisaikaa siten, että kaasu 9654( 4 ja partikkelit reagoivat oleellisesti täydellisesti kulkiessaan leijukerroksen yläpuolella olevan nousuja laskukanavayksikön laskukanavaosan läpi.

5 Kunkin nousu- ja laskukanavayksikön katettu keskellä oleva nousuosa ja samankeskeiset ulkopuolella olevat laskukanavat muodostuvat kukin kahdesta samankes-keisestä, molemmista päistä yhteenliitetystä putkesta, jolloin saadaan aikaan kaksi sisä- ja kaksi ulkosei-10 nämää, jotka kukin määrittävät niiden väliin muodostuvan ontelon tai tilan, jolloin muodostuu kaksi lämmönsiirtopintarakennetta tai lämmönvaihtopaneelia, jotka täytetään nesteellä. Partikkelit kulkeutuvat jatkuvasti ylöspäin keskellä olevan nousukanavan 15 kautta sinne suihkutetun sekundäärisen, ylöspäin suuntautuvan kaasuvirtauksen nostamina. Lämmönsiirto tapahtuu etupäässä virtaavien kaasujen/ kiintoaineiden ja nousu- ja laskuyksikön kosketusseinämien sekä niiden kaksiosaisissa onteloissa olevan nesteen välillä 20 tapahtuvana lämmönsiirtona ja lämpösäteilynä. Las- kukanavan poistoalue on rakenteeltaan sellainen, että kaasu erottuu tehokkaasti alas virtaavista kiintoaine-partikkeleista leijukerroksen yläpuolelle, jolloin kiinteät aineet palautuvat tehokkaasti kiertoon 25 leijukerrokseen nousu- ja laskukanavayksikön kautta.

Tätä kiintoainepartikkelien uudelleenkierrätystä leijukerrokseen voidaan tehokkaasti edesauttaa sijoittamalla lieriömäinen vaippa säteittäin laskukanavan poistoaukosta ulospäin siten, että vaipan alaosa on 30 upotettu leijukerrokseen.

« • «

Kaasujen ja kiinteiden aineiden liittymäyksikkö ja leijukerros on sijoitettu kotelon sisään siten, että ne muodostavat modulin, joka käsittää leijukerroksen 35 alapuolella sijaitsevan kokoomatilan ja hilamaisen jakeluelimen primäärikaasuvirtauksen suuntaamiseksi yhtenäisenä ylöspäin ohuen lei jukerroksen läpi. Katetussa nousu- ja laskukanavayksikössä on sovellettu

II

9654( 5 periaatetta, että partikkelit erotellaan törmäys-vaikutuksella leijukerrokseen siirtymisvaiheessa, ja siinä käytetään tavallisimmin suurempaa nopeutta nousukanavassa kuin laskukanavassa. Rengasmuotoisen 5 laskukanavan poikkileikkauspinta-ala on tavallisesti suurempi kuin keskellä olevan nousukanavan poikkileikkauspinta-ala, jolloin alojen suhde on välillä 1,5:1-5:1. Tällöin laskukanavassa saadaan aikaan pienempi nopeus ja suurempi partikkelien viipymisaika, jolloin 10 partikkelit reagoivat tehokkaasti ja täydellisesti siellä olevan kaasun kanssa. Keskellä olevassa nousu-kanavassa on kaasun keskimääräisen nopeuden oltava riittävä partikkelien nostamiseksi leijukerroksesta ylöspäin, ja se on yleensä 4,5-7,62 m/s, kun taas 15 kaasun keskimääräinen nopeus alaltaan suuremmassa ulkopuolisessa laskukanavassa laskee yleensä 1,52-4,52 metriin/s.

Yleisemmin ottaen ylöspäin suuntautuvan kaasun kes-20 kimääräisen nopeuden tulisi keskellä olevassa nousu-kanavassa olla suurempi kuin suurimman pystysuoraan ylöspäin nostettavan partikkelin rajanopeus eli vapaa pudotusnopeus, kun taas alaspäin virtaavan kaasun keskimääräinen nopeus ulompana olevassa laskukanavassa 25 voisi äärimmillään olla vain kierrätettävän pienim-mänkokoisen partikkelin rajanopeuden eli vapaan pudotusnopeuden funktio.

Lei jukerroksen kokonaispoikkileikkauspinta-alan tulisi 30 olla suurempi kuin laskukanavan uloimman putkiseinämän poikkileikkauspinta-ala, jolloin niiden suhde on • « välillä 1,5:1 - 3:1. Kunkin katetun nousu- ja lasku-yksikön rakenne riippuu sen halutusta tehosta. Yksikön korkeus ja halkaisija määräytyvät kiintoainepartik-35 kelien halutun kosketus- tai viipymisajan ja syöttö-määrän mukaan, jolloin korkeuden ja ulkohalkaisijän suhde on vähintään 8:1 ja enintään 20:1. Esimerkiksi nousukanavan korkeus tai nousu- ja laskukanavien i · 9654( 6 kokonaispituus voi perustua keskimäärin 500 mikronin kokoisten hiilipartikkelien täydelliseen palamiseen. Laskukanavan poistoaluetta voidaan pitää lei jukerroksen yläpinnan yläpuolella pystysuunnassa etäisyydellä, 5 joka on 0,75-5 kertaa rengasmaisen laskukanavan säteen leveys, tai sopivimmin laskukanavan poistoalue voi olla upotettuna leijukerrokseen. Nousu- ja laskukana-vien kautta virtaavien kiertävien partikkeleiden nopeus on suurempi kuin leijukerrokseen syötettävien 10 uusien kiinteiden aineiden nopeus, jolloin kierto-suhde on vähintään 2:1 eikä tavallisesti ole suurempi kuin 10:1. Nousu- ja laskuyksikön kautta tapahtuva kierto vähentää leijukerroksen korkeutta, parantaa huomattavasti lämmönsiirtoa suurinopeuksiSten kiin-15 teiden aineiden kaksipuolisen vaikutusmahdollisuuden myötä ja vähentää partikkeleiden kulkeutumista alentamalla partikkeleiden nopeutta niiden palatessa ohueen leijukerrokseen. Lei jukerrosmoduli on suun^-niteltu siten, että sen valmistaminen, asennus, 20 puhdistus ja ylläpito on helppoa. Suurempitehoisia reaktorijärjestelmiä varten sopivin muoto voi käsittää useita leijukerrosmoduleita, joissa kussakin on katettu nousu- ja laskukanavayksikkö järjestettynä kokoopanossa rinnakkain.

25 Tämä keksintö tarjoaa myös menetelmän kaasujen ja kiinteiden aineiden liittymiseksi reaktorissa, jossa on tiivisolomuotoinen leijukerros laimennusmuotoisen nousu- ja laskukanavayksikön alla. Tätä keksintöä 30 voidaan käyttää kaasujen ja kiintoainepartikkelien . välisen reaktion aikaansaamiseksi, jolloin partikkelit ovat kooltaan 0,001 mikronista 1,27. cm:iin. Keksintöä voidaan käyttää koksikerrostumien polttamiseksi katalyyttipartikkeleista, kuten raakaöljyn krakkaus-35 katalyyttien talteenottamisessa, kulkeutuneiden kiinteiden aineiden tai katalyyttipartikkeleiden läsnäollessa keskenään reagoivien kaasujen jäähdyttämiseksi tai kuumentamiseksi, kuten mineraalimaImien II; 9654( 7 pasuttamisessa, rutiilin kloorauksessa tai akrylo-nitriilin tuotannossa tai hiilivetyjen happikloorauk-sessa, tai kiintoainepartikkelien, kuten kivihiilen, polttamiseksi kuumennettujen nesteiden, kuten kylläs-5 tetyn vesihöyryn, tuottamiseksi. Lämpötilan nousu liittymäyksikön taivutettujen tai edestakaisten virtauskanavien kautta tapahtuvassa virtauksessa voi olla niinkin pieni kuin 5,6°C tai jopa 1000°C käytetystä prosessista riippuen. Keksintö on erityisen 10 käyttökelpoinen partikkeleita sisältävien polttoainei den, kuten kivihiilen, koksin ja kiviöljyn, polttamiseksi yhdessä partikkeleita sisältävän sorboivan aineen, kuten kalkkikiven, kanssa leijukerroksessa kaksipuolisen nousu- ja laskuyksikön alapuolella, 15 jossa on keskellä oleva nousukanava ja samankeskeiset ulkopuoliset laskukanavat modulissa.

Tämä keksintö tarjoaa edullisen, kompaktin ja tehokkaan kaasujen ja kiinteiden aineiden reaktorin tai järjes-20 telmän sekä menetelmän kaasujen ja kiintoainepartik- keleiden liittämiseksi joko eksotermisesti kiertones-teen lämmittämiseksi tai endotermisesti kaasun ja kiinteiden aineiden lämmittämiseksi nesteellä. Se tarjoaa erityisesti parannetun menetelmän partikkeleita . 25 sisältävän polttoaineen, kuten kivihiilen, polttamisek si, jolloin lämmitetään nestettä kyllästettyjen höyryjen tuottamiseksi, kuten paineistetun veden kuumentamiseksi kyllästetyn vesihöyryn tuottamiseksi. Reaktorin tai järjestelmän halutunsuuruisen kapasitee-30 tin aikaansaamiseksi voidaan käyttää yhtä tai useita katettuja nousu- ja laskukanavayksiköitä ja näin säädellä kapasiteettia muuttamalla kunkin nousu- ja laskukanavayksikön syöttömäärää.

35 Keksintöä selostetaan seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa » · 9654! 8 kuva 1 esittää kaasujen ja kiinteiden aineiden liittymäreaktorimodulia, jossa on katettu keskellä oleva nousukanava, jota ympäröi samankeskeinen, leijukerroksen yläpuolella 5 kotelon sisällä oleva laskukanava, kuva 2 esittää kaaviomaisesti kahta vaihtoeh toista (a, b) laskukanavan rakennetta laskukanavan alemman osan ja leijukerrok-10 sen liittymäkohdalla, kuva 3 esittää hilalaitteen osittaisperspek- tiivikuvaa kaasun virtauksen johtamiseksi ylöspäin reaktorin leijukerrokseen, ja 15 kuva 4 esittää päältä katsottuna useita reak- torimoduleita, joista kukin käsittää keksinnön mukaisen kaasujen ja kiinteiden aineiden liittymäyksikön.

20

Keksinnön kuvaus

Kuvassa 1 on esitetty yleisesti kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktorimoduli, joka käsittää 25 kaksipuolisen kiertävien kiinteiden aineiden liittymä-yksikön. Reaktorimoduli 9 käsittää ohuen, tiivis-olomuotoisen leijukerroksen 11 ja keskellä olevan laimennusmuotoisen katetun nousu- ja laskuyksikön 10, jossa on keskellä nousukanava 12 ja samankeskeinen 30 ulkopuolinen laskukanava 14, jotka sijaitsevat keskeisesti leijukerroksen 11 yläpuolella kotelossa tai säiliössä 20. Kanavien 12 ja 14 välissä on nestettä sisältävä tila 13, ja laskukanavaa 14 ympäröi ulkopuolinen tila 15, joka myös sisältää nestettä. Säiliö 20 35 voi olla lieriön tai suorakaiteen muotoinen.

Laskukanavan poistoalue 14a on muodostettu siten, että kiinteät aineet erottuvat tehokkaasti kulkeutuvas- 9654( 9 ta kaasusta ja alaspäin virtaavat kiinteät aineet ohjautuvat takaisin leijukerrokseen li ja palautuvat nousukanavan 12 suuaukkoon, jolloin kiinteät aineet palautuvat uudelleen kiertoon nousu- ja laskukanavayk-5 sikön 10 kautta. Tällaisen partikkeleita sisältävän kiinteän aineen leijukerrokseen palauttamisen varmistamiseksi voidaan käyttää lieriömäistä ohjauslevyä 16, joka sijoittuu säteissuunnassa laskukanavan poisto-alueesta 14a ulospäin kohtaan, joka on poistoalueen 14a 10 ja säiliön 20 sisäseinämän välissä, jolloin ohjauslevyn alaosa 16a sijoittuu leijukerrokseen 11. Laskukanavan poistoalueen 14a ja ohjauslevyn 16 säteissuuntaisen etäisyyden tulisi olla 1-2 kertaa laskukanavan 14 säteissuuntainen maksimileveys, jolloin kaasun nopeus 15 ohjauslevyn 16 sisäpuolella on pienempi kuin las-kukanavassa 14. Tarvittaessa voidaan myös käyttää useita pystysuorassa suunnassa olevia hammastuksia tai vakoja 14b, jotka sijoitetaan kehämäisesti toisistaan erilleen laskukanavan 14 ulkoseinämän alapään 20 ympäri kaasun vapauttamiseksi säteittäin ulospäin ja ylöspäin kiinteistä aineista, jotka virtaavat alaspäin laskukanavassa 14.

Kuvassa 2 on esitetty kaksi vaihtoehtoista laskukanavan . 25 poistoalueen 14a rakennetta leijukerroksen 11 yläpin nan lla kohdalla. Kuvassa 2(a) leijukerroksen yläpinta lla sijaitsee laskukanavan 14a alaosan yläpuolella. Ulkoseinämän 15a alaosa voi olla loivasti taivutettuna ulospäin 0-45°:n kulmassa pystytasoon nähden alaspäin 30 suuntautuvan nopeuden pienentämiseksi ja siten vir-taavan kaasun ja partikkelimaisten kiinteiden aineiden erottumisen helpottamiseksi. Tarvittaessa voidaan myös suipentaa koko ulkoseinämää 15a ulospäin ja käyttää sitä lieriömäisen ohjauslevyn 16 yhteydessä, 35 kuten kuvassa 2(b) on esitetty.

Nousu- ja laskukanavayksikkö 10 käsittää kaksi saman-keskeistä tilaa 13 ja 15, jotka muodostuvat kumpikin 9654( 10 kahdesta samankeskeisestä lieriömäisestä seinämästä eli lämmönsiirtopinnasta. Tällöin kanavat 12 ja 14 ovat kaikilta puolilta täysin nesteen ympäröimiä lämmön absorptiota tai nesteen lämmitystä varten, 5 jolloin lämmön poisto tai syöttö nesteeseen on mahdollista ainoastaan rajoitetusti ohuen leijukerroksen 11 kautta. Sisempi tila 13 on sijoitettu kahden sisä-seinämän väliin, ulompi tila 15 on sijoitettu kahden ulkoseinämän väliin, ja molemmat tilat 13 ja 15 ovat 10 yhteydessä lämmitys- tai jäähdytysnestettä sisältävään elimeen, kuten nestevarastoon 17. Nousu- ja lasku-kanavissa eksotermisessä reaktiossa tuotettu tilassa 13 ja 15 oleva kyllästetty neste poistuu elimen, kuten ylemmän poistoputken 18 kautta. Keskeisesti 15 sijoitettu poistoputki 18 antaa edullisesti rakenteellista tukea nousu- ja laskukanavayksikölle 10 säiliön 20 sisällä samoin kuin kolme vaakasuorassa suunnassa olevaa tukisauvaa 19, jotka sijaitsevat lähellä nousu- ja laskukanavayksikön 10 alempaa päätä 20 ja nousu- ja laskukanavayksikön 10 ja säiliön 20 seinämien välissä.

Kussakin leijukerrosmodulissa 9 on myös reaktorin primäärin syöttökaasun tai ilman syöttöyhde 21 kokooja-25 kammioon 2 2 ja jakeluelimet 23 lei jukerroksen 11 fluidisoimiseksi sekä reaktorin ylöspäin nousukana-vaan 12 syötettävän sekundäärisen syöttökaasun tai ilman syöttöelimet kuten syöttöyhde 24 jatkuvan kiinteiden aineiden kierron aikaansaamiseksi. Tällainen 30 kahden kaasun syöttö on erityisen edullinen reaktioissa, joissa syöttökaasuja, kuten ilmaa, ammoniakkia tai etyleeniä, ei tulisi ennalta sekoittaa räjähdysreak-tioiden tai muiden kontrolloimattomien sivureaktioiden välttämiseksi, koska reaktiossa muodostuu akrylo-35 nitriiliä ja koska saattaa syntyä reaktioita, jotka liittyvät pyridiinikemiaan ja niasiinin tuotantoon. Leijukerroksen poistoyhdettä 26 voidaan käyttää elimissä käytetyn katalysaattorin, kuuman tuhkan tai li 11 96r/.f käytetyn kalkkikiven poistamiseksi lei jukerroksesta 11. Primäärisyklonierottimen 28 avulla poistokaasuista erotetaan kiinteät aineet ja kaasut toisistaan. Kaasu poistetaan syklonista poistoyhteen 30 kautta, ja 5 partikkeleita sisältävät kiinteät aineet kierrätetään uudelleen haaroittuvan palautuskanavan 27 kautta takaisin leijukerrokseen 11 uudelleen poltettavaksi.

Kun reaktoria käytetään polttoyksikkönä, partikkeleita 10 sisältävää polttoainetta, kuten murskattua kivihiiltä, ja sorboivaa ainetta, kuten kalkkikiveä, syötetään kuhunkin leijukerrosmoduliin 9 palautuskanavan 27 yhteydessä olevan siitä haaroittuvan syöttöyhteen 31 kautta. Nämä materiaalit syötetään sopivimmin vaihtoeh-15 toisesti syöttöyhteestä 32, joka sijaitsee primäärisyk-lonikaasunpoistoaukon 30 vieressä. Tällaisen järjestelyn avulla, jossa syötettävät kylmät, kiinteät aineet ovat yhteydessä kuumaan, leijukerroksesta tulevaan 538°C:iseen savukaasuun, ko. aineet kuumen-20 netaan nopeasti 482°C:n lämpötilaan ennen kuin ne tulevat reaktorin ohueen leijukerrokseen 11 syklonin palautuskanavan 27 kautta. Reaktorin kokoojakammioon 22 syötetty primääri-ilma jakautuu tasaisesti ylöspäin leijukerrokseen 11 aukollisen virtauserottimena 25 toimivan erotinhilan 23 avulla. Erotinhila 23 voi olla oleellisesti litteä tai kartiomuotoinen -•ja käsittää sopivimmin useita vaihtosyrjäisiä metal-likulmapaloja 33, joissa on useita aukkoja 33a, jotka ovat oleellisesti vaakasuuntaisia, kuten kuvassa 3 on 30 yleisesti esitetty. Primäärikaasun syötöllä leiju- . kerrokseen vaakasuunnassa estetään partikkeleiden korkealle, ylöspäin suuntautuvat nopeudet, jotka voivat aiheuttaa tilan 13 alemman osan syöpymistä. Sekundääri-ilma syötetään nousukanavan 12 alaosaan 35 leijukerroksen partikkeleiden siirtämiseksi jatkuvasti ylöspäin nousukanavassa 12 sekä tarvittavan kaasun, kuten hapen, syöttämiseksi kiinteissä aineissa, kuten polttoaineissa, syntyvien reaktioiden tai palamisen 12 9654( aikaansaamiseksi, mikä tapahtuu jatkuvissa nousu- ja laskukanavissa.

Hiilen ja kalkkikiven ainoa syöttöyhde leijukerrok-5 seen 11 palautuskanavan 27 kautta on suunnattu siten, että uudet kiinteät aineet voidaan sopivimmin syöttää leijukerrokseen. Myös reaktorin leijukerroksen poisto-yhde 26 on sijoitettu mahdollisimman kauas syklonin palautuskanavan 27 tuloaukosta partikkeleita sisältävän 10 hiilen ja kalkkikiven sivuvirtaushäviöiden ja siten leijukerroksesta 11 poistumisen minimoimiseksi. Ylöspäin leijukerroksessa virtaavan kaasun nopeus leijukerroksen fluidisoimiseksi riippuu leijukerroksessa olevien partikkeleiden koosta ja tiheydestä, ja 15 sen tulisi yleensä olla välillä 0,91-6,9 m/s. Ylöspäin nousukanavassa virtaavan sekundäärisen ilman keskimääräisen nopeuden tulisi olla riittävä laimennus-muodossa olevien kiintoainepartikkelien nostamiseksi tiivisolomuotoisesta leijukerroksesta ja yleensä olla 20 4,57-9,14 m/s. Hiilen palamistapahtuman aikaansaami seksi leijukerroksen lämpötila on yleensä 649-871°C, ja palavien hiilipartikkelien lämmön nousu nousu- ja laskukanavissa on 2,8-55,6°C, kun eksoterminen palamis-lämpö jatkuvasti poistetaan. Laskukanavan poisto-25 alueen 14a kohdalla alas virtaava kaasu vaihtaa suuntaa ja nousee ylöspäin kohti kaasunpoistoaukkoa 25, kun taas jäljellä olevat palamattomat partikkelit menettävät liike-energiansa ja palautuvat siirtymällä alaspäin leijukerrokseen 11 edelleen palamisreaktioon 30 ja kiertoon nousukanavaan 12. Sekä primääri- että sekundääri-ilma esilämmitetään sopivimmin ulospäin suuntautuvien virtausten varalta, kuten reaktorin kuumavirtakaasun kohdassa 25 varalta.

35 Kukin leijukerrosmoduli 9 voidaan sopivasti rakentaa haluttua kapasiteettia vastaavan kokoiseksi, kuten sellaista polttojärjestelmää varten, jossa poltetaan kivihiiltä ja tuotetaan noin 4536 kg/h kyllästettyä il 9654( 13 höyryä. Kukin leijukerrosmoduli on sopivimmin neliönmuotoinen ja valmistettu erillistuotteena ja se voidaan liittää vierekkäin yhteen muiden leijukerrosmodulien kanssa tietyn asennuskokoonpanon aikaansaamiseksi. 5 Useita leijukerrosmoduleja 9 voidaan käyttää tarvittaessa suuremman kapasiteetin omaavan polttojärjes-telmän muodostamiseksi, kuten on esitetty kuvassa 4. Kukin leijukerrosmoduli 9 voidaan erottaa vierekkäisestä modulista säiliössä 20 olevan erotusseinä-10 män 32 avulla.

Esillä olevaa keksintöä kuvataan tarkemmin seuraavassa esimerkissä, jota ei tule käsittää keksinnön laajuutta rajoittavana.

15

Esimerkki

Tyypillinen leijukerrospolttoreaktorimoduli käsittää tiivisolomuotoisen leijukerroksen 11, joka sijaitsee 20 säiliössä nousu- ja laskukanavayksikön alapuolella. Murskattua kivihiiltä ja kalkkikiveä syötetään leiju-kerrokseen primäärisessä kaasujen ja kiinteiden aineiden syklonierotusyksikön kautta syöttömateriaalien esikuumentamiseksi ennen kuin ne tulevat ohueen . 25 leijukerrokseen palautuskanavan kautta. Nousu- ja laskukanavat muodostuvat neljästä samankeskeisestä putkesta ja muodostavat sisäpuolisen ja ulkopuolisen tilan 13, 15, joka on täytetty kattilan syöttövedellä veden kuumentamiseksi ja kyllästetyn höyryn tuot-30 tautiseksi. Primääri-ilmaa syötetään kokoojakammios- ta 22, joka on yhtenäinen ja suuntautuu ylöspäin ; · ' leijukerroksesta jakeluelimien 23 kautta. Sekundääri-ilma suihkutetaan ylöspäin nousukanavaan nopeudella, joka on riittävä sellaisen kontrolloidun nopeuden ja 35 partikkeleiden viipymisajan aikaansaamiseksi, että kiinteiden aineiden leijukerrokseen tapahtuvan uudel-leenkierrättämisen lisäksi oleellisesti täydellinen hiilen palaminen saadaan aikaan.

9654( 14

Seuraavassa taulukossa 1 on esitetty tärkeitä ominaisuuksia, jotka on tällaisella tyypillisellä reaktorilla, joka käsittää katetun nousu- ja laskuyksikön alapuolella olevan leijukerroksen hiilen polttamiseksi yh-5 dessä kalkkikiven kanssa.

Taulukko 1.

Leijukerroksen paksuus (m) 1,22 ] 0 Kaasun keskimääräinen nopeus leijukerroksessa (m/s) 3,05

Nousukanavan korkeus (m) 6,1

Laskukanavan korkeus (m) 5,5

Nousu- ja laskukanavien poik-15 kileikkauspinta-alojen suhde 2:1

Kaasun keskimääräinen nopeus nousukanavassa (m/s) 6,1—9,14

Kaasun keskimääräinen nopeus laskukanavassa (m/s) 3,05—4,57 20 Etäisyys leijukerroksen ylä pinnan ja laskukanavan suun välillä yläpuolella (+) tai alapuolella (-) (m) +0,46...-0,46 25 Leijukerroksen kivihiili- ja kalkkikiven partikkeleiden koko (mikron) 200—700 30 Syntyvät savukaasut kulkeutuvat syklonierottimen kautta kiinteiden aineiden poistamiseksi, jotka palautuvat kiertoon leijukerrokseen, kun taas kiinteät tuhka ja kalkkikivi poistetaan leijukerroksen alemmasta osasta.

15 9654(

Vaikka tätä keksintöä on kuvattu laajalti ja sopivim-pien suoritusmuotojen avulla, on ymmärrettävää, että on mahdollista tehdä keksintöä koskevia muunnelmia ja sovellutuksia, ja että joitakin piirteitä voidaan käyttää ilman toisia, mikä kaikki kuitenkin tapahtuu keksinnön 5 hengen ja laajuuden piirissä, mikä on määritelty seu-raavissa patenttivaatimuksissa.

Claims

1. Kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, joka käsittää säiliön (20), jossa on reaktiokammio, 5 joka sijaitsee sen alaosassa, käsittäen partikkeleita sisältävän kiinteän aineen tiivisolomuotoisen lei juker-roksen (11); elimet (27) uusien kiintoainepartikkelien syöttämiseksi reaktiokammiossa olevaan leijukerrok-seen (11); jakeluelimet (23) primäärikaasun syöttämi-10 seksi ylöspäin leijukerrokseen (11), ja elimet (24) sekundäärikaasun syöttämiseksi ylöspäin keskeiseen nousukanavaan (12) sekä syklonierottimen (28), joka on virtausyhteydessä säiliön (20) yläosaan kaasujen ja siinä olevien kiinteiden aineiden poistamiseksi 15 syklonierottimen (28) kautta säiliöstä (20), jolloin partikkeleita sisältäviä kiinteitä aineita voidaan syöttää leijukerrokseen ja kierrättää laimennusmuotoi-sen nousu- ja laskukanavayksikön (10) kautta lämmön-siirtoyhteydessä lämmönsiirtopintoihin ja niissä olevan 20 nesteen kanssa ja jolloin partikkelimaiset kiinteät aineet, jotka on kerätty kaasujen ja kiinteiden aineiden syklonierottimeen (28), voidaan kierrättää takaisin leijukerrokseen (11); tunnettu siitä, että nousu- ja laskukanavayksikössä (10) on keskeinen 25 nousukanava (12), joka on virtausyhteydessä nousu-kanavan (12) kanssa samankeskeiseen ulompaan lasku-kanavaan (14), että mainittu nousu- ja laskukanava-yksikkö (10) on oleellisesti pystysuorassa asennossa mainitussa säiliössä (20), että laskukanavan (14) 30 poistoalue (14a) sijaitsee lähellä leijukerroksen (11) yläpintaa ja poistoalue (14) on järjestetty ohjaamaan alaspäin virtaavat partikkeleita sisältävät kiinteät aineet laskukanavasta (14) takaisin leijukerrokseen (11) , ja että mainittu nousu- ja laskukanava-35 yksikkö (10) käsittää kaksi samankeskeistä tilaa, jotka kumpikin muodostuvat lämmönsiirtopintaraken-teesta, jotka käsittävät nestettä sisältävät vierek-käiset seinämät. n 9654( 17

2. Patenttivaatimuksen l mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että lieriönmuotoinen ohjausseinämä (16) on 5 sijoitettu mainitun laskukanavan poistoalueen ulkopuolelle alaspäin virtaavien partikkeleita sisältävien kiinteiden aineiden ohjaamiseksi takaisin leijukerrok-seen (11).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että mainittu jakeluelin (23) käsittää useita virtauskanavia (33), joissa on aukot (33a), jotka on sovitettu oleellisesti vaakasuuntaisesti primääri- 15 kaasun syöttämiseksi mainittuun leijukerrokseen (11) .

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että leijukerrosreaktori sisältää elimet (17) 20 nesteen syöttämiseksi mainitun lämmönsiirtopinta- rakenteeseen sen alaosaan sekä elimet (18) lämmönsiir-topintarakenteen yläosassa kuumennetun tai jäähdytetyn nesteen poistamiseksi lämmönsiirtopintarakenteesta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että laskukanavan (14) poikkileikkauspinta-ala on suurempi kuin nousukanavan (12) poikkileikkauspinta-ala ja niiden suhde on 1,5:1 - 3:1. 30

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että nousu- ja laskukanavayksikön (10) korkeuden suhde ulkohalkaisijaan on 8:1 - 20:1. 35

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että leijukerroksen yläpinta (11a) on lasku- 18 9654( kanavan poistoalueen (14a) yläpuolella etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin 0,75-5 kertaa laskukanavan (14) säteen pituus.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että partikkeleita sisältävien kiinteiden aineiden syöttöelimet (32) on järjestetty lämmön-siirtoyhteyteen ulospäin mainitun syklonierottimen (28) 10 kautta kulkeviin kaasuihin nähden siten, että syötetyt partikkelit voidaan liittää kiinteisiin partikkeleihin, joita kierrätetään syklonierottimesta (28) takaisin leijukerrokseen (11).

9. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että leijukerrosreaktori käsittää elimet (26) kiinteiden aineiden poistamiseksi leijukerroksen alaosasta lämmönsiirtoyhteydessä syötettävään nes-20 teeseen nähden.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu siitä, että useita reaktorimoduleita (9), jotka kukin 25 käsittävät nousu- ja laskukanavayksikön (10) on yhdistetty suuremman kapasiteetin omaavan reaktori-järjestelmän aikaansaamiseksi.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen kaasujen ja 30 kiinteiden aineiden leijukerrosreaktori, tunnettu . siitä, että vierekkäisten mainittujen nousu- ja laskukanavayksiköiden (10) välinen etäisyys on 1,5-2,5 kertaa nousu- ja laskukanavayksikön ulko-halkaisija. 35

12. Menetelmä kaasun ja partikkeleita sisältävien kiinteiden aineiden välisen reaktion aikaansaamiseksi leijukerrosreaktiojärjestelmässä, joka käsittää il 9654( 19 partikkeleita sisältävien reaktiivisten tai katalyyttisten kiinteiden aineiden syöttämisen tiivisolo-muotoiseen leijukerrokseen (11), joka sijaitsee säiliön (20) alaosassa, ja primäärikaasun syöttämisen 5 ylöspäin leijukerrokseen (11) leijukerroksen fluidi-soimiseksi, tunnettu siitä, että ainakin yksi nousu-ja laskukanavayksikkö (10) sijoitetaan lei jukerroksen (11) yläpuolelle, että mainittu nousu- ja laskukanavayksikkö (10) muodostetaan keskellä olevan 10 nousukanavan (12) ja samankeskeisen ulkopuolisen laskukanavan (14) yhdistelmästä, että sekundäärinen kaasu syötetään ylöspäin nousukanavaan (12) partik-keleiden nostamiseksi leijukerroksesta (11) nousukanavaan ja että höyrystyvää nestettä syötetään nousu- ja 15 laskuyksikköön (10) kuuluvaan kaksipuoliseen lämmön- siirtorakenteeseen sen alaosaan osan partikkeleita sisältävistä kiinteistä aineista kulkeutuessa jatkuvasti laimennusmuodossa ylöspäin leijukerrokses^· ta (11) mainitun keskellä olevan nousukanavan (12) 20 kautta ja sitten alaspäin mainitun samankeskeisen ulkopuolisen laskukanavan (14) kautta takaisin leijukerrokseen (11) lämpötilassa ja virtausnopeudella, jotka on sovitettu oleellisesti siten, että syötetyt kaasut reagoivat oleellisesti täydellisesti kiinteiden 25 aineiden kanssa, ja siten nesteen lämmittämiseksi mainitussa lämmönsiirtorakenteessa kyllästetyn nesteen tuottamiseksi sekä kyllästetyn nesteen poistamiseksi lämmönsiirtopintarakenteen yläosasta.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden reaktiomenetelmä, tunnettu siitä, että keskimääräisen, ylöspäin suuntautuvan kaasun nopeus nousukanavassa (12) on 4,57-9,14 m/s ja keskimääräisen kaasun nopeus laskukanavassa (14) on 35 1,52-4,57 m/s.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden reaktiomenetelmä, tunnettu 9654) 20 siitä, että nousu- ja laskukanavien (12, 14) kautta kiertävien kiinteiden aineiden kierrätyssuhde on suurempi kuin uusien kiinteiden aineiden syöttönopeus ja että niiden suhde on vähintään 2:1. 5

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden reaktiomenetelmä, tunnettu siitä, että laskukanavan (14) kautta poistuvat kiinteät aineet palautetaan oleellisesti leijukerrokseen (11) 10 ja kaasut johdetaan kaasujen ja kiinteiden aineiden syklonierottimeen (28), josta kiinteät aineet palautetaan leijukerrokseen (11) .

16. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen kaasujen 15 ja kiinteiden aineiden reaktiomenetelmä, tunnettu siitä, että partikkeleita sisältävät kiinteät aineet valitaan kiinteistä polttoaineista ja sorboiva aine valitaan rikin poistamiseksi, primäärikaasuksi valitaan ilma ja höyrystyväksi nesteeksi vesi. 20

16 9 6 5 4 Γ

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen kaasujen ja kiinteiden aineiden reaktiomenetelmä, tunnettu siitä, että kiinteäksi polttoaineeksi valitaan kivihiili ja sorboivaksi aineeksi kalkkikivi, jolloin 25 menetelmässä käytetään vaihetta, jossa palamaton polttoainetuhka ja kalkkikivi poistetaan mainitun leijukerroksen (11) alaosasta. Il 9654Γ 21 Patentkrav;