NL8301081A

NL8301081A - Werkwijze en inrichting voor het terugwinnen van warmte uit een deeltjesvormige vaste stof.

Info

Publication number: NL8301081A
Application number: NL8301081A
Authority: NL
Original assignee: Chevron Res
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1983-03-28
Publication date: 1983-10-17
Also published as: AU1119783A; CA1201112A; MA19754A1; FR2524628A1; GB2117885B; DE3311460A1; BE896323A; GB8307735D0; AU569700B2; US4479308A; GB2117885A; SE8301705D0; AU8283887A; SE8301705L; BR8301490A; IL67909A0

Description

* i .. "1

ft. W

N.0. 31642 1

Werkwijze en inrichting voor het terugwinnen van warmte uit een deel-tjesvormige vaste stof.

Bij werkwijzen voor het vervaardigen van synthetische koolwater-stof-bevattende produkten door pyrolyse uit koolwaterstof-bevattende materialen, zoals uit olie bevattende leisteen of teerzandsoorten, wordt een grote hoeveelheid warm mineraal residu voortgebracht dat af-5 gevoerd moet worden. Het is in het algemeen wenselijk om de temperatuur van dit residu voor het afvoeren wezenlijk te verminderen om zowel het hanteren te vergemakkelijken als voor het herwinnen van de warmte uit het residu die anders verloren kan zijn. Terugwinnen van warmte uit dergelijke materialen verschaft bijzondere problemen door de aard van 10 het residu en de grote hoeveelheid materiaal die gehanteerd moet worden. Het minerale residu dat volgend op de pyrolyse van leisteenolie overblijft bevat bijvoorbeeld een breed bereik van deeltjesgrootten va- j rierend van fijn poeder (ongeveer 150 micron) tot tamelijk grove granulaten (6,25 mm). Bovendien moet, omdat ëên ton olie bevattende leisteen 15 behandeld moet worden om ongeveer 38-132 liter leisteenolie te verkrij- | gen, een groot volume mineraal residu gehanteerd worden. Gebruikelijke j warmtewisselaars, zoals ondiepe gefluïdiseerde bedden hebben aanzien- j lijke beperkingen indien deze bij processen van dit soort toegepast worden.

20 Een werkzame warmtewisselaar voor gebruik in een met een retort werkend proces van dit soort moet in staat zijn om een grote hoeveelheid materiaal dat samengesteld is uit een veelheid van deeltjesgroot- ! ten te behandelen en moet efficiënt de warmte uit het vaste residu naar een gewenst fluïdum voor het overbrengen van warmte overdragen. De ver-25 houdingsgewijs lange verblijftijden die vereist zijn voor werkzame warmte-overdracht staat tegenover de noodzaak om enorme hoeveelheden warm residu te bewegen. In bijvoorbeeld een commerciële installatie die b.v. 100.000 vaten olie per dag produceert moet ongeveer 300.000 ton ruwe leisteen per dag behandeld worden (uitgaande van 76 liter per ton j 30 leisteen). Daar de anorganische component van de leisteen ongeveer 80 j

gew.% van de ruwe leisteen uitmaakt, wordt de omvang van dit probleem duidelijk. I

i

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het terugwinnen van warmte uit een warme deeltjesvormige vaste stof be-35 vattende verschillende deeltjesgrootten, welke werkwijze omvat: (a) het fluïdiseren van de warme deeltjesvormige vaste stof in een eerste zone met een gas dat een lagere uitgangstemperatuur heeft dan de 8301081 t 2 i v vaste stof, waardoor de vaste st9f gedeeltelijk gekoeld wordt en het fluldiserende verwarmd wordt; (b) het inbrengen van de gedeeltelijk gekoelde deeltjesvoraige vaste stof uit de eerste zone in de bovenkant van een vertikaal-lang- 5 werpige tweede zone die inwendige middelen bevat om in hoofdzaak verti-kale terugmengen te beperken en om de gemiddelde verblijftijd van de deeltjesvormige vaste stoffen, die daardoor naar beneden bewegen gaan, te verlengen; (c) het naar boven door de tweede zone leiden van een verhoudings-10 gewijs koel gas in hoofdzaak in tegenstroom met de naar beneden bewegende deeltjesvormige vaste stoffen met een snelheid die voldoende is om de deeltjesvormige vaste stoffen gedeeltelijk te flu'idiseren en om een wezenlijke overdracht van warmte tussen de deeltjesvormige vaste stof en het gas mogelijk te maken; 15 (d) het terugwinnen van het verwarmde gas uit de eerste en tweede zones; en (e) het verwijderen van de gekoelde deeltjesvormige vaste stoffen van de bodem van de tweede zone.

Bij de meest de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm wordt de 20 werkwijze voor het terugwinnen van warmte, die hier beschreven is, eveneens gebruikt om een medium voor het overbrengen van warmte, anders dan de gassen, die in directe aanraking met de vaste stoffen in het eerste en tweede zones gaan, te verwarmen. Bij voorkeur wordt dit fluïdum voor het overbrengen van warmte door verwarmingsspiralen die in het 25 inwendige van de tweede zone aanwezig zijn, gecirculeerd. Bijgevolg dienen de inwendige middelen gebruikt om de doorgang van vaste stoffen en gassen door de tweede zone te beperken eveneens als warmte-over-drachtsoppervlak tussen de vaste stoffen en de gassen aan de buitenkant en een fluïdum voor het overbrengen van warmte dat door het inwendige 30 circuleert.

De onderhavige uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting voor het overbrengen van warmte uit een warme deelt jesvormige stof naar een verhoudingsgewijs koel gassen een fluïdum voor het uitwisselen van warmte, welke de inrichting omvat: 35 (a) een vertikaal-langwerpig buitenste vat dat verdeeld is in een boven en benedenzone; (b) waarbij de bovenzone voorzien is van een inlaat en een uitlaat geschikt voor de doorgang van een deeltjesvormige vaste stof, welke uitlaat eveneens dient als doorgang voor verbinding tussen de bovenzone 40 en de bovenkant van de benedenzone; 830 1 08 1 > !'ί * <t 3 (c) waarbij de bovenzone verder voorzien ia van een gasuitlaat en van een eerste gasverdeelorgaan dat geschikt is voor het fluïdiseren van de deeltjesvormige vaste stof; (d) waarbij de benedenzone voorzien is van een tweede gasverdeel-5 orgaan en ontworpen is voor de doorgang naar boven daardoor van een gas met een bepaalde snelheid; (e) een veelheid van verdeelorganen voor de materiaalstroom welke inwendig binnen de benedenzone aangebracht zijn om macro-terugmengen in vertikale richting aanzienlijk te beperken en om de gemiddelde ver- 10 blijftijd van de deeltjesvormige vaste stoffen die daardoor naar beneden gaan te vergroten; (f) middelen voor het circuleren van een warmte-overdrachtsmedium door de verdeelorganen voor de materiaalstroom; (g) een gasuitlaat bij de bovenkant van de benedenzone; en 15 (h) een uitlaat voor vaste stoffen bij de bodem van de benedenzo ne*

De uitvinding zal hieronder als voorbeeld aan de hand van de tekeningen beschreven worden, waarin: figuur 1 een schematische afbeelding van een met een retort wer-20 kend proces is voor een koolwaterstof bevattende vaste stof, zoals olie bevattende leisteen, waarbij de hier beschreven werkwijze gebruikt kan worden; figuur 2 een vertikale dwarsdoorsnede van een warmtewisselinrich-ting is, waarin de hier beschreven werkwijze uitgevoerd wordt; 25 figuur 3 een horizontale dwarsdoorsnede langs de lijn III-III van een warmtewisselinrichting afgebeeld in figuur 2 is, genomen door het gefluïdiseerde bed van de eerste zone waarbij de plaatsing van het centrale schot en verschillende leidingen afgebeeld zijn; en figuur 4 een horizontale dwarsdoorsnede langs de lijn IV-IV van de 30 warmtewisselaarinrichting afgebeeld in figuur 2 is, waarbij een schotel getoond wordt die dient als een inwendig orgaan in de gedeeltelijk gefluïdiseerde zone.

In figuur 1 is een schematische afbeelding getoond van een typische werkwijze voor het in een retort behandelen van olie bevattende 35 leisteen, waarin de werkwijze voor het terugwinnen van warmte die hier beschreven is, opgenomen is. Bij dit proces wordt ruwe olie bevattende leisteen gebroken en vermalen tot een deeltjesvormige vaste stof met een maximale deeltjesgrootte van ongeveer 6,25 mm. De vergruisde leisteen wordt naar een houdervat 1 gevoerd waar deze tijdelijk opgeslagen 40 wordt voordat deze naar een als stijgpijp uitgevoerde voorverwarmer 2 8301081 i · 4 geleid worde waar de temperatuur van de leisteendeeltjes tot ongeveer 425°C verhoogd wordt. De voorverwarmde deeltjes worden in het bovendeel van een retortvat 3 geleid waarin de pyrolyse van de koolwaterstoffen in de ruwe leisteen plaats vindt. Bij de in een retort plaats vindende 5 werkwijze die gebruikt wordt om de uitvinding te illustreren, wordt de ruwe leisteen verder verwarmd in het retortvat 3 tot ongeveer 480°C door warme rondgevoerde verbrande deeltjes leisteen die het retortvat via leiding 4 binnentreden. Stripgas treedt het retortvat nabij de bodem binnen en brengt de naar beneden bewegende leisteendeeltjes voor 10 een deel in gefluïdiseerde toestand. Een volledige beschrijving van een dergelijke in een retort uitgevoerde werkwijze wordt gedetailleerd beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.199.432, waarnaar hier verwezen wordt. Andere werkwijzen voor het in een retort behandelen van de leisteen kunnen eveneens gebruikt worden in combinatie met de werk-15 wijze voor het terugwinnen van warmte zoals hier beschreven, maar de in een retort uitgevoerde werkwijze ontvouwd in het Amerikaanse octrooischrift 4.199.432 heeft bepaalde voordelen ten opzichte van andere werkwijzen welke gebruikt zouden kunnen worden. Voortgebrachte dampen, dat wil zeggen koolwaterstof bevattende gassen die door pyrolyse vrij-20 komen, verlaten gemengd met stripgas het retortvat via gasleiding 5. D.e gassen uit het retort worden naar een afscheidingszone 6 gebracht waar het tot condenseerbare produkt, dat wil zeggen leisteen, van de niet condenseerbare gassen gescheiden wordt.

De in een retort behandelde leisteen, die de bodem van het retort-25 vat 3 verlaat bevat een residu koolstofhoudend materiaal dat verbrand kan worden om warmt voo de pyrolyse te verschaffen. Daartoe wordt de in een retort behandelde leisteen via een leiding 7 naar de als stijgpijp . uitgevoerde verbrander 8 gestuurd, waar het overblijvende koolstof be vattende materiaal in aanwezigheid van zuurstof verbrand wordt. De war-30 me verbrande leisteendeeltjes worden in vat 9 verzameld en via leiding 4 naar het retortvat 3 teruggeleid, of deze worden alternatief naar de eenheid 10 voor het terugwinnen van warmte gestuurd via leiding 11. In de eenheid 10 voor het terugwinnen van warmte wordt de warmte aanwezig in de verbrande leisteen naar lucht en een fluïdum voor het overbrengen 35 van warmte overgebracht door een werkwijze die hieronder in detail beschreven zal worden. De warme lucht die door de warme verbrande leisteen in de eenheid voor het terugwinnen van warmte verwarmd wordt wordt gebruikt als het stijggas voor de als stijgpijp uitgevoerde verbrander 8 en wordt van de eenheid voor het terugwinnen van warmte via 40 leiding 12 naar verbrander 8 overgebracht. Het gekoelde leisteenresidu 830 1 08 1

V

5 wordt van de bodem van de eenheid voor het terugwinnen van warmte verwijderd en op een milieuvriendelijke wijze afgevoerd.

De werking van de eenheid 10 voor het terugwinnen van warmte is in figuur 2 gedetailleerd .afgebeeld. De eenheid is verdeeld in een boven-5 zone 101 en een benedenzone 102 gescheiden door een plaat 103. De warme verbrande leisteen die de verbrander verlaat treedt de bovenzone 10 via de van openingen langs de lengte voorziene inlaatpijp 104 binnen. De bovenzone 101 wordt door een vertikaal schot 105 in twee vertikale helften verdeeld. Een afvoerpijp 106 voor overstromende leisteen is in 10 de vertikale helft van de bovenzone tegenover de inlaatpijp 104 voor leisteen aangebracht. De afvoerpijp 106 dient als verbinding tussen de bovenzone 101 en de benedenzone 102. Eveneens brengen twee tussenliggende gaspijpen 107 en 108 een verbinding tussen de boven- en benedenzone tot stand. De onderlinge plaats van elk van de pijpen ten opzichte 15 van het vertikale schot in de bovenzone kan het best aan de hand van figuur 3 uitgelegd worden, die een horizontale dwarsdoorsnede van de bovenzone is, genomen langs de lijn ÏÏI-III in figuur 2. Teruggaande naar figuur 2 blijkt dat iets boven de plaat 103, welke de eenheid in de boven- en benedenzones verdeelt, zich een bovenste gasverdeelorgaan 20 109 voor het fluïdiseren van de vaste stoffen in de bovenzone bevindt.

Een gasuitlaat 110 aan de bovenkant van de zone wordt gebruikt om het verwarmde gas uit de eenheid te verwijderen.

De benedenzone 102 bevat spiralen 111, 112 en 113 voor het overbrengen van warmte welke eveneens als schotten dienen voor de beheerste 25 verdeling van zowel de vaste stoffen als de gassen die door de benedenzone gaan. Deze spiralen zijn zo aangebracht dat zij open horizontale schotels te vormen waarvan er een in figuur 4 in dwarsdoorsnede van de benedenzone genomen langs de lijn 1V-1V in figuur 2, afgebeeld is. De spiralen zijn bijgevolg in staat om zowel als inwendige stroomverdeel-30 organen voor de materialen die vertikaal door de benedenzone bewegen, te dienen als als warmte-overdrachtsspiralen voor een warmteover-drachtsmedium dat door het inwendige van de spiralen gaat.

Teruggaande naar figuur 2 is een onderste gasverdeelorgaan 114 nabij de bodem van de benedenzone aangebracht. Het houdervat 115 van de 35 benedenzone loopt naar beneden toe teneinde een betrekkelijk gelijkblijvende gassnelheid in de benedenzone te handhaven. Een pijp 116 voor het afvoeren van residu bij de bodem van de benedenzone dient als uitlaat voor de gekoelde leisteen die de eenheid voor het terugwinnen van warmte verlaat.

40 Tijdens bedrijf treedt warme verbrande leisteen uit de verbrander _______________j 8301081 6 de eenheid voor het terugwinnen van warmte door de openingen voorziene inlaatpijp 104 voor leisteen binnen. Op deze plaats heeft de verbrande leisteen een temperatuur van ongeveer 730°C. De leisteendeeltjes vormen een bed van vaste stoffen in de bodem van de bovenzone 101. De maximale 5 hoogte van het bed leisteendeeltjes in de bovenzone is als een lijn 117 afgebeeld. Verhoudingsgewijs koele lucht, bijvoorbeeld van ongeveer 180°C die door het bovenste gasverdeelorgaan 109 binnentreedt, wordt gebruikt om het leisteenbed te fluldiseren. De lucht wordt, wanneer deze door het bed gaat, door de warme leisteen tot ongeveer 480°C verhit 10 en tegelijkertijd worden de leisteendeeltjes tot ongeveer 480eC gekoeld. De afvoerpijp 106 voor overstromende leisteen wordt gebruikt om de gedeeltelijk gekoelde leisteendeeltjes van de bovenzone naar de benedenzone van de eenheid voor het terugwinnen van warmte over te brengen. Het vertikale schot 105 in de bovenzone verzekert een voldoende 15 verblijftijd in de bovenzone om de leisteendeeltjes tot de gewenste temperatuur af te koelen voordat zij in de benedenzone 102 worden overgebracht.

Na het in de benedenzone binnentreden gaan de gedeeltelijk afgekoelde leisteendeeltjes naar beneden in hoofdzaak in tegenstroom met 20 verhoudingsgewijs koele lucht (bijvoorbeeld van 180°C) die door het onderste gasverdeelorgaan 114 voor de bodem van de benedenzone binnentreedt. De snelheid van deze stroom gas in de benedenzone is voldoende om de naar beneden gaande leisteendeeltjes slechts gedeeltelijk te fluldiseren. Bijgevolg zullen de leisteendeeltjes in de benedenzone in 25 tenminste twee categoriën onderverdeeld worden, te weten die deeltjes die een eindsnelheid hebben die kleiner is dan de werkzame snelheid van -de gasstroom en die deeltjes die een eindsnelheid hebben die groter is dan de werkzame snelheid van de gasstroom. De hier gebruikte uitdrukking eindsnelheid heeft betrekking op de maximum snelheid die, bij een 30 bepaalde afmeting van een deeltje dat door een lange kolom stilstaande lucht valt, bereikt wordt. Indien bijgevolg de eindsnelheid van een bepaald deeltje gelijk is aan of groter is dan de werkzame snelheid van de in tegenstroom zijnde stroom gas, zal dat deeltje gefluldiseerd worden. Dienovereenkomstig zullen deeltjes met een grotere eindsnelheid 35 dan de werkzame snelheid van het gas niet gefluldiseerd worden. Deze laatste deeltjes zullen in de afwezigheid van inwendige delen snel naar de bodem van de benedenzone vallen, hetgeen een onvoldoende verblijftijd voor werkzame warmtewisseling tot gevolg heeft.

Om dit probleem op te lossen bevat de benedenzone een reeks scho-40 tels die door de spiralen 111, 112 en 113 voor het overdragen van warm- 8301081 7 te gevormd worden. Deze schotels beperken de doorgang van zowel de vaste stoffen als de gassen door de benedenzone. De schotels dienen om de verblijftijd van de niet gefluïdiseerde leisteendeeltjes te doen toenemen. Deze toegenomen verblijftijd van de grotere deeltjes maakt het mo-5 gelijk om een meer werkzame varmtewissellng tussen de warme leisteendeeltjes en zowel de in tegenstroom zijnde gasstroom als het warmtewis-selmedium binnen de wikkelingen te verkrijgen. Bovendien beletten de schotels het in vertikale richting macro-terugmengen van alle vaste stoffen die naar beneden door de benedenzone gaan. Dit stimuleert de 10 vorming van een propstroming van de vaste stoffen en vormt op doelmatige wijze een gelaagd vertikaal temperatuurprofiel in de benedenzone.

Volgens bovengenoemde andere methode zullen de warmste deeltjes bij de bovenkant van de benedenzone gevonden worden, waarbij de deeltjes in toenemende mate in de benedendelen van de zone kouder zullen worden. De 15 inwendige delen verzekeren dat de koudere deeltjes niet teruggemengd worden met de zich daarboven bevindende warmere deeltjes. Dit natuurlijk in tegenstelling tot een volledig gefluldiserd bed waar aanzienlijk macro-terugmengen in vertikale richting (van boven naar beneden) plaats vindt.

20 De vertikale schotels beperken eveneens de doorgang van het gas naar boven door de benedenzone. Bij afwezigheid van inwendige delen zou het gas tot een concentratie ror geleidelijk groter wordende bellen neigen bij het naar boven door het bed van de vaste stoffen stromen.

Deze grote bellen zullen een vloeiend bedrijf van het bed beletten en 25 een doelmatige warmte-overdracht van de warme vaste stoffen tegengaan.

Bijgevolg zijn de schotels eveneens ontworpen om de maximale belafme- ! j ting te beperken. Het gehele effect van de inwendige delen is de werkzame warmte-overdracht van de vaste stoffen te verbeteren terwijl een aanzienlijker doorgang van vaste stoffen verkregen wordt dan mogelijk 30 zou zijn bij de afwezigheid van die inwendige delen.

De gekoelde leisteendeeltjes (ongeveer 200°C) verzamelen zich in de bodem van de benedenzone en worden voor afvoer door de afvoerpijp 116 voor residu verwijderd. De verwarmde gassen, die de bovenkant van het bed van vaste stoffen in de benedenzone verlaten, gaan door middel 35 van de twee tussengeplaatste gaspijpdoorgangen 107 en 108 naar de bovenzone. Het verwarmde gas afkomstig van zowel de benedenzone als de bovenzone verlaat de eenheid voor het terugwinnen van warmte via de gasuitlaat 110 in de bovenkant van de bovenzone. Het medium voor het * overdragen van warmte dat door de spiralen voor het overdragen van 40 warmte gecirculeerd wordt, kan voor verschillende doeleinden gebruikt 8301081 δ worden, zoals voor het aandrijven van de compressoren die gebruikt worden om de gasstromen op te wekken die nodig zijn voor de verschillende delen van het gehele proces.

In hoofdzaak is de bovenste gefluïddiseerde zone van de eenheid 5 voor het terugwinnen van warmte gelijk aan die van een gebruikelijke gefluldiseerde bed van vaste deeltjes. De snelheid van het fluïdiseren-de gas moet voldoende zijn om alle aanwezige deeltjes in het bed te fluldiseren. Deze snelheid zal afhankelijk zijn van de maximale afmeting van de deeltjes in de vaste stoffen. De diepte van het bed in de 10 bovenzone moet voor werkzaam bedrijf verhoudingsgewijs gering zijn, normaliter ongeveer 1,20 m of minder, indien de snelheid van het fluï-diserende gas ongeveer 1,20 m/sec. is.

Daarmee in tegenstelling kan het bed van de vaste stoffen in de benedenzone verhoudingsgewijs diep zijn, bijvoorbeeld ongeveer 4,2 m, 15 en kan de gassnelheid geringer zijn, bijvoorbeeld tussen ongeveer 0,6 en 1,2 m/sec. De afstanden tussen en het ontwerp van de schotels is belangrijk voor een optimale werking van het bed en voor de warmte-over-dracht. In het hierboven beschreven ontwerp moeten de schoteld tenminste 50% open oppervlak bevatten, bij voorkeur ongeveer 60% open opper-20 vlak, en met tussenruimten van ongeveer 12,5 3 15 cm geplaatst worden. Het materiaal, de afmeting en de dikte van de buizen die gebruikt worden om de spiralen van de schotels te vormen zijn belangrijk voor het overbrengen van warmte door het spiraaloppervlak naar het zich daarin bevindende medium voor het overdragen van warmte. Hoewel andere midde-25 len toegepast kunnen worden om het medium voor het overdragen van warmte door het inwendige te circuleren, is het meest passende middel het gebruik van schotels die gevormd worden door overlappende spiralen zoals in figuur 4 afgebeeld.

Een warmtewisselaarinrichting geconstrueerd volgens de bovenstaan-30 de beschrijving zal normaliter een doorgangvermogen voor vaste stoffen hebben tussen ongeveer 5000 kg/hr m^ en ongeveer 40000 kg/hr-m^, en als meest praktische waarde tussen ongeveer 10000 kg/hr-m^ en ongeveer 20000 kg/hr-m^. Zoals aan de deskundige duidelijk zal zijn, zal de werkelijke doorgevoerde hoeveelheid aanzienlijk variëren met veranderingen 35 in het ontwerp van de schotels, de onderlinge afstand, de gassnelheid, en dergelijke. Het optimale bedrijf is afhankelijk van een evenwicht tussen de maximale doorgang van vaste stoffen en een werkzame warmteoverdracht.

In het algemeen moeten de schotels die gevormd worden door de ver-40 warmingsspiralen in de benedenzone een open oppervlak tussen ongeveer 830 1 08 1 > 9 A «* 30 en 70% hebben, bij voorkeur tenminste 50% open oppervlak. Het open oppervlak van de schotels wordt dat percentage horizontaal dwarsdoor-snede-oppervlak bedoeld dat open is. Bij voorkeur zal het open oppervlak bestaan uit openingen met een maximale afmeting in het gebied van 5 ongeveer 3,8 tot ongeveer 10 cm.

Met gebruik van de hier beschreven uitvinding zullen de niet gefluldiseerde deeltjes die door de gedeeltelijk gefluldiseerde zone gaan een gemiddelde verblijftijd van tenminste 70%, maar bij voorkeur van tenminste 90%, van de gemiddelde verblijftijd van alle deeltjes die 10 door het vat gaan bereiken. Bijgevolg hebben de inwendige delen een grotere invloed op de verblijftijd van de grotere niet-gefluldiseerde deeltjes dan op de kleinere, gefluldiseerde fractie.

Zoals hierboven vermeld hangt het al dan niet in fluldumtoestand geraken in de benedenzone (gedeeltelijk-gefluïdiseerde zone) van een 15 deeltje met bepaalde afmetingen af van de eindsnelheid van het deeltje en de werkzame snelheid van de gasstroom. Dienovereenkomstig is de gemiddelde verblijftijd van een deeltje met een bepaalde grootte afhankelijk van factoren als het aantal aanwezige schotels, de snelheid van het gas, de eindsnelheid van het deeltje, de vertikale onderlinge af-20 stand van de schotels, het percentage open oppervlak in de schotels en de afmetingen van de openingen in de schotels.

In het algemeen is gebleken dat grovere deeltjes een kortere verblijftijd neigen te hebben dan de gemiddelde verblijftijd van alle deeltjes. Dit betekent dat het lichaam van de vaste stoffen in de bene-25 denzone een in evenwicht zijnde deeltjesgrootteverdeling bereikt die fijner is dan die van het toegevoerde produkt. Schotels met een klein open oppervlak bleken deze neiging te beperken en een lichaam vaste deeltjes in de benedenzone te doen ontstaan met een deeltjesgrootteverdeling overeenkomend met die van het toegevoerde produkt. Open schotel-30 konstrukties vormen anderzijds bedden die zeer verrijkt zijn met fijne deeltjes.

Het is bijgevolg niet mogelijk om een precieze doorsnede te geven ! waarbij de deeltjes in de benedenzone gefluldiseerd worden bij de afwe- ! zigheid van een omschrijving van alle van belang zijnde parameters. In ' 35 het algemeen is een doorsnede van ongeveer 12 mesh (Tyler standardzeef) een bruikbare afmeting gebleken indien de deeltjesvormige vaste stof in een retort behandelde olie bevattende leisteen is. Bij het uitvoeren van de werkwijze volgens deze uitvinding is de exact gebruikte grens-grootte echter minder belangrijk dan het vinden van het optimale even-40 wicht tussen de doorgang van vaste stoffen en voldoende verblijftijd om 8301081 10 •het in gewenste mate terugwinnen van warmte te verkrijgen. Bijgevolg wordt het verschil in afmeting tussen gefluldiserde en niet-gefluïdi-seerde deeltjes normaliter bepaald door de doeleinden van de werkwijze en het konstruktieve ontwerp van de inrichting voor het overdragen van 5 warmte in plaats van andersom.

Zoals hierboven opgemerkt beperken de schotels ook de stroom gas die in tegenstroom met de neerdalende vaste stoffen beweegt door het beperken van de helgrootte. Het dichtslibben van het bed is in verschillende opzichten ongunstig, maar de belangrijkste nadelen zijn ten 10 eerste de slechte warmte-overdracht tussen de vaste stoffen en de bellen van groot volume en klein oppervlak bellen en ten tweede schade veroorzakende trillingen in de warmtewisselaar. Het aantal schotels in de gedeeltelijke gefluïdiseerde zone zal afhankelijk zijn van de hoogte van het bed, maar teneinde in de doeleinden van de uitvinding te voor-15 zien moeten tenminste twee schotels aanwezig zijn. Aanvaardbare inwendige delen moeten geen grotere wisselingen in drukval dan 5% van de totale gemiddelde drukval over het bed mogelijk maken, en de variaties moeten bij voorkeur in het bereik tussen 1 en 3% gehouden worden. Bij het optimale systeem moet de drukval over het lichaam van vaste stoffen 20 ongeveer gelijk zijn aan die, waargenomen in een volledig gefluïdiseerd bed.

Verschillende media voor het overbrengen van warmte kunnen door de spiralen van de gedeeltelijk gefluldiserde zone gecirculeerd worden. Meestal wordt water, in het bijzonder stoom, gebruikt als medium voor 25 het overbrengen van warmte. Ook andere media, voor het overbrengen van warmte aan de deskundige bekend, kunnen indien gewenst gebruikt worden. Dergelijke media voor het overbrengen van warmte omvatten zoals pekel-soorten, soorten aardolie, synthetische vloeistoffen, gassen en dergelijke.

30 Zoals hierboven opgemerkt wordt het bed vaste stoffen in de bene denzone gelaagd volgens een vertikaal temperatuurprofiel waarbij het warmste materiaal zich aan de bovenkant van het bed bevindt. Daarom zal het warmte-overdrachtsmedium dat door de bovenste spiralen voor het overbrengen van warmte gaat, tot een hogere temperatuur dan het medium, 35 dat door de zich lager bevindende spiralen gaat, verwarmd worden. Daarom kan het wenselijk zijn om het verwarmde medium afkomstig van verschillende niveau's van de benedenzone voor verschillende doeleinden te gebruiken, afhankelijk van de temperatuurvereisten voor het gebruiks-doel. Deze flexibiliteit kan onder bepaalde omstandigheden een voordeel 40 zijn.

830 1 08 1 - 11

Bij het bouwen van een warmtewisselaarinrichting om de hier beschreven uitvinding uit te voeren behoeven de gefluldiseerde zone en de gedeeltelijk gefluldiseerde zone niet in een hogere en een lagere stand ten opzichte van elkaar aangebracht te worden zoals in figuur 2 afge-5 beeld is. Be twee zones kunnen op hetzelfde niveau gescheiden aangebracht worden. Bovendien kan alleen een gedeeltelijk gefluldiseerde zone uitsluitend gebruikt worden, zonder dat daaraan een geheel gefluldiseerde trap vooraf gaat. Voor het meest doelmatige bedrijf moet echter een geheel gefluldiseerde zone gebruikt worden vöör de gedeeltelijk ge-10 fluïdiseerde zone.

830 108 1

Claims

1. Werkwijze voor het terugwinnen van warmte uit een warme deel-tjesvormige vaste stof welke verschillende deeltjesgrootten omvat, met het kenmerk, dat deze werkwijze de volgende stappen omvat: 5 (a) het inbrengen van de warme deeltjesvormige vaste stof in de bovenkant van een vertikaal-langwerpige zone voor het overdragen van warmte die inwendige middelen bevat om het vertikaal terugmengen wezenlijk te verminderen en om de gemiddelde verblijftijd van de deeltjesvormige vaste stoffen die daar doorheen naar beneden doorgaan te doen 10 toenemen; (b) het naar boven doorleiden van een verhoudingsgewijs koel gas door de zone voor het overdragen van warmte in hoofdzaak in tegenstroom met de naar beneden bewegende deeltjesvormige vaste stoffen en met een snelheid die voldoende is om de deeltjesvormige vaste stoffen gedeelte- 15 lijk te fluldiseren en een aanzienlijke overdracht van warmte tussen de vaste stof en het gas mogelijk te maken; (c) het circuleren van een medium voor het overbrengen van warmte door de inwendige middelen gebruikt om het terugmengen te beperken en om de verblijftijd van de zich naar beneden bewegende vaste stoffen te 20 doen toenemen; (d) het terugwinnen van het verwarmde gas uit de zone voor het overdragen van warmte; en (e) het verwijderen van de gekoelde deeltjesvormige vaste stoffen van de bodem van de zone voor het overbrengen van warmte.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de warme deeltjesvormige vaste stof, voordat deze aan de bovenkant van de bovenkant van de zone voor het overdragen van warmte (tweede zone) toegevoerd wordt, gefluldiseerd wordt in een andere (eerste) zone met een gas met een lagere uitgangstemperatuur dan de vaste stof, waardoor de 30 vaste stof gedeeltelijk gekoeld wordt en het fluïdiserende gas verwarmd wordt, waarbij het gas teruggewonnen wordt uit de eerste zone.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een medium voor het overdragen van warmte door de inwendige middelen gecirculeerd wordt teneinde verwarmd te worden door de deeltjesvormige vaste 35 stof die door de (tweede) tweede zone voor het overdragen van warmte gaat.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het medium voor het overdragen van warmte, dat door de inwendige middelen gecirculeerd wordt, stoom is.

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de 8301081 niet gefluïdiseerde deeltjes In de vaste stoffen In de (tweede) zone voor het overdragen van warmte een gemiddelde verblijftijd van tenminste 70% van de gemiddelde verblijftijd van alle deeltjes hebben die door de (tweede) zone voor het overdragen van warmte gaan.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de snelheid van het gas dat in tegenstroom met de zich naar beneden bewegende vaste stoffen doorgaat in de (tweede) zone voor het overdragen van warmte in het bereik tussen ongeveer 0,6 m per seconde en ongeveer 1,2 m per seconde ligt.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat de deeltjesvormige vaste stof het residu is van een in een retort behandelde oliebevattend leisteen.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de door-gangshoeveelheid vaste stoffen in het bereik tussen ongeveer 5000 15 kg/hr-m^ en 40000 kg/hr-m^ ligt.

9. Inrichting voor het terugwinnen van warmte voor het overdragen van warmte van een deeltjesvormige vaste stof naar een verhoudingsgewijs koel gas en een medium voor het uitwisselen van warmte, met het kenmerk, dat deze inrichting omvat: 20 (a) een vertikaal langwerpig buitenvat dat een zone voor het over dragen van warmte begrenst (b) welk vat voorzien is van een gasverdeelorgaan en ontweorpen is voor de doorgang van een gas daardoor naar boven met een vooraf bepaalde snelheid; 25 (c) een veelheid van verdeelorganen voor de materiaalstroom die inwendig binnen dit vat aangebracht zijn om het macro vertikale terugmengen in hoofdzaak te beperken en voor het doen toenemen van de gemiddelde verblijftijd van de deeltjesvormige vaste stof die daardoor naar beneden gaat; 30 (d) middelen voor het circuleren van een medium voor het overdra gen van warmte door de verdeelorganen voor de materiaalstroom; (e) een gasuitlaat bij de top van dit vat; en (f) een uitlaat voor vaste stoffen bij de bodem van dit vat. j

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat deze een j 35 ander vat (deel) omvat dat voorzien is van een inlaat en een uitlaat j geschikt voor de doorgang van een deeltjesvormige vaste stof, waarbij 1 de uitlaat eveneens als een doorgang dient voor verbinding tussen dit vat (deel) en de bovenkant van de zone voor het overdragen van warmte van het andere vat (deel), 40 waarbij dit andere vat (deel) verder voorzien is van een gasuit- 83.0 1 08 1 laat en een gasverdeelorgaan dat geschikt is voor het fluldiseren van het deeltjesvormige vaste stof.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het andere vat (deel) direct boven het vertikaal-langwerpige buitenvat 5 (deel) geplaatst is, dat een zone voor het overdragen van warmte bepaalt, waarbij de gasuitlaat bij de top van het benedenvat (deel) in verbinding staat met het bovenvat (deel) en een overloop voor vaste deeltjes vanaf het bovenvat (deel) rechtstreekse verbinding geeft voor de vaste deeltjes naar het bendenvat (deel).

12. Inrichting volgens conclusie 9, 10 of 11, met het kenmerk, dat de verdeelorganen voor de materiaalstroom tenminste twee vertikaal op afstand van elkaar aangebrachte, horizontaal geplaatste schotels omvat, gevormd uit een kruiselings rooster van overlappende serpentinewindingen voor het overdragen van warmte, waarbij elk van de 15 verdeelorganen voor de materiaalstroom een open oppervlak in het bereik tussen ongeveer 30% en ongeveer 70% van het totale dwarsdoorsnede-oppervlak heeft, welk open oppervlak bestaat uit openingen tussen de aangrenzende spiraalwindingen met een may-tmmn afmeting in het bereik tussen ongeveer 3,8 en 10 cm. 20 ****** totale dwarsdoorsnede-oppervlak heeft, welk open oppervlak bestaat uit openingen tussen de begrenzende serpentines met een maximum afmeting in het bereik tussen ongeveer 3,8 en 10 cm.

11. Inrichting voor het terugwinnen van warmte volgens conclusie 25 9, met het kenmerk, dat de gasuitlaat bij de bovenkant van de benedenzone in verbinding staat met de bovenzone. ************ 830 1 08 1