NL8602373A

NL8602373A - Fluidumbehandelingsinrichting.

Info

Publication number: NL8602373A
Application number: NL8602373A
Authority: NL
Original assignee: Vertech Treatment Systems Inc
Priority date: 1985-07-17
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-18
Also published as: EP0267338A1; NL192402C; EP0267338B1; US4671351A; NL192402B; JPS63130198A

Description

* * VO 8364

Fluïdumbehandelingsinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een geïsoleerde buisvormige houder en warmte-uitwisselaar en een continue fluïdumfcehande]ingsinrich-ting, zoals deze kan worden toegepast bij in een put plaatsvindende natte oxydatie van fluïdumafvalstromen waaronder stadsslik.

5 Bovengrondse natte oxydatiestelsels zijn gedurende vele jaren met beperkt succes toegepast voor het behandelen van stadsslik, dat afkomstig is uit een afvalbehandeiingsproces. De bpvengrondse natte oryda-tiestelsels maken gebruik van een grote oppervlaktedruk en warmte om de natte oxydatiereactie in te leiden doch de inrichting is evenwel niet 10 energie-efficiënt, het stelsel vertoont fouten en leidt tot slechts een gedeeltelijke oxydatie van het slik; zie bijvoorbeeld de Amerikaanse octrooischriften 2.665.24Ï» en 2.932.613. De bovengrondse natte oxydatie-processen hebben derhalve de traditionele methoden voor hst behandelen van nfvalslik, waaronder afzetting, ontwateren, drogen, incinereren en 15 dergelijke niet vervangen.

Er zijn reeds verschillende verticale of zich in een put bevindende fluïdumbehandelingsstelsels voorgesteld doch deze worden slechts in zeer beperkte toepassingen gebruikt. Een ondergronds fluïdumbehande-lingsstelsel gebruikt verticale pijpen, welke zich in het algemeen van-20 uit een besturingspost naar beneden in de grond uitstrekken. Het te behandelen fluïdum wordt in de verticale reactiepijpen gepompt en de fluïdumkop veroorzaakt een druk, welke bijdraagt tot het gewenste fluïdumproces of de gewenste fluïdumreactie. Bij de tot nu toe toegepaste processen vereist de reactie verdere warmte, welke kan worden 25 toegevoegd door elektrische weerstandsspoelen of een verwarmd fluïdum, dat in een warmte-uitwisselaar circuleert. Aan het te behandelen fluïdum kunnen ter ondersteuning van de reactie lucht of andere gassen worden toegevoegd.

Ofschoon verschillende octrooischriften een nat oxydatiereactie-30 stelsel in een verticale put voor het behandelen van stadsslik of andere fluïdumafvalstromen voorstellen, zijn de in deze octrooischriften beschreven werkwijzen en inrichtingen niet succesvol geweest; zie bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 3.449.247. Zoals in deze octrooischriften is onderkend, is de door de fluïdumkop opgewekte druk afhan- 8602373 * · -2- kelijk van de lengte van de reactor. Het is derhalve theoretisch moge-lijk stadsslik volledig te oxyderen bij een diepte van bij benadering 1,6 km mits de concentratie aan het te oxyderen materiaal in het stadsslik in evenwicht is met de zuurstof, welke ter beschikking staat in de 5 aan het stelsel toegevoerde lucht. Zover aanvraagster bekend is is niemand echter succesvol geweest bij het construeren van een ondergronds nat oxydatiestelsel voor stadsslik behoudens aanvraagster zelf.

Het Amerikaanse octrocischrift 4.272.383 beschrijft de principes van het eerste succesvolle onderaardse natte oxydatiereactiestelsel 10 voor stadsslik, dat nu op een experimentele basis in Longmont, Colorado werkt. De in dit octrooischrift beschreven inrichting omvat een reeks in het algemeen concentrische telescopeerbaar binnen elkaar opgestelde pijpen of buizen, waarbij verdund stadsslik bij voorkeur aan de binnenste pijp wordt toegevoerd en naar beneden naar een reactiegebied bij de 15 onderzijde van de pijp stroomt en via een tweede pijp, welke de binnenste pijp omgeeft, na de reactie naar boven hercirculeert. In het naar beneden stromende slik wordt samengeperste lucht bij voorkeur in de vorm van gasbellen van het Taylor-type geïnjecteerd. In het bovengenoemde octrooischrift wordt de temperatuur van de reactie geregeld door een 20 warmte-uitwisselaarmantel, welke de binnenste concentrische pijpen omgeeft, waarbij warme olie of een ander warmte-uitwisselfluïdum in de mantel wordt gepompt om de temperatuur van de reactiezone te regelen.

De fluïdumbehandelingsinrichting volgens de uitvinding maakt bij voorkeur gebruik van een centraal opgestelde warmte-uitwisselaar, 25 waarin het te behandelen fluïdum aanwezig is binnen hercirculatiepijpen, welke de warmte-uitwisselaar omgeven, hetgeen leidt tot een betere regeling van de tmperatuur van de reactiezone en een meer efficiënte verwarming van het te behandelen fluïdum. De centrale valpijp van de warmte-uitwisselaar bestaat bij voorkeur uit een geïsoleerde buisvormige 30 houder, welke twee concentrische pijpen of buizen omvat, die telescopeerbaar op een afstand van elkaar binnen elkaar zijn opgesteld, waarbij de ruimte tussen de buizen is afgedicht en bij voorkeur met een inert gas is gevuld. Het is duidelijk, dat de pijpen en de geïsoleerde houder, welke bij de fluïdumbehandelingsinrichting volgens de uitvinding worden 35 toegepast, een reeks pijpen omvatten, die volgens een verticale reeks met elkaar zijn verbonden om de lengte van de totale fluïdumbehandelings- 0602373 * -3- inrichting op te nemen. Geïsoleerde buisvormige houders zijn gedurende vele jaren in de olie-industrie en andere industriën gebruikt voor het overdragen van warme fluïda en gassen. Zoals later zal worden beschreven, vereist de fluïdumbehandelingsinrichting volgens de uitvinding evenwel 5 een zo sterk mogelijke localisering van de warmte in de reactiezone, welke zich bij de bodem van de pijpen bevindt. De warme olie of een ander warmte-overdrachtsfluïdum wordt bij de bovenzijde van de inrichting of bij aardniveau opgenomen. Derhalve moeten radiale warmteverliezen via de buisvormige houder naar het hercirculerende warmte-overdrachts-10 fluïdum tot een minimum.worden teruggebracht. Het is nu gebleken, dat een groot warmteverlies een gevolg is van een atomaire waterstofper-meatie in de ruimte tussen de buizen van de geïsoleerde houder, waarbij een hercombinatie optreedt en gasvormig waterstof wordt gevormd. Er bestaat derhalve een vraag naar een betere geïsoleerde houder, welke 15 waterstofpermeatie belemmert teneinde de isolatie-eigenschappen van de geïsoleerde houder te verbeteren, hetgeen leidt tot een betere warmte-uitwisselaar en een betere fluïdumbehandelingsinrichting van het hier beschreven type.

Zoals vermeld, zijn de warmte-uitwisselaar en de geïsoleerde 20 buisvormige houder volgens de uitvinding meer in het bijzonder doch niet uitsluitend bestemd om te worden toegepast bij een fluïdumbehandelingsinrichting voor het continu behandelen van fluïdumafval bij hoge temperaturen en drukken, zoals een onderaardse fluïdumbehandelingsinrichting, waarbij een natte oxydatie van stadsslik en andere fluïdumafval plaats-25 vindt. De warmte-uitwisselaar waaraan de voorkeur wordt gegeven omvat een langwerpige geïsoleerde buisvormige houder, bij voorkeur met een open uiteinde, welke in het algemeen concentrisch is met en telescopeerbaar is ondergebracht in een tweede pijp, welke bij voorkeur is voorzien van een afgesloten uiteinde bij het open uiteinde van de omgevende pijp 30 teneinde met de geïsoleerde houder te communiceren. De geïsoleerde houder omvat een eerste binnenste buis en een tweede buitenste buis, welke bij voorkeur concentrisch is met de eerste buis en deze laatste op een afstand daarvan omgeeft. De ruimte tussen de eerste en tweede buizen is bij voorkeur afgedicht en gevuld met een inert gas, zoals argon, helium 35 of xenon. Het warmte-overdrachtsfluïdum, zoals olie wordt bij voorkeur bij een hoge temperatuur aan de eerste binnenste buis van de geïsoleerde 8602373 r· -4- houder toegevoerd. Het warmte-overdrachtsfluïdum stroomt dan via de geïsoleerde houder en keert via de ringvormige ruimte tussen de buitenste buis van de geïsoleerde houder en de valpijp, welke fluïdum en oxy-datiegas voor verhitting en hercirculatie bevat, terug.

5 Bij de uitvoeringsvorm van de warmte-uitwisselaar waaraan de meeste voorkeur wordt gegeven, omvat de geïsoleerde houder een water-stofpermeatiebarrière bij de binnen- en buitenvlakken van de beide buizen van de geïsoleerde houder. De waterstofpermeatiebarriêre wordt bij voorkeur gevormd door de binnen- en buitenvlakken van de buizen 10 met aluminium, nikkel of koper te bekleden. De permeatiebarriêre reduceert de stroom van atomaire waterstof naar de ruimte tussen de eerste en tweede buizen van de geïsoleerde houder, waardoor warmteverliezen vanuit het warme overdrachtfluïdum in de centrale buis van de geïsoleerde houder naar het terugkerende warmte-overdrachtsfluïdum in het ring-15 vormige gebied, waarvan het binnenoppervlak het buitenoppervlak van de geïsoleerde houder is, worden gereduceerd. Wanneer de warmte-uitwisselaar volgens de uitvinding wordt ondergedompeld in een fluïdum, wordt de warmte-overdracht geconcentreerd in een reactiegebied, dat zich bij het uiteinde van de warmte-uitwisselaar bevindt, hetgeen bijzonder gun-20 stig is bij de onderaardse fluïdumbehandelingsinrichting volgens de uitvinding. De langwerpige fluïdum-warmte-uitwisselaar wordt dan omgeven door circulatiepijpen, welke het te behandelen fluïdum bevatten. De circulatiepijpen omvatten een eerste pijp, welke de buitenste pijp van de warmte-uitwisselaar op een afstand daarvan telescoperend omgeeft en 25 welke het te behandelen fluïdum in aanraking met de buitenste pijp van de warmte-uitewisselaar opneemt. Een tweede pijp, welke in het algemeen concentrisch is met de eerste pijp en deze omgeeft, neemt het behandelde fluïdum op. Het te behandelen fluïdum, zoals stadsslik of een ander fluïdumafval, wordt opgenomen tussen de buitenste pijp van de warmte-30 uitwisselaar en de eerste pijp van de fluïdumcirculatiepijpen. Het te behandelen fluïdum stroomt door de eerste pijp in aanraking met de warmte-uitwisselaar en voert een hercirculatie uit via de tweede buitenste pijp. Bij deze uitvoeringsvorm veroorzaakt de fluïdumbehandelingsinrichting derhalve een fluïdumreactiegebied bij het uiteinde van de 35 fluïdumcirculatiepijpen.

86 0 ?' 3 7? -5-

Zoals vermeld is de fluïdumbehandelingsinrichting volgens de uitvinding bijzonder geschikt voor het continu behandelen van fluïdum-afval waaronder stadsslik en verontreinigd fluldumafval bij hoge temperaturen en drukken. Waar de fluïdumbehandelingsinrichting wordt gebruikt 5 voor het behandelen van stadsslik en ander afval door natte oxydatie, omvat de fluïdumbehandelingsinrichting een aantal langwerpige, in het algemeen concentrische en telescopeerbaar binnen elkaar opgestelde pijpen, welke zich verticaal in de bodem uitstrekken over een diepte van 1,6 km of meer. De centrale geïsoleerde buisvormige houder, welke 10 het warme warmte-overdrachtsfluldum opneemt, bezit bij voorkeur een open uiteinde en de buitenste pijp van de warmte-uitwisselaar bezit bij voorkeur een gesloten uiteinde bij het open uiteinde van de geïsoleerde houder, welke voorziet in een communicatie met de geïsoleerde houder en voorziet in een continue stroom van het warmte-overdrachtsfluldum.

15 De eerste pijp van de fluïdumcirculatiepijpen, welke de buitenste pijp van de warmte-uitwisselaar omgeeft, bezit eveneens een open uiteinde en de buitenste pijp kan ook zijn voorzien van een gesloten uiteinde, dat in verbinding staat met het open uiteinde van de fluldumcirculatie-pijpen, waardoor wordt voorzien in een continue circulatie van het te 20 behandelen fluïdum. Het verwarmde reactiegebied bevindt zich derhalve bij de bodem van de fluïdumcirculatiepijpen en de druk van de fluïdum-kop in de circulatiepijpen verzekert een fluldumreactie van het fluldum-afval bij hoge temperaturen en drukken in de reactiezonê.

Bij de uitvoeringsvorm van de warmte-uitwisselaar en fluidum-25 behandelingsinrichting volgens de uitvinding waaraan het meest de voorkeur wordt gegeven, bestaat de waterstofdiffusiebarriêre uit een diffu-siebekleding van aluminium op de binnen- en buitenvlakken van de concentrische buizen van de geïsoleerde houder, waardoor een oppervlakte "bekleding" van een ijzer-aluminiumlegering wordt gevormd. De ijzer-30 aluminiumlegeringsbekleding blijkt bijzonder effectief te zijn bij het . beletten van een diffusie van atomaire waterstof in de afgedichte ruimte tussen de buizen. De diffusiebarriêre kan ook worden gevormd door langs elektrogalvanische weg koper of bij voorkeur nikkel op de oppervlakken van de buizen te brengen. Zoals beschreven, leidt de diffusie van ato-35 maire waterstof in de afgedichte ruimte tussen de buizen van de geïsoleerde houder tot een grotere thermische geleiding en daaruit voert- 8602373 -6- vloeiende grotere radiale warmteverliezen vanuit het warmte-overdrachts-fluïdum, dat door de geïsoleerde houder vloeit, naar het circulerende warmte-overdrachtsfluïdum in de tweede buitenste pijp van de warmte-uitwisselaar.

5 De werkwijze voor het vormen van een geïsoleerde buisvormige houder ten gebruike bij een warmte-uitwisselinrichting, als beschreven, omvat derhalve het vormen van de telescopeerbaar in elkaar te plaatsen buizen, het vormen van een waterstofpermeatiebarriêrebekleding op de buiten- en binnenvlakken van de buizen en het monteren van de buizen in 10 een in elkaar passende, concentrische, telescopeerbare op een afstand van elkaar gelegen relatie en het afdichten van de ruimte tussen de buizen. De ruimte tussen de buizen wordt dan geëvacueerd en bij voorkeur met een inert gas gevuld. Bij de werkwijze voor het vormen van de geïsoleerde houder volgens de uitvinding welke het meest de voorkeur 15 verdient, wordt de waterstofpermeatiebarrièrebekleding gevormd door de binnen- en buitenvlakken van de buizen door diffusiebekleding met aluminium te bekleden, waardoor op de oppervlakken een ijzer-aluminium-legering wordt gevormd. Zoals beschreven, kan de waterstofpermeatie-barrière ook worden gevormd door de oppervlakken langs elektrogalvanische 20 weg met nikkel te bekleden of kan de barrière worden gevormd door langs elektrogalvanische weg koper op de oppervlakken te brengen.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een schematische afbeelding van een voorkeursuitvoerings-25 vorm van een continue fluïdumbehandelingsinrichting volgens de uitvinding; en fig. 2 een dwarsdoorsnede van het onderste gedeelte van de in fig. 1 afgeheelde fluïdumbehandelingsinrichting.

De in de tekening afgebeelde continue fluïdumbehandelingsinrich-30 ting 20 is een verticale onder het aardoppervlak opgestelde fluïdumreac.-tie-inrichting, welke geschikt is voor het behandelen van verschillende soorten verontreinigd fluïdumafval, waaronder een natte oxydatiebehande-ling van stadsslik. Zoals beschreven in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 4.272.383 omvat de fluïdumbehandelingsinrichting een 35 aantal in het algemeen concentrische en telescopeerbaar in elkaar opgestelde pijpen, welke zich verticaal in de bodem uitstrekken. Bij een 8602373 -7- behandelingsinrichting voor natte oxydatie van stadsslik kunnen de pijpen zich bijvoorbeeld bij benadering over 1,6 km in de bodem uitstrekken, waardoor een zeer grote drukkop wordt gevormd. Het is evenwel duidelijk, dat de lengte van de pijpen afhankelijk zal zijn van het te behandelen 5 fluïdum en de gewenste fluldumreactie. De fluldumbehandelingsinrichting volgens de uitvinding kan ook worden gebruikt bij verschillende omzet-reacties, waarin een vaste stof in deeltjesvorm in een circulerend fluïdum is gesuspendeerd. Voorts zijn de pijpen of buizen in het algemeen niet continu. Elke pijp omvat een aantal secties, welke in serie-10 centrering tot een reeks met elkaar zijn verbonden, op de wijze van de pijpen bij een olieboorput. Bij een typerende natte oxydatietoepassing van stadsslik is de lengte van elke pijpsectie 13 m, de totale lengte ongeveer 1700 m en de stroomsnelheid van het te behandelen fluïdum ongeveer 300 tot 1500 liter per minuut.

15 Bij de beschreven voorkeursuitvoeringsvorm van de fluldumbehan delingsinrichting volgens de uitvinding bevindt de fluïdumwarmte-uitwisselaar 22 zich in het midden van de concentrische pijpen van de fluldumbehandelingsinrichting. De eerste of binnenste pijp van de warmte-uitwisselaar is een geïsoleerde buisvormige houder 24 met een open uit-20 einde 26. Zoals later meer uitvoerig zal worden toegelicht, reduceert de geïsoleerde houder een radiale warmte-overdracht vanuit het naar beneden stromende warme warmte-overdrachtsfluïdum in de geïsoleerde houder naar het rondgevoerde zich naar boven bewegende warmte-overdrachts-fluldum in de tweede pijp 28. Zoals aangegeven, is de eerste pijp of ge-25 isoleerde houder 24 in het algemeen concentrisch met en telescopeerbaar ondergebracht in de tweede pijp 28 en bezit de tweede pijp een gesloten uiteinde 30 bij het open uiteinde 26 van de geïsoleerde houder. Het te behandelen fluïdum wordt dan om de warmte-uitwisselaar 22 gevoerd, zoals thans zal worden beschreven.

30 Een derde pijp 32, welke de eerste pijp van het buitenste flul-.

dumcirculatiepijpstelsel is, omgeeft de warmte-uitwisselaar 22 op een in het algemeen concentrische telescoperende wijze en op een afstand daarvan. De derde pijp 32 bezit een open uiteinde 34 bij het gesloten uiteinde 30 van de fluldumwarmte-uitwisselaar. Een vierde pijp 36 omgeeft 35 de derde pijp 32 in het algemeen concentrisch en op een afstand op een telescoperende wijze en bezit een afgesloten uiteinde 38 bij het open 8 C C ? 3 7 ?.

-8- uiteinde 34 van de derde pijp 32. Het te behandelen fluïdum wordt via de pijp 32 in aanraking met de tweede pijp 28 van de warmte-uitwisselaar 22 naar beneden bewogen en het behandelde fluïdum stroomt dan via het open uiteinde 34 van de derde pijp 32 en naar boven via de vierde pijp 5 38 in aanraking met het buitenoppervlak van de derde pijp 32. Zoals be schreven in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 4.272.383 vormt de fluïdumbehandelingsinrichting een reactiezone bij de bodem van de inrichting, waarin het te behandelen fluïdum onder warmte en druk reageert. Een belangrijk oogmerk van de uitvinding is het concentreren 10 van de warmte, welke vanuit de warmte-uitwisselaar naar het fluïdum, dat in de pijp 32 circuleert, wordt overgedragen, in de onderste reactiezone en het reduceren van een radiale warmte-overdracht, meer in het bijzonder in het bovenste gedeelte van de warmte-overdrachtsinrichting.

Fig. 1 toont schematisch de bovengrondse componenten, welke bij 15 de fluïdumbehandelingsinrichting en de werkwijze worden toegepast. Het warmte-overdrachtsfluïdum, zoals olie, is opgeslagen in een reservoir 40. De olie wordt verwarmd in een verwarmingsinrichting 42, zoals een conventionele met gas gestookte verwarmingsinrichting. De olie wordt door een pomp 44 uit het reservoir 40 via een leiding 46 naar de ver-20 warmingsinrichting 42 gepompt en de stroomsnelheid wordt geregeld door een klep 52. De verwarmde olie wordt dan via de leiding 48 overgedragen en de stroomsnelheid wordt geregeld door een klep 50. Waar de fluïdum-reactie exotherm is, zoals bij een natte oxydatiereactie, kan een koeling van de reactiezone nodig zijn, wanneer de reactiewarmte de voorkeurs-25 temperatuur in de reactiezone overschrijdt. Derhalve bevat de inrichting een warmte-uitwisselaar 54, waar de olie kan worden gekoeld. De olie uit het reservoir 40 kan via een leiding 56 door de pomp 57 naar de warmte-uitwisselaar 54 worden gepompt. De stroom wordt geregeld door de leiding 62. De koelolie wordt dan via de leiding 58 en de klep 60 30 naar de toevoerleiding 48 van de fluïdumbehandelingsinrichting afgevoerd.

Normaliter wordt verwarmde olie dan via de leiding 48 aan de bovenzijde van de geïsoleerde houder 24 toegevoerd. Zoals het best is aangegeven in fig. 2, stroomt de warme olie dan via de geïsoleerde hou-35 der naar beneden, als aangegeven door de pijl 70. De olie stroomt dan uit het open uiteinde 26 van de geïsoleerde houder en de olie wordt via S ü 0 2 3 7 3 -9- de pijp 28 in aanraking met de houder weer naar boven teruggevoerd, als aangegeven door de pijl 72. De olie of een ander warmte-overdrachts-fluïdum wordt dan vanuit de bovenzijde van de pijp 28 via een leiding 74 aan een klep 76 naar het reservoir 40 teruggevoerd.

5 Het te behandelen fluïdum, zoals een verontreinigd industrie- fluïdum, stadsafval of dergelijke, wordt aan de bovenzijde van de pijp 32 toegevoerd en circuleert om de warmte-uitwisselaar 22, zoals is beschreven. Zoals is aangegeven in fig. 2 wordt het te behandelen fluïdum opgeslagen in een reservoir 80. Zoals beschreven in het bovengenoemde 10 Amerikaanse octrooischrift 4.272.383 is de fluïdumbehandelingsinrichting bijzonder geschikt voor het behandelen van stadsslik, dat afkomstig is uit een conventionele behandelingsinstallatie voor stadsafvalwater.

Het slik wordt via de leiding 82 ontvangen en de stroom wordt door de leiding 84 geregeld. Het fluïdumslik wordt dan via een leiding 86 en 15 een klep 88 aan de inrichting toegevoerd. Het fluïdumslik wordt bij voorkeur verdund met een vloeibaar effluent uit een stadsafvalwater-behandelingsinstallatie, dat wordt toegevoerd via een leiding 90 en een klep 92. Het fluïdumslik wordt bij voorkeur verdund om het percentage oxydeerbaar materiaal, dat aan de fluïdumbehandelingsinrichting wordt 20 toegevoerd, te regelen. Het verdunde fluïdumslik, fluïdumafval of een ander te behandelen fluïdum vloeit dan naar beneden via de pijp 32 in aanraking met de buitenwand 28 van de warmte-uitwisselaar 22, als aangegeven door de pijlen 94. Zoals beschreven, bezit de pijp 32 een open uiteinde 34 en het behandelde fluïdum stroomt dan naar boven via de 25 buitenste pijp 36 om uit de fluïdumbehandelingsinrichting te worden afgevoerd. Zoals is aangegeven in fig. 1, wordt het behandelde fluïdum uit de pijp 36 via de leiding 98 aan het reservoir 100 toegevoerd. Waar de inrichting wordt gebruikt voor natte oxydatie van fluïdumslik is het reservoir 100 bij voorkeur een bezinkingsreservoir, waar de in hoofd-30 zaak inerte as van het water wordt gescheiden. De as kan worden afgevoerd via de leiding 102 en de stroomsnelheid wordt geregeld door een klep 104.

Bij een natte oxydatiereactor kan de bovenstaande vloeistoflaag worden afgevoerd via de leiding 106 en als een verdunningsmiddel bij het 35 proces worden gebruikt. Zoals aangegeven in fig. 1 wordt de bovenstaande vloeistoflaag afgevoerd via de leiding 106 en toegevoerd aan de leiding 8602373 -10- 86, welke met de pijp 32 in verbinding staat. De stroomsnelheid en de verdunning worden geregeld door de klep 108. Zoals beschreven in de bovengenoemde Amerikaanse octrooiaanvrage 4.272.383 wordt in het naar beneden stromende slik bij natte oxydatie van stadsslik en andere afval-5 materialen lucht geïnjecteerd. De lucht wordt bij voorkeur in de naar beneden vloeiende stroom van het te behandelen fluïdum onder het aard-niveau 39 in de vorm van bellen van het Taylor-type geïnjecteerd. Het is verder duidelijk, dat andere fluïdumreacties andere gassen in afhankelijkheid van de gewenste reactie kunnen vereisen. De beschreven in-10 richting omvat derhalve een luchtcompressor 110 en de samengeperste lucht wordt aan het naar beneden stromende te behandelen fluïdum in de pijp 32 onder het aardniveau via de leiding 112 toegevoerd, waarbij de stroom door de klep 114 wordt geregeld. 110 kan ook bestaan uit een pomp, welke een gas levert, dat nodig is opdat de reactie in de fluïdum-15 behandelingsinrichting volgens de uitvinding plaatsvindt.

Zoals beschreven, is de fluïdumbehandelingsinrichting volgens de uitvinding in de eerste plaats bestemd voor het behandelen van fluïdum-afval bij hoge temperaturen en drukken. De druk wordt geleverd door de fluldumkop en de temperatuur wordt geleverd door de reactiewarmte, 20 wanneer de reactie exotherm is en de warmte-uitwisselaar 22. Bij een typerende natte oxydatiereactie van stadsslik bedraagt de temperatuur op de bodem van de put bij benadering 260°C. Derhalve dient de temperatuur, welke aan de tweede of buitenste pijp 28 van de warmte-uitwisselaar wordt toegevoerd, hoger te zijn dan 260°C. Bij een typerende natte 25 oxydatiereactie zal de olie aan de inlaat van de geïsoleerde houder 24 worden toegevoerd bij een temperatuur van ongeveer 370°C. De olie of een ander warmte-overdrachtsfluïdum stroomt dan naar beneden naar het open uiteinde 26 van de geïsoleerde houder, waar de olie aan de buitenste pijp 28 van de warmte-uitwisselaar wordt toegevoerd bij een temperatuur 30 van ongeveer 274-288°C. Het fluïdum stroomt dan naar boven via de pijp · 28, als aangegeven door de pijl 72 in fig. 2 en verwarmt het naar beneden stromende te behandelen fluïdum, dat in aanraking is met het buitenvlak van de pijp 28 in de pijp 32. De temperatuur van de olie bij de aan de bovenzijde gelegen afvoer van de pijp 28 bedraagt ongeveer 65°C. 35 Zoals beschreven, treedt de fluïdumreactie op in een reactiegebied, waar de temperatuur van het zich naar beneden bewegende fluïdum een 8602373 -11- waarde van 177°C overschrijdt. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm van de fluldumbehandelingsinrichting wordt derhalve gebruik gemaakt van een geïsoleerde houder 24 om de radiale warmte-overdracht vanuit het naar beneden stromende warmte-overdrachtsfluïdum in de geïsoleerde houder 24 5 naar het koelere warmte-overdrachtsfluïdum in de leiding 28 te reduceren. De details van de geïsoleerde houder 24 zijn aangegeven in fig. 2. De geïsoleerde houder omvat een binnenste buis 120 met buiten- en binnen-oppervlakken 122 resp. 124, en een buitenste buis 126 met buiten- en binnenvlakken 128 resp. 130. De binnenste buis 120 is bij voorkeur 10 concentrisch met en telescopeerbaar ondergebracht in de buitenste buis 126 en bevindt zich op een afstand daarvan. De ruimte 132 tussen de buizen is constant en afgedicht met een afdichtring 134, welke in de ruimte tussen de buizen kan worden gelast of op een andere wijze daarin kan worden bevestigd. De ruimte tussen de buizen wordt dan geëvacu-15 eerd en gevuld met een inert gas zoals argon, helium en xenon. Het inerte gas heeft een geringe thermische geleiding, waardoor de radiale warmte-overdracht via de ruimte 132 tussen de buizen 120 en 126 wordt gereduceerd.

De warmte-overdracht over de ruimte 132 tussen de buizen wordt 20 bepaald door de volgende vergelijking: Q = kA At/Ar waarbij Q de overgedragen warmte in btu per uur is, k de thermische geleiding is, A het oppervlak voor warmte-overdracht is, en r de radicale temperatuurgradiënt is. Bij de natte oxydatie-inrichting, 25 welke experimenteel in Longmont, Colorado werkt, bezit de binnenste buis 120 een binnendiameter van 5 cm en een buitendiameter van 6 cm.

De buitenste buis 126 heeft een binnendiameter van 7,5 cm en een buitendiameter van 8,8 cm. Derhalve is Ar 1,6 cm. Bij het bovenstaande voorbeeld is At aan de bovenzijde van de warmte-uitwisselaar 288°C (668°C 30 - 65°C). Derhalve is de temperatuurgradiënt groot en zal in het bovenste gedeelte van de fluldumbehandelingsinrichting een grote radiale warmteoverdracht optreden tenzij de binnenste pijp 24 goed is geïsoleerd.

Het gebruik van een geïsoleerde houder 24 heeft geleid tot een aanmerkelijke reductie van de radiale warmteverliezen, doch de isoleren-35 de eigenschappen nemen met de tijd af. Het is nu gebleken, dat de reduc- .860237? -12- tie in de isolerende eigenschappen van de geïsoleerde houder ten minste gedeeltelijk een gevolg is van de permeatie van atomaire waterstof via de wanden van de geïsoleerde houder in de ruimte 132 tussen de buizen. Atomaire waterstof kan in de holten van de metalen buizen 120 en 126 5 naar de ruimte 132 tussen de buizen permeëren. De atomaire waterstof gaat dan een combinatie aan voor het vormen van waterstofgas, dat via de wanden niet kan ontsnappen. Het waterstofgas accumuleert dan in de ruimte 132 tussen de buizen, waardoor de thermische geleiding van het gas wordt vergroot. Zoals boven is beschreven, is de ruimte tussen de wanden ge-10 vuld met een inert gas. De geïsoleerde houder volgens de uitvinding omvat derhalve een waterstofpermeatiebarriêre, welke de stroom van atomaire waterstof in de ruimte tussen de buizen reduceert.

De waterstofpermeatiebarriêre waaraan het meest de voorkeur wordt gegeven omvat een diffusiebekleding van aluminium op de binnen- en bui-15 tenoppervlakken van de beide buizen, 124, 126, 128 en 130. De buizen bestaan bij voorkeur uit staal, zodat de diffusiebekleding een ijzer-aluminiumlegering is. Aluminiumdiffusiebekledingen worden gewoonlijk aangebracht op stalen ovenpijpen en dergelijke om de corrosiebestendigheid en de ovenlevensduur te verbeteren en wel door een proces, dat bekend 20 staat als "Alonizing". Bij het Alonizing-proces wordt de pijp aan de buitenzijde en aan de binnenzijde met aluminium en aluminiumoxydepoeder verpakt en gedurende 3-4 dagen in een oven bij ongeveer 930°C geplaatst. De bekleding is zeer hard en interfereert niet met lassen. Het is nu gebleken, dat door een volgens het Alonizing-proces verkregen aluminium-25 ijzerdiffusiebekleding de atomaire waterstofdiffusie aanmerkelijk wordt gereduceerd.

De waterstofdiffusiebarriêrebekleding kan ook worden gevormd door nikkel langs elektrogalvanische weg op de binnen- en buitenoppervlakken van de buizen te brengen. De elektrogalvanisch aangebrachte 30 nikkelbekleding voorziet ook in een bijzonder goede atomaire-waterstof-diffusiebarrière, welke niet zo goed is als de "Alonized" oppervlakken. Tenslotte kan de waterstofdiffusiebarriêre worden gevormd door langs elektrogalvanische weg koper op de oppervlakken van de buizen te brengen, doch koper zal met het lassen interfereren en kan de vastheids-35 eigenschappen van de buizen op een schadelijke wijze beïnvloeden.

8602373 ~ $ .

-13-

Wanneer het oppervlak langs galvanische weg met nikkel of koper wordt bekleed, dient de dikte van de bekleding bij benadering 0,001 mm te zijn.

Bij het vergelijken van onbekleed staal met een met een waterstofpermea-tiebarriëre beklede geïsoleerde houder bezit de beklede geïsoleerde 5 houder een waterstofpermeatiegrootheid, welke met een factor van ongeveer 1000 is gereduceerd. Wanneer "Alonized" staal met met nikkel geplateerd staal wordt vergeleken, wordt de permeatiesnelheid gereduceerd met een factor van ongeveer 10. Derhalve omvatten de voorkeursuitvoeringsvormen waaraan het meest de voorkeur wordt gegeven een waterstof-10 diffusiebarrière, gevormd door een diffusiebekleding van aluminium, waardoor een ijzer-aluminiumlegering wordt gevormd. De waterstofdiffu-siebarriêre reduceert de degradatie van die isolatie-eigenschappen van de geïsoleerde houder aanmerkelijk.

De werkwijze voor het vervaardigen van een geïsoleerde houder 15 omvat derhalve het vormen van telescopeerbaar in elkaar te plaatsen stalen buizen, bij voorkeur naadloze buizen, zoals aangegeven bij 120 en 126 in fig. 2. Vervolgens wordt op de buizen, bij voorkeur op de buiten- en binnenoppervlakken van de beide buizen een waterstofpermeatie-barrièrebekleding gevormd. De buizen worden dan in in elkaar passende, 20 concentrische, telescoperende, gescheiden relatie gemonteerd, als aangegeven in fig. 2 en de ruimte tussen de buizen wordt afgedicht door bijvoorbeeld een afdichtring 134. De ruimte 132 tussen de buizen wordt dan geëvacueerd en de ruimte wordt gevuld met een inert gas, zoals neon, argon of xenon. De resulterende geïsoleerde houder wordt niet zo sterk 25 aan een isolatiedegradatie onderworpen omdat de barrière de permeatie van atomaire waterstof reduceert, zoals is beschreven.

Het is duidelijk, dat binnen het kader van de uitvinding verschillende wijzigingen mogelijk zijn. Zo kunnen, als beschreven, de warmte-uitwisselaar en de fluïdumbehandelingsinrichting volgens de uit-30 vinding bij verschillende toepassingen worden gebruikt doch de uitvinding is meer in het bijzonder bestemd om te worden toegepast bij een verticale buis of een reactie-inrichting voor een diepe put, zoals deze kan worden gebruikt voor natte oxydatie van stadsslik. De inrichting kan evenwel ook worden gebruikt voor het behandelen van verschillende 35 verontreinigde flulda of afvalflulda of verontreinigde vaste afval, welke in het fluïdum is gesuspendeerd. De inrichting kan ook worden 860 2 5;; -14- gebruikt voor het behandelen of omzetten van verschillende materialen in een fluïdumreactie, welke hoge temperaturen en drukken vereist.

ë ·:*’ 3 7 3

Claims

1. Langwerpige warmte-uitwisselaar gekenmerkt door een langwerpige geïsoleerde buisvormige houder met een open uiteinde, welke in het algemeen concentrisch is met, telescoperend is ondergebracht in en omgeven is door een tweede pijp met een gesloten uiteinde bij het genoemde uit-5 einde van de geïsoleerde houder en in communicatie daarmede, waarbij de geïsoleerde houder is voorzien van een eerste binnenste metalen buis en een tweede buitenste metalen buis, welke in het algemeen concentrisch is met en de eerste buis op een afstand daarvan omgeeft, waarbij de ruimte tussen de eerste en tweede buizen is afgedicht en met een inert 10 gas is gevuld, een warm warmte-overdrachtsfluldum aan één uiteinde van de geïsoleerde houder wordt toegevoerd en door de geïsoleerde houder stroomt, welk warmte-overdrachtsfluldum afkoelt en via de tweede pijp terugkeert voor verhitting en hercirculatie, en een waterstof-permeatiebarriêre op de binnen- en buitenoppervlakken van de eerste en 15 tweede buizen van de geïsoleerde buisvormige houder, welke waterstof-permeatiebarrière is voorzien van een metalen bekleding, gekozen uit de groep bestaande uit aluminium, nikkel en koper, welke permeatiebarrière de stroom van atomaire waterstof naar de ruimte tussen de eerste en tweede buizen van de geïsoleerde houder reduceert, waardoor warmte-20 verliezen vanuit het warmte-overdrachtsfluldum in de geïsoleerde houder naar het terugkerende warmte-overdrachtsfluldum in de tweede pijp worden gereduceerd.

2. Warmte-uitwisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste en tweede buizen van de geïsoleerde houder uit staal bestaan 25 en de waterstofdiffusiebarrière bestaat uit een diffusiebekleding van aluminium op de binnen- en buitenoppervlakken, waardoor een ijzer- . aluminiumlegering wordt gevormd.

3. Warmte-uitwisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de waterstofdiffusiebarrière bestaat uit een langs elektrogalvanische 30 weg aangebrachte bekleding, gekozen uit de groep bestaande uit nikkel en koper. 860237? * η -16-

4. Continue fluïdumbehandelingsinrichting voor het behandelen van fluïda bij hoge temperaturen, welke fluïdumbehandelingsinrichting is gekenmerkt door een langwerpige fluïdumwarmte-uitwisselaar, omgeven door fluïdumcirculatiepijpen, welke het te behandelen fluïdum bevatten, waar- 5 bij de warmte-uitwisselaar is voorzien van een eerste pijp met een afgesloten uiteinde en een geïsoleerde buisvormige houder, welke in het algemeen concentrisch is met en telescoperend is ondergebracht in de eerste pijp en wel op een afstand daarvan, voorzien van een open uiteinde, dat bij het gesloten uiteinde van de eerste pijp is gelegen, 10 welke geïsoleerde buisvormige houder is voorzien van in het algemeen concentrische, telescoperend in elkaar ondergebrachte, zich op een afstand van elkaar bevindende metalen buizen, waarbij de ruimte tussen deze buizen is afgedicht en met een inert gas is gevuld, een warm warmteoverdracht s fluïdum door de geïsoleerde houder in één richting stroomt, 15 afkoelt en via de eerste pijp in tegengestelde richting om de geïsoleerde houder terugkeert, en de circulatiepijpen zijn voorzien van een tweede pijp, welke de eerste pijp op een afstand daarvan telescoperend omgeeft en het te behandelen fluïdum in aanraking met de eerste pijp opneemt, en een derde pijp, welke in het algemeen concentrisch is met 20 en de tweede pijp op een afstand daarvan omgeeft, waarin het behandelde fluïdum hercirculeert, waarbij de warmte vanuit het warmte-overdrachts-fluïdum daardoor het te behandelen fluïdum verhit, en de geïsoleerde houder is voorzien van een waterstofpermeatiebarrière, welke waterstof-permeatiebarrière is voorzien van bekledingsorganen op de buiten- en 25 binnenvlakken van de in elkaar ondergebrachte metalen buizen, welke een permeatie van atomaire waterstof in de ruimte tussen deze buizen en een waterstofgasopbouw in de ruimte begrenst, waarbij de barrière warmteverliezen vanuit het warme warmte-overdrachtsfluïdum in de geïsoleerde houder naar het terugkerende warmte-overdrachtsfluïdum in de eerste pijp 30 reduceert en voorziet in een voorafbepaalde verwarmingszone voor het te behandelen fluïdum in de tweede pijp bij het gesloten uiteinde van de eerste pijp.

5. Continue fluïdumbehandelingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de buizen van de geïsoleerde houder uit staal bestaan 35 en de waterstofdiffusiebarriêre bestaat uit een diffusiebekleding van aluminium op de binnen- en buitenoppervlakken, waardoor een ijzer-alumi- 860237? < » -17- niumlegering wordt gevormd, welke een diffusie van atomaire waterstof via de genoemde buizen begrenst.

6. Continue fluïdumbehandelingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de waterstofdiffusiebarriêre bestaat uit een langs 5 elektrogalvanische weg aangebrachte bekleding op de genoemde oppervlakken, gekozen uit de groep bestaande uit nikkel en koper.

7. Fluïdumbehandelingsinrichting voor continue behandeling van fluldumafval bij hoge temperaturen en drukken, gekenmerkt door een aantal langwerpige, in het algemeen concentrische en telescoperend binnen 10 elkaar opgestelde pijpen, welke zich verticaal in de grond uitstrekken, welke pijpen zijn voorzien van een eerste binnenste pijp met een open onderste uiteinde, dat een geïsoleerde buisvormige houder omvat, welke geïsoleerde buisvormige houder is voorzien van in het algemeen concentrische telescoperend binnen elkaar opgestelde, op een afstand van 15 elkaar gelegen buizen, waarbij de ruimte tussen deze buizen is afgedicht en met een inert gas is gevuld, een tweede pijp, welke de eerste pijp op een afstand daarvan omgeeft en voorzien is van een afgesloten onderste uiteinde en met de eerste pijp bij het onderste uiteinde daarvan in verbinding staat, een derde pijp, welke de tweede pijp op een afstand 20 daarvan omgeeft, welke derde pijp bij het onderste uiteinde is voorzien van een opening, en een vierde pijp, welke de derde pijp op een afstand daarvan omgeeft en met de derde pijp op een afstand daarvan in verbinding staat, warm warmte-overdrachtsfluldum, dat in de eerste pijp wordt opgevangen en via de eerste pijp naar beneden stroomt en tussen 25 de tweede pijp en de derde pijp naar boven in aanraking met het fluldumafval, dat in de ringvormige ruimte tussen de derde pijp en de vierde pijp naar beneden stroomt, hercirculeert en het fluldumafval in opwaartse richting in de ringvormige ruimte tussen de vierde pijp en de vijfde pijp hercirculeert om uit de inrichting te worden afgevoerd, waarbij 30 de lengte van de pijpen voldoende is om een voldoende fluldumdrukkop te verschaffen om het fluldumafval te laten reageren, en de geïsoleerde buisvormige houder is voorzien van waterstofpermeatiebarrière-organen, welke een permeatie van atomaire waterstof naar de ruimte tussen de buizen van de geïsoleerde buisvormige houder begrenzen, warmteverliezen 35 uit het warmte-overdrachtsfluldum, dat zich in de eerste pijp naar beneden beweegt, naar het zich naar boven bewegende warmte-overdrachtsfluldum 8 b 0 .· 7 '> 3 -18- in de ringvormige ruimte tussen de tweede pijp en de derde pijp reduceren, en een vooraf bepaalde reactiezone in het onderste gedeelte van de derde pijp bepalen, waardoor het fluïdumafval onder warmte en druk in het reactiegebied reageert.

8. Continue fluïdumbehandelingsinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de waterstofpermeatiebarrière-organen een atomaire waterstofbarriêrebekleding op de buizen van de geïsoleerde houder omvatten.

9. Continue fluïdumbehandelingsinrichting volgens conclusie 8, 10 met het kenmerk, dat de buizen uit staal bestaan en de waterstofbarriêre-bekleding is gekozen uit de groep bestaande uit aluminium, nikkel en koper.

10. Continue fluïdumbehandelingsinrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de buizen van de geïsoleerde houder uit staal be- 15 staan en de waterstofdiffusiebarrière bestaat uit een diffusiebekleding van aluminium op de binnen- en buitenvlakken van de buizen, waarbij een ijzer-aluminiumlegering wordt gevormd.

11. Continue fluïdumbehandelingsinrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de waterstofdiffusiebarriêrebekleding bestaat uit 20 een langs elektrogalvanische weg verkregen bekleding, gekozen uit de groep bestaande uit nikkel en koper.

12. Werkwijze voor het vormen van een geïsoleerde buisvormige houder ten gebruike bij een warmte-uitwisselinrichting gekenmerkt door het vormen van telescopeerbaar in elkaar te brengen stalen buizen, 25 het vormen van een waters to fpermeatiebarriêrebekleding op de buitenen binnenvlakken van de buizen, het monteren van de buizen in een in elkaar passende, concentrische telescoperende, zich op een afstand van elkaar bevindende relatie en het afdichten van de ruimte tussen de buizen, en het evacueren van de ruimte tussen de buizen waarna deze ruimte 30 met een inert gas wordt gevuld.

13. Werkwijze voor het vormen van een geïsoleerde buisvormige houder volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de waterstofpermeatie-barrièrebekleding wordt gevormd door de binnen- en buitenvlakken van de buizen door diffusie met aluminium te bekleden, waardoor op de opper-35 vlakken een ijzer-aluminiumlegering wordt gevormd. 860 2 3 7 3 -19-

14. Werkwijze voor het vormen van een geïsoleerde buisvormige houder volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de waterstofpermeatie-barrièrebekleding wordt gevormd door langs elektrogalvanische weg nikkel op de binnen- en buitenvlakken van de buizen te brengen.

15. Werkwijze voor het vormen van een geïsoleerde buisvormige hou der volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de waterstofpermeatie-barriêrebekleding wordt gevormd door langs elektrogalvanische weg koper op de binnen- en buitenvlakken van de buis te brengen. 8602377