PL195083B1 - Sposób przetwarzania porcji materiału stałego i zbiornik do przetwarzania porcji materiału stałego - Google Patents

Abstract

1. Zbiornik do przetwarzania porcji materia lu sta lego, w szczególno sci w warunkach wysokiego masowego prze- plywu gazu przez zbiornik, w których to warunkach powsta- je ciecz z materia lu sta lego, przy czym zbiornik jest zbiorni- kiem ci snieniowym i zawiera górny koniec wlotowy z wlotem doprowadzaj acym materia l sta ly, korpus, zespó l doprowadzaj acy czynnik do ci snieniowania z loza materia lu sta lego, zespó l doprowadzaj acy czynnik wymieniaj acy ciep lo oraz usytuowany w dolnej cz esci zbiornika koniec wylotowy zawieraj acy wylot materia lu sta lego, umieszczony w najni zszej cz esci zbiornika, ponadto zbiornik zawiera wylot cieczy, a tak ze co najmniej jeden wylot gazu roz- mieszczony ponad wylotem materia lu sta lego, znamienny tym, ze zawiera wylot (7) cieczy, który jest usytuowany ponad wylotem (5) materia lu sta lego na ko ncu wylotowym (3) zbiorni- ka, za s liczne wyloty (9) gazu s a rozmieszczone na wi ecej ni z jednym poziomie na ko ncu wylotowym (3) zbiornika oraz s a usytuowane nad wylotem (7) cieczy. 7. Sposób przetwarzania porcji materia lu sta lego, w szczególno sci w warunkach wysokiego masowego nat e- zenia przep lywu gazu, w którym to sposobie wytwarza si e ciecz z materia lu sta lego, polegaj acy na tym, ze doprowa- dza si e materia l sta ly do zbiornika posiadaj acego koniec wylotowy usytuowany w dolnej cz esci zbiornika i wytwarza si e z loze w postaci wk ladu materia lu sta lego, ci snieniuje si e to z loze materia lu sta lego, ogrzewa si e materia l sta ly w wyniku wymiany ciep la z czynnikiem wymieniaj acym ciep lo, wskutek czego jako po laczony efekt dzia lania ci snienia ........... PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania porcji materiału stałego i zbiornik do przetwarzania porcji materiału stałego, zwłaszcza w warunkach wysokiego masowego natężenia przepływu gazu przez zbiornik oraz usuwania gazu ze zbiornika. Wynalazek może ponadto znaleźć zastosowanie do przetwarzania materiałów stałych technika ogrzewania lub oziębiania.

W stanie techniki występują trudności przy oddzielaniu faz stałej, gazowej i ciekłej powstających podczas odwadniania węgla poprzez jego ogrzewanie w warunkach wysokiego ciśnienia. Trudności te powstają zwłaszcza w wyniku wysokiego masowego natężenia przepływu gazu przez zbiornik z materiałami stałymi, w obecności cieczy, albo bez niej, w warunkach ogrzewania lub oziębiania.

Znany jest z opisu patentowego nr US 5,290,523 sposób polepszania jakości węgla poprzez równoczesne działanie na niego ciśnieniem i temperaturą.

Według tego rozwiązania ujawniono termiczne odwadnianie węgla poprzez jego ogrzewanie w warunkach obejmujących podwyższone ciśnienie i temperaturę w celu wywołania w nim zmian fizycznych, w wyniku czego znajdująca się w węglu woda jest z niego usuwana dzięki reakcji wyciskania.

Ujawniono również sposób polepszania jakości węgla polegający na utrzymywaniu odpowiednio wysokiego ciśnienia podczas procesu, tak, żeby będąca produktem ubocznym woda powstawała głównie w postaci cieczy a nie pary.

Ujawniono również szereg różnych opcjonalnych urządzeń do realizacji sposobu polepszania jakości. W kategoriach ogólnych, te opcjonalne rozwiązania oparte są na stosowaniu zbiornika ciśnieniowego z wlotem w kształcie odwróconego stożka, cylindrycznym korpusem, stożkowym wylotem z pojedynczym otworem wylotowym w wierzchołku stożkowego wylotu, tj. w najniższej części zbiornika, oraz zespołem pionowo lub poziomo usytuowanych rur wymieniających ciepło usytuowanym w korpusie.

W jednym z proponowanych zastosowań urządzenia typu Koppelmana według opisu patentowego US 5,290,523 biegnące pionowo rury i koniec wylotowy są napełniane węglem, po czym do rur tych i do wylotowego końca wstrzykuje się azot w celu podniesienia w nich ciśnienia. Węgiel jest ogrzewany w wyniku pośredniej wymiany ciepła z czynnikiem wymieniającym ciepło doprowadzanym do cylindrycznego korpusu z zewnątrz rur. Ciepło jest wytwarzane ponadto w wyniku doprowadzania wody do rur, z której następnie powstaje para pełniąca rolę czynnika przenoszącego ciepło.

Rezultatem łącznego działania podwyższonego ciśnienia i temperatury jest odparowanie pewnej części wody z węgla, która następnie skrapla się do cieczy. Część pary wodnej powstającej w wyniku dodania wody również skrapla się do postaci cieczy wskutek podwyższonego ciśnienia. Para wodna, która nie jest skroplona, i która jest w nadmiarze z punktu widzenia optymalnego ciśnieniowania wkładu w złożu, musi być odprowadzona na zewnątrz. Ponadto wydzielają się gazy nie skraplające się (np. CO, CO2), które trzeba odprowadzać na zewnątrz. Od czasu do czasu spuszcza się ciecz z końca wylotowego. Na koniec, po zadanym okresie czasu przebywania materiałów w zbiorniku, obniża się w nim ciśnienie i wyładowuje ulepszony węgiel przez ten sam koniec wylotowy.

Stwierdzono, że ogólnie biorąc układ wylotowego końca w opisanym powyżej urządzeniu typu Koppelmana nie jest zadowalający z punktu widzenia oddzielania od siebie fazy stałej, ciekłej i gazowej, a zwłaszcza fazy ciekłej i gazowej. Do problemów, na jakie się natknięto, należą duży spadek ciśnienia i duża prędkość gazu w końcu wylotowym, czego skutkiem są: dwufazowy przepływ cieczy gazu z końca wylotowego, którym trudno jest sterować, zatykanie się instalacji uniemożliwiające wyładunek oraz wydalanie z cieczą (i gazem) drobnych a czasami dużych cząstek materiału.

W szczególności, w kategoriach ogólnych, gaz i ciecz wypływające ze zbiornika tym samym kanałem wylotowym mają skłonność do płynięcia w skrajnie nieregularny sposób wskutek różnych oporów przepływu gazu i cieczy w złożu, kanałach i zaworach regulacyjnych. Rezultatem ściśliwych właściwości gazu, szybko zmieniających się oporów przepływu oraz stosunkowo dużej gęstości cieczy jest przepływ strumienia z dużymi siłami przyspieszającymi, co może prowadzić do zakłóceń i do ewentualnego przemieszczania się cząstek stałych w złożu.

Wstępnie zatem potrzeba zapewnienia usprawnionego oddzielania od siebie materiałów stałych, cieczy i gazu powstających w urządzeniu typu Koppelmana, albo doprowadzanych do niego.

Podobne rozwiązania dotyczące urządzenia i sposobu przetwarzania materiału stałego opisano również w międzynarodowych zgłoszeniach patentowych nr PCT/AU98/00005 i nr PCT/AU98/00142, na ujawnienia których, powołuje się w niniejszym opisie tytułem referencji.

PL 195 083 B1

Znany jest sposób osuszania materiału stałego według amerykańskiego opisu patentowego nr US 4,295,281 z zastosowaniem złoża fluidalnego, przy czym do zbiornika osuszanego materiału stałego doprowadzane jest medium fluidalne w celu wytworzenia złoża fluidalnego, następnie złoże jest podgrzewane metodą pośrednią oraz doprowadzany jest osuszany materiał, po czym odprowadza się osuszony materiał ze złoża fluidalnego oraz odparowane produkty osuszania w postaci pary.

Zaleta tego rozwiązania polega na zastosowaniu medium fluidalnego w postaci czynnika odparowującego i odprowadzeniu go po procesie suszenia w postaci niezanieczyszczonej innymi produktami procesu, co pozwala na jego ponowne użycie.

W europejskim opisie patentowym nr US 5,325,607 ujawniono zbiornik reakcyjny (reaktor), w którym osusza się materiał stały w ogrzewanym złożu fluidalnym, który to zbiornik reakcyjny posiada usytuowaną ponad złożem przestrzeń do odbioru odparowanych produktów w postaci pary, zaopatrzoną w wylot pary. Środki doprowadzające materiał stały do złoża fluidalnego umieszczone są ponad przestrzenią odbioru pary, zaś poniżej tych środków doprowadzających materiał stały umieszczona jest w przestrzeni odbioru pary powierzchnia rozprowadzająca, która ma kształt stożkowy o kącie pochylenia od 25° do 70° i jest obrotowa wokół osi pionowej oraz zaopatrzona w co najmniej jeden otwór przelotowy, przy czym otwór ten obejmuje od 10% do 90% całkowitej powierzchni rozprowadzającej, zaś jej prędkość obrotowa wynosi od 20 do 250 obr/min.

Znane jest również urządzenie według niemieckiego opisu patentowego nr DE 19532279 do oczyszczania ścieków, zawierające związki rozkładające ozon oraz związki chlorowcowe i co najmniej jedno urządzenie sorpcyjne ze stałym odpowiednim sorbentem oraz środki doprowadzające gaz do oczyszczanych ścieków oraz środki grzejne.

Urządzenie sorpcyjne posiada dwie komory połączone ze sobą za pomocą środków grzejnych, łączone przemiennie z wlotem doprowadzanego gazu. Urządzenie może zawierać więcej niż jedno urządzenie sorpcyjne, z których każde posiada dwie komory utworzone przez dwa usytuowane jeden nad drugim zbiorniki zaopatrzone w odpowiedni zestaw zaworów, za pośrednictwem którego to zestawu zaworów odpowiednie komory różnych urządzeń sorpcyjnych mogą być ze sobą łączone w różnych odpowiednich konfiguracjach w trakcie prowadzenia procesu oczyszczania ścieków.

Zbiornik do przetwarzania porcji materiału stałego, w szczególności w warunkach wysokiego masowego przepływu gazu przez zbiornik, w których to warunkach powstaje ciecz z materiału stałego, przy czym zbiornik jest zbiornikiem ciśnieniowym i zawiera górny koniec wlotowy z wlotem doprowadzającym materiał stały, korpus, zespół doprowadzający czynnik do ciśnieniowania złoża materiału stałego, zespół doprowadzający czynnik wymieniający ciepło oraz usytuowany w dolnej części zbiornika koniec wylotowy zawierający wylot materiału stałego, umieszczony w najniższej części zbiornika, ponadto zbiornik zawiera wylot cieczy, a także co najmniej jeden wylot gazu rozmieszczony ponad wylotem materiału stałego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera wylot cieczy, który jest usytuowany ponad wylotem materiału stałego na końcu wylotowym zbiornika, zaś liczne wyloty gazu są rozmieszczone na więcej niż jednym poziomie na końcu wylotowym zbiornika oraz są usytuowane nad wylotem cieczy.

Korzystnie, wiele wylotów gazu znajduje się co najmniej na jednym poziomie końca wylotowego. Korzystnie, na każdym poziomie, na którym znajduje się szereg wylotów gazu, te wyloty gazu są rozmieszczone w odstępach wokół obwodu zbiornika tak, że na danym poziomie występuje w przybliżeniu równomierny przepływ gazu w dół.

Korzystnie, zbiornik zawiera ponadto zespoły odchylania/ekranowania połączone z wylotami gazu zapobiegające bezpośredniemu dostępowi strumienia cieczy i gazu płynącego w dół poprzez wylotowy koniec wylotów gazu.

Korzystnie, w skład zespołu odchylania/ekranowania każdego wylotu gazu wchodzi płyta lub ekran biegnący w dół i do środka zbiornika z miejsca znajdującego się nad wylotem gazu.

Korzystnie, płyta lub ekran jest umieszczona co najmniej częściowo wokół wewnętrznej powierzchni zbiornika i wyznacza skierowany w dół przelotowy kanał do odbierania gazów płynących w dół przez zbiornik.

Sposób przetwarzania porcji materiału stałego, w szczególności w warunkach wysokiego masowego natężenia przepływu gazu, w którym to sposobie wytwarza się ciecz z materiału stałego, polegający na tym, że doprowadza się materiał stały do zbiornika posiadającego koniec wylotowy usytuowany w dolnej części zbiornika i wytwarza się złoże w postaci wkładu materiału stałego, ciśnieniuje się to złoże materiału stałego, ogrzewa się materiał stały w wyniku wymiany ciepła z czynnikiem wymieniającym ciepło, wskutek czego jako połączony efekt działania ciśnienia i ciepła uwalnia się wodę

PL 195 083 B1 i inne ciecze i/lub składniki gazowe z materiału stałego, przy czym część uwolnionej wody jest w fazie gazowej, a część tej wody jest w fazie ciekłej oraz odprowadza się gaz ze złoża materiału stałego za pomocą co najmniej jednego wylotu gazu, odprowadza się ciecz ze złoża materiału stałego przez wylot cieczy oraz odprowadza się przerobiony wkład materiału stałego poprzez wylot materiału stałego umieszczony na końcu wylotowym zbiornika na dolnym końcu tego zbiornika, według wynalazku charakteryzuje się tym, że gaz odprowadza się poprzez liczne wyloty gazu usytuowane na obwodzie wylotowego końca zbiornika, przy czym podczas operacji odprowadzania utrzymuje się zasadniczo stałą prędkość przepływu gazu w obszarze wylotowego końca zbiornika poniżej licznych wylotów gazu.

Korzystnie, odprowadza się gaz ze złoża materiału stałego poprzez wyloty gazu na co najmniej dwóch poziomach powyżej wylotu cieczy.

Korzystnie, odprowadza się gaz za pomocą licznych wylotów gazu usytuowanych co najmniej na jednym z poziomów nad wylotem cieczy.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na zapewnieniu urządzenia do oddzielania od siebie materiałów stałych, cieczy i gazów w zbiornikach ciśnieniowych pracujących w warunkach wysokich ciśnień i temperatury.

Ponadto wynalazek zapewnia urządzenie do wprowadzania i/lub usuwania strumienia gazu o wysokim masowym natężeniu przepływu do i/lub ze zbiorników zawierających materiał stały, który jest przetwarzany w zbiornikach.

Wynalazek dotyczy zwłaszcza, ale nie wyłącznie, przetwarzania porcji materiału stałego (ewentualnie o niskiej przewodności cieplnej) w zbiorniku w warunkach (takich jak ciśnienie i temperatura), w wyniku działania których powstaje ciecz z materiału stałego oraz strumień gazu o wysokim masowym natężeniu przepływu (wytwarzanego z materiału stałego i/lub dodawanego do zbiornika jako część sposobu).

Wynalazek dotyczy zwłaszcza technologii i urządzenia do polepszania jakości materiału węglowego, zazwyczaj węgla, zwłaszcza węgla niskouwęglonego, w warunkach obejmujących wysokie ciśnienie i wysoka temperaturę w celu zwiększenia wartości BTU materiałów węglowych poprzez usunięcie wody z materiałów węglowych, który to sposób obejmuje oddzielanie faz stałej, ciekłej i gazowej wytwarzanych w tym sposobie lub do niego doprowadzanych.

Termin wysoki w kontekście masowego natężenia przepływu gazu należy tu rozumieć jako wskazujący, że całkowita ilość gazu stanowi duży udział, zazwyczaj 5-10%, masy materiału stałego i/lub, że masowe natężenie przepływu gazu zbliża się do wartości progowej umożliwiającej upłynnienie materiału stałego w zbiorniku.

W najszerszym znaczeniu wynalazek zapewnia ulepszenie zbiornika do przetwarzania porcji materiału stałego w takich warunkach jak wysokie masowe natężenie przepływu gazu przez zbiornik, które to ulepszenie polega na zastosowaniu zbiornika z co najmniej jednym wylotem materiału stałego przeznaczonym do wyładunku materiałów stałych ze zbiornika oraz z wielu wlotami i/lub wylotami gazu, przeznaczonymi do doprowadzania gazu do zbiornika lub jego odprowadzania ze zbiornika na jednym lub więcej poziomach zbiornika powyżej wylotu lub wylotów gazu.

Według wynalazku zapewniono zwłaszcza ulepszenie zbiornika do przetwarzania porcji materiału stałego w takich warunkach jak wysokie masowe natężenie przepływu gazu przez zbiornik i powstawanie cieczy z materiału stałego, które to ulepszenie polega na zastosowaniu wylotowego końca zbiornika mającego co najmniej jeden wylot materiałów stałych i co najmniej jeden wylot gazu, który to ten co najmniej jeden wylot gazu znajduje się nad tym co najmniej jednym wylotem materiału stałego i tym co najmniej jednym wylotem cieczy.

Wynalazek opisany tutaj opiera się na pomyśle, że skuteczne oddzielenie materiałów stałych, cieczy i gazu w zbiorniku, z minimalna ilością cieczy wtrąconej do materiałów stałych i gazu, można uzyskać stosując oddzielne usuwanie cieczy i gazu na różnych poziomach końca wylotowego, oraz stosując wylot (albo wyloty) gazu na wyższym poziomie niż wylot (lub wyloty) cieczy.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wylotowy koniec zbiornika w jednym z zalecanych przykładów wykonania urządzenia według wynalazku, schematycznie, fig. 2 - przekrój poprzeczny wzdłuż linii 2-2 na fig. 1, fig. 3 - wylotowy koniec zbiornika w innym zalecanym przykładzie wykonania urządzenia według wynalazku, schematycznie, fig. 4 - wykres spadku ciśnienia wzdłuż długości zbiornika, który to wykres powstał w wyniku obliczeniowego modelowania dynamiki płynów (cfd) przeprowadzonego przez wnioskodawcę, fig. 5 - wykres masowego natężenia przepływu na poziomie 3 m od podstawy zbiornika na

PL 195 083 B1 odcinku od osi do obwodu zbiornika, który to wykres powstał w wyniku obliczeniowego modelowania (cfd) przeprowadzonego przez wnioskodawcę.

Zgodnie z zalecanym przykładem wykonania wynalazku można również opisać jako urządzenie do przetwarzania porcji materiału stałego w warunkach wysokiego masowego natężenia przepływu gazu przez urządzenie, w którym to urządzeniu z materiału stałego powstaje ciecz, zawiera zbiornik z końcem wlotowym mającym wlot do doprowadzania materiału stałego w celu uformowania w zbiorniku złoża materiału stałego oraz końcem wylotowym mającym co najmniej jeden wylot materiałów stałych, co najmniej jeden wylot cieczy, i co najmniej jeden wylot gazu usytuowany nad wylotami materiałów stałych/ cieczy, zespoły do doprowadzania płynu do ciśnieniowania złoża materiału stałego oraz zespoły do doprowadzania czynnika wymieniającego ciepło w celu ogrzewania materiału stałego w złożu stanowiącym wypełnienie zbiornika.

Korzystnie, koniec wylotowy znajduje się w dolnej części zbiornika i może zbiegać się w jeden (albo ewentualnie więcej) wylot materiałów stałych. Zwykle, koniec wylotowy jest stożkowy, ponadto na końcu wylotowym znajduje się wiele wylotów gazu, które to wyloty gazu znajdują się na więcej niż jednym poziomie końca wylotowego. Istnieje wiele wylotów gazu na co najmniej jednym poziomie końca wylotowego, a na każdym poziomie, na którym znajduje się wiele wylotów gazu, wyloty gazu są rozstawione na obwodzie zbiornika tak, żeby na poziomie tym występowało w zasadzie równomierne masowe natężenie przepływu gazu w dół.

Liczba, usytuowanie i budowa wylotów gazu wynikają z konieczności stopniowego odprowadzania gazu w dół ku końcowi wylotowemu tak, żeby utrzymywać masowe natężenie przepływu na jednostkę pola przekroju poprzecznego (albo prędkość) złoża, stanowiącego wypełnienie zbiornika, na każdym poziomie zbliżone do stałego, konieczności odprowadzania gazu na każdym poziomie ku wylotowi gazu bez wytwarzania obszarów wysokiej prędkości gazu, co mogłoby prowadzić do dużego spadku ciśnienia i/lub porywania materiałów stałych i/lub cieczy oraz konieczności zmiany kierunku strumienia gazu z przepływu w dół na przepływ poprzeczny na zewnątrz, z równoczesnym umożliwieniem jakiejkolwiek cieczy dalszego przepływu w kierunku zbliżonym do przepływu w dół.

Należy zwrócić uwagę, że termin płyn w znaczeniu stosowanym powyżej jest na tyle szeroki, że obejmuje zarówno gaz, taki jak azot, jak i ciecz, taką jak woda, doprowadzane do zbiornika.

Zespoły do doprowadzania czynnika wymieniającego ciepło doprowadzają go w celu ogrzania materiałów stałych podczas pośredniej wymiany ciepła.

Zgodnie z wynalazkiem, zbiornik jest zbiornikiem ciśnieniowym.

Opisany poniżej konkretny przykład wykonania wynalazku może również dotyczyć sposobu przetwarzania porcji materiału stałego w warunkach wysokiego masowego natężenia przepływu gazu, w wyniku którego to przetwarzania z materiału stałego powstaje ciecz, przy czym w skład tego sposobu wchodzą doprowadzanie materiału stałego do zbiornika w celu utworzenia złoża w postaci wkładu materiału stałego, ciśnieniowanie złoża materiału stałego, ogrzewanie materiału stałego w wyniku wymiany ciepła z czynnikiem wymieniającym ciepło, wskutek czego łączy efektem działania ciśnienia i ciepła jest uwalnianie wody i innych cieczy i/lub składników gazowych z materiału stałego, przy czym część uwolnionej wody jest w fazie gazowej, a część tej wody jest w fazie ciekłej, odprowadzanie gazu ze złoża materiału stałego za pomocą co najmniej jednego wylotu gazu w zbiorniku oraz odprowadzanie cieczy ze złoża materiału stałego przez wylot cieczy w zbiorniku usytuowany poniżej wylotu gazu.

W skład tego sposobu może wchodzić doprowadzanie gazu do zbiornika jako płynu roboczego mającego wspomóc przenoszenie ciepła do materiału stałego.

Należy zauważyć, że etap odprowadzania gazu może obejmować usuwanie pewnej ilości cieczy. Należy również zauważyć, że etap odprowadzania cieczy może obejmować usuwanie pewnej ilości gazu.

Korzystnie, podstawą odprowadzania gazu ze złoża materiału stałego jest sterowanie spadkiem ciśnienia na końcu wylotowym i/lub przepływem gazu do tej części końca wylotowego, która znajduje się poniżej poziomu wylotu gazu.

Zaleca się zwłaszcza, żeby w skład sposobu wchodziło odprowadzanie gazu ze złoża materiału stałego za pomocą szeregu wylotów gazu tak, żeby prędkość strumienia gazu w części końca wylotowego znajdującej się poniżej poziomu wylotów gazu była w przybliżeniu stała.

PL 195 083 B1

Podstawą odprowadzania cieczy ze złoża materiału stałego jest poziom cieczy na końcu wylotowym w dowolnym punkcie czasu podczas realizacji sposobu tak, żeby przez wylot cieczy była odprowadzana głównie ciecz. W skład sposobu wchodzi odprowadzanie gazu ze złoża przez wyloty gazu na dwóch lub więcej poziomach nad wylotem cieczy, a w zalecanym przykładzie wykonania odprowadzanie gazu przez szereg wylotów gazu co najmniej na jednym z poziomów nad wylotem cieczy.

Zbiornik posiada koniec wylotowy, który zbiega się w jeden (lub ewentualnie więcej) wylot materiału stałego.

Zaleca się zwłaszcza, żeby zbiornik posiadał stożkowy koniec wylotowy, oraz żeby wylot, albo wyloty, gazu oraz wylot cieczy znajdował się na końcu wylotowym.

Szczegółowy opis zalecanego przykładu wykonania jest powiązany głównie z polepszaniem jakości węgla. Należy zauważyć, że wynalazek nie ogranicza się do tego materiału, ale można go stosować do przetwarzania dowolnego innego, nadającego się do tego materiału stałego.

Ponadto dalszy opis jest powiązany głównie z opisanym powyżej urządzeniem Koppelmana. Należy zauważyć, że wynalazek nie ogranicza się do tego i jest ogólnie stosowany do przetwarzania materiałów stałych w warunkach podwyższonego ciśnienia i temperatury, wymagających podczas i/lub pod koniec przetwarzania oddzielania od siebie materiału stałego, cieczy i gazu.

Nawiązując do fig. 1 i 2, w skład urządzenia w korzystnym przykładzie wykonania wchodzi zbiornik ciśnieniowy z końcem wylotowym 3 mającym postać stożka.

Na końcu wylotowym 3 znajdują się wylot 5 materiałów stałych usytuowany na końcu stożka, wylot 7 cieczy w dolnej części stożka, szereg wylotów 9 gazu na różnych poziomach stożka nad wylotami 5, 7 materiałów stałych i cieczy odpowiednio, oraz, jak najlepiej widać na fig. 2, z więcej niż jednym wylotem 9 gazu na każdym z tych poziomów, a także ewentualnie, zespoły 29 do zatrzymywania materiałów stałych.

Należy zauważyć, że wynalazek nie ogranicza się do stożkowego końca wylotowego i rozciąga się przykładowo na dowolne końce wylotowe zbiegające się w jeden lub więcej wylotów materiałów stałych.

Opisane powyżej położenia wylotów 7 cieczy i wylotów 9 gazu umożliwiają oddzielne oddzielanie cieczy i gazu od cieczy i gazu płynących w trakcie działania urządzenia w dół przez zbiornik ku końcowi wylotowemu 3. W szczególności, wyloty 9 gazu umożliwiają stopniowe usuwanie gazu w miarę zbiegania się strumienia gazu w stożku ku jego dolnemu końcowi.

Wyloty 5, 7, 9 materiałów stałych/ cieczy/ gazu mogą mieć dowolną, odpowiednią do tego formę.

W wypadku wylotów 9 gazu, wyloty te mogą mieć dowolną postać i mogą znajdować się w dowolnym miejscu z uwzględnieniem konieczności stopniowego usuwania gazu na różnych poziomach wzdłuż stożka tak, żeby masowe natężenie przepływu na jednostkę pola przekroju poprzecznego stożka (albo prędkość) w złożu materiału stałego było utrzymywane na w przybliżeniu stałym poziomie oraz odprowadzania gazu na każdym poziomie ku zespołowi wylotowemu bez wytwarzania obszarów o dużej prędkości przepływu gazu, co mogłoby doprowadzić do dużych spadków ciśnienia i/lub do porywania materiałów stałych i/lub cieczy.

W zalecanym przykładzie wykonania według wynalazku, jak widać na fig. 2, znajduje się szereg pojedynczych wylotów 9 gazu rozstawionych w pewnych odstępach na obwodzie zbiornika na danym poziomie. Rezultatem takiego układu jest skierowany w przybliżeniu na zewnątrz przepływ części strumienia gazu płynącego w dół ku obwodowi zbiornika, a następnie ze zbiornika przez wyloty.

Alternatywnie, na przykład, na obwodzie zbiornika, na każdym poziomie, może być w przybliżeniu ciągły wylot (nie pokazany), zapewniający, że istnieje równomierny ruch gazu na zewnątrz ku obwodowi zbiornika.

W wylotach 5, 7, 9 materiałów stałych/ cieczy/ gazu znajdują się zespoły zaworowe 11, którymi można wybiórczo sterować, umożliwiając wypływanie z wylotowego końca 3 materiałów stałych, cieczy i gazu, odpowiednio.

Zespoły zaworowe 11 znajdują się możliwie blisko zbiornika tak, że istnieje minimalny kanał pomiędzy zbiornikiem a zespołem zaworowym w celu minimalizacji wielkości strumienia gazu wypływającego przez koniec wylotowy podczas rozruchu.

PL 195 083 B1

W skład urządzenia wchodzi ponadto stosunkowo mały zbiornik kompensacyjny 17 połączony z wylotem 7 cieczy, przeznaczony do odbioru cieczy wypływającej końcem wylotowym. Zbiornik kompensacyjny 17 ma w swojej dolnej części przewód wylotowy 19, który jest zaopatrzony w zespół zaworowy 11. W trakcie pracy przewód wylotowy 19 służy do odprowadzania cieczy wydalanej ze zbiornika kompensacyjnego 17.

W wypadku używania urządzenia do odwadniania węgla, porcję węgla doprowadza się do zbiornika, a zwłaszcza do wylotowego końca 3 i do rur (nie pokazanych) urządzenia.

Następnie do złoża węgla znajdującego się w rurach i w końcu wylotowym 3 doprowadza się azot w celu podniesienia w złożu ciśnienia, zazwyczaj do wartości 6,89 - 1,379 MPa (100-200 psi), z zewnętrznej strony rur doprowadza się do zbiornika czynnik wymieniający ciepło w celu ogrzania węgla w wyniku pośredniej wymiany ciepła, zazwyczaj do temperatury 271,11°C (520°F) oraz do złoża materiału stałego doprowadza się wodę w celu uzyskania źródła pary wodnej.

Para wodna powstająca w złożu materiału stałego z doprowadzanej wlotem wody powoduje dalsze zwiększenie w złożu ciśnienia oraz stanowi czynnik dalszego ogrzewania węgla.

Ponadto, jak wspomniano powyżej, para wodna powstała z wody znajdującej się w węglu również przyczynia się do podwyższenia ciśnienia w złożu materiału stałego.

Rezultatem łącznego działania tych czynników jest podwyższenie ciśnienia w złożu do ciśnienia roboczego, zazwyczaj 4,83 MPa (700 psi).

Łącznym skutkiem podwyższonego ciśnienia i temperatury jest odparowanie lub wyciśnięcie wody z węgla w złożu materiału stałego oraz skraplanie się pary na coraz to niższych poziomach zbiornika. Reakcja wyciskania jest powodowana przez zmianę kierunku biegu struktury węgla, a także przez reakcje dekarboksylacji.

Ciecz zbiera się na końcu wylotowym 3 zbiornika i jest okresowo usuwana przez wylot 7 cieczy do zbiornika kompensacyjnego.

Jak już wspomniano wcześniej, lokalizacja wylotów 5, 7, 9 materiałów stałych/ cieczy i gazu na różnych poziomach umożliwia oddzielne odprowadzanie materiałów stałych, cieczy i gazu, a zwłaszcza cieczy i gazu, z wylotowego końca 3.

Ponadto usuwanie gazu ze zbiornika poprzez wyloty 9 gazu oddzielnie od usuwania cieczy umożliwia unikanie dużych spadków ciśnienia na końcu wylotowym oraz wysokich natężeń przepływu gazu w dolnej części końca wylotowego 3.

Jak widać na fig. 3, w celu zminimalizowania strat cieczy i materiałów stałych przez wyloty 9 gazu, w skład urządzenia w jednym z zalecanych przykładów wykonania według wynalazku wchodzą płyty lub ekrany 21 usytuowane względem wylotów 9 gazu tak, żeby początkowo odchylały w dół strumienie materiałów stałych, cieczy i gazu od wylotów 9 gazu.

Ponadto płyty/ ekrany 21 tworzą skierowane w dół kanały przelotowe 23. Układ jest taki, że gaz może płynąć na zewnątrz i ku górze wokół dolnego końca płyt/ ekranów 21 do kanałów 23, a następnie ku wylotom 9 gazu. Wyraźnie widać, że skierowany na zewnątrz i ku górze strumień gazu wokół płyt/ ekranów 21 minimalizuje porywanie cieczy i materiałów stałych.

Ponadto, pozbawione na ogół materiałów stałych kanały 23 umożliwiają gazowi przyspieszenie przepływu ku wylotom 9 gazu.

Opracowano osiowo symetryczny, pionowy, plastrowy model „cfd z przeznaczeniem do badania wynalazku. Model ten oparto na wstrzykiwaniu gazu przez szereg wlotów usytuowanych nad pojedynczym wlotem materiałów stałych w zbiorniku z zadaniem chłodzenia znajdującego się w nim złoża materiału stałego. Model ten oparto na sposobie i urządzeniu opisanym w przywołanych powyżej międzynarodowych zgłoszeniach patentowych nr PCT/AU98/00005 i nr PCT/AU98/00142.

Wyniki modelowania przedstawiono częściowo na fig. 4 i 5. Podczas modelowania porównano wpływ konwencjonalnego pojedynczego wlotu/ wylotu gazu z wielokrotnym wlotem/ wylotem gazu zaproponowanym według wynalazku. Jak widać na fig. 4, modelowanie wykazało, że wielokrotne wloty/ wyloty gazu według wynalazku, miały znaczną przewagę polegającą na tym, że powodowały znaczne obniżenie spadku ciśnienia wzdłuż długości zbiornika w porównaniu ze spadkiem ciśnienia powodowanym przez konwencjonalny pojedynczy wlot/ wylot gazu. Jak widać na fig. 5, modelowanie wykazało, że wielokrotne wloty/ wyloty gazu według wynalazku, miały znaczną przewagę polegającą

PL 195 083 B1 na tym, że powodowały w przybliżeniu równomierne masowe natężenie przepływu przez zbiornik w porównaniu z nierównomiernym masowym natężeniem przepływu powodowanym przez konwencjonalny pojedynczy wlot/ wylot.

Można dokonać wielu modyfikacji zalecanego przykładu wykonania bez wychodzenia poza istotę i zakres niniejszego wynalazku.

Na przykład, w zalecanym przykładzie wykonania znajduje się pojedynczy wylot 5 materiałów stałych i pojedynczy wylot 7 cieczy, ale rozumie się samo przez się, że nie stanowi to ograniczenia wynalazku oraz możliwe jest jego rozszerzenie na układy, w których znajduje się więcej niż jeden wylot 5 materiałów stałych i/lub więcej niż jeden wylot 7 cieczy.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zbiornik do przetwarzania porcjj materiału stałego, w szczególności w warunkach wysokiego masowego przepływu gazu przez zbiornik, w których to warunkach powstaje ciecz z materiału stałego, przy czym zbiornik jest zbiornikiem ciśnieniowym i zawiera górny koniec wlotowy z wlotem doprowadzającym materiał stały, korpus, zespół doprowadzający czynnik do ciśnieniowania złoża materiału stałego, zespół doprowadzający czynnik wymieniający ciepło oraz usytuowany w dolnej części zbiornika koniec wylotowy zawierający wylot materiału stałego, umieszczony w najniższej części zbiornika, ponadto zbiornik zawiera wylot cieczy, a także co najmniej jeden wylot gazu rozmieszczony ponad wylotem materiału stałego, znamienny tym, że zawiera wylot (7) cieczy, który jest usytuowany ponad wylotem (5) materiału stałego na końcu wylotowym (3) zbiornika, zaś liczne wyloty (9) gazu są rozmieszczone na więcej niż jednym poziomie na końcu wylotowym (3) zbiornika oraz są usytuowane nad wylotem (7) cieczy.
2. 2. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że wiele wylotów (9) gazu znajduje się co najmniej na jednym poziomie końca wylotowego (3).
3. 3. Zbiornik według zastrz. 2, znamienne tym, że na każdym poziomie, na którym znajduje się szereg wylotów (9) gazu, te wyloty gazu są rozmieszczone w odstępach wokół obwodu zbiornika tak, że na danym poziomie występuje w przybliżeniu równomierny przepływ gazu w dół.
4. 4. Zbiornik wedKig zastrz, 1, znamienny tym , że zawiera |^(^ιt^dto zespoty odchylania/ekranowania połączone z wylotami (9) gazu zapobiegające bezpośredniemu dostępowi strumienia cieczy i gazu płynącego w dół poprzez wylotowy koniec wylotów gazu (9).
5. 5. Zbiornik według z^^Sr^^. 4, t^r^, że w skład zespołu odchy!ania/ekranowania każdego wylotu gazu wchodzi płyta lub ekran (21) biegnący w dół i do środka zbiornika z miejsca znajdującego się nad wylotem (9) gazu.
6. 6. Zbiornik według zasSic 5, tym, że płyta ,ub ekran (211 -est co najmniej częściowo wokół wewnętrznej powierzchni zbiornika i wyznacza skierowany w dół przelotowy kanał (23) do odbierania gazów płynących w dół przez zbiornik.
7. 7. Sposób przetwarzania porcji materiału stałego, w szczególności w warunkach wysokiego masowego natężenia przepływu gazu, w którym to sposobie wytwarza się ciecz z materiału stałego, polegający na tym, że doprowadza się materiał stały do zbiornika posiadającego koniec wylotowy usytuowany w dolnej części zbiornika i wytwarza się złoże w postaci wkładu materiału stałego, ciśnieniuje się to złoże materiału stałego, ogrzewa się materiał stały w wyniku wymiany ciepła z czynnikiem wymieniającym ciepło, wskutek czego jako połączony efekt działania ciśnienia i ciepła uwalnia się wodę i inne ciecze i/lub składniki gazowe z materiału stałego, przy czym cześć uwolnionej wody jest w fazie gazowej, a część tej wody jest w fazie ciekłej oraz odprowadza się gaz ze złoża materiału stałego za pomocą co najmniej jednego wylotu gazu, odprowadza się ciecz ze złoża materiału stałego przez wylot cieczy oraz odprowadza się przerobiony wkład materiału stałego poprzez wylot materiału stałego umieszczony na końcu wylotowym zbiornika na dolnym końcu tego zbiornika, znamienny tym, że gaz odprowadza się poprzez liczne wyloty (9) gazu usytuowane na obwodzie wylotowego końca (3) zbiornika, przy czym podczas operacji odprowadzania utrzymuje się zasadniczo stałą prędkość przepływu gazu w obszarze wylotowego końca (3) zbiornika poniżej licznych wylotów (9) gazu.
8. 8. Sposóbwedługzastrti 7, znamiennytym, że od prowadza się gaz ze zrożamateπału sSałego poprzez wyloty (9) gazu na co najmniej dwóch poziomach powyżej wylotu (7) cieczy.
9. 9. Sposóbwedługzastιri 8, znamienny tym. że odprowadzasię gazza pomocą .lcznych wylotów (9) gazu usytuowanych co najmniej na jednym z poziomów nad wylotem (7) cieczy.