RU2585006C2 - Усовершенствованный реактор с тороидальным слоем - Google Patents

Усовершенствованный реактор с тороидальным слоем Download PDF

Info

Publication number
RU2585006C2
RU2585006C2 RU2013123674/05A RU2013123674A RU2585006C2 RU 2585006 C2 RU2585006 C2 RU 2585006C2 RU 2013123674/05 A RU2013123674/05 A RU 2013123674/05A RU 2013123674 A RU2013123674 A RU 2013123674A RU 2585006 C2 RU2585006 C2 RU 2585006C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
spiral flow
annular
fluid
treatment zone
Prior art date
Application number
RU2013123674/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013123674A (ru
Inventor
Кристофер ДОДСОН
Original Assignee
Мортимер Технолоджи Холдингс Лимитид
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мортимер Технолоджи Холдингс Лимитид filed Critical Мортимер Технолоджи Холдингс Лимитид
Publication of RU2013123674A publication Critical patent/RU2013123674A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2585006C2 publication Critical patent/RU2585006C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D43/00—Separating particles from liquids, or liquids from solids, otherwise than by sedimentation or filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1872—Details of the fluidised bed reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
    • B01J8/0065—Separating solid material from the gas/liquid stream by impingement against stationary members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/38—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it
    • B01J8/384—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it being subject to a circulatory movement only
    • B01J8/386—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it being subject to a circulatory movement only internally, i.e. the particles rotate within the vessel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/44—Fluidisation grids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00761—Discharging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor
    • B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
    • B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
    • B01J2219/1945—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped toroidal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/38—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/38—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it
    • B01J8/384—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with fluidised bed containing a rotatable device or being subject to rotation or to a circulatory movement, i.e. leaving a vessel and subsequently re-entering it being subject to a circulatory movement only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Silver Salt Photography Or Processing Solution Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Изобретение относится к усовершенствованному реактору с тороидальным слоем и способу обработки материала в виде частиц. Устройство для обработки материала в виде частиц содержит рабочую камеру с одним или несколькими впускными отверстиями для впуска обрабатываемого материала и одним или несколькими выпускными отверстиями для обработанного материала, при этом рабочая камера имеет кольцевую зону обработки и множество впускных отверстий для текучего обрабатывающего состава в основании кольцевой зоны, сконфигурированных таким образом, что в процессе применения струи текучего обрабатывающего состава поступают в кольцевую зону и образуют в ней спиральный поток материала. В основании кольцевой зоны обработки выполнено одно или несколько выпускных отверстий для обработанного материала, которые окружены множеством впускных отверстий для текучего обрабатывающего состава, в результате чего спиральный поток материала циркулирует вокруг одного или нескольких выпускных отверстий. Рабочая камера дополнительно имеет средство отклонения части спирального потока материала в кольцевой зоне обработки в радиальном направлении внутрь от спирального потока, в результате чего материал выходит из рабочей камеры через одно или несколько выпускных отверстий для обработанного материала. Изобретение обеспечивает эффективную обработку материала и получение высококачественного, более равномерно обработанного материала. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному реактору с тороидальным слоем. Более точно, настоящее изобретение относится к реактору с тороидальным слоем, оснащенному средством, которое позволяет ему непрерывно действовать независимо от обрабатываемого материала.
Уровень техники
Реакторы с тороидальным слоем хорошо известны и описаны, например, в патентах ЕР 1652576, GB 2418382, ЕР 0382769 и ЕР 0293103. Эти реакторы обеспечивают быстрое и эффективное средство обработки исходного сырья, в частности термически обрабатываемых материалов. Материал для обработки подают в реактор с тороидальным слоем и осуществляют его принудительную циркуляцию с помощью текучего обрабатывающего состава, который поступает в реактор через его основание или вблизи него. После обработки материала он может быть выгружен из реактора с тороидальным слоем множеством способов; материалы, размер которых значительно уменьшается после обработки, могут удаляться из реакционной камеры путем их захвата текучим обрабатывающим составом. Например, обработанный материал может выходить вместе с текучим обрабатывающим составом через выпускное отверстие. Для частиц, размер которых значительно не уменьшается и/или которые не становятся менее плотными после обработки, в наружной стенке может быть предусмотрено отверстие для выхода из камеры части циркулирующих частиц. С учетом циркуляционного движения материала отверстие в наружной стенке позволяет материалу выходить из камеры по касательной в радиальном направлении наружу. Высота этого отверстия может тщательно выбираться в расчете на удаление частиц заданного размера и, следовательно, с возможностью удаления только обработанного материала.
В камере может быть предусмотрено центральное отверстие, в результате чего после накопления на дне камеры достаточной массы материала, т.е. после переполнения и проседания камеры часть материала может падать в отверстие и выходить из камеры. Процесс может осуществляться в периодическом режиме, когда после обработки достаточного количества материала камера может быть открыта и материал удален. Когда материал полностью разлагается под действием условий обработки, не требуется удалять из реактора какой-либо твердый материал.
Авторами изобретения было обнаружено, что существующие способы удаления материала из реактора с тороидальным слоем являются неудовлетворительными. Соответственно, в основу настоящего изобретения положена задача преодоления по меньшей мере некоторых из недостатков, известных из техники решений, и создания их промышленно применимой альтернативы.
Описание изобретения
Согласно первой особенности настоящего изобретения предложено устройство 1 для обработки материала в виде частиц, содержащее:
рабочую камеру 5 с одним или несколькими впускными отверстиями 10 для впуска обрабатываемого материала в виде частиц и одним или несколькими выпускными отверстиями 15 для обработанного материала в виде частиц,
при этом рабочая камера 5 имеет кольцевую зону 20 обработки и множество впускных отверстий 25 для текучего обрабатывающего состава в основании 30 кольцевой зоны 20 обработки, сконфигурированных таким образом, что в процессе применения струи текучего обрабатывающего состава 35 поступают в кольцевую зону 20 обработки через множество впускных отверстий 25 для текучего обрабатывающего состава и образуют спиральный поток материала в виде частиц в кольцевой зоне обработки, в основании 30 кольцевой зоны 20 обработки выполнено одно или несколько выпускных отверстий 15 для обработанного материала в виде частиц, которые окружены множеством впускных отверстий 25 для текучего обрабатывающего состава, в результате чего спиральный поток материала в виде частиц циркулирует вокруг одного или нескольких выпускных отверстий 15,
рабочая камера 5 дополнительно имеет средство отклонения части спирального потока материала в виде частиц в кольцевой зоне 20 обработки в радиальном направлении внутрь от спирального потока, в результате чего материал в виде частиц выходит из рабочей камеры 5 через одно или несколько выпускных отверстий 15 для обработанного материала в виде частиц.
Изобретение будет дополнительно описано далее. Ниже будут более подробно рассмотрены различные особенности изобретения. Каждая рассматриваемая особенность может сочетаться с любой другой особенностью или особенностями, если ясно не указано иное. В частности, любая особенность, указанная как предпочтительная или выгодная, может сочетаться с любой другой особенностью или особенностями, указанными как предпочтительные или выгодные. Рабочая камера 5 согласно настоящему изобретению предпочтительно представляет собой традиционный реактор с тороидальным слоем. Используемый в описании термин "реактор с тороидальным слоем" означает реактор, в котором обрабатываемый материал заключен и за счет центробежной силы удерживается внутри компактного, но турбулентного, циркулирующего по тороидальной траектории слоя частиц и текучего обрабатывающего состава, который циркулирует вокруг оси 55 рабочей камеры 5.
Реактор с тороидальным слоем имеет кольцевую зону 20 обработки. Эта зона обработки тороидальной формы обеспечивается спиральным потоком текучего обрабатывающего состава, поступающим через впускные отверстия 25 для текучего обрабатывающего состава. Следовательно, кольцевая зона 20 обработки ограничена снаружи стенкой 45 реактора. Кольцевая зона обработки ограничена изнутри границей между спиральным потоком и пространством над одним или несколькими выпускными отверстиям 15 в основании камеры, где отсутствуют струи текучего обрабатывающего состава. В одном из вариантов осуществления может быть предусмотрена внутренняя центральная стенка и/или крышка 50 над одним или несколькими выпускными отверстиями 15, которая ограничивает изнутри кольцевую зону 20 обработки. Предпочтительно из кольцевой зоны 20 обработки ведет только одно выпускное отверстие 15. Кольцевая зона 20 обработки предпочтительно имеет преимущественно круглое поперечное сечение. Поскольку для обеспечения циркуляции материала в виде частиц в основу процесса отчасти положена гравитационная сила, круглое поперечное сечение предпочтительно лежит преимущественно в горизонтальной плоскости. Реактор с тороидальным слоем дополнительно имеет одно или несколько выпускных отверстий 15 для обработанного материала, которые предпочтительно выполнены в его основании 30. Соответственно, спиральный поток материала в виде частиц и текучего обрабатывающего состава прецессирует вокруг выпускного отверстия, не переходя через выпускное отверстие. Используемый в описании термин "вокруг" означает, что материал циркулирует вокруг оси 55, проходящей через центр рабочей камеры 5. Эта ось 55 предпочтительно является центральной вертикальной осью 55 рабочей камеры 5 и кольцевой зоны 20 обработки. Поскольку струи текучего обрабатывающего состава 35 наклонены вверх и наружу от основания 30 кольцевой зоны 20 обработки, материал в виде частиц увлекается наружу и вокруг кольцевой зоны 20 обработки. Соответственно, материал в виде частиц движется в целом от центра зоны и не может во время циркуляции без отклонения достигать расположенного по центру выпускного отверстия(-й) 15 в процессе применения слоя, когда он правильно течет. Согласно известному уровню техники этот материал может достигать выпускного отверстия 15 только при переполнении и оседании слоя, когда материал больше не циркулирует.
Используемый в описании термин "спиральный поток" означает циркулирующий текучий обрабатывающий состав и увлекаемый им материал в виде частиц, который циркулирует вокруг кольцевой зоны обработки. Используемый в описании термин "слой" имеет сходное значение и относится к обработанному материалу, когда он циркулирует с преимущественно стабильной конфигурацией.
Как упоминалось выше и описано в патенте ЕР 1652576, материал выгружают из тороидального слоя со стороны внутренней границы, в результате чего материал в виде частиц падает в зону разгрузки за счет отсутствия текучей среды в этой области. В реакторе с тороидальным слоем согласно ЕР 1652576 слой твердых частиц нарастает в сторону центра с увеличением массы слоя за счет твердых частиц. Впоследствии масса слоя достигает такой величины, что кинетической энергии потока технологического газа, проходящего через лопасти, становится недостаточно для обеспечения циркуляции всей массы описанным путем. Когда это происходит, слой оседает в виде 'груды' 60, частицы уносятся за нижнюю границу (потоком технологического газа, проходящим через лопасти), распространяясь вокруг кольцевого пространства и осаждаясь с обратной стороны груды. Это показано на фиг.1А. Груда 60, которая образуется по мере увеличения массы слоя, фактически перемещается в обратном направлении вокруг камеры, т.е. в направлении, противоположном нормальному движению. По мере прохождения груды 60 через выпускное отверстие 42 на фиг.2 к ЕР 1652576 (которая воспроизведена в настоящей заявке как фиг.2), материал скользит по внутренней границе груды в выпускное отверстие для выгрузки. Соответственно, слой по необходимости находится в неустойчивом состоянии до того, как он может быть выгружен.
Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что до выгрузки материала в виде частиц в тороидальный слой из центрального выпускного отверстия слой должен застопориться и осесть в виде груды 60 в непосредственной близости от выпускного отверстия 15. Кроме того, только после этого материал в виде частиц выйдет из осевшего слоя, как если бы он являлся не псевдоожиженным, с естественным углом скольжения. Смотри фиг.1А.
Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что этот недостаток может быть преодолен за счет использования средства отклонения частиц от спирального потока материала в виде частиц. Иными словами, часть частиц, циркулирующих в кольцевой зоне 20 обработки, может быть отведена от потока и удалена из рабочей камеры 5 до того, как слой достигнет критической массы и осядет.
Было обнаружено, что механизм выгрузки, описанный выше со ссылкой на ЕР 1652576, в частности, неприменим для обработки преимущественно несферических твердых частиц, иными словами, частиц, которые образуют груду с углом скольжения 80 градусов или более, в частности 90 градусов или более. Соответственно, предложенное в изобретении устройство особо применимо для обработки исходного сырья, которое имеет тенденцию не скользить, когда оно образует груду. Это, в особенности, справедливо в случае биомассы, которая обычно измельчена, раздроблена или раскрошена и имеет низкую текучесть в виде груды.
Снова возвращаясь к тороидальному реактору согласно ЕР 1652576, с учетом больших объемных расходов материала, протекающего через реактор, этот механизм выгрузки с "оседанием" является неприемлемым. Поскольку этот способ обеспечивает выгрузку только в единственной точке кольцевого пространства слоя, ее скорость может достигать нескольких тонн в час в этой единственной точке, и, чтобы обеспечить такую скорость выгрузки, может быть необходима очень высокая груда. Когда материал образует груду, его обработка является неравномерной из-за отсутствия перемешивания, при этом не регулируется нагрев технологическим газом и массообмен. Было обнаружено, что за счет применения средства для отклонения части спирального потока материала в виде частиц обеспечиваются следующие преимущества.
1. Множество точек выгрузки из камеры реактора с тороидальным слоем, что позволяет повысить пропускную способность, сократить время нахождения чувствительных материалов и сделать более предсказуемой/постоянной продолжительность обработки. Все эти преимущества обеспечивают получение более высококачественного, более равномерно обработанного материала.
2. Равномерно смешанный слой, циркулирующий с возможностью регулирования. Было обнаружено, что особо выгодным является применение одного или нескольких средств отклонения, поскольку при этом:
1. используется поступательная скорость/кинетическая энергия слоя для направления материал в выпускное отверстие для выгрузки, и
2. средство отклонения может размещаться вокруг внутренней стенки камеры и образовывать множество выпускных отверстий.
Так, например, в случае выпаривания биомассы, когда требуется сушка и выпаривание измельченной и раздробленной биомассы, этот усовершенствованный способ выгрузки необходим для обеспечения точной обработки (т.е. предотвращения нестабильности и агрегирования/комкования материала в камере) в больших объемах (необходимых для обработки тон биомассы). Устройство и способ согласно изобретению, в особенности, выгодны в случае чувствительного материала, который не способен выдерживать длительную и переменную продолжительность пребывания, как в случае переполнения слоя с целью удаления обработанного материала из реактора.
Предпочтительно материалом в виде частиц является углеродистое исходное сырье. Используемый в описании термин "углеродистое исходное сырье" означает исходное сырье, которое содержит углерод. Примерами углеродистого исходного сырья являются уголь, нефть, биомасса и биотопливо.
Углеродистым исходным сырьем предпочтительно является "исходное сырье на основе биомассы". Используемый в описании термин "исходное сырье на основе биомассы" означает биологическое исходное сырье, полученное из живых или в недавнем прошлом живых организмов, такое как растительное сырье, отходы, газы из органических отходов и алкогольное топливо. Биомасса основана на углероде и состоит из смеси молекул органического вещества, содержащих водород, обычно атомы кислорода, часто азот, а также небольшие количества других атомов, включая щелочные, щелочноземельные и тяжелые металлы. Биомасса не включает такие органические материалы, как ископаемые виды топлива, преобразованные вследствие геологических процессов, такие как уголь или нефть.
Применимое исходное сырье на основе биомассы включает древесину, растительное сырье и отходы (включая осадок сточных вод и сельскохозяйственные отходы). Древесина включает лесосечные отходы, такие как сухостой, ветки и пни деревьев, обрезки пиломатериалов, древесную щепу и отходы обработки. Растительное сырье включает биомассу, выращенную, например, из мискантуса, проса, конопли, кукурузы, тополя, ивы, сорго или сахарного тростника, и включает солому и шелуху. Обработанная биомасса предпочтительно находится в твердой форме и имеет применимую теплотворность. Если теплотворность является слишком высокой или слишком низкой, биомасса может быть сначала гомогенизирована с целью получения исходного сырья с преимущественно равномерной теплотворностью. Способ согласно настоящему изобретению осуществляется в реакторе с тороидальным слоем. Реактор с тороидальным слоем (TORBED(RTM)) и способ описаны, например, в патентах ЕР 0068853, US 4479920 и ЕР 1791632, содержание которых в порядке ссылки включено в настоящую заявку. При осуществлении способа обрабатываемый материал предпочтительно заключают и за счет центробежной силы удерживают внутри компактного, но турбулентного, циркулирующего по тороидальной траектории слоя частиц и текучего обрабатывающего состава, который циркулирует вокруг оси 55 рабочей камеры 5. В частности, материал образует внутри слоя частицы, которые могут циркулировать над множеством впускных отверстий для текучей среды, расположенных вокруг основания рабочей камеры 5. Впускные отверстия для текучей среды предпочтительно перекрывают друг друга, а частицы циркулируют вокруг слоя под действием текучего обрабатывающего состава, например газа, нагнетаемого в рабочую камеру 5 снизу и через впускные отверстия для текучей среды. Впускные отверстия для текучей среды могут представлять собой, например, множество проходящих по радиусу наружу наклонных направляющих устройств, расположенных вокруг основания рабочей камеры 5.
Реактор с тороидальным слоем для применения в настоящем изобретении предпочтительно имеет реакционную камеру, в которой генерируется направленный преимущественно по окружности поток текучей среды, заставляющий исходное сырье на основе биомассы быстро циркулировать вокруг оси 55 реакционной камеры в тороидальном слое и нагревающий исходное сырье на основе биомассы, при этом текучая среда представляет собой газ или газы, подаваемые в реакционную камеру. Поток текучей среды внутри реакционной камеры предпочтительно содержит горизонтальную и вертикальную составляющие скорости. В камере предпочтительно имеется множество проходящих по радиусу наружу наклонных впускных отверстий для текучей среды, выполненных в основании 30 или вблизи него, при этом текучая среда поступает через впускные отверстия в основании камеры и генерирует направленный по окружности поток текучей среды внутри камеры. Текучей среде, поступающей через впускные отверстия для текучей среды, предпочтительно придается как горизонтальная, так и вертикальная составляющие скорости.
Исходное сырье может вводиться в реактор(-ы) через одно или несколько впускных отверстий 10 под действием сжатого газа, такого как сжатый воздух, и/или инертного газа, такого как азот. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения впускное отверстие расположено над впускными отверстиями для текучей среды в основании камеры, а углеродистое исходное сырье вводят в камеру в помощью гравитационного подающего устройства, например, с использованием воздушного шлюза, такого как поворотный клапан. Гравитационное подающее устройство может быть установлено в вертикальной стенке камеры или проходить через крышу.
Следует учесть, что поток текучей среды может генерироваться до или после того, как исходное сырье вводят в камеру. В качестве альтернативы, поток текучей среды может генерироваться одновременно с тем, как исходное сырье вводят в камеру. Поток текучей среды через камеру может генерироваться, как описано в ЕР-В-03 82769 и ЕР-В-0068853, т.е. путем подачи потока текучей среды в рабочую камеру 5 и через нее его направления с помощью множества проходящих в радиальном направлении наружу и предпочтительно перекрывающих друг друга впускных отверстий для текучей среды в виде диска, которые расположены в основании рабочей камеры 5 или вблизи него. Впускные отверстия для текучей среды наклонены относительно основания камеры, чтобы сообщать вращательное движение нагревающей текучей среде, поступающей в камеру, и тем самым заставлять нагревающую текучую среду по мере ее подъема циркулировать вокруг преимущественно вертикальной оси 55 камеры. Впускные отверстия для текучей среды могут представлять собой, например, множество проходящих в радиальном направлении наружу направляющих устройств в основании камеры или вблизи него. Направляющие устройства (или лопасти) обычно наклонены относительно основания и предпочтительно перекрывают друг друга. Устройство 1 предпочтительно дополнительно имеет крышку 50, расположенную над одним или несколькими выпускными отверстиями 15 для обработанного материала в виде частиц и предотвращающую выход из камеры через выпускное отверстие(-я) 15 материала в виде частиц, который не был отклонен средством отклонения части спирального потока материала в виде частиц. Тем самым предотвращается случайная выгрузка необработанного материала. Под выпускными отверстиями предпочтительно подразумевается выход из камеры, который лежит в той же плоскости, что и основание 30.
Средство отклонения предпочтительно является регулируемым между первым положением, в котором оно в процессе применения отклоняет часть спирального потока материала в виде частиц в кольцевой зоне обработки в радиальном направлении внутрь от спирального потока, и вторым положением, в котором оно не делает этого. Соответственно, может гарантироваться, что материал не удаляется из камеры до того, как слой достигнет определенной температуры, или до того, как истечет соответствующее время пребывания, и материал будет полностью обработан. Средством отклонения части спирального потока материала в виде частиц может являться любое средство, способное отклонять частицы в радиальном направлении внутрь от спирального потока. В одном из вариантов осуществления средство отклонения представляет собой препятствующее средство, проникающее в спиральный поток материала в виде частиц. Препятствующее средство предпочтительно представляет собой совок 40 или лопасть, проникающую в спиральный поток. Препятствующее средство предпочтительно имеет преимущественно плоскую поверхность для отвода по меньшей мере части материала в виде частиц от спирального потока.
В одном из вариантов осуществления препятствующим средством является стальной совок 40, проникающий через внутреннюю границу спирального потока. Высота и длина совка 40 определяют долю массы проходящего слоя, которая перехватывается и отклоняется для выгрузки, и он может быть легко сконфигурирован и смонтирован. В другом варианте осуществления средство отклонения части спирального потока материала в виде частиц представляет собой одну или несколько струй текучей среды. Иными словами, струю, которая по меньшей мере частично наклонена относительно струй текучего обрабатывающего состава и отклоняет часть материала в виде частиц от спирального потока. Для простоты струя предпочтительно именуется текучим обрабатывающим составом.
В одном из дополнительных вариантов осуществления средство отклонения части спирального потока материала в виде частиц представляет собой всасывающий патрубок для отвода части материала в виде частиц от спирального потока. Иными словами, на выпускном отверстии, обращенном к внутренней границе спирального потока, создают активный вакуум для отвода материала в виде частиц от спирального потока. Особо предпочтительно, чтобы средство отклонения отклоняло от спирального потока часть материала в виде частиц на желаемой высоте относительно основания кольцевой зоны 20 обработки. Это особо выгодно, поскольку может использоваться для получения выходного материала с заданными свойствами. Например, при расположении выпускного отверстия над основанием 30 кольцевой зоны 20 обработки более тяжелый необработанный и недавно добавленный материал в виде частиц не поступает в выпускное отверстие до того, как он будет обработан в достаточной степени, чтобы его масса уменьшилась, и он циркулировал выше в слое.
В одном из вариантов осуществления средством отклонения части спирального потока материала в виде частиц является часть основания кольцевой зоны 20 обработки без впускного отверстия для текучего обрабатывающего состава. Соответственно, когда материал в виде частиц проходит над этой частью основания 30, он теряет свою движущую силу и опускается в слой. Таким образом, материал в виде частиц может падать на заданную часть основания, а затем выходить через выпускное отверстие, необязательно после образования небольшой регулируемой и статической возвышенности из материала в виде частиц. В одном из вариантов осуществления часть основания без впускных отверстий для текучего обрабатывающего состава наклонена, чтобы способствовать продвижению материала в виде частиц в сторону выпускного отверстия(-й).
Текучим обрабатывающим составом предпочтительно является газ. Поскольку конечный продукт предпочтительно находится в виде частиц, за счет применения технологического газа вместо жидкости устраняется необходимость осуществлять стадию сложной сепарации или сушки.
Технологическим газом может являться обедненный кислородом газ. Используемый в описании термин "обедненный кислородом газ" означает газ с более низким содержанием кислорода, чем в атмосферном воздухе. Обедненный кислородом газ предпочтительно содержит менее 20% кислорода, более предпочтительно 1-15%, наиболее предпочтительно 5-10% по объему. Помимо более низкого содержания кислорода обедненный кислородом газ может содержать пар.
Множество впускных отверстий 25 для текучего обрабатывающего состава предпочтительно расположено таким образом, что струи текучего обрабатывающего состава 35 направляются в кольцевую зону 20 обработки под углом подъема 5-45 градусов к плоскости кольцевой зоны 20 обработки. Множество впускных отверстий 25 для текучего обрабатывающего состава предпочтительно расположены таким образом, что струи текучего обрабатывающего состава 35 направляются в кольцевую зону 20 обработки от ее центра под углом 10-75 градусов к касательной внешней периферии поперечного сечения в плоскости кольцевой зоны 20 обработки.
Согласно второй особенности настоящего изобретения предложен способ обработки материала в виде частиц, в котором:
вводят в кольцевую зону 20 обработки рабочей камеры 5 через множество впускных отверстий 25 для текучего обрабатывающего состава в основании 30 кольцевой зоны 20 обработки текучий обрабатывающий состав, чтобы создать спиральный поток текучего обрабатывающего состава в кольцевой зоне 20 обработки,
вводят в кольцевую зону 20 обработки обрабатываемый материал в виде частиц, который захватывается спиральным потоком текучего обрабатывающего состава и обрабатывается им,
отклоняют часть захваченного материала в виде частиц в радиальном направлении внутрь от спирального потока,
выпускают отклоненную часть материала в виде частиц через одно или несколько выпускных отверстий 15 в средней части основания кольцевой зоны 20 обработки. На чертежах следующими позициями дополнительно обозначено:
100 направление движения слоя
105 наружная стенка
110 естественный угол скольжения материала
115 выгрузка твердых частиц 120 лопасти
125 поток технологического газа.
Способ согласно настоящему изобретению предпочтительно осуществляется с использованием описанного в изобретении устройства 1.
Хотя были подробно описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области техники ясно, что в них могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы объема изобретения и прилагаемой формулы изобретения.

Claims (13)

1. Устройство для обработки материала в виде частиц, содержащее:
рабочую камеру с одним или несколькими впускными отверстиями для впуска обрабатываемого материала в виде частиц и одним или несколькими выпускными отверстиями для обработанного материала в виде частиц,
при этом рабочая камера имеет кольцевую зону обработки и множество впускных отверстий для текучего обрабатывающего состава в основании кольцевой зоны обработки, сконфигурированных таким образом, что в процессе применения струи текучего обрабатывающего состава поступают в кольцевую зону обработки через множество впускных отверстий текучего обрабатывающего состава и образуют спиральный поток материала в виде частиц в кольцевой зоне обработки,
в основании кольцевой зоны обработки выполнено одно или несколько выпускных отверстий для обработанного материала в виде частиц, которые окружены множеством впускных отверстий для текучего обрабатывающего состава, в результате чего спиральный поток материала в виде частиц циркулирует вокруг одного или нескольких выпускных отверстий,
рабочая камера дополнительно имеет средство отклонения части спирального потока материала в виде частиц в кольцевой зоне обработки в радиальном направлении внутрь от спирального потока, в результате чего материал в виде частиц выходит из рабочей камеры через одно или несколько выпускных отверстий для обработанного материала в виде частиц.
2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее крышку, расположенную над одним или несколькими выпускными отверстиями для обработанного материала в виде частиц и предотвращающую выход из камеры через выпускное отверстие материала в виде частиц, который не был отклонен средством отклонения части спирального потока материала в виде частиц.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором средство отклонения является регулируемым между первым положением, в котором оно в процессе применения отклоняет часть спирального потока материала в виде частиц в кольцевой зоне обработки в радиальном направлении внутрь от спирального потока, и вторым положением, в котором оно не делает этого.
4. Устройство по п.1 или 2, в котором средство отклонения части спирального потока материала в виде частиц содержит препятствующее средство, проникающее в спиральный поток материала в виде частиц.
5. Устройство по п.4, в котором препятствующее средство имеет преимущественно плоскую поверхность для отвода по меньшей мере части материала в виде частиц от спирального потока.
6. Устройство по п.1 или 2, в котором средство отклонения части спирального потока материала в виде частиц представляет собой одну или несколько струй текучей среды.
7. Устройство по п.1 или 2, в котором средство отклонения части спирального потока материала в виде частиц представляет собой всасывающий патрубок для отвода части материала в виде частиц от спирального потока.
8. Устройство по любому из пп.1, 2 или 5, в котором средство отклонения служит для отвода части материала в виде частиц от спирального потока на желаемой высоте относительно основания кольцевой зоны обработки.
9. Устройство по п.1 или 2, в котором средством отклонения части спирального потока материала в виде частиц является часть основания кольцевой зоны обработки без впускного отверстия для текучего обрабатывающего состава.
10. Устройство по любому из пп.1, 2 или 5, в котором текучим обрабатывающим составом является газ.
11. Устройство по любому из пп.1, 2 или 5, в котором множество впускных отверстий для текучего обрабатывающего состава расположено таким образом, что струи текучего обрабатывающего состава направляются в кольцевую зону обработки под углом подъема 5-45 градусов к плоскости кольцевой зоны обработки.
12. Устройство по любому из пп.1, 2 или 5, в котором множество впускных отверстий для текучего обрабатывающего состава расположено таким образом, что струи текучего обрабатывающего состава направляются в кольцевую зону обработки от ее центра под углом 10-75 градусов к касательной внешней периферии поперечного сечения плоскости кольцевой зоны обработки.
13. Способ обработки материала в виде частиц, в котором:
вводят в кольцевую зону обработки рабочей камеры через множество впускных отверстий для текучего обрабатывающего состава в основании кольцевой зоны обработки текучий обрабатывающий состав, чтобы создать спиральный поток текучего обрабатывающего состава в кольцевой зоне обработки,
вводят в кольцевую зону обработки обрабатываемый материал в виде частиц, который захватывается спиральным потоком текучего обрабатывающего состава и обрабатывается им,
отклоняют часть захваченного материала в виде частиц в радиальном направлении внутрь от спирального потока,
выпускают отклоненную часть материала в виде частиц через одно или несколько выпускных отверстий в средней части основания кольцевой зоны обработки.
RU2013123674/05A 2010-11-30 2011-11-30 Усовершенствованный реактор с тороидальным слоем RU2585006C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1020299.2 2010-11-30
GB1020299.2A GB2487179A (en) 2010-11-30 2010-11-30 Toroidal Bed Reactor
PCT/GB2011/052363 WO2012073023A1 (en) 2010-11-30 2011-11-30 Improved toroidal bed reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013123674A RU2013123674A (ru) 2015-01-10
RU2585006C2 true RU2585006C2 (ru) 2016-05-27

Family

ID=43500876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013123674/05A RU2585006C2 (ru) 2010-11-30 2011-11-30 Усовершенствованный реактор с тороидальным слоем

Country Status (13)

Country Link
US (1) US10245573B2 (ru)
EP (1) EP2646140B1 (ru)
CN (1) CN103260740B (ru)
AU (1) AU2011334630B2 (ru)
BR (1) BR112013009466A2 (ru)
CA (1) CA2814129C (ru)
ES (1) ES2661370T3 (ru)
GB (1) GB2487179A (ru)
MY (1) MY183785A (ru)
PL (1) PL2646140T3 (ru)
RU (1) RU2585006C2 (ru)
WO (1) WO2012073023A1 (ru)
ZA (1) ZA201303578B (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10723627B2 (en) 2017-11-08 2020-07-28 Tigerstone Technologies Limited Production of activated carbon
EP3722259A1 (en) * 2017-11-08 2020-10-14 Tigerstone Technologies Limited Production of activated carbon
NL2022774B1 (en) 2019-03-20 2020-09-28 Yilkins B V Gas-solid contacting device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5916434A (en) * 1993-02-24 1999-06-29 Great Eastern (Bermuda) Ltd. Process for removal of petroleum from particulate materials
EP1652576A2 (en) * 1998-09-18 2006-05-03 Mortimer Technology Holdings Limited Particle treatment in a toroidal bed reactor
RU2322286C1 (ru) * 2006-07-19 2008-04-20 Открытое акционерное общество "КуйбышевАзот" Реактор

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3219420A (en) * 1961-08-11 1965-11-23 Alexander F Dielenberg Fluidised bed reactors
EP0050108B1 (de) * 1980-04-18 1983-12-07 Buss Ag Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen durchführung von chemischen oder physikalischen reaktionen zwischen gasen und feststoffen
US4479920A (en) 1981-06-29 1984-10-30 Torftech Limited Apparatus for processing matter in a turbulent mass of particulate material
GB2205049B (en) 1987-05-28 1991-05-15 Torftech Ltd Treating matter with fluid
FR2618786B1 (fr) * 1987-07-31 1989-12-01 Bp Chimie Sa Procede de polymerisation d'olefines en phase gazeuse dans un reacteur a lit fluidise
GB2211597B (en) 1987-10-23 1991-11-27 Torftech Ltd Processes in which matter is subjected to fluid flow
US20020007772A1 (en) * 1995-10-13 2002-01-24 N. V. Kema Method and installation for recovering energy from biomass and waste
EP0914201B1 (en) * 1996-07-23 2001-09-26 Mortimer Technology Holdings Limited Furnace having toroidal fluid flow heating zone
US6158145A (en) * 1998-02-27 2000-12-12 Landon; Frank D. Method for a high turbulence cyclonic dryer
US6108935A (en) * 1998-09-19 2000-08-29 Mortimer Technology Holdings Limited Particle treatment in a toroidal bed reactor
GB2418382A (en) 2004-09-24 2006-03-29 Mortimer Tech Holdings Particle treatment in an expanded toroidal bed reactor
EP1838426A2 (fr) * 2004-12-15 2007-10-03 Axel De Broqueville Dispositif a lit fluidifie rotatif et procedes utilisant ce dispositif
BE1016382A3 (fr) * 2004-12-15 2006-10-03 Broqueville Axel De Dispositif d'injection de fluides a l'interieur d'un lit fluidifie rotatif.

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5916434A (en) * 1993-02-24 1999-06-29 Great Eastern (Bermuda) Ltd. Process for removal of petroleum from particulate materials
EP1652576A2 (en) * 1998-09-18 2006-05-03 Mortimer Technology Holdings Limited Particle treatment in a toroidal bed reactor
RU2322286C1 (ru) * 2006-07-19 2008-04-20 Открытое акционерное общество "КуйбышевАзот" Реактор

Also Published As

Publication number Publication date
EP2646140B1 (en) 2018-02-21
GB2487179A (en) 2012-07-18
AU2011334630A1 (en) 2013-05-02
ZA201303578B (en) 2014-11-26
US20130220790A1 (en) 2013-08-29
CN103260740B (zh) 2016-09-07
AU2011334630B2 (en) 2015-10-29
GB201020299D0 (en) 2011-01-12
US10245573B2 (en) 2019-04-02
RU2013123674A (ru) 2015-01-10
WO2012073023A1 (en) 2012-06-07
CN103260740A (zh) 2013-08-21
CA2814129C (en) 2018-11-27
ES2661370T3 (es) 2018-03-28
MY183785A (en) 2021-03-15
CA2814129A1 (en) 2012-06-07
EP2646140A1 (en) 2013-10-09
BR112013009466A2 (pt) 2019-01-02
PL2646140T3 (pl) 2018-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8900415B2 (en) Process and device for fluidized bed torrefaction and grinding of a biomass feed for subsequent gasification or combustion
RU2473662C2 (ru) Реактор пиролиза биомассы
EP2012914B1 (fr) Dispositif et procede d'injection de fluide dans un lit fluidifie rotatif
US20080025143A1 (en) Apparatus and Method for Solid-Liquid Contact
RU2585006C2 (ru) Усовершенствованный реактор с тороидальным слоем
SK28297A3 (en) Method of thermal and/or catalytic decomposition and/or depolymerisation of low-quality organic matters and a device for carrying out this method
FR2618786A1 (fr) Procede de polymerisation d'olefines en phase gazeuse dans un reacteur a lit fluidise
EP0719850A1 (fr) Procédé et dispositif pour le strippage de solides fluidisés, et utilisation dans un procédé de craquage à l'état fluide
EP2049264A1 (fr) Dispositif d'évacuation d'un fluide au travers d'une chambre rotative avec circulation intérieure et refoulement centrifuge de particules solides fluidifiées et procédés utilisant ce dispositif
KR20150121243A (ko) 중합 반응에 적용되는 가스-고체 분리를 위한 방법 및 장치
EP2358847B1 (de) Vorrichtung in form eines bewegt-bett-vergasers und verfahren zum betreiben eines solchen in einer anordnung zur thermischen zersetzung von abprodukten und abfallstoffen
WO2007114271A1 (ja) 気泡塔型炭化水素合成反応器
GB1593520A (en) Fluidized bed reactors
RU2632812C2 (ru) Установка термохимической переработки углеродсодержащего сырья
EP3483119B1 (en) Production of activated carbon
AU2018364410A1 (en) Material processing system and method
US11834611B2 (en) Reactor and method for ablative centrifuge pyrolysis
CN1033978C (zh) 流化床聚合反应器和聚合工艺的操作方法
CA2488153A1 (en) Method for the pyrolysis of a pyrolysable mass
WO2016156947A1 (en) A gas-solid separator and a process for gas-solid separation
JP2010521282A (ja) 混合反応炉において浄化を高める方法およびその混合反応炉
EP3066176B1 (en) Process for conversion of a feedstock comprising solid carbonaceous particles into at least a gaseous compound
RU2802010C1 (ru) Пиролизная установка
Rovero Baffle‐induced segregation in spouted beds
US20050167259A1 (en) Method for the pyrolysis of a pyrolysable mass

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181201