SE440790B - Apparat och forfarande for termisk behandling av organiska, kolhaltiga material - Google Patents

Description

Tßflâfkfißi-.fl lignit, för att göra detta mera lämpligt som fast bränsle, för framställning av aktivt kol genom att utsätta organiska kol- haltiga material för förhöjd pyrolystemperatur åtföljt av en aktiveringsbehandling, pyrolys av kolhaltigt inmatat material vid förhöjd temperatur i ändamål att åstadkomma termisk krackning och/eller nedbrytning av materialen till gasformiga produkter för framställning av gasformigt bränsle osv.

Vid varje sådant förfarande uppvärmes inmatningsmaterialet till en styrd förhöjd temperatur, när det befinner sig i en styrd omgivning, under en viss tid för uppnående av den önskade värmebehandlingen. Vid upparbetning av subbituminösa kolarter, t.ex. lignit, genomföres uppvärmningen under styrt förhöjt tryck, varigenom man uppnår en styrd termisk restruk- turering av lignitstrukturen förutom extraktionen av den större mängden fukt däri.

Hittills använd processutrustning och förfarande- teknik för termisk behandling av organiska, kolhaltiga in- matade ämnen har företett problem för det effektiva ut- nyttjandet av tillförd och/eller utvecklad energi, kravet på att använda flera sammankopplade enheter för genom- förande av förfarandestegen, vilket krävt betydande kapital- investeringar för utrustningen och ineffektivt utnyttjande av anläggningens utrymme, svårigheter och komplikationer i den styrning, som erfordras många gånger för att möjlig- göra ett genomförande av sådana förfaræmen på kontinuerlig bas samt svårigheter för att åstadkomma tillfredsställande tät- ning hos utrustningen vid materialinloppet och produktutloppet samt den allmänna bristen på anpassningsbarhet hos sådan ut- rustning för anpassning till bearbetning av andra material vid andra tempeaturer och/eller tryck.

Apparaten och förfarandet enligt uppfinningen eliminerar många problem och nackdelar vid tidigare ut- rustning och förfaranden genom att åstadkomma en integre- 78094-62-0 rande förfarandenhet, som har enkel konstruktion och hållbar utformning samt är anpassningsbar till sin_ användning och lätt kan anpassas för bearbetning av olika inmatade material vid olika temperatur- och/eller tryckbetingelser för framställning av olika produkter.

Apparaten enligt uppfinningen utmärkas vidare av att den är enkel att styra och enkel att använda samt möjliggör återvinning av värmeenergin, vilket innebär billig drift och inbesparing av naturtillgångar.

Vinster och fördelar med föreliggande upp- finning i samband med dess apparataspekter uppnås medelst ett reaktionssystem, som omfattar en förrådskammare, till vilken partikelformigt material, som skall bearbetas, matas intermittent eller kontinuerligt och blandas med vätska i ändamål att bilda en suspension eller en fuktig reaktionsmassa. Det är speciellt fördelaktigt att an- vända en fuktig reaktionsmassa i sammanhang, vid vilka värmebehandlingen skall genomföras under högt tryck, varigenom tryckutövandet mot materialet i förrådskammaren underlättas. Den våta reaktionsmassan eller inmatningfl- materialet överföres från förrådskammaren till transport- kammaren, vilken är utformad med ett inlopp vid sin nedre änddel och ett utlopp vid sin övre änddel. Vätskenivån i transportkammaren hålles vid lämplig driftnivå mellan inlopps- och utloppsändarna i kammaren, vars nedre del är belägen under vätskenivån och bildar en gastätningo- del, och dess övre del är utformad som en vätskekonden- sationskammare och en utloppsdel för att åstadkomma ut- matning av det inmatade materialet och en förvärmning av detta före avgivande från utloppet.

En reaktionskammare har anordnats med sin inloppr- ände förbunden med utloppet i transportkammaren för mot- tagande av förvärmt inmatningsmaterial, och inmatnings- materialet uppvärmes ytterligare i reaktionskammaren till den önskade förhöjda temperacuren under en tid, 781-9946424! som är tillräcklig för att åstadkomma den önskade värme- behandlingen av materialet däri inbegripet avdrivning av åtminstone en del av flyktiga ämnen i materialet för att bilda den gasfas, som består av en kondenserbar del och en i huvudsak okondenserbar del. Gasfasen uttages konti- nuerligt ur reaktionskammaren motströms mot flödet av inmatat material och i värmeväxlande kontakt med detta, varigenom uppnås en progressiv kondensation av den kon- denserbara delen och en motsvarande förvärmning av det inmatade materialet med återvinning av det latenta för- ångningsvärmet. Den därvid erhållna, kondenserade vätskan bortledes från inmatningsmaterialet och blandas med vätskan i den nedre delen av transportkammaren. Den kvarvarande okondenserbara gasdelen uttages genom gasutloppet i transportkammaren, som är belägen ovanför den vätske- styrda nivån och utloppet från transportkammaren.

Reaktionsprodukten från reaktionskammaren kyles för åter- vinning av en del av det märkbara värmet däri genom av- drivningen av vätskan, som kommer i kontakt därmed och bildar en extra kondenserbar gasfas, som strömmar mot- ströms i förhållande till det matade materialet. Den kylda reaktionsprodukten överföras til] en mottagninga- kammare, från vilken den avlägsnas kontinuerligt eller intermittent allt efter önskemål.

Förfarandet enligt uppfinningen utgöres av ett förfarande, vid vilket ett kolhaltigt inmatningsmaterial i blandning med vätska matas uppåt genom en transport- kammare med en förutbestämd driftnivå för vätskan på så sätt, att materialet progressivt befrias från vätska allt efter som det matas uppåt i transportkammaren och förvärmes även genom kondensation på materialet av kondenserbara ångor liksom genom kontakt med okondenser- bara gaser vid förhöjd temperatur. Ytterligare en uppvärm- ning av det förvärmda matarmaterialet åstadkommes i en 7809-462-0 värmereaktionskammare och materialet kvarhålles däri under en förutbestämd uppehållstid i ändamål att åstad- komma den önskade reaktionen, t.ex. torkning, termisk rekonstruktion, pyrolys och/eller gasning, varigenom ångor avges och överföras motströms i förhållande till matarmaterialet och i värmeväxlaren i kontakt med detta material. Den erhållna reaktionsprodukten uttages konti- nuerligt från reaktionskammarens efterkylbehandling genom förångning av vätska i kontakt därmed och bildar en kondenserbar fas, som likaledes avlägsnas tillsammans med gasfasen, som alstras i själva reaktorn för åstad- kommande av en förvärmning av inmatat material. Den er- hållna reaktionsprodukten inmatas i en mottagande kammare, från vilken den uttagna intermittent eller kontinuerligt.

Enligt en lämplig utföringsform utmatas reakticnsprodukten genom strängsprutning under drift för bildandet av en fast produkt liksom för bildandet av en tätning vid utloppsänden från systemet.

Ytterligare fördelar med uppfinningen framgår av den följande beskrivningen av ett lämpligt utförings- exempel med hänvisning till de bifogade ritningarna, varå fig. l'är en sidovy, som är delvis skuren och delvis sche- matisk och som åskådliggör ett kontinuerligt reaktions- system, vilket konstruerats i överensstämmelse med en lämplig utföringsform av uppfinningen. Fig. 2 visar i större skala en delplanvy av gasutloppsöppningen i transportkammaren i apparaten sett i riktning av pilen A i fig. 1. Fig. 5 är en delvis skuren och delvis schematisk delsidovy, som åskådlig- gör en modifierad utföringsform vid genomförandet av en kontinuerlig extraktion av den termiska reaktionsprodukten genom strängsprutning, och fig. 4 visar schematiskt ett flödesdiagram för driftstegring, som genomföras med apparaten enligt fig. l under värmebehandlingen av organiska, kolhaltiga inmatningunaterial, och fig. b är en delvis skuren ooh delvis 7f8-ü9462-fl0 schematisk sidovy, som åskådliggör ett kontinuerligt reaktions- system, vilket uppbyggts i enlighet med en modifierad ut- , föringsform av uppfinningen.

Såsom framgår tydligast av fig. l omfattar apparaten för värmebehandling av organiska kolhaltiga material enligt uppfinningen en förrådstratt 10, som är anordnad att fyllas med partikelformigt kolhaltigt material och som har utformats med en övre flänsförsedd inloppsöppning l2, vilken är tillsluten och tätad medelst en blind fläns 14.

Den nedre delen av förrådstratten 10 är medelst en fläns 16 monterad i tätande förhållande till en fläns 18, som är ansluten till ett rör eller en ledning 20, vilken bildar ett inlopp 22, som står i förbindelse med den nedre änd- delen av ett lutande kärl 24, vilket bildar en transport- kammare 26. Transportkammaren 26 har i huvudsak cirkulärt tvärsnitt och uppvisar samma diameter över hela sin längd.

En transportör av skruvtyp eller en spiraltransportör 28 sträcker sig i huvudsak över hela längden av transport- kammaren och är vid sin övre ände roterbart lagrad medelst en ändskruv 30, vilken medelst bultar är fäst vid kärlets 24 övre ände och vid sin nedre ände medelst en tätning och ett lager 52 på en fläns 34, som medelst bultar är tätad mot en fläns 36, vilken är förbunden med den nedre änden på kärlet 24. Mittaxeln 38 i skruvtransportören 28 sträcker sig förbi tätnings- och lagerenheten 32 och är medelst en koppling 40 förbunden med en elmotor 42 med föränderlig hastighet i ändamål att åstadkomma dess rotation med styrd hastighet.

När apparaten drives under högt tryck, inmatas det pulverformiga materialet i förrådstratten 10 genom en eller flera låsinmatningsanordningar (ej visade) för und- vikande av förlust i det inre trycket. När man använder dubbla låsinmatningsanordningar, matar den ena reaktorn, under det att den andra matas med inmatningsmaterial. Äter- 78094-62-0 matningscykeln består av l) isolering av den första lås- inmatningsanordningen (som nu är fylld med fluid men har tömts på matningsmaterialet) från reaktorn medelst en ventil; 2) minskning av fluidtrycket till atmosfärstiyck i den tomma 1åsinmatningsanordningen; 5) påfyllning av den tomma låsinmatningsanordningen med partikelformigt inmatningsmaterial, som pressar undan den större delen av fluiden i inmatningsanordningen och 4) stängning av tryckavlastningsventilen och ökning av fluidtrycket till reaktortrycket medelst tryckpumpen 44. Det skall påpekas, att på grund av att fluiden är i huvudsak okompressibel, arbetet med att öka trycket i systemet kan försummas.

Vid den speciella utföringsform, som visas i fig. l, är förrådsinmatningsanordningen 10 anordnad att fyllas med en stor mängd inmatningsmaterial, som därefter inne- slutes i mataranordningen medelst flänsen 14. Eftersom det ej finns någon isoleringsventil mellan mataranord- ningen och reaktorn, kommer mataranordningens tryck att i huvudsak bli lika med reaktortrycket. Under drift kan vätska insprutas i mataranordningen allt efter som partikel- formigt material avlägsnas i ändamål att hålla vätskenivån i transportkammaren 26 inom det önskade driftområdet. Detta uppnås genom inmatning av vätska under önskat tryck medelst ett vätskeinmatningssystem, som åskådliggöres schematiskt i fig. l och som omfattar en tryckpump 44, en förråds- _ eller utjämningsbehållare 46 och en flödet styrande ventil u 48. Pumpen 44 drives i samverkan med den flödet styrande ventilen 48, vilken är förbunden med en koppling 50 i röret 20 i ändamål att upprätthålla vätskenivån, som antydes vid 52 i fig. 1, inom ett förutbestämt driftområde. Drift- nivån för vätskan 52 i transportkammaren 26 kan övervakas automatiskt eller visuellt, t.ex. genom anslutning av en vätskenivimätare (ej visad) till en nedre koppling eller kran 54 och en övre koppling eller kran 55, vilken är an- bragt i förbindelse med det inre av kärlet 24 sen anordnad 7899-462-1) att avkänna minimivätskenivån resp. maximivätskenivån.

Den flödet styrande ventilen 48 är manövrerbar i mot- svarighet till förändringar i driftvätskenivån i ändamål att under drift hålla denna i huvudsak konstant.

Den vätska, som inmatas i förrådsbehållaren 10 för åstadkommande av tryckökning i denna och bildandet av en vätskesuspension med det partikelformiga organiska inmatningsmaterialet däri, består vanligen av vatten, men kan utgöras av andra vätskor, vilka förångas och vilka kondenseras under de tryck- och temperaturbetingelser, som råder i apparaten. Vanligen innehåller organiskain- matningsmaterial av det bearbetade slaget olika mängder av fukt och användningen av vatten är närmast en komplette- ring till den mängd av vatten, som inmatas medelst själva inmatningsmaterialet och tillförsäkrar en god värmeöver- föring mellan inmatningsmaterialet och den resulterande produkten, så att man uppnår optimal återvinning av det värme, som införas i systemet. Vid utföringsformen enligt fig. l förskjutes det partikelformiga, kolhaltiga inmat- ningsmaterialet ned genom utloppet i förrådsinmatnings- anordningen genom röret 20 och inloppet 22 till den nedre delen av transportkammaren, där det föres till ingrepp' med och matas uppåt av skruvtransportören 28. När inmat- ningsmaterialet matas förbi driftnivån 52 hos vätskan i transportören, uppträder ett progressivt avlägsnande av vätskan från det inmatade materialet och detta material blir progressivt torrare under sin frammatning i riktning uppåt för avgivande genom ett utlopp 57, som utformats vid dess övre ände. ' Kärlet 54 är försett med ett gasutlopp 56 vid ett ställe mellan kärlets inlopp och utlopp vid ett läge över den maximala vätskedriftnivån i transportkammaren.

Gasutloppet omfattar ett rör 58, som är förbundet med en tryckflödet styrande ventil, vilken antytts schematiskt vid 60 för avgivande av icke kondenserbara gaser från det inre av transportkammaren. Förbindelsen mellan transport- 1ae9462~q kammaren och det inre i röret 58 har åstadkommits medelst ett flertal perforeringar eller öppningar 62, vilket framgår bäst av fig. 2, som sträcker sig genom kärlets vägg i det område, som omfattar röret 58.

Det inmatade materialet icke bara vätskebefrias under sin transport uppåt förbi driftnivån 52 för vätskan i transportkammaren, utan det förvärmen även av den motström mot gasfasen, som införes vid den övre änden av transportkammaren genom en flänsförbindelse 64, som är fäst vid den övre änden av en reaktor 66. Gasen utgöres i huvudsak av en icke kondenserbar del, som utgöres av olika organiska, flyktiga ämnen, vilka utvecklas under uppvärmning av det kolhaltiga materialet i reaktorn liksom en konden- serbar fas, vilken består av vätska, t.ex. vatten, som alstras genom en slutlig torkning av det kolhaltiga materialet i reaktorn samt av det vatten, vilket inmatas genom en tryckpump 68 till kopplingar 70 i den nedre delen av reaktorn för att åstadkomma en styrning av den kolhaltiga reaktions- produkten. Temperaturen hos den inströmmande gasen från reaktorn varierar i motsvarighet till den speciella tempera- tur, till vilken det kolhaltiga inmatningsmaterialet uppvärmes i reaktionszonen. Kontakten mellan gasfasen och den uppåt matade pelaren av inmatat material medför en förvärmning av detta genom överförande av betydande mängder värme för den okondenserbara gasdelen och en kondenserbar gasdel och frigör dess förångningsvärme till det inkommande mat- ningsmaterialet. Sålunda består gasfasen, som avge' genom gasutloppet 56, i huvudsak-om icke helt och hållet-av den okondenserbara gasdelen, från vilken den större delen av kännbart värme har uttagits och medför en i huvudsak full- ständig utvinning av värmeenergi, som utvecklas i värme- reaktorn i form av en förvärmning av det inmatade materialet.

Det har också visat sig, att enligt kännetecknen på förfarandet enligt uppfinningen ytterligare upparbetningg av det inmatade kolhaltiga materialet erhålles genom avlägs- 791394624) nandet av betydande mängder alkalimetallsalter i materialet, så att man erhåller en produkt med låg halt av natrium eller låg halt av kalium. Den speciella mekanism, varigenom man uppnår detta, är f.n. icke helt känd även om den troligen är baserad på kondensationen av ånga på kvlt, fast, inkommande material i förvärmningsdelen i närvaro av ett deltryck av koldioxid, som bildar kolsyra. Koldioxid- delen utvecklas i det kolhaltiga, inmatade materialet i den varma reaktionszonen i reaktorn och omfattar en del av gas- fasen, som strömmar motströms genom reaktorns förvärmnings- zon. Vattenlösningen av kolsyra kommer sålunda att innehålla vätejoner, som underkastas en jonbytesreaktion, varvid alkali- metallerna i det inmatade materialet genomför en extraktion eller en urlakning av åtminstone en del av sådana förore- nande metallbeståndsdelar.

Vid det speciella utföringsexemplet med utvinning av lignit innehåller kolsyralösningen vätejoner, som är tillgängliga för jonbytesreaktion med katjonerna, som finns i de fasta inmatade kolhaltiga ämnena. Vanligen kan sådana katjoner som K+ och Na+, som har en enda positiv laddnings- enhet, lätt utbytta mot H+-jonen i kolsyralösningen. Fler- värda katjoner, t.ex. Ca++ eller Mg++ är svårare att utbyta.

Vid fallet med lignit avlägsnar sålunda kolsyran företrädesvis natriumkatjonerna från den kolhaltiga strukturen och er- sätter den med vätejoner från syran. Vid inmatning av cellulosamaterial, som innehåller kalium, är kaliumkatjonen den huvudsakliga beståndsdel, som utbytes mot vätejonen i syran. Det är uppenbart, att ovanstående teori är tänkt som en möjlig förklaring till de oväntade resultat, som erhålles och ej utgör någon del av uppfinningen.

Värmereaktorn 66 omfattar en vertikal, rörformig del 72 av värmebeständigt material eller metall, t.ex. värmebeständigt rostfritt stål, som har i huvudsak enhetlig diameter över hela sin längd och är t.ex. genom svasning förbunden med en övre fläns 74 med flänsförbindelsen 64 7.809 4 62- 0 ll och med en nedre fläns 76 med en fläns 78, som är fäst vid en mottagande kammare 80. En uppvärmning av det rörformiga organet 72 och det kolhaltiga inmatningsmaterialet, som matas nedåt därigenom åstadkommas medelst en elektrisk motståndslindning 82, kring vilken har anbragts ett skikt 84 av isolerande material i ändamål att minska värmeför- luster. Såsom redan påpekats är den nedre delen av det rörformiga organet försett med kopplingar YO, genom vilka vätska inmatas medelst en pump 68 för kylning av reaktions- produkten genom omvandling av vätskan till en kondenserbar gasfas, som matas uppåt i blandning med andra gasformiga beståndsdelar, som bildas i reaktorn.

Matningen av det kolhaltiga materialet nedåt genom reaktorn åstadkommas medelst tyngdkraften och styres av en skruvtransportör 86, som är roterbart lagrad i det inre av röret 88 och som är drivande kopplad genom en tätning 90 till en elmotor 92 med föränderligt varvtal. En ökning eller minskning av rotationshastigheten hos skruvtransportören 86 kommer att på motsvarande sätt förändra uppehållstiden för det kolha1tiga materialet i den varma zonen i reaktorn och detta står i förhållande till motorns 42 varvtal, vilken motor är sammankopplad med skruvtransportören 28 i ändamål att åstadkomma den erforderliga värmebehandlingen av det inmatade materialet. Nivån av det kolhaltiga materialet i reaktorn kan avkännas och/eller övervakas av en lämplig nivåindikerande anordning 93, som är monterad i flänsan- slutningen 64, vilken kan utgöras av något välkänt slag av sådan anslutning, som är tillgänglig på marknaden.

Den reagerade produkten överföras horisontellt av transportören 86 och faller av tyngdkraften ned i ett uppsamlingskärl 94, som lämpligen är anslutet till ett eller flera låsbara utmatningsorgan för att möjliggöra intermittent uttagande av reaktionsprodukten ur anläggningen. 73594621-:0 12 Enligt en modifierad utföringsform, som visas i fig. 3, uttages produkten kontinuerligt från reaktorn i motsats till den intermittenta utmatningen, som beskrivits i det föregående med hänvisning till fig. l. Såsom visas i fig. 5, där samma delar som i fig. l försetts med samma hänvisningsbeteckningar men med primtecken, är flänsen 76' vid den nedre änden av reaktorn förbunden med en fläns 78', som är förbunden med en mottagande kammare 80', vilken bildar inloppet till en strängsprutningsanordning 96, som omfattar ett rörformigt hölje 98, vilket vid sin utloppsände är utformat med en avsmalnande strängsprutningsöppning l0.

En skruvtransportör 86' är roterbart lagrad i den inre i det rörformiga höljet 98 och är drivande kopplad genom en tät- ning 90' till en elmotor 92' med föränderligt varvtal på tidigare beskrivet sätt och för tidigare angivna ändamål.

Enligt det speciella modifierade utföringsexemplet, som visas i fig. 3, komprimeras den termiska reaktionsprodukten, som inmatas i strängsprutanordningen 96, till en försumbar porositet, och strängsprutas i form av en stång eller stav, som antytts med streckpricklinjer vid 102 och som företrädes- vis skäras till för handhavande lämpliga längder. Det höga tryck, för vilket produkten utsättas under passerandet genom strängsprutningsöppningen, alstrar en självhållande tätning, vilken hindrar varje läckning av tryck från det inre av systemet. 9 Vid anordningen, som beskrivits med hänvisning till fig. 1-3, bearbetas pulverformigt, organiskt, kol- haltigt inmatningsmaterial i torrt, fuktigt eller vått tillstånd vid så låga tryck som atmosfärstryck till 2,1 x 106 Pa och däröver beroende på ångtrycket hos vätskekomponenter och konstruktiva begränsningar hos apparaten och temperaturer på några hundra grader för genomförande av torkningen upp till temperaturer på ca llO0° och däröver för genomförande av pyrolys och i huvudsak fullständig förgasning av det ?8.Û9462-'-0 inmatade materialet. Motströmsflödet av den gasfas, som alstras i reaktorn. i förhållande till det inmatade materialet uppnås genom alstring av en tryckgradient mellan produktens utløppsände vid reaktorn 80 och gasut- loppet 56.

Som ett Gxempel och med hänvisning till flödes- schemat i fig. 4 skall beskrivas ett fö farande för åstad- kommande av upparbetning av sflmituminösfi kol till användbart bränsle under användning av apparaten enligt fig. 1.

Partikelformigt, subbituminöst kol, t.ex. vinyl, som brutits från gruvan, inmatas ¿ apparaten under tryck genom mataranordningen lO. Lignit t.ex. av den form, som återfinnas i avlagringar i de nordcentrala staterna i USA, i huvudsak Nord- och Syddakota och Wyoming innehåller från ca 20-40% fukt och behöver följaktligen ej torkas i förväg, eftersom vatten tillsättes i ändamål att åstadkomma dess försättande under tryck. Det partikelformiga lignitet inmatas kontinuerligt vid den nedre änden av transportkammaren Ü-QX. vid ett tryek av l,O45 x 106 Éa och en temperatur på ca l6°C. Den våta partikalformiga ligniten transporteras Iippåt och passeras förbi skiljeytan, som bildas av vätska- 'nivån 52 såsom antydes i fig. 4. I passerandet förbi drift- vätskenivån uppträder en avrinning från det inmatade lignit- materialet och en förvärmning av detta åstadkommas vid kontakt med motströmsflödet, av gasfasen, när materialet matas till den övre delen av den förvärmda zonen. Trycket i den förvärmda zonen kan t.ex. vara 1,045 X 106 Pa och temperatnren omedelbart ovanför vätskedriftnivän är ca 5806.

Tomrummet i den förvärmda zonen fylles med en gasfas, som nära driftvätskenivån utgöres i huvudsak av okondenserbara gaser, vilka alstras i reaktionszonen i reaktorn eller av- siktligt tillsättes systemet för åstadkommande av en gas- formigwfashlandning av kondenserbara och icke kondensev- bara gaser. Den icke kondenserbara gasfasen bortledes, paono -___,__________________p___i_________,__, ,. _ ___.. uuAL i . h.-- _l-l_l-..-vee_ _ _. . vsoøæaz-o 14 såsom visas i fig. 4, genom en lämplig tryckavlastande och flödet styrande ventil,som i detta specifika exempel är instant på en tryck .av 1,043 x ioöPa. Gasfasen i omrâdet av den förvärmda zonen nära och omedelbart ovanför drift- vätskenivån består av en blandning av okondenserbara gaser och ånga, i vilken blandning ângans deltryck står i balans med temperaturen hos reaktorn i detta speciella ställe.

Vid fortsatt förskjutning uppåt av lignitmassan er- hålles ytterligare förvärmning av massan genom kondensa- tion av kondenserbar ånga i den motströmmande gasfasen från det högre tryckområdet vid den övre änden hos transport- kammaren till lågtrycksdelen nära gasutloppet. Genomsnitts- trycket i den övre delen av den förvärmda zonen är ca 1,043 X 105 Pa och sammansättningen av gasfasen förändras progressivt vid rörelsen nedåt mot gasutloppet i motsvarighet till den progreggivakondensationen av ångan på ytan av det uppåt matade, Kalla inmatningsmaterialet. ii Den tryckgradient, som är erforderlig för att bringa gasen att strömma motströms mot partikelflödet, upprätthålles genom styrning av gasutloppstrycket och temperaturen vid produktutloppet 80. I detta speciella exempel måste om gasutloppstrycket inställes på 1,043 x 106 Pa temperaturen vid produktutloppet vara minst 3l5°C genom styrning av insprutade kylvattnet. Vid 3l50C uppgår jämviktstrycket för mättad ånga tm 1,05 x 106 Pa och tryckskiiinaaen meiian produktutloppet och gasutloppet är 0,7 x 104 Pa. Givetvis är den föreliggande tryckskillnaden vid varje särskilt fall en funktion av gasflödesmängden och motståndet mot gas- flödet genom partikelbädden. Så länge produktinmataranordningen och alla närliggande ytor hålles ovanför jämviktstemperaturen för mättad ånga vid systemets tryck (3l5°C vid 1,05 x 10' Pâ) kan tryckskillnaden lätt styras.

PT) QUNÅTY .__ ~78Û9462-0 Ãnga, som alstras vid produktutloppet 80, överhettas, när den strömmar uppåt genom reaktorn och utspädes av de okon- denserbara gaserna, som alstras i den varma zonen. Dessa varma gaser kyles av värmeväxlaren, av det nedåt strömmande partikel- materialet omedelbart ovanför den varma zonen. När gasen fortsätter att strömma mot gasutloppet, kyles den genom förlust av kännbart värme, tills vid någon punkt i den förvärmda zonen temperaturen när jämviktstemperaturen för mättad inga vid deltrycket av ångan i gasströmmen. Från denna punkt till gasutloppet förändras sammansättningen av den strömmande gasen för att förändras allt efter som ånga progressivt kondenseras på den kallare inkommande ligniten. I detta förvärmda område motverkar tryckgradienten återflödet av okondenserbara gaser varigenom en koncentrationsgradient upprätthålles av okon- denserbara gaser, som närmar sig 100% okondenserbara gaser vid den kalla änden av förvärmningszonen, en blandning av gas och ånga i den uppvärmande zonen och i huvudsak 100% konden- serbara gaser eller ånga i systemets kylzon. 7 Vid överförandet av den förvärmda ligniten från den övre änden av förvärmningszonen till den övre änden av reaktionszonen är det lämpligt att utforma ett visst tomt utrymme för att möjliggöra förbättrad styrning av flödes- mängden av fast material in i reaktorn. Vid införandet i den övre änden av reaktorn uppvärmes det fasta materialet till en önskad, förhöjd temperatur och mängden erforderligt värme är proportionell mot värmeprodukten genom reaktorväggarna och det värme, som uttages från systemet i den upparbetade kolprodukten och gaser, som uttas ur systemet. Trycket i reaktorn uppgår till ca l,O465 X 106 Pa och tenperaturen är ca 5l0°C. Gasfasen i reaktionszonen utgöres av en blandning av i huvudsak okondenserbara gaser, som alstras i kombination med kondenserhara gaser i form av överhettad ånga.

Vid sitt passerande nedåt i reaktionszonen kyles den upparbetade lignitkolprodukten genom insprutning av vatten Tfi'fií9fi$62¿-Û 16 vid ett tryck av 1,05 x 106 Pa eller högre, vilket styres i en mängd; som är tillräcklig för att upprätthålla trycket vid reaktorns utloppsände vid ca 1,05 x lO Pa. Jämvikts- temperaturen för den mättade ångan, som alstras i kylzonen uppgår till 31506 och den kylda produkten har motsvarande temperatur. Den kylda produkten överföras därefter genom en lämplig låst mataranordningståtning ozh försättes under tryck med ånga vid samma tryck på 1,05 X lO6 Pa i enlighet med någon av utföringsformerna, som visas i fig. 1 och 5.

Det framgår av ovanstående, att med en sådan utformning erhålles en dynamisk koncentrationsgradient i gasfasen mellan apparatens varma ände och kalla ände, varigenom i huvudsak allt det värme, som utvecklas, återvinnas genom kondensation av den kondenserbara fasen, och därigenom erhålles en förvärmning av det införda matarmaterialet.

En modifierad och tillfredsställande apparat för termisk bearbetning av organiska kolhaltiga inmatningsmaterial visas i fig. 5. Såsom visas omfattar apparaten en transport- kammare och reaktionskammare, som är anordnade axiellt i linje med varandra i stället för det anordnande, som åskådliggöres i fig. 1, där reaktionskammaren 66 är anordnad i huvudsak i vinkelrätt läge och baserad på tyngdkraften för åstadkommande av ett nedåt riktat flöde av reaktions- massan genom kammaren. Apparaten enligt fig. 5 omfattar även en modifierad mekanism för inmatning av slam, som matas genom transportkammaren, och omfattar ett tryck- avlastande turbinsystem för återvinning av kraft ur den ur apparaten uttagna gasfasen.

Såsom framgår i detalj av fig. 5 omfattar apparaten ett kärl eller ett rör 104, som är anordnat i ett lutande vinkelläge och som vid sin nedre ände bildar en transport- kammare 106 och en isolerad förvärmningssektion eller kammare 108 mellan dess ändar samt en reaktionsdel eller -kammare 110, som sträcker sig längs dess övre änddel.

Den nedre inloppsänden i kärlet 104 är tätad mede]nL en /j/ non utALnv 78094-62--0 17 fläns 112, som är kopplad till en fläns 114 genom en lämplig tätning och lageranordning på ett sätt, som tidigare beskrivits, till en växellåda 116, på vilken i drivande för- hållande har kopplats en elmotor 118 med föränderlig hastighet. Den utgående axeln från växellådan 116 är ansluten för roterande drivning av en transportskruv 120, som sträcker sig i huvudsak centralt i kärlet 104 över hela dess längd och slutar såsom visas i fig. 5 nära utloppet från utmmningsröret 122, vilket medelst en fläns 124 är kopplad till fläns 126 vid den övre änden av kärlet 104.

Enligt denna anordning erhålles en positiv mekanisk överföring av det inmatade materialet genom transportzonen, förvärmnings- zonen och reaktionszonen i apparaten. Rotationshastigheten hos skruvtransportören 120 kan förändras för uppnående av den önskade uppehållstiden för det kolhaltiga materialet i reaktionszonen i ändamål att uppnå den erforderliga termiska behandlingen av det inmatade materialet på visst sätt och de ändamål, som tidigare beskrivits med hänvisning till apparaten enligt fig. 1.

I stället för användning av en förrådskammare under tryck eller låstratt såsom visas i fig. 1 för inmatning av matarmaterialet i form av en suspension vid inloppsänden av reaktorn användes en fram och åter gående pump och kulventil, som är inkopplad mellan en matarbehållare för inmatningssuspension (ej visad) och ett suspensionsinlopps- rör 128, som är anbragt i förbindelse med den nedre delen av transportzonen 106. Pumpen och kontrollventilen omfattar en kammare 130, som vid sin nedre ände är ansluten till ett suspensionsmatarinlopp 132, vilket bildar ett kulstyr- säte 134 vid sin insida, mot vilket en inloppskula 136 är anordnad att anligga under avgivandet av suspension under tryck från kammaren 130. En väggdel 138 sträcker sig tvärs över den övre delen av kammaren 130 och är utformad med en mittöppning 140, som bildar ett ventilsäte 18 142 vid sin övre kant, mot vilket en utloppskula 144 är anordnad att anligga under pumpkolvens sugslag. Den övre änden av kammaren l50ä försedd med ett utlopp, som är förbundet med en ledning 146, vilket i sin tur är förbundet med suspensionsinloppsröret 128.

En pumpcylinder 148 med en fram och åter gående pumpkolv 150 är fäst vid och utskjuter i sidled från kammaren 150 och kan förskjutas fram och tillbaka medelst en förbindelsestång, som är drivande sammankopplad med en lämplig motor (ej visad) med föränderligt varvtal. Under det inåt gående slaget av pumpkolven 150, dvs. åt höger enligt fig. 5, alsxtras ett tryck i det inre av ventil- kammaren 130, som medför, att utloppskulan 144 förskjutes från det med heldragna linjer visade läget till det upp- höjda läget, såsom visas med streckpricklinjer, vilket möjliggör en genomströmning av suspension genom ledningen 146 till suspensionsinloppsröret 128 och in i apparatens transportkammare. Under det återgående slaget av kolven 150, dvs. åt vänster enligt fig. 5, befinner sig det inre av ventilkammaren 130 vid sänkt tryck, vilket medför, att utloppskulan 144 bringas till anliggning, såsom visas med heldragna linjer i fig. 5, under det att inloppskulan 156 lyftes till ett läge, som visas med heldragna linjer och som möjliggör inströmning av ytterligare suspensions- material i ventilkammaren. Kulstyrventilen är indelad till sin skala för att motta partiklar av det kolhaltiga in- matningsmaterialet med önskad storlek i överensstämmelse med det slag av material, som är under bearbetning. Van- ligen tillåter en anordning med en högtryckspump och en kulstyrventil av det slag, som visas i fig. 5, partiklar med en storlek av ca en fjärdedel av kuldiametern att strömma på tillfredsställande sätt genom ventilen. Driften av slampumpen och sugstyrventilen genomföres så, att den erforderliga mängden av slammet inmatas i inloppet till /Fíí uUALWY 7 8 0»9#6ï2-' 0 19 transportkammaren vid ett tryck, som är något ovanför det, som råder i det inre av reaktionssystemet. På samma sätt som vid reaktorapparater, som visas i fig. 1, hålles vätskenivån, vilken antydes vid 152 i fig. 5, inom det valda området på ovan beskrivet sätt och vätska i överskott uttages från transportkammaren genom utlopps- ledningen 154, vilken är försedd med en flödesstyrventil 156. Inloppet till avloppsledningen 154 är försett med en perforerad platta eller skärm 158 för att hindra in- strömning av det partikelformiga, kolhaltiga matarmaterialet.

Den uttagna vätskan kan lämpligen återledas till förråde- behållaren för matarmaterialslammet för förnyad användning.

Skruvtransportören 110 åstadkommer en transport uppåt av det partikelformiga, kolhaltiga inmatningsmaterialet förbi vätskenivån 152 in i förvärmningsdelen 108, i vilken medförd vätska avlägsnas och uppvärmes på tidigare beskrivet sätt. Förvärmningszonen 108 är lämpligen försedd med ett isoleringsskikt 160 för minskning av värmeförlusten till den omgivande atmosfären. Från den övre utloppsänden av förvärmningszonen matas det i huvudsak torra, uppvärmda materialet axiellt av skruvtransportören in i reaktions- zonen 110, som i det visade utföringsexemplet enligt fig. 5 hålles vid en i förväg vald, förhöjd temperatur medelst en mantel 162, i vilken förvärmd gas eller en brännbar blandning av bränsle och luft inmatas genom ett inloppsrör 164 och avges motströms genom avgasutloppsröret 166. Manteln 162 är försedd med en lämplig isolering 168 och tillförseln av uppvärmt gasformigt bränsle ller gasformig blandning av bränsle och luft för förbränning i själva manteln styres så, att man erhåller den önskade temperaturen hos det in- matade materialet i reaktionszonen.

Det värmebehandlade matningsmfterialet passerar, när det har lämnat den övre änden i reaktionszonen 110, in i utloppsröret 122, som är försett med en koppling 170, genom vilken vätska t.ex. vatten inmatas i ändamål att Tßflâßfifiä* 0 åstadkomma kylning av reaktionsprodukten i motsvarighet till omvandlingen av vätskan till kondenserbar gasfas, som strömmar motströms mot andra gasformiga beståndsdelar, som bildas i reaktionszonen genom förvärmningszonen 180 och slutligen ut ur gasutloppet 172, som är monterat i transportzonen nära driftvätskenivån 152. Den kylda reaktions- produkten strömmar genom ett nav 174, på vilket den övre änden av skruvtransportören 120 roterbart uppbäres och in i en str%prutningsanordning 176 liknande den, som beskrivits med hänvisning till fig. 3. Strängsprutan- ordningen 176 omfattar ett rörformigt hëlje 178 med en övre flänsförsedd ände, med vilken en fläns 180 är förbunden och vilken omfattar en lager- och tätningsenhet 182 för roterbar uppbäring och tätning av den utgående axeln från en.reduktionsväxel 184, som är drivande sammankopplad med en elmotor 186 med föränderlig hastighet. Reduktionsväxeln är drivande sammankopplad med en skruvtransportör eller inmatningsskruv 188, som sträcker sig axiellt längs det rörformiga höljet 178 och som uppbäres vid sin nedre ände av ett nav 190. Den nedre flänsförsedda änden för det rörformiga höljet är förbunden med en fläns 192, som omsluter en strängsprutningsöppning 194, vilken är anbragt i förbindelse med den övre änden på en uppsamlingskammare 196. Uppsamlings- kammaren 196 kan förses med lämpliga finfördelningsorgan för skärning eller sönderdelning av det avgivna materialet till partiklar med önskad storlek. Vid utföringsformen med strängçrutanordningen enligt fig. 3 åstadkommer denna strängsprutanordning l76 en komprimering av den kolhaltiga reaktionsprodukten till en mycket tät massa, vilken vid passerandet genom utpressningsöppningen bildar en själv- hållande tätning, vilken hindrar varje utläckning av tryck från det inre av reaktionssystemet. Rotationshastigheten hos skruven 188 kan förändras i motsvarighet till motorn 186 med föränderlig hastighet till överensstämmelse med den ; POOR i QUALITY 78-09-462-0 21 mängd, i vilken reaktionsprodukten matas till det rör- formiga höljet i ändamål att underhålla godtagbar tryck- tät tätning i utpressningsmunstycket.

Ytterligare ett möjligt kännetecken på reaktorn enligt fig. 5 är att se i ett kraftåtervinningssystem, som visas schematiskt och som omslutes av en streckyunkterad linje. Den gasfas, som alstras i reaktionszonen liksom de kondenserbara gaser, vilka alstras under förvärmningen och förångningen av vätskan i det inmatade materialet samt den vätska, som inmatas i kylzonen genom kopplingen 170, strömmar motströms på redan beskrivet sätt i förhållande till det inmatade materialet. Den kvarvarande gasfasen, som uttages genom gasutloppet, består till större delen av icke kondenserbara gaser under de temperatur- och tryckbetingelser, som råder vid inloppsänden till den förvärmda zonen och uttages genom en tryokstyrventil 198, som är förínställd för upprätthållande av lämpligt tryck i apparatens inre. Inloppsänden på gasutloppsröret 172 är försedd med en lämplig sikt 200, t.ex. såsom visas i fig. 2, för begränsat inlopp av varje partikelformigt inmatningsmaterial.

Gasfasen, som avges genom den flödet och trycket styrande ventilen 198, kan eventuellt passera genom en värmeväxlare 202 i ändamål att öka volymflödet av gas genom tillförsel av värme från någon källa för avloppsvärme, t.ex. förbränningsgaser, och därefter passera in i en trycksänkningsturbin, varigenom man erhåller en styrd adiabatisk expansion och tryckminskning hos gasfasen, vilket åtföljes av kondensation av kondenserbara gaser, t.ex. vatten, som är närvarande i gasflödet från reaktorn.

Lämpligen har turbinen en konstruktion, som tål närvaron av kondenserbara beståndsdelar i de därigenom passerande gaserna, varvid som lämplig apparat kan nämnas den typ av turbin, vilken framställes av Roto-Flow Company och fans-team vilken tål 15 viktsprocent kondenserbara ämnen. Exempelvis alstrar den första stegets turbin, vilken visas schematiskt vid 204 i fig. 5, ett första tryckfall från ca 1,05 X 106 Pa - 0,21 X 106 Pa till ca 0,35 X 106 Pa, och kondensatet, vilket bildas under tryckreduktionen, uttages och avlägsnas genom en ledning 206. Den kvarvarande gasfasen överföras till att andra stegs tryckreduktionsturbin 208, i vilken genomföras ytterligare en adiabatisk expansion av gasen, t.ex. från ett tryck på ca 0,21 X 106 Pa - ca 0,35 X 106 Pa ned till ca 0,021 x 10 Pa - 0,035 x 106 Pa, varvid vissa av de organiska kondenserbara beståndsdelarna i gasen konden- seras. Även i detta fall styras tryckminskningen för att hindra bildandet av en icke önskad mängd av vätskekondensat i överensstämmelse med typ och konstruktion av den använda turbinen. Flödet från det andra stegets turbin 208 överföras till en separator 210, i vilken det organiska kondensatet uttages genom en avloppsledning 212 och den okondensarbara gasfasen uttages genom en ledning 214 som en värdefull biprodukt ur förbränningsgaserna. Det första och andra stegets turbin anslutes lämpligen till en utrustning för alstring av elektrisk kraft, som erfordras för att driva förfarandeutrustningen och delar till anläggningen och varje överskott av sådan elektrisk energi kan säljas, Den kondenserbara organiska fasen, som återvinnas från sepa- ratorn, kan likaledes med fördel användas som vätskeformigt bränsle tillsammans med gasformiga bränslebeståndsdelar för alstring av erforderligt värme i reaktorn för värme- behandling av det kolhaltiga inmatningsmaterialet. Även om det är uppenbart, att uppfinningen, såsom den här ovan beskrivas, har väl utformats för att man skall uppnå vinster och fördelar av ovan angivet slag, är det uppenbart, att uppfinningen omfattar även modifika- tioner, variationer och förändringar inom ramen för efter- följande krav.

Claims (10)

o 7809462-0 E-B-ê_!

1. Apparat för vårmebehandling av organiska, kol- haltiga material under tryck, vilken vårmebehandling inbe- griper avdrivning av åtminstone en del av de flyktiga ämnena i det inmatade partikelformiga materialet för bildande av gasfas och vilken apparat år utformad för betydande åter- vinning av den till apparaten för uppvärmning av inmatnings- materialet och åstadkommande av den önskade reaktionen tilliörda energin, omfattande organ, som bildar en transport- kammare (26, 106) med en nedre inloppsånde (22) och en övre utloppsånde (57), vilken år anordnad högre än inlopps- änden (22),organ för att blanda det partikelformiga inmatnings- materialet med en vätska, organ för överförande av det in- matade materialet och vätskan under tryck till inlopps- änden (22) på transportkammaren (26, 106), k å n n e t e ck. n a d a v organ för att styra våtskenivån i transport- kammaren vid en förutbestämd driftnivå (52, 152) mellan inloppsånden (22) och utloppsånden (57), av organ (28, 120) för att transportera det inmatade materialet upp genom transportkammaren (26, 106) och förbi driftnivån (52, 152) på vätskan i denna, av organ, vilka bildar en reaktions- kammare (66. 106) med ett inlopp, som står i förbindelse med utloppet (57) från transportkammaren (26) för mottagande av det inmatade materialet, som avges från nämnda utlopp (57), av ornan (82) för uppvärmning av reaktionskammaren (66, 108)och det däri inmatade materialet till en förhöjd temperatur under en tid, som år tillräcklig för att förånga åtminstone en del av de flyktiga ämnena i materiatet i ända- mål att bilda gasfasen och ren reaktionsprodukt, av organ (56, 154) i transportkammaren (26, 106) mellan driftnivån (52, 152) och utloppet (S7) för uttagande av gasfasen TB-'flâišßäü J i* motströms mot flödet av inmatningsmaterial, av organ för att kyla reaktionsprodukten, som avges från reaktionskammaren (66, 110), av organ (86, 155) för avgivning av den kylda reaktionsprodukten från apparaten.

2. Apparat enligt kravet 1, k ä n n e t e c k- "n a d d å r a v, att organen för styrning av våtskenivån i transportkammaren vid en förutbestämd driftnivå (52, 152) omfattar avkånnande organ (S4, 55) i transportkammaren (26, 106) och en flödet styrande ventil (48), som år manövrer- bar i motsvarighet till det avkånnande organet för in- förande och uttagande av vätska i och ur apparaten.

3. d å r a v, att organet för styrning av reaktionsprodukten, Apparat enligt kravet 1, k å n n e t e c k n a d som avges från reaktionskammaren (66), omfattar organ (70) förinmatning av vätska i kontakt med reaktionsprodukten på ett sätt för åstadkommande av förångning av denna till den gasformiga fasen för strömning i en riktning, som år motströms mot flödet av det inmatade materialet.

4. Apparat enligt kravet 1, k å n n e t e c k- n a d d å r a v, att organen för avgivning av reaktions- produkten omfattar en strångsprutningsöppning (100) samt att organ (86') är anordnade att transportera reaktionsprodukten under tryck för strångsprutning genom strängsprutningsöpp- ningen (100) på så sätt, att den tätade integriteten hos apparaten upprätthålles.

5. d å r a v, att organen för kylning av reaktionsprodukten Apparat enligt kravet 1, k å n n e t e c k n a d och organen i transportkammaren (26, 106) för uttagande av gasfasen i en riktning motströms mot flödet av inmatat material år samordnade för at ge ett högre tryck i närheten av kylzonen för gynnande av motströmsflödet av gasfasen i förhållande till det inmatade materialets rörelse- riktning-

6. d å r a v, att organet för transprt av det inmatade materialet Apparat enligt kravet 1, k å n n e t e c k n a d genom transportkammaren (26, 106) och reakrionskammaren utgöres av en roterande skruvtransportör (28, 120). 7809462-0

7. Apparat enligt kravet 1, k å n n e t e e k n a d d ä r a v. att organet (172) i transportkammaren (106) för uttagande av den gasformiga fasen dessutom omfattar en trygkreducerande turbin för adiabatisk expandering av gas- fasen till ett förutbeståmt lägre tryck och tryckalstrande oçgané som år förbundna med turbinen.

8. Förfarande för termisk behandling av organiskt kqlnalgigt material under tryck, varvid man använder en apparat enligt kravet 1, k å n n e t e c k n a t d å r a v, att man blandar ett partikelformigt inmatnings- material med en vätska, inför det inmatade materialet och vätskan under tryck i en transportkammare (26, 106) med en nedre inloppsåfide (22) och en övre utloppsånde (S7), milkem är anbragt vid ett högre låge än inloppsänden, att man ggyr våtskenivån i transportkammaren (26, 106) vid en förutbestämd trycknivå mellan inloppsånden (22) och utlopps- änden (5?), matar det inmatade materialet upp genom transport- kenneren <26, '106) den förbi driflnivån (sz, 152) på vätskan däri mot ett utlopp i dess utloppsånde, överför det matade materialet från utloppet från transportkammaren (26, 106) till ífilêßnsånden i reaktionskammaren (66, 110) och upp- värmer det inmatade materialet dåri till förhöjd temperatur under en tid, som år tillräcklig för att förånga åtminstone en del av de flyktiga ämnena dära 1' ändamål en bilda en gasfas och en reaktionsprodukt, att man uttar gasfasen i en riktning motstråms mot flödet av inmatat material vid ett Läge på avstånd nedströms om den förutbestämda driftnivån (52, 152) hos vätskan i transportkammaren (26, 1062, att man kyler reaktionsprodukten, som avges från reaktionskammaren samt tillvaratar den kylda reaktionsproduk- Éêfis

9. , Förfarande enligt kravet 8, k å n n e t e c k- n a t d å r a v, att gasfasen utraqes i en riktning, som är motströms mot flödet av det ínmatade malerialet på så âätt, att man erhåller i huvudsak fullständig konden- uiJAUTV Tißfiålfßâafl Ja' sering av kondenserbara gaser i gasfasen och en kyLning av okondenserbara, gasformiga beståndsdetar i ändamål att åstadkomma en förvårmníng av det inmatade materiatet.

10. Förfarande entígt kravet 9, k å n n e- t e c k n a t sak fultståndig kondensation av de kondenserbara gaserna d å r a v, att man genomför en i huvud- i det inmatade materialet genom att dessutom Lösa åtminstone en det av koLdioxídmängden i gasfasen 1 ändamåt att fram- stålta en vattentösning av kotsyra, som urlakar åtminstone en deL av i det inmatade materiatet förefíntliga alkalimetatter.