SE459499B - Reaktor foer vaermebehandling av organiska kolhaltiga material undertryck samt foerfarande foer vaermebehandling medelst naemnda reaktor - Google Patents

Description

459 49-9 Brist på och ökande kostnader för konventionella energikällor, inklusive olja och naturgas, har givit upphov till undersökningar av al- ternativa energikällor, som finns i riklig tillgång, såsom kol av lig- nittyp, subbituminösa kolarter, cellulosamaterial, såsom torv, avfalls- cellulosa, såsom sågspån, bark, träflis, grenar och flis, som härrör från skogsavverknings- och sågverksindustrierna, olika spillprodukter från jordbruket, såsom stjälkar från bomullsbuskar, nötskal, majsskal ochrliknande samt fasta avfallsprodukter från hushåll. Sådana alterna- tiva material har tyvärr i de tillstånd de naturligt förekommer av'olika skäl stora brister och kan ej användas direkt som högenergibränslen. Av denna orsak har man tidigare föreslagit många olika förfaranden för om- vandling av dylika material till en mera lämplig fonn för användning som bränsle genom ökning av värmevärdet på fuktfri bas samtidigt som man ökar produkternas stabilitet vid väderförändringar, frakt och lagring.

Apparater och förfarande enligt tidigare känd teknik finns be- skrivna i den amerikanska patentskriften 4 052 168, enligt vilken kol av lignittyp kemiskt omstruktureras med hjälp av en styrd värmebehandling, som ger en förbättrad fast kolhaltig produkt, som är stabil och mot- ståndskraftig mot väderförändringar och även har ökat värmevärde, som; närmar sig värdet för bituminöst kol. Enligt den amerikanska patent- skriften 4 127 391 värmebehandlas avfallsprodukter i form av bituminösa fina partiklar, som erhålles från konventionell koltvättning för att ås- tadkomma fasta produkter i form av koksliknande agglomerat som är lämp- liga att direkt användas som fast bränsle, och i den amerikanska patent- _skriften 4 129 420 förädlas naturligt förekommande cellulosamaterial, såsom torv och även cellulosaavfallsprodukter genom ett styrt, medelst vänne åstadkonmet omstruktureringsförfarande för bildande av fasta kol- haltiga eller koksliknande produkter, som är lämpliga att användas som fast bränsle eller i blandning med andra konventionella bränslen, såsom uppslamningar av brännolja. En reaktor och ett förfarande för åstadkom- mande av förädlingen av dylika kolhaltiga material av de slag, som be- skrivits i de tidigare nämnda amerikanska patentskrifterna, visas i den amerikanska patentskriften 4 126 519. Enligt denna patentskrift införes en vätskeuppslamning av det inmatade materialet i en lutande reaktor och uppvärmes gradvis så att man får en i huvudsak torr, fast reaktionspro- dukt med förbättrade värmevärden. Reaktionen genomföres vid styrt högt s 459 499 tryck och temperatur samt med hänsyn tagen också till uppehållstiden, så att man erhåller den önskade värmebehandlingen, i vilken kan ingå för- ångning av så gott som all fukt i det tillförda materialet liksom av åt- minstone en del av de flyktiga beståndsdelarna, varvid produkten samti- digt genomgår en styrd delvis kemisk omstrukturering eller pyrolys.

Reaktionen genomföres i en icke oxiderande atmosfär och den fasta reak- tionsprodukten kyles därefter till en temperatur, vid vilken den kan ut- matas.tiJl atmosfären utan förbränning eller nedbrytning.

Medelst de i de ovannämnda amerikanska patentskrifterna beskrivna förfarandena och apparaterna kan visserligen tillfredsställande behand- las många olika kolhaltiga råmaterial och därvid erhålles en förädlad, fast reaktionsprodukt. Trots detta finns det fortfarande ett behov av en reaktor och ett förfarande, som med högre effektivitet och flexibilitet samt enklare och lättare styrning åstadkommer kontinuerlig värmebehand- ling av olika sådana kolhaltiga råmaterial som innehåller fukt och kol och därigenom ger ytterligare besparingar vid omvandling och framställ- ning av fasta högenergibränslen avsedda som ersättning för eller alter- nativ till konventionella energikällor.

Fördelarna med föreliggande uppfinning i enlighet med en av ut-, föringsformerna av apparaten erhålles medelst en reaktor med flera här- dar, som omfattar ett tryckkärl, som avgränsar en kammare, vilken inne- håller flera ovanför varandra anordnade, ringformiga härdar, däri inbe- gripet en rad övre härdar, vilka är anbragta så, att de lutar nedåt mot kammarens periferi och avgränsar en tork- eller förvärmningszon, i vilken fukt och kemiskt bundet vatten i det inmatade materialet extrahe- ras. Under de övre härdarna är anbragta en rad nedre härdar, som avgrän- sar en reaktionszon, i vilken uppvärmningsorgan ingår för genomförande av uppvärmning av det inmatade materialet till en hög temperatur under ett styrt övertryck i förhållande till atmosfären under en tillräckligt lång tid för att åstadkoma förångning av åtminstone en del av de flyk- tiga ämnena i materialet och för att bilda reaktionsgaser och en fast reaktionsprodukt med förbättrade värmevärden på fuktfri bas. De varma reaktionsgaserna, som bildas i reaktionszonen, passerar uppåt i tork- zonen under värmeväxling och i motströmsförhållande med det inmatade materialet, varvid åstadkonmes åtminstone en delvis kondensering av de 459 499 kondenseringsbara delarna av detta på det inkommande materialet samt förvärmning av detta genom frigöring av det latenta förångningsvärmet och dessutom frigöring av kemiskt bundet vatten i matningsmaterialet, vilket avtappas från de vinkelställda härdarna under tryck till ett läge utanför reaktorn. .

Reaktionskärlet är försett med en centralt sig sträckande vrid- , vilken anbragts flera omröringsarmar, vilka är belägna nära intill härdarnas ovansida och är anordnade att vid vridning gradvis mata mate- rialet radiellt längs varje enskild härd i omväxlande inåt- och utåt- gående riktning på sådant sätt att materialet tilldelas en nedåt kaskad- liknande matningsbana från en härd till den närmast underliggande. Ring- formiga skärmar användes lämpligen i reaktorns torkzon, axel vilka är belägna ovanför härdarna och omröringsarmarna ovanför dessa för att begränsa flödet av motströms sig förflyttande varma reaktionsgaser till ett om- råde strax intill materialet på härdarna i avsikt att förbättra kontakt och värmeöverföring mellan matningsmaterial och gaser.

Den fasta reaktionsprodukten uttas från bottendelen av reaktorn och överföres till en lämplig kylkammare, i vilken det kyles till en temperatur, vid vilken det kan utmatas till atmosfären utan olägenhet.

Reaktorn är upptill försedd med ett utlopp för uttag av reak- tionsgaser under tryck i form av en gasprodukt, som om så önskas kan an- vändas för förbränning och uppvärmning av reaktorns reaktionszon. Reak- torns övre del är också försedd med ett inlopp, genom vilket det obe- handlade kolhaltiga matningsmaterialet eller blandningar därav införes _genom ett lämpligt trycklås in i reaktionskanmaren och vidare till den översta härden i torkzonen. p Enligt ett alternativt utförande av apparaten enligt föreliggande uppfinning genomföres torkning och förvärmning av det inmatade materia- let i en förstastegsreaktor, som är anordnad utanför flerstegshärdsreak- torn och det matningsmaterial, som i detta steg förvärmts och delvis av- vattnats, utmatas därefter till den flera härdar omfattande reaktorn, som bildar en reaktionszon, som ljknar den reaktionszon, som finns i den nedre delen av den sammansatta reaktorn med flera härdar, som beskrivits tidigare. Vid båda utföringsformerna av apparaten enligt uppfinningen _ tänkes vidare lämpliga reningsanordningar, såsom stålborstar, användas s 459 499 för att avlägsna avlagringar, som samlats från utsidan av de ringformiga skärmarna för att på så sätt upprätthålla maximal arbetseffektivitet hos apparaten. De rörfonniga värmeväxlingselementen eller elektriska värme- element kan vidare inneslutas i ledande sköldar och på liknande sätt rengöras för att upprätthålla maximala värmeöverföringsegenskaper.

Vad avser förfarandet enligt föreliggande uppfinning införes in- matningsmaterialet i form av fuktigt organiskt kolhaltigt material i en förvärmningszon, som är skild från eller integrerat förbunden med den reaktor, i vilken inmatningsmaterialet förvärmes genom motströmsflöde av reaktionsgaser till en temperatur mellan ca 150 och 260°C. På liknande sätt kommer fukt, som kondenserar på det kalla, inkommande materialet liksom fukt, som frigöres som en följd av uppvärmning av detta att av- tappas bortföras från förvärmningszonen under tryck genom ett avtapp- ningssystem. Inmatningsmaterialet i delvis avvattnat tillstånd passerar från förvärmningszonen nedåt genom reaktionszonen och uppvärmes till en temperatur av mellan ca 205 och 650°C eller högre under ett tryck mel- ian ca 0,21 . ioßea och ca 2,1 . iofiPa enar högre under en tidspe- riod, vanligen varierar mellan så lite som en minut upp till en timme eller längre i avsikt att åstadkomma förångning av åtminstone en del av de flyktiga ämnena i materialet, varvid bildas en gasfas och en fast _ reaktionsprodukt. Ä Ytterligare fördelar vid föreliggande uppfinning kommer att fram- gå av efterföljande beskrivning med hänvisning till ritningarna och de speciella exempel, som ges nedan.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvis- ning till de bifogade ritningarna, på vilka fig. 1 är ett vertikalt tvärsnitt genom en av flera härdar bestående reaktor, som konstruerats i enlighet med en lämplig utföringsform av föreliggande uppfinning. Fig. 2 är ett tvärsnitt i horisontell led genom den i fig. 1 visade reaktorn och snittet är taget längs den del av reaktorn, som visar anordnandet av de tvärgående värmeväxlarrören. Fig. 3 är en planvy som delvis i sektion visar en del av utmatningsgångarna i en lutande, ringformig härd, som är belägen i den övre förvärmningszonen i reaktorn enligt fig. 1. Fig. 4 är ett schematiskt flödesschema för reaktorn och de olika processflödena vid värmebehandlingen av kolhaltiga material, och fig. 5 är en delvis i 459 499 sektion visad sidovy av en del av en av flera härdar omfattande reaktor med ett separat förvärmnings- och torkningssteg, som är skilt från reak- torn i enlighet med ett alternativt utförande enligt föreliggande upp- finning.

Såsom bäst framgår av fig. 1 - 3 består en med flera härdar ut- formad reaktor i enlighet med en av utföringsformerna enligt föreliggan- de uppfinning av ett tryckkärl 10, som består av en välvd överdel 12, en cirkulär cylindrisk mittdel 14 och en välvd nederdel 16, vilka är gas- tätt sammanfogade medelst ringformiga flänsar 18. Reaktorn uppbänes i upprätt läge av en rad ben 20, som är fästa vid Stöd 22, vilka är an- slutna till den nedersta flänsen 18 på kärlets mittdel. Den övre, välv- da delen 12 är försedd med ett kragat inlopp 24 för införande av fuk- tigt, kolhaltigt material i partikelform i reaktorn. En vinkelställd skärm 26 är utformad intill inloppet 24 för att rikta materialet mot reaktionskammarens omkrets. Ett kragat utlopp 28 är utformat på över- delens 12 motsatta sida för avlägsnande av reaktionsgaser under tryck från reaktionskammaren på det sätt, som skall beskrivas mera i detalj längre fram. Ett nedåtriktat, ringformigt nav 30 är utformat på det inre mittpartiet av överdelen 12, i vilket ett lager 32 är anbragt för att vridbart uppbära vridaxelns 34 övre ände. ' vridaxeln 34 sträcker sig centralt i reaktorns inre och är medelst ett lager 38 och en vätsketät packningsenhet 40 vridbart lagrad vid sin nedre ände i ett ríngformigt nav 36, som utformats i nederdelen 16. Vridaxelns 34 utskjutande ände är försedd med en med avsatser utfor- mad axeltapp 42, som är lagrad i ett i en lagerhållare 46 anbragt axial- ' lager 44. 2 Flera radiellt sig sträckande omrörningsarmar 48 är fästa vid och skjuter radiellt ut från vridaxeln 34, skilda åt vertikalt längs axeln.

I allmänhet kan två, tre eller fyra omrörningsarmar användas i förvärm- nings- eller torkningszonen och upp till sex omrörningsarmar i reak- tionszonen. I allmänhet är fyra omrörningsarmar, belägna så, att de är skilda åt 900, fästa vid varje nivå på vridaxeln. Flera snedställda kuggar 50 är fästa vid omrörningsarmarnas 48 undersidor och är vinkelin- ställda så, att de transporterar materialet radiellt inåt och utåt längs de efter varandra anordnade härdarna vid vridning av axeln.

I: 459 499 vridning av axeln 64 och omrörningsarmarna åstadkommes medelst en motor 52, som uppbäres på ett inställbart fundament 54 och på vars ut- gående axel är fäst ett konformigt kugghjul 56, som konstant ingriper med ett drivet kugghjul 58, som är fäst vid axelns nedre ände. Lämpligen är motorn 52 av det slag, som har inställbar hastighet för att möjlig- göra styrda variationer av axelns rotationshastighet.

För att möjliggöra längsgående utvidgning och sanmandragning av axeln och förändringar i de från denna utskjutande omrörningsarmarnas vertikala läge i motsvarighet till variationer i temperaturen inuti_ reaktorn med flera härdar är fundamentet samt axelns 34 utskjutande ände anbragta på inställbara domkrafter 60, som tillsammans med en hydrau- lisk cylinder 62 är anordnade att selektivt variera fundamentets 54 höjd för att tillförsäkra exakt läge av omrörningskuggarna 50 i förhållande till översidorna hos härdarna i reaktorn.

Enligt ett speciellt utförande, som visas i fig. 1, är reaktorns inre uppdelat i en övre förvärmnings- eller avvattningszon och en nedre reaktionszon. Förvärmningszonen består av flera, över varandra beläg- na, vinkelställda ringformiga härdar 64, vilka lutar nedåt i riktning mot reaktionskammarens omkrets. Den övre förvärmningszonen är försedd med ett runt cylinderfoder 66, som är beläget på något avstånd radiellt från och innanför väggen 14 i mittsektionen och vid vilket de vinkel- ställda, lutande härdarna 64 är fästa. Fodrets 66 övre ände är utformat med ett utåt lutande parti 68, som hindrar inträngande av kolhaltigt material mellan det ringformiga utrymmet, som bildas mellan fodret och väggen 14 i mittsektionen. Den översta härden 64 är, såsom visas i fig. 1, vid sin omkrets förbunden med fodret 66 och sträcker sig uppåt och inåt i riktning mot vridaxeln 34. Härden 64 slutar i en nedåtriktad rund skärm 70, som avgränsar en ringformig ränna, genom vilken materia- let kaskadliknande faller ned på det inre partiet av den underliggande, ringformiga härden. Den nedåtlutande ringformiga härden 64, som är an- bragt under den översta härden 64, är medelst konsoler 72 fäst vid och uppbäres av fodret 66 på i omkretsriktningen åtskilda avstånd längs detta. Den andra ringformiga härden 64 är såsom bäst framgår av fig. 3 runt omkretsen utformad med flera gångar eller öppningar 73, genom vilka 459 4-99 s materialet utmatas kaskadformigt till underliggande härd. Såsom tidi- gare angetts kommer fuktigt, kolhaltigt material, som införes genom in- loppet 24, att av skärmen 26 avledas till den översta härdens 64 ytter- periferi och därefter transporteras uppåt och inåt av omrörningskuggarna 50 till ett läge ovanför den runda skärmen 70 och falla nedåt till här- den under. På samma sätt tjänar omrörningskuggarna 50 på den näst översta härden till att transportera material nedåt och utåt längs ovan- sidan av härden för att slutligen utmata det genom de runt härdens om- krets belägna gångarna 73. Materialet fortsätter att på detta sätt pas- sera nedåt i en omväxlande inåt och utåt kaskadliknande bana, såsmn visas medelst pilar i fig. 1, och matas slutligen ut i den nedre reak- tionszonen.

Under sin nedåtriktade, kaskadformiga bana utsättes materia- let för kontakt med det i motström riktade uppåtgående flödet av upp- värmda reaktionsgaser, varvid en förvärmning av materialet sker till en temperatur, som allmänhet ligger mellan ca 95 och ca 260°C. För att tillförsäkra intim kontakt mellan materialet och de uppåt strönmande reaktionsgaserna är ringformiga skärmar 72 anbragta strax ovanför omrö- ringsarmarna 48 över åtminstone en del av de vinkelställda, lutande här- darna 64, så att flödet av sådana varma reaktionsgaser begränsas till_ ett område strax intill ovansidan av de ringformiga härdarna och i värmeväxlingsförhållande med materialet på dessa. Förvärmning av mate- rialet uppnås delvis genom kondensering av kondenserbara delar av reak- tionsgasen, såsom ånga på ytorna hos det_kalla, inkommande materialet liksom genom direkt värmeväxling. De kondenserade fluiderna liksom det frigjorda kemiskt bundna vattnet i det inkommande materialet avrinner nedåt och utåt längs de vinkelställda, lutande härdarna och avtappas vid omkretsen av de härdar, som vid sina ytterändar är anslutna till det ringformiga fodret, genom en ringformig avloppsränna 74, som är försedd med en sil 76, exempelvis en Johnson-Screen, över inloppsänden, som är anordnad att kontinuerligt avtorkas av skrapelement eller stålborstar 74, som är utformade på de nedersta kuggarna på intilliggande omrörings- arm. De ringformiga avloppsrännorna 74 står i förbindelse med fallrör 78, som är anbragta i det ringformiga utrymmet mellan fodret 66 och väggen 14 på mittdelen och vätskan avtappas från reaktionskärlet genom ett kondensatutlopp 80, såsom framgår av fig. 1. 9 459 499 De kylda reaktionsgaserna strömmar uppåt genom fövärmningszonen och utmatas slutligen från tryckkärlets överdel 12 genom det kragade ut- loppet 28.

Det förvärmda och delvis avvattnade materialet transporteras från den nedersta härden in i uppvärmningszonen till den översta, ringformiga härden 82 i reaktionszonen under fortsatt styrt högt tryck och utsättes för ytterligare uppvärmning till temperaturer, som i allmänhet varierar mellan ca 2050 och ca 650°C eller högre. De ringformiga härdarna 82 ~i reaktionszonen är så gott som fullständigt horisontella och varannan härd är anbragt så, att dess omkrets är tätande förbunden med ett runt cylindriskt och eldfast foder 84 på mittdelens innervägg 14. Kuggarna 50 på omröringsarmarna 48 i reaktionszonen âstadkohmer på liknande sätt en omväxlande radiellt inåt och utåt gående rörelse av materialet ge- nom reaktionszonen på ett kaskadliknande sätt, såsom anges medelst pilar i fig. 1. Den i huvudsak fuktfria och medelst värmeförädlade fasta reak- tionsprodukten utmatas vid den nedersta härdens 82 mitt ned i en konisk ränna 86 och uttas från tryckkärlet via ett kragat produktuttag 88.

För att ytterligare minska värmeförluster från tryckkärlet är den cylindriska delen liksom nederdelen 16 försedd med ett yttre skikt av isolering 90 av på inom området känt slag. Mittdelen är dessutom också försedd med ett yttre hölje 92 för att skydda isoleringen.

Uppvärmning av materialet i reaktionszonen kan genomföras med hjälp av i denna anbragta elektriska värmeelement, av en mantel, som om- ger omkretsytan hos mittdelens vägg 14 och genom vilken en värmeväx- lingsfluid cirkuleras, eller alternativt i enlighet med det utförande, - som visas i fig. 1, av en i omkretsriktningen sig sträckande ringformig värmeväxlare, i vilken ingår en spiralformig rörenhet 94, som är anbragt intill insidan av det eldfasta fodret 84, och även en tvärgående värme- växlare, som består av flera U-formiga rör 26, som sträcker sig horison- tellt över tryckkärlet i ett läge strax under de i detta utformade ring- formiga härdarna 82. Rörenheten 94 hos den i omkretsriktningen sig sträckande värmeväxlaren är medelst ett kragat inlopp 98 och ett kragat utlopp 100 ansluten till en yttre källa av en värmeöverföringsfluid, exempelvis komprimerad koldioxid eller någon liknande överföringsfluid.

De U-formiga rören 96 hos den tvärgående vårmeväxlaren är, såsom bäst 459 499 framgår av fig. 1 och 2, anslutna till ett ingående samlingsrör och ett utgående sanüingsrör 102 resp. 104, vilka i sin tur är anslutna till ett kragat inlopp 106 resp, ett kragat utlopp 108, vilka sträcker sig genom tryckkärlets vägg. De i omkretsriktningen resp. tvärriktningen sig sträckande värmeväxlingssystemen kan anslutas till sanma värmeväxlings- fluidkälla eller alternativt kan de i enlighet med en lämplig utförings- form av uppfinningen, som visas schematiskt i fig. 4 anslutas till sepa- rata värmekâllor, vilket arrangemang möjliggör oberoende styrning av varje-system för uppnående av önskad uppvärmnings och genom värme åstad- komen omstrukturering av matningsmaterialet i reaktionszonen.

Anordningen fungerar på följande sätt som skall beskrivas med speciell hänvisning till det flödesdiagram, som framgår av fig. 4. Ett lämpligt, fuktigt kolhaltigt inmatningsmaterial införes från ett för- råd i form av en skakmatare 110 genom ett lämpligt trycklås 101 under tryck in i inloppet 24 hos tryckkärlet 10. Det fuktiga råmaterialet ma- tas nedåt genom den övre förvärmningszonen 112 på det sätt, som tidigare beskrivits och i värmeväxlingskontakt med de uppåt strömmande reaktions- gaserna, så att man erhåller förvärmning av materialet inom ett tempera- turområde mellan ca i 9500 och upptill ca 26000, såsom tidigare be- skrivits med hänvisning till fig. l. Det förvärmda och delvis avvattnade materialet matas därefter nedåt in i den undre reaktionszonen 114 hos den med flera härdar utformade reaktorn, i vilken zon det uppvärmes till en hög temperatur, som i allmänhet varierar mellan 205 och upptill ca 65006, varvid erhålles styrd medelst värme åstadkommen omstrukturering eller partiell pyrolys av materialet jämte förångning av så gott som all återstående fukt i detta liksom av orga- niska flyktiga beståndsdelar och pyrolysreaktionsprodukter. Trycket i reaktorn styres i allmänhet inom ett område av mellan 0,21 . 105Pa och ca 2,1 . 105Pa eller högre, beroende på den typ av material, som in- matas samt önskad värmeomstrukturering av detta i avsikt att åstadkonma den önskade fasta slutliga reaktionsprodukten. Antalet ringformiga här- dar i reaktorns förvärmningszon och reaktionszon styres i beroende av längden av den behandling, som önskas, så att man erhåller en uppehålls- tid för materialet i reaktionszonen som i allmänhet varierar mellan så lite som en minut och upp till ca en timme eller längre. Den erhållna, 11 459 499 medelst värme förädlade, fasta reaktionsprodukten utmatas från produkt- utloppet 88 i reaktorns nedre parti och kyles ytterligare i en kylare 116 till en temperatur, vid vilken den fasta reaktionsprodukten kan ut- matas till atmosfären utan förbränning eller negativa effekter. I all- mänhet är nedkylning av den fasta reaktionsprodukten till en temperatur understigande ca 260°C tillräckligt men vanligare är temperaturer under ca 15006. Utmatningsledningen från produktutloppet 88 är också försedd med ett trycklås 118, genom vilket reaktionsprodukten passerar för att förhindra tryckförluster från reaktorn. _ be kylda reaktionsgaserna utmatas från reaktorns övre ände via det kragade utloppet 28 och passerar genom en trycksänkningsventil 120 till en kondensor 122. I kondensorn 122 kondenseras de organiska och förbränningsbara delarna av reaktionsgasen och extraheras som biprodukt i form av kondensat. Den icke kondenserbara delen av gasen, som omfat- tar produktgas, utmatas och kan återvinnas och användas för att komplet- tera reaktorns värmebehov. På samma sätt utmatas den från reaktorn i uppvärmningszonen extraherade flytande delen genom en lämplig trycksänk- ningsventil 124 och uttas i form av spillvatten. Spillvattnet innehål- ler ofta värdefulla upplösta organiska beståndsdelar och kan vidarebe- handlas för att extrahera dessa eller alternativt kan det spillvatten, som innehåller de upplösta organiska beståndsdelarna, användas direkt? för att bilda en vattenuppslamning, som innehåller delar av den finför- delade fasta reaktionsprodukten, för att underlätta transport av denna till en på avstånd från reaktorn belägen punkt.

Flödesdiagrammet i fig. 4 visar dessutom schematiskt ett hjälp- värmesystem, som är anordnat för återcirkulering av det flytande värme- överföringsmediet genom de i omkretsriktningen och tvärriktningen sig sträckande värmeväxlardelarna av reaktionszonen 114. Det i omkretsrikt- ningen sig sträckande värmeväxlarsystemet omfattar såsom visas på rit- ningarna en pump 126, som är anordnad att cirkulera värmeöverförings- fluiden genom en värmeväxlare eller ugn 128 för att åstadkomma återupp- värmning av fluiden och utmatning till rörenheten i reaktionszonen. På samma sätt är det tvärgående värmeväxlarsystemet försett med en cirkula- tionspump 130 och en ugn 132 för cirkulering och återuppvärmning av värmeöverföringsfluiden för utmatning till de U-formiga rören i reak- tionszonen 114. 459 499 12 Reaktorn med flera härdar samt förfarandet enligt uppfinningen lämpar sig i högsta grad för behandling av kolhaltiga material eller blandningar av sådana material av det allmänna slag, som beskrivits ovan och vilka allmänt kännetecknas därav, att de har ett förhållandevis högt fuktinnehåll i sitt råmaterialtillstånd. Beteckningen "kolhaltigt", så- som detta användes í föreliggande beskrivning, avser material, som är rika på kol och som kan innehålla naturligt förekommande avlagringar samt även avfallsmaterial, som alstras vid jordbruks- och skogsavverk~ ningsförfaranden. Dessa material omfattar vanligen subbituminösa kol- arter, kolarter av lignittyp, torv, cellulosaavfallsprodukter såsom såg- spån, bark, träavfall, grenar och flis från trädavverknings- och såg- verksoperationer, jordbruksavfall i form av bomullsplantsstjälkar, nöt- skal, majskornsskal, risskal eller liknande samt hushållsavfall i fast form, från vilket metallföroreningar avlägsnats och som innehåller mind- re än ca 50 viktprocent fukt och vanligen omkring 25 procent fukt. Den av flera härdar bestående reaktorn samt förfarandet enligt föreliggande uppfinning lämpar sig även för behandling och upparbetning av cellulo- samaterial under de förhållanden och förfaringsparametrar som beskrivits i de amerikanska patentskrifterna 4 052 168, 4 126 519, 4 129 420, 4 127 391 och 4 477 257. _ I det följande skall beskrivas ett exempel på hur den med flerå härdar utformade reaktorn enligt utförandet i fig. l fungerar för upp- arbetning och förbättring av ett subbituminöst kol, innehållande ca 30 viktprocent fukt i råmaterialtillstånd. Det kolhaltiga råmaterialet in- föres från skakmataren 110, som visas i fig. 4, genom trycklåset 111 vid en temperatur av ca 15°C och vid atmosfärstryck in i reaktorn, som hålles vid ett tryck av ca 830 psi. Det inmatade kolet uppvärmes i reaktorns förvärmningszon 112 från ca l5°C under sin nedåtgående bana genom reaktorn och har vid införandet i reaktionszonen 114 en temperatur av ca 26006. Det från förvärmningszonen extraherade spillvattnet av- lägsnas vid en temperatur av ca 16108 och ett tryck av 0,58 . 105Pa medan gasprodukten också uttas från förvärmningszonens övre parti vid en temperatur av ca 16l°C och ett tryck av 0,58 Q l06Pa. Reaktionsgasen från reaktionszonen införs i förvärmningszonens nedre del vid en tempe- ratur av ca 260°C och ett tryck av 0,58 . 105Pa. Den erhållna fasta B 459 499 reaktionsprodukten extraheras från reaktionszonens nederdel vid en tem- peratur av ca 38100 och ett tryck på 0,58 . 105Pa, varefter det ned- kyles till en temperatur på ca 95°C och utmatas vid atmosfärstryck.

Vanlig mängd flödestakt för materialet och olika produktströmmar i tenner k/h utgörs av ca 23 367 k/h med inmatat material, som innehål- ler ca 7 244 k/h vatten. Spillvattnet som återvinnes uppgår till 9 280 k/h, medan gasprodukten består av 2 519 k/h plus 148 k/h ånga. Den fasta reaktionsprodukten utmatas från reaktorn i en takt av ll 640 k/h och nettoproduktgasen efter extrahering av kondenserbara delar av denna omfattar 2 519 k/n pius 148 k/h vatten. ' Värmeåterstoden från ovanstående process omfattar den fuktiga rå- kolmaterialet som innehåller 187 765 kcal/h som laddas till reaktorn, varvid den fasta reaktionsprodukten, som kylts till 9505 lnnehållef 322 194 kcal/h. Den återvunna gasprodukten har ett uppskattningsbart värmevärde på 270 112 kcal/h, medan det varma spillvattnet, som uttas, innehåller 1.500.791 kcal/h.

Ovan angivna förfarandesekvens och -villkor gäller allmänt för behandling av subbituminösa kolarter och naturligtvis kan de speciella temperaturerna i reaktorns olika zoner, använt tryck samt uppehållstiden för det inmatade materialet i de olika zonerna varieras, för att man skall erhålla den erforderliga, medelst värme åstadkomna förädlingen och/eller kemiska omstruktureríngen av det inmatade cellullosamateria- let, beroende på dettas initiala fuktinnehåll, allmänna kemiska uppbygg- nad, kolinnehållet hos materialet samt olika önskade egenskaper hos den återvunna reaktionsprodukten. Reaktorns förvärmningszon kan sålunda styras så, att det inkommande materialet, som har rumstemperatur, förvärmes till en högre temperatur, som i allmänhet varierar mel- lan ca 95 och upp till ca 26000, varefter materialet, när det inmatas i reaktionszonen, uppvärmes ytterligare till en temperatur upp till ca 65000 eller högre. Trycket i reaktorn kan också varieras inom ett om- råde av mellan ca 0,21 . 105Pa och ca 2,1 . 105Pa, varvid tryck mel- lan ca 0,42 . 105Pa och ca 1.05 . l05Pa är de vanligaste.

Enligt ett alternativt utförande av apparaten enligt föreliggande uppfinning, som bäst framgår av fig. 5, bildas uppvärmningszonen av en lutande kammare 134, som är belägen med den övre utloppsänden an- sluten via en fläns 136 till ett kragat inlopp 137 hos en reaktor 140 \ v 459 499 14 med flera härdar, som bildar reaktionszonen. Kammaren 134_är nedtill försedd med ett inlopp 142, genom vilket det fuktiga, kolhaltiga mate- rialet införes och transporteras under tryck genom en skruvmatare eller skissmatare 144 i kammarens nedre ände. Det kolhaltiga materialet tran- sporteras under tryck uppåt genom kammaren 134 med hjälp av en skruvma- tare 146, som sträcker sig längs kammaren. Skruvmatarens övre ände är lagrad vid kammarens övre ände medelst en med hjälp av bultar fäst änd- kåpa 148 och är vid sin nedre ände fäst medelst en tätnings- och lag- ringsenhet 150, som är anbragt på en vid kammarens nedre ände medelst bultar fäst fläns. Den utskjutande änden av skruvmatarens 146 axel är medelst en koppling 152 förbunden med en elmotor 154 med variabel has- tighet.

Kanmarens 134 övre ände är försedd med ett kragat utlopp 156, som är anordnat att förses med en sprängplatta eller annan lämplig tryckut- jämningsventil för utjämning av tryck från reaktorsystemet till en i förväg bestämd högsta trycknivå. Den nedre delen av den lutande kamma- ren är försedd med ett andra kragat utlopp 158, som med hjälp av en lämplig perforerad sil, exempelvis en Johnson-sil, är anslutet till väg- gen hos kanmaren 134 och genom vilket de icke kondenserbara gaserna ut- matas från systemet. Det kragade utloppet 158 är på det sätt, som visas i fig. 4 förbundet med en ventil 120 till ett behandlings- och återvin- ningssystem för produktgaser.

Förvärmningen och den partiella avvattningen av det kolhaltiga material, som matas uppåt genom den lutande kammaren 134 åstadkomes av det motflöde av reaktionsgaser, som utmatas utåt från reaktorn 140 med flera härdar genom det flänsade inloppet 138. Liksom vid det utförande, som beskrivits i anslutning till fig. 1, åstadkommes förvärmning av det inmatade materialet delvis genom kondensering av kondenserbara delar av reaktionsgasen, såsom ånga på ytorna hos det kalla inkommande mate- rialet liksom genom direkt värmeväxling. Förvärmning av det inmatade materialet sker i allmänhet till en temperatur av mellan ca 95°C och ca 26006. De kondenserade vätskorna och det kemiskt bundna vattnet som frigjorts under förvärmningen och komprimeringen av det kolhaltiga materialet i kanmaren 134 rinner av nedåt och avtappas från kammarens nedre parti genom en gäng 160 på samma sätt som tidigare beskrivits med hänvisning till fig. 4, i vilken en lämplig ventil 124 insatts för be- handling och återvinning av spillvatten. Den vägg hos kammaren 134, som befinner sig intill gången 160 är försedd med en lämplig perforerad sil exempelvis en Johnson-sil, för att minimera utsläpp av den fasta delen av materialet.

Den i fig. 5 visade, med flera härdar utformade_reaktorn 140 är uppbyggd på liknande sätt som den i fig. 1 med undantag för att reak- torns inre bildar en reaktionszon och inte använder de vinkelställda, lutände härdarna 64, som visas i fig. 1 vid den övre förvärmningsdelen.

Reaktorn 140 har liknande konstruktion och omfattar en kupig överdel 162, som är gastätande förbunden med en cirkulär cylindrisk mittdel 164 medelst ringformiga flänsar 166. Ett ringformigt nav 168 är utformat centralt på insidan av den kupiga delen 162 för upptagande av ett lager 170, i vilket är lagrat övre änden av en vridaxel 172, som uppbär flera omröringsarmar 174 på samma sätt som tidigare beskrivits med hänvisning till fig. 1. Varje omröringsarm är försedd med flera vinkelställda kug- gar 176, som är anordnade att mata materialet radiellt inåt och utåt tvärs över flera vertikalt åtskilda härdar 178.

Enligt ovan beskrivna utförande utmatas det förvärmda och delvis avvattnade materialet från av den vinkelställda, lutande kamarens 134 övre ände och in i reaktorn via det kragade inloppet 138, som är försett med en tratt 180 för fördelning av materialet över den översta härden 178. Vid vridning av omröringsarmarna transporteras materialet nedåt omväxlande inåt och utåt i en kaskadliknande bana på det sätt som tidi- gare beskrivits och visas med pilar i fig. 5. Eftersom reaktorns 140 - nederdel är i huvudsak identisk med den som visas i fig. 1, har denna del ej speciellt visats. Drivnings~ och uppbärningsanordningarna enligt fig. 1 kan med gott resultat användas för uppbärande även av reaktorn 140.

Liksom vid reaktorn enligt fig. 1 är reaktorn 140 enligt fig. 5 försedd med ett cylindriskt foder 182, som bildar reaktionszonens inner- vägg och som på sin utsida är försedd med ett isoleringsskikt 184 mellan denna och väggen 164. På samma sätt kan utsidan av väggen och den kupade överdelen förses med ett isolerande skikt 186 för att minska värmeför- luster. 459 4-99 16 vid det i fig. 5 visade utförandet uppvärmes det inmatade mate- rialet på ovansidan av var och en av härdarna 178 av en elektrisk värme- anordning, som visas schematiskt vid 188 och som är i huvudsak fullstän- digt innesluten i en ringformig, på härdens undersida fäst, ledande sköld 190. Skölden 190 förhindrar avsättning av tjära och andra värme- förbränningsprodukter på värmeelementen, som annars skulle ha kunnat minska värmeöverföringen. Användningen av sådana sköldar 190 kan även användas vid det i fig. 1 visade utförandet för att innesluta rören 94 och 96 och för att på motsvarande sätt hindra avsättning av kol och andra främmande partiklar; Enligt det i fig. 5 visade utförandet rengöres åtnñnstone under- sidorna av de ringformiga sköldarna 190 med hjälp av lämpliga skrapele- ment, företrädesvis stålborstar, som antydes vid 192 och som är fästa vid och sträcker sig radiellt längs omröringsarmarnas 174 övre kant. På motsvarande sätt åstadkommas vid vridning av axeln 172 och de på denna fästa omröringsarmarna en kontinuerlig rengöring av sköldarnas undersida och på så sätt upprätthålles effektiv värmeöverföring från de i sköldar- na inneslutna värmeelementen.

Efter lång tids användning kan icke önskad ansanfling och av tjära och andra ämnen uppträda på insidorna av de i fig. 1 och 5 visade reak- torerna. När så skett kan reaktorns inre rengöras genom att vidareiin- matning av material avstannas och efter det att den sista produkten pas- serar genom utloppet luft införes till reaktorns inre, vilket medför oxidering och avlägsnande av ansamlade kolhaltiga avlagringar.

Enligt det i fig.5 visade utförandet är reaktorn också lämpligen försedd med ett kragat utlopp 194 i reaktorns övre kupiga del, vilket är anordnat att anslutas till en lämplig sprängplatta eller tryckavlast- ningssystem på det sätt, som beskrivits med avseende på utloppet 156 i kwmmuiB4.

Reaktorn enligt fig. 1 arbetar på i huvudsak samma sätt som det som tidigare beskrivits med hänvisning till fig. 1 för att åstadkomma en upparbetad förbättrad kemisk omstrukturerad och delvis pyroliserad pro- dukt.

Uppfinningen kan naturligtvis modifieras och varieras på många olika sätt inom ramen för efterföljande krav.

Claims (10)

459 499 17 P A T E N T K R A V

1. En med flera härdar utformad reaktor för värmebehandling av organiska, kolhaltiga material under tryck, k ä n n e t e c k n a d av ett tryckkärl (10), som avgränsar en kammare, innehållande flera över varandra anordnade, ringformiga härdar och omfattande en rad övre här- dar_(6Ä), som är vinkelställda så, att de lutar nedåt i riktning mot kammarens periferi, och en rad under de övre härdarna anordnade nedre härdar (82), inloppsorgan (29) i kärlets övre del för införande av ett fuktigt, kolhaltigt material under tryck till den översta härden, omröringsorgan (48), som är anbragta ovanför varje enskild härd för för- flyttning av det inmatade materialet radiellt längs varje härd omväxlan- de inåt och utåt för att åstadkomma en nedåtriktad kaskadliknande rörelse av det inmatade materialet från den ena härden till den strax därunder liggande, utloppsorgan (28) i kärlets övre parti för uttagande av reaktionsgaser under tryck från nämnda kammare, avskärmningsorgan (12), som är anordnade över de övre härdarna och omröringsorganen för att rikta det uppåtgående motströmsflödet av reaktionsgaser intill det inmatade materialet och i värmeöverföringsförhållande med dessa, dräne- ringsorgan (79, 76, 80), som är anordnade i förbindelse med de övre härdarna för avtappning av vätska på dessa under tryck från nämnda kam- mare, uppvärmningsorgan (94, 96) i kammaren intill de nedre härdarna för uppvärmning av det inmatade materialet på dessa till en hög temperatur -under en tid, som är tillräcklig för förångning av åtminstone en del av de flyktiga ämnena i detta, så att reaktionsgaser och en reaktions- produkt bildas samt utmatningsorgan (86, 88) i kärlets nedre del för uttag av reaktionsprodukten under tryck från kammaren.

2. Reaktor enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att rensorgan (50) är förbundna med omröringsorganen för rengöring av dräneringsorganen. 459 499 I 18

3. Reaktor för värmebehandling av organiskt kolhaltigt material under tryck enligt kravet I eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v en förvärmningskammare (134) med ett inlopp (142) vid ena änden för mottagande av materialet under tryck och ett utlopp (l36) vid den andra änden för utmatning av det förvärmda materialet, samt är utformad med trašsportorgan (146) för förflyttning av det inmatade materialet genom kammaren från inloppet till utloppet, dräneringsorgan (160) i kammaren för avlägsnande av vätska i denna under tryck från kammaren, samt utloppsorgan (156) i kammarens övre del för uttag av reaktionsgaser under tryck från kammaren vid ett läge skilt från utloppet.

4. Reaktor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e cik- n a d d ä r a v, att transportorganen i kammaren utgöres av en skruvmatare.

5. Reaktor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a d d ä r av, att uppvärmningsorganen är belägna längs omkretsen av kärlets insida.

6. Reaktor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- d ä r av, att uppvärmningsorganen är belägna i tvärriktningen på avstånd från varandra i det inre av kärlet och intill undersidan av varje härd. n a d

7. Reaktor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- d ä r a v, att uppvärmningsorganen är belägna i en skyddande, - ledande sköld (190) och vidare omfattar skraporgan (192) på omrörings- elementen för lösgörande av avlagringar på åtminstone en del av ytter- sidorna av nämnda sköld. n a d

8. Reaktor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- d ä r a v, att organ (54, 60, 62) är anordnade för att inställ- bart uppbära omröringselementen i reaktorn för vertikal rörelse av dessa i förhållande till härdarnas ovansidor.

9. n a d Förfarande för värmebehandling av fuktigt, organiskt kolhal- tiga material under tryck medelst reaktorn enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att 19 459 499 (al att fuktigt, kolhaltigt material som skall behandlas införes under tryck in i en med flera härdar utformad reaktor, som omfattar ett tryckkärl med flera ovanpå varandra anordnade, ringformiga härdar, däri inbegripet en rad övre härdar, som är vinkelställda så, att de lutar lutande nedåt i riktning mot kärlets omkrets samt en rad nedre, på avstånd från varandra och under de övre härdarna anordnade nedre härdar, ~ (b) att det inmatade materialet placeras på den översta härden och matas radiellt längs varje enskild härd omväxlande inåt och utåt, så att man erhåller en nedåtriktad kaskadliknande bana av det inmatade ma- terialet från en härd till den närmast undre belägna, (c) att det inmatade materialet bringas i kontakt med ett i mot- ström sig förflyttande flöde reaktionsgaser för att åstadkomma förvärm- ning av det inmatade materialet på de övre härdarna till en temperatur mellan ca 95 och upp till 26006, (d) att vätska dräneras från de övre härdarna, vilken vätska er- hålles från den fukt, som frigörs ur det inmatade materialet, och kon- denserbara vätskor i reaktionsgaserna under tryck från kärlets inre, (e) att det förvärmda, inmatade materialet uppvärmes på de nedre härdarna till en hög temperatur under en tid som är tillräcklig för fbr- ångning av åtminstone en del av de däri ingående, flyktiga ämnena, så att en reaktionsgas bildas samt en fast reaktionsprodukt, och (f) att kvarvarande reaktionsgaser uttas från kärlets övre del och den fasta reaktionsprodukten utmatas under tryck från det nedre par- _tiet av kärlet.

10. Förfarande enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att fuktigt kolhaltigt material, som skall behandlas, införes under tryck i en förvärmningskammare och förvärmes till en temperatur mellan ca 95 och 26006 genom att materialet får komma i värmeöverfö- ringskontakt med i notströms sig förflyttande reaktionsgaser.