SE516055C2 - Anordning för förgasning av avlut - Google Patents

Description

-lø-a 10 15 20 25 30 35 UI Öfi c: Uïl Ul N) Ett problem med denna kända konstruktionstyp för reaktorer är att vid en okontrollerad expansion, exempelvis orsakad av värmeexpansion eller diffundering av ämnen, av den keramiska infordringen överföres dessa krafter till tryckkärlets väggar.

Den keramiska infodringen har en förrnåga att absorbera oorganiskt material i form av mycket små smälta partiklar. Dessa partiklar har visat sig kunna leta sig långt ut genom reaktorinfodringen för att sedan kristalliseras i ett yttre skikt därav, varvid infodringen expanderas. Okontrollerad expansion ger spärmingar i och förkortad livslängd för såväl tryckkärlet som den keramiska infodringen.

Ett annat problem är att utbyte av den keramiska infodringen vid íörslitning försvåras då det keramiska materialt skall borttagas utan att skada tryckkärlet.

Ytterligare nackdelar/problem med den kända konstruktionstypen är värmeförluster från reaktom via den keramiska infodringen och kärlets väggar, vilka förluster ej tillvaratages i processen.

Från CH 585 371 är det känt en förbränningsanordning för fullständig förbränning av avfallsvätskor, innefattande en reaktordel och en quench. Reaktordelen omges därvid av ett yttre kärl, varvid det föreligger en spalt mellan reaktordelen och det yttre kärlet, i vilken spalt en kylvätska cirkuleras i ett slutet kretslopp. Kylvätskan utgöres av en vätska som är helt separerad från det övriga systemet, dvs utan direktkontakt med vare sig gasfas eller vätskefas i reaktor och quench. Även från WO97/3 7944 är det känt en förbränningsanordning för fullständig förbränning av avfallsvätskor, innefattande en reaktordel och en quench, där det föreligger en spalt mellan reaktordelen och ett yttre kärl. I spalten cirkuleras en kylvätska, som är helt separerad från det övriga systemet, vilken kylvätska delvis förångas. Det anges vidare att reaktorn i denna utföringsform ej är infodrad.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning har till syfte att minska eller eliminera ovan nämnda problem, varvid det presenteras en anordning för understökiometrisk förgasning av avlut från kemisk massaframställning där reaktordelen utgör en utbytbar prefabricerad enhet och där en gynnsam temperaturprofil i reaktorväggen erhålles.

Samtidigt minskas värmeförlustema och den värmegenomgång som sker i reaktordelen tillvaratages och höjer vattnets ångpartialtryck. Detta medför att ångenereringen förbättras, omkring 5-lO%, i efterföljande kondenseringssteg för gaskylningen, vilket förbättrar processekonomin. 9935SE3 .doc »tur »||»| l0 l5 20 25 30 35 516 .oss ,;::=g::¿: Anordningen enligt uppfinningen definieras i patentkrav 1.

Enligt uppfinningen omges den invändigt beklädda reaktordelen av ett yttre kärl, varvid det föreligger en spalt mellan sagda reaktormantel och sagda yttre kärl. Till spalten är det anslutet ett eller flera inlopp för ett kylmedium, lämpligen en kylvätska som företrädesvis utgör ett kondensat som i processen är i direktkontakt med åtminstone den vid processen bildade gasfasen av brärmbart material.

Då direktkontakt och direkt förbindelse föreligger mellan gasfas och kondensat som utnyttjas som kylmedium, innebär detta att i huvudsak samma tryck råder inuti reaktom som i spalten mellan reaktom och det yttre kärlet.

Härigenom behöver inte reaktordelen utformas som ett tryckkärl, utan det räcker att det yttre kärlet är utformat som ett tryckkärl. Reaktordelen blir därmed relativt sett enklare och kan enkelt bytas ut vid driftsstopp genom att det yttre kärlet är öppningsbart, så att reaktordelen kan lyftas ut ur detsamma och ersättas med en prefabricerad enhet.

I spalten råder lämpligen mättningstemperatur vid rådande tryck, varvid kylvätskan delvis förångas. Det i kylvätskan upptagna värmet kan utnyttjas för produktion av ånga, företrädesvis låg- eller mellantrycksånga.

Den keramiskt infodrade övre reaktordelen är ansluten mot en efterföljande nedre vätskefilmskyld separeringsdel, i vilken separeringsdel smälta och bränngas separeras. I separeringsdelen sker dock även en betydande del av reaktionema, vilket ger ett förlängt reaktionsutrymme. Fortsättningsvis benämnes dock denna nedre del enbart för separeringssteg.

Genom att den keramiska infodringen kyles av kylvätskan erhålles en gynnsam temperaturgradient mellan reaktorrnantelns inre yta och dess yttre yta, varvid i keramen migrerat oorganiskt material kommer att kristallisera/frysa innan det når den yttre ytan av infodringen. En temperatur motsvarande alkalits fryspunkt skall ligga inne i reaktorfodringen på törutbestämt djup.

Genom den utvändiga kontinuerliga kylvätske-begjutningen så kan positioneringen av denna fryspunkt kontrolleras på ett optimalt och kontrollerat sätt över hela reaktorkärlet.

Enligt en aspekt av uppfinningen arbetar reaktom vid ett tryck av 1,5 - 150 bar (abs), företrädesvis 1,5 - 50 bar, men även atmosfirstryck är tänkbart. Temperaturen i reaktom 9935SE3 .doc n|s>n |-».» 10 15 20 25 30 35 516 055 4;;;=§¶L§ä___š=:s=¿_= 5:.. s = kan vara 500 - 1600°C, företrädesvis 700 - 1300 °C och temperaturgradienten över reaktormanteln kommer således att spänna från reaktortemperaturen på insidan, till mättnadstemperaturen vid rådande tryck.

F IGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följ ande att beskrivas utifrån en föredragen utföringsfonn, med referens till Fig. 1 som visar en anordning enligt sagda utföringsform.

I fig. 1 visas ett tryckkärl 1, tillverkat i tryckkärlsstål och anpassat för ett tryck av 35 bar vid en temperatur om maximalt ca 280°C. Utanpå tryckkärlet 1 ligger en isolering 6.

Inuti tryckkärlet 1 är det anordnat en övre reaktordel 2 som utgöres av en kassett 4 i plåt, med keramisk infodring 3.

Tryckkärlet 1 är delningsbart vid det flänspar som indikeras med 23, vilket innebär att kärlet vid driftsstopp kan öppnas relativt enkelt för översyn och för utbyte av den prefabricerade reaktordelen 2 vid behov, t.ex. då infodringen 3 blivit sliten. Lämpligen är det därvid anordnat lyftöglor (ej visade) på reaktordelens övre gavel.

En brännare 5 för svartlut är anordnad upptill i reaktordelen 1 i anslutning till ej visade inlopp för svartlut och syrgas och/eller annan syreinnehållande gas såsom luft.

Reaktordelen uppvisar nedtill en öppning 7, vilken företrädesvis har en öppen area av minst 40% av reaktordelens största invändiga area i horisontalplan.

Den keramiska infodringen uppbäres i nederkant av antingen separata konsoler (ej visade) eller åtminstone till viss del av separeringsdelens 8 övre kant 9. Konsolerna kan företrädesvis vara infästade i tryckkärlets 1 väggar. Bärstrukturen för reaktorns övre del kan således vara fristående från reaktoms separeringsdel, altemativt integrerad i separeringsdelen.

Utanför separeringsdelen 8 är det anordnat ett kondensatbad 10. I den visade utföringsformen inrymmes kondensatbadet 10 i samma kärl 1 som såväl reaktordelen 2, separeringsdelen 8 och ett grönlutsbad 11. Grönlutsbadet 11 ligger här under kondensatbadet 10, varvid de åtskiljs av en mellanvägg 12.

Mellan reaktordelens 2 mantel och tryckkärlet 1 föreligger det en spalt 13, I denna spalt 13 råder det i huvudsak samma tryck som i reaktom, 35 bar, och en temperatur av omkring 240°C, vilket motsvarar mättnadstemperaturen vid 35 bar. Till spalten är det 9935SE3doc 11.1» ut.. 10 15 20 25 30 35 516 oss ¿;gç¿tv;H=a»==>fl anslutet inlopp 14 för ett kylmedium, i den visade utföringsformen en kylvätska som utgörs av kondensat från kondensatbadet 10. Denna kylvätska tillföres spalten 13 via en tilltörselledning 15, med en ej visad pump tillhörande ett efterföljande driftsteg för gaskylning, företrädesvis genom motströmskondensor, som slutar i en ringledning 16 med ett antal utlopp, lämpligen 4-12 stycken och företrädesvis 6-10 stycken, som utgör inloppen 14 till spalten. Inloppen 14 är vidare lämpligen anordnade i höjd med, eller strax ovanför, reaktordelens 2 övre ände, så att insprutad kylvätska bringas att begjuta reaktordelen, varvid det bildas en kylande, avdunstande vätskefilm på kassettplåten 4 men även på tryckkärlets insida.

Inloppen kan även vara försedda med vissa spridaranordningar eller munstycken vilka fördelar kylvätskan i radiell led mot såväl reaktoms centrum som ut mot tryckkärlets insida. Kylvätskefilmen rinner också över separeringsdelens 8 övre del, dvs den del som till viss del stöttar infodringen 3, och kyler densamma, för att sedan falla åter ned i kondensatbadet 10. Kondensatbadet 10 har en vätskeyta som företrädesvis ligger under reaktordelens 2 nedre del. Kondensat från kondensatbadet 10 utnyttjas också för att ytterligare kyla separeringsdelen 8, varvid kondensat tillföres separeringsdelen 8, närmare bestämt till mellanrummet mellan två koncentriska, cylindriska plåtar 17, 18 med uppåt avsmalnande tvärsnitt, via en andra tillförselledning 19 som är ansluten till tilltörselledningen 15. Kondensatet fyller härvid utrymmet mellan de två plåtarna 17, 18 och bringas att, via ett bräddavlopp 9, bilda en vätskefilm på insidan av den inre plåten 18 för att sedan åter rinna ut i kondensatbadet 10.

Sj älva förgasningsprocessen är känd i sig och kommer ej att beskrivas i detalj, men principen är att svartlut förgasas hududsakligen i reaktordelen 2 och till viss del i separeringsdelen 8, vid ett tryck av 35 bar och en temperatur av omkring 950°C, varvid bildas en fas av fast och/eller smält material och en gasfas av brännbart material. Den fasta/smälta fasen faller av tyngdkraft rakt ned grönlutsbadet 11 och löses upp där, medan gasfasen tvingas ut i en spalt 20 mellan plåtens 18, eller 17, förlängning nedåt och en innanför denna liggande cylindrisk plåt 24 som i nederkant är tätande sammanfogad med mellanväggen 12. Innanför den cylindriska plåten 24 och under mellanväggen 12 ligger grönlutsbadet 11. I möjligaste mån undvikes kontakt mellan gasfas och grönlutsbad. Gasfasen fortsätter genom spalten 20 och tvingas sedan att bubbla genom kondensatbadet 10, varvid eventuellt medryckta partiklar i gasen löses i kondensatet och gasen således tvättas och fuktmättas. Den heta, fuktmättade gasen når sedan spalten 13 för att sedan dras av genom ett utlopp 21 i tryckkärlet 1. I den visade utföringsforrnen är det anordnat ett gemensamt utlopp 21 för gas och recirkulerande 9935SE3.doc »>>.» i>ff| 10 15 20 25 30 kondensat. I en alternativ utföringsfonn kan separata utlopp anordnas, varvid eventuellt gasutloppet kan anordnas i eller vid tryckkärlets l övre del. Gasen går via en ledning 22 vidare för energiutvinning i form av ånga och/eller elektrisk kraft (gas- och ångturbin) och kondensat går via kondenseringssteg genom tillförselledningarna 15, 19 åter till anordningen för kylning.

Uppfinningen är ej begränsad till ovan beskrivna utföringsforrn, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Anordningen kan t.ex. även utnyttjas i samband med understökiometrisk fórgasning av andra avlutar än konventionell svartlut, t.ex. sulfitavlutar, blekeriavlutar eller svartlut med kaliumbas. Vidare kan grönlutsbadet ersättas med ett vitlutsbad, då processen utformas för att undvika kausticering och istället direktproducera en vitlut med hög sulfiditet, t.ex. enligt WO91/08337 eller EP617 747.

Kondensatbadet 10 behöver inte nödvändigtvis inrymmas i kärlet 1, utan kan anordnas i ett separat kärl, t.ex. enligt WO95/3 5410 där gasfasen fóres från reaktoms utlopp till en motströms fallfilmskondensor med ett kondensatbad i nederdelen, genom vilket kondensatbad gasen tvingas att bubbla. Anordningen enligt uppfinningen kan också utformas så att gasen ej får bubbla genom kondensatbadet.

Uppfinningen kan också utnyttjas i samband med ett system av två eller flera reaktorer, varvid eventuellt kondensatfóring/kylvätskeföring kan samordnas på optimalt sätt.

Vidare inses det att utformning av separeringsdel och grönlutsbad kan utformas på andra sätt utan att man avviker från uppfinningstanken.

Enligt sin vidaste aspekt behöver inte heller kylmediet utgöras av ett kondensat i systemet eller ens av en kylvätska, sålänge som patentkrav 1 uppfylles, varvid problemen enligt ovan definierad problemställning minskas eller elimineras.

Altemativt kylmedium kan tex. utgöras av begagnad koklut, ofta benämnd tunnlut eller svartlut. 9935SE3.doc

Claims (6)

1. 0 15 20 25 30 35 516 oss 7 . - . . . , u n o o o o u n | Q ø o n o ø o nu

2. PATENTKRAV

3. . Anordning för understökiometrisk förgasning av avlut från kemisk massafrarnställning, innefattande en övre reaktordel (2), vilken övre reaktordel är försedd med en brännare (5) för avluten samt med en invändigt beklädd (3) reaktormantel (4), och en nedre separeringsdel (8) för separering av en vid förgasningen bildad fas av fast och/eller smält material från en fas av brännbart gasformigt material, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone sagda övre reaktordel (2), med dess beklädda reaktorrnantel, omges av ett yttre kärl (1), varvid det föreligger en spalt (13) mellan sagda reaktormantel (4) och sagda yttre kärl (1), samt att det till sagda spalt (13) är anslutet ett eller flera inlopp (14) samt åtminstone ett utlopp (21) för ett kylmedium, och att sagda inlopp ( 14) för kylmedium utgöres av inlopp för en kylvätska, varvid det är anordnat en tillförselledning (15) till sagda inlopp (14), vilken tillförselledning är ansluten till ett kondensatbad (10) i eller i anslutning till anordningen, för tillförsel av kylvätska i form av kondensat till inloppet (14), och att sagda fas av brännbart gasformigt material är anordnad att ledas från sagda övre reaktordel (2), via sagda nedre separeringsdel (8), genom sagda kondensatbad (10), eller genom en sprayridå av kondensat som samlas upp i sagda kondensatbad (10), medan sagda fas av fast och/eller smält material är anordnad att ledas till ett vätskebad (1 1) som är skilt från sagda kondensatbad (10).

4. . Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda inlopp är anordnade i nära anslutning till spaltens högsta punkt, i höjd med, eller strax ovanför reaktordelens 2 övre ände.

5. . Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda inlopp är anordnade jämt fördelade runt reaktordelens omkrets, lämpligen 4-12 stycken och företrädesvis

6. -10 stycken. . Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att det från sagda kondensatbad (10) eller från sagda tillförselledning (15) även är anordnat en andra tillförselledning (19), vilken är anpassad att tillföra samma kondensat till den nedre separeringsdelen (8), för kylning samt skydd av densamma. . Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda spalt (13) sträcker sig axiellt förbi hela reaktordelen (2), såväl upptill som nedtill, varvid ett utlopp (21) för sagda fas av brännbart gasformigt material företrädesvis är 9935SE5.doc 10 15 20 25 10 ll. f o ~ v v o u n ; ~ u n anordnat i sagda yttre kärl (1), på en nivå som företrädesvis ligger under reaktordelen (2). Anordning enligt krav 5, k å n n e t e c k n a d a v att sagda yttre kärl (1) även sträcker sig förbi hela separeringsdelen (8) samt vätskebadet (1 1). Anordning enligt krav 1 eller 6, k å n n e t e c k n a d a v att sagda kondensatbad ( 10) åtminstone delvis är anordnat i ett utrymme mellan sagda separeringsdel (8) och sagda yttre kärl (1), varvid ett utlopp (21) för kondensatet företrädesvis är anordnat i sagda yttre kärl (1), på en nivå som företrädesvis ligger under reaktordelen (2). Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda yttre kärl (1) är ett tryckkärl. Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda yttre kärl (1) år anordnat att kunna öppnas for inspektion och eventuellt utbyte av den beklädda reaktordelen (2). . Anordning enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att), den beklädda reaktordelen (2) utgör en prefabricerad enhet i ett enda stycke. Anordning enligt något av ovanstående krav, k å n n e t e c k n a d a v att sagda inlopp (14) är anordnade att kontinuerligt begjuta reaktordelens (2) utsida, men företrädesvis även tryckkärlets insida, samt separeringsdelens utvändiga, övre samt ovanför kondensatbadet liggande parti, med sagda kylmedium. 9935SE5.doc