TW422879B - A reactor and a process for heating or cooling solids having low thermal conductivity in the reactor - Google Patents

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422879 經濟部中央標準局員工t费合作社印製 A7 五、發明説明（/ ) 本發明有關-使用在一程序，尤其是一高壓程序史之 反應器，於該高壓程序令需要將熱傳遞至一含有固體，諸 如煤炭之南熱傳導系數之裝料，或使熱自該裝料傳遞出。 本發明亦方有關於其方法。 許多工業製程需要一包含固體之裝料被加熱或冷卻以 便引發及維持一化學反應或物理變化。典型地，需要將裝 料加熱至一高溫以使化學反應或物理變化發生。不幸地， 許多固體料裝料具有非常低的熱傳導係數而難以用間接熱 交換加熱此種裝料<此種裝料時常是藉由直接熱交換來加 熱’例如藉由使熱氣體通過固體裝料而加熱。 · 本說明書全文中所使用之“直接熱交換，，一詞係指一 熱傳遞流體與欲被加熱或冷卻之材料直接接觸的熱交換程 序’且“間接熱交換”係指熱交換流體與正被加熱或冷卻 之材料由一物理障壁’諸如一管之壁分離的熱交換程序。 某些程序不適應或適合直接熱傳遞。固艘與氣體之間的熱 容量使得熱之傳遞需要大體積之氣體或流體·»例如，熱傳 遞所需之大體積氣體流經一填充床除非該床非常粗或加熱 及冷卻時間非常短，否則不可能。論到涉及煤炭和其他含 有在高溫下可能揮發之物質的材料的程序，直接熱傳遞可 能造成揮發物質隨加熱氣體被驅離，故造成在在廢氣經由 排煙管或煙函發散前清潔廢氣之困難。在其他方法中，直 接熱交換可能導致由於氣體流中所攜帶之固體所造成之固 體處理困難或保養問題。在此種程序令，需要利用間接熱 交換來加熱固體裝料。 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格U丨OX%7公釐） ----.----< -裝-----^——ΐτ.-----ί 線 I t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 422879 Λ 7 —_____Β7__五、發明説明（ι) 一種習知之熱交換程序為藉由同時施加溫度和壓力， 如Koppelnian之美國專利第5, 290, 523中所述，將煤炭， 特別是低等級煤炭提升品質β在此一程序中，在提高壓力 下加熱一煤炭裝料造成水自煤炭中由一煤炭構造重新組合 k成之播壓反應以及脫幾反應而被除去°此外’某些可溶 之灰形成組分亦自煤炭被脫除。此造成煤炭因熱脫水和煤 炭之熱值提高而提升品質。藉由在升級程序中維持充分之 高壓，實質上可避免被除去之水的汽化，故減低程序之能 量要求。此外’副產品水主要是以一液趙而非蒸汽或水氣 之型態被生成。 煤厌之熱處理需要熱傳遞至煤炭，（典型地為300—600 Btu/lb)但煤炭之一填充床的熱傳導係數約為〇.丨w/mK， 使煤炭床為一良好隔熱體。 可被考慮用來加熱煤炭以提供一達成一煤炭床之合理 加熱時間的選擇包括： - 藉由增加熱傳遞媒介之溫度增加熱驅動力。此一選擇 傾向導致對於低級煤炭升級之煤炭脫揮發分減少產品之熱 值。此外’此亦導致焦油和反應系統其他部分中之其他蒸 發物質之冷凝。 - 利用流體床。此導致需要循環大量之（惰性）氣體而 再度強調了煤炭脫揮發分的問題。同時，需在熱污壓縮機 再次壓縮或操作之前氣體冷卻及清潔，二者皆涉及成本與 保養。 - 利用攪拌床諸如一旋轉窯》此種反應器在高壓下以情 本紙弦尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29^公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨裝· ，-° 線 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 422879 Λ 7 ---- Β7 五、發明説明（今） 性氣氛操作涉及大量工程上之困難和費用。間接熱交換為 較佳者’但此進一步地使工程困難複雜化且在反應器中之 煤炭佔有體積》 - 利用一磨碎進料之急驟蒸發。此需要繼之燒結而製成 一可販售之產品。其亦需要一惰性氣體供熱交換且因固體 之分散狀態而使得反應體積大。 — 煤炭之水熱脫水，其中煤炭被磨碎成一小粒子尺寸且 與水混合以成一淤漿且該淤漿接著在高壓力下被加熱至一 高溫’俾維持液體條件。此方法需要磨碎煤炭且煤炭必須 接著被燒結或諸如在一發電站直接使用在—製程中。此外 ，被加熱至高溫之水的質量大且此需要大的熱交換器以作 熱回收之用。 隨著同時施加高壓（大於10巴），上述選擇變得益 加困難。 一與間接熱傳遞結合之填充床係為藉由加熱或冷卻材 料床來處理煤炭較理想者’此因揮發損失有最大程度之減 低’較低之能量消耗’以及大多數副產品係以液體生成之 故。 一填充床亦使得一較大範圍之煤炭尺寸堪被使用，且 比一流體床操作時所宜採用者為粗'之煤炭堪被使用。若加 熱速率高’一填充床亦可一高壓反應器中佔用最小體積， 。一小反應器體積導致加壓時間與反應器成本之節省。 提高間接熱交換的典型方式為提供加熱介質與欲被加 熱之裝料間充分的表面積。此需要具有加熱介質在管内部 本紙張ϋ適用中國國家標準（CNS M4規格（210X 297公浼） ~ '— •I.--.----(-装----L——ir------X 線 〆 A7

422879 經濟部智慧財產局WC工消費合作社印製 或外部的管束。此種管東可以適合於傳遞熱至液趙及氣體 (雖然它們易於結垢及堵塞，需要維當使用在加熱 固體時有某些限制。在固艘包括具有―達19毫,㈣75英 幻顆粒八寸之煤炭時，或者甚至輸出尺寸煤炭具有達冗 毫米（2英忖）之顆粒尺寸’橋連及黏著之問題被碰到時 尤其如此。任何此種材料之熱交換系統必須被設計成容許 固體在一分批程序之一循環的起始與末尾，或在一連續程 序期間自由流動。 上述習知殼體與管配置之另一困難來自一項事實，即 大部分習知反應器需要一卸料錐位於反應器中之管束的下 ^»俾使煤反自反應器排出。使管束伸入卸料錐幾乎不可 能’因此被容納在卸料錐中之相當體積煤炭未被管束加 熱。為克服此一困難，某些程序加入了水注入或蒸氣注入 至煤炭床中。即為習知之工作流體。此種工作流體可被蒸 發（若為液體）且在床之上段被過度加熱接著流至卸料錐 底部之出口。卸料錐中之冷固體因而被工作流體加熱（藉 由對流且可能藉由工作流體之冷凝）。但是，一工作流體 之注入對於程序之能量利用有重大影響。 一習知程序利用一殼體與管型熱交換裝置其中煤炭被 饋至管側且一熱傳遞油流經殼體側。此管具有一典型地為 75毫米（3英吋）的直徑，此意味熱傳遞之最大距離大約 為38毫米（1 %英吋）*即，由管壁至管中心之距離》雖 然小尺寸管在高壓下操作具有優點，此種反應器由於難以 使固體流過而不理想。此外，在殼髏側上之熱傳遞油可能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) — — — — — — — ^ ·1111111 * — — — — — — — I (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡準扃貝工消費合作社印製 4 2 287 9 ^ A? _______:__B7 五、發明説明（f) 發生短路與溝流（導致煤炭之不完全處理）且反應器設計 複雜而難以設計。尤其，管束之端板難以設計且係非常厚 與成本高的組件。煤炭在此種反應器中之佔據體積典型地 僅為反應器總體積之30-50%。 本發明目前已設計出一種反應器，其適合使用在煤炭 之升級上，且亦適於使用在任何需要將熱傳遞至一具有低 熱傳導係數之固趙裝料或自其傳遞出之程序中。反應器使 用一傳熱旁通路之程序概念》 ' 依據本發明提供一種使用在一程序中，於該程序中一 含有固體之裝料被供應至反應器且在反應器中形成一固體 填充床且受到熱傳遞以加熱或冷卻裝料，此裝料具有一低 熱傳導係數，該反應器包括一界定一填充床之内容積的外 殼艘以及多數熱傳導材料之板位於該内容積内，且每一板 包括一或多個熱傳遞流體可流動經過之通路，且每一板使 用時在板區域中之熱傳遞流體與固體之間界定一或多個傳 熱旁通路’如此使得在使用時大體上所有的固體皆藉熱傳 遞流體與固體之間經由板的熱交換而被加熱或冷卻。 本發明之反應器由發明人在煤炭升級上做成以下之研 究。這些研究發現在反應器之熱傳遞流體侧有最小的熱傳 遞阻值，且熱傳遞之限制主要在於煤炭側，以一改良之反 應器設計來操作程序係屬可能。本發明之基礎為利用一傳 熱旁通路（即，一傳熱旁通路）於熱傳遞流體側與煤炭側 之間，此可將通過煤炭之熱傳遞路徑長度減至最小。如上 所述’依據本發明每一板界定一或多個傳熱旁通路於板區 本紙法尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇 X ψ公釐） ----=----^ -裝----^--訂-----(線 一 - (請先閱讀背面之注意事項再填窍本頁) A? 五 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 422879 _·_^_B7 發明説明（厶） ~ 域之熱傳遞流體與固體之間。 最大熱傳遞距離為在固體之不穩定熱傳遞狀態令的重 要參數，尤以在一固體填充床中為然。加熱時間與冷卻時 間係依最大熱傳遞距離而定，一如習於此技藝者所知声。 加熱或冷卻板之設計容許一具有最大熱傳遞距離之煤炭床 結構在整個煤炭床中保持一審慎最適化之值。同時，利用 一傳熱旁通路容使與熱傳遞流體接觸之供給側熱傳遞面積 維持一最小值。由最小熱傳遞流體體積所得到的優點包括 最適化之流動’填充床在反應器内改進之容積佔有率，以 及供給側之最佳熱傳遞。當在熱傳遞流體與加壓容器體積 之間有隔離之可能的設計中最低熱傳遞流體體積亦有其優 點* 在使用本發明之反應器時’流經板中之通路的熱傳遞 〉’IL體與板之間精熱傳導發生熱交換。此熱傳遞改變板之溫 度。熱傳遞接著發生於板之外表面與裝料之間。 使用在本發明中之傳熱旁通路容許供給侧和煤炭床側 二者之熱傳遞距離被最佳化，且在床中之最大熱傳遞亦被 減至最小而不增加熱傳遞流體之董或煤炭床中之供給侧熱 傳遞面積。 在整篇說明書中，“板，，一詞係被使用來涵蓋所有三 度空間形狀而在一向度之長度上實質上短於其他二向度之 長度。例如’一板可包括一平板或一環狀或圓形之板。 ‘‘填充床” 一詞不排除粒子移動通過一含有填充床之 反應器'•假設粒子仍維持接觸。 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Λ4規格（2IOX 297公茇） --r--.----Γ I裝----b——，环-----{線 - - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Μ濟部中央標準局貝工消費合作，社印製 4228"? 9 A7 ----- .B7__ 五、發明説明（刁） 亦值一提者為‘‘填充床” 一詞不排除粒子在一大抵上 靜態床中之局部移動。 以煤炭而言，典型地“填充床，，一詞意指床之體積密 度為600-800公斤/立方公尺。 較佳者，反應器包括一入口裝置以將裝料導入反應器 以及一出口裝置以將裝料自反應器排出。 最佳者’板之位置係彼此相對以使得在使用中固體於 反應器之裝載和卸載期間可流動於相鄰之板間。_ 較佳者，相鄰之板係間隔5〇_5〇〇毫米（2_2〇英吋）， 更佳者為間隔75至200毫米（3-8英吋），尤佳為間隔75 至125亳米（3-5英叫)〇 本發明之反應器特別適合使用在以高壓操作之程序中 ’例如2巴（29· 4psi)或更高且較佳為4巴或更之高之 壓力。 反應器可有利地被使用在需要外殼被當作一壓力容器 之高壓程序中。 - 板係由一或一種以上導熱材料所製成。 較理想的是該板之熱傳導係數至少比操作期間反應器 中之裝料之熱傳導係數高一位數β 在許多固體於高壓下被處理的程序申，固體必須被維 持在一比將熱傳遞流趙栗抽吸通過通路遠更為高之壓力下 0例如，在煤炭之脫水中’熱傳遞流體（通常是一種熱傳 遞油）以約150psi ( 1033kPa)被循環而煤炭被維持在一 8〇〇psi (5510kPa)之壓力下。因此，在本發明之反應器 本纸尺度適财職家辟（CNS )〜祕⑺GX切公楚) -- --„---：----^-裝----^--tr-----ί 線 - <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 ^22879^ A7 __—_ B7__ 五、發明説明（客） 中之板最好包括一個或少數的通路使熱傳遞流體能夠流經 其間。更佳者，該通路具有一相當小的直徑或寬度且該通 路之壁十分厚。以稍微不同的說法表示，通路之體積最好 為板之總體積的一小百分比β此有助於確使通路之壁充分 地強而能抵抗由被施加至板之外侧與通路内侧之壓力差異 所造成的壓力差。與熱套箱相較，使用在本發明之反應器 中的板強且能在高壓下抵抗坍塌或壓壞。 將通路排除不論，板最好為堅固者。 - 板可由任何適當之高熱傳導係數材料所製成。 板之構造材料最好對於流經通路之熱傳遞流體、在反 應器中被處理之固體材料一該固體材料與板之外側相接觸 ，以及任何在反應器中之氣體或液體實質上為化學惰性者 。亦應理解者為，此種板以及任何支持裝置和與板相結合 之導管裝置需要具有對煤炭進入，流動與排出所造成之腐 姓和磨耗的抵抗性。 導熱金屬或複合物為使用於板甲之適當材料。適當之 金屬包括銅、鋁、不鏽鋼及低碳鋼。複合材料諸如不鏽鋼 鍍層銅、鉻鍍層銅、等離子喷鍍低碳鋼，或一薄低碳被覆 層中之鋼鑄件亦可被使用。將可理解到此一材料清單並非 囊括所有且在不脫離本發明範圍之下有許多高熱傳導係數 金屬可使用於該板。 板之外表面亦最好包括實質平坦之平面，惟其他形狀 亦可使用。該板亦可為同心地位於反應器内的圓筒形板或 環形板。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X2^公| ) „ _ 裝------^--訂-----ί 線 *- (請先閱讀.背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 AT B7 五、發明説明（$ ) 板中之通路可藉由將通路機械加工於板中（例如鈷孔 )’或者鑄造其中具有通路之板’抑或藉由任何其他製作 方法來製造。構成通路之一較佳方法包括鑄造或軋輥或車 削一槽至一板之邊緣並接著熔接或用其他方式結合另一板 至該邊緣而形成完整之板。 板之最佳設計決定於反應器所需之最大熱流，反應器 t所進行之程序的平均熱流與週期長度或停留時間，其亦 取決於板之構造材料。 — 板可被並排配置’堆疊成層或兩端相連地被堆疊。板 之最佳間距大般係由反應器之固體側的處理條件決定。使 熱傳遞流體流經板之通路可為單一通路或多數通路成一單 元，流體在任一方向流動’或者回流在同一板或一相鄰板 中。 如果使用疊層之板，板可被串連或並聯至熱傳遞流體 源或者實際上數層可被連接至各別的熱傳遞流體源。使用 疊層之板容許各層作分別的溫度控制，在需要反應器;^區 域加熱時十分有利。 轉換流經板中之熱傳遞流體亦屬可能。例如，若在反 應器中實施之程序需要加熱裝料，接著冷卻裝料，一熱的 熱傳遞流體可被通過板以將裝料加熱。該熱傳遞流體接著 可被轉換以使得一冷的熱傳遞流體接著通過板以使板與裝 料冷卻。由於板中之通路有最小體積，第一熱傳遞流體可 迅速地自通路放液，使得相當快速轉換之熱傳遞流體與熱 旁通路（板）能夠因熱傳遞流體與熱傳導係數材料間之良 (CNS ) A4規格（2i〇x2g公釐） C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝 訂 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（/〇 ) 好接觸而迅速冷卻。 相鄰板間之間距為固體界定一流動通道。因此，相鄰 板間之間距應充分大以择保固體在板間不致發生不當堵塞 或橋連。此外，板間之間距必須充分地小以確保在板間之 所有固體能達成適當之熱傳遞速率。就固體材料諸如煤炭 而言，其具有一非常低之熱傳導係數，相鄰板間之一實際 上最大值為200毫米（8英付），1〇〇毫米（4英〇寸）之間 距因可使用較短之分批時間或停留時間而為更佳者。 在一較佳實施例中，反應器包括一實質上圓筒形部分 而板係排列成以截面觀看時板實質上延伸過圓筒形部分之 圓形橫截面的弦。最好板係實質上沿著反應器之圓筒形部 分長度延伸β 將此種反應器定向成使圓筒形部分之縱轴實質上為垂 直亦為通常之實務。 此種反應器通常亦設有一卸料錐，其佔有反應器 %之體積。 - 同時，反應器最好進一步包括一或多於一板位於反應 器之卸料錐部分内，該板包括一或—個以上的通路以使一 熱傳遞/’IL體流經其間。卸料錐中之板最好具有能避免在固 體流中阻塞。該板可被賦予形狀或戴短以幫助固體流動而 同時仍在錐中提供適當的固體材料加熱或冷卻。許多幾何 形狀皆為可能，包括輻射狀板、流水線板，指形、側壁板 以及彎板。 板可被連接至反應器之-端。在使用中，熱傳遞流體 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（2丨OX2g公趁） (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 衄濟部中夹榡準局員工消費合作社印製 422879 A7 __B7. 五、發明説明（ip 藉由一或多個延伸經過反應器外殼之熱傳遞流體管路自一 熱傳遞流體源被供應至板中之通路。較佳者，板係懸於反 應器之上部。此一安排由於可將固體流動之可能障礙減至 最小而被屬意。亦可能將板連接至反應器之下部，此適於 當一熱傳遞流體猶環泵被關閉時需使一熱傳遞流體從板排 出之情形。如果熔融鹽被使用作熱傳遞流體使用此—安排 係教佳者，因其可確保此種鹽從通路被排出以避免溶融鹽 在通路中之可能凍結》 在一實施例中’板最好相當鬆地被連接至反應器。例 如，板可用鍵懸吊或其可被鉸接至反應器壁。此一配置在 一固體堵塞發生在板間時使板能移動或被移動或被振動。 板可能包括附加之槽俾使工作流體或試劑被加到床中 或自床被移除。 反應器之外殼可襯以一絕熱材料，諸如一耐火材料襯 套’且可能為一耐磨襯墊。使用一絕熱襯墊可使殼體設計 之厚度減少並提供冷操作凸緣和改進安全與熱平衡方面之 優點· 反應器可進一步包括入口裝置以將氣體或液體供應至 反應器。氣體或液體可包括加壓流體或工作流體。反應器 亦可包括氣體或液體之出口裝置。 在本發明之反應器t可將熱傳鄉遞流體側以及固體侧 之熱傳遞各別地最佳化。在熱傳遞流體側僅需要相當小的 表面積供熱傳遞之用，且此係藉由板中之通路提供。相反 地，在固體側因諸如煤炭之固體熱傳導係數低故需要有大 本紙法尺度適用中國國家橾準（CNS ) Λ4規格（’210X2^公廣）+ -—]—II --- - II. i -- an !t f Γ-. -I *1T1— __ _ _1 -- ( - t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Α22^Ί 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A? B7 五、發明説明（) 熱傳遞面積’且此大熱傳遞表面積係由板的外表面提供。 各別將熱傳遞最佳化使得庫存所需之熱傳遞流體容量減到 最少而能降低投資成本。庫存之減少亦能使得較高操作溫 度流體、或較不易燃之材料經濟地被利用D此外，目前可 取得之熱傳遞流體具一有限之壽命且極限減少所需之容量 對於替換熱傳遞流體所涉及之經濟因素有一顯然的影響。 在另一方面’板中之通路可用加熱板之加熱裝置代替 。此種加熱裝置例如可包括電阻加熱器。在此_方面，以 加熱裝置代替使用一熱傳遞流體來將板加熱（並繼而加熱 裝料）。 本發明之反應器適於使用在用來處理一具有低熱傳導 係數之固體裝料的高壓程序。反應器尤其適合使用在提升 煤厌品級上。 依據本發明亦提供一種加熱或冷卻反應器中之具低熱 傳導係數固體之程序’該反應器具有一外毅和多數位於外 殼内之熱傳導材料板’每一板具有一或一個以上通路以供 一熱傳遞流體流經其間，且每一板於使用中在板區域中熱 傳導流體與固體之間界定一或一個以上傳熱旁通路，此方 法包括之步驟為將固體加料至反應器以在外殼内形成一填 充床’使一熱傳遞流體通過該通路並藉由經過板之熱傳遞 流體舆固體間的熱傳遞來加熱或冷卻填充床中之固體，並 自反應器移除固體。 此方法最好包括加壓固體填充床之步驟。 當此方法被操作以加熱固體時，最好此方法亦包括維 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X2沒公釐） ---------^ 丨裝----^--訂-----{ 線 " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 蛵濟部中央椟準馬員X消費合作.社印製 4 2 2 8 7 9 A7 B7 五、發明説明（丨3 ) 持填充床在提南溫度與提馬壓力條件下歷一足以升級固體 之時間。 較佳者固體為粗大者》 在全篇說明書中’粗大一詞係被解釋成指大於5毫米 之顆粒尺寸》 較佳者’本發明之方法係以一分批程序實施。 本發明較佳之實施例將藉由附圖說明，其中： 第1圖繪示依據本發明之一反應器一實施例的橫載面 $33 « 圆， 第2圖繪示包括第1圖所示之本發明反應器實施例之 —煤炭脫水裝置； 第3圖繪示第1圖和第2圖中所示之反應器上的卸料 錐侧視圖，具有一可確保煤炭在卸料錐中處理之板之配置 的一實施例； 第4圖繪示一與第3圖相似之圖，但板係採另一配置； 第5圖繪示卸料錐之一橫截面圖，其繪示在卸料錐 中輻射狀板的一種配置以確保煤炭在卸料錐中之處理。 第6圖繪示另一可選擇之板結構；以及 第7圖缯·示在一受到與煤炭藉Koppe lman程序升級所 關聯之熱流之板中多點的一時間-溫度分佈圖。 在第1圖中，反應器包括一具有多數板12a至12h之 外殼10。雖然第1圖在反應器中繪示八個板，應理解者 為亦可使用更少或更多數目之板。每一板12a至包括 二槽14 (a-h)，15(a-h)，一熱傳遞油可流經該二槽。 家‘準（CNS ) A4 規格（210X2W 公釐} (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} —裝 1T- 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 422879 A 7 ——--— - ___ B7 五、發明説明（丨斗） 茲參閱第2圖，該圖繪示一煤炭脫水裝置之側視圖， 此裝置包括反應器20。此反應器2〇具有一實質上與第j 圖相同之一橫截面。反應器20具有一吊架和位於其頂部 之給油板22。板I2a-12h係懸吊於附著至一系列位於板22 内周之鉤的鏈上方。可注意到的是’任何適當之懸吊裝置 和支持裝置皆可被使用來懸吊或支持板於反應器中。板 12a在第圖十係以虛線續示，且如在圖中所見，板Iga沿 反應器20之實際長度延伸。連接至熱油供給源（未示於 圖中）之供油管路24將油經由支管供給至板I2a-12h。 油返回管路25將油送回油供給裝置。 在一特定的實施例中，反應器20約為7米（23呎） 且具有一大約1米（3.3呎）之直徑。 反應器20亦配備有氣體/液體入口 50以將加壓流體 及/或工作流體導入反應器。反應器亦具有一流體出口 51 以將工作流體和其他流體自反應器排除，以及另一流體出 口 52以自反應器釋壓。 · 為使反應器20容易裝載煤炭，反應器20包括一位反 應器20頂部上方並與之偏置之進料斗25。進料斗25可 與反應器偏置以使板12a-12h單一或整組被拆下以作保養 或更換。進料斗25藉由迂迴導管26被連接至反應器20 且煤炭自進料斗25流出經由迂迴導管流入反應器20 *迂 迴導管26包括閥16a以控制煤炭之加料。在使用中，煤 炭向下流經由鄰接板12a，12b等之相對表面所界定之流 動通道，且充填反應器如一填充床。 本紙浪尺度通用中國囤家標準（CNS ) A4規格（2丨OX2py公釐） (请先閱讀背迫之注意事項A填寫本f ) I - n - I I H 1 - J - ί 1^1 :1: ^^^1 - .r:_ · ^^^1 vaj_ !l— 1^1 ^ --- il^n 經濟部中央標準局身工消費合作社印製 422R79 A； ___ Β7 ____；__ 五、發明説明 反應器20底部配備一卸料錐27以使煤炭可自其排 卸。。當反應器20充滿煤炭時，卸料錐27亦充希煤炭》 為處理充滿卸料錐27之煤炭，有多種板之排列可被使用 在卸料錐27内》此將詳細討論於後。 卸料錐27包括閥27a且係經由卸料斜槽28被連接至 一冷卻筒29。使用時，在煤炭已被處理之後，其經由卸 料斜槽28進入冷卻筒29，於該冷卻筒内熱煤炭被冷卻至 —低於約70°C之溫度。冷卻筒可能裝設有實質上相同於 第1圖中所示之板的板冷卻器，冷卻水流經板中之槽。於 冷卻至所需之溫度後，被處理之煤炭經由底部出口 30經 閥30a卸料。冷卻板可被用來增加蒸氣且回收熱。 第2圖所示之裝置的操作即將被說明。在將反應器20 填充煤炭後，反應器被密封且加壓且熱的熱傳遞油被供給 至板12a ’ 12b-12h中之槽》熱油典型地係為350至380 aC ( 662-716°F)之溫度。將可理解到不同的煤炭型態與 其他被處理之固體可能需要不同於上述者的最佳溫度、熱 油可在反應器填充煤炭之前、填充期間或在反應器已被填 充煤炭之後被供給至板。由於板12a，12b等之高熱傳導 係數’板迅速地加熱至實質上油之溫度（在後續之週期十， 板將已是熱的）。熱接著由熱板被傳遞至煤炭。此造成煤 炭之溫度增加且一膨脹或擠壓反應由於煤炭之構造重纟且將 水摘·出而開始發生。在將煤炭維持於反應器十歷經所需之 時間後’反應器被排空以自使反應器減壓且被處理之煤炭 被排出至冷卻筒29中’於該冷卻筒中被冷卻並接著排出 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2t〇X2yg公釐） -----,----ί -裝----^--訂-----一線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 A7 B7 .___ 五、發明説明（丨b) 以供販售或進一步處理，例如加工成煤碑。 第3和第4圖為卸料錐27以及第2圖之反應器20底 部的側視圖，板12a-12h (以虚線略圖表示）在錐中係以 可行之設計來確保錐令之任何煤炭被充分加熱至高溫歷以 足夠被充分處理之時間。 如第3圖中所示，板12a-l 2h以不同程度向下延伸至 錐内，中心板更進一步地進入錐内。第3圖之配置確保煤 炭能自由地流過錐同時確保在錐中有足夠的熱傳入煤炭。 第4圖中’板12a-12h係依隨錐之形狀成形^某些板 依然比其他板更深地伸入錐内以便確保煤炭能自由地流過 錐。 第5圖為錐27之一平面圊。在第5圖中，一系列的 輻射狀板32a至32h被放久裝配至錐27中。板32a至32h 可設有其自身之供油系統或其可如第2圖所示由油管24 被供給。 第1圖中所示之板具有一自加熱油槽向内成錐形之截 面。但是，其他板戴面亦可能被使用且某些替代之截面示 於第6圖》 第6a圈緣示一具有寬中心部分34而油槽35形成在 中心部分並向窄端36，37漸縮。 第6b圖繪示一具有大抵上平行六面體截面之板。繪 示於圖b中之此板為相當小之板。 第6(：圖料-具有四方形油槽⑽形成在 且向點40，41漸縮之板38。 '、 \紙適用中關家標率（CNS 公董） ---------- --;--------^—裝-------訂-----{ 線 I· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在22只19 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（^ ) 第6d圖繪示一大抵相似於第1圖中所示之板結構， 惟其油槽42，43係具有圓形之截面》 第6e圖繪示一大抵上相似於第6d圖中所示者之板， 惟油槽44’ 45包括由板朝内之突出部以增加自槽至板之 熱傳遞面積。此係更清楚地繪示於第圖，該圖繪示一 比第6e圖中所示者遠為更寬的板且此板有對應地較大的 油槽46，47。 第圖緣示一具有圓形橫截面油槽之四方形板。 第1至第6囷中所示之反應器設計和板結構可有多種 變化。詳言之，板12a-i2h之間距可依據板之構造材料的 導熱性、饋送至反應器之固體材料的流動性以及反應之停 留時間而作變化。板之厚度亦可改變。業已證實當板之厚 度增加時’板之“熱容量”增加但此會削減任何在特殊反 應過程期間可能發生的溫度降。在此一方面，據相信愈厚 的板具有愈大的熱質或鎮熱體且可作用緩衝程序之焓需。 板12a-12h可被排列成使其實質上垂直延伸於反應器中（ 如第1和第2圖中所示）。惟，板亦可能以一水平或傾斜 方向設置。板最好配置成一垂直方位，因重心可被用來協 助反應器之固體卸料。亦有可能包含一或一個以上沿伸自 板之表面的橫向延伸部分俾改善對固體材料中之熱傳遞。 任何此種延伸部分應被安排成使得對固體流體的妨礙減至 最小。 板12a-12h最好被活動地安裝在反應器中且最好僅於 一端被連接至反應器。例如，板可被懸爷在鏈上。板之間 本紙張尺度適用争國國家標準（CNS ) A4規格（2!0';<颂公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁j -裝 訂 線 ^_ β'. 五、發明説明（丨χ) — 可=需要隔離片且隔離片最好容許板的某種移動。若板間 L動槽之#塞’此一配置容使板移動俾協助清除堵塞 。亦有可#包括移動板的裝置，諸如推桿，鍵或振動器-板可單-或整組自反應器拆除俾容使板作保養或更換 α 板亦可包括排出槽或注入槽以容許選擇地排出固體材 料或選擇地注入其他作用劑至固體材料床_。 因包括反應器外鼓之壓力容器現在完全獨立於加熱裝 置外（除進出之油管外）’容器可襯以隔熱村料（諸如一 耐火材料裡襯）且亦可能襯以一耐磨襯墊。此使得構造壁 #反應it凸緣的操作溫度能夠被維持在1Gm，使得 所用的鋼鐵有可觀量的節省。反應器之外殼需要全壓力等 級，但因其可“冷’，運轉故可被設計成毋需減少允許金屬 溫差應力。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第7圖鳍·示在觉到提鬲煤炭品質之K〇ppe 1 man程序 相關之熱流的四方形板中各點的時間_溫度分佈圖。此程 序為一分批程序且如可自熱流之圖可見，程序之焓需求隨 時間有大幅變化。在第7圖頂部所繪之溫度一時間分佈圖 繪示通過板的溫度在程序期間不會變化但在t=2〇之時間 約40 C之最大溫度降仍能達成令人滿意的煤炭處理。通 過板之溫度在70分鐘時回復至起始值。習於此技藝者將 可理解，週期時間、板質量、板間距和材料可被最適化。 本發明之反應器具有超乎習知反應器之下列優點： - 欲在反應器中被處理之固體材料佔有體積增加，典型 本紙乐尺度適财賴家縣（CNS) A4· (21GX2^^ ---— k Λ228^ 9 A 7 Β* 五、發明説明) 地大於60 %其可增加自一特定反應器之輸出或對一需要 之輸出允許使用一較小之反應器。 - 壓力容器可因能夠置一隔熱襯裡於容器中而冷運轉。 - 加熱油之禮積可降低。 - 最佳化之油熱傳遞。 - 位於相鄰板間之實質上四方形、半拘束性固體床，允 許較佳之固體流動。 - 使整個反應週期中之油熱傳遞速率等化β - 避免外殼與管熱交換中之差別膨脹問題β - 可改型成現存的外殼和管反應器。 - 可拆除做保養或修改。 - 容易排淨熱傳遞流體並可選擇轉換流體。 - 容許進一步按比例增加超過板與管可達成者。 習於此技藝者應理解本文中所描述之發明可在已詳述 之型式之外做成修改與變化。將可瞭解，本發明涵蓋所有 此種在其精神與範圍内之變化與修改。 · . - . I f ^ f I - In I -I m^i fc - ^^^1 V ^ 11— ·· - - - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 元件與標號對照表 ........... .......12a-12h 啸狀板..... 閥............ ...........16a 中心粉…· ........ ............20 油槽........ 給油板....... ............22 窄端......... 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210\叛公楚） 五、發明説明（/ ) 供ί由管路··...... .........24 fe................ .......38 進m··.......... .........25 >’由稽.............. .......39 迁迴導管·....... .........26 點................ ...40 >41 卸雜......... .........27 m.............. ...44，45 閥............... ........27a 油槽.............. ...46*47 卸機槽........ .........28 口…1 ........50 冷卻胃.......... .........29 流體出口.......... ........51 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I I I : _Ji— tf^i I - J-*- 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS M4規格（210X瑕公釐）

Claims (1)

1. 公 4£濟部智慧时產局3工消費合作社印製 Θ 2 2 A 9 專利範圍告本jMB i. 2. 3. 4. 5. <55588 A8CD

   |〇0153號專利申請案申請專利範圍修正本修正日期：89年〇1月 種反應器，可使用在一含有固體之裝料被供給至該 反應器且在該反應器中形成一固趙填充床，並受到熱 傳遞而加熱或冷卻裝料之程序中，該裝料具有一低熱 傳導係數’該反應器包括一界定供容納填充床之内容 積的外般，以及多數位於内容積中之熱傳導材料板， 且每一板包括一或一個以上通路使熱傳遞流體可流經 其甲，又，每一板在使用令於熱傳遞流想與固艘之間 在板區域中界定一或多於一個熱傳導旁通路，如此令 使用時實質上所有固體均被熱傳遞流體與固體之間經 由板之熱交換被加熱或冷卻。 如申》青專利犯圍第1項所界定之反應器，其中該外殼 係被當作一壓力容器。 如申請專利範圍第1或第2項所界定之反應器，其中該 板之位置係彼此相對以使得在使用時於反應器裝載與 卸載期間固體可流動於相鄰之板間。 如申請專利範圍第3項所界定之反應器，其中板之位 置係彼此相對以使相鄰板間之間距足夠大而確保板間 不致發生不當堵塞或橋連。 如申請專利範圍第4項所界定之反應器 間之間距係為50-500毫米。 如申請專利範圍第5項所界定之反應器，1其中相鄰板 間之間距係為75-200毫来。 如申請專利範圍第1項所界定之反應器，其中板之熱 其中相鄰板 * * ---^ ^ ' J I 1 I I I K I I I I — 丨丨 一 - <請先閱讀背面之注意事項再填耳本頁) x 297公釐> .4. • 9 六、申請專利範圍 Ab BS cs DS S. 10. 11 12. 13. 14. 經濟部智慧財產局昊工消費合作社印？衣 15. 16. 17. 傳導係數比操作期間在反應器中之裝料的熱傳導係數 高一位數。 如申請專利範圍第1項所界定之反應器，其中每一板 僅包括一通路或一少數之通路。 如申請專利範面第8項所界定之反應器，其中每_通 路具有相當小的直徑或寬度。 如申請專利範圍第1項所界定之反應器，其中在每— 板中之通路的總體積為板之總體積的一小百分比。 如申請專利範圍第1項所界定之反應器，其中該板具 有一四方形、平行四邊形、或錐形之橫截面。 如申請專利範圍第〗.項所界定之反應器，其中該外殼 包括一實質上為面錐形之部分而扳係被配置成以橫截 面觀看時，板實質上延伸通過囬筒形部分橫載面之 弦。 如申請專利範園第12項所界定之反應器，其中該板係 實質上沿圓筒形部分之長度延伸。 如申請專利範圍第12或13項所界定之反應器，其中該 圓筒形部分之長軸實質上係垂直者β 如申請專利範圍第12項所界定之反應器，其中該外殼 進一步包括一固錐形卸料部分自圓筒形部分之一端延伸D 如申請專利範圍第15項所界定之反應器’其中該卸料 部分具有一最高達外殼總内容積之2〇%的内容積。 如申請專利範圍第15項所界定之反應器，其中該板延 伸至卸料部分中。

   <請先閱讀背面之;1意事項再填耳本頁> ij·· 線- -5 AS BS cs DS d22^79 '___申請專利範圍 18. —種在一反應器内加熱或冷卻具有低熱傳導係數之固 體的方法，該反應器具有一外殼和位於外殼中之多數 熱傳導材料之板，該每一板具有一或多於一個通路供 一熱傳遘流體流經其中，且每一板在使用時在板區域 中於熱傳遞流體和固體之間界定一或多於一個熱傳導 旁通路，該方法包括之步驟為：將固體裝填至反應器 中以在外殼中形成一填充床，使熱傳遞流體通過該通 路且藉由熱傳遞流體與固體間經由板之熱傳遞加熱或 冷卻填充床中之固體，以及自反應器移出固體。 19. 如申請專利範圍第18項所界定之方_持加壓固體填 充床之步驟。 20·如申請專利範圍第18或19項所界定之供加熱固 體而被操作時包括維持填充床於提高溫度提高壓力 之條件下歷一足以提高固體品質之 21.如申請專利範園第19項所界定之方_紅維持固體於

   提高溫度與提高壓力下歷_15分鐘# 22.如申請專利範圍第21項所界定之方〇:1 I I I I l· I — —It — —* >— — — 1 — I I ·1!11111 I (請先閱讀背面之事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 至一至少4巴之壓力

   ’J、時之時間》 ^加壓填充床 23.如申請專利範圍第18項所界定之j 粗大者。 认如申請專利範圍第18項所界定之方1慕括以一分批基 礎操作該方法》 __ Φ^ί：\ 25,如申請專利範圍第丨8 ^ 煤炭。 所界之之方固想包括 中該固體係為