NO166812B - Fremgangsmaate og flerherdapparat for varmebehandling av fuktig, organisk, carbonholdig materiale. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Flerherdreaktoren og fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er generelt anvendbare for behandling av organiske, carbonholdige materialer som inneholder restfuktighet, under regulert trykk og forhøyede temperaturer for å bevirke en ønsket fysikalsk og/eller kjemisk modifikasjon av disse materialer for fremstilling av et reaksjonsprodukt som er egnet for anvendelse som brensel. Oppfinnelsen angår nærmere bestemt en reaktor og en fremgangsmåte ved hjelp av hvilke carbonholdige materialer som inneholder vesentlige mengder av fuktighet i den rå påmatede tilstand blir utsatt for forhøyede temperatur- og trykkbe-tingelser, hvorved en vesentlig reduksjon i restfuktighets-innholdet i det faste reaksjonsprodukt oppnås foruten en ønsket termisk, kjemisk restrukturering av det organiske materiale slik at dette får forbedrede fysikalske egenskaper, innbefattende en øket varmeverdi på tørr, fuktighetsfri basis.

Knapphet på og økende omkostninger for vanlige energikilder, innbefattende petroleum og naturgass, har forårsaket undersøkelser av alternative energikilder som er rikt til-gjengelige, som kull av lignittypen, underbituminøse kull, cellulosematerialer som torv, celluloseavfallsmaterialer,

som sagmugg, bark, treavfall, grener og flis som skriver seg fra tømmerhogst og sagverk, forskjellige landbruksav-fallsmaterialer, som bomullsplantestilker, nøtteskall, mais-skall eller lignende, og fast kommunal avfallsmasse. Slike alternative materialer er dessverre i deres naturlig forekommende tilstand av en rekke grunner utilstrekkelige for direkte anvendelse som høyenergibrensel. På grunn av dette er hittil en rekke forskjellige fremgangsmåter blitt fore-slått for å omvandle slike materialer til en form som er mer egnet for anvendelse som brensel, ved å øke deres varmeverdi på fuktighetsfri basis under samtidig økning av deres stabilitet overfor klimapåkjenninger, skipning og lagring.

Typiske for slike kjente apparater og fremgangsmåter

er de som er beskrevet i US patent 4052168, ifølge hvilket kull av lignittypen blir kjemisk restrukturert ved en styrt

varmebehandling som gir et anriket fast carbonholdig produkt som er stabilt og motstandsdyktig mot klimatiske påkjenninger og dessuten har øket varmeverdi som nærmer seg varmeverdien for bituminøst kull, US patent 4127391 ifølge hvilket bituminøst finstoffavfall som skriver seg fra vanlig vasking av kull og rensning av kull, blir varmebehandlet for å gi faste, agglomererte, kokslignende produkter som er egnede for direkte anvendelse som fast brensel, og US patent 4129420 ifølge hvilket naturlig forekommende cellulosemateri-ale, som torv, såvel som cellulosevrakmaterialer blir anriket ved hjelp av en styrt termisk restruktureringsprosess slik at det fås faste carbonholdige eller kokslignende produkter som er egnede for anvendelse som fast brensel eller for anvendelse i blanding med andre vanlige brensler, som brensel-oljeoppslemninger. En reaktor og fremgangsmåte for å bevirke anrikning av slike carbonholdige påmatningsmaterialer av de typer som er beskrevet i de ovennevnte US patenter,

er beskrevet i US patent 4126519 ifølge hvilket en flytende oppslemning av påmatningsmaterialet innføres i en skråstilt reaktor og blir tiltagende oppvarmet under dannelse av et i det vesentlige tørt, fast reaksjonsprodukt med forbedret varmeverdi. Reaksjonen utføres under regulert forhøyet trykk og temperatur under ytterligere hensyntagen til opp-holdstiden for å oppnå den ønskede varmebehandling som kan innbefatte fordampning av i det vesentlige all fuktighet i det påmatede materiale, såvel som i det minste en del av de flyktige organiske bestanddeler, mens påmatningsmaterialet samtidig utsettes for en regulert delvis kjemisk restrukturering eller pyrolyse. Reaksjonen utføres i ikke-oxyderende omgivelser, og det faste reaksjonsprodukt blir derefter avkjølt til en temperatur ved hvilken det kan ut-tømmes slik at det kommer i kontakt med atmosfæren uten at det forbrenner eller forringes.

Selv om fremgangsmåtene og apparatene som er beskrevet

i de ovennevnte US patenter har vist seg å gi en tilfredsstillende behandling av en rekke forskjellige carbonholdige påmatningsråmaterialer for fremstilling av et oppgradert fast reaksjonsprodukt, foreligger det et kontinuerlig behov

for en reaktor og en fremgangsmåte som gir ytterligere utbytte, fleranvendelighet, enkelhet og enkel styrbarhet ved kontinuerlig varmebehandling av en rekke slike fuktige carbonholdige påmatningsråmaterialerf slik at det derved fås ytterligere forbedret økonomi ved omvandling og fremstilling av faste høyenergibrensler som erstatning for og alternativer til vanlige energikilder.

Oppsummering av oppfinnelsen

De gunstige resultater og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse oppnås ved hjelp av et flerherdapparat med

et forvarmingskammer med et innløp ved en ende av dette for mottagelse av påmatet materiale, og et utløp ved dets annen ende for uttømning av det forvarmede påmatede materiale, en anordning for å transportere det påmatede materiale gjennom forvarmingskammeret fra innløpet til utløpet, en utløpsan-ordning i en øvre del av forvarmingskammeret for å fjerne gasser fra dette, en beholder som inneholder flere over hverandre anordnede ringformige herder som står i forbindelse med forvarmingskammerets utløp, rakeanordninger anordnet over

hver herd for å overføre materialet radialt langs hver herd i en avvekslende innadrettet og utadrettet retning for å bevirke at det påmatede materiale faller kaskadelignende nedad fra en herd til den neste underliggende herd, en anordning for å dirigere gasser oppad gjennom de over hverandre anordnede ringformige herder og forvarmingskammeret i en retning som er motsatt bevegelsesretningen for det påmatede materiale, og henimot utløpsanordningen, og uttømningsanordninger under de mange ringformige herder, og flerherdapparatet er særpreget ved at forvarmingskammeret og beholderen er satt under trykk for termisk behandling av organiske, carbonholdige materialer under trykk, at forvarmingskammerinnløpet er innrettet for å motta påmatet materiale under trykk og at forvarmingskammeret dessuten innbefatter en dreneringsanordning for å fjerne eventuell væske i denne under trykk fra forvarmingskammeret, idet utløpsanordningen i forvarmingskammeret er innrettet for å fjerne flyktige gasser under trykk fra dette, en oppvarmingsanordning i beholderen anordnet i området for hver av herdene for uavhengig og progressiv oppvarming av det på-

matede materiale på herdene til en regulert forhøyet temperatur i en tilstrekkelig tid til å fordampe i det minste en del av de flyktige stoffer i dette under dannelse av flyktige gasser og et termisk restrukturert produkt, og idet uttømningsanordningene er innrettet for å uttømme det termisk restrukturerte produkt under trykk fra beholderen.

Ringformige skjermer anvendes fortrinnsvis i reaktorens tørkesone og er anordnet over herdene og rakearmene over herdene for å avgrense strømmen av varme reaksjonsgasser i motstrøm til et område umiddelbart nær det påmatede materiale på disse herder for å forbedre kontakt og varmeoverføring mellom det påmatede materiale og gassene.

Det faste reaksjonsprodukt blir fjernet fra reaktorens bunndel og overført til et egnet avkjølingskammer hvori det blir avkjølt til en temperatur ved hvilken det kan tømmes ut slik at det kommer i kontakt med atmosfæren uten derved å bli utsatt for uheldige påvirkninger.

Reaktoren er forsynt med et utløp i dens øvre del

for å fjerne reaksjonsgassene under trykk i form av en produktgass som om ønsket kan anvendes for forbrenning og oppvarming av reaktorens reaksjonssone. Den øvre del av reaktoren er også forsynt med et innløp gjennom hvilket det carbonholdige påmatningsråmateriale eller blandinger derav via en egnet trykklås blir innført i reaksjonskammeret og på den øverste herd i tørkesonen.

I henhold til en utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen danner forvarmingskammeret og beholderen et enhetlig trykksatt kammer, idet forvarmingskammeret er anordnet på toppen av det trykksatte kammer og inneholder flere over hverandre anordnede øvre herder som skråner med vinkel nedad henimot kammerets periferi.

Det tas dessuten i forbindelse med apparatet sikte på at egnede renseinnretninger, som trådbørster, skal kunne anvendes for å fjerne eventuelle akkumuleringer av dannede skorper fra de ringformige skjermers ytre overflater for derved å opprettholde optimal arbeidseffektivitet for apparatet. Det tas dessuten sikte på at de rørformige varmeveksler-elementer eller de elektriske oppvarmingselementer skal kunne være innhyllet i ledende avskjermninger og som på lignende måte blir utsatt for rensing for å opprettholde optimale varmeoverføringsegenskaper.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte av den type som er angitt i krav l's ingress, og fremgangsmåten er særpreget ved de i krav l's karakteriserende del angitte trekk.

Ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse blir fuktige, organiske, carbonholdige påmatningsmaterialer innført i en forvarmingssone som er adskilt fra eller integrerende kombinert med reaktoren i hvilken det påmatede materiale på grunn av motstrømmen av reaksjonsgasser blir forvarmet til en temperatur av 93-260°C. Samtidig blir fuktighet som kondenserer på det kalde, innkommende påmatede materiale, såvel som fuktighet som frigjøres ved oppvarming av det påmatede materiale, drenert av fra det påmatede materiale og fjernet fra forvarmingssonen under trykk via et dreneringssystf^m. Det påmatede materiale som befinner seg i en delvis avvannet tilstand, ledes fra forvarmingssonen nedad gjennom reaksjonssonen og blir oppvarmet til en temperatur av 204-649°C eller derover under et trykk som varierer fra 2,1 til 21,1 kg/cm 2 eller derover, i en tid som generelt varierer fra så kort som 1 minutt og opp til 1 time eller lengre, for å bevirke fordampning av i det minste en del av de flyktige stoffer i det påmatede materiale under dannelse av en gassformig fase og et fast reaksjonsprodukt.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Av tegningene viser

Figur 1 et vertikalt tverrsnitt gjennom en flerherdreaktor i overesstemmelse med de foretrukne utførelsesformer ifølge oppfinnelsen, Figur 2 et horisontalt tverrsnitt gjennom reaktoren vist .på Figur 1 og tatt gjennom reaktorseksjonen, og Figuren viser anordningen av de tverrgående varmevekslerrør, Figur 3 et fragmentarisk planoppriss, delvis i snitt, av uttømningsåpningene i en hellende ringformig herd anordnet i den øvre forvarmingssone av reaktoren vist på Figur 1, Figur 4 et skjematisk flytskjema for reaktoren og de mange

prosesstrømmer som forekommer ved varmebehandlingen av carbonholdige påmatningsmaterialer, og

Figur 5 et fragmentarisk sideoppriss, delvis i snitt, av en flerherdreaktor som er forsynt med et eget forvarmings-trinn og tørketrinn adskilt fra reaktoren, i overensstemmelse med en alternativ ut.f ørelsesf orm av den foreliggende oppfinnelse .

Beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer

På Figurene 1-3 er en flerherdreaktor ifølge én av utførelsesformene av den foreliggende oppfinnelse vist og omfatter en trykkbeholder 10 som omfatter en domformet øvre del 12, en sirkelformig, sylindrisk senterseksjon 14 og en domformet nedre del 16 som er gasstett festet til hverandre ved hjelp av ringflenser 18. Reaktoren er understøttet i en i det vesentlige opprettstående stilling ved hjelp av en rekke ben 20 som er festet til anslag 22

som er forbundet med den nedre flens 18 til beholderens senterseksjon. Den øvre domformede del 12 er forsynt med et med flens forsynt innløp for å innføre et partikkelformig, fuktig, carbonholdig påmatningsmateriale i reaktoren. En ringformig skjerm 26 er anordnet nær innløpet 24 for å

styre det innkommende påmatede materiale henimot reaksjonskammerets omkrets. Et utløp 28 som er forsynt med en flens, befinner seg ved den motsatte side av den øvre del 12 for å fjerne reaksjonsgasser under trykk fra reaksjonskammeret på en måte som nedenfor er mer detaljert beskrevet. En ringformig nedadragende boss 30 er utformet på den innvendige sentrale del av den øvre del 12, og i bossen er et lager 32 anordnet for roterbart å understøtte den roterende aksels 3 4 øvre ende.

Den roterende aksel 34 strekker seg sentralt i reaktorens indre og er roterbart opplagret ved sin nedre ende i en ringformig boss 36 som er utformet i den nedre del 16 ved hjelp av et lager 38 og en fluidtett pakningsmon-tasje 40. Den ytre utstikkende ende av den roterende aksel

34 er utformet med en med trinn forsynt akselstumpdel 42

som understøttet hviler i et trøstelager 44 som er montert

i en lagerbærer 46.

En rekke rakearmer 48 som strekker seg radialt, er festet til og rager radialt ut fra den roterende aksel 34 med vertikal avstand fra hverandre langs akselen. Generelt kan to, tre eller fire rakearmer anvendes i forvarmings-eller tørkesonen, og opp til seks rakearmer kan anvendes i reaksjonssonen. Typisk er fire rakearmer anordnet med intervaller på ca. 90° og er på hvert nivå festet til den roterende aksel. En rekke raketenner 50 som er anordnet med en vinkel, er festet til de nedre sider av rakearmene 48 og har en slik vinkelorientering at de bevirker en radial innadrettet og utadrettet overføring av påmatet materiale langs de mange herder i takt med rotasjonen av akselen.

Rotasjon av akselen 34 og av rakearmmontasjene på denne frembringes av en motor 52 som er understøttet på

et regulerbart underlag 54 med et kjeglehjulsdrivverk 56 festet til motorens utgangsaksel som er anordnet i konstant tilpasset forhold til et drevet kjeglehjulsdrivverk 58 som er festet til den nedre del av akselen. Motoren 52 er fortrinnsvis av den type som kan gis variabel hastighet slik at det fås regulerte variasjoner i akselens rotasjonshastig-het.

For å muliggjøre ekspansjon og kontraksjon i lengde-retningen for akselen og for å muliggjøre variasjoner i den vertikale anordning av rakearmene som stikker ut fra akselen, i takt med variasjoner i temperaturen i flerherdreaktoren er underlaget 54 og den utadragende ende av akselen 34 anordnet på regulerbare jekker 60 som assisteres av en fluidaktivert sylinder 62 for selektivt å variere høyden av underlaget 54 for å sikre en korrekt anordning av raketennene 50 i forhold til de øvre overflater av herdene i reaktoren.

I henhold til den spesielle anordning som er vist

på Figur 1 er reaktorens indre delt i en øvre forvarmings-eller avvanningssone og i en nedre reaksjonssone. Forvarmingssonen består av en rekke over hverandre anordnede, skråtthellende, ringformige herder 6 4 som heller nedad mot reaksjonskammerets omkrets. Den øvre forvarmingssone er

forsynt med en sirkelformig sylindrisk foring 66 som befinner seg i radial avstand innad fra senterseksjonens vegg 14

og til hvilken de skrånende herder 64 er festet. Den øverste ende av foringen 66 er utformet med en seksjon 68 som heller utad for å hindre inntrengning av carbonholdig påmatningsmateriale mellom det ringformige rom mellom foringen og senterseksjonens vegg 14. Den øverste herd 64, som vist på Figur 1, er ved sin omkrets forbundet med foringen 66

og rager oppad og innad henimot rotasjonsakselen 34. Herden 64 er avsluttet med en sirkelformig skjerm 70 som er anordnet nedad og som avgrenser en ringformig renne gjennom hvilken det påmatede materiale faller i form av en kaskade nedad mot den indre del av den underliggende ringformige herd. Den ringformige herd 64 som heller nedad og som er anordnet under den øverste herd 64, er festet til og ved hjelp av braketter 72 understøttet av foringen 66 i vinkel-avstander langs denne. Den annen ringformige herd 64, hvilket best fremgår av Figur 3, er utformet med en rekke kanaler eller åpninger 73 rundt sin omkrets og gjennom hvilke det påmatede materiale blir uttømt i form av en kaskade ned på den nærmest underliggende herd. I overensstemmelse med den ovenfor beskrevne anordning blir et fuktig, carbonholdig påmatningsmateriale som innføres via innløpet 74, avbøyd av skjermen 26 henimot den ytre omkrets av den øverste herd 64 og blir derefter overført oppad og innad ved hjelp av raketennene 50 til en stilling over den sirkelformige skjerm 70, hvorved materialet faller tilbake mot den underliggende herd. På lignende måte vil raketennene 50 på den nest øverste herd effektivt overføre det påmatede materiale nedad og utad langs herdens øvre overflate for til slutt å bli uttømt gjennom kanalene 73 rundt dens omkrets. Det påmatede materiale fortsetter å strømme nedad og avvekslende innad og utad på kaskadelignende måte, som antydet ved pilene på Figur 1, og blir til slutt tømt over i den nedre reaksjonssone.

Når det påmatede materiale føres nedad på kaskadelignende måte, blir det utsatt for kontakt med den oppad-rettede motstrøm av oppvarmede reaksjonsgasser som gjør at det påmatede materiale vil bli forvarmet til en temperatur som generelt ligger mellom 93 og 260°C. For å sikre intim kontakt mellom det påmatede materiale og de oppadstrømmende reaksjonsgasser er ringformige skjermer 72 anordnet umiddelbart under rakearmene 4 8 over i det minste en del av de skrått forløpende herder 64 for å avgrense strømmen av slike varme reaksjonsgasser til umiddelbart nær den øvre overflate av de ringformige herder og til varmevekslingsforhold med det påmatede materiale på disse. Forvarming av det påmatede materiale oppnås delvis ved kondensasjonen av kondenserbare deler av reaksjonsgassen, som damp, på overflatene av det kalde, innkommende påmatede materiale såvel som ved direkte varmeveksling. De kondenserte væsker såvel som det fri-gjorte, kjemisk kombinerte vann i det innkommende påmatningsmateriale dreneres nedad og utad langs de skrått for-løpende herder og blir fjernet ved omkretsen av de herder som ved deres ytterste ender er forbundet med den sirkelformige f3ring via en ringformig renne 74 som er forsynt med en sikt 76, som en Johnson-sikt, over sin innløpsende som er innrettet slik at den kontinuerlig kan avstrykes av et skrapelement eller en trådbørste 77 på den ytterste rake-tann på den tilstøtende rakearm. De ringformige renner 74 er anordnet i forbindelse med nedløp 78 som er anordnet i det ringformige rom mellom foringen 66 og senterseksjonens vegg 14, og væsken blir fjernet fra reaksjonsbeholderen via et kondensatutløp 80, som vist på Figur 1.

De avkjølte reaksjonsgasser som strømmer oppad gjennom forvarmingssonen, blir til slutt fjernet fra den øvre del 12 av trykkbeholderen via det med flens forsynte utløp 28.

Det forvarmede og delvis avvannede påmatede materiale strømmer fra den nederste herd i forvarmingssonen til den øverste ringformige herd 82 i reaksjonssonen under fortsatt regulert forhøyet trykk og blir utsatt for ytterligere oppvarming til temperaturer som generelt ligger innen om-

rådet fra 204°C til 449°C eller høyere. De ringformige herder 82 i reaksjonssonen er anordnet i det vesentlige i horisontal stilling, og avvekslende ringformige herder er anordnet slik at deres omkrets forløper i det vesentlige

i avtettende forhold mot en sirkelformig, sylindrisk, ild-fast fåring 84 på senterseksjonens innervegg 14. Raketennene 50 på rakearmene 48 i reaksjonssonen bevirker på lignende måte en avvekslende radialt innadrettet og radialt utadrettet bevegelse av det påmatede materiale gjennom reaksjonssonen på kaskadelignende måte, som antydet ved pilene på Figur 1. Det i det vesentlige fuktighetsfrie og termisk anrikede, faste reaksjonsprodukt blir ved midten av den laveste herd 82 uttømt i en konisk renne 86 og blir fjernet fra trykkbeholderen via et med flens forsynt produktutløp 88.

For ytterligere å redusere varmetap fra trykkbeholderen er den sylindriske seksjon såvel som den nedre del 16 forsynt med et ytre isoleringslag 90 av en hvilken som helst av de typer som er velkjente innen teknikken. Sentersek-sjonen er fortrinnsvis dessuten forsynt med en ytre kappe 92 for å beskytte isolasjonen under denne.

Oppvarming av det påmatede materiale i reaksjonssonen kan oppnås ved hjelp av elektriske oppvarmingselementer som er anordnet i denne, ved hjelp av en kappe som omgir omkretsen av senterseksjonens vegg 14 og gjennom hvilken et varmevekslingsfluid sirkuleres, eller alternativt i overensstemmelse med den anordning som er vist på Figur 1, ved hjelp av en omkretsanordnet rørformig varmevekslingsan-ordning som omfatter et spiralrørknippe 94 som er anordnet nær den ildfaste forings 84 innvendige overflate, såvel som en tverrgående varmeveksler som omfatter en rekke U-formede rør 96 som strekker seg horisontalt på tvers av trykkbeholderen i en stilling umiddelbart under de ringformige herder 82 i denne. Rørknippet 94 for den omkrets-anordnede varmeveksler er ved hjelp av et med flens forsynt innløp 9 8 og et med flens forsynt utløp 100 forbundet med en ekstern tilførsel av et varmeoverføringsfluid, som kom-primert carbondioxyd eller lignende overføringsfluider.

De U-formede rør 96 for den tverrgående varmeveksler er, hvilket best fremgår av Figurene 1 og 2, forbundet med en innløpssamletank og en utløpssamletank henholdsvis 102 og 104 som på sin side står i forbindelse med et med flens forsynt innløp 106 og et med flens forsynt utløp 108 gjennom trykkbeholderens vegg. De omkretsmessige og tverrgående varmevekslersysterner kan være forbundet med den samme kilde for varmevekslingsfluid eller alternativt, i overensstemmelse med en foretrukken utførelsesform som er skjematisk vist på Figur 4, med adskilte oppvarmingskilder som muliggjør uavhengig regulering av hvert system for å oppnå den ønskede oppvarming og termiske restrukturering av det påmatede materiale i reaksjonssonen.

Under bruk og under spesiell henvisning til det flytskjema som er vist på Figur 4, blir et egnet fuktig, carbonholdig påmatningsmateriale innført under trykk i trykkbeholderens 10 innløp 24 fra en lagringssilo 110 og via en egnet trykklås 111. Det fuktige påmatede råmateriale blir overført nedad gjennom den øvre forvarmingssone 112 på en måte som er beskrevet ovenfor, og i varmevekslingskontakt med de oppadstrømmende reaksjonsgasser, slik at det påmatede materiale blir forvarmet til en temperatur av 93-260°C,

på en måte som er blitt beskrevet ovenfor i forbindelse med Figur 1. Derefter strømmer det forvarmede og delvis avvannede påmatede materiale nedad inn i flerherdreaktorens nedre reaksjonssone 114 hvori det oppvarmes til en forhøyet temperatur av 204-449°C slik at det fås en regulert termisk restrukturering eller delvis pyrolyse av det påmatede materiale ledsaget av fordampning av i det vesentlige all restfuktighet i dette såvel som av organiske flyktige bestanddeler og pyrolysereaksjonsprodukter. Trykket i reaktoren blir generelt regulert slik at det ligger innen området fra 2,1 til 211 kg/cm 2 eller høyere i avhengighet av den anvendte type av påmatet materiale og av den termiske restrukturering av dette som ønsket for å fremstille det ønskede faste reaksjonssluttprodukt. Antallet av ringformige herder i reaktorens forvarmingssone og reaksjonssone reguleres i avhengighet av varigheten av den ønskede behandling slik at det fås en oppholdstid for materialet i reaksjonssonen som i alminnelighet varierer fra en så

kort tid som 1 minutt og opp til 1 time eller lenger. Det erholdte termisk anrikede faste reaksjonsprodukt blir via produktutløpet 88 uttømt til den lavere seksjon av reaktoren

og blir ytterligere avkjølt i en kjøler 116 til en temperatur ved hvilken det faste reaksjonsprodukt kan uttømmes i kontakt med atmosfæren uten forbrenning eller uheldige virkninger. Generelt er avkjøling av det faste reaksjonsprodukt til

en temperatur under 260°C og mer vanlig til temperaturer under 149°C nok. (Jttømningsledningen fra produktutløpet 88

er også forsynt med en trykklås 118 gjennom hvilken reak-sjonsproduktet strømmer, for å hindre tap av trykk fra reaktoren .

De avkjølte reaksjonsgasser blir fjernet fra reaktorens øvre ende via det med flens forsynte utløp 2 8 og strømmer gjennom en trykkreduksjonsventil 120 til en kondensator 122. I kondensatoren 122 blir de organiske og kondenserbare deler av reaksjonsgassen kondensert og ekstrahert i form av et biproduktkondensat. Den ukondenserbare del av gassen i produktgasssen blir fjernet og kan utvinnes og anvendes for å supplere reaktorens oppvarmingsbehov. På lignende måte blir væskedelen som er blitt fjernet fra reaktoren i forvarmingssonen, fjernet via en egnet trykkreduksjonsventil 124 og blir uttømt som avvann. Avvannet inneholder ofte verdifulle oppløste organiske bestanddeler og kan behandles videre for å ekstrahere disse, eller alternativt kan avvannet som innbefatter de oppløste organiske bestanddeler, anvendes direkte for å danne en vandig oppslemning som inneholder deler av det nedmalte faste reaksjonsprodukt, for å lette transport av dette til et sted som befinner seg fjernt fra reaktoren.

Dessuten viser flytskjemaet ifølge Figur 4 hjelpeopp-varmingssystemer for resirkulering av varmeoverføringsfluid-mediumet gjennom de omkretsmessige og tverranordnede varme-vekslerseksjoner for reaksjonssonen 114. Som vist innbefatter omkretsvarmevekslingssystemet en pumpe 126 for å sirkulere varmeoverføringsfluidet gjennom en varmeveksler eller ovn 128 for fornyet oppvarming av dette og for ut-tømning i rørknippet i reaksjonssonen. På lignende måte er det tverrgående varmevekslersystem forsynt med en sir-kulasjonspumpe 130 og en ovn 132 for å sirkulere og på ny oppvarme varmeoverføringsfluidet for uttømning i de U-formede

rør i reaksjonssonen 114.

Flerherdreaktoren og fremgangsmåten som her er vist

og beskrevet, er utmerket godt egnet for behandling av carbonholdige materialer eller blandinger av slike materialer av de generelle typer som er beskrevet ovenfor og som generelt er særpregede ved at de har forholdsvis høye fuktighetsinnhold i rå påmatet tilstand. Betegnelsen "carbonholdig" som her anvendt skal angi materialer som

er rike på carbon og som kan omfatte naturlig forekommende avsetninger såvel som avfallsmaterialer dannet innen landbruket og skogbruket. Typisk innbefatter slike materialer underbituminøse kull, kull av lignittypen,, torv, celluloseavfallsmaterialer, som sagmugg, bark, trerester, grener eller flis fra tømmerhugging eller saging, avfallsmaterialer fra landbruket, som bomullsplantestilker, nøtteskall, mais-skall, risskall eller lignende materialer, og oppslemninger av fast kommunalt avfallsmateriale hvorfra metalliske forurensninger er blitt fjernet og inneholdende mindre

enn 50 vekt% fuktighet, typisk ca. 25 vekt% fuktighet.

Den foreliggende flerherdreaktor og fremgangsmåte er utmerket egnet for behandling og anrikning av slike cellulosematerialer under de betingelser og behandlingsparametre som er beskrevet i US patenter 4052168, 4126519, 4129420, 4127391 og 4477257.

Et typisk eksempel på drift av flerherdreaktoren i henhold til den utførelsesform som er vist på Figur 1, for anrikning av et underbituminøst kull som inneholder ca. 30 vekt% fuktighet i rå påmatet tilstand, vil nå bli beskrevet. Det råe påmatningskull innføres fra påmatnings-siloen 110 vist på Figur 4 via trykklåsen 111 ved en temperatur av ca. 16°C og ved atmosæretrykk inn i reaktoren som holdes ved et manometertrykk av 58,4 kg/cm 2. Det påmatede kull blir oppvarmet i reaktorens forvarmingssone 112 fra ca. 16°C i løpet av dets nedadrettede forflytning gjennom reaktoren og kommer inn i reaksjonssonen 114 ved en temperatur av ca. 2 6 0°C. Avvannet som er blitt ekstrahert fra forvarmingssonen, fjernes ved en temperatur av ca.

162°C og et manometertrykk av 58,4 kg/cm , mens produktgass også fjernes fra den øvre del av forvarmingssonen ved en

temperatur av ca. 162°C og et manometertrykk av 58,4 kg/cm 2. Reaksjonsgassen fra reaksjonssonen kommer inn i den nedre

del av forvarmingssonen ved en temperatur av ca. 260°C og et manometertrykk av 58,4 kg/cm 2. Det erholdte faste reaksjonsprodukt blir fjernet fra bunnen av reaksjonssonen ved en temperatur av ca. 381°C ved et manometertrykk av 58,4 kg/cm<2>, hvorefter det avkjøles til en temperatur av 93°C

og uttømmes ved atmosfæretrykk.

En typisk massestrømningsmengde av påmatet materiale

og av forskjellige produktstrømmer uttrykt i kg pr. time omfatter 23346 kg/time av påmatet materiale inneholdende 7238 kg/time vann. Det utvundne avvann er 9220 kg/time,

mens produktgassen utgjør 2517 kg/time i tillegg til 149 kg/time damp. Det faste reaksjonsprodukt som uttømmes fra reaktoren, utgjør 11507 kg/time, og nettoproduktgassen efter fjernelse av de kondenserbare deler utgjør 2517 kg/time i tillegg til 149 kg/time vann.

Et varmebalanse for den ovenstående fremgangsmåte omfatter det fuktige påmatede råkull inneholdende 18776 kcal/time innført i reaktoren sammen med det faste reaksjonsprodukt avkjølt til 93°C og inneholdende 322194 kcal/time. Den utvundne produktgass har en følbar varmeverdi av 270112 kcal/time, mens det fjernede varme avvann inneholder 150079 kcal/time.

Den ovenstående fremgangsmåterekkefølge og de ovenstående fremgangsmåtebetingelser er typiske for behandling av underbituminøse kull, og det vil forstås at de spesielle temperaturer i de forskjellige soner av reaktoren, det anvendte trykk og det påmatede materiales oppholdstid i de mange soner kan varieres for å oppnå den nødvendige termiske anrikning og/eller kjemiske restrukturering av det cellulose-holdige påmatningsmateriale i avhengighet av dets opprinnelige fuktighetsinnhold, dets generelle kjemiske oppbygning og dets carboninnhold såvel som de ønskede egenskaper for det utvundne faste reaksjonsprodukt. Reaktorens forvarmingssone kan derfor reguleres slik at det oppnås en forvarming av det innkommende påmatede materiale ved værelsetemperatur til en forhøyet temperatur som generelt varierer innen området fra 93°C opp til 260°C, hvorefter det påmatede materiale når det kommer inn i reaksjonssonen, blir ytterligere oppvarmet til en temperatur opp til 649°C eller derover. Trykket i reaktoren kan også varieres innen området fra 21 til 211 kg/cm 2 manometertrykk, idet manometertrykk av 42,1-105,5 kg/cm 2 er typiske. I henhold til en alternativ tilfredsstillende utførelsesform av apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse og som best er vist på Figur 5,

er en alternativ anordning vist hvor forvarmingssonen er avgrenset av et hellende kammer 134 som er anordnet slik at dets øvre utløpsende via en flens 136 er forbundet med et med flens forsynt innløp 38 for en flerherdreaktor 140

som avgrenser reaksjonssonen. Kammeret 134 er ved sin nedre endedel forsynt med et innløp 142 gjennom hvilket det fuktige carbonholdige påmatningsmateriale kommer inn og blir ved hjelp av en mateanordning av skruetypen eller en låssilo 144 under trykk overført til kammerets nedre ende. Det carbonholdige påmatningsmateriale blir under trykk overført oppad gjennom kammeret 134 ved hjelp av en transportskrue 146 som strekker seg langs kammerets lengde. Transportskruens øvre ende er opplagret ved hjelp av en endehette 148 som er boltet fast til kammerets øvre ende, og ved sin nedre ende ved hjelp av en tetnings- og lagermontasje 150

som er montert på en flens som er boltet fast til den nedre ende av kammeret. Transportskruens 146 utstikkende ende-aksel er ved hjelp av en kopling 152 forbundet med en elektro-motor 154 med variabel hastighet.

Kammerets 134 øvre ende er forsynt med et med flens forsynt utløp 156 som er innrettet slik at det kan utstyres med en bruddskive eller en annen egnet trykkreduksjonsventil for å oppheve trykk fra reaktorsystemet ved et på forhånd innstilt for høyt trykknivå. Den nedre del av det skrått forløpende kammer er forsynt med et annet med flens forsynt utløp 158 som ved hjelp av en egnet gjennomhullet sikt, som en sikt av Johnson-typen, i kammerets 134 vegg, og gjennom dette utløp 158 fjernes ukondenserbare gasser fra systemet. Det med flens forsynte utløp 158 er i henhold til en anordning som vist på Figur 4 forbundet med en ventil 120 til et produktgassbehandlings- og -ut-vinningssystem. Forvarming og delvis avvanning av det carbonholdige materiale som transporteres oppad gjennom det skrått forløpende kammer 134, utføres i takt med motstrømmen av reaksjonsgasser som uttømmes utad fra flerherdreaktoren 140 via det med flens forsynte innløp 138. På samme måte som tilfellet er for den utførelsesform som er beskrevet i forbindelse med Figur 1, blir forvarming av det påmatede materiale delvis oppnådd ved kondensasjon av kondenserbare andeler av reaksjonsgassen, som damp, på overflatene av det kalde innkommende påmatede materiale såvel som ved direkte varmeveksling. Forvarming av det påmatede materiale oppnås i alminnelighet opp til en temperatur av fra 93°C og opp til 260°C. De kondenserte væsker og det kjemisk kombinerte vann som frigjøres under forvarmingen og sammenpressingen av det carbonholdige materiale i kammeret 134, dreneres nedad og fjernes fra kammerets nedre del via en kanal 160

på en måte som tidligere er blitt beskrevet i forbindelse med Figur 4, idet kanalen 160 er forsynt med en egnet ventil 124 for behandling og utvinning av avvann. Kammerets 134 vegg nær kanalen 160 er forsynt med en egnet gjennomhullet sikt, som en sikt av Johnson-typen, for å redusere unn-slippelse av den faste andel av det påmatede materiale til et minimum.

Flerherdreaktoren 140 som vist på Figur 5 har en lignende konstruksjon som den reaktor som er vist på Figur 1, bortsett fra at reaktorens indre avgrenser en reaksjonssone og at den ikke inneholder de skrånende herder 64, som vist på Figur 1, i reaktorens øvre forvarmingsseksjon. Reaktoren 140 har lignende konstruksjon og innbefatter en domformet øvre del 162 som er forbundet med en sirkulær, sylindrisk senterseksjon 164 i gasstett avtetning ved hjelp av ringformige flenser 166. En ringformig boss 168 er utformet på den innvendige sentrale del av den domformede del 162

for å motta et lager 170 hvori den øvre ende av en roterende aksel 172 er opplagret og bærer en rekke rakearmer 174,

i overensstemmelse med den anordning som tidligere er blitt beskrevet i forbindelse med Figur 1. Hver rakearm er forsynt med en rekke av med vinkel anordnede raketenner 176

for radialt å overføre påmatningsmaterialet innad og utad på tvers av en rekke herder 178 som er anordnet vertikalt i avstand fra hverandre.

I overensstemmelse med den ovenfor beskrevne anordning kommer det forvarmede og delvis avvannede påmatede materiale som uttømmes fra den øvre ende av det med vinkel hellende kammer 134, inn i reaktoren via det med flens forsynte inn-løp 138 som er forsynt med en renne 180 for å fordele det påmatede materiale over den øverste herd 178. I avhengighet av rakearmenes rotasjon strømmer det påmatede materiale nedad på kaskadelignende avvekslende måte, som tidligere beskrevet og som antydet ved hjelp av pilene på Figur 5.

Da den nedre del av reaktoren 140 er i det vesentlige iden-tisk med den som er vist på Figur 1, er ingen spesiell teg-ning av denne vist. Drivanordningen og støtteanordningen, som vist på Figur 1, kan med tilfredsstillende resultat anvendes for å understøtte reaktoren 140.

På samme måte som tilfellet er for anordningen vist på Figur 1, er reaktoren 140 ifølge Figur 5 forsynt med en sylindrisk foring 182 som avgrenser den innvendige vegg av reaksjonssonen som er forsynt med et utvendig isolasjonslag 184 mellom veggen 164. På lignende måte kan den ytre overflate av veggen og den domformede øvre del være forsynt med et isolasjonslag 186 for å gjøre at varmetapet blir minimalt.

I henhold til den utførelsesform som er vist på

Figur 5, blir det påmatede materiale på den øvre overflate av hver av herdene 178 oppvarmet ved hjelp av en elektrisk oppvarmingsinnretning som er skjematisk vist ved 188 og som er i det vesentlige fullstendig innhyllet i en ringformig ledende avskjermning 190 som er festet til undersiden av herden. Avskjermningen 190 hindrer avsetning av tjærer og andre termiske nedbrytningsprodukter på opp-varmingselementene hvilket ellers ville ha redusert varme-overf øringseffektiviteten. Anvendelsen av slike avskjermninger 190 er like nyttig i forbindelse med den ut-førelsesform som er vist på Figur 1 for å innhylle rørene 94 og 96 for på tilsvarende måte å hindre avsetning av

carbon og annet eksternt materiale på disse.

I henhold til den anordning som er vist på Figur 5, blir i det minste de nedre overflater av de ringformige avskjermninger 190 renset ved hjelp av egnede skrapelementer, fortrinnsvis trådbørster 192 som er festet og strekker seg radialt langs rakearmenes 174 øvre kant. Rotasjonen av akselen 17 2 og rakearmene på denne bevirker derfor en kontinuerlig rensing av undersiden av avskjermningene og opp-rettholder effektiv varmeoverførsel fra varmeelementene som er omsluttet av disse.

Det betraktes dessuten som en mulighet at efter lengre tids drift vil en uønsket akkumulering av tjærer og annet materiale kunne forekomme på de innvendige overflater av reaktorene vist på Figurene 1 og 5. I et slikt tilfelle kan reaktorens indre renses ved å stanse ytterligere inn-førsel av påmatningsmateriale, og efter at det siste produkt har passert gjennom reaktorens utløp, kan luft innføres i reaktorens indre for å bevirke oxydasjon og fjernelse av de akkumulerte carbonholdige avsetninger.

I henhold til den anordning som er vist på Figur 5,

er reaktoren 140 fortrinnsvis også forsynt med et med flens forsynt utløp 194 i den domformede øvre seksjon av reaktoren, og denne er innrettet for å kunne forbindes med en egnet bruddskive eller et egnet trykkreduksjonssystem på lignende måte som utløpet 156 på kammeret 134.

Arbeidsbetingelsene for reaktoren vist på Figur 5

er i det vesentlige like med de arbeidsbetingelser som tidligere er blitt beskrevet i forbindelse med reaktoren i henhold til Figur 1, for fremstilling av et anriket, kjemisk restrukturert, delvis pyrolysert produkt.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for varmebehandling av fuktig, organisk, carbonholdig materiale under trykk, karakterisert ved at den omfatter de trinn at (a) en tilførsel av fuktig, carbonholdig påmatningsmateriale som skal behandles, innføres under trykk i et forvarmingskammer, og det påmatede materiale forvarmes til en temperatur av 93-260°C ved anvendelse av motstrømsvarme-overføringskontakt med reaksjonsgasser, (b) enhver væske som dannes i forvarmingskammeret, fjernes fra kammeret under trykk, (c) det forvarmede påmatede materiale innføres under trykk i en flerherdreaktor som omfatter en trykkbeholder som inneholder en rekke over hverandre anordnede ringformige herder, (d) det forvarmede påmatede materiale fordeles på den øverste herd i trykkbeholderen og overføres kaskadelignende nedad fra én herd til den neste underliggende herd, (e) det påmatede materiale oppvarmes uavhengig i beholderen til en regulert forhøyet temperatur i en tid som er tilstrekkelig til å fordampe i det minste en del av de flyktige stoffer i det påmatede materiale, under dannelse av flyktige gasser og et fast, termisk restrukturert produkt, (f) de flyktige gasser overføres i motstrøm til det påmatede materiale gjennom trykkbeholderen og inn i forvarmingskammeret, og (g) det faste reaksjonsprodukt uttømmes under trykk fra beholderen.

2. Flerherdapparat med et forvarmingskammer (134) med et innløp (142) ved en ende av dette for mottagelse av påmatet materiale, og et utløp (136) ved dets annen ende for uttømning av det forvarmede påmatede materiale, en anordning (146) for å transportere det påmatede materiale gjennom forvarmingskammeret fra innløpet til utløpet, en utløpsanordning (156) i en øvre del av forvarmingskammeret for å fjerne gasser fra dette, en beholder (140) som inneholder flere over hverandre anordnede ringformige herder (178) som står i forbindelse med forvarmingskammerets ut-løp, rakeanordninger (174, 176) anordnet over hver herd for å overføre materialet radialt langs hver herd i en avvekslende innadrettet og utadrettet retning for å bevirke at det påmatede materiale faller kaskadelignende nedad fra en herd til den neste underliggende herd, en anordning (72) for å dirigere gasser oppad gjennom de over hverandre anordnede ringformige herder og forvarmingskammeret i en retning som er motsatt bevegelsesretningen for det påmatede materiale, og henimot utløpsanordningen, og uttøm-ningsanordninger (86, 88) under de mange ringformige herder, karakterisert ved at forvarmingskammeret og beholderen er satt under trykk for termisk behandling av organiske, carbonholdige materialer under trykk, at for-varmingskammerinnløpet (142) er innrettet for å motta påmatet materiale under trykk og at forvarmingskammeret dessuten innbefatter en dreneringsanordning (160) for å fjerne eventuell væske i denne under trykk fra forvarmingskammeret, idet utløpsanordningen (156) i forvarmingskammeret er innrettet for å fjerne flyktige gasser under trykk fra dette, en oppvarmingsanordning (188) i beholderen anordnet i området for hver av herdene for uavhengig og progressiv oppvarming av det påmatede materiale på herdene til en regulert forhøyet temperatur i en tilstrekkelig tid til å fordampe i det minste en del av de flyktige stoffer i dette under dannelse av flyktige gasser og et termisk restrukturert produkt, og idet uttømningsanordningene (86, 88) er innrettet for å uttømme det termisk restrukturerte produkt under trykk fra beholderen.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at forvarmingskammeret og beholderen danner et enhetlig trykksatt kammer, idet forvarmingskammeret er anordnet på toppen av det trykksatte kammer og inneholder flere over hverandre anordnede øvre herder (64) som skråner med vinkel nedad henimot kammerets periferi.

4. Apparat ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at det dessuten omfatter en renseanordning (50) for å rense dreneringsan-ordningen.

5. Apparat ifølge krav 2-4, karakterisert ved at oppvarmingsanordningen (188) er anordnet omkretsmessig rundt beholderens indre.

6. Apparat ifølge krav 2-4, karakterisert ved at oppvarmingsanordningen (188) er anordnet på tvers og med avstandsmellom-rom inne i beholderen og nær undersiden av hver av herdene (178) i beholderen (140).

7. Apparat ifølge krav 2-4, karakterisert ved at oppvarmingsanordningen (188) er anordnet inne i en beskyttende, ledende skjerm (84), og at apparatet dessuten innbefatter en skrapean-ordning (77) på rakeanordningene (174, 176) for å løsne og fjerne avsetninger fra i det minste endel av skjermens (84) ytre overflater.

8. Apparat ifølge krav 2-7, karakterisert ved at det dessuten omfatter anordninger (54, 60, 62) for regulerbart å understøtte rakeanordningene (174, 176) for vertikal bevegelse i forhold til herdenes (178) øvre overflater.