DK165373B - Fremgangsmaade og apparat til termisk behandling af fugtigt, organisk carbonholdigt materiale under tryk - Google Patents

Description

DK 165373B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til termisk behandling af fugtigt, organisk carbonholdigt materiale under tryk. Opfindelsen angår også et apparat til brug ved udøvelse af fremgangsmåden.

5 Manglen på og de forøgede priser for konventio nelle energikilder omfattende petroleum og naturgas har givet anledning til undersøgelser af alternative energikilder, af hvilke der findes store mængder, såsom brunkul, bitumenfattige kul, celluloseholdige materialer, 10 såsom tørv, celluloseholdigt affaldsmateriale, såsom savsmuld, bark, træaffald, grene og spåner stammende fra savværksdrift, forskellige affaldsmaterialer fra landbruget, såsom bomuldsplantestængler, nøddeskaller, majskolbehylstre eller lignende og fast affaldspulp fra los-15 sepladser. Sådanne alternative materialer er uheldigvis i deres naturligt forekommende tilstand af flere forskellige grund uegnede til direkte anvendelse som højenergibrændstoffer. På grund af dette er der indtil nu blevet foreslået forskellige fremgangsmåder til at om-20 danne sådanne materialer til en form, der er bedre egnet til anvendelse som et brændstof, ved at forøge deres brændværdi på tør basis, og samtidig at forøge deres stabilitet i forbindelse med indflydelse fra vejrliget, transport og opbevaring.

25 Typisk eksempler på sådanne kendte apparater og fremgangsmåder er beskrevet i U.S.A. patent nr.

4 052 168, i hvilket det angives, hvorledes brunkul kemisk restruktueres ved hjælp af en styret termisk behandling, som tilvejebringer et forbedret fast carbon-30 holdigt produkt, som både er stabilt og modstandsdygtigt mod vejrets indflydelse og har en forøget brændværdi, som nærmer sig brændværdien for stenkul. I U.S.A. patent nr. 4 127 391 beskrives, hvorledes kulaffald stammende fra konventionel vaskning og rensning af kul kan behand-35 les termisk for at tilvejebringe faste agglomererede kokslignende produkter, som er anvendelige til direkte

DK 165373B

2 brug som et fast brændstof, og i U.S.A. patent nr.

4 129 420 angives, hvorledes naturligt forekommende cel-luloseholdige materialer, såsom tørv og celluloseholdige affaldsmaterialer kan forbedres ved en styret termisk 5 restruktueringsproces for at tilvejebringe faste kulhol-dige eller kokslignende produkter, som er egnet til brug som faste brændstoffer eller kan blandes med andre konventionelle brændstoffer, såsom brændolieslam. En reaktor og en fremgangsmåde til forbedring af sådanne car-10 bonholdige fødematerialer af de arter, der er beskrevet i de ovenfor nævnte U.S.A. patenter, angives i U.S.A. patent nr. 4 126 519, i hvilket det beskrives, hvorledes en flydende slam af fødematerialet ledes ind i en skråt- * stillet reaktor, hvor det opvarmes progressivt, så det 15 danner et hovedsagelig tørt, fast reaktionsprodukt med forøget brændværdi. Reaktionen foregår under forøgede, styrede tryk og temperaturer og under hensyntagen til opholdstiden, der er nødvendig for at opnå den ønskede termiske behandling, som kan omfatte fordampning af 20 stort set alt fugt i fødematerialet og i det mindste en del af de flygtige organiske bestanddele samtidig med, at det undergår en styret delvis kemisk restruktuering eller pyrolyse. Reaktionen sker i et ikke-oxiderende miljø, og det faste reaktionsprodukt afkøles påfølgende 25 til en temperatur, ved hvilken det kan udledes i kontakt med atmosfæren uden at bryde i brand eller blive nedbrudt.

Fra US patentskrift nr. 2.104.526 og 2.121.661 kendes yderligere eksempler på fremgangsmåder og appara-30 ter af den indledningsvis angivne art, der benyttes i forbindelse med afbrænding af kloakslam.

Selv om det er blev konstateret at fremgangsmåderne og apparaterne beskrevet i de ovenfor nævnte U.S.A. patenter er i stand til at tilvejebringe en til-35 fredsstillende behandling af et stort antal ubehandlede carbonholdige fødematerialer for at fremstille et for-

DK 165373 B

3 bedret fast reaktionsprodukt, er der et stadigt behov for en reaktor og en fremgangsmåde, som er endnu mere effektiv, alsidig, simpel og let at styre med henblik på en kontinuert termisk behandling af et bredt udvalg af 5 sådanne fugtige, ubehandlede, carbonholdige fødematerialer, og som derved vil give yderligere bedre økonomi under konverteringen og produktionen af faste brændstoffer med højt energiindhold som en erstatning for og alternativ til de konventionelle energikilder. Det er for-10 målet med opfindelsen at angive en sådan fremgangsmåde og apparat.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen adskiller sig fra den kendte ved, at den omfatter at fugtigt, carbon-holdigt materiale føres ind i et forvarmningskammer un-15 der tryk og forvarmes til en temperatur på 95-260°C ved varmeoverførende kontakt med reaktionsgasser i modstrøm, at al væske dannet i forvarmningskammeret udtages under tryk, at det forvarmede fødemateriale indføres under tryk i en reaktor med flere herder, hvilken reaktor om-20 fatter en trykbeholder med over hinanden beliggende ringformede herder, at det forvarmede fødemateriale fordeles på den øverste herd i trykbeholderen og overføres i kaskade fra én herd til den underliggende, næste herd, at fødematerialet opvarmes uafhængigt i reaktoren til en 25 styret, højere temperatur i tilstrækkelig lang tid til at fordampe i det mindste en del af de flygtige bestanddele af materialet, så der dannes reaktionsgasser og et fast, termisk restruktureret reaktionsprodukt, at reaktionsgasserne ledes gennem trykbeholderen og ind i for-30 varmningskammeret i modstrøm i forhold til fødematerialet, og at det faste reaktionsprodukt udledes fra reaktoren under tryk.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen indføres de fugtige, organiske, carbonholdige fødematerialer til en 35 forvarmningszone, der er adskilt fra beholderen, og i hvilken fødemateriale forvarmes i en modstrøms forløben-

DK 165373 B

4 de strøm af reaktionsgasser, til en temperatur på omkring 150-260°C. Samtidig drænes fugtighed, der kondenserer på det kølige indkommende fødemateriale, såvel som fugtighed, der frigives som følge af opvarmningen fra 5 fødematerialet og udtages fra forvarmnihgszonen under tryk via et drænsystem. Fødematerialet passerer i delvis afvandet tilstand fra forvarmningszonen ned gennem reaktionszonen og opvarmes til en temperatur på omkring 200-650°C eller derover under et tryk på omkring 21-210 bar 10 eller derover i et tidsrum, der generelt kan være frå så lidt som omkring 1 minut og op til omkring 1 time eller mere for at bevirke fordampning af i det mindste en del af de flygtige bestanddele i materialet, hvorved der fremkommer en gasfase og et fast reaktionsprodukt. Her-15 ved opnås det tidligere angivne formål.

Opfindelsen vedrører også et apparat til termisk behandling af fugtigt, organisk carbonholdigt materiale under tryk, omfattende et forvarmningskammer med en tilgang ved den ene ende til at modtage fødematerialet og 20 en afgang ved den anden ende til udtagning af det forvarmede fødemateriale, en transportør til at transportere fødematerialet gennem kammeret fra tilgangen til afgangen, afgangsmidler i det øverste afsnit af kammeret til udtagning af reaktionsgasser fra dette, en beholder 25 med flere over hinanden beliggende ringformede herder, der står i forbindelse med kammerets fødemateriale-afgang, af strygere placeret over hver herd til at lede materialet radialt langs hver herd skiftevis i indadgående og udadgående retning, så materialet falder i ka-30 skade fra én herd til den underliggende, næste herd, organer til at lede reaktionsgasserne opad gennem de over hinanden beliggende, ringformede herder og forvarmnings-kammeret i en retning, der går imod fødematerialets bevægelsesretning, og henimod afgangsmidlerne, og udled-35 ningsmidler under de ringformede herder, hvilket apparat er ejendommeligt ved, at forvarmningskammeret og behol-

DK 165373 B

5 deren er tryksat til termisk behandling af et organisk, carbonholdigt materiale under tryk, at tilgangen til forkammeret er indrettet til at modtage fødemateriale under tryk, hvilket forvarmningskammer omfatter drænmid-5 ler til at fjerne eventuel væske under tryk fra forvarm-ningskammeret, og afgangsmidlerne fra forvarmningskamme-ret er indrettet til at fjerne flygtige gasser under tryk fra dette, at der er opvarmningsmidler i beholderen beliggende i området ved hver herd til uafhængig og pro-10 gressiv opvarmning af det tilsatte materiale på herderne til en styret, forøget temperatur i tilstrækkelig tid til at fordampe i det mindste en del af de flygtige stoffer i dette under dannelse af flygtige gasser og et termisk restruktureret produkt, og at der er udlednings-15 midler indrettet til at udlede det termisk restrukture-rede produkt under tryk fra beholderen.

I en udførelsesform danner forvarmningskammeret og beholderen et integreret, tryksat kammer, idet forvarmningskammeret er placeret i toppen af det tryksatte 20 kammer og indeholder flere over hinanden beliggende øvre herder, som skråner ned mod kammerets periferi.

Det faste reaktionsprodukt udtages fra reaktorens bundafsnit og overføres til et kølekammer, i hvilket det køles til en temperatur, ved hvilken det kan udledes i 25 kontakt med atmosfæren uden skadelige virkninger.

Reaktoren har i sit øverste afsnit et udløb til udtagning af reaktionsgasser under tryk som produktgasser, der, hvis det ønskes, kan benyttes til forbrænding i og opvarmning af reaktorens reaktionszone. Reaktorens 30 øverste afsnit har også et indløb, gennem hvilket det ubehandlede, carbonholdige fødemateriale eller blandinger af dette indføres gennem en egnet tryksluse til reaktionskammeret og ind på den øverste herd i tørrezonen.

Renseindretningerne, såsom stålbørster til fjer-35 nelse af ansamlinger af fastbrændte materialer fra de ringformede ledepladers yderside, benyttes til at opret-

DK 165373B

6 holde apparatets optimale driftsvirkningsgrad. Ved at de rørformede varmevekslingselementer eller de elektriske opvarmningselementer omgives af ledende skærme, der på lignende måde renses, kan elementernes maksimale varme-5 overføringsegenskaber opretholdes.

Opfindelsen vil nu blive beskrevet nærmere ved hjælp af nogle foretrukne udførelsesformer og med henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 er et delbillede af et længdesnit i en 10 foretrukket udførelsesform af en multiherd-reaktor ifølge opfindelsen, fig. 2 et tværsnit i reaktoren i fig. 1 visende placeringen af de tværgående varmevekslerrør, fig. 3 et delbillede af afgangsportene i en skrå 15 ringformet herd i den øvre forvarmningszone i reaktoren vist i fig. 1, fig. 4 et skematisk rutediagram af reaktoren og de forskellige processtrømme forbundet med den termiske behandlig af carbonholdige fødematerialer, og 20 fig. 5 et delsnit af en multiherd-reaktor med et separat forvarmnings- og tørringstrin ifølge en alternativ udførelsesform af opfindelsen.

En udførelsesform af en multiherd-reaktor ifølge opfindelsen omfatter som vist i fig. 1-3 en trykbeholder 25 10 omfattende en øvre hvælvet endebund 12, et cirku lærcylindrisk midterafsnit 14 og en nedre hvælvet endebund samlet ved hjælp af ringformede flanger 18, så de er gastætte. Reaktoren bæres i hovedsagelig lodret stilling af en række ben 20 fastgjort til understøt-30 ninger 22 forbundet med den nederste flange 18 på beholderens midterafsnit. Den øverste endebund 12 har et indløb 24 med flange til at lede et findelt fugtigt, carbonholdigt fødemateriale ind i reaktoren. Stødende op til indløbet 24 er en skrå ledeplade 26, 35 der leder det indkommende fødemateriale i retning mod reaktionskammerets periferi. På den modsatte side af den

DK 165373 B

7 øverste endebund 12 er et udløb 28 med flange til udtagning af reaktionsgasser under tryk fra reaktionskammeret på en måde, som vil blive beskrevet mere detaljeret nedenfor. Den øverste endebund 12 har indvendig 5 i midten et nedadvendende ringformet nav 30, i hvilket der er placeret et leje 32, som drejeligt understøtter den øverste ende af en drejelig aksel 34.

Akslen 34 strækker sig gennem midten af reaktoren og er drejeligt lejret ved sin nederste ende i et 10 ringformet nav 36 i den nederste endebund 16 ved hjælp af et leje 38 og en tætning 40, som er fluidumtæt. Akslen 34's udadragende ende har et kort aftrappet parti 42, som bæres af et trykleje 44 monteret i en lejeholder 46.

15 Der er til den drejelige aksel 34 fastgjort flere radiale afstrygerarme 48, som rager radialt ud fra akslen med mellemrum i dennes længderetning. Generelt kan der benyttes to, tre eller fire afstrygerarme i forvarmnings- eller tørrezonen og op til seks af-20 strygerarme i reaktionszonen. Der er typisk ved hvert niveau anbragt fire afstrygerarme med omkring 90° vinkelafstand på den roterende aksel. På afstrygerarmene 48's underside er anbragt flere skråtstillede afstry-gertænder 50, og de er orienteret således, at de be-25 virker en radial indadgående og udadgående transport af fødematerialet langs herderne som reaktion på drejning af akslen.

Drejningen af akslen . 34 og de på denne placerede afstrygerarme foregår ved hjælp af en motor 52 med 30 et konisk tandhjul 56 på en indstillelig fundamentsplade 54, hvilket tandhjul er i konstant indgreb med et konisk tandhjul 58 fastgjort ved akslen 34's nederste ende. Motoren 52 er fortrinsvis af typen med variabel hastighed for at tillade, at akslens omdrejningshastig-35 hed kan styres.

For at tillade længdeudvidelse og sammentrækning af akslen og ændringer i den vertikale placering af af-

DK 165373 B

8 stryger armene, som reaktion på variationer af temperaturen i reaktoren, er fundamentspladen 54 og den udadragende ende af akslen 34 placeret på indstillelige donkrafte 60, som yderligere assisteres af en 5 fluidumaktiveret cylinder 62, så højden åf fundamentspladen 54 kan vælges for at sikre en hensigtsmæssig placering af afstrygertænderne 50 i forhold til oversiderne af herderne i reaktoren.

Som vist i fig. 1 er reaktorens indre opdelt i en 10 øvre forvarmnings- eller tørrezone og en nedre reaktionszone. Forvarmningszonen omfatter flere over hinanden beliggende skrå ringformede herder 64, som hælder nedad mod reaktionskammerets periferi. Den øvre forvarmnings zone har en cirkulærcylindrisk foring 66, som lig-15 ger inden for og adskilt fra midterafsnittets væg 14, og til hvilken herderne 64 er fastgjort. Den øverste ende af foringen 66 er udformet med en udadhældende del 68, der forhindrer, at carbonholdigt fødemateriale komme ind i det ringformede mellemrum mellem foringen og 20 midterafsnittets væg 14. Den øverste herd 64 i fig. 1 er langs omkredsen forbundet med foringen 66 og strækker sig opad og indad mod den drejelige aksel 34. Herden 64 afsluttes med en på herdens underside placeret cirkulær ledeplade 70, som afgrænser en ringformet 25 tragt, gennem hvilken fødematerialet falder ned på den inderste del af den underliggende herd. Den nedadhælden-de, ringformede herd 64 placeret under den øverste herd 64 er fastgjort til og båret ved hjælp af beslag 72 placeret med indbyrdes vinkelafstande på foringen 30 66. Den anden ringformede herd 64 er, som det bedst ses i fig. 3, udformet med flere porte eller åbninger 73 langs herdens periferi, gennem hvilke porte fødematerialet ledes ud, så det falder ned på den underliggende, næste herd. Som følge af det beskrevne arrangement 35 ledes et fugtigt carbonholdigt fødemateriale indført gennem indløbet 24 af ledepladen 26 til den øverste

DK 165373 B

9 herd 64's periferi og føres derefter opad og indad ved hjælp af afstrygertænderne 50 til en position over den cirkulære ledeplade 70, hvorefter materialet falder ned til herden nedenunder. Afstrygertænderne 50 på den 5 næstøverste herd virker på lignende måde til at lede fødematerialet nedad og udad langs herdens overflade, så materialet ledes ud gennem portene 73 placeret langs dennes periferi. Fødematerialet fortsætter med at passere nedad i skiftevis indadgående og udadgående 10 retning som indikeret ved hjælp af pile i fig. i og ender med at blive ledt ud i den nedre reaktionsøone.

Under sin faldende bevægelse kommer fødematerialet i kontakt med den opadgående strøm af opvarmede reaktionsgasser, som løber i modstrøm, og der sker der-15 ved en forvarmning af materialet til en temperatur, som generelt ligger på omkring 95-260°C. For at sikre intim kontakt mellem fødematerialet og de opadstrømmende reaktionsgasser er der placeret ringformede ledeplader 72 umiddelbart over afstrygerarmene 48 over i det mindste 20 en del af de skrå herder 64 for at begrænse strømmen af sådanne varme reaktionsgasser til området stødende umiddelbart op til herdernes overflade, så strømmen varmeveksler med fødematerialet på herderne. Der opnås en forvarmning af fødematerialet på herderne delvis ved 25 kondensation af kondenserbare bestanddele af reaktionsgasserne, såsom ved kondensation af damp på overfladen af det kølige indkommende fødemateriale, såvel som ved direkte varmeveksling. Såvel de kondenserede væsker som det frigjorte kemisk bundne vand i det indkommende føde-30 materiale drænes ned og ud langs de skrå herder, der langs deres yderkanter er forbundet med den cirkulære foring, og væskerne udtages langs herdernes periferi via en ringformet rende 54, over hvis indløbsende der er en rist 76, som f.eks. en såkaldt Johnson-rist, som er 35 indrettet til til stadighed at blive overstrøget af et skrabeelement eller en stålbørste 77 på den hosliggen-

DK 165373 B

10 de afstrygerarms yderste afstrygertand. De ringformede render 74 står i forbindelse med faldrør 78 placeret i det ringformede mellemrum mellem foringen 66 og midterafsnittets væg 14, og væsken udtages fra reaktions-5 beholderen via et kondensatudløb 80, som vist i fig. l.

De afkølede reaktionsgasser, der passerer opad gennem forvarmningszonen, udtages til slut fra trykbeholderens øverste endebund 12 via udløbet 28.

Det forvarmede og delvis afvandede fødemateriale 10 passerer fra den nederste herd i forvarmnings zonen til den øverste ringformede herd 84 i reaktionszonen under stadig styret forhøjet tryk, og det underkastes yderligere opvarmning til temperaturer, der generelt ligger på' omkring 200-650°C eller derover. De ringformede herder 15 82 i reaktionszonen er placeret i det væsentlige horisontalt, og periferien af hveranden herd er tætnet mod en cirkulærcylindrisk foring 84 af ildfast materiale på indersiden af midterafsnittets væg 14. Afstrygertæn-derne 50 på afstrygerarmene 8 i reaktions zonen be-20 virker på lignende måde en skiftevis radialt indadgående og radialt udadgående bevægelse af fødematerialet gennem reaktionszonen, så det falder ned som indikeret ved hjælp af pile i fig. 1. Det faste reaktionsprodukt, der i det væsentlige er frit for fugtighed og er termisk 25 forbedret, udledes ved midten af den nederste herd 82 i en konisk tragt 86 og udtages fra trykbeholderen gennem et udløb 88 med flange.

For yderligere at reducere varmetabet fra trykbeholderen har såvel det cylindriske afsnit som den neder-30 s te del 16 et ydre isolationslag 90 af kendt type. Midterafsnittet har yderligere et ydre svøb 92 til beskyttelse af den underliggende isolation.

Opvarmningen af fødematerialet i reaktionszonen kan ske ved hjælp af elektriske varmeelementer i zonen, 35 ved hjælp af en kappe langs væggen 14's periferi, gennem hvilken kappe et varmevekslingsfluidum cirkuleres

DK 165373B

11 eller alternativt ifølge arrangementet vist i fig. l ved hjælp af et varmevekslerarrangement langs periferien omfattende spiralrør 94 placeret op til den ildfaste foring 84's inderside, såvel som et tværgående varme-5 vekslerelement omfattende flere U-formede rør 96, der går vandret tværs over trykbeholderen i en position umiddelbart under de ringformede herder 82. Den periferiske varmevekslers rørbundt 94 er forbundet ved hjælp af et indløb 98 med flange og et udløb 100 med flan-10 ge til et udvendigt forråd af varmeoverføringsfluidum, såsom komprimeret carbondioxid eller et lignende varme-overførende fluidum. Den tværgående varmevekslers U-formede rør 96 er, som det bedst ses i fig. l og 2, forbundet med en indløbsmanifold 102 og en udløbsmani-15 fold 104, som igen er forbundet med et flangeforsynet indløb 106 og et flangeforsynet udløb 108, som går gennem trykbeholderens væg. De perifere og de tværgående varmevekslersystemer kan være forbundet til samme kilde for varmeoverføringsfluidum, eller de kan alternativt 20 ifølge en foretrukket udførelsesform, der er skematisk illustreret i fig. 4, være forbundet til separate varmekilder, som tillader uafhængig styring af hvert system for at opnå den ønskede opvarmning og termiske restruk-tuering af fødematerialet i reaktionszonen.

25 Som angivet i rutediagrammet i fig. 4 indføres et egnet fugtigt, carbonholdigt f ødemateriale fra en lagertragt 110 gennem en hensigtsmæssigt tryksluse ill under tryk ind i trykbeholderen 10' s indløb 24. Det fugtige rå fødemateriale ledes nedad gennem den øverste 30 forvarmningszone 122 på den tidligere beskrevne måde og i varmevekslingskontakt med de opadgående reaktionsgasser, så der sker en forvarmning af fødematerialet til en temperatur på omkring 95-260°C på den måde, der tidligere er blevet beskrevet i forbindelse med fig. 1.

35 Derefter ledes det forvarmede og delvis afvandede fødemateriale nedad til den nedre reaktionszone 114 i mul-

DK 165373 B

12 tiherd-reaktoren, hvor det opvarmes til en højere temperatur, som generelt ligger på omkring 200-650°C for at bevirke en styret termisk restruktuering eller delvis pyrolyse af materialet ledsaget af en fordampning af 5 stort set al den resterende fugtighed i dette, og som af organiske let flygtige bestanddele og reaktionsprodukterne fra pyrolysen. Trykket i reaktoren styres generelt inden for et område på omkring 21 bar til 210 bar eller derover afhængig af typen af det benyttede fødema-· 10 teriale og den ønskede termiske restruktuering af dette for at frembringe det ønskede endelige faste reaktionsprodukt. Antallet af ringformede herder i forvarmnings-zonen og i reaktionszonen i reaktoren bestemmes afhængigt af den ønskede behandlingsvarighed, så materialet 15 får en opholdstid i reaktionszonen, der generelt går fra omkring 1 minut til omkring 1 time eller mere. Det resulterende termisk forbedrede faste reaktionsprodukt udledes gennem produktudløbet 88 i den nedre del af reaktoren og afkøles yderligere i en køler 116 til en 20 temperatur, ved hvilken det faste reaktionsprodukt kan ledes ud i kontakt med atmosfæren, uden at det forbrænder, eller der er andre- skadelige effekter. Generelt er det tilstrækkeligt at afkøle det faste reaktionsprodukt til en temperatur, der er mindre end ca. 260°C, og sæd-25 vanligvis er temperaturer under 150°C passende. Afgangsledningen fra produktudløbet 88 har også en tryksluse 118, gennem hvilken reaktionsproduktet passerer for at forhindre tab af tryk i reaktoren.

De afkølede reaktionsgasser udtages fra den øver-30 ste ende af reaktoren gennem udløbet 28 og strømmer gennem en trykreduktionsventil 120 til en kondensator 122. I kondensatoren 122 kondenseres de organiske og kondenserbare bestanddele af reaktionsgasserne og udtages som biproduktkondensat. Den ikke-konderserbare del 35 af gassen omfattende produktgas udtages og kan genindvindes og benyttes som et bidrag til at dække reaktorens 13 DK 1653/3 Β varmebehov. På lignende måde udtages væsken fra reaktoren i forvarmningszonen gennem en egnet trykreduktionsventil 124, og den udtages som spildevand. Spildevandet indeholder ofte værdifulde opløste organiske bestanddele 5 og kan behandles yderligere, så disse udtages eller alternativt kan spildevandet inklusive de opløste organiske bestanddele direkte benyttes til dannelse af en vandig slam indeholdende dele af det findelte faste reaktionsprodukt for at lette transporten af dette til et 10 sted, der ligger langt fra reaktoren.

Rutediagrammet i fig. 4 viser desuden skematisk hjælpeopvarmnings systemerne til recirkulation af varme-overføringsfluidet gennem de periferiske og de tværgående varmevekslerafsnit i reaktionszonen 114. Som vist 15 omfatter det perifere varmevekslersystem en pumpe 126 til cirkulation af varmeoverføringsfluidet gennem en varmeveksler eller en ovn 128 til opvarmning af dette og til at lede det ind i rørbundtet i reaktionszonen. På lignende måde har det tværgående varmevekslersystem en 20 cirkulationspumpe 130 og en ovn 132 til cirkulation og genopvarmning af varmeoverføringsfluidet for at lede det ind i de U-formede rør i reaktionszonen 114.

Den ovenfor beskrevne multiherd-reaktor og fremgangsmåde er særdeles velegnet til at behandle carbon-25 holdige materialer eller blandinger af sådanne materialer af de ovenfor beskrevne generelle typer, som generelt udmærker sig ved, at de har et forholdsvis højt indhold af fugtighed i den rå fødetilstand. Betegnelsen "carbonholdig" benyttes her til at angive materialer, 30 som er carbonrige og som kan omfatte naturligt forekommende aflejringer såvel som affaldsmaterialer fra landbrug eller skovbrug. Sådanne materialer omfatter typisk bitumenfattige kul, brunkul, tørv, celluloseholdige affaldsmaterialer, såsom savsmuld, bark, træaffald, grene 35 og træfliser fra savværksdrift, affaldsmaterialer fra landbruget, såsom stængler fra bomuldsplanter, nødde-

DK 165373B

14 skaller, mejskolbehylstre, risskaller eller lignende og fast affaldspulp fra lossepladser, fra hvilket metalliske forureninger er blevt fjernet, og som indeholder mindre end 50 vægtprocent fugtighed, typisk omkring 25 5 vægtprocent fugtighed. Den heri beskrevne multiherd-reaktor og fremgangsmåde er særdeles velegnede til behandling og forbedring af sådanne celluloseholdige materialer ved de tilstande og behandlingsparametre, der beskrives i U.S.A. patentskrifterne nr. 4 052 168, 10 4 126 519, 4 129 420, 4 127 391 og 4 447 257, til hvilke der hermed henvises i fornødent omfang.

Der vil nu blive beskrevet et typisk eksempel på drift af en multiherd-reaktor i en udførelsesform vist i fig. 1 til forbedring af bitumenfattige kul indeholdende 15 omkring 30 vægtprocent fugtighed i den rå fødetilstand.

De ubehandlede kul ledes som vist i fig. 4 fra tilgangstragten 110 gennem slusen 111 ved en temperatur på omkring 15°C og ved atmosfæretryk ind i reaktoren, som holdes på et tryk på omkring 58 bar. Kullene opvarmes i 20 forvarmningszonen 112 fra omkring 15°C under deres nedadgående bevægelse gennem reaktoren og træder ind i reaktionszonen 114 ved en temperatur på omkring 260°C.

Det fra forvarmningszonen udtagne spildevand fjernes ved en temperatur på omkring 162°C ved et tryk på 58 .bar, og 25 fra den øverste del af forvarmnings zonen fjernes pro- ✓ duktgas ved en temperatur på omkring 162°C ved et tryk på 58 bar. Reaktionsgassen fra reaktionszonen strømmer ned i den nederste del af forvarmningszonen ved en temperatur på omkring 260°C og et tryk på 58 bar. Det re-30 suiterende faste reaktionsprodukt udtages fra bunden af reaktionszonen ved en temperatur på omkring 380°C ved et tryk på 58 bar, hvorefter det afkøles til en temperatur på omkring 95°C og udledes ved atmosfæretryk.

Størrelsen af fødemateriale- og produktstrømmene 35 udtrykt i kg/h kan f.eks. være 23.347 kg/h fødemateriale indeholdende 7.238 kg/h vand. Det genindvundne spilde-

DK 165373B

15 vand udgør 9.220 kg/h, medens produktgassen udgør 2.517 kg/h i tillæg til damp i en mængde af 149 kg/h. Det faste reaktionsprodukt, der udledes fra reaktoren udgør 11.507 kg/h, og nettoproduktgassen efter udtrækning af 5 de kondenserbare bestanddele udggør 2.517 kg/h i tillæg til 149 kg/h vand.

En varmebalance for den ovenstående proces omfatter fødemateriale bestående af rå fugtige kul indeholdende 187.800 kcal/h tilført reaktoren, og det faste re-10 aktionsprodukt afkølet til 95°C indeholdende 322.200 kcal/h. Den indvundne produktgas indeholder en fri varme på 270.100 kcal/h, og det varme spildevand, der udtages, s indeholder 1.500.800 kcal/h.

Den foregående procesrækkefølge og tilstandene 15 under processen er typisk for behandling af bitumenfat-tige kul, og det forstås, at de særlige temperaturer i de forskellige zoner af reaktoren, det benyttede tryk og fødematerialets opholdstid i de forskellige zoner kan varieres for at. opnå den krævede termiske forbedring 20 og/eller den kemiske restruktuering af det cellulosehol-dige fødemateriale afhængig af dettes oprindelige fugtighed s indhold, den generelle kemiske opbygning og car-bonindholdet af materialet, såvel som af de ønskede egenskaber af det resulterende faste reaktionsprodukt.

25 Reaktorens forvarmningszone kan således styres, så der opnås en forvarmning fra det indkommende fødemateriales omgivelsestemperatur til en højere temperatur, der generelt ligger på omkring 95-260°C, hvorefter materialet, efter at det er kommet ind i reaktionszonen, yderligere 30 opvarmes til en temperatur på omkring 650°C eller derover. Trykket i reaktoren kan også varieres inden for et område på omkring 21 bar til 210 bar, hvor trykområdet typisk ligger på omkring 42-105 bar.

I fig. 5 er vist en alternativ udførelsesform af 35 apparatet ifølge opfindelsen, og det ses, at forvarm-ningszonen afgrænses af et skråt kammer 134, hvis øver-

DK 165373 B

16 ste udløb via en flange 136 er forbundet med et flangeforsynet -indløb 138 til en multiherd-reaktor 140, som indeholder reaktionszonen. Kammeret 134 har i sin nederste del et indløb 142, gennem hvilket det fugtige 5 carbonholdige fødemateriale ledes ind, og materialet transporteres ved hjælp af en transportør af skruetypen eller en tragt 144 kombineret med en sluse under tryk ind i den nederste ende af kammeret. Det kulholdige fø-demateriale ledes derefter under tryk opad gennem kamme-10 ret 34 - ved hjælp af en skruetransportør 146, som strækker sig gennem hele kammerets længde. Skruetransportørens øverste ende er drejeligt lejret ved hjælp af et endedæksel 148, som er boltet på kammerets øverste ende, og transportøren er ved sin nederste ende lejret 15 ved hjælp af et lejeaggregat 150 med en tætning monteret på en flange, der er boltet til den nederste ende af kammeret. Skruetransportøren 146's udragende endeaksel er ved hjælp af en kobling 152 koblet til en elektromotor 154 med variabelt omdrejningstal.

20 Kammeret 134's øverste ende har et udløb 156 forsynet med en flange og indrettet til at blive udstyret med en bristeskive eller en anden hensigtsmæssig sikkerhedsventil til at frigive trykket fra reaktorsystemet ved et forudbestemt stort trykniveau. Den neder-25 ste del af det skrå kammer har et andet udløb 158 med en flange, forbundet ved hjælp af en egnet perforeret skærm, såsom en. såkaldt Johnson-skærm, til kammeret 134's væg, gennem hvilken skærm de ikke-kondenserbare gasser udblæses fra systemet. Udløbet 158 er som vist 30 i fig. 4 forbundet med en ventil 120 til et system for behandling og genindvinding af produktgas.

Der sker en forvarmning og delvis afvanding af det carbonholdige materiale, der ledes opad gennem det skrå kammer 134, som følge af modstrømmen af reaktions-35 gasser, som udledes fra multiherd-reaktoren 140· gennem' indløbet 138. Som det er tilfældet med udførelsesformen 17

DK Ί 65373 IS

beskrevet i forbindelse med fig. l, fås der en forvarm-ning af fødematerialet, dels ved kondensation af konden-serba.re bestanddele af reaktionsgassen, såsom damp på overfladen af det kolde indkommende fødemateriale, dels 5 ved direkte varmeveksling. Der sker generelt en forvarm-ning af fødematerialet til en temperatur på omkring 95-260°C. De kondenserede væsker og det kemisk bundne vand, der frigives under forvarmningen og sammentrykningen af det carbonholdige materiale i kammeret 134 10 dræner ned og udtages fra den nederste ende af kammeret gennem en port 160 på samme måde som tidligere beskrevet i forbindelse med fig. 4, idet porten har en egnet ventil 124 for tilslutning til et anlæg til behandling og genindvinding af spildevand. Kammeret 134's væg 15 stødende op til porten 160 har en egnet porøs skærm, såsom en såkaldt Johnson-skærm for at formindske udslippet af den faste del af fødematerialet.

Multiherd-reaktoren 140 vist i fig. 5 har en opbygning, der svarer til reaktoren vist i fig. 1 med 20 den undtagelse, at reaktorens indre afgrænser en reaktionszone og ikke har de i fig. 1 viste skrå herder 64 i det øverste forvarmningsafsnit. Reaktoren 140 er af lignende konstruktion og omfatter en hvælvet øvre endebund 162, der er forbundet med en cirkulærcylindrisk 25 midterdel 164, hvilke dele er tæt forbundne ved hjælp af ringformede flanger 166. På den indvendige midterste del af endebunden 162 er et ringformet nav 168 til optagelse af et leje 170, i hvilken den øverste ende af en drejelig aksel 172 er drejeligt lejret, hvilken 30 aksel har afstrygerarme 174 svarende til det arrangement, der tidligere er blevet beskrevet i forbindelse med fig. l. Hver af strygerarm har flere skråtstillede afstrygertænder 176 til at lede fødematerialet radialt indad eller udad langs flere vertikalt over hinanden 35 beliggende herder 178.

Det forvarmede og delvis afvandede fødemateiriale udledes fra det skrå kammer 134's øverste ende og

DK 165373B

18 træder ind i reaktoren gennem indløbet 138, der har en tragt 180 til fordeling af fødematerialet over den øverste herd 178. Som følge af drejningen af afstryger-armene bevæger fødematerialet sig nedad, idet det falder 5 ned som tidligere beskrevet og som indikeret med pile i fig. 5. Den nederste del af reaktoren 140 er ikke illustreret, idet den i det væsentlige er identisk med den, der er vist i fig. 1. Det i fig. 1 illustrerede drivarrangement og understøtningsarrangement kan på til-10 fredsstillende måde anvendes til at bære reaktoren 140.

Som i tilfældet med arrangementet i fig. 1 har reaktoren 140 i fig. 5 en cylindrisk foring 182, som afgrænser reaktionszonens indervæg, og har et udvendigt lag af isolationsmateriale 184 langs væggen 164. På 15 lignende måde kan væggens yderside og den hvælvede endebund være forsynet med et isolerende lag 186 for at minimere varmetabet.

I udførelsesformen illustreret i fig. 5 opvarmes fødematerialet på oversiden af hver herd 178 ved hjælp 20 af et elektrisk varmeelement skematisk vist ved 188, hvilket element stort set er helt omgivet af en ringformet ledende skærm 190, der er fastgjort til herdens underside. Skærmen 190 forhindrer belægninger af tjære og andre termiske nedbrydningsprodukter på varmeelemen-25 terne, hvilke belægninger ellers ville reducere virkningsgraden af varmeoverførsien. Sådanne skærme 190 kan ligeledes anvendes i forbindelse med den i fig. 1 viste udførelsesform til at omgive rørene 94 og 96 for på samme måde at forhindre belægninger af carbon og 30 andre uvedkommende stoffer på disse.

Som vist i fig. 5 renses i det mindste undersiderne af de ringformede skærme 190 ved hjælp af egnede skrabeelementer, fortrinsvis stålbørster, vist ved 192 og fastgjort til og strækkende sig radialt langs afstry-35 gerarmene 174's overkanter. Som følge heraf bevirker drejning af akslen 172 og de på denne placerede af-

Claims (8)

25 PATENTKRAV

1. Fremgangsmåde til termisk behandling af fugtigt, organisk carbonholdigt materiale under tryk, kendetegnet ved, at den omfatter at fugtigt, carbonholdigt materiale føres ind i et forvarmningskam-30 mer (134) under tryk og forvarmes til en temperatur på 95-260°C ved varmeoverførende kontakt med reaktionsgasser i modstrøm, at al væske dannet i forvarmningskamme-ret udtages under tryk, at det forvarmede fødemateriale indføres under tryk i en reaktor med flere herder, hvil-35 ken reaktor omfatter en trykbeholder (140) med over hinanden beliggende ringformede herder (172), at det for- DK 165373 B 20 varmede fødemateriale fordeles på den øverste herd i trykbeholderen og overføres i kaskade fra én herd til den underliggende, næste herd, at fødematerialet opvarmes uafhængigt i reaktoren til en styret, højere tempe-5 ratur i tilstrækkelig lang tid til at fordampe i det mindste en del af de flygtige bestanddele af materialet, så der dannes reaktionsgasser og et fast, termisk re-struktureret reaktionsprodukt, at reaktionsgasserne ledes gennem trykbeholderen og ind i forvarmningskammeret 10 i modstrøm i forhold til fødematerialet, og at det faste reaktionsprodukt udledes fra reaktoren under tryk.

2. Apparat til termisk behandling af fugtigt, organisk carbonholdigt materiale under tryk, omfattende et forvarmningskammer (134) med en tilgang (142) ved den 15 ene ende til at modtage fødematerialet og en afgang (136) ved den anden ende til udtagning af det forvarmede fødemateriale, en transportør (146) til at transportere fødematerialet gennem kammeret fra tilgangen til afgangen, afgangsmidler (156) i det øverste afsnit af kamme-20 ret til udtagning af reaktionsgasser fra dette, en beholder (140) med flere over hinanden beliggende ringformede herder (172), der står i forbindelse med kammerets fødematerialeafgang, afstrygere (174, 176) placeret over hver herd til at lede materialet radialt langs hver herd 25 skiftevis i indadgående og udadgående retning, så materialet falder i kaskade fra én herd til den underliggende, næste herd, organer (72) til at lede reaktionsgasserne opad gennem de over hinanden beliggende, ringformede herder og forvarmningskammeret i en retning, der 30 går imod fødematerialets bevægelsesretning, og henimod afgangsmidlerne (156), og udledningsmidler (86, 88) under de ringformede herder, kendetegnet ved, at forvarmningskammeret og beholderen er tryksat til termisk behandling af et organisk, carbonholdigt mate-35 riale under tryk, at tilgangen (142) til forkammeret er indrettet til at modtage fødemateriale under tryk, hvil- 21 DK 1653/3b ket forvarmningskammer omfatter drænmidler (160) til at fjerne eventuel væske under tryk fra forvarmningskamme-ret, og afgangsmidlerne (156) fra forvarmningskammeret er indrettet til at fjerne flygtige gasser under tryk 5 fra dette, at der er opvarmningsmidler (188) i beholderen, beliggende i området ved hvert herd, til uafhængig og 'progressiv opvarmning af det tilsatte materiale på herderne, til en styret, forøget temperatur i tilstrækkelig tid til at fordampe i det mindste en del af de 10 flygtige stoffer i dette under dannelse af flygtige gasser og et termisk restruktureret produkt, og at der er udledningsmidler (86, 88) indrettet til at udlede det termisk restrukturerede produkt under tryk fra beholderen.

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at forvarmningskammeret (134) og beholderen (140) danner et integreret, tryksat kammer, idet forvarmningskammeret er placeret i toppen af det tryksatte kammer og indeholder flere over hinanden beliggende øvre herder 20 (64), som skråner ned mod kammerets periferi.

4. Apparat ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved, at den har rensemidler (50) til rensning af drænmidlerne.

5. Apparat ifølge krav 2-4, kendetegnet 25 ved, at opvarmningsmidlerne (188) er placeret langs beholderens indvendige omkreds.

6. Apparat ifølge krav 2-4, kendetegnet ved, at opvarmningsmidlerne (188) er placeret på tværs med mellemrum i beholderens (140) indre og støder op til 30 undersiden af hver af herderne (178).

7. Apparat ifølge krav 2-4, kendetegnet ved, at opvarmningsmidlerne (188) er placeret inden for en beskyttende, ledende skærm (84), og at der er skrabe-midler (77) på afstrygermidlerne (174, 176) til at løsne 35 og fjerne belægninger fra i det mindste en del af skærmens (84) ydersider. DK 165373B 22

8. Apparat ifølge krav 2-7, kendetegnet ved, at den har midler (54, 60, 62) til at bære afstrygermidlerne, (174, 176) indstillelig vertikal bevægelse i forhold til herdernes (178) oversider.