FI87147C - REFRIGERATOR OIL BEHANDLING AV GASER OCH / ELLER FAST MATERIAL I EN REACTOR WITH CIRCULAR FLUIDISERAD BAEDD - Google Patents

Description

8714787147

MENETELMÄ JA LAITE KAASUJEN JA/TAI KIINTOAINEEN KÄSITTELEMISEKSI KIERTOMASSAREAKTORISSAMETHOD AND APPARATUS FOR TREATING GASES AND / OR SOLIDS IN A CIRCULAR REACTOR

FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR BEHANDLING AV GASER OCH/ELLER FAST MATERIAL I EN REAKTOR MED CIRKULERANDE FLUIDISERAD BÄDDREFRIGERATORS FOR BEHANDLING AV GASER OCH / ELLER FAST MATERIAL I EN REACTOR WITH CIRCULAR FLUIDISERAD BÄDD

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen kaasujen ja/tai kiintoaineen käsittelemiseksi kiertomas-sareaktorissa. Keksinnön mukainen kiertomassareaktori käsittää toisaalta reaktorin jossa on elimet kaasun syöt-5 tämiseksi reaktoriin, sekoitusosa kiintoaineen sekoittamiseksi kaasuihin ja nousuosa kiintoainepitoisen kaasu-suspension johtamiseksi sekoitusosasta hiukkaserottimeen sekä toisaalta hiukkaserottimen kiintoaineen erottamiseksi kiintoainepitoisesta kaasususpensiosta, kaasunpoistokanavan 10 kaasujen poistamiseksi hiukkaserottimesta ja kiintoaineen palautusputken erotetun kiintoaineen palauttamiseksi hiukkaserottimesta sekoitusosaan. Kiertomassareaktori käsittää lisäksi kiintoaineen syöttö-ja poistoyhteet. Menetelmässä kaasut johdetaan leijutuskaasuna sekoitusosan 15 alaosaan kiintoaineen leijuttamiseksi ja kuljettamiseksi kaasususpensiona sekoitusosasta nousuosan kautta hiukkaserottimeen ja kiintoaineen viiveaikaa kiertomassareak-torissa lisätään järjestämällä sekoitusosan ja hiukkaserottimen väliseen nousuosaan ainakin yksi hitaamman pystysuoran 20 virtauksen alue.The present invention relates to a method and apparatus for treating gases and / or solids in a rotary mass reactor. The circulating mass reactor according to the invention comprises, on the one hand, a reactor with means for feeding gas to the reactor, a mixing section for mixing solids with gases and an ascending section for conducting a solids . The circulating mass reactor further comprises solids supply and discharge connections. In the method, the gases are introduced as a fluidizing gas to the lower part of the mixing section 15 to fluidize and convey the solids as a gas suspension from the mixing section through the riser to the particulate separator and increase the solids delay time in the circulating mass reactor by providing at least one slower vertical

Kaasut johdetaan leijutuskaasuna reaktorin sekoitusosan alaosaan kiintoaineen leijuttamiseksi ja kuljettamiseksi kaasususpensiona sekoitusosasta nousuosan kautta hiuk-25 kaserottimeen. Hiukkaserottimessa erotettua kiintoainetta palautetaan reaktorin sekoitusosaan.The gases are introduced as a fluidizing gas to the lower part of the mixing section of the reactor to fluidize and convey the solid as a gas suspension from the mixing section through the riser to the particle separator. The solid separated in the particle separator is returned to the mixing section of the reactor.

Edellä esitetyn kaltainen kiertomassaperiaatteella toimiva ja jäähdytyspinnoilla varustettu FLUXFL0W™-kaasunjäähdytin 30 soveltuu esim. biomassojen, turpeen tai hiilen osittais-hapetuksena syntyvien pöly- ja tervapitoisten sekä muita lauhtuvia komponentteja sisältävien kaasujen kuivapuh- 87147 2 distukseen. Hlukkaserottimelta sekoitusosaan tai sekoitus-kammioon tulevalla suurella kiintoainevirralla jäähdytetään hyvin lyhyessä ajassa sekoituskammioon syötetty kaasu lämpötilatasolle, jossa kaasuissa olevat haitalliset 5 kaasumaiset tai nestemäiset komponentit kondensoituvat ja tervamaiset aineet muuttuvat kuiviksi kiinteiksi aineiksi. Jäähdytetystä kaasusta kiintoaineet ovat sen jälkeen helposti erotettavissa.The FLUXFL0W ™ gas cooler 30, which operates on the principle of circulating mass and is equipped with cooling surfaces, as described above, is suitable, for example, for the dry cleaning of dusts, tars and gases containing other condensable components from the partial oxidation of biomass, peat or coal. With a large stream of solids from the waste separator to the mixing section or mixing chamber, the gas fed to the mixing chamber is cooled in a very short time to a temperature level where the harmful gaseous or liquid components in the gases condense and the tars become dry solids. The solids are then easily separated from the cooled gas.

10 FLUXFL0W™-kaasunjäähdytintä voidaan tarvittaessa käyttää myös kemialliseen prosessointiin, esim. rautarikasteen pelkistykseen. Monissa tällaisissa prosesseissa tarvitaan kuitenkin haluttujen reaktioiden aikaansaamiseksi aineen-siirtorajoituksista johtuen suurempi kiintoaineen (kierto-15 massan) viipymä kuin mihin FLUXFLOW-massakierto normaalisti pystyy. Kiertomassareaktoreissa on voitu todeta, että n.10 If required, the FLUXFL0W ™ gas cooler can also be used for chemical processing, eg reduction of iron concentrate. However, many such processes require a greater solids (circulating-15 mass) residence time than the FLUXFLOW mass rotation is normally capable of to achieve the desired reactions due to substance transfer limitations. In circulating mass reactors, it has been found that n.

80 - 90 % massakierrosta on koko ajan sekoituskammiossa ja vain n. 10 - 20 % varsinaisessa kierrossa kaasukanavan, hiukkaserottimen, esim. syklonin, ja kiintoaineen palautus-20 putken muodostamassa kuljetusosassa. Kokonaisviive tässä massakierrossa on kuitenkin yleensä vain kymmenien sekuntien tai muutaman minuutin luokkaa. Tarve keksiä keinoja vii-veajan lisäämiseen on ollut olemassa.80-90% of the pulp cycle is in the mixing chamber at all times and only about 10-20% in the actual cycle in the transport part formed by the gas channel, the particle separator, e.g. a cyclone, and the solids recovery-20 tube. However, the total delay in this mass cycle is usually only in the order of tens of seconds or a few minutes. There has been a need to find ways to increase the delay time.

25 On voitu todeta, että jos kierrossa olevan kiintoaineen määrää jatkuvasti lisätään suuremman kontaktipinnan muodostamiseksi kaasun ja kiintoaineen välille, tullaan rajalle, jossa sekoituskammion toiminta häiriintyy ja se alkaa mm. pudottaa kiintoainetta alaspäin ja ulos kaasun sisäänvir-30 tausaukosta sekoituskammion pohjassa, ja systeemi ylikuormittuu.It has been found that if the amount of solids in circulation is continuously increased to form a larger contact surface between the gas and the solids, one reaches the limit where the operation of the mixing chamber is disturbed and begins e.g. drops solids down and out of the gas inlet 30 at the bottom of the mixing chamber, and the system is overloaded.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin siksi aikaansaada toimiva menetelmä ja laite massakierron viipymäajan 35 lisäämiseksi klertomassareaktorissa.It is therefore an object of the present invention to provide a functional method and apparatus for increasing the residence time 35 of the pulp cycle in a cleromass pulp reactor.

Tarkoituksena on myös aikaansaada menetelmä ja laite, jolla voidaan lisätä kiintoaineen ja kaasun välistä reak- j i t 87147 3 tiopinta-alaa kiertomassareaktorissa.It is also an object to provide a method and apparatus for increasing the surface area of a reaction between a solid and a gas in a circulating mass reactor.

Keksinnön tarkoituksena on lisäksi mahdollistaa kiertomassa-reaktorijäähdytinrakenne, jossa on pienempi lämpöpinta 5 kuin tunnetuissa vastaavissa rakenteissa.It is a further object of the invention to provide a circulating mass reactor-cooler structure with a smaller heating surface 5 than in known corresponding structures.

Keksinnön tarkoituksena on vielä aikaansaada kiertomassa-reaktorijäähdytinrakenne, jossa on helpompi eroosiosuojaus kuin tavanomaista konvektiivista rakennetta käytettäessä.It is a further object of the invention to provide a circulating mass reactor-cooler structure which has easier erosion protection than when using a conventional convective structure.

1010

Keksinnön mukainen menetelmä on keksinnön tarkoitusperien saavuttamiseksi tunnettu siitä, että kiertomassareaktorin lämpötila säädetään sekoitusosaan ja/tai nousuosaan sovite-15 tuilla lämpöpinnoilla sopivaksi toivottujen reaktioiden aikaansaamiseksi kaasussa ja/tai kiintoaineessa.In order to achieve the objects of the invention, the process according to the invention is characterized in that the temperature of the circulating mass reactor is adjusted by heating surfaces arranged in the mixing section and / or the rising section in order to obtain the desired reactions in gas and / or solid.

Sekoitusosan ja hiukkaserottimen väliseen nousuosaan on järjestetty ainakin yksi hitaammaan pystysuoran virtauksen 20 alue, joka aikaansaadaan edullisesti suurentamalla nousuosan poikkipinta-alaa tällä alueella. Näitä alueita voidaan tarpeen vaatiessa järjestää nousuosaan useita.At least one region of the slower vertical flow 20 is provided in the riser between the mixing section and the particle separator, which is preferably obtained by increasing the cross-sectional area of the riser in this region. If necessary, several of these areas can be arranged in the riser.

Käytännössä nousuosan poikkipinta-alaa suurennetaan järjes-25 tämällä nousuosaan esim. sekoitusosan kaltainen leijutus-kammio, jossa kaasususpension virtausnopeus on pienempi kuin kammiota edeltävässä ja seuraavassa nousuosassa. Nousuosan poikkipinta-ala on pienempi kuin kammioiden poikkipinta-ala.In practice, the cross-sectional area of the riser is increased by arranging in the riser, e.g., a fluidization chamber similar to the mixing section, in which the flow rate of the gas suspension is lower than in the riser before and after the chamber. The cross-sectional area of the riser is smaller than the cross-sectional area of the chambers.

3030

Esillä olevan keksinnön mukainen laite kaasujen ja/tai kiintoaineen käsittelemiseksi kiertomassareaktorissa on tunnettu siitä, että sekoituskammion ja/tai laajennusosan seinät on muodostettu lämmönsiirtopinnoista. Nousuosa on 35 pääasiallisesti muodostettu sekoitusosan poikkipinta-alaa kapeammasta kanavasta, johon on sovitettu yksi tai useampi laajennusosa, jonka poikkipinta-ala esim. voi olla samaa suuruusluokkaa kuin sekoitusosan poikkipinta-ala.The device according to the present invention for treating gases and / or solids in a circulating mass reactor is characterized in that the walls of the mixing chamber and / or the expansion part are formed by heat transfer surfaces. The riser 35 is formed mainly of a channel narrower than the cross-sectional area of the mixing section, into which one or more expansion sections are arranged, the cross-sectional area of which, for example, may be of the same order of magnitude as the cross-sectional area of the mixing section.

87147 487147 4

Laajennusosat ovat esim. leijutuskammioita, edullisesti spouted bed -tyyppisiä leijutuskammioita. Spouted bed -tyyppinen leijutuskammio on esim. muodostettu ylöspäin laajenevasta kartiomaisesta alaosasta, lieriömäisestä 5 keskiosasta ja ylöspäin suippenevasta kartiomaisesta yläosasta. Kammion alaosassa on yksinkertainen sisääntulo-aukko kaasujen johtamiseksi kammioon.The expansion parts are e.g. fluidization chambers, preferably spouted bed type fluidization chambers. The spouted bed type fluidizing chamber is formed, for example, by an upwardly expanding conical lower part, a cylindrical central part and an upwardly tapering conical upper part. The lower part of the chamber has a simple inlet for the introduction of gases into the chamber.

Spouted bed -tyyppinen kammiorakenneratkaisu soveltuu 10 käytettäväksi erikoisesti käsiteltäessä kuumia pölyisiä kaasuja, jotka sisältävät ainakin osittain sulassa muodossa olevaa kiintoainetta, joka helposti tukkii muunlaiset sisäänsyöttöratkaisut, esim. tavanomaisen leijukerrosarinan.The spouted bed type chamber structure solution is particularly suitable for use in the treatment of hot dusty gases containing at least a partially molten solid that easily clogs other types of inlet solutions, e.g. a conventional fluidized bed grate.

Tämä on myös tärkeä syy siihen, miksi FLUXFL0W™-reaktorin 15 sekoituskammio on spouted bed -tyyppinen leijutuskammio.This is also an important reason why the mixing chamber of the FLUXFL0W ™ reactor 15 is a spouted bed type fluidization chamber.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa sekoitusosan ja/tai laajennusosan muodostavan leijutuskammion seinät on edullisesti osittain tai kokonaan muodostettu lämpöpinnoista 20 lämpötilan säätämiseksi sopivaksi kiertomassareaktorissa.In the solution according to the invention, the walls of the fluidization chamber forming the mixing section and / or the expansion section are preferably partially or completely formed of heat surfaces 20 to adjust the temperature to suit in a circulating mass reactor.

Edullisen ratkaisun mukaan kammioiden kartiomaiset alaosat on muodostettu lämpöpinnoista.According to a preferred solution, the conical lower parts of the chambers are formed from thermal surfaces.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla pystytään yksinkertaisesti 25 hidastamaan niin kaasun kuin erikoisesti kiintoaineen pystysuoraa virtausta kiertomassareaktorin nousuosassa ja sitä kautta lisäämään viiveaikaa ja kaasun ja kiintoaineen keskinäistä reaktiopinta-alaa.With the solution according to the invention, it is simply possible to slow down the vertical flow of both gas and especially solids in the riser of the circulating mass reactor and thereby increase the delay time and the reaction area between the gas and solids.

30 Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu kaikkien sellaisten hienojakoisten aineiden käsittelyyn, joihin kiertomassareak-tori soveltuu ja joissa tarvitaan prosessointiin viiveai-kaa/reaktiopintaa.The process according to the invention is suitable for the treatment of all fines for which a circulating mass reactor is suitable and for which a delay time / reaction surface is required for processing.

35 Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu niin kiintoaineen kuin kaasujenkin käsittelemiseen. Kiertomassareaktorissa 1 voivat reaktiot tapahtua kiintoaineessa tai kaasussa tai molemmissa yhtaikaa. Kuumalla kaasulla voidaan esim.The method according to the invention is suitable for the treatment of both solids and gases. In the circulating mass reactor 1, the reactions can take place in solid or gas or both at the same time. With hot gas, e.g.

i i t j 87147 5 aikaansaada toivottuja reaktioita kiintoaineessa ja kylmällä kaasulla vastaavasti estää tai hidastaa ei toivottuja reaktioita kiintoaineessa tai mahdollisesti myös aikaansaada toivottuja reaktioita. Kaasua kylmemmällä kiintoaineella 5 voidaan jäähdyttää kuuma prosessikaasu ei toivottujen reaktioiden loppumiseksi kaasuissa. Kiertomassareaktorissa voidaan myös ajatella kierrätettävän kahta eri kiintoainetta, jotka esim. kuumien kaasujen vaikutuksesta reagoivat keskenään.i i t j 87147 5 to cause the desired reactions in the solid and with the cold gas, respectively, to prevent or slow down the undesired reactions in the solid, or possibly also to cause the desired reactions. The gas-colder solid 5 can be used to cool the hot process gas to eliminate undesired reactions in the gases. In a circulating mass reactor, it is also conceivable to recycle two different solids which, for example, react with each other under the influence of hot gases.

1010

Reaktioprosessit, joihin keksinnön mukainen menetetelmä soveltuu ovat esim. pelkistys ja hapetus, mutta myös katalyyttiset reaktiot, joissa prosessoinnin kohteena on itse kaasu. Tällöin massakierron muodostaa prosessissa 15 käytetty katalyytti.Reaction processes to which the process according to the invention is suitable are, for example, reduction and oxidation, but also catalytic reactions in which the object of the processing is the gas itself. In this case, the mass circulation is formed by the catalyst used in process 15.

Rakenteellisesti keksinnössä on edullisesti kysymyksessä kiertomassareaktori, jossa reaktiolämpötila voidaan tarvittaessa virittää kohdalleen siihen sijoitetun lämpöplnnan 20 tai lämpöpintojen avulla. Lämpötila voidaan säätää sopivaksi sekoitusosaan tai nousuosaan sovitetuilla lämpöpinnoil-la toivottujen reaktioiden aikaansaamiseksi kaasussa ja/tal kiertomassareaktorissa kiertävässä kiintoaineessa.Structurally, the invention is preferably a circulating mass reactor in which the reaction temperature can, if necessary, be set by means of a heating plate 20 or heating surfaces placed therein. The temperature can be adjusted to accommodate the desired reactions in the gas and / or circulating mass reactor in the circulating solid by means of thermal surfaces arranged in the mixing section or riser.

25 Prosessikaasun koostumuksen, paineen ja lämpötilan määrittelemissä olosuhteissa voidaan kiertomassareaktorissa prosessoida kiintoainetta, joka muodostaa samalla kiertomassareak-torin massakierron. Esimerkkinä tällaisesta sovellutuksesta on rautarikasteen esilämmitys ja esipelkistys, jossa rikaste 30 esilämmitetään raudan sulatusprosessista tulevalla kuumalla prosessikaasulla. Kun pelklstyslämpötila-alue on edullisesti 800 - 950eC, joudutaan klertomassareaktoriin tämän lämpötilan ylläpitämiseksi rakentamaan jäähdytyspintaa, sillä rikasteen esllämmltyksellä ja mahdollisesti esipelkis-35 tyksellä ei saada aikaan riittävää jäähdytystä. Laskelmat osoittavat kuitenkin, että lämpöpintaa tarvitaan tässä tapauksessa vain yhdessä, esim. alimmassa yksikössä, eli sekoitusosassa. Tarvittavat jäähdytyspinnat sijoitetaan 6 87147 edullisesti seinäpinnoiksi, edullisimmin spouted bed-yksiköiden alakartioihin.Under the conditions determined by the composition, pressure and temperature of the process gas, a solid can be processed in the circulating mass reactor, which at the same time forms the mass cycle of the circulating mass reactor. An example of such an application is the preheating and preheating of an iron concentrate, in which the concentrate 30 is preheated with hot process gas from an iron smelting process. When the reduction temperature range is preferably 800 to 950 ° C, a cooling surface has to be built in the pulp reactor to maintain this temperature, since the pre-heating of the concentrate and possibly the pre-reduction does not provide sufficient cooling. However, the calculations show that the heating surface is only needed in this case, e.g. in the lowest unit, i.e. in the mixing section. The required cooling surfaces are preferably placed as wall surfaces, most preferably in the lower cones of the spouted bed units.

Sekoitusosan tai laajennusosien jäähdytetyissä kartio-5 osissa on huomattavan hyvä lämmönsiirtoteho lämpöpintaa kohti laskettuna, kun sitä verrataan tavanomaiseen kaasu-kanavaan sijoitettuun tiheällä putkijaolla rakennettuun konvektiolämpöpintaan ja sen jäähdytystehoon. Lämmönsiirto spouted bed -tyyppisen leijutuskammion seinämiin on tehokas-10 ta, koska toisaalta suspensiotiheys on suuri seinämien kohdalla ja toisaalta kammiossa vallitsee hyvää turbulenssi. Tavanomaisissa konvektiolämmönsiirtimissä, kuten esim. kiertomassareaktorin nousuosassa hiukkastiheys on lämpöpin-tojen kohdalla pienempi ja hiukkaset pyrkivät kulkemaan 15 pintoja pitkin koska turbulenssi on vähäisempää.The cooled conical portions of the mixing section or extensions have a remarkably good heat transfer efficiency per heating surface when compared to a convection heat surface built with a dense pipe section placed in a conventional gas channel and its cooling capacity. Heat transfer to the walls of a spouted bed type fluidization chamber is efficient because, on the one hand, the suspension density is high at the walls and, on the other hand, there is good turbulence in the chamber. In conventional convection heat exchangers, such as in the riser of a circulating mass reactor, the particle density is lower at the heating surfaces and the particles tend to travel along the surfaces because the turbulence is less.

Useammalla päällekkäisellä jäähdytetyllä spouted bed -tyyppisellä laajennusosalla saavutetaan siten erittäin hyvä jäähdytysteho. Keksinnön mukaisen edullisen rakenteen 20 yksi huomattava etu onkin siinä, että sillä selvitään aikaisemmin tunnettuja ratkaisuja pienemmällä lämpöpinnalla.With several overlapping cooled spouted bed-type expansion parts, a very good cooling performance is thus achieved. One considerable advantage of the preferred structure 20 according to the invention is that it overcomes previously known solutions with a smaller thermal surface.

Sovittamalla lämpöpinta spouted bed -tyyppisen kammion alakartion seinämään myös eroosion esto on huomattavasti 25 helpompi kuin kammion sisään sovitettujen konvektlolämpö-pintojen eroosion esto.By fitting the heating surface to the wall of the lower cone of a spouted bed type chamber, the prevention of erosion is also considerably easier than the prevention of erosion of the convective heat surfaces arranged inside the chamber.

Eräs variantti keksinnön mukaisesta rakenteesta on sellainen, jossa lisäksi päällekkäisten leijutuskammioiden 30 yhdysosa rakennetaan putkilämpöpintana, siis siten, että jäähtyvä kaasu ajetaan usean vierekkäisen pystysuoran jäähdytysputken läpi, jolloin lämpö siirtyy jäähdytysväliai-neeseen. Tällä tavoin saadaan tarvittaessa muodostetuksi lisää lämpöpintaa rakenteeseen.A variant of the structure according to the invention is one in which, in addition, the connecting part of the overlapping fluidization chambers 30 is constructed as a pipe heating surface, i.e. so that the cooling gas is passed through several adjacent vertical cooling pipes, whereby heat is transferred to the cooling medium. In this way, if necessary, an additional thermal surface can be formed in the structure.

Kiintoaineiden raekokoa voidaan säätää esim. jauhatuksella sellaiseksi, että hiukkastiheyden huomioon ottaen niitä voidaan prosessoida kiertomassareaktorissa valitsemalla 35 7 87147 kaasun pystysuorat virtausnopeudet sopiviksi. Tyypillinen raekokoalue on 10-500 pm. Tyypilliset virtausnopeudet ovat spouted bed -yksikön sisääntuloissa 5 - 100 m/s ja itse petien suurimman poikkipinnan aluella 1-10 m/s.The grain size of the solids can be adjusted, for example, by grinding, so that, taking into account the particle density, they can be processed in a circulating mass reactor by selecting 35 7 87147 vertical gas flow rates as suitable. A typical grain size range is 10-500 pm. Typical flow velocities are 5 to 100 m / s at the inlets of the spouted bed unit and 1-10 m / s in the largest cross-sectional area of the beds themselves.

55

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan mm. seuraavia etuja: - kiintoaineen viiveaikaa pystytään lisäämään massakierros-sa; 10 - kiintoaineen kaasun kanssa kontaktissa olevaa reaktiopin-ta-alaa pystytään lisäämään; - kiintoaine on sekoitusosan jälkeisessä nousuosassa hyvässä kosketuksessa kaasun kanssa; - käytettäessä seinälämpöpintoja laajennusosassa lämpöpin-15 tojen kokonaistarve pienenee, ja - voidaan käyttää edullisia seinälämpöpintoja eroosioalt-tiiden konvektiopintojen sijasta.With the solution according to the invention, e.g. the following advantages: the solids delay time can be increased in the pulp cycle; 10 - the reaction surface area in contact with the solid gas can be increased; - the solid is in good contact with the gas in the riser after the mixing section; - when using wall heating surfaces in the expansion part, the total need for heating surfaces is reduced, and - advantageous wall heating surfaces can be used instead of erosion-prone convection surfaces.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla 20 oheisiin piirustuksiin, joissaThe invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which

Kuvio 1 esittää kaaviollisena kuvantona erästä keksinnön mukaista laitetta, 25 Kuvio 2 esittää kaaviollisena kuvantona erästä toista suoritusmuotoa keksinnön mukaisesta laitteesta, jaFig. 1 shows a schematic view of a device according to the invention, Fig. 2 shows a schematic view of another embodiment of a device according to the invention, and

Kuvio 3 esittää poikkileikkausta kuvan 2 mukaisesta laitteesta kohdassa A - A.Figure 3 shows a cross-section of the device according to Figure 2 at A to A.

3030

Kuviossa 1 on esitetty kiertomassareaktori 10, joka käsittää sekoituskammion 12, kaasukanavan 14, hiukkaserottimen 16 ja kiintoaineen palautusputken 18. Erotin on tässä tapauksessa sykloni. Sekoituskammiossa on kaasujen sisääntuloaukko 35 20 ja lisättävän kiintoaineen syöttöyhde 22. Lisäksi sekoituskammioon on muodostettu aukko 24 kiintoaineen palauttamiselle palautusputkesta 18.Figure 1 shows a circulating mass reactor 10 comprising a mixing chamber 12, a gas duct 14, a particle separator 16 and a solids return pipe 18. The separator in this case is a cyclone. The mixing chamber has a gas inlet 35 20 and a solids supply connection 22. In addition, an opening 24 is provided in the mixing chamber for returning solids from the return pipe 18.

87147 887147 8

Kaasukanavan yläosa 26 on yhteellä 28 yhdistetty sykloniin 16. Sykloni on yhdistetty kaasunpoistokanavaan 30 ja palautusputken 18 yläosaan. Palautusputkeen on järjestetty kiintoaineen poistoyhde 32, josta reaktorissa käsiteltyä 5 kiintoainetta voidaan poistaa massakierrosta.The upper part 26 of the gas duct is connected by a connection 28 to the cyclone 16. The cyclone is connected to the degassing duct 30 and to the upper part of the return pipe 18. The return pipe is provided with a solids removal connection 32, from which the solids 5 treated in the reactor can be removed from the pulp cycle.

Kaasukanava on kuvion 1 esittämässä ratkaisussa muodostettu sekoituskammiota kapeammista nousuputkista 34 ja 35 sekä kahdesta spouted bed -tyyppisestä leijutuskammiosta 36 ja 10 38. Leijutuskammiot muodostavat kaasukanavaan kaksi laajennusosaa, joissa erikoisesti kiintoaineen pystysuora virtausnopeus pienenee sisääntulokanavien 34 ja 35 virtaukseen verrattuna.In the solution shown in Figure 1, the gas duct is formed by risers 34 and 35 narrower than the mixing chamber and by two spouted bed type fluidisation chambers 36 and 10 38. The fluidization chambers form two expansion sections in the gas duct, in particular the vertical flow rate of solids decreases.

15 Leijutuskammiot on muodostettu seuraavista päällekkäisistä osista: ylöspäin laajenevat kartiomaiset alaosat 40 ja 42, lieriömäiset keskiosat 44 ja 46 sekä ylöspäin suppenevat kartiomaiset yläosat 48 ja 50. Kartiomaiset alaosat on tässä ratkaisussa muodostettu jäähdytyspinnoista 52 ja 54.The fluidizing chambers are formed of the following overlapping portions: upwardly expanding conical lower portions 40 and 42, cylindrical central portions 44 and 46, and upwardly tapering conical upper portions 48 and 50. In this solution, the conical lower portions are formed of cooling surfaces 52 and 54.

2020

Myös sekoituskammio on muodostettu kartiomaisesta alaosasta 56, lieriömäisestä keskiosasta 58 ja kartiomaisesta yläosasta 60. Kartiomaisen alaosan seinät on muodostettu lämpöpin-^ noista 62.The mixing chamber is also formed of a conical lower portion 56, a cylindrical central portion 58 and a conical upper portion 60. The walls of the conical lower portion are formed of thermal surfaces 62.

25 Käsiteltäessä kiintoainetta kuumalla prosessikaasulla kuvion 1 mukaisessa reaktorissa, kuuma prosessikaasu syötetään aukon 20 kautta sekoituskammioon 12, jossa kaasu sekoittuu palautusputkesta 18 tulevaan jäähdytettyyn 30 kiintoainekseen. Prosessikaasun lämpötila laskee nopeasti lämmön siirtyessä kiintoaineeseen. Osa lämmöstä siirtyy myös tehokkaasti lämpöpintoihin 62 ja voidaan ottaa talteen.When treating the solid with hot process gas in the reactor of Figure 1, the hot process gas is fed through orifice 20 to a mixing chamber 12 where the gas mixes with the cooled solid 30 from the return pipe 18. The temperature of the process gas drops rapidly as the heat is transferred to the solid. Some of the heat is also efficiently transferred to the heating surfaces 62 and can be recovered.

Sekoituskammioon voidaan tarpeen mukaan lisätä massaklerron 35 ulkopuolelta yhteen 22 kautta käsittelemätöntä kiintoainetta systeemiin. Vastaavasti käsiteltyä kiintoainetta voidaan poistaa yhteellä 32. Kiintoaineen syöttö ja poisto voidaan tietenkin myös järjestää tapahtuvaksi muualla.If necessary, untreated solids can be added to the mixing chamber from outside the pulp cluster 35 via 22 to the system. Correspondingly, the treated solid can be removed with a total of 32. The feeding and removal of the solid can, of course, also be arranged to take place elsewhere.

9 871479 87147

Sekoituskammiosta kaasu-klintoainesuspensio nousee kanavan 34 kautta kaasukanavan tai nousukanavan ensimmäisen laajennusosaan 36. Laajennusosa on ns. spouted bed -tyyppinen 5 leijutuskammio, kuten on myös sekoituskammio. Kuuma kaa-sususpensio työntyy kammion keskikohdassa syvälle kammioon, virtausnopeuden kuitenkin hidastuessa poikkipinta-alan laajetessa. Samalla alkaa pystyvirtauksen lisäksi tapahtua sivuttaisvirtausta ja erikoisesti kiintoaineen kohdalla 10 leijutuskammion reuna-alueilla myös alaspäin suuntautuvaa virtausta. Alaspäin vlrtaava kiintoaine virtaa sisääntulo-aukkoa kohti ja kohtaa aukosta sisään tulevan kaasususpensi-on, joka uudelleen leijuttaa kiintoaineen ylöspäin. Näin kammiossa syntyy sisäinen kiintoaineen kierto. Osa kiintoai-15 neesta virtaa ylöspäin yhteen 35 kauttaa toiseen leijutus-kammioon 38, jossa tapahtuu sama sisäinen kiintoaineen kierto kuin edellisessä kammiossa. Leijutuskammioilla pystytään kiintoaineen viipymäaikaa nousuosassa 14 lisäämään huomattavasti. Lisäksi kammioihin sovitetuilla lämpöpinnoil-20 la 52 ja 54 pystytään massakierron lämpötila tarvittaessa säätämään sopivaksi.From the mixing chamber, the gas-substance suspension rises through the channel 34 to the first expansion part 36 of the gas channel or riser. The expansion part is the so-called spouted bed type 5 fluidizing chamber, as is the mixing chamber. The hot gas suspension protrudes deep into the chamber at the center of the chamber, however, as the flow rate slows as the cross-sectional area expands. At the same time, in addition to the vertical flow, a lateral flow begins and, especially in the case of solids, also a downward flow in the edge areas of the fluidization chamber 10. The downwardly flowing solid flows toward the inlet and encounters the gas suspension entering from the orifice, which again fluidizes the solid upward. This creates an internal circulation of solids in the chamber. A portion of the solids 15 flows upwardly through one of the 35 fluidization chambers 38, where the same internal solids circulation occurs as in the previous chamber. With the fluidization chambers, the residence time of the solid in the riser 14 can be considerably increased. In addition, the heating surfaces 52 and 54 arranged in the chambers make it possible to adjust the temperature of the pulp circulation to suit, if necessary.

Kammiosta 38 tulevan kaasususpension virtausnopeus saadaan kapeassa kanavassa 28 jälleen nostettua syklonierottimen 16 25 toiminnan vaatimalle tasolle. Kanava 28 johtaa kaasususpension tangentiaalisesti syklonin pyörrekammioon.The flow rate of the gas suspension coming from the chamber 38 can be raised again in the narrow channel 28 to the level required for the operation of the cyclone separator 16 25. Channel 28 leads the gas suspension tangentially to the cyclone vortex chamber.

Kuviossa 2 on esitetty toinen sovellutusmuoto keksinnöstä. Kuviossa 2 on soveltuvin osin käytetty samoja viitenumerotta 30 kuin kuviossa 1. Kuvion 2 kiertomassareaktori eroaa kuvion 1 reaktorista siinä, että toisen leijutuskammion 38 sijasta on ensimmäisen leijutuskammion 36 päälle kaasukanavaan sovitettu putkilämmönvaihdin 64.Figure 2 shows another embodiment of the invention. In Fig. 2, the same reference numerals 30 as in Fig. 1 have been used, where applicable. The circulating mass reactor of Fig. 2 differs from the reactor of Fig. 1 in that instead of the second fluidizing chamber 38 a tubular heat exchanger 64 is arranged in the gas duct 36.

35 Putkilämmönvaihdin, jossa kaasu kulkee putkissa, on sovitettu suoraan kammion 36 yläosaan siten, että kaasususpensio kammiosta 36 ohjautuu kulkemaan putkien 66 kautta kanavaan 28, joka johtaa kaasususpension sykloniin. Putkilämmön- 10 871 47 vaihtimessa kaasususpensio luovuttaa lämpöä putkia 66 ympäröivälle jäähdytysväliaineelle 68, joka voi olla esim. vesi.A tubular heat exchanger in which the gas passes through the tubes is arranged directly in the upper part of the chamber 36 so that the gas suspension from the chamber 36 is directed to pass through the pipes 66 into the channel 28 leading to the gas suspension cyclone. In the tube heat exchanger, the gas suspension transfers heat to the cooling medium 68 surrounding the tubes 66, which may be e.g. water.

5 Kuvassa 3 on esitetty poikkileikkaus putkilämmönvaihti-mesta 64.Figure 3 shows a cross-section of a tube heat exchanger 64.

Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa sovellutusesimerkkeinä esitettyihin suoritusmuotoihin vaan sitä voidaan soveltaa 10 patenttivaatimusten rajoittaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Näin esim. lämmönsiirtopinnat eivät kaikissa prosesseissa suinkaan ole välttämättömiä. Laajennusosia voidaan aina valita sopiva määrä prosessiparametrien mukaan. Kylmempiä ja vähemmän likaavia kaasuja käsiteltäessä voidaan 15 myös ajatella tavanomaisten leijukerrosarinaratkaisujen käyttöä spouted bed -ratkaisujen sijasta.The invention is not intended to be limited to the embodiments shown as application examples, but can be applied within the scope of the inventive idea limited by the 10 claims. Thus, for example, heat transfer surfaces are by no means necessary in all processes. An appropriate number of expansion parts can always be selected according to the process parameters. When handling colder and less polluting gases, it is also possible to consider the use of conventional fluidized bed solutions instead of spouted bed solutions.

Claims (23)

1. Menetelmä kaasujen ja/tai kiintoaineen käsittelemiseksi kiertomassareaktorissa, joka käsittää toisaalta reaktorin, jossa on - elimet kaasujen syöttämiseksi reaktoriin; 5. sekoitusosa kiintoaineen sekoittamiseksi kaasuihin; ja - nousuosa kiintoainepitoisen kaasususpension johtamiseksi sekoitusosasta hiukkaserottimeen; sekä toisaalta - hiukkaserottimen kiintoaineen erottamiseksi kiintoaine-10 pitoisesta kaasususpensiosta; - kaasunpoistokanavan kaasujen poistamiseksi hiukkaserot-timesta; - kiintoaineen palautusputken erotetun kiintoaineen palauttamiseksi hiukkaserottimesta reaktorin sekoitusosaan, ja 15 jossa menetelmässä kaasut johdetaan leijutuskaasuna sekoi-tusosan alaosaan kiintoaineen leijuttamiseksi ja kuljettamiseksi kaasususpensiona sekoitusosasta nousuosan kautta hiukkaserottimeen ja jossa 20 kiintoaineen viiveaikaa kiertomassareaktorissa lisätään järjestämällä sekoitusosan ja hiukkaserottimen väliseen nousuosaan ainakin yksi hitaammaan pystysuoran virtauksen alue, tunnettu siitä, että 25 kiertomassareaktorin lämpötila säädetään sekoitusosaan ja/tai nousuosaan sovitetuilla lämpöpinnoilla sopivaksi toivottujen reaktioiden aikaansaamiseksi kaasussa ja/tai kiintoaineessa.A process for treating gases and / or solids in a circulating mass reactor, comprising on the one hand a reactor comprising - means for feeding gases to the reactor; 5. a mixing section for mixing the solid with the gases; and - an riser for guiding the solid gas suspension from the mixing section to the particle separator; and on the other hand - a particle separator for separating the solid from the solid-10-containing gas suspension; - a degassing duct for removing gases from the particle separator; - a solids return pipe for returning the separated solids from the particle separator to the reactor mixing section, and in which method the gases are introduced as a fluidizing gas to the lower part of the mixing section characterized in that the temperature of the circulating mass reactor is controlled by heating surfaces arranged in the mixing section and / or the riser section in order to obtain the desired reactions in the gas and / or solid. 1]L 871471] L 87147 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoitusosan ja hiukkaserottimen väliseen nousuosaan järjestetään hitaamman virtauksen alue suurentamalla nousuosan poikkipinta-alaa tällä alueella.Method according to Claim 1, characterized in that a slower flow region is provided in the riser between the mixing section and the particle separator by increasing the cross-sectional area of the riser in this region. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiintoaineen viiveaikaa kiertomassareaktorissa 87147 12 lisätään järjestämällä kaksi tai useampia hitaamman virtauksen alueita sekoitusosan ja hiukkaserottimen väliseen nou-suosaan.A method according to claim 1, characterized in that the solids delay time in the circulating mass reactor 87147 12 is increased by arranging two or more slower flow areas in the riser between the mixing section and the particle separator. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiintoaineen viiveaikaa kiertomassareaktorissa lisätään johtamalla kiintoainepitoinen kaasususpensio sekoitusosasta hiukkaserottimeen ainakin yhden leijutus-kammiojärjestelmän kautta, jolloin kaasususpensio johdetaan 10 sekoitusosasta ensiksi poikkipinta-alaltaan sekoitusosaa kapeampaan sisääntulokanavaan, jossa kaasuvirran nopeus saatetaan kasvamaan, ja siitä edelleen poikkipinta-alaltaan sisääntulokanavaa suurempaan kammioon, jossa kaasujen ja erikoisesti kaasususpension sisältämän kiintoaineen virtaus-15 nopeus pienenee ja kiintoaineen viiveaika leijutuskam- miossa pitenee.A method according to claim 1, characterized in that the solids delay time in the circulating mass reactor is increased by passing the solids gas suspension from the mixing section to the particle separator through at least one fluidization chamber system, the gas suspension being in a chamber larger than the inlet channel, in which the flow rate of the solids contained in the gases, and in particular the gas suspension, decreases and the delay time of the solids in the fluidization chamber increases. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että leijutuskammio on ns. spouted bed -tyyppinen 20 leijutuskammio, jossa kaasun sisääntulolla leijutuskammioon aikaansaadaan spouted bed -typpinen sisäinen virtaus, joka lisää kiintoaineen viiveaikaa leijutuskammiossa.Method according to Claim 4, characterized in that the fluidization chamber is a so-called a spouted bed type fluidization chamber 20, in which a gas inlet to the fluidization chamber provides a spouted bed type internal flow which increases the residence time of the solid in the fluidization chamber. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että kiintoainepitoiset kuumat kaasut johdetaan sekoitusosasta kahden spouted bed -tyyppisen kammion kautta hiukkaserottimeen.A method according to claim 5, characterized in that the solid-containing hot gases are led from the mixing section through two spouted bed-type chambers to the particle separator. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että kiertomassareaktorin lämpötila säädetään hitaamman pystysuoran virtauksen alueelle sovitetuilla lämpöpinnoilla sopivaksi toivottujen reaktioiden aikaansaamiseksi kaasussa ja/tai kiintoaineessa.Process according to Claim 1, characterized in that the temperature of the circulating mass reactor is adjusted by means of thermal surfaces arranged in the region of a slower vertical flow in order to obtain the desired reactions in the gas and / or solid. 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertomassareaktorissa käsitellään kuumia prosessikaasuja. 87147 13Process according to Claim 1, characterized in that hot process gases are treated in the circulating mass reactor. 87147 13 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertomassareaktorissa esilämmitetään ja/tai esipelkis-tetään metallirikastetta metallin sulatusprosessista tulevilla kuumilla prosessikaasuilla. 5Process according to Claim 8, characterized in that the metal concentrate is preheated and / or pre-reduced in the circulating mass reactor with hot process gases from the metal smelting process. 5 10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertomassareaktorissa jäähdytetään proses-sikaasuja niiden lämmön talteenottamiseksi.Process according to Claim 8, characterized in that the process gases are cooled in a circulating mass reactor in order to recover their heat. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumia kaasuja jäähdytetään nousuosaan ja/tai sekoitusosaan sijoitetuilla lämpöpinnoilla.Method according to Claim 10, characterized in that the hot gases are cooled by heating surfaces located in the riser and / or in the mixing section. 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että kuumia kaasuja jäähdytetään sekoitusosassa hiukkaserottimesta palautuvalla jäähdytetyllä kiintoaineella .A method according to claim 1, characterized in that the hot gases are cooled in the mixing section with a cooled solid returning from the particle separator. 13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että sekoitusosaan johdetaan kuumia kaasuja kiintoaineen lämpötilan nostamiseksi kiertomassareaktorissa sopivalle tasolle toivottujen reaktioiden aikaansaamiseksi kiintoaineessa.A method according to claim 1, characterized in that hot gases are introduced into the mixing section to raise the temperature of the solid in the circulating mass reactor to a suitable level in order to obtain the desired reactions in the solid. 14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumia kaasuja johdetaan sekoitusosaan reaktioiden aikaansaamiseksi kiintoaineen ja kaasujen välillä.A method according to claim 1, characterized in that hot gases are introduced into the mixing section to effect reactions between the solid and the gases. 15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että kiertomassareaktorissa kierrätetään kiintoainetta, joka toimii kuumissa kaasuissa tapahtuvien reaktioiden katalyyttinä.Process according to Claim 1, characterized in that a solid which is used as a catalyst for reactions in hot gases is recycled in the circulating mass reactor. 16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että kiertomassareaktorissa kierrätetään kahta eri kiintoainetta, jotka kuumien kaasujen vaikutuksesta reagoivat keskenään. 14 871 47Process according to Claim 1, characterized in that two different solids which react with one another under the action of hot gases are recycled in the circulating mass reactor. 14,871 47 17. Laite kaasujen ja/tai kiintoaineen käsittelemiseksi kiertomassareaktorissa, joka käsittää - sekoitusosan tai sekoituskammion (12) kiintoaineen sekoittamiseksi kaasuihin; 5. nousuosan (14 ) kiintoainepitoisen kaasususpension johtamiseksi sekoituskammiosta hiukkaserottimeen (16); - hiukkaserottimen (16) kiintoaineen erottamiseksi kiinto-ainepitoisesta kaasususpensiosta; - kaasunpoistokanavan (30) kaasujen poisjohtamiseksi 10 hiukkaserottimesta; - kiintoaineen palautusputken (18) erotetun kiintoaineen palauttamiseksi hiukkaserottimesta sekoituskammioon ja - kiintoaineen syöttö- ja poistoyhteen (22,32), sekä - nousuosaan (14) sekoituskammion (12) ja hiukkaserottimen 15 (16) väliin sovitetun ainakin yhden laajennusosan (36,38), jossa nousuosassa virtaavan kaasususpension virtausnopeus hidastuu, tunnettu siitä, että sekoituskammion (12) ja/tai laajennusosan (36,38) seinät 20 on muodostettu lämmönsiirtopinnoista (52,54,62).An apparatus for treating gases and / or solids in a circulating mass reactor, comprising - a mixing section or mixing chamber (12) for mixing solids with gases; 5. an riser (14) for conducting the solid gas suspension from the mixing chamber to the particle separator (16); - a particle separator (16) for separating the solid from the solid gas suspension; - a degassing channel (30) for discharging gases from the particle separator 10; - a solids return pipe (18) for returning the separated solids from the particle separator to the mixing chamber, and - a solids supply and discharge connection (22, 32), and , in which the flow rate of the gas suspension flowing in the riser is slowed down, characterized in that the walls 20 of the mixing chamber (12) and / or the expansion part (36,38) are formed by heat transfer surfaces (52,54,62). 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että nousuosa (14) on muodostettu sekoituskammiota (12) kapeammasta kanavasta, johon on sovitettu ainakin yksi 25 laajennusosa (36), jonka poikkipinta-ala on oleellisesti sama kuin sekoituskammiolla.Device according to Claim 17, characterized in that the riser (14) is formed by a channel narrower than the mixing chamber (12), in which at least one expansion part (36) is arranged, the cross-sectional area of which is substantially the same as that of the mixing chamber. 19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että nousuosa (14) on muodostettu sekoituskammiota kapeam- 30 masta kanavasta, johon on sovitettu kaksi laajennusosaa (36,38) .Device according to Claim 17, characterized in that the riser (14) is formed by a channel narrower than the mixing chamber, in which two expansion parts (36, 38) are arranged. 20. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekoituskammioon yhdistettyyn nousuosaan (14) on 35 sovitettu ainakin yksi spouted bed -tyyppinen leijutus-kammio, jossa kanavan poikkipinta-ala laajenee ja kiintoaineen virtausnopeus pienenee. il 87147 15Device according to Claim 17, characterized in that at least one spouted bed-type fluidization chamber is arranged in the riser (14) connected to the mixing chamber, in which the cross-sectional area of the channel expands and the solids flow rate decreases. il 87147 15 21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen laite, tunnettu siitä, että spouted bed -tyyppinen leijutuskammio (36,38) on muodostettu - alaosasta (40,42), joka on ylöspäin laajenevan kartion 5 muotoinen, - lieriömäisestä keskiosasta (44,46) ja - yläosasta (48,50), joka on ylöspäin suppenevan kartion muotoinen.Device according to Claim 20, characterized in that the spouted bed-type fluidizing chamber (36, 38) is formed by - a lower part (40, 42) which is in the shape of an upwardly expanding cone 5, - a cylindrical central part (44, 46) and - an upper part (48,50) in the shape of an upwardly tapering cone. 22. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että spouted bed -tyyppisen leijutuskammion (36,38) seinät on muodostettu lämmönsiirtopinnoista (52,54).Device according to Claim 17, characterized in that the walls of the spouted bed-type fluidization chamber (36, 38) are formed by heat transfer surfaces (52, 54). 23. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, 15 että sekoituskammion ja/tai spouted bed -tyyppisen leijutuskammion kartion muotoinen alaosa on muodostettu lämmönsiirtopinnoista (52,54,62). ie 87147Device according to Claim 17, characterized in that the conical lower part of the mixing chamber and / or the spouted bed-type fluidization chamber is formed by heat transfer surfaces (52, 54, 62). 87147 BC