NO178100B

Processes and apparatus for endothermic reactions.

Abstract

Resonant tubes of a pulse combustor are immersed in a bed of solid particles in a reaction zone to provide indirect heat from the pulsating combustion gases to the solid particles of the bed. The bed is maintained in an agitated state by a gas or vapor flowing through the bed. Reactant materials are introduced into the agitated bed and undergo reaction at enhanced rates resulting from heat transfer coefficients at least about twice as high as those of steady flow combustors and an intense acoustic pressure level propagated from the pulsating combustor into the reaction zone. The apparatus is useful, for example, to steam reform heavy hydrocarbons and to gasify carbonaceous material, including biomass and black liquor to produce combustible gas at relatively low temperatures, with steam being utilized as the bed fluidizing medium. Black liquor gasification, utilizing sodium carbonate as bed solids, results in liquor energy and chemical content recovery without smelt production.

NO178100B, drawing sheet 1
Sheet 1 of 8

Term

No projected expiry on record.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Granted
  4. Today

12 claims: 5 independent, 7 dependent

  1. 1
    PATENTKRAV 1. Fremgangsmåte for utførelse av endotermiske reaksjoner i et fluidisert sjikt, karakterisert ved at et pulsforbrenningskammer benyttes for å tilveiebringe den indirekte varme for prosessen, idet prosessen omfatter;(a) innføring av et brennstoff og en oksygeninneholdende gass inn i en pulsforbrennings-sone;(b) forbrenning av minst en del av nevnte brennstoff som er innmatet i nevnte pulsforbrenningssone under driftsforhold som effektuerer pulsforbrenning av nevnte minst ene del av nevnte brennstoff, hvorved det produseres en varm gass-strøm som omfatter den gjenværende del av nevnte brennstoff og en akustisk trykkbølge;(c) uttak av nevnte varme gass-strøm fra nevnte pulsforbrenningssone og innføring i et innløp til en resonanssone avgrenset av en ledervegg, idet nevnte resonanssone har nevnte innløp i en ende og et utløp i den andre enden og er omgitt av et sjikt av faste partikler, idet nevnte partikler har en størrelse slik at de kan drives i en indusert agitert bevegelse i sengen;(d) forbrenning av minst en del av nevnte gjenværende del av nevnte brennstoff i nevnte varme gass-strøm i nevnte resonanssone, hvorved det frembringes en forbrenningsproduktstrøm;(e) avgrensing av nevnte sjikt av faste partikler i en reaksjonssone som omgir nevnte resonanssone, samt opprettholdelse av nevnte faste partikler deri i en agitert tilstand;(f) nevnte akustiske bølge tillates å forplante seg inn i nevnte reaksjonssone som inneholder nevnte sjikt av faste partikler;(g) oppvarming av nevnte sjikt av faste partikler i nevnte reaksjonssone ved varmeoverføring fra nevnte forbrennings-produktstrøm i nevnte resonanssone og gjennom nevnte ledervegg til nevnte sjikt av faste partikler;og (h) innføring av ett eller flere reaksjonsmaterialer i nevnte reaksjonssone med nevnte faste partikler i nevnte sjikt, hvorved nevnte reaksjonsmateriale bringes til å gjennomgå termokjemisk reaksjon.
  2. 2
    Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at sengen av faste partikler holdes i den agiterte tilstand ved at det strømmer en gass eller damp gjennom sengen av faste partikler.
  3. 3
    Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at pulsforbrenningen drives for å frembringe hastighets-oscillasjoner i frekvensområdet fra 20 til 1500 Hz, for eksempel 30 til 150 Hz.
  4. 4
    Fremgangsmåte i henhold til krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at pulsforbrenningen drives for å frembringe et akustisk trykknivå i reaksjonssonen som er i området fra 110 til 190 dB, for eksempel fra 140 til 150 dB.
  5. 5
    Fremgangsmåte i henhold til krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at total-hastigheten for varmeoverføring er i området fra 20 til 40 Btu/h.ft 2 .°F (114 til 227 W/m 2 K).
  6. 6
    Fremgangsmåte i henhold til krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at den totale varmeoverføringshastigheten er minst 40 Btu/h.ft 2 .°F (227 w/m 2 K).
  7. 7
    Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at nevnte resonanssone omfatter minst ett enkelt resonansrør, som for eksempel har en U-formet bøyning slik at det nevnte innløp og utløp til nevnte resonanssone er nær hverandre, eller består av parallelle resonansrør som har innløp i separat forbindelse med nevnte pulsforbrenningssone og utløp i forbindelse med et felles rom.
  8. 8
    Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de forutgående krav, karakterisert ved at den videre omfatter termisk avskjerming av en del av resonanssonen nær nevnte innløp med en skjerm slik at den ytre overflatetemperaturen til skjermen er lavere enn den ytre overflate-temperaturen til resonans-sonen nær skjermen for derved å unngå smelting eller mykning av nevnte sjikt av faste partikler nær skjermen.
  9. 9
    Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de forutgående krav, karakterisert ved at reaksjonsmaterialet er ét karbonholdig materiale valgt fra kull, biomasse, oljeskifer, olje eller tjæresand, subbitumimøst kull, tre, svartlut og fyringsolje.
  10. 10
    Apparat for utførelse av endotermiske reaksjoner i et fluidisert sjikt, hvor det benyttes et pulsforbrenningskammer for å tilveiebringe indirekte varme for reaksjonene, karakterisert ved at apparatet omfatter:en pulsforbrenningsinnretning (2, 3) for forbrenning av et brennstoff for å produsere en pulserende strøm av forbrenningsprodukter og en akustisk trykkbølge, et resonansrør-arrangement (5, 25) som har et innløp som kommuniserer med pulsforbrennings-innretningen (2, 3) for å motta nevnte pulserende strøm av forbrennings-produkter og akustiske trykkbølge;en reaktorbeholder (1) som inneholder et sjikt (7) av faste partikler, idet de faste partiklene omgir i det minste en del av reaktorbeholderen og har et innløp (6) for innføring av reagerende materiale i sengen av faste partikler og et utløp (11) for å fjerne gassprodukter fra sengen;og en agiterings-innretning (8) som arbeider for å opprettholde sengen av partikler i en agitert tilstand, idet agiterings-innretningen for eksempel omfatter en gassfordelings-innretning (9) som arbeider for å fordele en gass-strøm til sengen av faste partikler.
  11. 11
    Apparat i henhold til krav 10, karakterisert ved at det ytterligere omfatter:en første skille-innretning (30) for å skille gassprodukter fra faste materialer, idet den første skilleinnretning har et innløp i forbindelse med utløpet til reaktorbeholderen (31) , et utløp for å fjerne utskilt fast materiale og et utløp (40) for å fjerne gassprodukter;og en partikkel-resirkuleringsinnretning (36) for å innføre faste partikler i nevnte reaktorbeholder (31) , idet partikkelresirkulerings-innretningen har et innløp som kommuniserer med utløpet fra nevnte første skille-innretning for å fjerne utskilt fast materiale og et utløp (44) som kommuniserer med reaktorbeholderen (31) for å resirkulere slikt utskilt fastmateriale til denne, idet apparatet valgfritt videre omfatter;(a) en andre skilleinnretning (37) for å skille kondenserbare stoffer fra ikke-kondenserbare i gassproduktet, idet den andre skilleinnretningen har et innløp som kommuniserer med utløpet fra nevnte første skilleinnretning for å fjerne gass-produkter, et utløp for å fjerne utskilte væsker som er kondensert i den andre skilleinnretningen og et utløp for å fjerne utskilte ikke-kondenserbare stoffer derfra;og (b) en gassresirkulerings-innretning (34) for å resirkulere ikke-kondenserbare stoffer i reaktorbeholderen, idet gassresirkulerings-innretningen har et innløp som kommuniserer med utløpet fra nevnte andre skilleinnretning for å fjerne utskilte ikke-kondenserbare stoffer og et utløp som kommuniserer med innløpet til gassfordelings-innretningen.
  12. 12
    Apparat i henhold til krav 10 eller 11, karakterisert ved at nevnte pulsforbrennings-innretning (2, 3) har et brennområde og omfatter ventil-innretninger som kan drives for selvregulering av brennstoff-til-luftforholdet inne i nevnte brennområde for å frembringe en varmefrigjørings-hastighet i området fra 1 x 10 5 til 10 x 10® Btu/h.ft 3 (10,3 x 10® til 103 x 10® W/m 3 ), for eksempel^1 x 10® til 2 x 10® Btu/h.ft 3 (10,3 x 10® til 20,7 x 10® W/m 3 ), en forbrenningsgass-temperatur i området fra 1255 til 2200 K, for eksempel 1255 til 1810 K, og en gasshastighet i nevnte resonansrør i området fra 90 til 490 m/s, for eksempel 90 til 240 m/s.