CS276402B6

CS276402B6 - Apparatus for separating particles from hot gas flow carrying dais particles

Info

Publication number: CS276402B6
Application number: CS824397A
Authority: CS
Inventors: Allan Clark Morgan
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1982-06-14
Publication date: 1992-05-13
Also published as: FR2508155A1; DE3221340A1; DK274382A; ES513258A0; JPH0125513B2; GB2100850B; CA1198364A; NL8202333A; PL236994A1; IE53299B1; FR2508155B1; ES8501243A1; PH24916A; IT8221932A0; IN157954B; DD239343A5; CS8204397A2; KR840000259A; YU132982A; SE457058B

Abstract

A hot, particulate-laden process gas stream is cooled preparatory to cloth filtration treatment thereof by conducting said stream through a venturi-shaped conduit (20) adapted to cause acceleration of the stream to a Mach number of at least about 0.25. A plurality of streams of liquid water is introduced through means (27) transversely into the process stream in the region of the throat (24) of the venturi-shaped conduit (20), the rate of total water so introduced being sufficient to cool the process stream to the desired temperature. The cooled process stream can then be conducted into a cloth filtration device (15) wherein separation of the particulate component from the gaseous component is performed. <IMAGE>

Description

(57) Anotace :(57)

Zařízení je tvořeno reaktorem, ve kterém . vzniká proud horkého plynu se suspendovanými částicemi, například proud horkého plynu obsahující retortové saze, přičemž za tímto reaktorem je zařazen nepřímo chlazený tepelný výměník, a sa tímto výměníkem je kanál (20) ve tvaru Venturiho trubice, který sestává ze vstupní sbíhavé části (22), na kterou navazuje úzké hrdlo (24) a^výstupní rozbíhavá část (26), přičemž v prostoru úzkého hrdla (24) je umístěna přívodní trubka (25) procházející boční stěnou kanálu (20) zakončena koncovou krytkou (27) s velkým počtem radiálně orientovaných otvorů (29) pro rozptylování vody v horkém plynném proudu. Výstupní rozbíhavá část (26) kanálu (20) svírá s osou tohoto kanálu úhel v rozmezí od 6 do 14 .The device consists of a reactor in which. a hot gas stream with suspended particles is formed, for example a hot gas stream containing retort carbon black, downstream of which is an indirectly cooled heat exchanger downstream, and with the exchanger is a venturi-shaped channel (20) which consists of an inlet converging part (22) to which the inlet pipe (25) extends through the side wall of the channel (20) and terminates in an end cap (27) with a plurality of radially oriented openings (29) for dispersing water in the hot gas stream. The outlet diverging portion (26) of the channel (20) forms an angle in the range of 6 to 14 with the axis of the channel.

Za kanálem (20) ve tvaru Venturiho trubice je zařazena filtrační jednotka (15)·A filter unit (15) is arranged downstream of the venturi-like channel (20).

Vynález se týká zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice a vznikající v reaktoru, přičemž součástí tohoto zařízení je jednotka ke chlazení tohoto horkého plynného proudu s unášenými částicemi a filtrační jednotka k oddělování unášených Částic na tkaninovém filtru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for separating particles from a hot gaseous entraining gas stream produced in a reactor, comprising a unit for cooling the entrained hot gaseous stream and a filter unit for separating entrained particles on a fabric filter.

V řadě průmyslových pochodů vznikají produkty nebo vedlejší produkty ve formě suspendovaných částic v plynném horkém proudu, jako jsou například suspenze pevných částic unášených horkým plynným proudem. Jako příklad je možno uvést retortové saze, které se vyrábějí tepelným rozkladem a/nebo nedokonalým spalováním uhlovodíkové suroviny, přičemž při provádění běžného postupu vzniká na počátku tohoto procesu aerosol nebo suspenze těchto sazových částic, které představují konečný produkt tohoto procesu, v horkých spalinách, které představují vedlejší produkt. Tento plynný proud s obsahem sazí se prudce chladí v retortě sa účelem ukončení této reakce, při které vznikají saze, přičemž potom se dále ochlazuje takto vzniklý plynný proud se zbytkem podílu sazí, který se potom filtruje na tkaninovém filtru, na němž se zachycují saze představující produkt tohoto procesu. Další příklad průmyslového postupu, při kterém se horký plynný proud s obsahem pevných částic nejprve chladí a potom se filtruje na tkaninovém filtru, a u kterého lze aplikovat princip zařízení podle vynálezu, je zpracovávání spalin z tepelných elektráren vytápěných uhlím před filtrováním pevných částic, dále chlazení plynných proudů vznikajících při kalcinaci prováděné pří výrobě cementu, a dále chlazení plynných proudů obsahujících pevné částice kalcínované rudy nebo pevné částice kamenného prachu, a pod.In many industrial processes, products or by-products are formed in the form of suspended particles in a gaseous hot stream, such as, for example, suspensions of solid particles entrained in the hot gaseous stream. By way of example, retort carbon blacks are produced by thermal decomposition and / or incomplete combustion of the hydrocarbon feedstock, and in the conventional process, an aerosol or suspension of the soot particles, which are the end product of the process, in hot flue gases represent a by-product. The soot-containing gaseous stream is quenched in the retort to terminate the soot-forming reaction, and further cooling the soot-containing gaseous stream with the remainder of the soot fraction is then filtered on a fabric filter to collect the carbon black representing product of this process. Another example of an industrial process in which the hot solids gas stream is first cooled and then filtered on a fabric filter, to which the principle of the device according to the invention can be applied, is flue gas treatment from coal-fired thermal power stations before particulate filtration. streams resulting from calcination carried out in the manufacture of cement, and cooling of gaseous streams containing solid particles of calcined ore or solid particles of stone dust, and the like.

Při běžně prováděné filtraci na tkaninovém filtru se plynný proud obsahující pevné částice vede jedním nebo několika filtračními elementy z prostupné tkaniny nebo látky (prostupné pro plyn), která má předem určenou pórovitost nebo prostupnost, která je dána požadavkem, aby plynné složka mohly filtrem procházet, zatímco pevné Částice je nutno na filtru zachycovat. Nežádoucí částice, nebo částice, které jsou určeny k oddělení, se separují od plynné fáze a shromažSují se na vnější neboli sběrné straně tkaninových filtrů. Filtr je obvykle opatřen prostředky, které usnadňují odstraňování částic z filtračních elementů, což se například provádí periodickým snižováním tlaku nebo změnou směru průtoku proudu plynu tkaninovým filtrem, dále mechanickým setřásáním zachycených částic nebo vibrováním filtračního elementu, a pod. Oddělené částice se obvykle vodou do sběrné nádrže a z ní se periodicky odebírají, přičemž potom se zpracovávají na formu vhodnou k expedování nebo se dále zpracovávají ns požadovaný produkt. Při běžně prováděných postupech výroby retortových sazí na létavé saze. zachycené ve filtrační jednotce, mohou dále zpracovávat například peletováním za mokra nebo za sucha, nebo zhutňováním, kalcinaci, povrchovou oxidací vzduchem, ozónem nebo minerálními kyselinami, dále mletím, například v tyčovém, kladivovém nebo kolcidním mlýnu, nebo zpracováváním a povrchově aktivními látkami, oleji nebo olejovými emulzemi, a pod.In a conventional filtration on a fabric filter, the gaseous stream containing the solid particles is passed through one or more filter elements of a permeable fabric or substance (gas permeable) having a predetermined porosity or permeability that is required by the gaseous component to pass through the filter. while solid particles must be retained on the filter. The unwanted particles or particles to be separated are separated from the gas phase and collected on the outside or collecting side of the fabric filters. The filter is usually provided with means to facilitate removal of particles from the filter elements, for example by periodically reducing the pressure or changing the flow direction of the gas stream through the fabric filter, mechanically shaking off the trapped particles or vibrating the filter element, and the like. The separated particles are usually taken with water into the collecting tank and periodically removed therefrom, after which they are processed to a form suitable for dispatch or further processed to the desired product. In conventional processes for producing carbon black retort soot. trapped in the filter unit may be further processed, for example, by wet or dry pelletizing, or by compaction, calcination, surface oxidation by air, ozone or mineral acids, by grinding, for example in a bar, hammer or colloid mill, or by treatment and surfactants, oils or oil emulsions, and the like.

Textilní materiály používané pro výrobu filtračních elementů sestávají obvykle z tkaných nebo netkaných textilních vláken ze skla, bavlny, vlny, polyamidu, polyesteru, polytetrafluorethylenu nebo ze smeeí těchto materiálů. Tyto textilní materiály se vytvarují nebo sešijí do požadovaných geometrických tvarů potřebných pro konkrétní filtrační jednotky. Jedním z běžně používaných filtračních zařízení je tzv. pytlový filtr, jehož filtrační elementy mají podlouhlý trubkovitý tvar. Jiné známé filtrační elementy mohou mít tvar plášťů, plochých filtračních elementů, filtračních vrstev nebo kotoučů. Některé jiné známé filtrační prvky mohou být v podstatě beztvaré a mohou sloužit jako výplň ve filtračním prvku, kterým prochází plynný proud unášející částice.The textile materials used to produce the filter elements usually consist of woven or nonwoven textile fibers of glass, cotton, wool, polyamide, polyester, polytetrafluoroethylene or mixtures thereof. These textile materials are shaped or stitched to the desired geometric shapes required for particular filter units. One of the commonly used filter devices is the so-called bag filter, whose filter elements have an elongated tubular shape. Other known filter elements may be in the form of shells, flat filter elements, filter layers or discs. Some other known filter elements may be substantially formless and may serve as a filler in the filter element through which the particulate gaseous stream passes.

Při použití kteréhokoliv ze známých filtračních ústrojí s tkaninovým filtrem je podstatné, aby plynný proud přiváděný do filtru neměl příliš vysokou teplotu, a tímWhen using any of the known filter devices with a fabric filter, it is essential that the gaseous stream supplied to the filter does not have a very high temperature, and thus

CS 276402 £6 aby nepoškodil materiál, ze kterého jsou zhotoveny tkaninové filtrační elementy.CS 276402 62 to avoid damaging the material from which the fabric filter elements are made.

Naproti tomu ja rovněž důležité, aby teplota plynného proudu přiváděného do filtračního zařízení byla dostatečně vysoká, aby v prostoru ve filtračním zařízení byla teplota nad teplotou rosného bodu plynné složky, čímž se zabraňuje kondenzaci látek schopných za těchto podmínek kondenzovat. Při nedodržení prvního požadavku se značně zkracuje doba životnosti filtračního elementu. Při nedodržení druhého kritéria může dojít k tomu, že zachycené částice jsou znehodnocené a/nebo mokré, takže ucpávají filtrační elementy. V případě výroby retortových sazí má zachycování vlhkých gazí v tkaninovém filtru nejen nepříznivý vliv na účinnost zachycování, nýbrž ovlivňuje nepříznivě i účinnost a jakost následujících dokončovacích výrobních fází, jako je například peletizování, zhutňování nebo chemické dodatečné zpracování sazí, a tím i jakost a stejnosměrnost kvality konečného produktu, to znamená retortových sazí,On the other hand, it is also important that the temperature of the gaseous stream supplied to the filter device be high enough that the temperature in the space in the filter device is above the dew point of the gaseous component, thereby preventing condensation of substances capable of condensing under these conditions. Failure to meet the first requirement greatly reduces the lifetime of the filter element. Failure to comply with the second criterion may result in the trapped particles being degraded and / or wet, thus clogging the filter elements. In the case of retorting carbon black, the entrapment of wet gauze in the fabric filter not only adversely affects the entrapment efficiency, but also adversely affects the efficiency and quality of subsequent finishing stages, such as pelletizing, compacting or chemical aftertreatment, and thereby quality and uniformity of quality. the end product, i.e. retort carbon black,

I přesto, že lze horký plynný proud s obsahem unášených částic ochladit na teplotu vyhovující výše uvedeným požadavkům přičemž se použije prostředků pro nepřímou tepelnou výměnu, je účinný a ekonomický provoz těchto tepelných výměníků pracujících na principu nepřímé tepelné výměny značně problematický. Požadovaná teplota plynného proudu s obsahem částic, který se má filtrovat tkaninovým filtrem, se při běžném provádění tohoto procesu pohybuje v rozmezí od asi 149 °C do přibližně 371 °C. Nepřímá tepelná výměna představuje z ekonomického hlediska přijatelný způsob odnímání tepla pouze v těch případech, kdy snížení teploty, které se má dosáhnout, je poměrně veliké, například asi 300 °C nebo ještě větší, a kdy se teplota horkého plynného proudu, určeného k ochlazování, pohybuje značně nad asi 538 °C. Tak například je možno uvést, že k uskutečnění ochlazení plynného proudu s obsahem Částic, který má teplotu asi 538 °C, na teplotu asi 260 °C nepřímou tepelnou výměnou je všeobecně zapotřebí použít velké a drahé zářízení, jehož ekonomický provoz nelze zpravidla realizovat, a to i v případech, kdy se předpokládá dokonalé využití odebrané tepelné energie.Although the hot entrained particulate gas stream can be cooled to a temperature satisfying the above requirements using indirect heat exchange means, efficient and economical operation of these indirect heat exchange heat exchangers is highly problematic. The desired temperature of the particulate gas stream to be filtered by the fabric filter is in the range of about 149 ° C to about 371 ° C in a conventional process. Indirect heat exchange is an economically acceptable method of heat removal only in those cases where the temperature reduction to be achieved is relatively large, for example about 300 ° C or more, and the temperature of the hot gas stream to be cooled, it is well above about 538 ° C. For example, in order to cool a particulate gas stream having a temperature of about 538 ° C to a temperature of about 260 ° C by indirect heat exchange, it is generally necessary to use a large and expensive plant whose economical operation cannot normally be realized, and even in cases where perfect use of the heat energy is assumed.

Mimoto zařízení pro nepřímou tepelnou výměnu jsou obvykle vhodnfí pro provoz v relativně konstantních pracovních podmínkách a není z tohoto důvodu vhodné jich použít k přesné regulaci pracovních podmínek v závislosti na měnících se podmínkách během provádění výrobního postupu. V důsledku těchto potíží se v chemických zařízeních obvykle pracuje tak, že se nejprve z horkého proudu odnímá a zpětně využívá co největší množství tepla nepřímou tepelnou výměnou co nejekonomičtějším způsobem, a potom se tento plynný proud rychle ochlazuje na teplotu, která je vhodná k provádění filtrace tohoto plynného proudu tkaninovými filtry, přičemž toto rychlé ochlazení se provádí tak, že se do plynného proudu rozprašuje voda atomizováním na malé kapičky.In addition, indirect heat exchange devices are generally suitable for operation in relatively constant operating conditions, and it is therefore not appropriate to use them to accurately control operating conditions depending on changing conditions during the manufacturing process. As a result of these difficulties, chemical plants are generally operated by first removing and recovering as much heat as possible from the hot stream by indirect heat exchange in the most economical manner, and then cooling the gaseous stream rapidly to a temperature suitable for filtering. The gaseous stream through fabric filters, the rapid cooling is carried out by spraying water into the gaseous stream by atomizing into small droplets.

Toto rychlé ochlazování plynného proudu na teplotu vhodnou pro filtraci za pomoci tkaninového filtru se v obvyklém provedení provádí tlakovým nebo dvoutekutinovým rozprašováním vody atomizováním na malé kapičky do plynného proudu v místě, které leží poměrně daleko před vstupem ochlazeného proudu do tkaninového filtru. Toto rozprašování vody atomizováním na malé kapičky na rozdíl od jednoduchého rozstřikování vody do plynného proudu se provádí proto, aby vznikly drobounké kapičky, které se samozřejmě vypařují rychleji než poměrně velké kapky, které vznikají při jednoduchém rozstřikování vody do plynného proudu. Podélné potrubí umístěné mezi místem rozprašování chladicí vody atomizováním na malé kapičky do plynného proudu a filtrační jednotkou slouží k tomu, aby kapičky atomizované vody měly dost času k úplnému odpaření dřív, než se ochlazený plynný proud zavádí do tkaninového filtru. Jestliže se nepodaří uskutečnit úplné odpaření vody v horkém plynném proudu je samozřejmé, že mohou nastat obtíže analogické problémům, které byly popsány v souvislosti s kondenzací plynných složek v tomto zpracovávaném plynném proudu, ke kterému dochází uvnitř filtru.This rapid cooling of the gaseous stream to a temperature suitable for filtration by means of a fabric filter is typically accomplished by pressure or bi-fluid atomization of water by atomizing into small droplets into the gaseous stream at a location far from the cooled stream entering the fabric filter. This atomization of water by atomizing into small droplets, as opposed to simply spraying water into the gaseous stream, is carried out to produce tiny droplets, which of course evaporate faster than the relatively large droplets produced by simply spraying water into the gaseous stream. The longitudinal piping located between the atomization point of the cooling water by atomizing into small droplets into the gaseous stream and the filter unit serves to give the atomized water droplets sufficient time to completely evaporate before the cooled gas stream is introduced into the fabric filter. Of course, if it is not possible to completely evaporate the water in the hot gas stream, it is obvious that problems analogous to the problems described with regard to the condensation of the gaseous components in the process gas stream occurring inside the filter may occur.

Důvod, proč má mít chladící voda po atomizování na malé kapičky v plynném proudu poměrně dlouhou dobu zdržení v tomto plynném proudu, spočívá v tom, že ani dvoutekutinová ani tlaková atomizační technika, která se v současné době používá, nestačí k vytvořeníThe reason why cooling water after atomization into small droplets in the gaseous stream is to have a relatively long residence time in the gaseous stream is that neither the two-fluid nor the pressure atomization technique currently in use is sufficient to create

CS 276402 Βδ kapiček velmi malých rozměrů v dostatečně širokém rozmezí pracovních podmínek, aby bylo zajištěno stejnoměrně rychlé a úplné vypaření kapiček v plynném proudu. Při tlakovém rozprašování vody na atomizované malé kapičky se voda vytlačuje z trysky s malým otvorem, přičemž účinnost s jakou se tato voda atomizuje na malé kapičky a rozptyluje v plynném proudu a průměrná velikost kapiček do značné míry závisí na velikosti otvoru atomizační trysky a na ztrátě tlaku v tomto otvoru. Průtočná rychlost vody otvorem daných rozměrů je samozřejmě funkcí ztráty tlaku, přičemž platí, že čím vyšší je ztráta tlaku, tím větší je průtočná rychlost. Již malé změny jednoho z vedených parametrů mají velice pronikavý účinek na stejnoměrnost a velikost vytvářených kapiček. Ve většině průmyslových chemických provozů lze velikost otvorů dané tlakové atomizační trysky považovat za neměnný parametr. To ovšem neplatí pro průtočnou rychlost a tlakovou ztrátu. V průmyslových provozech se tlak vody v potrubí a její průtočná rychlost a dále teplota a průtočná rychlost plynného proudu určeného ke chlazení obvykle značně mění. Když se změní teplota a/nebo průtočná rychlost horkého plynného proudu, například v důsledku změněných podmínek panujících v reaktoru, ve kterém se vytváří tento plynný proud, přičemž tyto podmínky se změní za účelem změn vlastností vyráběného produktu, je obvykle nezbytné rovněž změnit množství a rychlost chladicí vody, která se použije ke chlazení tohoto horkého plynného proudu, což se provádí atotnizováním této chladicí vody na malé kapičky do uvedeného horkého plynného proudu za účelem dosažení požadované teploty tohoto plynného proudu před filtrací na tkaninovém filtru. V důsledku toho může docházet náhodně nebo záměrně ke značnému kolísání tlaku vody, která se přivádí do atomizačních trysek, takže v určitých periodách výrobního procesu nepracují atomizační trysky a ani nemohou pracovat s tlakovou ztrátou a průtočnou rychlostí pro jaké byly dimenzovány a konstruovány.CS 276402 Βδ of very small size droplets over a wide range of operating conditions to ensure uniformly rapid and complete evaporation of the droplets in the gaseous stream. When spraying water onto atomized small droplets, the water is forced out of a small orifice nozzle, the efficiency with which this water is atomized into small droplets and dispersed in a gaseous stream, and the average droplet size largely depends on the atomization nozzle orifice size and pressure loss in this hole. Of course, the flow rate of water through an aperture of given dimensions is a function of pressure loss, and the higher the pressure loss, the greater the flow rate. Even small changes in one of the guided parameters have a very penetrating effect on the uniformity and size of the droplets formed. In most industrial chemical plants, the orifice size of a given pressure atomizing nozzle can be considered a fixed parameter. However, this does not apply to flow velocity and pressure drop. In industrial plants, the pressure of the water in the pipeline and its flow rate, as well as the temperature and flow rate of the gaseous stream to be cooled, usually vary considerably. When the temperature and / or flow rate of a hot gaseous stream is changed, for example, due to changed conditions in the reactor in which the gaseous stream is generated and these conditions change in order to change the properties of the product being produced, cooling water which is used to cool the hot gas stream by atotizing the cooling water into small droplets in the hot gas stream to achieve the desired temperature of the gas stream prior to filtering on the fabric filter. As a result, the pressure of the water supplied to the atomization nozzles may fluctuate accidentally or deliberately, so that at certain times of the manufacturing process the atomization nozzles do not work and cannot operate at the pressure drop and flow rate at which they were designed and constructed.

Za takovýchto podmínek se mohou rozměry kapiček, vyráběných tlakovým atomizováním, značně zvětšit a rovněž mohou být tyto kapičky co do rozměru nestejnoměrné, takže k tomu aby se zajistilo úplné odpaření vody v plynném proudu je třeba podstatné delší doby zdržení těchto atomizovaných kapiček v chlazeném plynném proudu. Dvoutekutinové atomizační trysky používají nosného plynu k atomizování chladicí vody na malé kapičky do chlazeného plynného proudu a k rozptylování těchto kapiček unášených nosným plynem ve zpracovávaném plynném proudu, to znamená v proudu určeném ke chlazení. K tomu, aby tyto dvoutekutinové atomizační trysky pracovaly s dostatečnou účinností, se používá poměrně velkého průtočného objemu nosného plynu, který obvykle není v daném průmyslovém provozu k dispozici, což znamená, že výroba tohoto proudu nosného plynu představuje v každém případě dodatečné provozní náklady na získávání nebo výrobu této přídavné složky daného plynného proudu, a kromě toho je nutno uvést, že celý tento plyny proud tvořený zpracovávaným plynným proudem a přídavným proudem nosného plynu se musí zpracovávat v dále zařazeném tkaninovém filtru.Under such conditions, the dimensions of the droplets produced by pressure atomization can be greatly increased and the droplets can also be uneven in size, so that substantially longer residence times of the atomized droplets in the cooled gas stream are required to ensure complete evaporation of the water in the gas stream. . The two-fluid atomization nozzles use carrier gas to atomize the cooling water into small droplets into the cooled gas stream and to disperse these droplets entrained by the carrier gas in the process gas stream, i.e. the stream to be cooled. In order for these two-fluid atomization nozzles to operate with sufficient efficiency, a relatively large flow volume of carrier gas is used, which is usually not available in a given industrial plant, which means that the production of this carrier gas stream constitutes in any case additional operating costs or the production of this additional component of the gas stream, and furthermore, it should be noted that the entire gas stream formed by the treated gas stream and the additional carrier gas stream must be treated in a fabric filter downstream.

Za účelem maximálního prodloužení doby prodlevy chladicí vody atomizované tlakovou nebo dvoutekutinovou tryskou do zpracovávaného plynového proudu se obvykle zařazuje mezi místo, ve kterém se atomizuje chladicí voda na malé kapičky do zpracovávaného plynného proudu, a filtrační zařízení potrubí s velkým objemem nebo tak zvané stoupací potrubí. Za těchto okolností, kdy je velikost kapiček atomizované chladicí vody poměrně velká, se může rychlost odpařování těchto kapiček uvnitř plynného proudu proudícího vzestupným potrubím značně zmenšit. Při výrobě retortových sazí múze mít taková zmenšená rychlost odpařování za následek to, že částice plynovým proudem uvnitř vzestupného potrubí mají větší možnost ke zvlhčení a ke shlukování, takže oddělované saze představující produkt tohoto průmyslového procesu obsahují značné množství tvrdých hrubých shluků. Protože plynný proud může být často silně korozivní, musí mít vzestupné potrubí antikorozivní vlastnosti a musí být vyrobeno ze slitin odolávajících korozi, které jsou velice drahé. Nutnost zabránit přítomnosti kapaliny v látkovém filtru však nicméně až dosud vyvažovala značné ekonomické nevýhody spočívající v konstrukci a provozu velkoobjemových vzestupných potrubí ze slitiny odolnéIn order to maximize the residence time of the cooling water atomized by a pressure or two fluid nozzle into the gas stream to be treated, it is usually classified as a place where the cooling water is atomized into small droplets into the gas stream to be treated and a large volume filter device or so-called riser. In these circumstances, when the droplet size of the atomized cooling water is relatively large, the rate of evaporation of these droplets within the gaseous stream flowing through the ascending line may be greatly reduced. In the production of retort carbon blacks, such reduced evaporation rate can result in particles having a gas stream within the ascending pipeline having greater potential for humidification and agglomeration, so that the separated carbon blacks produced by this industrial process contain a considerable amount of hard coarse aggregates. Since the gaseous stream can often be highly corrosive, the ascending pipeline must have anti-corrosive properties and be made of corrosion-resistant alloys which are very expensive. However, the need to avoid the presence of liquid in the fabric filter has, to date, outweighed the significant economic disadvantages of designing and operating large-volume ascending pipes of resistant alloy.

CS 276402 3S proti korozi a v nebezpečí spočívajícím ve shlukování částic uvnitř stoupacího potrubí. V průmyslových provozech tedy byly tyto potíže až dosud považovány za neodstranitelné, přičemž se s nimi počítalo při navrhování těchto provozů v tom smyslu, aby bylo zajištěno úplné vypaření chladicí vody přiváděné do zpracovávaného plynného proudu v širokém rozmezí používaných pracovních podmínek.CS 276402 3S against corrosion and the danger of agglomeration of particles inside the riser. Thus, in industrial plants, these problems have hitherto been considered irremovable and have been envisaged in the design of these plants in order to ensure complete evaporation of the cooling water supplied to the process gas stream over a wide range of operating conditions.

Cílem uvedeného vynálezu je navrhnout zařízení, které by odstraňovalo nebo ve značné míře zmírňovalo nedostatky výše uvedených zařízení podle dosavadního stavu techniky.It is an object of the present invention to provide a device that overcomes or substantially alleviates the drawbacks of the prior art devices mentioned above.

Podstata zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice a vznikající v reaktoru, za kterým je zařazen nepřímo chlazený tepelný -výměník , spočívá podle uvedeného vynálezu v tom, že je tvořeno kanálem ve tvaru Venturiho trubice, který sestává ze vstupní sbíhavé části, na kterou navazuje úzké hrdlo a výstupní rozbíhavá část, přičemž v prostoru úzkého hrdla je umístěna přívodní trubka procházející boční stěnou kanálu a zakončená koncovou krytkou s velkým počtem radiálně orientovaných otvorů pro rozptylování vody v horkém plynném proudu. Výstupní rozbíhavá část kanálu svírá s osou tohoto kanálu úhel v rozmezí od 6 do 14 °, přičemž za kanálem ve tvaru Venturiho trubice je zařazena filtrační jednotka, ’According to the present invention, a device for separating particles from a hot gaseous stream carrying these particles and produced in a reactor followed by an indirectly cooled heat exchanger consists of a venturi-shaped channel consisting of an inlet converging part, adjoining the narrow throat and the diverging outlet portion, a supply tube extending in the narrow throat space extending through the side wall of the channel and terminating in an end cap with a plurality of radially oriented openings for dispersing water in the hot gas stream. The outlet diverging part of the channel forms an angle between 6 and 14 ° with the axis of the channel, with a filter unit downstream of the channel in the shape of a venturi, '

Ve výhodném provedení tohoto zařízení je před vstupní sbíhavou částí umístěna trubka o krátké vzdálenosti s usměrňovacími prvky k omezení turbulence.In a preferred embodiment of the device, a short distance tube with rectifier elements is placed in front of the inlet converging portion to reduce turbulence.

Uvedená filtrační jednotka je ve výhodném provedení vybavena pytlovými filtry.Said filter unit is preferably provided with bag filters.

Iíezi výstupním koncem, kanálu ve tvaru Venturiho trubice a vstupem do filtrační jednotky je výhodně umístěn teplotní snímač, který je spojen s regulátorem napojeným na regulovaný ventil ve vložené přívodní trubce pro regulaci přívodu vody.Between the outlet end, the venturi-shaped channel and the inlet to the filter unit, a temperature sensor is preferably located, which is connected to a regulator connected to the controlled valve in the intermediate supply pipe to control the water supply.

Při konstruování výše uvedeného kanálu- je velice výhodné, jestliže je alespoň výstupní rozbíhavá část tohoto kanálu tepelně izolovaná, čímž se dosáhne stabilnějšího teplotního provozu.In the construction of the above-mentioned duct, it is very advantageous if at least the outlet diverging part of the duct is thermally insulated, thereby achieving a more stable temperature operation.

Zařízení podle uvedeného vynálezu představuje mnohem kompaktnější jednotku než jsou zařízení podle dosavadního stavu techniky, přičemž uspořádání tohoto zařízení není omezeno na pouze vertikální umístění, ale je možno jej uspořádat i šikmo nebo horizontálně. Podstatnou výhodou zařízení podle vynálezu je to, že atomizování chladicí vody na malé kapičky a rozptylování těchto kapiček ve zpracovávaném plynném proudu závisí v zařízení podle vynálezu převážně na kinetické energii urychleného plynného proudu ve Venturiho trubici, takže průměr otvorů v koncové krytce a tlak nebo rychlost proudění chladicí vody přiváděné k atomizování se mohou značně měnit. Zařízení podle vynálezu je dále velice málo citlivé na kolísání vstupní teploty zpracovávaného plynového proudu než tomu bylo u zařízení s vertikálním vzhůru směrovaným potrubím podle dosavadního stavu techniky.The device according to the invention is a much more compact unit than the prior art devices, the arrangement of which is not limited to vertical positioning but can also be arranged obliquely or horizontally. An essential advantage of the device according to the invention is that the atomization of the cooling water into small droplets and the dispersion of these droplets in the gas stream to be treated depends predominantly on the kinetic energy of the accelerated gas stream in the venturi. the cooling water supplied for atomization can vary considerably. Furthermore, the device according to the invention is very insensitive to fluctuations in the inlet temperature of the gas stream to be treated than in the case of devices with vertical upstream piping according to the prior art.

Při provádění postupu v zařízení podle uvedeného vynálezu se horký plynný proud s obsahem částic vede kanálem ve tvaru Venturiho trubice, jehož rozměry a tvar jsou zvoleny tak, aby v tomto kanálu došlo k urychlení plynného proudu na Machovo číslo alespoň rovné 0,25. Uvnitř hrdla kanálu ve tvaru Venturiho trubice se do plynového proudu vstřikuje v podstatě napříč proudění tohoto plynového proudu chladicí voda velkým počtem otvorů. Poněvadž v místě přivádění chladicí vody má plynný proud velkou rychlost rozptylují se rychle jednotlivé proudy vody na stejnoměrné kapičky o velmi malých rozměrech, to znamená, že dochází k atomizování této chladicí vody na malé kapičky, přičemž rychlým vypařováním těchto atomizovaných kapiček vody se z plynného proudu odebírá teplo. Ochlazený plynný proud ee potom vede do filtrační jednotky s tkaninovým filtrem, kde se z tohoto plynového proudu odstraňují unášené částice.In the apparatus of the present invention, the hot particulate gas stream is passed through a venturi-shaped channel whose dimensions and shape are selected to accelerate the gas stream to a Mach number of at least 0.25 in that channel. Inside the neck of the venturi-like channel, cooling water is injected into the gas stream substantially across the flow of the gas stream through a plurality of holes. Since the gaseous stream has a high velocity at the point of supply of cooling water, the individual water streams disperse rapidly into uniform droplets of very small dimensions, i.e. the cooling water is atomized into small droplets, rapidly evaporating these atomized water droplets from the gaseous stream. removes heat. The cooled gaseous stream ee is then fed to a fabric filter unit to remove entrained particles from the gaseous stream.

CS 276402 ΒδCS 276402 Βδ

Zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice podle uvedeného vynálezu bude blíže ilustrováno s pomocí připojených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno schematicky toto zařízení v celku v kombinaci s dalšími navazujícími jednotkami, přičemž plnými čarami je v pravé části obrázku zakresleno zařízení podle vynálezu napojené na typické zařízení pro výrobu retortových sazí, zatímco přerušovanou Čarou je znázorněno zařízení podle dosavadního stavu techniky úměrně stejné kapacity, na obr. 2 je schematicky podélný řez provedením zařízení podle vynálezu z obr. 1, a na obr. 3 je ve zvětšeném měřítku podélný řez částí zařízení podle Obr. 2.The apparatus for separating particles from the hot gaseous stream carrying the particles of the present invention will be illustrated in greater detail with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 schematically illustrates the apparatus in combination with other downstream units, with solid lines in the right part of the drawing. an apparatus according to the invention connected to a typical apparatus for producing retort carbon black, while the dashed line shows a prior art apparatus proportionally of the same capacity, FIG. 2 is a schematic longitudinal section of an embodiment of the apparatus of FIG. 1, and FIG. on an enlarged scale, a longitudinal section through part of the device according to FIG. 2.

Na obr. 1 je znázorněno zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice podle vynálezu napojeného na linku na výrobu retortových sazí. Uhlíkovodíková surovina, palivo a oxidační plyn, obvykle je to vzduch, se přivádějí do reaktoru 1. V reaktoru 1 se směs zapálí a hořící reakční směs přichází do reakční komory se žáruvzdornou vyzdívkou, kde se udržují podmínky vhodné pro tvorbu sazí, což je vlastně uhlík. Teplota uvnitř reakční komory 5 se udržuje obvykle v rozmezí od asi 1315 °C do asi 1760 °C, přičemž přesná teplota závisí především na požadovaných vlastnostech vyráběných sazí. Regulace teploty uvnitř reakční komory se obvykle provádí vhodným dávkováním oxidačního plynu, paliva a suroviny, které jsou přiváděny do tohoto reaktoru 1. Konec reakce, při které vzniká uhlík, začíná tak zvaným prudkým ochlazením reakční směsi, pří kterém se tryskou 6 vstřikuje do reakční směsi voda, která postupuje do reakční komory 2 směrem do zadní částí. Rychlost s jakou se tato chladicí voda nastřikuje do reakční směsi se volí tak, aby se teplota plynného proudu snížila na asi 1204 °C nebo na teplotu nižší. Protože obsah tepelné energie v reakční směsi je v tomto místě procesu poměrně velký je zajištěno rychlé vypaření primární chladicí voda nastřikované tryskou 6 do reakční komory £, takže funkce chladicí trysky není při tomto průběhu procesu v obyklém provedení podstatná.Figure 1 shows an apparatus for separating particles from a hot gaseous stream entraining these particles according to the invention connected to a retort carbon black production line. The hydrocarbon feedstock, fuel, and oxidizing gas, usually air, are fed to reactor 1. In reactor 1, the mixture is ignited and the burning reaction mixture enters a reaction chamber with a refractory lining where conditions suitable for carbon black formation, which is actually carbon . The temperature within the reaction chamber 5 is generally maintained in the range of about 1315 ° C to about 1760 ° C, the exact temperature mainly depending on the desired properties of the carbon black produced. The temperature control inside the reaction chamber is usually accomplished by appropriate dosing of the oxidizing gas, fuel and feed to the reactor 1. The end of the carbon-forming reaction begins with the so-called quenching of the reaction mixture, through which nozzle 6 is injected into the reaction mixture. water which flows into the reaction chamber 2 towards the rear. The rate at which this cooling water is injected into the reaction mixture is selected such that the temperature of the gaseous stream is lowered to about 1204 ° C or lower. Since the thermal energy content of the reaction mixture is relatively large at this point in the process, rapid evaporation of the primary cooling water injected through the nozzle 6 into the reaction chamber 6 is ensured, so that the function of the cooling nozzle is not essential in this process.

Vznikající plynný proud, který sestává ze sazí suspendovaných ve spalinách, se potom vede z reaktoru 1 do nepřímo chlazeného tepelného výměníku 2» kde se dále chladí, v obvyklém provedení na teplotu v rozmezí od asi 426 do asi 648 °C. Tento nepřímo chlazený tepelný výměník £ se obvykle chladí oxidačním plynem, sloužícím k výrobě plynné Bměsi pro spalování uhlovodíkové suroviny na saze, to znamená, že se jedná o plyn vedený do oxidační reakce, který se tímto způsobem předehřívá před zaváděním do reaktoru 1. Tímto způsobem se využije značné množství tepla, které by bylo jinak nevyužito a představovalo by tepelné ztráty, Čímž se zlepšuje tepelná účinnost celého výrobního procesu.The resulting gaseous stream, which consists of soot suspended in the flue gas, is then fed from reactor 1 to an indirectly cooled heat exchanger 2 where it is further cooled, typically to a temperature in the range of about 426 to about 648 ° C. The indirectly cooled heat exchanger 6 is usually cooled with an oxidizing gas used to produce a gaseous mixture for the combustion of the hydrocarbon feedstock to carbon black, i.e. it is a gas led to an oxidation reaction which is preheated in this way before being fed to the reactor 1. a considerable amount of heat is used which would otherwise be unused and would represent heat losses, thereby improving the thermal efficiency of the entire production process.

Oddělení sazí od plynného proudu se provádí ve filtrační jednotce 15 s tkaninovým filtrem, například se používá pytlového filtru, ve kterém se plynný proud vede prostupnými tkaninovými filtračními elementy, které zachycují na vnější sběrné straně saze a propouštějí plynný proud. Saze představující produkt tohoto postupu, které jsou oddělené a zachycené na tkaninovém filtru v uvedené filtrační jednotce 15, se potom buďto balí nebo dále zpracovávají, jak již bylo uvedeno.Separation of the carbon black from the gaseous stream is carried out in a fabric filter unit 15, for example, a bag filter is used in which the gaseous stream is passed through permeable fabric filter elements which trap the carbon black outside and pass the gaseous stream. The carbon black representing the product of this process, which is separated and retained on the fabric filter in said filter unit 15, is then either packaged or further processed as mentioned above.

Aby se nepoškodily tkaninové filtrační elementy umístěné v uvedené filtrační jednotce 15, je nejprve nezbytné ochladit ještě poměrně horký plynný proud odváděný z nepřímo chlazeného výměníku j), obvykle na teplotu v rozmezí od 149 °C do 371 °C. Přesná požadovaná teplota se určuje jednak s přihlédnutím k teplotě rosného bodu plynné složky zpracovávaného plynného proudu s obsahem pevných částic a jednak s ohledem na tepelnou odolnost tkaninovým filtračních elementů ve filtrační jednotce 15.In order not to damage the fabric filter elements located in said filter unit 15, it is first necessary to cool the still relatively hot gaseous stream discharged from the indirectly cooled exchanger j), usually to a temperature in the range of 149 ° C to 371 ° C. The exact temperature required is determined both with respect to the dew point of the gaseous component of the particulate gas being treated and with respect to the heat resistance of the fabric filter elements in the filter unit 15.

Toto přídavné nebolí sekundární prudké ochlazování plynného proudu unášejícího částečky sazí před filtrací na tkaninovém filtru se provádí podle dosavadního stavu techniky tak, že se částečně ochlazený plynný proud z nepřímo chlazeného tepelného výměníku vede vertikálním, vzhůru směrovaným potrubím 14, které je dlouhé a má velký objem, přičemž do jeho vstupní části se roztřikuje voda. Vertikální vzhůru směrované potrubí 14 může mít například délku asi 30,48 metru, průměr asi 1,524 metru a toto potrubí je obvykle vyrobeno z drahé antikorozivní slitiny. Ve vstupní části tohoto vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14 je umístěna jedna nebo několik tlakových nebo dvoutekutinových atomizačních trysek 16, kterými sa do plynného zpracovávaného proudu rozprašuje voda atomizovóním na malé kapičky v takovém množství aby bylo dosaženo ochlazení tohoto plynného proudu na požadovanou teplotu, část vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14 ležící ve směru proudění za atoraizačními tryskami 16 slouží především k tomu, aby ochlazený plynný proud měl dostatečnou dobu prodlevy a aby se chladicí voda atomizovaná na malé kapičky úplně odpařila dřív, než se plynný proud zavede do filtrační jednotky 15 s tkaninovým filtrem. V každém případě, jestliže jsou kapičky atomizované vody z jakéhokoliv důvodu poměrně veliké, například asi 0,3 milimetru nebo ještě větší, jejich rychlost vypařování v plynném proudu je poměrně malá, což jim poskytuje možnost, aby se dostaly v dostatečné míře do kontaktu se suspendovanými částicemi během průtoku plynného proudu vertikálním vzhůru směrovým potrubím 14. Jak již bylo uvedeno, jestliže k takovému zvlhčení částic sazí dojde, mohou se tyto částice navzájem dostávat do kontaktu a tvořit větší shluky. Mokré částice sazí mohou přijít rovněž do styku se stěnami vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14 a vytvořit usazeniny a spečené povlaky na jeho vnitřní straně.This additional does not hurt the secondary quenching of the carbon black entraining gas stream prior to filtering on the fabric filter, according to the prior art, by passing the partially cooled gaseous stream from the indirectly cooled heat exchanger through a vertical, upwardly directed conduit 14 that is long and large in volume. wherein water is sprayed into its inlet portion. For example, the upwardly directed conduit 14 may have a length of about 30.48 meters, a diameter of about 1.524 meters, and the conduit is typically made of an expensive anti-corrosive alloy. At the inlet portion of the vertical upwardly directed conduit 14 is located one or more pressure or two fluid atomization nozzles 16 through which atomized water is sprayed into the gaseous stream by atomizing into small droplets in an amount to cool the gaseous stream to a desired temperature. The downstream conduit 14 downstream of the atoraitic nozzles 16 serves primarily to provide the cooled gas stream with a sufficient residence time and to cool the atomized water into small droplets completely to evaporate before the gas stream is introduced into the filter unit 15 with the fabric filter. In any case, if the droplets of atomized water are for any reason relatively large, for example about 0.3 millimeters or more, their vapor velocity in the gaseous stream is relatively small, giving them the opportunity to get in sufficient contact with the suspended solids. As already mentioned, if such wetting of the soot particles occurs, these particles can come into contact with each other and form larger clumps. Wet soot particles may also come into contact with the walls of the vertical upwardly directed conduit 14 to form deposits and sintered coatings on the inside thereof.

Zařízení podle uvedeného vynálezu je znázorněno na obr. 1 a na obr. 2 a 3 plnou čarou, přičemž stejné části jsou označeny stejnými vztahovými značkami. V tomto zařízeni podle vynálezu se poměrně horký plynný proud unášející částice sazí a vycházející z nepřímo chlazeného tepelného výměníku 9 vede kanálem 20 ve tvaru Venturiho trubice, jejíž rozměry a tvar je zvolen tak, aby v této Venturiho trubici došlo k urychlení zpracovávaného plynného proudu na Machovo číslo alespoň 0,25 uvnitř hrdla 24.The apparatus according to the invention is shown in FIG. 1 and FIGS. 2 and 3 in solid line, the same parts being denoted by the same reference numerals. In this device according to the invention, the relatively hot gaseous soot-carrying gas stream coming from the indirectly cooled heat exchanger 9 is passed through a venturi-shaped channel 20 whose dimensions and shape are selected to accelerate the process gas stream to Mach in the venturi. a number of at least 0.25 inside the neck 24.

Pod pojmem Machovo číslo se rozumí bezrozměrný poměr skutečná rychlosti plynného proudu a rychlosti zvuku uvnitř tohoto proudu v daném místě. V důsledku toho je Machovo číslo plynného proudu závislé jak na jeho teplotě tak na jeho složení a dá se určit za panujících podmínek s přihlédnutím k teplotě a složení konkrétního plynného proudu. Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu se rozměry a tvar kanálu 20 ve tvaru Venturiho trubice volí tak, aby se v hrdle 24 plynný proud urychloval na Machovo číslo nejméně 0,4.The Mach number is a dimensionless ratio of the actual velocity of the gaseous stream and the velocity of sound within that stream at a given location. As a result, the Mach number of the gaseous stream is dependent on both its temperature and composition and can be determined under prevailing conditions taking into account the temperature and composition of the particular gaseous stream. In a preferred embodiment of the device according to the invention, the dimensions and shape of the venturi-shaped channel 20 are chosen such that the gaseous flow at the throat 24 is accelerated to a Mach number of at least 0.4.

Kanál 20 ve tvaru Venturiho trubice sestává z relativně rychle sbíhavé vstupní části 22, z hrdla 24 a z relativně mírně rozbíhavé výstupní části 26. V konkrétním provedení znázorněném na výkresech je v ose hrdla 24 uložena přívodní trubka 25 zakončená koncovou krytkou 27. Přívodní trubka 25 je zajištěna ve své osové poloze vzpěrou 28, která je připevněna na stěně sbíhavé vstupní části 22 kanálu 20. Koncová krytka 27 je opatřena velkým počtem otvorů 22» které jsou orientovány radiálně vzhledem k ose kanálu 20, a kterými se přivádí chladicí voda ve směru v podstatě napříč do plynného proudu protékajícího hrdlem 24. Rychlost proudu vody otvory 29 lzs regulovat regulovaným ventilem 50 a regulátorem 51. Regulátor 51 dostává údaje týkající se teploty plynného proudu z výstupního termočlánku T_Q. Integruje tyto údaje s přihlédnutím k předem zvolené teplotě a nastavuje regulačníTentil 50 pro přívod vody podle potřeby tak, aby plynný proud se ochladil na požadovanou teplotu. Protože podle vynálezu závisí atomizování chladicí vody na maličké kapičky a jejich zavádění do plynného proudu za účelem rozptýlení chladicí vody na malá kapičky a dispergování těchto kapiček v plynném proudu převážně na kinetické energii urychleného plynného proudu, průměr otvorů 29 a tlak nebo rychlost proudění chladicí vody protékající těmito otvory 29 se mohou značně měnit a nejsou v běžném provedení podstatně důležité pro vznik drobných, stejmoměrných a rychle se vypařujících kapiček v plynném proudu. Tento výhodný znak zařízení podle vynálezu představuje značný odklon od hlavních požadavků, které jsou běžně spojeny s funkcí tlakových nebo dvoutekutinových atomizačních trysekThe venturi-like channel 20 consists of a relatively fast converging inlet portion 22, a neck 24, and a relatively slightly diverging outlet portion 26. In a particular embodiment shown in the drawings, a lance 25 is terminated in the neck 24 terminating with an end cap 27. secured in its axial position by a strut 28 which is mounted on the wall of the convergent inlet portion 22 of the channel 20. The end cap 27 is provided with a plurality of apertures 22 »oriented radially with respect to the axis 20 of the channel 20 to supply cooling water in a substantially transversely to the gas stream flowing through the orifice 24. the flow rate of the water holes 29 LZS regulate the controlled valve 50 and a controller 51. the controller 51 receives data relating to the temperature of the gaseous stream from the output _Q of T thermocouple. It integrates these data taking into account a preselected temperature and adjusts the water supply control valve 50 as necessary so that the gaseous stream is cooled to the desired temperature. Since, according to the invention, the atomization of the cooling water into tiny droplets and their introduction into the gaseous stream in order to disperse the cooling water into small droplets and disperse these droplets in the gaseous stream depend largely on the kinetic energy of the accelerated gaseous stream. these openings 29 can vary considerably and are not essential in the conventional embodiment to produce small, uniform and rapidly evaporating droplets in the gaseous stream. This advantageous feature of the device according to the invention represents a considerable deviation from the main requirements which are normally associated with the function of pressure or two-fluid atomization nozzles

CS 276402 Ββ podle dosavadního stavu techniky. Bodle uvedeného vynálezu je vhodné, aby počet a průměr nebo průměry otvorů 29 byly zvoleny tak, aby s přihlédnutím k předpokládanému rozmezí průtočné rychlosti chladicí vody, které přichází v úvahu při provádění konkrétního postupu, vznikl v každém otvoru 29 dostatečně velký tlak, aby proud chladicí vody vystupoval z otvoru nebo otvorů 29 do plynného proudu alespoň do nepatrné vzdálenosti od povrchu koncové krytky 27 dříve, než dojde k jeho úplnému rozptýlení a rozložení na kapičky v tomto plynném proudu.CS 276402 Ββ according to the prior art. In accordance with the present invention, it is desirable that the number and diameter or diameters of the orifices 29 be selected such that, taking into account the anticipated cooling water flow rate range to be considered in the particular process, of water from the orifice (s) 29 into the gaseous stream at least a slight distance from the surface of the end cap 27 before it is completely dispersed and distributed into droplets in the gaseous stream.

Úhel výstupní rozbíhavé části 26 kanálu 20 _Ve tvaru Venturiho trubice není důležitý. Nicméně je výhodné, aby tento úhel ležel v rozmezí od asi 6° do asi 14°, a nejvýhodněji v rozmezí od asi 7° do asi 10°. V těchto mezích funguje výstupní rozbíhavá část 26 jako difuzer, čímž se sníží na minimum ztráta tlaku v kanálu 20 při daném zrychlení plynného proudu a prodlouží se délka kanálu 20, při které se plynný proud udržuje vysokou rychlost. Podle dalěího výhodného provedení zařízení podle vynálezu je alespoň výstupní rozbíhavá část 26 kanálu 20 tepelně izolovaná izolačním obkladem 30. Izolační obklad 30 zmenšuje síly vznikající tepelným působením horkého plynného proudu, které by mohly způsobit usazování částic na stěnách výstupní rozbíhavé části těsně za hrdlem 24.The angle of the divergent outlet portion 26 of duct 20 _V e venturi is not important. However, it is preferred that the angle is in the range of about 6 ° to about 14 °, and most preferably in the range of about 7 ° to about 10 °. Within these limits, the outlet diverging portion 26 functions as a diffuser, thereby minimizing the pressure loss in the passage 20 at a given acceleration of the gaseous stream and extending the length of the passage 20 at which the gaseous stream is maintained at a high speed. According to a further preferred embodiment of the device according to the invention, at least the outlet diverging part 26 of the channel 20 is thermally insulated by an insulating lining 30. The insulating lining 30 reduces thermal thermal forces which could cause particles to settle on the walls of the outlet diverging part just behind the neck 24.

Podle dalšího výhodného provedení zařízení podle vynálezu je dc přívodní oblasti vstupní sbíhavé části 22 kanálu 20 ve tvaru Venturiho trubice přiváděn zpracovávaný proud přes krátkou trubku 18, která uvnitř obsahuje usměrňovači prvky 19. Umístění trubky 18 s usměrňovacími prvky 19 do místa bezprostředně před kanál 20 snižuje na nejmenší míru turbulenci a vířivé proudy v plynném proudu, který se přivádí do kanálu 20, a tím zajišťuje účinné urychlení plynného proudu ve Venturiho trubici.According to another advantageous embodiment of the device according to the invention, the process stream is fed into the supply region of the inlet converging portion 22 of the venturi-shaped channel 20 through a short tube 18 which contains rectifiers 19 inside. to a minimum extent turbulence and eddy currents in the gaseous stream that is fed to channel 20, thereby ensuring effective acceleration of the gaseous stream in the venturi.

Protože chladicí voda přiváděná do plynného proudu podle vynálezu se velice rychle atómizuje na malé kapičky, které se potom rychle odpařují, mohou mít jak kanál 20 ve tvaru Venturiho trubice tak spojovací potrubí 31. které tvoří spojení mezi výstupním koncem kanálu 20 a vstupem do filtrační jednotky 15 s tkaninovým filtrem při stejném výkonu podstatně kompaktnější konstrukci než sekundární chladicí soustava s vertikálním směrem vzhůru směrovaným potrubím podle dosavadníh stavu techniky. To představuje značnou výhodu zařízení podle uvedeného vynálezu, protože, jak již bylo uvedeno, tvoří vertikální vzhůru směrované potrubí pro sekundární prudké chlazení plynné směsi v zařízení podle dosavadního stavu techniky jednotku s velkým rozměrem a velkou délkou. Při použití zařízení podle vynálezu lze například plynný proud obsahující retortové saze, který je stejného typu jako byl uvažován podle dosavadního stavu techniky a k jehož zpracování byly stanoveny rozměry vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14 diskutované v části dosavadního stavu techniky, účinně chladit na požadovanou teplotu v kanále 20 ve tvaru Venturiho trubice jehož vstupní a výstupní průměr je asi 0,8128 metru, průměr hrdla 24 je asi 0,4064 metru a celková délka je v rozmezí od 3,6576 metru do 4,572 metru. Délka nebo objem spojovacího potrubí 31 je dána v podstatě pouze tím, aby tvořilo plynotěsné spojení pro ochlazený plynný proud přiváděný do filtrační jednotky 15 s tkaninovým filtrem. Mimoto zařízení podle vynálezu nemusí být orientováno svisle jako vertikální vzhůru směrované potrubí v zařízení podle dosavadního stavu techniky, nýbrž může mít jakoukoliv orientaci, která je nejvhodnější s přihlédnutím k místu a konstrukci celého zařízení.Since the cooling water supplied to the gas stream according to the invention is atomized very quickly into small droplets which then evaporate rapidly, they can have both a venturi-shaped channel 20 and a connecting conduit 31 forming a connection between the outlet end of the channel 20 and the inlet to the filter unit. 15 with a fabric filter at the same power, a substantially more compact design than a prior art secondary cooling system with a vertical upwardly directed pipe. This represents a considerable advantage of the apparatus of the present invention because, as already mentioned, the vertical upwardly directed conduit for secondary quenching of the gaseous mixture in the prior art apparatus forms a unit of large size and long length. By using the apparatus of the invention, for example, a gaseous stream containing retort carbon black of the same type as contemplated in the prior art and for which the dimensions of the vertical upstream piping 14 discussed in the prior art section has been determined can be effectively cooled to the desired temperature in channel 20. in the form of a Venturi tube having an inlet and outlet diameter of about 0.8128 meters, a throat diameter of about 0.4064 meters, and a total length ranging from 3.6576 meters to 4.572 meters. The length or volume of the connecting duct 31 is given essentially only to form a gas-tight connection for the cooled gaseous stream supplied to the fabric filter unit 15. Furthermore, the device according to the invention need not be oriented vertically as a vertical upwardly directed pipe in a prior art device, but may have any orientation that is most appropriate taking into account the location and construction of the device.

Zařízení podle uvedeného vynálezu je podstatně méně citlivé na kolísání vstupní teploty zpracovávaného plynného proudu, než zařízení s vertikálním vzhůru směrovaným potrubím, ve kterém se chladicí voda rozstřikuje tlakem, podle dosavadního stavu techniky. Při použití tlakového rozprašování na atomizované kapičky ve vertikálním vzhůru směrovaném potrubí podle dosavadního stavu techniky má pokles vstupní teploty plynného proudu, zaváděného do vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14, asi o 38 °C za následek snížení rychlosti průtoku chladicí vody potřebné pro tlakové atomizováníThe device according to the invention is substantially less sensitive to fluctuations in the inlet temperature of the gas stream to be treated than a device with a vertical upstream pipe in which the cooling water is sprayed by pressure, according to the prior art. When atomizing droplets on atomized droplets in a vertical upstream pipeline according to the prior art, the inlet temperature of the gaseous stream introduced into the vertical upstream pipeline 14 decreases by about 38 ° C resulting in a reduction in the cooling water flow rate required for pressure atomization

CS 276402 Βδ do zpracovávaného plynného proudu asi o 20 %, aby se dosáhlo požadované teploty zpracovávaného plynného proudu. Jestliže se tlak vody sníží takovým způsobem, aby se rychlost prouděni vody snížila o 20 %, zvětší se průměrná velikost každé kapičky a stejně tak se zvětší doba prodlevy potřebná k vypaření těchto větších kapiček vody i objem následujícího potrubí, ve kterém se musí zajistit tato prodloužená doba zdržení. Jestliže se naproti tomu použije zařízení podle uvedeného vynálezu, má analogický pokles vstupní teploty plynného proudu a analogické snížení rychlosti průtoku chladicí vody za následek pouze poměrné malé zvětšení rozměru atomizovaných kapiček vody a pouze malé zvýšení doby zdržení, nezbytné k úplnému vypaření kapiček chladicí vody. Na rozdíl od zařízení s vertikálním vzhůru směrovaným potrubím podle dosavadního stavu techniky nemusí být do zařízení podle vynálezu vestavěno žádné nebo jenom krátké přídavné potrubí s malým objemem a to pouze za tím účelem, aby se zajistila, úměrná doba zdržení pro úplné vypaření chladicí vody v plynném proudu v závislosti na změnách teploty a průtoku plynného zpracovávaného proudu a přiváděné chladicí vody. I když lze atomizování chladicí vody na malé kapičky rozptylované do plynného zpracovávaného proudu v zařízení podle vynálezu považovat za druh dvoutekutinového atomizování, nepochází nosný plyn pro atomizování chladicí vody z vnějšího zdroje ale je odebírán jako část zpracovávaného plynného proudu a tvoří s ním tedy jeden celek. V zařízení podle vynálezu nedochází tedy k dalšímu ředění zpracovávaného plynného proudu vnějším plynem, takže filtrační jednotka 15 s tkaninovým filtrem nemusí mít zvýšenou kapacitu ke zpracovávání tohoto většího množství plynu.CS 276402 Βδ to the treated gas stream by about 20% to achieve the desired temperature of the treated gas stream. If the water pressure is reduced in such a way as to reduce the water flow rate by 20%, the average size of each droplet will increase as well as the dwell time required to vaporize these larger water droplets and the volume of the next pipeline in which this extended delay. If, on the other hand, an apparatus according to the invention is used, an analogous decrease in the inlet temperature of the gaseous stream and an analogous reduction in the cooling water flow rate results in only a relatively small increase in atomized water droplet size and only a small increase in residence time. In contrast to prior art vertical piping systems, no or only a short additional pipeline with a small volume need be built into the apparatus of the invention to ensure a proportional residence time for the complete evaporation of the cooling water in the gas flow as a function of temperature and flow changes of the gaseous process stream and the cooling water supply. Although atomizing the cooling water into small droplets dispersed in the gaseous process stream in the apparatus of the invention may be regarded as a kind of two-fluid atomization, the carrier gas for atomizing the cooling water does not come from an external source but is taken as part of the gaseous stream to be integrated. Thus, in the device according to the invention, there is no further dilution of the gas stream to be treated with the external gas, so that the fabric filter unit 15 does not have to have an increased capacity to process this larger amount of gas.

když bylo toto zařízení podle vynálezu podrobně ilustrováno v souvislosti s výrobou retortových sazí a pouze ve spojení s oddělováním částic od plynného proudu filtrací za použití tkaninového filtru, je zřejmé, že toto zařízení podle vynálezu, resp. princip zpracovávání plynného produ unášejícího pevné částice, lze s výhodou uplatnit i v jiných obdobných chemických procesech, ve kterých je zapotřebí chladit horký plynný proud obsahující suspendované tuhé částice účinným způsobem v malé kompaktní jednotce, která by nebyla tak závislá na vstupních parametrech zpracovávaného plynného proudu a chladicí kapaliny.when this apparatus of the invention has been illustrated in detail in connection with the production of carbon black retorts and only in connection with separating particles from the gaseous stream by filtration using a fabric filter, it will be appreciated that the apparatus of the invention, respectively. the principle of processing the gaseous producing solid particles can be advantageously applied in other similar chemical processes in which it is necessary to cool the hot gaseous stream containing suspended solid particles in an efficient manner in a small compact unit which would not be so dependent on the input parameters of the gaseous stream being processed; coolant.

Ve výše uvedeném textu byly popsány určité výhodné varianty zařízení podle vynálezu, přičemž je samozřejmé, že tento popis má pouze ilustrativní charakter a nijak neomezuje rozsah uvedeného vynálezu. Například je možno uvést., že bylo popsáno a znázorněno konkrétní provedení podle kterého uvnitř hrdla 24 potrubí 20 ve tvaru Venturiho trubice je uložena osově koncová krytka 27, která slouží k zavádění chladicí vody do plynného proudu, přičemž je samozřejmě možné, že místo tohoto provedení lze použít i jiných funkčních ekvivalentů. Tak například ústrojí k zavádění chladicí vody do plynného proudu může být tvořeno velkým počtem radiálních otvorů, které prochází stěnou a jsou umístěny na obvodu hrdla 24 kanálu 20 ve tvaru Venturiho trubice. Tyto otvory mohou být připojeny ke společnému roz váděčímu potrubí spojenému s přívodním potrubím pro přivádění vody do tohoto systému.Certain preferred variations of the device according to the invention have been described above, and it is understood that this description is illustrative only and is not intended to limit the scope of the invention in any way. For example, a particular embodiment has been described and illustrated in which an axial end cap 27 is disposed within the neck 24 of a venturi-shaped conduit 20, which serves to introduce cooling water into the gaseous stream, and it is of course possible other functional equivalents may be used. For example, the device for introducing cooling water into the gaseous stream may consist of a plurality of radial apertures which extend through the wall and are located at the periphery of the neck 24 of the channel 20 in the form of a Venturi tube. These openings can be connected to a common manifold connected to a water supply line for supplying water to the system.

Vzhledem k výše uvedenému je tedy zřejmé, že zde existuje řada vhodných alternativních a ekvivalentních konstrukčních řešení jednotlivých částí zařízení podle vynálezu, přičemž všechny tyto zjevné konstrukční ekvivalenty a modifikace spadají do rozsahu uvedeného vynálezu.Accordingly, it is clear that there are a number of suitable alternative and equivalent designs for the various parts of the apparatus of the invention, all of these apparent structural equivalents and modifications are within the scope of the present invention.

Claims

PATENT CLAIMS

Apparatus for separating particles from a hot gas stream entraining these particles and arising in a reactor, downstream of which is an indirectly cooled heat exchanger, characterized in that it is formed by a venturi-shaped channel (20) comprising an inlet converging part ( 22), followed by a narrow neck (24) and an outlet diverging portion (26), wherein in the space of the narrow neck (24) a supply pipe (25) extends through the side wall of the channel (20) and terminates with an end cap (27) a plurality of radially oriented openings (29) for dispersing water in the hot gas stream, and the outlet diverging portion (26) of the channel (20) forms an angle of 6 ° to 14 ° with the axis of the channel and downstream of the channel (20) a filter unit (15) is provided.

Apparatus according to claim 1, characterized in that a short distance pipe (18) with a baffle (19) for reducing turbulence is arranged in front of the entrance converging part (22).

Device according to claim 1, characterized in that the filter unit (15) is formed by bag filters.

Device according to claim 1, characterized in that a temperature sensor ( _TQ ) is connected between the outlet end of the venturi-shaped channel (20) and the inlet of the filter unit (15), which is connected to a controller (51) connected to a control valve (50) in the intermediate supply pipe (25) for controlling the supply water.

Device according to claim 1, characterized in that at least the outlet diverging part (26) of the channel (20) is thermally insulated.