DD239343A5 - INTEGRATED METHOD AND SYSTEM FOR SEPARATING A PARTICULAR FIBER COMPONENT FROM A HOT, PARTICLE PROCESSING FLOW - Google Patents
INTEGRATED METHOD AND SYSTEM FOR SEPARATING A PARTICULAR FIBER COMPONENT FROM A HOT, PARTICLE PROCESSING FLOW Download PDFInfo
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Abstract
Ein heisser, teilchenfuehrender Verfahrensstrom wird zum Ermoeglichen einer effektiven Tuchfiltration vermittels Hindurchleitens durch eine venturirohrfoermige Leitung gekuehlt, wobei diese Leitung dergestalt ausgelegt ist, dass der Strom auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 beschleunigt wird. Vermittels einer Vorrichtung wird eine Vielzahl von Fluessigwasserstrahlen innerhalb der Halsregion der venturirohrfoermigen Leitung in Querrichtung in den Verfahrensstrom eingespritzt, wobei die Gesamt-Durchflussmenge des so eingefuehrten Wassers ausreicht, um den Verfahrensstrom auf die erwuenschte Temperatur zu kuehlen. Der gekuehlte Verfahrensstrom kann dann in eine Tuchfiltervorrichtung eingeleitet werden, in welcher die Abscheidung der teilchenfoermigen Komponente von der gasfoermigen Komponente erfolgt. Fig. 1A hot, particulate process stream is cooled to facilitate effective cloth filtration by passing through a venturi-shaped conduit, which conduit is designed to accelerate the stream to a Mach number of at least about 0.25. By means of a device, a plurality of liquid jets of water within the neck region of the venturi tube are transversely injected into the process stream, the total flow rate of the water thus introduced being sufficient to cool the process stream to the desired temperature. The cooled process stream may then be introduced into a cloth filter device in which the particulate component is separated from the gaseous component. Fig. 1
Description
Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Verfahren und System zur Abscheidung von Teilchenlasten aus heißen, teilchenführenden Verfahrensströmen vermittels Tuchfiltern.The present invention relates to an integrated method and system for separating particle loads from hot, particle-carrying process streams by means of blanket filters.
In vielen industriellen Prozessen werden Produkte oder Nebenprodukte in suspendierter Teilchenform erzeugt, d.h. in Gestalt einer aus festem teilchenförmigen Material bestehenden Komponente, die in einer heißen Gasstrom-Komponente mitgeführt wird. Es werden beispielsweise Ofenruße durch thermische Zersetzung und/oderteilweise Verbrennung kohlenwasserstoffreicher Einsatzmassen hergestellt und dabei normalerweise anfangs in Gestalt eines Aerosols oder einer Suspension des teilchenförmigen Rußproduktes in heißen Nebenprodukt-Ofengasen erzeugt. Der Ruß-Verfahrensstrom wird im Rußbildungsreaktor zwecks Beendigung der rußbildenden Reaktion abgelöscht, sodann gekühlt und daran anschließend zwecks Sammlung des Rußproduktes einer Tuchfiltration unterzogen. Einige andere Beispiele für industrielle Verfahren, in denen ein heißer teilchenführender Verfahrensstrom einer Tuchfiltration unterzogen wird, in denen die vorliegende Erfindung also mit guter Wirkung angewendet werden kann, sind das Abfiltrieren der Teilchenlasten aus den Kesselfeuerungsabgasen von Kohlekraftwerken, von trockenen Zementkalzinierungs Verfahrensströmen, von gebranntes Erz- oder Gesteinsmehl enthaltenden Strömen und dergleichen.In many industrial processes, products or by-products are produced in suspended particulate form, i. in the form of a solid particulate material component entrained in a hot gas flow component. For example, furnace soot is produced by thermal decomposition and / or partial combustion of hydrocarbonaceous feedstocks, normally initially generated in the form of an aerosol or suspension of particulate carbon black product in hot by-product furnace gases. The carbon black process stream is quenched in the carbon black reactor to complete the soot forming reaction, then cooled and thereafter subjected to cloth filtration to collect the carbon black product. Some other examples of industrial processes in which a hot particle-carrying process stream is subjected to cloth filtration, in which the present invention can thus be applied with good effect, are the filtration of particle loads from the boiler combustion exhaust gases from coal power plants, from dry cement calcination process streams, from burnt ore - or rock flour containing streams and the like.
Im typischen Fall beinhalten die industriellen Tuchfiltrationsverfahren das Hindurchfließen eines teilchenführenden gasförmigen Stromes durch ein oder meherere poröse Tuch- oder Gewebe-Filterelemente, wobei diese Elemente eine ausgewählte Porosität oder Durchlaßfähigkeit aufweisen, welche einerseite ausreicht, die gasförmige Komponente des Verfahrensstromes durchzulassen, während sie die teilchenförmige Komponente des Stromes zurückhält. Infolgedessen wird die teilchenförmige Komponente von der gasförmigen Komponente abgeschieden und an der stromauf gelegenen Seite oder auch Sammelweise der Tuchfilterelemente abgelagert. Gewöhnlich sind Vorrichtungen zur Beseitigung der teilchenförmigen Last von den Filterelementen vorhanden, wie periodische Druckaufhebung oder Umkehrung der Gasstromrichtung, mechanisches Schütteln oder mechanische Vibration der Filter und dergleichen. Die auf diese Weise abgeschiedene Teilchenlast wird im allgemeinen in einen Sammelbehälter überführt und von dort in Abständen zur Abpackung und/oder zu einer für die Herstellung eines speziellen Endproduktes erwünschten oder erforderlichen Weiterbehandlung entnommen. In industriellen Ofenruß-Herstellungsverfahren kann der von der Tuchfilteranlage abgesammelte sogennannte „fleckige" Ruß etwa den folgenden Aufbereitungsgängen ausgesetzt werden: Feuchtpelletierung,Trockenpelletierung, Verdichtung, Kalzinierung, Oberflächenoxydierung mit Luft, Ozon oder Mineralsäuren, Vermahlung, z. B. vermittels Stiftmühle, Hammermühle oder Strahlmühle, Behandlung mit oberflächenaktiven Stoffen, Ölen oder Ölemulsion und dergleichen.Typically, industrial fabric filtration processes involve passing a particle-passing gaseous stream through one or more porous cloth or fabric filter elements, which elements have a selected porosity or permeability sufficient on one side to pass the gaseous component of the process stream while leaving the particulate one Component of the current withholds. As a result, the particulate component is separated from the gaseous component and deposited on the upstream side or also the collecting way of the cloth filter elements. Usually, there are devices for removing the particulate load from the filter elements, such as periodically depressurizing or reversing the gas flow direction, mechanically shaking or mechanically vibrating the filters, and the like. The particle load deposited in this way is generally transferred to a collection container and removed therefrom at intervals for packaging and / or for a further treatment desired or required for the production of a special end product. In industrial furnace black making processes, the so-called "spotty" soot collected from the cloth filter unit may be subjected to the following processing operations: wet pelletizing, dry pelleting, densification, calcination, surface air, ozone or mineral acid grinding, eg, pin mill, hammer mill, or Jet mill, treatment with surfactants, oils or oil emulsion and the like.
Die zur Herstellung der Filterelemente verwendeten Tuchmaterialien setzen sich gewöhnlich aus verwebten oder unverwebten textlien Fasern, etwa aus Glas, Baumwolle, Wolle, Polyamid, Polyester, Polytetrafluorethylen oder deren Gemischen zusammen. Die genannten Werkstoffe werden durch Formen oder Vernähen in jene geometrische Gestalten gebracht, die durch die jeweils im Einsatz befindliche spezielle Tuchfilteranlage vorgegeben werden. Eine allgemein genutzte Filteranlage ist ein sogenannter „Schlauchfilter", dessen Tuchfilterelemente von langer röhrenförmiger Gestalt sind. Weitere bekannte Tuchfilteranlagen verwenden Tuchfilterelemente in Gestalt von Kuverte, Blättern, Beuteln oder Scheiben. Gewisse andere bekannte Tuchfilteranlagen verwenden im wesentlichen formlose Tuchfilterelemente, das Tuchfiltermaterial wird lediglich als Stopf mittel oder Füllstoff für eine Filterpatrone verwendet, durch welche der teilchenführende Verfahrensstrom hindurchgeleitet wird. Unter Umständen kann eine Ansammlung von verschnittenem und/oder angefeuchtetem teilchenförmigem Produkt und zum Zusetzen der Tuchfilterelemente führen. Im Falle von Ofenruß beeinträchtigt die Ansammlung von feuchtem Ruß in der Tuchfilteranlage nicht nur die Wirksamkeit des Sammlungsvorganges, sie kann darüber hinaus auch die Wirksamkeit undThe cloth materials used to make the filter elements are usually composed of woven or nonwoven textile fibers, such as glass, cotton, wool, polyamide, polyester, polytetrafluoroethylene or mixtures thereof. The materials mentioned are brought by molding or sewing in those geometric shapes that are specified by each in use special cloth filter system. A commonly used filter system is a so-called "bag filter" whose cloth filter elements are of long tubular shape Other known cloth filter systems use cloth filter elements in the shape of swirls, sheets, bags or discs Certain other known cloth filter systems use substantially shapeless cloth filter elements, the cloth filter material is merely referred to as An accumulation of intermingled and / or wetted particulate product and clogging of the cloth filter elements may result in the event of furnace black impairs the accumulation of wet soot in the cloth filter assembly not only the effectiveness of the collection process, it can also increase the effectiveness and
Qualität der stromab durchzuführenden Abschlußarbeiten, wie etwa des Pelletierens, des Kompaktierens oder der chemischen Nachbehandlung des gesammelten Rußes und damit auch die Qualität und Gleichmäßigkeit des entstehenden finalen Rußproduktes verschlechtern.Quality of the downstream work to be done, such as pelleting, compacting or chemical post-treatment of the collected carbon black and thus deteriorate the quality and uniformity of the resulting final carbon black product.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die vorerwähnten Schwierigkeiten entweder vollständig aufzuheben oder aberzumindest wesentlich zu verringern.The aim of the present invention is either to completely eliminate or at least significantly reduce the aforementioned difficulties.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten integrierten Verfahrens zur Abscheidung der teilchenförmigen Komponente von einem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom sowie die Schaffung einer verbesserten integrierten Vorrichtung zur Abscheidung der teilchenförmigen Komponente von einem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom.It is an object of the present invention to provide an improved integrated process for separating the particulate component from a hot, particulate process stream, and to provide an improved integrated apparatus for separating the particulate component from a hot, particulate process stream.
Das erfindungsgemäße integrierte Verfahren zur Abscheidung einer teilchenförmigen Komponente aus einem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom, welches sich zusammensetzt aus dem Abkühlen des genannten heißen, teilchenführenden Gases durch Hineinzerstäuben von Flüssigwasser, aus dem dadurch entstehenden Wärmeentzug aus dem genannten Strom durch Verdampfen des hineinzerstäubten Wassers sowie anschließend aus dem Hindurchleiten des auf diese Weise gekühlten teilchenführenden Stromes durch eine Tuchfiltervorrichtung, wobei die Menge des so zerstäubten Wassers ausreicht, um den Strom auf eine Temperatur zu kühlen, welche niedrig genug ist, um Beschädigungen der Tuchfilterelemente der genannten Vorrichtung zu vermeiden, die jedoch hoch genug ist, um die Atmosphäre innerhalb der genannten Vorrichtung über dem Taupunkt der gasförmigen Komponente des genannten teilchenführenden Verfahrensstromes zu halten, ist dadurch gekennzeichnet, daß der genannte heiße, teilchenführende Verfahrensstrom vermittels Hindurchleiten durch eine verhältnismäßig kompakte venturi rohrförmige Leitung gekühlt wird, welche sich zusammensetzt aus einem stromauf gelegenen sich verjüngenden Abschnitt, einem stromab gelegenen sich erweiternden Abschnitt und einer dazwischenliegenden Halsregion. Der Strom wird in der Halsregion auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 beschleunigt, und ebenfalls in der Halsregion wird eine Vielzahl von zu zerstäubenden Wasserstrahlen im wesentlichen in Querrichtung zum genannten Verfahrensstrom in diesen eingeführt, wobei die Durchsatzmenge des eingeführten Flüssigwassers so zu bemessen ist, daß der genannte Strom auf eine Temperatur innerhalb der vorerwähnten Grenzen gekühlt wird.The integrated process according to the invention for separating a particulate component from a hot, particle-carrying process stream, which consists of cooling said hot, particle-passing gas by sputtering liquid water, from the resulting heat removal from said stream by evaporation of the atomized water and then from passing the thus cooled particulate stream through a cloth filter apparatus, wherein the amount of water thus atomized is sufficient to cool the stream to a temperature low enough to avoid damage to the cloth filter elements of said apparatus but high enough is to keep the atmosphere within the said device above the dew point of the gaseous component of said particle-carrying process stream, is characterized in that said hot teilchenf vanced process stream is cooled by means of passing through a relatively compact venturi tube-shaped conduit, which is composed of a nearby located upstream tapered portion, a downstream flaring portion and an intermediate neck region located. The flow is accelerated in the throat region to a Mach number of at least about 0.25, and also in the throat region, a plurality of water jets to be atomized are introduced into it transversely to said process flow, thereby increasing the flow rate of the introduced liquid water is dimensioned that said current is cooled to a temperature within the aforementioned limits.
Es kann von Vorteil sein, wenn der heiße, teilchenführende Verfahrensstrom in der Halsregion auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,4 beschleunigt wird.It may be advantageous to accelerate the hot, particle-carrying process stream in the throat region to a Mach number of at least about 0.4.
Bei der genannten Filtervorrichtung kann es sich um einen Schlauchfilter handeln.The filter device mentioned can be a bag filter.
Es ist vorteilhaft, wenn das genannte Flüssigwasser im wesentlichen in Querrichtung sowie nach außen gerichtet über ein zentral angebrachtes Bauteil innerhalb der genannten Halsregion in den Verfahrensstrom eingeleitet wird, wobei das Bauteil innerhalb der Halsregion eine Vielzahl radial ausgerichteter Öffnungen aufweist.It is advantageous if said liquid water is introduced into the process stream substantially transversely and outwardly via a centrally located member within said neck region, the component having a plurality of radially aligned openings within the neck region.
Dabei sollte zweckmäßig die Geschwindigkeit des aus dem Bauteil eingeführten Wassers groß genug sein, um jeden der in den genannten Verfahrensstrom abgegebenen Flüssigwasserstrahle zumindest über eine kleine Strecke über die Oberfläche des Teiles hinaus in den Strom eintreten zu lassen, bevor es zu seiner eigentlichen Zertrennung und Zerlegung kommt.The velocity of the water introduced from the component should expediently be large enough to allow each of the liquid water jets delivered into the process stream to enter the stream at least over a small distance beyond the surface of the component before it can actually separate and disassemble comes.
Die Temperatur des gekühlten Verfahrensstromes wird kontinuierlich überwacht und die in den heißen, teilchenführenden Gasstrom eingeführte Wasserdurchflußmenge unter Berücksichtigung dieser Temperaturwerte bemessen.The temperature of the cooled process stream is monitored continuously and the water flow introduced into the hot, particle-passing gas stream is sized taking these temperature values into account.
Vorteilhaft weist der stromab gelegene sich öffnende Abschnitt einen eingeschlossenen Winkel im Bereich von etwa 6 bis etwaAdvantageously, the downstream opening portion has an included angle in the range of about 6 to about
Es kann zweckmäßig sein, wenn zumindest der stromab gelegene, sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung thermisch isoliert ist.It may be expedient if at least the downstream, opening section of the Venturubehrförmigen line is thermally insulated.
Der Fluß des genannten heißen, teilchenführenden Verfahrensstromes wird vorteilhaft unmittelbar vor seinem Einführen in den sich verjüngenden stromauf gelegenen Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung einer Ausrichtung unterzogen, um darin befindliche Wirbelströmungen und Turbulenzen zu reduzieren.The flow of said hot, particulate process stream is advantageously oriented prior to its introduction into the tapered upstream portion of the venturi-shaped conduit to reduce turbulence and turbulence therein.
Das Verfahren kann vorzugsweise verwendet werden, wenn es sich bei dem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom um einen Ofenruß-Verfahrensstrom handelt.The process may preferably be used when the hot, particulate process stream is a furnace black process stream.
Die integrierte Vorrichtung zur Abscheidung einer teilchenförmigen Komponente aus einem heißen, teilchenführenden Gasstrom, bestehend aus einer Leitung zum Durchsetzen eines heißen, teilchenführenden Verfahrensstromes und einer Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigwasser in den die Leitung durchfließenden Gasstrom hinein zwecks Kühlung desselben durch Verdampfen des in den Strom hinein zerstäubten Flüssigwassers sowie bestehend aus einer Tuchfiltervorrichtung zur Übernahme des in der genannten Weise gekühlten teilchenführenden Verfahrensstromes aus der erwähnten Leitung sowie zur Abscheidung derteilchenförmigen Komponente von dessen gasförmiger Komponente ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die genannte Leitung aus einer verhältnismäßig kompakten venturirohrförmigen Leitung mit einem stromauf gelegenen sich verengenden Abschnitt, einem stromab gelegenen sich öffnenden Abschnitt und dazwischen einer Halsregion zusammensetzt, wobei die genannte venturirohrförmige Leitung hinsichtlich Größe und Gestalt dafür ausgelegt ist, einen heißen teilchenführenden Gasstrom innerhalb der Halsregion auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 zu beschleunigen. Die genannte Leitung besteht darüber hinaus aus einer in der genannten Halsregion liegenden Vorrichtung zum im wesentlichen quergerichteten Einführen einer Vielzahl von Flüssigwasserstrahlen in den genannten Verfahrensstrom unter Beibehaltung einer Durchflußmenge, welche so bemessen ist, daß der genannte Gasstrom gekühlt wird, ohne daß es zu einer Schädigung der Tuchfiltervorrichtung kommt, daß aber andererseits die Temperatur der Atmosphäre innerhalb der Tuchfiltervorrichtung über dem Taupunkt der gasförmigen Komponente des gekühlten Verfahrensstromes gehalten wird.The integrated apparatus for separating a particulate component from a hot, particle-passing gas stream, comprising a conduit for permitting a hot, particle-passing process stream and a device for atomizing liquid water into the gas stream flowing through the conduit to cool it by evaporating it into the stream atomized liquid water and consisting of a cloth filter device for taking over the cooled in said manner particle-carrying process stream from said line and for separating the particulate component of its gaseous component, characterized in that said conduit consists of a relatively compact venturi tube with an upstream located narrowing section, a downstream opening section and in between a neck region composed, said venturi tube shaped The size and shape of the conduit are designed to accelerate a hot particle-passing gas flow within the throat region to a Mach number of at least about 0.25. Said conduit further consists of a device located in said neck region for substantially transversely introducing a plurality of liquid water jets into said process stream while maintaining a flow rate which is such as to cool said gas stream without causing damage on the other hand, the temperature of the atmosphere within the blanket filter device is maintained above the dew point of the gaseous component of the cooled process stream.
Bei der genannten Tuchfiltervorrichtung handelt es sich vorteilhaft um einen Schlauchfilter.The aforementioned cloth filter device is advantageously a bag filter.
Unmittelbarstromaufvon dem genannten stromauf gelegenen sich verengenden Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung ist zweckmäßig eine Vorrichtung zum Ausrichten der Fließbewegung zwecks Verminderung von Wirbelströmen und Turbulenzen im heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom angeordnet.Immediately upstream of said upstream narrowing portion of the venturi tube is a device for directing the flow movement to reduce eddy currents and turbulence in the hot, particle-carrying process stream.
Der stromab gelegene und sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung weist vorteilhaft einen eingeschlossenen Winkel im Bereich von etwa 6 bis etwa 14° auf.The downstream and opening portion of the venturi tube advantageously has an included angle in the range of about 6 to about 14 degrees.
Die Vorrichtung zur Einführung einer Vielzahl von Flüssigwasserstrahlen besteht vorteilhaft aus einem zentral innerhalb der Halsregion der venturirohrförmigen Leitung angeordneten Bauteil, wobei dieses Bauteil eine Vielzahl radial ausgerichteter unverjüngter Öffnungen sowie eine mit ihm in Verbindung stehende Wasserversorgungsleitung aufweist und wobei diese Wasserversorgungsleitung durch eine Seitenwand der genannten venturirohrförmigen Leitung hinausragt.The device for introducing a plurality of liquid water jets advantageously consists of a centrally located within the neck region of the venturi tube-shaped component, said component having a plurality of radially aligned unperforated openings and a related water supply line and said water supply line through a side wall of said venturi Pipe protrudes.
Zwischen dem stromab gelegenen Ende der venturirohrförmigen Leitung und dem Einlauf zur Tuchfiltervorrichtung ist zweckmäßig ein Temperaturmeßfühler angeordnet. Zur Steuerung der Durchflußmenge des in der genannten Halsregion in den Verfahrensstrom eingeführten Flüssigwassers ist ein Steuerventil angeordnet, wobei eine mit dem genannten Temperaturmeßfühler in Verbindung stehende Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Ventils in Abhängigkeit von der durch den Temperaturmeßfühler gemessenen Temperatur vorgesehen ist.Between the downstream end of the venturi tube-shaped line and the inlet to the cloth filter device a temperature sensor is expediently arranged. To control the flow rate of liquid water introduced into said process stream in said neck region, a control valve is provided, and a control device associated with said temperature sensor is provided for controlling the valve in response to the temperature measured by the temperature sensor.
Größe und Gestalt der genannten venturirohrförmigen Leitung sind derart ausgelegt, daß der heiße, teilchenführende Verfahrensstrom innerhalb der Halsregion der Leitung vorteilhaft auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,4 beschleunigtThe size and shape of said venturi-shaped conduit are designed such that the hot, particle-carrying process stream within the throat region of the conduit advantageously accelerates to a Mach number of at least about 0.4
Vorteilhaft ist zumindest der stromab gelegene und sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung thermisch ·.Advantageously, at least the downstream and opening section of the venturi-shaped pipe is thermal.
isoliert. .,i.isolated. ., I.
Es ist zweckmäßig, wenn der stromab gelegene sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung einen Winkel imIt is useful if the downstream opening section of the Venturubehrförmigen line an angle in
Bereich von etwa 6 bis etwa 14° einschließt. % \ Range from about 6 to about 14 degrees. % \
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn darüber hinaus stromauf von der venturirohrförmigen Leitung und mit ihr in Verbindung stehend ein indirekter Wärmeaustauscher sowie ein Ofenrußreaktor vorhanden sind, wobei letzterer stromauf vom'genannten indirekten Wärmeaustauscher vorgesehen ist und mit diesem in Verbindung steht.Furthermore, it is expedient if an indirect heat exchanger and a furnace soot reactor are present upstream of the venturi-shaped conduit and in connection therewith, the latter being provided upstream of the indirect heat exchanger and being in communication therewith.
Erfindungsgemäß wird ein heißer, teilchenführender Gasstrom durch eine venturirohrförmige Leitung hindurchgeführt, wobei diese Leitung in Größe und Anordnung so ausgelegt ist, daß sie den Verfahrensstrom auf eine Mach-Zahl von mindestens 0,25 beschleunigt. Innerhalb des Halsteiles der venturirohrförmigen Leitung wird flüssiges Wasser im wesentlichen in Querrichtung durch eine Anzahl von unverengten Öffnungen in den genannten Gasstrom eingespritzt. Auf Grund des energetischen Flusses des Verfahrensstromes an den Punkten der Flüssigwassereinspeisung in den Strom wird die Vielzahl der Wasserstrahle unverzüglich in Bruchstücke zerlegt, zerteilt und in gleichförmige Tröpfchen von relativ sehr kleiner Größe aufgespalten, wobei durch die rasche Verdampfung der so gebildeten Wassertröpfchen Wärme aus dem Gasstrom entzogen wird. Der auf diese Weise gekühlte Gas- oder Verfahrensstrom wird durch eine Tuchfilteranlage hindurchgeleitet, wobei die teilchenförmige Komponente von der gasförmigen Komponente abgeschieden wird.According to the invention, a hot, particle-carrying gas stream is passed through a Venturirohrförmige line, said line is designed in size and arrangement so that it accelerates the process stream to a Mach number of at least 0.25. Within the neck portion of the venturi-shaped conduit, liquid water is injected substantially transversely through a number of unobstructed openings in said gas stream. Due to the energetic flow of the process stream at the points of liquid water feed into the stream, the plurality of water jets are immediately disintegrated into chunks, shredded and split into uniform droplets of relatively very small size, heat being removed from the gas stream by the rapid evaporation of the water droplets thus formed is withdrawn. The gas or process stream cooled in this way is passed through a cloth filter unit, wherein the particulate component is separated from the gaseous component.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments. In the accompanying drawings show:
Fig. 1: im Fließschema eine typische Ofenruß-Aufbereitungslinie;Fig. 1 is a flow chart of a typical furnace soot preparation line;
Fig.2: einen schematischen Längsschnitt der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Kühlanlage; Fig.3: einen schematischen Längsschnitt eines Teiles der in Fig. 2 gezeigten Kühlanlage.2 shows a schematic longitudinal section of the cooling system according to the invention shown in FIG. 1; FIG. 3 shows a schematic longitudinal section of a part of the cooling system shown in FIG. 2.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Ofenruß-Verfahrenslinie, bestehend aus den Hauptbauteilen 1; 9; 14 und 15. Eine kohlenwasserstoffreiche Eintragmasse. Verbrennungsöl und ein gasförmiges Oxydationsmittel (gewöhnlich Luft) werden in einen Rußreaktor 1 geleitet. In diesem Reaktor wird im Brennraum 3 das entstehende Gemisch gezündet, und das brennende Reaktionsgemisch wird in die feuerfest ausgekleidete Reaktionskammer 5 geleitet, in der die rußbildenden Bedingungen aufrechterhalten werden. Herkömmlicherweise wird die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 5 zwischen etwa 1315°C und etwa 1760°C gehalten, wobei der genaue Temperaturwert primär von den erwünschten Eigenschaften des Rußproduktes bestimmt wird. Die Steuerung der Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 5 erfolgt gewöhnlich durch entsprechende Proportionierung das dem Reaktor 1 zugeführten Oxydationsmittels, Brennstoffes und Eintragstoffes. Das Beenden der rußbildenden Reaktion wird durch ein sogenanntes „primäres Ablöschen" eingeleitet, wobei Wasser durch die Düse 6 in dem Moment in das Reaktionsgemisch eingesprüht wird, da es durch den stromab gelegenen Teil der Reaktionskammer 5 hindurchtritt. Die Menge des in die Reaktionsmischung eingesprühten Ablöschwasser wird derart bemessen, daß die Temperatur des Verfahrensstromes rasch auf etwa 1204°C oder darunter verringert wird. Da an diesem Punkt die im Reaktionsgemisch vorhandene thermische Energie verhältnismäßig hoch ist, erfolgt eine schnelle Verdampfung des primären Ablöschwassers, das Betreiben der Ablöschdüse 6 ist normalerweise nicht kritisch.Fig. 1 shows a conventional furnace soot process line consisting of the main components 1; 9; 14 and 15. A hydrocarbon-rich entry mass. Combustion oil and a gaseous oxidizer (usually air) are passed into a carbon black reactor 1. In this reactor, the resulting mixture is ignited in the combustion chamber 3, and the burning reaction mixture is passed into the refractory lined reaction chamber 5, in which the soot-forming conditions are maintained. Conventionally, the temperature within the reaction chamber 5 is maintained between about 1315 ° C and about 1760 ° C, the precise temperature being determined primarily by the desired properties of the carbon black product. The control of the temperature within the reaction chamber 5 is usually carried out by appropriate Proportionierung the reactor 1 supplied oxidant, fuel and feedstock. The completion of the sooting reaction is initiated by a so-called "primary quenching" wherein water is sprayed into the reaction mixture through the nozzle 6 at the moment as it passes through the downstream portion of the reaction chamber 5. The amount of quenching water sprayed into the reaction mixture is sized so that the temperature of the process stream is rapidly reduced to about 1204 ° C. or below Since at this point the thermal energy present in the reaction mixture is relatively high, rapid evaporation of the primary discharge water occurs, and operation of the quenching nozzle 6 is not normally critical.
Der resultierende Verfahrensstrom, bestehend aus in Verfahrens-Ofengas suspendiertem Ruß, wird dann vom Reaktor 1 einem indirekten Wärmeaustauscher 9 zugeführt, in welchem der genannte Verfahrensstrom wieder abgekühlt wird, gewöhnlich auf eine Temperatur zwischen etwa 4260C und 648 0C. Der indirekte Wärmeaustauscher 9 wird in herkömmlicher Weise durch das im Rußbildungsprozeß verwendete Verbrennungs-Oxydationsmittel gekühlt, wobei er selbiges vor der Einleitung in den Reaktor 1 vorwärmt und dabei eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie wiederverwertet, die sonst als Abwärme verlorengegangen wäre. Auf diese Weise wird die thermische Effizienz des Gesamtverfahrens verbessert.The resulting process stream comprising suspended in the process furnace gas of carbon black, is then supplied from the reactor 1 an indirect heat exchanger 9, in which said process stream cooled, usually to a temperature between about 426 0 C and 648 0 C. The indirect heat exchanger 9 is conventionally cooled by the combustion oxidant used in the soot forming process, preheating the same prior to introduction into the reactor 1, thereby recycling a considerable amount of heat energy that would otherwise be lost as waste heat. In this way, the thermal efficiency of the overall process is improved.
Die Rußabscheidung vom Verfahrensstrom erfolgt herkömmlicher Weise in einer Tuchfiltervorrichtung 15, z.B. in einem Schlauchfilter, wobei der Verfahrensstrom durch poröse Tuchfilterelemente hindurchgeleitet wird, welche derart eingerichtet sind, daß sie den Ruß an der stromauf gelegenen Seite der Filtervorrichtung zurückhalten, während sie die Verfahrensgase hindurch lassen. Das in der Tuchfiltervorrichtung 15 abgeschiedene und gesammelte Rußprodukt wird dann abgepackt oder in der bereits erwähnten Weise weiterbehandelt.The soot deposit from the process stream is conventionally carried out in a cloth filter apparatus 15, e.g. in a bag filter wherein the process stream is passed through porous cloth filter elements arranged to retain the soot on the upstream side of the filter device while passing the process gases therethrough. The collected and collected in the cloth filter device 15 and collected carbon black product is then packaged or further treated in the manner already mentioned.
Um die Tuchfilterelemente der Tuchfiltervorrichtung 15 zu schützen, ist es zunächst erforderlich, den aus dem indirekten Wärmeaustauscher 9 austretenden und mit gewöhnlich etwa 1490C bis 371 °C noch immer verhältnismäßig heißen Verfahrensstrom weiter abzukühlen, wobei die genaue Zieltemperatur weitgehend unter Berücksichtigung des Taupunktes der gasförmigen Verfahrenskomponente sowie der thermischen Stabilität der in der Tuchfilteranlage 15 jeweils verwendeten Tuchfilterelemente festzulegen ist.In order to protect the cloth filter elements of the cloth filter device 15, it is first necessary to further cool the exiting from the indirect heat exchanger 9 and usually about 149 0 C to 371 ° C still relatively hot process stream, the exact target temperature largely taking into account the dew point of gaseous process component and the thermal stability of the cloth filter elements used in the cloth filter system 15 is set.
Herkömmlicherweise erfolgt dieses zusätzliche Kühlen oder „sekundäre Ablöschen" des Ofenruß-Verfahrensstromes vor seiner Tuchfiltration, indem der teilweise gekühlte Verfahrensstrom vom indirekten Wärmeaustauscher 9 durch eine vertikale, lange und großvolumige Leitung 14, genannt Dampfkamin, geleitet wird, wobei gleichzeitig Wasser in dessen stromauf gelegenes Endteil hineingestäubt wird. Der Dampf kamin 14 besitzt im typischen Fall eine Länge von etwa 30 m und einen Durchmesser von etwa 1,5m und ist gewöhnlich aus einer teuren korrosionsfesten Legierung hergestellt. Am stromauf gelegenen Endteil des Dampfkamins 14 sind eine oder mehrere Druckzerstäuber- oder Doppelflußzerstäuberdüsen 16 angeordnet, durch die das Ablöschwasser in einer Menge in den Verfahrensstrom hinein gestäubt wird, welche ausreicht, den Verfahrensstrom auf die festgelegte Zieltemperatur abzukühlen. Der stromab von den Düsen 16 angeordnete verlängerte Teil des Dampfkamins 14 dient vornehmlich der Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit des darin befindlichen abgelöschten Verfahrensstromes, um die Verdampfung des zerstäubten Ablöschwassers vor Eintreten des Verfahrensstromes in die Tuchfiltervorrichtung 15 zu gewährleisten. Sind die Tröpfchen des zerstäubten Wassers verhältnismäßig groß, etwa im Bereich von 300 χ 10~6m oder darüber, wird deren Verdampfungsgeschwindigkeit im Verfahrensstrom verhältnismäßig niedrig sein, wodurch eine wesentliche Gelegenheit zu massivem Kontakt der suspendierten teilchenförmigen Komponente Ruß mit flüssigem Wasser während der Hindurchleitung des Verfahrensstromes durch den Dampfkamin 14 geschaffen wird. Sollte es zu einem solchen Befeuchten der Rußteilchen kommen, dann kann es — wie bereits erwähnt — zum Kollidieren der befeuchteten Partikel unter Bildung von groben Agglomeraten kommen. Darüber hinaus können sich die befeuchteten Rußteilchen an der Wandung des Dampf kamins 14 absetzen und damit ein Zusetzen des Rohres bzw; ein Anbacken von Ruß am Rohr verursachen. An anderer Stelle wurde bereits vorgeschlagen (AP B 01 D/240833/8) unter Bezug auf den durchgezogenen gezeichneten Teil der Fig. 1 bzw. unter Bezug auf Fig. 2 und 3 den den indirekten Wärmeaustauscher 9 verlassenden verhältnismäßig heißen teilchenführenden Verfahrensstrom durch eine venturirohrförmige Leitung 20 zu führen, deren geometrische Anordnung und Gestaltung so ausgelegt sind, den genannten Strom innerhalb ihrer Halsregion 24 auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 zu beschleunigen. Mit der „Mach-Zahl" ist der dimensionslose numerische Quotient der tatsächlichen Geschwindigkeit des Verfahrensstromes geteilt durch die lokale Schallgeschwindigkeit innerhalb des genannten Stromes gemeint. Somit ist die Mach-Zahl des Verfahrensstromes sowohl temperatur- als auch zusammensetzungsabhängig; sie kann leicht für jeden gegebenen Fall von Verfahrensumständen ermittelt werden, indem die Temperatur und Zusammensetzung des jeweiligen Verfahrensstromes in die Gesamtbetrachtung einbezogen werden.Conventionally, this additional cooling or "secondary quenching" of the furnace soot process stream occurs prior to its cloth filtration by passing the partially cooled process stream from the indirect heat exchanger 9 through a vertical, long and large volume conduit 14 called a steam chimney, simultaneously with water in its upstream The steam chimney 14 typically has a length of about 30 meters and a diameter of about 1.5 meters and is usually made of an expensive corrosion resistant alloy At the upstream end portion of the steam chimney 14 are one or more pressure atomizers Dual flow atomizing nozzles 16 are disposed through which the quench water is dusted into the process stream in an amount sufficient to cool the process stream to the predetermined target temperature. The extended portion of the steam chimney 14 located downstream of the nozzles 16 primarily serves to ensure a sufficient residence time of the extinguished process stream therein to ensure vaporization of the atomized release water prior to entry of the process stream into the cloth filter apparatus 15. If the droplets of the atomized water are relatively large, for example in the range of 300 χ 10 ~ 6 m or above, their rate of evaporation in the process stream will be relatively low, thereby providing a substantial opportunity for solid contact of the suspended particulate component with liquid water during passage of the liquid Process flow through the steam chimney 14 is created. Should such a moistening of the carbon black particles occur, then it can - as already mentioned - come to collide the moistened particles to form coarse agglomerates. In addition, the humidified soot particles on the wall of the steam can 14 settle and thus clogging of the pipe or; cause caking on the pipe. Elsewhere it has already been proposed (AP B 01 D / 240833/8) with reference to the solid drawn part of Fig. 1 and with reference to Figs. 2 and 3 the indirect heat exchanger 9 leaving relatively hot particle-carrying process stream through a venturi tube Lead 20 whose geometric arrangement and design are designed to accelerate said current within its neck region 24 to a Mach number of at least about 0.25. By Mach number is meant the dimensionless numerical quotient of the actual rate of the process stream divided by the local velocity of sound within said stream Thus, the Mach number of the process stream is both temperature and composition dependent, and can easily be for any given case be determined by process circumstances by the temperature and composition of the respective process stream are included in the overall consideration.
Wünschenswerterweise werden Größe und geometrische Anordnung der venturirohrförmigen Leitung 20 so ausgewählt, daß der Verfahrensstrom innerhalb der Halsregion 24 auf eine Mach-Zahl von mindestens 0,4 beschleunigt wird. Die venturirohrförmige Leitung 20 umfaßt einen sich verhältnismäßig rasch verjüngenden stromauf gelegenen Abschnitt 22, einen Halsteil 24 und einen sich verhältnismäßig allmählich aufweitenden stromab gelegenen Abschnitt 26. In der abgebildeten in der oben genannten Patentanmeldung erhaltenen Ausführung, die zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung hier nochmals dargestellt werden soll, ist eine Versorgungsleitung 25 zentral entlang der Längsmittellinie der Halsregion 24 angebracht, welche in einer Endkappe 27 ausläuft. Die Versorgungsleitung 25 wird in ihrer mittigen Stellung durch eine Strebe 28 gehalten, welche aus der Wandung des sich verjüngenden Abschnittes 22 der venturirohrförmigen Leitung 20 herausragt. Die Endkappe 27 enthält eine Vielzahl nicht eingeengter Öffnungen 29, welche im Verhältnis zur Längsmittellinie der venturirohrförmigen Leitung 20 radial ausgerichtet sind und durch welche das flüssige Ablöschwasser im wesentlichen quer in den die Halsregion 24 durchfließenden Verfahrensstrom eingeführt wird. Die Steuerung der Ablöschwassermenge kann durch die Kombination des Wasserzulaufventils 50 und der Steuervorrichtung 51 erfolgen. Die Steuervorrichtung 51 empfängt die Verfahrensstrom-Temperaturwerte vom Auslauf-Temperaturmeßfühler T0, integriert die genannten Daten im Hinblick auf eine vorgewählte Ziel- oder Solltemperatur und reagiert durch das für die Erlangung der Sollwerttemperatur des abgelöschten Verfahrensstromes erforderliche Einstellen des Wasserzufuhrventils 50. Da die einwandfreie Abscheidung derteilchenförmigen Komponenten primär von der kinetischen Energie des beschleunigten Verfahrensstromes abhängt, das Ablöschwasser in sehr kleine Tröpfchen zu zerlegen und diese Tröpfchen innerhalb des genannten Stromes zu dispergieren, so ist/sind der/die Durchmesser der unverjüngten Öffnungen 29 wie auch der Druck (oder die Durchflußmenge) des durchzusetzenden Ablöschwassers in hohem Maße variierbar und in bezug auf die Schaffung sehr kleiner, gleichmäßiger und rasch verdampfbarer Tröpfchen innerhalb des Verfahrensstromes normalerweise von nicht kritischem Charakter. Dieses nutzbringende Merkmal der vorliegenden Erfindung stellt eine deutliche Abweichung von den Schwierigkeiten dar, die den Einsatz von Druck- oder Doppelflußzerstäuberdüsen in bisherigen Verfahrenslösungen normalerweise begleiten. Wünschenswerterweise werden Anzahl und Durchmesser der Öffnungen 29 derart ausgewählt, daß im beabsichtigten Bereich der in das jeweilige Verfahren einbezogenen Ablöschwasser-Durchflußmengen an jeder der genannten Öffnungen 29 ein hinreichend hoher Druck entwickelt wird, um den entstehenden Ablöschwasserstrom dergestalt in den Verfahrensstrom zu richten, daß zumindest eine geringfügige Strahlstrecke von der Oberfläche der Endkappe 27 an erhalten bleibt, bevor der genannte Ablöschwasserstrom im wesentlichen zerlegt und zerkleinert wird.Desirably, the size and geometry of the venturi tube 20 are selected to accelerate the process flow within the neck region 24 to a Mach number of at least 0.4. The venturi tube 20 includes a relatively rapidly tapered upstream portion 22, a neck portion 24, and a relatively gradually expanding downstream portion 26. In the illustrated embodiment shown in the above referenced patent application, further illustrated here for a better understanding of the present invention is to be, a supply line 25 is centrally mounted along the longitudinal center line of the neck region 24, which terminates in an end cap 27. The supply line 25 is held in its central position by a strut 28, which protrudes from the wall of the tapered portion 22 of the venturi tube 20. The end cap 27 includes a plurality of non-constricted openings 29 which are radially aligned relative to the longitudinal centerline of the venturi tube 20 and through which the liquid quenching water is introduced substantially transversely into the process stream flowing through the throat region 24. The control of Ablöschwassermenge can be done by the combination of the water supply valve 50 and the control device 51. The controller 51 receives the process stream temperature values from the spout temperature sensor T 0 , integrates said data with respect to a preselected target or setpoint temperature, and responds by adjusting the water supply valve 50 as required to obtain the setpoint temperature of the quenched process stream If the particulate matter depends primarily on the kinetic energy of the accelerated process stream to break the quench water into very small droplets and disperse these droplets within said stream, the diameter (s) of the unrestrained orifices 29 will be as well as the pressure (or flow rate) ) of the discharge water to be passed through is highly variable and, with respect to the creation of very small, uniform and rapidly vaporizable droplets within the process stream, is normally of noncritical character. This beneficial feature of the present invention represents a significant departure from the difficulties normally associated with the use of pressure or double flow atomizing nozzles in previous process solutions. Desirably, the number and diameter of the orifices 29 are selected so that in the intended range of quenching water flow rates included in the respective process, a sufficiently high pressure is developed at each of said orifices 29 to direct the resulting quenching water stream into the process stream such that at least a small jet distance from the surface of the end cap 27 is maintained before said quenching water stream is substantially decomposed and crushed.
Der sich öffnende Abschnitt 26 der venturirohrförmigen Leitung 20 ist thermisch isoliert, zum Beispiel durch Anbringen der Rohrisolierung 30. Diese Isolierung 30 dient der Verringerung thermischer, ein Absetzen fördernder Kräfte des heißen Verfahrensstromes, welche andernfalls dazu neigen können, zumindest eine gewisse Ablagerung derteilchenförmigen Komponente des Verfahrensstromes an den unmittelbar stromab der Halsregion 24 liegenden Oberflächen hervorzurufen. Das stromauf gelegene Ende des sich verengenden Abschnittes 22 der venturirohrförmigen Leitung 20 wird durch ein kurzes Stück einer Leitung 18 ergänzt, welche mit Hilfsmitteln 19 zur Ausrichtung der Fließbewegung bestückt ist. Das Vorschalten derartiger das Fließen ausrichtender Mittel unmittelbar vor der venturirohrförmigen Leitung 20 minimiert das Auftreten von Turbulenzen und Wirbelströmen innerhalb des Verfahrensstromes bei dessen Hintreten in die Leitung 20, wodurch die effektive Beschleunigung des Verfahrensstromes gesichert wird.The opening portion 26 of the venturi tube 20 is thermally insulated, for example by attaching the tube insulation 30. This insulation 30 serves to reduce thermal, settling promoting forces of the hot process stream, which otherwise may tend to at least some deposition of the particulate component of the Process flow at the immediately downstream of the neck region 24 surfaces cause. The upstream end of the narrowing portion 22 of the Venturubehrförmigen line 20 is supplemented by a short piece of a line 18 which is equipped with tools 19 for aligning the flow movement. The provision of such flow-directing means immediately prior to venturi-shaped conduit 20 minimizes the occurrence of turbulence and eddy currents within the process stream as it enters conduit 20, thereby ensuring the effective acceleration of the process stream.
Angesichts der extrem schnellen Zerkleinerung und Verdampfung des in den Verfahrensstrom eingeführten Ablöschwasser können sowohl die venturirohrförmige Leitung 20 als auch die Leitung 31, welche die Verbindung zwischen dem stromab gelegenen Ende der genannten Leitung 20 und dem Einlauf zurTuchfilteranlage 15 darstellen, kompakt ausgelegt sein, ohne daß die Wirksamkeit der Ausscheidung der teilchenförmigen Komponenten verringert wird.In view of the extremely rapid comminution and evaporation of the quench water introduced into the process stream, both the venturi-shaped conduit 20 and the conduit 31, which provide the connection between the downstream end of said conduit 20 and the inlet to the cloth filter apparatus 15, can be made compact the effectiveness of the excretion of the particulate components is reduced.
Wenn auch im vorangegangenen Text die vorliegende Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung lediglich in bezug auf eine Ofenruß-Verfahrenslinie und lediglich bezüglich einer endgültigen Abscheidung der teilchenförmigen Komponente durch Tuchfiltration im einzelnen beschrieben worden ist, so wird doch deutlich, daß die vorliegende Erfindung auch in vielen anderen chemischen Verfahrenslinien nutzbringend angewendet werden kann, in denen es darauf ankommt, aus einem heißen gasförmigen Verfahrensstrom die darin suspendierten teilchenförmigen Feststoffe abzuscheiden.Although in the foregoing text the present invention has been described by way of illustration only with respect to a furnace soot process line and only with respect to a final deposition of the particulate component by cloth filtration, it will be understood that the present invention is also embodied in many others can be beneficially applied to chemical process lines in which it is important to deposit from a hot gaseous process stream the particulate solids suspended therein.
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