DE2946390A1

DE2946390A1 - FILTER METHOD AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE SAME

Info

Publication number: DE2946390A1
Application number: DE19792946390
Authority: DE
Inventors: Arthur L Kohl
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1978-11-24
Filing date: 1979-11-16
Publication date: 1980-06-04
Also published as: GB2035128A; FR2442071A1; AU5154679A; AU529555B2; FR2442071B1; ZA795842B; JPS5573314A; GB2035128B; CA1133836A

Description

Die Erfindung betrifft die Entfernung von verunreinigenden Bestandteilen aus Gasströmen. Die Erfindung ist insbesondere zur Entfernung von Feststoffteilchen aus einem Hochtemperaturgas geeignet.The invention relates to the removal of contaminating constituents from gas streams. The invention is particular suitable for removing solid particles from a high temperature gas.

Die Probleme der Luftverschmutzung als Folge des Ablassens von Abgasen sind lange bekannt und sind Gegenstand einer ganzen Reihe von laufenden Forschungsvorhaben. So werden z.B. verschiedene Techniken verwendet, um Abgase mit dem Ziel zu behandeln, beispielsweise Flugasche aus Rauchgasen zu entfernen. Bei solchen Behandlungsmethoden werden Gasfilter, Fliehkraftabscheider, Naßwäscher und Elektrofilter verwendet. Diese Techniken haben jedoch alle gewisse Nachteile, und nur sehr wenige der genannten Nethoden sind zur wirksamen Entfernung von Verunreinigungen, die als Gasphase vorliegen, aus derartigen Gasströmen geeignet.The problems of air pollution as a result of the venting of exhaust gases have long been known and are the subject of one whole range of ongoing research projects. For example, various techniques are used to deal with exhaust gases with the Treat target, for example, to remove fly ash from flue gases. In such treatment methods, gas filters, Centrifugal separators, wet scrubbers and electrostatic precipitators are used. However, these techniques all have certain disadvantages, and very few of the methods mentioned are effective in removing contaminants that appear as gas phase are present, suitable from such gas streams.

Taschenfilter oder Textilgewebefilter und steife, poröse Filter sind z.B. einigermaßen wirksam, um feste Verunreinigungen aus Gasströmen zu entfernen. Derartige Filter werden jedoch leicht mit den aus dem Gas zurückgehaltenen, gesammelten Teilchen verstopft, wodurch eine nicht akzeptable Zunahme des Druckabfalls durch das Filter erfolgt und außerdem bestimmte Maßnahmen zur Reinigung der Oberfläche des Filters notwendig sind. Eine Maßnahme, um eine kontinuierliche Filterkapazität zu gewährleisten, ist beispielsweise die Verwendung eines zweifachen Systems. Dabei kann das Gas auf das eine Filter umgeleitet werden, während das andere gereinigt oder rückgespült wird. Eine andere Maßnahme besteht darin, das Filter mit einem kurzen Druckimpuls in entgegengesetzter Richtung zu der normalen Strömung zu beaufschlagen. Eine weitere Maßnahme besteht darin, das Filter zu klopfen oder zu schütteln. Falls Keramikfasern zur Schaffung eines Filters verwendet werden, das für den Einsatz bei hoher Temperatur geeignet ist, verursacht derPocket filters or fabric filters and rigid, porous filters are, for example, reasonably effective in removing solid contaminants from gas streams. Such filters are however, easily clogged with the collected particles retained from the gas, making an unacceptable There is an increase in the pressure drop through the filter and also certain measures for cleaning the surface of the filter are necessary. One measure to ensure a continuous filter capacity is, for example the use of a dual system. The gas can be diverted to one filter while the others are cleaned or backwashed. Another measure is to apply a short pressure pulse to the filter to act in the opposite direction to the normal flow. Another measure is that Tap or shake filter. If ceramic fibers are used to create a filter suitable for the Use at high temperature is suitable, causes the

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Gegenstrom-Druckimpuls und/oder eine Vibration, welche zur Reinigung desselben eingesetzt wird» das Brechen der Keramikfasern und eine wesentlich kürzere Lebensdauer des Filters.Countercurrent pressure pulse and / or a vibration, which is used to clean the same »the breaking of the ceramic fibers and a significantly shorter service life of the Filters.

Ein anderes Verfahren, welches zur Entfernung der aus dem Gas abgetrennten Teilchen verwendet wird, besteht darin, das verunreinigte Gas durch ein Bett, bestehend aus granulatförmigem Material, wie z.B. Sand, zu leiten. Die aus dem Gas abgetrennten Teilchen werden auf der stromaufwärts gelegenen Oberfläche des Sandbetts und innerhalb desselben gesammelt. Bei einem Festbett bestehen die gleichen Nachteile wie bei den oben beschriebenen Filtern vom Gewebetyp oder aus porösem Material, d.h. die Gasströmung muß bei der Reinigung unterbrochen werden. Ein Fließbett ermöglicht zwar ein kontinuierliches Verfahren, es ist Jedoch bei der Entfernung kleiner Teilchen nicht so wirksam wie ein Festbett oder ein dichtgepacktes Bewegbett. Außerdem ist eine im wesentlichen einheitliche Gasströmung erforderlich. Insbesondere kann jeder plötzliche Gasstoß, der durch das Fließbett geht, dazu fuhren, daß nicht nur die zuvor gesammelten Teilchen das Bett passieren, sondern ein Teil des Betts selbst von dem Gas mitgerissen wird, wodurch die Teilchenbeladung des Gasstroms sogar noch zunimmt.Another method used to remove the particles separated from the gas is to to pass the polluted gas through a bed of granular material such as sand. The ones from the Gas separated particles are deposited on and within the upstream surface of the sand bed collected. A fixed bed has the same disadvantages as the fabric-type or porous material filters described above, i.e. the gas flow must be cleaning can be interrupted. A fluidized bed enables a continuous process, but it is Small particle removal is not as effective as a fixed bed or a tightly packed moving bed. Also is a substantially uniform gas flow is required. In particular, any sudden burst of gas caused by the Fluid bed goes, lead to the fact that not only the previously collected particles pass through the bed, but part of it of the bed itself is entrained by the gas, whereby the particle loading of the gas stream even increases.

Bewegbetten sind gegenüber Fließbetten als Filter von größerer Effizienz (bei gleicher Bettdicke und gleichem Material) , sie sind jedoch nicht so wirksam wie Festbetten. Es wird angenommen, daß die kontinuierliche Bewegung des Betts einige der feinen, gesammelten Teilchen verlegt, wodurch diese dann unter der Wirkung des strömenden Gases allmählich durch das Bett wandern. Trotzdem ist dieses Verfahren brauchbar und Gegenstand mehrerer Patente. So beschreibt beispielsweise die US-PS 1 570 869 eine zweistufige Anordnung, bei der das Gas wenigstens zweimal durch ein Bewegbett aus granu-Moving beds are more efficient as filters than fluid beds (with the same bed thickness and the same material), but they are not as effective as fixed beds. It it is believed that the continuous movement of the bed dislocates some of the fine, collected particles, thereby causing these then gradually migrate through the bed under the action of the flowing gas. Even so, this method is useful and has been the subject of several patents. For example, US Pat. No. 1,570,869 describes a two-stage arrangement in the gas at least twice through a moving bed made of granular

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latförmigem Material geleitet wird, um die Entfernung von kleinen Teilchen zu verbessern. Ein jüngeres Patent, nämlich die US-PS 4 017 278, beschreibt die Verwendung eines ringförmigen Bewegbetts, welches zwischen zwei konzentrischen, vertikal angeordneten Zylinderwänden fließt, welche durchlöchert sind, um das Gas durch das Bett in den Raum strömen zu lassen, der von der inneren, zylindrischen Wand umschlossen wird. Auch zur Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen ist die Verwendung von Bewegbetten vorgeschlagen worden.latiform material is passed to the removal of small particles to improve. A more recent patent, U.S. Patent No. 4,017,278, describes the use of a annular moving bed, which flows between two concentric, vertically arranged cylinder walls, which are perforated to allow the gas to flow through the bed into the space provided by the inner cylindrical wall is enclosed. The use of moving beds is also proposed to remove gaseous contaminants been.

Die US-PS 3 589 863 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Schwefeldioxid und teilchenförmigen» Material aus Gasströmen. Die Säuregase und das teilchenförmige Material werden aus den Gasströmen dadurch entfernt, daß man den Gasstrom durch ein aus porösen Alkalimetallblcarbonat-Aggregaten bestehendes Bett leitet. Gemäß der Beschreibung kann das Bett als Festsystem oder als ein sich im Gegenstrom bewegendes, wieder aufgefülltes System ausgebildet sein. Die porösen Bicarbonataggregate binden die teilchenförmige Materie auf ihrer Oberfläche und entfernen sie so aus dem Gasstrom, während das Säuregas gleichzeitig innerhalb oder im Bereich um die Aggregate herum reagiert und dabei Feststoffe bildet, welche aus dem Gasstrom abgetrennt werden.U.S. Patent No. 3,589,863 describes a process for removing sulfur dioxide and particulate matter from gas streams. The acid gases and particulate matter are removed from the gas streams by the Gas flow through a porous alkali metal carbonate aggregate existing bed directs. According to the description, the bed can be used as a fixed system or as a countercurrent moving, replenished system. The porous bicarbonate aggregates bind the particulate Matter on their surface and thus remove them from the gas stream, while the acid gas is simultaneously inside or reacts in the area around the aggregates and thereby forms solids which are separated from the gas flow.

Ein weiteres Beispiel für ein Bewegbett wird in der US-PS 3 716 969 gezeigt. Diese Druckschrift beschreibt die Verwendung von zwei Begrenzungswänden, welche nach unten so geneigt sind, daß in die Richtung nach unten eine Vergrößerung des Zwischenraums zwischen ihnen erfolgt. Auf diese Weise soll die nach unten gerichtete Strömung eines Körpers aus granulatförmigem Material, der sich zwischen den Wänden befindet, erleichtert werden.Another example of a moving bed is shown in U.S. Patent No. 3,716,969. This document describes the use of two boundary walls, which are inclined downwards so that an enlargement in the downward direction of the space between them. In this way, the downward flow of a body is said to be out granular material located between the walls can be facilitated.

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Die US-PS 3 296 775 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten und nicht-flüssigen Materialien» bei dem ein Bewegbett aus granulatförmigem Material verwendet wird. Das Patent betrifft insbesondere die periodische Entfernung von granulatförmigem Material von der der Flüssigkeitseintrittsseite zugewandten Seite des granulatförmigen Materialbetts (d.h. der Oberfläche), während das restliche Material des Betts zurückgehalten wird. Die Erfinder schlagen vor, periodisch einen stoßfönnigen Gasfluß zu verursachen, der plötzlich wesentlich über die ständige Strömungsgeschwindigkeit hinausgeht und im wesentlichen sofort anschließend unter die minimale, ständige Strömungsgeschwindigkeit abfällt, bei der der Gasstrom eine Bewegung des granulatförmigen Materials verursacht. Dabei wird der stoßförmige Gasstrom in entgegengesetzter Richtung durch die Bereiche der Vorrichtung geleitet, an denen die Flüssigkeit eintritt, und es wird so ein Teil des granulatförmigen Materials aus dem Bett entfernt. Auf diese Weise werden aus dem Gas abgetrennte Teilchen, die sich auf der Oberfläche gesammelt haben, zusammen mit einem Teil des granulatförmigen Materials entfernt. Der Nachteil eines Filters, das als granulatförmiges Bett ausgebildet ist, besteht in erster Linie darin, daß entweder ein sehr dickes Bett oder sehr feines Material (oder beides) benötigt werden, um eine Entfernung von Teilchen im Größenbereich von 0,5 bis 10 Mikron mit hoher Effizienz zu erreichen. Die Forderung nach dicken Betten bedingt eine große und teure Ausrüstung, wohingegen die Verwendung von sehr feinem, granulatförmigem Material einen großen Druckabfall, schlechte Fließeigenschaften des Betts und eine Austragung der Teilchen des Betts in das Produktgas verursacht.U.S. Patent 3,296,775 describes a method and apparatus for treating liquids and non-liquids Materials »in which a moving bed made of granular material is used. The patent relates in particular to periodic removal of granular material from the side of the granular material bed facing the liquid inlet side (i.e. the surface), while the remaining material of the bed is retained. The inventors propose to periodically cause an intermittent gas flow which suddenly and substantially exceeds the constant flow velocity immediately afterwards falls below the minimum, constant flow velocity at which the gas flow starts to move of the granular material caused. The shock-like gas flow is in the opposite direction through the Passed areas of the device where the liquid enters, and it is so a part of the granular material is removed from the bed. In this way, the Gas separated particles that have collected on the surface, along with part of the granular Material removed. The disadvantage of a filter which is designed as a granular bed consists primarily Line in that either a very thick bed or very fine material (or both) are required to remove particles in the 0.5 to 10 micron size range to achieve with high efficiency. The requirement for thick beds requires large and expensive equipment, however the use of very fine, granular material, a large pressure drop, poor flow properties of the Bed and a discharge of the particles of the bed into the product gas.

Zur Entfernung von teilchenförmigen Materialien sind auch Naßabscheider verwendet worden. Bei ihrem Einsatz können einige der oben erwähnten Nachteile, nämlich das notwendigeTo remove particulate materials are also Wet separator has been used. When using them, some of the disadvantages mentioned above, namely the necessary

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periodische Abschalten und Reinigen, vermieden werden. Die Naßabscheider bewirken Jedoch auch eine Sättigung des Gasstroms mit Feuchtigkeit. Aus diesem Grund können Naßabsdieider bei heißen, trockenen Gasströmen nicht verwendet werden, ohne daß diese im Zustand bei Austritt aus dem Abscheider auf ungfähr die Temperatur abgekühlt sind, die durch das Gleichgewicht mit flüssigem Wasser gegeben ist. Hierbei tritt eine offensichtliche Verschwendung von thermischer Energie auf, und das Verfahren ist nicht empfehlenswert, falls ein sauberes Hochtemperaturgas angestrebt wird. Außerdem kondensiert die Feuchtigkeit, wenn das Gas in die Atmosphäre abgelassen wird, bei weiterem Abkühlen und bewirkt eine unzulässige Dampffahne.periodic shutdown and cleaning should be avoided. However, the wet separators also cause saturation of the gas flow with moisture. For this reason, wet sealers cannot be used in the case of hot, dry gas streams without these in the state when they exit the separator have cooled to about the temperature given by equilibrium with liquid water. Here there is an obvious waste of thermal energy and the procedure is not recommended, if a clean high temperature gas is desired. Also, the moisture condenses when the gas is released into the atmosphere is drained, with further cooling and causes an impermissible steam plume.

Es sind auch Schwerkraftabscheider zur Gasreinigung eingesetzt worden. Ein typisches Beispiel ist ein Zyklonabscheider. Diese Vorrichtungen brauchen zum Säubern nicht häufig abgestellt zu werden. Sie sind Jedoch bei Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 5 Mikron relativ unwirksam.Gravity separators have also been used for gas cleaning. A typical example is a cyclone separator. These devices do not need to be turned off frequently for cleaning. However, they are at particles with one Diameters less than 5 microns relatively ineffective.

Zur Entfernung von teilchenförmigen! Material aus Gasströmen werden häufig Elektrofilter eingesetzt. Derartige Vorrichtungen haben sich als einigermaßen wirksam erwiesen. Ein Nachteil des Elektrofliters besteht Jedoch darb, daß seine Wirksamkeit durch die elektrische Widerstandsfähigkeit der Teilchen, die chemische Zusammensetzung des Gases, die Temperatur und andere Faktoren beeinflußt wird. Als Folge davon sind Elektrofilter auf vielen Anwendungsgebieten nicht wirtschaftlich einsetzbar.For the removal of particulate! Material from gas streams electrostatic precipitators are often used. Such devices have been found to be reasonably effective. A However, the disadvantage of the electric filter is that its Effectiveness through the electrical resistance of the particles, the chemical composition of the gas, the temperature and other factors are affected. As a result, electrostatic precipitators are not available in many areas of application economically applicable.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Entfernung von teilchenförmigen Verunreinigungen aus Gasströmen zu schaffen. Im einzelnen bestehtIt is therefore the object of the present invention to provide an improved method and an apparatus for carrying out this To provide a method for removing particulate contaminants from gas streams. In detail there is

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diese Aufgabe darin, ein Verfahren zur Entfernung von teilchenförmigen Verunreinigungen zu schaffen, das relativ einfach ist, Verunreinigungen mit einem breiten Größenbereich mit hoher Effizienz entfernt, auf die Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen umgestellt werden kann, zur Reinigung nicht abgestellt werden muß und während des Betriebs einen geringen und im wesentlichen konstanten Druckabfall bewirkt. Zusätzlich soll das Verfahren sowohl auf Hochais auch auf Niedertemperaturgasströme anwendbar sein.this object is to provide a method of removing particulate contaminants that is relatively simple, contaminants of a wide range of sizes removes with high efficiency, can be switched to the removal of gaseous impurities, does not have to be switched off for cleaning and during operation causes a small and essentially constant pressure drop. In addition, the method should be applicable to both high-altitude and low-temperature gas flows.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Patentansprüchen gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device and a method according to the claims.

Die vorliegende Erfindung schafft sowohl eine Vorrichtung für als auch ein Verfahren zur Entfernung von teilchenförmigen» Material aus einem Gasstrom, wobei der Gasstrom eine Temperatur in einem weiten Temperaturbereich aufweisen kann. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß für die Reinigung ein periodisches oder häufiges Abschalten nicht erforderlich ist. Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine wirksame Entfernung von Teilchen gewährleistet ist, deren Größen sich in einem weiten Bereich bewegen. Die vorliegende Erfindung kann auch für die Entfernung von Verunreinigungen, die als Gasphase vorliegen, angepaßt werden.The present invention provides both an apparatus for and a method for removing particulate material from a gas stream, the gas stream being a May have temperature in a wide temperature range. An advantage of the present invention is that Periodic or frequent shutdown is not required for cleaning. Another advantage of the invention is to ensure effective removal of particles whose sizes vary over a wide range move. The present invention can also be adapted for the removal of impurities that exist as a gas phase.

Mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Filtervorrichtung zur Entfernung teilchenförmiger Verunreinigungen aus einem Gasstrom geschaffen. Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse, welches ein im wesentlichen vertikal angeordnetes Rückhalteteil für granulatförmiges Material enthält, welches mit öffnungen versehen ist, die die im wesentlichen ungehinderte Strömung des Gases durch sie hindurch ermöglichen. Das Gehäuse enthält außerdem ein im wesentlichen gaspermeables, mikroporöses Filterelement, das strom-With the device according to the present invention provided a filter device for removing particulate contaminants from a gas stream. The device comprises a housing which contains a substantially vertically arranged retaining part for granular material which is provided with openings which allow the substantially unimpeded flow of the gas through it enable. The housing also contains a substantially gas-permeable, microporous filter element that is flow-

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aufwärts und stromabwärts gerichtete Seiten aufweist und durch das gewundene Strömungswege hindurchgehen. Das Filterelement wird typischerweise durch gepreßte oder gewobene Fasern oder durch gesinterte Teilchen gebildet, die einen mittleren Durchmesser von etwa 2 bis 30 Mikron aufweisen. Das Teil und das Element sind durch einen Zwischenraum voneinander getrennt angeordnet, wodurch ein Durchlaß für die Bewegung eines Körpers, bestehend aus granulatförmigem Material (wie z.B. Sand), geschaffen wird. Das Gehäuse umfaßt ferner eine Gaseinlaßeinrichtung für das Aufbringen des teilchenhaltigen Gases auf das Rückhalteteil für das granulatförmige Material und eine Gasauslaßeinrichtung für die Entfernung des Gases von einer stromabwärts gelegenen Seite des gaspermeablen Filterelements. Das Teil und das Element bewirken die einzige Möglichkeit einer Gasverbindung zwischen der Gaseinlaß- und der Gasauslaßeinrichtung. Die Vorrichtung umfaßt ferner Einrichtungen zur Bewegung des Körpers aus granulatförmigem Material durch den Durchlaß in dem Gehäuse.having upward and downstream facing sides and through which tortuous flow paths pass. The filter element is typically pressed or woven Fibers or sintered particles that have an average diameter of about 2 to 30 microns. The part and the element are arranged separated from one another by a gap, creating a passage for the Movement of a body consisting of granular material (such as sand) is created. The housing includes further a gas inlet means for applying the particulate gas to the retaining member for the granular material and a gas outlet means for removing the gas from a downstream side of the gas-permeable filter element. The part and the element cause the only possibility of gas communication between the gas inlet and gas outlet devices. The device also includes means for moving the body of granular material through the passage in the housing.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein mit Teilchen beladenes Gas in den Einlaß der Vorrichtung geleitet. Das Gas und wenigstens die Hauptmenge der darin enthaltenen Teilchen strömen durch das Rückhalteteil für das granulatförmige Material in den Körper aus granulatförmigem Material. Die Teilchen, die den Körper aus granulatförmigem Material passieren, werden im wesentlichen alle auf der stromaufwärts gelegenen Seite des gaspermeablen Filterelements niedergeschlagen und gesammelt. Das durch das gaspermeable Filterelement hindurchtretende Gas, das von der stromabwärts gewandten Seite des genannten Elements abgenommen wird, ist im wesentlichen frei von Teilchen. Der Körper aus granulatförmigem Material wird entweder kontinuierlich oder schrittweise durch den Durchgang und entlang der stromaufwärts gewandten Seite des gaspermeablen Filterelements bewegt, wobeiAccording to the method according to the invention, a with particles charged gas is passed into the inlet of the device. The gas and at least the majority of the particles contained therein flow through the retaining member for the granular Material in the body of granular material. the Particles that make up the body of granular material pass, essentially all of the upstream side of the gas permeable filter element will be precipitated and collected. The gas which passes through the gas-permeable filter element and which is taken off from the downstream side of said element is im essentially free of particles. The body of granular material is moved either continuously or incrementally through the passage and along the upstream side of the gas-permeable filter element, wherein

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die teilchenförmigen Verunreinigungen, die sich darauf gesammelt haben, entfernt werden und wodurch ein im wesentlichen konstanter, angestrebter Druckabfall über das gaspermeable Teil aufrechterhalten wird.the particulate contaminants that have collected thereon are removed and thereby a substantially constant, desired pressure drop is maintained across the gas permeable member.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden bewußt dem Bett feine Teilchen (welche größer als die aus dem Gasstrom entfernten Teilchen, jedoch kleiner als das Bettmaterial sind) zugesetzt. Diese feinen Teilchen werden von dem Gasstrom durch das Bett aus granulatförmigem Material hindurchgeblasen, jedoch durch das mikroporöse, gaspermeable Filterelement aufgehalten. Dort wirken sie als Filterhilfe bei der Sammlung von Verunreinigungsteilchen und verhindern deren Eindringen in die Poren des Filterelements. Die Teilchen des granulatförmigen Betts, die zugesetzten feinen Teilchen und die gesammelten teilchenförmigen Verunreinigungen bewegen sich zusammen aus dem System. So kann z.B. eine Mischung aus grobem Sand (d.h. 10 bis 14 Maschen/2,5 cm oder etwa 1,7 mm) mit einer geringeren Menge sehr feinen Sandes (d.h. etwa 20 bis 100 Mikron) in Verbindung mit einem mikroporösen Filterelement (bestehend aus einer gepreßten Lage aus Kefamikfasern, die einen Durchmesser von 3 Mikron aufweisen) zur Entfernung von verunreinigenden Teilchen verwendet werden, deren Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 Mikron liegt.In one embodiment of the method, fine particles (which are larger than the particles removed from the gas stream but smaller than the bed material) are deliberately added to the bed. These fine particles are made of blown the gas stream through the bed of granular material, but through the microporous, gas-permeable Filter element held up. There they act as a filter aid in the collection of contaminant particles and prevent them their penetration into the pores of the filter element. The particles of the granular bed, the added fine Particles and the collected particulate contaminants move out of the system together. For example, a Mixture of coarse sand (i.e. 10 to 14 mesh / 2.5 cm or about 1.7 mm) with a smaller amount of very fine sand (i.e. about 20 to 100 microns) in conjunction with a microporous filter element (consisting of a pressed sheet of Cefamic fibers that are 3 microns in diameter) can be used to remove contaminant particles that range in diameter from 0.5 to 5 microns.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:In the following the invention is explained in more detail with reference to the drawings; show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Filterplatte im Querschnitt;Fig. 1 is a side view of an inventive Filter plate in cross section;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer bevorzugten Filteranordnung, umfassend eine Mehrzahl individueller Filterplatten;Figure 2 is a side view of a preferred filter assembly comprising a plurality of individual filter plates;

Fig. 3 eine Draufsicht von Fig. 2 entlang der Ebene 3-3;Figure 3 is a top plan view of Figure 2 taken along the plane 3-3;

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Fig. 4 eine Seitenansicht von Fig. 3 in der Ebene 4-4;Figure 4 is a side view of Figure 3 on the plane 4-4;

Fig. 5 einen vertikalen Schnitt einer erfindungsgemäßen Filterplatte mit einer alternativen Ausbildung des Rückhalteteils für das teilchenförmige Material;Fig. 5 is a vertical section of a filter plate according to the invention with an alternative embodiment of the Retaining member for the particulate material;

Fig. 6 eine bildhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Filterplatte, wobei wiederum eine andere Ausbildung des Rückhalteteils für das teilchenförmige Material dargestellt ist; und6 shows a pictorial representation of a filter plate according to the invention, again with a different design the particulate material retention member is shown; and

Fig. 7, 8 und 9 graphische Darstellungen, bei denen für eine Reihe von Tests der Strömungswiderstand gegen die Zeit aufgetragen ist.7, 8 and 9 are graphs in which, for a series of tests, the flow resistance versus the Time is applied.

Bei den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Teile mit gleichen Funktionen. In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Filterplatte allgemein mit 10 bezeichnet. Die Platte umfaßt ein gaspermeables Filterelement 12, welches eine stromaufwärts gerichtete Seite 14 und eine stromabwärts gerichtete Seite 16 aufweist und welches aus einem geeigneten Filtermaterial zur Entfernung von Teilchen in dem angestrebten Größenbereich besteht. Das gaspermeable Filterelement 12 besteht typischerweise aus Fasern, welche entweder zu einem dichten Tuch verwoben sind oder aus ungeordnet orientierten Fasern, welche gepreßt und/oder gesintert wurden, um einen Filz oder ein Plaque zu bilden, bestehen.In the various figures, the same reference symbols denote the same parts with the same functions. In The filter plate according to the invention is designated generally by 10 in FIG. 1. The plate includes a gas permeable filter element 12, which has an upstream side 14 and a downstream side 16 and which consists of a suitable filter material for removing particles in the desired size range. The gas-permeable Filter element 12 typically consists of fibers which are either woven into a dense cloth or made of randomly oriented fibers which have been pressed and / or sintered to form a felt or plaque, exist.

Die Auswahl des Filtermaterials ist nicht besonders kritisch, vorausgesetzt natürlich, daß das Material durch die Verunreinigungen, die in dem Gasstrom enthalten sind, nicht angegriffen und verändert wird, und vorausgesetzt, daß es den angestrebten Verfahrenstemperatüren standhält. Folglich kann bei Niedertemperaturgasen herkömmliches, tuchförmiges Filtermaterial, wie z.B. Baumwolle, Wolle und verschiedene Synthetikfasern, verwendet werden. Ein besonderer Vorzug der vor-The selection of the filter material is not particularly critical, provided, of course, that the material is affected by the impurities, contained in the gas stream, is not attacked and changed, and provided that it is the withstands the desired process temperatures. Consequently can conventional, cloth-shaped filter material for low-temperature gases, such as cotton, wool and various synthetic fibers can be used. A particular advantage of the

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liegenden Erfindung liegt jedoch darin, daß sowohl die im allgemeinen brüchigeren Keramikfiltermaterialien wie auch poröse Metallfilter verwendet werden können.lying invention is that both the im general, more fragile ceramic filter materials as well as porous metal filters can be used.

Falls die Temperatur oberhalb von etwa 260°C liegt, sind Keramik- oder Metallfiltermaterialien erforderlich. Für die Entfernung von Teilchen aus einem Gasstrom sind zahlreiche Filtermaterialien im Handel erhältlich. Die Auswahl eines spezifischen Materials oder eines verwendeten Filterelements liegt im Ermessen des Fachmanns. Im allgemeinen weisen derartige Materialien eine Vielzahl von gewundenen Strömungswegen auf, die den Durchtritt des Gases ermöglichen. Dabei werden die abgetrennten Teilchen auf der stromaufwärts gewandten Oberfläche zurückgehalten.If the temperature is above about 260 ° C, ceramic or metal filter materials are required. For the Removal of particles from a gas stream, numerous filter materials are commercially available. Choosing one specific material or a filter element used is at the discretion of the person skilled in the art. In general, such materials have a variety of tortuous flow paths that permit the passage of the gas. Included the separated particles are retained on the upstream facing surface.

Eine Forderung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das gaspermeable Filterelement selbst zur Entfernung der angestrebten Menge der Teilchen befähigt ist, da die hauptsächliche Funktion des aus granulatförmigem Material bestehenden Körpers darin besteht, das Filterelement durch Abrieb zu reinigen. Das Festhalten von Teilchen in dem granulat förmigen Material ist eine zusätzliche Nebenfunktion desselben. Die bevorzugten Filterelemente sind im Handel erhältlich und weisen eine normale Verfahrenseffizienz von über 8096 auf.A requirement of the present invention is that the gas permeable filter element itself to remove the desired amount of the particles is capable, since the main function of the granular material body is to clean the filter element by abrasion. The retention of particles in the granular material is an additional secondary function of the same. The preferred filter elements are commercially available and have a normal process efficiency of over 8096.

Damit ein Material für eine Filterlage für die Entfernung von Teilchen im 0,5 bis 10 Mikron-Bereich eine hohe Effizienz aufweist, ist es normalerweise notwendig, daß es aus Teilchen oder Fasern hergestellt ist, welche einen Durchmesser von weniger als etwa 30 Mikron (typischerweise 2 bis 30 Mikron) aufweisen. Die Abtrennung der Teilchen durch ein derartiges Filter geschieht in erster Linie als Folge von Diffusion, Abscheidung und Sammlung aufgrund der Trägheit. Bei sauberen Filtern überwiegt die Abscheidung aufgrund derThus, a material for a filter sheet for the removal of particles in the 0.5 to 10 micron range has a high efficiency it is usually necessary that it be made of particles or fibers having a diameter less than about 30 microns (typically 2 to 30 microns). The separation of the particles by a such filtering occurs primarily as a result of diffusion, separation and collection due to inertia. In the case of clean filters, the separation predominates due to the

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Trägheit, d.h. das Gas fließt um die Fasern, während die Teilchen in einer geraden Linie weiterfließen und auf den Fasern aufschlagen. Dabei bilden die Teilchen zwischen den Fasern Brücken aus und bilden allmählich einen "Kuchen¹¹, auf dem die Abscheidung, d.h. eine Siebwirkung, vorherrscht. Diffusionsvorgänge sind nur bei Verunreinigungen von Bedeutung, die als Gasphase vorliegen (Moleküle), und bei sehr kleinen Teilchen (weniger als etwa 0,5 Mikron im Durchmesser) .Inertia, ie the gas flows around the fibers while the particles continue to flow in a straight line and hit the fibers. The particles form bridges between the fibers and gradually form a "cake ¹¹ on which the deposition, ie a sieving effect, predominates. Diffusion processes are only important in the case of impurities that are present as a gas phase (molecules), and in the case of very small particles ( less than about 0.5 microns in diameter).

An die stromaufwärts gelegene Wand 14 des gaspermeablen Filterelements 12 schließt sich ein Körper aus granulatförmigem Material 18 an. Das granulatförmige Material kann Sand oder ein anderes inertes Material sein, falls die alleinige Aufgabe desselben darin besteht, teilchenförmiges Material aus dem Gasstrom zu filtern. Zur Entfernung von Säure oder anderen reaktiven Verunreinigungen als Bestandteilen des Gasais
ströme kann jedoch auch /granulatförmiges Material ein aktives Material verwendet werden oder das granulatförmige Material kann ein aktives Material enthalten. So kann z.B., falls der Gasstrom SO₂ enthält, das granulatförmige Material aus festen Granulaten eines Alkalimetallbicarbonats bestehen oder es könnte Sand verwendet werden, der mit einem Alkallmetallbicarbonat zur Absorption und Entfernung des Schwefelbestandteils vermischt ist. Falls der Gasstrom HpS enthält, könnte als granulatförmiges Material Eisenoxid, Zinkoxid oder ein anderes Metalloxid verwendet werden, welches mit H₂S reagiert. Falls der Gasstrom reaktive "Rauchteilchen", wie z.B. AlCl,, in Größen unter 0,1 Mikron enthält, könnte als granulatförmiges Material aktiviertes Aluminiumoxid verwendet werden; und falls der Gasstrom Spuren eines Kohlenwasserstoff dampf es , wie z.B. Benzol, enthält, könnte als granulatförmiges Material Aktivkohle verwendet werden. Dem Fachmann dürfte eine Auswahl anderer äquivalenter aktiver Materialien nicht schwer fallen.A body made of granular material 18 adjoins the upstream wall 14 of the gas-permeable filter element 12. The granular material can be sand or some other inert material if its sole function is to filter particulate material from the gas stream. For the removal of acid or other reactive impurities that are part of the gas
However, an active material can also be used / granular material or the granular material can contain an active material. For example, if the gas stream _{contains SO 2} , the granular material can consist of solid granules of an alkali metal bicarbonate or sand mixed with an alkali metal bicarbonate to absorb and remove the sulfur component could be used. If the gas stream contains HpS, iron oxide, zinc oxide or another metal oxide which reacts _{with H 2 S could be used as granular material.} If the gas stream contains reactive "smoke particles" such as AlCl ,, in sizes below 0.1 microns, activated alumina could be used as the granular material; and if the gas stream contains traces of a hydrocarbon vapor, such as benzene, activated carbon could be used as the granular material. A choice of other equivalent active materials should not be difficult for the person skilled in the art.

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Das granulatfönnige Material wird durch ein im wesentlichen vertikal angeordnetes Rückhalteteil für das granulatförmige Material, welches allgemein mit 20 bezeichnet wird, in Position gehalten. Das Rückhalteteil 20 für das granulatförmige Material ist als eine Mehrzahl von Jalousien 22 abgebildet. Die Jalousien 22 sind als feste Teile abgebildet. Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß diese Teile jedoch auch beispielsweise als Gitter oder als ein anderer perforierter Körper ausgebildet sein können, vorausgesetzt, die öffnungen oder die Größe der Perforationslöcher sind kleiner als die Größe des gewählten, granulatförmigen Materials. Das Rückhalteteil 20 für das granulatförmige Material und das gaspermeable Filterelement 12 bilden einen Durchgang für granulatförmiges Material und begrenzen den Körper aus granulatförmigem Material 18. Vorzugsweise wird das granulatförmige Material durch das Oberteil der Filterplatte 10 in der Weise eingegeben, daß es aufgrund der Schwerkraft eingefüllt werden kann. Die Fließgeschwindigkeit wird durch ein Ventil 24, welches anschließend an den Boden der Filterplatte 10 angeordnet ist, gesteuert. Die Geschwindigkeit, mit der das granulatförmige Material durch den Durchgang bewegt wird, ist nicht besonders kritisch, vorausgesetzt natürlich, die Geschwindigkeit ist groß genug, um eine gewisse Abriebwirkung zu verursachen. Aus einer hohen Geschwindigkeit der Bewegung resultiert ein unnötiger Energieaufwand. Im allgemeinen werden sehr gute Ergebnisse dann erzielt, wenn der Körper aus granulatförmigem Material mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 3 bis 300 cm/min über die stromaufwärts gewandte Seite des Filterelements bewegt wird.The granular material is held in position by a substantially vertically arranged retaining member for the granular material, which is indicated generally at 20. The granular material retaining member 20 is depicted as a plurality of louvers 22. The blinds 22 are shown as fixed parts. For the person skilled in the art it is obvious that these parts can also be designed as a grid or some other perforated body, provided that the openings or the size of the perforation holes are smaller than the size of the granular material selected. The retaining member 20 for the granular material and the gas-permeable filter element 12 form a passage for granular material and delimit the body of granular material 18. Preferably, the granular material is entered through the upper part of the filter plate 10 in such a way that it is filled in due to gravity can. The flow rate is controlled by a valve 24 which is subsequently arranged on the bottom of the filter plate 10. The speed at which the granular material is moved through the passage is not particularly critical, provided, of course, that the speed is great enough to cause some abrasion. A high speed of movement results in an unnecessary expenditure of energy. In general, very good results are obtained when the body of granular material is moved at a speed in the range from about 3 to 300 cm / min over the upstream side of the filter element.

Die Dicke oder Tiefe des Körpers aus granulatförmigem Material 18 ist natürlich durch den Zwischenraum zwischen dem Teil 20 und dem Element 12 bestimmt. Die Abmessung ist nicht besonders kritisch, vorausgesetzt, daß eine ausreichendeThe thickness or depth of the body of granular material 18 is of course determined by the space between the Part 20 and the element 12 determined. The dimension is not particularly critical provided that it is sufficient

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Tiefe vorhanden ist, um eine einheitliche Strömung des granulatförmigen Materials durch den Durchgang zu ermöglichen, d.h. die Abmessung sollte wenigstens etwa 10 Mal so groß sein wie der Durchmesser der Teilchen des granulatförmigen Materials. Die maximale Dicke des Körpers wird durch das Ausmaß des tolerierbaren Druckabfalls über die Filterplatte und die Wirtschaftlichkeit des Systems natürlich begrenzt. Im einzelnen bedeutet das, daß der Druckabfall umso höher ist, je dicker der Körper ausgebildet wird. Die Anforderung an die Pumpleistung erhöht sich entsprechend, und damit nehmen entsprechend die Kosten des Verfahrens zu. Der Druckabfall über die Filterplatte sollte im allgemeinen vorzugsweise weniger als etwa 1096 und besonders bevorzugt weniger als etwa 5% des Einlaßdrucks des zu filternden Gasstroms ausmachen. Ein besonderer Vorzug der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, eine Filterplatte zu schaffen, bei der der Druckabfall weniger als 2% des Einlaßdrucks des zu filternden Gases ausmacht, und daß dieser Druckabfall unabhängig von der Teilchenbeladung des behandelten Gases im wesentlichen konstant gehalten werden kann. Im allgemeinen wird für den Körper 18 eine Tiefe in einem Bereich von etwa 2,5 bis etwa 45 cm gewählt, wobei besonders gute Ergebnisse mit einer Tiefe von etwa 5 bis etwa 25 cm erhalten werden.Depth is present to allow uniform flow of the granular material through the passageway, ie the dimension should be at least about 10 times the diameter of the particles of the granular material. The maximum thickness of the body is of course limited by the amount of pressure drop that can be tolerated across the filter plate and the economics of the system. In detail, this means that the pressure drop is higher, the thicker the body is made. The requirement for the pump power increases accordingly, and thus the costs of the method increase accordingly. The pressure drop across the filter plate should generally preferably be less than about 1096, and more preferably less than about 5% of the inlet pressure of the gas stream to be filtered. A particular benefit of the present invention is that it is possible to provide a filter plate in which the pressure drop is less than 2% of the inlet pressure of the gas to be filtered and that this pressure drop is kept substantially constant regardless of the particle loading of the gas being treated can be. In general, a depth in the range of about 2.5 to about 45 cm is chosen for the body 18, with particularly good results being obtained with a depth of about 5 to about 25 cm.

Bei der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Bewegbettfiltern ein besonderes Merkmal darin zu sehen, daß das granulatförmige Material so ausgewählt wird, daß es eine mittlere Korn- oder Teilchengröße aufweist, welche über derjenigen liegt, die dazu geeignet wäre, eine Hauptmenge der teilchenförmigen Verunreinigungen als"Kuchen" auf der stromaufwärts gewandten Oberfläche des Körpers aus granulatförmigem Material zu sammeln. Dadurch, daß man ein granuletförmiges MaterialIn the present invention, in contrast to the moving bed filters known from the prior art, there is a special one To see feature in the fact that the granular material is selected so that it is a medium grain or Has particle size which is greater than that which would be suitable for a majority of the particulate Impurities called "cake" on the upstream Surface of the body made of granular material to collect. By having a granular material

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wählt, welches eine größere mittlere Korngröße aufweist, passiert die Hauptmenge der teilchenförmigen Verunreinigungen die stromaufwärts gewandte Oberfläche des Körpers aus granulatförmlgem Material und wird in dem Körper aus granulatfönnigem Material sowie auf der stromaufwärts gewandten Seite des gaspermeablen Filterelements gesammelt. Im allgemeinen wird ein granulatförmiges Material bevorzugt, welches eine mittlere Korngröße von wenigstens dem 20fachen der mittleren Größe der Teilchen aufweist, die gesammelt werden sollen. Falls beispielsweise das zu behandelnde Gas ein Rauchgas ist, welches Teilchen im Größenordnungsbereich von etwa 1 bis 10 Mikron enthält, sollte der Körper aus granulatförmigem Material eine mittlere Korngröße von vorzugsweise größer als 100 Mikron aufweisen. Besonders gute Ergebnisse werden erhalten, falls das granulatförmige Material eine mittlere Korngröße im Bereich von etwa 0,2 bis 5 mm aufweist.selects which has a larger mean grain size, the majority of the particulate impurities will pass the upstream surface of the body of granular material and is collected in the body of granular material and on the upstream side of the gas permeable filter element. In general, a granular material is preferred which has an average grain size of at least 20 times the average size of the particles to be collected. If, for example, the gas to be treated is a flue gas, which particles are in the order of magnitude of about 1 to 10 microns, the body of granular material should preferably have an average grain size greater than 100 microns. Particularly good results are obtained if the granular material has an average grain size in the range from about 0.2 to 5 mm.

Erfindungsgemäß ist eine Behandlung des granulatförmigen Materials für seine Wiederverwendung eingeschlossen. Insbesondere granulatförmiges Material, welches nach Erfüllung seiner Aufgabe, nämlich die Oberfläche des gaspermeablen Filterelements abzureiben, aus der Vorrichtung entnommen worden ist, läßt sich einfach zum Zwecke der Entfernung der darin enthaltenen, teilchenförmigen Verunreinigungen behandeln. Man kann das granulatförmige Material beispielsweise sieben, auswaschen, waschen oder auf ähnliche Art behandeln. Falls das granulatförmige Material aktives Material umfaßt, welches mit gasförmigen Verunreinigungen reagiert hat, können die abreagierten Materialien ebenfalls durch herkömmliche Verfahren abgetrennt und entweder verworfen oder zur Wiederverwendung regeneriert werden.According to the invention, treatment of the granular material for its reuse is included. In particular, granular material, which after fulfillment its task, namely to rub the surface of the gas-permeable filter element, has been removed from the device, can easily be used for the purpose of removing the treat particulate contaminants contained therein. You can use the granular material for example sieve, wash out, wash or treat in a similar way. If the granular material comprises active material, which has reacted with gaseous impurities, the reacted materials can also be separated by conventional methods and either discarded or used Reuse can be regenerated.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen eine Filteranordnung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend ein Gehäuse 32, welches eine Vielzahl von paarweise und im wesentlichen verti-2, 3 and 4 show a filter arrangement 30 according to of the present invention, comprising a housing 32 which has a plurality of paired and substantially vertical

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kai angeordneten Rückhalteteilen für granulatförmiges Material 20 und paarweise vorgesehenen, gaspermeablen Filterelementen 12 enthält, die in alternierender Weise angeordnet sind, um eine Vielzahl von Durchgängen für den Körper aus granulatförmigem Material 18 zu bilden. Das Gehäuse 32 ist mit einer Gaseinlaßeinrichtung 34 und einer Gasauslaßeinrichtung 36 ausgerüstet. Das Gehäuse weist außerdem eine Einrichtung auf, die das Passieren eines Körpers aus granulatförmigem Material durch die Durchgänge ermöglicht, wie z.B. einen Einlaß für granulatförmiges Material 38 und einen Auslaß 40, wobei der Fluß des granulatfönnigen Materials durch das Gehäuse und die Durchgänge gesteuert wird, beispielsweise mittels eines Trichterventils 24. Gegebenenfalls kann die Filteranordnung 30 in dem Gehäuse 32 eine Vielzahl von Ablenkblechen 42 umfassen, damit gewährleistet wird, daß jedes der Filterelemente 12 eine äquivalente Menge des zu filternden Gases erreicht.kai arranged retaining parts for granular material 20 and provided in pairs, gas-permeable filter elements 12, which are arranged in an alternating manner to form a plurality of passages for the body of granular material 18. The case 32 is provided with a gas inlet device 34 and a gas outlet device 36 equipped. The housing also has a device for the passage of a body granular material through the passages, such as an inlet for granular material 38 and an outlet 40 wherein the flow of granular material through the housing and passages is controlled is, for example by means of a funnel valve 24. If necessary, the filter arrangement 30 in the housing 32 a plurality of baffles 42 to ensure that each of the filter elements 12 have an equivalent Amount of gas to be filtered reached.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Filterplatte 10, bei der das Rückhalteteil für granulatförmiges Material 20 ein Gitter 22a umfaßt. Fig. 6 ist eine bildliche Darstellung eines besonders bevorzugten RUckhalteteils für granulatförmiges Material 20b, wobei die einzelnen Jalousien oder Latten 22 eine unregelmäßige, stromabwärts gelegene Kante aufweisen. Bei der abgebildeten Ausführungsform sind die Latten 22 sägezahnförmlg ausgebildet. Dabei ist jeweils die stromabwärts gewandte Spitze 19 einer der Latten 22 mit dem stromabwärts gerichteten Einschnitt oder V 21 einer benachbarten Latte 22 in vertikaler Richtung in einer Linie angeordnet. Durch eine derartige Anordnung wird der Oberflächenbereich, welcher dem Teilchen enthaltenden Gas ausgesetzt ist, vergrößert, wodurch die Möglichkeit der Ausbildung eines "Kuchens" auf den stromabwärts gewandten Seiten der Latten 22 reduziert wird. Durch die gestaffelteFig. 5 shows an alternative embodiment of the filter plate 10, in which the retaining part for granular Material 20 comprises a grid 22a. Figure 6 is a pictorial representation of a particularly preferred retaining member for granular material 20b, the individual blinds or slats 22 having an irregular, downstream location Have edge. In the embodiment shown, the slats 22 are sawtooth-shaped. It is in each case the downstream-facing tip 19 of one of the slats 22 with the downstream incision or V 21 of an adjacent slat 22 arranged in a line in the vertical direction. Such an arrangement will the surface area exposed to the particle-containing gas is increased, thereby increasing the possibility of Formation of a "cake" on the downstream facing sides of the slats 22 is reduced. Through the staggered

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Anordnung der Spitzen 19 und Vs 21 wird außerdem ein unregelmäßiger Strömungsweg für den Körper aus granulatförmigem Material 18 geschaffen. Diese Maßnahme trägt zusätzlich dazu bei, den Aufbau eines Kuchens zu verhindern.Arrangement of the tips 19 and Vs 21 also creates an irregular flow path for the body of granular material 18. This measure also helps to prevent a cake from building up.

Es dürfte klar sein, daß, obwohl bei den abgebildeten, bevorzugten AusfUhrungsformen das gaspermeable Teil 12 in jedem Beispiel als ein im wesentlichen vertikal angeordnetes Teil gezeigt wird, es genauso gut auch gegen die Horizontale geneigt sein kann und immer noch einen durch die Schwerkraft bewirkten Fluß des Körpers aus granulatförmigem Material 18 ermöglicht. Für den Fachmann liegt es ebenfalls nahe, daß man Sand in einen unteren Bereich der Vorrichtung einführen und ihn aufwärts durch sie hindurch zwingen könnte. Ein solches Vorgehen würde jedoch die praktische Anwendung der Erfindung unnötig komplizieren und stellt daher keine bevorzugte oder angestrebte Arbeitsweise dar.It should be understood that, although in the preferred embodiments shown, the gas permeable member 12 in each example is arranged as a substantially vertical one Part is shown, it can just as easily be inclined to the horizontal and still be affected by gravity caused flow of the body of granular material 18 enables. It will also be obvious to those skilled in the art to introduce sand into a lower region of the device and force him up through them. However, such an approach would make the practical application of the Complicate the invention unnecessarily and therefore does not represent a preferred or desired mode of operation.

Die vorliegende Erfindung eignet sich vorzugsweise zur hochwirksamen Reinigung eines Gases, welches ein Fließbett passiert hat. Bei einem Fließbettverfahren zur Verbrennung von Kohle wird beispielsweise angestrebt, die Verbrennung unter Druck durchzuführen und daraufhin das Hochtemperatur-Verbrennungsgas durch eine Gasturbine unter Kraftentnahme zu entspannen, bevor es einem Dampferhitzer zugeleitet wird. Durch diese Anordnung wird ein äußerst wirksames System zur Erzeugung von elektrischer Energie geschaffen. Unglücklicherweise bewirken jedoch die feinen Teilchen des Fließbettmaterials oder Kohleasche schwerwiegende Erosionsprobleme bei den Expansionsablenkblechen der Turbine und machen daher eine äußerst wirksame Entfernung feiner Teilchen erforderlich. Bei der vorgeschlagenen Anwendung der Erfindung wird als Bewegbett in der Filtervorrichtung ein Fließbettmaterial verwendet. Sauberes, granulatförmiges Material,The present invention is preferably suitable for highly effective purification of a gas which is a fluidized bed happened. In a fluidized bed process for burning coal, for example, the aim is combustion carry out under pressure and then the high-temperature combustion gas through a gas turbine with power extraction to relax before it is fed to a steam heater. This arrangement makes it an extremely efficient system created for the generation of electrical energy. Unfortunately, however, the fine particles of the fluidized bed material or coal ash create serious erosion problems in the turbine expansion baffles therefore, extremely effective fine particle removal is required. In the proposed application of the invention a fluidized bed material is used as the moving bed in the filter device. Clean, granular material,

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welches für die Verwendung in dem Fließbett vorgesehen ist, wird zunächst oben in die Filtervorrichtung eingefüllt und dann aus dem Unterteil dieser Einheit direkt in das Fließbett abgelassen (zusammen mit den gesammelten, feinen Teilchen). Erschöpftes Fließbettraaterial wird, falls erforderlich, zur Regeneration und Abtrennung der Teilchen entfernt oder gegebenenfalls verworfen.which is intended for use in the fluidized bed, is first filled into the top of the filter device and then from the lower part of this unit directly into the fluidized bed drained (along with the collected fine particles). Depleted fluidized bed material is, if necessary, removed or, if appropriate, discarded for regeneration and separation of the particles.

example

Unter Verwendung einer Vorrichtung, die im wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten entspricht, wird eine Reihe von Tests durchgeführt. Die Tests werden unter Verwendung eines Gases, welches eine Temperatur von bis zu etwa 730⁰C und eine nominale Teilchenbeladung von etwa 0,8 bis 3»8 Körner/standard cubic foot aufweist, durchgeführt. Es werden zwei Typen abgetrennter Staubteilchen benutzt, d.h. (1) teilchenförmige Salze, die aus dem Abgas eines Salzschmelzenbrenners für kohlenstoffhaltiges Material gesammelt wurden, und (2) Flugasche, die mittels Elektrofiltern bei einem Elektrokraftwerk gesammelt wurde. Zusätzlich werden zwei Typen granuletförmigen Materials verwendet. Das eine ist ein 28 χ 48 Maschen/2, 5 cm (ungefähr 300 bis 700 Mikron) Aluminiumoxid und das andere ein 40 χ 70 Maschen/2,5 cm (ungefähr 200 bis 400 Mikron) Siliciumdioxid. Beide Sandtypen liefern ähnliche Ergebnisse. Das gaspermeable Filterelement besteht aus Keramikfasermaterial und ist im Handel als Saffil Aluminiumoxidpapier erhältlich. Das Keramikfasermaterial umfaßt relativ reines Aluminiumoxid und weist einen nominalen Durchmesser von etwa 3 Mikron auf. Aus den Fasern wird eine poröse Matte gebildet, die eine Dicke von etwa 0,15 cm aufweist.A series of tests are carried out using apparatus substantially similar to that shown in Figure 1. The tests are carried out using a gas which has a temperature of up to about 730 ^° C. and a nominal particle loading of about 0.8 to 3 »8 grains / standard cubic foot. Two types of separated dust particles are used, ie (1) particulate salts collected from the exhaust gas of a molten salt burner for carbonaceous material and (2) fly ash collected by electrostatic precipitators at an electric power plant. In addition, two types of granular material are used. One is 28 48 mesh / 2.5 cm (approximately 300 to 700 microns) alumina and the other is 40 70 mesh / 2.5 cm (approximately 200 to 400 microns) silica. Both types of sand give similar results. The gas permeable filter element is made of ceramic fiber material and is commercially available as Saffil aluminum oxide paper. The ceramic fiber material comprises relatively pure alumina and has a nominal diameter of about 3 microns. A porous mat about 0.15 cm thick is formed from the fibers.

Es ist einleuchtend, daß Schwankungen der Gasströmungsgeschwindigkeit oder der Temperatur den Druckabfall ebenfalls beeinflussen können und daß derartige äußere Variable mög-It is evident that gas flow rate fluctuations or the temperature can also influence the pressure drop and that such external variables

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licherweise jegliche Beobachtung des erfindungsgemäß angestrebten Effekts maskieren könnten. Die Ergebnisse werden daher als "Strömungswiderstand" und nicht als Druckabfall dargestellt. Strömungswiderstand wird als Verhältnis von Druckabfall zu Luft-zu-Tuch-Verhältnis gemäß der folgenden Gleichung definiert:Licherweise could mask any observation of the effect desired according to the invention. The results will be hence as "drag" and not as pressure drop shown. Flow resistance is expressed as the ratio of pressure drop to air-to-cloth ratio according to the following Equation defined:

. ρ inch HpO Strömungswiderstand = ⁼ "äfpm . ρ inch HpO flow resistance = ⁼ "äfpm

Dabei bedeutet das Luft-zu-Tuch-Verhältnis die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit, geteilt durch die Oberfläche des gaspermeablen Filterelements. Das Verhältnis ist in Einheiten der Geschwindigkeit (tatsächliche Fuß/min, 1 Fuß = etwa 30 cm) angegeben und entspricht der Geschwindigkeit des Gases an der Oberfläche beim Durchgang durch das Filter. Man sieht also, daß der Strömungswiderstand unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur ist, jedoch mit einer Zunahme des Druckabfalls, verursacht durch eine Akkumulation der Teilchen auf dem gaspermeablen Filterelement, zunimmt. Bei diesen Experimenten beträgt das Luft-zu-Tuch-Verhältnis 9 bis 12 afpm.The air-to-cloth ratio means the volumetric flow rate divided by the surface area of the gas-permeable filter element. The ratio is in units of speed (actual feet / min, 1 foot = approx. 30 cm) and corresponds to the speed of the gas on the surface as it passes through the filter. So you can see that the flow resistance is independent of the flow velocity and the temperature, however with an increase in the pressure drop caused by an accumulation of particles on the gas-permeable filter element, increases. In these experiments the air to wipe ratio is 9 to 12 afpm.

Fig. 7 zeigt einen Auftrag des Strömungswiderstands gegen die Zeit, während mit der Vorrichtung Flugasche gefiltert wird. Die Teilchen werden dem einströmenden Gas während der mit "An" in Fig. 7 gekennzeichneten Zeiträume zugesetzt. Beginnend mit einem sauberen, gaspermeablen Filterelement und ohne daß ein granulatförmiges Material in der Vorrichtung vorliegt, nimmt der Strömungswiderstand erwartungsgemäß zu, falls Teilchen in den Gasstrom eingebracht werden, und bleibt im wesentlichen konstant, wenn das Gas frei von Teilchen ist. Die Werte der Fig. 7 zeigen weiterhin, daß die Ansammlung der Teilchenschicht auf dem gaspermeablen Filterelement einen zunehmenden Druckabfall bewirkt, der in einer Geschwindigkeit von etwa 2,2 cm Wassersäule/h zunimmt. (Der Druck-7 shows a plot of the flow resistance against time while the device is used to filter fly ash will. The particles are added to the incoming gas during the periods marked "On" in FIG. Starting with a clean, gas-permeable filter element and without any granular material in the device is present, the flow resistance increases, as expected, if particles are introduced into the gas stream, and remains substantially constant when the gas is free of particulates. The values of FIG. 7 also show that the accumulation the particle layer on the gas-permeable filter element causes an increasing pressure drop, which at a speed of about 2.2 cm water column / h increases. (The pressure-

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abfall ist gleich der Strömungsgeschwindigkeit mal dem Luft-zu-Tuch-Verhältnis.) Folglich würde, falls nichts zur Entfernung der Staubschicht unternommen würde, der Druckabfall innerhalb von 7 Stunden mehr als etwa 15 cm Wassersäule ausmachen. Im Handel erhältliche Tuchfilter, die bei Siedegefäßen von Energiebetrieben verwendet werden, werden bei einem maximalen Druckabfall von etwa 15 cm Wassersäule betrieben. Bei einem höheren Druckabfall würden die Anforderungen an die Gebläseleistung das System unwirtschaftlich machen. Dieser Test beweist folglich die Nachteile eines herkömmlichen, gaspermeablen Filterelements.drop is equal to the flow velocity times that Air to cloth ratio.) Thus, if nothing was done to remove the dust layer, the pressure drop would be make up more than 15 cm of water column within 7 hours. Commercially available cloth filters that are available at Boiling vessels used by energy companies are used at a maximum pressure drop of about 15 cm water column operated. With a higher pressure drop, the demands on the fan power would make the system uneconomical do. This test consequently proves the disadvantages of a conventional, gas-permeable filter element.

Fig. 8 zeigt den durch Zugabe von Sand in die Vorrichtung bewirkten Effekt. Während Siliciumdioxidsand in das System gegeben wird, wird die Staubschicht auf dem Filterelement belassen. Der Ofen wird ebenfalls während der Zugabe von Sand weiterhin in Betrieb gehalten, um bei der Vorrichtung die angestrebte hohe Temperatur zu erhalten. Daraufhin wird ein sauberes Hochtemperaturgas durch die Vorrichtung strömen lassen. Punkt A in Fig. 8 zeigt den Strömungswiderstand des Systems, nachdem die Sandzugabe beendet ist. Der Abfall des Strömungswiderstands von 0,29 am Ende von Fig. 7 auf 0,21 bei Punkt A in Fig. 8 ist teilweise eine Folge davon, daß eine Portion der teilchenförmigen Schicht während der Addition von Sand von dem gaspermeablen Filterelement entfernt wird. Von Punkt A bis B wird der Sand stationär gehalten und der Strömungswiderstand ist im wesentlichen konstant. Bei Punkt B wird eine Sandeinfüllvorrichtung in Betrieb gesetzt, wodurch sich der Körper aus Sand durch die Filtervorrichtung bewegt. Man sieht deutlich, daß der Strömungswiderstand sofort zu fallen beginnt, sowie die Teilchenschicht von dem gaspermeablen Filterelement entfernt wird. Der Strömungswiderstand stellt sich bei 0,123 ein und bleibt bei diesem Wert. Bei Punkt C werden dem Gasstrom, welcherFig. 8 shows the effect brought about by adding sand to the device. While silica sand in the system is given, the dust layer is left on the filter element. The oven is also turned on during the addition of Sand continued to operate in order to maintain the desired high temperature in the device. Then will flowing a clean high temperature gas through the device. Point A in Fig. 8 shows the flow resistance of the System after the addition of sand is complete. The drop in drag from 0.29 at the end of Fig. 7 to 0.21 at point A in Fig. 8 is in part a result of a portion of the particulate layer being added during addition sand is removed from the gas permeable filter element. From point A to B the sand is kept stationary and the flow resistance is essentially constant. At point B a sand filling device is put into operation, whereby the body of sand moves through the filter device. You can clearly see that the flow resistance immediately begins to fall as the particle layer is removed from the gas permeable filter element. The flow resistance is set at 0.123 and remains at this value. At point C the gas flow, which

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durch die Vorrichtung strömt, Teilchen zugesetzt. Der Strömungswiderstand nimmt während 10 Minuten geringfügig zu und bleibt dann anschließend konstant bei etwa 0,133· In Fig. 7 wurde gezeigt, daß ohne den Körper aus sich bewegendem Sand in etwa 110 Minuten der Druckabfall sich mehr als verdoppelt haben würde. Jetzt bleibt stattdessen der Druckabfall konstant bei etwa 3,65 cm Wassersäule mit einer Abweichung von +0,7%.flowing through the device, particles are added. The flow resistance increases slightly over 10 minutes and then thereafter remains constant at about 0.133 · In Fig. 7, without the body of moving sand, in about 110 minutes the pressure drop has been shown to be more than would have doubled. Instead, the pressure drop now remains constant at around 3.65 cm water column with a deviation of + 0.7%.

Fig. 9 zeigt einen Auftrag des Strömungswiderstands gegen die Zeit bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Filtration eines Gasstroms, welcher mitgerissene Salzteilchen enthält. Das gaspermeable Filterelement ist das gleiche wie im vorhergehenden Experiment, und als granuletförmlges Material wird Aluminiumoxidsand verwendet. Aus Fig. 9 wird deutlich, daß der Druckabfall während des Tests im wesentlichen konstant bleibt. Im Gegensatz dazu wäre, wie der vorhergehende Test zeigt, bei einem stationären Sandbett eine Zunahme des Druckabfalls mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 cm/h aufgetreten. Dieses Beispiel beweist daher eindeutig die Wirksamkeit und Brauchbarkeit der vorliegenden Erfindung.9 shows a plot of the flow resistance against time when using the device according to the invention for the filtration of a gas stream which contains entrained salt particles. The gas-permeable filter element is that same as in the previous experiment, and alumina sand is used as the granular material. the end It can be seen from Figure 9 that the pressure drop remains essentially constant during the test. In contrast, as the previous test shows, with a stationary sand bed an increase in pressure drop occurred at a rate of about 2 cm / h. This example therefore clearly demonstrates the effectiveness and usefulness of the present invention.

Unter Verwendung eines gravimetrIschen Verfahrens wurde während der Tests zusätzlich die Wirksamkeit der Abtrennung gemessen. Dabei weist das Meßverfahren eine Empfindlichkeit auf, die die Bestimmung einer Teilchenmenge in dem austretenden Produktgas ermöglicht, welche einer Menge entspricht, die 0,04% der in dem Einlaßgas enthaltenen Menge ausmacht. In dem aus dem Filter austretenden Gas lassen sich keine Staubteilchen nachweisen. Daraus folgt, daß die Abtrenneffizienz größer als 99,96% ist.Using a gravimetric method, the effectiveness of the separation was also measured during the tests. The measuring method has a sensitivity which enables the determination of an amount of particles in the exiting product gas which corresponds to an amount, which is 0.04% of the amount contained in the inlet gas. No dust particles can be detected in the gas emerging from the filter. It follows that the separation efficiency is greater than 99.96%.

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Claims

1A-3041
78A18

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION El Segundo, California, USA

Filtering method and apparatus for carrying out the same

Claims

/ 1J filter device for removing particulate matter ^ - Impurities from a gas stream, characterized by a housing containing a substantially vertical arranged retaining part (20) for granulate powder Material which has openings that allow a substantially unhindered gas flow through the same, and which has upstream and downstream facing sides;

a substantially gas permeable filter element (12) with restricted flow paths, which in the Housing is arranged and a removal of particulate Impurities reached with an efficiency of more than 80%, with an upstream-facing side of the gas-permeable filter element (12) in an ab-

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ORIGINAL INSPECTED

stand von der stromabwärts gewandten Seite (16) des Rückhalteteils (20) für das granuletförmige Material angeordnet ist, um einen Durchgang zu schaffen, durch den ein Körper aus granulatförmigem Material (18) bewegt werden kann;stood from the downstream side (16) of the retaining member (20) for the granular material is arranged to create a passage through which a Body made of granular material (18) can be moved;

Einrichtungen zum Bewegen eines Körpers aus granulatförmigem Material (18) durch den Durchgang zum Zwecke des Abreibens der stromaufwärts gewandten Seite (14) des Filterelements (12);Means for moving a body of granular material (18) through the passage to the Purposes of rubbing the upstream side (14) of the filter element (12);

Gaseinlaßeinrichtungen (34) zur Zuführung eines teilchenförmiges Material enthaltenden Gases auf die stromaufwärts gewandte Seite (14) des im wesentlichen vertikal angeordneten Rückhalteteils (20) für granulatförmiges Material; undGas inlet means (34) for supplying a gas containing particulate material to the upstream facing side (14) of the substantially vertical arranged retaining member (20) for granular material; and

Gasauslaßeinrichtungen (36) zur Entfernung des Gases von der stromabwärts gewandten Seite (16) des gaspermeablen Filterelements (12), wobei das Teil und das Element die einzige Gasverbindung zwischen den Einlaß- und Auslaßeinrichtungen (34,36) darstellen.Gas outlet means (36) for removing the gas from the downstream facing side (16) of the gas permeable filter element (12), the part and the Element represent the only gas connection between the inlet and outlet devices (34,36).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das granulatförmige Material eine mittlere Teilchengröße aufweist, die wesentlich größer ist als dieje» nige der teilchenförmigen Verunreinigungen, die entfernt werden sollen.2. Device according to claim 1, characterized in that the granular material has an average particle size which is significantly larger than the » some of the particulate contaminants that need to be removed.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das granulatförmige Material eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 bis 5,0 mm aufweist.3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the granular material has an average particle size in the range from about 0.1 to 5.0 mm.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gaspermeable Filterelement (12) aus Fasern gebildet ist.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the gas-permeable filter element (12) made of fibers is formed.

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5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the fibers have a diameter in the range of about 2 to 30 microns.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that means for moving the granular Material is provided which has an intermittent movement to maintain a pressure drop of the Allows gas flow through the device within a desired range.

7. The device according to claim 1, characterized in that means for moving the body of granular Material (18) is provided, the continuous movement of the granular when the device is in operation Materials made possible.

8. The device according to claim 1, characterized in that the gas-permeable filter element (12) is formed from ceramic fibers and is suitable ^{for the filtration of gases at a temperature of about 260 ° C.}

9. Apparatus according to claim 1, characterized in that that a plurality of alternating pairs of retaining members (20) and pairs of filter elements (12) are provided is.

10. Process for removing particulate contaminants from a gas stream, characterized in that there is a gas-permeable filter element with upstream and downstream facing sides and tortuous flow paths therethrough; a Body made of granular material can act against the upstream side of the gas-permeable filter element;

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durch den Körper aus granulat!önnigem Material und das gaspermeable Filterelement ein teilchenförmige Verunreinigungen enthaltendes Gas hindurchströmen läßt, wobei die Teilchen in dem Körper aus granulatförmigem Material und auf der stromaufwärts gewandten Seite des gaspermeablen Filterelements gesammelt werden; den Körper aus granulatförmigem Material quer über die stromaufwärts gewandte Seite des gaspermeablen Filterelements bewegt, um dabei die Fläche des FiItezs abzureiben,und die Bewegung in der Weise durchführt, daß der Druckabfall während des Betriebs im wesentlichen innerhalb eines angestrebten Bereichs gehalten wird; und daß man ein im wesentlichen teilchenfreies Gas von der stromabwärts gewandten Seite des gaspermeablen Filterelements entnimmt.allows a gas containing particulate impurities to flow through the body of granular material and the gas-permeable filter element, the particles in the body of granular material and on collected on the upstream side of the gas permeable filter element; the body made of granular Material moved across the upstream side of the gas-permeable filter element to thereby cover the surface of the Rub off FiItezs, and perform the movement in such a way that that the pressure drop is maintained substantially within a desired range during operation; and that a substantially particle-free gas from the downstream facing side of the gas permeable filter element removes.

11. Verfahren nach Anspruch 1O, dadurch gekennzeichnet, daß man ein granulatförmiges Material einsetzt, welches eine Teilchengröße ausweist, die im wesentlichen größer ist als die der teilchenförmigen Verunreinigungen, welche entfernt werden sollen.11. The method according to claim 1O, characterized in, that one uses a granular material which exhibits a particle size which is substantially larger than that of the particulate contaminants which are to be removed.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ein granulatförmiges Material einsetzt, welches eine mittlere Teilchengröße innerhalb des Bereichs von etwa 0,1 bis 5»0 mm aufweist.12. The method according to claim 10, characterized in that a granular material is used which has an average particle size within the range of about 0.1 to 5 »0 mm.

13* Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gaspermeables Filterelement einsetzt, welches aus Fasern besteht.13 * The method according to claim 10, characterized in that that one uses a gas-permeable filter element which consists of fibers.

14. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser im Bereich von etwa 2 bis 30 Mikron aufweisen.14. The method according to claim 13 »characterized in that that the fibers range in diameter from about 2 to 30 microns.

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15. The method according to claim 10, characterized in that the body of granular material is intermittently moved so that a pressure drop across the gas-permeable filter element is maintained, the substantially is within a target range.

16. The method according to claim 10, characterized in that the body of granular material is continuously moved in such a way that a substantially constant, desired pressure drop is created during operation will.

17. The method according to claim 10, characterized in that there is a gas-permeable filter element made of ceramic fibers begins and introduces the particulate impurities-containing gas at a temperature above about 260 ° C.

18. The method according to claim 10, characterized in that the body of granular material across moves the upstream side of the gas permeable filter element at a speed that is within the Range from about 3 to 300 cm / min.

19. The method according to claim 10, characterized in that a gas stream is used which is also gaseous Contains impurities, and that the granular material comprises an active, granular material which reacts with the gaseous impurities and these holding back.

20. The method according to claim 10, characterized in that a fine, introduces particulate filter aid having an average particle size of about 20 to 100 microns.

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21. The method according to claim 10, characterized in that that the granular material after Passleren the upstream side of the gas permeable filter element to remove the accumulated particles treated from the same and for reuse on the upstream side of the gas permeable filter element returns.

22. The method according to claim 10, characterized in that a gas containing tellchenförmlge impurities is used, which is an outflowing gas from a fluidized bed process for contacting gas / solids, and that the granular material after its movement across the upstream side of the Gas-permeable filter element transferred into the fluidized bed.

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