JP4215253B2 - フィルター要素とフィルターグリッドを備えたフィルターアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、流体を固体粒子から分離するのに適した複数の縦に長いフィルター要素を備えたフィルターアセンブリに関し、このフィルター要素は、密封装置中に密封された開放した上端部と、フィルター支持材に装着された閉鎖した底端部とを有し、このフィルター支持材はフィルターグリッド上に取り付けられる。本発明はさらに、上記フィルターグリッドに係り、また、フィルターアセンブリを含んだフィルター容器にも関する。

特に、本発明は、固体粒子を含んだ流体から固体粒子を濾過するための装置に関する。多くの工業プロセスにおいては、特に高温又は高圧にて、多量の固体粒子を含んだ流体が作られるが、これらの固体粒子は、該流体の使用、さらなる処理又は放出の前に除去しなければならない。例えば、石炭の通常の燃焼では、大気に放出することができないフライアッシュを含んだ排ガスが作られる。同様に、石炭のガス化又は部分酸化では、しばしば、固体を大部分除去した後、ガス及び固体の総重量を基にして０．１〜４．０重量％の様々な固体粒子を含んだガス流が作られ、この固体粒子は、フライスラグ(flyslag)又はフライアッシュ、場合によっては未燃焼の石炭を含む。流動接触プロセスでも、しばしば、生成物又は環境への汚染が許され得ない残留触媒の「微粉」を含んだガス又は液体の流れが作られる。

この問題を克服するために、様々な処理手順を用いることができる。例えば、残留固体を含んだ流体を連続的又は断続的に、フィルター又は個別のフィルターユニットの積層物に通すことができる。フィルターが完全に詰まらないように、断続的にフィルターを清浄にし又は通じるようにする。例えば、ガス又は液体のバックフラッシュをフィルターに行い、除去された粒子はフィルター容器の底に集まって連続的又は周期的な除去ができる。例えば、ＥＰ−Ａ−５５１９５１に記載されているように、音波除去、超音波除去又は亜音速除去を用いることもできる。

多くの濾過システムに共通の問題は、フィルター要素／シール又はフィルター要素／シールの積層物における１以上のフィルター要素／シール又はその密封装置の故障の可能性である。ＥＰ−Ａ−６０１７３３には、典型的にはキャンドルフィルターの場合にフィルター要素がセラミック型であるとき、フィルター要素をより良く密封するための解決策が提案されている。

例えば、バックフラッシュ手順中の圧力変動の結果として、フィルター要素が旋回運動することにより、密封の問題はますます悪化している。これらのフィルター要素は互いに近接して配置されるのが好ましいので、フィルター要素の旋回運動によってフィルター要素の損傷又は破損がさらに生じ得る。この問題の解決策はＷＯ８７／０７１８０に提案されており、この解決策では、フィルター要素が、それらの底端部に止まり穴を備え、ピン形状の制限要素に嵌められる。このピン形状の要素は、ホルダー装置に取り付けられるが、このホルダー装置は図面に示した以上にはさらに説明されていない。ピン形状の要素は、弾性キャップを備えることができ、ピン形状要素によるフィルター要素の損傷を避けつつ旋回運動を緩和することが可能になる。この装置は損傷を避けるための良い解決策であると分かったが、効率的な運転の観点からは期待外れであるようである。主な問題は、スラグ又は塊の形態を有する相当量の固体物質が、ピン形状の要素を備えたホルダー装置を詰まらせ、深刻にも、規則正しく多種多様な清掃の後でのみ有効な運転が可能であるという事実に存する。さらに、目詰まりは、フィルター要素の有効表面を減少させ、また、上記フィルター要素の破損を引き起こし得る。実際的かつ経済的に、この状況は非常に望ましくない。
ＥＰ−Ａ−５５１９５１ ＥＰ−Ａ−６０１７３３ ＷＯ８７／０７１８０

従って、１以上のフィルター要素の有害な故障を避けつつ十分長いプロセス時間の間その運転を継続するフィルター構造に対する必要性が存在した。本発明はこの必要性を満たし、新規かつ効率的な方法にて目詰まりの問題を解消する。

本発明の目的は、フィルターアセンブリと、上端部と下端部とを有する縦の容器本体と、流体を含んだ容器本体の領域と流体及び固体粒子を含んだ領域とを分離する主管板と、固体粒子から濾過すべき流体を入れるための上記容器本体の少なくとも１つの入口ポートと、流体を放出するための上記容器の出口ポート及び固体粒子を放出するための上記容器の出口ポートとを備えるフィルター容器、及び上記フィルターアセンブリ、並びに上記フィルターアセンブリにおいて用いられる少なくとも１つのフィルターグリッドを提供することである。このため、本発明のフィルターグリッドを備えたフィルターアセンブリでは、フィルターグリッドが、該フィルターグリッドを共に形成する複数のグリッド要素を有し、２つの隣接するフィルター要素間のグリッド要素の断面の少なくとも一部が尖った形状を有することを特徴とする。グリッド要素の先端部は、グリッド要素の上に固体物質が積み重なるのを避けるために、重力と反対方向に向けられる。このフィルターアセンブリは、流体と固体粒子を分離するために、好ましくは３０〜９０°の安息角、より好ましくは４０〜７０°の安息角の固体粒子を分離するために用いられる。そのような安息角を有する固体粒子は、例えばフライアッシュである。この安息角は、「Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｆｉｎｅ ｐｏｗｄｅｒｓ」，Ｋ．Ｒｉｅｔｅｍａ，１９９１，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ Ｌｔｄ．，第５３?５６頁に記載のように、粉末が水平面上で一塊にて自由に降ろされたときに示される傾斜である。実際、本発明によるフィルター容器は、合成ガスからフライアッシュを精製する上で有効である。主に一酸化炭素、水素、窒素、二酸化炭素及び水を含んだ合成ガスは、石炭ガス化プロセスにおいて得られる一般的なガスである。本発明のフィルター容器は、冷却された精製済み合成ガスを作るための石炭ガス化プラントにおいて一体として使用することができる。この合成ガスは、ガス化装置自体におけるクエンチガスとして適切に使用できる。好ましくは、この合成ガスが好ましくは化学又は電力用途にて用いられる前に、硫黄成分を除去すべくガス処理プロセスにおいてさらに処理される。化学的用途の例としては、アンモニアやメタノールの製造、及びフィッシャー−トロプシュプロセス用の原料としてがある。フライアッシュは、セラミック材料などのような構造材料における接着剤として使用することができる。

限定的ではない以下の図面において本発明をさらに説明する。
図１は、密封装置、主管板、フィルター要素、フィルター支持材及びフィルターグリッドを有するフィルター容器を示す。
図２は、フィルターグリッドの平面図を示す。
図３は、線Ａ−Ａによる断面図を示す。
図４は、線Ｂ−Ｂによる断面図を示す。

図１では、縦の容器本体１が、上端部２及び下端部３、固体粒子から濾過すべき流体を入れるための該容器本体の入口ポート４、流体を放出するための該容器の出口ポート５及び固体粒子を放出するための該容器の出口ポート６を備える。この容器は、流体を含んだ容器本体１の領域と流体及び固体粒子を含んだ領域とを分離する主管板１８を備える。この容器はさらに、バックフラッシュ手段９を備えた４つのフィルター要素７（簡単のため４つのフィルター要素のみ示した）を含む。フィルター要素７は、多孔質セラミック又は多孔質金属物質から作ることができる。フィルター要素７の下端部は、フィルターグリッド１１に含まれるフィルター支持材１０に取り付けられる。容器１は、複数のフィルター要素７を有する１つのフィルターグリッド１１を含むことができるが、通常、容器１は、複数のフィルターグリッド１１、例えば容器本体１内に配置された６〜２４個のフィルターグリッドを含み、その各々が例えば３０〜５０個のフィルター要素７を備える。

図２では、フィルターグリッドの特定の実施態様を示す。このグリッドは、複数のグリッド要素１２から構成される。フィルター容器に適合する形状ならば使用できる。この例では、六角形の形状であり、１８個のグリッド要素を含む。この例の構造によると、総計５２個の交差点１３が得られ、そのうちの４つが、フィルター容器内におい例えば支持材８を介して又は直接にてグリッドを主管板１８に固定するための固定点１４として使用される。この例では、他の総ての交差点１３は、フィルター支持材１０を備え、このフィルター支持材１０は、この例ではピンのように延びた形態を有している。もちろん、１又はそれより多い交差点１３において、フィルター支持材１０を削除することもできる。グリッド要素１２の交差点１３のうち９０％より多くの交差点にフィルター支持材１０を設けるのが好ましい。

これ実施態様では、角の点として４つの交差点１３により、平行四辺形の形状の開口が得られる。フィルター要素７がフィルター支持材１０上又は中に配置されると、フィルター要素７の断面の大きさを有する交差点周辺のスペースが、フィルター要素７によって占められる。グリッド要素１２の最大厚みでの水平断面の総面積（図２の平面図に示されている）対、フィルターグリッド１１の開放部分１５の総面積の比は、１：１．５より小さく、好ましくは１：（１．５〜１５）であり、さらに好ましくは１：（３．５〜５）である。この比は、開放部分１５が詰まるのを防ぐのに重要である。開放部分の大きさは、これらの開放部分１５を通過しなけらばならない粒子又は粒子の塊の大きさよりも、通常は少なくとも７倍大きく、好ましくは９〜１２倍大きい。ピン形状の要素１０又はピン形状の要素１０が嵌まるフィルター要素７の凹みは、ＷＯ８７／０７１８０に記載のような弾性キャップを備えることができる。

図３では、図２の線Ａ−Ａに沿った断面図にて、交差点１３、グリッド要素１２、及びピン状の延長部１０（フィルター支持材）が示される。このピン状の延長部１０（フィルター支持材）は、交差点１３に設けられた穴又は凹みに嵌められる。

図４では、グリッド要素１２の断面図が示される。このグリッド要素は先端部１７を有し、その角度τは、２＊（９０−α）以下であり、垂線１９と該先端部の各エッジとの角度τ_１及びτ_２は、（９０−α）より小さい。ここで、αは、固体粒子の安息角を表す。図４では、角度τが約３０°であり、角度τ_１及びτ_２の各々が約１５°であり、これにより、この実施態様にて７５°以下の安息角の固体粒子を分離するのに適するようになる。これらの角度は、グリッド要素１２上に固体物質が堆積するのを防ぐのに必要とされる。固体物質が堆積すると、最終的にはフィルター要素７間の接触を形成し得るので、その損傷又は破損の危険を増してしまう。グリッド要素１２の厚みｄは、上記グリッド要素１２の最大厚みである。この厚みはできるだけ小さいのが好ましいが、フィルターグリッド１１の堅さを保証するのに十分な大きさでなければならない。好ましくは、グリッド要素１２は、グリッド要素１２上への固体物質の堆積を防ぐという特徴をさらに改善するために、例えば研磨加工により滑らかにされる。

密封装置、主管板、フィルター要素、フィルター支持材及びフィルターグリッドを有するフィルター容器を示す。 フィルターグリッドの平面図を示す。 線Ａ−Ａによる断面図を示す。 線Ｂ−Ｂによる断面図を示す。

符号の説明

１ 容器
２ 上端部
３ 下端部
４ 入口ポート
５ 出口ポート
６ 出口ポート
７ フィルター要素
８ 密封装置
９ バックフラッシュ手段
１０ フィルター支持材
１１ フィルターグリッド
１２ グリッド要素
１３ 交差点
１４ 固定点
１５ 開放部分
１７ 先端部
１８ 主管板

Claims (11)

1. 流体を固体粒子から分離するのに適した複数の縦に長いフィルター要素（７）を備えるフィルターアセンブリであって、該フィルター要素（７）は、密封装置（８）中に密封された開放した上端部（２）と、フィルターグリッド（１１）上に取り付けられたフィルター支持材（１０）に装着された閉鎖した底端部とを有する該フィルターアセンブリにおいて、
   フィルターグリッド（１１）が、該フィルターグリッド（１１）を共に形成する複数のグリッド要素（１２）を有し、隣接する２つのフィルター要素（７）の間のグリッド要素（１２）の断面の少なくとも一部が尖った形状を有することを特徴とする前記フィルターアセンブリ。
2. グリッド要素（１２）の断面が、フィルター要素（７）間のグリッド要素（１２）の少なくとも全部分にわたって尖った形状を有する、請求項１に記載のフィルターアセンブリ。
3. グリッド要素（１２）の断面の先端部（１７）が、角度τ、ただしτ＜２＊（９０−α）を有し、垂線と前記先端部（１７）の各エッジの角度τ_１及びτ_２が、（９０−α）以下であり、ここでαは固体粒子の安息角を表す、請求項１又は２に記載のフィルターアセンブリ。
4. フィルター要素（７）が少なくともほぼ垂直に取り付けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルターアセンブリ。
5. グリッド要素（１２）の表面が滑らかにされている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルターアセンブリ。
6. フィルター支持材（１０）が、フィルター要素（７）に設けられた凹部に嵌まる縦に長い延長部である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルターアセンブリ。
7. フィルター支持材（１０）が、少なくとも２つのグリッド要素（１２）の交差点に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルターアセンブリ。
8. グリッド要素（１２）の最大厚みでの水平断面の総面積、対、フィルターグリッド（１１）の開放部分（１５）の総面積の比が、１：１．５より小さい、請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルターアセンブリ。
9. グリッド要素（１２）の最大厚みでの水平断面の総面積、対、フィルターグリッド（１１）の開放部分（１５）の総面積の比が、１：３．５から１：５までの間である、請求項８に記載のフィルターアセンブリ。
10. 流体を固体粒子から分離するのに適した複数のフィルター要素（７）を収容するためのフィルターグリッド（１１）であって、フィルター支持材（１０）、好ましくはフィルター要素（７）に設けられた凹部に嵌まる縦に長い延長部を備えた該フィルターグリッド（１１）において、
    隣接した２つのフィルター要素（７）の間のグリッド要素（１２）の断面の少なくとも一部が尖った形状を有することを特徴とする前記フィルターグリッド。
11. − 上端部（２）と下端部（３）とを有する縦の容器本体（１）；
    − 流体を含んだ容器本体（１）の領域と流体及び固体粒子を含んだ領域とを分離する主管板（１８）；
    − 固体粒子から濾過すべき流体を入れるための前記容器本体（１）の少なくとも１つの入口ポート（４）；
    − 流体を放出するため、及び固体粒子を放出するための前記容器の出口ポート（５、６）；
    − 請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのフィルターアセンブリ
    を備える前記フィルター容器。