JP5475789B2 - ガスフローから粒子状固体を分離するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスフロー、特に粒子状固体を搬送するためのキャリアガスフローから粒子状固体を分離するための装置に関する。当該装置は、分離室に合流する少なくとも１つの搬送導管と、粉塵および／または微粒子状固体を分離するための接続された乾式フィルタであって、洗浄されたガスフローを排出するための排出導管を有する乾式フィルタと、分離した粒子状固体を受容するための貯蔵容器とを有する。

さらに、本発明は、粒子状固体をガスフロー、特に粒子状固体を搬送するためのキャリアガスフローから分離するための方法に関する。

粒子状固体を空気圧により搬送するために用いられる搬送ガスは、搬送された固体の分離後、熱サイクロンによって、それに続いてウェットスクラバーによって洗浄されることが従来技術から知られている。このとき、水の大量消費の他に、スラリーの大量発生につながると不利である。当該スラリーは、費用のかかる方法によってのみ、再利用可能だからである。

特許文献１からは、サイクロン中にフィルタを配置することが知られている。この場合、サイクロン中で粗い分離が行われた後、フィルタ内で微細な分離が行われる。このとき、分離した材料は、さらに加工することができる。

特許文献２には、粉塵を搬送ガスから分離すること、および、このとき分離した粉塵を空の容器に搬送すること、もしくはサイクロンおよびサックフィルタにおいて洗浄することが開示されている。

特開２００５‐０７６８０３号公報 国際公開第９４／１１２８３号パンフレット

したがって、本発明の課題は、ガスフローのより確実かつ安価な洗浄を可能にするとともに、粉塵を容易に材料として利用し、さらに加工することを可能にする方法および装置を提供することにある。

本課題は、請求項１に記載の本発明に係る装置および請求項１０に記載の本発明に係る方法によって解決される。

本発明に係る装置によって、ガスフローを用いた粒子状固体の空気圧による搬送と、粒子状固体分離後のガスフローの洗浄とが組み合わされるとともに、はるかに簡易な装置が提供される。ガスフローと粒子状固体との混合物は、まず特に接線方向から分離室に到着するので、当該粒子状固体は重力に基づいて大幅に分離され、より多くの粉塵のみ、または微粒子状固体も、乾式フィルタ内に到着し、当該フィルタ内で分離する。このとき、分離室は、分離が重力だけではなく、サイクロン内のように、接線方向の流れによっても行われるように形成されている。

例えば鉄鉱石の直接還元などのように、還元冶金のプロセスガス内に生じる大量の粉塵および微粒子状固体ゆえに、このようなガスのための洗浄装置は、非常に大量でも確実に加工され得るように設計されなければならない。確実な機能を保証するために、乾式フィルタは、フィルタケーキを乾式フィルタから分離するための逆洗装置を有する。このとき、乾式フィルタは、フィルタケーキが貯蔵容器内に達するように貯蔵容器と連結している。フィルタ装置の逆洗によって、当該フィルタは洗浄され、再び最初の動作状態に復帰する。フィルタに付着した固体は、フィルタケーキとして乾式フィルタによって除去され、貯蔵容器に搬送される。それによって、もはやフィルタケーキを廃棄するとともに、個別に利用し、または個別に浄化する必要がなくなる。

当該貯蔵容器は、粒子状固体および／またはフィルタケーキを圧縮装置、特に凝集装置、または冶金アセンブリ、特に粒子状固体を加工するための溶融アセンブリに装入するための装入容器である。それによって、粒子状装入材料を、直接搬送導管から、分離室および貯蔵容器に搬送することが可能になる。このとき、周囲の雰囲気との接触は生じない。それによって、場合によっては先立つ圧縮が終わった後、直接さらに加工を行うことができるので、例えば、粒子状固体を搬送または貯蔵するための個別の装置はもはや必要ない。

しばしば、高温の粒子状固体と高温のフィルタケーキとは、雰囲気ではなくガスフローとのみ接触するので、例えば空気に触れて意図しない酸化プロセスが生じることもない。

本発明に係る装置の有利な一態様によると、搬送導管は、ガスフローおよびその中に含まれる粒子状固体の体積流量もしくは持続時間を制御するための制御器および／または弁、特に開閉弁を有している。当該装置の最適な動作を保証するために、体積流量もしくは開放時間を制御すること、もしくは制御範囲または時間範囲内に保つことが必要である。

本発明に係る装置の特に有利な一態様によると、乾式フィルタは貯蔵容器に載置されており、分離室は貯蔵容器によって形成されている。これによって非常にコンパクトな装置が可能になるので、フィルタケーキを貯蔵容器内に搬送するための個別装置を省略できる。

本発明によると、乾式フィルタは貯蔵容器の隣に配置されており、分離室は乾式フィルタの下部によって形成されている。この特別な態様は、例えば本発明に係る装置を後から取り付けた場合、または場所が狭い場合に有利である。

本発明に係る装置のさらなる態様によると、乾式フィルタは、分離した粒子状固体および／またはフィルタケーキを貯蔵容器に搬送するための排出導管を備えている。それによって、乾式フィルタを貯蔵容器の隣に配置した場合、フィルタケーキを貯蔵容器内に返送することが可能になるので、フィルタケーキは、粒子状固体と共に、さらなる加工のために供給され得る。

本発明に係る装置の適切な一態様によると、乾式フィルタは、焼結された多孔質の金属フィルタ、セラミックフィルタ、またはサックフィルタである。このようなフィルタは、許容される動作温度が高いことを特徴とするので、費用のかかる冷却装置および高いエネルギー需要は不要である。

本発明に係る装置のさらなる好ましい態様によると、貯蔵容器は、粒子状固体および／またはフィルタケーキを不活性ガス、特に窒素でパージするための複数のポートを備えている。不活性ガスでのパージは、粒子状固体が、特により高い温度を有している場合、酸化しないことを保証し、粒子状固体およびフィルタケーキの流れ挙動の改善につながる。

本発明によると、乾式フィルタ前後の圧力を測定するため、もしくは差圧を算定するためのパルス導管および圧力測定装置が設けられている。差圧は制御器に送られ、逆洗装置を制御するために考慮される。差圧を通じて、制御器によって、乾式フィルタの逆洗が制御もしくは開始されるので、乾式フィルタは最初の動作状況に戻され、当該フィルタが誤って機能することが排除される。

本発明に係る装置のさらなる態様によると、ガスフローを用いた粒子状固体の交互の供給および逆洗ガスの供給を制御するための制御器が設けられている。制御器を用いて、様々な動作状況が導入され得る。

本発明に係る方法は、粒子状固体をガスフローから、特に粒子状固体を搬送するためのキャリアガスフローから分離するために用いられる。当該ガスフローは、搬送導管を用いて、まず分離室に導入され、当該分離室において、重力によって、粒子状固体の少なくとも部分的な分離が行われる。それに続いて、今や少なくとも部分的に洗浄されたガスフローは、残存する粉塵および／または微粒子状固体を分離するために、接続された乾式フィルタに供給され、洗浄されたガスフローは、排出導管を用いて、乾式フィルタから排出され、分離した粒子状固体は貯蔵容器に供給される。本発明に係る方法によって、湿式フィルタ方法は完全に不要となる。フィルタに付着する粉塵または微粒子状固体は、当該方法において残存する。なぜなら、当該固体は粒子状固体に付加され、貯蔵容器内で、特別な、大抵は非酸化性雰囲気下で保たれるからである。したがって、フィルタケーキは、さらなる手段を講じることなく、粒子状固体と共に、さらに加工され得る。それゆえ、フィルタケーキのための追加的な浄化手段は完全に不要である。

粒子状固体および／またはフィルタケーキは、圧縮装置、特に凝集装置、および／または冶金アセンブリ、特に溶融アセンブリに、粒子状固体および／またはフィルタケーキを加工するために供給される。これらの手段によって、粒子状固体およびフィルタケーキは、共にさらに加工されるので、例えば後続のプロセス段階のための凝集体が生成され得る。このとき有利には、フィルタケーキの個別の加工は不要であり、この廃物も再利用され得る。別の選択肢として、粒子状固体およびフィルタケーキを直接、または凝集体を、溶融アセンブリに供給し、これらを例えば銑鉄または鋼一次生成物になるように溶融することも可能である。

本発明に係る方法の特別な態様によると、逆洗ガス、特に窒素が、特に３バール〜６バールの圧力下で、逆洗装置を用いて、フィルタケーキを除去するために、乾式フィルタ内に導入される。除去されたフィルタケーキは、貯蔵容器に供給される。逆洗ガスを用いたフィルタの洗浄は、フィルタ要素、例えばフィルタキャンドルなどの十分な洗浄を目標としており、パージガスは、乾式フィルタ、分離室、および貯蔵容器内の非酸化性雰囲気の調整もしくは保持のためにも考慮され得る。当該パージガスもしくはパージガスの圧力は、必要に応じて変化し得る。パージガスとしては、窒素の他に、その他の非酸化性ガス、例えば冶金プロセスで生じるプロセスガスなどが用いられる。

本発明に係る方法の特別な態様によると、パージガスが乾式フィルタに導入される時点に開始する洗浄段階の間、ガスフローおよび粒子状固体の供給は、制御器および／または弁によって遮断される。この手段によって確実に、落下する分離したフィルタケーキと、上昇するガスとの対流が、乾式フィルタ内で最小化される。当該制御器によって、パージ段階は適切に同期されるか、もしくは必要に応じて合わせられる。ここでは、乾式フィルタ内の圧力測定が用いられる。

本発明に係る方法の特別な態様によると、粒子状固体、特に微粒子状固体は、少なくとも部分的に還元鉄、鉄凝集塊、または海綿鉄である。このような鉄を含有する物質は、銑鉄もしくは鋼製品において一次生成物として用いられる。大抵の場合、当該物質の還元のように連続するプロセスステップは、溶融プロセスに直接連結しているので、まだ熱を有した鉄含有物質の加工が求められる。すでに少なくとも部分的に還元した鉄含有物質の新たな酸化を回避するために、このような物質は、しばしば非酸化性雰囲気下で搬送されるか、もしくは貯蔵または製団もしくは圧縮のために供給される。

本発明に係る方法の有利な態様によると、ガスフローは還元ガスおよび／または窒素もしくはその混合物から形成される。直接還元からのプロセスガスの使用によって、一方ではその熱容量が、他方ではその特性も、還元ガスとして利用され得る。別の選択肢としては、必要に応じて、窒素もガスフローに付加し、ガスフロー中の気体量もしくは圧力を適応させても良い。

本発明に係る方法の特に有利な態様によると、差圧は乾式フィルタにて測定され、所定の差圧レベルを超過した場合に、乾式フィルタの逆洗が、制御器を用いて導入される。制御を通じて、一方では最適な動作状況と、乾式フィルタを通って流れる気体量とが調整されるので、乾式フィルタにおける分離、もしくは逆洗間の動作継続時間が最大化され得る。さらに、差圧を通じて、いつ乾式フィルタを浄化するためのパージが行われなければならないかが決定される。

本発明に係る方法の適切な態様によると、ガスフローを用いた粒子状固体の供給は、不連続、特に周期的に、パージガスの供給で開始する洗浄周期と交互に制御されて行われる。それによって確実に、乾式フィルタは定期的に洗浄され、当該乾式フィルタの機能は常に確実化される。フィルタの洗浄の間、好ましくは粒子状固体およびガスフローの供給は中断されるので、略３バール〜６バールのパージガスの圧力で、乾式フィルタは完全にパージされる。

本発明に係る乾式フィルタを、粒子状固体のための貯蔵容器の直接上に置いた特別な配置を示す図である。

図１は、粒子状固体のための貯蔵容器１を図示する。当該貯蔵容器はしばしば、例えば直接還元した粒子状の鉄鉱石の一時貯蔵のために用いられる。貯蔵容器１は、例えば、図示されていない凝集装置および／またはやはり図示されていない溶融アセンブリと連結可能である。搬送導管２を経由して、キャリアガスフロー３によって、粒子状固体４は分離室５内に搬送される。搬送ガス導管２は分離室５に合流し、ガスフローまたはキャリアガスフロー３および粒子状固体４は接線方向から流入し、サイクロンに似た遠心力に基づいて、追加的な分離が得られる。

図１に示された特別な態様において、分離室５は、貯蔵容器１の上部領域によって形成される。流入してくるガスフロー３と粒子状固体とは、分離室５において大幅に分離し、粒子状固体６ａおよび６ｂの大部分は、重力に基づいて、貯蔵容器１内に堆積される。特に、粉塵または微粒子状固体７も、ガスフロー８ａおよび８ｂと共に、乾式フィルタ９内に引き込まれ、フィルタ要素、図示された例では多数のフィルタキャンドル１０において分離される。洗浄されたガスフローは、１つまたは複数の排出導管１２の管１１を通じて、乾式フィルタから排出され、洗浄されたガスとして、さらなる利用のために供給される。

乾式フィルタ９は、逆洗装置１３、１３ａ、１３ｂを有している。当該逆洗装置によって、パージガスは略６バールの過剰圧力下で、ガスフローの流れ方向に反して、乾式フィルタ内に導入される。フィルタケーキＦＫを形成する分離した粉塵および微粒子状固体は、フィルタキャンドル１０から再び取り除かれて、貯蔵容器１に搬送される。当該逆洗装置は、多数の導入部１３ａと対応する遮断弁１３ｂとを有する環状導管として形成される。

供給管２には、作動装置１５を有する弁１４が設けられているので、ガスフローおよび粒子状固体の供給は、開閉によって制御可能である。通常は、弁１４は作動装置１５によって常に短時間のみ開放され、必要な量の粒子状固体が搬送される。別の選択肢として、短時間の中断を伴う、大幅に連続的な搬送も考えられる。

乾式フィルタ９の現在の動作状況を確実に把握できるように、パルス導管２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、圧力もしくは差圧測定装置１６、１７と、制御器１８とが設けられているので、乾式フィルタ９の逆洗は、測定された差圧に基づいて、もしくはさらなるパラメータを考慮して行われる。このとき、当該制御器は、弁１４の切り替え状態も考慮するか、もしくは作動装置１５を通じて当該弁を制御することもできる。

貯蔵アセンブリ１内の粒子状固体およびフィルタケーキの流れ挙動を改善するために、粒子状固体およびフィルタケーキを不活性ガス、特に窒素でパージするための複数のポート１９が設けられている。

１ 貯蔵容器
２ 搬送導管
３ ガスフローまたはキャリアガスフロー
４ 粒子状固体
５ 分離室
６ａ、６ｂ 固体
７ 粉塵、微粒子状固体
８ａ、８ｂ ガスフロー
９ 乾式フィルタ
１０ フィルタキャンドル
１１ 管
１２ 排出導管
１３ 逆洗装置
１３ａ 導入部
１３ｂ 遮断弁
１４ 弁
１５ 作動装置
１６、１７ 圧力もしくは差圧測定装置
１８ 制御器
１９ パージするための複数のポート
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ パルス導管

Claims (15)

1. 粒子状固体を、前記粒子状固体（４）を搬送するためのキャリアガスフロー（３）から分離するための装置であって、
   前記装置は、
   接線方向から分離室（５）に合流する少なくとも１つの搬送導管（２）と、
   粉塵および／または微粒子状固体を分離するための乾式フィルタ（９）であって、洗浄されたガスフローを排出するための排出導管（１２）に接続された前記乾式フィルタと、
   分離された粒子状固体を受容するための貯蔵容器（１）と、
   を有しており、
   前記乾式フィルタ（９）は、フィルタケーキを前記乾式フィルタ（９）から分離するための逆洗装置（１３、１３ａ、１３ｂ）を有している装置において、
   前記乾式フィルタ（９）は、前記貯蔵容器（１）に連結されているので、前記フィルタケーキが前記貯蔵容器（１）内に達し、
   前記貯蔵容器（１）は、凝集装置または溶融アセンブリに前記粒子状個体及び／又は前記フィルタケーキを装入するために、前記粒子状固体を処理するための、前記凝集装置に、又は還元鉄を溶融する前記溶融アセンブリに連結されており、
   前記分離室は、分離が重力だけではなく、サイクロン内のように、接線方向の流れによっても行われるように形成されており、
   前記キャリアガスフローは、直接還元からのプロセスガスによって形成されており、
   前記貯蔵容器（１）には、前記粒子状固体および前記フィルタケーキを不活性ガスでパージするための複数のポート（１９）が設けられていることを特徴とする装置。
2. 前記搬送導管（２）は、前記ガスフロー（３）および前記ガスフローに含まれる粒子状固体（４）の体積流量もしくは持続時間を制御するための弁（１４）を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記乾式フィルタ（９）は前記貯蔵容器（１）に載置されており、前記分離室（５）は前記貯蔵容器（１）によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記乾式フィルタ（９）は前記貯蔵容器（１）の隣に配置されており、前記分離室（５）は前記乾式フィルタ（９）の下側部分によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
5. 前記乾式フィルタ（９）は、分離した前記粒子状固体および／または前記フィルタケーキを前記貯蔵容器（１）に排出するための排出導管を有していることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記乾式フィルタ（９）は、焼結された多孔質の金属フィルタ、セラミックフィルタ、またはサックフィルタであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記乾式フィルタ（９）の前後における圧力を測定するため、もしくは差圧を測定するために、パルス導管（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）と、圧力測定装置（１６、１７）とが設けられており、前記差圧は制御器（１８）に供給され、逆洗装置（１３、１３ａ、１３ｂ）を制御するために考慮されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 制御器（１８）が、前記ガスフロー（３）を用いた前記粒子状固体（４）の交互の供給およびパージガスの供給を制御するために設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 粒子状固体を、前記粒子状固体を搬送するためのキャリアガスフローから分離するための方法であって、前記粒子状固体は、銑鉄もしくは鋼製品のための鉄含有半製品である方法において、
   前記ガスフローは、直接還元からの非酸化性プロセスガスによって形成されており、搬送導管を用いて、まず分離室に導入され、前記分離室において、重力によって、前記粒子状固体の少なくとも部分的な分離が行われ、
   前記分離室は、分離がサイクロン内のように、接線方向に形成される流れによっても行われるように形成されており、
   それに続いて、少なくとも部分的に洗浄された前記ガスフローは、残存する粉塵および／または微粒子状固体を分離するために、乾式フィルタに供給され、
   前記洗浄されたガスフローは、排出導管を用いて、前記乾式フィルタから排出され、分離した前記粒子状固体は貯蔵容器に供給され、
   フィルタケーキは、非酸化性逆洗ガスによってフィルタから分離され、前記貯蔵容器に供給され、
   前記粒子状固体および／または前記フィルタケーキは、前記貯蔵容器に設けられた複数のポートを介して、前記貯蔵容器において不活性ガスによってパージされ、前記貯蔵容器から、前記貯蔵容器に連結された凝集装置および／または還元鉄を溶融する溶融アセンブリに、前記粒子状固体および／または前記フィルタケーキを処理するために供給されることを特徴とする方法。
10. 逆洗ガスが、逆洗ガスによるフィルタケーキの除去を可能にする圧力下で、逆洗装置を用いて、前記フィルタケーキを除去するために、前記乾式フィルタ内に導入され、除去された前記フィルタケーキは、前記貯蔵容器に供給されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. パージガスが前記乾式フィルタに導入される時点に開始する洗浄段階の間、前記ガスフローおよび前記粒子状固体の供給は、弁によって遮断されることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記粒子状固体は、少なくとも部分的に還元された鉄、鉄凝集塊、または海綿鉄であることを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ガスフローは、還元ガスおよび／または窒素もしくはその混合物から形成されることを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 差圧が前記乾式フィルタにおいて測定され、所定の差圧レベルを超過した場合に、前記乾式フィルタの逆洗が制御器によって開始されることを特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記ガスフローを用いた前記粒子状固体の供給は、不連続に、パージガスの供給で開始する洗浄周期と交互に制御されて行われることを特徴とする請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。

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