JPH0125513B2 - - Google Patents

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JPH0125513B2
JPH0125513B2 JP57105250A JP10525082A JPH0125513B2 JP H0125513 B2 JPH0125513 B2 JP H0125513B2 JP 57105250 A JP57105250 A JP 57105250A JP 10525082 A JP10525082 A JP 10525082A JP H0125513 B2 JPH0125513 B2 JP H0125513B2
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gas stream
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stream
hot
particulate
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JP57105250A
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Japanese (ja)
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JPS5813661A (en
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Kuraaku Moogan Aran
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Cabot Corp
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Publication date
Application filed by Cabot Corp filed Critical Cabot Corp
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Publication of JPH0125513B2 publication Critical patent/JPH0125513B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D51/00Auxiliary pretreatment of gases or vapours to be cleaned
    • B01D51/10Conditioning the gas to be cleaned
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D47/00Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/50Furnace black ; Preparation thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28CHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28CHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/10Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material
    • F28C3/12Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material the heat-exchange medium being a particulate material and a gas, vapour, or liquid

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  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広くは粒子を含むプロセス流の冷却に
関し更に詳しくは熱い、粒子を含むプロセス流を
冷却し且つそれから布過によつて粒子負荷を分
離するための方法及び装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates generally to the cooling of particulate-containing process streams, and more particularly to a method and apparatus for cooling a hot, particulate-containing process stream and separating the particulate load therefrom by sieving. Regarding.

多くの工業プロセスに於いて、製品又は副産物
が浮遊微粒子の形で、即ち熱ガス流成分中に連行
される固体粒子物成分の形で生産される。例え
ば、フアーネスカーボンブラツクは炭化水素を含
む原料の熱分解及び/又は不完全燃焼によつて作
られ、且つ通常最初は熱い副産物煙道ガス中に浮
遊した粒状カーボンブラツク製品又はエーロゾル
の形で作られる。このカーボンブラツクプロセス
流はカーボンブラツク形成反応器の中で急冷され
てそのカーボンブラツク形成反応を止め、更に冷
却されて次にこのカーボンブラツク製品を収集す
るため布過で処理される。熱い、粒子を含むプ
ロセス流が冷却され、次に布過を受ける工業プ
ロセスで、本発明を使つて良い結果が得られる他
のいくつかの典型的プロセスは、石炭だき原動装
置煙道ガスのそれからの粒子負荷過前の処理、
乾式セメント焼成流の冷却、焼成鉱石又は岩石塵
含有流の冷却、等である。
In many industrial processes, products or by-products are produced in the form of suspended particulates, ie, solid particulate components entrained in hot gas stream components. For example, furnace carbon black is produced by the pyrolysis and/or incomplete combustion of hydrocarbon-containing feedstocks, and is usually initially produced in the form of particulate carbon black products or aerosols suspended in hot by-product flue gases. It will be done. The carbon black process stream is quenched in a carbon black forming reactor to stop the carbon black forming reaction, further cooled and then processed through a sieve to collect the carbon black product. Some other typical processes in which the present invention can be used with good results in industrial processes where a hot, particulate-laden process stream is cooled and then subjected to sieving are those of coal-fired power plant flue gas. treatment before particle overloading,
Cooling of dry cement calcined streams, cooling of calcined ore or rock dust-containing streams, etc.

典型的には商用の布過法は粒子を含むガス状
流れを、このプロセス流のガス状成分を通すに十
分であると同時に一方では粒子成分を通すには不
十分である選択された多孔率又は透過率を有する
1つ又はそれ以上の布又は織物過要素を通して
流すことを含む。従つて、粒子成分はガス状成分
から分離され且つ布過要素の上流又は収集側に
堆積する。周期的再加圧又はガス流の反転、機械
的揺動又は振動等によるなど、粒子負荷を過要
素から取除く援助をする手段が通常設けられる。
このようにして分離された粒子負荷は一般に収集
ホツパーの中に導かれ、そして包装及び/又は完
成粒子製品を作るのに望ましい又は必要なそれ以
上の処理をするためそれから周期的に取出され
る。商用のフアーネスカーボンブラツクプロセス
では、布過装置から集められた所謂“ふわふわ
した”カーボンブラツクは、例えば湿式ペレツト
化;乾式ペレツト化;圧縮;焼成;空気、オゾン
又は鉱酸での表面酸化;ピンミル、ハンマーミ
ル、又は流体エネルギーミル等による粉砕;界面
活性剤、オイル又はオイルエマルジヨン等による
処理などのような追加の処理を受けることもあ
る。
Typically, commercial cloth filtration processes pass a gaseous stream containing particles through a selected porosity that is sufficient to pass the gaseous component of the process stream, but insufficient to pass the particulate component. or flowing through one or more cloth or textile elements having a transmittance. The particulate component is thus separated from the gaseous component and deposited on the upstream or collection side of the sieving element. Means are usually provided to assist in removing the particle load from the overloaded element, such as by periodic repressurization or reversal of gas flow, mechanical rocking or vibration, or the like.
The particle load thus separated is generally directed into a collection hopper and periodically removed therefrom for further processing as desired or necessary to produce packaging and/or finished particle products. In commercial furnace carbon black processes, the so-called "fluffy" carbon black collected from the filtration equipment is processed, for example, by wet pelletizing; dry pelletizing; compaction; calcination; surface oxidation with air, ozone or mineral acids; It may also be subjected to additional treatments such as grinding, such as by milling, hammer mill, or fluid energy mill; treatment with surfactants, oils or oil emulsions, etc.

過要素を作るために使われる布材料は通常、
ガラス、木綿、羊毛、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリテトラフルオロエチレン又はそれらの配
合のような紡織繊維の織布又は不織布からなる。
該材料は使用する粒子布過装置に要する幾何形
状に成形又は縫製される。普通使われる過装置
の1つは所謂“バツグフイルター”で、その布
過要素は長い管状である。他の知られている布
過装置は封筒、シート、ボルト、又は円板の形の
布過要素を使う。ある他の知られている布過
装置は、布過要素が単に、粒子を含むプロセス
流が通されるカートリツジ要素に対する詰め物又
は充填材の形で使われる本質的に無形である布
過要素を使う。
The fabric material used to make the superelements is usually
It consists of woven or non-woven fabrics of textile fibers such as glass, cotton, wool, polyamide, polyester, polytetrafluoroethylene or blends thereof.
The material is shaped or sewn into the geometry required for the particle filtration device used. One commonly used filtration device is the so-called "bug filter", the filtration element of which is long and tubular. Other known screening devices use screening elements in the form of envelopes, sheets, bolts, or discs. Certain other known filtration devices employ filtration elements that are essentially intangible, where the filtration elements are simply used in the form of a wad or filler for a cartridge element through which a process stream containing particles is passed. .

しかし、使われる粒子布過装置が何であれ、
その中に導かれる粒子を含むプロセス流がその布
過要素に有害である程高くない温度であること
が不可欠である。しかも、同様に、この過装置
に導入されるプロセス流の温度が、この装置内の
雰囲気をプロセス流のガス状成分の露点以上に維
持し、それによつてそれからの凝縮物の凝縮をゆ
るめるに十分高いことも重要である。勿論、前者
の温度基準の維持の失敗は布過要素の寿命を極
端に縮める。後者の温度基準の維持の失敗は品質
の落ちた及び/又は湿つた粒子製品を集収し且つ
布過要素が目詰まりする結果につながる。フア
ーネスカーボンブラツク操業の場合、ぬれたカー
ボンブラツクを布過装置の中へ集めることは収
集段階の効率に悪影響するだけでなく、集められ
たカーボンブラツクのペレツト化、圧縮又は化学
後処理のような下流仕上作業の効率及び品質、並
びに出来た完成カーボンブラツク製品の品質及び
均一性に悪影響することがある。
However, whatever the particle filtration device used,
It is essential that the process stream containing particles introduced therein is not at a temperature so high as to be detrimental to the filtration element. Moreover, the temperature of the process stream introduced into the filtration device is also sufficient to maintain the atmosphere within the device above the dew point of the gaseous components of the process stream, thereby slowing the condensation of condensate therefrom. It is also important to be high. Of course, failure to maintain the former temperature standard will drastically shorten the life of the sieving element. Failure to maintain the latter temperature standard may result in collection of degraded and/or wet particle product and clogging of the sieving element. In the case of furnace carbon black operations, collecting wet carbon black into the sieve equipment not only adversely affects the efficiency of the collection stage, but also involves the use of other methods such as pelletizing, compacting or chemical post-treatment of the collected carbon black. The efficiency and quality of downstream finishing operations and the quality and uniformity of the resulting finished carbon black product can be adversely affected.

間接熱交換器によつて熱い、粒子を含むプロセ
ス流を前述の温度基準内に冷却することは可能で
あるが、そのような熱交換器の効率的且つ経済的
運転の問題が出ずる。普通、粒子を含むプロセス
流を布過で処理するための目標温度は約149℃
から約371℃の範囲であろう。間接熱交換は通常
達成されるべき温度低下が比較的大きい、例え
ば、300℃のオーダのとき、及び冷却されるべき
熱いプロセス流が実質的に約538℃以上の温度の
ときにのみ熱抽出の経済的に正当と認め得る方法
である。それ故、例えば、間接熱交換法によつて
538℃の粒子を含むプロセス流を約260℃に冷却す
ることは一般に相当に高価な装置を要し、そのプ
ロセスの経済性は通常抽出した熱エネルギーを完
全に差引いたとしても正当とは認められない。そ
の上、間接熱交換装置は通常比較的静的なプロセ
ス条件の下での運転に適合しており、従つて通常
変化するプロセス条件に応じての合理的に正確な
制御には適していない。従つて、これら前述の欠
点から見て、第一に、間接熱交換によつて熱いプ
ロセス流から経済的に可能な限り多くの熱を抽出
し且つ差し引き、そして、その後、このプロセス
流をそれに液体水を噴霧することによつて適当な
布過温度に更に急冷することが化学プラント操
業に於ける従来の方法である。
Although it is possible to cool a hot, particulate-containing process stream to within the aforementioned temperature criteria by means of indirect heat exchangers, the problem of efficient and economical operation of such heat exchangers arises. Typically, the target temperature for sieving particle-containing process streams is approximately 149°C.
It will range from about 371 degrees Celsius. Indirect heat exchange is usually used for heat extraction only when the temperature reduction to be achieved is relatively large, e.g., on the order of 300°C, and when the hot process stream to be cooled is at a temperature substantially above about 538°C. This is an economically justifiable method. Therefore, for example, by indirect heat exchange method
Cooling a process stream containing particles at 538°C to about 260°C generally requires fairly expensive equipment, and the economics of the process are usually not justified even when the thermal energy extracted is completely deducted. do not have. Moreover, indirect heat exchange devices are typically adapted for operation under relatively static process conditions and are therefore typically not suitable for reasonably accurate control in response to changing process conditions. Therefore, in view of these aforementioned drawbacks, the first step is to extract and subtract as much heat as economically possible from the hot process stream by indirect heat exchange, and then convert this process stream into a liquid. Further rapid cooling to a suitable fabric temperature by spraying with water is a conventional method in chemical plant operations.

このプロセス流の適当な布過温度への急冷は
液体水を、冷却された流れが布過装置に入る入
口の比較的遠い上流のある点でこのプロセス流の
中への圧力又は二流体噴霧によつて行われる。噴
霧は、吹付に比べて、通常の吹付手法によつて作
り得る比較的大きな小滴より勿論、速く蒸発する
微細な小滴を作るために行われる。冷却水をプロ
セス流の中へ噴霧する点と過装置の間に置かれ
た長い導管は、液体水の微粒子が、冷却されたプ
ロセス流が布過装置に入る前に、完全に蒸発す
るために十分な時間を保証する目的で設けられて
いる。勿論、プロセス流中の液体水を完全に蒸発
させることに失敗することは前に布過装置内の
プロセス流のガス状成分の凝集に関して議論した
のと類似した難点につながる。
Rapid cooling of this process stream to a suitable filter temperature causes liquid water to be forced into a pressure or two-fluid spray into this process stream at a point relatively far upstream of the inlet where the cooled stream enters the filter device. It is done by folding. Atomization, compared to spraying, is performed to produce fine droplets that evaporate faster as well as the relatively larger droplets that can be produced by conventional spraying techniques. A long conduit placed between the point where the cooling water is sprayed into the process stream and the sieve device is used to ensure that the liquid water particles are completely evaporated before the cooled process stream enters the sieve device. It is designed to ensure that there is sufficient time. Of course, failure to completely evaporate liquid water in the process stream leads to difficulties similar to those previously discussed with respect to agglomeration of gaseous components of the process stream within the filtration device.

液体冷却水をプロセス流の中へ噴霧した後に比
較的長い滞在時間を設ける基礎的理由は、出願人
が知る限りでは、工業の運営に現在利用できる二
流体噴霧も圧力噴霧も微小サイズの水滴を十分に
広いプロセス条件の範囲にわたつてプロセス流内
でその均一に急速且つ完全な蒸発を保証すること
に関する性能にどちらも役に立たないという事実
にある。圧力噴霧に於いて、水は制限オリフイス
を持つノズルから押し出され、噴射された水が小
滴に破砕される効率及びそのようにされた小滴の
平均サイズは噴霧ノズルのオリフイスの大きさ及
びそのオリフイスを横切つて生じる圧力降下に大
きく依存する。次に、与えられた寸法のオリフイ
スを通る水の流量は、勿論、この圧力降下の関数
で、圧力降下が大きければ大きい程、流量も大き
い。前述のパラメータのいずれかに於ける小さな
変化も作られる水滴の均一性及び大きさに非常に
強い影響を与える。大ていの工業化学プラント設
置に対し、与えられた圧力噴霧ノズルのオリフイ
スサイズは不変パラメータと考えてもよい。しか
し、流量と圧力降下に関してはそうではない。工
業プラント操業に於いて、水管路の圧力及び流量
並びに急冷されるべきプロセス流の温度及び流量
は通常かなりの変動を受ける。例えば製品の性質
を変えるために反応器の状態を変えるためによる
など、熱いプロセス流の温度及び/又は流量が変
えられるとき、普通その布過処理の準備のため
の所望の目標温度を達成するためにプロセス流の
中に噴霧する冷却水の量を変えることも必要であ
る。それ故、噴霧ノズルに加えられる水圧のかな
りの変化が付随的に又は設計によつて起こるかも
知れず且つ圧力噴霧ノズルがその設計圧力降下値
及び流量値まで作動せず又できないプロセス動作
の周期につなげることができる。そのような条件
の下では、圧力噴霧法によつて作られた小滴はは
るかに大きくなり且つ小滴の均一性が減ずるの
で、プロセス流中の水の完全蒸発を保証するため
にこの急冷されたプロセス流中にかなり長い時間
滞在することを要する。二流体噴霧ノズルは動力
ガスを使つてそのノズル内で水流を微細小滴に破
壊し、且つ、この動力ガス中に含まれた、該小滴
をプロセスガス流中に噴射する。効率的に運転す
るため、そのような二流体ノズルは一般に比較的
大流量の原動ガスを使用し、そのガスは通常工場
現場で固有に入手はできず、且つそのガスは、ど
の場合にも、結局は下流の布過装置によつて取
扱わねばならないプロセス流に追加のガス負荷を
表す。
The basic reason for the relatively long residence time after spraying liquid cooling water into a process stream is that, to Applicant's knowledge, neither two-fluid nor pressure sprays currently available in industrial operations produce water droplets of minute size. The fact lies in the fact that neither contributes to performance in ensuring its uniformly rapid and complete evaporation within the process stream over a sufficiently wide range of process conditions. In pressure atomization, water is forced through a nozzle with a restricting orifice, and the efficiency with which the injected water is broken up into droplets and the average size of the droplets so produced depend on the size of the orifice of the atomization nozzle and its Much depends on the pressure drop that occurs across the orifice. The flow rate of water through an orifice of a given size is then, of course, a function of this pressure drop, the greater the pressure drop, the greater the flow rate. Even small changes in any of the aforementioned parameters have a very strong influence on the uniformity and size of the water droplets produced. For most industrial chemical plant installations, the orifice size of a given pressure spray nozzle may be considered a constant parameter. However, this is not the case with respect to flow rate and pressure drop. In industrial plant operations, the pressure and flow rate of water lines and the temperature and flow rate of the process stream to be quenched are typically subject to considerable variation. When the temperature and/or flow rate of a hot process stream is varied, such as by changing the conditions of the reactor to change the properties of the product, typically to achieve the desired target temperature for preparation of the fabric filter treatment. It is also necessary to vary the amount of cooling water sprayed into the process stream. Therefore, significant changes in the water pressure applied to the spray nozzle may occur incidentally or by design and during periods of process operation where the pressure spray nozzle does not and cannot operate to its design pressure drop and flow values. Can be connected. Under such conditions, the droplets produced by pressure atomization become much larger and the uniformity of the droplets is reduced, so this quenching process is necessary to ensure complete evaporation of water in the process stream. requires a considerable amount of time in the process stream. A two-fluid atomizing nozzle uses a motive gas to break up a water stream into fine droplets within the nozzle and inject the droplets contained in the motive gas into a process gas stream. In order to operate efficiently, such two-fluid nozzles generally use relatively high flow rates of motive gas, which gas is not normally available indigenously on the factory floor, and which in any case is It ultimately represents an additional gas load on the process stream that must be handled by downstream filtration equipment.

圧力又は二流体噴霧冷却水のプロセス流中の滞
在時間を最大にするための通例の方法は、前述の
ように、大容量の導管又は所謂“立上り管”をプ
ロセス流中への冷却水の噴霧点と布過装置の間
に介在させることであつた。噴霧された冷却水の
小滴の大きさが比較的大きいこれらの条件の下で
は、その蒸発速度は立上り管を流れるプロセス流
内で大きく減じられることがある。フアーネスカ
ーボンブラツク操業に於いてはそのような蒸発速
度の減少は立上り管内でのプロセス流の粒子成分
のぬれ及び集塊化の機会を増し、かなりの量の硬
い粗い集塊をその中にもつたカーボンブラツク製
品を集めることにつながる。その上、このプロセ
ス流がしばしば高度に腐食性であることがあると
いう事実の観点から、この立上り導管もしばしば
高価な耐食性合金で作られる必要がある。それに
もかゝわらず、これまでは布過装置内の液体の
存在を避ける必要性の方がそれに先立つ大量耐食
合金立上り管の建造及び運転によつて課されるか
なりの経済的不利並びに立上り管内での粒子成分
の集塊という前述の現象に遭遇する危険よりもま
さり、本発明の出現まで、工業界はプロセス流の
中に導入された冷却水の広範囲のプロセス条件に
わたつての完全な蒸発を保証するようにこれらの
欠点をいやいやながら受入れていた。
A common method for maximizing the residence time of pressure or two-fluid spray cooling water in a process stream is to use a large volume conduit or so-called "risepipe" to spray the cooling water into the process stream, as described above. The solution was to intervene between the point and the cloth filtering device. Under these conditions, where the atomized cooling water droplet size is relatively large, its evaporation rate can be greatly reduced within the process stream flowing through the riser. In furnace carbon black operations, such a reduction in evaporation rate increases the chance of wetting and agglomeration of the particulate components of the process stream in the riser, with a significant amount of hard, coarse agglomerates present therein. This will lead to the collection of carbon black products. Moreover, in view of the fact that this process stream can often be highly corrosive, this riser conduit also often needs to be made of expensive corrosion-resistant alloys. Nevertheless, heretofore the need to avoid the presence of liquid in the sieving equipment has outweighed the considerable economic disadvantages imposed by the construction and operation of preceding bulk corrosion-resistant alloy risers and the need to avoid the presence of liquid in the riser. Until the advent of the present invention, the industry was unable to achieve complete evaporation of the cooling water introduced into the process stream over a wide range of process conditions. These shortcomings were grudgingly accepted in order to ensure that.

本発明によれば、上述の難点の多くは完全に解
決されるか又は少くとも実質的に改善されてい
る。
According to the present invention, many of the above-mentioned difficulties are completely resolved or at least substantially ameliorated.

本発明の主な目的は熱い、粒子を含むガス流を
冷却するための新規な方法を提供することにあ
る。
The main object of the invention is to provide a new method for cooling hot, particle-laden gas streams.

本発明の他の目的は熱い、粒子を含むガス流を
冷却するための新規な装置を提供することにあ
る。
Another object of the invention is to provide a new device for cooling a hot, particulate-laden gas stream.

本発明の他の目的は熱い、粒子を含むプロセス
流から粒子成分を分離するための改良された統合
された方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an improved integrated method for separating particulate components from hot, particulate-containing process streams.

本発明の他の目的は熱い、粒子を含むプロセス
流から粒子成分を分離するための改良された統合
されたシステムを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an improved integrated system for separating particulate components from hot, particulate-containing process streams.

本発明の更に他の目的は熱い、フアーネスカー
ボンブラツクを含むプロセス流からフアーネスカ
ーボンブラツク分離するための改良された統合さ
れた方法及びシステムを提供することにある。
Yet another object of the present invention is to provide an improved integrated method and system for separating furnace carbon black from hot, furnace carbon black-containing process streams.

本発明のその他の目的や利点は一部は自明であ
り、一部は以後に現れるであろう。
Other objects and advantages of the invention will be apparent in part and in part hereafter.

本発明によれば、熱い、粒子を含むガス流がこ
のプロセス流を少くとも0.25のマツハ数に加速す
るようにされた形状・寸法をもつベンチユリ形導
管を通して導かれる。このベンチユリ形導管のの
ど部内で液体水が多数の拘速されないオリフイス
を通して該ガス流中にほゞ横に噴射する。液体水
の導入点でのプロセス流の強力な流れのために、
複数の水流は急速に破砕され、分解され、そして
比較的微細な大きさの均一な小滴にせん断され、
それによつてこのようにして作られた水の小滴の
急速な蒸発によつてこのガス流から熱を抽出す
る。このようにして冷却されたガス又はプロセス
流は布過装置に導かれ、そこで粒子成分がガス
成分から分離される。
According to the invention, a hot, particulate-laden gas stream is directed through a bench lily-shaped conduit whose shape and dimensions are adapted to accelerate the process stream to a Matzha number of at least 0.25. Within the throat of this bench lily conduit, liquid water is injected generally laterally into the gas stream through a number of unconstrained orifices. Due to the strong flow of the process stream at the point of introduction of liquid water,
The multiple water streams are rapidly fractured, broken up, and sheared into uniform droplets of relatively fine size,
Heat is thereby extracted from this gas stream by rapid evaporation of the water droplets thus created. The thus cooled gas or process stream is directed to a sieve device where the particulate components are separated from the gaseous components.

さて、第1図を参照すると、従来のフアーネス
カーボンブラツクプロセスラインが主要要素1,
9,14及び15を含んで描かれている。炭化水
素を含む原料、燃料及びガス状酸化体(通常は空
気)がカーボンブラツク反応器1の中に導入され
る。そこで出来た混合物が点火され、燃焼する反
応混合物が耐火物をライニングされた反応室5に
通され、そこではカーボンブラツク形成条件が維
持される。従来、反応室5内の温度は約1315℃と
約1760℃の間に維持され、その正確な温度は主と
してカーボンブラツク製品の所望する性質に依
る。反応室5内の温度の制御は通常反応器1に送
出される酸化体、燃料及び原料を適当に配分する
ことによつて達成される。このカーボン生成反応
の終結は反応混合物が反応室5の下流部を進行す
るときノズル6から水をその中に噴霧する所謂
“一次急冷”によつて始められる。この急冷水が
反応混合物中に噴霧される速度はプロセス流の温
度を約1204℃又はそれ以下に急速に減じるように
ほゞ比例している。このプロセスのこの点で反応
混合物に含まれている熱エネルギーは比較的高い
ので、一次急冷水の急速な蒸発が確実に起ること
は固有であり、従つて急冷ノズル6の操作は通常
重大ではない。
Now, referring to Figure 1, the conventional furnace carbon black process line has main elements 1,
9, 14 and 15 are included. A feedstock containing hydrocarbons, a fuel and a gaseous oxidant (usually air) are introduced into the carbon black reactor 1. The resulting mixture is then ignited and the flaming reaction mixture is passed into a refractory-lined reaction chamber 5, where carbon black-forming conditions are maintained. Conventionally, the temperature within reaction chamber 5 is maintained between about 1315 DEG C. and about 1760 DEG C., the exact temperature depending primarily on the desired properties of the carbon black product. Control of the temperature within reaction chamber 5 is normally achieved by appropriate distribution of oxidant, fuel and feedstock delivered to reactor 1. The termination of this carbon-forming reaction is initiated by a so-called "primary quenching" in which water is sprayed into the reaction mixture from a nozzle 6 as it advances downstream of the reaction chamber 5. The rate at which this quench water is sprayed into the reaction mixture is approximately proportional to rapidly reduce the temperature of the process stream to about 1204°C or less. Since the thermal energy contained in the reaction mixture at this point in the process is relatively high, it is inherent to ensure that rapid evaporation of the primary quench water occurs, and therefore operation of the quench nozzle 6 is usually not critical. do not have.

プロセス煙道ガスに浮遊するカーボンブラツク
を含む生成したプロセス流は次に反応器1から間
接熱交換器9に導かれ、そこで該プロセス流は、
通常約426℃と648℃の間の温度に、更に冷却され
る。間接熱交換器9はカーボンブラツク形成プロ
セスで使われた燃焼酸化体によつて従来通りに冷
却され、それによつて酸化体を反応器1への導入
前に予熱し且つそれによつてさもなければ棄てら
れる熱のかなりの量を回収しプロセス全体の熱効
率を改善する。
The resulting process stream containing carbon black suspended in the process flue gas is then led from the reactor 1 to an indirect heat exchanger 9 where the process stream is
It is further cooled, usually to a temperature between about 426°C and 648°C. Indirect heat exchanger 9 is conventionally cooled by the combusted oxidant used in the carbon black formation process, thereby preheating the oxidant before its introduction into reactor 1 and thereby otherwise discarding it. This improves the thermal efficiency of the entire process by recovering a significant amount of the heat generated.

このプロセス流からのカーボンブラツクの分離
は従来プロセス流が、プロセスガスは通すがカー
ボンブラツク負荷は上流側に保持するようにされ
た、多孔質布過要素を通して導かれるバツグフ
イルターのような布過装置15の中で行われ
る。分離され且つ布過装置15の中に集められ
たカーボンブラツク製品は次に前述のように梱包
され又は他の方法で処理される。
This separation of carbon black from the process stream is conventionally accomplished using a sieve device, such as a bag filter, in which the process stream is directed through a porous sieve element that allows the process gas to pass through but retains the carbon black load upstream. It will be held during the 15th. The carbon black product separated and collected in the filtering device 15 is then packaged or otherwise processed as described above.

この布過装置15の布過要素を保護するた
め、間接熱交換器9から出るまだ比較的熱いプロ
セス流を通常約149℃と約371℃の間で、正確な目
標温度は大部分プロセス流のガス状成分の露点と
布過装置15に使われた特定の布過要素の熱
安定性の両方の考慮によつて指示される温度に更
に冷却することが第一に必要である。
In order to protect the filtering elements of this filtering device 15, the still relatively hot process stream exiting the indirect heat exchanger 9 is typically kept between about 149°C and about 371°C, with the exact target temperature being mostly that of the process stream. Further cooling is primarily required to a temperature dictated by considerations of both the dew point of the gaseous components and the thermal stability of the particular sieve element used in sieve device 15.

従来は、フアーネスカーボンブラツクプロセス
流のその布過に先立つこの追加冷却又は“二次
急冷”は間接熱交換器9からの部分冷却されたプ
ロセス流を、その上流端部に水を噴霧しながら、
垂直の、長い、大容積の導管又は立上り管14に
導くことによつて達成される。比較のために記す
と、該立上り管14は、例えば、典型的には長さ
約30.48m、直径約1.524mで、通常高価な耐食合
金で作られる。立上り管14の上流端部に置かれ
ているのは急冷水がプロセス流を選択された目標
温度に冷却するに十分な速度でプロセス流の中に
噴霧される1つ又はそれ以上の圧力又は二流体噴
霧ノズル16である。立上り管14のノズル16
から下流に延びる広範囲の部分は、大部分プロセ
ス流が布過装置15の中に入る前に急冷水噴霧
の蒸発を完了するように急冷されたプロセス流の
十分な滞在時間を保証する目的で設けられてい
る。いかなる理由にしろ、噴霧された水滴が比較
的大きなサイズ、例えば約300×10-6m又はそれ
以上のオーダであるならば、プロセス流中でのそ
の蒸発速度は比較的低く、それによつてプロセス
流が立上り管14を通る間に浮遊粒状成分である
カーボンブラツクと液体水の相当の接触の重要な
機会を作る。前述のように、そのようなカーボン
ブラツク粒子のぬれが起るならば、ぬれた粒子は
そこで互に衝突して粗い団塊を形成する。又、こ
のぬれたカーボンブラツク粒子は立上り管14の
壁に接触して、増大を生じ且つその上にカーボン
ブラツクのケーキングを生ずる。
Conventionally, this additional cooling or "secondary quenching" of the furnace carbon black process stream prior to its passing through involves the use of a partially cooled process stream from the indirect heat exchanger 9 while spraying water at its upstream end. ,
This is accomplished by leading into a vertical, long, large volume conduit or riser 14. For comparison, the riser 14, for example, typically has a length of about 30.48 m, a diameter of about 1.524 m, and is usually made of an expensive corrosion-resistant alloy. Located at the upstream end of riser 14 is one or more pressure or two pressures at which quench water is sprayed into the process stream at a rate sufficient to cool the process stream to a selected target temperature. A fluid spray nozzle 16. Nozzle 16 of riser pipe 14
A large section extending downstream from the filter is provided for the purpose of ensuring sufficient residence time of the quenched process stream to complete evaporation of the quench water spray before the process stream enters the sieve device 15. It is being For whatever reason, if the atomized water droplets are of relatively large size, e.g. While the flow passes through the riser 14, it creates a significant opportunity for significant contact of the liquid water with the suspended particulate component, carbon black. As previously discussed, if wetting of such carbon black particles occurs, the wet particles then collide with each other to form coarse agglomerates. The wet carbon black particles also contact the walls of the riser 14, causing swelling and carbon black caking thereon.

本発明によれば、今度は第1図の実線部と、一
般に、第2及び3図を参照すると、全ての図面で
同じ参照番号は同じ構造を指し、間接熱交換器9
を出る比較的熱い、粒子を含むプロセス流は該流
を導管ののど部24内で少くとも約0.25のマツハ
数に加速するようにされた形状寸法をもつベンチ
ユリ形導管20を通して導かれる。“マツハ数”
はプロセス流の実速度を該流内の音の局部速度で
割つた無次元係数を意味する。それ故、プロセス
流のマツハ数は温度と組成の両方に依存し、且つ
関与する特定のプロセス流の温度及び組成を充分
に考慮に入れることによつてどのような与えられ
た環境の組に対しても容易に決めることができ
る。望ましくは、ベンチユリ形導管20の形状寸
法はプロセス流をのど部24内で少くとも0.4の
マツハ数に加速するように選ばれるだろう。
According to the present invention, referring now to the solid line portion of FIG.
The relatively hot, particulate-containing process stream exiting the conduit is directed through a bench lily conduit 20 having a geometry adapted to accelerate the stream within the conduit throat 24 to a Matzha number of at least about 0.25. “Matsuha number”
is the dimensionless coefficient of the actual velocity of the process stream divided by the local velocity of sound within the stream. Therefore, the Matsuha number of a process stream is both temperature and composition dependent, and can be determined for any given set of environments by taking fully into account the temperature and composition of the particular process stream involved. You can easily decide. Preferably, the geometry of the bench lily conduit 20 will be selected to accelerate the process flow within the throat 24 to a Matzha number of at least 0.4.

このベンチユリ形導管20は比較的急な細まり
上流部22、のど部24及び比較的ゆるい広がり
下流部26を含む。図面に示す本発明の特定の実
施例に於いては、のど部24の縦中心線に沿つ
て、端キヤツプ27に終わる供給管25が中央に
置かれている。供給管25はこのベンチユリ形導
管20の細まり部22の壁から延びる支柱28に
よつてその中央位置に支持される。端キヤツプ2
7はベンチユリ形導管20の縦中心線に関して半
径方向に向いた複数の非拘束オリフイス29を含
み、且つそのオリフイス29を通して液体急冷水
がのど部24を流れるプロセス流の中にほゞ横に
導入される。オリフイス29を通る急冷水の流量
の制御は給水弁50と制御装置51の組合せによ
つて行われてもよい。制御装置51は出口熱電対
T0からプロセス流の温度データを受け、該デー
タを所定の目標又は設定点温度に関してまとめ、
そして急冷されたプロセス流の設定点温度を得る
ために必要に応じて給水弁50を調節することに
よつて応答する。本発明は主として加速されたプ
ロセス流の運動エネルギーに依存して急冷水を微
細な小滴に破砕し且つ該小滴を該流の中に分散す
るので、非拘束オリフイス29の直径及びそれを
通して急冷水が供給される圧力(又は流量)はか
なりの変動を受け且つプロセス流内の微細な、均
一な、そして急速な蒸発可能な小滴の性能に関し
て通常きわどくない。本発明のこの有益な特徴は
従来技術の圧力又は二流体噴霧ノズルの作用に通
常付随するきわどさとの著しい相違である。望ま
しくは、オリフイス29の数及び直径は、考慮し
ている特定のプロセスに関与する急冷水速度の意
図した範囲で、十分な圧力が該オリフイス29の
各々で、それからプロセス流の中へその結果とし
て生ずる急冷水流を該急冷水流の実質的分解及び
破壊の前に端キヤツプ27の面から少くとも小距
離噴射するように、生ずるように選ばれるだろ
う。
The ventilated conduit 20 includes a relatively steeply converging upstream section 22, a throat section 24, and a relatively gently widening downstream section 26. In the particular embodiment of the invention shown in the drawings, the feed tube 25 is centered along the longitudinal centerline of the throat 24, terminating in an end cap 27. The supply tube 25 is supported in its central position by a strut 28 extending from the wall of the convergent section 22 of the ventilated conduit 20. End cap 2
7 includes a plurality of unconstrained orifices 29 oriented radially with respect to the longitudinal centerline of the bench lily conduit 20 and through which liquid quench water is introduced generally laterally into the process stream flowing through the throat 24. Ru. Control of the flow rate of the quenching water through the orifice 29 may be performed by a combination of a water supply valve 50 and a controller 51. The control device 51 is an outlet thermocouple.
receiving process stream temperature data from T 0 and organizing the data with respect to a predetermined target or setpoint temperature;
It then responds by adjusting the water supply valve 50 as necessary to obtain the set point temperature of the quenched process stream. Because the present invention relies primarily on the kinetic energy of the accelerated process stream to break up the quench water into fine droplets and disperse the droplets within the stream, the diameter of the unconstrained orifice 29 and the rapid The pressure (or flow rate) at which chilled water is supplied is subject to considerable variation and is usually not critical with regard to the performance of fine, uniform, and rapidly vaporizable droplets within the process stream. This advantageous feature of the present invention is a significant difference from the harshness normally associated with the operation of prior art pressure or two-fluid atomizing nozzles. Desirably, the number and diameter of the orifices 29 are such that sufficient pressure is applied to each of the orifices 29 and then into the process stream for the intended range of quench water velocities involved in the particular process under consideration. It will be chosen to cause the resulting quench stream to be jetted at least a short distance from the face of the end cap 27 before substantial disintegration and destruction of the quench stream.

ベンチユリ形導管20の広がり部26の広がり
の夾角は一般に重大ではない。しかし、該広がり
角は約6゜と約14゜の間の範囲にあることが好まし
く、更には約7゜と約10゜の間の範囲にあるのがよ
り好ましい。これらの好ましい限界への執着によ
つて、該広がり部26は一般にデイフユーザとし
て作用し、それによつてプロセス流の与えられた
加速に対し導管20を横切つて生ずる圧力低下を
最少にし且つ該プロセス流が高速を維持する範囲
の長さを延ばすように作用する。本発明の他の好
ましい実施例に於いては、少くともベンチユリ形
導管20の広がり部26が例えばラギング30に
よつて熱的に絶縁されている。該断熱30は熱い
プロセス流の熱堆積推進力を減ずる役目をし、そ
の推進力はもしそうでなければのど部24のすぐ
下流面上にその粒子成分の少くともいくらかの堆
積を生じようとするかもしれない。
The angle of divergence of the flared portion 26 of the bench lily conduit 20 is generally not critical. Preferably, however, the divergence angle is between about 6° and about 14°, and more preferably between about 7° and about 10°. By adhering to these preferred limits, the flare 26 generally acts as a diffuser, thereby minimizing the pressure drop that occurs across the conduit 20 for a given acceleration of the process stream and acts to extend the length of the range in which the motor maintains high speed. In another preferred embodiment of the invention, at least the flared portion 26 of the benthic conduit 20 is thermally insulated, for example by lagging 30. The insulation 30 serves to reduce the thermal deposition driving force of the hot process stream that would otherwise tend to cause the deposition of at least some of its particulate components on the immediately downstream surface of the throat 24. Maybe.

本発明の他の好ましい実施例に於いてベンチユ
リ形導管20の細まり部22の上流端は整流装置
19を含む短い導管18によつて供給される。ベ
ンチユリ形導管20のすぐ前にそのような整流装
置を備えることはプロセス流が該導管20に近づ
くときその中の乱流とうず電流を最少にし、それ
によつてその中の効率的加速を保証する。
In another preferred embodiment of the invention, the upstream end of the convergence 22 of the benthic conduit 20 is supplied by a short conduit 18 containing a rectifier 19. Providing such a rectifier immediately in front of the bench lily conduit 20 minimizes turbulence and eddy currents in the process stream as it approaches the conduit 20, thereby ensuring efficient acceleration therein. .

本発明によるプロセス流に導入された急冷水の
極端に速い分解と蒸発の点から見て、ベンチユリ
形導管20と、該導管20の下流端と布過装置
15の入口をつなぐ導管31の両方は、同じプロ
セス尺度を基準として、従来技術の立上り管型二
次急冷システムより実質的によりコンパクトであ
ることができる。これは、前に示したように従来
技術の二次急冷立上り管システムは通常比較的非
常に大きな長さ及び容積の装置を使うので、本発
明の方法に生じる実質的利益を表す。本発明のプ
ロセス及び装置を使えば、例えば、前に述べた立
上り管14の寸法で意図したのと同じ型式のフア
ーネスカーボンブラツクプロセス流は入口及び出
口直径約0.8128m、のど直径約0.4064m及び全長
約3.6576mと約4.572mの間の本発明のベンチユ
リ導管20で目標温度に効果的に冷却することが
できる。その上、導管31の長さ又は容積は、実
質的に、冷却されたプロセス流の布過装置15
への流体密封連絡に対する必要性によつてだけ指
図される。その上、本発明の装置は従来技術の立
上り管のように垂直に置く必要はなく、むしろ利
用可能スペース及び効率的プラントレイアウトの
考慮を基にどんな方向でも適当とすることができ
る。
In view of the extremely rapid decomposition and evaporation of the quench water introduced into the process stream according to the invention, both the ventilate conduit 20 and the conduit 31 connecting the downstream end of said conduit 20 with the inlet of the screening device 15 are , based on the same process metrics, can be substantially more compact than prior art riser type secondary quench systems. This represents a substantial benefit accruing to the method of the present invention since, as previously indicated, prior art secondary quench riser systems typically utilize equipment of relatively large length and volume. Using the process and apparatus of the present invention, for example, a furnace carbon black process stream of the same type as contemplated with the standpipe 14 dimensions previously described would have an inlet and outlet diameter of approximately 0.8128 m, a throat diameter of approximately 0.4064 m, and a throat diameter of approximately 0.4064 m. The bench lily conduit 20 of the present invention having an overall length of between about 3.6576 m and about 4.572 m can be effectively cooled to the target temperature. Additionally, the length or volume of the conduit 31 is substantially the same as that of the chilled process stream filtration device 15.
dictated solely by the need for a fluid-tight connection to. Moreover, the apparatus of the present invention does not have to be vertically oriented like prior art standpipes, but rather can be in any orientation suitable based on available space and efficient plant layout considerations.

加えて、本発明は急冷水の圧力噴霧を使う従来
技術の立上り管法よりプロセス流入口温度の変化
に実質的に低い感度を示す。後者の従来技術の方
法に使うと、例えば、立上り管14へ供給される
プロセス流の入口温度の約38℃の低下は目標温度
を達成するためこのプロセス流の中に圧力噴霧さ
れるのに要する水の速度は約20%減少する。しか
し、もし水の流速を20%下方に調整するように水
圧を減ずると、圧力霧化噴霧の平均小滴サイズは
著しく増加し、そのような大きな水滴を蒸発させ
るのに必要な滞在時間も同様に増加し、そしてそ
のような長い滞在時間を与えるのに必要な下流の
包囲導管の容積も著しく増加する。しかし、本発
明のプロセス及び装置を使うと、プロセス流の入
口温度の同様な低下及び急冷水速度の同様な低下
は水滴サイズの比較的わずかな増加だけ、及びこ
の水滴の完全な蒸発をなすのに必要な滞在時間の
比較的わずかな増加だけを生ずる結果となる。そ
れ故、従来技術の立上り管システムと違つて、プ
ロセス及び急冷水流に於ける温度及び流速変化に
応じて急冷水蒸発を完了するために適当な滞在時
間緩衝を単に与えるために本発明の装置に長さ又
は容積の付加した下流導管を作る必要は通常殆ん
どないか全くない。又、本発明の方法の結果プロ
セス流の中に導入された急冷水の奪取及び分解は
二流体噴霧の一種と呼ぶことができるかもしれな
いが、急冷水の霧化のための原動ガスは外部稀釈
剤ではなく、プロセス流と原動ガスは全く同一存
在である。それ故、本プロセス及びシステムはプ
ロセス流のそれ以上の稀釈及び布過装置15の
ガス取扱容量の増加の必要性を無くする。
Additionally, the present invention exhibits substantially less sensitivity to changes in process inlet temperature than prior art riser methods that use pressure sprays of quench water. Used in the latter prior art method, for example, a reduction of about 38° C. in the inlet temperature of the process stream fed to the riser 14 is required to be pressure sprayed into this process stream to achieve the target temperature. Water speed is reduced by about 20%. However, if we reduce the water pressure by adjusting the water flow rate downward by 20%, the average droplet size of the pressure atomized spray increases significantly, as does the residence time required to evaporate such large water droplets. increases, and the volume of downstream surrounding conduits required to provide such long residence times also increases significantly. However, using the process and apparatus of the present invention, a similar reduction in process stream inlet temperature and a similar reduction in quench water velocity result in only a relatively small increase in water droplet size and complete evaporation of this water droplet. This results in only a relatively small increase in the residence time required. Therefore, unlike prior art riser systems, the apparatus of the present invention simply provides an adequate residence time buffer to complete quench water evaporation in response to temperature and flow rate changes in the process and quench water stream. There is usually little or no need to create additional downstream conduits of length or volume. Also, although the capture and decomposition of the quench water introduced into the process stream as a result of the method of the present invention may be called a type of two-fluid atomization, the motive gas for the atomization of the quench water is external. Rather than a diluent, the process stream and the motive gas are one and the same entity. Therefore, the present process and system eliminates the need for further dilution of the process stream and increase in gas handling capacity of the sieve device 15.

例示のため本発明をフアーネスカーボンブラツ
クプロセスラインに関してだけ及び布過による
粒子成分の最終分離の点からだけ上に詳細に説明
したが、本発明は浮遊微粒固体を含む熱いガス状
プロセス流を冷却する必要のある多くの他の化学
プロセスラインにも有益に適用できることは明ら
かである。
Although the present invention has been described in detail above only with respect to a furnace carbon black process line and in terms of final separation of particulate components by sieving, the present invention is capable of cooling a hot gaseous process stream containing suspended particulate solids. It is clear that it can be usefully applied to many other chemical process lines where there is a need to

又、本発明を上述のようにそのある好ましい実
施例に関して説明したが、上記の説明は事実上例
示を意図し本発明を限定することは意図していな
いこと注意すべきである。例えば、図示し且つ説
明した特定の装置はベンチユリ形導管20ののど
部24内に中央に位置する端キヤツプ27を含
み、その端キヤツプ27は急冷水をプロセス流の
中に導入するための最終要素として使用するが、
この配列の他の機械的均等物が達成できることは
明らかである。例えば、急冷水を導入するための
装置は包囲壁を貫通し且つベンチユリ形導管20
ののど部24の周囲に配置された複数の半径方向
急冷水オリフイスの形をとることもできる。該オ
リフイスはそこでそれへの給水管を備えた共通マ
ニホルドで囲まれてもよい。
Additionally, while the invention has been described above with respect to certain preferred embodiments thereof, it should be noted that the above description is intended to be illustrative in nature and not to limit the invention. For example, the particular apparatus shown and described includes an end cap 27 centrally located within the throat 24 of the bench lily conduit 20, which end cap 27 is the final element for introducing quench water into the process stream. used as, but
It is clear that other mechanical equivalents of this arrangement can be achieved. For example, a device for introducing quenching water can be provided by penetrating the surrounding wall and using a bench lily conduit 20.
It may also take the form of a plurality of radial quench water orifices disposed around the throat 24. The orifice may then be surrounded by a common manifold with a water supply pipe thereto.

明らかに、本発明の装置及び方法の他の多くの
適当な代替及び均等な構成が当業者には自明であ
る。それで全てのそのような変更、改変、修整等
は添付の特許請求の範囲に記載した本発明の本質
的精神及び範囲内に入ることを意図していること
は理解されるべきである。
Obviously, many other suitable alternatives and equivalent configurations of the apparatus and method of the present invention will be apparent to those skilled in the art. It is therefore to be understood that all such changes, alterations, modifications, etc. are intended to be within the essential spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、実線で典型的なフアーネスカーボン
ブラツクプロセスラインに組込まれた本発明によ
る冷却装置を、又点線で相対的に比較した尺度で
従来技術の冷却装置を描いた模式線図的流れ図で
ある。第2図は第1図に示した本発明の冷却装置
の実施例の模式線図的縦断面図である。第3図は
第2図に示した冷却装置の拡大模式線図的縦断面
図である。 1……カーボンブラツク反応器、9……間接熱
交換器、15……布過装置、18……整流装
置、20……ベンチユリ形導管、22……細まり
上流部、24……のど部、25……供給管、26
……広がり下流部、27……端キヤツプ、29…
…オリフイス、50……給水弁、51……制御装
置、T0……熱電対。
FIG. 1 is a schematic flow diagram depicting, in solid lines, a cooling system according to the present invention incorporated into a typical furnace carbon black process line, and, in dotted lines, a prior art cooling system on a relative comparative scale. It is. FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the embodiment of the cooling device of the present invention shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged schematic vertical sectional view of the cooling device shown in FIG. 2. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Carbon black reactor, 9... Indirect heat exchanger, 15... Cloth filtration device, 18... Rectifier, 20... Bench lily type conduit, 22... Narrowing upstream part, 24... Throat part, 25... Supply pipe, 26
... Spread downstream, 27... End cap, 29...
... Orifice, 50 ... Water supply valve, 51 ... Control device, T 0 ... Thermocouple.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 熱い、粒子を含むガス流からその粒子成分を
収集する準備に該熱い、粒子を含むガス流を冷却
するための方法であつて、該流の中に噴霧された
液体水の蒸発によつて該流から熱をとり且つ該流
をその露点以上の温度に冷却するような量だけ液
体水を該流の中に噴霧することを含む方法に於い
て、該熱い、粒子を含むガス流が、上流細まり部
22、下流広がり部26及びその間ののど部24
を含み、該ガス流を該のど部24で少くとも約
0.25のマツハ数に加速し、そして、該のど部24
で、複数の流として噴霧されるべき該冷却水を該
ガス流の中にほゞ横に導入する比較的コンパクト
なベンチユリ形導管20を通して導かれることを
特徴とする方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法に於いて、
該のど部24で、該熱い、粒子を含むガス流が少
くとも約0.4のマツハ数に加速されることを特徴
とする方法。 3 特許請求の範囲第1項記載の方法に於いて、
該液体水が該のど部内に中央に位置する要素27
からほゞ横に且つ外方に該ガス流の中に導入さ
れ、該要素27が複数の半径方向に向いた非拘束
オリフイス29を有することを特徴とする方法。 4 特許請求の範囲第3項記載の方法に於いて、
該要素27から導入される水の速度が該ガス流の
中に液体水の生じる流の各々をその実質的分解及
び破壊の前に該要素27の面から少くとも小距離
噴射するに十分であることを特徴とする方法。 5 特許請求の範囲第1項記載の方法に於いて、
該下流広がり部26が約6゜と約14゜の間の範囲内
の夾角を有することを特徴とする方法。 6 特許請求の範囲第1項記載の方法に於いて、
該ベンチユリ形導管20の少くとも下流広がり部
26が断熱されていることを特徴とする方法。 7 特許請求の範囲第1項記載の方法に於いて、
熱い、粒子を含むガス流の、ベンチユリ形導管2
0の細まり上流部22内への導入の実質的に直前
に該ガス流の流れがその中のうず電流及び乱流を
減ずるため整流されることを特徴とする方法。 8 特許請求の範囲第1項から第7項のいずれか
1つに記載の方法に於いて、該熱い、粒子を含む
ガス流がフアーネスカーボンブラツクプロセス流
であることを特徴とする方法。 9 熱い、粒子を含むガス流から粒子成分を分離
するための統合された方法であつて、該流の中に
液体水を噴霧し、それによつてその中にそのよう
に噴霧された液体水の蒸発によつて該流から熱を
取ることによつて該熱い、粒子を含むガスを冷却
すること、及び次にこのように冷却された粒子を
含む流を布過装置15を通して導くことを含
み、そのように噴霧される水の量は該流を、該装
置15の布過要素への損傷を防ぐのに十分低い
が、該装置15内の雰囲気を該粒子を含むガス流
のガス状成分の露点以上に維持するのに十分高い
温度に冷却するのに十分である方法に於いて、該
熱い、粒子を含むガス流がそれを、上流細まり部
22、下流広がり部26及びその間ののど部24
を含み、該流を該のど部24で少くとも約0.25の
マツハ数に加速し、そして、該のど部24で、噴
霧されるべき該水の複数の流れを該ガス流の中に
ほゞ横に導入する比較的コンパクトなベンチユリ
形導管20を通して導くことによつて冷却され、
そのように導入される液体水の速度は該流を前述
の限界内に冷却するのに比例していることを特徴
とする方法。 10 特許請求の範囲第9項記載の統合された方
法に於いて、該のど部24で、該熱い、粒子を含
むガス流が少くとも約0.4のマツハ数に加速され
ることを特徴とする方法。 11 特許請求の範囲第9項記載の統合された方
法に於いて、該布過装置15がバツグフイルタ
であることを特徴とする方法。 12 特許請求の範囲第9項記載の統合された方
法に於いて、該液体水が該のど部24内に中央に
位置する要素27を通してほゞ横に且つ外方に該
ガス流の中に導入され、該要素27が複数の半径
方向に向いた非拘束オリフイス29を有すること
を特徴とする方法。 13 特許請求の範囲第12項記載の統合された
方法に於いて、該要素27から導入される水の速
度が該ガス流の中に液体水の生じる流の各々をそ
の実質的分解及び破壊の前に該要素27の面から
少くとも小距離噴射するに十分であることを特徴
とする方法。 14 特許請求の範囲第9項記載の統合された方
法に於いて、冷却されたガス流の温度が連続的に
監視され且つこの熱い、粒子を含むガス流に導入
される水の速度がそれに応じて調整されることを
特徴とする方法。 15 特許請求の範囲第9項記載の統合された方
法に於いて、該下流広がり部26が約6゜と約14゜
の間の範囲内の夾角を有することを特徴とする方
法。 16 特許請求の範囲第9項記載の統合された方
法に於いて、該ベンチユリ形導管20の少くとも
下流広がり部26が断熱されていることを特徴と
する方法。 17 特許請求の範囲第9項記載の統合された方
法に於いて、熱い、粒子を含むガス流の、ベンチ
ユリ形導管20の上流細まり部22内への導入の
実質的に直前に該ガス流の流れがその中のうず電
流及び乱流を減ずるため整流されることを特徴と
する方法。 18 特許請求の範囲第9項から第17項のいず
れか1つに記載の統合された方法に於いて、該熱
い、粒子を含むガス流がフアーネスカーボンブラ
ツクプロセス流であることを特徴とする方法。 19 熱い、粒子を含むガス流から粒子成分を分
離するための統合された装置であつて、熱い、粒
子を含むガス流を通すようにされた導管と、該導
管を流れる該ガス流の中に液体水を噴霧し、それ
によつてその中に噴霧された液体水の蒸発によつ
て該流を冷却するための装置と、該導管からのこ
のように冷却された粒子を含むガス流を受け且つ
そのガス状成分から粒子成分を分離するための布
過装置15を含む方法に於いて、該導管が上流
細まり部22、下流広がり部26及びその間のの
ど部24を有する比較的コンパクトなベンチユリ
形導管20及び液体水の複数の流れを該のど部2
4で該ガス流の中にほゞ横に、該布過装置15
の布過要素への損傷を防ぐのに十分であるが該
布過装置15内の雰囲気の温度を冷却されたガ
ス流のガス状成分の露点以上に維持するように該
ガス流を冷却するのに比例させた速度で、導入す
るための装置を含み、該ベンチユリ形導管20が
熱い、粒子を含むガス流をそののど部24内で少
くとも約0.25のマツハ数に加速するようにされた
形状寸法であることを特徴とする装置。 20 特許請求の範囲第19項記載の統合された
装置に於いて、該布過装置15がバツグフイル
タであることを特徴とする装置。 21 特許請求の範囲第19項記載の統合された
装置に於いて、該ベンチユリ形導管20の該上流
細まり部22から実質的にすぐ上流に位置する整
流装置18を更に含み、該整流装置18が熱い、
粒子を含むガス流の中のうず電流及び乱流を減ず
るようにされていることを特徴とする装置。 22 特許請求の範囲第19項記載の統合された
装置に於いて、該ベンチユリ形導管20の該下流
広がり部26が約6゜と約14゜の間の範囲内の夾角
を有することを特徴とする装置。 23 特許請求の範囲第19項記載の統合された
装置に於いて、液体水の複数の流れを導入するた
めの該装置が該ベンチユリ形導管20の該のど部
24内に中央に位置する要素27及び該要素27
に通じる給水管25を含み、該要素27が複数の
半径方向に向いた非拘束オリフイス29を含み、
該給水管25が該ベンチユリ形導管20の側壁を
貫通して延びることを特徴とする装置。 24 特許請求の範囲第19項記載の統合された
装置に於いて、該ベンチユリ形導管20の下流端
と該布過装置15への入口の間に位置する温度
検出装置T0、該のど部24のガス流の中に導入
される液体水の速度を制御するための弁装置5
0、及び該温度検出装置T0と通じ且つ該温度検
出装置T0の検出した温度に応じて該弁装置50
を制御するように動作する制御装置51を含むこ
とを特徴とする装置。 25 特許請求の範囲第19項記載の統合された
装置に於いて、該ベンチユリ形導管20の形状寸
法が熱い、粒子を含むガス流をそののど部24内
で少くとも約0.4のマツハ数に加速するようにさ
れていることを特徴とする装置。 26 特許請求の範囲第19項記載の統合された
装置に於いて、該ベンチユリ形導管20の少くと
も下流広がり部26が断熱されていることを特徴
とする装置。 27 特許請求の範囲第19項記載の統合された
装置に於いて、該ベンチユリ形導管20の該下流
広がり部26が約6゜と約14゜の間の範囲内の夾角
を有することを特徴とする装置。 28 特許請求の範囲第19項から第20項のい
ずれか1つに記載の統合された装置に於いて、更
に該ベンチユリ形導管20に通じ且つその上流に
位置する間接熱交換器9及び該間接熱交換器9に
通じ且つその上流に位置するフアーネスカーボン
ブラツク反応器1を含むことを特徴とする装置。
Claims: 1. A method for cooling a hot, particulate-laden gas stream in preparation for collecting particulate components from the hot, particulate-laden gas stream, comprising: a liquid sprayed into the stream; in a method comprising spraying liquid water into the stream in such an amount as to remove heat from the stream by evaporation of water and cool the stream to a temperature above its dew point, The gas flow includes the upstream convergence section 22, the downstream widening section 26, and the throat section 24 therebetween.
and directing the gas flow at the throat 24 at least about
Accelerate to a Matsuha number of 0.25, and the throat 24
and is conducted through a relatively compact bench-lily conduit 20 which introduces the cooling water to be atomized in multiple streams substantially laterally into the gas stream. 2. In the method described in claim 1,
A method characterized in that in the throat 24 the hot, particle-laden gas stream is accelerated to a Matzha number of at least about 0.4. 3 In the method described in claim 1,
an element 27 in which the liquid water is centrally located within the throat;
into the gas stream substantially laterally and outwardly from the element 27, characterized in that the element 27 has a plurality of radially oriented unconstrained orifices 29. 4 In the method described in claim 3,
The velocity of the water introduced from said element 27 is sufficient to jet each of the resulting streams of liquid water into said gas stream at least a short distance from the face of said element 27 before substantial disintegration and destruction thereof. A method characterized by: 5 In the method described in claim 1,
The method characterized in that the downstream flare 26 has an included angle in a range between about 6 degrees and about 14 degrees. 6 In the method described in claim 1,
A method characterized in that at least the downstream extension 26 of the bench lily conduit 20 is thermally insulated. 7 In the method described in claim 1,
Bench lily conduit 2 for hot, particulate gas stream
A method characterized in that the flow of the gas stream is rectified substantially immediately before its introduction into the upstream section 22 of the zero convergence in order to reduce eddy currents and turbulence therein. 8. A method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the hot, particulate-laden gas stream is a furnace carbon black process stream. 9. An integrated method for separating particulate components from a hot, particulate-containing gas stream, comprising spraying liquid water into the stream, thereby removing the liquid water so sprayed into it. cooling the hot, particle-laden gas by removing heat from the stream by evaporation, and then directing the so-cooled particle-laden stream through a sieving device 15; The amount of water so sprayed makes the stream low enough to prevent damage to the filtration elements of the device 15, but keeps the atmosphere within the device 15 free of the gaseous components of the particle-laden gas stream. In a manner sufficient to cool the hot, particle-laden gas stream to a temperature high enough to maintain it above the dew point, it is 24
accelerating the stream at the throat 24 to a Matzha number of at least about 0.25, and at the throat 24 substantially transversely displacing the streams of the water to be atomized into the gas stream. cooled by conducting it through a relatively compact bench lily conduit 20 that introduces the
A method characterized in that the rate of liquid water so introduced is proportional to cooling the stream within the aforementioned limits. 10. The integrated method of claim 9, characterized in that in the throat 24 the hot, particulate gas stream is accelerated to a Matzha number of at least about 0.4. . 11. An integrated method according to claim 9, characterized in that the sieving device 15 is a bag filter. 12. In the integrated method of claim 9, the liquid water is introduced substantially laterally and outwardly into the gas stream through an element 27 centrally located within the throat 24. and wherein the element 27 has a plurality of radially oriented unconstrained orifices 29. 13. In the integrated method of claim 12, the velocity of water introduced from said element 27 causes each resulting stream of liquid water in said gas stream to undergo substantial decomposition and destruction. A method characterized in that it is sufficient to inject at least a short distance from the face of said element 27 beforehand. 14. In the integrated method of claim 9, the temperature of the cooled gas stream is continuously monitored and the rate of water introduced into this hot, particulate gas stream is adjusted accordingly. A method characterized in that the method is adjusted according to the following: 15. The integrated method of claim 9, wherein the downstream extension 26 has an included angle in the range between about 6 degrees and about 14 degrees. 16. The integrated method of claim 9, characterized in that at least the downstream extension 26 of the bench lily conduit 20 is insulated. 17. In the integrated method of claim 9, substantially immediately before introduction of the hot, particulate gas stream into the upstream convergence 22 of the ventilate conduit 20, said gas stream is A method characterized in that the flow of is rectified to reduce eddy currents and turbulence therein. 18. An integrated method according to any one of claims 9 to 17, characterized in that the hot, particulate-laden gas stream is a furnace carbon black process stream. Method. 19 An integrated apparatus for separating particulate components from a hot, particulate-containing gas stream, comprising: a conduit adapted to pass the hot, particulate-containing gas stream; a device for atomizing liquid water and thereby cooling said stream by evaporation of the liquid water sprayed therein, and receiving a gas stream containing so cooled particles from said conduit; In a method comprising a sieving device 15 for separating particulate components from gaseous components thereof, the conduit is relatively compact bench lily shaped having an upstream converging section 22, a downstream widening section 26 and a throat section 24 therebetween. A conduit 20 and a plurality of streams of liquid water are routed through the throat 2.
4, the sieve device 15 is placed substantially sideways into the gas stream.
cooling the gas stream sufficiently to prevent damage to the sieve elements of the sieve, but maintaining the temperature of the atmosphere within the sieve device 15 above the dew point of the gaseous component of the cooled gas stream; the ventilary conduit 20 is configured to accelerate the hot, particulate-laden gas stream in its throat 24 to a Matzha number of at least about 0.25. A device characterized in that it has dimensions. 20. An integrated device according to claim 19, characterized in that the sieving device 15 is a bag filter. 21. The integrated apparatus of claim 19 further including a rectifier 18 located substantially immediately upstream from the upstream convergence 22 of the bench lily conduit 20; is hot,
A device characterized in that it is adapted to reduce eddy currents and turbulence in a gas stream containing particles. 22. The integrated apparatus of claim 19, characterized in that the downstream flare 26 of the bench lily conduit 20 has an included angle in the range between about 6° and about 14°. device to do. 23. In the integrated device according to claim 19, the device for introducing multiple streams of liquid water comprises an element 27 centrally located within the throat 24 of the bench lily conduit 20. and the element 27
the element 27 includes a plurality of radially oriented unconstrained orifices 29;
A device characterized in that the water supply pipe 25 extends through the side wall of the bench lily conduit 20. 24. In the integrated device according to claim 19, a temperature sensing device T 0 located between the downstream end of the bench lily conduit 20 and the inlet to the sieving device 15, the throat section 24 valve arrangement 5 for controlling the rate of liquid water introduced into the gas stream of
0, and the valve device 50 communicates with the temperature detection device T 0 and in response to the temperature detected by the temperature detection device T 0 .
A device characterized in that it includes a control device 51 operative to control. 25. In the integrated apparatus of claim 19, the geometry of the bench lily conduit 20 accelerates a hot, particle-laden gas stream in its throat 24 to a Matzha number of at least about 0.4. A device characterized in that it is configured to: 26. An integrated device according to claim 19, characterized in that at least the downstream extension 26 of the ventilary conduit 20 is thermally insulated. 27. The integrated apparatus of claim 19, characterized in that the downstream flare 26 of the bench lily conduit 20 has an included angle in the range between about 6° and about 14°. device to do. 28. An integrated device according to any one of claims 19 to 20, further comprising an indirect heat exchanger 9 leading into and upstream of the bench lily conduit 20 and an indirect An apparatus characterized in that it comprises a furnace carbon black reactor 1 communicating with and upstream of a heat exchanger 9.
JP57105250A 1981-06-19 1982-06-18 Method and device for cooling hot particle- containing process flow Granted JPS5813661A (en)

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