JPH04500034A - 繊維床濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 繊維床濾過装置 （発明の分野） 本発明は流体の流れから汚染物質を取り除く方法および装置に関する。本発明は 、流体の流れから直径が約５０マイクロメータ以下の範囲の粒子を取り除くのに 特に有用である。

流体の流れから汚染物質を取り除くための本発明の典型的な方法および装置にお いては、実質的に拘束された領域中に密に重なり合う繊維配列体を収めてあり、 汚染物質を含む流体の流れを、入口部から中に入り実質的に該入口部から離間し ている流体出口部まで密に重なり合う繊維配列体の実質的部分を通過させる。

通常、流体出口部よりも入口部に近い密に重なり合う繊維配列体の部分において 、汚染物質の実質的部分を流体の流れから分離し、入口部および流体出口部から 離間している汚染物質出口部において前記繊維配列体の部分から分離された汚染 物質の実質的部分を取り除（一方、密に重なり合う繊維配列体中に流体の流れを 流し続けることができる。

（発明の背景） 気流から粒状物質を取り除くことは典型的には現在バッグノ・ウスまたは静電集 塵器を用い、また液体からの粒状物質の除去はスクリーンまたはフィルターを用 いて行われている。通常、バッグＩ＼ウスはフィルターケーク沈着用支持体とし て役立つ布を使用する。フィルターケークを周期的に布から振り落すかまたは吹 き落して捕集し、このサイクルを繰返す。

典型的な圧力低下は１０ないし２０ｃｍＷＣ（水柱）の程度である。予想される ように、ケークを除去後清掃サイクルの間に若干の効率ロスがあり、清掃直前の 濾過の後段中に比較的高い圧力低下があり勝ちである。さらに、ノ（ング・・ウ スの布は布の小孔への微粒子または粘着性物質の沈積によって目がつまることが ある。

市販のバッグ・・ウスや静電集塵器のほかに、再循環式粒状床渥過装置に関する 研究開発作業が行われている。該濾過装置は、粒子が床の底部から再循環され、 清掃され、床の頂部に戻される粒子床を含んでいる。汚れたガスは粒子の運動と 向流するように側面から側面へ、または下部から上部−・流動させる。

（開示） 流体の流れから汚染物質を取り除くための本発明による典型的な方法は、実質的 に拘束された領域中に密に重なり合う繊維配列体な収め、汚染物質を含む流体の 流れを入口部から中に入れ該入口部から実質的に離間している密に重なり合う繊 維配列体の流体出口部まで密に重なり合５繊維配列体の実質的部分を通過させ、 通常流体出口部よりも入口部に近い密に重なり合う繊維配列体の部分において、 流体の流れから汚染物質の実質的部分を分離し、かつ入口部および流体出口部か ら離間している汚染物質出口部において、密に重なり合う繊維配列体から分離さ れた汚染物質の実質的部分を取り除く一方、密に重なり合う繊維配列体の中に流 体の流れを通し続けることを含んでいる。

典型的に、入口部は前記繊維配列体頂部のレベルよりは実質的に低く、流体の流 れは、前記繊維配列体頂部のレベルにある流体出口部まで主に上方に移行する。

汚染物質出口部は前記繊維配列体底部のレベルにあるのが典型的である。

汚染物質は、典型的に、入口部と汚染物質出口部との間の前記繊維配列体の実質 的部分において繊維を反復して激しく動かし、かつ汚染物質を汚染物質出口部を 経て下方に給送することによって取り除く。汚染物質は、典型的に、反復運動さ せることによって繊維から振り落し、重力によって汚染物質出口部を移行させ、 そこで多孔板またはスクリーンによって核部に汚染物質を通過させる一方、密に 重なり合５ｍ維配列体中に繊維を保持する。

本発明を実施する典型的な装置は前記工程を行う手段の組合せを含んで成る。

空間率を高めることによって樹枝捕捉を増大させ、かつ圧力低下を減少させるこ とができることが判明した。このことは操作費用の低減につながる。繊維濾過装 置が粒状濾過装置に勝る利点の一つはこの高空間率をつくり出し、制御する能力 である。空間率という用語は特定空間中の固形物を欠く百分率を意味するつもり である。これは、繊維の質量を極層物質の密度で割って、繊維の占めるフィルタ ー容積Ｖｆをめることによって計算する。次に空間容積はフィルター全容積から 繊維容積を減じたものでありＶＴ　Ｖ（、従って空間率は全容積に対する比とし て表わした空間容積であり、 高空間率は巣を作る場所を与えることすなわち隙間の多い充填現象によって作り 出される。高７スベクト、比の繊維は、容器中にばらばらに投入されるとやや硬 い高空間率配列に密に重なり合う傾向のあることが見出された。この密に重なり 合うことは程度の問題である。工ないし２０マイクロメータの範囲の微粒子を捕 捉する場合には、本発明においては直径が約０．０７５ないし２ｍｍの範囲内で ７スペクト比が約２０以上の繊維が好ましい。空間率は繊維の７スペクト比とと もに直線的に変化するように思われる。好ましい空間率は９０ないし９６パーセ ントの程度である。

また、繊維が密に重なり合うことは粒状床濾過装置の粒子充填に勝る別の利点が ある。繊維の密接な重なり合いはばらばらの粒子ＩＣ比べてかなり硬（なりやす い。従って、操作中床が下方に移るにつれて、良好な捕捉の一因となる樹枝状構 造が凝集力のある繊維床中に保持される。これに反して、粒状床濾過装置におい てはばらばらの粒子の下向運動が樹枝を破壊することがある。

繊維は、有機物ならびに無機物を含む任意の有用な物質で作ることができる。

繊維は、単に物理的に粒子を捕捉することができるだけかまたは粒子またはガス と化学的に反応することができる。繊維は、また触媒であるか、または不活性物 質、反応性物質もしくは触媒物質を被覆することができる。たとえば、金属繊維 は煙道ガス中のＳ０２と８０３に転化させる触媒被膜またはＳ０２　と反応して 繊維上にＣａＳＯ４を析出させることができる石灰被覆を有することができる。

金属繊維のみならず耐火性繊維も高温用途に使用することができる。たとえば、 高沸点炭化水素のガソリン留分への接触分解は、変性した水和アルミナンリケコ トを用いて製造ぽたは被覆した繊維でもって約５０００Ｃで行うことができる。

再生器内の空気中で燃焼させて付着炭素を除去することができる。

本発明の利点は低い圧力低下で効果的な濾過が可能な大きい面速度である。〕・ ッラグフィルタの面速度が２な（・し４ｆｐｍであるのに対し２０Ｏｆｐｍ　の 面速度が可能である。

本発明は低温低圧のみならず、２０００°Ｆ以上のような高温および３５０９８ １２以上のような高圧においても信頼しうる操作が可能である。他の利点には通 常公知の装置で得られるよりも小さい圧力低下での操作、高い信頼性、および清 掃のために中断せずに連続して操作させる能力がある。汚染物質は濾過操作と同 時に連続的もしくは間欠的に、または濾過装置を使用していないときに装置から 取り出すことができる。

加圧流動床燃焼（ＰＦＢＣ）、連続ガス化結合サイクル（ＩＧＣＣ）、および直 接石炭燃焼タービンのような操作による高温高圧（ＨＴＨＰ’）ガスは極めて効 果的な粒子管理が必要である。本発明はそのような管理が可能である。

図面かられかるように、本発明の典型的な態様にやいて、高ＨＴＨＰガスは注入 管を通って下向し、さらに密に重なり合った繊維フィルター（ＮＦＦ）床を上向 きに通過する。ガスは下方に移行し、方向を変え、さらにＮＦＦ床を上向きに通 過する。移行中に、粒状物質は撤維に捕集され、従って高温ガス流から取り除か れる。この装置は、以前の設計にお（・てＮＦＦ床からガスを分離するのに用い たような有孔板に高温の粒子含有ガスを通すことを必要としないものである。こ 、の有孔板を無くすことによって、全圧力低下が減少し、従ってエネルギー損失 は少なくなる。また、有孔板は危険な浸食点、したがってＨＴＨＰ設計の弱点を 含むので、信頼性が高（なる。

さらに、本発明の設計は連続操作を可能とし、その結果汚染ガスの連続供給およ び床からの捕集塵埃の連続除去が可能となる。従来の設計は濾過ユニットをライ ンから取り外し、清掃し、さらに施設に戻さなければならないという段階的操作 を必要とした。必要なパルプ調節、減圧、および熱損失は効率的見地からすべて 望ましくないことである。深い繊維床を設けることによって、下部を選択的に振 動させて、捕集塵埃を多量に積もった下部繊維から分離させ、底部の多孔板を経 て星埃集積貯槽中に落下させることができる。さらにこの塵埃を取り出し、圧抜 き、冷却して塵埃処理設備に送られる。

（発明の実施） 流体の流れから汚染物質を取り除くための本発明による典型的な装置は、実質的 に拘束された領域２中の密に重なり合う繊維配列体１、入口部７からその中へ、 実質的に入口部７から離間している密に重なり合５ｍ維配列体１の流体出口部８ へと密に重なり合う繊維配列体ｌの実質的部分の中を矢印６で示すように汚染物 質含有流体の流れ４を通過させるための送入管３を含む手段を含んで成る。配列 体１の中の繊維は、通常、流体出口部８よりも入口部７に近（、入口部７のレベ ルにほぼ近（・かまたはそれよりも下方の密に重なり合う繊維配列体ｌの部分に おいて、流体の流れ４から汚染物質９の実質的部分を分離する手段を構成する。

振動ｐラド１０および多孔板１１は入口部７および流体出口部８がら離間してい る汚染物質出口部１２において、密に重なり合う繊維配列体１がら分離された汚 染物質９の実質的部分を除去する一方、流体の流れ４が密に重なり合う繊維配列 体１を通過し続けることができる手段を構成する。

典型的には、入口部７は前記繊維配列体１頂部８のレベルよりも実質的に低く、 流体の流れ４は前記繊維配列体１頂部のレベルにおいて、６に示すようＫ、流体 出口部８（で向って主に上向きに移行する。汚染物質出口部１２は典型的には、 前記繊維配列体１底部のレベルにある。

図面でわかるように、典型的には清浄化されたガスは流体出口部８から流出して 、さらに上方に流れ、密に重なり合５稼維配列体１頂部の上方に位置している出 口管１４を経て流れ続ける。しかし、１４’　で示す別の位置のように、出口管 として他の下方の位置が用途によっては望ましいことがある。

典型的には、汚染物質９は、入口部７と汚染物質出口部１２との間の繊維配列体 １の実質的部分において繰返して繊維を激しく動かす手段１０、および汚染物質 ９を汚染物質出口部１２から外に給送する手段１１によって取り除かれる。典型 的には、汚染物質９は、往復運動させることによって繊維１から振り落され、重 力によって汚染物質出口部１２を通り、そこで有孔板またはスクリーン１１が汚 染物質９を汚染物質出口部１２を通過させる一方、繊維を密に重なり合う繊維配 列体１の中１（保持する。繊維は、機械的接触手段１０（図示）または繊維に音 波または超音波音響エネルギーを指向する非接触手段によって振動させることが できる。

従来のＮＦＦ方法および装置に勝る本発明の若干の利点は、Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎ ｔａｌＲｅｐｏｒｔ　ｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　Ｎｏｖｅｌ　 Ｎｅ５ｔｅｄｌ’１ｂｅｒ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｃｏｎｃｅｐｔｆｏｒ　Ｈｉｇｈ− Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｐｈｙｓｉｃ ａｌ　Ｃ１ｅａｎｕｐ　；ＨｏｔＭｏｄｅｌ−Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ＩＲ＆Ｄ 　５ｔａｄｙ　（Ｔａｓｋ　３　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌ）ｔｏ　Ｂａｔｔｅ ｌｌｅ　Ｃｏｌｕｍｂｕｓ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　；Ｊｕｌｙ　１８．１９８８　 （Ｂａｔｔｅｌｌｅ　ＣｏｌｕｍｂｕｓＤｉｖｉｓｉｏｎ＋　５０５　Ｋｉｎｇ 　Ａｖｅｎｕｅ　＋Ｃｏｌｕｍｂｕｓ＋０ｈｉｏ　４３２０１−２６９３　）か らの下記に編集した抄録中に明かにされている。

本明細書の付録として収められた報告全文にはさらに関連する情報が含まれてい る。このように報告全文は本発明に参考資料として収録しである。

（実行上の要約） Ｂｉｔｔｅｌｌｅは高温粒子の捕捉を可能とするシステムを開発した。タスク− ３の試みの終りに、本発明者らは従来のＮＦＦが９３６Ｋ（１２２６Ｆ）を超え る温度ではうまく働かないことを認めた。しかし、「スクリーンなしの」　（す なわち、繊維を保持するスクリーンを用いない）方式でＮＦＦを作動させること によって、使用温度範囲は１１０６Ｋ（１５３２Ｆ）まで拡がった。捕集効率が 申し分のない９９．５５パーセントになったばかりでなく、圧力低下も水柱１０ ０　ｉｎ。

以上から水柱僅か６１ｎ、まで減少した。この開発は、ＮＦＦが連続ガス化結合 サイクル（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｇａ５１ｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｍｂｉｎｅ ｄ　Ｃｙｃｌｅ　（ＩＧＣＣ））および加圧流動床燃焼［Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅ ｄ　Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ−Ｂｅｄ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　（ＰＦＢＣ））用に 効率が高く、信頼性ある粒子管理を与えるのに好適であることを意味する。

（実験７５） １２２５Ｆ以上の温度における従来のＮＦＦの操作は支持体スクリーンの甚しい 目詰り、好ま（−（ない圧力低下および連続操作に必要な繊維の清掃ができると は思われない可能性をもたらす。

典型的な粒状床Ｅ過装置の場合のように、スクリーン支持体を用いるプロセスを 有する他の場合にも同様の問題を経験した。従って、実験７５はスクリーンを用 いないＮＦＦ方式で行った。基本的な試験装置の構成は変えなかったが、外部加 熱反応器の中に収められる濾過装置は修正した。この装置においては、バスケッ トは使用せず、その代りに濾過容器を構成する反応器の頂部および壁体から繊維 を投入した。繊維を反応器の加熱帯域に保つために、下部１．５５０ｍｍ（６１ ｉｎ）までセラミック環を充填した。次の５６０ｍｍ（２２ｉｎ、）に１３ｍｍ の繊維を充填した。繊維床頂部からＣＯを約２８０ｍｍ（１１ｉｎ、）導入した 。ＣＯを燃焼させて、濾過器温度を所望のレベルまで上げさせるために深い深さ の床を使用した。空気およびフライ７ツシユを上向きに床を流通させて、反応器 上部出口から排出させた。ガスを冷却し、減圧にし、さらに最終濾過器を通過さ せた。

熱電対は繊維床中１５０ｍｍ　（６ｉｎ、）ならびに床の上部１５０ｍｍ　（６ ｉｎ、）および床の上部９１５ｍｍ（３６ｉｎ、）に設置した。

この方式における濾過性能はすぐれていた。捕集効率は高＜（９９，５５バーセ ン）Ｋ）保たれ、圧力低下は僅か水柱６．１　ｉｎ、であった（対比実験７１で は水柱１１１　ｉｎ、あるいは実験７４では水柱２２７　ｉｎ、）。目詰りは認 められず、２時間２３分後に予定通り、実験を打切った。実験７１ないし７５の 圧力低下対時間壁は性能の驚くべき改善を示す。スクリーンを付けないＮＦＦは 、典型的に水柱２０ないし２５　ｊｎ、である低温でスクリーン付きのＮＦＦ試 験の場合よりも圧力低下のレベルはさらに小さかった。濾過器内のピーク温度（ １０８６に、１．４９６Ｆ）は実験７１．７３および７４におけるピーク温度（ １，５７６，１，６７８、および１，６６３　Ｆ　）よりも若干低かったが、以 前の実験で濾過問題の徴候が認められた温度よりはまだ上回っていた。実験後反 応器から取り出した繊維の写真はフライアッシュが繊維上に凝集していなかった ことを示す。繊維は分散した繊維のままであり、基準洗浄法にかけることができ る。

収積されたスクリーン付きのデータは２８５ないし９３６Ｋ（５４ないし１２２ ６Ｆ）の範囲を超える併試高温は、捕集効率に悪影舎を及ぼさず、圧力低下を若 干増大させるだけであることを示す。しかし、Ｌｉ２Ｏないし１，１５４　Ｋ　 （１゜５７０ないし１，６８４　Ｆ　）という出口のピーク温度を有する実験７ １．７３および７４においては、フライ７ンシユが繊維保持スクリーン上に圧縮 され、粘着して、集塊状になる傾向を示す。これらの実験中のフライ７ツシユの 温度は、入口温度が平均出口温度よりも３００Ｆ以上高い実験７３および７４の 結果に対して１３００にも高かったかもしれないので、フライ７ンシユの特性が 違っても驚くべきことではない。

対照的に、同様の高い７ライアンシユ温度で作動したが、繊維保持スクリーンを 付けなかった実験７５では集塊問題は経験しなかった。

従来のＮＦＦで遭遇する問題が温度（フライ７ツシユの物性の必然的な変化を伴 う）と繊維保持スクリーンの存在との組合せであることは明らかのように思われ る。該問題はフライ７ツシユの種類に関係するようには思われず（同様の問題が ＰＦＢＣおよび常圧流動床燃焼（ＡＦＢＣ）用物質のいずれにも起った）、また 高温を得るために用いるＣＯの燃焼に関係するようにも思われない。

高温操作の問題に対する解決策はスクリーンの無い方式による操作であるように 思われる。捕集効率および圧力低下は、極めて微細な５μｍのＰＦＢＣフライ７ ツシユの場合であっても、本発明のようにスクリーンを用いない上向き濾過方式 で操作することによって、すぐれた水準に保つことができる。

本明細書に開示された本発明の形式は現在好適な態様を構成しているけれども、 多くの他の形式も可能である。本発明の可能な等何形式または細部をすべて本明 細書に述べるつもりはない。本明細書で用いる用語は限定的なものではなくて単 に記述的なものであり、本発明の精神または範囲を逸脱せずに種々の変更を行う ことが可能なことを理解すべきである。

塵埃出口 国際調査報告 国際調査報告 ｕｓ　８９０３２０７ ＳＡ　３０５７９

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．実質的に拘束された領域中に密に重なり合う繊維配列体を収め、前記密に重 なり合う繊維配列体内部の入口部から、該入口部と実質的に離間している流体出 口部へと、密に重なり合う繊維配列体の実質的部分に汚染物質含有流体の流れを 通過させ、 流体出口部よりも入口部にほぼ近い密に重なり合う繊維前列体の部分において、 流体の流れから汚染物質の実質的部分を分離させ、かつ入口部および流体出口部 から離間している汚染物質出口部において、密に重なり合う繊維配列体から分離 された汚染物質の実質的部分を取り除く一方、密に重なり合う繊維配列体中に流 体の流れを通し続けることから成る流体の流れから汚染物質を取り除く方法。
2. ２．入口部が前記繊維配列体頂部のレベルよりも実質的に低く、流体の流れが流 体出口部に向って主に上方に移行する請求項１の方法。
3. ３．流体出口部が前記繊維配列体頂部のレベルにある請求項２の方法。
4. ４．汚染物質出口部が前記繊維配列体底部のレベルにある請求項２の方法。
5. ５．入口部と汚染物質出口部との間の前記繊維配列体の実質的部分において、繊 維を繰返し激しく動かし、かつ汚染物質出口部から外方に汚染物質を給透するこ とによって汚染物質を取り除く請求項４の方法。
6. ６．往復運動させることによって汚染物質を繊維から振り落す請求項５の方法。
7. ７．重力によって汚染物質出口部から汚染物質を動かす請求項５の方法。
8. ８．繊維は密に重なり合う繊維配列体中に保持しつつ、汚染物質出口部における 多孔板またはスクリーンによって、汚染物質を出口部から通過させる請求項５の 方法。
9. ９．実質的に拘束された領域中の密に重なり合う繊維配列体と、入口部から中に 入り、該入口部から実質的に離間している密に重なり合う繊維配列体の流体出口 部へと密に重なり合う繊維配列体の実質的部分に、汚染物質含有流体の流れを通 過させる手段と、 流体出口部よりも入口部にほぼ近い密に重なり合う繊維配列体の部分において、 流体の流れから汚染物質の実質的部分を分離する手段と、かつ入口部および流体 出口部から離間している汚染物質出口部において、密に重なり合う繊維配列体か ら分離された汚染物質の実質的部分を取り除く手段とを含んで成る流体の流れか ら汚染物質を取り除く装置。
10. １０．入口部が前記繊維配列体頂部のレベルよりも実質的に低く、流体の流れが 流体出口部まで主に上方に移行する請求項９の装置。
11. １１．流体出口部が前記繊維配列体頂部のレベルにある請求項１０の装置。
12. １２．汚染物質出口部が前記繊維配列体底部のレベルにある請求項１０の装置。
13. １３．入口部と汚染物質出口部との間の前記繊維配列体の実質的部分において、 繊維を反復して激しく動かす手段および汚染物質出口部から外方に汚染物質を給 送する手段によって汚染物質を取り除く請求項１２の装置。
14. １４．往復運動を行わせる手段によって繊維から汚染物置を振り落す請求項１３ の装置。
15. １５．重力によって汚染物置を汚染物質出口部から移行させる請求項１３の装置 。
16. １６．汚染物質が汚染物質出口部を通過することを可能にする一方、繊維は密に 重なり合う繊維配列体中に保持する手段を含んで成る請求項１３の装置。
17. １７．可能にする手段が有孔板またはスクリーンを含んで成る請求項１６の装置 。