JPH06508546A

JPH06508546A - 高温セラミック粉塵フィルター

Info

Publication number: JPH06508546A
Application number: JP4511667A
Authority: JP
Inventors: ゴンザレス，サンドラ; ブラウン，ナンシー; ブラウン，ジェシー　ジェイ
Original assignee: ヴァージニア　テック　インテレクチュアル　プロパティーズ，　インコーポレーテッド
Priority date: 1991-03-28
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1994-09-29
Also published as: EP0579774A4; WO1992017266A1; EP0579774A1; CA2107213A1; US5087277A

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】し特許取得をめるものは次のとおりである。

１、セメントと骨材と気孔形成添加剤とを含水混合物の形に混合する工程と、前記含水混合物をフィルターの形状の型に入れる工程と、前記含水混合物を硬化させて前記フィルターの鋳込体を生ずる工程と、前記フィルター鋳込体を前記気孔形成添加剤が溶融し、昇華し、またはその他の形に分解する温度以上に過熱して前記フィルター中の前記添加剤所在位置に気孔を形成する工程とを含む高温セラミックフィルターの製造方法。

２、前記型に入れる工程が前記含水混合物を前記型の内部で分散させる工程を含む請求項１記載の方法。

３、前記分散させる工程が鋳型を振動させる工程を含む請求項２記載の方法。

４、前記型に入れる工程が前記含水混合物をキャンドルフィルターの形に閉じ込める工程を含む請求項１記載の方法。

５、耐火性セメントと骨材と気孔形成添加剤とを含水混合物の形に混合し、前記含水混合物をフィルターの形状の型に入れ、前記含水混合物を硬化させて前記フィルターの鋳込体を生じ、特表平６−５ｏｓ５４ｅ　（２）前記フィルター鋳込体を前記気孔形成添加剤が溶融し、昇華し、またはその他の形に分解する温度以上に過熱して前記フィルター中の前記添加剤所在位置に気孔を形成することにより形成された高温セラミックフィルター。

６、前記気孔形成添加剤がポリマー繊維を含む請求項５記載の高温セラミックフィルター。

７、前記ポリマー繊維がポリエステルである請求項６記載の高温セラミックフィルター。

８、前記気孔形成添加剤がナフタリンを含む請求項５記載の高温セラミックフィルター。

９、前記耐火セメントがアルミン酸カルシウムセメントである請求項５記載の高温セラミックフィルター。

１０、前記型に入れる工程中に形成される前記フィルターがキャンドル型フィルターである請求項５記載の高温セラミックフィルター。

１１、上端から閉塞下端の上の点まで延在する孔を有する円筒体を含み、前記円筒体および前記閉塞下端が耐火セメントおよび骨材により構成されるとともに不規則的に分散した気孔を有する高温セラミックフィルター。

１２、耐火セメントおよび骨材と、ナフタリンと、焼結剤と、ポリマー繊維とから構成される組成物。

１３、アルミナ繊維をさらに含む請求項１２記載の組成物。

１４、セメント２１．０〜２３．０％と、骨材６３．０〜６６．０％と、ナフタリン８．８４〜１０．０％と、焼結剤２．５６〜２．８２％と、アルミナ繊維０．１２〜０．６７％と、ポリマー繊維０．０８〜０．２０％とから成る請求項１３記載の組成物。

１５、セメント２４．０〜２６．０％と、骨材７０．０〜７３．０％と、焼結剤２．７４〜３．５１％と、ポリマー繊維０．２０〜０．６０％とから成る組成物。

明　細　書高温セラミック粉塵フィルター本発明は高温セラミック粉塵フィルターに関し、更に詳しくは、石炭燃焼装置に用いるキャンドル型フィルターおよびその製造方法に関するものである。

従来技術の説明数多くの石炭燃焼用高温ろ過装置が多くの企業によって現在開発中である。これらろ過装置の経済的実用性、効率、および耐久性は、動力タービンへの無粉塵高温ガスの供給能力に大きく左右される。代表的なろ過装置は約１メガパスカル（ＭＰａ）まで機能し、これは、ｌＯ気圧、あるいは１平方インチ当たり（ｐｓｉ）１５０ポンド、および１０００’ｃ（１８５０°Ｆ）と等価である。フィルターは、脈動動作による粉塵除去の際の振動や熱衝Ｖなどのさまざまの強度の応力誘因力を受ける。更に、フィルターは燃焼ガス中に存在するアルカリおよび蒸気により腐食する。二酸化イオウ、硫化水素、および酸化カルシウム等の低レベル気相汚染物質も同様に腐食の原因となる。

図はキャンドル型フィルターモジュール内のガスの流れを示す。石炭燃焼炉からの高熱ガスは、固定板に固定懸垂された複数のキャンドル型フィルターを通過するように導入される。これらのキャンドル型フィルターは基底部が閉塞され頭部が開放された中空の円筒状部材であり、通常はその上端から突出しているフランジによって固定部材から懸垂されている。一般的に、キャンドル型フィルターは、外径２〜５インチ、内径１〜３インチ、長さ３〜４フイートである。キャンドル型フィルターは多孔性であり、未処理ガスがフィルターを通過する際にそのガス内の粉塵を外側表面上に捕捉するように設計されている。清浄ガスはキャンドル型フィルターの中空部を上方へ通過し、タービンまたは他の機器へと流出する。時間の経過とともに原塊がキャンドル型フィルターの外側表面上に堆積する。

この原塊を除去するためにキャンドル型フィルターの中空部に空気の脈動流を送り、キャンドル型フィルターの外側表面に逆向きのガス圧を与えてその表面上の原塊を飛散させる。

破砕された原塊の細片は重力により収集容器内へ落下する。

従来技術のキャンドル型フィルターは一般にシリコンカーバイド（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、アルミナシリカ、ムライト、あるいはコーディエライトの粒状物を粘土結合剤て結合することによって作られる。骨材の粗さく粒度）は気孔率および透過率に影響を及はす。作動時間の大半にわたりフィルターを構成しろ過動率を左右するものがろ過表面（外壁）に堆積する原塊であることはもちろんである。ある種のキャンドル型フィルターは、粉塵がフィルター内部まで深く浸入するのを防ぐために、キャンドルのろ過表面（外壁）に形成したセラミックの繊維または微細粒子の層を備える。従特表千６−５０８５４６　（３）来技術のフィルターは高温下での連続使用に対して十分な耐久性をもっていることを証明していない。セラミック粒子を結合するために使用される粘土結合剤は、結果的に、脈動動作による粉塵除去に伴う熱衝撃によって破壊され易い脆いガラス母材を形成する。また、これらのフィルターは石炭を直接燃料とするタービン（ＤＣＦＴ）の周囲に存在するアルカリや蒸気による広範囲の腐食損壊を受けやすい。

発明の概要本発明の目的は高温セラミック粉塵フィルターの新規な製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は種々の石炭燃焼装置における使用に適した高温セラミック粉塵フィルターを提供することである。

本発明の更に他の目的は高温セラミックフィルターの製造に適した組成物を提供することである。

本発明によれば、耐火セメントを等粒度化耐火骨材、焼結剤、およびナフタリンやポリマー繊維などの気孔形成添加剤と混合する。この混合物をフィルター製造用の型に流し込み乾燥させ硬化させる。次に、この鋳込体を加熱周期を制御しながら１０００℃以上の温度まで加熱する。加熱期間中に、この気孔形成添加剤は分解されて鋳込体内の本来の位置（気孔形成成分が存在していた空間）に気孔を形成する。ナフタリンは８０．２℃で昇華し、ポリエチレン、ポリプロピレンなとの安価なポリマーは普通１７０°Ｃないし３６０°Ｃで溶融する。冷却すると、種々の石炭燃焼ろ過装置に使用できる多孔性高温フィルターが得られる。

図面の簡単な説明図はキャンドル型フィルターモジュール内のガスの流れを示す概略図である。

発明の望ましい実施例の詳細な説明本発明は、耐火コンクリート、即ち最高１８７０℃（３４００°Ｆ）までの温度ての使用に適したコンクリートを使用した新規なセラミック粉塵フィルターを製造するための組成物およびその製造方法に関する。耐火コンクリート（可鋳性）は、高温加熱に伴って分解しコンクリートに気孔あるいは空間を形成するポリマーの繊維もしくは粉体、ナフタリン、おが屑、またはその他の化合物等の気孔形成添加剤と混合する。等粒度化された耐火骨材、例えば粉砕された焼成カリオン、ムライト、またはアルミナが酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような焼結剤とともにフィルター構成体結合用の組成物に混合される。セラミック材料、補強金網、あるいは黒鉛繊維を材料の靭性強化のために含ませてもよい。この組成物を型に入れ、硬化させたのち高温度に加熱する。この高温加熱期間中に、気孔形成添加剤が溶融し、昇華し、またはその他の形に分解して、コンクリート内に気孔あるいは空隙を生成する。冷却すると、このフィルター構成体は多孔性を維持し、石炭燃焼炉からのガスなと未処理ガスに含まれる粉塵を分離するのに使える。

使用されるコンクリート、骨材、焼結剤、および気孔形成剤は本発明の実施範囲内において広く選択することができる。コンクリートはキャンドル型フィルターまたは他の形状のフィルターを形成するように鋳造できしかも高温で使える高温耐火性のものでなくてはならない。例えば、アルミン酸カルシウムセメント、リン酸およびリン酸塩は適切な接合剤である。気孔形成添加物はコンクリートを耐火条件にさらす場合の温度よりも低い温度で昇華し、溶融しまたは他の形に分解する物質の中から選択される。例えば、ナフタリンは８０．２°Ｃで昇華し、ポリエチレン、ポリプロピレン等の安価なポリマー繊維は通常１７０″Ｃないし３６０°Ｃの間て溶融する。気孔形成剤は適当な有機物もしくは合成物の粉状または繊維状材料から選択される。ポリマーを溶融することはフィルターを焼結する上でも有益である。

上述したとおり、キャンドル型フィルターは底の閉じた中空の円筒である。したがって、硬化、乾燥および加熱処理の前にコンクリートに形状を与えるために鋳型が必要である。

耐火コンクリート股よび気孔形成剤を含み互いに異なる材料組成で作られた二個のキャンドル型フィルターを作成した。第一の組成物には気孔形成添加物としてナフタリンとポリマー繊維（ダクロンポリエステル繊維）を含ませた。

このナフタリンは直径約４２０μｍの微細粉末に粉砕し、一方、ポリマー繊維は０．２５ないし３インチの微細片に裁断した。このナフタリンとポリマー繊維を焼結カオリン（膏剤）、パイレックスガラス（焼結剤）、アルミン酸カルシウム（セメント）、およびアルミナ繊維と混合した。

アルミナ繊維はキャンドルフィルターにさらに靭性を付加するために添加するものである。第一の組成物の組成は、重量比て、セメント２１．０〜２３．０％、骨材６３，０〜６６．０％、ナフタリン８．８４〜１０．０％、焼結剤２．５６〜２．８２％、アルミナ繊維０．１２〜０．６７％、およびポリマー繊維０．０８〜０．２０％であった。また、第二の組成物は気孔形成添加剤としてポリマー繊維（ダクロンポリエステル繊維）のみを含有するものであった。ポリマー繊維は、０．２５．０．５および１．０インチの微細片に裁断された。この第二の組成物の組成は、重量比で、セメント２４．０〜２６．０％、骨材７０．０〜７３．０％、焼結剤２．７４〜３．５１％、およびポリマー繊維０．２０〜０．６０％であった。これら組成の両方において骨材の最大粒径は６００μｍであった。

これらのキャンドル型フィルターは上記セメント、骨材、焼結剤、および気孔形成剤を均質な混合体となるように３ないし５分間混合することによって形成する。この混合体を準備した後、鋳造可能な軟度になるまで水を加える。未乾燥混合体を中空の円筒形鋳型内へ流し込む。この鋳型は外径３インチ、内径１．５〜１．７５インチで適当な長さの鋳型であればよい。鋳型の外側部分はポリ塩化ビニルのチュ特表千６−５０８５４６　（４）一ブて形成でき、また鋳型の内側部分は紙製のチューブで形成できる。鋳Ｙはゴムバンドで一体的に保持され、その基底部を固定するように金属板の上に置く。

コンクリート混合物を鋳型の中へ流しこんだのち、この混合物が鋳型の形になるまで鋳型を振動させる。注意深く振動させたのち、鋳型とその内容物をプラスチック製の袋に入れひと晩装置して硬化させる。この硬化したチューブ（鋳込体）を鋳型から分離し、ひと晩空気乾燥する。乾燥ののちこのチューブを次ぎの時間配分にもとすいて炉内で加熱する。即ち、１００°Ｃで２４時間加熱後、温度を毎分ピＣの割合で１００°Ｃから５５０℃まで上昇させ（緩やかな温度上昇速度により含有水分が除去される）、更に６時間にわたり温度を５５０°Ｃに維持したのち、温度を毎分１℃の割合で５５０°Ｃから１２００°Ｃまで上げ、６時間にわたり温度を１２００°Ｃに維持する。その後、毎分３０℃の割合で室温まて冷却する。この緩やかな冷却速度は、フィルター本体内における微細亀裂の発生を最小限度に抑えるためのものである。この加熱工程中に、ナフタリンが昇華しポリマー繊維が溶融してそれら材料所在位置に気孔を有するセメント製キャンドル型フィルターが作られる。

このようにして作製されたキャンドル型フィルターの百分率表示の気孔率をアルキメデスの原理により決定した。

ナフタリンとポリマー繊維の両方を含有する上記第一の組成で作製したキャンドル型フィルターは気孔率が５０．０〜５７．０％であったのに対し、第二の組成で作製したキャンドル型フィルターの気孔率は、４６、Ｏ〜５０．０％であった。

両組成のキャンドル型フィルターの組の両方についての気孔率の分布は石炭燃焼炉により生ずるようなガス蒸気内の粉塵物質の分離にこれらフィルターを使用することを可能にするに十分である。キャンドル型フィルターの透過性を互いに異なる空気速度における圧力の低下の計測によって試験した。ナフタリンおよびポリマー繊維を含有する上記第一の組成て形成したキャンドル型フィルターの透過率（圧力低下）は、２．９６〜７．１９ミリノく−ルてあった。一方、ポリマー繊維のみを含有する上記第二の組成て形成したキャンドル型フィルターは透過率が低く１２．３９〜２０．６１ミリバールの範囲の圧力差てあった。それにもかかわらず、両組成で形成したキャンドル型フィルターの透過率は、ＤＣＦＴあるいは他の石炭を燃料とする装置用に使用する上て許容できるものであった。

本発明のキャンドル型フィルターは、従来技術の粘土−セラミック繊維型キャンドル型フィルターのように早く腐食することはない。このフィルターの成分は高温において耐腐食性をもち、ガラス相を含有していないのである。

耐火コンクリートを含む組成物にポリマーおよび有機成分を含めた望ましい実施例について本発明を詳述してきたが、本発明か添付の請求の範囲の真意と範囲内に於いて改変実施できるものであることは当業者に明らかであろう。

捕集された固形物フロントページの続き（５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，５識別記号　庁内整理番号Ｃ０４Ｂ　３８１０６　Ｂ　７３５１−４Ｇ（７２）発明者　ブラウン、ジェシー　ジェイアメリカ合衆国、ヴアージニア州　２４０７３、クリスチャンバーグ、ミラーストリートＩ

Claims

【特許請求の範囲】本発明の上述の説明に基づき発明者が新規であると主張し特許取得を求めるものは次のとおりである。１．セメントと骨材と気孔形成添加剤とを含水混合物の形に混合する工程と、前記含水混合物をフィルターの形状の型に入れる工程と、前記含水混合物を硬化させて前記フィルターの鋳込体を生ずる工程と、前記フィルター鋳込体を前記気孔形成添加剤が熔融し、昇華し、またはその他の形に分解する温度以上に過熱して前記フィルター中の前記添加剤所在位置に気孔を形成する工程とを含む高温セラミックフィルターの製造方法。２．前記型に入れる工程が前記含水混合物を前記型の内部で分散させる工程を含む請求項１記載の方法。３．前記分散させる工程が鋳型を振動させる工程を含む請求項２記載の方法。４．前記型に入れる工程が前記含水混合物をキャンドルフィルターの形に閉じ込める工程を含む請求項１記載の方法。５．耐火性セメントと骨材と気孔形成添加剤とを含水混合物の形に混合し、前記含水混合物をフィルターの形状の型に入れ、前記含水混合物を硬化させて前記フィルターの鋳込体を生じ、前記フィルター鋳込体を前記気孔形成添加剤が熔融し、昇華し、またはその他の形に分解する温度以上に過熱して前記フィルター中の前記添加剤所在位置に気孔を形成することにより形成された高温セラミックフィルター。６．前記気孔形成添加剤がポリマー繊維を含む請求項５記載の高温セラミックフィルター。７．前記ポリマー繊維がポリエステルである請求項６記載の高温セラミックフィルター。８．前記気孔形成添加剤がナフタリンを含む請求項５記載の高温セラミックフィルター。９．前記耐火セメントがアルミン酸カルシウムセメントである請求項５記載の高温セラミックフィルター。１０．前記型に入れる工程中に形成される前記フィルターがキャンドル型フィルターである請求項５記載の高温セラミックフィルター。１１．上端から閉塞下端の上の点まで延在する孔を有する円筒体を含み、前記円筒体および前記閉塞下端が耐火セメントおよび骨材により構成されるとともに不規則的に分散した気孔を有する高温セラミックフィルター。１２．耐火セメントおよび骨材と、ナフタリンと、焼結剤と、ポリマー繊維とから構成される組成物。１３．アルミナ繊維をさらに含む請求項１２記載の組成物。１４．セメント２１．０〜２３．０％と、骨材６３．０〜６６．０％と、ナフタリン８．８４〜１０．０％と、焼結剤２．５６〜２．８２％と、アルミナ繊維０．１２〜０．６７％と、ポリマー繊維０．０８〜０．２０％とから成る請求項１３記載の組成物。１５．セメント２４．０〜２６．０％と、骨材７０．０〜７３．０％と、焼結剤２．７４〜３．５１％と、ポリマー繊維０．２０〜０．６０％とから成る組成物。