JPH07502198A - クレーのスラリーの蒸発濃縮 - 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】 クレーのスラリーの蒸発濃縮 技術分野 本発明はクレーのスラリーの蒸発濃縮に関係し、より詳しくは、選鉱したクレー のスラリーを蒸発プロセスによって濃縮するための改良された方法と装置に関係 する。

背景技術 カオリンのようなりレーのスラリーは、固形分の低い水系スラリー中で選鉱する 。選鉱した後、このようなスラリーを脱水するために最も広く用いられている方 法は、最初に減圧又は加圧フィルターで処理し、典型的には約５０〜７０％の固 形分のレベルまでスラリーから大部分の水を除去することを含む。次いで得られ たフィルターのケークを直接接触（通常はスプレードライ）の蒸発に供し、約９ ５％〜９９％まで固形分を増加させる。

Ｗｉｌｌｉｓの米国特許第４６８７５４６号（Ｇｅｏｒｇｉａ　Ｋａｏｌｉｎ　 Ｃｏｍｐａｎｙ社に譲渡）の開示事項から既に分かるように、スプレードライに よる選鉱したクレーのスラリーの濃縮は、噴霧スラリーに接触するかなりきれい な高温ガスの使用を必要とし、スラリーから水を蒸発させる非効率的な方法であ る。この特許は、スラリーから水を除去するために、非接触又は間接の蒸発用熱 交換器の使用を開示している。この特許の明細書は「スラリーを処理する本方法 はスプレードライで生じ易い凝集の問題を回避し、明るさが向上したカオリン生 成物を得る」とフレイムしている。

本発明者らの、自由煮沸と自然循環の標準的な方法を用いた蒸発によるカオリン のスラリーを濃縮する実験の結果、カオリンのスラリーの濃縮における蒸発型熱 交換の使用は、割合に低い固形分のレベル（４０〜４５％）であっても、カオリ ンのスラリーの表面上の厚い皮の生成、熱交換面上での高い固形分のスラリーの 堆積や付着に帰着し易いと考えられる。この自由蒸発法を長い縦管の蒸発器で試 験した場合、管の閉塞の発生が早期に経験され、低固形分のスラリーを高い固有 の循環速度で処理しても、連続的プロセスとして濃縮を効率的に行うことができ なかった。

発明の要旨と目的 本発明の第１の面の目的は、間接的な蒸発用の熱交換の使用に伴う問題が実質的 に克服又は改良された、クレーのスラリーの濃縮のための改良された方法と装置 の提供である。

本発明は、第１の面において、クレーのスラリーを濃縮するための方法を提供し 、熱交換器の中での液体の沸騰を明確に抑えながら、スラリー中の液体の温度を 高めるために熱交換器の中でスラリーを間接熱交換に供し、次いで高温のスラリ ーを急速な圧力低下に供し、スラリーから液体の一部をフラッシュ蒸発させる過 程を含んでなる。

熱交換器の中での沸騰を抑えることにより、熱交換面での高い固形分のスラリー の形成は顕著に低下し、それによって高い効率に基づいて連続的な処理を可能に する。スラリーを加熱するために間接熱交換を使用することは、加ニブラントで 使用できることが多いがスプレードライ法には概して適さない廃熱の使用を可能 にする。したがって、間接熱交換と熱交換器の汚れを防ぐための沸騰の抑制との 組み合わせは、非常に効率的で比較的安価なりレーのスラリーの濃縮方法を提供 する。

加熱したスラリーの急速な圧力降下は、好ましくは熱交換器の下流に配置したセ パレーター容器への入口で行う。カオリンのようなりレーのスラリーの要求され る固形分レベルへの必要な濃縮（例えば、固形分約３４％から固形分約６９％へ ）は、多重効用かん（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｅｆｆｅｃｔ）の蒸発を使用して最も 適切に行い、各々の効用かんはプレート熱交換器のような間接熱交換器と、同様 な効用かんに連続して接続したセパレーターを含む。このような構成において、 各々のセパレーターからの蒸気は、相応した低い温度と圧力でさらに蒸発を行う ために次の効用かんに導かれる。各々の効用かんの温度と圧力は、セパレーター 中の減圧の現実的な限界に到達するまで次第に低下する。

もう１つの面において、本発明はクレースラリーを濃−するための装置を提供し 、この装置はスラリーの液体の温度を高めるに適する間接熱交換器、熱交換器の 中の液体の沸騰を明確に抑制する手段、及び加熱スラリーの圧力を急速に下げて スラリーから一部の水の蒸発を生じさせるための熱交換器に接続した手段を含む 。

好ましい態様において、複数の熱交換器と減圧手段を連続して接続した多重効用 かん蒸発装置を提供し、最初の効用かんから装置の最後の１つの効用かんを除く 効用かんまでの減圧手段から次の効用かんの熱交換器まで蒸気を通過させ、熱交 換器の熱交換媒体を提供する手段を提供する。

多重効用かんの熱交換と蒸発装置の設計を検討するにおいて、権威ある教本は、 低固形分の供給が低温の最終効用かんに入り、高温の高固形分の１番目の効用か んへの途中でしだいに加熱される逆流系が、資本支出に対して燃料と動力の最も 経済的なバランスを与えるであろうと示唆している。この点に関して、関連の米 国特許第４６８７５４６号の開示事項は逆流系を好ましい系として記載している 。

したがって、本発明に関する最初の設計作業では逆流系を考慮した。

しかしながら、その後、順流系の高い簡潔性を配慮しながら、順流系の改良形態 が資本支出に対して運転コストの最もよいバランスを提供することが判断された 。

本発明のこの面において、クレーのスラリーの濃縮のための多重効用かん装置が 提供され、連続して接続した複数の蒸発用効用かんを含み、各々の効用かんはス ラリーを加熱するための間接熱交換手段とスラリーから水の一部を蒸発させる手 段を含み、さらに装置は、１番目の効用かんから最後の効用かんまでクレーのス ラリーを順流するための手段、及び１番目の効用かんに到達する前にスラリーを 予熱するための補助熱交換手段を含み、前記補助熱交換器は２番目から最後の効 用かんまでの各々の熱交換器から熱交換流体を受け入れる。

上記の装置の好ましい態様において、各々の効用かんは、スラリー中に含まれる 水の沸騰を抑制するための手段を備えた間接熱交換器、及び加熱したスラリーの 圧力を急速に低下させてスラリーから水の一部を蒸発させる手段を含む。

図面の簡単な説明 本発明をより容易に理解できるように、次に本発明の現状での好ましい態様を添 付の図面を参照して説明する。

図１は、加熱蒸気の供給を備えた５段効用かん順流蒸発器の略図である。

図２ａと２ｂは、図１に示す蒸発器のより詳細な説明図である・図１は、図２に 示す蒸発器を用いて年間的１５００００）ンの生産量を産出するためのプロセス フロー図の一式を示す。

好ましい態様の説明 図１に関して、本発明の現状で好ましい態様は、５個の効用かん１Ｏ１２０，３ ０，４０，５０を有する順流（ｆｏｒｗａｒｄ−ｆｅｅｄ）の多重効用かんを含 む。各々の効用かんは、熱交換器の中での沸騰を明確に抑えながら、入ってくる スラリーを間接熱交換によって加熱するように構成する。また、各々の効用かん は加熱スラリーの圧力を下げ、スラリーから液体の少なくとも一部を蒸発させる 手段を含む。

効用かんｌＯからの加熱スラリー１１は効用かん２０を通る。効用かんｌＯから のプロセス蒸気１２（スラリーから液体の一部が蒸発して生成した蒸気を含む） もまた効用かん２０を通る。プロセス蒸気１２は効用かん２０の加熱媒体として 作用する。図１に示すように、効用かん２０．３０．４０からの加熱スラリーと プロセス蒸気もまた以降の下流の効用かんを通る。スラリー５１が所望の固形分 を有する生成スラリーである。

効用かん２０．３０．４０．５０は供給スラリー８を予熱するための熱交換部分 をさらに含む。

図１に示す態様において、効用かんｌＯは１１０℃、効用かん２０は９９℃、効 用かん３０は８８℃、効用かん４０は７７℃、効用かん５０は６０℃で運転する 。３０℃の供給スラリーを供給ヒーター７０に供給し、その後、効用かん５０． ４０，３０、及び２０の予熱部分を通す。

また、図１に示すように、プロセス凝縮液１３．２３．３３．４３をそれぞれ以 降の下流の効用かんで熱交換媒体として使用する。

図面の図２ａと２ｂに関して、現状で好ましい態様は、連続して接続した５つの 別個の効用かんを有する順流蒸発器を含み、各々の効用かんは間接加熱熱交換器 １１０．１２０．１３０．１４０．１５０（この態様においてはプロセス熱交換 器）、セパレーター１１ｌ、１２１．１３１，１４１，１５１．及び各々の熱交 換器１１０〜１５０の中での供給スラリーの沸騰を明確に抑えるための付帯の熱 交換器１１０〜１５０中のスラリーの圧力を制御するための制御バルブ手段１１ ２．１２２．１３２．１４２．１５２を含む。５番目の効用かんの後に直接式コ ンデンサー１６０を用意し、最後の蒸気を凝縮させる。

１番目の効用かんの熱交換器１１０にボイラー（図示せず）からのスチームを供 給し、一方で、各々のセパレーター１１−１４の蒸気を下流の熱交換器１２０〜 １５０に供給し、これらの効用かんの熱交換媒体を提供する。

供給スラリーは補助熱交換器１６３．１５３．１４３．１３３、及び１２３を経 由して１番目の効用かんの熱交換器１１０に供給し、１番目の補助熱交換１６３ は最後の効用かんのセパレーターから加熱用蒸気を受け、一方で、補助熱交換器 １５３．１４３．１３３、及び１２３はそれぞれ主熱交換器１５０．１４０．１ ３０、及び１２０から加熱用蒸気を受ける。これらの補助熱交換器は、供給スラ リーが１番目の効用かんの熱交換器１１Ｏ（表１のプロセスフローデータに示す ように最も高い温度）に到達する前に供給スラリーを加熱し、熱交換１１０で所 望の温度に加熱するために供給スラリーを適切な温度にする。この配置は順流配 置を、その設備の少ない投資コストで効率的に使用することを可能にする。

補助熱交換器１２３〜１５３は二重装置のようにして熱交換器１２０〜１５０と 一緒に構成することもでき、例えば共通の蒸気供給と凝縮ドレンより、分割プレ ートの１つの側面で蒸気から再循環スラリーへの熱交換が生じ、分割プレートの 他の側面で供給スラリーの加熱が生じる。

スラリーは、セパレーター１１１〜１５１の各々の出口と熱交換器１１０〜１５ ０の各々のスラリー人口を接続するスラリーポンプ１１４．１２４．１３４．１ ４４．１５４を用いて各々の効用かんの中を再循環させ、一方、バルブ１１５〜 １５５は１つの効用カンから次の効用かん又は次のプロセスへの加熱スラリーの 供給速度を調節する。

前記のように、本願で記載した順流構成は、優れた権威のある教本によって示さ れた逆流（ｂａｃｋｗａｒｄ）構成よりも良いとして選択したものである。小規 模の実験の解析から、固有質量流量（ＳＭＦＲ）の最適値は０．９〜１．０ｋｇ ／ｓｍ２の範囲と推定された。ここで、初期のパイロット実験において、いくつ かの効用かんの熱交換器がこのような低い速度で動きがとれなくなり易いこと力 鎮った。

ＳＭＦＲの実際的な下限値を決め、これらの最小値、供給スラリーの蒸気による 予熱を採用した（これらは対応するフルスケールの蒸発器の経済的バランスによ って変わることがある）。

ラリ−を初期の固形分３０〜４５重量％から、最終的な固形分の６５〜７５重量 ％、より好ましくは６８〜７３重量％に濃縮するのに適している。

請求の範囲は本明細書で開示した発明の一部を形成する。

国際調査報告　−０１ゎｍ１ａｐｐｌ、、１゜。Ｎ０国際調査報告　１ｍｅ＋ｍ ＋閃１ａｐｐ１ｍｍ＋ｉｏ＋＋Ｎ。

ＰＣＴｊＡＵ９２１００６７０ ＦｏｒｍＰＣｒｎＳＡｌコｌｃＭｐ＋ｅｎ＋ｆａｍ＋ｌｙａｎｎｃｉａｌｕｌｙ １９９ｍｌＣＯＰＳＨＷフロントページの続き （７２）発明者　ノープル、ピータ−ジョンオーストラリア国、クィーンズラン ド ４０５１、オールダレイ、トラックソン　ストリート　３３

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．クレーのスラリーを濃縮する方法であって、スラリーを熱交換器の中で間接 熱交換に供してスラリー中の液体の温度を高め、一方で、前記熱交換器の中での 液体の沸騰を明確に抑制し、次いで加熱したスラリーを急速な圧力降下に供して スラリーから液体の一部をフラッシュ蒸発させる過程を含んでなる方法。
2. ２．熱交換器よりも低圧で運転する付帯の分離用容器に熱交換器から加熱したス ラリーを供給し、それによって前記急速な圧力降下を生じさせる請求の範囲第１ 項に記載の方法。
3. ３．バルブ手段を熱交換器と分離用容器の間に配置し、熱交換器の中での沸騰を 抑制する請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．熱交換器と、付帯の分離用容器が多重蒸発用効用かんの１つを構成し、前記 多重蒸発効用かんを連続的に接続して多重効用かん蒸発器を構成した請求の範囲 第１項に記載の方法。
5. ５．１つの分離用容器から取り出したスラリーが次に下流の熱交換器に移動し、 １つの分離用容器の中でスラリーから分離した蒸気を次の下流の熱交換器で間接 熱交換のための媒体として使用する請求の範囲第４項に記載の方法。
6. ６．次の下流の効用かんを、対応する上流の効用かんよりも低い圧力で運転する 請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．多重効用かん蒸発器の最初の効用かんに供給するスラリーを、１以上の下流 の熱交換器からの加熱用媒体を用いて間接熱交換によって予熱する請求の範囲第 ６項に記載の方法。
8. ８．クレーのスラリーを固形分３０〜４５重量％から固形分６５〜７５重量％に 濃縮する請求の範囲第１項に記載の方法。
9. ９．前記クレーのスラリーがカオリンクレーのスラリーを含む請求の範囲第１項 に記載の方法。
10. １０．クレーのスラリーを濃縮するための装置であって、スラリー中の液体の温 度を高めるに適する間接熱交換器、熱交換器の中の液体の沸騰を明確に抑制する ための手段、及び熱交換器に接続し、スラリーから液体の一部をフラッシュ蒸発 させるために加熱したスラリーを急速に圧力降下する手段を含んでなる装置。
11. １１．複数の熱交換器と圧力降下手段とを連続して接続し、多重効用かん蒸発装 置を構成した請求項１０に記載の装置。
12. １２．１番目の効用かんから最後の１つを除く効用かんまでの効用かんの中のス ラリー中の一部の液体の蒸発によって発生した蒸気をそれぞれ次の効用かんの熱 交換器に導き、次の下流の効用かんの熱交換のための熱交換媒体を提供する手段 をさらに含む請求項１１に記載の装置。
13. １３．クレーのスラリーを濃縮するための多重効用かん装置であって、連続して 接続した複数の蒸発用効用かんを含み、各々の効用かんはスラリーを加熱するた めの間接熱交換手段とスラリーから水の一部を蒸発させる手段を含み、さらに、 １番目の効用かんから最後の効用かんまでクレーのスラリーを順流させるための 手段、及び１番目の効用かんに到達する前にスラリーを予熱するための補助熱交 換手段を含み、前記補助熱交換器は２番目から最後の効用かんまでの各々の熱交 換器から熱交換流体を受け入れる多重効用かん装置。
14. １４．各々の効用かんは、スラリー中に含まれる水の沸騰を抑制するための手段 を備えた間接熱交換器、スラリーから水の一部を蒸発させるための加熱したスラ リーの圧力を急速に下げるための手段を含む請求項１３に記載の多重効用かん装 置。
15. １５．加熱したスラリーの圧力を急速に下げるための手段が熱交換器に接続した 分離用容器を含み、前記分離用容器を効用かんの熱交換器よりも低い圧力で運転 する請求項１４に記載の多重効用かん装置。
16. １６．バルブ手段を熱交換器と分離用容器との間に配置した請求項１５に記載の 多重効用かん装置。
17. １７．１つの効用かんの分離用容器からの蒸気を、次の下流の効用かんの熱交換 器のための熱交換媒体として使用する請求項１５に記載の多重効用かん装置。