KR880001994B1 - 입자를 포함하는 고온의 가스 분류를 냉각하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

입자를 포함하는 고온의 가스 분류를 냉각하는 방법 및 장치

제 1 도는 통상의 노카본 블랙(furnace carbon black)공정라인에 연결된 본 발명에 따른 냉각 장치를 실선으로 나타내고, 종래 기술의 냉각 장치를 비교 크기로 점선으로 나타낸 개략적인 선형 공정 계통도.

제 2 도는 제 1 도에 도시된 본 발명의 냉각장치의 실시예를 개략적으로 도시한 종단면도.

제 3 도는 제 2 도에 도시된 냉각장치의 개략적인 부분 확대 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반응기 5 : 반응실

6,16 : 노즐 9 : 간접 열교환기

14 : 라이저 15 : 직물 여과장치

18,31 : 도관 19 : 흐름 정류장치

20 : 도관의 하부부분 24 : 도관의 목부분

25 : 급수파이프 26 : 도관의 상부부분

27 : 단부캡 28 : 버팀대

29 : 무제한 오리피스 30 : 단열재

50 : 급수밸브 51 : 조절기

To : 열전쌍

본 발명은 일반적으로 입자를 포함하는 공정 분류(process stream)의 냉각에 관계된 것이며, 특히 입자를 포함하는 고온의 공정 분류를 냉각하여 여기에 포함된 입자를 직물여과 방법으로 공정 분류로 부터 분리 하는 종합적인 방법 및 장치에 관한 것이다.

대다수의 산업 공정에서, 부유 입자형태, 다시 말하면 고온 가수 분류 성분내에서 반송되는 고체 입자 형태인 생산물 또는 부산물이 생성된다. 일예로, 노카본 블랙은 열분해 및 또는 탄화수소 연료의 부분적인 연소로 발생하며, 이는 통상적으로 부산물인 고온의 연도 가스내에서 입자성 카본 블랙 생성물의 연무제 또는 부유물 형태로 초기에 발생된다. 카본 블랙 공정 분류는 카본 블랙 생성 반응기 내에서 냉각 되어 카본 생성 반응이 종결되고, 더욱 냉각된 후에 카본 블랙 제품을 포집하기 위해 직물 여과 처리된다. 다른 예시적인 실시예에서는 입자를 포함하는 고온의 공정 분류는 냉각된 다음 직물 여과처리되며, 본 발명이 양호하게 사용될 수 있는 공정은 연도가스에 포함된 입자를 여과하기 전에 석탄 사용 발전소 연도가스를 처리하는 공정, 건조공정의 침탄 하소분류(

燒奔流)의 냉각 하소성 광석 또는 암석 먼지를 포함하는 분류의 냉각 등이다.

통상적으로, 상용의 직물 여과 방법에서는 입자를 포함하는 가스성 분류를 하나 또는 다수의 다공질천 또는 직물 여과 요소를 통과시키는 방법을 사용하여, 이때 상기 여과 요소는 선택적인 다공성 또는 통과성으로 되어 있어 처음에는 공정 분류의 가스 성분을 통과시키되 입자 성분은 통과시키지 않는다. 시간이 지남에 따라 입자 성분은 가스 성분으로 부터 분리되어 직물여과 요소의 포집면 혹은 흐름 유입면에 포함된다. 여과 요소로 부터 포집된 입자를 제거하기 위해서는 통상 주기적으로 여과 요소를 통과하는 가스 흐름을 역으로 하거나 또는 재가압하거나, 여과요소를 기계적으로 진동시키거나 또는 요동시키는 방법을 사용한다. 이와 같이 분리된 입자 덩어리는 보통 수집 호퍼(hopper)내로 이동하여 여기에서 포장 및/또는 최종 제품을 제조하기 위해 필요한 공정을 거치도록 반출된다. 상용의 노카본 블랙의 제조공정에 있어서, 직물여과장치로 부터 포집된 소위"플러피(fluffy)" 카본 블랙은 다음과 같이 처리된다. 습윤 펠리타이징(pelletizing) ; 건조 펠리타이징 ; 고밀도처리 ; 공기, 오존 또는 무기산에 의한 표면 산화처리 ; 핀 분쇄, 해머 분쇄 또는 유체 에너지 분쇄 등의 분쇄처리 ; 하소처리 ; 오일 또는 오일 에멀존등에 의한 계면활성제 처리등.

여과요소를 제작하는 직물 재료로는 보통 유리, 목면, 모직, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이들의 혼합물의 직포 또는 부직포 방직 섬유가 사용된다. 상기 재료들은 사용되는 특정 직물여과장치에 필요한 기하학적 형태로 성형되거나 또는 재봉된다. 보통 사용되는 여과장치는 소위 "백(bag)여과기"이며, 이 장치의 직물여과 요소는 긴 튜브 형태로 되어 있다. 다른 공지된 여과장치는 봉투형, 시트형, 볼트형 또는 원판형의 직물여과 요소를 사용한다. 특별한 다른 공지된 직물여과장치는 직물여과 요소가 상자형 요소내에 단지 충진재 혹은 내용물 형태로 수납되어 있어, 이를 통해 입자를 포함하는 공정 분류가 통과하여 여과처리 되는 형태가 없는 직물여과 요소를 사용한다.

어떠한 특수한 직물여과장치를 사용할 경우라도, 직물여과장치내를 통과하는 입자를 포함하는 공정 분류의 온도는 직물여과 요소를 손상하지 않도록, 고온이어서는 안된다. 그러나, 또한 여과장치를 통과하는 공정 분류의 온도는 여과장치내의 분위기를 공정 분류의 이슬점 이상으로 유지할 수 있을 정도의 고온이어야 하며, 이러한 온도를 유지하여야 공정 분류의 응축가능 성분의 응축을 방지할 수 있다. 전자의 온도 기준을 유지하지 못하면 직물여과요소의 수명이 대단히 짧아진다. 후자의 온도범위를 유지하지 못하면 입자 생성물이 습윤되거나 또는 질이 저하되며, 직물여과 요소를 폐색하게 된다. 노카본 블랙 제조공정의 경우에, 습윤된 카본 블랙이 직물여과장치에 포집되는 것은 포집 단계의 효율을 저하시킬 뿐 아니라, 포집된 카본 블랙의 펠리타이징, 고밀도처리 또는 화학적인 후 처리와 같은 하류 마무리 가공의 효율과 질을 저하시키고 또한 최종 생산된 카본 블랙의 질 및 균질성을 저하시킨다.

입자를 포함하는 고온의 공정분류를 전기한 온도 범위내로 간접 열교환기를 사용하여 냉각시키는 것은 가능하지만 이러한 열교환기는 운용에 있어서 경제성과 효율성을 양호하게 유지하기가 어렵다. 통상적으로 직물여과장치로 처리하고자 하는 입자를 포함하는 공정 분류의 목표 온도는 149℃에서 317℃사이이다. 간접 열교환기는 강하시켜야 할 온도가 비교적 클때, 예컨대 300℃정도 또는 그 이상일때와, 냉각하여야 항 공정 분류의 온도가 538℃ 이상일 경우에는 경제적인 열 추출방법이 된다. 따라서, 예컨대 538℃의 입자를 포함하는 공정 분류를 간접 열교환기술을 사용하여 260℃로 냉각시킨다면, 이 공정은 비경제적인 장치를 사용하는 것이 되며, 이러한 방법은 추출한 열에너지를 완전히 재사용한다. 하여도 비경제적이 된다. 나아가서, 간접 열교환장치는 통상적으로 비교적 정적 공정상태에 사용하기 때문에, 가변공정상태에서는 정확하게 조절하기가 힘들다. 전기한 결점으로 해서, 화학산업공정에서의 종래의 관행은 경제적으로 가능한 간접 열교환기로 고온의 공정 분류로 부터 많은 열을 추출하여 재사용하고, 다음에 공정 분류에 냉각수를 분무하여 공정분류를 적절한 직물여과 온도로 냉각하였다.

상기 같이 공정 분류를 적절한 직물여과 가능온도로 냉각시키는 것은 직물여과 장치내로 유입되는 냉각된 분류의 유입구로 부터 비교적 먼곳의 상류에서 공정 분류내로 압력수 또는 부가적인 물을 분무하여 수행한다. 분무는 살수와는 달리 정상적인 살수방법으로 발생되는 비교적 큰 물방울 보다 미세한 물방울을 형성하여 물방울이 보다 신속하게 증발되게 한다. 공정 분류내에 냉각수를 분무하는 지점과 여과장치 사이의 도관을 길게하여, 냉각된 공정 분류가 직물여과장치내로 유입되기전에 분무된 냉각수가 완전히 증발할 수 있게한다. 만약 분무액체가 완전히 증발하지 못하면 앞서 언급한 직물여과장치내에서 공정 분류의 가스 성분이 응축되는 것과 유사한 문제점을 발생시킨다.

냉각수를 공정 분류내로 분무한 후에 비교적 오랜 시간을 제공하는 근본적인 이유는, 본 출윈인이 생각하기에는 현재 산업 공정에 이용되는 부가유체나 압력수의 분무기술이 다같이, 공정 분류내에서 물방울이 일정하게 신속한 속도로 완전히 증발할 수 있도록 공정 상태의 광범위한 상태 변화에 따라 미세한 물방울을 형성할 수 없기 때문이다. 압력 분무시에 물은 제한된 오리피스를 갖는 노즐을 통하여 압출되며, 분사된 물이 방울들로 분산되고 물방울들의 평균크기가 형성되는 효율은 분무노즐의 오리피스 직경과 오리피스에 걸쳐 발생하는 압력 강하에 의해 결정된다. 또한 주어진 직경의 오리피스를 통과하는 냉각수의 유량도 압력 강하의 함수가 되며, 압력 강하 폭이 커질수록 유량도 증가한다. 전기한 변수중의 어느 하나를 근소하게 변화시켜도 형성되는 물방울의 균질성과 크기는 현저하게 변화한다. 대부분의 화학산업 공장 설비에서 설치된 압력 분무 노즐의 오리피스 크기는 불변변수로 간주된다. 그러나 유량과 압력 강하는 불변 변수로 간주하지 않는다.

산업공장의 가동에 있어서, 급수라인 압력 및 유량과 냉각될 공정 분류의 온도 및 유량은 가변적이다. 제품의 특성을 바꾸기 위해 반응기의 상태를 변화시킴으로써 공정 분류의 온도 및/또는 유량이 변화할 때는, 공정 분류를 직물여과처리 할 수 있는 필요한 준비 온도로 냉각하기 위해 공정 분류내로 분무되는 냉각수의 유량을 변경시켜야 하낟. 따라서, 분무 노즐로 공급되는 수압은 부수적으로 또는 의도적으로 상당히 변화되어, 공정 작동중 어느 기간 동안은 압력 분무 노즐이 설계된 압력 강하 및 유량으로 작동하지 않거나 못하게 된다. 상기 상태하에서, 압력 분무 기술로 생성되는 물방울의 크기는 매우 커지고 균일성이 감소하여, 공정 분류내의 물방울을 완전히 증발시키기 위해서는 냉각된 공정분류 내에서의 물방울의 잔류 시간을 충분히 연장시켜야 한다. 부가 유체 분무 노즐은 수분류를 노즐에서 미세한 물방울로 분쇄하고 분쇄된 물방울을 공정 가스 내로 주입시키기 위해 작동 가스를 사용한다. 효율적인 작동을 위해 이러한 부가유체 노즐은 통상적으로 작동 가스를 비교적 큰 유량으로 사용하며, 이 가스는 공정에는 원칙적으로 사용되지 않으며, 궁극적으로는 하류 직물여과장치에서 처리 되어야하는, 공정 분류내의 부가 가스 부분으로 존재한다.

공정 분류 내로 분무된 가압 또는 부가 냉각수의 잔류 시간을 최대로 하기 위해, 전기한 바와 같은 큰 체적의 도관 또는 소위 "라이저(riser)"를 공정 분류 내로 냉각수를 분무하는 지점과 직물여과장치 사이에 위치시키는 방법이 통상적으로 사용되었다. 상기 상태하에서 분무된 냉각수의 물방울의 직경이 비교적 큰 상태에서는 라이저를 통하여 흐르는 공정 분류내에서 물방울의 증발 속도는 상당히 느려지게 된다. 노카본 블랙 제조시에 상기와 같은 증발 속도의 감소는 라이저 내의 공정 분류의 입자를 습윤시키거나 또는 덩어리지게 하고 집적된 카본 블랙 제품내에 거친 응집체가 존재할 가능성을 증가시키게 된다. 또한, 공정 분류의 부식성이 상당히 강한 경우가 많기 때문에, 라이저 도관은 고가의 내부식성 합금으로 제조되어야 한다. 물론 이제까지는 직물여과장치내에 습기가 존재하는 것을 방지하는 것이 전술한 큰 체적의 내부식성 합금 라이저를 설치, 운용하는 막대한 경제적인 손실이나 라이저 내에서 입자가 덩어리로 뭉쳐지는 위험성보다도 중요하였기 때문에, 본 발명이 실현 되기전까지는 산업 공정에서 공정 분류내로 광범위하게 주입된 냉각수를 완전히 증발시키기 위해 상기 난점을 받아들일 수 밖에 없었다.

본 발명에 따라 전기한 여러 난제는 완전히 해결되거나 상당히 개선된다.

본 발명의 목적은 입자를 포함하는 고온의 가스분류를 냉각하는 새로운 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 입자를 포함하는 고온의 가스 분류를 냉각하는 새로운 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 입자를 포함하는 고온의 공정 분류로 부터 입자를 분리하는 개선된 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 입자를 포함하는 고온의 공정 분류로 부터 입자를 분리하는 개선된 시스템을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 노카본 블랙을 포함하는 공정 분류로 부터 노카본 블랙을 분리하는 개선된 시스템 및 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적과 장점을 이하 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명의 따른 입자를 포함하는 고온의 가스는 공정분류를 음속의 적어도 0.25배 이상 가속할 수 있도록 기하학적인 형상과 크기를 가진 벤츄리(venturi)형 도관을 통과한다. 벤츄리형 도관의 목 부분에서 냉각수는 다수의 무제한 오리피스를 통해 상기 가스 분류내로 횡방향으로 사출된다. 냉각수가 사출되는 지점에서의 공정 분류의 흐름이 대단히 활동적이기 때문에, 냉각수의 복수 분류는 급속히 비교적 적은 크기의 물방울로 분열, 분산 및 파쇄되어, 생성된 물방울의 신속한 중발로 가스 분류로 부터 열을 추출한다. 상기 과정을 거쳐 냉각된 가스 분류 또는 공정 분류는 직물여과장치를 통과하게 되어, 입자가 가스 성분으로 부터 분리된다.

제 1 도를 참조하여 보면, 종래의 노카본 블랙 제조 공정라인은 주요 요소(1), (9), (14) 및 (15)로 구성된다. 탄화수소 원료, 연소연료 및 가스성 산화제(보통공기)는 카본 블랙 반응기(1)내로 유입된다. 이 유입물들은 반응기 내에서 혼합되어 연소되고, 연소반응 혼합물은 카본 제조상태가 유지되는 내화벽으로 된 반응실내를 통과한다. 통삭적으로 반응실(5)내의 온도는 1315℃ 내지 1760℃사이로 유지되며, 정확한 온도는 필요한 카본 블랙 제품의 특성에 따라 결정된다. 반응실(5)내의 온도는 보통 반응기(1)내로 유입되는 산화제, 연료 및 원료의 비율을 적합하게 하여 조절한다. 카본 성형반응은 반응 혼합물이 반응실(5)의 하류 부분을 통과할때 노즐(6)을 통하여 냉각수를 분사하는 소위"제 1 냉각"에 의해 종결되기 시작한다. 반응혼합물내로 분사되는 냉각수의 유량은 공정 분류의 온도를 1204℃ 정도 또는 그 이하로 급속히 냉각시킬 수 있는 적절한 비율로 분사된다. 공정에 있어서 냉각수가 분사되는 지점에서 반응 혼합물의 온도가 비교적 높기 때문에, 자연적으로 주 냉각수는 신속하게 증발하며 따라서 냉각 노즐(6)의 작동은 통상적으로 중요한 사항이 되지 않는다.

공정 연도 가스에 부유 상태로 존재하는 카본 블랙으로 구성된 공정 분류는 다음에 반응기(1)에서 간접 열교환기(9)로 이송되며, 여기에서 공정 분류는 보통 426℃ 내지 648℃사이로 더욱 냉각된다. 간접 열교환기는 (9)는 통상적으로 카본 블랙 성형공정에 사용되는 연소 산화제에 의해 냉각되므로, 연소 산화제를 반응기(1)에 유입시키기 전에 예열하여 손실될 상당량의 열을 회수하여 전공정의 열효율을 증가 시킨다.

공정 분류로 부터 카본 블랙을 분리하는 종래의 방법은 백 여과기와 같은 직물여과장치(15)를 사용하기 때문에, 공정 분류는 카본 블랙 덩어리를 여과기내의 유입면에 잔류시키고 공정 가스는 통괴시키는, 다공질 직물 여과 요소내로 통과하게 된다. 직물여과장치(15)내에 분리 및 포집된 카본 블랙 제품은 다음에 포장하거나 또는 전기한 바와 같이 처리한다.

직물여과장치(15)내의 직물여과 요소를 보호하기 위해, 우선 간접 열교환기로 부터 배출되는 아직도 비교적 고온의 상태인 공정 분류의 온도를 149℃ 내지 371℃ 사이로 더욱 냉각시키는 것이 필요하며, 정확한 온도도는 공정 분류의 가스 성분의 이슬점과 직물여과장치(15)내에 사용되는 특수한 직물여과 요소의 내열성을 고려해서 결정하여야 한다.

[선행 기술]

통상적으로, 직물여과처리를 하기 위해 노카본 블랙 공정 분류에 부가적인 냉각, 혹은 "제 2 냉각"을 실시 하는 것은 간접 열교환기(9)에서 부분적으로 냉각된 공정분류를 종방향 수직으로 위치한 큰 체적의 도관 또는 라이저(14)의 상류단에서 물을 분무하면서 라이저에 유입시켜 실시한다. 비교를 위해 일반적인 형태의 라이저의 제원을 설명하면 높이는 약 30.48m, 직경 1.524m이고 고가의 내부식성 합금으로 제작된다. 라이저(14)의 상류단에는 압력 또는 부가 유체 분무 노즐(16)이 위치하며, 이들을 통해 냉각수가 공정 분류를 선택적인 온도로 냉각시킬 수 있는 비율로 분무된다. 노즐(16) 하류에 위치한 라이저(14)의 연장부는 길게 마련되어 라이저 내에서 공정 분류가 충분한 시간 동안 잔류하여 공정 분류가 직물여과장치(15)로 유입되기전에 분무된 냉각수가 완전히 증발되도록 한다. 그러나, 특정의 원인으로 분무된 물방울의 크기가 약 300×10^-6m 정도로 크게 되면, 공정 분류내의 물방울의 증발 속도가 느려지고, 따라서 부유 카본 블랙 입자와 물방울이 공정 분류가 라이저(14)를 통과하는 동안에 접촉하는 비율이 상당히 높아진다. 앞서 언급한 바와 같이 카본 블랙 입자가 습윤되면, 습윤된 입자는 서로 뭉쳐 저질의 덩어리로 된다. 또한, 습유된 카본 블랙 입자는 라이저(14)의 벽과 접촉하여 벽면에 부착되어 덩어리로 고화된다.

[본 발명의 기술]

본 발명을 설명하기 위해 제 1 도의 실선 부분 및 제 2 도 및 3 도를 참조한다. 도면에서 같은 구조는 같은 본호로 표시하였다. 간접 열교환기(9)로 부터 배출되는 입자를 포함하는 비교적 고온의 공정 분류는 벤츄리 형태의 도관(20)내로 유입되며, 도관(20)은 공정 분류를 도관내의 목부분(24)내에서 적어도 음속의 0.25배 이상 가속할 수 있는 기하학적인 형태로 제작한다. 여기서 말하는 "음속"이라는 것은 상기 분류내에서의 지역적인 음속으로 공정 분류의 실제 속도를 나눈 무차원지수를 말한다. 따라서, 음속은 온도와 성분에 따라 가변적이며, 특정 공정 분류의 성분과 온도를 전체적으로 고려함으로써 주어진 상태에서의 음속을 용이하게 계산할 수 있다. 필요하면, 공정 분류의 속도를 목부분(24)내에서 적어도 음속의 0.4배 이상 가속할 수 있도록 벤츄리 형 도간(20)의 크기 및 형상을 제작할 수 있다.

벤츄리형 도관(20)은 급속히 수렴되는 상류부분(22), 목부분(24) 및 완만하게 확산된 하류부분(26)으로 구성된다. 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시예에서는, 단부가 단부캡(27)로 종결된 급수파이프(25)를 목부분(24)의 종축 중심선을 따라 중앙에 위치 시킨다. 급수파이프(25)는 벤츄리형 도관(20)의 수렴 부분(22)의 벽으로 부터 연장된 버팀대(28)로 중심위치를 유지한다. 다부캡(27)은 다수의 무제한 오리피스(29)로 구성되며, 오리피스는 벤츄리형 도관(20)의 종축 중심선에 대해 반경 방향으로 향해 있어, 이곳을 통하여 냉각수가 목부분(24)를 통과하는 공정 분류내로 횡방향으로 분사된다. 급수밸브(50) 및 조절기(51)의 조합으로 오리피스를 통해 공급되는 냉각수의 유량을 조절한다. 조절기(51)은 외부 열전쌍(To)로 부터 공정 분류 온도 자료를 전달받아 예정목표 온도 또는 설정 온도에 대해 상기 자료를 집적하여 이에 따라 냉각된 공정 분류의 온도가 설정 온도에 일치하도록 급수밸브(50)을 조정한다. 냉각수를 미세한 물방울로 분쇄하고 이 물방울을 상기 분류내로 분산시키는데 본 발명에서는 주로 가속된 공정 분류의 운동 에너지를 사용하기 때문에, 냉각수를 공급하는 무제한 오리피스(29)의 직경과 이를 통과하는 냉각수의 압력(또는 유량)은 작은 물방울을 형성할 수 있도록 매우 가변적이 되고, 따라서, 물방울을 공정 분류내에서 획일적으로 신속하게 증발시키는데는 어려움이 없다.

이러한 본 발명의 유익한 장점은 종래의 기술의 압력 또는 부가 유체 분무 노즐을 사용할 때의 한계성에 비해 현저하게 우수하다. 특별한 공정에 사용되는 냉각수 유량이 결정되어 있을때, 오리피스(29)의 직경과 수는, 특정 공정에 포함되는 냉각수량의 허용범위하에, 분사된 냉각수 분류가 분쇄 및 파쇄되기 전에 공정 분류가 단부캡(27)의 표면으로 부터 적어도 약간의 거리로 공정 분류 내로 분사될 수 있도록, 각각의 오리피스(29)에 충분한 압력을 인가하는 것이 적합하다.

벤츄리형 도관(20)의 확산부분의 확산 각도는 한정되지 않는다. 그러나 상기 확산 각도는 6°내지 14°범위로 하는 것이 적합하며, 특히 7°내지 10°사이가 적합하다. 확산부를 상기 각도로 제작함으로써, 상기 확산부(26)은 확산부로 작용하여, 공정 분류의 주어진 가속도에 대해 도관(20)에 발생하는 압력 강하를 최소로 하고 공정 분류가 고속으로 유동하는 거리를 연장시킨다. 본 발명의 다른 적합한 실시예에서는 벤츄리형 도관(20)의 확산부(26)만이라도 단열재(30)과 같은 부재로 단열처리 한다. 상기 단열재(30)은 고온의 공정 분류의 열침전력을 약화시키며, 열침전력을 감소시키지 않으면 목부분(24)를 지나 바로 벽 표면에 입자 성분이 부착되게 된다.

본 발명의 다른 적함한 실시예에서는 벤츄리형 도관(20)의 수렴부분(22)의 상류단에 흐름 정류장치(19)를 포함하는 짧은 도관(18)을 설치한다. 이러한 흐름 정류장치를 벤츄리형 도관(20)의 바로 앞에 마련함으로써 도관(20)으로 접근되는 공정 분류의 난류 및 와류를 최소한으로 감소시켜 공정 분류가 도관내에서 효율적으로 가속되게 한다.

본 발명에 따라 공정 분류내로 분사된 냉각수가 신속히 분산 및 증발되므로, 벤츄리형 도관(20)과 도관(20) 하류단 및 직물여과장치(15)의 유입구 사이를 연결시키는 도관(31)은 종래 기술에서 제 2 냉각에 사용하던 라이저에 비해 같은 공정 능력을 가지면서도 구조가 월등히 간단하다. 이것은 앞서 지적한 바와 같이 종래 기술의 제 2 냉각 라이저 시스템이 대단히 큰 길이와 체적으로 되어 있는 것에 비해 본 발명이 실시에 있어서, 큰 장점이 있는 것을 나타낸다. 본 발명의 방법과 장치를 사용함으로써, 예컨대 앞서 "선행기술"란에서 설명한 규격의 라이저(14)로 냉각시키는 것과 같은 종류의 노카본 블랙 공정 분류를 출구 및 입구 직경이 0.8128m, 목부분 직경 0.0464m, 전길이가 3.6576m 내지 4.572m인 본 발명의 벤츄리형 도관(20)으로 효율적으로 목표 온도로 냉각시킬 수 있다. 또한 도관(31)의 체적 또는 길이는 냉각된 공정 분류를 직물여과장치(15)내로 밀봉 공급하는데 필요한 규격 만으로 되어 있다. 나아가서, 본 발명의 장치는 종래의 라이저와 달리 수직으로 위치시킬 필요가 없이 적절한 공간을 이용하거나 또는 장치의 설계상의 편의를 위해 임의의 각도로 설치할 수 있다.

부가적으로, 본 발명은 냉각수를 압력 분무하는 종래 기술에 비해 공정 분류의 유입온도 변화에 대해 별로 영향을 받지 암ㅎ는다. 일예로 종래 기술의 방법을 사용할 경우 라이저(14)에 유입되는 공정 분류의 온도가 38℃정도 낮아지게 되면 목표 온도로 냉각하기 위해 공정 분류내로 분무 되는 냉각수의 유량은 20% 정도 감소되어야 한다. 그러나, 유량을 20% 감소시키기 위해 수압을 저하시키면, 압력 분무되는 물방울의 평균 직경이 증가하게 되고 상기 직경이 증가된 물방울을 증가시키기 위한 잔류시간과 상기 잔류시간을 증가 시키기 위한 도관 상부의 체적이 증가되어야 한다. 그러나, 본 발명의 방법 및 장치를 사용할 경우에는 공정 분류의유입 온도가 상기와 같이 저하되고 따라서 냉각수의 유량이 유사하게 감소하여도 물방울 직경은 별로 증가되지 않고 물방울을 완전히 증발시키기 위한 잔류 시간도 별로 증가하지 않는다. 따라서 종전기술의 라이저 시스템과는 달리 본 발명에 있어서는 도관 하부를 부가적으로 길이를 늘리거나 체적을 증가시킬 필요가 없이, 공정 분류와 냉각수 분류의 온도 및 속도 변화에 대해 냉각수를 완전히 증발시키기 위해 적절한 잔류 시간을 제공할 수 있도록 간단한 완충기만 설치하면 된다. 또한 본 발명의 실시에 의해 공정 분류 내로 유입되는 냉각수의 분리와 파쇄는 부가 유체 분무 방식이라 칭할 수 있지만, 이때 냉각수를 분무시키는 작동 가스는 외부희석제가 아니라, 공정 분류와 작동가스는 동일물이 된다. 따라서, 본 발명의 방법 및 시스템은 공장 분류의 더 이상의 희석을 방지하고 직물여과장치(15)의 가스 처리 용량을 증발시킬 필요가 없게 된다.

이제까지는 본 발명의 목적을 노카본 블랙 공정라인과 궁극적으로는 직물여과장치를 사용하여 입자 성분을 분리하는데 관해서만 설명하였지만, 본 발명은 부유 고체 입자를 포함하는 공정 분류를 냉각시킬 필요가 있는 다른 화학 공정에도 유익하게 사용할 수 있다.

또한 이제까지 본 발명의 특정 실시예에 국한 해서 설명하였지만, 상기한 설명은 본 발명의 특징을 설명할 뿐이지 본 발명을 특징 실시예에 한정시키는 것은 아니다. 일예로, 상술하고 도시된 특정장치는 벤츄리형 도관(20)의 목부분(24)내의 중심에 위치하여 공정 분류내로 마지막으로 냉각수를 주입하는 단부캡(27)로 구성되나, 다른 동일 기능을 갖는 장치로 이를 대체 할 수도 있다. 일예로 벤츄리형 도관(20)의 목부분(24)주연부에 위치하여 주변벽을 관통하는 다수의 반경방향 오리피스를 사용하여 냉각수를 주입할 수 있으며, 상기 오리피스를 오리피스에 냉각수를 공급하는 급수라인에 설치된 통상적인 매니포울드(manifold)로 감쌀 수도 있다.

본 발명의 장치 및 방법에 대해 적절한 변형 및 변경을 가할 수 있으나, 이러한 변형과 변경들은 첨부된 특허 청구의 범위에 한정된 본 발명의 분야에 속하는 것으로 간주한다.

Claims (19)

1. 입자를 포함하는 고온 가스 분류내로 냉각수를 분무하여 분무된 냉각수의 증발에 의해 열을 추출하여 가스 분류를 냉각한 다음 냉각된 입자를 포함하는 분류를 직물여과장치(15)로 유입시키는 단계로 구성되고, 분무되는 냉각수의 양은 가스 분류를 상기 장치(15)의 직물여과 요소를 손상하지 않기에 충분히 낮은 온도로 냉각하되 상기 장치(15)내에서의 가스 분류의 온도를 이슬점 이상의 온도로 유지할 수 있을 정도의 충분히 높은 온도로 상기 입자를 포함하는 고온의 가스 분류를 냉각하여, 입자를 포함하는 고온의 가스 분류에서 입자 성분을 분리하는 방법에 있어서, 입자를 포함하는 고온의 가스 분류를 상류수렴부분(22), 하류확산 부분(26) 및 상류와 하류 사이의 목부분(24)로 구성된 비교적 소형의 벤츄리형 도관(20)으로 유입시켜 냉각 하는 단계, 상기 분류를 상기 목부분(24)내에서 음속의 0.25배 이상으로 가속하는 단계, 및 분무되어지는 다수의 상기 냉각수 분류를 상기 목부분 내에서 상기 가스 분류내로 횐방향으로 주입시키되, 주입되는 냉각수의 유량을 상기 분류를 전기한 범위내로 냉각할 수 있는 비율로 하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 입자를 포함하는 고온의 가스 분류에서 입자 성분을 분리하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 입자를 포함하는 고온의 가스 분류를 상기 목부분(24)내에서 음속의 0.4배 이상 가속하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 직물여과장치(15)가 백 여과기인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수가 상기 목부분(24)내의 중심에 위치한 장치(27)를 통해 상기 가스분류내로 횡방향 외측으로 주입되고, 상기 상기 장치가 반경방향으로 향한 다수의 무제한 오리피스를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 장치(27)로 부터 주입되는 냉각수의 유량을 각각의 냉각수의 분류를 분류가 분쇄 및 파쇄되기 전에 상기 장치(27)의 표면으로 부터 짧은 거리를 유지하도록 사출할 수 있기에 충분한 비율로 하는 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 냉각된 가스 분류의 온도를 계속 감지하여, 입자를 포함하는 고온의 가스 분류내로 주입되는 냉각수의 유량을 감지된 바에 따라 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 하류확산부(26)의 각도가 6 내지 14℃사이인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 벤츄리형 도관(20)의 하류확산부(26)을 단열하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 입자를 포함하는 고온의 가스 분류를 벤츄리형 도관(20)의 상류수렴부(22)에 유입 시키기 직전에, 상기 가스 분류내의 난류 및 와류를 감소시키기 위해 가스 분류의 흐름을 정류하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 입자를 포함하는 고온의 가스 분류가 통과하는 도관, 상기 도관 내를 유동하는 가스 분류내로 냉각수를 분무하여 분무된 냉각수의 증발로 가스 분류를 냉각시키는 장치, 및 상기 도관으로 부터 냉각된 입자를 포함하는 가스를 수납하여 가스 분류로 부터 입자 성분을 분리하는 직물여과장치(15)로 구성된 입자를 포함하는 고온의 가스 분류로 부터 입자성분을 분리하는 장치에 있어서, 상기 도관이 상류수렴부(22), 하류확산부(26) 및 이들 사이에 있는 목부분(24)으로 구성되고 입자를 포함하는 가스 분류를 목부분(24)내에서 음속의 0.25배 이상 가속할 수 있는 크기와 형태로 된 비교적 소형의 벤츄리형 도관(20), 및 상기 가스분류를 상기 직물여과장치(15)의 직물여과 요소를 손상시키지 않기에 충분한 온도로 냉각하되 상기 직물여과장치(15) 내에서 냉각된 가스 분류의 가스 성분이 응결되지 않는 이슬점 이상의 온도를 유지하도록 냉각시킬 수 있는 비율의 유량으로 상기 목부분(24) 내에서 다수의 냉각 분류를 상기 가스 분류 내로 횡방향으로 주입하는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 입자를 포함하는 고온의 가스 분류로 부터 입자를 분리하는 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 직물여과장치(15)가 백 여과기인 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 벤츄리형 도관(20)의 상기 상류 수렴부(22)의 유입구 직전에 위치한 흐름 정류장치(18)을 또한 포함하고, 상기 흐름 정류장치(18)이 입자를 포함하는 고온의 가스 분류의 와류 및 난류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 벤츄리형 도관(20)의 하류확산부의 각도가 6 내지 14°사이인 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 10항에 있어서, 다수의 냉각수 분류를 주입하는 상기 장치가 상기 벤츄리형 도관(20)의 목부분(24)내에서 중심에 위치하고 반경방향으로 향한 다수의 무제한 오리피스(29)로 구성된 장치(27), 및 상기 장치(27)과 연통되고 상기 벤츄리형 도관(20)의 측벽을 통해 연장된 급수 파이프(25)로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 10 항에 있어서, 상기 벤츄리형 도관(20)의 하류단과 상기 직물여과장치(15)의 벨브장치(50)의 유입구 사이에 위치하여 상기 목부분(24)내의 가스 분류로 주입되는 냉각수의 유량을 조절하는 온도감지장치(To), 및 상기 온도감지장치(To)와 접속되어 상기 온도감지장치(To)에서 감지된 온도에 따라 상기 밸브장치(50)의 작동을 조절하는 조절장치(51)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 10 항에 있어서, 상기 벤츄리형 도관(20)의 크기 및 형상이 목부분(24)내에서 입자를 포함하는 고온 가스 분류를 음속의 0.4배 이상 가속할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 10 항에 있어서, 상기 벤츄리형 도관(20)의 하류확산부분(26)이 단열되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 10 항에 있어서, 상기 벤츄리형 도관(20)의 하류확산부(26)의 각도가 6 내지 14°사이인 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제 10 항 또는 11항에 있어서, 벤츄리형 도관(20)의 상류에 위치하여 도관과 연통되는 간접 열교환기(9), 및 상기 간접 열교환기(9)의 상류에 위치하여 간접 열교환기와 연통되는 노카본 블랙 반응기(1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

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