NL8202333A

NL8202333A - METHOD AND APPARATUS FOR COOLING A HOT PARTICULATED PROCESS FLOW.

Info

Publication number: NL8202333A
Application number: NL8202333A
Authority: NL
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1983-01-17
Also published as: AR228776A1; SE8203768L; CA1198364A; NZ200776A; KR840000259A; IE53299B1; DK274382A; BE893496A; JPS5813661A; FR2508155B1; GB2100850B; IT8221932A0; LU84208A1; BR8203555A; GB2100850A; CS8204397A2; DD239343A5; PL236994A1; DD212575A5; KR880001994B1

Description

\\

i Si S

* , /*, /

Werkwijze en inrichting voor het afkoelen van een hete met deeltjes ge- laden processtroom._Method and apparatus for cooling a hot particulate-charged process stream.

De uitvinding heeft ruim gezien betrekking op het afkoelen van met deeltjes geladen processtromen en meer In het bijzonder op een werkwij-5 ze en inrichting voor het afkoelen van hete, met deeltjes geladen processtromen en het afscheiden van de deeltjes daaruit door doekfiltra-tie.The invention broadly relates to the cooling of particulate charged process streams and more particularly to a method and apparatus for cooling hot particulate charged process streams and separating the particles therefrom by fabric filtration.

Bij veel Industriple processen worden produkten of bijprodukten voortgebracht in gesuspendeerde deeltjes-vorm, d.w.z. in de vorm van 10 een bestanddeel uit vast deeltjes-materiaal dat wordt meegesleept in een bestanddeel van een hete gasstroom. Ovengasroeten worden bijvoor-beeld ontwikkeld door de termische ontleding en/of gedeeltelijke ver-branding van koolwaterstofachtige toevoermaterialen en worden normaal in eerste instantie voortgebracht in de vorm van een aerosol of suspen-15 sie van het deeltjesvormig gasroetprodukt in hete bijproduktvormige rookgassen. De processtroom van gasroet wordt plotseling afgekoeld in de reactor voor het vormen van gasroet voor het beSindlgen van de kool-stofvormende reactie, verder afgekoeld en dan behandelt door doekfil-tratie voor het verzamelen van het uit gasroet bestaande produkt. Enige 20 andere voorbeelden van industrieprocessen waarbij een hete, met deeltjes geladen processtroom wordt afgekoeld en dan wordt onderworpen aan doekfiltratie en waarbij de onderhavige uitvinding kan worden gebruikt met goed effect zijn: behandeling van rookgassen van met kolen gestook-te centrale voor het filtreren van het deeltjesvormig materiaal daar-25 uit, afkoelen van uitgloeistromen voor via het droogproces verkregen cement, afkoelen van geroost erts of steenstof bevattende stromen en dergelijke.In many industrial processes, products or by-products are produced in suspended particulate form, that is, in the form of a solid particulate component which is entrained in a component of a hot gas stream. For example, furnace gas carbon blacks are developed by the thermal decomposition and / or partial combustion of hydrocarbonaceous feed materials and are normally initially produced in the form of an aerosol or suspension of the particulate carbon black product in hot by-product flue gases. The carbon black process stream is suddenly cooled in the carbon black reactor to complete the carbonaceous reaction, further cooled and then treated by fabric filtration to collect the carbon black product. Some other examples of industrial processes where a hot, particulate-charged process stream is cooled and then subjected to fabric filtration and where the present invention can be used with good effect are: treatment of flue gases from coal-fired power plant to filter the particulate matter therefrom, cooling of annealing streams for cement obtained through the drying process, cooling of roasted ore or rock dust containing streams and the like.

Doekfiltratie werkwijzen welke bedrijfsmatig worden toegepast be-vatten typisch het laten stromen van een met deeltjes geladen gasvormi-30 ge stroom door £en of meer poreuze uit doek of textiel bestaande fil-treerorganen, waarbij deze organen een gekozen porositeit of doorlaat-baarheid bezitten welke tegelijk voldoende is om het gasvormige bestanddeel van de processtroom daardoor te laten passeren en tegelijker-tijd onvoldoende is om het deeltjesvormig bestanddeel daardoor te laten 35 gaan. Dientengevolge wordt het deeltjesvormig bestanddeel gescheiden van het gasvormig bestanddeel en afgezet aan de stroomopwaartse- of verzamelzijde van de doekfiltratie-organen. Gewoonlijk worden middelen aangebracht met behulp waarvan verwijdering van de deeltjesvormige last van de filtreerelementen kan worden bevorderd, zoals door periodisch 40 opnieuw onder druk zetten van of omkering van de gasstroom daar door 8202333 Μ 2 heen, mechanisch schudden of trillen daarvan en dergelijke. De op deze wijze afgescheiden deeltjesvoraige last wordt in het algemeen in een verzameltrechter geleid en wordt periodisch daaruit verwijderd voor verpakking en/of een zodanige verdere behandeling als gewenst kan zijn 5 of nodig kan zijn voor het verschaffen van een gereed deeltjesvormig produkt. In bedrijfmatige processen voor het verkrijgen van ovengas-roet, kan het zogenaamde "wollige" gasroet dat wordt verzameld van de doekfiltreerinrichting worden onderworpen aan verdere behandeling zo-als: natte korrelvorming; droge korrelvorming; verdichting; uitgloei-10 ing; oppervlakte oxidatie met lucht, ozon of minerale zuren; malen, zo-als door stiftmalen, hamermalen of malen met behulp van fluldum ener-gie; behandeling met oppervlakte actieve stoffen, oliSn of olieemulsies en dergelijke·Fabric filtration methods used commercially typically include flowing a particulate-charged gaseous stream through one or more porous cloth or textile filter members, these members having a selected porosity or permeability at the same time is sufficient to pass the gaseous component of the process stream and at the same time is insufficient to pass the particulate component therethrough. As a result, the particulate component is separated from the gaseous component and deposited on the upstream or collection side of the fabric filtration members. Ordinarily, means are provided that may assist in promoting removal of the particulate load from the filter elements, such as by periodically repressurizing or reversing the gas stream therethrough, shaking or vibrating mechanically, and the like. The particulate load thus separated is generally passed into a collection hopper and periodically removed therefrom for packaging and / or such further treatment as may be desired or necessary to provide a finished particulate product. In commercial processes for obtaining furnace gas carbon black, the so-called "woolly" gas carbon black collected from the cloth filter can be subjected to further treatment such as: wet granulation; dry granulation; compaction; annealing; surface oxidation with air, ozone or mineral acids; grinding, such as by pin grinding, hammer grinding or grinding using fluid energy; treatment with surfactants, oils or oil emulsions and the like

De doekmaterialen die worden gebruikt voor het verkrijgen van de 15 filtreerorganen bestaan gewoonlijk uit geweven of niet geweven textiel vezels zoals glas, katoen, wol, polyamide, polyester, polytetrafluor-ethyleen of mengsels daarvan. Deze materialen worden gevormd of genaaid in de geometrische vormen die vereist zijn voor de bijzondere doekfil-tratie-inrichting die wordt gebruikt. Een gebruikelijke filtratie-in-20 richting is een zogenaamde "zakfliter", waarbij de doekfiltreerorganen een lange buisvormige vorm bezitten. Andere bekende doekfiltreerin-richtingen maken gebruik van doekfiltreerorganen in de vormen van om-hulsels, vellen, rollen geweven stof of schijven* Bepaalde andere bekende doekfiltreerinrichtingen maken gebruik van doekfiltreerorganen 25 die in wezen vormloos zijn, waarbij het doekfiltreermateriaal alleen maar wordt gebruikt in de vorm van een opvulsel of vulmateriaal voor een patroonorgaan waar door heen de met deeltjes geladen processtroom wordt geleid.The fabric materials used to obtain the filtering members usually consist of woven or non-woven textile fibers such as glass, cotton, wool, polyamide, polyester, polytetrafluoroethylene or mixtures thereof. These materials are formed or sewn into the geometric shapes required for the particular fabric filtration device used. A conventional filtration device is a so-called "bag fliter", in which the cloth filter members have a long tubular shape. Other known cloth filtering devices use cloth filtering devices in the form of wrappings, sheets, rolls of woven fabric or discs * Certain other known cloth filtering devices use cloth filtering devices 25 which are essentially formless, the cloth filtering material being used only in the form of a cartridge filler or filler material through which the particulate-charged process stream is passed.

Welke doekfiltreerinrichting voor deeltjes echter ook wordt ge-30 bruikt, van wezenlijk belang is dat de met deeltjes geladen processtroom die daarin wordt geleid een temperatuur bezit die niet zo hoog is dat deze schadelijk is voor de doekfiltreerorganen daarvan. Op de-zelfde wijze is het echter ook belangrijk dat de temperatuur van de processtroom die wordt geleid in de filtreerinrichting voldoende hoog 35 is om de atmosfeer binnen de inrichting tot boven het dauwpunt van het gasvormige bestanddeel van de processtroom wordt gehouden, om daardoor t condensatie van condenseerbare bestanddelen daaruit te verhinderen. Als het eerstgenoemde temperatuurcriterium niet wordt gehandhaafd leidt dit vanzelfsprekend naar een buitengewoon korte levensduur van de doekfil-40 treerelementen. Als men zich niet houdt aan het laatstgenoemde tempera- 8202333 * *However, whatever particulate cloth filtering device is used, it is essential that the particulate charged process stream passed therein has a temperature not so high as to be harmful to its cloth filtering members. In the same manner, however, it is also important that the temperature of the process stream passed into the filtering device is sufficiently high to maintain the atmosphere within the device above the dew point of the gaseous component of the process stream to thereby prevent condensation. of condensable components therefrom. If the former temperature criterion is not maintained, this naturally leads to an extremely short life of the fabric filter elements. If one does not adhere to the latter temperature 8202333 * *

Aa

3 % tuurcriterium kan dit leiden tot de verzameling van een verontreinigt en/of bevochtigd deeltjesvormig produkt en tot verstopping van de doek-filtreerorganen* In geval van bewerkingen voor het vormen van ovengas-roet, heeft de verzameling van vochtig gasroet in de doekfiltreerin-5 richting niet alleen een schadelijke invloed op de efficiency van de verzamelstap, maar kan dit ook schadelijke invloed uitoefenen op de efficiency en kwaliteit van stroomafwaartse eindbewerkingen, zoals kor-relvorming, verdichting of chemische nabehandeling van het verzamelde gasroet en de kwaliteit en de gelijkmatigheid van het verkregen gerede 10 gasroetprodukt.3% ture criterion, this can lead to the collection of a contaminated and / or wetted particulate product and to clogging of the cloth filtering members. not only adversely affects the efficiency of the collection step, but may also adversely affect the efficiency and quality of downstream finishing operations, such as grain formation, compaction or chemical aftertreatment of the collected carbon black, and the quality and uniformity of the finished carbon black product obtained.

Terwijl het mogelijk is om een hete, met deeltjes geladen proces-stroom af te koelen tot binnen de hiervoor genoemde temperatuurcriteria door middel van indirekte warmte-uitwisselaars, ontstaat er het pro-bleem van efficient en economisch werken van dergelijk warmte-uitwisse-15 laars. Normaal zullen de doeltemperaturen voor een met deeltjes gelade processtroom die moet worden behandeld met doekfiltratie lopen van ongeveer 149°C tot ongeveer 371eC. Indirekte warmte-uitwisseling is ge-woonlijk een economisch te verdedigen werkwijze van warmte-onttrekking alleen als de te bewerken temperatuurdaling betrekkelijk groot is, bij-20 voorbeeld, in de orde van grootte van 300°C of meer en als de hete processtroom die moet worden afgekoeld een temperatuur bezit van aanzien-lijk boven ongeveer 538eC. Zo vereist bijvoorbeeld voor het afkoelen van een met deeltjes geladen processtroom met de temperatuur van 538°C tot een temperatuur van ongeveer 206°C door een indirekte warmte-uit-25 wisselingstechniek in het algemeen een aanzienlijk uitgebreide en kost-bare inrichting, waarvan de proceskosten niet op de gewoonlijke wijze zijn verantwoord zelfs als wordt aangenomen dat de onttrokken warmte-energie kan worden teruggewonnen. Bovendien is een indirekte warmte uitwisselingsinrichting gewoonlijk bestemd voor bewerkingen onder be-30 trekkelijk statische bewerkingsomstandigheden en daarom gewoonlijk slecht geschikt voor een redelijke nauwkeurigheidsregeling als reactie op veranderende bewerkingsomstandigheden* Met het oog op deze hiervoor genoemde gebreken is het daarom een normale praktijk in chemische be-drijven om eerst zoveel hitte uit de hete processtroom te onttrekken en 35 terug te winnen door indirekt warmte-uitwisseling als economisch haal-baar is en daarna de processtroom verder plotseling af te koelen tot geschikte doekfiltreertemperaturen door het vernevelen van vloeibaar water daarop.While it is possible to cool a hot, particle-charged 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 . Normally, the target temperatures for a particulate-charged process stream to be treated with fabric filtration will range from about 149 ° C to about 371eC. Indirect heat exchange is usually an economically justifiable method of heat extraction only if the temperature drop to be processed is relatively large, for example, on the order of 300 ° C or more, and if the hot process flow must be cooled at a temperature substantially above about 538 ° C. For example, to cool a particulate-charged process stream with the temperature of 538 ° C to a temperature of about 206 ° C by an indirect heat exchange technique generally requires a considerably elaborate and costly device, the process costs are not normally recognized even if it is assumed that the heat energy extracted can be recovered. In addition, an indirect heat exchanger is usually intended for operations under relatively static machining conditions, and therefore usually poorly suited for reasonable precision control in response to changing machining conditions. In view of these aforementioned defects, it is therefore common practice in chemical processing. float to first extract and recover as much heat from the hot process stream by indirect heat exchange as economically feasible and then further cool the process stream suddenly to suitable fabric filter temperatures by spraying liquid water thereon.

Dit plotseling afkoelen van de processtroom tot geschikte doek-40 filtreertemperaturen wordt normaal uitgevoerd door drukverneveling 8202333 * ► 4 of verneveling met behulp van bi-fluldum van het vloeibare water in de processtroom op een of andere plaats die betrekkelijk ver stroomop-waarts afligt van de inlaat van de afgekoelde stroom in de doekfil-treerinrichting. Verneveling wordt, in tegenstelling tot sproeien, uit-5 gevoerd om zeer kleine druppeltjes te verschaffen die vanzelfsprekend sneller verdampen dan betrekkelijk grote druppels die kunnen worden verkregen door gewone sproeitechnieken. De lange leiding die is ge-plaatst tussen het punt van verneveling van het afkoelwater in de processtroom en de filtreerinrichting wordt aangebracht met het doel om 10 ervoor te zorgen dat het vernevelde vloeibare waterprodukt een voldoen-de tijd krijgt om volledig te verdampen voordat de afgekoelde processtroom de doekfiltreerinrichting binnenstroomt. Het is vanzelfsprekend duidelijk dat als het vloeibare water niet volledig verdampt in de processtroom dit kan leiden tot moeilijkheden die gelijk zijn aan die wel-15 ke hiervoor zijn besproken met betrekking tot condensatie van het gas-vormige bestanddeel van de processtroom binnen de doekfiltreerinrichting.This sudden cooling of the process flow to suitable fabric-40 filter temperatures is normally performed by pressure spray 8202333 * ► 4 or bi-fluid spray of the liquid water in the process flow at some location relatively far upstream from the inlet of the cooled stream into the fabric filtering device. Nebulization, unlike spraying, is performed to provide very small droplets which, of course, evaporate faster than relatively large droplets which can be obtained by conventional spraying techniques. The long conduit placed between the point of atomization of the cooling water in the process stream and the filtering device is installed for the purpose of ensuring that the atomized liquid water product is allowed to evaporate completely before the cooled process stream flows into the fabric filtering device. Obviously, if the liquid water does not completely evaporate in the process stream, this may lead to difficulties similar to those discussed above with regard to condensation of the gaseous component of the process stream within the fabric filter.

De achterliggende rede voor het verschaffen van een betrekkelijk lange verblijftijd na het vernevelen van het vloeibare koelwater in de 20 processtroom ligt in het feit dat, zover als dit bekend is aan aan- vraagster, noch bi-fluldum-vernevelingtechnieken noch drukvernevelings-technieken die tot nu toe beschikbaar zijn bij industriple bewerkingen zichzelf lenen voor het produceren van druppeltjes met een zeer klein afmeting over een voldoende breed traject van procesomstandigheden om 25 gelijkmatig snelle en volledige verdamping daarvan binnen de processtroom te garanderen. Bij drukverneveling wordt water gedrukt door een spuitmond met een vernauwde opening waarbij de doelmatigheid waarmee het ingespoten water wordt verdeeld in druppeltjes en de gemiddelde afmeting van de druppeltjes die zo worden voortgebracht in grote mate af-30 hankelijk zijn van de openingsgrootte van de vernevelingsspuitmond en de drukval die wordt bereikt over die opening. Op zijn beurt is de stroomsnelheid van water door een opening met bepaalde afmetingen vanzelfsprekend afhankelijk van de drukval, waarbij de stroomsnelheid gro-ter is naar mate de drukval hoger is. Zeer geringe variatie in £έη van 35 de hiervoor staande parameters heeft een zeer groot effect op de ge-lijkvormigheid en afmeting van de ontstane druppeltjes. Voor de meeste industriSle chemische installaties kan de openingafmeting van een bepaalde drukvernevelingsspuitmond worden beschouwd als een niet vari-erende parameter. Dit is echter normaal niet het geval met betrekking S4Q tot stroomsnelheden en drukvallen. Bij industri'dle bedrijfsbewerkingen 8202333 Λ * 5 zijn de druk en de stroomsnelheid in de waterleiding en de temperaturen in de stroomsnelheid van de plotseling af te koelen processtroom nor-maal onderworpen aan aanzienlijke variaties. Als de temperatuur en/of stroomsnelheid van de hete processtroom wordt gewijzigd, bijvoorbeeld 5 ten gevolge van veranderingen in reactoromstandigheden om produkteigen-schappen te wijzigen, is het gewoonlijk ook nodig om de snelheid van afkoelwater die wordt verneveld in de processtroom te wijzigen om de gewenste doeltemperatuur voor de doekfiltreerbehandeling daarvan te be-reiken. Zo kunnen aanzienlijke variaties in de waterdruk die wordt af-10 geleverd aan de vernevelingsspuitmonden incidenteel optreden of doelbe-wust en leiden tot perioden van behandeling waarbij de drukverneve-lingsspuitmonden niet werken en ook niet kunnen werken tot hun drukval-len en stroomsnelheden waarvoor ze zijn ontworpen. Onder dergelijke om-standigheden kunnen de druppeltjes die worden verkregen door drukverne-15 velingstechnieken aanzienlijk worden vergroot en de druppeltjes-gelijk-matigheid aanzielijk worden verkleind, waardoor aanzienlijk langere verblijftijden binnen de afgekoelde processtroom nodig zijn om volledi-ge verdamping van het water daarin te waarborgen. Bi-fluldum-verneve-lingsspuitmonden maken gebruik van drijfgas voor het verdelen van de 20 waterstroom in zeer kleine druppeltjes binnen de spuitmond en om deze druppeltjes, die worden meegenomen in het drijfgas, te werpen in de procesgasstroom. Om efficient te werken maken dergelijke bi-fluldum-spuitmonden in het algemeen gebruik van betrekkelijk grote stroomhoe-veelheden van het drijfgas, welk gas normaal niet zondermeer beschik-25 baar staat bij de plaats van de fabriek en welk gas in elk geval een extra gasbelasting in de processtroom geeft welke uiteindelijk moet worden behandeld door de stroomafwaarts liggende doekfiltreerinrich-ting.The underlying reason for providing a relatively long residence time after atomizing the liquid cooling water in the process stream lies in the fact that, as far as the applicant is aware, neither bi-fluid atomization techniques nor pressure atomization techniques hitherto available in industrial operations lend themselves to produce very small size droplets over a sufficiently wide range of process conditions to ensure uniformly rapid and complete evaporation thereof within the process flow. In pressure atomizing, water is forced through a nozzle with a narrowed opening, the efficiency with which the injected water is divided into droplets and the average size of the droplets so produced are largely dependent on the opening size of the atomizing nozzle and the pressure drop achieved over that opening. In turn, the flow rate of water through an aperture of certain dimensions is, of course, dependent on the pressure drop, the flow rate being greater the higher the pressure drop. Very slight variation in έη of the above parameters has a very large effect on the uniformity and size of the droplets formed. For most industrial chemical installations, the opening size of a given pressure atomizing nozzle can be considered as an unchanging parameter. However, this is not normally the case with regard to S4Q to flow rates and pressure drops. In industrial operations 8202333 * 5, the pressure and flow rate in the water pipe and the temperatures in the flow rate of the process flow to be cooled suddenly are normally subject to significant variations. When the temperature and / or flow rate of the hot process flow is changed, for example due to changes in reactor conditions to change product properties, it is usually also necessary to change the rate of cooling water atomized in the process flow to achieve the desired target temperature for the fabric filtering treatment thereof. For example, significant variations in the water pressure delivered to the atomizing nozzles may occasionally occur or be deliberate and lead to periods of treatment where the pressure equalizing nozzles do not work and cannot operate to their pressure drops and flow rates for which they are designed. Under such circumstances, the droplets obtained by pressure-atomizing techniques can be significantly enlarged and the droplet uniformity significantly reduced, requiring considerably longer residence times within the cooled process stream to completely evaporate the water therein. safeguards. Bi-fluid atomization nozzles use propellant to divide the water flow into very small droplets within the nozzle and to throw these droplets entrained in the propellant into the process gas stream. In order to operate efficiently, such bi-fluid nozzles generally make use of relatively large flow rates of the propellant gas, which gas is normally not readily available at the factory site and which gas in any case requires an additional gas load into the process stream which must eventually be treated by the downstream fabric filtering device.

Om de verblijftijd van het door middel van druk of door bi-flul-30 dum-vernevelde afkoelwater in de processtroom maximaal te laten zijn is tot nu toe de gewoonlijke benadering geweest, zoals vermeld, om een leiding met een groot volume of een zogenaamde "stijgbuis” te plaatsen tussen de plaats waar het afkoelwater in de processtroom wordt verneveld en de doekfiltreerinrichting. Onder deze omstandigheden, waarbij \ 35 de druppeltjes afmeting van het vernevelde afkoelwater betrekkelijk groot is, kan de verdampingssnelheid daarvan aanzienlijk worden verkleind binnen de processtroom die stroomt door de stijgbuis. Bij be-werkingen voor ovengasroet kunnen dergelijke verminderde verdampings-snelheden leiden tot een verhoogde neiging tot bevochtiging en samen-40 klontering van het deeltjesvormige bestanddeel van de processtroom 8202333 6 binnen de stijgbuis terwijl de verzameling van een gasroetprodukt aan-zienlijke hoeveelheden van harde grove klonters daarin bezit. Bovendien moet, met het oog op het felt dat de processtroom vaak zeer corrosief kan zijn, de stijgbuisleiding vaak worden geconstrueerd van kostbare 5 corrosie-bestendige legeringen. Niettemin heeft de noodzakelijkheid van het vermijden van aanwezigheid van vloeistoffen in de doekfiltreerin-richting tot nu toe zwaarder gewogen dan de aanzienlijke economische belasting die wordt uitgeoefend door de constructie en werkingen van een hiervoor genoemde stijgbuis met een groot volume uit corrosie-be-10 stendig materiaal en het gevaar van het ontstaan van het hiervoor genoemde verschijnsel van samenklontering van het deeltjesvormige be-standdeel binnen de stijgbuis en tot het moment van de onderhavige uit-vinding heeft de Industrie met tegenzin deze nadelen geaccepteerd om zeker te zijn van volledige verdamping van het afkoelwater dat wordt 15 gebracht in de processtroom over een brede reeks van procesomstandig-heden.In order to maximize the residence time of the pressure water or bi-fluid atomized cooling water in the process stream, the usual approach has heretofore been, as mentioned, to use a large volume pipe or a so-called " riser ”between the location where the cooling water is atomized in the process stream and the fabric filter. Under these conditions, where the droplet size of the atomized cooling water is relatively large, its evaporation rate can be significantly reduced within the process stream flowing through The riser In furnace carbon black operations, such reduced evaporation rates can lead to an increased tendency to wetting and agglomeration of the particulate component of the process stream 8202333 6 within the riser while accumulating a gas carbon black product. hard coarse lumps therein. In addition, with the oo g on the felt that the process flow can often be highly corrosive, the riser pipe is often constructed of costly 5 corrosion resistant alloys. Nevertheless, the necessity of avoiding the presence of liquids in the fabric filtering device has hitherto outweighed the significant economic load imposed by the construction and operations of a aforementioned high volume corrosion resistant riser material and the danger of the occurrence of the aforementioned phenomenon of agglomeration of the particulate constituent within the riser and until the present invention, the Industry has reluctantly accepted these drawbacks to ensure complete evaporation of the cooling water introduced into the process stream over a wide range of process conditions.

Volgens de onderhavige uitvinding worden veel van de voorgenoemde moeilijkheden of volledig opgelost of tenminste aanzienlijk verbeterd.According to the present invention, many of the aforementioned difficulties are either completely solved or at least significantly improved.

Principieel doel van de uitvinding is een nieuwe werkwljze voor 20 het afkoelen van een met deeltjes beladen gasstroom te verschaffen.The principal object of the invention is to provide a new method for cooling a particulate-laden gas stream.

Een ander doel van de uitvinding is een nieuwe inrichting voor het afkoelen van een hete, met deeltjes geladen gasstroom te verschaffen.Another object of the invention is to provide a new device for cooling a hot particulate charged gas stream.

Nog een doel van de uitvinding is een verbeterde geintegreerde werkwijze te verschaffen voor het afscheiden van het deeltjesvormige 25 bestanddeel van een hete, met deeltjes geladen processtroom.Another object of the invention is to provide an improved integrated method of separating the particulate component from a hot, particle-charged process stream.

Nog een ander doel van de uitvinding is een verbeterd geinte-greerd systeem voor de afscheiding van het deeltjesvormige bestanddeel uit een hete, met deeltjes geladen processtroom te verschaffen.Yet another object of the invention is to provide an improved integrated system for the separation of the particulate from a hot, particulate-charged process stream.

Nog een ander doel van de uitvinding is een verbeterde geinte-30 greerde werkwijze en systeem te verschaffen voor het afscheiden van gasroet uit een hete, ovengasroet bevattende processtroom.Yet another object of the invention is to provide an improved integrated method and system for separating carbon black from a hot furnace carbon black containing process stream.

Andere doeleinden en voordelen van de onderhavige uitvinding zul-len gedeeltelijk duidelijk zijn en gedeeltelijk hierna blijken.Other objects and advantages of the present invention will be partly apparent and partly apparent hereinafter.

Volgens de uitvinding wordt een hete, met deeltjes geladen gas-35 stroom geleid door een venturi-vormige leiding met een afmeting en geometrie die is bestemd om de processtroom te versnellen tot een Mach-getal van tenminste 0,25. Binnen het keelgedeelte van de venturi-vormige leiding wordt water in hoofdzaak dwars in de genoemde gasstroom gespoten via een aantal niet vernauwde openingen. Door de energetische 40 stroom van de processtroom bij de plaatsen waar het vloeibare water 8202333 7 daarin wordt geleid, worden de veelvoud aan stromen van water snel in stukken verdeeld, gedesintegreerd en afgeschoven in gelijkmatige drup-pels met een betrekkelijk zeer kleine afmeting, waardoor hitte uit de gasstroom wordt onttrokken door snelle verdamping van de aldus ontstane 5 waterdruppeltjes· Boor op deze wijze afgekoelde gas- of processtroom wordt door een doekfiltreerinrichting geleid, waardoor het deeltjesvor-mige bestanddeel wordt gescheiden van het gasvormige bestanddeel.According to the invention, a hot, particulate-charged gas flow is passed through a venturi-shaped conduit of size and geometry designed to accelerate the process flow to a Mach number of at least 0.25. Within the throat portion of the venturi-shaped conduit, water is injected substantially transversely into the said gas stream through a number of non-constricted openings. Due to the energetic flow of the process stream at the places where the liquid water 8202333 7 is introduced therein, the plurality of streams of water are quickly divided, disintegrated and sheared into uniform droplets of relatively very small size, creating heat is withdrawn from the gas stream by rapid evaporation of the water droplets thus formed. Drill gas or process stream cooled in this way is passed through a cloth filter device, whereby the particulate component is separated from the gaseous component.

De uitvinding zal thane nader worden uiteengezet aan de hand van de tekening waarin bij wijze van voorbeeld een uitvoeringsvorm van de 10 inrichting van de uitvinding is weergegeven.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which shows by way of example an embodiment of the device of the invention.

Figuur 1 geeft schematisch ingetrokken lijnen een koelinrichting volgens de uitvinding weer welke is geintegreerd in een typische lijn voor het vervaardigen van ovengasroet terwijl in streeplijnen een ge-bruikelijke koelinrichting is weergegeven· 15 Figuur 2 geeft schematisch een lengtedoorsnede weer van de uit voeringsvorm van de koelinrichting volgens de uitvinding in figuur 1.Figure 1 shows schematically drawn lines a cooling device according to the invention which is integrated in a typical line for the production of furnace gas black, while a conventional cooling device is shown in dashed lines. Figure 2 schematically shows a longitudinal section of the embodiment of the cooling device. according to the invention in figure 1.

Figuur 3 geeft op grote schaal schematisch een lengtedoorsnede weer door een deel van de koelinrichting weergegeven in figuur 2.Figure 3 schematically shows a longitudinal section through a part of the cooling device shown in Figure 2.

In figuur 1 is een gebruikelijke bewerkingslijn voor ovengasroet 20 weergegeven welke de hoofdbestanddelen 1, 9, 14 en 15 bevat· Ben kool-waterstofachtig toevoermateriaal, verbrandingsbrandstof en een gasvormige oxidatiemiddel (gewoonlijk lucht) worden geleid in een gasroetre-actor 1. Daarin wordt het verkregen mengsel ontstoken waarbij het bran-dende reactiemengsel wordt gevoerd in een reactiekamer 5 met een vuur-25 vaste bekledlng waarin koolstofvormende omstandigheden worden gehand-haafd. Gewoonlijk wordt de temperatuur in de reactiekamer 5 gehouden tussen ongeveer 1315°C en ongeveer 1760eC, waarbij de nauwkeurige temperatuur in eerste instantie afhankelijk is van de gewenste eigenschap-pen van het gasroetprodukt. Regeling van de temperatuur in de reactie-30 kamer 5 wordt gewoonlijk bereikt door geschikte verhoudingen in de hoe-veelheden oxidatiemiddel, brandstof en toevoermateriaal dat wordt afge-leverd aan reactor 1· BeSindiging van de koolstofvormende reactie wordt op gang gebracht bij een zogenaamde "primaire plotselinge afkoeling" waarbij water via de spuitmond 6 in het reactiemengsel wordt gesproeid 35 als deze loopt door het stroomafwaartse deel van de reactiekamer 5. De snelheid waarmee het afkoelwater in het reactiemengsel wordt gesproeid wordt op geschikte wijze geregeld zodanig dat de temperatuur van de processtroom snel wordt verlaagd tot ongeveer 1204°C of lager. Omdat de thermische energie die zich op dit punt in het proces in het reactie-40 mengsel bevindt betrekkelijk hoog is, wordt snelle verdamping van het 8202333 8 primaire afkoelwater vanzelf verzekerd waarbij de werkingen van de af-koelspuitmonden 6 normaal niet krltisch zijn.Figure 1 shows a conventional furnace carbon black processing line 20 which contains main components 1, 9, 14 and 15. · A hydrocarbonaceous feedstock, combustion fuel and a gaseous oxidizing agent (usually air) are introduced into a gas black reactor. resulting mixture is ignited, wherein the burning reaction mixture is fed into a reaction chamber 5 with a refractory coating in which carbon-forming conditions are maintained. Usually, the temperature in the reaction chamber 5 is maintained between about 1315 ° C and about 1760 ° C, the precise temperature initially depending on the desired properties of the carbon black product. Control of the temperature in the reaction chamber 5 is usually achieved by suitable proportions in the amounts of oxidant, fuel and feed material delivered to reactor 1. Termination of the carbon-forming reaction is initiated at a so-called "primary sudden cooling, whereby water is sprayed through the nozzle 6 into the reaction mixture as it passes through the downstream part of the reaction chamber 5. The rate at which the cooling water is sprayed into the reaction mixture is appropriately controlled such that the temperature of the process stream is rapidly is lowered to about 1204 ° C or less. Since the thermal energy contained in the reaction mixture at this point in the process is relatively high, rapid evaporation of the primary cooling water 8202333 is guaranteed by itself, with the actions of the cooling nozzles 6 normally not being critical.

De verkregen processtroom, welke gasroet gesuspendeerd In rookgas-sen bevat, wordt dan geleid vanuit reactor 1 naar een indirekte warm-5 te-uitwisselaar 9 waarin deze processtroom verder wordt afgekoeld, ge-woonlijk tot een temperatuur van ongeveer 426°C en 648°C . Indirekte warmte-uitwisselaar 9 wordt op gebruikelijke wijze afgekoeld door het verbrandingsoxidatiemiddel dat wordt gebruikt in de werkwijze voor het vormen van gasroet, waardoor deze wordt voorverhit voordat het wordt 10 binnengeleid in de reactor 1 en waardoor aanzienlijke hoeveelheden van wat anders verloren hitte zou zijn worden teruggewonnen en het ter-mische rendement van het totale proces wordt verbeterd·The resulting process stream, which contains carbon black suspended in flue gases, is then passed from reactor 1 to an indirect heat exchanger 9 where this process stream is further cooled, usually to a temperature of about 426 ° C and 648 ° C. Indirect heat exchanger 9 is conventionally cooled by the combustion oxidant used in the carbon black forming process, thereby preheating it prior to being introduced into reactor 1 and causing significant amounts of what would otherwise be lost heat recovered and the thermal efficiency of the entire process is improved

Afscheiding van gasroet uit de processtroom wordt gewoonlijk uit-gevoerd in een doekfiltreerinrichting 15, zoals een zakfliter, waarbij 15 de processtroom wordt geleid door poreuze doekfiltreerorganen welke zijn bestemd om het gasroet aan de stroomopwaartse zijde daarvan vast te houden terwijl de procesgassen daar doorheen worden doorgelaten. Het gasroetprodukt dat wordt afgescheiden en wordt verzameld in de doekfiltreerinrichting 15 wordt dan verpakt of op andere wijze behandelt zoals 20 hiervoor besproken.Separation of carbon black from the process stream is usually carried out in a cloth filter 15, such as a pocket fliter, the process stream being passed through porous cloth filters intended to retain the gas black on its upstream side while the process gases are passed therethrough . The carbon black product which is separated and collected in the cloth filter 15 is then packaged or otherwise treated as discussed above.

0m de doekfiltreerorganen van de doekfiltreerinrichting 15 in goede staat te houden, is het in de eerste plants nodig om de nog be-trekkelijk hete processtroom welke de indirekte warmte-uitwisselaar 9 verlaat verder af te koelen, gewoonlijk tot tussen ongeveer 149°C en 25 ongeveer 371°C, waarbij de nauwkeurige doeltemperatuur in grote mate wordt bepaald door de tweeslachtige beschouwingen van het dauwpunt van de gasvormige bestanddeel van de processtroom en de termische stabili-teit van de doekfiltreerorganen die worden gebruikt in de doekfiltreerinrichting 15.In order to maintain the fabric filtering members of the fabric filtering device 15 in good condition, it is necessary in the first plants to further cool the still relatively hot process stream leaving the indirect heat exchanger 9, usually to between about 149 ° C and 25 ° C. about 371 ° C, the precise target temperature being largely determined by the ambiguous considerations of the dew point of the gaseous component of the process stream and the thermal stability of the fabric filtering devices used in the fabric filtering device 15.

30 Gewoonlijk wordt deze extra koeling of "secondaire plotselinge af- koeling" van de processtroom voor ovengasroet voor het doekfiltreren daarvan totstandgebracht door de gedeeltelijk afgekoelde processtroom vanaf de indirekt warmte-uitwisselaar 9 te leiden door een verticale, lange leiding met een groot volume of stijgbuis 14 terwijl water wordt 35 verneveld in het stroomopwaartse einddeel daarvan. Tervergelijking kan deze stijgbuis 14 bijvoorbeeld typisch een lengte hebben van ongeveer 30,48 m, een diameter van ongeveer 1,524 m en zal deze gewoonlijk zijn vervaardigd uit een kostbare corrosiebestendige legering. Bij het stroomopwaartse eindgedeelte van de stijgbuis 14 zijn e£n of meer druk-40 of bi-fluldum-vernevelingsspuitmonden 16 geplaatst waar doorheen 8202333 9 afkoelwater wordt verneveld in de processtroom met een snelheid die voldoende groot is om de processtroom af te koelen tot de gekozen doel-temperatuur. Het uitgebreide deel van de stijgbuis 14 dat stroomaf-waarts van de spuitmonden 16 ligt is grotendeels aangebracht om vol-5 doende verblijftijd van de afgekoelde processtroom daarin te waarborgen om de verdamping van het vernevelde afkoelwater volledig te doen zijn voordat de processtroom in de doekfiltreerinrichting 15 binnenkomt. Als om welke rede dan ook de vernevelde waterdruppeltjes een betrekkelijk grote afmeting zouden bezitten, bijvoorbeeld in orde van grootte van 10 ongeveer 300 x 10 ^ m of groter, zal de verdampingSsnelheid daar-van in de processtroom betrekkelijk laag zijn, waardoor een aanzien-lijke gelegenheid wordt verschaft van een aanzienlijke aanraking van het gesuspendeerde deeltjes-bestanddeel bestaande uit gasroet met vloeibaar water gedurende het transport van de processtroom door de 15 stijgbuis 14. Zo als hiervoor vermeld kunnen, als een dergelijke be-, vochtiging van de gasroetdeeltjes plaatvindt, de bevochtigde deeltjes met elkaar in botsing komen voor het vormen van grove klonten. Ook kunnen de bevochtigde gasroetdeeltjes in aanraking komen met de wanden van de stijgbuis 14, waardoor aangroeiing en aankoeking van gasroet daarop 20 wordt veroorzaakt·Typically, this additional cooling or "secondary sudden cooling" of the furnace carbon black process stream for fabric filtering thereof is accomplished by passing the partially cooled process stream from the indirect heat exchanger 9 through a vertical, long volume or riser conduit 14 while water is atomized into the upstream end portion thereof. For comparison, this riser 14 may typically have a length of about 30.48 m, a diameter of about 1.524 m, and will usually be made of a costly corrosion resistant alloy. At the upstream end portion of the riser 14, one or more pressure 40 or bi-fluid atomizing nozzles 16 are placed through which 8202333 9 cooling water is atomized into the process stream at a rate sufficient to cool the process stream to selected target temperature. The extended portion of the riser 14 located downstream of the nozzles 16 is largely arranged to ensure sufficient residence time of the cooled process stream therein to complete the evaporation of the atomized cooling water before the process stream in the fabric filter 15. comes in. If, for any reason, the atomized water droplets were of a relatively large size, for example, in the order of magnitude of about 300 x 10 µm or larger, their evaporation rate in the process stream would be relatively low, resulting in a substantial provides substantial contact of the suspended particulate component consisting of carbon black with liquid water during the transport of the process stream through the riser 14. As mentioned above, if such humidification of the carbon black particles takes place, the wetted particles collide to form coarse lumps. Also, the wetted carbon black particles may come into contact with the walls of the riser 14, causing fouling and caking of carbon black thereon.

Volgens de uitvinding wordt, hierbij verwijzend naar het in ge-trokken lijnen getoonde deel in figuur 1 en naar figuren 2 en 3, waar-bij in al deze figuren dezelfde verwijzingsgetallen verwijzen naar de-zelfde onderdelen, de betrekkelijk hete, met deeltjes geladen proces-25 stroom die uit de indirekte warmte-uitwisselaar 9 komt geleid door een venturi-vormige leiding 20 met een afmeting en vorm die is bestemd om deze stroom te versnellen tot een Mach-getal van tenminste ongeveer 0,25 in het keelgedeelte 24 daarvan. Het "Mach-getal" wordt bedoeld het dimensieloze getalquotiSnt van de werkelijke snelheid van de proces-30 stroom gedeeld door de plaatselijke snelheid van geluid binnen deze stroom. Het Mach-getal van de processtroom is dus zowel afhankelijk van de temperatuur als van de samenstelling en kan gemakkelijk worden bepaald bij elke gegeven stel van omstandigheden door volledig rekening te houden met de temperatuur en de samenstelling van de betreffende 35 processtroom. Indien gewenst zullen de afmetingen en geometrie van de venturi-vormige leiding 22 zodanig worden gekozen dat de processtroom wordt versneld tot een Mach-getal van tenminste 0,4 binnen het keelgedeelte 24.According to the invention, referring here to the part shown in the solid lines in Figure 1 and to Figures 2 and 3, wherein in all these figures the same reference numerals refer to the same parts, the relatively hot, particle-charged process Flow coming from the indirect heat exchanger 9 passed through a venturi-shaped conduit 20 of a size and shape intended to accelerate this flow to a Mach number of at least about 0.25 in the throat portion 24 thereof. The "Mach number" is meant to be the dimensionless number quotient of the actual speed of the process stream divided by the local speed of sound within this stream. Thus, the Mach number of the process flow is dependent on both temperature and composition and can be easily determined at any given set of conditions by fully taking into account the temperature and composition of the process process in question. If desired, the dimensions and geometry of the venturi-shaped conduit 22 will be chosen such that the process flow is accelerated to a Mach number of at least 0.4 within the throat portion 24.

De venturi-vormige leiding 20 bestaat uit een betrekkelijk snel 40 convergerend stroomopwaartsgedeelte 22, een keelgedeelte 24 en een be- 8202333 » »The venturi-shaped conduit 20 consists of a relatively fast 40 converging upstream portion 22, a throat portion 24, and an 8202333

VV

10 1 ·· trekkelijk gelljkmatlg dlvergerend stroomafwaartsgedeelte 26. In de speciale uitvoeringsvorm van de uitvinding weergegeven in de tekening bevindt zich centraal langs de in langsrichting lopende hartlijn van het keelgedeelte 24 geplaatst een aanvoerbuis 25 die eindigt in een 5 eindkap 27. Aanvoerbuis 25 wordt in zijn centrale positie ondersteund door een schoor 28 die zich uitstrekt vanaf de wand van het conver-gerend gedeelte 22 van de venturi-vormige leiding 20. Eindkap 27 bevat een aantal niet vernauwde openingen 29 die radiaal zijn gericht ten op-zichte van de in lengterichting lopende hartlijn van de venturi-vormige 10 leiding 20 en door welke openingen 29 vloeibaar afkoelwater in hoofd-zaak dwars in de processtroom die door het keelgedeelte 24 stroomt wordt binnengeleid. Regeling van de stroomsnelheid van het koelwater door Openingen 29 kan worden verkregen door de combinatie van watertoe-voerklep 50 en een regelaar 51. De regelaar 51 ontvangt gegevens be-15 treffende de temperatuur van de processtroom vanaf het uitlaatthermo-koppel T0, integreert deze gegevens met betrekking tot een vooraf ge-kozen doel- of insteltemperatuur en reageert door het verstellen van de watertoevoerklep 50 indien nodig voor het verkrijgen van de insteltemperatuur van de plotseling afgekoelde processtroom. Omdat de uitvinding 20 in de eerste plaats afhangt van de kinetische energie van de versnelde processtroom voor het in stukken breken van het afkoelwater tot zeer kleine druppels en voor het dispergeren van deze druppels in de genoem-de stroom, zijn de diameter(s) van de niet vernauwde openingen 29 en de druk (of stroomsnelheid) waarmee het afkoelwater daar doorheen wordt 25 aangevoerd onderworpen aan aanzienlijke variatie terwijl ze normaal niet kritisch zijn voor wat betreft de vorming van zeer kleine, gelijk-matige .en snel verdampbare druppels in de processtroom. Dit gunstig kenmerk van de uitvinding wijkt aanzienlijk af van de normaal in be-schouwing te nemen kritische omstandigheden van de werkwijzen met druk-30 of bi-fluldum-vernevelingsspuitmonden die tot nu toe zijn gebruikt. Indien gewenst zal het aantal en de diameter(s) van de openingen 29 zo-danig worden gekozen dat onder de beoogde reeks van afkoelwater-hoeveelheden bij het betreffende proces, voldoende druk zal worden ont-wikkeld bij elk van de genoemde openingen 29 om de daaruit verkregen 35 stroom van afkoelwater te werpen in de processtroom op tenminste een kleine afstand van het oppervlak van de eindkap 27 voordat deze stroom van afkoelwater aanzienlijk wordt gedesintegreerd en wordt gebroken.10 1 ·· attractively adjustable downstream section 26. In the special embodiment of the invention shown in the drawing, a supply tube 25 centrally located along the longitudinal axis of the throat section 24 terminates in an end cap 27. Supply tube 25 is its central position supported by a strut 28 extending from the wall of the converging portion 22 of the venturi-shaped conduit 20. End cap 27 includes a plurality of non-constricted openings 29 which are radially oriented with respect to the longitudinal direction running axis of the venturi-shaped conduit 20 and through which openings 29 liquid cooling water is introduced substantially transversely of the process flow flowing through the throat portion 24. Control of the flow rate of the cooling water through Openings 29 can be obtained by the combination of water supply valve 50 and a controller 51. The controller 51 receives data regarding the temperature of the process flow from the outlet thermocouple T0, integrates these data with respect to a preselected target or set temperature and responds by adjusting the water supply valve 50 if necessary to obtain the set temperature of the suddenly cooled process stream. Since the invention primarily depends on the kinetic energy of the accelerated process flow for breaking the cooling water into very small droplets and for dispersing these droplets in the said flow, the diameter (s) of the unobstructed orifices 29 and the pressure (or flow rate) at which the cooling water is fed therethrough are subject to considerable variation, while normally they are not critical in the formation of very small, uniform and rapidly evaporable droplets in the process stream . This advantageous feature of the invention differs significantly from the normally considered critical conditions of the pressure-30 or bi-fluid atomizing nozzles processes hitherto used. If desired, the number and diameter (s) of the openings 29 will be selected such that, under the intended range of cooling water amounts in the particular process, sufficient pressure will be developed at each of said openings 29 obtained therefrom to pour cooling water stream into the process stream at least a small distance from the surface of the end cap 27 before this cooling water stream is substantially disintegrated and broken.

De ingesloten divergentiehoek van het divergerende deel 26 van de venturi-vormige leiding 20 is in het algemeen niet kritisch. Het ver-40 dient echter de voorkeur dat deze divergentiehoek ligt binnen ongeveer 8202333 11 6 en ongeveer 14° en nog meer bij voorkeur tussen ongeveer 7 en onge-veer 10°. Bij het zich houden aan deze voorkeursgrenzen zal dit diver-gerend deel 26 in hoofdzaak werken als een diffusor, waardoor de druk-val over de leiding 20 bij een bepaalde versnelling van de processtroom 5 tot een minimum wordt beperkt en de lengte waarover deze processtroom een hoge snelheid houdt wordt vergroot. Bij een andere voorkeursuit-voeringsvorm van de uitvinding wordt tenminste het divergerend deel 26 van de venturi-vormige leiding 20 thermisch geisoleerd, zoals door mid-del van isolatie 30. Deze isolatie 30 dient om de aandrijvende krachten 10 voor thermische afzetting van de hete processtroom te verminderen, welke krachten anders de neiging zouden kunnen hebben om te maken dat tenminste lets van het deeltjesvormige bestanddeel daarvan wordt afge-zet op de oppervlakken direkt stroomafwaarts van het keelgedeelte 24.The included divergence angle of the divergent portion 26 of the venturi-shaped conduit 20 is generally not critical. However, it is preferred that this divergence angle be within about 8202333116 and about 14 ° and even more preferably between about 7 and about 10 °. While adhering to these preferred limits, this divergent portion 26 will act substantially as a diffuser, minimizing the pressure drop across line 20 at a given acceleration of process flow 5 and the length over which this process flow extends. high speed keeps being increased. In another preferred embodiment of the invention, at least the divergent part 26 of the venturi-shaped conduit 20 is thermally insulated, such as by means of insulation 30. This insulation 30 serves to drive the hot forces 10 for thermal deposition of the hot process flow which forces might otherwise tend to cause at least some of its particulate to be deposited on the surfaces immediately downstream of the throat portion 24.

Bij een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt 15 het stroomopwaartse einde van het convergerende deel 22 van de venturi-vormige leiding 20 gevoed door een kort stuk van de leiding 18 welke daarin stroomgelijkrichtmiddelen 19 bevat. Het aanbrengen van dergelijke stroomgelijkrichtmiddelen direkt voor de venturi-vormige leiding 20 brengt turbulenties en wervelstromen in de processtroom tot 20 een minimum terug als deze de leiding 20 nadert, waardoor een effi-ciente versnelling daarin wordt verzekerd.In another preferred embodiment of the invention, the upstream end of the converging portion 22 of the venturi-shaped conduit 20 is fed through a short section of conduit 18 containing flow rectifying means 19 therein. The provision of such flow rectifying means directly in front of the venturi-shaped conduit 20 minimizes turbulence and eddy currents in the process stream as it approaches the conduit 20, ensuring efficient acceleration therein.

Het het oog op de zeer snelle disintegrate en verdamping van het afkoelwater dat wordt geleid in de processtroom volgens de uitvinding, kunnen zowel de venturi-vormige leiding 20 als de leiding 31, welke de 25 verbinding vormt tussen het stroomafwaartse einde van de leiding 20 en de inlaat van de doekfiltratie-inrichting 15, aanzienlijk compacter zijn, op een basis van een gelijke bewerkingsschaal, dan de secondaire afkoelstystemen van de stijgbuissoort volgens de bekende stand van de techniek. Dit betekent een aanzienlijk voordeel dat voortspruit uit de 30 praktijk van de onderhavige uitvinding omdat, zoals hiervoor aange-geven, de stijgbuissystemen voor secondaire plotselinge afkoeling volgens de stand van de techniek gewoonlijk apparaten inhouden met betrek-kelijk zeer grote lengten en volumes. Bij gebruikmaking van de werk-wijze en inrichting volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld een proces-35 stroom van ovengasroet van dezelfde soort als bedoeld in de afmeting van de stijgbuis 14 zoals hierboven beschreven in verband met de bekende stand van de techniek, op effectieve wljze worden afgekoeld tot de doeltemperatuur in een venturl-leiding 20 volgens de onderhavige uitvinding met inlaat- en uitlaatdiameters van ongeveer 0,8128 m, een 40 keeldiameter van ongeveer 0,4064 m en een totale lengte van tussen on- 8202333 Ψ l·· V - 12 geveer 3,6576 m tot ongeveer 4,572 m. De lengte of het volume van de leiding 31 vordt bovendlen in hoofdzaak alleen bepaald door de behbefte aan een fluldumdichte verbindlng van de afgekoelde processtroom In de doekfiltreerinrichting 15. Bovendlen behoeft de inrichtlng volgens de 5 ultvlnding niet verticaal te ataan zoals in de stijgbuizen bij de be-kende inrichtingen, maar kunnen inplaats daarvan worden onderworpen aan elke willekeurige origntatie en worden aangepast aan beschikbare ruimte en efficient fabrieksontwerp.In view of the very rapid disintegrate and evaporation of the cooling water which is fed into the process flow according to the invention, both the venturi-shaped pipe 20 and the pipe 31, which forms the connection between the downstream end of the pipe 20 and the inlet of the fabric filtration device 15, are substantially more compact, on the basis of an equal processing scale, than the prior art secondary coolant systems of the prior art. This represents a significant advantage arising from the practice of the present invention because, as noted above, the prior art secondary sudden cooling riser systems usually involve devices of relatively very large lengths and volumes. For example, using the process and apparatus according to the invention, an oven gas carbon black process stream of the same kind as intended in the size of the riser 14 as described above in connection with the prior art can be effectively effected cooled to the target temperature in a venturl line 20 of the present invention having inlet and outlet diameters of about 0.8128 m, a throat diameter of about 0.4064 m, and an overall length of between about 8202333 Ψ l · V - 12 approximately 3,6576 m to approximately 4,572 m. The length or volume of the pipe 31 is determined mainly by the top parts only by the need for a fluid-tight connection of the cooled process flow. not vertically as in the risers of the known devices, but may instead be subjected to any orientation and adapted to available space and efficient factory design.

Bovendlen vertoont de ultvlnding aanzlenlljk minder gevoellgheld 10 voor de inlaattemperatuurvariatie van de processtroom dan de stijgbuis-techniek volgens de stand van de techniek waarblj gebrulk wordt gemaakt van drukverneveling van het afkoelwater. Bij gebruikmaking van de * laatstgenoemde bekende werkwljze wordt, bij een daling van de inlaat-temperatuur van de processtroom die wordt toegevoerd aan de stijgbuis 15 14 van ongeveer 38°C, de hoeveelheid water bijvoorbeeld die vereist is om door drukverneveling te worden gebracht in de processtroom voor het bereiken van de doeltemperatuur met ongeveer 20% verlaagd. Als de waterdruk zodanig wordt verlaagd dat de waterstroomsnelheid naar bene-den met 20% wordt verlaagd wordt echter de gemiddelde druppelafmeting 20 van de drukvernevelde sproeivloeistof aanzlenlljk verhoogd evenals de verblijftijd die vereist is om dergelijke grote druppels te verdampen en ook het volume van de stroomafwaarts insluitende leiding vergroot hetgeen nodig is om dergelijke vergrote verblijftijd te verschaffen.In addition, the exhibit exhibits substantially less sensitivity to the inlet temperature variation of the process stream than the prior art riser technique which utilizes pressure atomization of the cooling water. Using the latter known method, when the inlet temperature of the process stream supplied to the riser 14 decreases by about 38 ° C, for example, the amount of water required to be atomized by pressure process flow to reach target temperature decreased by approximately 20%. However, if the water pressure is lowered such that the water flow rate is lowered down by 20%, however, the average droplet size of the pressure atomizing spray liquid is increased significantly as well as the residence time required to evaporate such large droplets and also the volume of the downstream enclosing conduit increases what is necessary to provide such extended residence time.

Met gebruikmaking van de werkwljze en inrichtlng volgens de ultvlnding, 25 echter, resulteert echter eenzelfde daling van de inlaattemperatuur van de processtroom en dezelfde verlaging van de koelstroomsnelheid slechts in een betrekkelijk zeer kleine toeneming van de druppelafmeting en slechts een zeer kleine toename in de verblijftijd die nodig is om vol-ledige verdamping van de druppels te bereiken. Dus, zulks in tegenstel-30 ling tot de stijgbuissystemen volgens de stand van de techniek, behoeft slechts een klein of geen extra stuk of volume van stroomafwaart-se leiding worden ingebouwd in de inrichtlng volgens de onderhavige ultvlnding alleen maar om een geschikte buffer in de verblijftijd te verschaffen voor het volledig maken van de verdamping van het afkoel-35 water als reactie op de temperatuur- en de stromingsveranderingen in de proces- en afkoelwaterstromen. Ook is, terwijl het afschuiven en desin-tegreren van het afkoelwater dat wordt gebracht in de processtroom via de praktijk van de onderhavige ultvlnding kan worden aangeduid als een soort bi-fluldumverneveling, het drijfgas voor de verneveling van het 40 afkoelwater niet een van buiten komend verdunningsmiddel, omdat het gas 8202333 *However, using the process and apparatus according to the invention, the same drop in the inlet temperature of the process stream and the same drop in the cooling flow rate results only in a relatively very small increase in the droplet size and only a very small increase in the residence time which necessary to achieve complete evaporation of the drops. Thus, unlike the prior art riser systems, only a small or no additional piece or volume of downstream pipe needs to be incorporated into the device of the present invention just to provide a suitable buffer in the provide residence time to complete the evaporation of the cooling water in response to temperature and flow changes in the process and cooling water flows. Also, while the shearing and disintegration of the cooling water introduced into the process stream through the practice of the present invention may be referred to as a type of bi-fluid atomization, the propellant for atomizing the cooling water is not an outside diluent because the gas 8202333 *

*1 C* 1 C

13 van de processtroom en het drljfgas een en dezelfde zijn* Met het on-derhavige proces en het onderhavige systeem wordt dus verdere verdun-ning van de processtroom vermeden en ook de noodzakelijkheid voor het verhogen van de gasbehandelingscapaciteit van de doekfiltreerinrichting 5 15.13 of the process stream and the propellant gas are one and the same * Thus, the present process and system avoid further dilution of the process stream and also the need to increase the gas treatment capacity of the fabric filter 5.

Hoewel ter illustratle de uitvinding hiervoor is beschreven in bijzonderheden alleen maar met betrekking tot een werkwijze lijn voor ovengasroet en alleen maar met betrekking tot uiteindelijke afscheiding van het deeltjesvormige bestanddeel door doekfiltratie, is het duide-10 lijk dat de uitvinding evengoed kan worden toegepast bij vele andere chemische werkwijze-lijnen waarbij het vereist is een heet gasvormige processtroom dat daarin deeltjesvormende vaste stoffen gesuspendeerd bevat af te koelen.Although the invention has been described above in detail only with reference to a furnace carbon black process line and only with respect to final separation of the particulate component by fabric filtration, it is apparent that the invention may be equally practiced in many other chemical process lines where it is required to cool a hot gaseous process stream containing particulate solids suspended therein.

Ook wordt opgemerkt dat de uitvinding niet is beperkt tot de hier-15 voor beschreven voorkeursuitvoeringsvormen. Zo zal het duidelijk zijn bijvoorbeeld dat, terwijl de weergegeven en beschreven inrichting een centraal geplaatste eindkap 27 bevat binnen het keelgedeelte 24 van de venturi-vormige leiding 20, welke eindkap 27 dient als het eindorgaan voor het binnenbrengen van het afkoelwater in de processtroom, dat an-20 dere in werking gelijkwaardige oplossingen van deze inrichting kunnen worden bereikt. De middelen voor het inbrengen van het afkoelwater kunnen bijvoorbeeld ook de vorm hebben van een aantal radiale afkoelwater-openingen die dringen door de omsluitende wand en die zijn geplaatst langs de omtrek van het keelgedeelte 24 van de venturi-vormige leiding 25 20. Deze openingen kunnen dan zijn ingesloten door een gemeenschappe-lijk spruitstuk voorzien van een watertoevoerleiding daar naar toe.It is also noted that the invention is not limited to the preferred embodiments described above. For example, it will be appreciated that while the illustrated and described apparatus includes a centrally located end cap 27 within the throat portion 24 of the venturi-shaped conduit 20, the end cap 27 serves as the end member for introducing the cooling water into the process stream, which other operationally equivalent solutions of this device can be achieved. The means for introducing the cooling water may, for example, also take the form of a number of radial cooling water openings which penetrate the enclosing wall and which are placed along the circumference of the throat portion 24 of the venturi-shaped pipe 20. These openings can then enclosed by a common manifold provided with a water supply line to it.

Opgemerkt wordt dat ook nog vele andere gewijzigde uitvoerings-vormen van de inrichting volgens de uitvinding en van de werkwijze volgens de uitvinding zoals hierboven beschreven mogelijk zijn binnen 30 het kader van de uitvinding en dat de uitvinding zich ook daartoe uit-strekt.It is noted that many other modified embodiments of the device according to the invention and of the method according to the invention as described above are also possible within the scope of the invention and that the invention also extends thereto.

82023338202333

Claims

1. A method of cooling a hot, particulate-charged gas stream to pre-sample the collection of the particulate bite tooth portion therefrom, which method comprises atomizing liquid water into said stream in an amount such that heat is extracted from this stream by evaporation of the liquid water so atomized therein and cooling this stream to a temperature above its dew point, characterized in that the hot particulate-charged gas stream is passed through a relatively compact venturi-shaped conduit (20) comprising an upstream converging portion (22), a downstream diverging portion (26) and a throat portion (24) therebetween, accelerating the gas flow to a Mach number of at least about 0.25 in said throat portion (24 ) while in this throat section (24) said cooling water to be atomized substantially transversely in said gas stream 15 as a number of strands omen thereof is introduced.

A method according to claim 1, characterized in that in said throat portion (24) the hot particulate gas flow is accelerated to a Mach number of at least about 0.4.

Method according to claim 1, characterized in that the liquid water is introduced substantially transversely and outside of said gas flow from a centrally located member (27) within the throat section, said member (27) being a number of radially oriented has unobstructed openings (29).

Method according to claim 3, characterized in that the amount of hero water introduced from the member (27) is large enough to throw each of the obtained streams of liquid water into the gas stream at least a short distance from the surface of said member (27) before it is substantially disintegrated and broken down.

A method according to claim 1, characterized in that the downstream diverging portion (26) has an included angle within the range of about 6 ° and about 14 °.

Method according to claim 1, characterized in that at least the downstream diverging part (26) of the venturi-shaped pipe (20) is thermally insulated.

Method according to claim 1, characterized in that substantially immediately before the introduction of the hot, particulate-charged gas stream into the converging upstream part (22) of the ventur 8202333 ri-shaped pipe (20), the flow of the said gas flow is equally directed to reduce eddy currents and turbulences therein. Method according to claims 1 to 7, characterized in that the hot, particle-charged gas stream consists of a process stream 5 of furnace gas black.

9. A unitary method of separating a particulate constituent from a hot particulate charged gas stream, which method comprises cooling this hot particulate charged gas by atomizing liquid water into the stream, where is withdrawn from the stream by heat by evaporation of the liquid water thus atomized therein, and then passing the thus cooled particulate charged stream through a fabric filtration device (15), the thus atomized heat amount of water is sufficient to cool the flow to a sufficiently low temperature to prevent damage to the fabric filtering members of the device (15) but high enough to maintain the atmosphere within said device (15) above the dew point of keep the gaseous component of the particulate charged gas stream, characterized in that the hot particulate charged gas stream 20 is cooled by pass through a relatively compact venturi-shaped conduit (20) containing an upstream converging section (22), a downstream diverging section (26) and a throat section (24) therebetween, accelerating the flow to a Mach number of at least about 0.25 in the throat portion (24) while in this throat portion (24) substantially transverse to said gas stream, a number of streams of the water to be atomized are introduced, the amount of liquid water introduced in such manner the current is set to be cooled to within the aforementioned limits.

A unitary process according to 9, characterized in that in the throat section (24) the hot, particulate charged gas stream is accelerated to a Mach number of at least about 0.4.

Method according to claim 9, characterized in that the cloth filtering device (15) is a bag filter.

A method according to claim 9, characterized in that the liquid water is introduced substantially transversely and externally into the gas stream via a centrally located member (27) within the throat section (24), said member (27) having a number of radially oriented unrestricted openings (29).

Method according to claim 12, characterized in that the amount of water that is introduced from the member (27) is sufficient to throw each of the obtained streams of liquid water into the gas stream at least at a small distance from the surface of the member (27) before this water is substantially disintegrated and degraded.

A method according to condusion 9, characterized in that the temperature of the cooled gas stream is continuously monitored while the amount of water being introduced into the hot, particulate-charged gas stream is adjusted in response thereto.

A method according to claim 9, characterized in that the downstream diverging portion (26) has an included angle of between about 6 and about 14 ° *

Method according to claim 9, characterized in that at least the downstream diverging part (26) of the venturi-shaped pipe (20) is thermally insulated.

Method according to claim 9, characterized in that substantially immediately before the introduction of the hot, particle-charged gas flow into the upstream converging part (22) of the venturi-shaped pipe (20), the flow of the gas flow becomes equal directed to reduce eddy currents and turbulences therein.

A method according to any one of claims 9 to 17, characterized in that the hot, particulate-charged gas stream consists of a furnace carbon black process stream.

26. A one-piece system for separating a particulate component from a hot particulate charged gas stream containing a conduit for receiving a hot particulate charged gas stream therethrough and liquid water atomizing means in this gas stream which flows through said conduit thereby cooling it by evaporation of the atomized liquid water therein, and a cloth filter (15) for receiving the thus cooled particulate charged gas stream from the conduit and for separating the particulate gaseous component thereof, characterized in that the conduit consists of a relatively compact venturi-shaped conduit (20) with an upstream converging section (22), a downstream diverging section (26) and a throat section (24) therebetween, said venturi-shaped conduit (20) having a size and shape such that it is intended for accelerating a hot, particulate-charged gas stream to a Mach number of at least about 0.25 within the throat-40 portion (24) thereof and means for introducing a number of 8202333 streams of liquid water substantially transversely said gas flow in said throat section (¢ 24) by an amount adjusted so that the gas flow is cooled sufficiently to prevent damage to the cloth filter elements of the cloth filter device (15) but to prevent the temperature of the atmosphere within the cloth filter device ( 15) above the dew point of the gaseous component of the cooled gas stream

System according to claim 26, characterized in that the cloth filter device (15) consists of a bag filter.

A system according to claim 26, characterized in that the system further comprises flow rectifying means (18) located substantially directly upstream of the upstream converging portion (22) of the venturi-shaped conduit (20), these flow rectifying means (18) are intended to reduce eddy currents and turbulences in the hot particulate charged gas flow.

System according to claim 26, characterized in that the downstream diverging portion (26) of the venturi-shaped conduit (20) has an included angle of between about 6 and about 14 °.

System according to claim 26, characterized in that the means for introducing a number of flows of liquid water consist of an element (¢ 27) centrally located within the throat section (24) of the venturi-shaped pipe (20), said element (27) comprising a plurality of radially oriented unrestricted openings (29), and a water supply tube (25) in communication with the element (27), said supply pipe (25) extending through a side wall of the venturi-shaped conduit (20).

31. System according to claim 26, characterized in that said temperature sensing means (T0) disposed between the downstream end of the venturi-shaped conduit (20) and the inlet to the fabric filtering device (15) a valve (50) for controlling the amount of liquid water that is fed into the gas stream in the throat section (24) and control means (51) which are in communication with the temperature sensing means (T0) and which operate such that the valve (50) is controlled in response to the sensed temperature of said temperature sensing means (T0).

System according to claim 26, characterized in that the size and shape of the venturi-shaped conduit (20) is such that the hot particulate-charged gas flow is accelerated to a Mach number of at least about 0 4 within the throat portion (24) thereof. 8202333 Fri.

System according to claim 26, characterized in that at least the downstream diverging portion (26) of the venturi-shaped conduit (20) is thermally insulated.

34. System according to claim 26, characterized in that the downstream diverging part (26) of the venturi-shaped conduit (20) has an included angle of between about 6 and about 14 °.

35. System according to any one of claims 26 to 27, characterized in that the system further comprises an indirect heat exchanger (9) which is connected to and placed upstream of the venturi-shaped pipe ( 20) and an oven carbon black reactor (1) which communicates with and is located upstream of the indirect heat exchanger (9). e 8202333