SE457058B - Saett och anordning foer kylning av en varm, partikelhaltig gasstroem - Google Patents

Description

457 058 ringsströmmar, kylning av kalcinerad malm eller strömmar inne- hållande bergartsdamm och liknande.

Vanligen innefattar tygfiltreringsmetoder i kommersiellt bruk att man bringar en partikelhaltig gasformig ström att strömma genom en eller flera porösa tyg- eller vävfiltreringselement, vilka element uppvisar en vald porositet eller genomsläpplighet, vil- 'ken på en gång är tillräcklig för att medge att den gasformiga komponenten i procesströmmen passerar därigenom, medan den är otillräcklig för att medge passage av den partikelformiga kompo- nenten. Sålunda separeras den partikelformiga komponenten från den gasformiga komponenten och utfälles på uppströms- eller upp- samlingssidan av tygfiltreringselementen. Organ är vanligen an- ordnade, genom vilka avlägsnandet av det partikelformiga innehål- let från filtreringselementen underlättas, som t.ex. genom perio- diskt anbringade av tryck eller omvändning av gasflödet därige- nom, mekanisk skakning eller vibrering därav och liknande. Det sålunda avskilda partikelformiga innehållet ledes generellt till en uppsamlingsficka och avlägsnas därifrån periodiskt för förpack- ning och/eller för sådan ytterligare behandling som kan vara önsk- värd eller nödvändig för erhâllande av en färdig partikelformig produkt. Vid kommersiellt tillämpade processer för framställning av kolsvart kan det s.k. "fluffiga" kolsvartmaterialet, som upp- samlas från tygfiltreringsanordningen, utsättas för sådana ytter- ligare behandlingar som våtpelletisering, torrpelletisering, komprimering, kalcinering, ytoxidering med luft, ozon eller mi- neralsyror, malning, t.ex. i en stiftkvarn, hammarkvarn eller fluidenergimalning, behandling med ytaktiva substanser, oljor el- ler oljeemulsioner och liknande.

Tygmaterialen, som utnyttjas för framställning av filtreringsele- menten, är vanligen sammansatta av vävda eller ovävda textilfib- rer, som t.ex. glas, bomull, ull, polyamid, polyester, polytet- rafluoreten eller blandningar därav. Dessa material formas eller sys till de erfordrade geometriska formerna för den utnyttjade speciella tygfiltreringsanordningen. En ofta använd filtrerings- anordning är ett s.k. “säckfilter", varvid tygfiltreringselemen- ten uppvisar lång rörformig form. Andra kända tygfiltreringsan- 3 457 oss ordningar utnyttjar tygfiltreringselement i form av höljen, ark, buntar eller skivor. Vissa andra kända tygfiltreringsanordningar utnyttjar tygfiltreringselement, vilka är väsentligen formlösa, varvid tygfiltreringsmaterialet endast utnyttjas i form av en stoppning eller fyllning för en patron. genom vilken den parti- kelhaltiga procesströmmen ledes.

Vilken speciell tygfiltreringsanordning som än användes är det emellertid väsentligt att den partikelhaltiga procesströmmen som ledes in i denna, uppvisar en temperatur som icke är så hög att den skadar själva tygfiltreringselementen. Likaså är det emel- lertid viktigt att temperaturen för procesströmmen, som ledes in i filtreringsanordningen, är tillräckligt hög för att upprätt-- hâlla atmosfären inuti anordningen, så att denna ligger över daggpunkten för den gasformiga komponenten för procesströmmen, varigenom kondensation av kondenserbara material därifrån undvi- kes. Om icke det förstnämnda temperaturkravet upprätthålles, le- der detta naturligtvis till alltför kort livslängd för tygfilt- reringselementet. Om det sistnämnda temperaturkravet icke upp- rätthâlles, kan detta leda till uppsamling av en försämrad och/ eller fuktig partikelformig produkt och tilltäppning av tygfilt- reringselementen. Vid fallet av ugnskolsvart påverkar ansamling av fuktig kolsvart i tygfiltreringsanordningen icke endast ogynn- samt effektiviteten för uppsamlingssteget, utan kan även ogynn- samt påverka effektiviteten och kvaliteten för nedströms place- rade slutbehandlingssteg, som t.ex. pelletisering, komprimering eller kemisk efterbehandling av det uppsamlade kolsvartmaterialet och kvaliteten och homogeniteten för den erhållna färdiga kol- svartprodukten. Även om det är möjligt att kyla en varm, partikelformig process- ström till inom ovannämnda temperaturkriterier med hjälp av in- direkta värmeväxlare, så uppstår problemet med effektiv och eko- nomisk drift av dessa värmeväxlare. Vanligen är måltemperaturen för en partikelhaltig procesström, som skall behandlas med tyg- filtrering, i omrâdet 149-371°C. Indirekt värmeväxling är vanli- gen en ekonomisk försvarbar metod för värmeavlägsnande endast då temperaturfallet, som skall uppnås, är relativt stort, exempelvis 457 058 4 i storleksordningen 300°C eller mera, och då den varma process- strömmen, som skall kylas, ligger vid en temperatur av väsent- ligen över ca 538°C. För att t.ex. kyla en partikelhaltig pro- cesström av temperaturen 53800 till ca 260°C genom en indirekt värmeväxlingsteknik erfordras sålunda vanligen en omfattande och dyrbar utrustning, vars processekonomi vanligen icke är försvar- bar även med antagande av fullständigt återvinnande av den avlägs- nade värmeenergin. Vidare är utrustning för indirekt värmeväxling vanligen anpassad för drift under relativt statiska processbetin- gelser och är sålunda vanligen icke särskilt lämplig för rimligt exakt reglering i förhållande till förändrade processbetingelser.

Med tanke på de ovannämnda bristerna är det sålunda konventionellt accepterat vid kemiska anläggningar att först extrahera och åter- vinna så mycket värme från den varma procesströmmen genom indirekt värmeväxling som är ekonomiskt genomförbart och därefter ytterli- gare avkyla procesströmmen till lämplig tygfiltreringstemperatur genom finfördelning av vätskeformigt vatten däri.

Denna avkylning av procesströmmen till lämpliga tygfiltreringstem- peraturer genomföres vanligen genom tryck- eller bifluidumfin- fördelning av det vätskeformiga vattnet in i procesströmmen vid någon punkt relativt långt uppströms från inloppet för den kylda strömmen in i tygfiltreringsanordningen. Finfördelning genomföres, i motsats till sprutning, för åstadkommande av ytterst små droppar, vilka naturligtvis avunstar snabbare än de relativt större drop- parna, som kan framställas genom ordinära sprutningsmetoder. Den långa ledningen, som är placerad mellan punkten för finfördelning av kylvattnet in i procesströmmen och filtreringsanordningen är anordnad med ändamålet att tillförsäkra tillräcklig tid för det finfördelade vätskeformiga vattnet att avdunsta fullständigt före insläpp av den kylda procesströmmen i tygfiltreringsanordningen.

Det är naturligtvis uppenbart att om man icke fullständigt lyckas avdunsta det vätskeformiga vattnet i procesströmmen, kan detta leda till svårigheter, liksom tidigare har diskuterats med avse- ende pâ kondensation av de gasformiga komponenterna i procesström- men inuti tygfiltreringsanordningen.

Det underliggande skälet till åstadkommande av en relativt lång- varig uppehâllstid efter finfördelning av det vätskeformiga kyl- 457 058 vattnet in i procesströmmen beror på att, såvitt känt, varken bifluidum- eller tryckfinfördelningsmetoder, som för närvarande är tillgängliga vid industriella operationer, lyckas åstadkomma droppar av ytterst liten storlek över ett tillräckligt brett om- râde för processbetingelser för att garantera homogent snabb och fullständig avdunstning därav inuti procesströmmen. Vid tryck- finfördelning tvingas vatten genom ett munstycke med en strypt öppning och effektiviteten, med vilken det insprutade vattnet sönderdelas till små droppar och medelstorleken för de framställ- da dropparna är höggradigt beroende på öppningens storlek i_fin- fördelningsmunstycket och tryckfallet, som åstadkommas över denna öppning. I sin tur är flödeshastigheten för vatten genom en öpp- ning av givna dimensioner naturligtvis en funktion av tryckfal- let, varvid ju högre tryckfallet är, desto större är flödeshas- tigheten. Smärre variationer i någon av ovannämnda parametrar har en mycket påtaglig effekt på homogeniteten och storleken för de bildade dropparna. För de flesta industriella kemiska anläggning- ar kan öppningsstorleken för ett givet tryckfinfördelningsmun- stycke betraktas som en konstant parameter. Emellertid är detta vanligen icke fallet med avseende på flödeshastigheter och tryck- fall. I industriella anläggningar är vattenledningstrycket och flödeshastigheten samt temperaturen och flödeshastighet för pro- cesströmmen, som skall kylas, vanligen utsatta för avsevärda va- riationer. Där den varma procesströmtemperaturen och/eller -flö- deshastigheten ändras, t.ex. beroende på förändringar i reaktor- betingelser för att ändra produktegenskaper, är det vanligen nöd- vändigt att ändra hastigheten för kylvatten, som finfördelas in i procesströmmen för uppnâende av den önskade måltemperaturen som förberedelse till dess tygfiltreringsbehandling. Sålunda kan av- sevärda variationer i vattentryck, tillfört till finfördelnings- munstyckena, inträffa oavsiktligt eller med beräkning och kan le- da till perioder med processdrift, där tryckfinfördelningsmun- styckena icke är i funktion och icke kan fungera upp till de av- sedda tryckfallen och flödeshastigheterna. Under sådana betingel- ser kan dropparna, som bildas genom tryckfinfördelningsteknik, höggradigt förstoras och dropparnas homogenitet sänkas, varige- nom avsevärt ökade uppehâllstider erfordras inuti den avkylda procesströmmen, så att fullständig avdunstning av vattnet däri tillförsäkras. Bifluidum-finfördelningsmunstycken utnyttjar driv- 457 058 6 gas för finfördelning av en vattenström till små droppar inuti munstycket och för införande av dessa droppar, inneslutna i drivgasen, in i processgasströmmen. För att arbeta effektivt utnyttjar sådana bifluidummunstycken vanligen relativt stora volymflödeshastigheter hos drivgasen, vilken gas vanligen icke är internt tillgänglig vid anläggningen och vilken gas, i alla händelser, representerar en ytterligare gasbelastning i process- strömmen, vilken till slut måste hanteras av den nedströms pla- cerade tygfiltreringsanordningen.

För att maximera uppehållstiden för det tryck- eller bifluidum- finfördelade kylvattnet i procesströmmen har man vanligen, såsom nämnts ovan, placerat en ledning med stor volym eller s.k. ”stig- kammare" mellan punkten för finfördelning av kylvattnet och in- förande därav i procesströmmen och tygfiltreringsanordningen.

Under dessa betingelser, där droppstorleken för det finfördelade kylvattnet är relativt stor, kan dess avdunstningshaštighet hög- gradigt.reduceras inuti procesströmmen, som strömmar genom stig- kammaren. Vid ugnskolsvartframställning kan sådana reducerade indunstningshastigheter leda till ökade möjligheter till fuktbild- ning och agglomerering av den partikelformiga komponenten i pro- cesströmmen inuti stigkammaren och uppsamling av en kolsvartpro- dukt med avsevärda mängder hårda grova agglomerat. Med tanke pa att procesströmmen ofta kan vara höggradigt korroderande, är det vidare ofta nödvändigt att konstruera stigkammarledningen av dyr- bara korrosionsbeständiga legeringar. Icke desto mindre har be- hovet av undvikande av närvaron av vätskor inuti tygfiltrerings- anordningen tidigare uppvägt de avsevärda ekonomiska belastnin- garnana, som erhållits genom konstruktion och drift av en stig- kammare med stor volym, konstruerad av korrosionsbeständig lege- ring, före densamma, och risken för uppkomst av de ovannämnda fenomenen av agglomerering av partikelformig komponent inuti stig- kammaren, och fram till tidpunkten för föreliggande uppfinning har industrin under protester accepterat dessa brister för att tillförsäkra.fullständig avdunstning av kylvattnet, som införes i procesströmmen, över ett brett omrâde av processbetingelser.

I enlighet med föreliggande uppfinning löses många av de ovan- nämnda svårigheterna eller reduceras åtminstone i väsentlig grad. 457 058 Ett huvudändamâl med uppfinningen är åstadkommande av ett nytt sätt för kylning av en varm partikelhaltig gssström.

Ett annat ändamål med uppfinningen är erhållande av en ny an- ordning för kylning av en varm, partikelformig gasström.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett för- bättrat integrerat sätt för separation av den partikelformiga komponenten från en varm, partikelhaltig procesström.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är åstadkomman- de av en förbättrad apparat för separation av den partikelfor- miga komponenten från en varm, partikelhaltig procesström.

Det är ännu ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkom- ma ett förbättrat integrerat sätt och apparat för separation av ugnskolsvart från en varm, ugnskolsvarthaltig procesström.

Andra ändamål och fördelar med föreliggande uppfinning är delvis uppenbara och framgår delvis av nedanstående beskrivning.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett sätt för kyl- ning av en varm, partikelhaltig gasström som förberedelse för upp- samling av den partikelformiga komponenten däri, vilket innefat- tar finfördelning av vätskeformigt vatten in i strömmen i en sådan mängd, att värme avlägsnas från strömmen genom avdunstning av det vätskeformiga vattnet, som på detta sätt finfördelas däri, och kyler av strömmen till en temperatur över dess daggpunkt, eventuellt följt av separation av den partikelformiga komponenten från den kylda gasströmmen, vilket kännetecknas av att den varma, partikelhaltiga gasströmmen ledes genom en relativt kompakt ven- turiformad ledning innefattande en uppströms belägen konvergent del, en nedströms belägen divergent del och en strypt del däremel- lan, att gasen accelereras till ett Mach-tal av minst ca 0,25 i den strypta delen och att, i den strypta delen, införes väsent- ligen i tvärriktning in i gasströmmen kylvattnet, som skall fin- fördelas, som en mångfald av strömmar därav. 457 058 8 Pâ grund av det energetiska flödet hos procesströmmen vid punk- terna för införsel av det vätskeformiga vattnet däri, splittras, sönderdelas och sönderskäres de mângfaldiga strömmarna av vatten snabbt till homogena droppar av relativt liten storlek, varige- nom värme avlägsnas från gasströmmen genom snabb avdunstning av de sålunda bildade vattendropparna.

Uppfinningen hänför sig vidare till en apparat för separation av en partikelformig komponent från en varm, partikelhaltig gasström innefattande en ledning avpassad att mottaga en varm, partikel- haltig gasström därigenom och organ för finfördelning av vätske- formigt vatten in i gasströmmen, som strömmar genom ledningen, så att därigenom gasströmmen kyles genom avdunstning av det fin- fördelade vätskeformiga vattnet däri, och en tygfiltreringsanord- ning för mottagande av den sålunda kylda partikelhaltiga gasström- men från ledningen och för separation av den partikelformiga kom- ponenten från den gasformiga komponenten däri, vilken känneteck- nas av att ledningen innefattar en relativt kompakt venturifor- mad ledning med en uppströms belägen konvergent del, en nedströms belägen divergent del och en strypt del däremellan, varvid den venturiformade ledningen uppvisar storlek och form avpassade att accelerera en varm, partikelhaltig gasström till ett Mach-tal av minst ca 0,25 inuti den strypta delen däravy och organ för in- förande av en mångfald av strömmar av vätskeformigt vatten väsent- ligen i tvärriktning in i gasströmmen i den strypta delen med en hastighet proportionerad så att den kyler gasströmmen tillräck- ligt för att förhindra skada på tygfiltreringselementen i tyg- filtreringsanordningen men så att temperaturen för atmosfären inuti tygfiltreringsanordningen upprätthålles vid en temperatur över daggpunkten för den gasformiga komponenten i den kylda gas- strömmen.

Bifogade fig. 1 är ett schematiskt flödesdiagram, som med hel- dragna linjer visar en kylanordning i enlighet med uppfinningen integrerad med en typisk ugnskolsvartprocess och, med streckade linjer, en relativt skalformig konventionell kylanordning enligt tidigare teknik som jämförelse, fig. 2 visar en schematisk tvär- snittsvy i längdriktningen av utföringsformen för kylanordningen enligt uppfinningen visad på fig. 1, och fig. 3 är en förstorad 457 058 schematisk längdsnittvy av en del av kylanordningen, som visss på fig. 2.

Med hänvisning till fig. 1 visas en konventionell ugnskolsvart- processlinje innefattande huvudelementen 1, 9, 14 och 15. Ett kolvätehaltigt matarmaterial, förbränningsbränsle och ett gas-- formigt oxidationsmedel (vanligen luft) införes i en kolsvartre- aktor 1. Däri antändes den erhållna blandningen och den brinnan- de reaktionsblandningen ledes in i en reaktionskammare 5, fodrad med eldfast material, vari kolbildningsbetingelser upprätthâlles.

Konventionellt hålles temperaturen inuti reaktionskammaren 5 vid Ca 1315-1760°C, varvid den exakta temperaturen primärt beror på de önskade egenskaperna hos kolsvartprodukten. Reglering av tem- peraturen inuti reaktionskammaren 5 uppnås vanligen genom lämp- lig proportionering av oxidationsmedel, bränsle och matarmate- rial, som tillföres till reaktor 1. Avslutande av kolsvartreak- tionen initieras genom s.k. "primär kylning", varvid vatten spru- tas genom ett munstycke 6 in i reaktionsblandningen, då denna förflyttas genom nedströmsdelen av reaktionskammaren 5. Den has- tighet, med vilken kylvattnet insprutas i reaktionsblandningen, är lämpligen avvägd så, att den snabbt reducerar temperaturen för procesströmmen till ca 1204°C eller lägre. Eftersom den termiska energin, som föreligger i reaktionshlandningen vid denna punkt i processen, är relativt hög, så tillförsäkras snabb avdunstning av det primära kylvattnet direkt och inställningen av kylmunstyc- ket 6 är vanligen icke kritisk.

Den erhållna procesströmmen, innefattande kolsvart suspenderat i processrökgaser, ledes därefter från reaktorn 1 till en indirekt värmeväxlare 9, vari procesströmmen ytterligare kyles, vanligen till en temperatur av Ca 426-648°C. Den indirekta värmeväxlaren 9 kyles, generellt genom förbränningsoxidationsmedlet, som ut- nyttjas vid den kolsvartbildande processen, så att därigenom den- samma förvärmes före införsel i reaktorn 1, så att väsentliga mängder ätervinnes av vad som annars skulle utgöra överskottsvär- me och den termiska effektiviteten för hela processen förbättras.

Separation av kolsvart från procesströmmen sker konventionellt i en tygfiltreringsanordning 15, som t.ex. ett säckfilter, vari- 457 oss 10 genom.procesströmmen ledes genom porösa tygfiltreringselement av- passade så att de kvarhâller kolsvartinnehållet på uppströmssidan därav, medan de medger att processgaserna passerar därigenom.

Kolsvartprodukten, som avskilts och uppsamlats i tygfiltrerings- anordningen 15, förpackas därefter eller behandlas på annat sätt, såsom tidigare diskuterats. V För att bevara tygfiltreringselementen i tygfiltreringsanordningen är det för det första nödvändigt att ytterligare kyla den fort- farande relativt varma procesströmmen, som utkommer från den in- direkta värmeväxlaren 9, vanligen till ca 149-371°C, varvid den exakta mâltemperaturen bestämmes i stort sett av det dubbla hän- synstagandet till daggpunkten för den gasformiga komponenten i procesströmmen och den termiska stabiliteten hos de speciella tygfiltreringselementen, som utnyttjas i tygfiltreringsanordningen .

Konventionellt åstadkommes denna ytterligare kylning eller "se- kundära kylning" av procesströmmen innehållande ugnskolsvart som förberedlese till tygfiltrering därav genom att den partiellt kyl- da procesströmmen ledes från den indirekta värmeväxlaren 9 genom en vertikal, långsträckt ledning eller stigkammare 14 med stor volym under finfördelning av vatten in i dess uppströmsdel. För jämförelseändamâl kan denna stigkammare 14 t.ex. vanligen uppvi- sa en längd av ca 30,48 m, en diameter av ca 1,524 m och är van- ligen konstruerad av en dyrbar korrosionsbeständig legering. Vid uppströmsänden av stigkammaren 14 är en eller flera tryck- eller bifluidum-finfördelningsmunstycken 16 placerade, genom vilka kylvatten finfördelas in i procesströmmen med en tillräcklig has- tighet för att kyla procesströmmen till den valda måltemperaturen.

Den större delen av stigkammaren 14, som föreligger nedströms från munstyckena 16, är anordnad i stort sett för ändamålet att tillförsäkra tillräcklig uppehâllstid för den avkylda process- strömmen däri för att fullfölja avdunstningen av det finfördela- de kylvattnet, innan procesströmmen inkommer i tygfiltreringsan- ordningen 15. Om av någon anledning de finfördelade vattendrop- parna uppvisar en relativt stor storlek, t.ex. i storleksordnin- gen 300 pm eller mera, blir avdunstningshastigheten därav i pro- cesströmmen relativt låg, så att väsentliga möjligheter uppstår 11 457 058 till avsevärd kontakt mellan den suspenderade partikelformiga komponenten bestående av kolsvart och vätskeformigt vatten under transport av procesströmmen genom stigkammaren 14. Såsom tidiga- re nämnts, så kan de fuktade partiklarna, om sådan fuktning av kolsvartpartiklarna inträffar, därefter kollidera med varandra och bilda grova agglomerat. Likaså kan de fuktade kolsvartpar- tiklarna komma i kontakt med väggarna på stigkammaren 14, vilket förorsakar ansamling och sammanbakning av kolsvartpartiklar därpå.

I enlighet med föreliggande uppfinning ledes, med hänvisning till den heldragna delen av fig. 1 samt fig. 2 och 3 generellt, var- vid i samtliga figurer samma hänvisningssiffror hänför sig till lika element, den relativt varma, partikelhaltiga procesströmmen som utkommer från den indirekta värmeväxlaren 9, genom en ven- turiformad ledning 20 med en geometri och form avpassad så att strömmen accelereras till ett Mach-tal av minst ca 0,25 inuti den strypta delen 24 därav. Med fnach-tal" avses den dimensions- lösa numeriska kvoten mellan den verkliga hastigheten för pro- cesströmmen dividerat med den lokala ljudhastigheten inuti ström- men. Sålunda är Mach-talet för procesströmmen både temperatur- och sammnsättningsberoende och kan lätt bestämmas för en given uppsättning av omständigheter genom att temperaturen och kompo- sitionen för den partikelhaltiga procesströmmen som är aktuell kommer under fullständigt hänsynstagande. Lämpligen väljes stor- leken och geometrin för den venturiformade ledningen 20 så att procesströmmen accelereras till ett Mach-tal av minst 0,4 inuti den strypta delen 24.

Den venturiformade ledningen 20 innefattar en relativt snabbt konvergerande uppströmsdel 22, en strypt del 24 och en relativt lätt divergent nedströmsdel 26. I den speciella utföringsformen av uppfinningen, som visas på ritningen, är längs den längsgå- enda centrumlinjen för den strypta delen 24 ett tillförselrör centralt placerat, vilket avslutas i en ändkåpa 27. Tillför- selrör 25 fasthålles i sin centrala position med hjälp av en tvärslâ 28, som sträcker sig från väggen på den konvergenta de- len 22 av den venturiformade ledningen 20. Ändkåpan 27 innefat- tar en mångfald obegränsade öppningar 29, vilka är radiellt ori- enterade i förhållande till den längsgående centrumlinjen för 457 058 12 den venturiformade ledningen 20 och genom vilka öppningar 29 vätskeformigt kylvatten införes väsentligen i tvärriktning till procesströmmen, som strömmar genom den strypta delen 24. Reg- lering av flödeshastigheten för kylvattnet genom öppningarna 29 kan åstadkommas genom kombination av en vattentillförselventil 50 och en regleringsanordning 51. Regleringsanordningen 51 mot- tager procesströmtemperaturdata från utloppets termoelement To, integrerar dessa data med avseende på en förutvald mål- eller inställningstemperatur och svarar genom reglering av vattentill- förselventilen S0 efter behov för erhållande av den inställda temperaturen för den kylda procesströmmen. Eftersom föreliggande uppfinning beror primärt på den kinetiska energin för den accele- rerade procesströmmen med avseende på splittning av kylvattnet till små droppar och dispergering av dessa droppar inuti ström- men, är diametern eller diametrarna för de obegränsade öppning- arna 29 och trycket (eller flödeshastigheten), med vilket kylvatt- net tillföres därigenom, utsatta för avsevärda variationer och är vanligen icke-kritiska med avsende på åstadkommande av små, homogena och snabbt avdunstningsbara droppar inuti procesström- men. Denna gynnsamma egenskap hos föreliggande uppfinninglär en markant avvikelse från de kritiska parametrar, som vanligen åt- följer arbete med tryck- eller bifluidum-finfördelningsmunstycken enligt tidigare teknik, Lämpligen väljes antalet och diametern eller diametrarna för öppningarna 29 på sådant sätt, att under det avsedda omrâdet för kylvattenhastigheter, som förekommer i den speciella procesen, så utvecklas tillräckligt tryck vid var- dera av dessa öppningar 29, så att den erhållna kylvattenström- men skjuter ut därifrån in i procesströmmen till åtminstine ett litet avstånd från ytan på ändkåpa 27, innan kylvattenströmmen väsentligen sönderdelas och brytes upp.

Den aktuella divergensvinkeln för den divergenta delen 26 för den venturiformade ledningen 20 är generellt icke-kritisk. Emellertid föredrages att denna divergensvinkel vilar inuti omrâdet mellan ca 6 och 14° och, speciellt i området mellan ca 7 och 100. Genom upprätthållande av dessa föredragna gränser fungerar den diver- genta delen 26 generellt som en diffusör, så att därigenom tryck- fallet minimeras, vilket alstras över ledningen 20, för en given acceleration av procesströmmen, och den längd, över vilken 457 058 13 procesströmmen upprätthåller hög hastighet, utsträckes. I en an- nan föredragen utföringsform av uppfinningen är åtminstone den divergenta delen 26 för den venturiformade ledningen 20 termiskt isolerad, t.ex. med hjälp av isolering 30. Denna isolering 30 tjänar till att reducera de termiska utfällningsdrivkrafterna hos den varma procesströmmen, vilka krafter annars har benägenhet att åstadkomma åtminstone viss utfällning av den partikelformiga kom- ponenten däri på ytorna omedelbart nedströms från den strypta de- len 24.

I en annan föredragen utföringsform av uppfinningen matas upp- strömsänden av den konvergenta delen 22 av den venturiformade led- ningen 20 genom en kort längd av ledning 18 innehållande flödes- korrigerande organ 19 däri. Anordnandet av ett sådant flödeskor- rigerande organ omedelbart före den venturiformade ledningen 20 minimerar turbulens och virvelströmmar inuti procesströmmen, då den närmar sig ledningen 20, så att tillräcklig acceleration däri tillförsäkras.

Med tanke på den extremt snabba sönderdelningen och avdunstningen av kylvattnet, som införes i procesströmmen i enlighet med uppfin- ningen, kan både den venturiformade procesströmmen 20 och lednin- gen 31, vilken utgör förbindelsen mellan nedströmsänden på led- ningen 20 och inloppet för tygfiltmeringsanordningen 15, vara vä- sentligt mera kompakta, på basis av samma processkala, än sekun- dära kylsystem av stigkammartyp enligt tidigare teknik. Detta re- presenterar en avsevärd fördel, som åtföljer tillämpning av före- liggande uppfinning, eftersom, såsom tidigare angivits, det se- kundära kylstigkammarsystemet enligt tidigare teknik vanligen om- fattar anordningar av relativt stor längd och volym. Med utnytt- jande av sättet och anordningen enligt föreliggande uppfinning kan t.ex. en procesström för ugnskolsvart av samma typ, som anges vid dimensinering av stigkammaren 14, som tidigare beskrivits häri, effektivt kylas till en mâltemperatur i en venturiledning 20 en- ligt föreliggande uppfinning med inlopps- och utloppsdiametrar av ca 0,8128 m, en strypt diameter av ca 0,4064 m och en total längd av ca 3,6576 - 4,572 m. Längden eller volymen för ledning 31 be- stämmes vidare väsentligen endast genom behovet av vätsketät över- föring av den kylda procesströmmen in i tygfiltrerintsanordningen 457 oss M . Vidare behöver anordningen enligt uppfinningen icke vara ori- enterad vertikalt, liksom för stigkamrarna enligt tidigare teknik, utan kan snarare utsättas för vilken orientering som helst, som kan vara lämplig baserat på tillgängligt utrymme och effektiv anläggningsutformning.

Dessutom uppvisar föreliggande uppfinning väsentligt mindre käns- lighet gentemot variationer i inloppstemperaturen för procesström- men än med stigkammartekniken enligt tidigare teknik med utnytt- jande av tryckfinfördelning av kylvattnet. Vid utnyttjande-av den sistnämnda metoden enligt tidigare teknik reducerar en minskning i inloppstemperaturen för procesströmmen, som inmatas till stig- kammaren 14, av ca 38°C, t.ex. hastigheten för vatten, som erford- ras för tryckfinfördelning in i procesströmmen för uppnående av en mâltemperatur med ca 20%. Om vattentrycket reduceras så att vattenflödeshastigheten regleras nedåt med 20%, ökas emellertid den genomsnittliga droppstorleken för en tryckfinfördelad strâle markant, liksom även uppehållstiden, som erfordras för avdunstning av så stora droppar och volymen för den nedströms placerade led- ningen, som erfordras för åstadkommande av denna ökade uppehålls- tid. Med utnyttjande av sättet och anordningen enligt föreliggan- de uppfinning resulterar emellertid en liknande reduktion för in- loppstemperaturen för procesströmmen och en liknande reduktion för kylvattenhastigheten i endast en relativt mindre ökning av droppstorleken och i endast en relativt liten ökning av uppehålls- tiden, som erfordras för uppnående av fullständig avdunstning av dropparna. I olikhet med tidigare system med stigkammare behöver sålunda liten eller ingen ytterligare längd eller volym för ned- strömsledningen vanligtvis byggas in i anordningen enligt före- liggande uppfinning, vilken längd eller volym skulle vara avsedd för åstadkommande av tillfredsställande uppehållstid för fullstän- dig kylvattenavdunstning i respons till temperatur- och flödes- ändringar i process- och kylvattenströmmarna. Även om sönderskär- ning och sönderdelning av kylvattnet, som införes i procesström- men till följd av tillämpning av föreliggande uppfinning, kan be- nämnas som en typ av bifluidum-finfördelning, så utgör drivgasen för kylvattnet icke någon extern utspädning, då procesströmmen och drivgasen är en och densamma. Sålunda undviks vid sättet och apparaten enligt föreliggande uppfinning ytterligare utspädning av 457 058 procesströmmen och behovet av utökning av gashanteringskapacite- ten för tygfiltreringsanordningen 15. Även om för illustrationsändamål föreliggande uppfinning har be- skrivits ovan i detalj endast med avseende på en processlinje för ugnskolsvart och endast i termer av slutlig separation av den par- tikelformiga komponenten genom tygfiltrering, är det uppenbart att föreliggande uppfinning med framgång kan tillämpas på många and- ra kemiska processlinjer, där man önskar kyla en varm gasformig procesström innehållande partikelformiga fasta material suspende- rade däri.

Likaså torde noteras, att även om föreliggande uppfinning har be- skrivits ovan med avseende på vissa föredragna utföringsformer därav, så är ovanstående beskrivning endast avsedd att illustrera naturen av uppfinningen och icke begränsa densamma. Exempelvis är det uppenbart, att även om den visade och beskrivna specifika anordningen innefattar en centralt belägen ändkåpa 27 inuti den strypta delen 24 på en venturiformad ledning 20, vilken ändkåpa 27 fungerar som det slutliga elementet för införsel av kylvattnet i procesströmmen, kan även andra funktionella ekvivalenter av det- ta arrangemang uppnås. Exempelvis kan organet för införande av kylvattnet även uppvisa formen av en mångfald radiella kylvatten- öppningar, som genomtränger den omslutande väggen och är placera- de kring periferin på den strypta delen 24 av den venturiformade ledningen 20. Sådana öppningar kan därefter omges av en gemensam grenledning utrustad med en vattentillförselledning.

Uppenbart kan även många andra lämpliga alternativa och ekviva- lenta konstruktioner av anordningen och sättet enligt uppfinning- en genomföras av fackmannen och det är underförstått, att samt- liga sådana ändringar, variationer, modifieringar och liknande är avsedda att omfattas inom den väsentliga ramen för uppfinning- en, definierad i följande krav.

Claims (10)

1 10 15 20 25 30 35 457 oss k Patentkrav

1. l. Sätt för kylning av en varm, partikelhaltig gasström som förberedelse för uppsamling av den partikelformiga komponenten däri, vilket innefattar finfördelning av vätskeformigt vatten in i strömmen i en sådan mängd, att värme avlägsnas från strömmen genom avdunstning av det vätskeformiga vattnet, som på detta sätt finfördelas däri. och kyler av strömmen till en temperatur över dess daggpunkt, eventuellt följt av separation av den partikelformiga komponenten från den kylda gasström- men, k ä n n e t e c k n a t av att den varma, partikel- haltiga gasströmmen ledes genom en relativt kompakt venturi- formad ledning (20) innefattande en uppströms belägen konver- gent del (22), en nedströms belägen divergent del (26) och en strypt del (24) däremellan, att gasen accelereras till ett Mach-tal av minst ca 0.25 i den strypta delen (24) och att. i den strypta delen (24), införes väsentligen i tvârriktning in i gasströmmen kylvattnet, som skall finfördelas. som en mäng- fald av strömmar därav.

2. Sätt enligt krav 1, varvid den kylda partikelhaltiga strömmen ledes genom en tygfiltreringsanordning (15). varvid mängden vatten, som finfördelats i strömmen, är tillräcklig för att kyla strömmen till en temperatur som är tillräckligt lag för att förhindra skada på tygfiltreringselementen i an- ordningen (15), k ä n n e t e c k n a t av att hastigheten för det vätskeformiga vattnet. som införas väsentligen i tvär- riktning in i gasströmmen som en mångfald av strömmar, är proportionerad så. att det kyler strömmen till inom de angivna gränserna.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2. k ä n n e t e c k n a t av att i den strypta delen (24) accelereras den varma, partikel- haltiga gasströmmen till ett Mach-tal av minst ca 0,4.

4. Sätt enligt krav l eller 2, k a n n e t e c k n a t av att det vätskeformiga vattnet införes väsentligen i tvär- ft 10 15 20 25 30 35 n 457 053 riktning och utåt in i gasströmmen från ett centralt beläget element (27) inuti den strypta delen, vilket element (27) uppvisar en mångfald av radiellt orienterade obegränsade öppningar (29).

5. Sätt enligt krav 4. k ä n n e t e c k n a t av att hastigheten för vatten, som införes från elementet (27), är tillräcklig för att inskjuta vardera av de erhållna strömmarna av vâtskeformigt vatten in i gasströmmen till åtminstone ett litet avstånd från ytan på elementet (27) före väsentlig sönderdelning och uppbrytning därav. '

6. Sätt enligt något av kraven 2-5. k ä n n e t e c k n a t av att den varma, partikelhaltiga gasströmmen är en process- ström från ugnskolsvarttillverkning.

7. Apparat för separation av en partikelformig komponent från en varm. partikelhaltig gasström innefattande en ledning av- passad att mottaga en varm. partikelhaltig gasström därigenom och organ för finfördelning av våtskeformigt vatten in i gas- strömmen. som strömmar genom ledningen. så att därigenom gas- strömmen kyles genom avdunstning av det finfördelade vätske- formiga vattnet däri. och en tygfiltreringsanordning (15) för mottagande av den sålunda kylda partikelhaltlga gasströmmen från ledningen och för separation av den partikelformiga kom- ponenten från den gasformiga komponenten däri. k ä n n e - t e c k n a d av att ledningen innefattar en relativt kompakt venturiformad ledning (20) med en uppströms belägen konvergent del (22). en nedströms belägen divergent del (26) och en strypt del (24) däremellan, varvid den venturiformade led- ningen (20) uppvisar en storlek och form avpassade att acce- lerera en varm. partikelhaltig gasström till ett Mach-tal av minst ca 0,25 inuti den strypta delen (24) därav, och organ för införande av en mångfald av strömmar av vätskeformigt vatten väsentligen i tvärriktning in i gasströmmen i den strypta delen (24) med en hastighet proportionerad så att den kyler gasströmmen tillräckligt för att förhindra skada på tygfiltreringselementen i tygfiltreringsanordningen (15) men 457 058 l* 10 15 20 så att temperaturen för atmosfären inuti tygfiltreringsanord- ningen (15) upprâtthâlles vid en temperatur över daggpunkten för den gasformiga komponenten i den kylda gasströmmen.

8. Apparat enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att tygfiltreringsanordningen (15) utgör ett sâckfilter.

9. Apparat enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar temperaturavkänningsorgan (To) beläget mellan nedströmsänden på den venturiforlade ledningen (20) och in- loppet till tygfiltreringsanordning (15), ventilanordningar (50) för reglering av hastigheten för vätskeformigt vatten. som införas i gasströmmen i den strypta delen (24), och reg- leringsanordningar (51) i förbindelse med temperaturavkån- ningsorganet (TO) och som fungerar så att de reglerar ventilanordningarna (50) i respons till den avkânda tempera- turen för temperaturavkänningsorganet (To).

10. Apparat enligt något av kraven 7-9, k ä n n e t e c k - n a d av en indirekt värmevåxlare (9) 1 förbindelse med och placerad uppströms från den venturiformade ledningen (20) och en ugnskolsvartreaktor (1), som står i förbindelse med och är placerad uppströms från den indirekta värmeväxlaren (9). HS