DD239343A5

DD239343A5 - Integriertes verfahren und system zur abscheidung einer teilchenfoermigen komponente aus einem heissen, teilchenfuehrenden verfahrensstrom

Info

Publication number: DD239343A5
Application number: DD82264924A
Authority: DD
Inventors: Allan C Morgan
Original assignee: ��@��Kk��
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1982-06-17
Publication date: 1986-09-24
Also published as: NZ200776A; GB2100850B; CA1198364A; IN157954B; ES8400036A1; LU84208A1; KR840000259A; AR228776A1; PT75012A; AU8498882A; PH24916A; KR880001994B1; FR2508155A1; ES8501243A1; DD212575A5; ES524480A0; NL8202333A; AU556481B2; PT75012B; JPS5813661A

Abstract

Ein heisser, teilchenfuehrender Verfahrensstrom wird zum Ermoeglichen einer effektiven Tuchfiltration vermittels Hindurchleitens durch eine venturirohrfoermige Leitung gekuehlt, wobei diese Leitung dergestalt ausgelegt ist, dass der Strom auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 beschleunigt wird. Vermittels einer Vorrichtung wird eine Vielzahl von Fluessigwasserstrahlen innerhalb der Halsregion der venturirohrfoermigen Leitung in Querrichtung in den Verfahrensstrom eingespritzt, wobei die Gesamt-Durchflussmenge des so eingefuehrten Wassers ausreicht, um den Verfahrensstrom auf die erwuenschte Temperatur zu kuehlen. Der gekuehlte Verfahrensstrom kann dann in eine Tuchfiltervorrichtung eingeleitet werden, in welcher die Abscheidung der teilchenfoermigen Komponente von der gasfoermigen Komponente erfolgt. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Verfahren und System zur Abscheidung von Teilchenlasten aus heißen, teilchenführenden Verfahrensströmen vermittels Tuchfiltern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In vielen industriellen Prozessen werden Produkte oder Nebenprodukte in suspendierter Teilchenform erzeugt, d.h. in Gestalt einer aus festem teilchenförmigen Material bestehenden Komponente, die in einer heißen Gasstrom-Komponente mitgeführt wird. Es werden beispielsweise Ofenruße durch thermische Zersetzung und/oderteilweise Verbrennung kohlenwasserstoffreicher Einsatzmassen hergestellt und dabei normalerweise anfangs in Gestalt eines Aerosols oder einer Suspension des teilchenförmigen Rußproduktes in heißen Nebenprodukt-Ofengasen erzeugt. Der Ruß-Verfahrensstrom wird im Rußbildungsreaktor zwecks Beendigung der rußbildenden Reaktion abgelöscht, sodann gekühlt und daran anschließend zwecks Sammlung des Rußproduktes einer Tuchfiltration unterzogen. Einige andere Beispiele für industrielle Verfahren, in denen ein heißer teilchenführender Verfahrensstrom einer Tuchfiltration unterzogen wird, in denen die vorliegende Erfindung also mit guter Wirkung angewendet werden kann, sind das Abfiltrieren der Teilchenlasten aus den Kesselfeuerungsabgasen von Kohlekraftwerken, von trockenen Zementkalzinierungs Verfahrensströmen, von gebranntes Erz- oder Gesteinsmehl enthaltenden Strömen und dergleichen.

Im typischen Fall beinhalten die industriellen Tuchfiltrationsverfahren das Hindurchfließen eines teilchenführenden gasförmigen Stromes durch ein oder meherere poröse Tuch- oder Gewebe-Filterelemente, wobei diese Elemente eine ausgewählte Porosität oder Durchlaßfähigkeit aufweisen, welche einerseite ausreicht, die gasförmige Komponente des Verfahrensstromes durchzulassen, während sie die teilchenförmige Komponente des Stromes zurückhält. Infolgedessen wird die teilchenförmige Komponente von der gasförmigen Komponente abgeschieden und an der stromauf gelegenen Seite oder auch Sammelweise der Tuchfilterelemente abgelagert. Gewöhnlich sind Vorrichtungen zur Beseitigung der teilchenförmigen Last von den Filterelementen vorhanden, wie periodische Druckaufhebung oder Umkehrung der Gasstromrichtung, mechanisches Schütteln oder mechanische Vibration der Filter und dergleichen. Die auf diese Weise abgeschiedene Teilchenlast wird im allgemeinen in einen Sammelbehälter überführt und von dort in Abständen zur Abpackung und/oder zu einer für die Herstellung eines speziellen Endproduktes erwünschten oder erforderlichen Weiterbehandlung entnommen. In industriellen Ofenruß-Herstellungsverfahren kann der von der Tuchfilteranlage abgesammelte sogennannte „fleckige" Ruß etwa den folgenden Aufbereitungsgängen ausgesetzt werden: Feuchtpelletierung,Trockenpelletierung, Verdichtung, Kalzinierung, Oberflächenoxydierung mit Luft, Ozon oder Mineralsäuren, Vermahlung, z. B. vermittels Stiftmühle, Hammermühle oder Strahlmühle, Behandlung mit oberflächenaktiven Stoffen, Ölen oder Ölemulsion und dergleichen.

Die zur Herstellung der Filterelemente verwendeten Tuchmaterialien setzen sich gewöhnlich aus verwebten oder unverwebten textlien Fasern, etwa aus Glas, Baumwolle, Wolle, Polyamid, Polyester, Polytetrafluorethylen oder deren Gemischen zusammen. Die genannten Werkstoffe werden durch Formen oder Vernähen in jene geometrische Gestalten gebracht, die durch die jeweils im Einsatz befindliche spezielle Tuchfilteranlage vorgegeben werden. Eine allgemein genutzte Filteranlage ist ein sogenannter „Schlauchfilter", dessen Tuchfilterelemente von langer röhrenförmiger Gestalt sind. Weitere bekannte Tuchfilteranlagen verwenden Tuchfilterelemente in Gestalt von Kuverte, Blättern, Beuteln oder Scheiben. Gewisse andere bekannte Tuchfilteranlagen verwenden im wesentlichen formlose Tuchfilterelemente, das Tuchfiltermaterial wird lediglich als Stopf mittel oder Füllstoff für eine Filterpatrone verwendet, durch welche der teilchenführende Verfahrensstrom hindurchgeleitet wird. Unter Umständen kann eine Ansammlung von verschnittenem und/oder angefeuchtetem teilchenförmigem Produkt und zum Zusetzen der Tuchfilterelemente führen. Im Falle von Ofenruß beeinträchtigt die Ansammlung von feuchtem Ruß in der Tuchfilteranlage nicht nur die Wirksamkeit des Sammlungsvorganges, sie kann darüber hinaus auch die Wirksamkeit und

Qualität der stromab durchzuführenden Abschlußarbeiten, wie etwa des Pelletierens, des Kompaktierens oder der chemischen Nachbehandlung des gesammelten Rußes und damit auch die Qualität und Gleichmäßigkeit des entstehenden finalen Rußproduktes verschlechtern.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die vorerwähnten Schwierigkeiten entweder vollständig aufzuheben oder aberzumindest wesentlich zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten integrierten Verfahrens zur Abscheidung der teilchenförmigen Komponente von einem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom sowie die Schaffung einer verbesserten integrierten Vorrichtung zur Abscheidung der teilchenförmigen Komponente von einem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom.

Das erfindungsgemäße integrierte Verfahren zur Abscheidung einer teilchenförmigen Komponente aus einem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom, welches sich zusammensetzt aus dem Abkühlen des genannten heißen, teilchenführenden Gases durch Hineinzerstäuben von Flüssigwasser, aus dem dadurch entstehenden Wärmeentzug aus dem genannten Strom durch Verdampfen des hineinzerstäubten Wassers sowie anschließend aus dem Hindurchleiten des auf diese Weise gekühlten teilchenführenden Stromes durch eine Tuchfiltervorrichtung, wobei die Menge des so zerstäubten Wassers ausreicht, um den Strom auf eine Temperatur zu kühlen, welche niedrig genug ist, um Beschädigungen der Tuchfilterelemente der genannten Vorrichtung zu vermeiden, die jedoch hoch genug ist, um die Atmosphäre innerhalb der genannten Vorrichtung über dem Taupunkt der gasförmigen Komponente des genannten teilchenführenden Verfahrensstromes zu halten, ist dadurch gekennzeichnet, daß der genannte heiße, teilchenführende Verfahrensstrom vermittels Hindurchleiten durch eine verhältnismäßig kompakte venturi rohrförmige Leitung gekühlt wird, welche sich zusammensetzt aus einem stromauf gelegenen sich verjüngenden Abschnitt, einem stromab gelegenen sich erweiternden Abschnitt und einer dazwischenliegenden Halsregion. Der Strom wird in der Halsregion auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 beschleunigt, und ebenfalls in der Halsregion wird eine Vielzahl von zu zerstäubenden Wasserstrahlen im wesentlichen in Querrichtung zum genannten Verfahrensstrom in diesen eingeführt, wobei die Durchsatzmenge des eingeführten Flüssigwassers so zu bemessen ist, daß der genannte Strom auf eine Temperatur innerhalb der vorerwähnten Grenzen gekühlt wird.

Es kann von Vorteil sein, wenn der heiße, teilchenführende Verfahrensstrom in der Halsregion auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,4 beschleunigt wird.

Bei der genannten Filtervorrichtung kann es sich um einen Schlauchfilter handeln.

Es ist vorteilhaft, wenn das genannte Flüssigwasser im wesentlichen in Querrichtung sowie nach außen gerichtet über ein zentral angebrachtes Bauteil innerhalb der genannten Halsregion in den Verfahrensstrom eingeleitet wird, wobei das Bauteil innerhalb der Halsregion eine Vielzahl radial ausgerichteter Öffnungen aufweist.

Dabei sollte zweckmäßig die Geschwindigkeit des aus dem Bauteil eingeführten Wassers groß genug sein, um jeden der in den genannten Verfahrensstrom abgegebenen Flüssigwasserstrahle zumindest über eine kleine Strecke über die Oberfläche des Teiles hinaus in den Strom eintreten zu lassen, bevor es zu seiner eigentlichen Zertrennung und Zerlegung kommt.

Die Temperatur des gekühlten Verfahrensstromes wird kontinuierlich überwacht und die in den heißen, teilchenführenden Gasstrom eingeführte Wasserdurchflußmenge unter Berücksichtigung dieser Temperaturwerte bemessen.

Vorteilhaft weist der stromab gelegene sich öffnende Abschnitt einen eingeschlossenen Winkel im Bereich von etwa 6 bis etwa

Es kann zweckmäßig sein, wenn zumindest der stromab gelegene, sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung thermisch isoliert ist.

Der Fluß des genannten heißen, teilchenführenden Verfahrensstromes wird vorteilhaft unmittelbar vor seinem Einführen in den sich verjüngenden stromauf gelegenen Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung einer Ausrichtung unterzogen, um darin befindliche Wirbelströmungen und Turbulenzen zu reduzieren.

Das Verfahren kann vorzugsweise verwendet werden, wenn es sich bei dem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom um einen Ofenruß-Verfahrensstrom handelt.

Die integrierte Vorrichtung zur Abscheidung einer teilchenförmigen Komponente aus einem heißen, teilchenführenden Gasstrom, bestehend aus einer Leitung zum Durchsetzen eines heißen, teilchenführenden Verfahrensstromes und einer Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigwasser in den die Leitung durchfließenden Gasstrom hinein zwecks Kühlung desselben durch Verdampfen des in den Strom hinein zerstäubten Flüssigwassers sowie bestehend aus einer Tuchfiltervorrichtung zur Übernahme des in der genannten Weise gekühlten teilchenführenden Verfahrensstromes aus der erwähnten Leitung sowie zur Abscheidung derteilchenförmigen Komponente von dessen gasförmiger Komponente ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die genannte Leitung aus einer verhältnismäßig kompakten venturirohrförmigen Leitung mit einem stromauf gelegenen sich verengenden Abschnitt, einem stromab gelegenen sich öffnenden Abschnitt und dazwischen einer Halsregion zusammensetzt, wobei die genannte venturirohrförmige Leitung hinsichtlich Größe und Gestalt dafür ausgelegt ist, einen heißen teilchenführenden Gasstrom innerhalb der Halsregion auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 zu beschleunigen. Die genannte Leitung besteht darüber hinaus aus einer in der genannten Halsregion liegenden Vorrichtung zum im wesentlichen quergerichteten Einführen einer Vielzahl von Flüssigwasserstrahlen in den genannten Verfahrensstrom unter Beibehaltung einer Durchflußmenge, welche so bemessen ist, daß der genannte Gasstrom gekühlt wird, ohne daß es zu einer Schädigung der Tuchfiltervorrichtung kommt, daß aber andererseits die Temperatur der Atmosphäre innerhalb der Tuchfiltervorrichtung über dem Taupunkt der gasförmigen Komponente des gekühlten Verfahrensstromes gehalten wird.

Bei der genannten Tuchfiltervorrichtung handelt es sich vorteilhaft um einen Schlauchfilter.

Unmittelbarstromaufvon dem genannten stromauf gelegenen sich verengenden Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung ist zweckmäßig eine Vorrichtung zum Ausrichten der Fließbewegung zwecks Verminderung von Wirbelströmen und Turbulenzen im heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom angeordnet.

Der stromab gelegene und sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung weist vorteilhaft einen eingeschlossenen Winkel im Bereich von etwa 6 bis etwa 14° auf.

Die Vorrichtung zur Einführung einer Vielzahl von Flüssigwasserstrahlen besteht vorteilhaft aus einem zentral innerhalb der Halsregion der venturirohrförmigen Leitung angeordneten Bauteil, wobei dieses Bauteil eine Vielzahl radial ausgerichteter unverjüngter Öffnungen sowie eine mit ihm in Verbindung stehende Wasserversorgungsleitung aufweist und wobei diese Wasserversorgungsleitung durch eine Seitenwand der genannten venturirohrförmigen Leitung hinausragt.

Zwischen dem stromab gelegenen Ende der venturirohrförmigen Leitung und dem Einlauf zur Tuchfiltervorrichtung ist zweckmäßig ein Temperaturmeßfühler angeordnet. Zur Steuerung der Durchflußmenge des in der genannten Halsregion in den Verfahrensstrom eingeführten Flüssigwassers ist ein Steuerventil angeordnet, wobei eine mit dem genannten Temperaturmeßfühler in Verbindung stehende Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Ventils in Abhängigkeit von der durch den Temperaturmeßfühler gemessenen Temperatur vorgesehen ist.

Größe und Gestalt der genannten venturirohrförmigen Leitung sind derart ausgelegt, daß der heiße, teilchenführende Verfahrensstrom innerhalb der Halsregion der Leitung vorteilhaft auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,4 beschleunigt

Vorteilhaft ist zumindest der stromab gelegene und sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung thermisch ·.

isoliert. .,i.

Es ist zweckmäßig, wenn der stromab gelegene sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung einen Winkel im

Bereich von etwa 6 bis etwa 14° einschließt. % \

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn darüber hinaus stromauf von der venturirohrförmigen Leitung und mit ihr in Verbindung stehend ein indirekter Wärmeaustauscher sowie ein Ofenrußreaktor vorhanden sind, wobei letzterer stromauf vom'genannten indirekten Wärmeaustauscher vorgesehen ist und mit diesem in Verbindung steht.

Erfindungsgemäß wird ein heißer, teilchenführender Gasstrom durch eine venturirohrförmige Leitung hindurchgeführt, wobei diese Leitung in Größe und Anordnung so ausgelegt ist, daß sie den Verfahrensstrom auf eine Mach-Zahl von mindestens 0,25 beschleunigt. Innerhalb des Halsteiles der venturirohrförmigen Leitung wird flüssiges Wasser im wesentlichen in Querrichtung durch eine Anzahl von unverengten Öffnungen in den genannten Gasstrom eingespritzt. Auf Grund des energetischen Flusses des Verfahrensstromes an den Punkten der Flüssigwassereinspeisung in den Strom wird die Vielzahl der Wasserstrahle unverzüglich in Bruchstücke zerlegt, zerteilt und in gleichförmige Tröpfchen von relativ sehr kleiner Größe aufgespalten, wobei durch die rasche Verdampfung der so gebildeten Wassertröpfchen Wärme aus dem Gasstrom entzogen wird. Der auf diese Weise gekühlte Gas- oder Verfahrensstrom wird durch eine Tuchfilteranlage hindurchgeleitet, wobei die teilchenförmige Komponente von der gasförmigen Komponente abgeschieden wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: im Fließschema eine typische Ofenruß-Aufbereitungslinie;

Fig.2: einen schematischen Längsschnitt der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Kühlanlage; Fig.3: einen schematischen Längsschnitt eines Teiles der in Fig. 2 gezeigten Kühlanlage.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Ofenruß-Verfahrenslinie, bestehend aus den Hauptbauteilen 1; 9; 14 und 15. Eine kohlenwasserstoffreiche Eintragmasse. Verbrennungsöl und ein gasförmiges Oxydationsmittel (gewöhnlich Luft) werden in einen Rußreaktor 1 geleitet. In diesem Reaktor wird im Brennraum 3 das entstehende Gemisch gezündet, und das brennende Reaktionsgemisch wird in die feuerfest ausgekleidete Reaktionskammer 5 geleitet, in der die rußbildenden Bedingungen aufrechterhalten werden. Herkömmlicherweise wird die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 5 zwischen etwa 1315°C und etwa 1760°C gehalten, wobei der genaue Temperaturwert primär von den erwünschten Eigenschaften des Rußproduktes bestimmt wird. Die Steuerung der Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 5 erfolgt gewöhnlich durch entsprechende Proportionierung das dem Reaktor 1 zugeführten Oxydationsmittels, Brennstoffes und Eintragstoffes. Das Beenden der rußbildenden Reaktion wird durch ein sogenanntes „primäres Ablöschen" eingeleitet, wobei Wasser durch die Düse 6 in dem Moment in das Reaktionsgemisch eingesprüht wird, da es durch den stromab gelegenen Teil der Reaktionskammer 5 hindurchtritt. Die Menge des in die Reaktionsmischung eingesprühten Ablöschwasser wird derart bemessen, daß die Temperatur des Verfahrensstromes rasch auf etwa 1204°C oder darunter verringert wird. Da an diesem Punkt die im Reaktionsgemisch vorhandene thermische Energie verhältnismäßig hoch ist, erfolgt eine schnelle Verdampfung des primären Ablöschwassers, das Betreiben der Ablöschdüse 6 ist normalerweise nicht kritisch.

Der resultierende Verfahrensstrom, bestehend aus in Verfahrens-Ofengas suspendiertem Ruß, wird dann vom Reaktor 1 einem indirekten Wärmeaustauscher 9 zugeführt, in welchem der genannte Verfahrensstrom wieder abgekühlt wird, gewöhnlich auf eine Temperatur zwischen etwa 426⁰C und 648 ⁰C. Der indirekte Wärmeaustauscher 9 wird in herkömmlicher Weise durch das im Rußbildungsprozeß verwendete Verbrennungs-Oxydationsmittel gekühlt, wobei er selbiges vor der Einleitung in den Reaktor 1 vorwärmt und dabei eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie wiederverwertet, die sonst als Abwärme verlorengegangen wäre. Auf diese Weise wird die thermische Effizienz des Gesamtverfahrens verbessert.

Die Rußabscheidung vom Verfahrensstrom erfolgt herkömmlicher Weise in einer Tuchfiltervorrichtung 15, z.B. in einem Schlauchfilter, wobei der Verfahrensstrom durch poröse Tuchfilterelemente hindurchgeleitet wird, welche derart eingerichtet sind, daß sie den Ruß an der stromauf gelegenen Seite der Filtervorrichtung zurückhalten, während sie die Verfahrensgase hindurch lassen. Das in der Tuchfiltervorrichtung 15 abgeschiedene und gesammelte Rußprodukt wird dann abgepackt oder in der bereits erwähnten Weise weiterbehandelt.

Um die Tuchfilterelemente der Tuchfiltervorrichtung 15 zu schützen, ist es zunächst erforderlich, den aus dem indirekten Wärmeaustauscher 9 austretenden und mit gewöhnlich etwa 149⁰C bis 371 °C noch immer verhältnismäßig heißen Verfahrensstrom weiter abzukühlen, wobei die genaue Zieltemperatur weitgehend unter Berücksichtigung des Taupunktes der gasförmigen Verfahrenskomponente sowie der thermischen Stabilität der in der Tuchfilteranlage 15 jeweils verwendeten Tuchfilterelemente festzulegen ist.

Herkömmlicherweise erfolgt dieses zusätzliche Kühlen oder „sekundäre Ablöschen" des Ofenruß-Verfahrensstromes vor seiner Tuchfiltration, indem der teilweise gekühlte Verfahrensstrom vom indirekten Wärmeaustauscher 9 durch eine vertikale, lange und großvolumige Leitung 14, genannt Dampfkamin, geleitet wird, wobei gleichzeitig Wasser in dessen stromauf gelegenes Endteil hineingestäubt wird. Der Dampf kamin 14 besitzt im typischen Fall eine Länge von etwa 30 m und einen Durchmesser von etwa 1,5m und ist gewöhnlich aus einer teuren korrosionsfesten Legierung hergestellt. Am stromauf gelegenen Endteil des Dampfkamins 14 sind eine oder mehrere Druckzerstäuber- oder Doppelflußzerstäuberdüsen 16 angeordnet, durch die das Ablöschwasser in einer Menge in den Verfahrensstrom hinein gestäubt wird, welche ausreicht, den Verfahrensstrom auf die festgelegte Zieltemperatur abzukühlen. Der stromab von den Düsen 16 angeordnete verlängerte Teil des Dampfkamins 14 dient vornehmlich der Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit des darin befindlichen abgelöschten Verfahrensstromes, um die Verdampfung des zerstäubten Ablöschwassers vor Eintreten des Verfahrensstromes in die Tuchfiltervorrichtung 15 zu gewährleisten. Sind die Tröpfchen des zerstäubten Wassers verhältnismäßig groß, etwa im Bereich von 300 χ 10~⁶m oder darüber, wird deren Verdampfungsgeschwindigkeit im Verfahrensstrom verhältnismäßig niedrig sein, wodurch eine wesentliche Gelegenheit zu massivem Kontakt der suspendierten teilchenförmigen Komponente Ruß mit flüssigem Wasser während der Hindurchleitung des Verfahrensstromes durch den Dampfkamin 14 geschaffen wird. Sollte es zu einem solchen Befeuchten der Rußteilchen kommen, dann kann es — wie bereits erwähnt — zum Kollidieren der befeuchteten Partikel unter Bildung von groben Agglomeraten kommen. Darüber hinaus können sich die befeuchteten Rußteilchen an der Wandung des Dampf kamins 14 absetzen und damit ein Zusetzen des Rohres bzw; ein Anbacken von Ruß am Rohr verursachen. An anderer Stelle wurde bereits vorgeschlagen (AP B 01 D/240833/8) unter Bezug auf den durchgezogenen gezeichneten Teil der Fig. 1 bzw. unter Bezug auf Fig. 2 und 3 den den indirekten Wärmeaustauscher 9 verlassenden verhältnismäßig heißen teilchenführenden Verfahrensstrom durch eine venturirohrförmige Leitung 20 zu führen, deren geometrische Anordnung und Gestaltung so ausgelegt sind, den genannten Strom innerhalb ihrer Halsregion 24 auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 zu beschleunigen. Mit der „Mach-Zahl" ist der dimensionslose numerische Quotient der tatsächlichen Geschwindigkeit des Verfahrensstromes geteilt durch die lokale Schallgeschwindigkeit innerhalb des genannten Stromes gemeint. Somit ist die Mach-Zahl des Verfahrensstromes sowohl temperatur- als auch zusammensetzungsabhängig; sie kann leicht für jeden gegebenen Fall von Verfahrensumständen ermittelt werden, indem die Temperatur und Zusammensetzung des jeweiligen Verfahrensstromes in die Gesamtbetrachtung einbezogen werden.

Wünschenswerterweise werden Größe und geometrische Anordnung der venturirohrförmigen Leitung 20 so ausgewählt, daß der Verfahrensstrom innerhalb der Halsregion 24 auf eine Mach-Zahl von mindestens 0,4 beschleunigt wird. Die venturirohrförmige Leitung 20 umfaßt einen sich verhältnismäßig rasch verjüngenden stromauf gelegenen Abschnitt 22, einen Halsteil 24 und einen sich verhältnismäßig allmählich aufweitenden stromab gelegenen Abschnitt 26. In der abgebildeten in der oben genannten Patentanmeldung erhaltenen Ausführung, die zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung hier nochmals dargestellt werden soll, ist eine Versorgungsleitung 25 zentral entlang der Längsmittellinie der Halsregion 24 angebracht, welche in einer Endkappe 27 ausläuft. Die Versorgungsleitung 25 wird in ihrer mittigen Stellung durch eine Strebe 28 gehalten, welche aus der Wandung des sich verjüngenden Abschnittes 22 der venturirohrförmigen Leitung 20 herausragt. Die Endkappe 27 enthält eine Vielzahl nicht eingeengter Öffnungen 29, welche im Verhältnis zur Längsmittellinie der venturirohrförmigen Leitung 20 radial ausgerichtet sind und durch welche das flüssige Ablöschwasser im wesentlichen quer in den die Halsregion 24 durchfließenden Verfahrensstrom eingeführt wird. Die Steuerung der Ablöschwassermenge kann durch die Kombination des Wasserzulaufventils 50 und der Steuervorrichtung 51 erfolgen. Die Steuervorrichtung 51 empfängt die Verfahrensstrom-Temperaturwerte vom Auslauf-Temperaturmeßfühler T₀, integriert die genannten Daten im Hinblick auf eine vorgewählte Ziel- oder Solltemperatur und reagiert durch das für die Erlangung der Sollwerttemperatur des abgelöschten Verfahrensstromes erforderliche Einstellen des Wasserzufuhrventils 50. Da die einwandfreie Abscheidung derteilchenförmigen Komponenten primär von der kinetischen Energie des beschleunigten Verfahrensstromes abhängt, das Ablöschwasser in sehr kleine Tröpfchen zu zerlegen und diese Tröpfchen innerhalb des genannten Stromes zu dispergieren, so ist/sind der/die Durchmesser der unverjüngten Öffnungen 29 wie auch der Druck (oder die Durchflußmenge) des durchzusetzenden Ablöschwassers in hohem Maße variierbar und in bezug auf die Schaffung sehr kleiner, gleichmäßiger und rasch verdampfbarer Tröpfchen innerhalb des Verfahrensstromes normalerweise von nicht kritischem Charakter. Dieses nutzbringende Merkmal der vorliegenden Erfindung stellt eine deutliche Abweichung von den Schwierigkeiten dar, die den Einsatz von Druck- oder Doppelflußzerstäuberdüsen in bisherigen Verfahrenslösungen normalerweise begleiten. Wünschenswerterweise werden Anzahl und Durchmesser der Öffnungen 29 derart ausgewählt, daß im beabsichtigten Bereich der in das jeweilige Verfahren einbezogenen Ablöschwasser-Durchflußmengen an jeder der genannten Öffnungen 29 ein hinreichend hoher Druck entwickelt wird, um den entstehenden Ablöschwasserstrom dergestalt in den Verfahrensstrom zu richten, daß zumindest eine geringfügige Strahlstrecke von der Oberfläche der Endkappe 27 an erhalten bleibt, bevor der genannte Ablöschwasserstrom im wesentlichen zerlegt und zerkleinert wird.

Der sich öffnende Abschnitt 26 der venturirohrförmigen Leitung 20 ist thermisch isoliert, zum Beispiel durch Anbringen der Rohrisolierung 30. Diese Isolierung 30 dient der Verringerung thermischer, ein Absetzen fördernder Kräfte des heißen Verfahrensstromes, welche andernfalls dazu neigen können, zumindest eine gewisse Ablagerung derteilchenförmigen Komponente des Verfahrensstromes an den unmittelbar stromab der Halsregion 24 liegenden Oberflächen hervorzurufen. Das stromauf gelegene Ende des sich verengenden Abschnittes 22 der venturirohrförmigen Leitung 20 wird durch ein kurzes Stück einer Leitung 18 ergänzt, welche mit Hilfsmitteln 19 zur Ausrichtung der Fließbewegung bestückt ist. Das Vorschalten derartiger das Fließen ausrichtender Mittel unmittelbar vor der venturirohrförmigen Leitung 20 minimiert das Auftreten von Turbulenzen und Wirbelströmen innerhalb des Verfahrensstromes bei dessen Hintreten in die Leitung 20, wodurch die effektive Beschleunigung des Verfahrensstromes gesichert wird.

Angesichts der extrem schnellen Zerkleinerung und Verdampfung des in den Verfahrensstrom eingeführten Ablöschwasser können sowohl die venturirohrförmige Leitung 20 als auch die Leitung 31, welche die Verbindung zwischen dem stromab gelegenen Ende der genannten Leitung 20 und dem Einlauf zurTuchfilteranlage 15 darstellen, kompakt ausgelegt sein, ohne daß die Wirksamkeit der Ausscheidung der teilchenförmigen Komponenten verringert wird.

Wenn auch im vorangegangenen Text die vorliegende Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung lediglich in bezug auf eine Ofenruß-Verfahrenslinie und lediglich bezüglich einer endgültigen Abscheidung der teilchenförmigen Komponente durch Tuchfiltration im einzelnen beschrieben worden ist, so wird doch deutlich, daß die vorliegende Erfindung auch in vielen anderen chemischen Verfahrenslinien nutzbringend angewendet werden kann, in denen es darauf ankommt, aus einem heißen gasförmigen Verfahrensstrom die darin suspendierten teilchenförmigen Feststoffe abzuscheiden.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Integriertes Verfahren zur Abscheidung einer teilchenförmigen Komponente aus einem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom, welches sich zusammensetzt aus dem Abkühlen des genannten heißen, teilchenführenden Gases durch hineinzerstäuben von Flüssigwasser, aus dem dadurch entstehenden Wärmeentzug aus dem genannten Strom durch Verdampfen des hineinzerstäubten Wasser sowie anschließend aus dem Hindurchleiten des auf diese Weise gekühlten teilchenführenden Stromes durch eine Tuchfiltervorrichtung (15), wobei die Menge des zerstäubten Wassers ausreicht, um den Strom auf eine Temperatur zu kühlen, welche niedrig genug ist, um Beschädigungen der Tuchfilterelemente der genannten Vorrichtung (15) zu vermeiden, die jedoch hoch genug ist, um die Atmosphäre innerhalb der genannten Vorrichtung (15) über dem Taupunkt der gasförmigen Komponente des genannten teilchenführenden Verfahrensstromes zu halten, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte heiße, teilchenführende Verfahrensstrom vermittels Hindurchleiten durch eine verhälnismäßig kompakte venturirohrförmige Leitung (20) gekühlt wird, welche sich zusammensetzt aus dem stromauf gelegenen sich verjüngenden Abschnitt (22), einem stromab gelegenen sich erweiternden Abschnitt (26) und einer dazwischenliegenden Halsregion (24), daß der genannte Strom in der Halsregion (24) auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 beschleunigt wird und daß ebenfalls in der Halsregion (24) eine Vielzahl von zu zerstäubenden Wasserstrahlen im wesentlichen in Querrichtung zum Verfahrensstrom in diesen eingeführt wird, wobei die Durchsatzmenge des eingeführten Flüssigwassers so zu bemessen ist, daß der genannte Strom auf eine Temperatur innerhalb der vorerwähnten Grenzen gekühlt wird.
2. Integriertes Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der heiße, teilchenführende Verfahrensstrom in der genannten Halsregion (24) auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,4 beschleunigt wird.
3. Integriertes Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei der genannten Filtervorrichtung (15) um einen Schlauchfilter handelt.
4. Integriertes Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß das genannte Flüssigwasser im wesentlichen in Querrichtung sowie nach außen gerichtet über ein zentral angebrachtes Bauteil (27) innerhalb der genannten Halsregion (24) in den Verfahrensstrom eingeleitet wird, wobei das Bauteil (27) innerhalb der Halsregion (24) eine Vielzahl radial ausgerichteter Öffnungen (29) aufweist.
5. Integriertes Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Geschwindigkeit des aus dem Bauteil (27) eingeführten Wassers groß genug ist, um jeden der in den genannten Verfahrensstrom abgegebenen Flüssigwasserstrahlen zumindest über eine kleine Strecke über die Oberfläche des Teiles (27) hinaus in den Strom eintreten zu lassen, bevor es zu seiner eingentlichen Zerlegung und Zertrennung kommt.
6. Integriertes Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des gekühlten Verfahrensstromes kontinuierlich überwacht wird und daß die in den heißen, teilchen führenden Gasstrom eingeführte Wasserdurchflußmenge unter Berücksichtigung dieser Temperaturwerte bemessen wird.
7. Integriertes Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der stromab gelegene sich öffnende Abschnitt (26) einen eingeschlossenen Winkel im Bereich von etwa 6 bis etwa 14° aufweist.
8. Integriertes Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest der stromab gelegene sich öffnende Abschnitt (26) der venturi rohrförmigen Leitung (20) thermisch isoliert ist.
9. Integriertes Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der Fluß des genannten heißen, teilchenführenden Verfahrensstromes unmittelbar vor seinem Einführen in den sich verjüngenden stromauf gelegenen Abschnitt (22) der venturirohrförmigen Leitung (20) einer Ausrichtung unterzogen wird, um darin befindliche Wirbelströmungen und Turbulenzen zu reduzieren.
10. Integriertes Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom um einen Ofenruß-Verfahrensstrom handelt.
11. Integriertes System zur Abdichtung einer teilchenförmigen Komponente aus einem heißen, teilchenführenden Gasstrom, bestehend aus einer Leitung zum Durchsetzen eines heißen, teilchenführenden Verfahrensstromes und einer Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigwasser in den die Leitung durchfließenden Gasstrom hinein zwecks Kühlung desselben durch Verdampfen des in den Strom hinein zustäubten Flüssigwassers sowie bestehend aus einer Tuchfiltervorrichtung (15) zur Übernahme des in der genannten Weise gekühlten teilchenführenden Verfahrensstromes aus der erwähnten Leitung sowie zur Abscheidung der teilchenförmigen Komponente von dessen gasförmiger Komponente, gekennzeichnet dadurch, daß sich die genannte Leitung zusammensetzt aus einer verhältnismäßig kompakten venturirohrförmigen Leitung (20) mit einem stromauf gelegenen sich verengenden Abschnitt (22), einem stromab gelegenen sich öffnenden Abschnitt (26) und dazwischen einer Halsregion (24), wobei die genannte venturirohrförmige Leitung (20) hinsichtlich Größe und Gestalt dafür ausgelegt ist, einen heißen, teilchenführenden Gasstrom innerhalb der Halsregion (24) auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 zu beschleunigen, daß sich die genannte Leitung darüber hinaus zusammensetzt aus einer in der genannten Halsregion liegenden Vorrichtung zum im wesentlichen quergerichteen Einführen einer Vielzahl von Flüssigwasserstrahlen in den Verfahrensstrom unter Beibehaltung einer Durchflußmenge, welche so bemessen ist, daß der Verfahrensstrom gekühlt wird, ohne daß es zu einer Schädigung der Tuchfilterelemente der Tuchfiltervorrichtung (15) kommt, daß aber andererseits die Temperatur der Atmosphäre innerhalb der Tuchfiltervorrichtung (15) über dem Taupunkt der gasförmigen Komponente des gekühlten Verfahrensstromes gehalten wird.
12. Integriertes System nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei der Tuchfiltervorrichtung (15) um einen Schlauchfilter handelt.
13. Integriertes System nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß es des weiteren einer unmittelbar stromauf vom stromauf gelegenen sich verengenden Abschnitt (22) der venturirohrförmigen Leitung (20) angeordnete Vorrichtung (18) zum Ausrichten der Fließbewegung zwecks Verminderung von Wirbelströmen und Turbulenzen im heißen, teilchenführenden Verfahrensstrom beinhaltet.
14. Integriertes System nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß der stromab gelegene und sich öffnende Abschnitt (26) der venturirohrförmigen Leitung (20) einen eingeschlossenen Winkel im Bereich von etwa 6 bis etwa 14° aufweist.
15. Integriertes System nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte Vorrichtung zur Einführung einer Vielzahl von Flüssigwasserstrahlen aus einem zentral innerhalb der Halsregion (24) der venturirohrförmigen Leitung (20) angeordneten Bauteil (27) besteht, wobei dieses Bauteil (27) eine Vielzahl radial ausgerichteter unverjüngter Öffnungen (29)

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sowie eine mit ihm in Verbindung stehende Wasserversorgungsleitung (25) aufweist und wobei diese Wasserversorgungsleitung (25) durch eine Seitenwand der genannten venturirohrförmigen Leitung (20) hinausragt.
16. Integriertes System nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß es einen zwischen dem stromab gelegenen Ende der venturirohrförmigen Leitung (20) und den Einlauf zur Tuchfiltervorrichtung (15) angebrachten Temperaturmeßfühler (T₀) aufweist, daß es weiter eine Ventilvorrichtung (50) zur Steuerung der Durchflußmenge des in der genannten Halsregion (24) in den Verfahrensstrom eingeführten Flüssigwassers enthält und daß es eine mit dem genannten Temperaturmeßfühler (T₀) in Verbindung stehende Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Ventils (50) in Abhängigkeit von der durch den Temperaturmeßfühler (T₀) gemessenen Temperatur beinhaltet.
17. Integriertes System nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß Größe und Gestalt der genannten venturirohrförmigen Leitung (20) derart ausgelegt sind, daß der heiße, teilchenführende Verfahrensstrom innerhalb der Halsregion (24) der Leitung (20) auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,4 beschleunigt wird.
18. Integriertes System nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest der stromab gelegene und sich öffnende Abschnitt (26) der genannten venturirohrförmigen Leitung (20) thermisch isoliert ist.
19. Integriertes System nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte stromab gelegene sich öffnende Abschnitt (26) der venturirohrförmigen Leitung (20) einen Winkel im Bereich von etwa 6 bis etwa 14° einschließt.
20. Integriertes System nach einem der Punkte 11 oder 12, gekennzeichnet dadurch, daß es darüber hinaus einen stromauf von der venturirohrförmigen Leitung (20) gelegenen und mit ihr in Verbindung stehenden indirekten Wärmeaustauscher (9) sowie einen Ofenrußreaktor (1) beinhaltet, wobei letzterer stromauf vom genannten indirekten Wärmeaustauscher (9) angebracht ist und mit diesem in Verbindung steht.