NO853558L - Fremgangsmaate ved fjerning av partikler fra et gass-formig medium. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fjerning av partikler fra et gassformig medium.

Foreliggende oppfinnelse omhandler en fremgangsmåte for å fjerne gass-, faste og/eller flytende partikler fra et gassformig medium hvor det benyttes et hjelpemedium.

Mer spesielt omhandler oppfinnelsen en fremgangsmåte hvor små og meget små partikler dvs. med dimensjoner i størrel-sesorden pm, kan separeres fra gassholdige medium og som er spesielt anvendelig for å fjerne partikler fra store strøm-ningsvolumer dvs. på 50.000 - 100.000 m"^ pr. time og mer såsom f.eks. inntreffer ved boretårn og tørkeanlegg i kjemisk industri.

En fremgangsmåte som angitt i krav l's inngress er kjent fra britisk patentspesifikasjon 1.521.859. I den kjente

fremgangsmåte sprøytes en vaskevæske i gassen hvorpå gassen deles i partielle strømmer ved hjelp av en anordning bestå-ende av et antall profilerte skiller hvorpå disse delstrøm-mer gjenforenes noe som forårsaker en kollisjonseffekt.

Ulempen med denne fremgangsmåte er at ved å frambringe en deling i delstrømmer og få disse til å kollidere, dannes store hastighetsforskjeller noe som resulterer i et tilsva-rende trykkfall. Dette betyr at relativt stor energi behøv-es for den kjente metode.

Det er også kjent fremgangsmåter og anordninger hvor gassen som skal renses passeres gjennom et eller flere filterstoff eller poser. For disse fremgangsmåter og anordninger er det også sant at det er en relativt stor motstand over filter-stoffet eller posene slik at relativt mye energi behøves for å rense gassen mens det også er en risiko for tetting.

Målet for foreliggende oppfinnelse er å framskaffe en fremgangsmåte for å fjerne partikler fra et gassformig medium hvor det er et relativt lite trykkfall og hvor spesielt mindre partikler effektivt fjernes.

Fremgangsmåten i følge oppfinnelsen erkarakterisert vedat et første partikulært hjelpemedium, 90% (m/m) med en par-tikkelstørrelse mellom 50 og 5000 pm, innføres i en første sone av gassmediet og inn i en andre sone av gassmediet innføres et andre hjelpemedium hvor 90% (m/m) har en par-tikkelstørrelse mellom 0 og 100 um og slike egenskaper at de resulterer i interaksjon mellom disse partikler og de til første hjelpemedium.

Tilstedeværelsen av to samvirkende media dvs. media hvor det eksisterer mekanisk, fysisk eller kjemisk interaksjon, er essensielle for oppfinnelsen. Dette betyr ikke at disse hjelpemedia nødvendigvis må være kompatible. Et hjelpemedium i denne forbindelse er underforstått å bety også en substans som allerede er tilstede i det gassformige medium og som utnyttes som hjelpemedium i kombinasjon med det andre hjelpemedium. Interaksjon er underforstått å bety at natur-en til egenskapene nødvendigvis resulterer i opprettelse av en fysisk eller kjemisk forandring i tilstanden til partiklene av en eller begge hjelpemedia, men også f.eks. inn-virkningen utøvet av et elektrostatisk felt. Et eksempel på fysisk interaksjon av partiklene til begge hjelpemedia er f.eks. kondensasjon av andre hjelpemedia på eller nær partiklene til første hjelpemedium. Et annet eksempel er opp-løsning av partikler fra andre hjelpemedium i de til første. Et annet eksempel er en kjemisk reaksjon mellom partikler til begge hjelpemedia. Enda et ytterligere eksempel på interaksjon er elektrostatisk ladning av partikler til et av hjelpemedia slik at de vil innvirke så mye som mulig med de til andre medium. Interaksjon kan også oppstå på grunn av adhesive eller kohesive krefter mellom partiklene i begge hjelpemedia.

Første hjelpemedium kan være en væske, men også et fast stoff. Fortrinnsvis tilføres en væske som er kompatibel med partiklene som skal fjernes. I enkelte tilfeller er vann tilstrekkelig valgfritt etter tilsetning av et adhetiv. Dette adhetiv må ha slike egenskaper at det styrker interaksjonen mellom partiklene som skal fjernes og de til første hjelpemedium. Det kan f.eks. bli vurdert å tilføre en syre til første hjelpemedium, f.eks. vann, for å fjerne, f.eks., ammoniakk fra gassmediet.

Som andre hjelpemedium kan det fortrinnsvis tilføres en damp som er i stand til å kondensere ved det trykk og temp-eratur for å erholde i den andre sone en meget fin atomi-sert væske. Hvis et fast stoff tilføres et første hjelpemedium i første sone, f.eks. forstøvet plast, og damp i andre sone, kan interaksjonen mellom partiklene i andre og første hjelpemedium utgjøre kondensasjon av dampen på eller nær partiklene av første hjelpemedium forutsatt selvfølge-lig at temperaturen til partiklene av første hjelpemedium er lavere enn kondensasjonstemperaturen til andre hjelpemedium .

Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, spesielt med hensyn til fjerning av små partikler fra gassmediet i det gassmediet som skal renses, dvs. partikler med størrelse mindre enn 10 um, forbedres dette vesentlig sammenlignet med situasjonen hvor det ikke er noen interaksjon mellom partiklene i hjelpemedia. Dette vil illustreres på basis av eksemplene og sammenligningseksemplene.

Det bemerkes at anordningen for opprensking av gassmedia som renser gassen i to soner eller trinn er kjent per se. Et eksempel på en slik fremgangmåte er kjent fra Fort-schritt Berichte der VDI-Zeitschriften, Reihe 3 nr. 33 av november 1970, side 36 ff. Ved denne fremgangsmåten brukes en injektor eller venturirør for å blande en væske med gassen som skal renses. Fra fig. 27 i nevnte publikasjon side 55 går det fram at energiforbruket er meget høyt dvs. en størrelsesorden på 5 ganger energiforbruket som oppnår når foreliggende oppfinnelse benyttes.

En utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse erkarakterisert vedat både i første og andre sone introduseres de respektive hjelpemedia lokalt slik at den gjennomsnittlige massefordeling i hjelpemedia pr. en- hetsvolum av gassmediet i en slik sone er uavhengig av til-føringsstedet. Således utnyttes mengdene av hjelpemedia som skal tilføres effektivt og følgelig så økonomisk som mulig for de formål som de er ment. Ikke bare tas det i betraktn-ing stedet for tilførsel f.eks. radien i et sylindrisk rør gjennom hvilket medie som skal renses strømmer, men også den lokale hastighet til mediet og partikkelkonsentrasjonen som avhenger av partikkeldimensjonene.

En annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedat hastigheten både i første og andre sone som kommer av tilførselen av hjelpemedium lokalt ligger i ca. samme retning som den lokale hastighet til gassmediet. Således maksimaliseres overføringen av impuls av det tilførte hjelpemedium til gassmediet som skal renses. Som et resultat spares energi og i enkelte tilfeller er det til og med mulig å transportere mediet som skal renses gjennom anordningen uten å bruke en hjelpeanordning (vifte).

Enda en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse erkarakterisert vedat den gjen-nomsnittelige opprinnelige hastighet til partiklene i de tilførte hjelpemedia relativt til gassmediet er minst 30 m/s. Dette sikrer effektiv og følgelig økonomisk opprensking av gassmediet. Dette må sannsynligvis tilskrives kolli-sjonseffekter til hjelpemedia med partiklene i gassmediet. I tillegg kan bruk av en separat anordning for å transportere gass som skal renses gjennom anordningen således gjøres overflødig.

Enda en ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse erkarakterisert vedat gassmediet mellom første og andre sone akselereres til minst 3 ganger den lokale hastighet til det tilførte hjelpemediet. På grunn av økningen i hastighet til gassmediet oppnåes en forbedring av fjerningen av spesielt de grovere partikler dvs. partikler med en størrelse større enn 10 pm. Denne hastighetsøkning kan frembringes ved f.eks. å passere gass mediet gjennom eller mellom et eller flere profilerte lege-mer. Dette øker trykkfallet, men denne ulempe kan forbedres ved enøket partikkelkollisjonseffektivitet.

En ytterligere utførelsesform av foreliggende oppfinnelse erkarakterisert vedat gassmediet underkastes minst en retningsforandring på minst 45° og høyst 180° mellom første og andre sone. Dette sikrer at spesielt de grovere partikler som angitt ovenfor i gassmediet og de grovere partikler av første hjelpemedium kan på grunn av deres treghet, ikke fullstendig følge retningsforandringen og vil støte mot anordningen som forårsaker retningsforandringen. På denne måten blir det følgelig også oppnådd at en del av partiklene som skal fjernes separeres fra gassmediet.

For tilstrekkelig interaksjon mellom partiklene til begge hjelpemedia er det-^ønskelig at partiklene som skal fjernes forblir minst 0,1 sekund i første og/eller andre sone.

I en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge forliggende oppfinnelse tilføres første hjelpemedium oppstrøms på det sted hvor andre hjelpemedium tilføres. Dette sikrer at de groveste partikler som skal fjernes blir fjernet ved kolli-sjonseffekter med partiklene til første hjelpemedium slik at den ønskede interaksjon mellom partiklene i andre sone til begge hjelpemedia blir lite eller ikke påvirket av tilstedeværelsen av grove partikler.

En utførelsesform av metoden ifølge foreliggende oppfinnelse erkarakterisert vedat første sone består av to subsoner hvor i første subsone sett i retning av strømmen av gassformig medium det tilføres en væske med en hastighet som resulterer i en retning omtrent motsatt av gassmediet og i en andre subsone en væske med en hastighet som resulterer i samme retning som gassmediet hvor hastigheten som kommer fra væsken i andre subsone er større enn den til væsken i første subsone. Denne utførelsesform er spesielt fordelaktig hvis de gassholdige media som skal renses inne-holder en relativt stor del grove partikler som er oppløse- lige i væsken som tilføres. Ved å tilføre væsken til første subsone i en retning motsatt av den til gassmediet maksimaliseres forskjellen i hastighet mellom partiklene i gassmediet og væskepartiklene slik at sjansen for en partikkel for å kollidere med en væskepartikkel og derved for fjerning er så stor som mulig. Ved å tilføre en væske til andre subsone i strømningsretningen til gassmediet opprettholdes hastigheten av gassen så godt som mulig ved impulsoverfør-ing.

En utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedat første og andre sone delvis overlapper. Denne utførelsesform er fordelaktig hvis et stoff allerede er tilstede i det gassformige medium som benyttes som hjelpemedium.

Foreliggende oppfinnelse vil bli utdypet under referanse til diagrammet ifølge fig. 1 uten selvfølgelig å være be-grenset til dette. For klarhets skyld er bare hoveddelene til en anordning hvor oppfinnelsen kan benyttes, indikert.

I fig. 1 representerer 1 en vaskeanordning I og II står for en første sone og en annen sone henholdsvis. Det bemerkes at I og II ikke indikerer en viss sekvens for tilføring av hjelpemedia til gassmediet. Strømingsretningen til gassmediet som tilføres er indikert av pilen A. 2 er ytterveggen til anordningen, 3 er materøret for mediet som skal opprenses og 4 er utløpsrøret for det rensede gassmedium., 5 er en vifte for å transportere gassmediet gjennom denne anordning og 6 er en driftsenhet for denne viften. 20 er den del av materøret 3 som er innenfor ytterveggen 2. 7 er en anordning for resirkulasjon av hjelpemedium som var tilført i første sone. Eksempelvis har det for første hjelpemedium blitt valgt en væske 8 hvor partiklene som skal fjernes i dette eksempelet er godt oppløselig i denne. Avhengig av egenskapene til partiklene som skal fjernes, og som kan være gassformige, faste og/eller flytende kan imidlertid andre hjelpemedia benyttes. Eksempler er: et granulært eller forstøvet plastmateriale, et granulært eller forstøvet, porøst, f.eks. sintret, materiale som er absorberende per se såsom porøst karbon, tynne og relativt (med hensyn til deres bredde) lange fibre som kan ha en Vhårete" overflate og jernpartikler som har den fordel at de kan lett blir ledet og også separert ved hjelp av et magnetisk felt. Naturligvis må anordningen 7 og også fuge-linjen 10, tilføringslinjen 11 og sprayanordningen 12 til-passes de spesifikke egenskaper til det hjelpemedium som benyttes. Fra bunndelen 9 i vaskeanordning 1 suges væsken 8 bort av en anordning 7 (pumpe) gjennom linjen 10 og tilfør-es gjennom linjen 11 til anordningen 12 som tilfører den til gassmediet i retningen til pilen B. I det foreliggende tilfellet er anordningen 12 et spraymunnstykke eller består av et antall spraymunnstykker. For klarhets skyld har kun en blitt vist skjematisk. Støtten til anordningen 12 har ikke blitt tegnet. Spraymunnstykkene skal arrangeres slik at hjelpemediet som tilføres mates uniformt over tverrsnit-ter av materøret 3 ved å ta hensyn til enhver forskjell i hastighet over tverrsnittet av materøret og konsentrasjons-forskjeller av stoffene som skal fjernes fra gassmediet. Passende spraymunnstykker er eneller to-fase spraymunnstykker med hul kon eller fullkon spraymunnstykketype.

Mellom første sone I og andre sone II er det en anordning

14 hvor hastigheten til gassmediet akselereres til en hastighet minst 3 ganger den lokale hastighet til hjelpemediet. Fortrinnsvis består anordningen 14 av profilert stenger som er strømlinjeformet i strømretningen til gassmediet for å

minimalisere trykkfallet over anordningen. Ved 15 støter gassmediet og partiklene i dette mot veggen til anordning 1. Følgelig bøyes hastighetsretningen til gassmediet i retningen til pilen 'A' . Denne retningsforandring til gassmediet kan selvfølgelig også oppnås på annen måte f.eks. ved et remse- eller plate-lignende legemet som er bevegelig eller ikke. Funksjonelt bør den tilstand fortrinnsvis oppnås at det er en støteffekt mellom partiklene som skal fjernes og nevnte anordning slik at partiklene separeres fra gassmediet. Denne separasjon kan hjelpes ved å tilføre anordningen en substans som har adhesive eller kohesive

krefter til partiklene som skal fjernes fra gassmediet. Denne anordning kan også f.eks. utøve elektromagnetiske eller elektrostatiske krefter på partiklene som skal fjernes. Det bør bemerkes at første hjelpemedium ikke må separeres fullstendig allerede ved dette sted.

Gjennom en linje 21 tilføres et andre hjelpemedium som til-føres til gassmediet ved hjelp av anordningen 16. Det er viktig at det er kjemisk eller fysisk interaksjon mellom dette hjelpemedium og partiklene av første hjelpemedium eller med partiklene som skal fjernes. Andre hjelpemedium kan f.eks. bestå av kondenserbar damp, f.eks. vanndamp, eller et stoff som kan kjemisk affinitet til første hjelpemedium såsom ammoniakkgass i kombinasjone med en sur væske som første hjelpemedium. I andre sone sammenføres spesielt små partikler, dvs. partikler mindre enn 3 um, for å danne større partikler eller de sammenføres med relativt store partikler fra første sone. Fortrinnsvis tilføres andre hjelpemedium i en retning som er den samme som den lokale retningen til gassmediet, f.eks. retningen til pilen C.

I fig. 1 er det indikert en tåkefjerneanordning 17 som er kjent per se. Mellom andre sone og tåkefjerneren i eksempelet ifølge diagrammet i fig. 1 har gassen bare lav hastighet. Partiklene i gassen kan separeres i dette område ved gravitasjonsindusert nedfelling hvorpå de samles opp i bunndelen 9 av vaskeanordningen 1. Separasjon i dette område kan forresten fremskyndes ved og tilføre et andre hjelpemedium noe tangensielt slik at gassmediet bringes til å rotere. Gassfjerneren 17 virker til å samle opp enhver væske- eller fast partikkel som fremdeles er tilstede i gassmediet. Passende tåkefjernere er de som virker på basis av labyrinteffekten slik at trykktapet er minimalt. Ved hjelp av anordning 18 sprøytes en væske på tåkefjerneren for derved å bedre oppsamlingseffektiviteten av denne.

Ved hjelp av tappeutløpet 19 holdes nivået til væsken 8 i bunndelen 9 i vaskeanordningen 1 konstant.

Tabell 1 gir enkelte relevante prosessvariable for diagrammet ifølge fig. 1 såvel som to eksempler og et sammenlign-ingseksempel.

Tabell 2 gir enkelte relevante prosessvariable for diagrammet i fig. 2. I tillegg er det gitt tre passende eksempler. Oppsamlingseffektiviteten utregnes på basis av partikkelkonsentrasjonen målt ved utløpsrøret. Spraymunnstykkene som er benyttet for hjelpemedium i sone I var kommersielt til-gjengelige såkalte fulikjeglemunnstykker som danner dråper i størrelsesorden 100 - 500 um. Spraymunnstykkene benyttet for innføring av hjelpemedia i sone II i eksemplene 1 og 2 var av "Laval" munnstykketype, de i eksempel 3 av fullkjeg-lemunnstykketype anført ovenfor.

Målinger har også blitt foretatt på en vaskeanordning hvor delen materør 3 som fortsetter inn i vaskeanordningen (del 20) og anordning 14 har blitt fjernet og tilføringsanordn-ing 12 har blitt innstaller nedenfor tåkefjerneren. I dette tilfellet tilføres ammoniakkdamp i sone II og en surgjort væske i sone I. Denne situasjonen er vist i fig. 2.

til. Dimensjonene på partiklene som skal fjernes fra gassmediet og av de fjernede partikler er gitt i diagrammet i fig 3 .

I fig. 3 inntegnes på absissen partikkelstørrelse i mikrometer og på ordinaten partikkelfordeling uttrykt i prosent (m/m) < .... mikrometer. A og B representerer partikkel-størrelsesfordeling av matematerialet i eksemplene 3 og 4 og i eksempel 5 henholdsvis. C står for partikkelstørrelse-fordelingen ved utløpsrøret som ble målt i alle eksemplene 3-5.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å fjerne gassformig, fast og/eller væskeformige partikler fra et gassformig medium hvor det benyttes et hjelpemedium, karakterisert ved at et første partikulært hjelpemedium, hvorav 90 % (m/m) har en størrelse mellom 50 og 5000 p. m, tilføres i en første sone av gassmediet og et annet partikulært hjelpemedium tilføres i en annen sone av gassmediet hvorav 90 % (m/m) har en størrelse mellom 0 og 100 jam og slike egenskaper at de resulterer i interaksjon mellom disse partikler og de av første hjelpemedium.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at både i første og andre sone tilføres lokalt de respektive hjelpemedia slik at den gjennomsnittlige massefordeling av hjelpemedia pr. volumenhet av gassmedium i hver sone er uavhengig av tilføringssted.

3. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at den resulterende hastighet både i første og andre sone av de tilførte hjelpemedia lokalt ligger omtrent i samme retning som den lokale hastighet av gassmediet.

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 3, karakterisert ved at den gjennomsnittlige initsielle hastighet til partiklene i de tilførte hjelpemedia relativt til gassmediet er minst 30 m/s.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 4, karakterisert ved at gassmediet mellom første og andre sone akseleres til en hastighet som minst er tre ganger den lokale hastighet av de tilførte hjelpemedia.

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 5, karakterisert ved at gassmediet undergår minst en retningsforandring på minst 45° og høyst 180° mellom første og andre sone.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 6, karakterisert ved at oppholdelsestiden i første og i andre sone av en partikkel som skal fjernes fra gassmediet tilsammen er minst 0,1 sekund.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 7, karakterisert ved at første hjelpemedium tilføres oppstrøms for tilføringsstedet av andre hjelpemedium .

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 8, karakterisert ved at første sone består a to subsoner hvor i første subsone sett i strømningsretning-en av gassmediet, en væske tilføres til gassmediet med en hastighet som ligger i en retning omtrentlig motsatt av den til gassmediet og i en annen subsone med en hastighet som ligger i retningen til gassmediet hvor den resulterende hastighet av væsken i andre subsone er større enn den til væsken i første subsone.

10. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 9, karakterisert ved at første og andre sone delvis overlapper.