Способ обработки технологических газов и устройство для его осуществления

Способ обработки технологических газов и устройство для его осуществления

Реферат

 

Способ для обработки технологических газов и устройство для его осуществления. Сущность: охлаждение технологического газа в реакторе таким образом, чтобы технологический газ входил в непосредственный контакт с псевдоожиженными твердыми частицами, которые выделяются из технологического газа после обработки и преимущественно возвращаются в реактор. Предназначенный для обработки технологический газ смешивают либо одновременно, либо через короткие промежутки времени с рециркулируемыми твердыми частицами и газом, в качестве которого по меньшей мере частично выступает технологический газ, который уже обработан и из которого после обработки уже были выделены твердые частицы. По этому способу по меньшей мере один из компонентов, т.е. твердые частицы или газ, который должен смешиваться с обработанным газом, будет холоднее, чем предназначенный для обработки технологический газ. Предлагается также устройство для обработки технологического газа путем охлаждения технологического газа в присутствии твердых частиц, которое содержит вертикальный реактор, в донной части которого расположено впускное отверстие для технологического газа, а смесительная камера устройства расположена в реакторе, причем конусообразное дно смесительной камеры скошено на конус вниз и имеет по меньшей мере одно впускное отверстие, расположенное ниже конусообразного дна или в непосредственной близости от него, причем это впускное отверстие предназначено для газа, который должен смешиваться в технологическим газом, били для испаряющей жидкости. В устройстве по меньшей мере одна впускная труба для твердых частиц располагается в стенке или конусообразном дне смесительной камеры. 2 с.п.и 21 з.п.ф-лы, 4 табл., 7 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для обработки технологических газов за счет охлаждения технологического газа в присутствии твердых частиц.

Различные высокотемпературные процессы, например плавление руд или металлических концентратов, а также процессы, предусматривающие плавление, восстановление и иная обработка металлургических шлаков, обжиг цементов, высокотемпературные процессы в химической промышленности и т.д. связаны с образованием и выделением высокотемпературных газов, содержащих компоненты, которые стремятся прилипать к теплопередающим поверхностям, что конечно будет затруднять последующее выделение тепла из этих газов, а также их охлаждение. Склонные к прилипанию соединения могут также образовываться и в ходе обычных процессов образования газов. Например, к числу соединений, которые загрязняют теплопередающие поверхности, можно отнести следующие: соединения, которые испаряются в процессе обработки и которые в результате охлаждения будут конденсироваться или сублимироваться; капли расплава, которые в результате охлаждения отверждаются; частицы, которые стремятся спекаться; дым или аэрозоль, отличающиеся очень небольшим размером своих частиц, обычно менее 1 мк, и своей тенденцией прилипать к другим частицам дыма или к поверхностям, которые встречаются на пути их движения; расплавленные или твердые соединения, образующиеся в результате протекания химических и прочих реакций.

В зависимости от конкретной ситуации технологический газ может содержать один или более из перечисленных выше компонентов. Их общим признаком является тенденция прилипать к теплопередающим поверхностям теплообменника или парового котла в момент прохождения потока газа через котел или теплообменник. В результате этого теплообменник постепенно засоряется и естественно падает его эффективность, что в конечном итоге приводит к остановке всего технологического процесса.

Во многих случаях отрицательный эффект подобного загрязнения можно снизить за счет использования различных типов продувочных очистительных ударных механизмов.

Недостатком продувочных очистительных устройств является обязательное использование в данном случае пара под высоким давлением, а также тот факт, что используемый для прочистки газ может оказать отрицательное влияние на состав предназначенного для обработки технологического газа. Как правило, воздух не используется для окисляющих газов.

Уже доказана эффективность использования при различных рабочих условиях вибраторов и продувочных очистительных устройств в качестве средства чистки теплопередающих поверхностей.

Недостатком этих устройств и механизмов являются ограничения, связанные с их практическим использованием вместе с паровыми котлами. Кроме того, вибраторы, например, оказываются недостаточно эффективными при работе с пароперегревателем.

Практика и опыт говорят о том, что, как правило, проблема засорения представляет собой наибольшую опасность при каком-то конкретном температурном диапазоне, который обычно характерен для технологического процесса, в ходе осуществления которого будет максимально высокой тенденция пыли к спеканию. Ниже более детально описываются причины, которые оказывают влияние на этот температурный диапазон.

Всем специалистам в области порошковой металлургии, а также в технологии горения керамических материалов хорошо известны следующие факторы (среди прочих факторов), которые оказывают влияние на процесс спекания: размер частиц порошкообразного материала: чем меньше размер частиц, тем ниже температура начала осуществления процесса спекания; если какая-то смесь соединений достигает эвтектической температуры в какой-то многокомпонентной системе, тогда в этой системе будет образовываться расплав и этот расплав будет заполнять поры между частицами, в результате чего и происходит высокоэффективное спекание в температурном диапазоне, который может быть очень узким.

Выпариваемые в ходе осуществления этого процесса компоненты, например тяжелые металлы и щелочи, стремятся конденсироваться или сублимироваться при какой-то конкретной температуре, которая будет специфической для этих компонентов. В связи с охлаждением будет образовываться либо сплав, который конденсируется на теплопередающих поверхностях или на поверхностях частиц пыли, благодаря чему они становятся более липкими, либо выпаренные компоненты, которые сублимируются непосредственно на теплопередающих поверхностях. Явление подобного типа происходит, например, в щелочной байпасной системе в цементной обжигательной печи, что собственно и объясняет, почему в этой связи обычно не происходит эффективная регенерация тепла. Подобное же явление наблюдается в процессах газификации, если газ содержит щелочи и/или остаточное количество жидкого продукта перегонки.

Если охлаждение приближается к температуре затвердевания, тогда находящиеся в технологическом газе капли расплава либо легко прилипают к находящимся в этом же технологическом газе частицам, что будет только способствовать прилипанию частиц пыли к теплопроводящим поверхностям, либо они будут отверждаться непосредственно на теплопередающих поверхностях и спекаться на них.

В операциях дымообразования металлы преднамеренно выпаривают из жидкого шлака с целью их восстановления. Например, цинк, свинец и олово выделяют из газовой фазы после испарения в результате изменения потенциала кислорода, например, в результате изменения потенциала кислорода, например, в результате повторного обжига. Благодаря этому в топочном газе образуются исключительно мелкие частицы или капли. Размер частиц этого типа дыма обычно находится в диапазоне от 0,1 до 1мк или даже меньше. Этот дым отличается особенно большой поверхностной активностью и тенденцией к прилипанию к теплопередающим поверхностям, что препятствует нормальной работе парового котла. Поэтому очень большая часть операций дымообразования все еще протекают без извлечения тепла.

В электровосстановительных процессах ферросмесей наблюдается явление, которое очень напоминает образование дыма и которое в настоящее время хорошо известно. Например, в процессе восстановления ферросилиция и кремния в электрической печи кремний будет сублимироваться в каком-то конкретным температурном диапазоне в виде моноокиси кремния, которая окисляется, например, в зонте открытой или полузакрытой печи до двуокиси кремния, образуя в топочном газе SiO₂ дым. Что касается работы парового котла, то уже доказано, что SiO₂ дым будет очень трудно обрабатывать при температурах выше 500^oC. На практике почти весь кремний и ферросилиций все еще образуется без утилизации тепла отходящих газов.

При восстановлении ферросмесей и кремния в закрытой электрической печи и в зависимости от процентного содержания примесей в исходных материалах происходит образование переменных количеств моноокиси кремния и цинка, а также паров щелочного металла. При охлаждении газа, например газа с температурой от 1000 до 1300^oC, который выделяется в ходе осуществления технологического процесса, моноокись кремния окисляется до SiO₂ дым (отходящий газ), а упомянутые выше прочие пары конденсируются либо непосредственно на теплопередающих поверхностях, либо сначала в виде дыма в топочном газе. Затем дымы прилипают к теплопередающим поверхностям, что довольно скоро приводит к уменьшению эффективности работы оборудования и обычно также к закупорке поверхностей теплообменника.

Примером химических реакций, возникновение которых обуславливается охлаждением и примером образующихся в результате протекания этих реакций дымов (отходящих газов) является плавление синусовых концентратов на основе сульфида, в процессе которого образуется топочный газ с богатым содержанием - Рb PbO, который содержит также SO₂ и температура которого будет 1200 1300^oC. По мере охлаждения этого газа в паровом котле начинается конденсирование испарений Pb т PbO, а с другой стороны, изменяются химические равновесия с целью образования свинцового сульфата в температурном диапазоне от примерно 900 до примерно 500^oC, причем этот свинцовый сульфат выделяется из газовой фазы в виде дымообразных частиц. Одновременно большое количество тепла освобождается в результате конденсации, а в результате протекания реакций сульфатизации происходит выделение тепла реакции. Условия для сульфатизации будут благоприятными только по той причине, что поток горячего газа контактирует с теплопередающими поверхностями с одновременным эффективным их охлаждением, причем в данном случае теплопередающие поверхности выступают в качестве основы, на которой происходит выделение образованного сульфата свинца.

Спекание частицеобразного материала, чему во многом способствует реакция сульфатизации, присутствует в большинстве процессов плавления сульфидных концентратов, благодаря чему происходит образование паров, дыма, капель расплава или частиц, например, свинца, меди, цинка, никеля и прочих металлов и окисей, при этом пары, дым, капли расплава и частицы сульфатизируются по мере охлаждения газа. После того, как в соответствии с новой технологией плавления стали использовать все более и более концентрированный кислород и чистый кислород, неуклонно повышались локальные температурные пики самого технологического процесса, а также концентрации окисей серы, что привело к повышенной относительной значимости и важности реакции сульфатизации со всеми вытекающими отсюда проблемами засорения. Одновременно происходило расширение использования все более сложных и загрязненных отложений и нагаров, которые содержали повышенные концентрации цинка и свинца в медных концентратах и значительно увеличилась доля таких компонентов, которые интенсивно испаряются и сульфатизируются в частицах технологического газа, а следовательно, стали более серьезными проблемы засорения теплопередающих поверхностей.

Проблему сульфатизации можно несколько смягчить за счет продувки дополнительного количества воздуха через камеру излучения парового котла. Это будет способствовать более полной сульфатизации уже в самой камере излучения. Однако в техническом плане это не принесет никакой пользы самому технологическому процессу, поскольку материал в виде мельчайших частиц из парового котла обычно возвращается в начальную точку технологического процесса. В данном случае возврат сульфата увеличивает нагрузку циркуляции серы и повышает потребление энергии процессом плавления.

Выше была приведена достаточно убедительная иллюстрация причин засорения и закупорки теплопередающих поверхностей и нет никаких поводов детально останавливаться на этой проблеме.

За последнее время было предложено несколько путей и средств положительного решения проблемы засорения и закупорки паровых котлов и теплообменников. Ниже приводится более подробная информация, исключительно в качестве примеров, о уже известных способах и устройствах, которые используют либо технику псевдоожиженного слоя, либо основные идеи этой техники.

Известен способ конденсации сублимируемых соединений, испаренных в газе, из этого газа в виде мелких частиц. В соответствии с этим способом газ охлаждается потоком достаточно крупных и твердых частиц (с размером зерна примерно 0,7 мм) в вертикальной камере, в которой поток газа поднимается вверх, а твердые частицы опускаются вниз. Твердые частицы, размер зерен которых должен тщательно выбираться пропорционально скорости потока газа, охлаждаются в индивидуальной системе, а затем циркулируются по направлению к верхней стороне системы. Использование этого способа ограничивается конденсированием конденсируемых паров в потоке дыма [1] Известен способ конденсирования из газа сублимируемых соединений, которые уже были выпарены в потоке упомянутого газа. По этому способу твердые частицы подаются в поток газа перед моментом его вхождения в теплообменник, посредством чего газ охлаждается в теплообменнике в присутствии твердых частиц, а процесс сублимации происходит на поверхности твердых частиц, взвешенных в потоке газа. Твердые частицы в данном случае выступают в качестве ядра для сублимирующего материала. Это будет уменьшать интенсивность образования дыма, способствовать постоянному очищению теплопередающих поверхностей и повышать эффективность теплопередачи. Эффективное выполнение этого способа обязательно предусматривает наличие плотности суспензии выше 16 кг/см³ в самом теплообменнике и скорость потока газа в диапазоне от 0,9 до 2,1 м/с (2).

Известен способ охлаждения горячих газов, которые содержат твердые частицы и засоряют теплообменные поверхности в результате смешивания твердых частиц в потоке газа, при этом размер этих частиц (например, 10 20 меш) будет значительно больше размера твердых частиц, присутствующих в газе до момента охлаждения, а также в результате направления смеси газ-твердые частицы при высокой скорости (от 3 до 23 м/с) через охладитель, благодаря чему регулируются количество и размер крупных частиц с целью образования эффекта истирания, достаточного для постоянного поддержания теплопередающих поверхностей в чистом состоянии. После выхода из охладителя происходит отделение первоначальных мелких частиц, которые присутствовали в технологическом газе, от более крупных твердых частиц, которые были добавлены в этот газ. Использование этого способа ограничивается, например, случаем, когда вымываемая крупными твердыми частицами эрозия используется для чистки теплообменников, однако, при этом эрозия неизбежно уменьшает срок службы теплообменников из-за более интенсивного истирания их основных компонентов (3).

Известен способ выделения углеводородов (смол или дегтя) из горячего газа в результате конденсирования углеводородов на поверхности частиц в охлажденном псевдоожиженном слое. По этому способу предусматривается использование отдельного потокогаза в качестве псевдоожижающей среды и введение предназначенного для обработки газа в отдельный трубопровод и через сопла или отверстия этого трубопровода в центральную зону псевдоожиженного слоя, благодаря чему охлаждение газа и конденсирование углеводородов происходит настолько быстро, что углеводороды просто не могут конденсироваться на стенках реактора или на охлаждающих поверхностях, которые располагаются в плотном псевдоожиженном слое ниже отверстий для впуска газа. Применение этого способа ограничивается следующей ситуацией: если предназначенный для обработки газ должен вводиться через сопла или отверстия, тогда упомянутый способ можно использовать только в случае, если газ не содержит соединения, которые будут спекаться при температуре их впуска. В данном случае проблемой является также и разделение псевдоожижающей среды. Практический опыт говорит о том, что размещение охлаждающих труб в нижней или донной части псевдоожиженного слоя связано с довольно значительными расходами и является рискованным в плане общей безопасности только потому, что псевдоожиженный слой вызывает довольно сильную эрозию труб (4).

Известен способ охлаждения газа, содержащего капли расплава и испаренные или выпаренные соединения, либо в охлажденном псевдоожиженном слое, либо в пространстве перед теплопередающими поверхностями, за счет циркулирования частиц, охлажденных в реакторе с циркулирующими псевдоожиженным слоем. В качестве псевдоожижающей среды используется сам технологический газ, благодаря чему можно обойтись без использования внешнего потока газа. Более того, уровень температуры в псевдоожиженном слое или отношение потока газа к потоку частиц в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем выбраны с таким расчетом, чтобы температура смешивания была ниже температуры отверждения расплава и конденсирующихся соединений. В реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем частицы вводятся в поток газа через индивидуальный регулирующий клапан самого реактора с псевдоожиженным слоем, который выступает в роли промежуточного танка, из которого частицы с высокой скоростью (примерно 10 м/с) попадают в поток технологического газа и тем самым смешиваются с предназначенным для охлаждения газом.

Этот способ особенно пригоден для охлаждения газа из газогенератора со слоем находящейся под давлением расплавленной соли. В случае использования этого способа в условиях, в которых преобладает высокое давление и в которых низкая эвтектическая температура частиц предусматривает обязательное наличие относительно низкой температуры смешивания (по сравнению с температурой во впускном отверстии для газа), тогда этот способ способствует образованию больших потоков частиц и высоких плотностей суспензии, что связано с возникновением проблем эрозии, например, в теплообменниках (5).

Известен способ выделения испаренных катализаторов из технологических газов и извлечения тепла за счет охлаждения потока газа с помощью охлаждения потока газа в смесителе холодильника, при этом частица катализатора охлаждаются до такой степени, чтобы можно было достичь желаемого уровня температуры, и с помощью выделения этих частиц из потока газа и последующего их охлаждения в индивидуальном охладителе с псевдоожиженным слоем перед моментом возврата этих частиц в потоке газа.

Недостатком этой системы является то, что она предусматривает использование нескольких одиночных процессов, между которыми приходится иметь дело с большими потоками твердых частиц (6).

Известен способ образования и охлаждения свободного от серы газа за счет подачи технологических газов в псевдоожиженный слой. По этому способу технологический газ подается либо сверху, либо сбоку в охлажденный псевдоожиженный слой, который вторично псевдоожижается охлажденным и очищенным технологическим газом. Расположение теплопередающих поверхностей в плотном псевдоожиженном слое обычно связано с проблемами быстрого износа и следовательно, с проблемами риска в плане безопасности используемого оборудования. Введение газа в плотный псевдоожиженный слой и использование этого газа для псевдоожижения предусматривают обязательное использование системы, которая могла бы положительно справиться с проблемой очень больших потерь давления (7).

Те практические области, в которых из-за низкой эвтектической температуры частиц, а следовательно, и из-за низкой температуры смешивания предусматривают обязательное использование низких температур смешивания, что имеет своим конечным результатом образование больших плотностей потока массы, например выше 5 кг/Нм³, что неизбежно связано с большими потерями давления, которые обуславливаются спецификой самой системы, а также с проблемами эрозии.

Необходимо также обращать внимание на тот факт, что в тех областях практического применения идей изобретения, в которых из-за низкой эвтектической температуры или по каким-либо иным причинам должна обязательно поддерживаться низкая температура смешивания, а с другой стороны, высокая температура теплопередающих поверхностей, конструкции всех предложенных ранее устройств имеют те или иные недостатки. Длина (= высота) теплопередающей поверхности легко и просто достигает 20.50 м. Высокая конструкция вместе с высокой плотностью потока массы обуславливает исключительно большое значение факту потери давления в качестве одного из основных конструктивных недостатков, поскольку потеря давления будет пропорциональна, например, высоте теплообменника.

Один из хорошо известных и широко используемых способов охлаждения технологических газов предусматривает циркуляцию охлажденного и очищенного газа и его смешивание с технологическим газом перед моментом вхождения в теплообменник, чтобы можно было достичь температуры, достаточно низкой для устранения возможного прилипания частиц. Однако циркуляция газа связана со следующими тремя основными недостатками: 1. В зависимости от температур во впускном отверстии, смешивания и в выпускном отверстии количество предназначенного для обработки газа должно быть в 1,4 5 раза больше количества технологического газа. Следовательно, количество предназначенного для обработки газа в паровом котле и в оборудовании по очистке газа будет в 2,5 5 раз больше количества технологического газа, что и на этот раз связано с большими капитальными вложениями и высокими эксплуатационными расходами.

2. В процессе охлаждения газа путем его смешивания такие компоненты, как щелочи, тяжелые металлы и т.п. выпаренные в ходе этого процесса и конденсирующие или сублимирующие в системе охлаждения, образуют дым в виде исключительно тонкоизмельченных частиц порошка. Этот порошкообразный дым характеризуется наличием более низкой температуры спекания по сравнению с температурой спекания более крупных частиц того же материала, о чем уже упоминали выше. Более того, этот дым характеризуется также наличием тенденции к прилипанию к теплопередающим поверхностям, о чем также упоминали выше.

Следовательно, чтобы гарантировать нормальное функционирование устройства, необходимо будет использовать достаточно низкую температуру смешивания, т. е. достаточное количество циркулирующего газа. Технически очень трудно осуществить выделение порошкообразных дымов (с мельчайшими частицами порошка) из больших потоков газ. Следовательно, использование циркулирующего газа означает использование исключительно дорогостоящего оборудования.

3. Довольно значительное увеличение количества циркулирующего газа, которое необходимо осуществить на практике по упомянутым выше причинам, будет в большей степени понижать парциальное давление конденсирующих и сублимирующихся компонентов. Следовательно, чтобы осуществить конденсацию и сублимацию, необходимо, чтобы температура была ниже той, которая является необходимой для манипулирования с неразбавленным или слабо разбавленным газом. С другой стороны, это неизбежно связано с необходимостью увеличения объема циркулирующего газа.

Способ распыления воды или прочей испаряющейся жидкости в потоке газа уже использовался для охлаждения технологических газов, а следовательно, и для охлаждения газа перед моментом его подачи в теплообменник до температуры, которая будет достаточно низкой для подавления тенденции прилипания частиц к теплопередающим поверхностям. Однако этому способу присущи недостатки. В случае использования воды мы сталкиваемся с такими факторами, как большой расход воды, довольно значительное увеличение процентного содержания водяных паров в потоке газа, довольно большие изменения в потенциале кислорода и интенсивное образование дыма, что в свою очередь связано с неизбежным образованием порошкообразного материала, который очень трудно поддается разделению и выделению, о чем уже упоминали выше. Благодаря наличию пониженного уровня температуры отмечается довольно значительное уменьшение количества тепла, которое можно будет извлечь в данном случае, что собственно и объясняет, почему не обращают внимание на процесс извлечения тепла. В большинстве случаев распыление воды используется лишь в качестве способа охлаждения газа перед моментом его фильтрации.

В химической промышленности часть есть возможность распылять такую жидкость, которая будет находиться в газе, а затем конденсироваться из газа в процессе его обработки. Другими словами, имеется в виду технологический процесс, в ходе осуществления которого можно будет использовать тепло процесса выпаривания. Сам процесс охлаждения или передачи тепла из процесса осуществляется в системе конденсации. За счет распыления сконденсированного из газа компонента можно легко и просто регулировать уровень температуры газа, например, в процессе селективной конденсации или сублимации без привнесения в газ каких-либо посторонних компонентов в ходе осуществления этого процесса. Как и при распылении воды, в последнем случае также происходит интенсивное образование дыма с содержанием сублимирующих компонентов. Сублимированный дым можно выделить только за счет фильтрации и лучше всего с применением электрического фильтра.

Все сказанное выше дает нам довольно детализированную картину явлений, связанных с охлаждением высокотемпературных технологических газов и с последующими проблемами засорения теплообменников, а эти проблемы в свою очередь оказывают отрицательное влияние на сам процесс охлаждения газа, на экономический аспект процесса извлечения тепла и на эффективность очистки газа, причем, последний фактор имеет большое значение как для экономического аспекта процесса обработки, так как и для аспектов проблемы сохранения качества окружающей среды.

Таким образом, выше кратко были охарактеризованы многие уже известные способы и их основные недостатки.

Целью изобретения является создание простого и эффективного способа: охлаждение газов высокотемпературных технологических процессов, чьи газы содержат испаренные, расплавленные и-или твердые компоненты; регенерации тепла наиболее эффективным образом, например, в виде пара высокого и низкого давлений и т.д.или в результате нагревания порошкообразного материала, который должен вводиться в технологический процесс, или в результате осуществления тепловой или химической обработки порошкообразного материала, например исходного материала технологического процесса, за счет использования тепла самого технологического газа, очистки газов за счет введения к минимуму возможности образования дымов из тонкоизмельченных порошкообразных частиц и за счет поглощения дымов, капель расплава и частиц из предназначенных для охлаждения газов, а также за счет сведения к минимуму возможности протекания нежелательных химических и прочих реакций в результате охлаждения газов с достаточно высокой скоростью на всем протяжении желаемого диапазона температур, или осуществления некоторых прочих желаемых реакций или явлений, например, химической реакции, которая происходит при какой-то конкретной температуре, конкретной плотности суспензии или в течение определенного периода времени.

Все перечисленные выше альтернативы обычно невозможно осуществить в какой-то одной области практического применения изобретения.

Способ по изобретению отличается тем, что предназначенный для обработки газ может либо одновременно, либо через короткие промежутки времени смешиваться как с твердыми частицами и газом, так и/или с жидкостью, испаряющейся при температуре смешивания, а также тем, что по меньшей мере, один из предназначенных для смешивания с газом компонентов твердые частицы или газ будет холоднее предназначенного для обработки газа.

Устройство для обработки газа технологических газов по изобретению отличается тем, что оно включает в себя смесительную камеру, установленную в реакторе, причем эта камера имеет скошенное на конус по направлению вниз конусообразное дно с по меньшей мере одним впускным отверстием в нижнем конце конусообразного дна и в непосредственной близости от этой нижней части конусообразного дна, причем упомянутое отверстие предназначено для газа, который должен смешиваться с технологическим газом или для выпаривания жидкости, а также тем, что в стенке или в конусообразном дне смесительной камеры располагается, по меньшей мере, одна впускная трубка для твердых частиц.

В соответствии со способом по изобретению смешивание технологического газа с газом и твердыми частицами лучше всего осуществлять с таким расчетом, чтобы технологический газ охлаждался в смесительной камере от температуры во впускном отверстии до желаемой температуры смешивания с высокой скорости, обычно со скоростью 10³ 10^5oC/с или даже быстрее, благодаря чему охлаждение до температуры смешивания будет напоминать процесс гашения.

Другими словами, процесс охлаждения от температуры во впускном отверстии до температуры смешивания осуществляется настолько быстро, что просто не остается времени на возникновение и протекание каких-либо нежелательных химических реакций. В присутствии твердых частиц процессы конденсации и сублимации происходят на поверхности твердых частиц неравномерно, что и будет исключать возможность образования дыма, который обычно образуется благодаря однородному образованию ядра.

Температуру смешивания рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы предназначенные для выделения из газа компоненты и капли расплава (сублимированные/конденсированные) могли отверждаться, а твердые частицы, которые, вероятно, могли бы спекаться, могли бы охлаждаться ниже температуры, при которой начинается спекание и чтобы в отсутствии кинетических случайностей исключалась возможность протекания нежелательных химических реакций, которые обычно вызываются изменением температуры, и чтобы желаемые реакции происходили в благоприятном в кинетическом плане температурном диапазоне.

Способ по изобретению рекомендуется осуществлять таким образом, чтобы смесь технологического газа охлаждалась до температуры смешивания, а потокотвердых частиц будет либо: а) продолжать охлаждаться до желаемой температуры, например, в теплообменнике или в результате смешивания с холодным газом, либо в результате распыления жидкости, которая будет испаряться; твердые частицы будут выделяться из газа соответствующим образом, после чего соответствующее их количество будет возвращаться в смесительную камеру, где они будут смешиваться с входящим потоком технологического газа; а поток газа будет проходить к следующим этапам технологического процесса, например, к этапу последующей очистки, последующего охлаждения, конденсирования и т.д.

а после соответствующего этапа обработки часть потока газа возможно будет возвращаться (в форме газа или жидкости) в смесительную камеру, где она будет смешиваться с потоком входящего газа, или б) твердые частицы будут выделяться из потока газа при температуре смешивания соответствующим образом, например, с помощью циклона, фильтра или электрического фильтра и эти твердые частицы будут возвращаться либо непосредственно, либо через потенциальный промежуточный холодильник в смесительную камеру, где они будут смешиваться с потоком входящего газа, и этот поток газа будет проходить к следующим этапам процесса обработки, например, к этапу последующей чистки, последующего охлаждения, конденсирования и т. д. После завершения соответствующего этапа обработки часть потока газа возможно будет возвращаться (в виде газа или жидкости) в смесительную камеру, где она будет смешиваться с входящим потоком технологического газа. Существенным признаком этого способа является то, что пропорцию потока твердых частиц к потоку газа (оба этих потока используются для достижения температуры смешивания и по меньшей мере, одним из этих потоков будет холоднее входящего технологического газа) можно выбрать с таким расчетом, чтобы добиться образования оптимальных условий, при которых) с одной стороны, будет сведено к минимуму образование дыма, т.е. поток твердых частиц будет обладать плотностью, достаточной для успешного функционирования в качестве средства образования неоднородного ядра, к поверхности которого будут "прирастать" сублимирующие и конденсирующие компоненты, на поверхности которого будут абсорбироваться частицы дыма, а капли расплава будут прилипать и отверждаться; а с другой стороны, плотность образованной суспензии будет минимальной, благодаря чему будут сведены к минимуму или вообще устранены такие отрицательные и вредные явления, как большие потери давления, колебания давления, износ, замедленные темпы регулирования и т.д.

В зависимости от конкретной ситуации будут становиться более важной та или иная специфическая особенность изобретения. Например, если первичное значение отдается проблеме регенерации тепла, тогда естественно необходимо в первую очередь добиться существования максимальной высокой температуры в пределах допускной конкретной операции, в процессе которой основное внимание уделяется функции передачи тепла. С другой стороны, необходимо выбрать такую плотность суспензии, которой будет вполне достаточно для гарантирования эффективного поглощения отверждающих расплавов, дымов и конденсирующихся компонентов и для сведения к минимуму всех расходов по чистке газа. Кроме того, количество и температура во впускном отверстии для циркулирующего газа оказывают влияние на общее количество проходящего через теплопередающие поверхности газа, на плотность и скорость потока суспензии и посредством этого на общую эффективность передачи тепла, а также на общую площадь и отношение поперечного сечения к длине теплопередающей поверхности, а все это в целом может оказать исключительно важным фактором, который оказывает большое влияние как на конструкцию устройства, так и на потери давления, о чем уже было сказано выше.

В специфических случаях для образования эффекта охлаждения можно использовать жидкости, содержащие растворенные соли и т.д. В этом последнем случае хотя и происходит испарение жидкости в газе, однако растворенные в жидкости соединения могут одновременно адсорбироваться в циркулирующихся частицах и тем самым не допускается образование этими частицами порошкообразного материала в виде тонкоизмельченных частиц, который очень трудно выделить.

Следовательно, на создание оптимальной конструкции устройства оказывают влияние многие факторы, так что практически невозможно вывести какое-то универсальное уравнение для расчета такого устройства. Оптимальную конструкцию устройства можно найти только на основе уже известных условий и параметров технологического процесса обработки газа. Существенным признаком настоящего изобретения является его гибкость при образовании оптимальной конструкции устройства на основе экстенсивных условий.

Кроме того, способ по изобретению отличается своей способностью регулировать поток технологического газа. Например, использование циркулирующего газа дает возможность в случае необходимости оставлять твердые частицы и циркулирующем состоянии даже если предназначенный для охлаждения поток технологического газа будет прекращать свое движение. За счет этого устраняется риск утечки твердых частиц за пределы холодильника.

На фиг. 1 да