(57)【要約】【課題】管路の閉塞を長期に渡って防止可能で、場合によっては高温ガスの積極的な冷却又は加熱も可能な粉粒状固体の輸送方法を提供する。【解決手段】粉粒状固体を気体により管路１１中を輸送する方法であって、管路１１を通過する気体を旋回流にして、気体に同伴する粉粒状固体を管路１１の内部と接触させ、粉粒状固体の付着や堆積を抑制し、粉粒状固体による管路１１の閉塞を防止する。そして、場合によっては管路１１を冷却又は加熱している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒状固体を気体により管路中を輸送する方法であって、
前記気体を旋回流にすることを特徴とする粉粒状固体の輸送方法。
【請求項２】
前記管路を冷却又は加熱することを特徴とする請求項１記載の粉粒状固体の輸送方法。
【請求項３】
前記気体は、前記管路に該管路の側方から斜め進行方向又は前記管路の中心軸に対して垂直接線方向に接続された１又は２以上の導入管から吹き込まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉粒状固体の輸送方法。
【請求項４】
前記気体が、前記管路の端部に該管路の中心軸に対して斜め方向から接続された１又は２以上の導入管から吹き込まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉粒状固体の輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉粒状固体（粉体単独、粒体単独、及び粉体と粒体の混合物を含む）を気体により円滑に輸送する方法に関し、例えば、閉塞を起こしやすいカーボンブラックやテレフタール酸の搬送や分離の分野において特に有効に利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、粉粒状固体を含む高温の排ガスから粉粒状固体を回収する場合には、例えば特許文献１に記載のように、通常バッグフィルター等の粉体回収装置を用いるが、この場合、粉粒状固体を含むガスを発生する炉から粉体回収装置の間には管路が使用される。
そして、高温のガスを粉体回収装置にそのまま送ると、粉体回収装置が熱によって破損するので、一旦温度を下げる必要がある。また、後の工程で粉粒状固体と他の物質とを反応させる場合には、状況によっては、粉粒状固体又は輸送するガスの温度を上げる必要がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２５４３４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粉粒状固体をガスにより管路中を輸送すると、粉粒状固体が管路の内壁に付着し、徐々に管路の実質内径が小さくなるという問題がある。
また、管路の出口側にバッグフィルター等を接続しようとする場合には、一旦、粉粒状固体やガスを冷却してからバッグフィルターに供給する必要があり、このためにガス冷却機等の特別な熱交換機等の設備が必要であった。更に、粉粒状固体やガスを加熱する場合にも、特別な設備が必要であった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、管路の閉塞を長期に渡って防止可能で、場合によっては高温ガス（気体）の積極的な冷却又は加熱も可能な、粉粒状固体を気体により輸送する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る粉粒状固体の輸送方法は、粉粒状固体を気体により管路中を輸送する方法であって、前記気体を旋回流にして、好ましくは前記管路の内壁に接する前記気体の流速を管路導入前よりも上げて、前記粉粒状固体による前記管路の閉塞を防止している。
ここで、前記気体は炉から排出する粉粒状固体を同伴する高温の排ガスであってもよい。
【０００６】
管路を通過する気体を旋回流にすると、遠心力によって気体に同伴される粉粒状固体が管路の内壁付近を通過する。これによって、管路の内壁が粉粒状固体によって研磨されて、管路内壁への粉粒状固体の付着が抑制される。
なお、管路中の気体は乱流状態であることが好ましく、これによってより積極的に粉粒状固体の輸送が確保され、管路内壁への粉粒状固体の付着が抑制される。
【０００７】
第２の発明に係る粉粒状固体の輸送方法は、第１の発明に係る粉粒状固体の輸送方法において、前記管路を冷却又は加熱する。これによって、管路を通過する気体及び粉粒状固体を積極的に冷却又は加熱する。この場合、管路を通過する気体が旋回流であるので、より多くの粉粒状固体及び気体が管路の内壁に接して管路中を移動するので、効率的な熱交換が行われる。
【０００８】
第３の発明に係る粉粒状固体の輸送方法は、第１及び第２の発明に係る粉粒状固体の輸送方法において、前記気体、例えば前記粉粒状固体を同伴する気体が、前記管路に該管路の側方から斜め進行方向に又は前記管路の中心軸に対して垂直接線方向に接続される１又は２以上の導入管から吹き込まれる。
また、第４の発明に係る粉粒状固体の輸送方法は、第１及び第２の発明に係る粉粒状固体の輸送方法において、前記気体、例えば前記粉粒状固体を同伴する気体が、前記管路との接続端部が螺旋状である等の、管路の中心軸（以下、単に「軸」ということがある。）に対して斜め方向から接続された１又は２以上の導入管から前記管路の端部又はその近傍に吹き込まれる。
第３及び第４の発明に係る粉粒状固体の輸送方法においては、１又は２以上の導入管を介して粉粒状固体を含む気体を吹き込み、これによって、管路内に旋回流を作る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る粉粒状固体の輸送方法を適用した配管装置の側面図、図２は図１におけるＡ−Ａ矢視図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係る粉粒状固体の輸送方法を適用した配管装置の一部省略説明図、図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第３の実施の形態に係る粉粒状固体の輸送方法の配管装置の説明図である。
【００１０】
図１、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る粉粒状固体の輸送方法を適用した配管装置１０は、比較的径の大きい管路１１と、管路１１の入口側において管路１１に対して外側（側方）から斜め接線方向（進行方向）に気体を吹き込む導入管１２、１３とを有している。管路１１の周囲には冷媒（又は熱媒）を流すジャケット１４が設けられている。このジャケット１４には、冷媒（又は熱媒）を流す出口継手１５及び入口継手１６が設けられている。ここで、冷媒（又は熱媒）は通常は所定温度の水、蒸気、油等であるが、所定温度の気体（例えば、排ガス）であってもよい。ジャケット１４の内部には、通過する冷媒又は熱媒が管路１１の外側を効率的に冷やすために、螺旋状の仕切り部材１８が設けられている。なお、ジャケット１４の代わりに、管路の外側周囲に、冷媒又は熱媒を流すパイプを螺旋状に密接又は固着して配管してもよい。また、図１、図２において、１２ａ、１３ａはフランジ継手を示す。
【００１１】
管路１１は必要な長さを有し、その出口側端部にはフランジ継手１７が設けられ、例えば、バッグフィルター等の機器に取付けられるようになっている。
一方、管路１１の入口側端部は閉塞されて、入口側近傍の管路１１の側壁には２本の導入管１２、１３が設けられている。この導入管１２、１３は、図１に示すように、導入管軸（出口方向）が管路１１に対して斜め進行方向に、つまり管路１１の軸の出口側端部方向と、角度を付けて配設する。この時の最大角は９０度である。そして図２に示すように、導入管１２、１３の軸を管路１１の軸に垂直な平面（管路断面）上に、管路１１の軸を中心として対称となる位置の管路断面接線上か、又はこの接線に平行する線上に配設し、且つ出口１９、２０が対向するようにして管路１１と接続されている。導入管１２、１３の出口１９、２０の内径は、それぞれ管路１１の内径の１／３０〜１／３程度とするのが好ましいが、必ずしもこれに限定されず、更に小さくても更に大きくてもよい。
【００１２】
また、この実施の形態においては、導入管１２、１３は上流側から下流側（即ち、導入管軸の出口方向）にかけて内径が同一の管を使用しているが、導入管１２、１３の出口付近で縮径させて、導入管内での気体の速度に対して、導入管から管路１１へ噴出される気体の速度を増加させてもよい。
導入管１２、１３の出口１９、２０からの噴出速度は、噴出される気体が乱流であることが好ましく、通常の気体の場合には、１５ｍ／秒以上の速度を有することが好ましい。なお、この実施の形態では、図１に示すように、導入管軸（出口方向）は、管路１１の軸の出口側端部方向に対して、約４５度の角度を有しているが、管路１１の長さによって、この角度を変える（例えば、１５度〜９０度）のが好ましく、管路１１が長い場合には、角度を小さくし（例えば、１５度〜３０度）、管路１１が短い場合には角度を大きく（例えば、６０度〜９０度）するのがよい。この角度を大きくすると、旋回流は強くなるが、エネルギー損失が大きく管路１１の出口側では旋回流の勢いが小さくなり、また角度を小さくすると旋回流の螺旋角度が小さくなり、管路との接触による熱交換効果が下がる。なお、通過する気体の熱交換を行わない場合には、角度を小さくする（例えば、１５度〜３５度）のが好ましい。
【００１３】
次に、この配管装置１０を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る粉粒状固体の輸送方法について説明する。
粉粒状固体の一例であるカーボンブラックを約１０００℃の気流に対して０．５〜３体積％含む（同伴する）高温気体を、風速１５〜３０ｍ／秒程度で導入管１２、１３に供給する。導入管１２、１３は、その軸（出口方向）が、管路１１の軸に垂直な平面（管路断面）上に、管路１１の軸を中心として対称となる位置の管路断面接線上か、又はこの接線に平行する線上に配設し、且つ出口１９、２０が対向するようにして管路１１と接続されている。つまり管路１１の下流側に対して斜め方向に向かって接続されているので、出口１９、２０から管路１１内に噴射される気体は、旋回流となって管路１１内を上流側から下流側に向かって流れる。
【００１４】
高温気流に含まれるカーボンブラックは、気流に対して比重が大きいので、遠心力によって、管路１１の周方向に押しやられ、その多くが管路１１の内壁と接触しながら下流側に流れる。これによって、管路１１へのカボーンブラック等の粉粒状固体の付着が抑制される。
更に、ジャケット１４によって、管路１１の周囲が冷却されている場合には、高温気流は高速で管路１１の内壁に接することになり、管路１１の周壁によって積極的に冷却される。これによって、下流にバッグフィルター等がある場合には、高温気流が管路１１の長さに応じて適当に降温されて、バッグフィルターに供給される。
【００１５】
続いて、図３に示す本発明の第２の実施の形態に係る粉粒状固体の輸送方法に使用する配管装置２２について説明するが、管路２３の一方の端部２４に、それぞれ管路２３との接続端部が螺旋状となった導入管２５、２６が管路２３の中心軸に対して斜め方向から接続されている。導入管２５、２６は基側はストレートでかつ一つに纏まっている。
これによって、導入管２５、２６の出口から吹き込まれる粉粒状固体を同伴する気体が管路２３の内部で旋回流となって下流側に向かって流れる。
この配管装置２２を用いて粉粒状固体の気体による輸送を行うと、管路２３の入口側の寸法が小さくなって、装置全体をコンパクトに構成できる。その他の作用効果については、配管装置１０と同一であるので、詳しい説明を省略する。
【００１６】
また、図４に示す本発明の第３の実施の形態に係る粉粒状固体の輸送方法に使用する配管装置２８について説明するが、管路２９に対して粉粒状固体を同伴する気体を流入させる導入管３０が設けられている。導入管３０はその軸が管路２９の軸に対して垂直となって（交差はしない）、しかも、管路２９の管路側面の接線上か、又はこの接線と平行な線上に取付けられている（なお、この状態を垂直接線方向という）。管路２９は一方側に閉塞部材３１ａが設けられ、一方側から他方側に粉粒状固体を同伴する気体が流れるようになっている。
従って、この配管装置２８についても、導入管３０から粉粒状固体を同伴する気体を流すと、出口３１から管路２９の接線方向に流れ、粉粒状固体は、管路２９の内壁に接触しながら一方側から他方側に流れるので、管路２９の閉塞を防止できる。
【００１７】
前記実施の形態においては、粉粒状固体をカーボンブラックとして説明したが、気流中に精製される粉粒状固体、燃焼によって製造される粉粒状固体等、気流を用いて輸送する粉粒状固体であれば、いずれであっても本発明の権利範囲に含まれる。
また、管路内に旋回流を発生させる手段は、前述のように２本の導入管を用いて行う他、１本又は３本以上の導入管を用いて行うことも可能であり、場合によって、粉粒状固体を同伴する気体の１又は複数の噴出口を適当な角度で管路に取付けて、管路内に旋回流を発生させることもできる。
更には、前記実施の形態では具体的な数字を用いて説明したが、本発明の要旨を変更しない範囲での数値の変更は可能である。
そして、前記実施の形態においては、上述した気体を管路に対して管路断面の接線方向から吹き込むことによって、管路内に旋回流を形成したが、例えば、管路内に螺旋状の捩じり羽根を入れて、管路内に旋回流を形成する場合も本発明は適用される。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の粉粒状固体の輸送方法は、以上の説明からも明らかなように、管路を通過する気体を旋回流にして、好ましくは管路の内壁に接する気体の流速を向上させ、旋回流によって気体に同伴する粉粒状固体が管路の内部と接触し、粉粒状固体の付着や堆積が防止される。
特に、請求項２記載の粉粒状固体の輸送方法においては、管路を冷却又は加熱しているので、管路を通過する気体の積極的な冷却又は加熱が行われるが、この場合、より管路の内壁に接してより多くの粉粒状固体を同伴する気体が流れるので、熱交換の効率が向上する。
【００１９】
請求項３記載の粉粒状固体の輸送方法は、粉粒状固体を同伴する気体は、管路に管路の側方から斜め進行方向又は管路の中心軸に対して垂直接線方向に接続される１又は２以上の導入管中を通り、管路へ吹き込まれており、請求項４記載の粉粒状固体の輸送方法においては、粉粒状固体を同伴する気体は、管路の端部に管路の中心軸に対して斜め方向から接続された１又は２以上の導入管中を通り、管路の端部又はその近傍に吹き込まれているので、いずれも、吹き込まれた粉粒状固体を同伴する気体が管路内で旋回流になる。この場合、例えば、小径ノズル等で吹き込む場合等に比較して、より圧力損失を少なくして、管路内に旋回流を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る粉粒状固体の気体による輸送方法を適用した配管装置の側面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係る粉粒状固体の気体による輸送方法を適用した配管装置の一部省略説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第３の実施の形態に係る粉粒状固体の気体による輸送方法の配管装置の説明図である。
【符号の説明】
１０：配管装置、１１：管路、１２、１３：導入管、１２ａ、１３ａ：フランジ継手、１４：ジャケット、１５：出口継手、１６：入口継手、１７：フランジ継手、１８：仕切り部材、１９、２０：出口、２２：配管装置、２３：管路、２４：端部、２５、２６：導入管、２８：配管装置、２９：管路、３０：導入管、３１：出口、３１ａ：閉塞部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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