JPH09512093A - 循環式流動床反応装置および該装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、冷却用部材をそれ自体の内部に有する実質的に垂直な複数の壁を含み、垂直壁が反応チャンバ１４の内空間を画成している循環式流動床反応装置に関する。排出ガスから粒状材料を分離するための分離器２２が前記反応チャンバの上部に連結される。戻りダクト２６が分離器に連結される。泡立ち状流動床２８’が反応装置に隣接しており、この泡立ち状流動床２８は熱交換手段を有する。泡立ち状流動床チャンバと反応チャンバとの間に固体材料を封止する排出チャンネル３８が備えられる。排出チャンネルは粒状材料をその上部から排出させることのできる開口を上部に有する。本発明は泡立ち状流動床と反応チャンバの間に排出チャンネルを有する循環式流動床反応装置を運転する方法にも関する。冷えた粒状材料は前記泡立ち状流動床の下部から排出チャンネルの下部へ排出される。粒状材料は排出チャンネル内で流動化され、排出チャンネルの上部から反応チャンバへ導入される。

Description

【発明の詳細な説明】 循環式流動床反応装置および該装置の運転方法 発明の背景および概略 本発明は、 冷却用部材をそれ自体の内部に備えている複数の実質的に垂直な壁であって、 後壁を含み、循環式流動床反応装置のチャンバ（反応チャンバ）の内空間を画成 している前記複数の実質的に垂直な壁と、 前記反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する手段と、 前記反応チャンバの内部に粒状材料を導入する手段と、 排出ガスから粒状材料を分離するための、前記反応チャンバの上部に連結され た分離器と、 前記分離器に連結された戻りダクトと、 粒状材料の泡立ち状（bubbling）流動床を内部に有し、前記反応チャンバの後 壁に隣接され、粒状材料を冷却するための熱交換器を含み、また流動化手段を含 む泡立ち状流動床チャンバと、 泡立ち状流動床チャンバ内にその上部から粒状材料を導入するための手段と、 前記泡立ち状流動床チャンバおよび前記反応チャンバの間に位置し、泡立ち状 流動床から前記反応チャンバへ材料を排出するための排出チャンネル（径路）と 、 粒状材料が泡立ち状流動床の底部から開口を通して前記排出チャンネルの前記 下部へ流動できるようにさせるための前記排出チャンネルの下部に位置された前 記開口とを含んで構成された循環式流動床反応装置に関する。 本発明はまた、冷却用部材をそれ自体の内部に備え、反応チャンバの内空間を 画成している実質的に垂直な壁と、反応チャンバに隣接され、粒状材料を冷却す るために熱交換器を備えた泡立ち状流動床チャンバと、泡立ち状流動床チャンバ および反応チャンバの間に位置する排出チャンネルとを有する循環式流動床反応 装置の運転方法であって、 反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する段階と、 反応チャンバの内部に粒状材料を導入する段階と、 かなりの量の粒状材料が反応チャンバから排出ガスに含まれて移動するように させ、反応チャンバから流出した排出ガスから粒状材料を分離して、その分離し た材料を反応チャンバへ戻すように再循環させることによって反応装置に循環流 動床を持続させる段階と、 分離した粒状材料を泡立ち状流動床チャンバの中の流動床の上面よりも高い位 置で泡立ち状流動床チャンバへ導入する段階と、 泡立ち状流動床内で粒状材料を流動させ、流動された粒状材料から熱を熱交換 器により回収する段階と、 冷えた粒状材料を泡立ち状流動床から反応チャンバへ排出する段階とを含む作 動方法にも関する。 米国特許第５０６０５９９号は、側壁にポケットが形成されて、該壁に沿って 下方へ流動する材料を受入れるようになされた循環式流動床反応装置を示してい る。ポケットは上方へ向いた開口を有しており、その位置は、流動床の密度が反 応装置の底部における密度よりもかなり小さくなった箇所である。この明細書は 、材料がポケットの縁を乗越えて流出できるようにするか、またはポケットの底 部に設けたダクトすなわち開口を経て材料を排出させることにより、材料の流れ を如何にして制御するかという方法を示している。ポケットは反応チャンバに隔 壁を設けることで反応装置の内部に形成されている。ポケットの抑制を十分に大 きくしてその内部での熱伝達を大きくするために、隔壁はかなり高くしなければ ならない。この形式の大重量の壁構造は、結合箇所において他の構造に応力を発 生させ、また構造に望ましくない構造振動を発生させるので、非常に難しい。隔 壁高さが高くなると、このようなポケットの作動は高負荷作動だけに制限される 。低負荷作動では、ポケット内に落込む固体材料の量は十分な量とならない。ま た、ポケットはその底部に設けた開口を経て直接的に空になり得るので、材料の 排出を制御し、意図されない排出を防止するために、何らかの付加的手段を備え ねばならない。 米国特許第４７１６８５６号は、エネルギー発生プラントにおける一体化され た流動床熱交換器を示している。一体化された流動床熱交換器および流動床反応 装置が両者間に共通壁を有して示されている。共通壁は、材料を流動床熱交換器 から反応装置へオーバーフローできるようにする開口を備えている。開示される ように、制御装置およびガスから分離された過剰材料を反応装置へ向わす再循環 レッグを分けねばならない。この構造は、反応装置へ向けて材料がオーバーフロ ーする唯一の高さレベルを有する。ガスおよび粒状材料は同一開口を通して流れ る。 米国特許第４８９６７１７号では、再循環熱交換器が反応炉に隣接して配置さ れ、再循環熱交換器および反応炉のそれぞれが流動床を内部に有するとともに複 数の水管を備えた共通する壁を共用している流動床反応装置が示されている。こ の明細書では、固体材料がオーバーフローして反応装置に戻ることも示唆されて いるが、この明細書は個別の材料の全てを熱交換器を経て反応装置へ戻すように することを示唆している。この結果、リサイクル熱交換器の容量は最大負荷時に おいても材料を流動できるように定められねばならず、このことは熱交換器の性 能に対して不必要な程に大きい過大寸法の構造にしてしまうことになる。また、 リサイクル熱交換器の流動化ガスはオーバーフロー開口を経て、さらに通路を下 方へ向かって反応装置へ運ばれなければならない。 米国特許第５０６９１７０号および同第５０６９１７１号は、循環式流動床反 応装置と連結された一体的な再循環熱交換器も示している。しかしながら、これ らは固体材料の流動を取扱うために外部熱交換チャンバ内に幾つかの区画を形成 している。流動床から反応装置へ向けての固体材料の導入に係わる第１の基本は 、この場合も材料のオーバーフローである。これらの解決策は多少とも複雑とな る。 ＥＰ公報第０５５０９３２号において、３つの別々の流動床を有する流動床反 応装置からの高温の粒状材料を外部の別個の流動床冷却器によって冷却する装置 が示されている。ガスに乗って流された材料は排出ガスから分離されて第１流動 床へ送られ、その材料は該第１流動床から第２流動床または排出ダクトへ向けて 任意に送られる。第２および第３流動床冷却器は隣接して、共通壁で分けられて いる第１流動床の下側に配置されており、それらの下部および上部は連結されて いる。第２および第３の流動床冷却器の上方および第１流動床の下方はガス空間 とされ、ガスおよび固体材料を集めて、流動床冷却器を反応装置に連結している 共通の排出ダクトへ送るようになされている。この構造においては、全体的な配 置の理由のために、固体材料の流動を効率的に制御することは困難である。また 、高温固体材料の短絡回路が形成される可能性は高く、すなわち固体材料は冷却 されることなく容易に第１流動床から直接に排出ダクトへ流れる可能性が高い。 米国特許第４３６３２９２号は、流動床反応装置の底部格子上に熱伝達部を形 成する構造を開示している。この装置においても、反応装置の底部を幾つかの部 分に分けている隔壁が格子上方に備えられている。この構造は、特に低負荷にお いて、熱伝達部分の熱伝達面の効率を高めるために性能が制限される。このおよ び他の周知の流動床反応装置の作動方法は、さらに本発明がその解決を目的とす る欠点を有している。 本発明の目的は、従来技術の問題点を解決する一体型の小型の熱交換器を備え た循環式流動床を提供することである。 本発明の他の目的は、熱交換速度上の要求に効果的に合致する一体型の小型熱 交換器を備えた循環式流動床を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、この一体型の小型の熱交換器および循環式流動床 反応装置を区分する壁構造を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、粒状材料の排出チャンネルの一部として使用でき る一体型の小型の熱交換器および循環式流動床反応装置を区分する壁構造を提供 することである。 本発明のさらに他の目的は、粒状材料の撹拌速度が速く、信頼できる材料循環 ／戻り装置を備えた小型の流動床熱交換器を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、自己調節式の流動床レベルの制御装置を有する小 型の流動床熱交換器を提供することである。 また本発明の目的は、主反応装置により効率的に支持された隔壁を有する小型 の流動床熱交換器を提供することである。 本発明の前記目的および他の目的に合致させるために、本発明の第１の観点に よれば、本発明の循環式流動床反応装置は、前記泡立ち状流動床チャンバと前記 反応装置チャンバの間の排出チャンネルによって特徴づけられ、この排出チャン ネルでは実質的に固体材料の洩れがなく、また上部に開口を有していて、泡立ち 状流動床から反応チャンバへ排出されるべき粒状材料を前記排出チャンネルの前 記上部から前記反応室チャンバへ排出できるようになされる。 反応チャンバに隣接して配置された内部に熱交換器を備えた泡立ち状流動床チ ャンバと、泡立ち状流動床チャンバと反応チャンバとの間に配置された排出チャ ンネルとを有する循環式流動床反応装置の作動方法は、本発明によれば、冷却し た粒状材料を泡立ち状流動床の下部から排出して排出チャンネルの下部内へ送り 込み、排出チャンネルの内部においてこの排出粒状材料を流動化して、該排出粒 状材料を排出チャンネルの上部から反応チャンバの上部へ導入することを特徴と する。 実質的に固体材料の洩れがない排出チャンネルは、その壁部を通過して粒状材 料が移動することを防ぐ、すなわち、排出チャンネル内を上方へ向かって流動す る冷却された粒状材料と、排出チャンネルの外側の泡立ち状流動床チャンバ内に 導入される高温の粒状材料との混合を防ぐ。本発明の好ましい実施例による排出 チャンネルは、泡立ち状流動床の底部に通じた開口から反応チャンバに直接に通 じた開口へ向けて粒状材料が排出チャンネル内を上方へ向かって移動するのを可 能にさせる。 前記排出チャンネル内の粒状材料は流動可能且つ制御可能な状態で流動化され ることが好ましい。排出チャンネルおよび泡立ち状流動床の両方において独立し て制御可能な流動化ガスが導入される。粒状材料は泡立ち状流動床の上方から反 応装置寄りの半分の部分へ移動される、すなわち反応チャンバの壁に近い位置に 向かって移動される。導入される粒状材料は、反応チャンバ内の流動床から、ま たは反応装置の排出ガスから固体材料を分離する分離器から直接に導入された高 温固体材料であってよい。 本発明の好ましい実施形態によれば、排出チャンネルの下部開口は熱交換器の 上部の垂直下方に位置され、排出チャンネルの上部開口は熱交換器の下部の上方 に位置されて、熱交換器の少なくとも一部分が泡立ち状流動床内に浸漬されるよ うになされる。排出チャンネルは幾つかの別々な個々に小さなチャンネルで構成 されて、要求される横断面積の頑丈な冷却される構造を形成するのが好ましい。 個々のチャンネルの横断面は矩形であるのが好ましい。通常、チャンネルは様々 に形成される。排出チャンネルすなわち幾つかのチャンネルは、泡立ち状流動床 の横断面積の３０％未満の全横断面積を有し、２０％未満であるのが好ましい。 本発明の他の観点によれば、反応装置のチャンバ（反応チャンバ）の内空間を 画成し、冷却用部材をそれ自体の内部に備えている実質的に垂直な壁を有する循 環式流動床反応装置は、流動床反応装置の底部に流動化ガスを導入する手段と、 前記反応装置の内部に燃料を含む粒状材料を導入する手段と、前記反応装置の上 部に連結されてガスから粒状材料を分離するための分離器と、粒状材料を冷却す るために熱交換器を備えた泡立ち状流動床とを含んで構成され、泡立ち状流動床 は反応装置の冷却部材に流体連結された冷却部材を有する側壁および後壁、およ び泡立ち状流動床および循環式流動床を相互に仕切ると前壁構造を有し、前壁は 基本的には実質的に垂直チューブで構成されて少なくとも一つの排出チャンネル を前記壁構造内部に形成するようになされていて、前記壁構造は少なくとも一つ の実質的に垂直な固体材料の洩れがない部分、すなわち粒状材料がそれを実質的 に通過できなくしている一部分を含み、粒状材料を移動させるために前記排出チ ャンネルは前記泡立ち状流動床の下部から固体材料を排出してそれを循環式流動 床へ導入させることができるようになされている。排出チャンネルはその下部か ら前記泡立ち状流動床の下部へ至る開口、すなわち下側開口と、排出チャンネル の上部から反応装置へ至る開口、すなわち上側開口とを有することが有利である 。下側開口を熱交換器の上部の下方に配置し、上側開口を熱交換器の下部の上方 に配置して、熱交換器の少なくとも一部分が泡立ち状流動床に浸漬することを保 証するようになすことも好ましい。排出チャンネルは、チューブをその排出チャ ンネル部分から離れる方向へ曲げ、前記部分またはその外側に隣接するチューブ の後方へ転向させることによって壁部に形成されることが好ましい。 本発明は、冷却用部材をそれ自体の内部に備え、反応チャンバの内空間を画成 している実質的に垂直な壁と、流動床反応装置の底部に位置された流動化ガスを 導入する手段と、前記反応装置に粒状材料を導入する手段と、前記反応チャンバ の上部と連結され、ガスから粒状材料を分離するための手段と、反応チャンバに 隣接して配置されており、また粒状材料を冷却するための熱交換器、反応チャン バの冷却部材に流体連結された冷却部材を有する側壁および後壁および前壁、お よび熱交換器と前壁の間の排出チャンネルを備えてなる泡立ち状流動床とを有し て構成される循環式流動床反応装置の作動方法であって、かなりの量の粒状材料 が反応チャンバから排出ガスに含まれて移動するようにさせ、分離器でガスから 粒状材料を分離して、その分離した材料を反応チャンバへ戻すようになし、反応 チャンバから流出した排出ガスから粒状材料を分離して、その分離した材料を反 応チャンバへ戻すように再循環させることによって反応装置に循環流動床を持続 させる段階と、粒状材料を泡立ち状流動床へその上面よりも高い位置で導入する 段階と、泡立ち状流動床内で粒状材料を流動させ、流動された粒状材料から熱を 熱交換器により回収する段階と、冷えた粒状材料を泡立ち状流動床からその下部 位置にて排出チャンネルの下部へ排出する段階と、前記排出チャンネル内の前記 排出粒状材料を流動化して、その粒状材料を前記排出チャンネルの上部から反応 チャンバへ導入する段階とを含む作動方法に関する。泡立ち状流動床の上面は、 粒状材料が前記排出チャンネルの上部から反応装置に導入されるのと少なくとも 同じ垂直高さ位置に維持されるのが有利である。 図面の簡単な説明 上述した本発明の説明、ならびに他の目的、特徴および利点は、本発明による 図示実施例ではあるが現在好ましいとされる以下の詳細な説明を添付図面に関連 して参照することでさらに完全に認識されよう。 第１図は、本発明による泡立ち状流動床を備えた循環式流動床主ハウジングの 装置の概略図であり、 第２図は、第１図の泡立ち状流動床の拡大図を示し、 第３図は、本発明による泡立ち状流動床の他の実施例を備えた循環式流動床反 応装置の下部の概略図であり、 第４図は、循環式流動床反応装置および本発明による泡立ち状流動床の間の隔 壁部分の概略図であり、 第５図は、第４図の隔壁部分の下部の概略図であり、 第６図は、第４図の隔壁部分の上部の概略図であり、 第７図は、第４図の隔壁部分の他の概略図である。 図面の詳細な説明 第１図には、循環式流動床反応装置１０が示されている。この循環式流動床反 応装置は実質的に垂直な壁１２で形成されており、壁１２は内部に冷却部材を備 えている。通常、互いに連結され、フィンまたは棒状要素を有してガス密構造を 構成する隣接する平行なチューブによって前記壁が作られる。これは当該分野で 公知であり、それ故に本明細書ではこれ以上説明しない。壁１２は反応装置１４ の内空間を画成している。反応装置の底部には、空気などの流動化ガスをその流 動床反応装置の底部に導入する手段１６が備えられている。粒状材料を前記反応 装置に導入する手段１８もまた備えられている。上方の高い位置には、二次空気 を導入する手段２０が備えられている（すなわち、少なくとも燃料が反応装置内 で燃焼される場合）。ガスから粒状材料を分離する分離器２２がダクト手段２４ によって前記反応装置に対してその上部位置で連結されている。或る種の場合、 分離器は反応装置の後壁壁１２’と直接的に背中合せとされた関係にもなされ得 る。分離器はサイクロン式分離器であるのが好ましく、垂直位置または水平位置 のいずれかにて配置される。戻りダクト２６は分離器２２の粒状材料出口を反応 装置に連結して、分離器で分離された粒状材料を循環式流動床反応装置の反応チ ャンバ１４へ戻すように再循環させる。戻りダクト２６に関連して、泡立ち状流 動床チャンバ２８が反応装置１４に隣接して備えられており、内部の粒状材料を 冷却するための熱交換手段３０を備えている。泡立ち状流動床チャンバ２８は側 壁（ここには示されていない）と、後壁３２と、前壁３４とを有し、これらは反 応装置壁１２の冷却部材と流体連結された冷却部材を有している。泡立ち状流動 床チャンバ２８は前記戻りダクトと連結されて、ガスから分離された粒状材料を 受入されるようになされている。ガスは分離器２２から出口３７を経て排出され 、熱回収のような他の処理を受けるようになされる。 燃焼器／蒸気発生装置として運転されるときには、循環式流動床は従来のよう に反応チャンバ１４内に形成される。循環式流動床の独特の特徴は、粒状材料が チャンバ内を上方へ流れるガスに乗って運ばれ、新たに粒状材料を流動床に導入 するか、またはガスで運ばれた粒状材料を分離して再循環させねばならないとさ れることであり、粒状材料の再循環は循環式流動床を維持する好ましい方法であ る。当然、分離器を通して漏出するいずれの排出物質すなわち粒状材料も、新た に材料を循環処理に供給することで保証されねばならない。 分離した粒状材料は戻りダクト２６の下部からガスロック３６を経て泡立ち状 流動床チャンバ２８内に運ばれる。粒状材料は内部の泡立ち状流動床チャンバ２ ８’の表面より上方の位置から泡立ち状流動床チャンバ２８に好ましく導入され 、ガスロック３６から泡立ち状流動床の反応装置寄りの半分の部分へ導入される 。小型構造を意図する場合に有利とされることであるが、粒状材料が反応チャン バと泡立ち状流動床チャンバ２８との間の共通壁壁１２’に比較的近い位置に導 入されるので、泡立ち状流動床チャンバは第２図を参照して以下に説明されるよ うな有利な構造に関連して作動するように構成されている。 反応装置１４と泡立ち状流動床チャンバ２８とを区分する前壁部分３４は排出 チャンネル３８を含んでおり、この排出チャンネル３８は前壁部分３４における 内側部分４０および外側部分によって形成されている。排出チャンネル３８は泡 立ち状流動床の粒状材料がそれを通して移動するのを実質的に防止するように形 成されている。しかしながら、これは少なくとも或る程度のガスの通過を可能と する。排出チャンネルは上部に開口部分４２を備えており、排出チャンネルと反 応チャンバ１４との間の連通を許容している。排出チャンネルはまた開口部分4 ４を備えており、排出チャンネルと泡立ち状流動床チャンバ２８との間の連通を 許容していて、開口４４は排出チャンネルの下部に配置されている。 循環式流動床反応装置の通常運転では、高温の粒状材料は排出ガスから分離さ れる。分離された粒状材料の少なくとも一部分は戻りダクト２６から泡立ち状流 動床チャンバ２８へと、その反応装置寄りの半分の部分にて戻される。また、開 口部分４２は粒状材料の導入部分の近く、すなわち泡立ち状流動床チャンバ２８ の反応装置寄りの半分の部分に配置されているので、本発明によれば、内側壁部 分４０は粒状材料がそこを通って移動するのを不可能にして、該材料が出口開口 部分４２へ向って直接的に流れる、すなわち短絡回路を形成するのを防止するよ うになされている。このようにして、反応装置寄りの半分の部分にて表面上方か ら泡立ち状流動床２８に有利に導入された粒状材料は、手段４６により流動化さ れる状態のもとで効果的に混合するように強制される。熱交換器３０により冷さ れた粒状材料は開口部分４４を経て排出され、効率的な作動を保証する。粒状材 料は導入される箇所に対して流動床の反対側から排出される。排出される材料は 、手段４８によって制御可能に流動化ガスを独立して導入されて、排出チャンネ ル３８内で流動化される。流動化ガスは開口部分５０および（または）５２を経 て反応チャンバ１４内へ運ばれる。熱交換器は例えば反応装置の冷却部材、すな わち蒸発管壁で発生された蒸気の過熱器とされ得る。泡立ち状流動床におけるよ うな中間の蒸気再加熱面を構成することもできる。 本発明の有利な特徴は、泡立ち状流動床チャンバ２８およびその熱交換器が分 離器２２で分離される粒状材料の全てを処理する能力を備えることを必要とせず 、或る性能に関して設計することができるということである。或る作動状況にお いて、すなわち泡立ち状流動床チャンバおよび熱交換器が導入される固体材料の 中間的な容量で得られるよりもかなり小さい熱伝達負荷に関して設計される場合 には、本発明は設備寸法（能力）を洗練された方法で必要寸法に設計することを 可能にする。作動において、流動化手段４８，４６は例えば熱交換器に要求され る熱出力によって制御される。この流動化は排出チャンネル３８を経ての粒状材 料の排出を制御し、したがって熱交換器３０の熱出力を制御する。例えばガスロ ック３６からの材料の導入量（後述するように、材料は反応装置１４から開口５ ０および（または）５２を経ても直接運ばれる得る）が熱交換器３０で必要熱出 力を得るために必要とされる以上に多いならば、流動床の高さ位置５４を開口部 分５０の縁部５６の高さ位置まで高めることが可能とされる。これは、熱交換器 ３０に要求された熱出力を得るために必要でない余剰な高温粒状材料の全てが、 反応装置１４へ直接に、冷却されることなく流されるようになされることを意味 する。このような状況において、余剰粒子の各接触面（tread）はただ単に「表 面で循環」するだけで、実質的な材料の撹拌を伴わない。この洗練された構造は 、泡立ち状流動床チャンバ２８がたとえ熱交換器３０の熱出力が必要とされない 場合であってさえも循環流動床に必要な全ての材料を処理できるような能率の悪 い設計をすることなく、反応装置１４に必要な流動床の保持に関する。上述した 解決策は、例えば小さな（一層小型の）寸法の泡立ち状流動床および排出チャン ネルを得られるようにする。何故なら、粒状材料の循環が最大であるときの循環 式流動床の全負荷作動に関して、泡立ち状流動床および関連装置を寸法決めする 必 要はないからである。さらに、泡立ち状流動床から反応装置へ流れる流動化ガス の上方へ向う流れ、および泡立ち状流動床へ送られる粒状材料の下方へ向う流れ の衝撃を避けるために、開口部分をそれぞれ水平に隔てた関係に配置することが 有利である。 第３図には、循環式流動床と直接に通じた循環式流動床反応装置１４の固体材 料を処理する（例えば冷却する）ための構造が示されている。材料は、反応装置 １４から開口部分５８を経て直接に送られる。第１図および第２図では、この特 徴は分離器２２からの材料の給送と組合わされることができる。泡立ち状流動床 チャンバ２８は循環式流動床反応装置１４の下部に配置され、それらは共通壁３ ４を有する。下部だけが第３図に示されているが、反応装置１４の全体は例えば 第１図に示されたようにできることを理解しなければならない。また、様々な垂 直高さ位置および反応装置１４の側方位置に幾つもの個別の泡立ち状流動床２８ を備えることができる。これは、熱交換器３０の望ましい熱出力によって要求さ れる特定処理能力にだけ関して泡立ち状流動床が好ましく設計できるという事実 により、有利となる。また、循環式流動床の性質により、例えば循環式流動床反 応装置のそれぞれの負荷における熱交換器の所望の熱出力に対応する材料導入の 或る供給量を与えるそのような垂直高さ位置にそれぞれを位置決めすることで、 各泡立ち状流動床に導入する粒状材料の供給量（rate）を選択することが可能で ある。これは、循環式流動床の粒状材料の運ばれる量は反応装置の負荷の関数で あるという理由で、可能となる。 第３図に示された循環式流動床の作動において、循環式流動床の負荷が低い場 合でさえ、反応チャンバ１４の下部において泡立ち状流動床チャンバ２８’に流 入する粒状材料を得られるという事実が利用される。粒状材料は開口５８を経て 泡立ち状流動床チャンバ２８に流入する。この材料は大半が泡立ち状流動床の反 応装置寄りの半分の部分に流入する。短絡回路の発生を防止するために、内側壁 部分４０は本発明によりそれを通って粒状材料が移動できないように形成されて 、材料が排出チャンネルの出口開口４２へ直接流れるのを防止するようになされ る。このようにして、大半が反応装置寄りの半分の部分で、流動床上面よりも上 方で泡立ち状流動床チャンバ２８に導入される粒状材料は、手段４６で流動化さ れつ つ効果的に撹拌を強制される。熱交換器３０により冷却された粒状材料は開口４ ４を経て排出され、効率的な作動を保証する。粒状材料は導入された箇所に対し て反対側で排出される。この排出材料は、別個に制御可能な流動化ガスを手段４ ８により導入することで排出チャンネル３８内で流動化される。流動化ガスは開 口５８を経て反応装置１４に排出される。 隔壁部分３４は反応チャンバ１４の壁をなす流管と一体化されるように形成さ れることが好ましく、このことはほとんど全ての好ましい実施例において壁３４ がチューブ、フィン、および泡立ち状流動床に隣接した循環式流動床反応装置の 壁３４の被覆で形成されて、排出チャンネルが壁３４に関連して形成されるよう になされることを意味する。作動状況のために壁構造に応力を発生させる様々な 要素があるが、壁３４は反応装置１４の一体部材として構成することで例えば振 動に耐えるように構成される。この特徴はまた反応装置１４と泡立ち状流動床チ ャンバ２８との間の全ての望ましくない熱膨張差を排除する。第４図において、 循環式流動床反応装置チャンバ１４および泡立ち状流動床チャンバ２８を区分す る壁３４の好ましい実施例が示されている。この壁は複数のチューブ６０を含み 、これらのチューブは反応チャンバ１４の冷却装置の一部を形成している。典型 的に、冷却装置は蒸気発生装置である。チューブ６０は例えばチューブ間のフィ ンおよびバー６２によって互いに連結され、実質的に気密の壁構造を形成してい る。或る間隔を隔ててチューブは全体平面「Ｇ」から離れる方向へ曲げられて、 チューブのない部分、すなわち幅「Ａ」が形成されるようになされる。本発明に よれば、このような部分に内側壁部分４０および外側壁部分を形成して、チュー ブのない部分、すなわち幅「Ａ」を通る粒状材料の直接的な流れを防止するよう になすことで、排出チャンネル（単数または複数）３８を構成することができる 。この部分すなわち幅「Ａ」は典型的には０＜Ａ＜１ｍ、好ましくは１０ｃｍ＜ Ａ＜５０ｃｍである。内側および外側壁部分は適当なライニングすなわち被覆で 形成されることが好ましく、この被覆は鋳造可能な耐火性被覆のような反応装置 の環境に耐えるものとされる。第４図において、この概略図は第３図の視点から 見たものであり、すなわち排出チャンネルが実質的に閉じたチャンネルである箇 所の壁である。見られるように、排出チャンネルは矩形横断面を有することが好 まし い。当然、これと異なる形状に設計することは可能である。 第５図および第６図は、開口４２，４４が排出チャンネルの被覆材料に開口を 備えることで単純に形成できることを示している。第７図は平面「Ｇ」から両側 へ向かってチューブのない「Ａ」の部分から離れるようにチューブを曲げて排出 チャンネル３８として使用できる可能性を示している。当然、壁３４にチューブ を配置する様々な可能性があり、また壁部分４０の内側にチューブを備えて剛性 を高めるようにできる。例えば、チューブを適当に曲げることで、固体材料が排 出チャンネルにより送られるときにその横方向の動きを得ることもできる。 本発明は、循環式流動床反応装置を使用した冷却または一般的にガス処理のよ うな循環式流動床反応装置に関連した様々な処理に応用できる。また、例えば大 気圧以上の圧力での燃焼およびガス化処理が本明細書で開示した装置で作動でき ると考えられ、この場合には反応装置は圧力容器で包囲されるべきである。 本発明の各種の実施例および示唆する改良を説明してきたが、改良は請求の範 囲の欄に記載されている本発明の範囲から逸脱せずに説明した実施例の構造およ び配置に対してなし得ることを理解しなければならない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１０月２３日 【補正内容】 １．冷却用部材をそれ自体の内部に備えている複数の実質的に垂直な壁（１２ ，１２’）であって、後壁（１２’）を含み、循環式流動床反応装置のチャンバ （反応チャンバ）（１４）の内空間を画成している前記複数の実質的に垂直な壁 （１２，１２’）と、 前記反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する手段（１６）と、 前記反応チャンバの内部に粒状材料を導入する手段（１８）と、 排出ガスから粒状材料を分離するための、前記反応チャンバの上部に連結され た分離器（２２）と、 前記分離器に連結された戻りダクト（２６）と、 粒状材料の泡立ち状流動床（２８’）を内部に有し、前記反応チャンバの前壁 （１２’）に隣接され、粒状材料を冷却するための熱交換器（３０）を含み、ま た流動化手段（４６）を含む泡立ち状流動床チャンバと、 泡立ち状流動床チャンバ内にその上部から粒状材料を導入するための手段と、 前記泡立ち状流動床チャンバおよび前記反応チャンバの間に位置し、泡立ち状 流動床から前記反応チャンバへ材料を排出するための排出チャンネル（３８）と を含んで構成された循環式流動床反応装置であって、前記排出チャンネル（３８ ）は固体物質を封止できるものであり、また前記排出チャンネルは、 粒状材料が泡立ち状流動床チャンバ（２８）の底部から開口を通して排出チャ ンネルの前記下部へ流動できるようにするために、その排出チャンネルの下部に 位置された前記開口（４４）、および 固体材料が排出チャンネルの前記上部から前記反応チャンバへ排出できるよう にするために排出チャンネルの上部に位置された開口（４２）を有しており、ま た 前記反応チャンバ（１４）と前記泡立ち状流動床チャンバ（２８）との間の共通 壁に流動化ガスを泡立ち状流動床チャンバ（２８）から反応チャンバへ運ぶため の開口（５０，５２）をさらに含んでいることを特徴とする循環式流動床反応装 置。 ２．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、前記排出 チャンネル（３８）内で粒状材料を流動化させるための手段（４８）をさらに含 むことを特徴とする循環式流動床反応装置。 ３．請求の範囲第２項に記載された循環式流動床反応装置であって、前記排出 チャンネルの流動化手段（４８）が前記泡立ち状流動床（２８’）のための前記 流動化手段（４６）とは別に個別に制御できることを特徴とする循環式流動床反 応装置。 ４．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、反応装置 が泡立ち状流動床チャンバ（２８）の流動化ガスを反応チャンバ（１４）へ導く 手段（５２，５０）をさらに含んでいることを特徴とする循環式流動床反応装置 。 ５．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、泡立ち状 流動床チャンバ（２８）が戻りダクト（２６）と連結され、戻りダクトが分離器 （２２）内の分離された粒状材料を泡立ち状流動床にその表面より上方の位置か ら導入する手段を含んでいることを特徴とする循環式流動床反応装置。 ６．請求の範囲第５項に記載された循環式流動床反応装置であって、分離器（ ２２）で分離された粒状材料を泡立ち状流動床へ導入する手段が、泡立ち状流動 床に粒状材料を導入する開口（３６）を有する戻りダクトを含んでおり、前記開 口は反応チャンバ（１４）の前壁（１２’）に隣接して配置されていることを特 徴とする循環式流動床反応装置。 ７．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、反応チャ ンバが前記排出チャンネル（３８）の上方で泡立ち状流動床チャンバ（２８）と 共通の反応装置の壁部（１２''）をさらに含んでおり、該壁部は反応チャンバ（ １４）から泡立ち状流動床チャンバ（２８）に高温の粒状材料を給送する少なく とも一つの開口（５８）を含んでいることを特徴とする循環式流動床反応装置。 ８．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、前記排出 チャンネル（３８）の下部に備えられた開口（４４）が熱交換器（３０）の上部 の下方に位置していることを特徴とする循環式流動床反応装置。 ９．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、前記排出 チャンネル（３８）の上部に備えられた開口（４２）が熱交換器（３０）の下部 の下方に位置していることを特徴とする循環式流動床反応装置。 10．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、排出チャ ンネル（３８）が泡立ち状流動床の水平横断面積の２０％よりも小さい水平横断 面積を有していることを特徴とする循環式流動床反応装置。 11．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、排出チャ ンネル（３８）が複数の別個の個々に小さなチャンネル（３８，３８’）で構成 されていることを特徴とする循環式流動床反応装置。 12．請求の範囲第１１項に記載された循環式流動床反応装置であって、少なく とも幾つかの個々に小さなチャンネルが矩形横断面を有していることを特徴とす る循環式流動床反応装置。 13．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、 泡立ち状流動床（２８）が複数の側壁、前壁（３４）および後壁（３２）を有 しており、少なくとも一つの前壁（３４）が反応チャンバ（１４）の内空間を画 成している壁の冷却部材と流体連結されている冷却部材を有しており、前壁構造 は本質的に複数の実質的に垂直なチューブ（６０）で構成されており、該垂直チ ューブは前記前壁構造内に少なくとも一つの実質的に垂直な固体材料に対して封 止する部分を含む少なくとも一つの排出チャンネル（３８）を形成しており、 前壁（３４）は泡立ち状流動床（２８’）および反応チャンバ１４の循環式流 動床を互いに区分していることを特徴とする循環式流動床反応装置。 14．請求の範囲第１３項に記載された循環式流動床反応装置であって、少なく とも一つの排出チャンネル（３８）はその下部から泡立ち状流動床チャンバの下 部に至る下側開口（４４）と、排出チャンネルの上部から反応チャンバに至る上 側開口（４２）とを含むことを特徴とする循環式流動床反応装置。 15．請求の範囲第１４項に記載された循環式流動床反応装置であって、下側開 口（４４）は熱交換器（３０）の上部の下方に位置していることを特徴とする循 環式流動床反応装置。 16．請求の範囲第１４項に記載された循環式流動床反応装置であって、上側開 口（４２）は熱交換器（３０）の下部の上方に位置していることを特徴とする循 環式流動床反応装置。 17．請求の範囲第１３項に記載された循環式流動床反応装置であって、少なく とも一つの排出チャンネル（３８）はチューブのない面部分を形成するようにチ ューブの曲げられた壁部分に耐火材を被覆して形成されていることを特徴とする 循環式流動床反応装置。 18．請求の範囲第１３項に記載された循環式流動床反応装置であって、少なく とも一つの排出チャンネルは、前記少なくとも一つの排出チャンネルから離れる 方向へチューブを曲げ、また前記壁部分に隣接したすなわち外側のチューブの後 方にチューブから離れる方向へ曲げることで壁に形成されていることを特徴とす る循環式流動床反応装置。 19．冷却用部材をそれ自体の内部に備え、反応チャンバ（１４）の内空間を画 成している実質的に垂直な壁（１２，１２’）と、反応チャンバに隣接され、粒 状材料を冷却するために熱交換器を備えた泡立ち状流動床チャンバ（２８）と、 泡立ち状流動床チャンバおよび反応チャンバの間に位置する排出チャンネル（３ ８）とを有する循環式流動床反応装置において、 反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する段階と、 反応チャンバの内部に粒状材料を導入する段階と、 かなりの量の粒状材料が反応チャンバから排出ガスに含まれて移動するように させ、反応チャンバから流出した排出ガスから粒状材料を分離して、その分離し た材料を反応チャンバへ戻すように再循環させることによって反応装置に循環流 動床を持続させる段階と、 分離した粒状材料を泡立ち状流動床チャンバの中の流動床の上面よりも高い位 置で泡立ち状流動床チャンバへ導入する段階と、 泡立ち状流動床内で粒状材料を流動させ、流動された粒状材料から熱を熱交換 器により回収する段階と、 冷えた粒状材料を泡立ち状流動床から前記排出チャンネルを通して反応チャン バへ排出する段階とを含む運転方法であって、 冷えた粒状材料を排出チャンネルの上部の開口（４２）を通して反応チャンバ へ導入する段階、および 泡立ち状流動床チャンバから、前記反応チャンバと前記泡立ち状流動床チャン バとの間の共通壁（１２''）の開口（５０，５２）を通して反応チャンバへ流動 化ガスを運ぶ段階を含むことを特徴とする循環式流動床反応装置の運転方法。 20．請求の範囲第１９項に記載された方法であって、排出チャンネルの上部か ら反応チャンバへ給送される粒状材料と少なくとも同じ垂直高さ位置に泡立ち状 流動床の上面を維持する段階をさらに含むことを特徴とする循環式流動床反応装 置の運転方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．冷却用部材をそれ自体の内部に備えている複数の実質的に垂直な壁（１２ ，１２’）であって、後壁（１２’）を含み、循環式流動床反応装置のチャンバ （反応チャンバ）（１４）の内空間を画成している前記複数の実質的に垂直な壁 （１２，１２’）と、 前記反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する手段（１６）と、 前記反応チャンバの内部に粒状材料を導入する手段（１８）と、 排出ガスから粒状材料を分離するための、前記反応チャンバの上部に連結され た分離器（２２）と、 前記分離器に連結された戻りダクト（２６）と、 粒状材料の泡立ち状流動床（２８’）を内部に有し、前記反応チャンバの後壁 （１２’）に隣接され、粒状材料を冷却するための熱交換器（３０）を含み、ま た流動化手段（４６）を含む泡立ち状流動床チャンバと、 泡立ち状流動床チャンバ内にその上部から粒状材料を導入するための手段と、 前記泡立ち状流動床チャンバおよび前記反応チャンバの間に位置し、泡立ち状 流動床から前記反応チャンバへ材料を排出するための排出チャンネル（３８）と 、 粒状材料が泡立ち状流動床の底部から開口を通して前記排出チャンネルの前記 下部へ流動できるようにさせるための前記排出チャンネルの下部に位置された前 記開口（４４）とを含んで構成された循環式流動床反応装置であって、 排出チャンネル（３８）が固体材料を封止するようになされており、固体材料 が前記排出チャンネルの上部から前記反応チャンバへ排出されるようにするため に前記上部に開口（４２）を有していることを特徴とする循環式流動床反応装置 。 ２．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、前記排出 チャンネル（３８）内で粒状材料を流動化させるための手段（４８）をさらに含 むことを特徴とする循環式流動床反応装置。 ３．請求の範囲第２項に記載された循環式流動床反応装置であって、前記排出 チャンネルの流動化手段（４８）が前記泡立ち状流動床（２８’）のための前記 流動化手段（４６）とは別に個別に制御できることを特徴とする循環式流動床反 応装置。 ４．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、反応装置 が泡立ち状流動床チャンバ（２８）の流動化ガスを反応チャンバ（１４）へ導く 手段（５２，５０）をさらに含んでいることを特徴とする循環式流動床反応装置 。 ５．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、泡立ち状 流動床チャンバ（２８）が戻りダクト（２６）と連結され、戻りダクトが分離器 （２２）内の分離された粒状材料を泡立ち状流動床にその表面より上方の位置か ら導入する手段を含んでいることを特徴とする循環式流動床反応装置。 ６．請求の範囲第５項に記載された循環式流動床反応装置であって、分離器（ ２２）で分離された粒状材料を泡立ち状流動床へ導入する手段が、泡立ち状流動 床に粒状材料を導入する開口（３６）を有する戻りダクトを含んでおり、前記開 口は反応チャンバ（１４）の後壁（１２’）に隣接して配置されていることを特 徴とする循環式流動床反応装置。 ７．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、反応チャ ンバが前記排出チャンネル（３８）の上方で泡立ち状流動床チャンバ（２８）と 共通の反応装置の壁部（１２''）をさらに含んでおり、該壁部は反応チャンバ（ １４）から泡立ち状流動床チャンバ（２８）に高温の粒状材料を給送する少なく とも一つの開口（５８）を含んでいることを特徴とする循環式流動床反応装置。 ８．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、前記排出 チャンネル（３８）の下部に備えられた開口（４４）が熱交換器（３０）の上部 の下方に位置していることを特徴とする循環式流動床反応装置。 ９．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、前記排出 チャンネル（３８）の上部に備えられた開口（４２）が熱交換器（３０）の下部 の下方に位置していることを特徴とする循環式流動床反応装置。 10．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、排出チャ ンネル（３８）が泡立ち状流動床の水平横断面積の２０％よりも小さい水平横断 面積を有していることを特徴とする循環式流動床反応装置。 11．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、排出チャ ンネル（３８）が複数の別個の個々に小さなチャンネル（３８，３８’）で構成 されていることを特徴とする循環式流動床反応装置。 12．請求の範囲第１１項に記載された循環式流動床反応装置であって、少なく とも幾つかの個々に小さなチャンネルが矩形横断面を有していることを特徴とす る循環式流動床反応装置。 13．請求の範囲第１項に記載された循環式流動床反応装置であって、 泡立ち状流動床（２８）が複数の側壁、前壁（３４）および後壁（３２）を有 しており、少なくとも一つの前壁（３４）が反応チャンバ（１４）の内空間を画 成している壁の冷却部材と流体連結されている冷却部材を有しており、前壁構造 は本質的に複数の実質的に垂直なチューブ（６０）で構成されており、該垂直チ ューブは前記前壁構造内に少なくとも一つの実質的に垂直な固体材料に対して封 止する部分を含む少なくとも一つの排出チャンネル（３８）を形成しており、 前壁（３４）は泡立ち状流動床（２８’）および反応チャンバ（１４）の循環 式流動床を互いに区分していることを特徴とする循環式流動床反応装置。 14．請求の範囲第１３項に記載された循環式流動床反応装置であって、少なく とも一つの排出チャンネル（３８）はその下部から泡立ち状流動床チャンバの下 部に至る下側開口（４４）と、排出チャンネルの上部から反応チャンバに至る上 側開口（４２）とを含むことを特徴とする循環式流動床反応装置。 15．請求の範囲第１４項に記載された循環式流動床反応装置であって、下側開 口（４４）は熱交換器（３０）の上部の下方に位置していることを特徴とする循 環式流動床反応装置。 16．請求の範囲第１４項に記載された循環式流動床反応装置であって、上側開 口（４２）は熱交換器（３０）の下部の上方に位置していることを特徴とする循 環式流動床反応装置。 17．請求の範囲第１３項に記載された循環式流動床反応装置であって、少なく とも一つの排出チャンネル（３８）はチューブのない面部分を形成するようにチ ューブの曲げられた壁部分に耐火材を被覆して形成されていることを特徴とする 循環式流動床反応装置。 18．請求の範囲第１３項に記載された循環式流動床反応装置であって、少なく とも一つの排出チャンネルは、前記少なくとも一つの排出チャンネルから離れる 方向へチューブを曲げ、また前記壁部分に隣接したすなわち外側のチューブの後 方にチューブから離れる方向へ曲げることで壁に形成されていることを特徴とす る循環式流動床反応装置。 19．冷却用部材をそれ自体の内部に備え、反応チャンバ（１４）の内空間を画 成している実質的に垂直な壁（１２，１２’）と、反応チャンバに隣接され、粒 状材料を冷却するために熱交換器を備えた泡立ち状流動床チャンバ（２８）と、 泡立ち状流動床チャンバおよび反応チャンバの間に位置する排出チャンネル（３ ８）とを有する循環式流動床反応装置において、 反応チャンバの底部に流動化ガスを導入する段階と、 反応チャンバの内部に粒状材料を導入する段階と、 かなりの量の粒状材料が反応チャンバから排出ガスに含まれて移動するように させ、反応チャンバから流出した排出ガスから粒状材料を分離して、その分離し た材料を反応チャンバへ戻すように再循環させることによって反応装置に循環流 動床を持続させる段階と、 分離した粒状材料を泡立ち状流動床チャンバの中の流動床の上面よりも高い位 置で泡立ち状流動床チャンバへ導入する段階と、 泡立ち状流動床内で粒状材料を流動させ、流動された粒状材料から熱を熱交換 器により回収する段階と、 冷えた粒状材料を泡立ち状流動床から反応チャンバへ排出する段階とを含む運 転方法であって、 泡立ち状流動床の下部から冷えた粒状材料を排出チャンネルの下部へ排出し、 この排出した粒状材料を排出チャンネル内で流動化させ、該排出粒状材料を排出 チャンネルの上部から反応チャンバへ導入することを特徴とする循環式流動床反 応装置の運転方法。 20．請求の範囲第１９項に記載された方法であって、排出チャンネルの上部か ら反応チャンバへ給送される粒状材料と少なくとも同じ垂直高さ位置に泡立ち状 流動床の上面を維持する段階をさらに含むことを特徴とする循環式流動床反応装 置の運転方法。