JPH1095987A

JPH1095987A - 循環流動層装置

Info

Publication number: JPH1095987A
Application number: JP27307796A
Authority: JP
Inventors: Yoneichi Ikeda; 米一池田; Masakazu Abe; 将一阿部
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】循環流動層装置の構造を簡易化して、運転操
作を容易化すると共に磨耗や故障を低減する。【解決手段】一対の流動化室４・５を、該一対の流動
化室間を相互に連絡する連通孔６・７が開設された略鉛
直方向の隔壁８を介して隣接配置する。そして、これら
一対の流動化室に相異なる空塔速度の流動化ガスを送入
して該一対の流動化室内の流動層１９・２０に高さ方向
に相異なる静圧勾配を形成することによって流動層の層
高の略中心に形成される静圧勾配線の交点の高さ位置の
上下にそれぞれ連通孔を設ける。すると、上側の連通孔
６では空塔速度の大きな流動層２０から空塔速度の小さ
な流動層１９に向かって、下側の連通孔７では流動層１
９から流動層２０に向かってそれぞれ流動媒体が移動す
るようになり、可動機構を備えた複雑な移送手段を設け
ることなく流動媒体を循環させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動層装置に関
し、特に複数の流動層を有し、複数の流動層間で流動媒
体を循環させながら各流動層の流動化ガスを別々に回収
するようにした循環流動層装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下方から噴出する流動化ガスで流動媒体
としての粒状固形物を流動化して、熱並びに原料を移動
させながら各種の操作や反応を行うようにした流動層装
置において、排出される流動化ガスの処理や利用を容易
にするため、異なる反応を別区画で選択的に行えるよう
に流動層を複数設け、これら複数の流動層間で流動媒体
を循環させながら各流動層の流動化ガスを別々に回収す
るようにした循環流動層装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記形式の循環流動層
装置は、従来、流動層を個別に備えた複数の塔を併設し
て、これら複数の塔内の流動層間で流動媒体を循環させ
るべく複数の塔間を輸送管で連絡するように構成するの
が一般的であるが、輸送管内で流動媒体を移送すると共
にその移送量の調節を行うための移送手段として、調節
バルブ、スクリュウ供給機、エゼクター並びに気流輸送
機構といった複雑な構造を有する装置を設ける必要があ
った。このため、運転操作が難しく、磨耗や故障が多い
といった問題があった。

【０００４】このような従来技術の問題に鑑み、本発明
の主な目的は、構造を簡易化して、運転操作を容易化す
ると共に磨耗や故障を低減可能な循環流動層装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的は本発明に
よれば、流動化ガスの上向流によって流動媒体を流動化
して流動層を形成する複数の流動化室と、該複数の流動
化室内の流動層間で流動媒体を循環させるべく該複数の
流動化室間を相互に連絡する連絡手段とを有する循環流
動層装置であって、一対の前記流動化室に相異なる空塔
速度の流動化ガスを送入して該一対の流動化室内の流動
層に高さ方向に相異なる静圧勾配を形成することによっ
て前記流動層の層高の略中心に形成される静圧勾配線の
交点の高さ位置の上方並びに下方にそれぞれ前記連絡手
段を設け、前記一対の流動層間で流動媒体を循環するよ
うにしたことを特徴とする循環流動層装置を提供するこ
とにより達成される。すなわち、静圧勾配線の交点の高
さ位置の上下にそれぞれ前記連絡手段を設けると、該連
絡手段の前後の静圧差が上下で逆になり、上側の前記連
絡手段では前記一対の流動層の一方から他方に向かっ
て、下側の前記連絡手段では前記一対の流動層の他方か
ら一方に向かってそれぞれ流動媒体が移動するようにな
り、全体として前記一対の流動層間で流動媒体を循環さ
せることが可能になる。

【０００６】特に、前記一対の流動化室を、前記連絡手
段としての連通孔が開設された略鉛直方向の隔壁を介し
て隣接配置すると良い。これに加えて、前記連絡手段
が、水平方向に長いスリット状の断面形状に形成されて
いると良い。その上、前記連絡手段が、流動媒体の流れ
方向に向かって下向き傾斜状に設けられていると好まし
い。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された実施
形態に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【０００８】図１乃至図３は、本発明に基づき構成され
た循環流動層装置を示している。この循環流動層装置
は、図１に示すように、紙面に沿う向きに扁平な縦置き
された角筒状の周壁１と、周壁１の上下に設けられた方
形状の底壁２並びに頂壁３と、これらの壁体の内部を第
１・第２の２つの流動化室４・５に分割すると共に両流
動化室４・５間を相互に連絡する上下一対の連通孔６・
７が設けられた鉛直方向の隔壁８とを有している。

【０００９】底壁２には、流動化室４・５の各々に流動
化ガスを導入するガス入口９・１０が、頂壁３には、流
動化室４・５の各々を流通した流動化ガスを排出するガ
ス出口１１・１２がそれぞれ設けられている。また、第
１流動化室４側の周壁１には、原料供給口１３が、第２
流動化室５側の周壁１には、残留固形物の排出口１４が
設けられている。

【００１０】上側の連通孔６は、図３に示すように、縦
寸法ａに対して横寸法ｂが長く形成された水平方向に長
いスリット状の断面形状に形成されており、図１に示す
ように、所定の長さｃをもって図中右側の第２流動化室
５から左側の第１流動化室４に向かって下向き傾斜状に
設けられている。一方、下側の連通孔７は、上側の連通
孔６と同一の断面形状並びに長さに形成されているが、
上側の連通孔６とは逆に、第１流動化室４から第２流動
化室５に向かって下向き傾斜状に設けられている。両連
通孔６・７の下側開口部には、両流動化室４・５内を上
昇する流動化ガスが連通孔６・７内に侵入するのを防ぐ
ための邪魔板１５・１６が水平方向に所定寸法ｄだけ突
設されている。

【００１１】第１・第２の各流動化室４・５には、底壁
２から同一の高さ位置に分散器１７・１８がそれぞれ設
けられており、ガス供給装置２１・２２からガス入口９
・１０を経て送入された流動化ガスが、分散器１７・１
８から上方に向かって噴出することで、分散器１７・１
８の上側に充填された流動媒体を流動化して、第１・第
２の各流動層１９・２０が形成される。

【００１２】ところで、流動媒体が充填された流動化室
に流動化ガスを送入する場合、図４に示すように、流速
（空塔速度）ｕを次第に上げていくと、当初は粒子が静
止した固定層の状態のままで、流速ｕの上昇に伴って層
の圧力損失が増大していくが、流動化開始速度Ｕ_mfを越
えると、流動媒体が流動化し始め、濃厚流動化状態の流
動層が形成される。さらに流速ｕを増大して流動媒体の
終端速度Ｕ_teを越えると、流動媒体が流動化ガスに随伴
して輸送される輸送層（稀薄流動化状態）に移行する。

【００１３】このような流動層化状態においては、流動
層の圧力損失Δｐ_fは、媒体の静圧にほぼ等しい一定の
値となる。他方、流動層は流速ｕとともに膨張し、層高
ｌ_fは増大する。したがって、流動層の高さ方向の静圧
勾配、単位高さ当たりの圧力損失（Δｐ_f／ｌ_f）は、流
速ｕの増大とともに減少する。

【００１４】そこで、上記の隣接配置された一対の流動
層１９・２０について、流動化ガスの流速ｕを、第１流
動層１９側に比較して第２流動層２０側が大きくなるよ
うに制御すると、図５に示すように、両流動層１９・２
０の静圧勾配が互いに異なる。さらに、両流動層１９・
２０の上部空間の圧力ｐ_T1・ｐ_T2が近い場合には、高さ
方向の静圧勾配線が互いに交差する。交点Ａでは、両流
動層１９・２０の静圧が等しい。

【００１５】ここでは、第１・第２の各流動層１９・２
０の上部空間の圧力ｐ_T1・ｐ_T2を、互いに略同一となる
ように保持しており、流動層１９・２０の層高の略中心
位置に交点Ａが形成され、この交点Ａを挟んで上下で流
動層１９・２０間の静圧差が逆転する。すなわち、交点
Ａの上方では、空塔速度の大きな流動層２０の静圧が、
空塔速度の小さな流動層１９の静圧より大きくなり、交
点Ａの下方では、逆に空塔速度の小さな流動層１９の静
圧が空塔速度の大きな流動層２０の静圧より大きくな
る。

【００１６】したがって、交点Ａの上方（高さｈ_H）に
上側の連通孔６を、交点Ａの下方（高さｈ_L）に下側の
連通孔７をそれぞれ設けると、両流動層１９・２０間の
静圧差に付勢されて、上側の連通孔６では、流動層２０
から流動層１９に向かって、下側の連通孔７では、流動
層１９から流動層２０に向かってそれぞれ流動媒体が移
動するようになり、両流動層１９・２０間に流動媒体の
循環流を発生させることができる。

【００１７】このとき、空塔速度を調整して静圧勾配を
変えることで両流動層１９・２０間の静圧差を増減する
ことができ、この静圧差に応じて流動媒体の移動速度、
すなわち循環量を調整することができる。

【００１８】流動化ガスの空塔速度は、具体的には、流
動層２０側が流動層１９側の１．５乃至１０倍、好まし
くは２乃至５倍となるように設定すると良い。また、両
流動層１９・２０間の静圧差は、上下の連通孔６・７の
離間距離に応じて大きくなるため、上側の連通孔６を流
動層１９・２０の上端寄りに、下側の連通孔７を流動層
１９・２０の下端、すなわち分散器１５・１６寄りに設
けると、流動媒体の循環を発生させる上で効果的であ
る。

【００１９】以上のようにして両流動層１９・２０間に
流動媒体の循環が発生するが、その際、両連通孔６・７
が、流動媒体の流れ方向に向かって下向きに傾斜してい
るため、流動媒体に伴って流動化ガスが連通孔６・７を
通って反対側の流動層１９・２０に漏出するのを抑制す
る。連通孔６・７の傾斜角度αは、水平方向に対して３
０乃至６０°とするのが望ましい。また、連通孔６・７
の長さｃは、連通孔６・７の縦寸法ａの０．５乃至１０
倍、好ましくは１乃至５倍とすると良い。さらに、連通
孔６・７の横寸法ｂは、周壁１の全周長の１／１０乃至
１／４とすると良い。

【００２０】このようにしてなる循環流動層装置におい
ては、例えば、材料供給口１３側の第１流動層１９で石
炭のガス化を行い、排出口１４側の第２流動層２０で未
反応炭素の燃焼を行うものとする。この場合、流動層１
９側のガス入口９には、流動化ガスとして過熱スチーム
が送入され、流動層２０側のガス入口１０には、流動化
ガスとして空気が送入される。流動層１９では、過熱ス
チームとの接触によって石炭の揮発分が発生して分解と
ガス化反応とが進行し、流動層１９側のガス出口１１か
ら生成ガスが回収される。一方、流動層２０では、流動
層１９側から下側の連通孔７を経て送られてきた未反応
石炭が空気によって燃焼し、流動層２０側のガス出口１
２から燃焼ガスが排出される。燃焼によって未反応物が
少なくなると共に高温度になった燃焼物は、上側の連通
孔６を経て流動層１９に戻され、ガス化反応に要する熱
を与える。余分の燃焼物は、排出口１４から排出され
る。

【００２１】また、第１流動層１９で主に乾留を行う一
方で、第２流動層２０では、流動化ガスとして空気、酸
素並びにスチームなどの混合ガスを送入してガス化を行
い、高カロリーガス並びに低カロリーガスの２種類の生
成ガスを得るようにしても良い。さらに、ごみ、プラス
チック及びゴムなどの可燃物の焼却・熱分解、汚泥の乾
燥・焼却、石炭及びピッチなどの熱分解・ガス化、並び
に流動触媒の再生など、公知の循環流動層を利用した各
種の処理にも広く適用可能である。

【００２２】なお、連通孔６・７は、図２に示すよう
に、隔壁８の略全幅に渡って形成する他、図６に示すよ
うに、幅狭に形成して水平方向に互いにずれた位置に設
けるようにしても良い。こうすると、流動層１９・２０
内の循環流に横向きの流れ成分が加わり、流動層１９・
２０を均質化する上で効果的である。

【００２３】

【実施例】実際に、上記実施の形態に示した循環流動層
装置と同一構成の実験装置を作製して、石炭の２段ガス
化の実験を行った。

【００２４】周壁１、底壁２、頂壁３並びに隔壁８は、
ステンレス製の板材に耐火物を内張りしたものとした。
第１流動化室４の大きさは、幅が５ｃｍ、奥行きが５ｃ
ｍ、高さが２５ｃｍであり、第２流動化室５の大きさ
は、幅が１０ｃｍで、奥行き並びに高さは流動化室４と
同一である。上側の連通孔６は、底壁から高さ６ｃｍの
位置に、下側の連通孔７は、底壁から高さ１ｃｍの位置
にそれぞれ設けた。両連通孔６・７の長さｃは共に２ｃ
ｍとし、その断面形状は、縦寸法ａが１ｃｍ、横寸法ｂ
が４ｃｍとした。傾斜角αは４５°とした。邪魔板１５
・１６の突出長ｄは１ｃｍとし、図１の紙面に直交する
向きの横寸法は４ｃｍとした。流動媒体には、平均粒径
約０．５ｍｍの珪砂を約１ｋｇ使用した。

【００２５】原料としての石炭には、発熱量が６７６０
ｋｃａｌ／ｋｇ、粒度が２ｍｍ以下の太平洋炭を使用
し、１．２１ｋｇ／ｈで供給した。両流動層１９・２０
の上部圧力は常圧とし、第１流動化室４には、流量０．
６１ｋｇ／ｈで温度４００℃のスチームを、第２流動化
室５には、流量２．４Ｎｍ³／ｈで温度２００℃の空気
を供給した。これにより、流動化ガスの空塔速度は、第
１流動化室４で３０ｃｍ／ｓ、第２流動化室５で６０ｃ
ｍ／ｓとなり、各流動層１９・２０の層密度は、流動層
１９で１．０ｇ／ｃｍ³、流動層２０で０．７ｇ／ｃｍ³
となった。第１流動化室４のガス化温度は８３０℃、第
２流動化室５の燃焼温度は９２０℃となった。

【００２６】石炭の単位重量あたりのガス発生量は、第
１流動化室４から回収される生成ガスで２．０Ｎｍ³／
ｋｇ、第２流動化室５から回収される燃焼ガスで１．９
Ｎｍ³／ｋｇとなった。生成ガスの組成（容量）は、Ｃ
Ｏ₂２６％、ＣＯ２５％、Ｈ₂３８％、ＣＨ₄７％、Ｎ₂４
％となった。燃焼ガスの組成（容量）は、ＣＯ₂１９
％、Ｏ₂４％、Ｎ₂７７％となった。石炭循環量は、熱収
支計算から約１５ｋｇ／ｈと推定される。

【００２７】

【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明によれば、複数の流動層間の連絡手段に可動機構を
備えた複雑な移送手段を設けることなく、対をなす流動
層間に流動媒体の循環流を発生させることができる。し
たがって、操作を容易化すると共に磨耗や故障を低減す
る上で極めて顕著な効果がある。

【００２８】そして、連絡手段には、従来通りに管路を
採用することも考えられるが、連絡手段に複雑な移送手
段を設ける必要がないことから、複数の流動層を隔壁を
介して隣接配置し、この隔壁に連絡手段としての連通孔
を開設するだけで流動媒体の循環が可能になり、極めて
簡易な構成とすることができる。

【００２９】これに加えて、連絡手段が、水平方向に長
いスリット状の断面形状を有していると、断面内の静圧
を略均一化し得るため、流動媒体の流れを円滑化する上
で効果的である。その上、連絡手段が、流動媒体の流れ
方向に向かって下向きに傾斜していると、流動媒体に随
伴して流動化ガスが連絡手段から反対側の流動層に漏洩
するのを抑制することができ、生成ガスの品質を高める
上で大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づき構成された循環流動層装置の全
体を示す模式的断面図。

【図２】図１に示すII−II線で分断して上下の連通孔の
配設状況を示す要部断面図。

【図３】図１に示すIII−III線で分断して上側の連通孔
の断面形状を示す要部断面図。

【図４】流動層の圧力損失及び層高と流速との関係を示
す両対数グラフ。

【図５】流動化室の高さ方向の静圧勾配を示すグラフ。

【図６】循環流動層装置の第２の実施形態を示す図２と
同様の要部断面図。

【符号の説明】

１周壁２底壁３頂壁４・５流動化室６・７連通孔８隔壁９・１０ガス入口１１・１２ガス出口１３原料供給口１４排出口１５・１６邪魔板１７・１８分散器１９・２０流動層２１・２２ガス供給装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２３Ｇ 5/30 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/30 ＺＡＢＢ 5/50 ＺＡＢ 5/50 ＺＡＢＥ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動化ガスの上向流によって流動媒体
を流動化して流動層を形成する複数の流動化室と、該複
数の流動化室内の流動層間で流動媒体を循環させるべく
該複数の流動化室間を相互に連絡する連絡手段とを有す
る循環流動層装置であって、一対の前記流動化室に相異なる空塔速度の流動化ガスを
送入して該一対の流動化室内の流動層に高さ方向に相異
なる静圧勾配を形成することによって前記流動層の層高
の略中心に形成される静圧勾配線の交点の高さ位置の上
方並びに下方にそれぞれ前記連絡手段を設け、前記一対
の流動層間で流動媒体を循環するようにしたことを特徴
とする循環流動層装置。
【請求項２】前記一対の流動化室を、前記連絡手段
としての連通孔が開設された略鉛直方向の隔壁を介して
隣接配置したことを特徴とする請求項１に記載の循環流
動層装置。
【請求項３】前記連絡手段が、水平方向に長いスリ
ット状の断面形状に形成されたことを特徴とする請求項
１若しくは請求項２に記載の循環流動層装置。
【請求項４】前記連絡手段が、流動媒体の流れ方向
に向かって下向き傾斜状に設けられたことを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の循環流動層装
置。