JPS5845763A - 遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融物質を含む高温ガス流れを浄化する方法及
び装置に関し、特に石炭ガス化装置から排出８ｎる液相
粒子を含む可燃性ガス流れの浄化に関するものである。

固体の炭素質材料たとえば石炭をガス化する処理装置は
典型的には７４０℃から９１０℃及びそれ以上の高温で
汚染された可燃性生成ガスを排出する。生成ガスは、高
温て粘着性を有する小さな球状あるｖｈは破片状の物質
で汚染されて−る。換言すれば、それらの球状物、ある
ーは少くともいくつかの成分はその液化温度より高温で
ある。これらの成分の代表的なものは。

Ｆｅ、Ｘｌｉと、Ｆｅ、ｌｉａ、ムＪｌ、Ｋ及びＩ！１
０ｘの低温溶融化合物と特に石炭及びこれと同様の原料
中の硫黄。

鉄及びシリ；ン成分から生ずる種々の物質″ｒ！あ排出
されるガスと球状物質の混合物から非蒸気性の物質を除
去（浄化）しなければならず、一般的には熱エネルギー
を回収するため熱交換器に通される。しかし、稼動上の
経験から、ガスの浄化は困難であり、−ガス化装置の耐
火材ある−は金属材及びその他の下流の構成部分に沈積
物がた７まって、その構成部分のパッチ的な洗浄が必要
となり最新的には構成部分を詰まらせ。

工程を停止させることがわかって−る０種々の型のサイ
クロンが最もよくガス化装置の下流に用いられており、
また詰まりが起こりやすい。

ペンシルベニア州マデイソンで米国政府用に稼動してｉ
る実験装置（ＰＤＵ　）における遠心サイクロン装置は
サイクロンの耐−火柱の内張りに詰まりが認められ、最
終的に可燃性ガスの生ガスの連続的な導入が全面的に阻
止された。その−の試験で詰まＩは渦流すなわちよどみ
領域を緩和するような再設計をしても続くことがわかっ
た。また、滑らかな金属及び磁器のサイク筒ン内張り上
にもおびただしり沈積が生ずることが認められた。

従って本発明の主目的は構成部分への物質の沈積及び堆
積を緩和した１石炭ガス化１鴨から排出される高温の可
燃性ガスを浄化する装置を提供することである。

この目的に鑑み１本発明は液化温度より高温で炭素質材
料ガス化装置から排出される可燃性ガス及びその他の物
質の混合物を浄化するようにされた遠心分離装置に於て
、＃記温合物が衝突するような位置にある前記遠心分離
装置の内表面が前記物質の液化温度よりも低温に前記内
嵌−を維持する冷却装置を備えてなる遠心分離装置に在
る。

ガス化装置から一般にｔｚｚ℃前後の高温で排出される
ガスと球状物質の混合物はその低温の金属表面に衝突す
るように方向付されゐ、その表面はたとえば入口管路を
含む遠心分量装置の内表面全体でもよＶｓシ、入口近く
の分離装置の選択された部分でもよ―、混合物が低温表
面。

即ちその衝突粒子の１粘着”温度（石炭ガス化装置にか
−では望ましくは約コＯＯ℃）よりも低い温度に維持さ
れた表面に衝突すると望ましくな一粒子は急速に冷却さ
れて収縮し固化する。

・形成されん粒子物質の収縮中の応力は高く、流動混合
物の速度と組合わされて１粒子が落下ある―は壁から剥
離し、一般的には重力にもよって１分離機能が発揮され
る分離装置の他の部分を通ってガス中の粒子として運ば
れる。

本発明は１例示的な添付図面により示される好ましい実
施例の後述の説明からさらに容易に明らかになるであろ
う、′ 第１図には炭素質固体から可燃性生成ガスを生産する装
置１０の一部が示されている０例えば流動床形式のガス
他装置／コが容器ｌダから形成されており、その容器／
４１には例えば石炭。

チャー、亜炭、泥炭（ビート）、木のような炭素質材料
がホッパー−／　４力）ら給送される０例示の装置ては
１粒化された石炭が入口／１を通して上方に容器ｌ＄′
に給送される。また１、その容器６Ｌは導管コＯを通し
て流動化及び燃焼維持ガスが給送される。灰は出口−−
を通して引含出され、可燃性生成ガス線出口Ｊ４Ｉかも
排出される。

可燃性生成ガスはｔｒｙ℃からイＯＳＯ℃の範囲の高温
でガス化装置ｌコから出る。そのガスには他の可燃性生
成成分が混合してｓＰ９．その温度はそれらの液化温度
より高温である。生成ガスと生成成分すなわちチャー微
粉のような固体粒子をも含む破片状物質あるいは球状物
質との混合物は導管コｌを通して遠心分離装置−６に供
給される。混合物体代表的には遠心式すなわちサイクロ
ン形式の気体一固体分離装置で滲化される。従って、よ
りｌ１１粋な形の可燃性ガスが出口３０から排出され、
より高密度の成分が出口Ｊコから排出される。チャー微
粉を含むさらに高密度−の成分は導管Ｊダを通してガス
化装置に再循環させることもできるし、そうでなければ
導管Ｊ４を通して排出することもできる。

第参図乃至第１図に関連してさらに詳述するように、冷
却剤が１本あるいはそれ以上の導管ｓｒを通って遠心分
離装置Ｊ４に流入し、７個ある鱒はそれ以上の出口を通
して導管＃０に排出される。冷却剤は遠心分離装置コロ
て加熱され、たとえば用役回路参事を循環する他の流体
と熱交換する熱交換器４Ｉ−を通過する。鵞た。

遠心分離装置から排出される冷却剤はたとえばボイラー
給水として使用すゐことにより、冷却剤に含まれる熱エ
ネルギーを活用する他の装置に受は入れることができる
。

第１図及び第４図には、先に述べた実験装置に使用され
た公知のサイクロン遠心分離装置２６′が示されている
。遠心分離装置１４′は耐火材Ｉｌｌで内張すされた金
属容器４ＬＡを有して−る。稼動中に固形成分の堆積！
＃ｋＯが耐火壁表面に堆積して稼動効率を低下させ、〜
最終的には遠心分離装置１６′の入口管路を閉塞してし
まう。

ピッツバーグ炭型の原料石炭を用いた場合には。

閉塞は装置が約デ０時間稼動したときに起った。

つづめて、入口に滑らかな金属性の内張りを有する同様
のサイクロンを用いて運転したが、その場合にも金属表
面上に同様の堆積が認められた。

第ダ図乃至第１ｍ１１４こは本発明の遠心分離装置２４
が示されて−る。勢に第参ｌｌＩおよび第身図に於て、
遠心分離装置Ｊ番は従来の形式であるが、変形されて、
低温壁部分１１を備えている。

遠心分離装置はハービソンウォーカー社から提供される
カストラストＧ　（０ａｓｔｏｌａｓｔ　Ｇ　：商標名
）という耐火内装を有しており、この内装は高純度アル
ミナ硬質ｆｆ１ｌｌのものである。内装ｊ４のまわりに
は、同様にハービソンウォーカー社から市販のキャスタ
ブルＪ　Ａ　＠　（Ｏａｓｔａｂｌ・コ１：商標名）の
耐火断熱材ｘｉがＩｌｌ、その内装置４及び耐火断熱Ｈ
ａｔはステンレス調圧力容器４０内に設けられて−る。

また第参図に゛　は同様につ（られた公知の代表的な糸
巻ｔＩ形形部ココが示されてｉる。

第５図によく示されるように、低温壁部分ｊダは、好ま
しくはステンレス鋼の金属性内嵌ｒＭ６亭を備えており
、内壁４６を形成している。

低温壁部分！＃は内表面４参を冷却する装置。

たとえば冷媒が循環するチャンバ１ｔを備えて−ゐ、冷
却剤、好ましくは水は各チャンバ６１を通って循環する
。すなわち１分岐して多数のチャンバ、１ｔを通って、
並列あるｉは直列に入口りＯかも出ロアＪへ流れる。複
数の入口及び出口を用ｉるようにすることもできる。低
温壁部分はりｊ０℃未満に維持され、好ましくは約−〇
ｊ℃に維持される。温度り３０℃は１・１−エＳ化合物
が液化する温度である。

図示の試、験された低温壁部分は一心分離装置Ｊ４０？
内部でｔＯ０延びており、それは流入するガス及び生成
破片状物質混合物と一合している。

才ず、冷却しない金属性内張りを用ｉた先の試験では多
量の堆積物が認められた。第参図に示す構造での試験で
は、糸巻き形部分コを及びガス化装置１２の矩形出口部
分４１は整合しておらず１図示の如（を時間稼動後に閉
塞物が、その不整合接合部に堆積した。しかし、循環水
が約ダ、ｊ℃で入り約４ｊ℃で排出されてｉる低温壁部
分！参には堆積しなかった。図示の如く遠心分離装置の
低温壁部分に隣接する他の部分では堆積が起った。

第一の試験では４ｉｚ時間稼動の後圧力タッグク４の位
置で糸巻形部分Ｊｔの矩形内置が最終的に閉塞すること
が経験された。低温壁部分ｊ参は清浄な状態のままであ
った。不連続のない滑らかな入口開口を用−た次の試験
では閉塞することな（長時間稼動することが予想される
。

ガス混合物の中に含有される物質の液化ＩＬｆｆより低
温に潜却された連続した滑らかな表面の場合には、稼動
時間を短長させることがで倉、輸送成分中の衝突する固
体物質の有害な付着を軽減することができるとｉうこと
は明らかである。

混合物中に含まれる液化物質は低温壁部分に衝突して固
化及び収縮する。この結果、その粒子内及び固化した粒
子と壁との境界の応力が高くなり、ガスの流れあるｉは
混合物中の非粘着性の粒子の流れによって９粒子が壁か
ら落下したりはがれたりする。

従って様々な形状の低温壁を様々な位置で有効に活用す
ることができる。第６図に示される形状では、低温壁部
分！＋’は遠心分離装置Ｊ６の内周面に亘って延びてお
り、また矩形の入口部分４Ｊを備えて−る。また低温壁
部分３亭は糸巻形部分Ｊｆ及びガス化装置の出口４−を
通って凰びている。従って低温壁部分はガス混合物中の
すべての物質に露呈している。また低温壁部分は種々の
方法で冷却することができる。

第７図に示す構成では、低温壁部分６４はｌ／亭１ｎ乃
至ｌン１１ｎ（約６．参■乃至約／Ｊ、７ｓ＋ｓ）の厚
さのステンレス鋼板を儂えており、低温壁部分６４に１
Ｉｉｌｌたステンレス鋼管りＩを通る冷却剤の流れによ
って冷却される。

第を図に示すように、低温壁部分ｊ参は好ましくは遠心
分離装置Ｊ６の入口部分４Ｊより―直に僅かに大１！Ｉ
ＶＳ高さに延びてｈる。また、その入口の上下に全体に
蝿ばすこともできる。しかし１重要なことは、低温壁部
分はガス及び高密度混合物により実質的な衝突を受ける
あらゆる内表面に用−られることである、低温壁部分を
使用しなめ遠心分離装置では粒子が慣６．′性により飛
び衝突して堆積するのは以下の屓−で起ζると信じら゛
れている。ガスにより這−ばれる物ｌＩｔは遠心分離装
置゛に入り、入口と反対側の壁に衝突する。壁土の衝突
パターンの最初の広がりの範囲は物質の粒径分布及び入
口速度、によってかわ。

るようである０粒子が小さく温合物の入口速度が遅い場
容には、衝突のパターンは流れの方向に向って遠心分離
装置の内周に沿って広く拡がる。含有物質が流れの方向
板ｉ＃ｃ−じて方向転換する時間があるため１粒子が壁
に衝突する前に遠心分離装置あまわりをさらに遠（まで
運ばれるのである０粒子が大きく入口速度が速め場合に
、は、衝突パターンは入６から反対側て局部的になる。

また粒子が小さく入口速度が違−場合はやや垂直方向へ
幾分大会（分散した堆積パターンとなる傾向がある。＊
Ｓは、−反履こゐと間もなく反対側の壁から入口に向っ
て進行する。堆積の前面が入口に近づくにつれて、入口
のガス流れはさらに拡散し、衝突パターンはさらに拡が
る。最終的に、堆積物は入口領域に入り流入する混合物
の流れを止めてしまう。

′従って、特定の装置の稼動上のパラメータ、たとえば
混合物の含有量、流入物質の大きさ。

及び入口速度により、低温壁部分の円周方向及び垂直方
向の拡がりはその特定の装置に応じて変化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭素質固体ガス化装置の概略図、第一
図は稼動の結果化じる内−堆積物を示した従来のサイク
はンを断面で示した平面図。 第３＠は第２図のサイクロンの内部の展開図。 第参図は内部の堆積を示した本発明のサイクロン及びガ
ス化装置を断面で示した平面図、第３図は本発明の部分
を断面で示した平面図、第６図は本発明の他の実施例を
断面で示した平面図。 第り図は本発明のさらに他の実施例を断面で示した平面
図、第ｔｒＩ！Ｊは本発明の他の実施例を断面で示した
立面図である。 ＩＯ・・可燃性ガス製造装置、ｌコ・・ガス化装置、／
４Ｉ・・容器、／６・・ホッパー。 コロ・・遠心分離装置、４Ｉコ・・熱交換器。 ダダ・拳用役回路、参ｇ・・耐火材、ｊＯ・拳堆積物、
！ゲ・・低温壁部分、ｊ＆・・耐火断熱材、Ａｆｆ・・
チャンバ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （／）　　液化温度よｐ高温で炭素質材料ガス化装置か
   ら排出される可燃性ガス及びその他の物質の混合物を浄
   化するようにされた遠心分離装置に於て、＃起混合物が
   衝突するような位置にある前記遠心分離装置の内表面が
   前記物質の液化温度よりも低温に鎗記内ＩｌＩ厘を維持
   する冷却装置を備えてなる遠心分離装置。 （コ）　前記遠心分離装置が円筒形で、−直方向に向ｉ
   てｉ″Ｃ接線方向の入口を備え、前記内表面が前記入口
   に隣接して配置８れてなる特許請求の範囲第１項記載の
   遠心分離装置。 （３）前記入口および前記遠心分離装置の全内表面が冷
   却装置を備えてなる特許請求の範囲第１項記載の遠心分
   離装置。 （４’）　　前記冷却装置が、＃記内ａｍに対して熱交
   換関係に冷却剤を循環させる導管と、用役ａ−路と、前
   記冷却剤から前記用役回路に熱を伝達８せる熱交換器と
   を備えてなる特許請求の範８第１１［、第１項あるいは
   第５項記載の遠心分離装置。 （ｊ）　　液化温度より高温で炭素質材料ガス化装置か
   ら排出される可燃性ガスと他の物質との混合物を遠心分
   層装置内で浄化する方法に於て、前記混合物を前記遠心
   分離装置の内表面に向け、前記内表面を前記物質の液化
   温度よりも低温に維持してなることを特徴とする浄化方
   法。 （６）　　前記内表面の一度を約２゜ダ℃よりも低温に
   維持する特許請求の範８第５項記載の浄化方法。 （り）　　硫黄を含む炭素質材料を液化させ燃焼させて
   ？ｊｊｔより高温の可燃性生成ガス及び他の物質の混合
   物を形成し、＃記混合物を遠−心分離装置の内＊面に衝
   突するように方向付け。 前記内表面をｔｚｘ”ｃよりも低温に維持するように冷
   却剤を循環させて前記内表面を冷却し。 前記冷却剤を前記内表面で前記混合物から除去した熱エ
   ネルギーを活用する装置を通して循環させる硫黄を含む
   炭素質材料のガス化方法。