JP2005523806A - 流動床反応器のための格子構造、および流動床反応器から粗物質を除去する方法 - Google Patents

Abstract

流動床反応器のための格子構造であって、反応器が、固体粒子の流動床を内部に保持する、実質的に垂直な壁によって画成された反応チャンバと、反応器下部の反応チャンバの下のウィンドボックスとを含んでいる格子構造が提供される。格子構造は反応チャンバとウィンドボックスの間に配置され、（ａ）反応チャンバ内の流動床を懸濁させるために、流動化ガスをウィンドボックスから反応チャンバ内に供給する複数の連続的なノズル・ライン、および（ｂ）ノズル・ライン間の連続的な溝を含んでいる。ノズル・ラインは、隣接する溝の方へ流動化ガス噴流を向けるために、ノズル・ラインの側面に主たるガス流れ方向を有する複数のガス出口を含んでいる。

Description

本発明は、流動床反応器向けの格子構造、およびそうした格子構造を用いて流動床反応器の底部から粗物質（ｃｏａｒｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）を除去する方法に関する。より詳細には、本発明は、流動床反応器から粗物質を確実且つ効率的に除去できるように最適化された耐久性のある格子構造に関する。

流動床反応器は、固体粒子の流動床を内部に保持する、垂直な壁によって画定された反応チャンバと、反応器下部にある反応チャンバの下のウィンドボックスと、反応チャンバおよびウィンドボックスの間の、反応チャンバ内で流動床を支持するための格子構造とを有する。格子構造には、流動化空気または他の気体をウィンドボックスから反応チャンバ内に分散させるために、一般にノズルなどの手段が存在する。

流動床反応器は、固体燃料の燃焼やガス化などの様々な処理に用いられ、これらの処理では反応チャンバの底部すなわち格子上に粗い残留物質が生成される可能性がある。石や屑鉄など不燃性物質を多く含む固体燃料を反応チャンバ内で処理する場合や、処理によって、例えば灰塊のような粗物質が生成される場合は特に、粗物質の蓄積が問題となる可能性がある。格子上に蓄積した粗物質は、例えば流動化ガスまたはプロセス・ガスの反応チャンバ内への適切な分布を妨げるなど、それが流動床の動作と悪い相互作用を及ぼし合う前に除去すべきである。したがって流動床反応器には、粗物質を反応器底部から適切に除去するのに有効な装置が必要である。通常、固体（すなわち粗物質）を反応器から取り出すために、反応チャンバ底部に少なくとも１つの放出ダクトが設けられる。

しかし、流動化空気によって生じるランダムな運動は重い断片または好ましくない形をした断片を水平方向に長い距離にわたって搬送することができないため、反応チャンバ底部に配置された従来の物質放出流路または少数の物質出口管では、粗物質の効率的な除去に十分でないことが多い。また粗物質が付着する可能性がある上方に突き出した空気ノズルや他の凸凹が底部にある場合、特に反応チャンバ底部に沿った物質の移動が妨げられる。

流動床底部からの物質除去を改善する１つの試みは、例えば米国特許第５，３９５，５９６号明細書に開示されているように、送風によって物質を放出開口または放出ダクトの方へ導く、指向性のある流動化空気ノズルを用いることである。しかし、分散した空気ノズルはエロージョンを生じやすく、粗物質がノズルに付着する恐れがある。

他の取り組みは、反応チャンバ底部を階段状にするか、あるいは出口に向けて下方に傾斜させることによって、重力が物質の水平移動を助けるようにするものである。こうした解決策は、例えば米国特許第４，３７２，２２８号明細書に記載されている。しかし、これらの解決策に伴って、移動する物質および高速で送り込まれる搬送空気によって引き起こされるノズルまたはその近くの領域の磨耗が問題となる可能性がある。また少なくとも底部にかなりの高さの違いがある場合には、様々なノズルからの異なる床圧力のために、空気を格子領域全体に均一に送り込むことは困難である。

米国特許第４，７４８，９１６号明細書は、上部が実質的に水平なノズル、および流動床燃焼器の底部に配置されたこうしたノズルの配列について開示している。ノズルは、分岐する２つのエア・ジェット（エア噴流）をその前端から水平に、隣接するノズル相互間の領域の方へ向けている。この特許は、粗物質を床の底部に沿って移動させることができるように空気を供給する、耐性のあるノズルを提供することを目的とするものである。しかしその構造は底部に大きく変動する流速場をもたらし、したがって低速領域ではエロージョンまたは粗大粒子蓄積の恐れがある。

ここまでの従来技術についての記載から理解できるように、粗い灰および他の不燃物を効率的且つ確実に搬送して、流動床反応器の底部領域全体から灰を回収することができる新たな格子構造が求められている。

したがって、本発明の１つの目的は、上述の欠点を最小限に抑える、改善された格子構造を提供することである。

本発明の特別な目的は、粗物質の放出が改善された、耐久性のある格子構造を提供することである。

本発明の他の目的は、物質が流動化空気ノズルに付着するのを最小限に抑える格子構造を提供することである。

本発明のこれらの目的、および他の目的を達成するために、添付の特許請求の範囲に記載する新たな装置および方法が提供される。

したがって、本発明によれば、流動床反応器のための格子構造が提供され、この反応器は、固体粒子の流動床を内部に保持する、実質的に垂直な壁によって画成された反応チャンバと、反応器下部に位置する、反応チャンバの下のウィンドボックスとを含む。格子構造は反応チャンバとウィンドボックスの間に配置されており、また反応チャンバ内の流動床を懸濁させるために流動化ガスをウィンドボックスから反応チャンバ内に供給する複数の連続的なノズル・ラインと、ノズル・ライン間の連続的な溝（あるいは堀）とを有している。各ノズル・ラインは、流動化ガス噴流を隣接する溝の方へ向けるために、それぞれのノズル・ラインの側面に複数のガス出口を有している。

また本発明によれば、粗物質を流動床反応器から除去する方法が提供され、この方法は、（ａ）流動化ガス噴流を、格子構造を通して反応器低部のウィンドボックスから反応チャンバに噴射することにより、固体粒子の流動床を流動床反応器の反応チャンバ内に保持するステップであって、格子構造は、反応チャンバの流動床を懸濁させるために、流動化ガスをウィンドボックスから反応チャンバ内に供給する複数の連続的なノズル・ラインを含んでいるステップ、および（ｂ）粗物質を反応チャンバ底部から除去するステップを含み、またステップ（ｂ）は、ガス噴流から形成された混合ガス流れにより、格子構造の複数のノズル・ライン間に配列された複数の溝に沿って粗物質を搬送することを含んでいる。

本発明による格子構造はノズル・ラインおよびノズル・ライン間の溝を有している。本発明では、一般に溝が固体密（ｓｏｌｉｄｓ−ｔｉｇｈｔ）であり、したがって粗物質がノズル・ラインの間で格子の下の収集漏斗（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｆｕｎｎｅｌ）に落下しない点において、いわゆるエア・バー格子（ａｉｒ ｂａｒ ｇｒｉｄ）と異なる。この格子のきわめて重要な機能は、粗物質を溝に沿って水平に、例えば放出ダクトまで搬送するための手段を提供することである。ノズル・ラインおよび溝は、粗物質を格子上で効率的且つ確実に搬送するように、滑らかな表面およびよく定義された流動化ガスの速度場をもたらす単純で連続的な構造である。

本発明の好ましい実施例によれば、複数のノズル・ラインは、側面および端面を有する複数のノズル・ユニットを有し、連続するノズル・ユニットはその端面で互いに接触して複数のノズル・ラインの１つを形成している。

ノズル・ラインは流動化ガス噴流を２つの隣接する溝の方へ向けるために、反対側に位置するその２つの側面にガス出口を有していることが好ましい。実質的に水平なガス噴流を形成するために、ガス出口の流れ方向を実質的に水平にすることができる。水平なガス噴流を利用することにより、反応チャンバ底部に沿って物質を搬送する効率が最大になる。しかし物質によっては、物質が逆戻りしてウィンドボックス、またはノズル・ユニット内部へ移動する危険を最小限に抑えるために、ガスの流れ方向を、例えば約５〜１０度だけわずかに下向きに傾斜させると有利になることがある。

本発明の好ましい実施例によれば、格子構造は粗物質を反応チャンバから取り出すための１つまたは複数の放出ダクトを有し、ガス出口の流れ方向は、固体物質を溝に沿って放出ダクトの方へ向けるように、隣接する溝の垂線と所定の角度を形成している。好適には、格子構造は複数の格子領域からなり、この格子領域は平行なノズル・ラインおよび溝を有し、したがってある特定の物質流れ方向を有している。格子領域は、粗物質が最終的に格子領域全体から放出ダクトへ集められるように構成されている。

ノズルのガス出口流路は、円形の断面を有していてもよい。しかし、溝できわめて均一な空気の分布を得るためには、ガス出口が主に水平であること、すなわち、その水平方向の幅をそのそれぞれの高さよりはるかに大きくすることが好ましい。ガス出口の幅は、そのそれぞれの高さの少なくとも４倍であることが好ましい。或いは、ガス出口は一列に並んだ複数のさらに小さい開口を有していてもよい。またガス出口の幅がノズル・ユニット側面のかなりの部分に及んでもよい。ノズル・ライン側面におけるガス出口の水平方向の全幅が、各ノズル・ライン側面の水平方向の寸法全体の少なくとも約２０％に延びていることが好ましく、より好ましくは、少なくとも約４０％に延びている。

ガスをガス出口に送り込むために、ノズル・ユニットは、ウィンドボックスおよびガス出口と流れ連通する垂直なダクトを有していてもよい。ガス出口開口または流路を、垂直なダクトに直接接続することもできる。しかし、特に平坦なガス出口を用いる場合に、ノズル・ユニットは、垂直なダクトとガス出口とを接続する実質的に水平な中央流路を有していることが好ましい。平坦なガス出口において均一な流速を提供するように、中央流路は、流れ方向に減少する垂直方向の断面積を有していてもよい。

均一な流速はきわめて重要であるが、これはそうでないと出口のある部分でノズル・ユニットに向かう戻り流れを生じる可能性があるからである。戻り流れは物質をノズル内部に集め、ノズルに急速なエロージョンを引き起こす恐れがある。不均一な流速はガス噴流の複数の部分における不必要に高い流速を示唆しており、このため、隣接する表面、例えば隣接する溝の対向するノズル側面への衝突によってエロージョンの危険が高まる。

ノズルによって提供される流速場は、反応器底部での粗物質の移動効率に強い影響を及ぼす。本発明を利用することにより、よく定義された流速場を提供することが可能になる。ガス出口の数、サイズおよび形を最適化すると、溝でのガス流れは溝に沿って適切に方向付けされ、比較的一定の速度、例えば３０〜５０ｍ／ｓを有するようになる。溝およびノズル・ラインのすぐ上でも、ガス流れはやはりほとんど適切に方向付けされており、例えば１０〜３０ｍ／ｓの速度を有している。反応器底部からさらに上方では、ガス流れの主たる方向（メインガス流れ方向）は上向きになり、速度は表面流動速度のレベル、例えば２〜８ｍ／ｓになる。

ある特定の用途で必要とされる流速は、その用途で用いられる物質および反応器の構造に依存する。この格子構造の場合、ノズル出口でのガスの流速があまり高くなくても、粗い固体物質は反応器底部で効率的に搬送され、したがって格子のエロージョンの危険は最小限に抑えられる。この構造では、ノズルのガス出口の寸法やウィンドボックスの圧力を変えることによって、流速を容易に最適化することができる。

ガス出口は、軸線方向の十分な長さと出口の流れ方向を決定する側壁とを有する単純な開口または流路とすることができる。しかし、本発明による一部のノズル・ユニット構造では、ガス噴流の指向性を改善するために、ガス出口流路内に案内用の要素を有していることが有利である。こうした案内要素は、例えばガスを溝全体にわたって均一に供給するために、ノズル・ライン側面の大部分に延びたきわめて幅の広い水平なガス出口を用いる場合に使用することができる。

反応チャンバ内での均一で安定した流動化を保証するには、流動化ガスのノズルが十分な圧力降下（圧力損失）を有していなければならない。本発明の好ましい実施例によれば、ノズルの主な圧力降下は、垂直な空気管の上部（好ましくは管の上端）に配置された制御板によって与えられる。この制御板は孔を有し、その孔の大きさを必要な圧力降下が得られるように調整可能であることが好ましい。傾斜した底部で空気ノズルを用いる場合、ノズルによって均一なガス流量を提供するためには、底部の異なる高さにあるノズルで圧力降下が異なっていなければならない。制御板を用いると、底部の高い位置のノズルの圧力降下を、高さがより低い位置のノズルの圧力降下より大きくなるように簡単に調整することができる。

垂直な空気管の頂部における制御板の代替形態として、ユニット構造の他のいくつかの領域でノズルの圧力降下を調整するようにしてもよい。圧力降下は、垂直な空気ダクトの底部、中央流路、またはノズルの出口開口での狭窄によって調整することができる。しかし、空気ダクト底部での圧縮は逆戻りして移動する危険を高め、中央流路または出口開口での圧縮はガス流れの均一な分布を妨げる恐れがある。

ノズル・ユニットを鋳造によって作製すると有利である。これらは、鋳造金属または鋳造耐火物で作製することができる。ノズル・ユニットが鋳造耐火物で作製され、溝が耐火物で覆われている場合、きわめて耐久性のある格子構造が形成される。しかし、格子のノズルは一般にきわめて厳しい条件で使用されるため、ある動作時間の後には新しいノズルと交換しなければならない。したがって、容易に交換できることは、格子のノズルのきわめて重要な特徴となる。このノズルは有利な一般的な形状であるため、多くの有利な方法で取り付けることができる。１つの可能性は、複数のノズルにまたがるピンによってノズルを垂直な空気ダクトに直接取り付けることである。他の可能性は、ノズル側面の突起によってノズルを取り付けることである。取り付けを行ったらノズルを耐火材に埋め、取り付け手段を覆い、出口開口の下端の高さまで延ばすと有利である。

以上の簡単な説明、並びに本発明の他の目的、特徴および利点は、現在のところ好ましいものではあるが、それでもなお例示的なものである本発明の実施例についての以下の詳細な記載を添付図面と共に参照することによって、さらによく理解されよう。

図１は、固体粒子の流動床１６が内部に保持された、垂直な壁１４によって画定される反応チャンバ１２を有する流動床反応器１０を、垂直断面で示している。反応器１０下部の反応チャンバ１２の下にはウィンドボックス１８がある。反応チャンバ１２とウィンドボックス１８の間には、反応チャンバ内の流動床１６を懸濁させるための格子２０が配置されている。流動化ガスを、流動化ガスの入口手段２２を通してガスが反応チャンバ１２へ注入された場所からウィンドボックス１８へ、さらに格子２０に配列されたノズル・ライン２４を通して導入することにより、床１６は流動化状態に維持される。

図１は、固体燃料、可能性のある吸収材、および不活性な流動媒体などの固体粒子が、流動化ガスと共に反応チャンバ１２の上部へ、次いで出口開口２６を通ってサイクロン２８へ伴出されるように、反応チャンバ１２内の流動化ガスの速度を高めた高速流動床反応器を示している。サイクロン２８では、排出ガスと共に伴出された固体粒子の大部分が排出ガスから分離される。したがって、清浄化された排出ガスはガス・ディスチャージ３０を通して放出され、分離された固体粒子は戻りダクト３２を通して反応チャンバ１２へ戻される。或いは、反応器１０を、低速流動床反応器など流動床反応器の他のあるタイプのものとすることもできる。

固体燃料の燃焼やガス化など反応チャンバ１２で行われる処理は、通常灰や炭など細かい残留物質を発生させるが、これは絶えず活発に動いている流動化ガスによるものであり、放出ダクト３４を通して反応チャンバ１２から除去することができる。しかし反応チャンバ１２での処理は、チャンバ１２の底部に降下し、特別な手段によって出口３４へ浮動するだけの灰塊などの粗物質も発生させる。入口手段３６を通して反応チャンバ１２に導入された固体物質は、石や屑鉄など粗い固体粒子を含むこともあり、これらを反応チャンバ１２の底部から除去しなければならない。反応チャンバ１２の底部での粗物質の移動を助けるために、図１に示すように、格子２０を放出ダクト３４に向けて傾斜させてもよい。しかし図２にさらに詳しく示すように、本願の格子２０の構造は、新しい効率的な装置および粗物質を放出ダクト３４の方へ搬送するための方法を提供する。

図２は、本発明による格子構造４０の一部を示している。この格子構造４０は、端面４４および側面４６を有するノズル・ユニット４２を有している。ノズル・ユニット４２は、その端面４４で互いに接触することにより、連続的なノズル・ライン４８、４８’を形成している。ノズル・ライン４８、４８’は、不均一で不安定な流動化空気の流れパターンを生じさせる突出部や陥凹部のない、単純な連続した形状であることが好ましい。そうした不均一または不安定な流れパターンは、格子上で固体物質の流れを妨げ、格子構造４０のエロージョンの危険を高める。ノズル・ライン４８、４８’の頂部より低い高さにある溝５０、すなわち格子４０の滑らかな直線部分が、隣接する平行なノズル・ライン４８、４８’の各対の間に形成されている。

ノズル・ユニット４２の側面４６はガス出口５２を有しており、それを通して流動化ガス・ジェット５４が、隣接する溝５０、５０’に噴射される。ガス出口５２は、ガス・ジェット５４を、例えば隣接する溝５０、５０’の垂線に対して約２０°〜７０°傾けて方向付けるように形成されていることが好ましい。したがって、ガス・ジェット５４は溝５０、５０’それぞれに、粗い固体物質を溝５０、５０’に沿って固体物質の放出開口５８に向けて効率的に移動させる混合ガス流れ５６を形成する。

この混合ガス流れ５６は固体物質を、直接放出開口５８へ、または複数の溝５０、５０’から収集された物質を、例えば有効なガス流れ６２によって放出開口５８に向けて搬送する収集領域６０へと導くことができる。こうした有効なガス流れは、例えば収集領域６０に隣接するノズル・ユニット４２の端面４４’内の特別なガス出口開口６４によって提供することができる。収集領域６０の底部は、放出開口５８に向けて傾斜していてもよい。また収集領域６０は、第１のノズル・ライン４８に垂直なノズル・ライン６６を有していてもよい。

当分野の技術者には明らかであるように、底部の格子を、それぞれが平行なノズル・ラインおよび溝を有する複数の格子部分、並びに収集領域から構成して、粗い固体物質を流動床反応器の底部領域全体から放出開口へ効率的に搬送するようにする多くの代替方法がある。ノズル・ラインおよびノズル・ユニットの出口開口の配列は、その格子内の位置に依存してもよい。一例として、図２に示したノズル・ライン４８’’など格子端部のノズル・ラインは、一方の側面４６のみにガス出口５２を有していてもよい。

図３ａ、図３ｂ、図３ｃおよび図３ｄは、本発明の格子構造４０に用いられるノズル・ユニット７０の好ましい第１の実施例を示している。図３ａは、２つのガス出口７２および７２’を、それぞれノズル・ユニットの側面７４および７４’に有するノズル・ユニット７０の水平断面図を示している。流動化ガス・ジェット７６、７６’は、ガス出口７２、７２’を通して、隣接する溝７８、７８’へ噴射される。

ノズル・ユニット７０は、その端面８０および８０’によって、隣接する同様のノズル・ユニット７０’および７０’’に接続されている。ノズル・ユニット７０、７０’、７０’’は、結合された滑らかな側面によってノズル・ライン８２の一部を形成している。溝７８では、溝７８の対向する側面に位置するノズル・ユニット７０および７０’’’からのガス・ジェット７６および７６’’が混合ガス流れ８４として合流し、この混合ガス流れ８４は粗物質を溝７８に沿って効率的に搬送する。同時に、例えばジェット７６’’および溝７８内の物質が、他の方法ではノズル・ユニット７０からの高速ガス・ジェット７６によって引き起こされるエロージョンからノズル・ユニット７０’’’を保護する。

ノズル・ユニット７０の端面８０’の近くには、ガスを格子構造４０の下に位置するウィンドボックスからノズル・ユニット７０へ導くための垂直な入口８６がある。この垂直な入口８６は、水平な中央流路８８によってガス出口７２に接続されている。垂直な入口８６および中央流路８８は、ノズル７０の一部断面の側面図である図３ｂにも示してある。図３ｂは、ガス出口７２が平坦な垂直断面を有すると好ましいこと、すなわちその個々の幅がその個々の高さよりはるかに大きいことを示している。

図３ｂはまた、一定の流速を維持し、幅の広い出口開口７２の全体にわたってできるだけ均一にガスを分布させるために、ガスの流れ方向で中央流路８８が狭くなっていることを示している。ガス出口７２および隣接する溝７８における理想的なガスの流れパターンを損なわないようにするためには、出口７２での均一なガスの分布がきわめて重要である。ガス流れが不均一であると戻り流れを引き起こし、ノズル内部に集まる物質によってエロージョンが進行する恐れもある。

図３ｂはまた、ノズル・ユニット７０がその端面８０、８０’によって隣接するノズル・ユニット７０’、７０’’にどのように接続されているかを側面図として示したものでもある。互いに接続されたノズル・ユニット７０、７０’および７０’’の頂面９０は、反応チャンバ底部の粗大粒子が付着する可能性がある突出部や陥凹部のない、滑らかな頂部表面を形成している。

図３ｃおよび図３ｄは、それぞれ図３ｂの直線Ａ−ＡおよびＢ−Ｂに沿った垂直断面図を示している。これらの断面図は、好ましいがやはり例示的であるノズル・ユニット７０の形を示している。本発明の個々の実施例において、ノズル・ユニット７０の垂直断面は多くの観点で図３ｃおよび図３ｄに示すものと異なっていてもよい。図３ｃによれば、中央流路８８およびガス出口７２、７２’の底部は平坦である。流動床内の固体物質のタイプによっては、ガス出口７２、７２’をガスの流れ方向にやや下方に傾斜させると有利になることがある。この傾斜角度は約１０°〜約２０°とすることができ、物質が逆戻りしてノズル・ユニット７０内部に移動する危険をさらに最小限に抑える。図３ｃおよび図３ｄは、ノズル・ユニット７０の側面７４、７４’が垂直であることを示している。流動媒体によっては、逆戻りしてノズル・ユニット７０内部に移動するのをさらに防止するために、側面の頂部をある量だけ、例えば約１０°だけ外側に傾斜させると有利になることがある。図３ｃおよび図３ｄは平坦な頂面９０を示している。用途によっては、異なる頂面９０を有していると有利になることがある。例えば、それを楔型にしてもよいし、或いはその外縁９２を丸くしてもよい。

図３ｄは、ノズル・ユニット７０の入口部分、およびノズル・ユニット７０の垂直な開口８６内に配置された垂直なダクト９４の垂直断面図を示している。流動化ガスは、ダクト９４を通して格子構造の下のウィンドボックスからノズル・ユニット７０へ導かれる。開口９８を有する板９６が、ダクト９４の上端に配置されている。板９６は、ノズル・ユニットの圧力降下を適切なレベルに調整するために用いられる構造を提供する。格子構造が放出ダクトに向けて傾斜している時、ノズル・ユニットは異なる垂直方向の高さ、および異なる平均流動床圧力の箇所に位置している。したがって流動床のすべての部分で固体物質の適切な流動化を維持するために、ノズル・ユニットには異なる圧力降下が必要である。板９６の開口９８により、必要に応じて個々のノズルの圧力降下を調整することが容易である。

図４ａおよび図４ｂは、本発明の格子構造に用いることができる、他の好ましいノズル・ユニット１１０を示している。図４ａは水平断面図を、図４ｂは同じノズル・ユニット１１０の側面図を示しているが、このノズル・ユニット１１０は、垂直な２つの開口１１２、１１２ａを有しており、各開口がガス出口１１４、１１４’および１１４ａ、１１４ａ’をそれぞれ通して、隣接する溝に流動化ガスを噴射する点において図３ａ〜３ｄに示したものと異なっている。出口１１４、１１４’、１１４ａ、１１４ａ’からのガス・ジェットの指向性を改善するために、それぞれのガス出口をスプリッタ１１６によって２つの部分に分割している。ガス出口１１４の幅がきわめて広い場合には、２つ、或いは３つ以上のスプリッタ１１６によって分割してもよい。

図５ａ、図５ｂおよび図５ｃは、本発明の格子構造に利用することができるノズル・ユニット１２０の好ましい第３の実施例を示している。図５ａは水平断面図を、図５ｂは側面図を、図５ｃは同じノズル・ユニット１２０の図５ａのガス出口１２２の１つに沿った垂直断面図を示している。ノズル・ユニット１２０は、ガス出口１２２が平たいものではなく、円形の断面を有している点において前述のものと異なっている。多数の円形のガス出口を有することにより、比較的均一な混合ガス流れを隣接する溝に与えることが可能になる。図５ｃは、楔型の頂部表面１２４、傾斜した側面１２６、およびガス出口流路１２２を有するノズル・ユニット１２０の一例を、垂直断面で示している。

もちろん、本発明の格子構造向けのノズル・ユニットを構成するための他の代替形態もある。１つの可能性は、図３ａに示したように垂直な入口流路に接続された水平な中央流路を形成し、この中央流路を、図５ａに示したように複数の円形の出口流路に接続することである。

本明細書では本発明を、現在のところ最も好ましい実施例と考えられるものに関して例示の目的で記載してきたが、本発明が開示した実施例に限定されず、添付の特許請求の範囲に定める本発明の範囲に含まれるその特徴と複数の他の用途の様々な組み合わせ、または変形形態を包含するものであることが理解されよう。

本発明による格子構造を有する流動床反応器の概略的な断面図。 本発明による格子構造の一部の概略図。 本発明の第１の実施例によるノズル・ユニットの概略的な水平断面図。 本発明の第１の実施例によるノズル・ユニットの一部断面の概略的な側面図。 本発明の第１の実施例によるノズル・ユニットの概略的な垂直断面図。 本発明の第１の実施例によるノズル・ユニットの他の概略的な垂直断面図。 本発明の第２の実施例によるノズル・ユニットの概略的な水平断面図。 本発明の第２の実施例によるノズル・ユニットの概略的な側面図。 本発明の第３の実施例によるノズル・ユニットの概略的な水平断面図。 本発明の第３の実施例によるノズル・ユニットの概略的な側面図。 本発明の第３の実施例によるノズル・ユニットの概略的な垂直断面図。

Claims (29)

1. 流動床反応器のための格子構造であって、前記反応器は、固体粒子の流動床が内部に保持される、実質的に垂直な壁によって画成された反応チャンバと、前記反応器下部の、前記反応チャンバの下のウィンドボックスとを含み、前記格子構造は、前記反応チャンバと前記ウィンドボックスとの間に配置されており、且つ
   前記反応チャンバ内の流動床を懸濁させるために、流動化ガスを前記ウィンドボックスから前記反応チャンバ内に供給する複数の連続的なノズル・ラインと、
   前記ノズル・ライン間の連続的な溝と
   を有し、前記ノズル・ラインは、隣接する溝の方へ流動化ガス噴流を向けるために、前記ノズル・ラインの側面に、主たるガス流れ方向を有する複数のガス出口を有している格子構造。
2. 前記ノズル・ラインが、隣接する２つの溝へ流動化ガス噴流を向けるために、前記ノズル・ラインの反対側の２つの側面にガス出口を有する請求項１に記載の格子構造。
3. 実質的に水平なガス噴流を形成するように、前記複数のガス出口の主たるガス流れ方向が実質的に水平である請求項１に記載の格子構造。
4. 前記反応チャンバから粗物質を取り出すための少なくとも１つの放出ダクトをさらに有し、前記複数のガス出口の主たるガス流れ方向が、固体物質を溝に沿って前記少なくとも１つの放出ダクトの１つの方へ向けるように、隣接する溝の垂線と所定の角度を形成している請求項１に記載の格子構造。
5. 前記複数のガス出口がその高さの少なくとも４倍の水平方向の幅を有し、ノズル・ライン側面におけるガス出口の水平方向の全幅が、ノズル・ライン側面の水平方向の寸法全体の少なくとも約２０パーセントに延びている請求項１に記載の格子構造。
6. ノズル・ライン側面におけるガス出口の水平方向の全幅が、ノズル・ライン側面の水平方向の寸法全体の少なくとも約４０パーセントに延びている請求項５に記載の格子構造。
7. 前記ノズル・ラインが、側面および端面を有する複数の連続するノズル・ユニットを有し、連続するノズル・ユニットがその端面で互いに接触して、前記複数のノズル・ラインの１つを形成している請求項１に記載の格子構造。
8. 前記ノズル・ユニットが、前記ウィンドボックス、および前記複数のガス出口のうちの少なくとも１つと流れ連通している垂直なダクトを有する請求項７に記載の格子構造。
9. 前記ノズル・ユニットが、前記垂直なダクトと前記複数のガス出口のうちの少なくとも１つとを接続する実質的に水平な中央流路を有し、この中央流路が、流れ方向に減少する垂直方向の断面積を有している請求項８に記載の格子構造。
10. 前記垂直なダクトの上部に配置された、流動化ガスの圧力降下を調整するための制限体をさらに有する請求項８に記載の格子構造。
11. 前記複数のノズル・ラインが鋳造耐火物で形成される請求項１に記載の格子構造。
12. 前記ガス噴流が実質的に水平に噴射される請求項１に記載の格子構造。
13. 前記ガス噴流が、固体物質を溝に沿って放出ダクトの方へ向けるように、隣接する溝の垂線に対して約２０°〜７０°傾けて噴射される請求項１に記載の格子構造。
14. 前記ガス噴流は、それぞれが高さの少なくとも４倍の幅を有するビームとして噴射される請求項１に記載の格子構造。
15. 粗物質を流動床反応器から除去する方法であって、
    流動化ガス噴流を、格子構造を通して前記反応器低部のウィンドボックスから反応チャンバに噴射することにより、固体粒子の流動床を前記流動床反応器の反応チャンバ内に保持するステップであって、前記格子構造は、前記反応チャンバ内の流動床を懸濁させるために、流動化ガスを前記ウィンドボックスから前記反応チャンバ内に供給する複数の連続的なノズル・ラインを含んでいるステップと、
    粗物質を前記反応チャンバ底部から除去するステップであって、粗物質を、前記ガス噴流から形成された混合ガス流れによって、前記格子構造の複数のノズル・ライン間に配列された複数の溝に沿って搬送することを含むステップと
    を含む除去方法。
16. 前記ガス噴流を実質的に水平に噴射することをさらに含む請求項１５に記載の除去方法。
17. 固体物質を溝に沿って放出ダクトの方へ向けるように、前記ガス噴流を、隣接する溝の垂線に対して約２０°〜７０°傾けて噴射することをさらに含む請求項１５に記載の除去方法。
18. 前記ガス噴流を、それぞれが高さの少なくとも４倍の幅を有するビームとして噴射することをさらに含む請求項１５に記載の除去方法。
19. 前記ノズル・ラインが、隣接する溝の方へ流動化ガス噴流を向けるために、前記ノズル・ラインの側面に主たるガス流れ方向を有する複数のガス出口を有している請求項１５に記載の除去方法。
20. 前記ノズル・ラインが、該ノズル・ラインの反対側の２つの側面にガス出口を有し、隣接する２つの溝へ流動化ガス噴流を向けることをさらに含む請求項１９に記載の除去方法。
21. 前記複数のガス出口の主たるガス流れ方向が、実質的に水平なガス噴流を形成するように、実質的に水平である請求項１９に記載の除去方法。
22. 前記反応チャンバから粗物質を取り出すために少なくとも１つの放出ダクトが設けられ、前記複数のガス出口の主たるガス流れ方向が、固体物質を溝に沿って前記少なくとも１つの放出ダクトの１つの方へ向けるように、隣接する溝の垂線と所定の角度を形成している請求項１９に記載の除去方法。
23. 前記複数のガス出口がその高さの少なくとも４倍の水平方向の幅を有し、ノズル・ライン側面におけるガス出口の水平方向の全幅が、ノズル・ライン側面の水平方向の寸法全体の少なくとも約２０パーセントに延びている請求項１９に記載の除去方法。
24. ノズル・ライン側面におけるガス出口の水平方向の全幅が、ノズル・ライン側面の水平方向の寸法全体の少なくとも約４０パーセントに延びている請求項２３に記載の除去方法。
25. 前記ノズル・ラインが、側面および端面を有する複数の連続するノズル・ユニットを含み、連続するノズル・ユニットがその端面で互いに接触して、前記複数のノズル・ラインの１つを形成している請求項１９に記載の除去方法。
26. 前記ノズル・ユニットが、前記ウィンドボックス、および前記複数のガス出口のうちの少なくとも１つと流れ連通している垂直なダクトを含む請求項２５に記載の除去方法。
27. 前記ノズル・ユニットが、前記垂直なダクトと前記複数のガス出口のうちの少なくとも１つとを接続する実質的に水平な中央流路を含み、この中央流路が、流れ方向に減少する垂直方向の断面積を有している請求項２６に記載の除去方法。
28. 前記垂直なダクトの上部に、流動化ガスの圧力降下を調整するための制限体を配置することをさらに含む請求項２６に記載の除去方法。
29. 前記複数のノズル・ラインが鋳造耐火物で形成されている請求項１５に記載の除去方法。

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