JP2013001571A - 輸送装置、システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、輸送装置、システム及び方法に関する。
【解決手段】本輸送装置は、輸送管路と、輸送管路内に延在する補助ガス管路とを含む。輸送管路は、入口及び出口を画成し、入口を画成する拡大部と、出口を画成する縮小部と、拡大部と縮小部の間にそれらと流体連通して配置された中間部とを含む。輸送装置及び輸送方法もまた提示されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、広義には輸送装置、システム及び輸送方法に関する。具体的には、炭素質燃料粉体のような固体粉体のガス化用のガス化装置内への空気輸送のための輸送装置、システム及び輸送方法に関する。

ガス化は、石炭のような炭素質燃料を石炭ガス又は合成ガスのような可燃ガスに変換することのできるプロセスである。一般的に、ガス化プロセスは、制御及び／又は限定された量の酸素その他の蒸気と共に炭素質燃料をガス化装置内に供給するステップを含む。かかる炭素質燃料をガス化装置へ安定かつ制御可能に流すことは、所望のガス化性能を得るのに有用である。

ガス化装置内に炭素質燃料を輸送するのに、空気輸送法が使用されることが多い。輸送システムのような空気輸送法を採用する通常の輸送システムは、典型的には、貯蔵タンクと、貯蔵タンクと流体連通した供給管路と、貯蔵タンクとガス化装置の間にそれらと流体連通して配置された輸送管路とを含む。

貯蔵タンクは、供給管路を通して炭素質燃料及びキャリアガスを受け入れる。貯蔵タンク内へのキャリアガスの導入により、貯蔵タンクの圧力がガス化装置内の圧力よりも高い所望のレベルに増大して、そのような貯蔵タンクとガス化装置の間の圧力差を発生させる。ガス固体混合物は次に、圧力差により輸送管路を通して貯蔵タンクからガス化装置内に輸送することができる。

しかしながら、そのような通常の輸送システムでは、輸送管路内の炭素質燃料の流れは不安定な流量となりかねない。例えば、プラグ流れの状況では、輸送管路内の炭素質燃料の流量が不均一となり、ガス化装置内への炭素質燃料の導入が不安定になる。これは、ガス化装置内に温度変動を生じさせ、ガス化装置の性能及び耐用年数に不都合を生じかねない。

従って、炭素質燃料粉体のような固体粉体の空気輸送のための新規で改良された空気輸送装置、システム及び方法に対する必要性が存在する。

本発明の一実施形態では、固体粉体の空気輸送のための輸送装置を提供する。本輸送装置は、輸送管路と、輸送管路内に延在する補助ガス管路とを含む。輸送管路は入口及び出口を画成しており、入口を画成する拡大部と、出口を画成する縮小部と、拡大部と縮小部の間にそれらと流体連通して配置された中間部とを含む。

本発明の別の実施形態では、固体粉体の空気輸送のための輸送システムを提供する。本輸送システムは、固体粉体を受けるように構成された貯蔵タンクと、貯蔵タンクと流体連通したキャリアガス管路と、輸送管路と、輸送管路と流体連通した補助ガス管路とを含む。輸送管路は、貯蔵タンクの下流にかつ該貯蔵タンクと流体連通して配置され、入口を画成する拡大部と、出口を画成する縮小部と、拡大部と縮小部の間にそれらと流体連通して配置された中間部とを含む。

本発明の実施形態はさらに、固体粉体の空気輸送のための輸送方法を提供する。本輸送方法は、固体粉体を貯蔵タンク内に供給するステップと、固体粉体と混合するように貯蔵タンク内にキャリアガスを導入して該貯蔵タンク内にガス固体混合物を形成するステップと、調整のために輸送装置の入口を介して該輸送装置内に貯蔵タンクからガス固体混合物を輸送するステップと、縮小部の出口を介して輸送装置から調整ガス固体混合物を輸送するステップとを含む。輸送装置は、輸送管路と、輸送管路と流体連通した補助ガス管路とを含む。輸送管路は、入口を画成する拡大部と、出口を画成する縮小部と、拡大部と縮小部の間にそれらと流体連通して配置された中間部とを含む。

添付図面に関連させて以下の詳細な説明を参照すると、本開示の上記の及びその他の態様、特徴及び利点が一層明らかになるであろう。

本発明の一実施形態に係る輸送システムの概略図。 本発明の一実施形態に係る輸送システムの作動の概略フロー図。

添付図面を参照して本開示の実施形態を以下に説明する。以下の説明では、不必要に詳しくて開示が不明瞭になるのを回避するために、周知の機能又は構成を詳細には説明していない。

図１は、本発明の一実施形態により処理するために１種以上の炭素質燃料のような固体粉体を装置１００内に輸送するための輸送システム１０の概略図を示す。非限定的な実施例では、輸送システム１０は装置１００内に固体粉体を空気輸送するように構成され、その場合に、装置１００は固体炭素質燃料のガス化用のガス化装置とすることができる。１つの実施例では、炭素質燃料は石炭を含む。他の非限定的な実施例では、カーボン質燃料は、歴青質、スート、バイオマス、石油コークス又はそれらの組合せを含むことができる。

図１に示すように、輸送システム１０は、フィーダ１１と、貯蔵タンク１２と、キャリアガス管路１３と、供給管路１４と、輸送装置１５とを含む。幾つかの実施例では、フィーダ１１は、所望の寸法分布を有する固体粉体１６を貯蔵タンク１２内に供給するように構成される。１つの非限定的な実施例では、フィーダ１１は、スクリュフィーダを含むことができる。

貯蔵タンク１２は、フィーダ１１と流体連通しておりかつフィーダ１１を介して管路（図示せず）のような輸送装置を通して固体粉体１６を受けるように構成される。他の実施例では、ポンプ(図示せず)を採用して貯蔵タンク１２内に固体粉体１６を導入することができる。幾つかの構成では、貯蔵タンク１２は如何なる特定の形状に限定されないものとすることができる。非限定的な実施例では、貯蔵タンク１２は、フィーダ１１の下流にかつ該フィーダ１１と流体連通状態に配置された上方部分(図示せず)と、上方部分と結合した下方部分(図示せず)とを含むことができる。１つの実施例では、貯蔵タンク１２の上方部分は円筒形状を有し、また貯蔵タンク１２の下方部分は円錐形状を有することができる。

キャリアガス管路１３は、貯蔵タンク１２上に配置されていて固体粉体と混合するように貯蔵タンク１２内にキャリアガス１７を導入してガス固体混合物を形成するように構成される。キャリアガス１７の非限定的な実施例は、二酸化炭素、窒素のような不活性ガス又はその他の好適なガスを含む。図示し実施形態には１つのキャリアガス管路１３を示しているが、１つ以上のキャリアガス管路１３を採用することができる。

貯蔵タンク１２内へのキャリアガス１７の導入により、貯蔵タンク１２の圧力は所望のレベルに増大させることができる。非限定的な実施例では、貯蔵タンク１２内の所望の圧力は装置１００内の圧力よりも高くして貯蔵タンク１２及び装置１００間に圧力差を発生させるようにすることができる。１つの実施例では、貯蔵タンク１２内の所望の圧力は、約３メガパスカル（Ｍｐａ）である。

供給管路１４は、それぞれ貯蔵タンク１２及び装置１００間にかつ該貯蔵タンク１２及び装置１００と連通して配置されて、例えばガス化用の処理のために貯蔵タンク１２から装置１００内にガス固体混合物を輸送する。非限定的な実施例では、供給管路１４は円筒形状を有することができる。

図示した実施例では、供給管路１４は第１の供給管路１８と、第２の供給管路１９とを含む。第１の供給管路１８は、貯蔵タンク１２及び輸送装置１５間に配置されていて貯蔵タンク１２から輸送装置１５内にガス固体混合物を輸送するように構成される。第２の供給管路１９は、輸送装置１５及び装置１００間に配置されていて輸送装置１５から装置１００内にガス固体混合物を輸送するように構成される。特定の用途では、第２の供給管路１９を採用するか又は採用しないものとすることができる。

幾つかの用途では、ガス固体混合物の流れは第１の輸送管路１８内で不安定な流れとなる可能性があり、例えば第１の輸送管路１８内の固体粉体の流量に生じるプラグ流れでは均一でないものとなる可能性がある。図示した構成の場合には、輸送装置１５は、第１及び第２の輸送管路１８、１９間にかつ該第１及び第２の輸送管路１８、１９と流体連通して配置され、またガス固体混合物の流量を安定した構成にする。その結果、輸送装置１５によって調整した後には固体粉体の流量は均一なものとすることができ、またガス固体混合物は、装置１００内への安定した導入のために第２の輸送管路１９内に安定して供給することができる。

図１に示すように、輸送装置１５は、輸送管路２０と、輸送管路２０に結合された補助ガス管路２１とを含む。図示した構成の場合には、輸送管路２０は貯蔵タンク１２の下流に配置され、またそれぞれ第１及び第２の輸送管路１８、１９と流体連通した入口２２及び出口２３を画成して、装置１００内に導入するために第１の供給管路１８からのガス固体混合物が輸送管路２０を通って流れる。

図示した実施例では、輸送管路２０は、拡大部２４と、縮小部２５と、拡大部２４及び縮小部２５間にかつ該拡大部２４及び縮小部２５に結合されて配置された中間部２６とを含む。拡大部２４は入口２２を画成し、また縮小部２５は出口２３を画成する。

幾つかの実施例では、拡大部２４及び縮小部２５は、円錐台の形状を有することができる。中間部２６は、円筒形状を有することができる。それに代えて、拡大部２４、縮小部２５及び中間部２６は、多角形状のような他の形状を有することができる。

本明細書で使用する場合に、非限定的実施例では、「拡大」という用語は拡大部２４の直径が、入口２２から出口２３の方向又は輸送管路２０内のガス固体混合物の流れ方向に沿って増大することができることを意味する。「縮小」という用語は縮小部２５の直径が、入口２２から出口２３の方向に沿って減少することができることを意味する。幾つかの実施例では、拡大部２４の少なくとも一断面の直径は、第１の供給管路１８の直径よりも大きくすることができる。縮小部２５の少なくとも一断面の直径は、第２の供給管路１９の直径よりも大きくすることができる。ある非限定的な実施例では、中間部２６の直径は、拡大部２４及び縮小部２５の少なくとも一断面の直径よりも大きくすることができる。第１の供給管路１８の直径は、第２の供給管路１９の直径と同じである。

幾つかの用途では、補助ガス管路２１は、固体粉体の輸送を可能にするためにその入口２８を介して輸送管路２０内に補助ガス２７を導入するように構成される。図示した実施例では、補助ガス管路２１は、中間部２６上に配置されていて輸送管路２０内に延在して、その出口２９が縮小部２５によって画成された空間内に延在又は露出する。１つの実施例では、補助ガス管路２１の少なくとも一部分は、輸送管路２０の出口２３に向かって延在して、出口２９が出口２３に近接する。他の実施例では、補助ガス管路２１は、拡大部２４又は縮小部２５上に配置されていて出口２３に向かって延在することができる。

従って、拡大部２４内の入口２２を介して第１の供給管路１８から輸送管路２０内へのガス固体混合物の導入の間に、供給管路１８からのガス固体混合物内のガスの速度を減少させることができ、またガス固体混合物内の固体の速度を供給管路１８内のガス固体混合物の速度と同じにすることができて、ガスの少なくとも一部分が拡大部２４の拡大する空間によるガス固体混合物内の固体の少なくとも一部分から分離される。従って、例えば供給管路１８内のガス固体混合物の不安定な流れパターンのような流れパターンを拡大部２４によって変更又は調整することができる。

幾つかの実施形態では、中間部２６は、バッファ部分として作用させてガス固体混合物の流れパターンをさらに変更するように固体粉体からガスを分離し続けるようにすることができる。縮小部２５において、その空間制限により分割ガスの速度は出口２３に向けて増大させかつ固体粉体と再混合させて固体粉体を運ぶようにすることができる。加えて、補助ガス管路２１はまた、出口２９を介して縮小部２５内に補助ガス２７を導入して固体粉体との再混合のためにガスの速度をさらに増大させる。その結果、輸送装置１５による調整によりガス及び固体粉体は、均一に混合して安定流れパターンを有するガス固体混合物を形成することができる。

従って、輸送装置１５からのガス固体混合物は、装置１００内に導入するために出口２３を介して均一にかつ安定して第２の供給管路１９内に導入することができる。例えば、第１の供給管路１８内におけるガス固体混合物のプラグ流れのような従前の流れパターンと比較して、輸送装置１５による調整により、固体粉体の流量は均一かつ安定したものとすることができ、従って輸送装置１５からのガス固体混合物の流量はまた均一かつ安定したものとすることができる。幾つかの用途ではキャリアガス１７と同様に、補助ガス２７の非限定的な実施例はまた、二酸化炭素、窒素のような不活性ガス又はその他の好適なガスを含む。

図１の構成は、単に例示に過ぎないことに注目されたい。図示した実施例では、１つの補助ガス管路２１を採用している。それに代えて、１つ以上の補助ガス管路を採用することができる。特定の用途では、ガスを導入するために第１の供給管路１８上に付加的なガス管路（図示せず）を配置して第１の供給管路１８内の固体粉体の濃度を調整することができる。図示した実施例では、単一の要素として作用するように互いに一体形にしているが、拡大部２４、縮小部２５及び中間部２６は分割して設けかつ互いに組立てることができる。

特定の用途では、キャリアガス１７及び補助ガス２７は、１つのガス源又は１つ以上のガス源から供給することができる。加えて、図示した構成の場合には、供給管路１４及び／又は輸送管路２０は、装置１００上方にかつ水平方向に対して垂直に配置される。他の用途では、供給管路１４及び／又は輸送管路２０の長手方向軸線は、水平方向に対して約７０°〜約９０°の角度を有することができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る輸送システム１０の作動の概略フロー図３０を示す。図２に示すように、輸送の間にステップ３１において、所望の寸法分布を有する固体粉体１６が、固体粉体源（図示せず）から貯蔵タンク１２内に導入される。ステップ３２において、キャリアガス１７がキャリアガス管路１３を通して貯蔵タンク１２内に導入されてガス固体混合物を形成しかつ貯蔵タンク１２内の圧力を増大させる。幾つかの構成の場合には、ステップ３１及び３２を実行するためのシーケンスは、変化させることができる。ステップ３１は、ステップ３２に先立って、ステップ３２と同時に又はステップ３２の後に実行することができる。貯蔵タンク１２内へのキャリアガス１７の導入により貯蔵タンク１２内の圧力は所望の圧力に増大する。１つの実施例では、所望の圧力は、装置１００内における圧力よりも高くなって、貯蔵タンク１２から装置１００に向けてガス固体混合物を押圧しかつ貯蔵タンク１２から装置１００へのガス固体混合物の輸送の間に圧力降下を補正するような圧力差を生じる。

ステップ３３において貯蔵タンク１２内の圧力が所望の圧力に増大した後に、輸送装置１５及び貯蔵タンク１２を結合した第１の供給管路１８を通して調整のために輸送装置１５内にガス固体混合物が導入される。このステップにおいて第１の供給管路１８からのガス固体混合物が順次、輸送管路２０の拡大部２４、中間部２６及び縮小部２５を通して流れる。その間に、補助ガス２７が縮小部２５内に導入されて固体粉体の輸送を可能にする。

幾つかの用途では、縮小部２５内に導入するための補助ガス２７の速度は輸送管路２０内のキャリアガス１７の速度よりも高くすることができる。非限定的な実施例では、第１の供給管路１８内のキャリアガス１７の流束に対する補助ガス管路２１内の補助ガス２７の流束の割合は約０．２〜約１の範囲内とすることができる。第２の供給管路１９内のガスの速度はおおまかに、約２０ｍ／ｓ〜約４０ｍ／ｓの範囲内とすることができる。

その結果、第１の供給管路１８からのガス固体混合物に対する輸送装置１５の調整により固体粉体の流量が均一になりかつガス及び固体が均一に混合して輸送装置１５からの調整ガス固体混合物の流れを安定したものにすることができる。ステップ３４において、輸送装置１５からの調整ガス固体混合物がガス化のためにガス化装置１００内に導入される。

本発明の実施形態では、供給管路１４からのガス固体混合物を安定させるために輸送システム１０は、輸送装置１５を採用している。輸送装置１５は、補助ガス管路２１と、拡大部２４、中間部２６及び縮小部２５を含む輸送管路３０とをガス固体混合物の流量を調整するために採用して固体粉体の流量が均一かつ安定したものとなり、また輸送装置１５からのガス固体混合物の流れがまた装置１００内に輸送するために均一かつ安定したものになる。これにより、例えばガス化装置のような装置１００の性能及び耐用年数が改善される。通常の輸送システムと比較して、本発明の構成は、比較的簡単な構成を有することができかつより低コストの通常の輸送システムを改造するために使用することができる。

典型的な実施形態において本開示を図示しかつ説明してきたが、本開示の技術思想から全く離れずに様々な変更及び置換を行なうことができるので、本開示は図示した詳細に限定されるべきものではない。従って、本明細書に示した開示の更なる変更及び均等物が、当業者には通常の実験を使用しないで想起することができ、また全てのそのような変更及び均等物は、特許請求の範囲に定めた開示の技術思想及び技術的範囲内に含まれると思われる。

１０ 輸送システム
１１ フィーダ
１２ 貯蔵タンク
１３ キャリアガス管路
１４ 供給管路
１５ 輸送装置
１６ 固体粉体
１７ キャリアガス
１８ 第１の供給管路
１９ 第２の供給管路
２０ 輸送管路
２１ 補助ガス管路
２２ 入口
２３ 出口
２４ 拡大部
２５ 縮小部
２６ 中間部
２７ 補助ガス
２８ 入口（輸送管路の）
２９ 出口（輸送管路の）
１００ 装置

Claims (21)

1. 固体粉体の空気輸送のための輸送装置であって、当該輸送装置が、
   入口及び出口を画成する輸送管路と、
   前記輸送管路内に延在する補助ガス管路と
   を備えていて、前記輸送管路が、
   前記入口を画成する拡大部と、
   前記出口を画成する縮小部と、
   前記拡大部と縮小部の間にそれらと流体連通して配置された中間部と
   を含んでいる、輸送装置。
2. 前記拡大部の直径が前記入口から前記出口の方向に沿って増大し、前記縮小部の直径が前記入口から前記出口の方向に沿って減少する、請求項１記載の輸送装置。
3. 前記中間部の少なくとも一断面の直径が前記拡大部及び縮小部の少なくとも一方の少なくとも一断面の直径よりも大きい、請求項２記載の輸送装置。
4. 前記補助ガス管路が前記中間部に配置され、前記補助ガス管路の少なくとも一部分が該輸送装置内に配置されていて前記輸送管路の出口に向かって延在する、請求項１記載の輸送装置。
5. 前記補助ガス管路が、前記縮小部内に配置された出口を画成する、請求項１記載の輸送装置。
6. 前記輸送管路の長手方向軸線が、水平方向に対して約７０°〜約９０°の角度を有する、請求項１記載の輸送装置。
7. 前記拡大部、縮小部及び中間部が互いに一体形である、請求項１記載の輸送装置。
8. 固体粉体の空気輸送のための輸送システムであって、当業者が輸送システムが、
   前記固体粉体を受けるように構成された貯蔵タンクと、
   前記貯蔵タンクと流体連通したキャリアガス管路と、
   前記貯蔵タンクの下流にかつ該貯蔵タンクと流体連通して配置された輸送管路と、
   前記輸送管路と流体連通した補助ガス管路と
   を備えていて、前記輸送管路が、
   前記入口を画成する拡大部と、
   前記出口を画成する縮小部と、
   前記拡大部と縮小部の間にそれらと流体連通して配置された中間部と
   を含んでいる、輸送システム。
9. 前記拡大部の直径が前記入口から前記出口の方向に沿って増大し、前記縮小部の直径が前記入口から前記出口の方向に沿って減少する、請求項８記載の輸送システム。
10. 前記補助ガス管路が前記中間部に配置され、前記補助ガス管路の少なくとも一部分が該輸送システム内に配置されていて前記輸送管路の出口に向かって延在する、請求項８記載の輸送シシテム。
11. 前記補助ガス管路が、前記輸送管路内に延在しかつ前記縮小部内に配置された出口を画成する、請求項８記載の輸送システム。
12. 前記拡大部の入口を介して前記貯蔵タンク及び輸送管路間にかつ該貯蔵タンク及び輸送管路と流体連通して配置された第１の供給管路をさらに含む、請求項８記載の輸送システム。
13. 前記縮小部の出口を介して前記輸送管路の下流にかつ該輸送管路と流体連通して配置された第２の供給管路をさらに含む、請求項１２記載の輸送システム。
14. 前記拡大部の少なくとも一断面の直径が前記第１の供給管路の直径よりも大きく、前記縮小部の少なくとも一断面の直径が前記第２の供給管路の直径よりも大きい、請求項１３記載の輸送システム。
15. 前記第１及び第２の供給管路並びに前記輸送管路が、水平方向に対して直立状態で配置される、請求項１３記載の輸送システム。
16. 固体粉体の空気輸送のための輸送方法であって、当該方法が、
    前記固体粉体を貯蔵タンク内に供給するステップと、
    前記固体粉体と混合するように前記貯蔵タンク内にキャリアガスを導入して該貯蔵タンク内にガス固体混合物を形成するステップと、
    調整のために前記輸送装置の入口を介して該輸送装置内に前記貯蔵タンクから前記ガス固体混合物を輸送するステップと、
    前記縮小部の出口を介して前記輸送装置から前記調整ガス固体混合物を輸送するステップと
    を含んでおり、前記輸送装置が、
    輸送管路と、
    前記輸送管路と流体連通した補助ガス管路と
    を備えていて、前記輸送管路が、
    前記入口を画成する拡大部と、
    出口を画成する縮小部と、
    前記拡大部と縮小部の間にそれらと流体連通して配置された中間部と
    を含んでいる、輸送方法。
17. 前記輸送装置内への前記ガス固体混合物の導入に先立って、前記貯蔵タンクから第１の供給管路内に該ガス固体混合物を輸送するステップをさらに含む、請求項１６記載の輸送方法。
18. 前記調整ガス固体混合物が前記輸送装置から輸送された後に、第２の供給管路を通してガス化用のガス化装置内に該調整ガス固体混合物を輸送するステップをさらに含む、請求項１７記載の輸送方法。
19. 調整のために前記輸送装置内に前記調整ガス固体混合物を輸送する前記ステップが、
    前記輸送装置内への前記ガス固体混合物の導入により前記拡大部内の該ガス固体混合物内の前記固体粉体から前記ガスの少なくとも一部分を分離するステップと、
    前記縮小部内の前記ガス及び固体粉体を混合しかつ輸送するステップと、
    をさらに含む、請求項１６記載の輸送方法。
20. 前記輸送管路の縮小部内に補助ガスを導入して前記固体粉体と混合しかつ該固体粉体を輸送するステップをさらに含む、請求項１９記載の輸送方法。
21. 前記拡大部の直径が、前記入口から前記出口の方向に沿って増大し、前記縮小部の直径が、前記入口から前記出口の方向に沿って減少する、
    請求項１６記載の輸送方法。