JP2015064148A - 流動層乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、含水物質の良好な流動および乾燥を促進する。
【解決手段】
流動層乾燥装置１００は、流動化ガスにより含水物質を流動させることで流動層を形成するとともに、含水物質を乾燥させる第１流動層乾燥炉１１０と、含水物質を流動特性に応じて分級する分級部（分離装置１２０）と、分級された含水物質のうち、相対的に軽い粒子が導入され、第１流動層乾燥炉より低い空塔速度の流動化ガスにより、含水物質を流動させることで流動層を形成し、含水物質を乾燥させる第２流動層乾燥炉１３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、含水物質を流動させながら乾燥させる流動層乾燥装置に関する。

近年、天然ガスの代替物として、石炭やバイオマス、タイヤチップ等のガス化原料をガス化して合成ガスを生成する技術が開発されている。このようにして生成された合成ガスは、発電システムや、水素の製造、合成燃料（合成石油）の製造、化学肥料（尿素）等の化学製品の製造等に利用されている。合成ガスの原料となるガス化原料のうち、特に石炭は、可採年数が１５０年程度と、石油の可採年数の３倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。

石炭は、炭素含有量の低い順に、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭に分類され、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭（以下、含水石炭と称する）は、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭（以下、無煙炭等と称する）と比較して水の含有率が高い。したがって、無煙炭等と比較して、含水石炭は、資源量が豊富であるものの単位重量あたりの発熱量が低くなるため、輸送コストに対する燃料としてのエネルギー効率が低い。

例えば、含水石炭である褐炭は含水率が高く燃えにくいため、火力発電等に使用されていなかった。しかしながら、褐炭は埋蔵地の分布が広く、安価であり、また乾燥させると燃えやすく単位重量当たりの発熱量が高いため、近年では褐炭を乾燥させることで火力発電等に使用されている。

そこで、従来、褐炭等の含水物質を乾燥させるため、含水物質を流動させながら乾燥させる流動層乾燥装置が用いられている。また、流動層乾燥装置として、含水物質を収容する収容部と、収容部下部に位置し、上部に複数の開孔を有する通気可能な分散板である風箱とを含んで構成される流動層乾燥炉を備えた流動層乾燥装置が知られている（例えば、特許文献１）。この流動層乾燥装置では、風箱から収容部内に分散板の開孔を介して加熱蒸気等の流動化ガスを供給することで、乾燥炉に収容された含水物質を流動させながら乾燥させる。

特開２０１２−２４１９９４号公報

しかしながら、通常、褐炭等の含水物質は、粉砕処理後、分級せずに乾燥される。粉砕処理により形成された粒子は大きさが一定ではなく、粒径分布が広い。このため、流動化ガスの空塔速度が低いと、相対的に粒径が大きい粒子や密度の大きい粒子は流動できず、乾燥炉下部に沈んでしまう。また、流動化ガスの空塔速度が高いと、相対的に粒径が大きい粒子は流動し乾燥されるが、相対的に粒径が小さい粒子や密度の小さい粒子が飛散してしまうため、飛散した小さい粒子の多くは乾燥しきれない状態となってしまう。

粒径分布を狭めるため、例えば流動層乾燥装置の前段に分級装置を設け、分級装置により含水物質を予め分級しておくことが考えられる。しかし、流動層乾燥装置に新たに専用の分級装置を設けるとコストがかかってしまうという課題があった。

そこで、本発明はこのような課題に鑑み、簡易な構成で粒径分布が広い含水物質の良好な流動および乾燥を促進できる流動層乾燥装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の流動層乾燥装置は、流動化ガスにより含水物質を流動させることで流動層を形成するとともに、含水物質を乾燥させる第１流動層乾燥炉と、含水物質を流動特性に応じて分級する分級部と、分級された含水物質のうち、相対的に軽い粒子が導入され、第１流動層乾燥炉より低い空塔速度の流動化ガスにより、含水物質を流動させることで流動層を形成し、含水物質を乾燥させる第２流動層乾燥炉と、を備えることを特徴とする。

また、分級部は、第１流動層乾燥炉内において含水物質を予め定められた空塔速度以上で流動させ、飛散した含水物質の粒子が混在する気体から、含水物質の粒子と気体とを分離してもよい。

また、分級部に、分級部に導入される飛散した含水物質の粒子を加熱することで乾燥させる加熱部を備えるとしてもよい。

また、分級部は、第１流動層乾燥炉内の含水物質を、流動特性に応じて分級するとしてもよい。

また、第１流動層乾燥炉において流動特性に応じて分級された含水物質が導入され、第２流動層乾燥炉より空塔速度が高く、かつ、それぞれ異なる空塔速度の流動化ガスにより、含水物質を流動させることで流動層を形成し、含水物質を乾燥させる１または複数の他の流動層乾燥炉を備えるとしてもよい。

また、第１流動層乾燥炉内および第２流動層乾燥炉内のいずれか一方または双方に位置し、熱媒との熱交換を行う熱交換部が設けられるとしてもよい。

また、第１流動層乾燥炉に導入される含水物質は、第１流動層乾燥炉の下部であり、かつ、流動層の下部に相当する位置から導入されるとしてもよい。

本発明によれば、簡易な構成で粒径分布が広い含水物質の良好な流動および乾燥を促進することができる。

第１の実施形態にかかる流動層乾燥装置を説明するための図である。 第２の実施形態にかかる流動層乾燥装置を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態：流動層乾燥装置１００）
図１は、第１の実施形態にかかる流動層乾燥装置１００を説明するための図である。流動層乾燥装置１００は、第１流動層乾燥炉１１０、分離装置１２０、第２流動層乾燥炉１３０を含んで構成される。図１中、固体の流れを黒矢印で、気体の流れを白抜き矢印で示す。

第１流動層乾燥炉１１０は、第１収容部１１２と第１風箱１１４とを含んで構成される。第１収容部１１２は、第１収容部１１２の上部に設けられた導入部１１２ａから導入された褐炭等の含水物質を収容する。また、第１収容部１１２の上部には、分離装置１２０と接続される吸引管１１２ｂが設けられている。そして、第１収容部１１２において、導入部１１２ａが設けられた側壁と対向する側壁の上部には、含水物質が導出される導出部１１２ｃが設けられている。

第１風箱１１４は、第１収容部１１２の下方に設けられている。第１風箱１１４の上部は、第１収容部１１２内部と連通し通気可能である分散板１１４ａで形成される。第１風箱１１４は、分散板１１４ａの開孔を介して流動化ガス（例えば、水蒸気）を第１収容部１１２内部に流入させる。流動化ガスは第１収容部１１２内で含水物質を流動させて、流動層を形成するとともに含水物質を乾燥させる。なお、分散板１１４ａは、例えば、導入される含水物質の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、開孔が設けられたノズルを設けた板が使用される。

第１流動層乾燥炉１１０における流動化ガスの空塔速度は、粒径が相対的に大きく重い粒子や密度が相対的に高く重い粒子（以下、「重粒子」と称する）が第１収容部１１２の下部に沈まず、重粒子の乾燥に適切な速度であり、粒径が相対的に小さく軽い粒子や密度が相対的に低く軽い粒子（以下、「軽粒子」と称する）が飛散する空塔速度（軽粒子の乾燥に適切な空塔速度以上の空塔速度）とする。このとき、飛散した軽粒子は、乾燥しきれない状態となるおそれがある。そこで、本実施形態では、分離装置１２０により、飛散した軽粒子が混在する第１流動層乾燥炉１１０内の気体から軽粒子を分離することで、重粒子と軽粒子とを分級する。そして、詳細は後述するが、重粒子と軽粒子とを異なる流動層乾燥炉で乾燥させる。

分離装置１２０は固気分離装置であり、吸引管１１２ｂを介して第１流動層乾燥炉１１０と接続され、下降管１２２を介して第２流動層乾燥炉１３０と接続される。分離装置１２０には、吸引管１１２ｂを通じて、第１流動層乾燥炉１１０の第１収容部１１２内の気体とともに、第１収容部１１２内において飛散した軽粒子が導入される。そして、分離装置１２０により気体から分離された軽粒子は、下降管１２２を通じて第２流動層乾燥炉１３０へ導入される。分離装置１２０としては、例えばサイクロンや迷路方式（ラビリンス型）の分離装置が使用される。

以上の構成により、第１流動層乾燥炉１１０において重粒子を適切に乾燥させるとともに、軽粒子を分級することが可能となる。

また、分離装置１２０の内壁には、加熱部１２４が設けられている。加熱部１２４は不図示の供給源より供給された高温の蒸気等が流通する管であり、分離装置１２０によって第１収容部１１２内の気体から分離された軽粒子を加熱することで乾燥させる。したがって、加熱部１２４により、軽粒子の乾燥を促進することができる。

第２流動層乾燥炉１３０は、第２収容部１３２と第２風箱１３４と集塵装置１３６とを含んで構成される。第２収容部１３２は、下降管１２２から導入された軽粒子を収容する。また、第２収容部１３２の側壁の上部には、軽粒子が導出される導出部１３２ａが設けられている。第２風箱１３４は、第２収容部１３２の下方に設けられ、第２風箱１３４の上部は、第２収容部１３２の底部と連通し通気可能である分散板１３４ａで形成されている。第２風箱１３４は、分散板１３４ａの開孔を介して流動化ガスを第２収容部１３２内に流入させ、流動化ガスにより軽粒子を流動化させるとともに乾燥させる。集塵装置１３６は、例えばサイクロン等で構成され、第２収容部１３２の上部に設けられた吸引管１３６ａを介して第２収容部１３２と接続される。集塵装置１３６には、第２収容部１３２内の気体とともに、第２収容部１３２内において飛散した粒子が導入される。そして、集塵装置１３６により気体と粒子とが分離され、それぞれ第２流動層乾燥炉１３０の外部に排出される。

第２流動層乾燥炉１３０における流動化ガスの空塔速度は、軽粒子の乾燥に適した速度であり、第１流動層乾燥炉１１０における流動化ガスの空塔速度よりも低い速度である。これにより、第１流動層乾燥炉１１０で飛散した軽粒子が、第２流動層乾燥炉１３０において飛散することを抑制でき、軽粒子を適切に乾燥させることが可能となる。

また、第１収容部１１２および第２収容部１３２内にはそれぞれ第１伝熱管（熱交換部）１１２ｅおよび第２伝熱管（熱交換部）１３２ｃが設けられている。第１伝熱管１１２ｅおよび第２伝熱管１３２ｃには、不図示の供給源より熱媒（例えば、水蒸気）が供給され、熱媒の熱により第１伝熱管１１２ｅおよび第２伝熱管１３２ｃと、第１収容部１１２および第２収容部１３２内の含水物質との間で熱交換を行い、含水物質の乾燥を促進することができる。

含水物質の粒径分布が広く、より細かく分級する必要がある場合は、第２流動層乾燥炉１３０の後段にさらに他の流動層乾燥炉および分離装置を設け、第２流動層乾燥炉１３０内で飛散した含水物質を導入し乾燥させる。以上の構成により、第２流動層乾燥炉１３０で飛散し、未乾燥状態となった含水物質を適切に乾燥させることが可能となる。

以上の構成により、第１の実施形態の流動層乾燥装置１００では、別途専用の分級装置を設けることなく、簡易な構成で含水物質の良好な流動および乾燥を促進することが可能となる。

（第２の実施形態：流動層乾燥装置２００）
図２は、第２の実施形態にかかる流動層乾燥装置２００を説明するための図である。図２に示すように、流動層乾燥装置２００は、第１流動層乾燥炉２１０、分離装置１２０、第２流動層乾燥炉１３０、第３流動層乾燥炉２２０を含んで構成される。図２中、固体の流れを黒矢印で、気体の流れを白抜き矢印で示す。なお、上述した第１の実施形態における構成要素として既に述べた、分離装置１２０、第２流動層乾燥炉１３０は、実質的に機能が等しいので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違する第１流動層乾燥炉２１０と第３流動層乾燥炉２２０を主に説明する。

第１流動層乾燥炉２１０は、第１収容部２１２と第１風箱１１４とを含んで構成される。第１流動層乾燥炉２１０では、第１収容部２１２の下部側から含水物質が導入される。第１風箱１１４から供給される流動化ガスは、流動層を上昇しながら含水物質を乾燥させる。そして、含水物質が乾燥することで蒸気が生成され、蒸気は流動化ガスの一部となって流動層を上昇する。このため、流動層の上部では、下部よりも気泡が増加し、また集合して大きくなり、下部よりも含水物質の移動が速くなる傾向がある。したがって、流動層の上部から含水物質が導入される場合（層上供給方式）、流動層の比較的上部に位置する含水物質の移動は速くなり、滞留時間を長く維持することができず、つまり、乾燥しきれない状態で導出されるおそれがある。

そこで、第１流動層乾燥炉２１０では、第１収容部２１２の下部側に導入部２１２ａが設けられている。導入部２１２ａは、例えば、らせん状のスクリューを回転させることで紛体を供給するスクリューフィーダで構成され、含水物質は、スクリューフィーダによって第１収容部２１２内部へ押し込まれる（層内供給方式）。

したがって、導入部２１２ａから流動層内部へ導入された含水物質は、流動層上を移動することが抑制され、滞留時間を長く維持することができ、乾燥された状態で導出されることが可能となる。

また、粒径や密度が異なる粒子は流動特性が異なるため、流動により、第１収容部２１２内で粒径や密度の差に応じて粒子が自然に分級（偏析）される。そこで、流動層乾燥装置２００は、第１収容部２１２の下部に第１導出部２１２ｂが設けられ、第１導出部２１２ｂより鉛直上方に第２導出部２１２ｃが設けられている。第１導出部２１２ｂにはバルブ２１２ｄが設けられ、バルブ２１２ｄを閉じることで含水物質が第１収容部２１２に貯留し、バルブ２１２ｄを開くことで第１収容部２１２から第１導出部２１２ｂを介して含水物質が導出される。また、バルブ２１２ｄの開閉度合を変えることで、第１導出部２１２ｂから含水物質が導出される速度を制御することができる。

導入部２１２ａから第１収容部２１２内部へ導入された含水物質は、第１収容部２１２内部で流動することで軽粒子が飛散し、分離装置１２０に導入される。第１収容部２１２内部に残った重粒子は流動することで、重粒子のうちで粒径や密度が相対的に大きな重粒子が第１収容部２１２下部に、粒径や密度が相対的に小さな重粒子が、粒径や密度が相対的に大きな重粒子の上方に位置する（偏析する）ようになる。そして、第１収容部２１２下部に設けられた第１導出部２１２ｂからは粒径や密度が相対的に大きな重粒子が導出され、第１導出部２１２ｂより鉛直上方に設けられた第２導出部２１２ｃからは粒径や密度が相対的に小さな重粒子が導出される。つまり、第１流動層乾燥炉２１０が分級部として機能する。

導出された粒径や密度が相対的に小さな重粒子は、第３流動層乾燥炉２２０に導入され乾燥される。第３流動層乾燥炉２２０は、第３収容部２２２と、第３風箱２２４と、集塵装置２２６とを含んで構成される。第３収容部２２２の側壁の上部には粒径や密度が相対的に小さな重粒子が導出される導出部２２２ａが設けられている。また、第３風箱２２４は第３収容部２２２の下方に設けられ、第３風箱２２４の上部は、第３収容部２２２の底部と連通し通気可能な多数の開孔が設けられた分散板２２４ａで形成されている。第３風箱２２４は、分散板２２４ａの開孔を介して流動化ガスを第３収容部２２２内に流入させ、流動化ガスにより粒径や密度が相対的に小さな重粒子を流動化させるとともに乾燥させる。集塵装置２２６は、例えばサイクロン等で構成され、第３収容部２２２の上部に設けられた吸引管２２６ａを介して第３収容部２２２と接続される。集塵装置２２６には、第３収容部２２２内の気体とともに、第３収容部２２２内において飛散した粒子が導入される。そして、集塵装置２２６により気体と粒子とが分離され、それぞれ第３流動層乾燥炉２２０の外部に排出される。

第３流動層乾燥炉２２０の空塔速度は、第１流動層乾燥炉２１０の空塔速度より低く、第２流動層乾燥炉１３０の空塔速度より高い速度とする。これにより、第３流動層乾燥炉２２０において粒径や密度が相対的に小さな重粒子が沈まずに、かつ飛散せずに流動層を形成し、粒径や密度が相対的に小さな重粒子を適切に乾燥させることが可能となる。

また、第３収容部２２２内には第３伝熱管２２２ｃが設けられる。第３伝熱管２２２ｃは、不図示の供給源により蒸気が供給され、蒸気の熱により第３伝熱管２２２ｃと第３収容部２２２内の粒径や密度が相対的に小さな重粒子との間で熱交換を行い、粒径や密度が相対的に小さな重粒子の乾燥を促進することができる。

流動層乾燥装置２００によれば、別途専用の分級装置を設けることなく、乾燥プロセス内で含水物質を複数の段階に分級することができ、分級された含水物質を適切に乾燥させることが可能となる。

なお、第１導出部２１２ｂの下流に別途流動層乾燥炉を設け、粒径や密度が相対的に大きな重粒子を導入し、乾燥させてもよい。このとき、流動化ガスの空塔速度は、第３流動層乾燥炉２２０の空塔速度よりも高い速度とする。これにより粒径や密度が相対的に大きな重粒子が沈まずに、かつ飛散せずに流動層を形成し、粒径や密度が相対的に大きな重粒子を適切に乾燥させることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本実施形態では、含水物質として褐炭を用いて説明したが、亜瀝青炭等の含水石炭や、他の物質を用いることができる。

また、流動層乾燥装置２００において、第１収容部２１２下部に第１導出部２１２ｂが設けられ、第１導出部２１２ｂの上方に第２導出部２１２ｃが設けられ、第２導出部２１２ｃは第３流動層乾燥炉２２０と接続される構成とした。しかしながら、導出部および流動層乾燥炉の数と位置はかかる構成に限られず、乾燥させる含水物質が偏析する態様に合わせて導出部および流動層乾燥炉を設ければよい。別途設けられた流動層乾燥炉の流動化ガスの空塔速度は、第１流動層乾燥炉２１０の空塔速度より高く、導入される含水物質が沈まずにかつ飛散せずに流動層を形成し、導入される含水物質の乾燥に適した速度とする。

また、流動層乾燥装置１００、２００において、第２流動層乾燥炉１３０および第３流動層乾燥炉２２０の後段に別途流動層乾燥炉を設け、別途設けられた流動層乾燥炉に、第２流動層乾燥炉１３０および第３流動層乾燥炉２２０で飛散または偏析した含水物質を導入し乾燥させてもよい。このとき、別途設けられた流動層乾燥炉の流動化ガスの空塔速度は、前段の流動層乾燥炉の流動化ガスの空塔速度より低く、導入される含水物質が沈まずにかつ飛散せずに流動層を形成し、導入される含水物質の乾燥に適した速度とする。

また、流動層乾燥装置１００、２００において、第１収容部１１２、第２収容部１３２および第３収容部２２２の側壁の上部に導出部１１２ｃ、１３２ａ、２２２ａをそれぞれ設ける構成とした。しかしながら、第１収容部１１２、第２収容部１３２および第３収容部２２２の側壁の下部に導出部１１２ｃ、１３２ａ、２２２ａを設けるとしてもよい。このとき、導出部１１２ｃ、１３２ａ、２２２ａにはそれぞれバルブを設ける。バルブを閉じることで含水物質が第１収容部１１２、第２収容部１３２および第３収容部２２２内に貯留し、バルブを開くことで含水物質が導出される。また、バルブの開閉度合を変えることで、導出部１１２ｃ、１３２ａ、２２２ａから含水物質が導出される速度を制御することができる。

本発明は、含水物質を流動させながら乾燥させる流動層乾燥装置に利用することができる。

１００、２００ 流動層乾燥装置
１１０、２１０ 第１流動層乾燥炉（分級部）
１１２ｅ 第１伝熱管（熱交換部）
１２０ 分離装置（分級部）
１２４ 加熱部
１３０ 第２流動層乾燥炉
１３２ｃ 第２伝熱管（熱交換部）
２２０ 第３流動層乾燥炉（流動層乾燥炉）

Claims (7)

1. 流動化ガスにより含水物質を流動させることで流動層を形成するとともに、該含水物質を乾燥させる第１流動層乾燥炉と、
   前記含水物質を流動特性に応じて分級する分級部と、
   分級された前記含水物質のうち、相対的に軽い粒子が導入され、前記第１流動層乾燥炉より低い空塔速度の流動化ガスにより、該含水物質を流動させることで流動層を形成し、該含水物質を乾燥させる第２流動層乾燥炉と、
   を備えることを特徴とする流動層乾燥装置。
2. 前記分級部は、前記第１流動層乾燥炉内において前記含水物質を予め定められた空塔速度以上で流動させ、飛散した該含水物質の粒子が混在する気体から、該含水物質の粒子と気体とを分離することを特徴とする請求項１に記載の流動層乾燥装置。
3. 前記分級部に、該分級部に導入される飛散した前記含水物質の粒子を加熱することで乾燥させる加熱部を備えることを特徴とする請求項２に記載の流動層乾燥装置。
4. 前記分級部は、前記第１流動層乾燥炉内の前記含水物質を、流動特性に応じて分級することを特徴とする請求項１に記載の流動層乾燥装置。
5. 前記第１流動層乾燥炉において流動特性に応じて分級された前記含水物質が導入され、前記第２流動層乾燥炉より空塔速度が高く、かつ、それぞれ異なる空塔速度の流動化ガスにより、該含水物質を流動させることで流動層を形成し、該含水物質を乾燥させる１または複数の他の流動層乾燥炉を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流動層乾燥装置。
6. 前記第１流動層乾燥炉内および前記第２流動層乾燥炉内のいずれか一方または双方に位置し、熱媒との熱交換を行う熱交換部が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流動層乾燥装置。
7. 前記第１流動層乾燥炉に導入される前記含水物質は、該第１流動層乾燥炉の下部であり、かつ、流動層の下部に相当する位置から導入されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の流動層乾燥装置。

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