JP2015150471A - Fluid bed reaction system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a reaction product from adhering to the inner surface of the sidewall of a fluid bed reactor.SOLUTION: A fluid bed reaction system 100 includes: a fluid bed reactor 110, a gas introduction part 130 for introducing a fluidizing gas from a gas introduction port 116a disposed at the bottom 112c of the fluid bed reactor so as to form a fluid bed of fluid medium in the fluid bed reactor; a heating part 140 for heating the fluid medium from outside of a sidewall 112b of the fluid bed reactor; and a control part for controlling the gas introduction part such that the fluidizing gas introduced in the fluid bed reactor has a greater flow velocity on the sidewall side than on the center side of the fluid bed reactor. The control part controls the gas introduction part such that the fluidizing gas introduced on the center side of the fluid bed reactor has a flow velocity equal to or greater than the minimum fluidization velocity Umf, and the fluidizing gas introduced on the sidewall side of fluid bed reactor has a flow velocity smaller than the terminal velocity Ut.

Description

本発明は、流動媒体の流動層を用いて反応を遂行する流動層反応システムに関する。   The present invention relates to a fluidized bed reaction system that performs a reaction using a fluidized bed of a fluidized medium.

熱を利用して反応を進行させる反応器として、流動層反応器（例えば、特許文献１）が利用されている。流動層反応器は、内部に流動媒体を収容しており、底部から流動化ガスとしての原料ガスが導入されることで、当該原料ガスによって内部に流動媒体の流動層が形成される。そして、流動層反応器の外部から側壁を通じて流動層反応器内に熱を加えることで流動媒体が加熱され、当該流動媒体が有する熱で原料ガスを反応させて反応生成物が生成される。   A fluidized bed reactor (for example, Patent Document 1) is used as a reactor for proceeding the reaction using heat. The fluidized bed reactor contains a fluidized medium inside, and a fluidized bed of fluidized medium is formed inside the raw material gas by introducing a raw material gas as a fluidizing gas from the bottom. Then, the fluidized medium is heated by applying heat from the outside of the fluidized bed reactor through the side wall into the fluidized bed reactor, and the raw material gas is reacted with the heat of the fluidized medium to generate a reaction product.

特開平０６−１９１８１８号公報JP-A-06-191818

流動層反応器においては、遂行される反応によって、固体の反応生成物が得られる場合がある。上述したように流動層反応器は、側壁を通じて外部から内部へ加熱されるため、流動層反応器の側壁の内面が最も高温となる。したがって、側壁の内面において最も反応が進行することとなり、生成された反応生成物が固着してしまう。側壁の内面に反応生成物が固着すると、側壁を通じた外部からの伝熱効率が低下し、反応効率が低下してしまうという課題がある。   In a fluidized bed reactor, a solid reaction product may be obtained depending on the reaction performed. As described above, since the fluidized bed reactor is heated from the outside to the inside through the side wall, the inner surface of the side wall of the fluidized bed reactor has the highest temperature. Therefore, the reaction proceeds most on the inner surface of the side wall, and the generated reaction product is fixed. When the reaction product adheres to the inner surface of the side wall, there is a problem that the heat transfer efficiency from the outside through the side wall is lowered and the reaction efficiency is lowered.

そこで本発明は、このような課題に鑑み、流動層反応器に導入する流動化ガスの流速を制御して、流動媒体の流れを工夫することで、側壁の内面への反応生成物の固着を抑制することが可能な流動層反応システムを提供することを目的としている。   Therefore, in view of such problems, the present invention controls the flow rate of the fluidizing gas introduced into the fluidized bed reactor and devise the flow of the fluidized medium to fix the reaction product to the inner surface of the side wall. It aims at providing the fluidized bed reaction system which can be suppressed.

上記課題を解決するために、本発明の流動層反応システムは、原料ガスを加熱して生成ガスを製造する流動層反応システムであって、固体粒子で構成された流動媒体が収容される流動層反応器と、流動層反応器の底部に形成されたガス導入口から少なくとも原料ガスを含む流動化ガスを導入して、流動媒体が流動化ガス中に浮遊した状態である流動層を流動層反応器内に形成するガス導入部と、流動層反応器を構成する側壁の外方から、流動層反応器内の流動媒体を加熱する加熱部と、流動層反応器に導入した流動化ガスの流速が、流動層反応器の中心側よりも側壁側の方が大きくなるようにガス導入部を制御する制御部と、を備え、制御部は、流動層反応器の中心側に導入した流動化ガスの流速が、流動媒体が静止した状態である固定層から流動層へ移行させる流動化ガスの流速である最小流動化速度以上となり、流動層反応器の側壁側に導入した流動化ガスの流速が、流動層から流動媒体が流動化ガスとともに飛散する状態である輸送層へ移行させる流動化ガスの流速である終端速度未満となるようにガス導入部を制御することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a fluidized bed reaction system of the present invention is a fluidized bed reaction system for producing a product gas by heating a raw material gas, and a fluidized bed in which a fluid medium composed of solid particles is accommodated. A fluidized bed reaction is performed in a fluidized bed in which a fluidized medium is suspended in the fluidized gas by introducing a fluidized gas containing at least a raw material gas from a reactor and a gas inlet formed at the bottom of the fluidized bed reactor. A gas introduction section formed in the reactor, a heating section for heating the fluidized medium in the fluidized bed reactor from the outside of the side wall constituting the fluidized bed reactor, and a flow rate of the fluidized gas introduced into the fluidized bed reactor A control unit that controls the gas introduction unit so that the side wall side is larger than the center side of the fluidized bed reactor, and the control unit is a fluidized gas introduced to the center side of the fluidized bed reactor. The flow rate of the fixed bed where the fluid medium is stationary In the state where the fluidization gas flow rate introduced into the side wall of the fluidized bed reactor is greater than the minimum fluidization velocity that is the flow velocity of the fluidized gas transferred to the fluidized bed, and the fluidized medium is scattered from the fluidized bed together with the fluidized gas. The gas introduction unit is controlled to be less than the terminal velocity which is the flow velocity of the fluidized gas to be transferred to a certain transport layer.

また、流動層反応器内に設けられ、流動媒体の循環を促す整流板を備えるとしてもよい。   Moreover, it is good also as providing the baffle plate provided in a fluidized bed reactor and encouraging circulation of a fluidized medium.

また、流動層反応器内の水平断面積は、下方から上方に向かうに従って漸減するとしてもよい。   Further, the horizontal cross-sectional area in the fluidized bed reactor may be gradually decreased from the lower side to the upper side.

また、ガス導入部は、流動層反応器の底部のうち、中心側より側壁側に設けられたガス導入口から、流動化ガスとして、生成ガス、または、不活性ガスを導入するとしてもよい。   In addition, the gas introduction part may introduce a production gas or an inert gas as a fluidizing gas from a gas introduction port provided on the side wall side from the center side in the bottom part of the fluidized bed reactor.

また、原料ガスはメタンであり、生成ガスは水素であり、流動媒体は、メタンから水素への分解反応を促進する触媒であるとしてもよい。   In addition, the source gas may be methane, the generated gas may be hydrogen, and the fluid medium may be a catalyst that promotes a decomposition reaction from methane to hydrogen.

本発明によれば、側壁の内面への反応生成物の固着を抑制することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to suppress sticking of the reaction product to the inner surface of the side wall.

第１の実施形態にかかる流動層反応システムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fluidized bed reaction system concerning 1st Embodiment. 図１のＩＩ−ＩＩ線断面を上面視した図である。It is the figure which looked at the II-II line cross section of FIG. 流動媒体の流れを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of a fluid medium. 第１の実施形態の変形例にかかる流動層反応システムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fluidized bed reaction system concerning the modification of 1st Embodiment. 第２の実施形態にかかる流動層反応システムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fluidized bed reaction system concerning 2nd Embodiment.

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。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

（第１の実施形態：流動層反応システム１００）
図１は、第１の実施形態にかかる流動層反応システム１００を説明するための図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面を上面視した図である。本実施形態の図１、図２では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、図１中、ガスの流れを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で示す。なお、ここでは、流動層反応システム１００を利用し、下記式（１）に示す反応に基づいて原料ガスとしてのメタン（ＣＨ４）から生成ガスとしての水素（Ｈ２）を製造する構成を例に挙げて説明する。
ＣＨ４（気体） → ２Ｈ２（気体） ＋ Ｃ（固体）
…式（１） (First embodiment: fluidized bed reaction system 100)
FIG. 1 is a diagram for explaining a fluidized bed reaction system 100 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a top view of a cross section taken along line II-II in FIG. In FIG. 1 and FIG. 2 of the present embodiment, an X axis (horizontal direction), a Y axis (horizontal direction), and a Z axis (vertical direction) that intersect perpendicularly are defined as illustrated. Further, in FIG. 1, the gas flow is indicated by solid arrows, and the signal flow is indicated by broken arrows. Here, an example is shown in which the fluidized bed reaction system 100 is used to produce hydrogen (H 2 ) as a product gas from methane (CH 4 ) as a source gas based on the reaction shown in the following formula (1). Will be described.
CH 4 (gas) → 2H 2 (gas) + C (solid)
... Formula (1)

流動層反応器１１０には、固体粒子で構成された流動媒体として、上記式（１）に示すメタンから水素への分解反応（以下、熱分解反応と称する）を促進する触媒（例えば、カーボンブラック）が収容されている。また、流動層反応器１１０内には、鉛直方向（図１〜図３中、Ｚ軸方向）に延伸した整流板１１４が設けられる。   The fluidized bed reactor 110 includes a catalyst (for example, carbon black) that promotes a decomposition reaction from methane to hydrogen (hereinafter referred to as a thermal decomposition reaction) represented by the above formula (1) as a fluid medium composed of solid particles. ) Is housed. In the fluidized bed reactor 110, a rectifying plate 114 extending in the vertical direction (Z-axis direction in FIGS. 1 to 3) is provided.

整流板１１４は、流動層反応器１１０を構成する、天板１１２ａ、側壁１１２ｂ、底部１１２ｃの少なくともいずれかの一部に固定されているものの、図１に示すように、整流板１１４の下方と上方において流動媒体が流動可能な固定構造で流動層反応器１１０内に配される。また、図１、図２に示すように、流動層反応器１１０内の中央部分は、整流板１１４によって、中心側の内部屋１１０Ａと、側壁１１２ｂ側の外部屋１１０Ｂとに区画される。具体的に説明すると、内部屋１１０Ａは、整流板１１４に囲繞された領域であり（図１中、破線で囲繞した領域）、鉛直方向の長さは、整流板１１４と実質的に等しい。また、外部屋１１０Ｂは、整流板１１４と側壁１１２ｂとに囲繞された領域（図１中、破線で囲繞した領域）であり、鉛直方向の長さは、整流板１１４と実質的に等しい。   Although the rectifying plate 114 is fixed to at least a part of the top plate 112a, the side wall 112b, and the bottom 112c constituting the fluidized bed reactor 110, as shown in FIG. The fluidized medium is disposed in the fluidized bed reactor 110 in a fixed structure capable of flowing above. As shown in FIGS. 1 and 2, the central portion in the fluidized bed reactor 110 is divided into a center-side inner chamber 110 </ b> A and a side wall 112 b-side outer chamber 110 </ b> B by a rectifying plate 114. Specifically, the inner room 110A is an area surrounded by the rectifying plate 114 (an area surrounded by a broken line in FIG. 1), and the length in the vertical direction is substantially equal to the rectifying plate 114. The outer room 110B is a region surrounded by the current plate 114 and the side wall 112b (a region surrounded by a broken line in FIG. 1), and the length in the vertical direction is substantially equal to the current plate 114.

なお、本実施形態において、内部屋１１０Ａの水平断面積（図１〜図３、ＸＹ断面積）を、外部屋１１０Ｂの水平断面積より大きくし、内部屋１１０Ａ（流動層反応器１１０の中心側）および内部屋１１０Ａの鉛直上方の部分と鉛直下方の部分において主に熱分解反応が遂行されるように構成している。   In the present embodiment, the horizontal sectional area of the inner chamber 110A (FIGS. 1 to 3, XY sectional area) is made larger than the horizontal sectional area of the outer chamber 110B, and the inner chamber 110A (the center side of the fluidized bed reactor 110). ) And a vertically upper portion and a vertically lower portion of the inner room 110A, the thermal decomposition reaction is mainly performed.

図１に戻って説明すると、流動層反応器１１０の下方には、風箱１２０Ａ、１２０Ｂが設けられており、ガス導入部１３０によって、風箱１２０Ａを通じて内部屋１１０Ａ内に少なくとも原料ガスを含む流動化ガスが導入されるとともに、風箱１２０Ｂを通じて外部屋１１０Ｂ内に、同流動化ガスが導入される。   Referring back to FIG. 1, wind boxes 120A and 120B are provided below the fluidized bed reactor 110, and the gas introduction unit 130 flows at least the source gas into the inner chamber 110A through the wind box 120A. While the gasified gas is introduced, the fluidized gas is introduced into the outer room 110B through the wind box 120B.

ガス導入部１３０は、風箱１２０Ａに接続された配管１３２Ａと、配管１３２Ａ上に設けられたバルブ１３４Ａと、風箱１２０Ｂに接続された配管１３２Ｂと、配管１３２Ｂ上に設けられたバルブ１３４Ｂと、配管１３２Ａ、１３２Ｂに流動化ガスを供給する流動化ガス供給源１３６とを含んで構成される。   The gas introduction unit 130 includes a pipe 132A connected to the wind box 120A, a valve 134A provided on the pipe 132A, a pipe 132B connected to the wind box 120B, a valve 134B provided on the pipe 132B, And a fluidizing gas supply source 136 that supplies fluidizing gas to the pipes 132A and 132B.

流動層反応システム１００を運転する際には、後述する制御部１５０によってガス導入部１３０が制御され、ガス導入部１３０によって、流動化ガスが風箱１２０Ａ、１２０Ｂに導入される。導入された流動化ガスは、風箱１２０Ａ、１２０Ｂに一時的に貯留され、この風箱１２０Ａ、１２０Ｂに貯留された流動化ガスが、流動層反応器１１０の底部１１２ｃに配されたノズル１１６に形成されたガス導入口１１６ａから当該流動層反応器１１０内に導入される。このように、流動層反応器１１０に収容されている流動媒体に流動化ガスを導入することにより、流動層反応器１１０内において流動媒体の流動層が形成されることとなる。   When operating the fluidized bed reaction system 100, the gas introduction unit 130 is controlled by the control unit 150 described later, and the fluidized gas is introduced into the wind boxes 120A and 120B by the gas introduction unit 130. The introduced fluidized gas is temporarily stored in the wind boxes 120A and 120B, and the fluidized gas stored in the wind boxes 120A and 120B is supplied to the nozzle 116 disposed at the bottom 112c of the fluidized bed reactor 110. The gas is introduced into the fluidized bed reactor 110 from the formed gas inlet 116a. Thus, by introducing the fluidizing gas into the fluidized medium accommodated in the fluidized bed reactor 110, a fluidized bed of the fluidized medium is formed in the fluidized bed reactor 110.

ここで、固体粒子で構成された流動媒体の下方から流動化ガスを導入した場合の流動媒体の状態について説明すると、流動化ガスの流速が小さく流動化ガスが流動媒体の間隙を流れるものの流動媒体が静止した状態を固定層と呼び、流動化ガスの流速が固定層の場合より大きく流動媒体が流動化ガス中に浮遊した状態を流動層と呼び、流動化ガスの流速が流動層の場合より大きく流動媒体が流動化ガスとともに飛散する状態を輸送層と呼ぶ。   Here, the state of the fluidized medium when the fluidized gas is introduced from below the fluidized medium composed of solid particles will be described. Although the fluidized gas has a small flow velocity, the fluidized gas flows through the gap between the fluidized media. The stationary state is called a fixed bed, the flow rate of fluidized gas is larger than that of the fixed bed, and the fluidized medium is suspended in the fluidized gas is called fluidized bed, and the flow rate of the fluidized gas is higher than that of the fluidized bed. A state in which the fluid medium is largely scattered with the fluidizing gas is called a transport layer.

加熱部１４０は、流動層反応器１１０の側壁１１２ｂの外方から、流動層反応器１１０内の流動媒体を加熱する。   The heating unit 140 heats the fluidized medium in the fluidized bed reactor 110 from the outside of the side wall 112 b of the fluidized bed reactor 110.

加熱部１４０によって流動媒体が加熱されると、流動層反応器１１０内で熱分解反応が遂行され、生成ガスとしての水素と、固体炭素が生成されることとなる。こうして生成された水素は、流動層反応器１１０における流動層より上方（ここでは、流動層反応器１１０の天板１１２ａ）に形成されたガス排出口１１８を通じて外部に排出される。また、生成された固体炭素は、流動層反応器１１０内に留まり、熱分解反応を促進する触媒として、また、流動媒体として機能する。   When the fluidized medium is heated by the heating unit 140, a thermal decomposition reaction is performed in the fluidized bed reactor 110, and hydrogen as a product gas and solid carbon are produced. The hydrogen thus generated is discharged outside through a gas discharge port 118 formed above the fluidized bed in the fluidized bed reactor 110 (here, the top plate 112a of the fluidized bed reactor 110). The generated solid carbon stays in the fluidized bed reactor 110 and functions as a catalyst for promoting a thermal decomposition reaction and as a fluidized medium.

制御部１５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して流動層反応システム１００全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部１５０は、ガス導入部１３０を構成するバルブ１３４Ａ、１３４Ｂの開度制御を遂行して、流動層反応器１１０に導入した流動化ガスの流速が、流動層反応器１１０の中心側よりも側壁１１２ｂ側の方が大きくなるようにガス導入部１３０を制御する。   The control unit 150 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit), reads a program and parameters for operating the CPU itself from the ROM, and cooperates with a RAM as a work area and other electronic circuits. Thus, the entire fluidized bed reaction system 100 is managed and controlled. In the present embodiment, the control unit 150 performs opening control of the valves 134A and 134B constituting the gas introduction unit 130, and the flow rate of the fluidized gas introduced into the fluidized bed reactor 110 is such that the fluidized bed reactor 110 has a flow rate. The gas introduction part 130 is controlled so that the side wall 112b side becomes larger than the center side.

本実施形態において、内部屋１１０Ａには、風箱１２０Ａを通じて流動化ガスが導入され、外部屋１１０Ｂには風箱１２０Ｂを通じて流動化ガスが導入される。したがって、制御部１５０は、バルブ１３４Ａ、１３４Ｂの開度を制御することで、外部屋１１０Ｂ（流動層反応器１１０の側壁１１２ｂ側）に導入した流動化ガスの流速を、内部屋１１０Ａ（中心側）に導入した流動化ガスの流速よりも大きくすることができる。ここで、流速は、単位時間あたりに流動層反応器１１０の単位断面積（ここでは、ＸＹ断面積）を通過するガスの量を示し、空塔速度（体積流量（ｍ３／ｓ）／断面積（ｍ２））と言われる速度である。 In the present embodiment, the fluidizing gas is introduced into the inner room 110A through the wind box 120A, and the fluidizing gas is introduced into the outer room 110B through the wind box 120B. Therefore, the control unit 150 controls the opening degree of the valves 134A and 134B, so that the flow rate of the fluidized gas introduced into the outer chamber 110B (side wall 112b side of the fluidized bed reactor 110) is changed to the inner chamber 110A (center side). The flow rate of the fluidized gas introduced into (1) can be made larger. Here, the flow rate indicates the amount of gas passing through the unit cross-sectional area (here, XY cross-sectional area) of the fluidized bed reactor 110 per unit time, and the superficial velocity (volume flow rate (m 3 / s) / interruption It is a speed called area (m 2 )).

具体的に説明すると、制御部１５０は、風箱１２０Ｂから外部屋１１０Ｂに導入した流動化ガスの流速が、終端速度Ｕｔ未満となるようにバルブ１３４Ｂの開度を制御する。また、制御部１５０は、風箱１２０Ａから内部屋１１０Ａに導入した流動化ガスの流速が、最小流動化速度Ｕｍｆ以上となるようにバルブ１３４Ａの開度を制御する。ここで、終端速度Ｕｔは、流動層から輸送層へ移行させる流速、すなわち、流動層を維持できなくなる（輸送層を維持するための）流速の最小値である。また、最小流動化速度Ｕｍｆは、固定層から流動層へ移行させる流速、すなわち、流動層を維持するための（固定層を維持できなくなる）流速の最小値である。   Specifically, the control unit 150 controls the opening degree of the valve 134B so that the flow rate of the fluidized gas introduced from the wind box 120B into the outer room 110B is less than the terminal velocity Ut. Further, the control unit 150 controls the opening degree of the valve 134A so that the flow rate of the fluidizing gas introduced from the wind box 120A into the inner chamber 110A is equal to or higher than the minimum fluidizing speed Umf. Here, the terminal velocity Ut is the minimum value of the flow rate at which the fluidized bed is transferred to the transport layer, that is, the flow rate at which the fluidized bed cannot be maintained (for maintaining the transport layer). Further, the minimum fluidization speed Umf is the minimum flow rate for moving from the fixed bed to the fluidized bed, that is, the flow rate for maintaining the fluidized bed (the fixed bed cannot be maintained).

なお、流動層反応器１１０内の流動媒体全体の流速は、風箱１２０Ｂから外部屋１１０Ｂに導入した流動化ガスの流速と、風箱１２０Ａから内部屋１１０Ａに導入した流動化ガスの流速との平均値となるため、制御部１５０は、その平均値が適切な流速（バブリング速度）となるように、内部屋１１０Ａに導入した流動化ガスの流速および外部屋１１０Ｂに導入した流動化ガスの流速を調整する。   The flow rate of the entire fluidized medium in the fluidized bed reactor 110 is the flow rate of the fluidized gas introduced from the wind box 120B into the outer chamber 110B and the flow rate of the fluidized gas introduced from the wind box 120A into the inner chamber 110A. Since the average value is obtained, the control unit 150 causes the flow rate of the fluidized gas introduced into the inner chamber 110A and the flow rate of the fluidized gas introduced into the outer chamber 110B so that the average value becomes an appropriate flow rate (bubbling speed). Adjust.

図３は、流動媒体の流れを説明するための図であり、図３（ａ）は本実施形態にかかる流動層反応システム１００における流動媒体の流れを、図３（ｂ）は比較例の流動層反応システム１０における流動媒体の流れを示す。本実施形態の図３では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、図３中、流動媒体の流れを太線の矢印で示す。   FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of the fluidized medium. FIG. 3A shows the flow of the fluidized medium in the fluidized bed reaction system 100 according to this embodiment, and FIG. 3B shows the flow of the comparative example. The flow of the fluid medium in the bed reaction system 10 is shown. In FIG. 3 of the present embodiment, the X axis (horizontal direction), the Y axis (horizontal direction), and the Z axis (vertical direction) that intersect perpendicularly are defined as illustrated. In FIG. 3, the flow of the fluid medium is indicated by a thick arrow.

制御部１５０が上記流速で流動化ガスを導入することで、流動層反応器１１０内で流動層を維持したまま、図３（ａ）に示すように、流動媒体を、外部屋１１０Ｂから内部屋１１０Ａに向けて循環させることが可能となる。   When the control unit 150 introduces the fluidizing gas at the above flow rate, while maintaining the fluidized bed in the fluidized bed reactor 110, the fluidized medium is transferred from the outer chamber 110B to the inner chamber as shown in FIG. It becomes possible to circulate toward 110A.

仮に、流動層反応器１１０内で流動媒体を循環させずに流動層を維持する場合、外部屋１１０Ｂ（側壁１１２ｂ側）は内部屋１１０Ａ（中心側）よりも加熱部１４０と近い距離に位置するため、内部屋１１０Ａよりも外部屋１１０Ｂの方（特に側壁１１２ｂの内面１１２ｄ近傍）が局所的に高温場となる。そうすると、側壁１１２ｂの内面１１２ｄ近傍において熱分解反応の進行程度が大きくなり、反応生成物としての固体炭素が多く生成される。したがって、流動層反応システム１００の運転を継続すると、固体炭素が、側壁１１２ｂの内面１１２ｄに固着し易くなる。側壁１１２ｂの内面１１２ｄに固体炭素が固着すると、加熱部１４０による流動媒体への伝熱効率が低下し、熱分解反応の反応効率が低下してしまう。   If the fluidized bed is maintained without circulating the fluidized medium in the fluidized bed reactor 110, the outer room 110B (side wall 112b side) is positioned closer to the heating unit 140 than the inner room 110A (center side). For this reason, the outer room 110B (particularly, the vicinity of the inner surface 112d of the side wall 112b) is locally hotter than the inner room 110A. As a result, the degree of progress of the pyrolysis reaction increases in the vicinity of the inner surface 112d of the side wall 112b, and a large amount of solid carbon as a reaction product is generated. Therefore, when the operation of the fluidized bed reaction system 100 is continued, the solid carbon is easily fixed to the inner surface 112d of the side wall 112b. When solid carbon adheres to the inner surface 112d of the side wall 112b, the heat transfer efficiency to the fluid medium by the heating unit 140 decreases, and the reaction efficiency of the thermal decomposition reaction decreases.

そこで、制御部１５０が流動層反応器１１０に導入する流動化ガスの流速を上記のように制御して、流動層反応器１１０内で流動媒体を循環させる構成により、外部屋１１０Ｂの高温の流動媒体を内部屋１１０Ａに循環させることができる。これにより、局所的に高温場が形成される事態を回避することができ、すなわち、側壁１１２ｂの内面１１２ｄ近傍のみで偏って熱分解反応が進行してしまう事態を回避することができ、内面１１２ｄへの固体炭素の固着を低減することが可能となる。   Therefore, the control unit 150 controls the flow rate of the fluidizing gas introduced into the fluidized bed reactor 110 as described above, and circulates the fluidized medium in the fluidized bed reactor 110, whereby the high temperature flow in the outer chamber 110B. The medium can be circulated to the inner room 110A. As a result, a situation in which a high temperature field is locally formed can be avoided, that is, a situation in which the thermal decomposition reaction is biased only in the vicinity of the inner surface 112d of the side wall 112b can be avoided. It becomes possible to reduce the sticking of the solid carbon.

さらに、本実施形態の流動層反応システム１００は、流動層反応器１１０内に整流板１１４を備えている。制御部１５０が流動層反応器１１０に導入する流動化ガスの流速を上記のように制御することで、整流板１１４を備えずとも、流動媒体を循環させることはできるが、内部屋１１０Ａ、外部屋１１０Ｂ間で流動媒体が水平方向（図３中、Ｘ方向やＹ方向）へ移動する。そうすると、流動媒体の循環（内部屋１１０Ａで下降流となり、外部屋１１０Ｂで上昇流となる循環）が一部阻害されてしまう。そこで、流動層反応器１１０内に整流板１１４を備えることで、流動媒体の良好な循環を促すことができ、局所的な高温場の形成を抑制して、側壁１１２ｂの内面１１２ｄへの固体炭素の固着を低減することが可能となる。   Furthermore, the fluidized bed reaction system 100 of the present embodiment includes a rectifying plate 114 in the fluidized bed reactor 110. By controlling the flow rate of the fluidizing gas introduced into the fluidized bed reactor 110 by the controller 150 as described above, the fluid medium can be circulated without the rectifying plate 114, but the inner chamber 110A, the outer The fluid medium moves in the horizontal direction (X direction and Y direction in FIG. 3) between the rooms 110B. As a result, the circulation of the fluid medium (circulation that becomes a downward flow in the inner chamber 110A and an upward flow in the outer chamber 110B) is partially inhibited. Therefore, by providing the flow rectifying plate 114 in the fluidized bed reactor 110, it is possible to promote good circulation of the fluidized medium, suppress formation of a local high temperature field, and solid carbon on the inner surface 112d of the side wall 112b. Can be reduced.

また、図３（ａ）に示すように、本実施形態の流動層反応システム１００では、流動媒体の流れを、外部屋１１０Ｂ（流動層反応器１１０の側壁１１２ｂ側）において上昇流とし、内部屋１１０Ａ（中心側）において下降流として、流動媒体を、外部屋１１０Ｂから内部屋１１０Ａに向けて循環させている。   In addition, as shown in FIG. 3A, in the fluidized bed reaction system 100 of the present embodiment, the flow of the fluidized medium is an upward flow in the outer chamber 110B (side wall 112b side of the fluidized bed reactor 110), and the inner chamber As a downward flow at 110A (center side), the fluid medium is circulated from the outer room 110B toward the inner room 110A.

仮に、流動媒体の循環の方向を逆にした流動層反応システム１０を比較例として説明すると、流動層反応システム１０では、流動層反応器１１０に導入した流動化ガスの流速が、流動層反応器１１０の側壁１１２ｂ側よりも中心側の方が大きくなるようにガス導入部１３０を制御して、図３（ｂ）に示すように、流動層反応器１１０内における流動媒体の流れが、外部屋１１０Ｂにおいて下降流となり、内部屋１１０Ａにおいて上昇流となるように流動媒体を循環させる。この場合、流動化ガスの流速の平均値が、図３（ａ）と等しいとすると、本実施形態の流動層反応システム１００と比較して、側壁１１２ｂ側を通過する流動媒体の移動速度が相対的に小さくなるため、側壁１１２ｂの内面１１２ｄにおいて局所的な高温場が形成され易くなる。そうすると、側壁１１２ｂの内面１１２ｄにおいて固体炭素が固着し易くなってしまう。   If the fluidized bed reaction system 10 in which the direction of circulation of the fluidized medium is reversed is described as a comparative example, in the fluidized bed reaction system 10, the flow rate of the fluidized gas introduced into the fluidized bed reactor 110 is the fluidized bed reactor. As shown in FIG. 3B, the flow of the fluidized medium in the fluidized bed reactor 110 is controlled so that the gas introduction part 130 is controlled so that the central side is larger than the side wall 112b side of the 110. The flowing medium is circulated so as to be a downward flow at 110B and an upward flow in the inner chamber 110A. In this case, assuming that the average value of the flow velocity of the fluidizing gas is equal to that in FIG. 3A, the moving speed of the fluid medium passing through the side wall 112b is relatively higher than that of the fluidized bed reaction system 100 of the present embodiment. Therefore, a local high temperature field is easily formed on the inner surface 112d of the side wall 112b. If it does so, it will become easy to adhere solid carbon in the inner surface 112d of the side wall 112b.

これに対し、本実施形態の流動層反応システム１００では、流動化ガスの流速が、流動層反応器１１０の中心側よりも側壁１１２ｂの方が大きくなるため、比較例の流動層反応システム１０と比較して、側壁１１２ｂ側を通過する流動媒体の移動速度を相対的に大きくすることができ、側壁１１２ｂの内面１１２ｄにおいて局所的な高温場が形成される事態を回避することが可能となる。これにより、側壁１１２ｂの内面１１２ｄにおける固体炭素の固着を低減することができる。   On the other hand, in the fluidized bed reaction system 100 of the present embodiment, the flow rate of the fluidized gas is larger on the side wall 112b than on the center side of the fluidized bed reactor 110. In comparison, the moving speed of the fluid medium passing through the side wall 112b can be relatively increased, and a situation in which a local high temperature field is formed on the inner surface 112d of the side wall 112b can be avoided. This can reduce solid carbon sticking on the inner surface 112d of the side wall 112b.

さらに、図３（ｂ）に示すように、比較例の流動層反応システム１０では、外部屋１１０Ｂで加熱された流動媒体が流動層反応器１１０の底部１１２ｃを通って内部屋１１０Ａに移動するため、底部付近１１０Ｃにおいて流動媒体が最も高温となる。すなわち、流動層反応器１１０の底部付近１１０Ｃにおいて熱分解反応が最も遂行されることとなるため、底部付近１１０Ｃにおいて固体炭素が多く生成されることとなる。そうすると、底部１１２ｃに配されるガス導入口１１６ａが固体炭素で閉塞されるおそれが生じる。これに対し、本実施形態の流動層反応システム１００では、図３（ａ）に示すように、外部屋１１０Ｂで加熱された流動媒体が流動層反応器１１０の上部（流動層の上部）１１０Ｄを通って内部屋１１０Ａに移動するため、上部１１０Ｄにおいて熱分解反応が最も遂行されることとなる。このため、底部付近１１０Ｃにおいて生成される固体炭素の量を、比較例の流動層反応システム１０と比較して極めて少なくすることができ、ガス導入口１１６ａが固体炭素で閉塞されてしまう事態を抑制することが可能となる。   Further, as shown in FIG. 3B, in the fluidized bed reaction system 10 of the comparative example, the fluidized medium heated in the outer chamber 110B moves to the inner chamber 110A through the bottom 112c of the fluidized bed reactor 110. In the vicinity of the bottom portion 110C, the fluidized medium becomes the highest temperature. That is, since the thermal decomposition reaction is most performed in the vicinity of the bottom portion 110C of the fluidized bed reactor 110, a large amount of solid carbon is generated in the vicinity of the bottom portion 110C. If it does so, there exists a possibility that the gas inlet 116a distribute | arranged to the bottom part 112c may be obstruct | occluded with solid carbon. On the other hand, in the fluidized bed reaction system 100 of the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the fluidized medium heated in the outer chamber 110B passes through the upper part (upper part of the fluidized bed) 110D of the fluidized bed reactor 110. Since it passes through and moves to the inner room 110A, the thermal decomposition reaction is most performed in the upper part 110D. For this reason, the amount of solid carbon generated in the vicinity of the bottom 110C can be extremely reduced as compared with the fluidized bed reaction system 10 of the comparative example, and the situation where the gas inlet 116a is blocked with solid carbon is suppressed. It becomes possible to do.

また、流動層反応システム１００では、外部屋１１０Ｂから内部屋１１０Ａに向けて流動媒体を循環させているため、外部屋１１０Ｂの流速を、流動層を維持できる最大限（終端速度Ｕｔ未満）まで上昇させることができる。これにより、外部屋１１０Ｂの流動媒体の移動速度を向上させることができ、側壁１１２ｂの内面１１２ｄにおける局所的な高温場の形成を抑制することが可能となる。したがって、側壁１１２ｂの内面１１２ｄにおいて、固体炭素の固着をさらに低減することができる。   Further, in the fluidized bed reaction system 100, since the fluidized medium is circulated from the outer room 110B toward the inner room 110A, the flow rate in the outer room 110B is increased to the maximum (less than the termination speed Ut) that can maintain the fluidized bed. Can be made. Thereby, the moving speed of the fluid medium in the outer room 110B can be improved, and the formation of a local high temperature field on the inner surface 112d of the side wall 112b can be suppressed. Therefore, solid carbon can be further prevented from sticking on the inner surface 112d of the side wall 112b.

さらに、仮に固体炭素が固着した場合であっても、側壁１１２ｂの内面１１２ｄと流動媒体とが衝突する力が大きくなるため、固着した固体炭素を流動媒体で削剥することが可能となる。   Furthermore, even if solid carbon is fixed, the force with which the inner surface 112d of the side wall 112b collides with the fluid medium increases, so that the solid carbon that has adhered can be scraped off with the fluid medium.

以上説明したように、本実施形態にかかる流動層反応システム１００によれば、制御部１５０が流動層反応器１１０に導入した流動化ガスの流速を、内部屋１１０Ａよりも外部屋１１０Ｂの方が大きくなるようにガス導入部１３０を制御して、流動層反応器１１０内で流動媒体を循環させる構成により、側壁１１２ｂの内面１１２ｄへの固体炭素の固着を抑制することが可能となる。   As described above, according to the fluidized bed reaction system 100 according to the present embodiment, the flow rate of the fluidized gas introduced into the fluidized bed reactor 110 by the control unit 150 is higher in the outer chamber 110B than in the inner chamber 110A. By controlling the gas inlet 130 to be large and circulating the fluidized medium in the fluidized bed reactor 110, it is possible to suppress the solid carbon from adhering to the inner surface 112d of the side wall 112b.

（第１の実施形態の変形例：流動層反応システム２００）
図４は、第１の実施形態の変形例にかかる流動層反応システム２００を説明するための図である。本実施形態の図４では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、図４中、ガスの流れを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で示す。 (Modification of the first embodiment: fluidized bed reaction system 200)
FIG. 4 is a diagram for explaining a fluidized bed reaction system 200 according to a modification of the first embodiment. In FIG. 4 of the present embodiment, an X axis (horizontal direction), a Y axis (horizontal direction), and a Z axis (vertical direction) that intersect perpendicularly are defined as illustrated. In FIG. 4, the gas flow is indicated by solid arrows, and the signal flow is indicated by broken arrows.

図４に示すように、流動層反応システム２００は、流動層反応器２１０と、風箱１２０Ａ、１２０Ｂと、ガス導入部１３０と、加熱部１４０と、制御部１５０とを含んで構成される。なお、上述した流動層反応システム１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、形状の異なる流動層反応器２１０について詳述する。   As shown in FIG. 4, the fluidized bed reaction system 200 includes a fluidized bed reactor 210, air boxes 120 </ b> A and 120 </ b> B, a gas introduction unit 130, a heating unit 140, and a control unit 150. In addition, about the component substantially the same as the fluidized bed reaction system 100 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted, and here the fluidized bed reactor 210 from which a shape differs is explained in full detail.

図４に示すように、流動層反応システム２００は、流動層反応器２１０内の水平断面積（図４中、ＸＹ断面積）が、下方から上方に向かうに従って漸減した流動層反応器２１０を備える。つまり、流動層反応器２１０の側壁１１２ｂが、鉛直上方に向かうに従って流動層反応器２１０の中心側に傾いている。   As shown in FIG. 4, the fluidized bed reaction system 200 includes a fluidized bed reactor 210 in which the horizontal sectional area (XY sectional area in FIG. 4) in the fluidized bed reactor 210 gradually decreases from the lower side to the upper side. . That is, the side wall 112b of the fluidized bed reactor 210 is inclined toward the center of the fluidized bed reactor 210 as it goes vertically upward.

上述したように、本実施形態では、流動層反応器１１０内における流動媒体の流れを、外部屋１１０Ｂにおいて上昇流として流動媒体を循環させるため、外部屋１１０Ｂの流動媒体は、鉛直上方に流れることとなる。したがって、流動層反応器２１０を、側壁１１２ｂが鉛直上方に向かうに従って中心側に傾いた形状とすることで、外部屋１１０Ｂの上昇流として移動する流動媒体と、側壁１１２ｂの内面１１２ｄとの衝突頻度を増加させることができる。これにより、側壁１１２ｂの内面１１２ｄに固着した固体炭素を流動媒体で効率よく削剥することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the fluid medium in the fluidized bed reactor 110 is circulated as an upward flow in the outer chamber 110B, so that the fluid medium in the outer chamber 110B flows vertically upward. It becomes. Therefore, by making the fluidized bed reactor 210 into a shape inclined to the center side as the side wall 112b goes vertically upward, the collision frequency between the fluid medium moving as the upward flow of the outer room 110B and the inner surface 112d of the side wall 112b. Can be increased. This makes it possible to efficiently scrape the solid carbon fixed to the inner surface 112d of the side wall 112b with the fluid medium.

（第２の実施形態：流動層反応システム３００）
上述した第１の実施形態では、流動層反応器１１０内に流動媒体の流動層を形成させるための流動化ガスとして、原料ガスのみを例に挙げて説明した。しかし、流動化ガスの一部を原料ガス以外に変更することで、さらに側壁１１２ｂの内面１１２ｄへの固体炭素の固着を抑制することができる。第２の実施形態ではかかる構成について説明する。 (Second Embodiment: Fluidized Bed Reaction System 300)
In the first embodiment described above, only the raw material gas has been described as an example of the fluidizing gas for forming the fluidized bed of the fluidized medium in the fluidized bed reactor 110. However, by changing a part of the fluidizing gas to other than the raw material gas, solid carbon can be further prevented from sticking to the inner surface 112d of the side wall 112b. In the second embodiment, such a configuration will be described.

図５は、第２の実施形態にかかる流動層反応システム３００を説明するための図である。本実施形態の図５では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、図５中、ガスの流れを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で示す。   FIG. 5 is a diagram for explaining a fluidized bed reaction system 300 according to the second embodiment. In FIG. 5 of the present embodiment, an X axis (horizontal direction), a Y axis (horizontal direction), and a Z axis (vertical direction) that intersect perpendicularly are defined as illustrated. In FIG. 5, the gas flow is indicated by a solid arrow, and the signal flow is indicated by a broken arrow.

図５に示すように、流動層反応システム３００は、流動層反応器１１０と、風箱１２０Ａ、１２０Ｂと、ガス導入部３３０と、加熱部１４０と、制御部３５０とを含んで構成される。なお、上述した流動層反応システム１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、構成の異なるガス導入部３３０および制御部３５０について詳述する。   As shown in FIG. 5, the fluidized bed reaction system 300 includes a fluidized bed reactor 110, air boxes 120 </ b> A and 120 </ b> B, a gas introduction unit 330, a heating unit 140, and a control unit 350. In addition, about the component substantially the same as the fluidized bed reaction system 100 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted, and here, the gas introduction part 330 and the control part 350 from which a structure differs are explained in full detail.

ガス導入部３３０は、風箱１２０Ａに接続された配管３３２Ａと、配管３３２Ａ上に設けられたバルブ３３４Ａと、配管３３２Ａに原料ガスを供給する原料ガス供給源３３６と、ガス排出口１１８より延伸した配管から分岐され、風箱１２０Ｂに接続された配管３３２Ｂと、配管３３２Ｂ上に設けられたバルブ３３４Ｂとを含んで構成される。つまり、本実施形態において、風箱１２０Ａ（内部屋１１０Ａ）には原料ガスが導入され、風箱１２０Ｂ（外部屋１１０Ｂ）には生成ガス（水素）が導入されることとなる。   The gas introduction unit 330 extends from a pipe 332A connected to the wind box 120A, a valve 334A provided on the pipe 332A, a source gas supply source 336 that supplies source gas to the pipe 332A, and a gas discharge port 118. A pipe 332B branched from the pipe and connected to the wind box 120B, and a valve 334B provided on the pipe 332B are configured. That is, in this embodiment, the source gas is introduced into the wind box 120A (inner room 110A), and the product gas (hydrogen) is introduced into the wind box 120B (outer room 110B).

制御部３５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して流動層反応システム３００全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部３５０は、ガス導入部３３０を構成するバルブ３３４Ａ、３３４Ｂの開度制御を遂行して、流動層反応器１１０に導入した生成ガスの流速が、導入した流動化ガスの流速よりも大きくなるようにガス導入部３３０を制御する。   The control unit 350 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit), reads programs and parameters for operating the CPU itself from the ROM, and cooperates with a RAM as a work area and other electronic circuits. Thus, the entire fluidized bed reaction system 300 is managed and controlled. In the present embodiment, the control unit 350 performs the opening degree control of the valves 334A and 334B constituting the gas introduction unit 330, and the flow rate of the product gas introduced into the fluidized bed reactor 110 is set to the flow rate of the introduced fluidized gas. The gas introduction unit 330 is controlled to be larger than the flow rate.

具体的に説明すると、制御部３５０は、風箱１２０Ｂから外部屋１１０Ｂに導入した生成ガスの流速が、終端速度Ｕｔ未満となるようにバルブ３３４Ｂの開度を制御する。また、制御部３５０は、風箱１２０Ａから内部屋１１０Ａに導入した原料ガスの流速が、最小流動化速度Ｕｍｆ以上となるようにバルブ３３４Ａの開度を制御する。   Specifically, the control unit 350 controls the opening degree of the valve 334B so that the flow rate of the generated gas introduced from the wind box 120B into the outer room 110B is less than the terminal speed Ut. Further, the control unit 350 controls the opening degree of the valve 334A so that the flow rate of the source gas introduced from the wind box 120A into the inner chamber 110A is equal to or higher than the minimum fluidization speed Umf.

制御部３５０が上記流速で原料ガスおよび生成ガスを導入することで、流動層を維持したまま、流動層反応器１１０内において流動媒体の流れを、外部屋１１０Ｂ（流動層反応器１１０の側壁１１２ｂ側）において上昇流とし、内部屋１１０Ａ（中心側）において下降流として、流動媒体を、外部屋１１０Ｂから内部屋１１０Ａに向けて循環させることが可能となる。   The control unit 350 introduces the raw material gas and the product gas at the above flow rate, so that the flow of the fluidized medium is changed in the fluidized bed reactor 110 while maintaining the fluidized bed in the outer chamber 110B (the side wall 112b of the fluidized bed reactor 110). It is possible to circulate the fluid medium from the outer room 110B toward the inner room 110A as an upward flow at the side) and as a downward flow at the inner room 110A (center side).

また、ガス導入部３３０が、加熱しても固体炭素が生成されることのない生成ガス（水素）を外部屋１１０Ｂに導入する構成により、外部屋１１０Ｂにおける熱分解反応（メタンの熱分解反応）の遂行を抑制することができる。これにより、側壁１１２ｂの内面１１２ｄへの固体炭素の固着を抑制することが可能となる。   In addition, the gas introduction unit 330 introduces a generated gas (hydrogen) that does not generate solid carbon even when heated into the outer chamber 110B, so that the thermal decomposition reaction (methane thermal decomposition reaction) in the outer chamber 110B. Can be suppressed. As a result, solid carbon can be prevented from sticking to the inner surface 112d of the side wall 112b.

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。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.

例えば、上記実施形態において、流動層反応システム１００、２００、３００を利用し、上記式（１）に示す反応に基づいて原料ガスとしてのメタンから生成ガスとして水素を製造する構成を例に挙げて説明した。しかし、流動層反応システム１００は、他の反応に基づいて、原料ガスから生成ガスを製造してもよい。例えば、原料ガスとしてのシラン（ＳｉＨ４）や、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を熱分解させて、生成ガスとしての水素と、シリコン（Ｓｉ）を製造してもよい。 For example, in the said embodiment, the structure which manufactures hydrogen as production gas from methane as raw material gas based on reaction shown in said Formula (1) using fluidized bed reaction system 100,200,300 is mentioned as an example. explained. However, the fluidized bed reaction system 100 may produce a product gas from a raw material gas based on another reaction. For example, silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) as a source gas may be thermally decomposed to produce hydrogen and silicon (Si) as product gases.

また、上記実施形態において、整流板１１４を備える構成について説明したが、整流板１１４を備えずとも、ガス導入部１３０、３３０、制御部１５０、３５０によって流動媒体は循環することとなるため、整流板１１４は必須の構成ではない。   Moreover, in the said embodiment, although the structure provided with the baffle plate 114 was demonstrated, since a fluid medium will circulate by the gas introduction parts 130 and 330 and the control parts 150 and 350, without providing the baffle plate 114, it rectifies | straightens. The plate 114 is not an essential component.

また、上記実施形態において、流動層反応器１１０、２１０が円筒形状である場合を例に挙げて説明したが、流動層反応器１１０、２１０の形状に限定はない。   Moreover, in the said embodiment, although demonstrated taking the case where the fluidized bed reactors 110 and 210 were cylindrical shape, the shape of the fluidized bed reactors 110 and 210 is not limited.

また、上記実施形態において、ガス排出口１１８が、流動層反応器１１０の天板１１２ａに形成される構成を例に挙げて説明した。しかし、ガス排出口１１８は、流動層反応器１１０、２１０における流動層より上方であれば、側壁１１２ｂに形成されるとしてもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the gas discharge port 118 is formed in the top plate 112a of the fluidized bed reactor 110 has been described as an example. However, the gas discharge port 118 may be formed on the side wall 112b as long as it is above the fluidized bed in the fluidized bed reactors 110 and 210.

また、上記第２の実施形態において、ガス導入部３３０は、流動層反応器１１０の底部１１２ｃのうち、中心側より側壁１１２ｂ側に設けられたガス導入口１１６ａから外部屋１１０Ｂに生成ガスを導入する構成について説明した。しかし、ガス導入部３３０は、生成ガスに代えて、窒素、アルゴン等の不活性ガスを導入してもよい。   In the second embodiment, the gas introduction unit 330 introduces the product gas into the outer chamber 110B from the gas introduction port 116a provided on the side wall 112b side of the bottom 112c of the fluidized bed reactor 110 from the center side. The configuration to be described has been described. However, the gas introduction unit 330 may introduce an inert gas such as nitrogen or argon instead of the generated gas.

本発明は流動媒体の流動層を用いて反応を遂行する流動層反応システムに利用することができる。   The present invention can be used in a fluidized bed reaction system that performs a reaction using a fluidized bed of a fluidized medium.

１００、２００、３００ 流動層反応システム
１１０、２１０ 流動層反応器
１１２ｂ 側壁
１１２ｃ 底部
１１４ 整流板
１１６ａ ガス導入口
１３０、３３０ ガス導入部
１４０ 加熱部
１５０、３５０ 制御部 100, 200, 300 Fluidized bed reaction system 110, 210 Fluidized bed reactor 112b Side wall 112c Bottom 114 Current plate 116a Gas inlet 130, 330 Gas inlet 140 Heating unit 150, 350 Controller

Claims (5)

原料ガスを加熱して生成ガスを製造する流動層反応システムであって、
固体粒子で構成された流動媒体が収容される流動層反応器と、
前記流動層反応器の底部に形成されたガス導入口から少なくとも前記原料ガスを含む流動化ガスを導入して、前記流動媒体が該流動化ガス中に浮遊した状態である流動層を該流動層反応器内に形成するガス導入部と、
前記流動層反応器を構成する側壁の外方から、該流動層反応器内の流動媒体を加熱する加熱部と、
前記流動層反応器に導入した前記流動化ガスの流速が、該流動層反応器の中心側よりも側壁側の方が大きくなるように前記ガス導入部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記流動層反応器の中心側に導入した流動化ガスの流速が、前記流動媒体が静止した状態である固定層から前記流動層へ移行させる流動化ガスの流速である最小流動化速度以上となり、該流動層反応器の側壁側に導入した流動化ガスの流速が、該流動層から該流動媒体が該流動化ガスとともに飛散する状態である輸送層へ移行させる流動化ガスの流速である終端速度未満となるように前記ガス導入部を制御することを特徴とする流動層反応システム。 A fluidized bed reaction system for producing a product gas by heating a raw material gas,
A fluidized bed reactor containing a fluid medium composed of solid particles;
A fluidized gas containing at least the raw material gas is introduced from a gas inlet formed at the bottom of the fluidized bed reactor, and the fluidized bed is in a state where the fluidized medium is suspended in the fluidized gas. A gas inlet formed in the reactor;
A heating unit for heating the fluidized medium in the fluidized bed reactor from the outside of the side wall constituting the fluidized bed reactor;
A control unit for controlling the gas introduction unit such that the flow rate of the fluidized gas introduced into the fluidized bed reactor is larger on the side wall side than on the center side of the fluidized bed reactor;
With
The control unit is a minimum flow in which the flow rate of the fluidized gas introduced to the center side of the fluidized bed reactor is the flow rate of the fluidized gas to be transferred from the fixed bed where the fluidized medium is stationary to the fluidized bed. The fluidization gas flow rate is higher than the fluidization rate, and the flow rate of the fluidization gas introduced to the side wall side of the fluidized bed reactor is transferred from the fluidized bed to the transport layer where the fluidized medium is scattered together with the fluidization gas. The fluidized bed reaction system is characterized in that the gas introduction unit is controlled to be less than a terminal velocity that is a flow velocity. 前記流動層反応器内に設けられ、前記流動媒体の循環を促す整流板を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流動層反応システム。   The fluidized bed reaction system according to claim 1, further comprising a baffle plate provided in the fluidized bed reactor to promote circulation of the fluidized medium. 前記流動層反応器内の水平断面積は、下方から上方に向かうに従って漸減することを特徴とする請求項１または２に記載の流動層反応システム。   3. The fluidized bed reaction system according to claim 1, wherein the horizontal cross-sectional area in the fluidized bed reactor is gradually reduced from the lower side toward the upper side. 4. 前記ガス導入部は、前記流動層反応器の底部のうち、中心側より側壁側に設けられたガス導入口から、前記流動化ガスとして、前記生成ガス、または、不活性ガスを導入することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流動層反応システム。   The gas introduction part introduces the generated gas or the inert gas as the fluidization gas from a gas introduction port provided on the side wall side from the center side in the bottom part of the fluidized bed reactor. The fluidized bed reaction system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that 前記原料ガスはメタンであり、
前記生成ガスは水素であり、
前記流動媒体は、メタンから水素への分解反応を促進する触媒であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流動層反応システム。 The source gas is methane,
The product gas is hydrogen;
The fluidized bed reaction system according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluidized medium is a catalyst that promotes a decomposition reaction from methane to hydrogen.
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