JP2675753B2 - 高温ガスの処理方法および装置 - Google Patents

高温ガスの処理方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、循環型流動床反応装置
において高温プロセスで発生する高温ガスを処理する方
法と装置に関する。この循環型流動床反応装置は、高温
プロセスガスを循環する固体粒子と混合して懸濁ガス体
を形成する混合チャンバと、処理されたプロセスガスか
ら固体粒子を分離するための粒子分離器と、高温プロセ
スガスを混合チャンバ内に供給する手段と、混合チャン
バの上部にこれと連結して設けられ、懸濁ガス体を混合
チャンバから粒子分離器まで導くための上昇管またはダ
クトと、粒子分離器から処理されたガスを取り出すため
のガス出口と、粒子分離器で分離された固体粒子を混合
チャンバに戻すための固体リターンダクトとを具えてい
る。
【０００２】
【従来の技術】循環型流動床反応装置は、溶融した成分
もしくは気化した成分その他タール状の粒子を含む高温
ガスを冷却するのに特に適している。循環型流動床のガ
ス冷却装置は、従って、塵埃やタールその他の成分、す
なわち、生体、草炭（ピート）や石炭の部分酸化により
得られる凝縮可能な成分を含むガスを乾式で純化するの
に適している。混合チャンバに供給されたガスは、リタ
ーンダクト内の粒子分離器からの大量の固体粒子のリタ
ーン流により、有害なガス状または液状成分が凝縮して
タール状物質が乾燥した固体物質に戻る温度レベルまで
急速に冷却される。次いで、この固体は冷却されたガス
から容易に分離可能である。
【０００３】この循環型流動床ガス冷却装置は、鉄の精
鉱の予備加熱および予備還元等の化学プロセスにも使用
可能である。この精鉱は先ず鉄の製錬プロセスからの高
温プロセスガスにより流動床において予備加熱と予備還
元される。還元のための好適な温度は８００〜９５０°
Ｃなので、この温度を維持するために循環粒子反応装置
内に循環粒子の温度を調節するための冷却面を設ける必
要がある。鉄の精鉱の予備加熱と還元は、通常、冷却の
ためには不充分である。必要な冷却面は、通常、混合チ
ャンバの上方に設けられた上昇管またはダクト内に対流
伝熱面として設けられている。
【０００４】上述の循環型流動床ガス冷却装置では、混
合チャンバは、いわゆる噴流型（spouting bed type)の
流動チャンバ、すなわち、ジェット流を形成して高温プ
ロセスガスが流動床ガスとしても作用する流動チャンバ
である。
【０００５】従来の流動チャンバすなわち混合チャンバ
は、上向きに拡がった円錐状の下方部分と、これに同心
的に接続された円筒状中間部分と、該中間部分に同心的
に接続された上向きに狭まった円錐状の上方部分とから
なる。通常は円形の高温プロセスガスの入口が、円錐状
下方部分の底部に同心的に接続されている。この流動床
反応装置の上昇管は円錐状の上方部分に同心的に接続さ
れている。流動床ガスのジェットは流動床の粒子の一部
を混合チャンバ内で上方に流動させ、更に円錐状チャン
バの外周の方に向かわせる。しかし、チャンバの外周の
方へ向かう固体粒子の速度は減速され、粒子は下向きに
移動し始める。下方に移動する固体粒子は、混合チャン
バの円錐状底部のガス入口に向かい、そこで該入口を通
じて流入する高温ガスが、この固体粒子を巻き込んで再
び混合チャンバの上方部分に輸送する。こうして、固体
粒子の噴水状の流れが混合チャンバの内部に形成され
る。固体粒子の一部は流動チャンバの上方部分から連続
的に流出して上昇管に入り、そこから更に粒子分離器に
入る。必要に応じて、固体粒子を混合チャンバから直接
に供給し或いは除去することも可能である。
【０００６】循環型流動床反応装置では、循環する物質
のためのリターンダクトが混合チャンバの側壁に、その
下方部分から例えば円筒状の中間部分の側壁まで接続さ
れている。このようにして、リターンダクトから混合チ
ャンバまで戻る循環物質は、最初は混合チャンバの壁に
沿って下向きに流れ、少しずつ高温ガスと混合され、最
後には混合チャンバの中央部分から高温ガスのジェット
を形成している上昇管まで流れる。
【０００７】その目的は、ガス入口すなわちベンチュリ
ーからの高温ガスを急速に冷却して、気化または溶融し
ている成分を固化させて固体粒子にすることにある。そ
れと共に、ガスジェットの運動量を小さくして熱表面の
腐食と目詰まりを防止することにある。通常、混合チャ
ンバ内の固体粒子の量は、この目的を合理的に早く達成
するのに充分ではあるが、問題を生じることも多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】例えば、噴流型の流動
チャンバにおいてガス流が増加すると、円錐壁に沿って
下降する固体物質の粒子の一部は側方に押しやられてガ
スジェットの到達範囲外に出され、ガス流と混ざらなく
なる。このようにして、固体粒子密度の低い領域がガス
入口の真上に形成される。ガス速度が更に増加すると、
固体粒子密度の低い領域は混合チャンバ内に更に深く侵
入する。そこで、懸濁ガス体のジェット流が混合チャン
バ全体に形成され、ガスは実質的に冷却されずに上昇管
まで直接に流れる。
【０００９】懸濁ガス体より成る強いジェット流を有す
る循環型流動床反応装置では、前述の理由により上昇管
の第１部分に設けられた冷却面に摩耗が発生する。この
摩耗は、冷却面に冷却されずに到達する高温のガスジェ
ットによるものと推定されている。この摩耗の一部はガ
ス温度に起因し、又その一部はガスの局部的な高速に起
因している。
【００１０】冷却面に到達するジェット流により、該表
面の目詰まりや煤の付着による汚れの問題を生じる。冷
却面に到達するまでに高温ガスが冷却されない場合に
は、不純物は意図しているように循環物質粒子には凝縮
せずに、冷却面に到達して始めて凝縮する。
【００１１】本発明の目的は、循環型流動床により、高
温のプロセスで発生する高温プロセスガスを処理する方
法および装置を改良することにある。特に、上述の欠点
を解消する改善された方法と装置を提供することにあ
る。更に、本発明の目的は、高温ガスの処理に利用され
る循環型流動床反応装置において、懸濁ガス体と固体粒
子の横方向の混合を改善することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ための本発明による方法の特徴は、循環型流動床反応装
置において、・混合チャンバに戻る固体粒子の少なくと
も一部が実質的に下向きの固体粒子流としてチャンバに
向かい、・高温プロセスガスが実質的に上向きのガス流
として固体粒子流に向かって混合チャンバまで導かれ、
固体粒子流がガスと接触することに存する。
【００１３】本発明の目的を達成するための本発明によ
る装置の特徴は、循環型流動床反応装置において、・リ
ターンダクトが、その下方部分から混合チャンバの屋根
部分まで連結されており、該チャンバ内には固体粒子を
混合チャンバ内に戻すためのリターン開口部が設けら
れ、・混合チャンバの屋根部に設けられた固体リターン
開口部の実質的に直下の混合チャンバの底部には、高温
ガスの入口が設けられていることに存する。
【００１４】循環型流動床反応装置において循環する固
体粒子流を、ガス入口つまりベンチュリーの真上に戻す
ことにより、固体粒子による運動量減少効果を最大限に
利用可能となる。本発明によれば、固体粒子リターンシ
ステムとガス入口とは自然に垂直方向に重なり、例えば
該リターンシステムが混合チャンバの中央に位置しない
ように配置されている。
【００１５】噴流型の流動チャンバにおける流れの形
は、流動床の量、流動床材料およびガス流に応じて決め
られる。混合チャンバの入口およびリターンダクトのリ
ターン開口部を、高温ガスの流れが混合チャンバに入っ
たときに、たとえ少量でも冷却された循環床材料に直接
接触するように配置することにより、流れの形が積極的
に影響を受けるとの近時の観察結果がある。これによ
り、循環する材料が高温ガス流を妨害し、高温ガスが直
接混合チャンバを通過して上昇管内に配設されている冷
却面の方に流れることが防止される。
【００１６】混合チャンバ内の流れの形に影響を与える
別のやり方は、混合チャンバのガス入口とリターンダク
トの固体リターン開口部とを互いに適宜な距離以内に配
置し、ガス流と循環する材料とが望ましく接触、混合さ
れるようにすることである。混合チャンバの内部での流
れと冷却は、入口（複数）とそれらの相互間隔を適正に
選ぶことにより好適に調節可能である。
【００１７】ガス入口とリターンダクト開口部は、ガス
流と固体粒子とが実質的に同心流として接触するよう
に、互いに対面して同心状に配置されていることが望ま
しい。これにより、固体粒子の流れがガス流の運動量を
効果的に減少させ、ガス流を冷却すると共に流れが実質
的に混合チャンバの断面全体に拡がるようにガス流を乱
す。
【００１８】本発明によれば、混合チャンバ内のガス流
の速度を減少させて、冷却面に高温のままのガスが接触
することを防ぐことが可能である。本発明によれば、ガ
ス流を混合チャンバの中間部分により長く滞留させて、
ガスと循環する材料との間で熱の輸送やその他の反応を
行わせることができる。
【００１９】本発明の好ましい実施例において、混合チ
ャンバは、実質的に平行に傾斜した底部と屋根部とを具
備している。高温プロセスガス用の入口が傾斜した底部
の下方部分に配置され、リターンダクトが傾斜した屋根
部の下方部分に配置されている。こうして、高温ガスと
循環する材料は、混合チャンバの下方部分で効果的に混
合され、そこから懸濁ガス体として混合チャンバの上方
部分に向かって所定の角度で流れる。これにより、ガス
流は混合チャンバの上方部分から上昇管の方に流れる前
に流れの方向が変る。これにより、ガス流が減速される
と共に、ガスと固体粒子の混合および冷却が促進され
る。
【００２０】本発明の方法と装置は、簡単なやり方で、
ガスの高温の中心流が固体粒子と混ざることなく混合チ
ャンバ内に深く侵入することを防止し、これにより未だ
純化されていない高温ガスが対流表面に及ぼすマイナス
の効果が回避され或いは大幅に減少する。これと同時
に、ガスと循環材料の両方の入口手段が混合チャンバの
下方部分に設けられている場合、混合チャンバ内の乱流
が改善されて混合チャンバ全体へのガスの良好な分布が
得られ、これにより混合チャンバ内での固体粒子とガス
との良好な接触が行われる。これは、例えば鉄の精鉱を
還元する際等に望ましい。
【００２１】通常、固体粒子を上昇させるガスの能力
は、ガス流の中に物質が均一に分布している程大きくな
る。本発明は、固体粒子をより均一に分布させることが
できるので、同じ容積のガスでより多くの物質を上昇管
に持ち上げることができる。上昇管における固体粒子密
度が増加すれば、上昇管の加熱表面の伝熱効果が改善さ
れる。反応装置の横方向混合に及ぼす本発明による方法
と装置の積極的効果は、横方向の混合距離の長い大型の
ユニットの場合に特に有利である。
【００２２】
【実施例】図１に、混合チャンバ１２と、上昇管１４
と、粒子分離器１６とリターンダクト１８とを有する循
環型流動床反応装置１０を示す。プロセスガスの入口す
なわちベンチュリー２２が、混合チャンバ１２の傾斜し
た底部２０の下方部分に形成されている。
【００２３】リターンダクト１８は混合チャンバの屋根
部１９に設けられ、固体リターン開口部２４がベンチュ
リー２２の真上に配置されるように、これと同心的に混
合チャンバの下方部分に開口している。これにより、リ
ターン流が混合チャンバに流れる高温プロセスガスの運
動量を効果的に減少させ、かつ、ガスを冷却する。こう
して形成された部分的に冷却された懸濁ガス体が、混合
チャンバの上方部分に流入して上昇管の方に流れる。
【００２４】図１のガス冷却器においては、粒子分離器
は縦型サイクロン分離器である。このサイクロン分離器
は、ガス冷却器を形成するシェル構造２６の内側に仕切
り壁２８を設けることにより形成され、該壁２８はサイ
クロン分離器１６を上昇管１４から分離すると共に、リ
ターンダクト１８を混合チャンバ１２から分離してい
る。
【００２５】ガス冷却器のシェル構造２６と仕切り壁２
８の両者は、冷却水チューブのパネルを曲げて接続する
ことにより形成可能である。このようにして、サイクロ
ン分離器は、反応装置の壁３０の上方部分と該反応装置
の内部に形成された仕切り壁２８の上方部分との間に形
成された細長いチャンバを具えており、該分離器は固体
粒子をガスから分離するための複数の隣接する渦流を形
成する。純化されたガスは出口３２を経て反応装置から
取り出される。リターンダクト１８は、壁３０の下方部
分と仕切り壁２８の下方部分との間に狭いスロットによ
り形成されている。
【００２６】上昇管は、粒子分離器に到達する以前に懸
濁ガス体を冷却するために冷却面３４を具えている。流
動床反応装置は、その混合チャンバ等に、例えば反応装
置に対して精鉱を供給したり取り出したりするための図
示しない固体粒子用の入口・出口ダクトとを具えること
ができる。必要に応じて、これらの入口・出口ダクトは
固体粒子循環経路の他の箇所に設けてもよい。
【００２７】図１の冷却構造の利点は、次のようなもの
である。 ・ベンチュリー２２とリターンダクト１８のリターン開
口部２４の相互の位置関係により、ガス冷却プロセスが
迅速、かつ、確実に行える。 ・混合チャンバの下方部分のベンチュリーとリターンダ
クトのリターン開口部との位置関係により、上昇管の冷
却面における腐食と目詰まりが効果的に防止される。 ・負荷の突然の変化に対してこの冷却構造は柔軟に対応
できる。 ・粒子分離器とリターンダクトが反応装置のシェル構造
を利用して構成されているので有利である。 ・大型ユニットにスケールアップすることが容易であ
る。
【００２８】図２は、粒子分離器１６が水平サイクロン
である点を除いて、図１のものと類似したガス冷却構造
を示す。この水平サイクロンとリターンダクト１８は、
仕切り壁により反応装置からこれらを分離することによ
り形成されている。
【００２９】図３は、循環型流動床反応装置の下方部分
の第３実施例を示す。この図は、水チューブパネルで形
成された細長いリターンダクト１８が、これに平行な細
長い冷却反応装置のシェル２６の中間部分に配置された
ガス冷却構造を示している。従って、長方形状断面を有
する、すなわち狭い開口部を形成する入口２２が、これ
に平行な細長い混合チャンバの底部２０の中央に配置さ
れている。リターン開口部２４とガス入口２２は互いに
重なって位置している。懸濁ガス体は混合チャンバから
上昇管３６と３８内を、リターンダクトの両側に沿って
二つの懸濁ガス体の流れとして上向きに流れる。図３の
構成では、二つのガス冷却器が並列して連結されてい
る。これらのガス冷却器は一つの壁４０を共有してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】循環型流動床反応装置における本発明装置の模
式図である。
【図２】別の循環型流動床反応装置における本発明装置
の模式図である。
【図３】第３の循環型流動床反応装置における本発明装
置の模式図である。
【符号の説明】
１０…循環型流動床反応装置 １２…混合チャンバ １４…上昇管 １６…粒子分離器 １８…リターンダクト ２２…高温ガス入口 ２８…仕切り壁 ３４…熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４ Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４Ｄ １０４Ｇ

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 循環型流動床反応装置、すなわち、高温
    プロセスガスを循環する固相を形成する固体粒子と混合
    して懸濁ガス体を形成する混合チャンバと、 固体粒子を処理されたプロセスガスから分離する粒子分
    離器と、 高温プロセスガスを混合チャンバ内に供給する手段と、 混合チャンバの上部において該チャンバに連結して設け
    られ、懸濁ガス体を混合チャンバから粒子分離器まで導
    くための上昇管またはダクトと、 粒子分離器から処理されたガスを取り出すためのガス出
    口と、 粒子分離器で分離された固体粒子を混合チャンバに戻す
    ための固体リターンダクトとを具えた循環型流動床反応
    装置において、高温プロセスで発生する高温ガスを処理
    する方法であって、 混合チャンバに戻される固体粒子の少なくとも一部を、
    実質的に下向きの固体粒子流としてこれに導き、 高温プロセスガスをガス流として固体粒子流の方向に実
    質的に上向きに混合チャンバに導き、固体粒子流とガス
    とを接触させることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 懸濁ガス体が上昇管において冷却される
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 溶融した鉱石等から発生した高温プロセ
    スガスが、溶融かつ／または気化した成分を凝縮するた
    めに流動床反応装置内で冷却されることを特徴とする請
    求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 高温プロセスガスが、それに含まれてい
    る固体粒子をガスから分離するために処理されることを
    特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 精鉱等の固体材料が流動床反応装置内で
    高温プロセスガスで処理されることを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  6. 【請求項６】 高温プロセスガス流と戻る固体粒子流と
    が、実質的に同心的な流れとして相互に接触させられる
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 循環型流動床反応装置、すなわち、高温
    プロセスガスを循環する固相を形成する固体粒子と混合
    して懸濁ガス体を形成する混合チャンバ（１２）と、 固体粒子を処理されたプロセスガスから分離する粒子分
    離器（１６）と、 高温プロセスガスを混合チャンバ内に供給する手段（２
    ２）と、 混合チャンバの上部において該チャンバに連結して設け
    られ、懸濁ガス体を混合チャンバから粒子分離器まで導
    くための上昇管（１４）またはダクトと、 粒子分離器から処理されたガスを取り出すためのガス出
    口（３２）と、 粒子分離器で分離された固体粒子を混合チャンバに戻す
    ための固体リターンダクト（１８）とを具えた循環型流
    動床反応装置（１０）において高温プロセスで発生する
    高温ガスを処理する装置であって、 循環型流動床反応装置は、リターンダクト（１８）がそ
    の下方部分から混合チャンバの屋根部（１９）まで連結
    され、該混合チャンバ内に固体粒子を戻すためのリター
    ン開口部（２４）がそれに設けられ、 高温ガス入口（２２）が、混合チャンバの屋根部（１
    ９）に設けられたリターン開口部の実質的に真下の、混
    合チャンバの底部に設けられていることを特徴とする装
    置。
  8. 【請求項８】 粒子分離器（１６）がサイクロンである
    ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 粒子分離器（１６）とリターンダクト
    （１８）が、流動床反応装置の内部に配置された仕切り
    壁（２８）により混合チャンバと上昇管とから分離され
    ていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 リターンダクト（１８）が狭いスロッ
    ト形状をしていることを特徴とする請求項９に記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 混合チャンバ（１２）が実質的に平行
    に傾斜した底部（２０）と屋根部（１９）を具え、高温
    プロセスガス用の入口（２２）が傾斜した底部（２０）
    の下方部分に設けられ、リターンダクトが傾斜した屋根
    部（１９）の下方部分に連結されていることを特徴とす
    る請求項９に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 上昇管（１４）が熱交換器（３４）を
    具えていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
JP6130383A 1993-06-11 1994-06-13 高温ガスの処理方法および装置 Expired - Fee Related JP2675753B2 (ja)

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FI932672 1993-06-11
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EP (1) EP0628345B1 (ja)
JP (1) JP2675753B2 (ja)
KR (1) KR0141544B1 (ja)
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