JP2773398B2 - 流動床装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流動床改質炉等の流動床装置に係り、特にガ
ス分散部の構造を改良した流動床装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来から流動床改質炉等の流動床装置のガス分散部は
例えば特開平１−290502号公報に示されるようにガス分
散板形式としたものが多く採用されている。このガス分
散板は例えば炉を横断させて仕切板を取付け、この仕切
板に多数のガス分散管を取付けて構成され、これにより
下部に位置する空気質と流動室が区画させる。そして、
空気室から高温ガス（空気）がガス分散板の多数のガス
分散管を通して流動室内へ供給され、流動室内で流動床
を形成させ、流動床でガス燃料等が流動燃焼される。な
お、ガス分散板に冷却管を付設することもある。

また、流動床改質炉において流動床中で燃焼させるガ
ス燃料の供給はガス分散板内の上下の仕切板間に形成さ
れたガス燃料供給通路からガス分散管内へその側壁に穿
設されたガス燃料導入口へ取り入れられ、ガス分散管に
よって空気室から導入される高温ガスとともに流動室内
へ導入される構成にされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような分散板タイプでは例えば流動床の温度は
900℃程度の高温であるので高温雰囲気に晒され、熱膨
張が大きい。このため、熱伸びを吸収する機構が複雑に
なる。例えば、水冷管等の冷却装置を付設する必要があ
る。また、空気室と流動室のシール方法も困難である。

また、前記のとおり、ガス燃料をガス分散板の燃料通
路から分散管のガス燃料導入口を通して供給する構造で
は、流動床装置始動時の流動床の予熱時において、ガス
燃料は供給しないで、高温空気のみを供給するのである
が、この場合に高温空気がガス燃料管内に逆流して入り
込む恐れがあり、ガス燃料を供給したときにガス分散板
内で燃焼し異常高温となり分散板を損なう恐れがある。

また、流動室内への高温空気とガス燃料の導入は同部
位から行われるので、ガス燃料が流動床中に充分に行き
渡らずに流動媒体とガス燃料との混合が思うほどに良好
にならず、燃焼が充分に行われず、ガス燃料がフリーボ
ード部へ逃げやすくなる。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであ
り、熱による伸びやガス分散部上下室のシール機構に対
して特別な考慮は必要とせず、構造を簡単にできるガス
分散部とすることができ、ガス燃料を確実に流動床中に
分散させて供給することができる等した流動床装置を提
供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、 （１） 炉の底部に一端を炉へ固定され他端を自由端と
した複数本の空気管をほぼ等間隔で並置して設け、その
各々の空気管の軸線方向にほぼ等間隔で空気管から上方
へ突出する多数の空気分散管を設けると共に、前記空気
管の上部に空気管とほぼ平行にして一端を炉へ固定され
他端を自由端とした複数本のガス燃料管をほぼ等間隔に
並置して設け、前記空気分散管の間にそれぞれ位置させ
てガス燃料管から下方に突出する多数のガス燃料分散管
を設けた流動床装置としたものである。

（２） 上記請求項（１）の流動床装置において、ガス
燃料分散管のガス燃料噴出口のレベルを空気分散管の空
気噴出口のレベルよりも下にした流動床装置としたもの
である。

〔作 用〕

上記（１）の流動床装置では、炉の底部において空気
分散部が位置し、底部から流動室を形成可能であり、例
えば従来装置のように空気室と流動室とを分離するため
のシール機構が必要でなくなる。また、流動室の高温に
対しては空気管自体が伸びることにより伸びを逃げる機
構を省略される。これにより、ガス分散部の構成が簡略
化される。また、流動床装置自体も高さが低いものとさ
れてコンパクトに構成される。さらに、流動化兼燃焼用
空気とガス燃料とが異なる部位から、かつ、多数点から
供給されるので流動床中にガス燃料が充分に分散されて
行き渡り、ガス燃料が特定部位からフリーボード部へシ
ョートパスする現象が少なくなると共に、ガス燃料と流
動化兼燃焼用空気とが良く混合され、燃焼率が高まる。

上記（２）の流動床装置では、ガス燃料が流動化兼燃
焼用空気よりも下の位置から流動媒体中に噴出されるた
め、上記よりもさらに充分に流動床中にガス燃料が行き
渡り燃焼率が向上する。そして、運転開始時、流動床
（流動媒体）を予熱する時にガス燃料は送らずに高温空
気のみを空気管から空気分散管を通してその空気噴出口
から流動室内へ送給する場合、この高温空気はガス燃料
分散管のガス燃料噴出口よりも高い位置（レベル）にあ
る空気分散管の空気噴出口から噴出されるため、ガス燃
料噴出口回りの流動媒体は流動化されておらず各粒子は
静止しているので、空気噴出口から噴出される高温ガス
により流動化された流動媒体粒子によってガス燃料噴出
口が閉塞されるということがなく、予熱終了後のガス燃
料の供給が円滑に行われ装置が円滑に始動される。な
お、予熱時には流動媒体は空気分散管の空気噴出口より
も上の部分は流動化されるが、これよりも下の部分であ
るガス燃料噴出口の回りの部分の流動媒体は流動化され
ておらず静止床となっている。

〔実施例〕

以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。

第１図および第２図は本発明の流動床装置としての流
動床改質炉の全体構成を示すものであり、第１図は縦断
正面図、第２図は第１図のII〜II線矢視断面図である。

両図において、10は炉体であり、流動室70内には炉体
10の炉底10a上にガス分散部20が設置され、その上方の
流動室70内にはガス分散部20と所定の距離をおいて上下
に複数本（本実施例では上下４段）の伝熱管としての触
媒管80が流動室70を横断して配置されている。ガス分散
部20及びその所定高さ上方位置には運転しないときには
流動媒体が充填されている。流動室70の上方のフリーボ
ード70aには燃焼排ガス取出管90が取付けられている。9
0aは排ガス排出管である。

しかして、ガス分散部20は詳細を第３図および第４図
に示すように構成されている。なお、第３図は第１図の
III線矢視平面図でありガス分散部20の平面図、第４図
は第３図のIV線矢視断面図である。

流動室70内において各々空気供給ヘッダ31から分岐さ
れた複数本（本実施例では４本）の大径の空気管30が炉
底10a上に載置されて等間隔で配置されて取付けられて
おり、各々の空気管30は空気供給ヘッダ31側の一端側を
炉体10に固定され、他端側は自由端とされている。な
お、この自由端側は閉塞されている。そして、それぞれ
の空気管30には、その軸線方向に等間隔で多数の空気分
散管40が上方へ突出されて取付けられている。一方、各
々の空気管30の上側には一端側をガス燃料供給ヘッダ51
から分岐され、前記空気管30よりも小径の複数本（本実
施例では４本）のガス燃料管50が前記空気分散管40の頭
上に間隔をおいてスペーサ45に載置された状態で配置さ
れて取付けられている。この各々のガス燃料管50もヘッ
ダ51側を炉体10に固定され、他端側は自由端とされてい
る。そして、各々のガス燃料管50には前記隣合う空気分
散管40の間にそれぞれ位置されて多数のガス燃料分散管
60が下方に向けて突出されて取付けられている。

ここで空気分散管40およびガス燃料分散管60構造を第
５図乃至第８図に基づいて説明する。なお、第５図は第
４図の拡大部分図、第６図は第５図のVI線矢視平面図、
第７図は第５図のVII線矢視断面図、第８図は第５図のV
III線矢視断面図である。

空気分散管40は、空気管30から分岐されて上方へ突出
されて取付けられた短管からなる内管41と、内管41の上
端に取付けられた円板状の上部カバー板43と円環状の下
部カバー板44により取付けられた短管からなる外管42で
閉塞されて構成される環状室48、内管41上端部分に設け
た環状室48への空気流出口46、この空気流出口46よりも
下部の位置で外管42に設けられた空気噴出口47から形成
されている。この実施例では第７図にも示すように空気
流出口46は内管41の相対する位置に２箇所、空気噴出口
47は空気流出口46と位相をずらせて外管42に周方向に等
間隔で４箇所設けられている。適宜位置の空気分散管40
には、その上部カバー板43にガス燃料管50を載置するス
ペーサ45が取付けられている。

一方、ガス燃料分散管60はガス燃料管50に小孔63を介
して取付けられた小径管61とその下端のカバー板62およ
び小径管61の下端部分の円周２箇所に設けたガス燃料噴
出口62で構成されている。ガス燃料噴出口62は空気噴出
口42よりも距離Ｈだけ位置されている。

このように構成された流動床改質炉の作動を説明す
る。

運転開始時にあっては流動室70の底部に流動媒体がガ
ス燃料管50と触媒管80との間にその上面を位置させて充
填されて静止した状態となっている。そして、空気ヘッ
ダ31へ例えば900℃の高温空気を供給すると、この高温
空気は空気ヘッダ31から複数に分岐した各々の空気管30
内に流入し、さらに空気管30に取付けられた多数の空気
分散管40へ流れ込み、その内管41の上端部の空気流出口
46から環状室48内へ流入する。そして、環状室48内で下
降しつつ左右に分かれ偏流を防止されて外管42の空気噴
出口47から流動室70内へ排出され、流動媒体を流動化さ
せて流動床を形成させて流動媒体粒子を加熱することに
より流動床の予熱作用を行う。このような予熱作用は流
動床温度が例えば600℃に達するまで行われる。この予
熱作用時には空気分散管40の空気噴出口47が位置するレ
ベルより上方の流動媒体が流動化されており、それより
も下のレベルにあるガス燃料分散管60のガス燃料噴出口
62の回りの流動媒体は静止しているので、この流動して
いる粒子に影響されてガス燃料噴出口62内へ粒子が進入
して詰まることが防止される。このような予熱作用が終
了すると、ガス燃料ヘッダ51へ都市ガス等のガス燃料が
供給され、ガス燃料ヘッダ51から複数本分岐されたガス
燃料管50の各々にガス燃料が流入し、さらに多数のガス
燃料分散管60内へそれぞれ流入し、そのガス燃料噴出口
62からガス燃料噴出口62回りの流動媒体中へ供給され
る。そして、ガス燃料は前記のようにして予熱されて高
温状態となっている流動床により燃焼され、これにより
流動床温度はさらに上昇して所定の温度の例えば800〜9
00℃に保たれる。

しかして、このガス燃料の流動床での燃焼において流
動化兼燃焼用空気とガス燃料とが異なる部位から、か
つ、多数点から供給されるので流動床中にガス燃料が充
分に分散されて行き渡り、ガス燃料が特定部位からフリ
ーボード部へショートパスする現象が少なくなると共
に、ガス燃料と流動化兼燃焼用空気とが良く混合され、
燃焼率が高まる。また、このときガス燃料が流動化兼燃
焼用空気よりも下の位置から流動媒体中に噴出されるた
め、さらに充分に流動床中にガス燃料が均等に行き渡り
燃焼率が一層向上されると共に流動床が均等に加熱され
ることとなる。

このようにして形成された流動床は膨張して層高が高
くなっており、これが触媒管80に接触したりまたは触媒
管80が流動床により埋没されたりすることにより触媒管
80が均等に加熱され、下部供給管81から触媒管80内へ供
給される例えば都市ガス等の炭化水素系燃料とスチーム
とが触媒の作用で均等に加熱され、水素ガスや一酸化炭
素ガスにされて上段触媒管80の上部排出管82から取り出
され、水素ガスは燃料電池等に利用れる。燃焼排ガスは
フリーボード70aを上昇し排ガス取出管90へ吸引され排
ガス排出管90aから取り出される。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明では、 請求項（１）のような構成とすることにより、高温に
よる熱伸びに対する配慮が必要でなくなり、ガス分散部
の構成を簡略化することができると共に、ガス分散部を
炉の底部に配置することにより流動床装置自体の高さを
低くできコンパクトに形成することができる。また、ガ
ス燃料が流動床の特定の部位からショートパスしてフリ
ーボード部へ逃げる確率が減少しガス燃料と流動化兼燃
焼用空気とが良好に混合されてガス燃料が効率良く燃焼
され、流動床を均等に加熱することができる。

請求項（２）のような構成とすることにより、ガス燃
料が流動化兼燃焼用空気よりも下の位置から流動媒体中
に噴出されるため、上記よりもさらに充分に流動床中に
ガス燃料が行き渡り燃焼率が向上する。そして、運転開
始時、流動床を予熱する時にガス燃料は送らずに高温空
気のみを空気管から空気分散管を通してその空気噴出口
から流動室内へ送給する場合に、空気分散管の空気噴出
口から噴出される高温ガスにより流動化された流動媒体
粒子によってガス燃料噴出口が閉塞されるということが
なく、予熱終了後のガス燃料の供給を円滑に行うことが
でき、装置を円滑に始動させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の一実施例を示し、第１図および
第２図は本発明の流動床装置としての流動床改質炉の全
体構成を示すものであり、第１図は縦断正面図、第２図
は第１図のII〜II線矢視断面図、第３図は第１図のIII
線矢視平面図でありガス分散部20の平面図、第４図は第
３図のIV線矢視断面図、第５図は第４図の部分拡大図、
第６図は第５図のVI線矢視平面図、第７図は第５図のVI
I線矢視断面図、第８図は第５図のVIII線矢視断面図で
ある。 10……炉体、10a……炉底、20……ガス分散部、30……
空気管、40……空気分散管、47……空気噴出口、50……
ガス燃料管、60……ガス燃料分散管、62……ガス燃料噴
出口、70……流動室、80……触媒管、90……排ガス取出
管。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉の底部に一端を炉へ固定され他端を自由
   端とした複数本の空気管をほぼ等間隔で並置して設け、
   その各々の空気管の軸線方向にほぼ等間隔で空気管から
   上方へ突出する多数の空気分散管を設けると共に、前記
   空気管の上部に空気管とほぼ平行にして一端を炉へ固定
   され他端を自由端とした複数本のガス燃料管をほぼ等間
   隔に並置して設け、前記空気分散管の間にそれぞれ位置
   させてガス燃料管から下方に突出する多数のガス燃料分
   散管を設けたことを特徴とする流動床装置。
2. 【請求項２】ガス燃料分散管のガス燃料噴出口のレベル
   を空気分散管の空気噴出口のレベルよりも下にしたこと
   を特徴とする請求項（１）記載の流動床装置。