JP4342133B2 - 処理物の供給装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧熱反応器に粒状物等の処理物を供給するための処理物の供給装置及び方法に関する。本発明は、特に、加圧流動層ボイラをはじめとする加圧燃焼ボイラ火炉、二段熱分解ガス化炉をはじめとする熱分解ガス化炉等の圧力の高い条件下にて熱反応を行わせる加圧熱反応器へ粒状物等の処理物を供給するための処理物の供給装置及び方法に関する。ここで、処理物は粒状物が好ましく、処理される粒状物には、石炭、オイルコークス、オイルシェルなどの化石燃料、またはそれに起源を有する炭素含有物、木や草や農業廃棄物や食品廃棄物などのバイオマス、都市ゴミ、廃容器、廃包装物、廃プラスチック、有機汚泥、有機性の各種産業廃棄物、その他の炭素及び／又は有機物含有物等が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の加圧熱反応器に処理物である粒状物を供給するための装置を示す概略図である。図７に示すように、加圧熱反応器１００への粒状物の供給は、粒状物流路である上から下へのシュートの末端にダブルダンパと称されるシール機構と、スクリューフィーダを設けることによって行われている。
ダブルダンパは、二つのスイングダンパ１０１，１０２からなり、スイングダンパ１０１，１０２は、通過する粒状物の流路から離間した位置に水平の回転軸１０３ａ，１０４ａを有し、回転軸１０３ａ，１０４ａを中心として回転することで粒状物の流路を開閉する弁体１０３，１０４と、これら弁体１０３，１０４を収納するケーシング１０５，１０６と、弁体１０３，１０４を回転して開閉させるためのエアシリンダなどのアクチュエータ１０７，１０８から構成されている。弁体１０３，１０４は、水平もしくは若干先端が下がった状態で弁体の上下の流路を遮断した閉の状態と、下側に回転してスイングする形で開くことによりダンパ上の粒状物を落下させるのと同時に弁体１０３，１０４の上下の流路を連通させた開の状態とをとることができる。
【０００３】
上述の構成を有したダブルダンパにおいて、上のダンパ１０１が開閉し、次に下のダンパ１０２が開閉し、また上のダンパ１０１が開閉し、次に下のダンパ１０２が開閉するという動作を繰り返し、常にいずれか片方のダンパを閉じた状態として加圧熱反応器１００の内外をシールしつつ、ダンパ１０１，１０２が開いた際に粒状物を各ダンパ１０１，１０２の上から下へと順次間欠的に移動させて粒状物ａをスクリューフィーダ１１０上に落とす。
【０００４】
スクリューフィーダ１１０は、スクリュー１１１と、このスクリュー１１１を収納するケーシング１１２とから構成されている。スクリューフィーダ１１０では、間欠的に受けた粒状物をスクリュー１１１の回転による搬送でケーシング１１２内をほぼ水平方向に移動させ、スクリューフィーダ先端の壁面開口より粒状物を加圧熱反応器１００内に供給する。なお、ここにおいて、スクリュー搬送能力を、ダブルダンパによる間欠投入サイクルに合わせて、ダブルダンパによる１サイクルあたりの投入量を１サイクルあたりの所要時間で割った時間あたりの投入量と一致させてやれば、ほぼ連続的にかつ供給量をあまり変化させずにスクリューフィーダ１１０より粒状物を加圧熱反応器１００に供給しつづけることができる。
【０００５】
ここにおいて、スイングダンパ弁体１０３，１０４には、閉の際には加圧熱反応器１１０の内外の圧力差がかかるため、弁体の開動作にはそのままでは大きなトルクが必要になる。これを回避するため、遮断弁１１３を備えた均圧管１１４でスイングダンパ弁体１０３，１０４の上下の空間を接続し、弁体を閉から開に切り換える前に、遮断弁１１３を開いてスイングダンパ弁体の上下の圧力差をなくす均圧操作を行う場合もある。なお、上のダンパの上下の均圧は、ダンパの上が大気圧である場合、必ずしもダンパの上下を連通させる必要はなく、加圧熱反応器からの漏れたガスが無害化できるように燃焼炉内や酸化脱臭炉などの大気圧に近いガス処理可能な所に排気してやるのが良い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したスイングダンパの場合、単に弁体をアクチュエータの力でシール面であるシュート下端の開放端に押しつける構造であり、かつ、高温のガスがシール部に到達する可能性があるため、このシール部に有機材料のガスケットを使うと焼損する可能性があって、好ましくないことからメタルタッチとするのが普通である。このため、スイングダンパ弁体１０３，１０４の上下の圧力差が大きくなると、若干のリークは避けられない。従って、圧力差の大きいものには適用できず、せいぜい１００ｋＰａ程度以下の圧力で運転される加圧熱反応器でしかこの技術を使うことができなかった。
【０００７】
即ち、従来にあっては、１００ｋＰａを超える高圧の加圧熱反応器においては、燃料や原料を供給するには粒状物の確実な供給手段がなかった。そのため、供給物は、通常、石油のような液体、または微粉炭水混合物（ＣＷＭ）や微粉炭油混合物（ＣＯＭ）のような固形分を微細化して液体中に分散スラリー化したものに限られ、ポンプにより昇圧をして供給することが普通であった。
【０００８】
ダブルダンパを用いた方式では、ダンパの開閉や均圧操作により、加圧熱反応器側からガスが粒状物に対して逆流することになる。このため、可燃性ガスが外部に漏れることになり、有害物質漏洩や爆発の危険性、タール状物質の粒状物流路への付着による汚損、加圧熱反応器側からのガス中に含まれる塩化水素、硫化水素、酸化硫黄などの酸性ガスによる腐食などが問題となる。
【０００９】
また、通常、加圧熱反応器においては、反応器内の温度が５００〜６００℃以上であるため、漏洩ガスやその同伴物、例えば流動層を用いた技術にあっては流動媒体が粒状物供給側へと逆流することで、粒状物が加圧熱反応器に至る前に着火したり、溶融したり、熱分解したりする可能性が高く危険であった。また熱は、シール材を損傷したり、熱膨張によるシール性劣化やカジリなどの機械的トラブルなども引き起こす。
【００１０】
これに対し、スクリューフィーダやダブルダンパに空気や窒素、まれには水蒸気などのパージガスを流し込んで、逆流するガスをパージガスに置き換えてやる対策を講じるのが普通であるが、完全なものとは言えずどうしても反応器内のガスが漏れ出すことを完全に防ぐことができなかった。また、パージガスが加圧熱反応器に流入するため、この流入したパージガスが加圧熱反応器の反応や熱収支や物質収支に影響を与え、処理能力の小さな反応器においては無視できないものとなっていた。
【００１１】
このため、圧力が１００ｋＰａ前後を超える加圧熱反応器においても粒状物の供給を可能とすること、パージガスを最小限に抑えながら加圧熱反応器側からの反応器内ガスの漏洩を完全に抑えることが課題となっていた。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、高圧で運転される加圧熱反応器に粒状物を安定して供給することができるとともに、反応器内のガスが外部に漏洩することを防止することができる処理物の供給装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するため、本発明の処理物の供給装置は、処理物を加圧下で熱反応させて処理する加圧熱反応器に、処理物を供給する供給装置において、頂部にガス及び処理物を遮断する遮断弁を有する中継圧力容器を上下に連結し、上側の中継圧力容器の上方に、処理物を供給するための供給機構を設け、下側の中継圧力容器に、該中継圧力容器内の所定レベルにおける処理物の有無を発信するレベルセンサを設け、前記加圧熱反応器に供給する処理物を下側の中継圧力容器から払い出す払出し機構を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の１態様によれば、前記上側の中継圧力容器に、前記加圧熱反応器の内圧よりも高い圧力の気体供給源から該上側の中継圧力容器に気体を供給するための調節弁を有した配管と、前記上側の中継圧力容器内の気体を放出して上側の中継圧力容器内の圧力を加圧熱反応容器外と等圧にするための排気遮断弁を有した気体放出配管と、を設けたことを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記上側の中継圧力容器と前記下側の中継圧力容器を接続する均圧遮断弁を有する配管をさらに設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の１態様によれば、前記ガス及び処理物を遮断する遮断弁は、口径と弁体の開口径がほぼ同一サイズの弁であることを特徴とする。また、前記ガス及び処理物を遮断する遮断弁は、ボールバルブ又は仕切弁であることを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記加圧熱反応器が加圧ガス化炉であり、下側の中継圧力容器からの払出し機構と加圧熱反応器中に処理物を供給する機構とが独立していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の１態様によれば、前記遮断弁を構成するボールバルブの上に仕切弁を設置していることを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記処理物は粒状物であることを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記加圧熱反応器は、流動媒体からなる流動層を備えたガス化炉であることを特徴とする。
本発明の加圧熱反応器システムは、処理物を加圧下で熱反応させて処理する加圧熱反応器と、前記処理物の供給装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の処理物の供給方法は、下側の遮断弁の閉まった状態で開いた上側の遮断弁から上側の中継圧力容器に供給機構より処理物を受け入れ、次に上側の遮断弁を閉め、その後に調節弁を開き上側の中継圧力容器に加圧熱反応器内の圧力よりも高い圧力の気体の供給を受け入れ、次に、均圧遮断弁を開き上側の中継圧力容器と下側の中継圧力容器とを等圧にした後に、下側の遮断弁を開けて下側の中継圧力容器に処理物を払い出し、次に、前記調節弁、前記均圧遮断弁及び下側の遮断弁を閉め、その後に気体放出管に設けられた排気遮断弁を開き上側の中継圧力容器内の気体を放出して上側の中継圧力容器内の圧力を加圧熱反応器外と等圧にしてから上側の遮断弁を開き、再び処理物を受け入れることを繰り返し、下側の中継圧力容器内には処理物を切らすことなく加圧熱反応器中に払出し機構により処理物を払い出すことを特徴とする。
本発明の処理物のガス化方法は、前記処理物の供給方法により前記加圧熱反応器に供給された処理物を加圧下で熱分解ガス化してガス状物を得ることを特徴とするものである。
【００１７】
上述した構成の本発明によれば、圧力が１００ｋＰａ前後を超える加圧熱反応器においても、粒状物等の処理物を供給することができるとともに、パージガスを最小限に抑えながら加圧熱反応器側からの反応器内のガスの漏洩を完全に抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る処理物の供給装置及び方法の実施形態を図面を参照して説明する。
本発明は、処理物としては、粒状物が好適である。即ち、本発明は、１ＭＰａ前後の運転圧力の加圧熱反応器に粒状物を供給することを可能にするものである。
図１は、本発明の処理物の供給装置を示す概略図である。図１に示すように、１００ｋＰａ前後を越えるような運転圧力の加圧熱反応器においては、スイングダンパは使わず、口径と弁体の開口径がほぼ同一サイズの、いわゆるフルボアの上下２つのボールバルブ１，２を用いたダブルボールバルブとし、これら２つのボールバルブ１，２の途中及びスクリューフィーダ３と下ボールバルブ２の間に中継圧力容器４，５を設けている。ボールバルブ１，２は遮断弁を構成している。中継圧力容器４，５は、ダブルボールバルブの開閉１サイクル分の時間で供給する粒状物のための容量を持っている。
【００１９】
スクリューフィーダ３には、下側の中継圧力容器５の底部に設けたスクリュー式払出し機構６により粒状物ａが連続的に定量的に供給されるようになっている。そして、スクリューフィーダ３では、スクリュー式払出し機構６により供給された粒状物ａを速やかに加圧熱反応器１０に搬送して投入するようにしている。スクリュー式払出し機構６とスクリューフィーダ３の接続部には、エキスパンション７ａを有したシュート７が設置されている。ボールバルブ１の上流には、供給ホッパ８および回転レーキ式払出機９が設置されている。図１において、モータＭ０は回転レーキ式払出機９を駆動するモータであり、モータＭ２はスクリュー式払出し機構６を駆動するモータであり、モータＭ３はスクリューフィーダ３を駆動するモータである。図１に示すボールバルブ１，２によれば、スイングダンパと異なり、完全に上下を遮断することができる。
【００２０】
なお、この場合でも、ボールバルブ１，２の前後に大きな差圧があるまま閉から開に切り換えると、開き始めに差圧によって加圧熱反応器１０側からガスが強い勢いで噴出する。このため、ボールバルブ１，２の前後を遮断弁付き配管で接続し、ボールバルブ１，２を閉から開に切り換える前にその遮断弁を開いてボールバルブ前後の圧力差をなくす均圧操作が必要である。このため、図１では省略しているが、図７に示す均圧管１１４を用いてもよいが、この均圧操作では、加圧熱反応器１０からのガスの漏洩が避けられない。このため、あとで詳細に説明するが、図２に示す均圧操作を図１の構造に適用し、わずかのパージガスの使用により加圧熱反応器１０からのガスの漏洩を完全に抑えられるようにすることが好ましい。
【００２１】
ここにおいて、バルブは必ずしもボールバルブである必要はなく、口径と弁体の開口径がほぼ同一サイズの弁であれば良く、仕切弁であっても良い。対象となる粒状物あるいはその粉塵等がボールバルブのシート面に噛み込み、ボールバルブのシール性を保つことができない場合は、ボールバルブの上に仕切弁を設置して粒状物を仕切弁で遮断できる構造とすると、ボール弁のシール性が向上する。この方法は、加圧熱反応器中のガスをリークすることなく、加圧熱反応器にけい砂や触媒等の粉体を供給あるいは排出する極めて有効な手段である。また、フィーダは、必ずしもスクリューである必要はなく、加圧熱反応器において支障のないタイムスケールで連続的に粒状物を供給できるものであれば良く、テーブルフィーダやプッシャーフィーダであっても良い。
【００２２】
また、ダブルボールバルブにおいては、どうしても開閉や均圧操作に時間を要するため、ダブルボールバルブの開閉１サイクル分の容量を持たせた中継容器は大きなものとなる。しかしながら、ボールバルブは径が大きくなると急激に価格が上昇し、しかも市販品の最大サイズは限度があり、せいぜい直径５００ｍｍ程度である。このため、中継圧力容器の径はボールバルブの口径よりも大きなものとならざるを得なかった。これにより、中継圧力容器からの粒状物の排出が粒状物の性状によってはうまくいかず、供給が乱れたり、甚だしい場合にはブリッジを頻発するケースがあった。処理物である粒状物の供給量が乱れると、加圧熱反応器１０の運転が不安定になる。特に、加圧熱反応器がガス化炉である場合においては、処理物である粒状物の供給量変動で、生成ガス組成が大きく変化して後段のプロセスに重大な影響を引き起こす。勿論、ブリッジなどで粒状物の供給が中断すると、運転を中断せざるを得ない。従って、粒状物の供給量の変動は看過しえない重大問題であった。
【００２３】
これに対し、熱反応器に供給される粒状物の成形を均一に行い、粒状物を長さが短くかつばらつきが少ない硬いものとするとか、中継圧力容器にプッシャー式ブリッジブレーカを設ける、中継圧力容器のサイズを抑えるなどの対策を行った。これにより、加圧熱反応器を用いたプロセスは、供給粒状物の成形に設備費や運転費を多く必要とするようになっていた。また、１つのダブルボールバルブからスクリューフィーダに至る供給系から供給できる粒状物の時間あたりの投入量には、重力による落下を中心とする投入では限度がある。特に、粒状物が細長いもの、軽いもの、フィルムを多く残すものなどでは、一系あたりの供給量が少ない。そのため、処理能力が大きいと複数の供給系が必要で、設備費が上がり、メンテナンス負担が大きく、スペースも必要とするなど、問題であった。
【００２４】
このため、更に進んで、本発明の１実施形態では、粒状物の性状にかかわらず安定して粒状物を供給できるようにすべく、かつボールバルブから極力多量の粒状物を円滑に供給可能にすべく、ダブルボールバルブの途中の中継圧力容器にもスクリュー式払出し機構を設け、頂部投入口から断面積を絞ることなく底部払出し機構に至るような構成を採用している。なお、中継圧力容器４，５に設置される払出し機構はテーブルフィーダでも良い。
【００２５】
次に、上述した本発明の実施の形態を図２を参照して説明する。図２は、本発明の１実施形態における処理物の供給装置を示す概略図である。
粒状物ａは供給ホッパ８に一旦貯留される。供給ホッパ８に貯留された粒状物ａは、底部のモータＭ０で駆動する回転レーキ式払出機９により定量的に払出されて、上側の口径と弁体開口径がほぼ等しいフルボアのボールバルブ１中を落下して上側の中継圧力容器４に入る。粒状物ａは、上側の中継圧力容器４から、中継圧力容器４に設置されモータＭ１で駆動される排出スクリュー１１で強制的に払出され、上側と同様のフルボアのボールバルブ２中を落下して下側の中継圧力容器５に入る。更に、粒状物ａは、下側の中継圧力容器５に設置されモータＭ２で駆動される排出スクリュー１２で強制的に払出され、エキスパンション７ａを有したシュート７を経てほぼ水平に配備されたスクリューフィーダ３に供給される。なお、エキスパンション７ａは加圧熱反応器１０のケーシング温度変化による熱膨張を吸収するために設置されている。その後、粒状物ａは、片持ち構造のモータＭ３で駆動されるスクリューフィーダ３により水平に搬送されて、スクリューフィーダ３の端部の炉壁の開口よりガス化炉等の加圧熱反応器１０内に投入される。
【００２６】
上側の中継圧力容器４には、加圧熱反応器内部よりも高い圧力の窒素ガス等のパージガスが流量調節弁Ｖｃ、遮断弁Ｖｓ、逆止弁Ｖｇを介して供給されるようにパージガス用配管１４を設けている。また、排気遮断弁Ｖｒ、逆止弁Ｖｇを介して上側の中継圧力容器４内のガスを大気圧にほぼ近い運転圧力の酸化脱臭炉あるいは大気中へと排気できるように排気用配管１５を設けている。ここで、パージガス用配管１４と排気用配管１５が中継圧力容器４に接続するノズルを共通化し、１箇処とすることで、ノズル及び配管内のガスの流れ方向に変化をもたせ、粒状物やその粉塵が堆積するのを防止している。さらに、パージガス用配管１４から分岐して均圧遮断弁Ｖｐ、逆止弁Ｖｇを介して下側の中継圧力容器５に接続される配管１６を設け、上側の中継圧力容器４に過剰に入ったパージガスを放出できるようにしている。
【００２７】
上側の中継圧力容器４には、Ｌ（低レベル）、Ｈ（高レベル）、ＨＨ（超高レベル）の３点のレベルにおける内容物の有無を発信するレベルセンサＬＳＡ１が設置されている。また下側の中継圧力容器５には、ＬＬ（超低レベル）、Ｌ（低レベル）、Ｈ（高レベル）の３点のレベルにおける内容物の有無を発信するレベルセンサＬＳＡ２を設けている。
上側の中継圧力容器４には、圧力指示調節計ＰＩＳ１が取り付けられ、また中継圧力容器４と中継圧力容器５との差圧を検出する差圧指示調節計ＰＤＩＣ１が取り付けられている。
【００２８】
上述した各機器の動作状態を表1に示す。
【表１】
表１において、状態は▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼→▲５▼と進行し、▲５▼から▲１▼に進行し、再び▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼→▲５▼と進行するサイクルを繰り返す。
【００２９】
次に、表１において▲１▼→▲２▼→▲３▼の状態変化は、上側の中継圧力容器４内の粒状物レベルがＨ（高レベル）に達することでまず回転レーキ式払出機９のモータＭ０が止まり、弁体上に粒状物が載るのを回避するよう少し遅れてボールバルブ１が閉まる。ボールバルブ１が閉まった後、パージガス遮断弁Ｖｓ及びパージガス流量調節弁Ｖｃが開き、加圧熱反応器内の圧力よりも高い供給圧のパージガスが供給され、炉内圧が変動しても追従して上側の中継圧力容器４を炉内とほぼ同等か若干高い圧力まで加圧する。その際、過剰な投入を避けるために差圧指示調節計ＰＤＩＣ１により流量調節弁Ｖｃを絞ると良い。次に均圧遮断弁Ｖｐが開き、上側の中継圧力容器４に若干オーバーシュートして投入されたパージガスは均圧遮断弁Ｖｐを通って下側の中継圧力容器５からスクリューフィーダ３を経てガス化炉等の加圧熱反応器１０内へと流れ、パージガスとして、スクリューフィーダ３へ炉内ガスが侵入するのを防ぐ役割を果たす。この状態で▲４▼の状態変化まで待機するが、炉内圧が変動しても、これに追従して中継圧力容器４内の圧力を炉内圧とほぼ同等か、若干高い圧力で維持できるように、差圧指示調節計ＰＤＩＣ１により中継圧力容器４内の圧力を調整する。
【００３０】
表１において▲３▼→▲４▼の状態変化は、上側の中継圧力容器４内の圧力が下側の中継圧力容器５内の圧力とほぼ等しくなり、かつ中継圧力容器５の粒状物レベルがＬ（低レベル）になったところでボールバルブ２が開き、次に上側の中継圧力容器４の排出スクリュー１１のモータＭ１が動きはじめ、上側の中継圧力容器４内の粒状物を強制的に下側の中継圧力容器５に払出し始める。これにより、上側の中継圧力容器４内の粒状物レベルは、Ｈ（高レベル）からＬ（低レベル）へと低下する。なお、排出スクリュー１１は下側の中継圧力容器５の粒状物レベルがＨ（高レベル）に達すると一旦停止し、下側の中継圧力容器５の粒状物レベルがＬ（低レベル）になると起動することを繰り返し、上側の中継圧力容器４内の粒状物レベルがＬ（低レベル）に達するまで粒状物を排出する。
【００３１】
表１において▲４▼→▲５▼の状態変化は、上側の中継圧力容器４内の粒状物レベルがＬ（低レベル）に達したところで上側の中継圧力容器４の排出スクリュー１１のモータＭ１が停止し、弁体上に粒状物が載るのを回避するよう少し遅れてボールバルブ２が閉まる。次に、パージガス遮断弁Ｖｓ及びパージガス流量調節弁Ｖｃが閉まり、均圧遮断弁Ｖｐも閉まってから排気遮断弁Ｖｒが開く。これにより、上側の中継圧力容器４内のガスは酸化脱臭炉に排気されて圧力は大気圧とほぼ等しくなるまで低下する。
【００３２】
表１において▲５▼→▲１▼の状態変化は、圧力指示調節計ＰＩＳ１により排気が終了して上側の中継圧力容器４内の圧力がほぼ大気圧になったところでボールバルブ１が開き、回転レーキ式払出機９のモータＭ０が動きはじめ、供給ホッパより粒状物を定量的に払出して上側の中継圧力容器４に粒状物を満たし始め、上側の中継圧力容器４における粒状物レベルはＬ（低レベル）からＨ（高レベル）へと上昇する。上側の中継圧力容器４内への粒状物の過剰投入を防止するため、レベルセンサＬＳＡ１には、ＨＨ（超高レベル）を設ける。
【００３３】
以上の、表１における▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼→▲５▼→▲１▼の状態変化を繰り返す。ここにおいて、状態変化▲５▼→▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼に要する間に下側の中継圧力容器５内の粒状物レベルが空警報Ｌ（低レベル）に達しないだけの払出量の能力を回転レーキ式払出機９及びスクリューフィーダ３を備える必要がある。または上側の中継圧力容器４内のレベルＨ（高レベル）までの容量を大きくする必要がある。
【００３４】
スクリューフィーダ３は、下側の中継圧力容器５内の粒状物排出スクリュー１２と兼用することも一見可能ではある。しかしながら、その場合、粒状物が圧密化して払出し抵抗が増加する、あるいは粒状物中に金属塊や瓦礫粒などの異物が混入して噛込み等が発生したりする、などスクリュー軸に無理な力がかかる可能性があり、片持スクリューでは軸受や回転軸シール部の破損する危険性が高い。また、加圧熱反応器のケーシング温度変化が大きな場合、熱膨張の伸びを吸収してやる必要があるものの、下側の中継圧力容器５までを加圧熱反応器１０の熱膨張の伸びに応じて移動させるようにするのは困難が伴う。これに加え、加圧熱反応器１０への粒状物供給を止めると、スクリューフィーダ３も停止せざるを得ないが、そのような場合、スクリューフィーダ３内の粒状物が加圧熱反応器１０からの熱やガス、流動層式反応器であれば流動媒体（けい砂等）などの同伴物により揮発したり溶融付着したりすることが避けられない。このため、スクリューフィーダ３は、下側の中継圧力容器５内の粒状物排出スクリュー１２と独立させる必要がある。これにより、排出スクリュー１２は排出スクリュー１１と同様、軸両端に軸受けを有する両持スクリューとして、払出し抵抗や異物噛込みなどに対して問題ないものとすることができる。
【００３５】
スクリューフィーダ３は、排出スクリュー１２に対して十分大きな搬送能力を持たせて粒状物が短時間で炉内へ投入されるようにし、加圧熱反応器内の熱を受けてスクリューフィーダ３内で供給粒状物が揮発したり溶けたりしないようにすることが望ましい。また、スクリューフィーダ３は、排出スクリュー１２の停止後もしばらくの間運転させて、内部に粒状物が残らない状態にしてから停止するようにする。加圧熱反応器１０への粒状物供給量は排出スクリュー１２の回転数により決まるため、排出スクリュー１２は可変速とし、このため、モータＭ２は回転速度指示計ＸＩと回転数設定器ＨＣとを備えている。
【００３６】
次に、中継圧力容器４（又は５）の詳細を図３を参照して説明する。図３（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図３（ｂ）は圧力容器の下側半分を断面した側面図である。図３に示す中継圧力容器は垂直胴タイプの圧力容器である。
中継圧力容器４（又は５）における外壁ケーシング２０は上下の鏡板２０ａ，２０ｂと、垂直直胴２０ｃで構成した圧力容器でできており、ケーシング直胴部下端近傍を貫通する形でほぼ水平に払出しスクリュー機構２１が設けられている。スクリュー機構２１におけるスクリュー２１ｓの両端部はシール部２６を貫通してケーシング２０の外に突出している。スクリュー２１ｓの両端部は軸受２２によって、スクリュー２１ｓの軸芯が固定されるようになっている。スクリュー機構２１の排出側端には、駆動スプロケット２３が固定されており、駆動スプロケット２３は減速機付電動機とチェーン掛けされている。これにより、スクリュー機構２１は図３の矢印のスクリュー回転方向に回転する。投入ノズル２０ｄより外壁ケーシング２０内に投入された粒状物ａは、一旦直胴部２０ｃに積まれた形で貯留された後、スクリュー機構２１におけるスクリュー２１ｓのスクリュー羽根の動きで直胴部２０ｃから排出ノズル２１ｂへと運ばれる。
【００３７】
払出しスクリュー機構２１は、図３のごとく排出側ほど羽根ピッチを大きく取ることで搬送能力を漸増させて、スクリュー２１ｓが直胴部２０ｃを貫通する部分の全長に渡り粒状物をスクリュー搬送領域に飲み込むようにし、かつ直胴部２０ｃの先においてはスクリュー搬送領域の粒状物充填率を下げて搬送を容易とし、かつ粒状物同士が強く擦り合って粒状物が壊れたり粉を生じたりするのを軽減している。また、排出ノズル２１ｂの上のスクリュー２１ｓにあっては、スクリュー羽根をスクリュー軸に沿った平板２１ｐとし、スクリュー２１ｓの回転により強制的に排出ノズル２１ｂに払出すような動作をさせるようにしている。排出ノズル２１ｂより先の部分では、それまでとは逆のピッチの短いスクリューとして、軸端シール部分に粒状物が押込まれないように排出ノズル２１ｂに向けて搬送力が働くようにしている。
【００３８】
圧力容器の底面２５は、外壁ケーシング２０の内側にスクリュー機構２１に４５度前後の傾斜で傾く形となっており、かつスクリュー機構２１の左右で高さを変えて、スクリュー羽根が払い込む方ではスクリュー羽根下端に合わせ、反対のスクリュー羽根が払い上げる方ではほぼスクリュー羽根の上端に近い位置まで垂直壁としてその頂部から傾斜させるようにしている。このように、スクリュー羽根による粒状物の動きを壁面が妨げないようにすると同時に、左右を非対称とすることでスクリューへと移動してくる粒状物がお互いに凭れ合ってブリッジを起こしがちになることを防いでいる。圧力容器の底面２５の付近では、スクリュー羽根によって払い込むあるいは払い上げる動きが伝播するために粒状物が揺さぶられ、ブリッジを起こすことはない。圧力容器の底面２５の上方では、垂直直胴であり、粒状物が垂直方向へ移動する際の障害となる突起がないため、底部の粒状物が払い出されると、その隙間を埋めるように重力により粒状物ａが下がってくることができ、ブリッジを起こさない。
【００３９】
但し、粒状物が、成形が悪くばらの状態であるフラフ状のものを多く含んで、力がかかると圧縮されるようなものでは、直胴部２０ｃの長さがその径に対して大きくなると、下部では上からの重量で押しつぶされる形で圧縮されるために側壁にはさまれる形で粒状物同士で力が働くことになり、ブリッジを起こしやすくなる。従って、そのような粒状物の場合、直胴部２０ｃの長さはその径の２〜３倍程度に抑えるのが良い。
【００４０】
図４は中継圧力容器の他の例を示す図であり、図４（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図４（ｂ）は圧力容器の下側半分を断面した側面図である。図４に示す中継圧力容器は水平胴タイプの圧力容器である。
中継圧力容器４（又は５）における外壁ケーシング３０は左右の鏡板３０ａ，３０ｂと垂直直胴３０ｃで構成した圧力容器でできており、ケーシング直胴部下端近傍を貫通する形でほぼ水平に払出しスクリュー機構２１が設けられている。スクリュー機構２１は、図３に示すものと同様の構成を有している。
【００４１】
図４に示す中継圧力容器の場合、粒状物の貯留量は、内部に投入された粒状物が安息角で山を形成するために上部に空きが多く残るので、圧力容器の内部容積の割には少ない。しかしながら、高さ方向と幅方向がほぼ等しいため、フラフ状のものを含んで力がかかると圧縮されるようなものであっても、重量による圧縮がほとんど起こらず側壁にはさまれる形で粒状物同士で力が働くこともほとんどない。従って、ブリッジは生じないと言ってよい。図３に示す中継圧力容器と比較して、投入ノズル３０ｄと排出ノズル２１ｂの間のレベル差に対して大きな貯留量を確保しやすいという利点もある。ブリッジが発生しないため、若干の残留物が残っても支障がなければ、圧力容器壁とは別に底板を設ける必要はなく、構造が単純になる。
【００４２】
図５は中継圧力容器下部の払出し装置を回転レーキ式にした例を示す図であり、図５（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面模式図である。図５に示す中継圧力容器は垂直胴タイプの圧力容器である。
中継圧力容器４（又は５）における外壁ケーシング４０は、上下の鏡板４０ａ，４０ｂと垂直胴４０ｃで構成された圧力容器であり、ケーシング直胴部下部に底板４５と、回転レーキ４１が設けられている。回転レーキ４１はピニオンギヤ４２ｂと旋回ベアリング４２ａで駆動される旋回シュート４２に直結しており、回転により生じる接線力によって粒状物を旋回シュート４２内に落下させる構造となっている。ピニオンギヤ４２ｂはモータＭにより駆動されるようになっている。粒状物ａは投入ノズル４０ｄから外壁ケーシング４０内へ供給される。旋回シュート４２内に落下した粒状物は荷こぼれ防止シュート４３を経由して排出される。また、回転レーキ４１の停止時に旋回シュート４２内に粒状物が落下しないように、サポートアーム４４ａにより支持された、落下防止コーン４４が設置されている。
【００４３】
図５に示す中継圧力容器の場合、圧力容器の内径を大きくすれば、スクリュー式と比較してデッドスペースが少なくなるので、フラフ状のものを多く含む粒状物等、見かけ比重の小さい粒状物を供給する場合、あるいは処理量の多い設備等、中継圧力容器を大型化する必要がある場合に有効である。
【００４４】
図６は、図２に示す供給装置を備えた二段ガス化システムの例を示す概略図である。図６に示すように本発明の二段ガス化システムは、低温ガス化炉として流動層ガス化炉からなる加圧熱反応器１０と、高温ガス化炉８０とを備えている。加圧熱反応器１０に粒状物を供給する原料供給系には、図２に示す供給装置が用いられている。
【００４５】
加圧熱反応器１０の内部には、流動化ガスを上方に噴出して炉内に流動層５２を形成するための流動化ガス分散装置５３が配置されている。流動層５２の流動媒体には硅砂等の砂が用いられる。加圧熱反応器１０の上部にはフリーボード５４が形成されており、底部には不燃物排出口５５が形成されている。
加圧熱反応器１０に流動媒体を循環させる流動媒体循環系７０は、不燃物排出口５５の下方に配置された不燃物抜出コンベヤ７１、流動媒体抜出ロックホッパ７２、流動媒体エレベータ７３、流動媒体供給ロックホッパ７４、流動媒体投入コンベヤ用ホッパ７５、流動媒体投入コンベヤ７６とから構成されている。
【００４６】
図６に示す構成において、粒状物ａは、供給ホッパ８に一旦貯留される。供給ホッパ８に貯留された粒状物ａは、底部のモータＭ０で駆動する回転レーキ式払出機９により定量的に払出されて、上側の口径と弁体開口径がほぼ等しいフルボアのボールバルブ１中を落下して上側の中継圧力容器４に入る。粒状物ａは、中継圧力容器４から上側の中継圧力容器４に設置され、モータＭ１で駆動される排出スクリュー１１で強制的に払出され、上側と同様のフルボアのボールバルブ２中を落下して下側の中継圧力容器５に入る。更に、粒状物ａは下側の中継圧力容器５に設置され、モータＭ２で駆動される排出スクリュー１２で強制的に払出され、シュート７を経てほぼ水平に配備されたスクリューフィーダ３に供給される。その後、粒状物ａは、片持ち構造のモータＭ３で駆動するスクリューフィーダ３により水平に搬送されて、スクリューフィーダ３の端部の炉壁の開口より加圧熱反応器１０内に投入される。
【００４７】
加圧熱反応器１０内の流動化ガス分散装置５３からは酸素（又は空気）ｂとスチームｃの混合ガスがガス化剤兼流動化ガスとして流動層５２に送入され、流動媒体ｅが流動化される。粒状物ａはガス化炉内の流動層５２に投入され、５００〜８５０℃に保持された流動層５２内で高温の流動媒体やガス化剤である酸素、スチームと接触することにより、速やかに熱分解ガス化される。加圧熱反応器１０の炉底にある不燃物排出口５５からは不燃物抜出コンベヤ７１により流動媒体ｅが不燃物ｄとともに間欠的又は連続的に排出され、流動媒体抜出ロックホッパ７２で減圧された後に、分級機（図示せず）により流動媒体ｅと不燃物ｄとが分離され、不燃物は外部に排出され、流動媒体ｅは流動媒体エレベータ７３で上方に搬送される。流動媒体エレベータ７３で上方へ搬送された流動媒体は、流動媒体供給ロックホッパ７４、流動媒体投入コンベヤ用ホッパ７５、流動媒体投入コンベヤ７６を介して昇圧され、加圧熱反応器１０に戻される。不燃物中に含まれる金属は、ガス化炉内が還元雰囲気であるため、酸化されない状態で回収される。
【００４８】
投入された粒状物ａの熱分解ガス化によりガス、タール、チャーが生成するが、チャーは流動層５２におけるガス化剤のアタックと撹乱運動により微粉砕される。固形物であるチャーは多孔質で軽く微粉状であるため、ガス状物であるガス、タールの上方向への流れに同伴されて運ばれる。加圧熱反応器１０を出たガス状物ｇは高温ガス化炉８０に供給され、そこで吹き込まれた酸素とスチームの混合ガスと旋回流中で混合しながら、１２００℃以上の高温で酸化分解される。生成した水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、スチーム（Ｈ２Ｏ）主体のガスは高温ガス化炉８０より排出され、次のガススクラバー（図示せず）にてガス中に残存するダストや塩化水素等を除去された後、合成ガスとして水素、メタノール、メタン等の製造に利用される。一方、スラグは高温ガス化炉８０から下方に排出され、冷却されたスラグ粒は主としてセメントの原料や土木建築用の資材として有効利用される。
【００４９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、高圧で運転される加圧熱反応器に粒状物等の処理物を安定して供給することができるとともに、加圧熱反応器内のガスが外部に漏洩することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理物の供給装置を示す概略図である。
【図２】本発明の１実施形態における処理物の供給装置を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図３（ｂ）は圧力容器の下側半分を断面した側面図である。
【図４】図４（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図４（ｂ）は圧力容器の下側半分を断面した側面図である。
【図５】中継圧力容器下部の払出し装置を回転レーキ式にした例を示す図であり、図５（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面模式図である。
【図６】図２に示す供給装置を備えた二段ガス化システムの例を示す概略図である。
【図７】従来の加圧熱反応器に処理物である粒状物を供給するための装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１，２ ボールバルブ
３ スクリューフィーダ
４，５ 中継圧力容器
６ スクリュー式払出し機構
７ シュート
７ａ エキスパンション
８ 供給ホッパ
９ 回転レーキ払出機
１０ 加圧熱反応器
１１，１２ 排出スクリュー
１４ パージガス用配管
１５ 排気用配管
１６ 配管
２０，３０，４０ 外壁ケーシング
２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ 鏡板
２０ｃ，３０ｃ 直胴部
２０ｄ 投入ノズル
２１ スクリュー機構
２１ｂ 排出ノズル
２１ｐ 平板
２１ｓ スクリュー
２２ 軸受
２３ 駆動スプロケット
２５ 底面
２６ シール部
４０ｃ 垂直胴
４１ 回転レーキ
４２ 旋回シュート
４２ａ 旋回ベアリング
４２ｂ ピニオンギヤ
４３ 荷こぼれ防止シュート
４４ 落下防止コーン
４４ａ サポートアーム
５２ 流動層
５３ 流動化ガス分散装置
５４ フリーボード
５５ 不燃物排出口
７０ 流動媒体循環系
７１ 不燃物抜出コンベヤ
７２ 流動媒体抜出ロックホッパ
７３ 流動媒体エレベータ
７４ 流動媒体供給ロックホッパ
７５ 流動媒体投入コンベヤ用ホッパ
７６ 流動媒体投入コンベヤ
８０ 高温ガス化炉
ａ 粒状物
ＨＣ 回転数設定器
ＬＳＡ１，ＬＳＡ２ レベルセンサ
Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ モータ
ＰＩＳ１ 圧力指示調節計
ＰＤＩＣ１ 差圧指示調節計
Ｖｃ 窒素流量調節弁
Ｖｓ 窒素遮断弁
Ｖｇ 逆止弁
Ｖｒ 排気遮断弁
Ｖｐ 均圧遮断弁
Ｘ１ 回転速度指示計
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧熱反応器に粒状物等の処理物を供給するための処理物の供給装置及び方法に関する。本発明は、特に、加圧流動層ボイラをはじめとする加圧燃焼ボイラ火炉、二段熱分解ガス化炉をはじめとする熱分解ガス化炉等の圧力の高い条件下にて熱反応を行わせる加圧熱反応器へ粒状物等の処理物を供給するための処理物の供給装置及び方法に関する。ここで、処理物は粒状物が好ましく、処理される粒状物には、石炭、オイルコークス、オイルシェルなどの化石燃料、またはそれに起源を有する炭素含有物、木や草や農業廃棄物や食品廃棄物などのバイオマス、都市ゴミ、廃容器、廃包装物、廃プラスチック、有機汚泥、有機性の各種産業廃棄物、その他の炭素及び／又は有機物含有物等が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の加圧熱反応器に処理物である粒状物を供給するための装置を示す概略図である。図７に示すように、加圧熱反応器１００への粒状物の供給は、粒状物流路である上から下へのシュートの末端にダブルダンパと称されるシール機構と、スクリューフィーダを設けることによって行われている。
ダブルダンパは、二つのスイングダンパ１０１，１０２からなり、スイングダンパ１０１，１０２は、通過する粒状物の流路から離間した位置に水平の回転軸１０３ａ，１０４ａを有し、回転軸１０３ａ，１０４ａを中心として回転することで粒状物の流路を開閉する弁体１０３，１０４と、これら弁体１０３，１０４を収納するケーシング１０５，１０６と、弁体１０３，１０４を回転して開閉させるためのエアシリンダなどのアクチュエータ１０７，１０８から構成されている。弁体１０３，１０４は、水平もしくは若干先端が下がった状態で弁体の上下の流路を遮断した閉の状態と、下側に回転してスイングする形で開くことによりダンパ上の粒状物を落下させるのと同時に弁体１０３，１０４の上下の流路を連通させた開の状態とをとることができる。
【０００３】
上述の構成を有したダブルダンパにおいて、上のダンパ１０１が開閉し、次に下のダンパ１０２が開閉し、また上のダンパ１０１が開閉し、次に下のダンパ１０２が開閉するという動作を繰り返し、常にいずれか片方のダンパを閉じた状態として加圧熱反応器１００の内外をシールしつつ、ダンパ１０１，１０２が開いた際に粒状物を各ダンパ１０１，１０２の上から下へと順次間欠的に移動させて粒状物ａをスクリューフィーダ１１０上に落とす。
【０００４】
スクリューフィーダ１１０は、スクリュー１１１と、このスクリュー１１１を収納するケーシング１１２とから構成されている。スクリューフィーダ１１０では、間欠的に受けた粒状物をスクリュー１１１の回転による搬送でケーシング１１２内をほぼ水平方向に移動させ、スクリューフィーダ先端の壁面開口より粒状物を加圧熱反応器１００内に供給する。なお、ここにおいて、スクリュー搬送能力を、ダブルダンパによる間欠投入サイクルに合わせて、ダブルダンパによる１サイクルあたりの投入量を１サイクルあたりの所要時間で割った時間あたりの投入量と一致させてやれば、ほぼ連続的にかつ供給量をあまり変化させずにスクリューフィーダ１１０より粒状物を加圧熱反応器１００に供給しつづけることができる。
【０００５】
ここにおいて、スイングダンパ弁体１０３，１０４には、閉の際には加圧熱反応器１１０の内外の圧力差がかかるため、弁体の開動作にはそのままでは大きなトルクが必要になる。これを回避するため、遮断弁１１３を備えた均圧管１１４でスイングダンパ弁体１０３，１０４の上下の空間を接続し、弁体を閉から開に切り換える前に、遮断弁１１３を開いてスイングダンパ弁体の上下の圧力差をなくす均圧操作を行う場合もある。なお、上のダンパの上下の均圧は、ダンパの上が大気圧である場合、必ずしもダンパの上下を連通させる必要はなく、加圧熱反応器からの漏れたガスが無害化できるように燃焼炉内や酸化脱臭炉などの大気圧に近いガス処理可能な所に排気してやるのが良い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したスイングダンパの場合、単に弁体をアクチュエータの力でシール面であるシュート下端の開放端に押しつける構造であり、かつ、高温のガスがシール部に到達する可能性があるため、このシール部に有機材料のガスケットを使うと焼損する可能性があって、好ましくないことからメタルタッチとするのが普通である。このため、スイングダンパ弁体１０３，１０４の上下の圧力差が大きくなると、若干のリークは避けられない。従って、圧力差の大きいものには適用できず、せいぜい１００ｋＰａ程度以下の圧力で運転される加圧熱反応器でしかこの技術を使うことができなかった。
【０００７】
即ち、従来にあっては、１００ｋＰａを超える高圧の加圧熱反応器においては、燃料や原料を供給するには粒状物の確実な供給手段がなかった。そのため、供給物は、通常、石油のような液体、または微粉炭水混合物（ＣＷＭ）や微粉炭油混合物（ＣＯＭ）のような固形分を微細化して液体中に分散スラリー化したものに限られ、ポンプにより昇圧をして供給することが普通であった。
【０００８】
ダブルダンパを用いた方式では、ダンパの開閉や均圧操作により、加圧熱反応器側からガスが粒状物に対して逆流することになる。このため、可燃性ガスが外部に漏れることになり、有害物質漏洩や爆発の危険性、タール状物質の粒状物流路への付着による汚損、加圧熱反応器側からのガス中に含まれる塩化水素、硫化水素、酸化硫黄などの酸性ガスによる腐食などが問題となる。
【０００９】
また、通常、加圧熱反応器においては、反応器内の温度が５００〜６００℃以上であるため、漏洩ガスやその同伴物、例えば流動層を用いた技術にあっては流動媒体が粒状物供給側へと逆流することで、粒状物が加圧熱反応器に至る前に着火したり、溶融したり、熱分解したりする可能性が高く危険であった。また熱は、シール材を損傷したり、熱膨張によるシール性劣化やカジリなどの機械的トラブルなども引き起こす。
【００１０】
これに対し、スクリューフィーダやダブルダンパに空気や窒素、まれには水蒸気などのパージガスを流し込んで、逆流するガスをパージガスに置き換えてやる対策を講じるのが普通であるが、完全なものとは言えずどうしても反応器内のガスが漏れ出すことを完全に防ぐことができなかった。また、パージガスが加圧熱反応器に流入するため、この流入したパージガスが加圧熱反応器の反応や熱収支や物質収支に影響を与え、処理能力の小さな反応器においては無視できないものとなっていた。
【００１１】
このため、圧力が１００ｋＰａ前後を超える加圧熱反応器においても粒状物の供給を可能とすること、パージガスを最小限に抑えながら加圧熱反応器側からの反応器内ガスの漏洩を完全に抑えることが課題となっていた。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、高圧で運転される加圧熱反応器に粒状物を安定して供給することができるとともに、反応器内のガスが外部に漏洩することを防止することができる処理物の供給装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するため、本発明の処理物の供給装置は、処理物を加圧下で熱反応させて処理する加圧熱反応器に、処理物を供給する供給装置において、頂部にガス及び処理物を遮断する遮断弁を有する中継圧力容器を上下に連結し、上側の中継圧力容器の上方に、処理物を供給するための供給機構を設け、下側の中継圧力容器に、該中継圧力容器内の所定レベルにおける処理物の有無を発信するレベルセンサを設け、前記加圧熱反応器に供給する処理物を下側の中継圧力容器から払い出す払出し機構を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の１態様によれば、前記上側の中継圧力容器に、前記加圧熱反応器の内圧よりも高い圧力の気体供給源から該上側の中継圧力容器に気体を供給するための調節弁を有した配管と、前記上側の中継圧力容器内の気体を放出して上側の中継圧力容器内の圧力を加圧熱反応容器外と等圧にするための排気遮断弁を有した気体放出配管と、を設けたことを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記上側の中継圧力容器と前記下側の中継圧力容器を接続する均圧遮断弁を有する配管をさらに設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の１態様によれば、前記ガス及び処理物を遮断する遮断弁は、口径と弁体の開口径がほぼ同一サイズの弁であることを特徴とする。また、前記ガス及び処理物を遮断する遮断弁は、ボールバルブ又は仕切弁であることを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記加圧熱反応器が加圧ガス化炉であり、下側の中継圧力容器からの払出し機構と加圧熱反応器中に処理物を供給する機構とが独立していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の１態様によれば、前記遮断弁を構成するボールバルブの上に仕切弁を設置していることを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記処理物は粒状物であることを特徴とする。
本発明の１態様によれば、前記加圧熱反応器は、流動媒体からなる流動層を備えたガス化炉であることを特徴とする。
本発明の加圧熱反応器システムは、処理物を加圧下で熱反応させて処理する加圧熱反応器と、前記処理物の供給装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の処理物の供給方法は、下側の遮断弁の閉まった状態で開いた上側の遮断弁から上側の中継圧力容器に供給機構より処理物を受け入れ、次に上側の遮断弁を閉め、その後に調節弁を開き上側の中継圧力容器に加圧熱反応器内の圧力よりも高い圧力の気体の供給を受け入れ、次に、均圧遮断弁を開き上側の中継圧力容器と下側の中継圧力容器とを等圧にした後に、下側の遮断弁を開けて下側の中継圧力容器に処理物を払い出し、次に、前記調節弁、前記均圧遮断弁及び下側の遮断弁を閉め、その後に気体放出管に設けられた排気遮断弁を開き上側の中継圧力容器内の気体を放出して上側の中継圧力容器内の圧力を加圧熱反応器外と等圧にしてから上側の遮断弁を開き、再び処理物を受け入れることを繰り返し、下側の中継圧力容器内には処理物を切らすことなく加圧熱反応器中に払出し機構により処理物を払い出すことを特徴とする。
本発明の処理物のガス化方法は、前記処理物の供給方法により前記加圧熱反応器に供給された処理物を加圧下で熱分解ガス化してガス状物を得ることを特徴とするものである。
【００１７】
上述した構成の本発明によれば、圧力が１００ｋＰａ前後を超える加圧熱反応器においても、粒状物等の処理物を供給することができるとともに、パージガスを最小限に抑えながら加圧熱反応器側からの反応器内のガスの漏洩を完全に抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る処理物の供給装置及び方法の実施形態を図面を参照して説明する。
本発明は、処理物としては、粒状物が好適である。即ち、本発明は、１ＭＰａ前後の運転圧力の加圧熱反応器に粒状物を供給することを可能にするものである。
図１は、本発明の処理物の供給装置を示す概略図である。図１に示すように、１００ｋＰａ前後を越えるような運転圧力の加圧熱反応器においては、スイングダンパは使わず、口径と弁体の開口径がほぼ同一サイズの、いわゆるフルボアの上下２つのボールバルブ１，２を用いたダブルボールバルブとし、これら２つのボールバルブ１，２の途中及びスクリューフィーダ３と下ボールバルブ２の間に中継圧力容器４，５を設けている。ボールバルブ１，２は遮断弁を構成している。中継圧力容器４，５は、ダブルボールバルブの開閉１サイクル分の時間で供給する粒状物のための容量を持っている。
【００１９】
スクリューフィーダ３には、下側の中継圧力容器５の底部に設けたスクリュー式払出し機構６により粒状物ａが連続的に定量的に供給されるようになっている。そして、スクリューフィーダ３では、スクリュー式払出し機構６により供給された粒状物ａを速やかに加圧熱反応器１０に搬送して投入するようにしている。スクリュー式払出し機構６とスクリューフィーダ３の接続部には、エキスパンション７ａを有したシュート７が設置されている。ボールバルブ１の上流には、供給ホッパ８および回転レーキ式払出機９が設置されている。図１において、モータＭ０は回転レーキ式払出機９を駆動するモータであり、モータＭ２はスクリュー式払出し機構６を駆動するモータであり、モータＭ３はスクリューフィーダ３を駆動するモータである。図１に示すボールバルブ１，２によれば、スイングダンパと異なり、完全に上下を遮断することができる。
【００２０】
なお、この場合でも、ボールバルブ１，２の前後に大きな差圧があるまま閉から開に切り換えると、開き始めに差圧によって加圧熱反応器１０側からガスが強い勢いで噴出する。このため、ボールバルブ１，２の前後を遮断弁付き配管で接続し、ボールバルブ１，２を閉から開に切り換える前にその遮断弁を開いてボールバルブ前後の圧力差をなくす均圧操作が必要である。このため、図１では省略しているが、図７に示す均圧管１１４を用いてもよいが、この均圧操作では、加圧熱反応器１０からのガスの漏洩が避けられない。このため、あとで詳細に説明するが、図２に示す均圧操作を図１の構造に適用し、わずかのパージガスの使用により加圧熱反応器１０からのガスの漏洩を完全に抑えられるようにすることが好ましい。
【００２１】
ここにおいて、バルブは必ずしもボールバルブである必要はなく、口径と弁体の開口径がほぼ同一サイズの弁であれば良く、仕切弁であっても良い。対象となる粒状物あるいはその粉塵等がボールバルブのシート面に噛み込み、ボールバルブのシール性を保つことができない場合は、ボールバルブの上に仕切弁を設置して粒状物を仕切弁で遮断できる構造とすると、ボール弁のシール性が向上する。この方法は、加圧熱反応器中のガスをリークすることなく、加圧熱反応器にけい砂や触媒等の粉体を供給あるいは排出する極めて有効な手段である。また、フィーダは、必ずしもスクリューである必要はなく、加圧熱反応器において支障のないタイムスケールで連続的に粒状物を供給できるものであれば良く、テーブルフィーダやプッシャーフィーダであっても良い。
【００２２】
また、ダブルボールバルブにおいては、どうしても開閉や均圧操作に時間を要するため、ダブルボールバルブの開閉１サイクル分の容量を持たせた中継容器は大きなものとなる。しかしながら、ボールバルブは径が大きくなると急激に価格が上昇し、しかも市販品の最大サイズは限度があり、せいぜい直径５００ｍｍ程度である。このため、中継圧力容器の径はボールバルブの口径よりも大きなものとならざるを得なかった。これにより、中継圧力容器からの粒状物の排出が粒状物の性状によってはうまくいかず、供給が乱れたり、甚だしい場合にはブリッジを頻発するケースがあった。処理物である粒状物の供給量が乱れると、加圧熱反応器１０の運転が不安定になる。特に、加圧熱反応器がガス化炉である場合においては、処理物である粒状物の供給量変動で、生成ガス組成が大きく変化して後段のプロセスに重大な影響を引き起こす。勿論、ブリッジなどで粒状物の供給が中断すると、運転を中断せざるを得ない。従って、粒状物の供給量の変動は看過しえない重大問題であった。
【００２３】
これに対し、熱反応器に供給される粒状物の成形を均一に行い、粒状物を長さが短くかつばらつきが少ない硬いものとするとか、中継圧力容器にプッシャー式ブリッジブレーカを設ける、中継圧力容器のサイズを抑えるなどの対策を行った。これにより、加圧熱反応器を用いたプロセスは、供給粒状物の成形に設備費や運転費を多く必要とするようになっていた。また、１つのダブルボールバルブからスクリューフィーダに至る供給系から供給できる粒状物の時間あたりの投入量には、重力による落下を中心とする投入では限度がある。特に、粒状物が細長いもの、軽いもの、フィルムを多く残すものなどでは、一系あたりの供給量が少ない。そのため、処理能力が大きいと複数の供給系が必要で、設備費が上がり、メンテナンス負担が大きく、スペースも必要とするなど、問題であった。
【００２４】
このため、更に進んで、本発明の１実施形態では、粒状物の性状にかかわらず安定して粒状物を供給できるようにすべく、かつボールバルブから極力多量の粒状物を円滑に供給可能にすべく、ダブルボールバルブの途中の中継圧力容器にもスクリュー式払出し機構を設け、頂部投入口から断面積を絞ることなく底部払出し機構に至るような構成を採用している。なお、中継圧力容器４，５に設置される払出し機構はテーブルフィーダでも良い。
【００２５】
次に、上述した本発明の実施の形態を図２を参照して説明する。図２は、本発明の１実施形態における処理物の供給装置を示す概略図である。
粒状物ａは供給ホッパ８に一旦貯留される。供給ホッパ８に貯留された粒状物ａは、底部のモータＭ０で駆動する回転レーキ式払出機９により定量的に払出されて、上側の口径と弁体開口径がほぼ等しいフルボアのボールバルブ１中を落下して上側の中継圧力容器４に入る。粒状物ａは、上側の中継圧力容器４から、中継圧力容器４に設置されモータＭ１で駆動される排出スクリュー１１で強制的に払出され、上側と同様のフルボアのボールバルブ２中を落下して下側の中継圧力容器５に入る。更に、粒状物ａは、下側の中継圧力容器５に設置されモータＭ２で駆動される排出スクリュー１２で強制的に払出され、エキスパンション７ａを有したシュート７を経てほぼ水平に配備されたスクリューフィーダ３に供給される。なお、エキスパンション７ａは加圧熱反応器１０のケーシング温度変化による熱膨張を吸収するために設置されている。その後、粒状物ａは、片持ち構造のモータＭ３で駆動されるスクリューフィーダ３により水平に搬送されて、スクリューフィーダ３の端部の炉壁の開口よりガス化炉等の加圧熱反応器１０内に投入される。
【００２６】
上側の中継圧力容器４には、加圧熱反応器内部よりも高い圧力の窒素ガス等のパージガスが流量調節弁Ｖｃ、遮断弁Ｖｓ、逆止弁Ｖｇを介して供給されるようにパージガス用配管１４を設けている。また、排気遮断弁Ｖｒ、逆止弁Ｖｇを介して上側の中継圧力容器４内のガスを大気圧にほぼ近い運転圧力の酸化脱臭炉あるいは大気中へと排気できるように排気用配管１５を設けている。ここで、パージガス用配管１４と排気用配管１５が中継圧力容器４に接続するノズルを共通化し、１箇処とすることで、ノズル及び配管内のガスの流れ方向に変化をもたせ、粒状物やその粉塵が堆積するのを防止している。さらに、パージガス用配管１４から分岐して均圧遮断弁Ｖｐ、逆止弁Ｖｇを介して下側の中継圧力容器５に接続される配管１６を設け、上側の中継圧力容器４に過剰に入ったパージガスを放出できるようにしている。
【００２７】
上側の中継圧力容器４には、Ｌ（低レベル）、Ｈ（高レベル）、ＨＨ（超高レベル）の３点のレベルにおける内容物の有無を発信するレベルセンサＬＳＡ１が設置されている。また下側の中継圧力容器５には、ＬＬ（超低レベル）、Ｌ（低レベル）、Ｈ（高レベル）の３点のレベルにおける内容物の有無を発信するレベルセンサＬＳＡ２を設けている。
上側の中継圧力容器４には、圧力指示調節計ＰＩＳ１が取り付けられ、また中継圧力容器４と中継圧力容器５との差圧を検出する差圧指示調節計ＰＤＩＣ１が取り付けられている。
【００２８】
上述した各機器の動作状態を表1に示す。
【表１】
【００２９】
次に、表１において▲１▼→▲２▼→▲３▼の状態変化は、上側の中継圧力容器４内の粒状物レベルがＨ（高レベル）に達することでまず回転レーキ式払出機９のモータＭ０が止まり、弁体上に粒状物が載るのを回避するよう少し遅れてボールバルブ１が閉まる。ボールバルブ１が閉まった後、パージガス遮断弁Ｖｓ及びパージガス流量調節弁Ｖｃが開き、加圧熱反応器内の圧力よりも高い供給圧のパージガスが供給され、炉内圧が変動しても追従して上側の中継圧力容器４を炉内とほぼ同等か若干高い圧力まで加圧する。その際、過剰な投入を避けるために差圧指示調節計ＰＤＩＣ１により流量調節弁Ｖｃを絞ると良い。次に均圧遮断弁Ｖｐが開き、上側の中継圧力容器４に若干オーバーシュートして投入されたパージガスは均圧遮断弁Ｖｐを通って下側の中継圧力容器５からスクリューフィーダ３を経てガス化炉等の加圧熱反応器１０内へと流れ、パージガスとして、スクリューフィーダ３へ炉内ガスが侵入するのを防ぐ役割を果たす。この状態で▲４▼の状態変化まで待機するが、炉内圧が変動しても、これに追従して中継圧力容器４内の圧力を炉内圧とほぼ同等か、若干高い圧力で維持できるように、差圧指示調節計ＰＤＩＣ１により中継圧力容器４内の圧力を調整する。
【００３０】
表１において▲３▼→▲４▼の状態変化は、上側の中継圧力容器４内の圧力が下側の中継圧力容器５内の圧力とほぼ等しくなり、かつ中継圧力容器５の粒状物レベルがＬ（低レベル）になったところでボールバルブ２が開き、次に上側の中継圧力容器４の排出スクリュー１１のモータＭ１が動きはじめ、上側の中継圧力容器４内の粒状物を強制的に下側の中継圧力容器５に払出し始める。これにより、上側の中継圧力容器４内の粒状物レベルは、Ｈ（高レベル）からＬ（低レベル）へと低下する。なお、排出スクリュー１１は下側の中継圧力容器５の粒状物レベルがＨ（高レベル）に達すると一旦停止し、下側の中継圧力容器５の粒状物レベルがＬ（低レベル）になると起動することを繰り返し、上側の中継圧力容器４内の粒状物レベルがＬ（低レベル）に達するまで粒状物を排出する。
【００３１】
表１において▲４▼→▲５▼の状態変化は、上側の中継圧力容器４内の粒状物レベルがＬ（低レベル）に達したところで上側の中継圧力容器４の排出スクリュー１１のモータＭ１が停止し、弁体上に粒状物が載るのを回避するよう少し遅れてボールバルブ２が閉まる。次に、パージガス遮断弁Ｖｓ及びパージガス流量調節弁Ｖｃが閉まり、均圧遮断弁Ｖｐも閉まってから排気遮断弁Ｖｒが開く。これにより、上側の中継圧力容器４内のガスは酸化脱臭炉に排気されて圧力は大気圧とほぼ等しくなるまで低下する。
【００３２】
表１において▲５▼→▲１▼の状態変化は、圧力指示調節計ＰＩＳ１により排気が終了して上側の中継圧力容器４内の圧力がほぼ大気圧になったところでボールバルブ１が開き、回転レーキ式払出機９のモータＭ０が動きはじめ、供給ホッパより粒状物を定量的に払出して上側の中継圧力容器４に粒状物を満たし始め、上側の中継圧力容器４における粒状物レベルはＬ（低レベル）からＨ（高レベル）へと上昇する。上側の中継圧力容器４内への粒状物の過剰投入を防止するため、レベルセンサＬＳＡ１には、ＨＨ（超高レベル）を設ける。
【００３３】
以上の、表１における▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼→▲５▼→▲１▼の状態変化を繰り返す。ここにおいて、状態変化▲５▼→▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼に要する間に下側の中継圧力容器５内の粒状物レベルが空警報Ｌ（低レベル）に達しないだけの払出量の能力を回転レーキ式払出機９及びスクリューフィーダ３を備える必要がある。または上側の中継圧力容器４内のレベルＨ（高レベル）までの容量を大きくする必要がある。
【００３４】
スクリューフィーダ３は、下側の中継圧力容器５内の粒状物排出スクリュー１２と兼用することも一見可能ではある。しかしながら、その場合、粒状物が圧密化して払出し抵抗が増加する、あるいは粒状物中に金属塊や瓦礫粒などの異物が混入して噛込み等が発生したりする、などスクリュー軸に無理な力がかかる可能性があり、片持スクリューでは軸受や回転軸シール部の破損する危険性が高い。また、加圧熱反応器のケーシング温度変化が大きな場合、熱膨張の伸びを吸収してやる必要があるものの、下側の中継圧力容器５までを加圧熱反応器１０の熱膨張の伸びに応じて移動させるようにするのは困難が伴う。これに加え、加圧熱反応器１０への粒状物供給を止めると、スクリューフィーダ３も停止せざるを得ないが、そのような場合、スクリューフィーダ３内の粒状物が加圧熱反応器１０からの熱やガス、流動層式反応器であれば流動媒体（けい砂等）などの同伴物により揮発したり溶融付着したりすることが避けられない。このため、スクリューフィーダ３は、下側の中継圧力容器５内の粒状物排出スクリュー１２と独立させる必要がある。これにより、排出スクリュー１２は排出スクリュー１１と同様、軸両端に軸受けを有する両持スクリューとして、払出し抵抗や異物噛込みなどに対して問題ないものとすることができる。
【００３５】
スクリューフィーダ３は、排出スクリュー１２に対して十分大きな搬送能力を持たせて粒状物が短時間で炉内へ投入されるようにし、加圧熱反応器内の熱を受けてスクリューフィーダ３内で供給粒状物が揮発したり溶けたりしないようにすることが望ましい。また、スクリューフィーダ３は、排出スクリュー１２の停止後もしばらくの間運転させて、内部に粒状物が残らない状態にしてから停止するようにする。加圧熱反応器１０への粒状物供給量は排出スクリュー１２の回転数により決まるため、排出スクリュー１２は可変速とし、このため、モータＭ２は回転速度指示計ＸＩと回転数設定器ＨＣとを備えている。
【００３６】
次に、中継圧力容器４（又は５）の詳細を図３を参照して説明する。図３（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図３（ｂ）は圧力容器の下側半分を断面した側面図である。図３に示す中継圧力容器は垂直胴タイプの圧力容器である。
中継圧力容器４（又は５）における外壁ケーシング２０は上下の鏡板２０ａ，２０ｂと、垂直直胴２０ｃで構成した圧力容器でできており、ケーシング直胴部下端近傍を貫通する形でほぼ水平に払出しスクリュー機構２１が設けられている。スクリュー機構２１におけるスクリュー２１ｓの両端部はシール部２６を貫通してケーシング２０の外に突出している。スクリュー２１ｓの両端部は軸受２２によって、スクリュー２１ｓの軸芯が固定されるようになっている。スクリュー機構２１の排出側端には、駆動スプロケット２３が固定されており、駆動スプロケット２３は減速機付電動機とチェーン掛けされている。これにより、スクリュー機構２１は図３の矢印のスクリュー回転方向に回転する。投入ノズル２０ｄより外壁ケーシング２０内に投入された粒状物ａは、一旦直胴部２０ｃに積まれた形で貯留された後、スクリュー機構２１におけるスクリュー２１ｓのスクリュー羽根の動きで直胴部２０ｃから排出ノズル２１ｂへと運ばれる。
【００３７】
払出しスクリュー機構２１は、図３のごとく排出側ほど羽根ピッチを大きく取ることで搬送能力を漸増させて、スクリュー２１ｓが直胴部２０ｃを貫通する部分の全長に渡り粒状物をスクリュー搬送領域に飲み込むようにし、かつ直胴部２０ｃの先においてはスクリュー搬送領域の粒状物充填率を下げて搬送を容易とし、かつ粒状物同士が強く擦り合って粒状物が壊れたり粉を生じたりするのを軽減している。また、排出ノズル２１ｂの上のスクリュー２１ｓにあっては、スクリュー羽根をスクリュー軸に沿った平板２１ｐとし、スクリュー２１ｓの回転により強制的に排出ノズル２１ｂに払出すような動作をさせるようにしている。排出ノズル２１ｂより先の部分では、それまでとは逆のピッチの短いスクリューとして、軸端シール部分に粒状物が押込まれないように排出ノズル２１ｂに向けて搬送力が働くようにしている。
【００３８】
圧力容器の底面２５は、外壁ケーシング２０の内側にスクリュー機構２１に４５度前後の傾斜で傾く形となっており、かつスクリュー機構２１の左右で高さを変えて、スクリュー羽根が払い込む方ではスクリュー羽根下端に合わせ、反対のスクリュー羽根が払い上げる方ではほぼスクリュー羽根の上端に近い位置まで垂直壁としてその頂部から傾斜させるようにしている。このように、スクリュー羽根による粒状物の動きを壁面が妨げないようにすると同時に、左右を非対称とすることでスクリューへと移動してくる粒状物がお互いに凭れ合ってブリッジを起こしがちになることを防いでいる。圧力容器の底面２５の付近では、スクリュー羽根によって払い込むあるいは払い上げる動きが伝播するために粒状物が揺さぶられ、ブリッジを起こすことはない。圧力容器の底面２５の上方では、垂直直胴であり、粒状物が垂直方向へ移動する際の障害となる突起がないため、底部の粒状物が払い出されると、その隙間を埋めるように重力により粒状物ａが下がってくることができ、ブリッジを起こさない。
【００３９】
但し、粒状物が、成形が悪くばらの状態であるフラフ状のものを多く含んで、力がかかると圧縮されるようなものでは、直胴部２０ｃの長さがその径に対して大きくなると、下部では上からの重量で押しつぶされる形で圧縮されるために側壁にはさまれる形で粒状物同士で力が働くことになり、ブリッジを起こしやすくなる。従って、そのような粒状物の場合、直胴部２０ｃの長さはその径の２〜３倍程度に抑えるのが良い。
【００４０】
図４は中継圧力容器の他の例を示す図であり、図４（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図４（ｂ）は圧力容器の下側半分を断面した側面図である。図４に示す中継圧力容器は水平胴タイプの圧力容器である。
中継圧力容器４（又は５）における外壁ケーシング３０は左右の鏡板３０ａ，３０ｂと垂直直胴３０ｃで構成した圧力容器でできており、ケーシング直胴部下端近傍を貫通する形でほぼ水平に払出しスクリュー機構２１が設けられている。スクリュー機構２１は、図３に示すものと同様の構成を有している。
【００４１】
図４に示す中継圧力容器の場合、粒状物の貯留量は、内部に投入された粒状物が安息角で山を形成するために上部に空きが多く残るので、圧力容器の内部容積の割には少ない。しかしながら、高さ方向と幅方向がほぼ等しいため、フラフ状のものを含んで力がかかると圧縮されるようなものであっても、重量による圧縮がほとんど起こらず側壁にはさまれる形で粒状物同士で力が働くこともほとんどない。従って、ブリッジは生じないと言ってよい。図３に示す中継圧力容器と比較して、投入ノズル３０ｄと排出ノズル２１ｂの間のレベル差に対して大きな貯留量を確保しやすいという利点もある。ブリッジが発生しないため、若干の残留物が残っても支障がなければ、圧力容器壁とは別に底板を設ける必要はなく、構造が単純になる。
【００４２】
図５は中継圧力容器下部の払出し装置を回転レーキ式にした例を示す図であり、図５（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面模式図である。図５に示す中継圧力容器は垂直胴タイプの圧力容器である。
中継圧力容器４（又は５）における外壁ケーシング４０は、上下の鏡板４０ａ，４０ｂと垂直胴４０ｃで構成された圧力容器であり、ケーシング直胴部下部に底板４５と、回転レーキ４１が設けられている。回転レーキ４１はピニオンギヤ４２ｂと旋回ベアリング４２ａで駆動される旋回シュート４２に直結しており、回転により生じる接線力によって粒状物を旋回シュート４２内に落下させる構造となっている。ピニオンギヤ４２ｂはモータＭにより駆動されるようになっている。粒状物ａは投入ノズル４０ｄから外壁ケーシング４０内へ供給される。旋回シュート４２内に落下した粒状物は荷こぼれ防止シュート４３を経由して排出される。また、回転レーキ４１の停止時に旋回シュート４２内に粒状物が落下しないように、サポートアーム４４ａにより支持された、落下防止コーン４４が設置されている。
【００４３】
図５に示す中継圧力容器の場合、圧力容器の内径を大きくすれば、スクリュー式と比較してデッドスペースが少なくなるので、フラフ状のものを多く含む粒状物等、見かけ比重の小さい粒状物を供給する場合、あるいは処理量の多い設備等、中継圧力容器を大型化する必要がある場合に有効である。
【００４４】
図６は、図２に示す供給装置を備えた二段ガス化システムの例を示す概略図である。図６に示すように本発明の二段ガス化システムは、低温ガス化炉として流動層ガス化炉からなる加圧熱反応器１０と、高温ガス化炉８０とを備えている。加圧熱反応器１０に粒状物を供給する原料供給系には、図２に示す供給装置が用いられている。
【００４５】
加圧熱反応器１０の内部には、流動化ガスを上方に噴出して炉内に流動層５２を形成するための流動化ガス分散装置５３が配置されている。流動層５２の流動媒体には硅砂等の砂が用いられる。加圧熱反応器１０の上部にはフリーボード５４が形成されており、底部には不燃物排出口５５が形成されている。
加圧熱反応器１０に流動媒体を循環させる流動媒体循環系７０は、不燃物排出口５５の下方に配置された不燃物抜出コンベヤ７１、流動媒体抜出ロックホッパ７２、流動媒体エレベータ７３、流動媒体供給ロックホッパ７４、流動媒体投入コンベヤ用ホッパ７５、流動媒体投入コンベヤ７６とから構成されている。
【００４６】
図６に示す構成において、粒状物ａは、供給ホッパ８に一旦貯留される。供給ホッパ８に貯留された粒状物ａは、底部のモータＭ０で駆動する回転レーキ式払出機９により定量的に払出されて、上側の口径と弁体開口径がほぼ等しいフルボアのボールバルブ１中を落下して上側の中継圧力容器４に入る。粒状物ａは、中継圧力容器４から上側の中継圧力容器４に設置され、モータＭ１で駆動される排出スクリュー１１で強制的に払出され、上側と同様のフルボアのボールバルブ２中を落下して下側の中継圧力容器５に入る。更に、粒状物ａは下側の中継圧力容器５に設置され、モータＭ２で駆動される排出スクリュー１２で強制的に払出され、シュート７を経てほぼ水平に配備されたスクリューフィーダ３に供給される。その後、粒状物ａは、片持ち構造のモータＭ３で駆動するスクリューフィーダ３により水平に搬送されて、スクリューフィーダ３の端部の炉壁の開口より加圧熱反応器１０内に投入される。
【００４７】
加圧熱反応器１０内の流動化ガス分散装置５３からは酸素（又は空気）ｂとスチームｃの混合ガスがガス化剤兼流動化ガスとして流動層５２に送入され、流動媒体ｅが流動化される。粒状物ａはガス化炉内の流動層５２に投入され、５００〜８５０℃に保持された流動層５２内で高温の流動媒体やガス化剤である酸素、スチームと接触することにより、速やかに熱分解ガス化される。加圧熱反応器１０の炉底にある不燃物排出口５５からは不燃物抜出コンベヤ７１により流動媒体ｅが不燃物ｄとともに間欠的又は連続的に排出され、流動媒体抜出ロックホッパ７２で減圧された後に、分級機（図示せず）により流動媒体ｅと不燃物ｄとが分離され、不燃物は外部に排出され、流動媒体ｅは流動媒体エレベータ７３で上方に搬送される。流動媒体エレベータ７３で上方へ搬送された流動媒体は、流動媒体供給ロックホッパ７４、流動媒体投入コンベヤ用ホッパ７５、流動媒体投入コンベヤ７６を介して昇圧され、加圧熱反応器１０に戻される。不燃物中に含まれる金属は、ガス化炉内が還元雰囲気であるため、酸化されない状態で回収される。
【００４８】
投入された粒状物ａの熱分解ガス化によりガス、タール、チャーが生成するが、チャーは流動層５２におけるガス化剤のアタックと撹乱運動により微粉砕される。固形物であるチャーは多孔質で軽く微粉状であるため、ガス状物であるガス、タールの上方向への流れに同伴されて運ばれる。加圧熱反応器１０を出たガス状物ｇは高温ガス化炉８０に供給され、そこで吹き込まれた酸素とスチームの混合ガスと旋回流中で混合しながら、１２００℃以上の高温で酸化分解される。生成した水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、スチーム（Ｈ２Ｏ）主体のガスは高温ガス化炉８０より排出され、次のガススクラバー（図示せず）にてガス中に残存するダストや塩化水素等を除去された後、合成ガスとして水素、メタノール、メタン等の製造に利用される。一方、スラグは高温ガス化炉８０から下方に排出され、冷却されたスラグ粒は主としてセメントの原料や土木建築用の資材として有効利用される。
【００４９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、高圧で運転される加圧熱反応器に粒状物等の処理物を安定して供給することができるとともに、加圧熱反応器内のガスが外部に漏洩することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理物の供給装置を示す概略図である。
【図２】本発明の１実施形態における処理物の供給装置を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図３（ｂ）は圧力容器の下側半分を断面した側面図である。
【図４】図４（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図４（ｂ）は圧力容器の下側半分を断面した側面図である。
【図５】中継圧力容器下部の払出し装置を回転レーキ式にした例を示す図であり、図５（ａ）は圧力容器の下側半分を断面した正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面模式図である。
【図６】図２に示す供給装置を備えた二段ガス化システムの例を示す概略図である。
【図７】従来の加圧熱反応器に処理物である粒状物を供給するための装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１，２ ボールバルブ
３ スクリューフィーダ
４，５ 中継圧力容器
６ スクリュー式払出し機構
７ シュート
７ａ エキスパンション
８ 供給ホッパ
９ 回転レーキ払出機
１０ 加圧熱反応器
１１，１２ 排出スクリュー
１４ パージガス用配管
１５ 排気用配管
１６ 配管
２０，３０，４０ 外壁ケーシング
２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ 鏡板
２０ｃ，３０ｃ 直胴部
２０ｄ 投入ノズル
２１ スクリュー機構
２１ｂ 排出ノズル
２１ｐ 平板
２１ｓ スクリュー
２２ 軸受
２３ 駆動スプロケット
２５ 底面
２６ シール部
４０ｃ 垂直胴
４１ 回転レーキ
４２ 旋回シュート
４２ａ 旋回ベアリング
４２ｂ ピニオンギヤ
４３ 荷こぼれ防止シュート
４４ 落下防止コーン
４４ａ サポートアーム
５２ 流動層
５３ 流動化ガス分散装置
５４ フリーボード
５５ 不燃物排出口
７０ 流動媒体循環系
７１ 不燃物抜出コンベヤ
７２ 流動媒体抜出ロックホッパ
７３ 流動媒体エレベータ
７４ 流動媒体供給ロックホッパ
７５ 流動媒体投入コンベヤ用ホッパ
７６ 流動媒体投入コンベヤ
８０ 高温ガス化炉
ａ 粒状物
ＨＣ 回転数設定器
ＬＳＡ１，ＬＳＡ２ レベルセンサ
Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ モータ
ＰＩＳ１ 圧力指示調節計
ＰＤＩＣ１ 差圧指示調節計
Ｖｃ 窒素流量調節弁
Ｖｓ 窒素遮断弁
Ｖｇ 逆止弁
Ｖｒ 排気遮断弁
Ｖｐ 均圧遮断弁
Ｘ１ 回転速度指示計
Claims (12)
- 処理物を加圧下で熱反応させて処理する加圧熱反応器に、処理物を供給する供給装置において、
頂部にガス及び処理物を遮断する遮断弁を有する中継圧力容器を上下に連結し、
上側の中継圧力容器の上方に、処理物を供給するための供給機構を設け、
下側の中継圧力容器に、該中継圧力容器内の所定レベルにおける処理物の有無を発信するレベルセンサを設け、
前記加圧熱反応器に供給する処理物を下側の中継圧力容器から払い出す払出し機構を設けたことを特徴とする処理物の供給装置。 - 前記上側の中継圧力容器に、前記加圧熱反応器の内圧よりも高い圧力の気体供給源から該上側の中継圧力容器に気体を供給するための調節弁を有した配管と、
前記上側の中継圧力容器内の気体を放出して上側の中継圧力容器内の圧力を加圧熱反応容器外と等圧にするための排気遮断弁を有した気体放出配管と、
を設けたことを特徴とする請求項１記載の処理物の供給装置。 - 前記上側の中継圧力容器と前記下側の中継圧力容器を接続する均圧遮断弁を有する配管をさらに設けたことを特徴とする請求項２記載の処理物の供給装置。
- 前記ガス及び処理物を遮断する遮断弁は、口径と弁体の開口径がほぼ同一サイズの弁であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の処理物の供給装置。
- 前記ガス及び処理物を遮断する遮断弁は、ボールバルブ又は仕切弁であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の処理物の供給装置。
- 前記加圧熱反応器が加圧ガス化炉であり、下側の中継圧力容器からの払出し機構と加圧熱反応器中に処理物を供給する機構とが独立していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の処理物の供給装置。
- 前記遮断弁を構成するボールバルブの上に仕切弁を設置していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の処理物の供給装置。
- 前記処理物は粒状物であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の処理物の供給装置。
- 前記加圧熱反応器は、流動媒体からなる流動層を備えたガス化炉であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の処理物の供給装置。
- 処理物を加圧下で熱反応させて処理する加圧熱反応器と、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の処理物の供給装置とを備えたことを特徴とする加圧熱反応器システム。 - 請求項３に記載の処理物の供給装置による処理物の供給方法であって、
下側の遮断弁の閉まった状態で開いた上側の遮断弁から上側の中継圧力容器に供給機構より処理物を受け入れ、
次に上側の遮断弁を閉め、その後に調節弁を開き上側の中継圧力容器に加圧熱反応器内の圧力よりも高い圧力の気体の供給を受け入れ、
次に、均圧遮断弁を開き上側の中継圧力容器と下側の中継圧力容器とを等圧にした後に、下側の遮断弁を開けて下側の中継圧力容器に処理物を払い出し、
次に、前記調節弁、前記均圧遮断弁及び下側の遮断弁を閉め、その後に気体放出管に設けられた排気遮断弁を開き上側の中継圧力容器内の気体を放出して上側の中継圧力容器内の圧力を加圧熱反応器外と等圧にしてから上側の遮断弁を開き、再び処理物を受け入れることを繰り返し、
下側の中継圧力容器内には処理物を切らすことなく加圧熱反応器中に払出し機構により処理物を払い出すことを特徴とする処理物の供給方法。 - 請求項１１に記載の処理物の供給方法により前記加圧熱反応器に供給された処理物を加圧下で熱分解ガス化してガス状物を得ることを特徴とする処理物のガス化方法。
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