JPH01244277A - 高循環量高速流動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は粒子の循環をともなう高温の流動層に関し、特
に高循環量と、この循環量の制御性を改良する装置に関
する。

［従来の技術］ 高速流動層は軽油或は残渣油等を接触熱分解するいわゆ
るＦＣＣプロセスとして開発され、その良好な熱効率及
び反応効率の故に、石炭、コークスの燃焼ガス化反応、
活性炭の賦活或は粉鉱石の還元等にも応用されている。

しかしながら高速流動層における粒子の循環量とその制
御性については、未だ不明の点が多く種々の提案がなさ
れている。

これらの従来法の第１例として「化学工学協会。

第５１年会、研究発表講演要旨集、　Ｃ３１５，１９８
６゜堀尾等」には「透明循環流動層による石炭の高速流
動燃焼特性」と題する石炭の燃焼実験が報告されている
。

この実験装置では、第７図に示されるように、高速流動
層が石英管１００及びステンレス管１０３よりなるライ
ザ一部に形成され、原料炭は、このライザー底部に供給
され、ライザ一部で流動燃焼し、未燃分を含む粒子は第
１ザイクロン及び二ニーマチックバルブ１４を経て、ラ
イザ一部に戻り、また天分はニューマチックバルブ１４
の下部からロータリーバルブ１０７を介してホッパー１
０８に取り出される。

このように、第１例の粒子の循環には二ニーマチックバ
ルブが用いられ、粒子の循環量は水平及び垂直方向から
の空気注入により調節されている。

また、従来法の第２例としてｒ　Ｉ　＆　ＥＣＰｒｏｃ
。

Ｄｃｓ、、　＆　Ｄｉｖ、　１５．４７　（１９７Ｇ）
、　Ｙｃｒｕｓｈａｌｍｊ、　ｊ。

ｅｔ　ａｌ、Ｊには高速流動層の断面における半径方向
の粒子分布が報告されている。

而して、この実験に使用された装置は第８図に示すよう
に、高速流動層を形成する上昇管と移動層を形成する下
降管とをＵ字管１６で接続している。

面してこのＵ字管１６の底部に空気注入口を設け、目−
つ下降管にバタフライ弁１５を設け、これらを、調節す
ることにより粒子の循環量を制御している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来技術のうち、第１例の下部に二ニーマチック
バルブを存する傾斜管方式の循環流動層は、機械的バル
ブを使用しないために高温操作には適しているか、粒子
の移動経路に曲管部か多く、粒子高循環量が得られない
という問題点がある。

また、第２例の下部がＵ字構造の循環流動層は高循環量
は得られるが、循環量の制御は、ダウンカマー側に付け
たスライドバルブ又はバタフライ弁の開度で行なってい
る。

これは、循環量が流動化ガスの速度に大きく影響され、
バルブを付けなければ、流動化ガスと独立に循環量を制
御することがむずかしいためである。

したがって、低温の場合は良いか、高温の場合はバルブ
の材質劣化及び流動化ガスの制御が困難であるという欠
点を有する。

本発明は、このような従来の問題点を解決し、循環流動
層において低温の場合でも高温の場合でも、装置の単位
断面積及び単位時間当りの粒子の高循環量が得られ、且
つ主流動化ガスに対して、独立に粒子循環量を制御でき
、しかも循環量の制御性の良い高速流動層の構造を得る
ことを目的とする。

［課題を解決する為の手段］ この目的を達成するため本発明者らは、高温において粒
子の高循環量か得られ、しかも循環量の制御性の良い構
造を得る装置を鋭意研究した結果本発明に到達した。

即ち、本発明の高速流動層は上昇管、固気分離室、下降
管、傾斜管からなる回路に高温粒子を循環させ、上昇管
内に高速流動層を形成させる循環流動層において、上昇
管の垂直軸線に対して３０±１０″の角度をもって、傾
斜管を上方から上昇管の下方に位置し、上昇管と同等以
上の断面積を持つ経路でつながれている合流部に合流さ
せ、該合流部の横断面積及び傾斜管と下降管の各管断面
積を、各々」二昇管の断面積の１〜５倍とするとともに
、主流動化ガスの吹出し口を合流部の上方位置に開口さ
せ、且つ、該合流部近傍の傾斜管及び合流部下部に、ガ
ス吹出し口を設けたことを特徴とする高循環量高速流動
装置である。

次に本発明を実施例につき図面を用いて説明する。

第１図に示すように、本発明の循環高速流動装置は、上
昇管１、沈降室２、下降管３、傾斜管５及びサイクロン
分離器４を主要部として備え、これに主流動化ガス供給
口６、流動層下部ガス供給ロア、傾斜管部ガス供給口８
、原料供給口９及び反応物抜き出し口１０を付設して構
成される。

先ず、上昇管１の下方には傾斜管１との合流部１２を形
成する。この合流部１２は第２図に示すように、上昇管
１と同等もしくはそれ以上の断面積を有する円筒或は角
筒状とし、その上部は滑らかに縮小して上昇管の下端と
接続させる。

而して、この合流部において、上昇管１の垂直軸線に対
する傾斜管の軸線のなす角度θが３０±１０″をなすよ
うに傾斜管５を合流部１２に接続する。

また、合流部１２における横断面積は、上昇管１の直管
部の横断面積の１〜５倍とする。

そして、合流部１２に主流動化ガス吹出し管６を設けて
、この吹出し管６の先端を、合流部１２の上端位置１３
或はこれより僅か上部に開口させると共　゛に、傾斜管
５の合流部１２近傍にガス吹出し口８を１設ける。

更に、下降管３及び傾斜管５の夫々の管径は、これらの
管断面積が上昇管１の管断面積の１〜５倍となるように
選定する。

また、合流部１２の下部にガス吹出しロアを、また、合
流部１２と上昇管１との接続部に粒子フィードロ９を、
更に下降管３と傾斜管５との接続部近傍の傾斜管５に、
反応物抜き出し口１０を夫々設けて、粒子の循環回路を
形成する。

［作　　用］ 上記のように構成された本発明の高速流動層装置は次の
ように作用する。

先ず主流動化ガス吹出し管６の先端の開口部から、所定
の反応用気体を上昇管１の下部に供給し、次いで粒子フ
ィードロ９より所定量の粒子を供給して、上昇管１、沈
降室２、下降管３、傾斜管５笈び合流部１２からなる回
路に粒子を循環させる。

次いで粒子フィードロ９より供給される粒子のユ及び主
流動化ガス吹出し管６よりの供給ガスの種類及びガス量
を夫々運転目的に応じて選定し、所定の条件に調整する
。

この際、上記循環回路は公知の手段により加熱及び保温
がなされる（図示せず）。

このようにして上昇管１内に高速流動層が形成され、粒
子とガスの混合相は上昇管１を上昇する間に主要な反応
を行なう。

次いで固気混合相は沈降室２に放出され、ここで粗粒が
分離され、残余の微粒とガスを含む混合相は、サイクロ
ン分離器４に送られ、ここで微粒と反応済みガスに分離
され、微粒はサイクロン分離器の下部を流下して、下降
管３内の粗粒に合流し、残余の反応済みガスは循環する
か、或は系外に取り出されて別途処理される。

一方、沈降室２で分離された粗粒は、下降管３及び傾斜
管５内を流下し、次いで合流部１２に到達し、主流動化
ガス吹出し管６より供給される流動化ガスにより、上昇
管１内に噴射され、これを繰り返して粒子は回路を循環
して所定の反応が行われる。

このような粒子循環回路に、例えば粒子として所定粒度
の砂鉄を、また反応ガスとしてＣＯガスを用いることに
より、還元鉄が反応物抜出し口１０から回収され、反応
済みガスとしての００２ガスはサイクロン分離器４の上
部に排出される。

上記、本発明において、上昇管１と傾斜管５は夫々の軸
線が３０±ｌＯ°、好ましくは３０°の角度をなすよう
合流部１２において接続する。これにより傾斜管内を下
降する際の粒子と、管内壁との摩擦抵抗を減少させ、粒
子の流下を容易にする。

この角度θが４０°では傾斜管５の底壁に対する粒子の
拘束力が増し、粒子の下降が阻害される。

また角度θが２０°未満では、傾斜管５から合流部１２
へ粒子が急激に方向変換するため、曲がりによる粒子と
管壁との摩擦抵抗が増大して、粒子の移動が阻害される
。

以上の理由から本発明では傾斜管５と上昇管１の夫々の
軸線が３０±ｌＯ°の角度をなすように合流させ、これ
により高速流動回路に粒子の高循環量が得られるように
する。

また、傾斜管５と上昇管１の合流部１２は、その横断面
積が上昇管の横断面積の１〜５倍になるようにし、且つ
この合流部１２の上端と上昇管１の下端とを滑らかに接
続する。

ここで合流部１２の断面積が上昇管１の断面積の１倍未
満であると、傾斜管５及び合流部１２を移動する粒子が
、これらの管内管との摩擦抵抗により、その移動を阻害
され、従って高循環量が得られず、流動層は希薄となり
反応の進行が遅くなる。

また、合流部１２の断面積が上昇管１の断面積の５倍超
では、粒子の総合的な流体抵抗は減少するが、反面粒子
の滞留量が過大となり、反応の均−性及びエネルギー消
費の而から好ましくなく、また圧力変動が大きくなり安
定的操業ができなくなる。

更に上記と同様の理由から、下降管３及び傾斜管５の夫
々の管径は、これらの管の断面積が上昇管１の断面積の
１〜５倍となるように選択する。

これにより、下降管３及び傾斜管５内の粒子が、これら
の管内を下降する際の粒子の移動を容易に　・する。

更に、本発明では、上昇管１の下方に設けた主流動化ガ
ス吹出し管６を、合流部１２を貫通させて合流部上端１
３の付近に開口させる。

これにより合流部１２内の粒子は、主流動化ガスの噴射
による吸引効果を受けて、上昇管１内への輸送が促進さ
れる。この際、合流部１２の下部のガス吹出しロアから
、合流部における流動化開始速度（Ｕ□ｒ）の１〜２倍
となる二のガスを供給して、合流部１２内の粒子を流動
化し、主流動化ガスによる上昇管１への粒子輸送を促進
する。

このガス量がＵｍｆの１倍以下では合流部の粒子を流動
させる効果が薄く、またこのガス量が２倍以上では合流
部における粒子の流動には好結果をもたらすが、一方に
傾斜管５から合流部１２への粒子の下降を阻害して好ま
しくない。

このような理由から合流部下部のガス吹出しロアに供給
するガス量は、合流部におけるＵｏｒの１〜２倍とする
。

更に、傾斜管５には、合流部１２に近い位置のガス吹出
し口８から、傾斜管におけるＵｌｌｆの３倍以下となる
量を供給し、これにより傾斜管５内を移動する粒子を流
動化し、スティック−スリップフロー現象として知られ
る粒子の脈動を伴う下降速度の低下を解消する。

また、ガス吹出し口８よりのガス供給が０でも、ガス吹
出しロアからのガス供給のみで粒子は循環し、この場合
特に粒子循環量が少ない範囲での制御性が良好となる。

このガス吹出し口８に供給するガス量は、操業条件によ
り適宜調整し、このガス供給量の上限をＵ、「の３倍量
とする。これ以上の瓜では傾斜管５、更に下降管３にお
ける粒子の下降を阻害して好ましくない。

このように傾斜管５の下方にガスを連続的に供給するこ
とにより、管内の粒子の下降速度を高めて、系内の粒子
循環量を増加させる。

本発明は上記の機能ををする各部材を組合わせ、これら
の相乗効果により、機械的な可動部分がなく且つ制御性
がよく、低温から高温迄の広範囲に亘り、高循環量の得
られる高速流動層を実現するものである。

実施例　１ 流動層のライザ一部を４ＯＡ（内径３８．４ｍｍ）高さ
３ｍ、ダウンカマーと傾斜管を６５Ａ（内径７０，３ｍ
ｍ）、傾斜管の傾斜角度３０°の本発明の装置を用い、
ニューシーラント産の砂鉄（Ｄ　　ｍｏ、ＩＧｍｍ。

ρ　−４７３０ｋｇ／ｒｒｉ’）を２０ｋｇ用い、温度
９００℃で、流動層の空塔ガス線速７．８ｍの場合に、
流動層最下部からのガス量を５４Ｎｇ／ｌｌｒと一定に
し、開口部下端から約１５ｃｍの位置に配設した内径１
８．７ｍｍのガス吹込管８からの傾斜管へのガス量を３
２．４０゜５４、１０８　Ｎｊ）　／Ｈｒと変化させた
。

その結果、第３図に示したように、流動層断面積基準の
砂鉄の循環量は２２５　、３２０　、３９０　、５２０
ｋｇ／ｒｄ、ｓとなった。

尚　Ｄ　＝平均粒子径 ｐ　：粒子の真密度 実施例　２ 例１と同一の本発明の装置を使い、α〜アルミナ粒子（
Ｄ　　−０，２１ｍｍ、　　ｐ　　−３９７０ｋｇ／ｎ
１’）を１７Ｓ 瞭を使って、温度９００℃で流動層の空塔ガス線速６．
９ｍ／ｓの場合に、流動層最下部からのガス量をＨＮＤ
　／Ｉｌｒと一定にし、傾斜管へのガス量を３０、５２
．７２．　１０７．１４５Ｎｇ／Ｈｒと変化させた。

流動層断面積基準のα−アルミナ粒子の循環量は、第４
図に示したように４０．８２．９５．１３５　。

２００　ｋｇｌｒｄ、ｓとなった。

実施例　３ 実施例１と同様の装置構成を持ち、全流部断面積及び傾
斜管角度を変更した場合の粒子循環量への影響をみた。

第５図、第６図にその結果を示したが、前記砂鉄および
α−アルミナ粒子ともに、流動層のガス流速及びガス吹
込み管７および８からのガス流量が一定の条件のもとで
は、傾斜管角度が２０’未満もしくは４０″以上では粒
子循環量が低下した。

また、合流部横断面積の上昇管断面積に対する比が１未
満では粒子循環量が低下し、上昇管内の　・空隙率が増
加し反応の進行が極端に遅くなり、５超では流動層圧力
変動が大きくなり、安定的な操業が不可能となった。

［発明の効果コ 本発明は、高温の粉粒体を循環させる循環流動層におい
て、機械的な要素の無い耐久性に優れる装置を開発した
ものである。

また、簡単な構造にも拘らず、粒子の高循環量が得られ
、しかも循環量の制御性が良く、実用上極めて有用であ
る。

本発明により粒子循環量を２００ｋｇ／ｒｒｌ’、ｓ以
上、粉鉱石の場合は、５２０ｋｇ／ｒｒ？、ｓ以上の粒
子循環量の実現が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図ａ。 ｂは本発明の合流部の拡大説明図、第３図、第４図は本
発明において、夫々、砂鉄及びα−アルミナ粒子を用い
た場合の粒子循環速度と傾斜管へのガス吹込み量との関
係図表、第５図は傾斜管角度と粒子循環量の関係図表、
第６図は合流部所面積と上昇管断面積の比と、空隙率及
び圧力変動との関係を示した図表、第７図及び第８図は
夫々従来例の組立説明図である。 １・・・上昇管　　　　　　　２・・・沈降室３・・・
下降管 ４・・・サイクロン分離器　　５・・・傾斜管６・・・
主流動化ガス吹出し管 ７・・・ガス吹出し口　　　　８・・・ガス吹出し口９
・・・粒子フィードロ １０・・・反応物抜き出し口 １１・・・下降管と傾斜管接続部 １２・・・上昇管と傾斜管の合流部 １３・・・合流部上面 １４・・・ニューマチックバルブ １５・・・バタフライ弁　　　　１６・・・Ｕ字管代　
理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫￥１図 第３図 １頃斜１へのガス吹込みｌ　〔好／Ｈ）舅４図 １頃斜鷲へＯ力′ス仄込み量　ＣＮｆｌ／Ｈ）第５図 第６図 合流部断面桶／上昇費断面橿 ｕつ　（Ｄ ω 舐

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上昇管、固気分離室、下降管、傾斜管からなる回路に高
   温粒子を循環させ、上昇管内に高速流動層を形成させる
   循環流動層において、上昇管の垂直軸線に対して３０±
   １０°の角度をもって、傾斜管を上方から上昇管の下方
   に位置し、上昇管と同等以上の断面積を持つ経路でつな
   がれている合流部に合流させ、該合流部の横断面積及び
   傾斜管と下降管の各管断面積を、各々上昇管の断面積の
   １〜５倍とするとともに、主流動化ガスの吹出し口を合
   流部の上方位置に開口させ、且つ、該合流部近傍の傾斜
   管及び合流部下部に、ガス吹出し口を設けたことを特徴
   とする高循環量高速流動装置。