JPH04500629A - 保護された流体分配器を備えた流動床反応装置 - 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】 本発明は、粒状物質が流動する流動床を横方向に定めている実質的に垂直な側壁 とガス分配プレートとを備えた反応室を含み、このガス分配プレートを通して一 部ガスが反応室へ給送されるようになされた流動床反応装置に関する。この反応 室は、粒状物質とされる流動床物質のための入口と、上部に配置されたガス排出 のための出口とを備えている。

この流動床反応装置に於ける流動床の粒状物質はその一部がその反応装置にて処 理されるべき物質によって形成されることができる。これに代えて不活性物質と されたり、或いは一部を処理に、または一部を流動床の加熱のために使用される ことができる。この粒状物質はガス分配プレートに取り付けられたガス分配手段 を経て供給される一部ガスによって流動される。ガス分配プレートはまた流動床 の粒状物質を支持する支持体を形成しているのである。

使用される流動媒体−一流動床物質のようなものｍ−は不活性とされることがで き、或いは一部が実施される処理に使用され、または一部が流動床の加熱のため に使用されることができる。

流動床反応装置は今日では、例えば燃焼、ガス化、そして化学処理や冶金処理の ような多くのさまざまに異なる目的のために使用されでいる。何故ならばこの装 置は、ガスと、処理すべき固体、液体またはガス状物質との間の有効な接触を行 わせることができ、高い反応速度を得られ、その処理温度および処理の良好な制 御性を与えるからである。しかしながら反応装置が大型になればなるほど、安定 した作動を遂行することや処理状態が変化する間に反応装置を制御することがま すます困難になる。

大型の反応装置では、反応室の全横断面にわたって均一に流体および／または粒 状物質を分配することの達成が特に困難となる。不均一な分配は重大な問題を引 き起こすことになりかねない。

燃焼処理に於いては、粒状物質、液体、或いはガス状燃料、またはそれらの混合 物の全てが流動床反応装置にて燃焼される。燃料−一並びにガス浄化目的やその 他の化学反応のために必要とされる添加剤−一は通常は、側壁に備えられたノズ ル或いはガス分配プレートに備えられたノズルを通して導かれる。

油（オイル）のような流体燃料は通常は、ガス分配プレートよりも約０．５ｍは ど高い位置にて側壁に形成されている開口内に配置されたオイルランス（ｌａｎ ｃｅ　）を通して導入される。オイルは分配媒体とされる加圧空気によって噴射 されるが、通常は反応室の中に約１ｍはどしか達することができない。側壁と反 応室中央との閏の距離が流動床中ヘオイルが浸透する距離を超えるほどに上述に て注目した問題点は、過熱を防止し且つまたオイル供給部分に近い箇所で流動床 の粒状物質が凝集するのを防止するために、オイル供給量が約５００ｋｇ／ｈに 制限されねばならないときに、すなわちエネルギー密度が全体的に７５００ｋＪ ／ｍ”より小さくされねばならないときに、ランスを通してのオイル供給量を増 大することによって解決することはできない。その他の流体燃料や反応物質を大 型の流動床反応装置に分配する場合にも同様な問題が生じるのである。

今日では、米国特許第４．１６５．０４０号に記載されているような既知の流体 燃料ノズル構造がある。これは流体燃料ノズルと、流動化のためのガスのノズル の組み合わせを含み、この組み合わせは分配プレートに均一に分散されているの である。この流体燃料噴射ノズルは、燃料ノズルを取り囲むスリーブ内に流動化 ガスのための入口手段を存している。この構造は流体燃料の霧化を可能にする。

例えば、燃焼器に対して一次空気によるオイルの均一分配が行われるのである。

しかしながら厳しい問題が残っている。ノズルは高温度且つ大きな応力状態のも とで作動し、これは燃料ノズルの詰まりを生じ得る。それ故に、燃料ノズルを定 期的に検査して劣化したノズルを交換し、反応装置に於ける均一燃焼を保証でき るようにすることが必要とされる。

詰まりを生じる危険性は、ノズルに於ける圧力降下が変化する負荷変動にて特に 高くなる。グリッドプレートに於けるノズルの浄化は、運転状態の間は特に複雑 である。

装置全体が浄化のために停止されるか、或いは極めて複雑な交換可能のノズル構 造が使用されねばならない。

米国特許第４．２５９，０８８号は流動床装置に於ける流体燃料分配構造を開示 している。この装置によれば、流体燃料は流動床の流動化されない粒状物質の中 に埋め込まれた水平導管を通して導かれる。これらの真っ直ぐな流体導管は運転 状態にある間でも容易に浄化することができる。これらの導管は流動床の流動化 されない粒状物質の凹部内に終端している。この流動床の粒状物質は凹部内では 流動化されている。この構造は、流動床のための流動化されない粒状物質と流動 化される粒状物質との間に形状を与えられた境界面を形成するために、分配プレ ートに少なくとも２つの異なる高さのガス分配ノズルを必要とする。流動化され ない粒状物質層よりも上方に達するノズルは穴すなわち凹部内のノズルよりも格 段に高くなければならない。更に、別のガス分配ノズルは別の寸法の開口を有し て反応室内の高い横断面積全体にわたって均一な空気の供給を行えるようになさ れねばならない。これは複雑な構造と言える。

凹部すなわち穴は比較的小さく、１２．７０〜１５．２４ｃｍ（５〜６インチ） の深さであるのが好ましい。このような限られた領域の中へオイルと流動化のた めの空気との両方を導入することは凝集を引き起こす大きな危険性を生じるので ある。比較的狭い面積部分にノズルを均一に分散することは困難である。ノズル の不均一な分散は粒状物質の不均一な流動化を引き起こす。更に、オイルは穴の 中の流動床のための粒状物質を濡らし、それらが互いにくっついて大きな流動化 されない粒状物質を形成するようにしてしまう。また、燃料および空気のノズル が接近し過ぎて配置されている場合には、温度が過度に上昇する危険性がある。

流体燃料ノズルは、流動化されない粒状物質が流体導管を覆うこの構造を使用す る場合には、空気ノズルよりも上方の高い位置に配列されることは殆どできない 。非常に大量の流動化されない流動床物質がグリッドより上方の高い位置にて導 管を、保護するのに必要とされ、また、大量の流動床物質は極めて強力な支持プ レートを必要とする。厚い層である流動化されない粒状物質は更に非常に深い不 適当な凹部を流動化されない層に形成させることになる。

流動床反応装置はフィンランド国特許ＦＩ５９８６０号に開示されている。これ に於いて、反応室は水チユーブで構成された仕切によって２つの隔離された流動 床部分に分けられている。粒状物質の燃料が流動床部分の間の中央仕切内に配置 されているパイプを通してこれらの隔離された部分の中へ供給される。燃料供給 装置は浄化するのが容易ではなく、また、反応室の横断面に対して燃料を均一に 分配することができない。

本発明の目的は、人望の流動床反応装置に於いてその横断面全体にわたって流体 の均一給送および均一分配を行うことである。この流体は反応装置の側壁から異 なる距離に於いて反応装置の中に供給されることができる。

また本発明によれば、大型の流動床反応装置に対する流体燃料もしくは反応物質 の均一分配は、信頼性が高く且つ浄化の容易な流体入口手段によって行われる。

本発明によれば、流体分配に起因する流動床で粒状物質が凝集する危険性は最小 限に抑えられるのである。

本発明の１つの概念によれば、好ましくは底部プレートすなわちガス分配プレー トに形成されている分配ノズルを通して一次ガスが分配される流動床反応装置が 提供される。これらのノズルは、底部プレートに、或いは底部プレートの表面上 方に僅かに距離を隔てた高さ位置に形成されているガス出口開口を有する。−次 ガスは反応室の横断面全体に対して底部プレートから実質的に一定の距離で反応 室の中に導かれるのが好ましい。必要ならば、仕切に幾つかの異なる分配導管を 配置することができる。

流体供給手段は一次ガスの分配高さ位置より上方へ成る距離を隔てた位置にて反 応室内に配置される。この流体供給手段は一方の側壁に形成された流体入口開口 に連通された流体導管を含む。この流体導管は反応室の内部へ好ましくは水平に 延在されて、反応室の周面（すなわち壁面）にて噴射された流体が到達できない ほど側壁から離れた内部位置へ、流体を分配するのである。この流体導管の流体 出口端部は、側壁から約１０００ｍｍ以上離れた位置で、−次ガス分配プレート よりも上方に約１００〜１０００ｍの間の位置（例えば−次ガス導入高さ位置よ り上方に約３００〜６００ｍの間の距離にある位置とされるのが好ましい）とさ れる。

流体導管は底部プレートに取り付けられた直立仕切の内側に配置されている。こ の仕切は流体導管を反応室の内部の腐食状態および劣化状態から保護する。流体 導管を覆う仕切は、流体導管の全長に実質的に関して側壁から反応室の内部に延 在するのが好ましい。この仕切は流動床の底部を部分的に幾つかの部分にわける のである。

上述した直立仕切−一流体導管が貫通できるために約１００〜４００ｍのである のが好ましい−−は約１０００ｍ以上の長さとされるのが好ましい。これは反応 室の反対両側の壁部の間の間隔距離によって決まる。反応室の中へ向かってさま ざまな距離の位置に到達する複数の流体導管直立仕切装置を備えて、反応室の横 断面全体に対して流体が均一に分配されるのを保証することができる。例えば直 立仕切は底部プレートより上方へ約２００〜１１００ｍの間の高さを育すること ができる。仕切は耐火材、或いは反応室内の高温腐食状態に耐えるその他の適当 な材料で作られるのが好ましい。仕切は一般に流体導管を保持するのに十分な厚 さで、また導管を反応室の熱部から成る範囲にわたって絶縁するのに十分な厚さ とされる。

本発明は流体を流動床反応装置に導入する簡単な構造を提供する。本発明は例え ば液体燃料−一オイルのようなｍ−を使用するか、或いは微細な粒状燃料の懸濁 液−一部や蒸気に石炭を懸濁させたようなｍ−を使用する流動床燃焼装置に採用 することができる。オイルランスは、オイルおよび一次空気が互いにマイナス作 用を及ぼさないような高さ位置にて直立仕切に配置される。本発明はまた例えば ガス浄化の目的で使用される添加剤を含存す、る懸濁液を燃焼装置に導入するた めにも使用することができる。燃焼可能な液体やガス、石炭／水のスラリー、或 いは石灰岩やドロマイトのような吸収剤のように、さまざまな種類のポンプ推進 可能な流体が本発明を使用した流動床反応装置に均一に分配されることができる 。

本発明によれば、以下に述べる利点を達成することができる。すなわち、 一流体のよりいっそう効率的な分配、それ故に大型の流動床反応装置に対する流 体の良好な混合、−局部的な過熱および粒状物質が凝集する危険性を最小限に抑 えること、 一流体供給手段の浄化の容易化、および−反応装置の異なる位置に異なる形式の ガス分配ノズルを配置する必要性のないこと、 の利点を達成することができるのである。

図面の簡単な説明 本発明は以下に添付図面を参照してより詳細に説明される。添付図面に於いて、 第１図は、本発明による代表的な反応装置の概略的な垂直横断面図、 第２図は、第１図の線Ａ−Ａに沿う反応装置の概略的な水平横断面図、そして 第３図は、第１図の反応装置の直立仕切の拡大端面図である。

図面の簡単な説明 第１図は流動床反応装置ｌの下側部分を示している。

この反応装置は燃焼室２を有し、この燃焼室は実質的に垂直な側壁３を有してい て、流動化される粒状物質の流動床を横方向に定めている。流動床燃焼装置の周 壁は通常は膜状壁（ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｗａｌｌ　）のようなチューブ壁とされ る。燃焼室の下側部分にてこれらの壁部は耐火材でライニング被覆されており、 熱および極度の腐食状態による劣化を最小限に抑えている。流動床のための粒状 物質は入口（４）を通して燃焼室の中へ給送される。この流動床物質は砂のよう な不活性材料および／または燃焼装置で粒状燃料が燃焼される場合には粒状燃料 で構成されることができる。また、粒状添加剤−一ガス浄化の目的のためのＣａ ＯまたはＣａ（ＯＨ）＊のようなもの一が入口５を通して燃焼装置の中へ添加さ れる。

燃焼装置の中の粒状物質は燃焼室の下側の空気室すなわちウィンドボックス６か ら導入される一次空気によって流動化される。底部プレートすなわちガス分配プ レート７は燃焼室２と空気室６との間に配置される。空気ノズル８がガス分配プ レート７の開口の中に配置され、空気室６がら空気を燃焼室２へ導く。この空気 は十分速い速度で導入されて、燃焼室２の中の粒状物質を流動化させる。この空 気はまた、燃焼工程に必要な酸化ガスを提供する。全ての空気ノズル８は底部プ レート７より上方の実質的に一定した高さ位置にて空気を分配するのである。

空気以外の適当なガスを一次ガスとして使用することができる。これらのガスは 、例えば不活性ガスや反応室２の中で一部を化学的に処理されるガスなどである 。酸化を行う目的で酸素に富んだ空気を使用することができる。必要ならば二次 ガスが反応室２の高い位置のノズル９を通して導入できるのである。

底部プレート７には灰出口１０が備えられて灰およびその他の粒状物質をも反応 装置から排出できるようになっている。

直立仕切１１が底部プレート７に備えられている。この仕切は一方の側壁３から 燃焼室の中へ延在されている。

直立仕切１１は底部プレートから空気ノズルよりもかなり高い位置へ、例えば− 次ガス入口の高さ位置より約２００〜１１００ｍはど高い位置へ向けて上方へ延 在している。仕切１１は耐火材料（セラミックや耐火煉瓦のような材料）で形成 され、或いは流動床１の下側部分での主に過酷な状態に耐えることのできる他の 金属材料で形成することができる。仕切１１はアンカー（例えば金属プレート） １７によって補強されることができる。

例えばオイルランスのような流体導管１２が開口１３を通してｍ壁３を貫通し、 直立仕切１１の内部を通して燃焼室２の内側領域へ延在するように配置されてい る。

オイルのような流体燃料１４がこの導管１２を通して分配空気１５によって燃焼 室２の中へ給送される。ここで使用している“流体燃料”は液体、ガス、或いは ポンプ推進可能な微細な固体物質の懸濁液、もしくはそれらの何れかの組み合わ せとされた燃料を意味する。燃料導管１２は、反応物質、天然ガス、揮発性の強 い燃料や反応物質、微細化されてガス化された木炭、未燃プライアッシュ、或い はガス浄化の目的で使用される別の種類の吸収剤、のような鎗の流体の導入のた めにも使用することができる。流体はノズル手段６を通して燃焼室２の中に噴射 される。流体導管は第２図に見られるように流体を燃焼室の横断面全体に対して 分配するように配置されていて、流体の均一分配を保証できるようになっている 。

オイルランスは１個のランス当たり約０．５ｍ”以上の流体分配能力を有してい るのが好ましい。

異なる長さの流体導管１２か流体の均一分配を容易に行えるようにするために使 用できる。また側壁に取り付けられた流体ノズル１８は燃焼室２の周壁３の近く に流体を分配するのに使用されることができる。

流体導管１２は反応装置の一方の側から空気および燃料の供給を操作することが 好ましいとされるならば、４つの側壁全てに連結される代わりに、全ての導管を 同じ側壁３に配置することができる。これによれば勿論のことながら仕切は反応 装置ｌの中程よりも更に奥へ到達されることが必要となる。

また、本発明によれば流動床反応装置の中へ燃料を供給する方法が提供される。

この方法は、（ａ）ガス分配プレートを通して反応室の中へ一部ガス（例えば空 気）を給送し、（ｂ）反応室の中へ一部ガスを給送する水平高さ位置よりも実質 的に高い位置にて反応室の中へ流体を実質的に均一に分配するように反応室の中 央部へ直接に流体を給送する、両段階を含んでなる。流体は一部ガスを給送する 高さ位置より約１００〜ＩＯ００ｍ（例えば３００〜６０（ＩＢ）はど高い位置 にて分配されるのか好ましい。流体は、反応装置が燃焼器とされて燃焼工程が行 われるような場合に、流体燃料とされ、−次ガスが酸化ガスとされるのが好まし い。流体燃料は反応室にて行われる燃焼工程の主燃料とされることができ、或い は燃焼工程が開始される際の単なる補助燃料とされることができる。段階（ｂ） は流体を側壁近くの反応装置内へ給送し、またガス分配プレートに取り付けられ た耐火材料の仕切の内側に配置され且つまた側壁の１つから反応室の中へかなり の距離を延在されている１つまたはそれ以上の流体導管を通して給送することに よって、実施されることができる。

本発明は、流動床反応装置に於けるオイル分配を例として参照して説明した実施 例に如何なる場合も限定されることは意図していない。むしろ、異なる変形形態 や応用が以下の請求の範囲の欄に請求されている本発明の概念および範囲から逸 脱することなくなし得るのである。

本発明は全ての等価構造や方法を包含するように請求の範囲の広義の解釈にかな うものとされねばならない。

Ｆ１３．３ 補正書の翻訳文提出書　（特許法組８４条の８）

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．流動床反応装置であって、 −粒状物質を流動化させた流動床を横方向に定めるための実質的に垂直な側壁を 有している反応室と、−反応室の内部に配置されたガス分配プレートと、−ガス 分配プレートを通して流動化を引き起こすためのガスを粒状物質の流動化に十分 な速度で供給するためにガス分配プレートに配置されている複数のノズル手段と 、 −ガス分配プレートよりも高い位置にて反応室の中へ流体を供給する手段であっ て、一方の側壁に形成されているか或いはガス分配プレートに形成されている開 口から、複数の流動化のためのガス供給ノズル手段よりも約１００〜１０００ｍ ｍほど高い位置にて反応室の中へ向けて延在している少なくとも１つの流体導管 を含んで構成された流体供給手段と、 −流体導管の実質的に全長を覆うすなわちカバーする手段であって、ガス分配プ レートに取り付けられ且つ１つの壁部から実質的に垂直に燃焼室の中へ延在して いる細長い直立仕切を含んで構成されたカバー手段と、を含んで構成されたこと を特徴とする流動床反応装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載された反応装置であって、複数の流体導管が反応室 の横断面全体に対して流体を均一に分配するように反応室の内部に配置されてい ることを特徴とする流動床反応装置。
3. ３．請求の範囲第２項に記載された反応装置であって、異なる長さの流体導管が 反応室の内部に配置されていることを特徴とする流動床反応装置。
4. ４．請求の範囲第１項に記載された反応装置であって、流体導管の各々が約０． ５ｍ２以上の流体分配能力を有していることを特徴とする流動床反応装置。
5. ５．請求の範囲第１項に記載された反応装置であって、カバー手段が耐火材料で 作られていることを特徴とする流動床反応装置。
6. ６．請求の範囲第５項に記載された反応装置であって、カバー手段がアンカーに よって強化されていることを特徴とする流動床反応装置。
7. ７．請求の範囲第１項に記載された反応装置であって、直立仕切が約１００〜４ ００ｍｍの幅であることを特徴とする流動床反応装置。
8. ８．請求の範囲第１項に記載された反応装置であって、直立仕切が均１０００ｍ ｍの長さより長いことを特徴とする流動床反応装置。
9. ９．請求の範囲第１項に記載された反応装置であって、直立仕切がガス分配プレ ートよりも約２００〜１１００ｍｍほど高い位置へ延在していることを特徴とす る流動床反応装置。
10. １０．請求の範囲第１項に記載された反応装置であって、流体導管の各々が流動 化するためのガス供給ノズル手段よりも約３００〜６００ｍｍほど高い位置へ延 在していることを特徴とする流動床反応装置。
11. １１．請求の範囲第１項に記載された反応装置であって、オイル、燃料ガス或い は石炭／水のスラリーのような流体燃料をその燃料を燃焼させる流動床反応装置 の燃焼室の中央へ供給するための流体導管が、流動化のためのガスを燃焼室内部 へ供給するためのノズル手段よりも高い位置に配置されていることを特徴とする 流動床反応装置。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載された反応装置であって、燃料導管がオイルラ ンスであることを特徴とする流動床反応装置。
13. １３．請求の範囲第１１項に記載された反応装置であって、複数の流体燃料導管 が一次酸化ガスを導入する高さ位置よりも高い位置にて燃焼室の内部に配置され ていることを特徴とする流動床反応装置。
14. １４．垂直な側壁を有する反応室とこの反応室の底部に配置されたガス分配プレ ートとを有する流動床反応装置へ流体を供給する方法であって、反応装置の内部 へ、ガス分配プレートを通る流動化のためのガスと同じ実質的に一定した水平高 さ位置で酸化ガスが給送されるようになされており、特徴とするところは、反応 室へ一次ガスを給透する水平高さ位置よりも実質的に高い位置にて反応量の内部 へ流体を実質的に均一に分配するために、反応室の中央部へ燃料が直接に給送さ れる、 ことである流動床反応装置へ流体を供給する方法。
15. １５．請求の範囲第１４項に記載された方法であって、一次ガスが空気であるこ とを特徴とする流動床反応装置へ流体を供給する方法。
16. １６．請求の範囲第１４項に記載された方法であって、流体が流体燃料であり、 また、反応室内部で行われる燃焼工程のための主燃料を含むことを特徴とする流 動床反応装置へ流体を供給する方法。
17. １７．請求の範囲第１４項に記載された方法であって、流体が流体燃料であり、 反応室の内部で行われる燃焼を開始する補助燃料として使用されることを特徴と する流動床反応装置へ流体を供給する方法。
18. １８．請求の範囲第１４項に記載された方法であって、一次ガスを給透する高さ 位置よりも約３００〜６００ｍｍほど高い位置で燃料が分配されることを特徴と する流動床反応装置へ流体を供給する方法。
19. １９．請求の範囲第１４項に記載された方法であって、一次ガスを給透する高さ 位置よりも約１００〜１０００ｍｍほど高い位置で燃料が分配されることを特徴 とする流動床反応装置へ流体を供給する方法。