JPH0642942B2 - プロセスガスを処理する方法及び装置 - Google Patents

プロセスガスを処理する方法及び装置

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JPH0642942B2
JPH0642942B2 JP63503682A JP50368288A JPH0642942B2 JP H0642942 B2 JPH0642942 B2 JP H0642942B2 JP 63503682 A JP63503682 A JP 63503682A JP 50368288 A JP50368288 A JP 50368288A JP H0642942 B2 JPH0642942 B2 JP H0642942B2
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gas
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固体粒子の存在下でプロセスガスを冷却する
ことにより、プロセスガスを処理する方法および装置に
関するものである。
鉱石または金属濃縮物の溶解、冶金スラグの溶解、還元
および発煙処理（本明細書で「煙」(ヒューム)とは、特
定物質の微細な固体粒子が気体中に浮遊している煙霧状
態を言う）、セメントの焼成、化学工業における高温処
理等の各種の高温処理は、熱伝達面に固着する傾向のあ
る成分を含む高温ガスを発生し、該高温ガスの冷却は勿
論のこと、高温ガスからの熱回収を困難にする。通常の
ガス化処理において、固着性化合物も発生し得る。熱伝
達面を劣化させるそのような化合物としては、例えば以
下のものを挙げることができる。
処理中に蒸発し、冷却によって凝縮すなわち昇華する
化合物（なお、昇華とは、固体の液化を経ないで、直
接、固体が蒸発する現象、およびその逆の現象を言
う）、 冷却によって固化する溶滴、 焼結性粒子、 通常１ミクロンよりも小さい極めて微細な粒子寸法を
有し、他の煙粒子および遭遇した相手物質の表面に固着
する傾向のある煙または煙霧質体、 化学反応またはその他の反応によって生じる溶融化合
物または固体化合物。
場合によって、プロセスガスは前記成分の１つまたはそ
れ以上を含む。これらの物質の共通の特徴は、熱交換器
またはボイラーをガスが通過する時に、それらの熱伝達
面に固着する傾向があることである。その結果、熱交換
器は次第に目詰まりし、効率が損なわれ、運転停止に至
る。
多くの場合、このような有害な劣化作用は、各種噴射払
拭機または機械式払拭機（振動機または打撃ハンマー
等）によって低減化できる。噴射払拭機は、高圧蒸気を
消費するとともに、その払拭ガスが処理されるガスに悪
影響を与える欠点を有する。例えば、ガスを減らすため
に、通常の場合、空気を使用することはできない。
振動機および打撃ハンマーは、各種条件下で有効な払拭
方法であることが証明されている。その欠点は、ボイラ
ー構造に応じて設定される制限である。また、振動機
は、その作用がスーパーヒーターに対して有効ではな
い。
劣化の問題は、経験上、塵埃の焼結する傾向が最も高
い、処理において典型的な或る温度範囲で最大である。
このような温度範囲で影響を与える理由を、以下に説明
する。
種々の因子の内、焼結に影響する以下の因子は粉末冶金
及びセラミツクス燃焼技術の分野にて公知である。即ち −粉末の粒子寸法；粒子が細かい程焼結の開始温度が低
くなる。
−化合物の混合物が多成分系に於ける共融温度に達する
と、この系に溶解物が形成され、このような溶解物が粒
子間の孔を充填して実際に非常に狭い温度範囲で極めて
有効な焼結作用を生じさせるのである。
重金属及びアルカリのような処理中に蒸発される成分は
これらのものの或る温度特性にて凝縮又は昇華する傾向
がある。冷却に関連して、熱伝達面又は塵埃粒子の表面
に凝縮してこれを更に固着性にする溶解物が形成される
か、又は蒸発した成分が直接に熱伝達面に昇華するので
ある。この種の現象は例えばセメントキルンに於けるア
ルカリバイパス装置に生じ、このことが何故熱の回収が
この場合通常成功しないかの理由となる。これに相当す
る現象は、生成ガスがアルカリ及び／又は残留タールを
含んでいる場合にガス化処理にて生ずるのである。
凝固温度近くまで冷却する時に、プロセスガス中の溶解
物の滴状体は存在する処理粒子に容易に固着して熱伝達
面に塵埃の固着するのを助けるか、又は直接に熱伝達面
上に凝固してこれに焼結するのである。
発煙操作（fuming）に於ては、金属が故意に溶融スラグ
から蒸発されて回収される。例えば、Zn、Pb及びSnは酸
化ポテンシヤルを変化させることによつて、即ち再燃焼
させることによつて蒸発された後でガス相から分離され
る。これによつて特に微細な粒子又は滴状体が煙道ガス
内に形成される。この種の煙の内の粒子寸法は通常０．
１乃至１ミクロン又は更に小さい範囲にある。この煙は
特に大なる表面活性及び熱伝達面に固着する傾向を有
し、これによつてボイラーの作動を阻害することを特徴
とする。従つて、熱回収を伴わないで大なる発煙操作が
なお行われるのである。
発煙操作によく似た現在よく知られている現象が、鉄混
合物の電気的還元処理にて生ずる。例えばフエロシリコ
ン及びシリコンの電気炉還元に於て、シリコンは或る温
度区域にて一酸化シリコンとして昇華し、これが例えば
開放又は半分閉じられた炉のフード内で二酸化シリコン
に酸化して煙道ガス内にSiO2煙を形成する。ボイラー作
動に関しては、SiO2煙は５００℃を超える温度では著し
く困難であることが証明されている。
実際上、殆ど総てのシリコン及びフエロシリコンはなお
廃熱の回収を伴わずに製造されているのである。
閉鎖された電気炉内の鉄混合物及びシリコンの還元に於
ては、供給材料内の不純物に関係して種々の量の一酸化
シリコン及び亜鉛及びアルカリ金属の蒸気が形成され
る。この処理から引出される時に温度が1000乃至１３０
０℃にもなるこのようなガスの冷却の際に、一酸化シリ
コンはSiO2煙に酸化し、上述の他の蒸気は直接に熱伝達
面上に、又は先ず煙道ガス内の煙として凝縮する。その
後で、煙は熱伝達面に固着し、これが相当速やかに効率
を減少させ、通常熱交換器の閉塞を生じさせるのであ
る。
冷却によつて導かれる化学的反応及びこの反応によつて
生ずる煙の例は硫化物基体の鉛濃縮物の溶解であつて、
この処理はSO2を含み、１２００乃至1300℃の温度のPb
−PbO煙道ガスを発生させる。ボイラー内でガスが冷却
される時に、蒸発したPb及びPbOは凝縮を開始し、他方
に於て、化学的平衡が変化して９００乃至５００℃の温
度範囲にて硫酸鉛を形成し、この硫酸鉛が煙状の粒子と
してガス相から分離するのである。同時に、凝縮によつ
て大量の熱が解放され、反応熱が硫酸塩化反応から解放
される。この硫酸塩化の状態は、有効な冷却作用を有す
るようにして高温ガス流が熱伝達面に接触し、同時に熱
伝達面が形成された硫酸鉛が分離される基体として働く
から有利である。
硫酸塩化反応によつて改善される粒子材料の焼結は硫化
物濃縮物の大概の溶解処理に生じ、これによつて例えば
鉛、銅、亜鉛、ニツケル及びその他の金属及び酸化物の
粒子の蒸気、煙、溶融滴状体が形成され、これらの蒸
気、煙、溶融滴状体及び粒子はガスが冷却される時に硫
酸塩化されるのである。融解技術が更に一層濃縮された
酸素及び純酸素を使用するようになつて来るにつれて、
処理中の局部的な温度のピーク及びガスの酸化硫黄の濃
度が上昇し、これが硫酸塩化反応の比較的増大された作
用を生じ、これによつて劣化の問題を生ずるようになつ
た。他の同時に生ずる現象は更に一層複雑な不純な沈着
物の発生であつて、これが例えば銅の濃縮物内の亜鉛及
び鉛の含有量の増加を生じ、プロセスガス粒子内で強力
に蒸発して硫酸塩化するこのような成分の割合を著しく
増大させ、又熱伝達面の劣化の問題を増大させるのであ
る。
硫酸塩化の問題はボイラーの放熱室内に過剰の空気を吹
込むことによつて若干助けられることが出来る。このこ
とは既に放熱室内に生じている甚だ完全な硫酸塩化に寄
与するのである。しかし、技術的にはこのことは処理に
対して有利ではない。何故ならばボイラーからの粒子材
料は通常処理の最初の部分に戻されるからである。この
場合、硫酸塩の戻しは硫黄の循環負荷及び溶解処理のエ
ネルギー消費量を増大させる。
上述のことは、熱伝達面の劣化の理由の相当明白な説明
を与える。しかし、この点に関して、更に詳しく説明す
る必要はない。
ボイラー及び熱交換器の劣化の問題を解決する為に若干
の装置が示唆されている。以下の説明は例として流動化
ベツド技術又はこの技術の特徴を利用したこのような公
知の装置の更に詳細な説明を与える。
米国特許第２，５８０，６３５号は微細粒子として前記
ガスからガス状態に蒸発された昇華可能の化合物を凝縮
させる方法を記載している。上述の方法に於て、ガスは
垂直な室内でかなり粗い固体（粒子寸法約０．７mm）に
よつて冷却されるが、その際ガスが上方に流れ、固体粒
子が下方に流れるようになされている。粒子寸法がガス
の流速に比例するように注意深く選択された固体粒子は
別個の装置で冷却され、その後で装置の上側に再循環さ
れる。この方法の利用は微細な煙に凝縮可能の蒸気を凝
縮させることに制限される。
米国特許第２，５８３，０１３号はガス内に蒸発してい
る昇華可能の化合物をガスから凝縮させる方法を記載し
ている。この方法に於ては、固体粒子が熱交換器の前で
ガス流に供給され、これによつてガスが固体粒子の存在
下に熱交換器内で冷却され、昇華がガス内に懸濁即ち浮
遊している固体粒子の表面に対して行われるのである。
固体粒子は昇華可能の材料の核として作用する。これら
の粒子は煙の形成を減少させ、熱伝達面の磨き擦りを行
つて熱伝達を完全するのである。欠点のない作動は熱交
換器に於ける１６kg／m3を超過する浮遊濃度及び０．９
乃至２．１ｍ／ｓのガス流速を必要とする。
米国特許第２，７２１，６２６号は固体粒子を含む高温
ガスを冷却し、ガス流内に固体粒子を混合することによ
つて劣化した熱伝達面を冷却する方法を記載している
が、この粒子は冷却器の前でガス内にある固体粒子より
も著しく寸法が大きく（例えば１０乃至２０メツシ
ユ）、このガス固体混合物を冷却器を通して高速（３乃
至２３ｍ／ｓ）にて導くことによつて粗い固体の量及び
メツシユが制御されて充分な研磨を生じさせ、熱伝達面
を清浄に補充するようになされるのである。冷却器の後
で、プロセスガス内にある元の微細な粒子及び添加され
た粗い固体は互いに分離される。この方法を利用するこ
とは例えば粗い固体によつて与えられる腐蝕により制限
されるが、この腐蝕は清浄化を改善し、又熱交換器を摩
損させて、寿命を短縮させる。
米国特許第３，９７７，８４６号は冷却された流動化ベ
ツド内の粒子の表面に炭化水素（タール）を凝縮させる
ことによつて高温ガスから炭化水素を分離する方法を記
載している。上述の方法は流動化媒体として分離された
ガスを使用し、処理されるガスを別個の導管に導入し、
この導管内のノズル又は開口を通して流動化ベツドの中
位の部分に導入してガスの冷却及び炭化水素の凝縮が迅
速に行われ、炭化水素がガスの入口開口の下方の蜜な流
動化ベツド内に配置される反応壁部又は冷却面上に凝縮
出来ないようになす。この方法は以下のことによつて制
限される。即ち処理されるガスがノズル又は開口を通し
て導入されなければならない場合に、ガスが入口温度に
て焼結しないような化合物を含まない場合にのみ応用出
来るのである。別個の流動化媒体も又厄介なものであ
る。経験によれば、流動化ベツドの底部に冷却パイプを
配置することは著しい費用を要し、流動化ベツドによつ
て生ずる腐蝕によつて安全性が損なわれるのである。
米国特許第４，１２０，６６８号は循環する流動化ベツ
ド反応装置内で冷却された循環粒子によつて冷却された
流動化ベツド内又は熱伝達面の前の溶融滴状体及び蒸発
された成分を含むガスを冷却する方法を記載している。
プロセスガス自体は流動化媒体として使用され、これに
よつて外部ガスの必要が回避されるのである。更に、流
動化ベツド内の温度レベル又は循環する流動化ベツド反
応装置内の粒子の流れに対応するガスの流れの比率は、
混合温度が溶融及び凝縮する成分の固化温度以下である
ように選択される。循環する流動化ベツド反応装置内で
は、粒子は流動化ベツド反応装置の別個の制御弁を通つ
てガス流内に導入され、中間タンクとして作用して、こ
れから粒子は高速（約１０ｍ／ｓ）にてプロセスガス流
内に流れ、これによつて冷却されるガスと混合されるの
である。
この方法は特に加圧溶融塩ガス化装置からの生成ガスの
冷却に関係する。この方法が、高圧が存在し、ガス入口
温度と比較される時粒子の低い共融温度が比較的低い混
合温度を必要とするような状態に応用される時には、一
般的に大きい粒子の流れ及び大なる浮遊密度を生じ、こ
れが例えば熱交換器の部分に腐蝕の問題を生じさせるの
である。
米国特許第４，３９１，８８０号は生成ガスから蒸発可
能の触媒を分離し、又更に低温の冷却された触媒粒子を
ガス流に混合して所望の温度レベルが得られるようにな
すことにより、又この粒子をガス流から分離してこれら
の粒子をガス流に戻す前に別個の流動化ベツド冷却器内
で冷却することによつてガス流を冷却して熱の回収を行
う方法を記載している。これの装置の欠点は若干の単一
の処理工程より構成され、これらの間に固体粒子の大な
る流れがあることである。
西独国特許公告第３４３９６００号は生成ガスを流動化
ベツドに導くことによつて硫黄のないガスを製造して冷
却する方法を記載している。この方法に於ては、生成ガ
スは上方から又は側方から冷却された流動化ベツドに導
かれ、これが後冷却された純化された生成ガスによつて
流動化されるのである。蜜な流動化ベツド内に熱面を配
置することは通常摩耗の問題を生じ、従つて安全性を阻
害する。蜜な流動化されたベツドにガスを導き、これを
流動化の為に使用することは、大なる圧力損失を生ずる
装置を必要とし、これが又公称効果を上昇させる。
ＦＩ特許第６４９９７号は、溶融滴状体を含むガスの温
度が熱交換器の前で、この熱交換器内で冷却されてガス
から分離される固体粒子のガスとの混合により溶融滴状
体の共融温度範囲以下に低下される方法を記載してい
る。この方法に於ては、固体粒子は単に粒子分離装置か
ら再循環されて瞬間的にガス入口開口の上方の空間内で
ガスと混合されるのである。
この方法は一方では粒子がガス入口開口を通つて装置か
ら外部に流出するのを阻止し、又他方に於て、流出をガ
ス流によつて冷却器を通るように導く為に或る最少限の
プロセスガスの流れを必要とする。このことは実際に於
てこの方法の機能に著しい拘束を与えものである。更
に、装置内の循環する粒子をガス入口開口を通つて流下
させるプロセスガス流の突然の中断の可能性を考慮しな
ければならないのである。
粒子の低い共融温度、従つて低い混合温度によつて低い
混合温度を必要とする応用面は流れの大なる密度、即ち
５kg／Nm3以上の密度を容易に生じさせ、これが、装置
によつて生ずる大なる圧力損失及び腐蝕の問題を生じさ
せるのである。
更に、低い共融温度又は若干の他の理由が低い混合温度
を必要とし、他方に於て熱伝達面の高い温度を必要とす
るような応用面に於てこの構造が不利であることに注意
しなければならない。熱伝達面の長さ（＝高さ）は容易
に２０．．．．５０ｍに成長する。高い構造は流れの大
なる密度と共に障害としての圧力損失の重要な意味を生
じさせる。何故ならば圧力損失は例えば熱交換器の高さ
に比例するからである。
公知の応用可能のプロセスガスの冷却方法は、冷却され
て純化されたガスを循環させ、これを熱交換器の前でプ
ロセスガスと混合させて粒子の固着性を除去するのに充
分な低い温度を得ることである。このガスの循環は３つ
の弱点を含んでいる。
1. 入口温度、混合温度及び出口温度に関係して、循環
されるガスの量はプロセスガスの量の１．５乃至４倍に
しなければならない。従つて、ボイラー及びガス純化装
置内で処理されるガスの量はプロセスガスの量の２．５
乃至５倍となり、これは又大なる設備費用及び作動費用
を生じさせるのである。
2. ガスを混合することによつてガスを冷却する際に、
処理の際に蒸発されて冷却装置内で凝縮又は昇華するア
ルカリ、重金属等のような成分は甚だ微細な粉末煙を形
成する。微細な粉末煙は既述のように同じ材料の粗い粒
子よりも低い焼結温度を特徴とする。更に、煙はこれも
既述したように熱伝達面に固着する傾向を有することを
特徴とする。従つて、良好な作動の装置を得る為に充分
に低い混合温度、即ち充分な量の循環ガスが使用されな
ければならない。大きいガス流から甚だ微細な粉末煙を
分離することは技術的に甚だ困難である。従つて、循環
ガスを使用することは甚だ効果な装置を意味する。
3. 上述の理由によつて実際には必要な循環ガスの量の
大なる増加は凝縮及び昇華成分の分圧を著しく低下させ
る。従つて、凝縮及び昇華を行う為には、希釈されない
か又は少ししか希釈されないガスに於て必要であるより
も更に温度を低くしなければならない。このことは他方
に於て循環ガスの必要を増加させる。
ガス流に水又は若干の他の蒸発液体を噴霧することはプ
ロセスガスの冷却に利用されて来ており、これによつて
ガスを熱交換器の前で粒子の固着性によつて充分に低い
温度まで冷却するのである。この方法は例えば次の弱点
を有する。
−水が使用される場合には、大なる水の消費、ガス流中
の水蒸気含有量の著しい増加、酸素ポテンシヤルの大な
る変化及び既述のように分離するのが甚だ困難な粒子材
料を作る大なる煙の形成。温度レベルの低下により回収
され得る熱量の大なる減少を生じ、このことは熱の回収
が通常何故考慮されないかを示すものである。水の噴射
は単に濾過の前にガスを冷却する方法として大抵の場合
使用されるのに過ぎない。
化学工業に於ては、ガス中に含まれる若干の液体を噴射
により処理中のガスから凝縮させて分離することが屡可
能である。換言すれば、これは蒸発熱が利用され得る方
法である。冷却自体又は処理から熱を移すことは凝縮器
内で行われる。ガスから凝縮される成分を噴射すること
により、例えば処理によつてガスに何等の異物成分を取
入れないで選択的な凝縮又は昇華の際にガスの温度レベ
ルを調整するのが容易である。水の噴射と同様に、この
方法は又実際上成分の昇華によるような大なる煙の形成
を生ずる。昇華した煙は通常濾過又は電気的フイルター
によつてしか分離出来ない。
上述の説明は高温のプロセスガスの冷却及びその結果の
熱交換器の劣化の問題に関連する現象のかなり詳細な説
明を与え、この問題は又ガスの冷却、経済的に重要な熱
の回収及びガスの浄化を妨害するが、後者は処理の経済
性及び環境問題に対して重要なものである。
上述のことは又甚だ多くの公知の方法及びその欠点を説
明している。
本発明の目的は、 −蒸発され、溶融され及び／又は固体の成分を含む高温
処理のガスを冷却し、 −例えば高圧又は低圧蒸気等として、又は処理に供給さ
れる粉末材料を加熱し、又は処理の供給材料のような粉
末材料の熱的又は化学的処理を行うことにより、プロセ
スガスの熱を利用することによつて最も適当な方法で熱
を回収し、 −微細に粉末化された煙の形成を最少限にし、又煙、溶
融滴状体及び粒子を冷却されるガスから吸着することに
よりガスを浄化し、又所望の温度範囲にわたつて充分に
大なる速度でガスを冷却することによつて望ましくない
化学的等の反応の発生を最少限になし、 −或る温度、浮遊密度又は或る時間内に生ずる化学反応
のような若干の他の反応又は現象を行わせる、簡単で能
率のよい方法を提供することである。
上述の種々のことは１つの応用にて総て可能にされるこ
とはない。
本発明方法は、プロセスガスが反応装置内で冷却され、
その際にプロセスガスが流動化された固体粒子と接触せ
しめられるプロセスガスの処理方法であって、混合室
にプロセスガスを導入する段階と、プロセスガスおよ
び該プロセスガスに付随する固体粒子を、混合室から分
離ステージ（分離が行われる場所を指す）に搬送する段
階と、分離ステージにおいて、プロセスガスから固体
粒子を分離する段階と、固体粒子を分離ステージから
混合室に返戻する段階とを含む方法であって、プロセ
スガスおよび該プロセスガスに付随する固体粒子を分離
ステージの前にある冷却ステージ（冷却が行われる場所
を指す）で冷却する段階、冷却された固体粒子を、分
離ステージから直接、混合室に返戻する段階、冷却さ
れた固体物質が既に除去されている冷却されたプロセス
ガス、または該冷却されたプロセスガスから凝縮した液
体を、混合室に返戻する段階、および処理されるプロ
セスガスを、前記冷却された固体粒子、および前記冷却
されたプロセスガスまたは前記凝縮液体と、同時にまた
は短い時間間隔を置いて、混合室内で混合する段階によ
って特徴づけられるプロセスガスの処理方法である。
すなわち、本発明方法は、処理されるプロセスガス中
に、同時または短い時間間隔で、固体粒子と、ガスおよ
び（または）混合温度で蒸発する液体とを混合するこ
と、およびプロセスガスに混合される成分である固体粒
子およびガスのうちの少なくとも１つが、処理されるプ
ロセスガスよりも低温であることを特徴とする。
プロセスガスを処理するための本発明装置は、その底部
にプロセスガス用の入口開口を有する垂直反応装置と、
円錐形底部を有する混合室とを備え、固体粒子が存在す
る状態でプロセスガスを冷却することによってプロセス
ガスを処理する装置であって、垂直反応装置が、さらに
前記円錐形底部の下端部またはその近傍に設けられた
他の入口開口であって、冷却されたプロセスガス、また
は該冷却されたプロセスガスから凝縮した、蒸発する液
体を混合室に導入してプロセスガスと混合するための該
他の入口開口と、冷却された固体粒子を混合室に導入
するために混合室の円錐形底部に取付けられた固体粒子
用入口パイプとを具備することを特徴とする。
本発明の方法に於て、プロセスガスをガス及び固体粒子
と混合することは、プロセスガスを入口温度から通常１
０3〜１０5℃／秒である所望の温度に高速で又は更に迅
速に混合室内で冷却し、これによつて混合温度までの冷
却がないようにして行われるのである。入口温度から混
合温度までの冷却は極めて迅速で、望ましくない化学的
反応を生ずる時間がないようになされる。固体粒子の存
在によつて、凝縮及び昇華は固体の表面に異成分的（he
terogenously）に行われ、このことは均質な核の形成に
よつて生ずる煙の形成を阻止するのである。
混合温度の選択は、プロセスガスから分離（昇華または
凝縮）される成分および溶滴が凝固し、焼結の可能性の
ある固体粒子が焼結開始温度未満に冷却され、また低温
であることによって分子運動の可能性がなく、温度変化
によって生じる望ましくない化学反応が阻止され、さら
にまた望ましい反応が分子運動に適する温度範囲で生じ
るように行われる。
本発明による方法は、混合温度まで冷却されたプロセス
ガス、混合温度まで加熱された冷却ガス及び固体物の流
れの混合物が、 a) 例えば熱変換器内で、又は低温ガスを混合すること
により、又は蒸発する液体を噴射することによつて所望
の温度に冷却され、 固体物が適当な方法でガスから分離され、その後で固体
物の適当な量が混合室に戻されて、ここで固定物が入つ
て来るプロセスガス流と混合され、 ガス流が後浄化、後冷却、凝縮等の、処理の次の工程ま
で続けられ、 適当な処理工程の後で、ガス流の一部分が前記混合室に
戻され（ガス又は液体の形態で）、ここで入つて来るガ
ス流と混合されるようになされる。
b) 固体物は適当な方法、例えばサイクロン、フイルタ
ー又は電気フイルターによつて混合温度にてガス流から
分離され、固体物は直接又は潜在的な中間冷却器を経て
混合室に戻され、ここで入つて来るガス流と混合される
ようになされ、 ガス流は後浄化、後冷却、凝縮等のような、処理の次の
工程まで続けられる。処理の適当な工程の後で、ガス流
の一部分は前記混合室に戻され（ガス又は液体の形態
で）、ここで入つて来るプロセスガスの流れと混合され
る、 のである。
この方法の実質的な利点は、両者とも混合温度を得る為
に使用され、少なくともその一方が入つて来るプロセス
ガスよりも低温であるガス流に対する固体粒子の流れの
比率が最良の状態を得るように選択され、その際 一方に於て、煙の形成が最少限になされ、即ち固体粒子
の流れが、その表面で昇華及び凝縮成分が「成長」する
均質な核形成体として作用するのに充分に蜜で、煙粒子
が吸着して溶融滴状体が固着して固化し、 他方に於て、形成された浮遊物の密度が最少限になさ
れ、これによつて蜜な浮遊物の取扱いに関係する大なる
圧力損失、圧力変動、摩耗、調節の緩慢化等のような有
害な現象が最少限にされるか、又は総て排除される、 のである。
本発明の夫々の特徴はその場合々々に関係して強調され
る。例えば、熱の回収が主に重要な点である場合には、
作動の限界内で最大限に可能な高い温度を得るように努
力するのが当然であり、この場合熱伝達作用力は可能な
限り大きくなる。しかし、他方に於て、固化する溶融
体、煙及び凝縮する成分の充分な吸着を生じさせ、ガス
の浄化費用を最少限にする為に充分な浮遊密度が選択さ
れなければならないのである。更に、循環するガスの量
及び入口温度は、既述のように熱面を流過するガスの全
量、浮遊物の密度及び流速及びこれによつて構造及び圧
力損失に関して極めて大なる重要な因子である、熱伝達
性能及び全量及び熱伝達面の断面積／長さの比に影響を
与える。
特別の場合に於て、溶解塩等を含む液体の使用は冷却効
果を得る為に応用可能である。この場合、液体はガス中
で蒸発する間にこの液体に溶解した化合物は分離の困難
な微細に粉末化された粒子材料を形成しないで、同時に
循環する粒子に吸着されるのである。
従つて、最良の配置は極めて多くの因子によつて影響を
受け、このような配置を計算する為の万能的な等式を与
えるのは不可能である。最良の配置は公知の条件に基づ
いて場合々々により見出されなければならない。本発明
にとつて重要なことは、全く広範な条件にて良好に作動
する配置を確立する際の融通性である。
更に、本発明による方法は、プロセスガスの流れに関す
る調節の可能性を特徴とする。即ち、循環ガスを使用す
ることは、必要な場合に、冷却されるプロセスガスの流
れが停止した時でも循環流内に固体物を保持出来るので
ある。これによつて固体物が冷却器から外部に出る危険
が排除されるのである。
この方法の作動態様及び利点は添付図面に示された例に
よつて更に説明されるが、これらの図面の内 第１図は本発明による方法の応用を示す概略的説明図で
あり、 第２図は本発明の方法の他の応用の図示であり、 第３図は本発明の方法の第３の応用の図示であり、 第４図は本発明の方法の第４の応用の図示であり、 第５図は本発明の方法を応用する為の装置の詳細を示す
垂直断面図であり、 第６図は第５図の線Ａ−Ａに沿う断面図であり、 第７図は本発明の方法の第５の応用の図示である。
第１図は本発明による装置を示し、この装置に於ては、
プロセスガスが冷却されてこれから熱が回収されるよう
になつている。
プロセスガス１は反応装置２の底部にある入口開口４を
通つてこの反応装置２に供給される。反応装置の底部に
は、混合室５が配置され、この室の漏斗型式の底部６に
は反応装置の底部から距離をおかれて配置される開口７
がある。反応装置の底部及び混合室の底部は、これらの
ものの間にエアーボツクス８を形成している。反応装置
の頂部には、熱交換器１０が配置されている。熱交換器
の後で、ガス１１は第１のサイクロン分離器１２に流
れ、これの中で固体粒子がガスから分離される。
第１の分離器内で分離された固体物の少なくとも一部分
は戻しパイプ１６によつて混合室に戻される。固体物は
戻しパイプの底部の傾斜面に沿つて開口７に向つて流下
し、ここでプロセスガス、冷却ガス及び戻された固体物
が出会うようになつている。第１の分離器内で一部分純
化されたガス１３は他のサイクロン分離器１４に導かれ
る。第２の分離器内で純化されたガス１５の一部分は反
応装置のエアーボツクス８に導かれる。新しい固体物を
パイプ１７を通して混合室に供給することも可能であ
る。
例１ 加圧装置に於ては、循環ガスの利点が強調される。以下
の例は既述の溶融塩ガス化装置を示しているが、下記の
ように仮定することとする。
圧力 １０バール プロセスガスの入口温度 １０００℃ 熱面の前の混合温度 ６００℃ 熱面の後の出口温度 ３００℃ 飽和蒸気温度 ２８０℃ ガスの平均公称熱１０００→６００℃ １．６kJ／Nm3／℃ 循環粒子の平均公称熱 ０．８kJ／kg／℃ 循環ガスの入口温度 ３００℃ 循環ガスの平均公称熱３００→６００℃ １．４kJ／Nm3／℃ 変数としての相対的循環ガスにより、下記の値が得られ
た。
上述の表は７５％のような低い循環ガス量でも５０％も
循環ガスの必要を減少させることが出来、これによつて
浮遊物密度が殆ど1/3に低下するのである。屡全く合理
的である１００％循環ガスによつて、粒子の循環を1/3
に減少させることが出来、ガスを循環させないで浮遊物
密度を元の値の1/6に減少させることが出来るのであ
る。
１乃至５kg／m3のような低い浮遊物密度によつて、約１
０7／m3の平均粒子密度及びこれよりも大なる密度も得
られ、このことは上述の望ましい現象を生じさせ、即ち
煙の形成を阻止して、既に形成されている超微小粒子を
吸着するのに通常充分である。循環ガス及び粒子材料の
量を調整することによつて、このような場合々々に於て
最良の条件を確立して、一方では煙の形成を最少限にな
し、他方ではその結果として有害の作用を有する浮遊物
密度及び循環粒子を又最少限になすのが容易になるので
ある。
例２ 上述の例に於て、ガスの入口温度１０００℃はなお全く
低いのである。これにより循環ガスの特徴が先ず加圧に
よつて強調されるのである。例えば、硫化物濃度の溶解
に関係する大抵の応用に於てガス入口温度は１２００乃
至１４００℃の範囲で、応用可能の混合温度は５００乃
至７００℃の範囲である。ガスの高い公称温度を考える
と、循環ガスの特徴は以下の例によつて示されるように
減圧された系に於ても全く明らかに見られるのである。
圧力 １絶対バール プロセスガスの入口温度 １３００℃ 熱面の前の混合温度 ６００℃ 熱面の後の出口温度 ３５０℃ 飽和蒸気の温度 ２８０℃ ガスの平均公称熱１３００→７００℃ １．９kJ／Nm3／℃ 循環粒子の平均公称熱 ０．９kJ／kg／℃ 循環ガスの入口温度 ３５０℃ 循環ガスの平均公称熱３５０→７００℃ １．６kJ／Nm3／℃ 従つて、循環ガスを使用することによつて粒子の循環が
容易に半分に減少され、処理からの放出の合計と殆ど同
じ浮遊物密度レベルを得ることが出来るが、これはこれ
と似た場合に於て大体０．１乃至０．５kg／Nm3であ
る。１kg／Nm3以下の浮遊物はガス流とよく似た挙動を
行い、このことは装置の設置を著しく簡単化するのであ
る。
第２図は循環ガス装置を示し、これに於てはガスの冷却
が固体粒子の分離の後、即ち純化ガスに対して行われる
ようになつている。従つて、本発明による方法はバイパ
スガスからセメント炉の蒸発するアルカリを分離するよ
うに企図されていて、この作動は低い混合温度を必要と
する。
第２図は第１図とは、循環ガス９を反応装置２のエアー
ボツクス８に供給する前に循環ガス９を中間冷却器１８
を通して導くことだけが異なる。この為に同じ符号が等
価物を示すようになつている。
例３ 以下の例はセメント炉のアルカリバイパスガスの純化に
対する循環ガスの効果及び熱の回収を研究するものであ
る。
圧力 １絶対バール プロセスガスの入口温度 １０５０℃ 熱面の前の混合温度 ３５０℃ 熱面の後の出口温度 ２５０℃ 飽和蒸気の温度 １８０℃ ガスの平均公称熱１０５０→３５０℃ １．８kJ／Nm3／℃ 循環粒子の平均公称熱 ０．９kJ／kg／℃ 中間冷却の後の循環ガスの入口温度 １５０℃ 循環ガスの平均公称熱２５０→３５０℃ １．５kJ／Nm3／℃ この場合単に中間冷却を受けている循環ガスによつて、
浮遊密度は、圧力損失及びその他の、蜜な浮遊物を取扱
うことに関する問題を、同時に装置の実質的な利点を失
わないで排除出来るようなレベルまで減少させるのが容
易になる。この場合、中間冷却は極めて簡単な作動であ
る。何故ならばセメント炉の燃料ガスに関して何等の問
題がなく、又このことに対する酸の露点又は水の露点に
関する問題もないからである。他方に於て、中間冷却は
かなり純粋なガスによつて行われ、このことは中間冷却
器が劣化する問題がない理由である。
例４ 複数の化学的化合物が選択的な凝縮および（または）昇
華によって互いに分離される、いくつかの化学工業プロ
セスの例を挙げることができる。チタンの塩素処理で生
じるガスの精製に、本発明方法を適用する例を以下に示
す。チタンの塩素処理では、複数の金属塩化物を含むガ
スが生じるが、主生成物であるTiCl4を凝縮させる前
に、選択的凝縮または昇華によって、MnCl2、FeCl3、Al
Cl3のような他の塩化物を該ガスから分離することがで
きる。その蒸気圧力が大きいために、少量のMnCl2が蒸
発して塩化ガスになり、不純物としてFeCl3上に凝縮
し、製造される塩化フェライトの品質を低下させる。
下記は塩化フエライトの昇華の前のMnCl2の選択的な分
離の処理を行うものである。
塩化物の溶解及び沸騰温度（℃） 原理的に、塩化マンガンの選択的昇華は容易である。何
故ならばこれの溶解点が塩化フエライトの沸騰点よりも
３００℃以上高いからである。通常、塩化マンガンの昇
華は充分な量のTiCl4液体を約１０００℃の塩素化ガス
内に噴射することによつて行われる。この場合TiCl4液
体はガスの間で蒸発し、従つてガスを約４５０℃に冷却
する。これによつて塩化マンガンは甚だ微細な煙として
昇華するが、これの分離は実際上サイクロンのような簡
単な装置によつては不可能である。
第３図は塩素化ガスから塩化マンガン及び塩化物鉄の選
択的分離を行う為に本発明による方法を利用することを
示している。温度が１０００℃であるガス101は混合室
１０５の入口開口１０６に供給され、この開口に流体Ti
Cl4１０９が噴射され、この流体TiCl4は蒸発する間にガ
スを冷却する。同時に、ガスはMnCl2粒子を含む固体粒
子の流れに出会い、この流れは分離器１１２から戻し導
管１１６を通して戻され、これによつて昇華が直接に固
体粒子の表面で行われ、分離の困難な煙の発生が排除さ
れるのである。反応装置102を出る、４５０℃に冷却さ
れたガス１１１に含まれている固体物は分離器112、114
内で２段階で分離される。第１の分離器112で分離され
た固体物（固体物質）の一部は、パイプ119を通じて排
出され、第２の分離器114からの全ての固体物はパイプ1
20を通じて排出される。かくして、塩化フェライトの昇
華の前にMnCl2を選択的に分離する簡単な装置が提供さ
れる。
第２の分離器を出て来るガス１１５は対応する方法で処
理されて装置１２２内で塩化フエライト１２１を分離す
るが、ここでガスは流体TiCl4１２３によつて約３００
℃に冷却される。このTiCl4は装置１２５内に於ける凝
縮によつて装置１２２を出て来るガス１２４から分離さ
れるのである。分離された塩化Tiの一部分は装置１２２
に導かれ、他の部分は反応装置１０２に導かれる。
若干の高温処理に於ては、処理作用は塵埃状又は微粉状
の給送材料によつて給送されるようになされる。例とし
て、ガラスの溶解、自溶精練処理（flash smelting pro
cess）及びセメントの燃焼を述べる。上述の処理のエネ
ルギー経済性に関して、給送材料の予熱を行うのに燃料
ガスの熱量を利用するのが最も合理的である。セメント
の燃焼はこのような装置のよい例であるが、この装置
は、予備焼成（precalcination）も行われる所謂サイク
ロン予熱装置に於て給送材料を予熱するのに燃料ガスの
熱量を利用するものである。しかし、大概は、燃料ガス
の熱量が、処理技術に関連し又は作動に関して、燃料ガ
スに混合される給送物に対して高過ぎる不均衡を生ず
る。何故ならば給送材料は高温になり過ぎて、従つて焼
結され、例えば反応を開始し、従つて要求される特性を
失うのである。実際上、燃料ガスの熱の極く一部分しか
給送材料の予熱に利用されない。残余の熱を吹付け空気
の予熱又は通常のように例えば蒸気の発生に利用するこ
とが可能である。若干の場合には、燃料ガスの熱の一部
分は又吹付け空気の予熱に使用されることが出来る。し
かし、酸素吹付け処理に於ては、このような可能性はな
い。
第４図は微粉状の給送材料の予熱の為の本発明の方法の
利用を示す。高温のプロセスガス４０１が反応装置４０
２の混合室４０５の入口開口４０４を通つて供給され、
その後でこのプロセスガスが冷却された循環ガス４０９
及び分離器４１２から戻された固体流416に出会うよう
になつている。サイロ４２６から微粉状の給送材料が混
合室に計量されて導入される。分離器４１２及び４１４
内で純化されたガス４１５は冷却器４２７内で冷却さ
れ、冷却されたガス４２８の一部分４０９は反応装置内
に導かれる。給送材料の温度は、循環ガスの助けによつ
て作動に関して最良のレベルまで容易に調整されること
が出来、この処理からの放出物は分離されて給送材料と
共に処理に戻され、廃熱の残余の部分は例えば蒸気の発
生又は吹付け空気の加熱又はこれらの両方に利用される
ことが出来る。凝縮及び煙形成成分及び溶融成分は冷却
の早い段階にてガスから吸着されるから、熱伝達面によ
つて行われる熱交換が実質的に容易になり、従つて、装
置が更に価格の点で有利になる。
鉄の製造の例 鉄の脱酸の分野に於ては例えば鉄の製造に於ける溶鉱炉
の代りに使用する為に若干の種々の方法が開発されて来
た。実際の溶解及び最終的な脱酸の前に処理の給送材料
の予熱及び予備酸化を行うのに石炭及び酸素による底部
吹付けを行う転炉の排出ガスの熱量及び脱酸ポテンシヤ
ルを利用する興味のある機会があるのである。
溶解処理によつて製造されるガス流又は水の噴射、蒸気
又は水の噴射によつて冷却されたガスの循環によるこの
ような流れの冷却は若干の関連技術から公知である。こ
れらの装置の欠点は、例えばガス分析及び酸素の平衡の
変化であり、又はガスの熱量が既述のように回収不可能
であることである。更に他の欠点は、ガスの循環及び水
の噴射に於て、分離が困難な煙の発生が既述のように阻
止出来ないことである。
給送材料の予熱は本発明の方法により第４図に示される
ような装置にて容易にされる。本発明の方法は、石炭及
び酸素によつて吹付けられる溶解及び脱酸処理に関連し
て例えば下記を与える。即ち −所望のレベルまで石炭及び酸素によつて吹付けられる
溶鉱炉の排出ガスの温度を調整し、 −ガスを適当に純化し、 −更にガスを処理の給送材料として使用される鉄の濃縮
物の、溶解及び最終的脱酸の前の予備還元に利用する、 ことである。
このようにして、プロセスガスの熱量及び化学的ポテン
シヤルの両者が最良の格納な状態で利用され、最良の可
能な全体的エネルギー経済性を得られるのである。
若干の異なる処理の概念が文献にて公知であるが、これ
らの文献は処理の給送材料の予備還元に於ける石炭−酸
素吹付け溶解処理のガスを利用する努力を行うものであ
る。これらの配置に於て、予備還元処理の前にガスを冷
却し、純化し、加熱することが推奨される。これらの方
法は複雑で、就中充分な経済性を得るのには高価過ぎる
のである。
本発明による方法によつて、脱酸処理の為に適当な温度
レベルまで溶鉱炉のガスを単に冷却し、又ガス自体の分
析値に影響を与えないでこれらのガスを処理に導く前に
脱酸処理に対して不具合な煙から純化することが可能で
ある。利用される脱酸処理に関係して、ガスは７００乃
至１０００℃の温度レベルまで冷却されなければならな
い。この方法は例えば第２図に示されるような設備によ
つて実施されることが出来るが、この設備は反応装置２
の頂部に熱伝達面を有する必要はない。適当な循環粒子
材料が場合々々によつて選択され、通常これをプロセス
ガスから分離された粒子と共に処理に戻すことが出来
る。更に、循環粒子が高温に於ても焼結せず、又はこの
ような材料を、粒子の焼結を阻止する循環粒子内のこの
ような材料に給送し得るように循環粒子を選択すること
が出来る。この方法の利点は、ガスの温度が必要に応じ
て調節可能で、ガスが煙から純化されることが出来、冷
却によつて解放された熱がガス自体の分析値に影響を与
えないようにして処理蒸気又は高圧蒸気を発生させるの
に利用出来ることである。
上述は本発明による方法をガスを脱酸処理に使用する前
に酸素−石炭吹付け鉄溶解反応装置のガスの温度調節及
び純化に応用することを示している。この点に関して、
又循環給送材料の予熱と同様な他の可能性もある。この
場合、溶解処理のガスは本発明による装置（第２図）に
導かれ、ここで温度が循環ガスにより、恐らく循環流体
ベツド反応装置に配置された熱伝達面によつて予備還元
に適当に調節され、予備還元される鉄濃縮物が循環粒子
として使用されるのである。この濃縮物の給送及び循環
ガス及び循環される粒子の量は予備還元に充分な保持時
間を受けるように調整されるのである。その後で、高温
の予備還元された材料は調整に溶鉱炉に給送されるか、
又は冷却され、ブリケツトになされて鋳造された後で溶
解の為に使用されるのである。溶解処理に直接に高温材
料を給送することは勿論エネルギーの経済性から最良の
方法である。実際上、冷却及び鋳造に有利な他の因子も
ある。
脱酸濃縮物と同じ温度で予備還元工程を出たガスはなお
CO-H2に富んだガスである。このガスは更に予備加熱、
空気予備加熱又は高圧蒸気の製造に利用される。
上述の例は、処理の給送材料の予熱及び脱酸に於てプロ
セスガスの熱量及び化学的ポテンシヤルを利用する本発
明の方法により与えられる便宜を与えるものである。更
に、この説明は大なる冷却速度にて所望の温度範囲を通
るガスの冷却による或る反応を阻止する可能性を与える
ものである。
本発明の方法は又温度、固体保持時間及びガスの化学的
ポテンシヤルを調節する機会があるから、所望の反応を
行うことが可能である。
下記はこのような機会の例を与える。例えば、不純なCu
濃縮物の自溶精練は就中Cu、Zn、Pb等のような貴金属及
びこれに関連してそれほど貴重でない鉄を含有する粒子
を含むプロセスガス流を発生させる。処理を出て行くガ
スの混合温度及び循環粒子反応装置の温度を約６５０乃
至７００℃に調整することにより、又酸素、例えば空気
を循環ガス流内に給送することによつて反応装置の酸素
ポテンシヤルを適当なレベルに調節することによつてこ
のような条件が流動化ベツド反応装置内に形成されて、
プロセスガスの粒子材料内に含まれていた貴金属（Cu、
Zn、Pb等）が水溶性の硫酸塩を形成し、これに反して鉄
が不溶解性酸化物の形態で水中に残留されるのである。
例えば、第４図に示された構造な配置は僅かに修正する
ことによつてこの目的に使用されることが出来る。溶鉱
炉を出るSO2及び粒子を含むプロセスガス４０１は循環
ガス４０９及びこのプロセスガスに添加される空気（図
面には示されていない）によつて混合室４０５内で650
乃至７００℃の反応温度に冷却されるが、この温度は又
移送部として役立つ反応区域４０２及び循環粒子４１２
及び４１６内に生ずる。この装置からはガスと共に装置
に入るような、又溶解工程に更に供給される為の組立サ
イロ４２６からの多くの粒子が不要になされる。循環さ
れる粒子の量を調整し、又空気を添加することによつて
酸素レベルを調節し、又温度レベルを選択することによ
つて処理条件が夫々の場合に最良の状態になされること
が出来る。この点に関して、溶解処理の硫酸塩化反応に
より発生される熱が例えばボイラー４２７の高圧蒸気の
形態で回収されることが出来る。
例えば中性又は穏やかな脱酸性の雰囲気に於てAs、Sb及
びBiを除去する為の不純Cu濃縮物の予備処理に於ては、
約７００℃の温度に於ける部分的焼成が一般的に利用さ
れる。この処理に於ては、上述の成分はガス相の硫化物
として蒸発してガスの処理の後の工程で分離されるので
ある。この処理は本発明の方法により溶解炉内でガスの
冷却と同時に行われることが出来る。濃縮物即ち溶解炉
の給送材料の予備処理は例えば第４図に示されたような
装置によつて行われることが出来るが、この装置に対し
ては熱交換器４２７の後で分離器、熱交換器及び第４図
には示されていないガスを更に処理する為の他の１つの
分離器が配置されている。溶解炉からの排出ガス４０１
及び処理の給送材料はサイロ４２６を通つて混合室４０
５に給送されるが、この混合室には循環ガス４０９も給
送されて温度を正しいレベルに設定するようになつてい
る。粒子保持時間は循環される粒子の量を調整すること
によつて制御される。必要な場合には、装置の脱酸ポテ
ンシヤルは例えば必要に応じてナフサ又は空気を循環ガ
ス導管を経て装置に、又は直接に反応装置に給送するこ
とによつて微調節されることが出来る。反応温度は不純
物を蒸発させるのに良好な結果を得る為に７００℃を超
過するのが望ましいが、反応温度は又給送材料の焼結及
びその他の特性によつて決定されるのである。溶解炉か
ら来る処理される濃縮物及び分離された粒子は高温状態
で溶解処理の給送材料に排出されるか、又は冷却及び場
合により貯蔵の後で低温状態で処理に給送されるのであ
る。この段階で製造され、硫化物（As、Sb、Bi...）の
形態の蒸発される不純物及び恐らく少量の元素硫黄を含
むプロセスガス４１５は更に先の処理に導かれる。
例えば更に先の処理に於て、ガスは熱交換器４２７の前
で附加的空気（図示せず）によつて酸化を制御され、こ
れにより上述の不純物が酸化して、例えばSb2O3及びBi2
O3が昇華してガスから分離可能になるような温度に冷却
される。その後で、As2O3を含むガスが更に何等かの適
当な方法、又は例えば本発明による方法によつて別の装
置で約１２０℃の温度に冷却され、これによりAs2O3が
昇華してガスから分離されるのである。
その後で、ガスは更に先の処理に導かれ、例えば硫酸を
製造する。
上述の結合に於て処理に必要な熱は溶解炉のガスから受
入れられるが、これに反して別個の部分的焼成に於て
は、熱は濃縮物の硫化物の部分を酸化することによつて
発生されなければならない。従つて、濃縮物の加熱値
（heating value）が溶解処理自体の必要の為に節約さ
れるのである。同時に、処理される、So2を含む多くの
ガス流が２つ又は１つに減少され、ガス流のSo2含有量
が通常の装置に比較して増大するのである。
第７図は反応装置５０２内のプロセスガス５０１を処理
する装置を示し、この装置に対してプロセスガスが反応
装置の上方部分に配置される入口開口５０４を通つて導
入されるようになつている。冷却され、粒子を循環させ
ている循環ガスが又反応装置の上方部分に導入される。
プロセスガス、循環ガス及び循環粒子は反応装置の上方
部分の混合空間５０５にて速やかに混合される。混合温
度に達したガス／粒子浮遊物は反応装置内を下方に下流
に向つて流れる。第７図に示される実施例は反応装置の
底部に配置される熱交換器510を含み、この熱交換器の
中で熱がプロセスガスから回収される。反応装置の下方
には粒子分離器５１２が配置され、ここで固体粒子がガ
ス／粒子浮遊物から分離される。種々の公知の技術が粒
子の分離に応用出来、この分離は１つ又は若干数の段階
で行われることが出来る。第７図に示された応用例で
は、一部分純化されたガスは二次ガス冷却器５２７を経
て他の粒子分離器５１４に導かれる。
純化ガス５１５の一部分はポンプ５２９によつて循環ガ
ス５０９の形態で反応装置の上方部分に再循環される。
反応装置に導く前に、循環ガスは１つ又は両方の粒子分
離器５１２及び５１４から分離された固体粒子５１６及
び５２０と混合される。粒子は又空気圧作動装置、ホイ
スト又はエレベーター、スクリユー等のような種々の公
知の移送装置を使用してガスから分離されて反応装置の
上方部分に戻されることが出来る。
第７図に示されるように、熱は反応装置５０２内の熱交
換器５１０にプロセスガスから回収されることが出来
る。しかし、若干の応用例では、最初に例えば純化装置
５１２内でガスを予備純化し、その後でこれを熱交換器
５２７を流過させるのが有利である。特に粒子量が甚だ
大量に場合には、熱交換器の前でガスから摩耗性材料を
除去するのが有利である。他方に於て、所望の場合に
は、反応装置内でのみ熱の回収を行い、他の熱交換器５
２７を除去することが出来る。
第７図に示された装置によつて、本発明の方法の上述の
総ての利点を得ることが出来る。即ち −迅速な冷却、 −早期の浮遊物の形成、 −選択的凝縮等、 である。
構造的には、この装置は、昔の装置では固体粒子をガス
流に強制することが殆ど必要であつたのに対して、本発
明による構造は入口開口にて瞬間的な混合を行う点で昔
の応用例とは異なるのである。
第７図に示された装置の更に他の利点は下記の通りであ
る。即ち −粒子がプロセスガス流とは無関係に装置を流れるから
粒子の循環が容易である。装置の機能は最少限のプロセ
スガス流も必要とせず、 −実際の混合室を必要とせず、 −入口開口に於ける絞りを非常に必要とすることがない
から圧力損失が最少限になされる、 ことである。
上述の説明は本発明の方法の若干の利点を与える。上述
の例は、最良の循環粒子及び循環ガスの組合せが夫々の
場合に対して最良になされることが出来ることを示して
いる。しかし、このことは煙の形成及び吸着に関して混
合部分に生ずる平均粒子密度が低過ぎるようになす恐れ
がある。この特徴は装置に於て考慮を要することであ
る。上述の例は反応装置を通つて循環される浮遊物の密
度を取扱つているが、この密度は循環ガスによつて０．
５kg／m3のレベル及び更にこれよりも低く調節されるこ
とが出来る。この場合粒子寸法に関係する粒子の平均量
は１０6／m3又はそれ以下で、これによつて粒子間の平
均距離が高々１０mmになされる。煙の形成及び超微粒子
の吸着を阻止するのに予め必要なことは通常混合の場合
の大なる粒子密度、例えば１０7−１０8／m3であつて、
これによつて粒子間距離は５...１mmになる。この種の
装置を構成するのに若干の方法がある。設備を行う簡単
で望ましい方法は、大きいか又は小さい粒子の部分が混
合部内で内部循環状態になされ、粒子の一部分のみがコ
ンベヤーとして働く反応装置の上方部分を通つて循環流
に導かれるように反応装置の混合部を構成することであ
る。このことは例えば混合部の有効断面積が移送部の断
面積よりも大きくなるようにして簡単に行われる。この
場合、混合部の平均流速は移送部の流速よりも対応して
小さくなされ、これによつて混合部内に生ずる浮遊物密
度が大きくなされるのである。
更に、混合部の幾何学的形状は、混合点まで戻されるよ
うに強制される内部循環が形成されるように配置され
る。このようにして、混合部、特に混合点の浮遊物密度
は大きい範囲で調節されることが出来るのである。一般
的に１０7乃至１０8粒子／m3の浮遊物密度が混合部にて
充分であつて、これにより浮遊物が粒子寸法及び公称重
量等に関係して、固体粒子１０乃至１００kg／m3を含む
ようになされる。従つて、浮遊物密度が数百kg／m3で、
圧力損失が対応して著しく高いレベルにあるような実際
の通常の流動化ベツドの疑問は存在しないのである。
第５図及び第６図は本発明による装置の望ましい実施例
を示す。これらの図面は第１図に示された反応装置２の
下方部分を示し、この下方部分は混合室５を含み、この
混合室５はまた、下端に向かつて次第に小径になる漏斗
状円錐形底部６を含み、これの最低部にはガス入口７が
ある。反応装置の底部３及び混合室の底部の間に形成さ
れたエアーボツクス８に対して接線をなして冷却ガス９
の入口パイプ２９が連結されている。反応装置の底部の
中央にプロセスガス１の入口４が設けられている。混合
室に連結された分離された粒子の戻しパイプ１６は戻り
粒子を下方に循環する運動にてガス入口開口７に向つて
導く。混合部の断面積はこれの上方にある反応装置の断
面積よりも大きく、この反応装置がコンベヤーとして働
くようになつている。
第５図及び第６図に示された混合部は又別の方法で配置
されることが出来る。従つて、混合室の円錐形の底部は
冷却されるガスの少なくとも一部分が流過される開口を
設けられることが出来る。固体粒子の一部分はガス入口
パイプ２９を通つて混合室に給送されることが出来る。
第５図及び第６図に示された混合部の作動原理は本発明
の方法の次のような特徴を与える。即ち a) 混合部、特に混合点の浮遊物密度及び温度は大きい
範囲で夫々の場合に適当なレベルに調節可能であつて、 b) コンベヤー及び粒子分離器に入る浮遊物の密度及び
固体物流は場合々々によつて最良のレベルに最少限にな
されることが出来、これによつて摩耗、固体粒子を処理
する装置、圧力損失等のような大なる浮遊物密度に関係
する問題が最少限になされる、 のである。
本発明は上述の応用面及び配置に制限されるものではな
く、種々の修正、応用及び構造が請求の範囲内にて可能
である。
応用例に於ける冷却ガスは循環ガスであつたが、空気の
ような何等かの他の適当なガスが冷却ガスとして使用出
来る。混合点に於て混合温度にて蒸発する液体は例えば
水になし得る。この方法は又液体の蒸発及びこれに関連
して上述のように固体の回収の為に使用出来るのであ
る。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プロセスガスが反応装置内で冷却され、そ
    の際にプロセスガスが流動化された固体粒子と接触せし
    められるプロセスガスの処理方法であって、 混合室にプロセスガスを導入する段階と、 プロセスガスおよび該プロセスガスに付随する固体粒
    子を、混合室から分離ステージに搬送する段階と、 分離ステージにおいて、プロセスガスから固体粒子を
    分離する段階と、 固体粒子を分離ステージから混合室に返戻する段階と
    を含む方法において、 プロセスガスおよび該プロセスガスに付随する固体粒
    子を分離ステージの前にある冷却ステージで冷却する段
    階、 冷却された固体粒子を、分離ステージから直接、混合
    室に返戻する段階、 冷却された固体物質が既に除去されている冷却された
    プロセスガス、または該冷却されたプロセスガスから凝
    縮した液体を、混合室に返戻する段階、および 処理されるプロセスガスを、前記冷却された固体粒
    子、および前記冷却されたプロセスガスまたは前記凝縮
    液体と、同時にまたは短い時間間隔を置いて、混合室内
    で混合する段階によって特徴づけられるプロセスガスを
    処理する方法。
  2. 【請求項２】前記プロセスガスから放出される蒸発成分
    の相変化温度未満にプロセスガスが冷却され、蒸気が、
    主として固体粒子の表面に昇華せしめられることを特徴
    とする請求項１に記載されたプロセスガスを処理する方
    法。
  3. 【請求項３】前記プロセスガスからヒュームを分離する
    方法であって、前記ヒュームが、プロセスガスを冷却す
    ることにより、主として固体粒子の表面に吸着せしめら
    れることを特徴とする請求項１に記載されたプロセスガ
    スを処理する方法。
  4. 【請求項４】前記プロセスガスから放出される溶融成分
    の相変化温度未満にプロセスガスが冷却され、溶融液滴
    が、主として固体粒子の表面に固着して凝固せしめられ
    るか、または凝固して固体粒子になることを特徴とする
    請求項１に記載されたプロセスガスを処理する方法。
  5. 【請求項５】処理されるプロセスガスに混合される固体
    粒子および（または）ガスの量を調整することによっ
    て、所望の反応に適する、混合温度および（または）固
    体物質の浮遊密度が維持されることを特徴とする請求項
    １に記載されたプロセスガスを処理する方法。
  6. 【請求項６】前記プロセスガスが、所望の化学反応にお
    ける分子運動に適する温度範囲に迅速冷却されることを
    特徴とする請求項５に記載されたプロセスガスを処理す
    る方法。
  7. 【請求項７】前記プロセスガスが、望ましくない反応の
    分子運動に適する温度範囲よりも低い温度まで迅速に冷
    却され、該反応の大部分が生じる時間のないことを特徴
    とする請求項５に記載されたプロセスガスを処理する方
    法。
  8. 【請求項８】前記プロセスガスが、該プロセスガスに含
    まれ、焼結する傾向のある粒子の焼結温度未満に冷却さ
    れることを特徴とする請求項１に記載されたプロセスガ
    スを処理する方法。
  9. 【請求項９】混合室の後で、プロセスガスと固体物質の
    混合物すなわち浮遊状態物が熱交換器によって冷却され
    ることを特徴とする請求項１に記載されたプロセスガス
    を処理する方法。
  10. 【請求項１０】分離ステージの後で、プロセスガスが、
    熱交換器によってさらに冷却されることを特徴とする請
    求項１に記載されたプロセスガスを処理する方法。
  11. 【請求項１１】分離ステージおよびプロセスの他のステ
    ージの後で、完全に、または部分的に清浄化されたガス
    の流れが冷却されて該ガスに含まれる１またはそれ以上
    の成分が液体に凝縮され、また、該液体が、前記処理さ
    れるプロセスガスに返戻され、液体が混合室に入った直
    後に前記プロセスガス中で該液体が蒸発して処理される
    プロセスガスが冷却され、さらに分離器から戻されて混
    合室内で循環される固体物質の流れと冷却プロセスガス
    とが、同時にまたは短い時間間隔を置いて接触し、もっ
    て処理されるプロセスガスが、十分な濃度の浮遊固体物
    質の存在下で所望の温度水準まで高速で冷却され、プロ
    セスガスに含まれて混合温度で昇華する蒸発分が低温の
    固体粒子の表面に昇華することを特徴とする請求項１に
    記載されたプロセスガスを処理する方法。
  12. 【請求項１２】処理されるプロセスガスと混合される前
    記液体が水であることを特徴とする請求項１に記載され
    たプロセスガスを処理する方法。
  13. 【請求項１３】処理されるプロセスガスと混合される前
    記液体が溶解塩を含み、該塩が前記液体の蒸発する間に
    循環する粒子の表面に吸着されることを特徴とする請求
    項１に記載されたプロセスガスを処理する方法。
  14. 【請求項１４】前記プロセスガスおよびこれに混合され
    るガスが、固体粒子に接触する直前に、互いに接触せし
    められることを特徴とする請求項１から請求項１３まで
    のいずれか１項に記載されたプロセスガスを処理する方
    法。
  15. 【請求項１５】前記プロセスガスと混合されるガスが、
    前記プロセスガスと接触する直前に、固体粒子の流れと
    混合されることを特徴とする請求項１に記載されたプロ
    セスガスを処理する方法。
  16. 【請求項１６】前記プロセスガスと、これに混合される
    ガスとが互いに接触せしめられる直前に、返戻される前
    記固体粒子の一部が、プロセスガスと混合されるガスと
    混合され、他の部分がプロセスガスと混合されることを
    特徴とする請求項１に記載されたプロセスガスを処理す
    る方法。
  17. 【請求項１７】前記プロセスガスが固体粒子と接触する
    直前に、前記プロセスガスと混合されるガスが、固体粒
    子の流れ、および前記プロセスガスと混合されることを
    特徴とする請求項１に記載されたプロセスガスを処理す
    る方法。
  18. 【請求項１８】その底部にプロセスガス用の入口開口
    (4)を有する垂直反応装置(2)と、円錐形底部(6)を有す
    る混合室(5)とを具備し、固体粒子が存在する状態でプ
    ロセスガスを冷却することによってプロセスガスを処理
    する装置において、 前記垂直反応装置(2)が、さらに 前記円錐形底部の下端部またはその近傍に設けられた
    入口開口であって、冷却されたプロセスガス(9)、また
    は該冷却されたプロセスガスから凝縮した、蒸発する液
    体(109)を混合室に導入してプロセスガスと混合するた
    めの入口開口(7)と、 冷却された固体粒子を混合室に導入するために前記混
    合室の円錐形底部に取付けられた固体粒子用入口パイプ
    (16)とを具備することを特徴とするプロセスガス処理装
    置。
  19. 【請求項１９】前記反応装置(2)の底部(3)と、前記混合
    室の円錐形底部(6)が空気箱(8)を形成し、またプロセス
    ガスと混合されるガス用の少なくとも１つの入口パイプ
    (29)が前記空気箱と接線をなして取付けられていること
    を特徴とする請求項18に記載されたプロセスガス処理装
    置。
  20. 【請求項２０】前記混合室(5)の円錐形底部(6)の入口開
    口(7)が、前記反応装置(2)の底部(3)における前記入口
    開口(4)と同心的に前記円錐形底部の下端に取付けら
    れ、また前記混合室の円錐形底部(6)の最下端が、前記
    反応装置の底部に対して間隔を置いて配設され、もって
    前記空気箱(8)から前記混合室に到る均一なガス流が可
    能になされていることを特徴とする請求項19に記載され
    たプロセスガス処理装置。
  21. 【請求項２１】前記混合室の円錐形底部(6)の下端に開
    口(7)があり、該開口(7)が、前記反応装置の底部(3)に
    おけるプロセスガス用入口開口(4)と連結されており、
    またプロセスガスと混合されるガス用の少なくとも１つ
    の入口開口が前記混合室の円錐形底部の傾斜壁に設けら
    れていることを特徴とする請求項19に記載されたプロセ
    スガス処理装置。
  22. 【請求項２２】前記反応装置の壁に取付けられた入口パ
    イプ(16)が、前記壁に対して傾斜しており、もって固体
    粒子が前記反応装置に入る際に、下方に傾斜した固体粒
    子進路を作り出すことをことを特徴とする請求項18から
    請求項21までのいずれか１項に記載されたプロセスガス
    処理装置。
  23. 【請求項２３】前記混合室の上部が、頂部に向かって小
    径になるように傾斜していることを特徴とする請求項18
    から請求項22までのいずれか１項に記載されたプロセス
    ガス処理装置。
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