JPH06502581A - 二重シェル圧力均衡容器 - 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】 二重シェル圧力均衡容器 発明の分野 本発明は一般的には産業廃棄物を有用な製品に転化する分野に関するものである 。さらに詳細には１本発明は転化工程において使用される熱交換器または反応容 器に関するものである。

発明の背景 危険有機物質のような産業廃棄物、下水スラッジ、ビール粕のような食品加工な 有用な製品への転化がますます重要性を増してきている。新たに開発された転化 技術は高性能の熱交換器および反応容器を必要とする。米国特許第３．　２３３ ゜２５５号およびＶｅｒＴｅｃｈ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍｓ（デン バー、コロラド）社の会社資料に記載の幾つかのバイオマス転化技術は、３−３ ５％の固体、有機塩および水を１．０００−５，０ＯＯｐｓｉの圧力および３５ ０−１，０００’　Ｆの温度で処理するものである。固体含有量の少ないスラリ ーまたは常温で流動しやすい固体を有するスラリーはポンプにより配管内を移動 可能である。固体含有量の高いスラリーは通常常温においては配管内を移動する ことが困難である。スラッジおよびスラリーは高いプラントル数を有し、スラリ ーの粘度もまた常温においては高い。高温および高圧条件はまた通常腐食性があ る。

このようなスラリーを加熱するには掻き落とし面を有する熱交換器を必要とし。

熱交換器は熱交換器内の常温スラリーを撹拌し、スラリーを混合しかつ１次伝熱 面上の表面皮膜を更新し、これによりスラリーが加熱面に付着しようとする傾向 を阻止している。さらに、熱交換器は腐食、高温、高圧および掻き落としに耐え なければならない。

伝統的な熱交換器設計ば単壁圧力容器を使用している。スクレーパの回転軸を圧 力容器内に差し込むためには高圧能動シールが必要である。これらの能動シール は回転ディスクの間に水の薄いフィルムを維持することにより作動する。独立ポ ンプが水フィルムをシールされるべき容器の運転圧力より大きい圧力まで加圧し 、これによりきれいな水の連続フィルムがシールから容器内に流入する。このタ イプの熱交換器に必要こされる寿命期間にわたり設計仕様のすべてを鳩尾する圧 力容器材料は僅かしかなく、またこの用途のための能動シールは約１５，０００ トルー約２５，０００ドルのコストがかかる。さらにそれらの初期コストのほか に、高圧能動シールの検査およびメンテナンスにコストがかかり、またこのタイ プの特殊設計単壁圧力容器の性能および安全は確保することがむずかしくかつ高 価である。

バイオマスの熱化学転化に使用されるすべての既存の熱交換器および反応容器は 熱交換器または反応容器の内部および外部に異なる圧力を有し、熱交換器または 反応容器は厚肉圧力容器の使用、耐食性材料またはライニングの使用およびスク レーパが必要な場合には能動シールの使用を必要とする。

したがって、プラントル数の高いスラッジおよびスラリーを加熱可能でありかつ 機器の必要な寿命期間にわたり高圧および高温運転条件に耐えることが可能な二 重シェル圧力均衡容器を提供することが本発明の目的である。

建設コストが安くしかもその目的を有効に達成する二重シェル圧力均衡容器を提 供することが本発明の他の目的である。

安全でかつ運転およびメンテナンスが容易な二重−ノニル圧力均衡容器を提供す ることが本発明の他の目的である。

耐食性材料の所要肉厚を最小にし、かつスクレーパが必要な場合には能動シール を受動軸シールで置き換えることが本発明の他の目的である。

本発明は産業バイオマス廃棄物転化反応容器を指向しているが、熱交換器または 反応容器の内部および外部に等しい圧力を有することが望ましい任意のタイプの 反応容器または熱交換器に適用可能であることが理解されよう。

発明の概要 本発明は産業廃棄物スラリーを有用な製品に転化するための二重ノニル圧力均衡 容器を含む。圧力均衡は内部容器から圧力荷重を除去するように用いられ、内部 容器は腐食および高温に耐えなければならずまたスクレーパが必要とされる場合 には軸シールからの圧力荷重の大部分またはすべてを除去しなければならず。

これにより受動軸シールの使用を可能にする。軸シール材料の温度限界を超えな いようにすることも当然必要である。圧力均衡は二重シェルすなわち外部シェル または外部容器および内部容器を提供することにより達成される。容器間の環状 空間は好ましくは非圧縮性（液体）または圧縮性（ガス）の不活性流体を満たし て内部容器内の圧力に等しいレベルまで加圧される。加熱されるべきスラリーを 含む内部容器にスラリーを混合するための掻き落とし装置を設けてもよ（、また 内部容器は高温、腐食および掻き落としに露出されるが内部容器の壁をはさむ大 きな差圧にさらされることが防止される。外部容器は系の高圧にさらされるが高 温、腐食および掻き落としからは遮断されるので、これにより低コストの材料で 製作することを可能にする。掻き落とし装置の回転軸は内部反応容器の縦軸と同 軸に芯出しされかつ内部容器内に入り込んでいるので、モータは内部容器の外側 の穏やかな雰囲気内に置くことができる。しかしながら、スラリーの圧力は環状 空間内の不活性流体圧力と一致させられるので、軸シールおよび内部容器はほと んど差圧を受けないであろう。外部容器の断熱は内部流体に沿って環状空間内に 断熱材を置くことにより達成される。スラリーは電気、スチーム、発熱化学反応 または池の手段あるいはこれらの組合せで加熱してよい。

本発明の主題はとくに本明細書の結論部において指摘されかつ明確に請求されて いる。しかしながら、構成および運転方法はそれらの他の利点および目的ととも に添付図面に関する以下の説明から明らかになろうが、ここで類似の部材には類 似の符号が付けられている。

図面の簡単な説明 図１は非圧縮性流体を用いた二重バス二重シェル圧力均衡容器の第１の実施態様 の縦断面図； 図２は非圧縮性不活性流体のためのテレスコープ式端部の部分縦断面図；図２Ａ はスライド機構の平面図： 図３は圧縮性流体を用いた二重パス二重シェル圧力均衡容器の第２の実施態様の 縦断面図。

図４は非圧縮性流体を用いた単バス二重シェル圧力均衡容器の第３の実施態様の 縦断面図である。

好ましい実施態様の説明 図１に示す好ましい実施態様においては、二重シェル圧力均衡容器に外部シェル １００および固体含有量の高いスラリーを含む内部容器１０１が設けられている 。容器は内部容器外壁１０３と外壁容器１００との間に環状空間１０２を形成す るようなサイズである。外部容器１００はフランジ１０６において固定された２ つの部分１０４．１０５として設けてもよく、これにより外部容器の分解および 内部容器１０１のメンテナンスまたは取外しを可能にする。外部容器１００には さらに環状空間１０２に流体を充填したりおよびそれから流体をドレン抜きした りするための充填ポート１０７およびドレンポート１０８が設けられている。

環状空間１０２は不活性流体により内部容器１０１の中央空間１０９内の圧力と ほぼ同じ圧力に加圧されている。不活性流体は好ましい実施態様においては非圧 縮性または圧縮性であってよい。

不活性流体が液体であって非圧縮性またはほぼ非圧縮性の場合、内部容器１０１ は膨張または収縮が可能なように製作されている。膨張可能な容器を使用するこ とにより環状空間は反応容器の内部から遮断され、これにより内部容器１０１内 のスラリーと外部容器１００内の不活性流体との間の混合または汚染のような流 体連絡を防止することができるが、もしスラリーの圧力に変化があるときは瞬間 的な圧力均衡を可能にする。均衡化はラブチャディスクまたは圧力逃がし弁を用 いても達成可能であるが、ラブチャディスクおよびある種の逃がし弁は交換が必 要となり、またこれらはスラリーの不活性流体からの遮断を維持せずまたはこれ らは長期間運転に必要な一定の均衡化を提供しない。

内部容器の内部と外部容器１０２との間の圧力均衡化は、内部容器をその長手軸 に沿って膨張させるための手段を有することにより、非圧縮性流体を用いて達成 される。このような手段はたとえば、ベロー１１０（図１に示すような）または 図２に示すようなテレスコープ式端部２００からなるものでもよい。ベロー１１ ０が使用されるとき、横方向荷重を避けることが好ましい。このような横方向荷 重は、外部容器１００の第１の部分１０５により包囲された内部容器１０１の端 部上にベロー１１０を置くことによって回避される。テレスコープ式端部２００ が使用されるときは、高温を避けることが好ましい。外部容器１００の第２の部 分１０４により包囲された内部容器１０１の入口端部にテレスコープ式端部を置 （ことにより、低温が達成される。

図２のテレスコープ式端部２００は内部容器をシールするために０リング２０２ が装着された別個の内部容器端部キャップ２０１を含み、これにより二重シェル 圧力均衡容器の正常運転の間において受ける圧力変化に応答して、端部キャップ を内部容器壁１０３内で長手方向にスライドさせる。テレスコープ式端部には。

容器端部キャップ２０１が内部容器壁１０３から抜は出すのを防止するために。

ストップリング２０４および２０６を設けてもよい。

テレスコープ式端部２００にはさらに、端部キャップ２０１の回転を防止するた めの手段を設けてもよい。好ましい実施態様においては、スライドパー２１０を 有するスライド組立体２０８が容器端部キャップ２０１に装着され、かつ溝付ス ライドブロック２１２内をスライド可能である。スライドバーは任意の断面形状 を有してよい。回転を防止するための他の手段を用いてもよい。

運転中、環状空間１０２の圧力均衡化は、内部容器内の圧力に応答して内部容器 膨張手段の膨張または収縮をゆるすことにより達成される。内部容器膨張手段は スラリー（その内側で）および不活性流体（その外側で）の両方と接触している ので、スラリーの圧力変化は内部容器を膨張または収縮させ、この結果不活性流 体の圧力は直ちに変化する。内部容器の外壁をはさむ任意の圧力勾配はこれによ り減少される。不活性流体は粘性があり、これにより対流熱損失を最小にする。

さらに、流体の熱膨張および化学特性は、腐食または過圧状態による損傷を最小 にするために、内部容器および外部容器の両方に使用される材料と化学的におよ び熱的に適合可能なように選択される。

不活性流体がガスのように圧縮性がある場合には、内部容器は膨張可能ではない がスラリーおよび不活性ガスの間の僅かの圧力差に抵抗するように設計される。

不活性ガスはスラリーの圧力に等しいかまたはそれより低い圧力に保持され、こ れにより肉薄の内部容器１０１を内部容器上にかかる外圧が内圧より大きいよう な逆の圧力差に露出することなく、圧力均衡化を提供する。

内部容器の内部および環状空間の間の圧力均衡化は図３に示すように圧縮性流体 を用いて、非膨張性内部容器３０２と、および圧縮性流体の圧力を内部容器１０ １の内部のスラリーの圧力にほぼ等しいかまたはそれより低（制御するための手 段を装着するためのポート１０７と、を有することにより達成される。環状空間 １０２内の圧縮性流体の圧力を制御するための手段は、ドーム荷重背圧制御弁に より制御される標準の高圧不活性ガス源でよく、この場合荷重はスラリー圧力に より与えられる。同様に、コンピュータ制御システムのような他のタイプの制御 システムを用いてもよい。

図１に示すような二重バス内部容器１０１または図３に示すような二重バス内部 容器３０２において、内部容器は中央空間１０９および環状部分１１４を形成す る１対の同軸壁１０３．１１２を有する。加熱されるスラリーは外部容器１００ 内を伸長する入口導管１１５を通過して中央空間１０９内に入り込む。中央空間 １０９内に入り込むと、スラリーはリード線１１９により電気が供給されるモー タ１１８により回転されるスクレーバ１１６により撹拌される。撹拌によりスラ リーは均一に加熱され、またスラリーが加熱ユニット１２０に向かって矢印の方 向に中央空間１０９内を長手方向に移動するとき、撹拌によりスラリーが加熱面 に付着するのが防止される。スラリーがある温度以上に加熱されると、その粘度 およびプラントル数は、スクレーパの補助がなくてもスラリーが流動しかつ混合 するのに十分なほど低くなる。加熱されたスラリーは中央空間１０９から内部容 器の環状部分１１４内へ中央空間１０９内のスラリーと逆方向に流れて、中央空 間内の冷たいスラリーに熱を与える。スラリーを有用な製品に転化するためにも し必要ならば、金属酸化物担体上に希土類金属および遷移金属を含む触媒材料１ ２２を中央空間または内部容器の環状部分のいずれかまたは両方に取り付けても よい。中央空間１０９を形成する壁１１２には、環状部分１１９内に伸長するフ ィンまたは他の通常の熱伝達加速手段を設けてもよい。加熱されかつ転化された スラリー製品は出口１２８から吐出される。

外部容器１００は炭素鋼で製作してもよ（、これは材料費が安（なりかつある種 の合金鋼で必要となる溶接後の焼鈍を行うことなく溶接が可能なので有利である 。内部容器は薄肉の耐食性材料で製作してよい。内部容器の内側および外側の圧 力が均衡化されるので、耐食性材料の肉厚は薄（することができ、これによりコ ストを低減しかつ熱伝達を加速することができる。

二重バスであるか単バスであるか、または環状空間１０２内の流体が圧縮性であ るか非圧縮性であるかにかかわらず、すべての継手を外部容器上のフランジの片 側に設けることにより反応容器の運転およびメンテナンスが容易となり、これに より他方の側を容易に取り外すことが可能である。さらに１反応容器内にセンサ を設けて、これにより内部容器車内の任意の漏洩の警告を早期に発見することが 可能である。

外部容器を高温に露出することから遮断するために、環状空間１０２は不活性流 体のほかに耐火レンガのような断熱材１２９を含んでもよい。

好ましい掻き落とし手段はモータ１１８を含み、モータは電気供給リード線１１ ９および内部容器１０１の軸に沿って長手方向に芯出しされたスクレーパ１１６ を備え、スクレーバ軸は軸シール１３０を貫通して内部容器内に入り込んでいる 。好ましいモータは油圧モータであり、これにより電動モータに必要な減速器お よび熱の除去を不要にすることができる。好ましい軸シール１３０はゴムまたは エラストマー材料から製作されるような低圧シニルである。

スラリー加熱手段１２０は内部容器の内側または外側のいずれでもよ（、またた とえば電気抵抗コイル、スチームジャケットまたはコイル、スチーム注入９発熱 化学反応ジャケットまたはコイル、または加熱手段の任意の組合せを含んでもよ い。好ましい実施態様は、環状部分１１４内の転化工程のための発熱化学反応か らの熱を利用しかつスチームまたは電気のバックアップを有している。

図４に示すような単バス容器においては、内部容器４００が円筒空間４０２を形 成する壁４０１により規定される単一容器でありかつ加熱手段４０４が内部容器 のジャケットを形成していることを除いては、この装置は第１の実施態様（図１ ）におけるものと全（同じように形成されている。この実施態様においてはスラ リーは内部容器４００を貫通する単パスを形成してるいので、スラリー出口４０ ６がスラリー人口１１５と同じ端部に設けられていることにより外部容器１０補 正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 平成　５年　５月２４日−

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．それらの間に環状空間を備えた外部容器および内部容器であって，前記環状 空間が前記内部容器内の圧力にほぼ等しい圧力まで加圧され，これにより前記内 部容器の壁をはさんで均衡された圧力を形成する前記外部容器および内部容器を 含む二重シェル圧力均衡容器。
2. ２．前記内部容器が前記外部容器と流体連絡がない請求項１の二重シェル圧力均 衡容器。
3. ３．（ａ）それらの間に環状空間を備えた外部容器および内部容器であって，前 記環状空間が前記内部容器内の圧力にほぼ等しい圧力まで加圧され，これにより 前記内部容器の壁をはさんで均衡された圧力を形成する前記外部容器および内部 容器と，および （ｂ）内部容器および外部容器の間で，前記内部容器および前記外部容器の間の 流体連絡なしに前記圧力を均衡化するための手段と，を含む二重シェル圧力均衡 容器。
4. ４．環状空間および内部容器の間の前記圧力を均衡化するための前記手段が，（ ａ）前記環状空間内の圧縮性流体と，および（ｂ）前記圧縮性流体の圧力を制御 するための前記外部容器内のポートと，を含む請求項３の二重シェル圧力均衡容 器。
5. ５．環状空間および内部容器の間の前記圧力を均衡化するための前記手段が，（ ａ）前記環状空間内の圧縮性流体と，および（ｂ）前記内部容器を膨張または収 縮するための手段と，を含む請求項３の二重シェル圧力均衡容器。
6. ６．内部容器の収縮および膨張がその長手方向に行われる請求項５の二重シェル 圧力均衡容器。
7. ７．内部容器を膨張させるための前記手段が前記内部容器の壁上に設けられたベ ローを含む請求項５の二重シェル圧力均衡容器。
8. ８．内部容器を膨張させるための前記手段が前記内部容器の端部上に設けられた テレスコープ式端部を含む請求項５の二重シェル圧力均衡容器。
9. ９．（ａ）それらの間に環状空間を備えた外部容器および内部容器であって，前 記環状空間が前記内部容器内の圧力にほぼ等しい圧力まで加圧され，これにより 前記内部容器の壁をはさんで均衡された圧力を形成する前記外部容器および内部 容器と，および （ｂ）内部容器および外部容器の間で，前記内部容器および前記外部容器の間の 流体連絡なしに前記圧力を均衡化するための手段と，（ｃ）前記内部容器の内面 を掻き落としかつスラリーを前記内部容器内にて長手方向に移動させるための手 段と，および（ｄ）スラリーを前記内部容器内で加熱するための手段と，を含む 二重シェル圧力均衡容器。
10. １０．環状空間および内部容器の間で圧力を均衡化するための前記手段が，（ａ ）前記環状空間内の圧縮性流体と，および（ｂ）前記内部容器をその長手方向に 膨張または収縮するための手段と，を含む請求項９の二重シェル圧力均衡容器。
11. １１．内部容器を膨張させるための前記手段が前記内部容器の壁上に設けられた ベローを含む請求項１０の二重シェル圧力均衡容器。
12. １２．前記掻き落とし手段が， （ａ）モータと， （ｂ）モータにより駆動されかつ前記内部容器内に伸長する軸であって，前記内 部容器の内面を掻き落とすための手段を有する前記軸と，および（ｃ）前記軸お よび前記内部容器の間に設けられた軸シールと，および（ｄ）軸シールを冷却す るための手段と，を含む請求項９の二重シェル圧力均衡容器。
13. １３．前記冷却手段が， （ａ）前記軸シールを包囲する第１の冷却室と，および（ｂ）冷媒を前記第１の 冷却室に供給しかつそれから戻す流体ホースと，を含む請求項１２の二重シェル 圧力均衡容器。
14. １４．内部容器を膨張させるための前記手段が前記内部容器の壁上に設けられた テレスコープ式端部を含む請求項１０の二重シェル圧力均衡容器。
15. １５．前記テレスコープ式シールに， （ａ）Ｏリングに対向して内部容器端部キャップの内面上に装着された第２の冷 却室と，および （ｂ）冷媒を前記第１の冷却室に供給しかつそれから戻す流体ホースと，を含む 冷却手段が設けられている請求項１４の二重シェル圧力均衡容器。