JPH08261658A - 仕切板を有する流動層炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 仕切板付根部やガス分散板周縁部への処理粉
体の堆積を防止する。 【構成】 ガス分散板２５の上方の空間は、仕切板２６
によって仕切られ、炉体２１内の流路の実質的な延長が
図られる。ガス分散板２５上の空間は、バブリングノズ
ル２７から噴出する噴出ガス２８によって処理粉体が流
動化され、流動層２９が形成される。仕切板２６の基部
３０および炉体２１の側壁の基部４０には、傾斜面３
１，４１が設けられる。傾斜面３１，４１の水平面に対
する角度は、処理粉体の安息角よりも大きくし、さらに
ガス吹出口３２，４２を設けて処理粉体の堆積を防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体・固体反応を取扱
うプラントなどに用いられ、処理粉体の滞留時間を長く
するために仕切板を有する流動層炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図５に示すような仕切板を有
する流動層炉の構成が、たとえば合衆国特許ＵＳＰ５，
１１８，４７９や特表平６−５０１９８３号公表特許公
報などで開示されている。これらの先行技術では、炉体
１の入口２から鉄酸化物を主体とする鉄鉱石粉体を装入
し、流動層を形成させる。鉄鉱石粉体によって形成され
る流動層は、出口３まで流路４に沿って移動する間に、
ガス分散板５の下方から噴出する反応ガスによって炭化
され、鉄炭化物であるアイアンカーバイドが生成され
る。円筒状の炉体１内での鉄鉱石粉体の滞留時間を長く
する工夫として、仕切板６が設けられる。仕切板６によ
って、複数のバブリングノズル７から噴出する反応ガス
によって形成される鉄鉱石粉体の流動層が仕切られ、入
口２から出口３までに屈曲した流路４が形成される。

【０００３】図６は、図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見
た断面を示す。ガス分散板５に設けられるバブリングノ
ズル７からは、噴出ガス８が吹出し、処理粉体である鉄
鉱石を流動化させてガス分散板５上に流動層９を形成す
る。流動層９が形成される高さよりも仕切板６の高さを
高くしておくことによって、図５に示すような屈曲した
流路４が形成される。

【０００４】仕切板が無い流動層炉の先行技術は、たと
えば特開平５−２８８４７５号公報で本件出願人によっ
て開示されている。この先行技術では、流動層炉の炉体
を円筒形として、仕切板は設けず、炉体内で全体的に流
動層を形成する。この先行技術では、装入する処理粉体
中に大径の粒子が混在しているときに、原料の滞留部分
が生じないように構成されている。しかしながら、反応
速度の遅い気体・固体反応を取扱うプラントにおいて
は、気体と固体との間の接触時間を長くするために、流
動状態での滞留時間は長くすることが重要である。流動
層炉の入口から原料を連続的に装入し、出口から生成物
を連続的に取出すような操業状態では、入口から出口ま
での流路をできるだけ長くする必要がある。

【０００５】しかしながら、図７に示すように、細長い
箱状の炉体１１で、入口１２から出口１３までの流路１
４を長く確保することを想定すると、このような形状の
炉体１１では特に隅角のコーナ部の強度が不足する。炉
体１１内は、たとえば４気圧程度まで加圧されるので、
図５および図６に示すような、円筒形炉体１の方が外形
としては好ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】圧力容器としての強度
面から、炉体１の外形を円筒形とすると、内部を仕切っ
て処理粉体の滞留時間を長くする場合は、仕切板の基部
の付根に粉体が堆積し、処理粉体の流動化を悪くすると
ともに、炉体１内での粉体の連続的流れを阻害する原因
となるおそれがある。すなわち、ガス分散板５の上面か
ら炉体１の周縁や仕切板６が立上がる付根部分では、噴
出ガス８が充分に届かず、死角となって粉体が安息角θ
０で堆積し、滞留部１０が形成される。

【０００７】本発明の目的は、ガス分散板上の仕切板付
根部や周縁部に処理粉体が堆積することを有効に防止
し、処理粉体の安定な流動化を確保して、連続的な操業
を効率的に行うことができる仕切板を有する流動層炉を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、処理粉体を下
方からガスを噴出して流動化させる分散板上に、仕切板
を立設させて処理粉体の滞留時間を延長させる仕切板を
有する流動層炉において、仕切板の基部を、水平面に対
して処理粉体の安息角より大きい角度の傾斜面で分散板
上面に連続させることを特徴とする仕切板を有する流動
層炉である。また本発明は、分散板周縁部と炉体側壁基
部とを、水平面に対して処理粉体の安息角より大きい角
度の傾斜面で連続させることを特徴とする。また本発明
は、前記傾斜面に、前記ガスの一部を吹出させるノズル
を設けることを特徴とする。また本発明の前記ノズル
は、水平方向よりも下向きにガスを吹出すように設定さ
れることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明に従えば、下方からのガスの噴出によっ
て処理粉体を流動化させる分散板上を仕切板で仕切って
流動層の流路を長くし、流動層の滞留時間を長くして処
理粉体に充分な反応を生じさせることができる。仕切板
の基部は水平面に対して処理粉体の安息角より大きい角
度に傾斜して分散板上面に連続するので、仕切板の基部
に堆積する処理粉体は、傾斜面で止まることができず、
分散板上に移動して再び流動化される。処理粉体の堆積
による滞留が防止されるので、流動層内の処理粉体は連
続的に流れ、流動層炉内での滞留時間のばらつきが小さ
くなり、安定な品質の製品を得ることができる。

【００１０】また本発明に従えば、分散板周縁部と炉体
側壁基部とを、水平に対して処理粉体の安息角より大き
い角度の傾斜面で連続させるので、炉体側壁基部に堆積
する処理粉体は、傾斜面上で止まることができず、分散
板上に移動する。分散板上に移動した処理粉体は、下方
からのガスの噴射によって再び流動化され、反応ガス間
での反応を継続的に行うことができる。

【００１１】また本発明に従えば、傾斜面に反応ガスの
一部を吹出させるノズルを設けるので、傾斜面上に堆積
した処理粉体を分散板上に戻す過程を促進することがで
きる。処理粉体の実際の安息角が、粉体の流動やその他
の性状によって変化し、傾斜面の角度よりも大きくなる
ようなときであっても、ガスの一部を吹出させることに
よって安息状態を崩し、処理粉体の堆積を除去すること
ができる。

【００１２】また本発明に従えば、傾斜面に設けるガス
吹出ノズルは、水平方向よりも下向きにガスを吹出すよ
うに設定されるので、流動層炉の操業を停止し、流動状
態となっていた処理粉体が堆積しても、処理粉体はノズ
ル内には侵入しない。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の上方から見た断
面構成を示し、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見
た断面構成を示す。円筒状の炉体２１には、ほぼ点対称
の位置に入口２２および出口２３が設けられる。入口２
２からは処理粉体として、たとえば鉄鉱石が装入され
る。鉄鉱石中のヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃）は出口２３まで
移動する間に、メタン（ＣＨ₄）や一酸化炭素（ＣＯ）
などを含む反応ガスによって炭化され、セメンタイト
（Ｆｅ₃Ｃ）などのアイアンカーバイドが生成される。
この反応は、固体と気体との間の反応であり、比較的反
応速度が遅い。このような反応速度の遅い気体・固体間
の反応プロセスを充分に進行させるため、炉体２１内の
流路２４が屈曲するように形成され、実質的な距離を増
大させている。このために、ガス分散板２５上には仕切
板２６が立設され、ガス分散板２５に設けられる複数の
バブリングノズル２７から噴出する噴出ガス２８によっ
て形成される流動層２９が炉体２１内の全体として均一
に混合するのを防いでいる。

【００１４】このように仕切板２６を設けると、前述の
ように、仕切板２６の一部の付根付近に処理粉体が堆積
し、流路の有効断面積を減少させることを防止するため
に、仕切板２６の基部３０には傾斜面３１を設けてガス
分散板２５の上面と連続するようにしている。傾斜面３
１の水平面に対する傾斜角度θ１は、処理粉体の安息角
θ０よりも大きくしておく。すなわち、θ１＞θ０とす
る。ガス分散板２５は、たとえば耐火物で形成し、仕切
板２６および傾斜面３１は、たとえばセラミックあるい
はステンレス鋼板で形成する。傾斜面３１には、さらに
複数のガス吹出口３２を設け、傾斜面上に堆積する処理
粉体の除去を確実に行わせる。

【００１５】同様の構成は、炉体２１の側壁の基部４０
とガス分散板２５の周縁部との間にも設けられる。すな
わち炉体２１の側壁内面とガス分散板２５の上面との間
は、処理粉体の安息角θ０よりも大きな角度θ２で水平
面に対して傾斜する傾斜面４１で連続し、傾斜面４１に
は複数のガス吹出口４２が設けられる。すなわち、θ２
＞θ０とする。

【００１６】炉体２１において、ガス分散板２５の下方
には反応ガスを一次貯留する風箱が形成され、ガス分散
板２５の上方には断面積が拡大される空塔部が設けられ
る。ガス分散板２５の下方の風箱から供給される反応ガ
スは、ガス分散板２５に設けられるバブリングノズル２
７を介してガス分散板２５の上面に吹出し、処理粉体を
流動化させる。バブリングノズル２７にはキャップ４７
がかぶせられ、反応ガスの供給を停止して流動層を形成
していた処理粉体がガス分散板２５上に堆積しても、直
接バブリングノズル２７内に侵入することがないように
している。噴出ガス２８によって形成される流動層２９
の高さは、上向きに流れる反応ガスの流速によって大略
的に決定される。仕切板２６の高さは、流動層２９の高
さよりも高くしておく。炉体２１は、流動層２９よりも
上方で断面積を増大させ、反応ガスの流速を減少させ
る。これによって、処理粉体が反応ガスとともに流出す
ることを防止する。炉体２１は、全体として密閉され、
アイアンカーバイドの生成には、６００℃程度に加熱さ
れる。

【００１７】図３および図４は、図２のＩＩＩ部および
ＩＶ部の詳細をそれぞれ示す。図３に示すように、仕切
板２６の基部３０では、仕切板２６の両側に傾斜面３１
が形成され、水平方向に対して角度α１だけ下向きに複
数のガス吹出口３２が形成される。傾斜面３１は前述の
ようにセラミックあるいはステンレス鋼板で形成され
る。この耐火物中には、ガス入口５０、ガス通路５１お
よびガスたまり５２が空間として形成される。角度α１
は０°よりも大きく、水平面に対してガス吹出口３２は
下向きとなっている。これによって傾斜面３１上に処理
粉体が堆積しても、ガス吹出口３２には侵入しない。図
４に示す炉体２１の側壁の基部４０においても、傾斜面
４１には複数のガス吹出口４２が形成され、その吹出角
度α２は０°よりも大きく、水平面に対して下向きであ
る。傾斜面４１も前述のようにセラミックあるいはステ
ンレス鋼板などによって形成される。耐火物中にはガス
入口６０、ガス通路６１およびガスたまり６２として機
能する空間が設けられる。吹出角度α１，α２は、処理
粉体の安息角θ０の１／２〜２／３程度、すなわち１／
２・θ０≦α１≦２／３・θ０、１／２・θ０≦α２≦
２／３・θ０である。

【００１８】ガス吹出口３２，４２から吹出す反応ガス
の流量は、ガス分散板２５に下方の風箱から供給される
反応ガスの流量の１０〜１５％とすることが好ましい。
流量の調整は、バブリングノズル２７とガス吹出口３
２，４２との間の断面積の比によって行うことができ
る。

【００１９】以上の実施例では、仕切板２６の基部３０
および炉体２１の側壁の基部４０、傾斜面３１，４１お
よびガス吹出口３２，４２を設けているけれども、仕切
板２６の基部３０に傾斜面３１のみを設けるだけでも堆
積防止の効果が大きい。さらに炉体２１の側壁の基部４
０に傾斜面４１を設ければ、ガス分散板２５上でバブリ
ングノズル２７が設けられている位置の付近に処理粉体
を集めることができ、流動化を促進させることができ
る。また、傾斜面３１，４１に設けるガス吹出口３２，
４２から吹出す反応ガスは、傾斜面３１，４１に堆積す
る処理粉体の確実な除去を行うばかりではなく、傾斜面
３１，４１付近での処理粉体の流動化をも行わせること
ができ、流動状態での処理粉体の反応を促進させること
ができる。

【００２０】以上の実施例では、処理粉体として鉄鉱石
を用い、アイアンカーバイドを製造する製鉄プラントに
ついて説明しているけれども、本実施例による仕切板を
有する流動層炉は化学、食品、あるいはセメントなどの
商産業分野で広く応用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、分散板上
に仕切板を立設させて実質的な流路を延長させ、仕切板
の基部に処理粉体の安息角よりも大きな傾斜を有する傾
斜面を設けて処理粉体の滞留を防ぐことができる。分散
板上から立設される仕切板の付根に処理粉体が堆積する
ことが防止されるので、処理粉体の安定な流動化の維持
と連続的な流動とを確保することができる。

【００２２】また本発明によれば、分散板周縁部と炉体
側壁基部との間も、水平面に対して処理粉体の安息角よ
り大きい角度の傾斜面で連続させ、処理粉体の堆積を防
止し、確実な流動層の形成と連続的な流路の確保とを行
うことができる。

【００２３】また本発明によれば、傾斜面には流動層を
形成するガスの一部を吹出させるノズルを設けるので、
傾斜面に堆積する処理粉体の除去を確実に行うことがで
きる。

【００２４】また本発明によれば、傾斜面に設ける吹出
ノズルの角度は、水平面よりも下向きとなるので、流動
層炉の操業を停止して分散板からのガスの噴出を停止す
る際に処理粉体が堆積しても、吹出ノズル中に侵入する
ことを防ぐことができる。これによって、侵入した処理
粉体が固まってガスの吹出しを阻止するような事態を防
ぐことができ、次の操業開始を迅速に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略的な構成を示す平面断
面図である。

【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た側面断面図
である。

【図３】図２のＩＩＩ部の詳細断面図である。

【図４】図２のＩＶ部の詳細断面図である。

【図５】従来からの仕切板を有する流動層炉の概略的な
構成を示す平面断面図である。

【図６】図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た側断面図で
ある。

【図７】炉体を細長い箱形とする場合を想定した斜視図
である。

【符号の説明】

２１ 炉体 ２２ 入口 ２３ 出口 ２４ 流路 ２５ ガス分散板 ２６ 仕切板 ２７ バブリングノズル ２８ 噴出ガス ２９ 流動層 ３０，４０ 基部 ３１，４１ 傾斜面 ３２，４２ ガス吹出口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理粉体を下方からガスを噴出して流動
   化させる分散板上に、仕切板を立設させて処理粉体の滞
   留時間を延長させる仕切板を有する流動層炉において、 仕切板の基部を、水平面に対して処理粉体の安息角より
   大きい角度の傾斜面で分散板上面に連続させることを特
   徴とする仕切板を有する流動層炉。
2. 【請求項２】 分散板周縁部と炉体側壁基部とを、水平
   面に対して処理粉体の安息角より大きい角度の傾斜面で
   連続させることを特徴とする請求項１記載の仕切板を有
   する流動層炉。
3. 【請求項３】 前記傾斜面に、前記ガスの一部を吹出さ
   せるノズルを設けることを特徴とする請求項１または２
   記載の仕切板を有する流動層炉。
4. 【請求項４】 前記ノズルは、水平方向よりも下向きに
   ガスを吹出すように設定されることを特徴とする請求項
   ３記載の仕切板を有する流動層炉。