JPH10206028A

JPH10206028A - 循環流動床のプロセスガスの処理方法およびその装置

Info

Publication number: JPH10206028A
Application number: JP9359693A
Authority: JP
Inventors: Patrick Mueller; ミューラーパトリック; Felix Koller; コーラーフェリックス
Original assignee: Von Roll Umwelttechnik AG
Current assignee: Hitachi Zosen Innova AG
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: KR19980064781A; HUP9702470A3; NO976155L; CZ422997A3; EP0851175A1; HUP9702470A2; KR100271123B1; PL324068A1; TW354363B; CZ293171B6; DE59707042D1; EP0851175B1; CA2222958A1; JP3082035B2; NO976155D0; ATE216476T1; ES2121717T1

Abstract

(57)【要約】【課題】境界層を形成することなく、循環する固体の
濃度が反応器の底から頂部に向かって減少する分布状態
を達成することができる循環流動床のプロセスガスの処
理方法およびその装置を提供する。【解決手段】プロセスガス、特に廃物燃焼から廃棄さ
れるガスは、下方のベンチュリノズルのような入口を経
て流動床に導入され、核流（Ｋ）を形成する。補助ガス
の流れ（Ｈ）は、核流（Ｋ）と同心状の環状の端縁の基
部領域から循環流動床内に導入される。流動床の底部の
端縁領域に沈んでいる流動層の固体粒子は、核流（Ｋ）
に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前文に
従う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ特許公開第３３０７８４８号は、
このタイプの方法を開示する。この方法において、可燃
性の成分を含む燃焼ガスのような、工程で発生する廃棄
ガスは、ベンチュリノズルのような充填装置を経て、循
環流動床の原理にしたがって機能する流動層反応器に供
給され、そこで二次燃焼されて浄化される。密度が明確
に急増することによって、固体を含む相がその上のガス
空間から分離される古典的な固定床とは異なり、この方
法、すなわち循環流動床の目的は、境界層を形成するこ
となく、循環する固体の濃度が反応器の底から頂部に向
かって減少する分布状態を達成することにある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】固体の濃度は循環流動
床内の底から頂部に向かって連続的に減少することが望
ましい。しかしながら、このようなことは、ベンチュリ
管のような充填装置の手段によって達成することは可能
ではなかった。固体粒子は、流動床の端縁領域の底に沈
み、底に向かって円錐形に狭くなっている流動層反応器
の最も低く最も狭い領域に溜ることが認知されていた。
これらの固体粒子は、その箇所の周辺で舞い上げられる
だけで、ほとんど循環されない。特に、例えば、フライ
アッシュのような融解した固体のように、粘着性の成分
を含むプロセスガスの処理においては、この箇所でテニ
スボ−ルの大きさにまで達する程の団塊が生じる。流動
層反応器の底部領域において固体が堆積すると、流動層
反応器の入口部に狭窄が生じ、その結果、プロセスガス
の流れが押えられて加速される。したがって、プロセス
ガスの処理のために利用できる時間は、意図されたもの
より少なくなる。固体の不均質な分布は、不適当な熱交
換を生じさせて反応器内の温度をはねあがらせることと
なる。

【０００４】さらに、公知のベンチュリ流動床の欠点
は、従来の流動床よりも固体の循環が少ないという事実
にある。

【０００５】流動層の材料のわずかな量を反応器から排
出して再循環する固体燃料を燃焼させるために開発され
た固定型流動床が米国特許第４９３４２８２号として知
られている。中央に導入される燃焼空気は別として、添
加空気は、反応器の底部に配置された複数の入口の開口
を経て下方から固体を含む相に向けて、流動床内の固体
の適度な運動だけは別として他を増加させるために吹き
込まれる。それでもなお、この流動床の場合には依然と
して、流動床底部と上部ガス空間との間で密度が急変
し、固体の小部分のみが循環されることとなる。

【０００６】本発明の目的は、底部から上部へ連続的に
減少する残留物質の粒子の浮遊密度を有する上記方法を
実行するための流動層反応器ばかりでなく、最初に述べ
た型の方法をも明記することにある。これは改良された
熱交換と一様な温度分布を導く。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本目的は、本発明による
請求項１及び１０の限定部分で特定されている特徴によ
って達成される。

【０００８】さらに本発明による上記方法の好ましい改
良や、本発明により上記方法を実行するための流動層反
応器の好ましい改良は、従属する請求項に特定されてい
る。

【０００９】プロセスガスの入口断面積を減少させ、同
時に環状の端縁の領域に同心状に補助ガスを導入するこ
とによって、流動床内でよりよく固体粒子とプロセスガ
スとが混合され、したがって、固体粒子の連続的な分布
が達成される、という驚くべきことが判った。本発明に
よれば、一定の分布がおおよその指数分布にまで最適化
される。

【００１０】本発明によれば、循環するベンチュリ流動
床内の循環状態は、ノズルと適合されるインシデント−
流れの基礎(incident-flow base)を有する従来の循環流
動床のように、達成される。固体の循環は、公知のベン
チュリ流動床と比較して、３０倍（30-fold)以上増加す
る。

【００１１】プロセスガスという用語は、産業ガス、特
にごみ焼却によって発生する排ガスを指している。本発
明によれば、このようなガス処理は、例えば、クーリン
グ(cooling) 、ドライクリーニング（ＨＣｌ、ＳＯ₂ な
どの除去）及び／または二次燃焼を含んでいる。焼却炉
から発生するプロセスガスのクーリング（クエンチン
グ;quenching）、ドライクリーニング、または二次燃焼
のために循環流動床を使用すること、及びその優位性
は、上述の独公開特許第３３０７８４８号に開示されて
いる。この場合では、プロセスガスは流動化ガスとして
使用されており、例えば、砂、吸着剤及び／または試薬
が、流動層の媒体として使用されている。しかしなが
ら、流動層の素材の一部は、少なくとも焼却炉から発生
したフライアッシュから形成されるのが好ましい。流動
層の素材は、優れた熱担体(heat carrier)であり、固体
粒子を適当に分布させ、流動層反応器内の温度分布を一
様にさせ、温度は一般的な外部の流動層冷却器(fluidiz
ed-bed cooler)を介して容易に制御可能である。

【００１２】本発明によって、更に有効に流動層を循環
させることができる。特に、本発明によれば、反応及び
熱交換はより短時間で起こり、結果として、スムーズ
に、即ち連続して固体粒子を分配させる。その結果、滞
留時間を減少させることができ、また、反応器をより小
型化できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、概略図を参照して本発明を
より詳細に説明する。図１は、本発明に係る方法を実施
するための、流動層反応器の底部部分の第１実施例を示
す中央断面図である。図２は、本発明に係る方法を実施
するための、流動層反応器の底部部分の第２実施例を示
す中央断面図である。

【００１４】図１及び図２には、流動層反応器１、１’
の底部部分のみが描かれているが、該流動層反応器は、
頂部に向かって円錐形に拡がる散気領域 (diffuser reg
ion)２を有しており、該散気領域内には、処理されるプ
ロセスガスを導入するための円筒形のダクト４が通じて
いる。核流(core stream) Ｋを形成するプロセスガス
は、円筒ダクト４を通って流動層反応器１、１’内に矢
印の方向に流れる。散気領域２は、円筒ダクト４及び該
円筒ダクトの底部に付設されているコンフューザ(confu
ser)５と共に、ベンチュリノズル(venturi-nozzle)のよ
うなプロセスガス用の入口を形成している。

【００１５】ダクト４を取り囲んでいる環状の端縁の基
部領域( annular marginal base zone) ６は、ダクト４
と散気領域の壁３との間に配置されており、散気領域２
の底部閉鎖部を形成している。

【００１６】図１に示す実施の形態では、円筒ダクト４
の出口開口８は、流動層反応器１の内部で、環状の端縁
の基部領域６に関連させて配置されている。図２に示す
ように、流動層反応器１’の他の形態では、出口開口
８’は環状の端縁の基部領域６と同一平面に配置されて
いる。

【００１７】図１によると、複数の基部開口１０（ダク
ト４に関して一様に配分されていることが望ましい）
が、ダクト４対して同心的に環状の端縁の基部領域６に
配置されており、流動層反応器１の内部に導かれた基部
開口ノズル９が環状の端縁の基部領域６に挿入されてい
る。矢印Ｈで示すような補助ガス(auxiliary-gas) の流
れが、ノズル９を経由して、好ましくは核流Ｋと平行に
出口開口９から流動層反応器１内に同心的に導入されて
いる。

【００１８】図２に示す他の形態では、補助ガスの流れ
は、ダクト４に関して同心で、かつ複数の円状に配置さ
れた基部開口１０’を経由して導入され、その結果、環
状の端縁の基部領域６に一様な基部流動化(uniform bas
e fluidization) が発生する。また、同時にノズル９及
び基部開口１０’の両方を経由して補助ガスを導入する
こともできる。補助ガスの流れは、添加ガス(additiona
l gas)、またはプロセスガスの一部または全部から形成
することができる。流動層反応器内に二次燃焼を生じさ
せる場合には、補助ガスの流れＨと一緒に酸素ガスを供
給するのが有利である。

【００１９】更に本発明を以下の実施例に基づいて説明
する。

【実施例】１０ｍｍの直径を有する１２個のランス(lan
ces)によって、補助ガスとして導入された空気は、通常
状態で５０〜２５０ｍ³ ／ｈ（通常状態で１５−７５ｍ
／ｓの出口速度に相当する）の割合で、プロセスガスの
二次燃焼のためにパイロットプラントの二次燃焼室に流
れる。通常状態で１５〜５０ｍ³ ／ｈ（通常状態で０．
０８−０．２７ｍ／ｓの流動化速度に相当する）が、基
礎となる流動化のためのさらなる補助ガス流として導入
された。二次燃焼室に入るガスの流量(the flue-gas qu
antity) は、温度１２００℃〜１６００℃で、通常状態
で８００〜１４００ｍ³ ／ｈであった。

【００２０】代表的な値は、通常状態のガスの流量は１
２００ｍ³ ／ｈであり、ランスによって導入された通常
状態で補助ガスの量が１５０ｍ³ ／ｈで温度１５００℃
であるが、必要な場合には、さらに基礎となる流動化の
ための補助ガスの量を通常状態で１５ｍ³ ／ｈとした。

【００２１】端縁の基部領域６の外径とダクト４すなわ
ち核流となる出口開口８の外径との比は、好ましくは
３：１ないし１０：８である。すでに最初に述べたよう
に、従来技術による方法にあっては、流動床の端縁の領
域における固体粒子あるいはフライアッシュは、重力や
ガスの戻り流のため再び底部に沈むということが観察さ
れていた。ダクト４の周囲の環状の端縁の基部領域６の
存在ですら、反応器の底部での固体粒子の堆積を減少さ
せる。本発明によれば、補助ガスの流れＨは、ノズル９
及び／またはベ−ス開口１０、１０’によって導入さ
れ、固体粒子が反応器の底の狭い部分に堆積するのを防
いでその周りに舞い上げる。補助ガスの流れＨは、固体
粒子に再度渦を巻かせ、それらをばらばらにし、それら
を浮遊状態にし、沈殿や固まらせることなく、核となる
流れＫにそれらを供給する。いかなる粗アッシュであっ
ても、問題なく放出することができる（粗アッシュの放
出部は１１によって示され、その放出方向は図１及び２
で矢印Ａによって示されている）。粗アッシュを放出す
ることにより、流動層反応器内の圧力低下の最適化が図
られる。誘起される通風の必要な量が少なくなることに
より、プラントのより単純な設計が可能となる。加え
て、プロセスガスの供給の変動により依存しない、より
円滑な操作が、本発明による方法によって達成される。

【００２２】本発明の方法によれば、流入する粒子の循
環と流出する粒子の循環との双方が増加する。補助ガス
により粒子を核流に良好に混合することができるため、
良好なクエンチングの効果（例えば、１６００。Ｃから
９００。Ｃへ）が生ずる。このことは、例えば、流動す
るガスを冷却するための場合等に、特に重要なことであ
る。上述したように、粒子の循環が増加することは、流
動床の冷却装置や他の目的に使用される加熱エネルギも
増加させる結果となる。

【００２３】優れたガス／固体の混合の結果、二次燃焼
の際に、その燃焼による熱が実質的に元通りに消散され
るため、高温となることが防止される。

【００２４】本発明による方法、すなわち、本発明によ
る流動層反応器の本質的な利点は、ベンチュリのような
入口により流動床内で連続して浮遊密度の散気がもたら
され、その結果として流動床内を最適に工程制御するこ
とにある。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、流動床内でよりよく固
体粒子とプロセスガスとが混合され、したがって、固体
粒子の連続的な分布が達成される。また、本発明によれ
ば、一定の分布がおおよその指数分布にまで最適化され
る。本発明によれば、更に有効に流動層を循環させるこ
とができる。特に、反応及び熱交換がより短時間で起こ
り、結果として、スムーズに、即ち連続して固体粒子を
分配させる。その結果、滞留時間を減少させることがで
き、また、反応器をより小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方法を実施するための、流動層反
応器の底部部分の第１実施例を示す中央断面図である。

【図２】本発明に係る方法を実施するための、流動層反
応器の底部部分の第２実施例を示す中央断面図である。

【符合の説明】

１，１’ 流動層反応器２散気領域３散気領域の壁４円筒状ダクト５コンフューザ６環状の端縁の基部領域９ノズル１０，１０’ 基部開口１１粗アッシュの排出Ｋ核流Ｈ補助ガスの流れ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】循環流動床内の、特に焼却廃物からの、
プロセスガスを処理する方法であって、前記プロセスガ
スをベンチュリノズルのような入口によって下方から前
記流動床内に導入し、前記プロセスガスを核流（Ｋ）と
して流動床内へ導入すると同時に、循環流動床の環状の
端縁の領域の底に沈む流動層の粒子が前記核流（Ｋ）に
供給するように、補助ガス流（Ｈ）を環状の端縁の領域
（６）に前記核流（Ｋ）と同心状に流動床内へ導入する
ことを特徴とする循環流動床内のプロセスガスの処理方
法。
【請求項２】補助ガス流（Ｈ）を核流（Ｋ）と平行に
導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】プロセスガスを少なくとも部分的に補助
ガス流として用いることを特徴とする請求項１または２
に記載の方法。
【請求項４】プロセスガス以外のガスを補助ガス流と
して用いることを特徴とする請求項１または２に記載の
方法。
【請求項５】環状の端縁の領域（６）の外形と核流
（Ｋ）の径との比率を３：１ないし１０：８とすること
を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方
法。
【請求項６】補助ガス流（Ｈ）によって環状の端縁の
領域（６）を均一な流動とし、前記環状の端縁の領域の
補助ガス（Ｈ）の平均流速を、好ましくは通常状態に換
算して０．０５ないし０．３ｍ／ｓとすることを特徴と
する請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】補助ガスの流れ（Ｈ）の速度を通常状態
に換算して１５ないし７５ｍ／ｓで導入することを特徴
とする請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】乾燥ガスを浄化すべく、試薬および／ま
たは吸着媒体を含む粒子を循環流動床に用いることを特
徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】補助ガスの流れ（Ｈ）により二次燃焼を
行わせ、該補助ガスの流れが好ましくは酸素ガスである
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の
方法。
【請求項１０】請求項１に記載した方法を行うための
流動層反応器（１，１’）であって、頂部に向かって円
錐状に拡大され円筒状ダクト（４）と共同して形成され
た散気領域（２）と、ベンチュリノズルのようなプロセ
スガスを導入するコンフューザ（５）とを有し、前記ダ
クト（４）と散気領域の壁（３）との間に環状の端縁の
基部領域（６）があり、該端縁の基部領域（６）は均等
に配設された基部開口（１０，１０’）を有し、該基部
開口（１０，１０’）は、円筒状ダクト（４）と同心状
に配置され、補助ガスの流れ（Ｈ）を導入するためのも
のであることを特徴とする流動層反応器。
【請求項１１】基部開口（１０）が補助ガスの流れ
（Ｈ）を導入するためのノズル（９）を備えたことを特
徴とする請求項１０に記載の流動層反応器。
【請求項１２】基部開口（１０’）が円筒状ダクト
（４）と同心状に複数の円上に配置されていることを特
徴とする請求項１０または１１に記載の流動層反応器。
【請求項１３】円筒状のダクト（４）が散気領域
（２）に突出していることを特徴とする請求項１０ない
し１２のいずれかに記載の流動層反応器。
【請求項１４】円筒状のダクト（４）が散気側の端縁
の基部領域（６）と隣接していることを特徴とする請求
項１０ないし１２のいずれかに記載の流動層反応器。
【請求項１５】粗アッシュの排出（１１）を散気領域
（２）の底の端縁の基部領域（６）の上方に配置したこ
とを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載
の流動層反応器。