JPH10323553A - 多孔板型流動層ガス分散器 - Google Patents

多孔板型流動層ガス分散器

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JPH10323553A
JPH10323553A JP13393397A JP13393397A JPH10323553A JP H10323553 A JPH10323553 A JP H10323553A JP 13393397 A JP13393397 A JP 13393397A JP 13393397 A JP13393397 A JP 13393397A JP H10323553 A JPH10323553 A JP H10323553A
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gas
perforated plate
fluidized bed
center
disperser
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Yoneichi Ikeda
米一 池田
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Nippon Oil Corp
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  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動層反応・処理装置におけるガス分散器に
ついて、簡単な構造により多孔板上への粉状材料の堆積
を防止し、ひいては、粉状材料とガスとの接触効率が高
い多孔板型流動層ガス分散器を提供すること。 【解決手段】 多孔板6の噴出孔7の開口比を、周縁部
から中心部に向かって増大することにより、中心部から
噴出されるガスの流量を周縁部のそれに対して増大す
る。これにより、流動層3を形成する粉状材料は中心部
で吹き上げられ、周縁部で下降する循環流を生じ、粉状
材料が多孔板6の表面に堆積することを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流動床反応・処理
装置に関し、詳細には、流動床反応・処理装置の塔内に
設置され、粉状材料を流動化し、流動層を支持するため
のガスを噴出する流動層ガス分散器に関する。
【0002】
【従来の技術】流動床反応・処理装置は、その塔内に配
置した粉状材料にガスを噴出して流動化し、粉状材料と
ガスとの接触効率を向上させるものであり、石油精製
や、粉状材料の酸化、還元、乾燥、造粒、更にはガスの
触媒反応等に広く用いられている。 係る流動床反応・
処理装置において、粉状材料を流動化するガスはガス分
散器により噴出される。このガス分散器は、通常、塔の
下部に設けられ、所定圧のガスが充填されたガス室と、
ガス室と塔とを仕切るように設置され、等間隔に配列さ
れた等孔径の孔を有する多孔板と、を備えるものであ
り、ガス室内のガスは、多孔板の各孔から塔内に噴出
し、粉状材料を流動化する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、係るガス分散器
の多孔板表面には、板方向に沿うガスの流れがほとんど
生じない。このため、各孔間上に粉状材料が堆積しやす
いという問題がある。この堆積は、粉状材料とガスとの
接触効率の低減を招き、また、過剰に堆積した場合には
流動化不良を生じる要因ともなる。そこで、係る粉状材
料の堆積を軽減するため、多孔板の形状をその中心部を
凹としたすり鉢状とする方法が提案されている。係る形
状とすることにより、粉状材料は多孔板の表面を中心部
に向かって滑り落ち易くなり、その堆積を軽減すること
ができる。しかし、この方法によっても粉状材料の堆積
は十分に防止できておらず、特に、付着性の高い粉状材
料を使用した場合にはやはり堆積を生じているのが現状
である。
【0004】他の堆積防止方法としては、上述した多孔
板の形状をすり鉢状とするのに加え、各噴出孔から噴出
されるガス圧を一律とせず、噴出孔の位置によってそれ
ぞれ異なるガス圧とすることにより、そのガス圧の差に
より板方向に沿うガスの流れを意図的に生じさせる方法
も提案されている。この方法によれば、板方向に沿うガ
スの流れが多孔板上の粉状材料を除去するので、その堆
積を軽減することができる。しかし、噴出孔のガス圧を
異なるものとするためには、ガス室を区画して各区画毎
に異なるガス圧のガスを充填する必要があり、ガス室の
構造が複雑となる。このため、装置の製造コストが過大
となると共に、熱膨張等に対する構造的耐久性も悪い。
【0005】従って、本発明の目的は、簡単な構造によ
り多孔板上への粉状材料の堆積を防止し、ひいては、粉
状材料とガスとの接触効率が高い多孔板型流動層ガス分
散器を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、定圧の
ガスが充填されるガス室と、複数のガス噴出孔を有する
多孔板と、を備えた多孔板型流動層ガス分散器におい
て、前記多孔板をその周縁部から中心部に向かって深く
なるすり鉢形状とし、かつ、前記ガス噴出孔の開孔比
を、流動層を形成する粉状材料が中心部で上昇し、周縁
部で下降する循環流を生じるように前記多孔板の周縁部
から中心部に向かって増大したことを特徴とする多孔板
型流動層ガス分散器(請求項1)が提供される。
【0007】この手段によれば、ガス噴出孔の開孔比を
多孔板の周縁部から中心部に向かって増大したので、ガ
ス室から噴出されるガスの流量は、中心部で最も大き
く、周縁部に向かって減少する。このため、流動層を形
成する粉状材料は、噴出されるガスの流量に従って、中
心部で吹き上がり、頂上部で周縁部に流れ、そのまま降
下し、多孔板の表面付近で周縁部から中心部に流れ再び
上昇する循環流となる。この結果、多孔板上の粉状材料
は循環流に流されるので、その堆積を防止することがで
きる。加えて、係る循環流を得る手段が、ガス噴出孔の
開孔比を変化させるだけであるから、構造が簡易であ
り、耐久性も従来のものより劣ることがないといった効
果を奏する。更に、粉状材料及びガスが規則的に循環す
るので、接触効率が向上し、また、塔壁や、多孔板への
粉状材料の衝突が軽減され、その摩耗、劣化を防止する
ことができるといった効果も奏する。
【0008】本発明において、前記開孔比とは、前記多
孔板の単位面積あたりの前記噴出孔の開孔面積をいう。
開口比を前記多孔板の周縁部から中心部に向かって増大
したとは、前記開口比が連続的に増大する場合の他、所
定領域単位毎に増大する場合をも含む意味である。特
に、前記噴出孔を相互に等間隔に配置する場合には、前
記開口比を前記多孔板の中心からの距離に従って区画し
た複数の領域毎に前記多孔板の周縁部から中心部に向か
って増大することが好ましい(請求項3)。
【0009】開口比を増大させるとは、具体的には、前
記多孔板における単位面積あたりの噴出孔の数を増加す
ること、噴出孔の孔径をより大きくすること、及びこれ
らを併用することの意味である。増大の割合は、少くと
も上記循環流を得るに必要な割合であることを要する。
前記粉状材料としては、処理目的に応じて流動床反応・
処理装置に通常用いられるものを使用することができる
が、本発明においては、特に付着性の高い粉状材料をも
使用することができる。また、前記ガスも処理目的に応
じて流動床反応・処理装置に通常用いられるものを使用
することができ、例えば、空気、酸素、窒素、水素、炭
化水素、スチームやこれらの混合物があり、また、これ
らに霧状とした水、重質炭化水素等を添加する場合もあ
る。前記噴出孔は、単なる孔であってもよいし、ノズル
等でもよい。前記多孔板の形状を、その周辺部から中心
部に向かって深くなるすり鉢形状としたのは、多孔板上
に堆積せんとする粉状材料を滞りなく中心部に移動させ
るためであるので、ここでいうすり鉢状とは、その目的
の範囲で、半球形、円錐形、角錐形等をも含む意味であ
る。
【0010】また、本発明においては、前記開口比がそ
の平均値αdとなる前記多孔板上の基準位置から中心部
側の任意の位置における前記開口比αdxを、
【0011】
【数3】
【0012】を満たすように設定し、前記基準位置から
周縁部側の任意の位置における前記開口比αdxを、
【0013】
【数4】
【0014】(ρf:流動層密度、ρg:ガス密度、K:
噴出孔の特性に応じた係数、g:重力加速度、H:基準
位置からの高さ、Ud:基準位置のガス噴出速度)を満
たすように設定することが好ましい(請求項2)。
【0015】上式は、以下の手順により求めたものであ
る。ガス分散器下の圧力Pbは、ガス分散器の圧力損失
△Pd、塔頂圧Pt、流動層静圧△Pfから、次のように
表せる。 Pb=△Pd+Pt+△Pf △Pf=ρf・Lf (ρf:流動層密度、Lf:流動層高さ) 但し、△Pd、△Pf、Lfは多孔板上の各位置で異なる
ので、平均値とする。
【0016】同様に、圧力損失△Pdを生ずる位置(以
下、基準点と称す。)から周縁方向に水平距離X離れた
位置におけるガス分散器の圧力損失△Pdx、流動層高さ
をLfxとすると、 Pb=△Pdx+Pt+ρf・Lfx と表せる。従って、両位置の深さの差をHとすれば、 △Pd−△Pdx=ρf・(Lfx−Lf)=ρf・H −(1) と表せる。
【0017】ここで、ガス噴出孔を同形とすれば、両位
置におけるガス噴出速度をそれぞれUd、Udxと置く
と、 △Pd=K・ρg・Ud2/2g −(2) △Pdx=K・ρg・Udx2/2g −(3) (g:重力加速度、ρg:ガス密度、K:ガス噴出孔の
特性に応じた係数)である。係数Kは、例えば、ガス噴
出孔がオリフィス状の円形の絞りの場合は約1.5であ
る。
【0018】次に、式(1)乃至(3)より、 Ud2−Udx2=2g(ρf・H/(K・ρg)) −(4) である。一方、流動層断面あたりガスを均一に流すため
の条件は、両位置における開口比をそれぞれαd、αdx
と置くと、 Udx/Ud=αd/αdx −(5) と表される。式(4)から、
【0019】
【数5】
【0020】であるから、式(5)及び(6)から、上
記条件は、
【0021】
【数6】
【0022】と表せる。
【0023】流動層の中心部が上昇し、周辺部が降下す
るような循環流を得るためには、式(7)以上に開口比
を大きく変えればよい。従って、平均開口比αdをとる
位置を上記基準点として、その位置より中心部方向に水
平距離Xの位置における開口比αdxの最適条件は、
【0024】
【数7】
【0025】であり、周縁部方向に水平距離Xの位置に
おける開口比の最適条件は、
【0026】
【数8】
【0027】である。
【0028】なお、平均開口比αdを設定するために
は、まずガス分散器の圧力損失△Pdを与え、式(2)
からガス噴出速度Udを定め、ガス空塔速度U0及びガス
噴出速度Udとの以下の関係式を用いればよい。 αd=(Td/Tr)・(Pr/Pd)・U0/Ud (Td:分散器入口温度、Tr:流動層温度、Pr:分散
器入口圧力、Pd:流動層圧力)
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る
ガス分散器1を備えた流動層燃焼装置Aの断面を略式に
表した図である。流動層燃焼装置Aは、ガス分散器1
と、ガス分散器1の上方に設けた塔2と、塔2内に設置
され、流動層3により発生した熱を吸収する熱交換器4
と、を備える。
【0030】ガス分散器1は、定圧のガスを充填したガ
ス室5と、ガス室5と塔2とを区分けするように設けた
多孔板6と、からなる。多孔板6は、中心部を凹とした
すり鉢形状であって、これを貫通する複数の噴出孔7を
有する。噴出孔7は、相互に中心間距離を等間隔に配置
され、噴出孔7の孔径は、多孔板6の中心からの距離に
従って区画した複数の領域毎に周縁部から中心部に向か
って増大するものとし、図2の多孔板6の平面図に示す
とおり、点線で囲まれた最周縁領域6aで一様に最小で
あり、同様に、中心領域6cで最大、中間領域6bでそ
れらの中間である。
【0031】係る構成において、ガス室5内のガスは、
多孔板6の各噴出孔7から塔内へ噴出し、粉状材料の流
動層3を形成する。多孔板6の中心領域6cにおける噴
出孔7の孔径は、最周縁領域6aにおける噴出孔7のそ
れよりも大であるから、各噴出孔7から噴出されるガス
の流量は、多孔板6の中心付近で多く、周縁に至るほど
少くなる。このため、流動層3は、図1の矢印で示すよ
うな中心付近で吹き上がり、周縁部で下降する一様な循
環流を生じる。この循環流は、多孔板6の表面付近にお
いては、周縁部から中心部へ向かって流れるので、多孔
板6上の粉状材料を除去し、その堆積が防止される。
【0032】
【実施例】塔径120cmの流動床反応装置に、曲率半径70c
mのすり鉢状のガス分散器を取り付け、粉状材料の流動
化実験を行った。多孔板の噴出孔はピッチ6cmで一様に
分布したものとし、その孔径は、図2の如く3分割した
領域毎に異なるものとし、最周縁領域(中心からの半
径:r>48cm)で6.5mm、中間領域(32<r<48cm)で6.8mm、中
心領域(r<32cm)で7.5mmとした。この孔径の設定は、上
述した式(8)及び(9)に基づいて設定したものである。
【0033】噴出孔から噴出されるガスとしては常温空
気を、粉状材料としては嵩密度1.00kg/m3の使用済みFCC
粒子をそれぞれ使用し、ガス空塔速度60cm/sで流動化し
た。この結果、流動床は中心部で上昇し周縁部で下降す
る循環流を生じた。また、多孔板表面には、粉状材料の
付着が認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガス分散器1を使用した流動床燃
焼装置Aの断面を略式に表した図である。
【図2】ガス分散器1を構成する多孔板6の平面図であ
る。
【符号の説明】
A 流動層燃焼装置 1 ガス分散器 2 塔 3 流動層 4 熱交換器 5 空気室 6 多孔板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定圧のガスが充填されるガス室と、複数
    のガス噴出孔を有する多孔板と、を備えた多孔板型流動
    層ガス分散器において、 前記多孔板をその周縁部から中心部に向かって深くなる
    すり鉢形状とし、かつ、 前記ガス噴出孔の開孔比を、
    流動層を形成する粉状材料が中心部で上昇し、周縁部で
    下降する循環流を生じるように前記多孔板の周縁部から
    中心部に向かって増大したことを特徴とする多孔板型流
    動層ガス分散器。
  2. 【請求項2】 前記開口比がその平均値αdとなる前記
    多孔板上の基準位置から中心部側の任意の位置における
    前記開口比αdxを、 【数1】 を満たすように設定し、前記基準位置から周縁部側の任
    意の位置における前記開口比αdxを、 【数2】 (ρf:流動層密度、ρg:ガス密度、K:噴出孔の特性
    に応じた係数、 g:重力加速度、H:基準位置からの高さ、Ud:基準
    位置のガス噴出速度)を満たすように設定したことを特
    徴とする請求項1に記載の多孔板型流動層ガス分散器。
  3. 【請求項3】 前記噴出孔を相互に等間隔に配置し、か
    つ、前記開口比を前記多孔板の中心からの距離に従って
    区画した複数の領域毎に前記多孔板の周縁部から中心部
    に向かって増大したことを特徴とする請求項1又は2に
    記載の多孔板型流動層ガス分散器。
JP13393397A 1997-05-23 1997-05-23 多孔板型流動層ガス分散器 Pending JPH10323553A (ja)

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