JPS59217794A - 熱気体を冷却し精製する方法および装置 - Google Patents

熱気体を冷却し精製する方法および装置

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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】 本発明は、スラグ粒子を含有する熱気体を冷却し精製す
る方法および装置に関する。
炭素含有物質たとえば石炭、褐炭、亜炭、ビート、石油
コークス、重質残留石油留分、およびタールサンドから
または歴青シーエルから回収される油を完全にまだは部
分的に燃焼したときに粘着性液体および／または微細な
固体スラブを含んだ熱気体が得られる。気体はオーモノ
捷たは反応器内で生じ、オーブンまたは反応器を去る際
に、通常この気体は、／３００ないし、、？　００．０
℃の温度範囲にある。この目的に対して適当な反応器は
、英国特許明細書第４／オ０１，２ｇ≠号に記載されて
いる。
熱気体は、頂端で反応器を去り、次に実質的に垂直な管
中を上方向へ流れる。部分酸化により回収された気体は
、大部分がＮ２およびＣＯからなり、さらには、Ｃｏ　
　ＣＨＨＯ、Ｎ２．　Ｈ２ＳおよびＡｒを１４１２ 含んでなり、さらに反応器からの粘着性スラグ滴および
／または粒子（燃焼されるべき炭素含有物質の無機成分
の性質および気体温度に依存する）を連行する。粘着性
粒子が粘着性を失い、滴粒が粘着性のない粒子に固化す
るような温度まで熱気体を冷却するために、０．ｊ〜、
１　ｋｇの冷く清浄な気体を熱気体に注入させるのが好
都合である。
従来の石炭ガス化プラントでは、ガス化反応器の上方に
熱交換器を設置して発生する気体を冷却するのが通常で
あった。比較°的低容量に対しては、このような装置は
、実用的でなく、Ｎ２含有およびＣＯ含有気体の高速製
造を可能とさせねばならない装置に対しては、かなりの
構造物の高さを必要とするから問題を起こす。前記形式
の装置では、しく３） だがって、反応器と熱交換器が隣接し合って配置される
のが好ましい。
適当な装置および方法が、英国特許出願第１ｒ、２０９
乙Ｚ≠号に記載されている。この場合、反応器からの熱
気体は、上方向に流れ、次に逆に下方向に流されてから
、熱交換器の下方部へと送られる。スラブ粒子は、熱気
体混合物からまだ分離されなく、気体混合物によりさら
に連行される。気体混合物は、熱交換器の底部に位置す
る流れ偏向チャンバ（ｆｌｏｗ−ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ
　ｃｈａｍｂｅｒ　）へと供給される。流れ偏向チャン
バでは、気体混合物の速度が下がる。気体混合物の速度
の減少と、偏向とに起因して、スラグ粒子の一部は、沈
降し、熱交換器の底へと落下する。流れ偏向チャンバ中
で落下するスラグ粒子は、底部から連続的または周期的
に除去されねばならない。しかしながら、まだスラグ粒
子は、取扱い困難なほど熱い。さらには、流れ偏向チャ
ン・々の底部から熱スラブ粒子を排除するのに用いられ
る弁および導管は、かなりの腐食を受ける。本発明は除
去されるべき粒子の扱い（乙） が比較的容易で、スラグ粒子の排除で用いられる弁と導
管の腐食がかなり減ぜられるようになっているスラグ粒
子含有熱気体を冷却し精製する方法を提供する。
したがって本発明は、スラブ粒子を含有する熱気体を冷
却し精製する方法において： ａ）気体混合物の速度が減ぜられ、 ｂ）減ぜられた速度を有する気体混合物の流れが偏向さ
れ、気体混合物が実質的に垂直上方向に送られてスラグ
粒子の一部がスラグ粒子からなる流動床へ落下するよう
になり、 Ｃ）冷たく清浄な再循環気体が、流動床へ導入されて、
これによりスラグが粒子を冷却しかつスラグ粒子の少な
くとも一部を流動床中に保持させるようにし、 ｄ）減ぜられた速度で実質的に垂直上方向に流れる気体
混合物が、熱の間接的交換により冷却され、一方、追加
量のスラグ粒子が流動床へと落下し、 ｅ）冷却されたスラグ粒子が、流動床の底から排出され
る、 前記各段階を含んでいることを特徴とする前記スラグ粒
子を含有する熱気体を冷却し精製する方法に関する。
本発明は、また、前記した方法を実施する装置において
、 ａ）底端に流れ偏向チャンバを含んでなる実質的に垂直
に配設した熱交換器、 ｂ）スラグ粒子を含有する熱気体のだめの供給管であっ
て、その下端が、流れ偏向チャンバの側壁に接続されて
いる供給管、 Ｃ）冷たく清浄な再循環気体のだめの供給管であって、
流れ偏向チャンバの底で流動化ディストリビュータへ連
結されている供給管、 ｄ）熱交換器の流れ偏向チャン・々の底部へ連結されて
いるスラグ粒子のための排出管、を含んでいることを特
徴とする前記スラブ粒子を含有する熱気体を冷却し精製
する装置に関する。
通常、スラグ粒子含有混合物は、下方向へと流れる。し
かしながら本発明は、下方向に流れる気体混合物に限定
されるものではない。好壕しくけ電熱気体混合物のため
の供給管の中心線は、垂直線に対し２０ないし９０°の
角度をなしている。もしこの角度をりＯｏ　　より大き
くとるなら、流れ偏向チャンバの流れは、気体により連
行されたスラグ粒子の適当な沈降に対し偏向が少なすぎ
る。前記の角度が！θ０　より小さいと、本発明の装置
の各部分（たとえば、反応器、供給管、熱交換器）が、
密集配置されすぎて、実際上の設計と操作が非常に面倒
となる。
構成上有利なため該角度はりθ０　として供給管の底端
へ適用されることが注目されよう。
供給管の主要部は、斜めに配置されてよく、たとえば、
供給管の主要部の中心線と垂線との間の角度を好ましく
はノθないし＋ｔ’　　とする。
熱気体混合物からのスラブ粒子の沈降は、気体速度を減
じ、流れを偏向させることにより生ずる。
好ましい圧力！ないし乙０パールで、３０θないし７５
００℃の温度を通常有する熱気体は、グないし、、２０
　ｍｉｓの平均線速度で下方向に流れる。ス（５；′） ラグの沈降を促進するためには、供給管から該流れ偏向
チャンバへと流れる気体混合物の速度は、まず、該流れ
偏向チャンバで減ぜられる。このことを確実にするため
、熱交換器の流れ偏向チャンバの内径は、供給管の内径
の２〜グ倍とすることが好捷しい。
気体速度の減少が、スラブの沈降を促進する。
さらには、流れの偏向も、促進効果を有している。
この効果は、偏向が増加するに従って増す。気体混合物
の流れが偏向されると、固体粒子は、そのより大きな慣
性のために気体流から追い出される。
次に固体粒子は、流動床へと落下する。
追い出し効果は、流れが、流れ偏向チャン・ぐに接線方
向で送られるときに増加し得る。遠心力は、スラグ粒子
が気体流を去り、沈降する傾向を太きくするようにする
。したがって、熱気体に対する供給管の底端は、流れ偏
向チャンバに接線方向で終端する。このことは、流れの
偏向が比較的小さいとき、たとえば供給管の底端の中心
線が垂直線に対しりθ０の角度のとき、特に有利である
。
（１０） 速度の減少と偏向とに起因して、通常はスラグ粒子含量
７〜２０重量％を有する熱気体中のスラグ含量は減ぜら
れる。減ぜられた速度で実質的に垂直に上方向に流れる
気体混合物は、好１しくは、スラグ粒子含量０．／ない
し７９重量％を有する。
上方向に流れる気体混合物は、供給管からの気体を含ん
でなるばかりではなく、流れ偏向チャンバの底部の流動
床からくる気体をも含んでなることを銘記されたい。
流動床では、熱スラグ粒子は、冷却されかつ少なくとも
部分的に流動状態に保たれる。このことが、冷たく清浄
な再循環気体を流動床へ導入する理由である。気体は、
かなり高温度を有していてもよい。それでも°′冷たい
′または冷たく″とは、熱気体の温度に対し用いである
。これは、有していなくてはならない冷却効果故に冷た
いのである。このように、異なる流動化気体による熱気
体の汚染が避けられるので、これは再循環気体である。
７ｋｇ当りのスラグ粒子に対し好ましくは０．オないし
１０ｋｇの冷たく清浄な再循環気体が、流動床に注入さ
れる。冷たく清浄な気体は、都合よくは７０〜２００℃
の温度を有している。
流動床の環境は次のように選択するニスラグ粒子が十分
冷却されるようにする；冷たく清浄な再循環気体の速度
が、流動化を起こすのに十分高いが、流れ偏向チャンバ
中の気体混合物の速度が供給管内の熱気体の速度よりは
低いように冷たく清浄な再循環気体の速度が十分に低い
ようにする。これらの条件が満たされる限り、他の環境
は、臨界的でない。よって、流動床のスラブ粒子の平均
滞留時間および床の高さは広い範囲で変化してより０冷
たく清浄な気体を流動床へ注入することにより得られる
冷却されたスラブ粒子の平均温度が２０θないし乙００
℃あるように粒子は冷却されるのが好ましい。２０θ℃
はどの温度で、粒子は容易に取扱うことができる。さら
知は、もっと冷却することは、もっと冷たい流動化気体
が必要となるので得られる気体混合物、すなわち、供給
管からの熱気体および流動床からの気体は、熱交換器を
通る過程でより冷たくなる。このことは、熱交換器での
熱の回収を減じ、全体のプロセスの熱効率にとって不利
となる。６００℃より高い温度では、熱スラグ粒子の搬
送に必要な弁または導管は、かなり侵食される。さらに
、このような温度での粒子の取扱いはかなりめんどうで
ある。
既述したように、流れ偏向チャンバ内の気体混合物は、
供給管中の熱気体よりも速度が遅い。熱気体からのスラ
グの十分な沈降を生じさせるのには、上方向に流れる気
体混合物の平均線速度は、／ないし／　５；１ｍ１ｓＯ
値を好ましくは有している。
供給管が流れ偏向チャンバに入る位置は、流動床の高さ
に対し重要である。流動床の高さが、広い範囲で変化し
てよいので該位置は、臨界的でない。供給管は、供給管
の内径の２〜７０倍、好ましくはグルｇ倍に等しい流れ
偏向チャン・９の底部からの距離に位置する個所で熱交
換器の流れ偏向チャンバの側壁へ接続されるのが好まし
い。
冷たく清浄な再循環気体は、流れ偏向チャン・ぐの底部
で流動化ディストリビュータの手段により流動床へ導入
される。慣用の流動化デイストリビュ（／３） 一タを用いることができ、たとえば焼結金属からなる多
孔板または小孔を有する多数のガス管が例示できる。好
ましくは、流動化ディストリビュータは、逆さにした二
重の切頭円錐の形状を有していて、外側の円錐が、冷く
清浄な再循環気体用の供給管へ連結されていて、内側の
円錐が、流れ偏向チャンバの底部に冷く清浄な再循環気
体を分配する開口を有している。内側の円錐の傾斜壁の
ために、スラグ粒子は、流動床から流れ偏向チャンバの
底部の出口へと容易に滑ることができる。
実質的に垂直に配設した熱交換器は、冷却液が流れる冷
却管を含み冷却されるべき気体混合物が冷却管の回りに
送られる形式であることが好ましい。
該気体混合物は、熱交換器を通る途中で冷却されてたと
えば／ｊθないし≠００℃の範囲の温度にされ、一方、
スラグ含量が、０．０りないし／とり重量−の範囲の値
とされる：なぜなら、追加量のスラグ粒子が熱交換器で
沈降するからである。
流れ偏向チャンバ中でおよび熱交換器の残りの（／≠） 部分内で落下するスラグ粒子は、流れ偏向チャン・寸の
底部で流動床へ落下する。これらの粒子は、連続的また
は周期的に底から排除されねばならない。この目的のた
め、スラグ粒子のだめの排出管が、流れ偏向チャンバの
底に接続されて、この排出管は、圧力を解放しく　ｄｅ
ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｉｎｇ　）スラグ粒子を排除するた
めの装置へ開口しているのが好捷しい。
該装置は、炭素含有物質のガス化、およびこのようにし
て生成した気体の後続する冷却と精製が実質的な大気圧
で行われるなら通常の容器からなっていてよい。しかし
ながら、ガス化および冷却と精製は、高められた圧力た
とえば！〜６０パールで行う。したがって、スラグ粒子
を除去するだめの装置は、通常、ロックシステムからな
っていてよい。冷却−精製装置に導入される熱気体／ト
ン当Ｖ、スラグ粒子１０〜２θＱ　ｋｇが、流れ偏向チ
ャンバから排出されるのが有利である。
前記した全ての手段にもかかわらず、いくらかの粒子が
、供給管、流れ偏向チャンバ、および熱交換器の内壁に
付着し得るので、畝面の冷却効果が下がり、寸だ全シス
テムを通じた通路が減ぜられる。
これらの影響は、望ましくない。したがって、該構成部
分の内壁からスラグ付着物を除去するだめの手段を、供
給管、流れ偏向チャンバおよび／または熱交換器へ連結
することが好捷しい。該手段は、各種の形式であってよ
く、たとえば音響手段、機械的手段および／″ｉ！たは
電気的手段あるいは高圧気体ノエットであってよい。し
かしながら機械的な揺動手段をこの目的のために接続す
ることが好ましい。この揺動手段の最適操作のために、
供給管および／′−または熱交換器の流れ偏向チャンバ
は、好捷しくは次のように設計する：内側にスラグ粒子
が沈着し得る前記の膜壁と、本発明に従う装置の前記構
成部分の（鋼鉄）外壁の内側に対し適当に配置した絶縁
層（該外壁は、好ましくは比較的に冷くしておく）との
間にいくらかの間隙があるようにする：なぜなら本発明
に従う方法が好ましく行われる高圧（たとえば２〜乙０
パール）により生ずる力を吸収し得なくてはならないか
らである。
以下本発明を図面を参照してさらに詳細に説明する。
スラグ粒子を含有する気体混合物は、供給管／を経て熱
交換器３の流れ偏向チャンバ（ｆｌｏｗ−ｄｅｆｌｅｃ
ｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ　）２へと入る。（熱交換器
の下部だけを示しである）。気体混合物は、冷却液が通
り抜けるととのできる薄膜壁（図示せず）の手段により
供給管／内で間接的に冷却され得る。
スラブ粒子の一部は、気体混合物から分離され、流れ偏
向チャンバ！の底部に位置する流動床グへと落下する。
冷たく清浄な流動気体が、導管７と流動化ディス）　Ｉ
Ｊピユータｊ、乙を通って流動床へと供給される。流動
化ディスｌ−’Ｊピユータは、逆さにした切頭二重円錐
からなり、外側の円錐ｊは、導管７へ接続されており、
内側の円錐乙は、流動化気体を流動床へと分配する。
冷却されたスラグ粒子は、流れ偏向チャンパノから出口
とと弁９を経て容器１０へと排除され、容器１０で圧力
が解放され（ｄｅｐｒｅａａｕｒｉｚｅｄ　）　％容器
１０からスラグ粒子は取り出される。
（／７） 流動化気体と供給管／からの気体とは熱交換器３の冷却
管（図示せず）の周囲を上方向へと流れる。上昇する気
体混合物にまだ存在するスラグ粒子の一部は、熱交換器
内で沈降し、次に流動床へと落下していく。冷却され、
部分的に精製された気体は、熱交換器３の頂部にある出
口（図示せず）を経て装置を去る。さらに冷却し、精製
してからその一部を、導管７を経て流動床へと再循環さ
せる。
例 図に概略的に示した方法では、熱気体ｉｔ’ｙ、ｏｏ。
ｋｇ／ｈ　ｒおよびスラグ／乙７ｊ乙、（Ｓ’　ｋｇ／
ｈ　ｒ　ｆ含んでなる流れ（温度７００℃）が供給管／
を経て流れ偏向チャン・’ａ２へ送られる。従ってスラ
ブ含量は、精製気体に基づく計算でＺＯ≠重量％となる
。熱気体は次の組成を有する： 容量チ Ｈ２ｊ７．３３ ＣＯ乙／、ｊ９ Ｃｏ、、　　　　　／、り乙 （７ｇ） ＣＨ４０，０／ Ｎ２　　　　　　　よ５３ Ａｒ　　　　　　　　Ｏ，９乙 Ｈ２０／、１Ｊ Ｈ２Ｓ０、Ｌ？ノ 熱気体は、乙乙／ｒｒＶ／ｓの速度を有する。
導管７を通じ、流れ偏向チャンパノの底部の流動床弘へ
２≠／乙７に９／ｈｒの流動化気体が導入される：ここ
で流動床は、スラグ≠／　２　ｊ　ｋｇを含んでなる。
流動化気体は、冷却されるべき熱気体と実質的に同じ組
成を有し、温度、！ｉ′ｏ℃である。熱交換器冷却管へ
上方向へ流れる気体混合物は、温度１．？０℃、平均速
度／、り９′ｒ１１／／８およびスラグ含量よ乙り重量
％である。このことは、流れ偏向チャンバに導入された
スラブの／７．、．２％が熱気体から分離されたことを
意味する。
熱交換器を通る過程で、気体混合物は、３６０℃に冷却
され、そのスラグ含量は、左ｊり重量上まで減少する。
熱交換器の頂部の出口から、冷却された気体／７４／乙
７ｋｌｉｌ／ｈｒとスラグ灯乙、ｒ、、２　ｋｇ／ｈｒ
が排出される。
底部では、平均温度２ｇ、２℃の微粉スラグ２　／　ｆ
　、ｒ、乙ｋｇ／ｈ　ｒ　が弁りを介して容器１０へと
排出される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従う方法が行われる装置を概略的に
示してあり、図中、補助装置、たとえばポンプ、圧縮機
、弁、清浄装置、制御装置などは省いである。 ／・・・供給管、！・・・流れ偏向チャンバ、３・・・
熱交換器、≠・・・流動床。 代理人の氏名　　川原１）−穂

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　　スラブ粒子を含有する熱気体を冷却し精製す
    る方法において： ａ）気体混合物の速度が減ぜられ、 ｂ）減ぜられた速度を有する気体混合物の流れが偏向さ
    れ、気体混合物が実質的に垂直上方向に送られてスラグ
    粒子の一部がスラグ粒子からなる流動床へ落下するよう
    になり、 Ｃ）冷〈清浄な再循環気体が、流動床へ導入されて、こ
    れによりスラブ粒子を冷却しかつスラグ粒子の少なくと
    も一部を流動床中に保持させるようにし、 ｄ）減ぜられた速度で実質的に垂直上方向に流れる気体
    混合物が、熱の間接的交換により冷却され、一方、追加
    量のスラグ粒子が流動床へと落下し、 ｅ）冷却されたスラグ粒子が、流動床の底７５λら（１
    ） 排出される、 前記各段階を含んでいることを特徴とする前記スラブ粒
    子を含有する熱気体を冷却し精製する方法。
  2. （２）　　熱気体が、平均線速度ｔ〜２０　ｔｒ１／ｓ
    で下方向へと流れることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の方法。
  3. （３）　　スラブ粒子／　ｋｇ当りに、Ｏ，オないし７
    ０ｋｇの冷く清浄な気体が流動床へ注入されることを特
    徴とする特許請求の範囲第７項または第２項のいずれか
    に記載の方法。
  4. （４）　　冷く清浄な気体が、７θないし、２００℃の
    温度を有していることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項ないし第３項のいずれかに記載の方法。
  5. （５）　　段階ｂ）で、上方向に流れる気体混合物の平
    均線速度が、／ないし／りｒｒＶ／８の値を有している
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第、　≠
    項のいずれかに記載の方法。
  6. （６）段階ｄ）で、実質的に垂直上方向に流れる気体混
    合物が、スラグ粒子含量０．　／ないし／り重量俤を有
    していることを特徴とする特許請求の範囲ｒフ） 第１項ないし第５項のいずれかに記載の方法。
  7. （７）段階ｄ）で、実質的に垂直上方に流れる気体混合
    物が間接的な熱交換により温度／３０ないし１１．００
    ℃まで冷却され、スラブ含量が０．０りないし７ｇ、９
    重量％の値１で減ぜられることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項ないし第乙項のいずれかに記載の方法。
  8. （８）特許請求の範囲第１ないし７７項のいずれかに記
    載のようにしてスラグ粒子を含有する熱気体を冷却し精
    製する装置において： ａ）底端に流れ偏向チャンバを含んでなる実質的に垂直
    に配設した熱交換器、 ｂ）スラグ粒子を含有する熱気体のだめの供給管であっ
    て、その下端が、流れ偏向チャンバの側壁に接続されて
    いる供給管、 Ｃ）冷〈清浄な再循環気体のだめの供給管であって、流
    れ偏向チャンバの底で流動化ディス）　ＩＪピユータへ
    連結されている供給管、 ｄ）熱交換器の流れ偏向チャンバの底部へ連結されてい
    るスラグ粒子のだめの排出管、を含んでいるととを特徴
    とする前記スラグ粒子を含有する熱気体を冷却し精製す
    る装置。
  9. （９）　　熱気体のだめの供給管の中心線が、垂直線に
    対し２０ないし２０°の角度となっていることを特徴と
    する特許請求の範囲第ｇ項記載の装置。 （１１熱気体のだめの供給管の底端が、流れ偏向チャン
    バへと接線方向で終るようになっていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第ｆ４だは７項に記載の装置。
JP59087983A 1983-05-04 1984-05-02 熱気体を冷却し精製する方法および装置 Granted JPS59217794A (ja)

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