JPS636449B2

JPS636449B2 -

Info

Publication number: JPS636449B2
Application number: JP53034963A
Authority: JP
Inventors: Renaado Oberugu Kaaru; Aasaa Futsudo Jooji; Hiruton Ratsuseru Rarii; Uesurii Jakua Bansu
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1978-03-28
Publication date: 1988-02-09
Also published as: CA1094612A; DE2832846A1; FR2398681A1; GB1588553A; JPS5427186A; AU3405278A; IT7848742A0; FR2398681B1; AU517772B2; IT1102474B

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、石炭処理の技術に関し、特に１つの
石炭供給管路からのインジエクタにおける多重噴
射路間に高密度の石炭層が均等に分配されてイン
ジエクタから噴射される高温度の水素による石炭
粒子の水素化のための石炭反応室に供給される石
炭の流動化の技術に関する。

Ｃ・Ｈ・Ｏ・バーグ（Berg）の一連の米国特
許第2684868号、同第2684870号、同第2684872号
は気化媒体中で固体粒子を移送するための装置を
開示している。

前記の全ての米国特許は緊密に関連しているた
め、本願発明に最も近い従来技術を説明するには
米国特許第2684870号を簡単に記述すれば十分で
あろう。この米国特許は、粒状の吸着剤は実質的
に同じ固体か・さ・密度でリフト管を経て上方向に搬
送され吸着コラムを経て下方向に搬送される。固
体のか・さ・密度が静止か・さ・密度として静止状態に
あ
る時の固体のかさ密度と実質的に同じである固体
の粒状吸着剤の垂直方向の上昇質量となるよう導
管路が維持できる事が判つた。

これは、粒子の隙間に上方向に上昇ガス流を強
制送風して吸着剤の粒子に作用する重力に打克つ
に十分な摩擦力（差圧により表示）および吸着剤
の運動床に対して作用して物体を上方に運動させ
る導管路壁面の摩擦力を確保する事により達成さ
れる。このような結果を達成するのに必要な上昇
ガスの実際速度は粒子の寸法および密度に依存
し、又圧力および温度により直接決定される上昇
ガス速度に依存する。これ等の速度は、一般にも
し吸着剤の粒子が自由に流動できる即ち上昇ガス
中で懸垂状態になるならば、吸着剤粒子の流動化
を惹起するのに十分である。

前記のバーグの全ての特許は主として連続的な
流れのループ内における固体の垂直方向の運動に
関する。更に、バーグの特許は、底部に狭い開口
を又頂部に大きな開口を有する稍々円錐形状の垂
直型コラムについて記述する。その理由は、粒子
が管内を上方向に運動させられる時コラムの閉塞
を防止するためである。このように、バーグの特
許においてはコラムの閉塞が生じ得る事が判る。

本願発明は、水平および（又は）垂直方向の供
給管による固体粒子の高密度における供給方法に
関する。又、本発明は、固体粒子の流動を確保で
きるように供給装置の出口部に直ぐ隣接してボー
ル弁を使用する。前記のバーグ特許は、垂直方向
の供給装置の管路に差圧を与える丈で流動作用を
開始する技術を開示している。本発明において
は、もし供給装置の槽部の出口部に位置する弁が
使用されず、流れが単に供給装置の槽部を加圧す
る事により開始されるならば、供給管路は常に閉
塞を生じよう。更に、バーグの特許は「スラス
ト・プレート」即ち発散状の垂直管の出口部にお
けるチヨークを使用する。本発明は供給装置管路
における高密度の物質の流れの制御にはチヨーク
を必要としない。

本発明は、第１の封止可能な入口端部と第２の
出口端部を有するフイーダ・ベツセルの組合せで
あり、弁をフイーダ・ベツセルの出口部に隣接し
て位置させ下流側のフイーダ管路の入口端部を有
する高密度の固体粒子フイーダ兼流れの分流装置
（スプリツタ）を利用する高密度流れで固体粒子
を搬送する方法を提供する。圧力入口管路はフイ
ーダ・ベツセルに接続され、フイーダ・ベツセル
は前記圧力入口管路を介して加圧され、該ベツセ
ルが固体粒子で充填された後弁を閉止位置に切換
え、ベツセルはこれにより弁の下流側のフイーダ
管路における圧力以上の圧力で封止される。第１
と第２の端部を有する分流スプリツタ・ハウジン
グはフイーダ管路の第２の端部に接続され、ハウ
ジングはこれによりマニフオールドを形成する。
このハウジングの第２の端部はこれから延長する
多数の下流側の分岐する出口フイーダ管路を有
し、各フイーダ管路は、円錐状のマニフオールド
の中心と交叉するハウジング第２端部に形成され
た一連の別個の分岐チヤンネルと連通し、円錐部
の頂部はハウジングに接続されたフイーダ管路の
出口部に対面し、この頂部は、フイーダ・ベツセ
ルに隣接する弁が開かれる時多数の出口フイーダ
管路に対する別個の分岐チヤンネルの入口端部間
に前記分流スプリツタ・ハウジングを流れる固体
粒子を均等に分配させる作用を行う。

石炭フイーダ・ビンが微細化された石炭を収容
するフイーダ・ベツセルの頂部にガスを導入する
事により加圧され、ベツセルはその底部から微粉
化された石炭を流出させるようになされた石炭フ
イーダ・システムを開示する。ボール弁又は他の
全開型弁は石炭フイーダ・ビンの底部に位置さ
れ、流入に先立つてフイーダベツセルが加圧可能
である。十分な流れを確保維持するために、フイ
ーダ・ビンとフイーダ管路下流側との間に十分な
圧力低下を生じる必要がある。弁がなければ、即
ちフイーダ・ビンとフイーダ管路間に十分な圧力
低下が生じなければ、フイーダ管路は頻繁に閉塞
する事になる。高密度の石炭粒子が石炭スプリツ
タに送られる時、石炭スプリツタから分岐する多
数の別個の石炭供給管路間に均等な分配を確保す
るためには均等な流れを必要とする。

質量平均粒度、例えば50乃至170ミクロンの粒
度を有する微粉炭を石炭供給ベツセル内に貯蔵す
る。このような平均的粒度を有する石炭は、石炭
が十分に担体ガス中に分散されて粒子同志が付着
しなければ容易に流動する事が判つた。このシス
テムを用いて、数十センチ乃至約24.40cm（数フ
イート乃至約80フイート）の管長にわたり約0.35
乃至7.03Kg／cm²（５乃至100psi）の圧力低下をフ
イーダ管内に形成して約0.05乃至4.54Kg／秒（0.1
乃至約10lbs／sec）の石炭流れ割合を得ると云う
流動テストが成功裡に行われた。小さく分割され
た石炭を搬送するのに要するガスの流れ割合は極
めて小さいことが発見された。したがつて本発明
はこの小さなガス流れを使用することにより反応
炉中に搬入されたガスを反応温度まで上昇するの
に要する熱量を減少させ、重要な経済性を大いに
発揮するという効果をもたらす。この流れ割合
は、コラムから分散される石炭の容積を差引く事
によりコラム内への容積流量から得た。この結果
は平均的にみて圧迫状態の石炭の隙間におけるガ
スのみが石炭に搬送される事を示している。

本供給システムは微粉状の石炭および若干の搬
送用ガスに用いて良好な結果を得た。テストは、
窒素、ヘリウム、炭酸ガスおよび水素等の石炭粒
子担体ガスを用いて行われた。

最大の固体密度および最少限度の固体搬送用ガ
ス量において供給装置から石炭の如き粒状物質を
搬送する事が望まれる場合には、前記のシステム
は理想的である。この供給システムは、現在微細
状石炭を１つのインジエクタ要素の液化又はガス
化リアクタ内に供給するために使用中であり、石
炭を６個の別個のインジエクタ要素に均等に分配
する石炭スプリツタ組立体と組合せて更に良好な
成果を示した。この供給システムは、加圧された
ベツセルと、加圧用ガス供給源と、供給装置に直
ぐ隣接する比較的完全に開口するボール弁を有す
る出口管路からなる。弁の下流側の管路は例えば
以下に述べる石炭スプリツタ組立体に石炭を供給
する。供給装置は、微粉状石炭の如き粒状物質で
ベツセルを充填し、出口管路内の圧力降下および
下流側の圧力により決定される圧力レベル迄加圧
し、前記物質をスプリツタ組立体に流出させるべ
くボール弁を開口する事により運転される。流動
作用が開始される時、供給装置に接して結合され
た弁および比較的稀薄な下流側の管路が本システ
ムの良好な運転のためには必須である。もし供給
装置と弁間の管路が長すぎると、粒状物質は管路
内で固まつてその流動を妨げる。然し、もし完全
に開口する弁が供給装置のベツセルに接近して結
合され下流側管路が最初から固体を全く含まなけ
れば、微粉状の石炭はそのか・さ・密度を保持しつゝ
供給装置から石炭スプリツタに向つて自由に流動
する。高密度の石炭の経常的な流れは、スプリツ
タの下流側の別個の各石炭分配管路における石炭
粒子の均等な分配のために必要である。例えば、
もし石炭スプリツタが供給装置のベツセルからの
１本の供給管から流入する石炭粒子を６個の均等
配分管路に分配するならば、これ等供給管路はそ
れぞれインジエクタ面内で終る。この６個の供給
管路の各々はインジエクタ面の下流側で熱水素の
個々の衝突流を含み、下流側の反応室内で水素化
反応が生じる。この熱水素と高密度の石炭粒子の
反応は、これ等が反応室から出る時反応生成物を
急冷する事により特定の滞留時間で制御される。
本反応については、係属中の米国特許出願第
689002号「石炭の水素化法」において詳細に記述
されている。

従つて、本発明の目的は固体粒子をそのか・さ・密
度を略々維持しつゝ比較的少量の担体ガスを用い
て閉塞する事なく分流スプリツタに流動し、供給
ビンの直ぐ下流側に迅速に開口する弁を設けて供
給ビンと供給管路間の差圧を分流スプリツタに与
える事により多数のインジエクタ要素に供給する
ための供給システムを利用する方法の提供にあ
る。

このように、供給ビンに隣接して迅速に開口す
る弁を設ける事により閉塞を生じない高密度固体
粒子フイーダ兼スプリツタ装置を提供すれば従来
技術よりも有利である。

更に従来技術より有利な別の長所は、従来技術
により教示される如き垂直方向ではなくいかなる
方向にも指向された供給管路内への固体粒子の流
動が可能である事である。

本発明は微粉状石炭に使用されるべく記述した
が、他の多くの微粉状即ち粒状の物質にも良好に
使用できるものである。

本発明の前述の目的および長所については、添
付図面に関して以下の詳細な記述を参照すれば完
全に理解されよう。

第１図において、高密度固体粒子フイーダ兼分
流スプリツタ装置１０は、石炭供給ホツパ１２、
ハウジング１４、ホツパ１２の頂部における密閉
可能蓋１６、および例えば微粉状石炭をフイーダ
底部に指向する円錐状の底部１８とからなる。例
えば、ボール弁２６をハウジング１４の截頭円錐
部１８の端部に近く隣接して設置する。ガス加圧
管路２０は、例えばGN₂、H₂又は他のガスを充
填して石炭供給ホツパ１２の内側と弁２６に連通
する下流側管路２８との間に差圧を生じた後石炭
供給ホツパ１２の内側に前記ガスを指向する事が
できる。弁２６は、供給ホツパ１２の充填中は常
時閉鎖されている。ホツパが充填されると、蓋１
６はホツパの頂部に固定されてフイーダ・ベツセ
ルを封止し、加圧ガスがその後管路２０からベツ
セルの内部に供給される。一連の圧力計２２，２
３，２４，３２を用いて前記固体粒子フイーダ装
置１０の各部における圧力を監視する事ができ
る。ボール弁２６の下流側と全体的に３４で示さ
れる石炭スプリツタの頂部との間には供給管路２
８が接続される。このスプリツタ装置は、石炭ス
プリツタ３４の底部から延在する各供給管路５２
に対して微粉状の固体粒子を均等に分配する。石
炭スプリツタの各分岐管は全体的に５４で示され
たインジエクタ装置に延び、等量の高密度石炭を
インジエクタの基部に供給する（第４図）。熱水
素供給源はインジエクタ５４の内側の管路５６に
接続され、熱水素と噴射された石炭粒子はその後
全体的に５８で示された反応室の内部で混和され
る。水素化処理された生成物は反応室の基部（図
示せず）から出て、急冷装置６０により急冷さ
れ、予め定められた短い滞留時間内で水素化反応
を停止させ、その結果得た製品は急冷装置６０の
下流側の収集タンク６２内に蓄積される。収集タ
ンク６２からの管路６４は、例えばサイクロン・
セパレータ、コンデンサ、ガス試料採取装置、等
（図示せず）に処理済の製品を搬出する。

作用においては、石炭供給ホツパ１２は例えば
70％−200メツシユの如き微粉状に粉砕された石
炭粒子で充填される。ホツパが充填された後（ボ
ール弁２６は閉鎖位置にある）、ホツパ１６の頂
部は封止され、GN₂の如きガスが石炭ホツパの
内部に対して管路２０を介して予め定められた圧
力に導入される。テストは最低0.49Kg／cm²
（7psi）ものホツパ圧力で、通常は1.41乃至7.03
Kg／cm²（20乃至100psi）のホツパ圧力で行われ、
弁２６以降の管路２８内は周囲の下流圧力で行わ
れた。ホツパ１２の内部と弁２６の下流端部から
始まる管路２８の内部の差圧によりボール弁２６
が開口される時石炭粒子を運動させる作用力が生
じる。この差圧が監視圧力計２３により確認され
た後、弁２６を開いて石炭を下流側管路２８に導
入する。石炭が管路２８を通つて流動するにつ
れ、追加の担体ガスが管路２０を通つて供給され
る。すなわち、追加の担体ガスは差圧を維持する
量だけ供給され、かくして石炭の実質的に一定な
流れを保証するという効果と目的を果す。石炭は
石炭スプリツタ３４に向つて迅速に（例えば9.5
mm＝3/8″径の管路において907Kg／ｈ＝2000lbs／
ｈ）流動し、スプリツタ３４はこの時一定速度で
流れる石炭粒子を石炭スプリツタ・ハウジング３
６の各チヤンネル４０（第２図および第３図）間
で均等にスプリツタ胴部３６の基部４１から始ま
る供給管５２を介してインジエクタ５４に向つて
運動させる。同時に、熱水素は管路５６を介して
インジエクタ５４の内部に導入され、次いでオリ
フイス８４を通つて反応室５８の内部で反応する
ようインジエクタ８０（第４図）の下方に噴射さ
れた石炭粒子と衝突する。反応生成物はその後急
冷装置により急冷されて収集ビン６２内に収集さ
れる。

ボール弁２６を遮断すると同時に、掃気管３０
が作動され、この管内では例えばGN₂が弁２６
で導入されて残留する石炭粒子を管２８内から一
掃する。この下活性ガスは以降の水素化処理の操
作の準備のため管路２８、石炭スプリツタ３４、
インジエクタ５４の通路および反応室５８の内部
を簡単に清掃する。管路３０内部にはこの管の掃
気作用を行うための開閉弁３１が設けられてい
る。

次に第２図および第３図においては石炭スプリ
ツタ装置の詳細が示され、全体的に３４で示され
る石炭スプリツタはハウジング３６を有し、溶接
等の方法により石炭供給管路２８の端部に結合さ
れている。石炭供給管路２８の端部内には室即ち
マニフオールド３８が画成されている。石炭スプ
リツタの胴部３６は略々円錐形状に形成されてい
る。多数のチヤンネル４０の各々は、各チヤンネ
ルが取付けられた供給管路２８の中心線と交叉す
るように基部４１から胴部３６に穿孔されてい
る。胴部３６の頂部に機械加工されているのは多
数の円錐状のさ・ら・も・み・部Ｂで、点Ａで個々のチ
ヤ
ンネル４０の中心線と交叉している。胴部３６の
頂部に加工された等間隔のさ・ら・も・み・部Ｂは突条
線
４４と面４６により画成される通常の樋部即ちチ
ヤンネルを形成して石炭粒子を均等に円錐状のブ
ロツク３６内の各チヤンネル間に分配する手段を
提供する。第３図においては、面４６が円錐状ブ
ロツク３６の頂部に加工された円錐状のさ・ら・も・み
・
部Ｂにより形成される事が明瞭に判る。このよう
に隣接するさ・ら・も・み・Ｂの交叉により形成される
突
条線４４は自然な分離する突条を形成して一定の
速度で流れる高密度の石炭粒子をブロツク３６の
全てのチヤンネル４０間に均等に配分し、こうし
て石炭スプリツタ３４は均等量の石炭を一定速度
で下流側の多重通路インジエクタに供給する。頂
部４２は、当然ブロツク３６の中心線において等
間隔のさ・ら・も・み・部Ｂの一致する交点により形成
さ
れる。最後のさ・ら・も・み・部が加工されると頂部４
２
が形成され、石炭スプリツタ内に入ると頂部に衝
突して各チヤンネル４０間に均等に配分される。
ブロツク３６の全頂面はさ・ら・も・み・部Ｂの加工に
よ
り形成されて石炭の閉塞を生じるおそれのある盲
縁部を残さない事が判るであろう。

次に、第４図において、胴部３６の基部４１か
ら始まる各石炭供給管路５２は、全体的に５４で
示されるインジエクタ・ハウジング迄延在する。
その最上部の端部の管路５２はブロツク３６の基
部４１のソケツト４８内に溶接される。供給管路
５２は更に、インジエクタ胴部７０の上面７２を
経てインジエクタ面８０に横断するインジエクタ
ハウジング５４の短い石炭供給スタツド７６に結
合される。熱水素供給管路５６は室７４と連通し
て石炭粒子に対する熱水素の供給源を提供する。
各石炭供給管路７６が熱水素供給源を設けられる
ように一連のオリフイス８４が衝突角度方向にイ
ンジエクタ面８０に設けられる。熱水素のための
これ等の孔の形態は、全体的に５８で示される反
応室内に必要とされる混合比率に従つて１面に２
個、３個又は４個とする事ができる。例えば１面
に２個のオリフイスの例が第４図の断面図に示さ
れる。

多重噴射部に対する固体の流れの分配値の例が
石炭燃焼実験において示されている。本用途にお
いては、燃焼室内において非常に均等な混合分布
を得るため６個の要素からなる噴射形態が必要と
される。６個の要素からなるスプリツタを用いて
各噴射要素に等しい流量を与え、この場合のガス
状反応剤は圧縮空気であつた。この供給分配方法
の他の関連する応用例は、「核」材料（粉状のカ
リウム又はセシユームの化合物）を磁気流体力学
発電機用の燃焼室内への噴射である。繰返すが、
その理由は物質を各位置において等量噴射する事
により物質を均等に配分を行う事である。

運転中、石炭は石炭管路５２を経て胴部７０内
の短いスタツド７６に送られる時、熱水素は略々
同時に供給を開始され、こうして熱水素をオリフ
イス８４を経て反応室の壁面５８により画成され
た反応マニフオールド９０に供給する。角度８６
は、石炭供給管７６の端部７７から出て来る石炭
粒子に対する熱水素の衝突地点８８を決定する。
例えば、衝突はインジエクタの表面の下方約10cm
（半インチ）の地点で生じ得る。

他のタイプのインジエクタも使用し得る事は明
らかである。例えば、石炭供給スタツド７６の
各々はインジエクタ面８０の同心開口により囲繞
されてこれにより熱水素はスタツド７６の外壁面
を通過して、係属中の米国特許出願第689002号に
教示されたインジエクタ面８０の下流側で石炭粒
子と混合するようにする事ができる。

又、多数の高密度の石炭供給源をインジエクタ
に提供する必要がある他の形態のインジエクタの
使用も可能である事も明らかであろう。

勿論、本発明の主旨から逸脱する事なくその構
造および作用における多くの変更が可能である事
は明らかであろう。このように、本発明の原理、
望ましい構成および作用モードについて記述し現
在最善と思われるものについて示したが、頭書の
特許請求の範囲内で本発明を記述した以外の方法
で実施する事ができる事を了解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は高密度固体粒子フイーダ兼分流スプリ
ツタ装置を石炭水素化法に使用した場合を示す略
図、第２図は石炭スプリツタの第１図の線２−２
に関する断面図、第３図は石炭スプリツタを示す
第２図の線３−３に関する断面図、および第４図
は本スプリツタからの別個の石炭供給管路に取付
けられた典型例の石炭水素化インジエクタ組立体
の断面図である。１０……固体粒子フイーダ兼分流スプリツタ装
置、１２……ホツパ、１４……ハウジング、１６
……蓋、１８……円錐状底部、２０……ガス加圧
管路、２２〜２４，３２……圧力計、２６……ボ
ール弁、２８……供給管路、３４……スプリツ
タ、３６……ハウジング、３８……マニフオール
ド、４０……チヤンネル、５４……インジエク
タ、５８……反応室、６０……急冷装置、６２…
…収集タンク、８０……インジエクタ面。

Claims

【特許請求の範囲】１高密度流れで固体粒子を搬送する方法におい
て、次の各段階：フイーダベツセルを固体粒子で充填し；該フイーダベツセルを封止し；下流側における供給管中の圧力を超える初期圧
力を提供する量で、圧力入口管を介して該封止さ
れたフイーダベツセルの上方部分中に担体ガスを
供給し；フイーダベツセルの下方部分を、該下流側にお
ける供給管に接続している弁を開き、かくして、
差圧と該固体粒子の隙間中のガスの、結果として
生じる膨張とにより、該固体をそれらのかさ密度
で流出させ；そして、該圧力入口管のみを介して、追加の担体ガスを
供給し、また、該ベツセルと該供給管との間に圧
力差を維持し、かつ、該固体のかさ密度で、該ベ
ツセルから、該弁および供給管を通つて該固体を
流出させる量で、追加の担体ガスを供給するこ
と、よりなることを特徴とする前記の方法。２該固体粒子は、質量平均粒度が約50から170
ミクロンまでであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の方法。３該フイーダベツセルと該下流側における供給
管との間の圧力差は、約0.49から7.03Kg／cm²の範
囲内に維持することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の方法。４該固体と担体ガスは、該ベツセルから、個体
で毎秒0.05Kgから毎秒4.54Kgの範囲内の流速で流
出することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の方法。５該固体粒子は微粉炭であることを特徴とする
特許請求の範囲第２項に記載の方法。６該フイーダベツセルと該下流側における供給
管との間の圧力差は、約0.49から7.03Kg／cm²の範
囲内に維持することを特徴とする特許請求の範囲
第５項に記載の方法。