JP2009090193A - 傾斜棚式流動層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜仕切板を用いた流動層装置において、大型化しても原料として供給した粒体による閉塞が発生しにくい流動層装置を提供する。
【解決手段】縦型に配置したタワーの内壁面一方向の基端部から当該タワーの縦中心軸方向に向けて下降傾斜しその先端部がタワーの縦中心軸を超える長さとなるように延出した第１傾斜棚と、内壁面他方向の基端部から当該タワーの縦中心軸方向に向けて下降傾斜しその先端部がタワーの縦中心軸を超える長さとなるように延出した第２傾斜棚とを交互に離間配置し、第１傾斜棚の先端部を縦方向に結ぶ線を第１直線、第２傾斜棚の先端部を縦方向に結ぶ線を第２直線としたとき、原料粒体が流動化して飛散する粒体の第１傾斜棚最上面への堆積を防止する堆積防止板を、第１直線と第２直線との間に１以上備える傾斜棚式流動層装置とする。
【選択図】図１

Description

本件発明は、気体を用いて粒体を流動化する傾斜棚式流動層装置に関する。

気固接触処理の中でも、気体を用いて粒体を流動化させ気固接触を行なう手法は、気体と固体との化学反応や、気体と固体との熱交換などを、効率よく進行させるための手段として用いられてきた。以下、当該気固接触処理に用いる気体を一括して、「処理ガス」と称する。また、気固接触処理前の粒体を「原料粒体」、気固接触処理中の粒体を「粒体」、気固接触処理済の粒体を「処理粒体」と称する。例えば、湿式亜鉛製錬の分野では、亜鉛の硫化鉱である精鉱を原料粒体とし、空気を処理ガスとして用いて流動焙焼炉で酸化培焼し、処理粒体として、希硫酸に可溶な酸化鉱である焼鉱を得ている。このように気固接触装置では、向流操作を行ない、多段式とすれば接触効率が向上することが多く、高温固体の冷却装置や、燃焼装置などにも用いられている。

そこで、非特許文献１には、複数の傾斜仕切板を備える流動移動床装置を用いて気固接触効率を研究した結果が報告されている。具体的には、粒体の供給速度（単位時間あたりの粒体供給量）、空間率と傾斜仕切板の数と処理ガスの流量とを変えて、粒体の流動状態に連動して変化する圧力損失を測定し、併せて流動状態において粒体が形成するバブルの状況と、粒体の流動状態と移動状態における粒体の移動速度とを観察している。そして、研究の結果、当該流動移動床装置の気固接触効率は、従来タイプの気固接触装置に比べ、高効率であると結論づけている。

前記非特許文献１に開示の実験装置の概略を図４に示す。前記流動移動床装置１２０を用いた実験では、原料粒体貯蔵ホッパー１２１内の原料粒体を、スクリューフィーダー１２３を用いて一定量を原料粒体供給シュート１２２経由傾斜仕切板１２８上に供給している。この供給された粒体は傾斜仕切板１２８上を伝いながら流下し、処理粒体は供給速度相当で処理粒体排出部１２４から排出される。この粒体は、傾斜仕切板から次の傾斜仕切板に流下する空間で、処理ガスにより流動化する。この処理ガスは、ブロアー１３１から処理ガス供給配管１３０を経由し、オリフィスメーター１３５で流量を確認しながらバルブ１３２で流量調整して処理ガス供給部１３３から供給され、上昇しつつ粒体を流動化した処理ガスは、処理ガス排出部１２６から排出され、処理ガス中に含まれる微細な粒体をバッグフィルター１２９で補収した後、大気中に放出されている。この実験の結果によれば、圧力損失は、処理ガス流量の増加と共に上昇する傾向にあり、前記原料粒体の供給速度、空間率の影響も受けるが僅かである。しかも、傾斜仕切板１２８の枚数は影響していない。

また、特許文献１には、不揃いの粒体で形成された粒体層に対してでも比較的容易に流動層を発生させ、且つ、粒体の塔内滞留時間をコントロールすることが出来るようにすることを目的として、原料粒体供給部を上部に、処理粒体排出部を下部にそれぞれ備えた筒状塔体を用い、当該筒状塔体内に形成された粒体層内に処理ガスを供給して粒体を流動化させて流動層を発生させる流動層発生方法が開示されている。この技術では、上記原料粒体供給部から上記処理粒体排出部に至る内部空間を部分的に仕切る下方に傾斜した仕切板を更に備えた筒状塔体を用い、原料粒体を供給して当該原料粒体供給部から上記処理粒体排出部に至る空間に上記仕切板にて曲げられた粒体層を形成し、上記仕切板より下方から上記粒体層に処理ガスを供給し、仕切板上の粒体層を流動化させて流動層を発生させるように構成している。

そして、特許文献１に開示の流動層発生方法及び流動層発生装置では、傾斜した仕切板とともに傾斜した粒体層は、その傾斜の分、処理ガスが粒体を吹き上げる方向は、粒体に作用する重力の方向とずれることになり、比較的小さい圧力の処理ガスにて粒体を流動化させることが可能となり、不揃いの粒体で形成された粒体層に対してでも比較的容易に流動層を発生させることが出来、且つ、粒体の塔内滞留時間をコントロール出来るようになること。また、原料粒体供給部から原料粒体を順次供給すると共に処理粒体排出部から処理粒体を順次排出させて上記粒体層を原料粒体供給部から処理粒体排出部に向けて移動させつつ上記流動層を発生させるようにした場合、仕切板上の粒体層を構成する粒体が連続的に変化するため、流動層にて処理ガスと接触する粒体の数を多くすることが出来ること、等が記載されている。

Ｎａｇａｔａ、Ｋｅｉｇｏ ｅｔ ａｌ；"Ｆｌｏｗ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｍｏｖｉｎｇ−Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｂｅｄ ｗｉｔｈ Ｉｎｃｌｉｎｅｄ Ｂａｆｆｌｅ Ｐｌａｔｅｓ"，Ｊ． Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ．， ３１， １０２０ − １０２４ （１９９８） 特開２００４−５７８８５号公報

上述のように、非特許文献１では、実験装置として小型の流動移動床装置を用い、スクリューフィーダーで原料粒体１１０を供給し、テーブルディスチャージャーを用いて処理粒体１１１を排出し、原料粒体１１０の供給速度と処理粒体１１１の排出速度とをほぼ同一にして実験している。しかし、工業的な規模の連続操業において、長時間原料粒体１１０の供給速度と処理粒体１１１の排出速度とを強制的にほぼ同一にすることは、原料粒体１１０の粒径分布の変動などもあり、困難である。そして、原料粒体１１０の供給速度が処理粒体１１１の排出速度を上回ると、粒体１１０が装置内に充満することになり、流動層の発生が不可能になる。一方、処理粒体１１１の粒体の排出速度が原料粒体１１０の供給速度を上回ると、テーブルディスチャージャーへ落下するシュート部から処理ガスが吹き出してしまい、安定した流動層の形成が出来ない。しかし、原料粒体の供給速度と処理粒体１１１の排出速度とのバランスを、自動制御して可能にするためには、莫大な費用を必要とする。即ち、非特許文献１に開示の装置は、工業生産用途には用いることが出来ない装置である。

これに対し、特許文献１には、図５に模式的に示すような、粒体２１０が静止状態にある粒体層が得られることが開示されている。この粒体層は、処理ガスを供給していない状態で原料粒体供給弁２２３を開放すると、原料粒体供給シュート２２２から原料粒体２１０が筒状塔体に流下してゆき、傾斜仕切板２２８上に粒体２１０が安息角をなして、蛇行した状態が連続することで得られるとしている。そして、図５に示す状態から処理ガスを供給すれば、流動化が可能であるとしている。しかし、この図５によれば、傾斜仕切板２２８の傾斜角度は、粒体の安息角よりも小さく設定されており、この傾斜仕切板上２２８上には、流動化に関与しない粒体層が存在していると推測される。

また、図５に示す状況において、原料粒体供給弁２２３を開放して処理粒体排出弁２２５を閉じたまま処理ガスを供給すると、粒体２１０が流動化し、流動化した粒体２１０の量に相当する原料粒体２１０が、原料粒体供給シュート２２２から流下する。そして、図６に示すように、粒体２１０の流動化が継続している状態では、流動化した粒体２１０は傾斜仕切板２２８ａ及び２２８ｂ上に堆積し、堆積した粒体相当量は、傾斜仕切板２２８ａ上から流下して流動化し、この流下した粒体相当量が原料粒体供給シュート２２２から供給されることが繰り返される。従って、粒体の流動化が継続している状況では、流動化して飛散した粒体２１０が、傾斜仕切板２２８ａと２２８ｂの上に堆積してゆくことになり、堆積厚さは経時的に増加する。そして、傾斜仕切板２２８ａと２２８ｂへの堆積量が増加を続けると、傾斜仕切板２２８ａと２２８ｂとの離間部への粒体２１０の流下量が、ある限界レベルに達する。この限界レベルとは、このレベルを超えると、流下して該離間部に堆積した粒体２１０は、処理ガスの圧力では流動化が出来なくなり、流動化が停止してしまうレベルなのである。

ところが、傾斜仕切板２２８ａと２２８ｂとの離間部に形成された粒体２１０の堆積層には空隙が存在するため、粒体２１０の流動化が停止しても、処理ガスの通過が停止することにはならない。そして、処理ガスが粒体２１０の堆積層が備える空隙を通過してゆくと、粒体２１０が流動化していないにもかかわらず、傾斜仕切板２２８ａ上には原料粒体供給シュート２２２から原料粒体２１０が供給される現象が見られる。その結果、傾斜仕切板２２８ａと２２８ｂとの上の粒体２１０の堆積量の増加が継続することになる。そして、この現象は、堆積層の上面が塔頂部に達して更に処理ガス流路が閉塞し、処理ガスの通過量がある下限量に至ると終焉する。

そして、前記現象は、処理粒体排出弁２２５から処理粒体２１１を排出していても、傾斜仕切板２２８ａ及び２２８ｂ上への粒体の堆積速度が処理粒体排出速度よりも勝っていれば、閉塞に至るまでの時間が長くなるだけで、閉塞を防止することは出来ない。従って、閉塞を発生させない操業条件の設定は、気固接触装置としての処理能力を十分に発揮出来ない制約の１つになってしまう。そして、粒体２１０の堆積により処理ガスの流路が閉塞する現象は、装置が大型化し、傾斜仕切板が長くなるほど顕著に発生する傾向がある。即ち、装置の大型化による処理能力の増大と閉塞現象の発生防止との両立は困難である。そして、同様の現象は非特許文献１に開示の流動移動床装置においても発生することは、装置の断面に見られる傾斜仕切板の配置から見て明らかである。

以上述べたように、傾斜仕切板式流動層発生装置は、確かに気固接触効率が良好な流動層装置である。しかし、非特許文献１に開示のデータによれば、処理ガスの供給量を増やしても、ある供給量で気固接触効率が飽和に達する傾向がある。そして、化学反応を伴う気固接触を行なうなど、気固接触時間を長く設定したい場合もある。気固接触時間を長く設定する場合には、原料粒体の供給速度と処理粒体の排出速度を遅くして、傾斜仕切板式流動層発生装置内での滞留時間を長くし、処理粒体の品質が目標範囲に入るように設定する。しかし、この操業に非特許文献１や特許文献１に開示の技術を用いると、処理ガス流路の閉塞が発生し、流動化が停止してしまうため、特に大型の装置では、所期の目的を達成することが出来ない。

上記から、大型の装置においても粒体が最上部の傾斜仕切板上に堆積せず、原料粒体の供給速度と処理粒体の排出速度を低速に設定した、滞留時間の長い処理をも安定して実施出来る気固接触装置が求められていた。

そこで、鋭意研究の結果本件発明者は、以下に示す構造を備える傾斜棚式流動層装置とすることで、上記課題を解決出来ることに想到したのである。尚、以下の記述では、本件発明で用いる傾斜仕切板を傾斜棚と称し、非特許文献１及び特許文献１に開示の流動移動床装置と流動層装置で用いている傾斜仕切板との混同を避けている。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置： 本件発明に係る傾斜棚式流動層装置は、縦型に配置したタワーの内部に、下部から排出された処理粒体見合い量の原料粒体が上部ホッパーから供給され、粒体が蛇行流下しつつガス処理されるように、当該タワー内壁面一方向の基端部から当該タワーの縦中心軸方向に向けて下降傾斜しその先端部がタワーの縦中心軸を超える長さとなるように延出した第１傾斜棚（最上部に位置する（１）〜最下部に位置する（ｎ）：但し、ｎ≧１）と、当該タワー内壁面他方向の基端部から当該タワーの縦中心軸方向に向けて下降傾斜しその先端部がタワーの縦中心軸を超える長さとなるように延出した第２傾斜棚（最上部に位置する（１）〜最下部に位置する（ｍ）：但し、ｍ≧１）とを交互に離間配置した傾斜棚式流動層装置において、当該第１傾斜棚（１〜ｎ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第１直線、当該第２傾斜棚（１〜ｍ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第２直線としたとき、粒体の流動化により飛散する粒体の第１傾斜棚（１）上への堆積を防止する堆積防止板を、当該第１直線と当該第２直線との間に１以上備えることを特徴としている。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、前記堆積防止板は、前記タワー頂部の内壁面を基端部として前記第１傾斜棚（１）に向けて略鉛直に延出し、当該第１傾斜板（１）から離間した位置にその先端部を備えるものであることも好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、前記堆積防止板の少なくとも１枚は、前記第１直線から第２直線に向う３００ｍｍの範囲内にその先端部を備えるものであることも好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、前記傾斜棚式流動層タワーの縦断面において、前記第１傾斜棚（１〜ｎ）と前記第２傾斜棚（１〜ｍ）とを構成する傾斜棚は、粒体がなす安息角よりも大きい傾斜角度を備えるものであることも好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、 前記傾斜棚式流動層タワーの縦断面において、前記第２傾斜棚（１）は、以下に示すＡ部〜Ｃ部で構成される棚であることも好ましい。

Ａ部： 前記タワー内壁面他方向の基端部から当該タワーの縦中心軸方向に向けて延出し、その傾斜角度が、前記第１傾斜棚の傾斜角度又は、前記第２傾斜棚（２〜ｍ：但しｍ≧の時）の傾斜角度よりも大きく、前記第１傾斜棚（１）上に安息角をなして形成された粒体層上面の延長線と交差する位置よりも高い位置にその先端部を備える棚。
Ｂ部： 前記Ａ部の先端部から略鉛直に延出し、前記第１傾斜棚（１）の先端部よりも低い位置にその先端部を備える棚。
Ｃ部： 前記Ｂ部の先端部から、前記第１傾斜棚の傾斜角度又は、前記第２傾斜棚を複数備える場合の当該第２傾斜棚（２〜ｍ）の傾斜角度を備えて延出し、前記第２直線上にその先端部を備える棚。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、前記第１傾斜棚（１〜ｎ）と前記第２傾斜棚（１〜ｍ）とを当該タワーの高さ方向に交互に離間配置した傾斜棚式流動層タワーと、原料粒体供給部と、処理粒体採取部と、処理ガス供給手段と処理ガス排出部とで構成される傾斜棚式流動層装置において、当該原料粒体供給部は原料粒体貯蔵ホッパーと原料粒体供給シュートとを備え、当該原料粒体供給シュートは当該傾斜棚式流動層タワーの当該第１傾斜棚（１）の基端部に接続するものであることも好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、前記第１傾斜棚及び前記第２傾斜棚は、その先端部に、流下する粒体の層厚を調整するための粒体層厚調整手段を設けたものであることも好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、前記処理ガス供給手段は、その処理ガス供給口を最下段に位置する傾斜棚の直上に設けたものであることも好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、前記処理粒体採取部は、前記傾斜棚式流動層タワーの底部から、ガス処理の終了した処理粒体を傾斜面を利用して滑落採取するものであることも好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置においては、前記処理粒体採取部は、滑落採取した処理粒体の強制排出手段を備えるものであることも好ましい。

本件発明に係る、傾斜棚を交互に離間配置した第１傾斜棚（１〜ｎ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第１直線、第２傾斜棚（１〜ｍ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第２直線とし、粒体の流動化により飛散する粒体の第１傾斜棚（１）上への堆積を防止する堆積防止板を、当該第１直線と当該第２直線との間に１以上備える傾斜棚式流動層装置を用いれば、粒体を流下させながら処理ガスで向流処理して流動化しても、最上部の傾斜棚の上に流動化した粒体が堆積して閉塞状態になることが無い。従って、安定した気固接触操作に必要な滞留時間を、粒体の良好な流動状態を維持しつつ、必要とする長さに設定して実施出来る。

図１に、本件発明に係る傾斜棚式流動層装置内で、下部から処理粒体排出しつつ原料粒体を上部ホッパーから供給し、粒体が処理ガスで流動化しつつ流下している状態を示す縦断面の概念図を示す。そして、図２には、本件発明に係る傾斜棚式流動層装置内に、粒体を自然流下させて粒体層を形成した状態を示す縦断面の概念図を示す。また、図３には、図２において、粒体層を形成する前のＡ−Ａ’断面を上側から観察した概念図を示す。以下、図１、図２及び図３に記載の構成を参照しつつ、本件発明に係る傾斜棚式流動層装置の構成と運転状態とを説明する。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置の形態： 本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０は、縦型に配置したタワーの内部に、下部から排出された処理粒体１１見合い量の原料粒体１０が上部の原料粒体供給ホッパー２１から供給され、粒体１０が蛇行流下しつつガス処理されるように、当該タワー内壁面一方向の基端部から当該タワーの縦中心軸７０方向に向けて下降傾斜し、その先端部がタワーの縦中心軸７０を超える長さとなるように延出した第１傾斜棚（２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ）と、当該タワー内壁面他方向の基端部から当該タワーの縦中心軸７０方向に向けて下降傾斜し、その先端部がタワーの縦中心軸７０を超える長さとなるように延出した第２傾斜棚（２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ）とを交互に離間配置した傾斜棚式流動層装置２０において、第１傾斜棚（２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第１直線７１、第２傾斜棚（２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第２直線７２としたとき、粒体１０の流動化により飛散する粒体の第１傾斜棚２８ａ上への堆積を防止する堆積防止板４０を、第１直線７１と第２直線７２との間に１以上備える。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０では、図１に示すように、処理粒体排出弁２５から処理粒体１１を排出し、下部から排出された処理粒体１１見合い量の原料粒体１０を原料粒体貯蔵ホッパー２１から供給し、粒体１０を傾斜棚板２８上を流下させながら、処理ガスで流動化する。そして、定常化した流動状態においては、流動化している部分を１つの泡（又は風船）として捉えると、各傾斜棚上の粒体層は、泡（風船）を介して原料粒体供給供給シュート２２から処理粒体貯蔵ホッパー６０まで安息角をなして繋がっている状況、即ち、図２に示す静止状態と同様の状態であるとみなせることが理解しやすい。そして、処理ガスを供給せずに、図２の静止状態から処理粒体貯蔵ホッパー６０内にある処理粒体１１の排出操作を行なうと、各傾斜棚上の粒体層は自然流下してゆき、排出した処理粒体量に応じた原料粒体１０が、原料粒体貯蔵ホッパー２１から原料粒体供給シュート２２経由第１傾斜棚２８ａ上に供給される。そして、処理粒体１１の排出を停止すると、原料粒体１０の供給も停止する。

従って、処理ガスを供給している流動状態であっても、第１傾斜棚２８ｇ上の粒体１０が構成する粒体層が処理粒体貯蔵ホッパー６０内の処理粒体１１に繋がっており、前記排出量相当分が第１傾斜棚２８ｇ上から処理粒体貯蔵ホッパー６０に流下する。更に、この処理粒体貯蔵ホッパー６０に流下した処理粒体１１の量に応じた粒体１０が、各傾斜棚に粒体層を形成しつつ順次流下してゆく。そして、処理粒体１１の排出量見合いの原料粒体１０が、原料粒体貯蔵ホッパー２１から原料粒体供給シュート２２経由第１傾斜棚２８ａ上に供給される。

しかし、処理ガスを吹き込んで粒体１０を流動化させている連続処理において、単位時間あたりの処理粒体１１の排出速度が粒体１０の流下速度を上回ると、処理粒体採取部２４の内部に空隙が形成され、処理ガスが吹き出してしまう。従って、処理粒体貯蔵ホッパー６０から処理粒体１１を排出する速度は、傾斜棚２８から流下する粒体１０の速度よりも小さくして、原料粒体１０の供給速度を処理粒体１１の排出速度見合いとする。このようにすれば、本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０では、流動状態であっても、各傾斜棚上を流下する粒体１０の流下速度は、処理粒体１１の排出速度で管理することが可能になって安定化する。即ち、処理粒体１１の排出速度で精度良く気固接触時間を調整出来る。そして、流動状態が気固接触効率の支配要因であることを考えると、傾斜棚２８の延出長さは短くし、傾斜棚２８の幅を広くすれば、装置の設置面積あたりの処理能力を大きく出来る。

前述のように、図１に示す運転状態では、第１傾斜棚２８ａの先端部と第２傾斜棚２８ｂとの隙間で流動化した粒体１０は、両方の傾斜棚上に落下する。このとき、堆積防止板４０は、第１傾斜棚２８ａの基端部側への粒体１０の堆積を防止する。更に、追加の堆積防止板を第２直線７２側や第２直線７２と当該第１傾斜棚２８ａの基端部との間に設置すると、より大きな効果が得られる場合がある。しかし、具体的に設置すべき堆積防止板４０の大きさ、第１傾斜棚２８ａとの間隔や設置位置等は、流動層タワーの大きさ、第１傾斜棚２８ａの傾斜角や、粒体１０の特性などの影響を受けるため、推奨仕様を限定することは困難である。従って、実装置で実際に処理する粒体１０を用いた実験を行ない、各装備の配置や大きさ等の仕様を微調整しながら決定することが好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、堆積防止板４０は、前記タワー頂部の内壁面を基端部として第１傾斜棚２８ａに向けて略鉛直に延出し、第１傾斜板２８ａから離間した位置にその先端部が位置する。堆積防止板４０は、その配置と離間距離を好適に設定すれば、図１に示す流動化状態においても、各傾斜棚上の粒体層厚さの変動が小さくなり、処理粒体１１の排出速度で精度良く気固接触時間を調整出来る。しかし、堆積防止板４０と第１傾斜板２８ａとの離間距離が大きすぎると、第１傾斜板２８ａ上への粒体１０の堆積が多くなり、処理粒体１１の排出速度に対する粒体１０の流下速度のバラツキが大きくなってしまう。従って、最適な前記離間距離は、原料粒体１０の特性や、第１傾斜棚２８ａの傾斜角度と処理ガス圧力などを勘案して調整する必要がある。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、前記堆積防止板４０の少なくとも１枚４０ｂは、前記第１直線７１から第２直線７２に向う３００ｍｍの範囲内にその先端部を備えるものであることも好ましい。前述のように、流動層タワーの断面積が大きく、傾斜棚が大きくなるほど、第１傾斜棚２８ａ上に堆積する粒体量は多くなる。このとき、堆積防止板４０ｂの位置は、第１直線７１寄りに設置するほど堆積防止効果が大きく好ましい。しかし、堆積防止板４０ｂを第１直線７１に一致させて配置すると、第１傾斜棚２８ａとの離間距離が変動する可能性があり、粒体１０の流下速度にバラツキが生じる場合がある。また、断面幅が１５０ｍｍ程度の実験設備では、第１傾斜棚２８ａ上への粒体１０の堆積に起因する閉塞は観察されない。従って、粒体１０の流動性の変動をも考慮すると、堆積防止板４０ｂの先端部の位置は、第１直線７１から前記第２直線７２に向う５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲とすることが好ましい。しかし、原料粒体１０の特性や、第１傾斜棚２８ａの傾斜角度と処理ガス圧力などを勘案し、実験などによって最適配置に調整するのが最善であることは言うまでも無い。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、傾斜棚式流動層タワーの縦断面において、第１傾斜棚（２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ）と第２傾斜棚（２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ）とを構成する傾斜棚２８は、粒体１０がなす安息角よりも大きい傾斜角度を備える。特許文献１が開示しているように、傾斜棚２８の傾斜角度が、粒体１０がなす安息角よりも小さいと、処理ガスを用いて原料粒体１０を流動化したときに、傾斜棚２８の基端部側には流下しない粒体層が形成される。その結果、この粒体層内の粒体１０は流動化することが出来ず、気固接触の対象とはならない。従って、傾斜棚式流動装置２０を熱交換を目的として用いるのであれば若干の熱交換効率の低下で済むが、反応装置として用いる場合には、反応の完結レベルが異なる処理粒体１１が混入しうることになり、結果として得られる製品の品質が大きくばらついてしまう。

一方、傾斜棚２８の傾斜角度が大きすぎると、傾斜棚に安息角をもって存在する粒体層の厚さが大きくなる。すると、第１傾斜棚と第２傾斜棚とで形成される前記隙間部分に流下する粒体１０の量が多くなり、流動化するための処理ガスの圧力損失が大きくなるため好ましくない。以上の観点から、傾斜棚２８の傾斜角度は、粒体１０がなす安息角と流下速度、設計上必要な気固接触時間とを勘案して設定することが好ましい。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、傾斜棚式流動層タワーの縦断面において、第２傾斜棚２８ｂは、以下に示す２８ｂＡ〜２８ｂＣで構成される棚である。以下、各構成要素について個別に説明する。

２８ｂＡは、タワー内壁面他方向の基端部から当該タワーの縦中心軸７０方向に向けて延出し、その傾斜角度が第１傾斜棚（２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ）の傾斜角度又は、第２傾斜棚（２８ｃ、２８ｆ）の傾斜角度よりも大きく、第１傾斜棚（１）上に安息角をなして形成された粒体層上面の延長線と交差する位置よりも高い位置にその先端部を備える棚である。先ず、２８ｂＡの傾斜角度であるが、その他の傾斜棚よりも急角度に設定している。急角度に設定すれば、粒体１０の流動化により飛散した粒体が２８ｂＡ上に落下しても、流下しやすく堆積しにくい。従って、第１傾斜棚２８ａ上への粒体１０の堆積との相互作用により発生する、閉塞に至るような粒体１０の堆積を防止出来る。そして、２８ｂＡの先端部は、第１傾斜棚２８ａの上に安息角をなして形成された粒体層表面の延長線上よりも上に位置している。即ち、第１傾斜棚２８ａ上に存在する粒体層から粒体１０が流下しても、２８ｂＡの上に流下することが無い。この点からも、２８ｂＡの上には粒体１０が堆積することが無い。このときの２８ｂＡの傾斜角度の上限は、鉛直としない程度の常識の範囲に設定出来る。しかし、２８ｂＡの先端部と第１傾斜棚２８ａの先端部とで形成される隙間において、粒体１０を安定して流動化出来る処理ガス流速が得られるように設定することが好ましい。

２８ｂＢは、２８ｂＡの先端部から略鉛直に延出し、第１傾斜棚２８ａの先端部よりも低い位置にその先端部を備える棚である。２８ｂＢは、第１傾斜棚２８ａから流下する粒体１０を、後述する第２傾斜棚２８ｂＣに誘導する。また、２８ｂＢを通過する処理ガスは、この間をほぼ一定流速で通過してゆくため、粒体１０の流動化を安定させる。そして、２８ｂＢの長さは２８ｂＡの先端部の設定と、後述する２８ｂＣの配置から自ずと決まってくる。

２８ｂＣは、２８ｂＢの先端部から、第１傾斜棚（２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ）の傾斜角度又は、第２傾斜棚（２８ｄ、２８ｆ）の傾斜角度と略同一の傾斜角度をもって延出し、第２直線７２上にその先端部を備える棚である。２８ｂＣは、粒体１０を前記２８ｂＡと２８ｂＢから第１傾斜棚２８ｃに誘導する機能と、その先端部で粒体１０を流動化させる機能とを有する。従って、長さを除く基本的な仕様設定は、第２傾斜棚（２８ｄ、２８ｆ）と共通で良い。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、第１傾斜棚（２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ）と第２傾斜棚（２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ）とをタワーの高さ方向に交互に離間配置した傾斜棚式流動層タワーと、原料粒体供給部と、処理粒体採取部２４と、処理ガス供給手段と処理ガス排出部２６とで構成される傾斜棚式流動層装置２０において、原料粒体供給部は原料粒体貯蔵ホッパー２１と原料粒体供給シュート２２とを備え、原料粒体供給シュート２２は傾斜棚式流動層タワーの第１傾斜棚２８ａの基端部に接続しているものであることも好ましい。

このとき、原料粒体貯蔵ホッパー２１の底面が原料粒体供給シュート２２として機能し、原料粒体供給シュート２２が傾斜を備えていることも好ましい。図１及び図２に示すように、原料粒体供給シュート２２が傾斜を備えれば、原料粒体１０を原料粒体貯蔵ホッパー２１に投入する際に加わる力の方向が分散され、原料粒体貯蔵ホッパー２１の底面が直接受ける機械的なダメージが小さくなる。その結果、原料粒体供給シュート２２面に凹凸が形成されてしまうなどの損傷を受けず、原料粒体の流下がスムーズになると同時に設備寿命も長くなる。そして、原料粒体供給シュート２２と流動層タワーの前記第１傾斜棚２８ａとが略同一の傾斜角度を備えていれば、原料粒体１０の流下が安定する。また、原料粒体供給シュート２２や傾斜棚２８は、原料粒体１０や粒体１０の流下方向を安定化させる整流ガイドを、それぞれの上面に備えるものとしても良い。

一方、原料粒体１０の凝集性が小さい場合には、原料粒体貯蔵ホッパー２１の底部を前記第１傾斜棚２８ａの基端部よりも低い位置とした原料粒体溜りを設け、原料粒体１０の投入時に原料粒体１０が原料粒体貯蔵ホッパー２１に与えるショックを吸収する緩衝部として機能させることも出来る。凝集性が小さい原料粒体１０であれば、原料粒体１０自身がなす安息角に沿って第１傾斜棚２８ａ上に流下してゆくため、原料粒体供給シュート２２の傾斜角度の影響を受けない。このように原料粒体貯蔵ホッパー２１の底面を水平にした場合の原料粒体貯蔵ホッパー２１には構造上大きな強度が必要になるが、原料粒体貯蔵ホッパー２１の重心部分が流動層タワーの外壁の外側に存在するため、必要な強度を与える設計と施工は容易である。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、第１傾斜棚（２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ）及び第２傾斜棚（２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ）は、その先端部に、粒体１０が流下しつつ形成する粒体層の厚さを調整するための、粒体層厚調整手段５０ａ〜５０ｆを設けたものである。図３に、図１において、静止状態の粒体層をを形成する前のＡ−Ａ’断面を上側から観察した概念図を示す。図３では、断面が円形の例と方形の例とを示しているが、断面形状には特段の指定は無い。しかし、方形断面とすれば、装置製作が容易であり、傾斜棚の長さと幅との比率等を任意に設計出来るためより好ましい。

そして、粒体１０の流下速度は、自身がなす安息角と傾斜棚の傾斜角との差の影響も受ける。粒体１０がなす安息角と傾斜棚の傾斜角との差が影響して粒体１０の流下が多くなったり、流路の幅方向に流下量のバラツキが大きくなる場合には、傾斜棚先端部の下部に粒体層厚調整手段５０を設ければ、粒体１０の流下速度を制御出来る。粒体１０の流下速度を制御すれば、粒体１０の流動化を安定化出来る。同時に、流体層厚調整手段５０の下部を通過する処理ガスの流速が上昇するため、粒体１０は流動化しやすくなる。しかし、粒体層厚調整手段５０は、全ての傾斜棚に設置する必要は無く、設置効果が得られる傾斜棚の必要部分に限定して設置すれば良い。また、粒体層厚調整手段５０の断面形状や材質には特に限定は無く、板、棒、管又はこれらを櫛形状にして用いることも出来る。このとき、粒体１０の流下速度を抑制しすぎると、前述のように、処理粒体の排出速度が勝って処理粒体採取部２４から処理ガスが吹き出すことになる。従って、調整に際しては、処理能力とのバランスに留意する。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、処理ガス供給手段は、処理ガス発生ブロアー３１、処理ガス供給配管３０と処理ガス供給口３３とを備え、処理ガスを流動層タワーに吹き込む処理ガス供給口３３は、第１傾斜棚２８ｇの直上に設けたものとする。粒体１０を流動化させて処理する傾斜棚式流動層装置２０では、傾斜棚２８から次の傾斜棚２８に蛇行しつつ流下移動する粒体１０を、移動中に安定した処理ガス流で処理することが好ましい。しかし、特許文献２の図６では、処理ガス供給口２３３が処理粒体貯蔵ホッパー２６０と直結しており、処理ガスの流れは、粒体２１０の流下速度、処理粒体貯蔵ホッパー２６０内に貯蔵されている処理粒体２１１の量と、その積み上がった表面形状との影響を受ける。従って、最下段の傾斜仕切板２２８ｆの先端部を流れる処理ガスの、流路と流速とが不安定になる。これに対し、本件発明では、図１に示すように、最初に粒体１０を流動化させる第２傾斜棚２８ｆの下に第１傾斜棚２８ｇを設置している。このようにガス供給口３３を傾斜棚２８ｇの直上に配置すれば、傾斜棚２８ｆを流下する粒体１０を、安定して流動化させることが出来る。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、処理粒体採取部２４は、流動層タワーの底部に備える処理粒体貯蔵ホッパー６０から、ガス処理の終了した処理粒体１１を傾斜面を利用して滑落採取するものとする。図１に示すように、処理粒体貯蔵ホッパー６０に貯蔵される処理粒体１１は、傾斜棚２８ｇから流下したものであり、処理粒体１１のなす安息角をもって傾斜棚２８ｇ上の処理粒体１１と繋がっている。このとき、処理粒体採取部２４底部の傾斜角度は、処理粒体１１のなす安息角よりも大きくし、処理粒体１１を強制排出手段２５まで充満させ、処理ガスをシールしつつ流下させる。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置２０においては、処理粒体採取部２４では、滑落採取した処理粒体１１を排出するための強制排出手段２５を備える。前述のように、処理粒体貯蔵ホッパー６０底部の傾斜角度は、処理粒体１１のなす安息角よりも大きく、処理粒体排出部２４には処理粒体１１が充満している。そして、粒体１０の流動化に用いる処理ガスの流量を安定化させるためには、処理粒体排出部２４からの処理ガス及び処理粒体１１の吹き出しを防止する必要がある。即ち、流動層タワー内の処理ガス圧力を利用して処理粒体１１を排出することは好ましくない。強制排出手段２５としては、回転式フィーダーやテーブルディスチャージャーなどの排出装置を単独もしくは組み合わせて用いることが出来る。そして、強制排出手段の運転は連続である必要は無く、処理粒体貯蔵ホッパー６０内の貯蔵状態に影響が出ないレベルでの間欠運転とすることも出来る。

本件発明に係る、傾斜棚を交互に離間配置した第１傾斜棚（１〜ｎ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第１直線、第２傾斜棚（１〜ｍ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第２直線とし、粒体の流動化により飛散する粒体の第１傾斜棚（１）上への堆積を防止する堆積防止板を、第１直線と第２直線との間に１以上備える傾斜棚式流動層装置を用いれば、粒体を流下させながら処理ガスで向流処理して流動化しても、第１傾斜棚（１）上に流動化した粒体が堆積して閉塞状態になることが無い。従って、原料粒体の良好な流動状態を維持した、安定した気固接触操作を、所望時間実施出来る。従って、この傾斜棚式流動層装置は、熱交換用途に限らず、比較的重質の有機溶媒を触媒を循環使用しつつ接触させて分解する場合など、反応時間を比較的長く設定せざるを得ない気固接触操作などにも好適に用いることが出来る。また、金属製錬分野であれば、金属の酸化物とコークスなどの粉末や還元性のガスを混合状態として還元する手法等への展開も考えられる。

本件発明に係る傾斜棚式流動層装置内で粒体を処理ガスで流動化しつつ流下している状態を示す縦断面の概念図である。 本件発明に係る流動層装置内に静止状態の粒体層を形成した状態を示す縦断面の概念図である。 図２において、粒体層を形成する前のＡ−Ａ’断面を上側から観察した概念図である。 非特許文献１で用いている流動移動床装置の縦断面の概念図である。 特許文献１の流動層装置に静止状態の粒体層を形成した状態を示す縦断面の概念図である。 特許文献１の流動層装置の運転状態の一例を示す縦断面の概念図である。

符号の説明

１０、１１０、２１０ 原料粒体及び粒体
１１、１１１、２１１ 処理粒体
２０ 傾斜棚式流動層装置
１２０ 流動移動床装置
２２０ 傾斜仕切板式流動層装置
２１、１２１，２２１ 原料粒体貯蔵ホッパー
２２、１２２，２２２ 原料粒体供給シュート
１２３ スクリューフィーダー
２２３ 原料粒体供給弁
２４、１２４，２２４ 処理粒体採取部
２５、２２５ 処理粒体排出弁
２６、１２６、２２６ 処理ガス排出部
２２７ａ、２２７ｂ 調整板
２８ａ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇ 第１傾斜棚
２８ｂ、２８ｄ、２８ｆ 第２傾斜棚
２８ｂＡ〜２８ｂＣ 第２傾斜棚２８ｂを構成するＡ部〜Ｃ部
１２８，２２８ａ〜２２８ｆ 傾斜仕切板
１２９ バッグフィルター
３０、１３０，２３０ 処理ガス供給配管
３１、１３１，２３１ 処理ガスブロアー
３２、１３２，２３２ 処理ガス供給量調整バルブ
３３、１３３、２３３ 処理ガス供給口
１３５ オリフィス流量計
４０ａ、４０ｂ 堆積防止板
５０ａ〜５０ｆ 粒体層厚調整手段
６０、１６０、２６０ 処理粒体貯蔵ホッパー
７０ 流動層タワーの縦中心軸
７０’ 流動層タワーの縦中心断面線
２７０ 流動層塔の縦中心軸
７１、２７１ 第１直線
７２、２７２ 第２直線

Claims (10)

1. 縦型に配置したタワーの内部に、下部から排出された処理粒体見合い量の原料粒体が上部ホッパーから供給され、粒体が蛇行流下しつつガス処理されるように、当該タワー内壁面一方向の基端部から当該タワーの縦中心軸方向に向けて下降傾斜しその先端部がタワーの縦中心軸を超える長さとなるように延出した第１傾斜棚（最上部に位置する（１）〜最下部に位置する（ｎ）：但し、ｎ≧１）と、当該タワー内壁面他方向の基端部から当該タワーの縦中心軸方向に向けて下降傾斜しその先端部がタワーの縦中心軸を超える長さとなるように延出した第２傾斜棚（最上部に位置する（１）〜最下部に位置する（ｍ）：但し、ｍ≧１）とを交互に離間配置した傾斜棚式流動層装置において、
   当該第１傾斜棚（１〜ｎ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第１直線、当該第２傾斜棚（１〜ｍ）の先端部を縦方向に結ぶ線を第２直線としたとき、粒体の流動化により飛散する粒体の第１傾斜棚（１）上への堆積を防止する堆積防止板を、当該第１直線と当該第２直線との間に１以上備えるものであることを特徴とする傾斜棚式流動層装置。
2. 前記堆積防止板は、前記タワー頂部の内壁面を基端部として前記第１傾斜棚（１）に向けて略鉛直に延出し、当該第１傾斜板（１）から離間した位置にその先端部を備えるものである請求項１に記載の傾斜棚式流動層装置。
3. 前記堆積防止板の少なくとも１枚は、前記第１直線から第２直線に向う３００ｍｍの範囲内にその先端部を備えるものである請求項１又は請求項２に記載の傾斜棚式流動層装置。
4. 前記傾斜棚式流動層タワーの縦断面において、
   前記第１傾斜棚（１〜ｎ）と前記第２傾斜棚（１〜ｍ）とを構成する傾斜棚は、水平面となす鋭角側の傾斜角度（以下、単に「傾斜角度」と称する。）として、粒体がなす安息角よりも大きい傾斜角度を備えるものである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の傾斜棚式流動層装置。
5. 前記傾斜棚式流動層タワーの縦断面において、
   前記第２傾斜棚（１）は、以下に示すＡ部〜Ｃ部で構成される棚である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の傾斜棚式流動層装置。
   Ａ部： 前記タワー内壁面他方向の基端部から当該タワーの縦中心軸方向に向けて延出し、その傾斜角度が、前記第１傾斜棚（１〜ｎ）の傾斜角度又は、前記第２傾斜棚（２〜ｍ：但しｍ≧２の時）の傾斜角度よりも大きく、第１傾斜棚（１）上に安息角をなして形成された粒体層上面の延長線と交差する位置よりも高い位置にその先端部を備える棚。
   Ｂ部： 前記Ａ部の先端部から略鉛直に延出し、前記第１傾斜棚（１）の先端部よりも低い位置にその先端部を備える棚。
   Ｃ部： 前記Ｂ部の先端部から、前記第１傾斜棚（１〜ｎ）の傾斜角度又は、前記第２傾斜棚（２〜ｍ：但しｍ≧２の時）の傾斜角度と略同一の傾斜角度をもって延出し、前記第２直線上にその先端部を備える棚。
6. 前記第１傾斜棚（１〜ｎ）と前記第２傾斜棚（１〜ｍ）とを当該タワーの高さ方向に交互に離間配置した傾斜棚式流動層タワーと、原料粒体供給部と、処理粒体採取部と、処理ガス供給手段と処理ガス排出部とで構成される傾斜棚式流動層装置において、
   当該原料粒体供給部は原料粒体貯蔵ホッパーと原料粒体供給シュートとを備え、当該原料粒体供給シュートは当該傾斜棚式流動層タワーの当該第１傾斜棚（１）の基端部に接続するものである請求項１〜請求項５のいずれかに記載の傾斜棚式流動層装置。
7. 前記第１傾斜棚（１〜ｎ）及び前記第２傾斜棚（１〜ｍ）は、その先端部に、流下する粒体の層厚を調整するための粒体層厚調整手段を設けたものである請求項１〜請求項６のいずれかに記載の傾斜棚式流動層装置。
8. 前記処理ガス供給手段は、その処理ガス供給口を最下段に位置する傾斜棚の直上に設けたものである請求項１〜請求項７のいずれかに記載の傾斜棚式流動層装置。
9. 前記処理粒体採取部は、前記傾斜棚式流動層タワーの底部から、ガス処理の終了した処理粒体を傾斜面を利用して滑落採取するものである請求項１〜請求項８のいずれかに記載の傾斜棚式流動層装置。
10. 前記処理粒体採取部は、滑落採取した処理粒体の強制排出手段を備えるものである請求項１〜請求項９のいずれかに記載の傾斜棚式流動層装置。

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