JPH0313512B2 - - Google Patents
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Description
本発明は、流動層の加熱方法とその加熱装置に
関するものである。 粒状に粉砕されている物質を例えば垂直な塔型
の処理室内に導びき、塔と下から軸方向に流動化
ガスを噴射して粒子を分散状態に維持し、いわゆ
る流動層を形成することはよく知られている。 異相における大部分の化学反応は、このような
流動状態にある粒子の連続的な分散運動によつて
高能率に進行させることができるし、流動層が反
応用触媒粒子で構成されているガス相反応にも利
用することができる。 また例えば、カプセル化または物質の乾燥とい
つた純物理的処理にも使用することができる。 塔型の処理室内に流動層を形成しこの流動層を
高温に加熱する時は、流動層を形成するために通
常塔内下部に設けられているグリツドの材質の耐
熱性の観点から、あるいはまたしばしば繊細な構
造となりかつ非常に高い温度の流動化ガスによつ
て破損する惧れがあるという理由から、流動層内
を常に充分に高い温度にすることは不可能であ
る。 他方、塔壁を介して外部から加熱して流動層の
温度を高めようとする試みは実際的ではなく層内
部の温度分布を一様にすることもできない。 本発明は、このような情況の中にあつて、上述
のような不都合を防止し流動層を高温でかつ一様
に加熱するために、所定のプラズマ源用ガスから
プラズマをつくり、ことプラズマを少く共一方向
に向けて、好ましくは塔軸に対し放射状に流動層
中に噴射することからなる流動層の加熱方法およ
び装置に関するものである。 本発明で用いるプラズマは、高周波誘導または
電弧によつてつくられ、およそ0.5〜10バール程
度の噴射圧力で噴射されるか、必要に応じて更に
高い圧力で実施することもできる。 プラズマの噴射は、粒状物質の流動化には殆ど
影響を与えることなく行うことができ、各種ガス
噴流（流動化用ガス、プラズマ源ガスあるいは処
理物質の塔内への供給ガス）への内部浸透も効果
的に行われ、プラズマ源ガスの粒子に対する熱の
伝達は撹拌され分散している粒子の連続的な運動
があることから規則正しく効果的に実施すること
ができる。 前に述べたような従来技術における不都合、す
なわち高温に耐えられないという欠点は、プラズ
マトーチ（ここでプラズマ源ガスの分子解離が起
る）と流動層内部との領域内にプラズマが閉じ込
められるためこれが非常に高温であつても従来技
術におけるような欠点は回避される。 本発明の場合、プラズマは、常に流動層の中心
部にまで達しているが、一方塔壁や塔の下部にあ
るグリツドおよび流動化ガス供給装置はプラズマ
によつて形成されるおよそ2000ないし3000℃とい
う非常に高い温度雰囲気にはさらされておらず、
従つてこれよりかなり低温の周辺温度で操業を実
施することができるものである。 事実、ここではプラズマは、被処理物質に熱を
供給するための熱源として用いており、トーチの
加熱部材（電弧または高周波プラズマトーチ）の
熱を受けている。そのため装置の各部品は、従来
技術の範囲内で発揮する耐熱性能でまに合う程度
に加熱されるのみである。 従来方法における最良のバーナにおけるエネル
ギー効率が、約70％程度であるのに対し、本発明
による加熱方法では約95％の電気エネルギーがプ
ラズマに変換されていることが実験的に確認され
ている。 さらに、従来方法における燃焼バーナによる流
動層の加熱とは異なりプラズマ源ガスの組成を選
定することにより、必要に応じて還元性または酸
化性のプラズマとすることができ、このような特
徴を具備するプラズマを、プラズマ源ガスと流動
化ガスおよび流動層内で浮遊している物質の間で
生ずる化学反応に寄与させているのである。 なお、プラズマトーチは、そのエネルギーの特
徴（プラズマの熱担体の作用）は別としても、燃
焼バーナによる時のような有毒であるとかその他
厄介な副産物を生成することなしに搬送装置に供
給する化学材料の作用も演ずる。 物質の連続処理を行うことが可能である。 プラズマは、好ましくは塔軸に対してほゞ対称
的な３放射状方向に配置した３本のトーチによつ
て噴射され、また被処理物質の供給はトーチの出
口に近いレベルで行うこともできる。 処理済物質を排出するには、塔の頂部からまた
は流動層の下部において反応の結果得た性質（例
えば密度の増加、体積の減少、***など）に応じ
て行われる。 本発明のその他の特徴および利点は、添附図面
を参照した上で以下の実施例についての具体的説
明から明白となろう。 第１図は、本発明に基づいて構成したプラズマ
噴射による流動層の加熱装置の縦断面図であり、
第２図は第１図の−断面図である。 塔１０は、垂直となつており、円筒状をなして
いる。粒子層１１は、塔の下部で塔軸方向に設け
られた導管１２から噴射された流動化ガス（矢印
Ａ）によつて浮遊状態に保たれる。グリツド１３
が流動層を保持すると共に導管１２が閉塞される
のを防いでいる。 塔１０は、耐熱性材料１８により内部がライニ
ングされており、また塔壁特にプラズマトーチ２
０の出口の正面の壁を中心として冷却装置１６を
塔周に設置している。この冷却装置の冷媒は、一
般的には水を用いるが、当然のことながら同様の
機能を有する流体であるならばいずれも使用し得
る。 導管１２を通過する流動化用ガスは、導管１２
内にある発熱体、例えば電熱装置１７によつて予
熱を行うのが有利であろう。 塔１０は、その底部は逆円錐形ないし斗状と
しその中心先端に導管１２が連結されているよう
にし、流動化用ガスがほゞ塔軸を吹き上げるよう
に噴射される。そして従来では塔底における垂直
立ち上り対応部分内側に設けられることが普通で
あつたグリツド１３は本発明においては前記塔底
部分の導管連結部分に設けることが好ましい。 これによつて、塔軸内即ち温度の最も高いプラ
ズマの出口に流動層の大規模な対流運動を作り出
す働きをする。 塔１０は、第２図に示したように被処理物質供
給用配管１４（矢印Ｂ）および処理済物質の取出
用配管１５（矢印Ｃ）を有していても良い。 また、本発明に係る塔１０は、被処理物質を連
続的に処理することも可能であり、被処理物質
が、塔１０内で完全に消費される場合には反応固
体製品の取出しは不要であり、従つて配管１４お
よび１５は共に流動層形成のための供給用に利用
することができる。 プラズマトーチ２０は、配管２１によつてプラ
ズマ源ガスの噴射を行つている。ガス分子は、非
常に高い温度のプラズマを形成することができる
よう誘導コイル２２で形成されたおよそ１０ない
し40MHzの程度の高い周波数の電磁界によつて正
イオンと電子とに分離される。 このプラズマは、塔軸に対しての入射角およ
び被処理物質の供給方向に対しθの入射角の条件
でトーチによつて噴射されるが、これらの入射角
は流動状態にある粒子層内部に対する作業パラメ
ータの関数として変化させることができる。 プラズマの噴射方向は、好ましくは45゜〜90゜
（複数のトーチを使用する場合には、相互に妨害
し合うことを避けることが望ましいが、この妨害
はが90゜近くの時に起る）の間で構成される入
射角と30゜〜90゜の間で構成される角度θとす
る。 プラズマ噴射による流動層の加熱方法において
更に大きな熱量を得る時には、高周波誘導によら
ず、２電極間に得られる電弧によつてプラズマを
作ることができる。そしてこの場合も複数のプラ
ズマトーチ、例えば塔軸に対しては同一角度で
かつ塔軸に対して120゜の中心対称的に正しく分布
している３本とプラズマトーチを使用することも
可能である。 上に述べた如き構成からなる装置において、既
に流動化の機能のなくなつたガスあるいはガス状
反応物等は、塔１０の頂部１９から排出される。 以下では、数例の実施例を示して本発明の構成
および効果を説明する。 実施例 40MHz高周波発振器（デユール製、Socie´te´
DURR）と接続され流動層から10mmの距離にあ
り直径30mmの石英管上へ５回巻の誘導コイルを形
成したことからなるプラズマトーチを作つた。こ
の発振器は、低エネルギーの空気プラズマ（２〜
4KW）を形成することの可能なものである。 アルゴンまたは空気のプラズマが、大気圧近く
の圧力で10〜30／分の可変容量で噴射された。 流動層は、金属製金網のグリツドによつて直径
80mmの石英管内に保持され、粒子の流動化は、粒
子の大きさおよび密度で定まる流量のガスで行わ
れた。 本発明の方法および装置は、多数の物質の処理
に応用可能であり、これを用いた具体例を以下に
示すが、そのほかに物質の乾燥あるいはカプセル
化のような純物理的処理に対しても応用すること
ができる。 実施例 １ 触媒層への混合による酸化窒素の合成例 流動化ガスとして酸素または空気、プラズマ源
ガスとして窒素または窒素−酸素混合物（酸素富
化空気）、流動層は酸素、窒素反応用触媒を用い
た。 このとき、流動化およびプラズマ源ガスの流量
および組成の選定によつて、反応器中に噴射した
窒素および酸素の各々の量を最適にすることがで
きるし、またプラズマによつて加熱される場所で
の混合温度（2000ないし5000℃程度）および反応
が起こる触媒層の平均温度（1000℃程度）との間
の温度勾配を調節することもできる。 プラズマ下の触媒流動層は、従つて反応系の混
合（機械的駆動作用による）、触媒の混合および
容器内の反応性混合物質の反応を確実に行う。 より具体的に言及すると、例えば実験例に示し
た装置に対し流動化用ガス12／min、プラズマ
源ガス13／minの流量を使用すると、装置塔頂
に25／minの排出ガス量を得る（但し上記流量
は常温常圧に換算した場合の値である）。 実際に操業する場合であつて、反応器出口から
の高温ガスの還流を行うときには、流動化用ガス
を抵抗器で制御し得る例えば250Wの電気抵抗装
置により予備加熱を行う。 このとき石英管の周囲の金属容器で装置の気密
化を確実に行つている。 実際に反応を行わせるにあたつては、触媒とし
て、粒径範囲を207〜250μｍとしたアルミナ基体
上にNiO4％、WO325％を担持したものを50ｇ使
用した。 反応装置の入口および出口のガスの組成を測定
した結果を次表に示した。
関するものである。 粒状に粉砕されている物質を例えば垂直な塔型
の処理室内に導びき、塔と下から軸方向に流動化
ガスを噴射して粒子を分散状態に維持し、いわゆ
る流動層を形成することはよく知られている。 異相における大部分の化学反応は、このような
流動状態にある粒子の連続的な分散運動によつて
高能率に進行させることができるし、流動層が反
応用触媒粒子で構成されているガス相反応にも利
用することができる。 また例えば、カプセル化または物質の乾燥とい
つた純物理的処理にも使用することができる。 塔型の処理室内に流動層を形成しこの流動層を
高温に加熱する時は、流動層を形成するために通
常塔内下部に設けられているグリツドの材質の耐
熱性の観点から、あるいはまたしばしば繊細な構
造となりかつ非常に高い温度の流動化ガスによつ
て破損する惧れがあるという理由から、流動層内
を常に充分に高い温度にすることは不可能であ
る。 他方、塔壁を介して外部から加熱して流動層の
温度を高めようとする試みは実際的ではなく層内
部の温度分布を一様にすることもできない。 本発明は、このような情況の中にあつて、上述
のような不都合を防止し流動層を高温でかつ一様
に加熱するために、所定のプラズマ源用ガスから
プラズマをつくり、ことプラズマを少く共一方向
に向けて、好ましくは塔軸に対し放射状に流動層
中に噴射することからなる流動層の加熱方法およ
び装置に関するものである。 本発明で用いるプラズマは、高周波誘導または
電弧によつてつくられ、およそ0.5〜10バール程
度の噴射圧力で噴射されるか、必要に応じて更に
高い圧力で実施することもできる。 プラズマの噴射は、粒状物質の流動化には殆ど
影響を与えることなく行うことができ、各種ガス
噴流（流動化用ガス、プラズマ源ガスあるいは処
理物質の塔内への供給ガス）への内部浸透も効果
的に行われ、プラズマ源ガスの粒子に対する熱の
伝達は撹拌され分散している粒子の連続的な運動
があることから規則正しく効果的に実施すること
ができる。 前に述べたような従来技術における不都合、す
なわち高温に耐えられないという欠点は、プラズ
マトーチ（ここでプラズマ源ガスの分子解離が起
る）と流動層内部との領域内にプラズマが閉じ込
められるためこれが非常に高温であつても従来技
術におけるような欠点は回避される。 本発明の場合、プラズマは、常に流動層の中心
部にまで達しているが、一方塔壁や塔の下部にあ
るグリツドおよび流動化ガス供給装置はプラズマ
によつて形成されるおよそ2000ないし3000℃とい
う非常に高い温度雰囲気にはさらされておらず、
従つてこれよりかなり低温の周辺温度で操業を実
施することができるものである。 事実、ここではプラズマは、被処理物質に熱を
供給するための熱源として用いており、トーチの
加熱部材（電弧または高周波プラズマトーチ）の
熱を受けている。そのため装置の各部品は、従来
技術の範囲内で発揮する耐熱性能でまに合う程度
に加熱されるのみである。 従来方法における最良のバーナにおけるエネル
ギー効率が、約70％程度であるのに対し、本発明
による加熱方法では約95％の電気エネルギーがプ
ラズマに変換されていることが実験的に確認され
ている。 さらに、従来方法における燃焼バーナによる流
動層の加熱とは異なりプラズマ源ガスの組成を選
定することにより、必要に応じて還元性または酸
化性のプラズマとすることができ、このような特
徴を具備するプラズマを、プラズマ源ガスと流動
化ガスおよび流動層内で浮遊している物質の間で
生ずる化学反応に寄与させているのである。 なお、プラズマトーチは、そのエネルギーの特
徴（プラズマの熱担体の作用）は別としても、燃
焼バーナによる時のような有毒であるとかその他
厄介な副産物を生成することなしに搬送装置に供
給する化学材料の作用も演ずる。 物質の連続処理を行うことが可能である。 プラズマは、好ましくは塔軸に対してほゞ対称
的な３放射状方向に配置した３本のトーチによつ
て噴射され、また被処理物質の供給はトーチの出
口に近いレベルで行うこともできる。 処理済物質を排出するには、塔の頂部からまた
は流動層の下部において反応の結果得た性質（例
えば密度の増加、体積の減少、***など）に応じ
て行われる。 本発明のその他の特徴および利点は、添附図面
を参照した上で以下の実施例についての具体的説
明から明白となろう。 第１図は、本発明に基づいて構成したプラズマ
噴射による流動層の加熱装置の縦断面図であり、
第２図は第１図の−断面図である。 塔１０は、垂直となつており、円筒状をなして
いる。粒子層１１は、塔の下部で塔軸方向に設け
られた導管１２から噴射された流動化ガス（矢印
Ａ）によつて浮遊状態に保たれる。グリツド１３
が流動層を保持すると共に導管１２が閉塞される
のを防いでいる。 塔１０は、耐熱性材料１８により内部がライニ
ングされており、また塔壁特にプラズマトーチ２
０の出口の正面の壁を中心として冷却装置１６を
塔周に設置している。この冷却装置の冷媒は、一
般的には水を用いるが、当然のことながら同様の
機能を有する流体であるならばいずれも使用し得
る。 導管１２を通過する流動化用ガスは、導管１２
内にある発熱体、例えば電熱装置１７によつて予
熱を行うのが有利であろう。 塔１０は、その底部は逆円錐形ないし斗状と
しその中心先端に導管１２が連結されているよう
にし、流動化用ガスがほゞ塔軸を吹き上げるよう
に噴射される。そして従来では塔底における垂直
立ち上り対応部分内側に設けられることが普通で
あつたグリツド１３は本発明においては前記塔底
部分の導管連結部分に設けることが好ましい。 これによつて、塔軸内即ち温度の最も高いプラ
ズマの出口に流動層の大規模な対流運動を作り出
す働きをする。 塔１０は、第２図に示したように被処理物質供
給用配管１４（矢印Ｂ）および処理済物質の取出
用配管１５（矢印Ｃ）を有していても良い。 また、本発明に係る塔１０は、被処理物質を連
続的に処理することも可能であり、被処理物質
が、塔１０内で完全に消費される場合には反応固
体製品の取出しは不要であり、従つて配管１４お
よび１５は共に流動層形成のための供給用に利用
することができる。 プラズマトーチ２０は、配管２１によつてプラ
ズマ源ガスの噴射を行つている。ガス分子は、非
常に高い温度のプラズマを形成することができる
よう誘導コイル２２で形成されたおよそ１０ない
し40MHzの程度の高い周波数の電磁界によつて正
イオンと電子とに分離される。 このプラズマは、塔軸に対しての入射角およ
び被処理物質の供給方向に対しθの入射角の条件
でトーチによつて噴射されるが、これらの入射角
は流動状態にある粒子層内部に対する作業パラメ
ータの関数として変化させることができる。 プラズマの噴射方向は、好ましくは45゜〜90゜
（複数のトーチを使用する場合には、相互に妨害
し合うことを避けることが望ましいが、この妨害
はが90゜近くの時に起る）の間で構成される入
射角と30゜〜90゜の間で構成される角度θとす
る。 プラズマ噴射による流動層の加熱方法において
更に大きな熱量を得る時には、高周波誘導によら
ず、２電極間に得られる電弧によつてプラズマを
作ることができる。そしてこの場合も複数のプラ
ズマトーチ、例えば塔軸に対しては同一角度で
かつ塔軸に対して120゜の中心対称的に正しく分布
している３本とプラズマトーチを使用することも
可能である。 上に述べた如き構成からなる装置において、既
に流動化の機能のなくなつたガスあるいはガス状
反応物等は、塔１０の頂部１９から排出される。 以下では、数例の実施例を示して本発明の構成
および効果を説明する。 実施例 40MHz高周波発振器（デユール製、Socie´te´
DURR）と接続され流動層から10mmの距離にあ
り直径30mmの石英管上へ５回巻の誘導コイルを形
成したことからなるプラズマトーチを作つた。こ
の発振器は、低エネルギーの空気プラズマ（２〜
4KW）を形成することの可能なものである。 アルゴンまたは空気のプラズマが、大気圧近く
の圧力で10〜30／分の可変容量で噴射された。 流動層は、金属製金網のグリツドによつて直径
80mmの石英管内に保持され、粒子の流動化は、粒
子の大きさおよび密度で定まる流量のガスで行わ
れた。 本発明の方法および装置は、多数の物質の処理
に応用可能であり、これを用いた具体例を以下に
示すが、そのほかに物質の乾燥あるいはカプセル
化のような純物理的処理に対しても応用すること
ができる。 実施例 １ 触媒層への混合による酸化窒素の合成例 流動化ガスとして酸素または空気、プラズマ源
ガスとして窒素または窒素−酸素混合物（酸素富
化空気）、流動層は酸素、窒素反応用触媒を用い
た。 このとき、流動化およびプラズマ源ガスの流量
および組成の選定によつて、反応器中に噴射した
窒素および酸素の各々の量を最適にすることがで
きるし、またプラズマによつて加熱される場所で
の混合温度（2000ないし5000℃程度）および反応
が起こる触媒層の平均温度（1000℃程度）との間
の温度勾配を調節することもできる。 プラズマ下の触媒流動層は、従つて反応系の混
合（機械的駆動作用による）、触媒の混合および
容器内の反応性混合物質の反応を確実に行う。 より具体的に言及すると、例えば実験例に示し
た装置に対し流動化用ガス12／min、プラズマ
源ガス13／minの流量を使用すると、装置塔頂
に25／minの排出ガス量を得る（但し上記流量
は常温常圧に換算した場合の値である）。 実際に操業する場合であつて、反応器出口から
の高温ガスの還流を行うときには、流動化用ガス
を抵抗器で制御し得る例えば250Wの電気抵抗装
置により予備加熱を行う。 このとき石英管の周囲の金属容器で装置の気密
化を確実に行つている。 実際に反応を行わせるにあたつては、触媒とし
て、粒径範囲を207〜250μｍとしたアルミナ基体
上にNiO4％、WO325％を担持したものを50ｇ使
用した。 反応装置の入口および出口のガスの組成を測定
した結果を次表に示した。
【表】
これらの流量とプラズマトーチの実効電力
3KWとから計算すると、本例において使用した
導入エネルギーは、全ガスに対して2.1Kcal／
で生成用エネルギーはHNO31Kg当り20KWhであ
つた。 第３図は、本発明方法による酸化窒素および
HNO3の生産設備の概略を示したフローシートで
ある。流動層を形成している反応器１００中の混
合物は、図の場合３本のプラズマトーチ１０１，
１０２，１０３で加熱されるようになつており、
この場合のプラズマ源ガスは空気である。 反応によつて生成したガスは、およそ1500〜
2000℃の高温用第１熱交換器１０５にまで反応器
頂部１０４から引き出され、ここで流動化ガスを
予熱する。 次いでおよそ1000〜1500℃の中温用第２熱交換
器１０６に導びかれた生成ガスは、各種用途に利
用することのできる高圧水蒸気を生成させて自か
らは冷却の効果を得る。 この第２熱交換器１０６を通過した生成ガス
は、この場合300℃以下となつており、次いで集
塵機１０７に送られて生成ガス流に伴つて搬送さ
れていた微粒子を分離・回収する。 一方微粒子を分離した生成ガスは、管路１０９
および１１０によつて空気と水が供給されている
洗浄塔１０８に導かれ、この洗浄塔１０８内にお
いて酸化窒素NHO3に変換される。 一方、水に吸収されない気体（空気または窒
素・酸素混合物）は、別途管路１１１から導入さ
れる空気または酸素によつて適当な割合に富化さ
れた上でコンプレツサ１１２で圧縮され第１の熱
交換器１０５で加熱されて反応器１００に流動化
用ガスとして循環使用する。 実施例 ２ 炭素含有物質（例えば石炭）の水蒸気クラツ
キングへの応用 炭素含有物質を流動化させ水蒸気クラツキング
する場合の流動化用ガスは、過熱した水蒸気であ
り、またプラズマ源用ガスは水素（または水素と
水蒸気の混合物）により還元性ガスを形成する。
以上の手法により反応器導入ガスのH2／O2比を
およそ２〜５の間に保持する。 流動層は、予め300〜800μｍに粉砕された粒状
の炭素含有物質で構成する。4000〜6000℃程度の
プラズマ温度（水分子の分解はおよそ3000℃から
起る）によつて、流動層の温度はおよそ2000〜
2500℃程度の高速熱分解と残留タールを発生させ
ない温度を形成する。 前の実施例とは異なり、本実施例の場合は、流
動層はプラズマによつて消費されることから、流
動層を形成するための原料を連続的に供給する必
要がある。水蒸気の加熱サイクルを伴うバーナー
による炭素含有物質の加熱サイクルを交替する必
要性があつたことから、この種の連続操作は従来
技術では不可能であつた。 以上のような炭素含有物質と水蒸気およびプラ
ズマ源用ガスとからなる原料によつて、反応器出
口のガスは、事実上水素、アセチレン、亜酸化窒
素およびエチレンから構成されている。 反応器出口で、ガスと反応して順次その大きさ
が減少した炭素含有物質粒子の細粒が見られると
きは、これら粒子を集塵機で分離・捕集する。こ
の方法によれば、90％程度の炭素ガス化率（変換
率）が可能である。 実施例 ３ 粒状鉱物その他物質の還元への利用 粒状の鉱物を連続的に流動層内に供給しプラズ
マによつて還元が可能となる温度にまで加熱す
る。この場合、プラズマ源用ガスは、例えば水素
のような還元性ガスを使用する。 本発明は、次の実施態様を含むものである。 (1) 流動化用ガスとして空気または酸素を、プラ
ズマ源用ガスとして窒素または窒素酸化混合物
を、また粒状物質として窒素の酸化反応用触媒
を用いた特許請求の範囲第１項〜第７項に記載
のうちいずれか１項の加熱方法の応用 (2) 予め粉砕して粒状にした炭素含有物質を流動
層中に供給し、水素を含有するプラズマ源ガス
を使用し、流動化ガスとして水蒸気を供給する
特許請求の範囲第１項〜第７項に記載のうちい
ずれか１項の加熱方法を用いた炭素含有物質の
ガス化方法。 (3) 粒状物質を連続的に流動層中に供給し、水素
を含有するプラズマ源ガスを使用する特許請求
の範囲第１項〜第７項に記載のうちいずれか１
項の加熱方法を用いた粒状物質の還元方法。
3KWとから計算すると、本例において使用した
導入エネルギーは、全ガスに対して2.1Kcal／
で生成用エネルギーはHNO31Kg当り20KWhであ
つた。 第３図は、本発明方法による酸化窒素および
HNO3の生産設備の概略を示したフローシートで
ある。流動層を形成している反応器１００中の混
合物は、図の場合３本のプラズマトーチ１０１，
１０２，１０３で加熱されるようになつており、
この場合のプラズマ源ガスは空気である。 反応によつて生成したガスは、およそ1500〜
2000℃の高温用第１熱交換器１０５にまで反応器
頂部１０４から引き出され、ここで流動化ガスを
予熱する。 次いでおよそ1000〜1500℃の中温用第２熱交換
器１０６に導びかれた生成ガスは、各種用途に利
用することのできる高圧水蒸気を生成させて自か
らは冷却の効果を得る。 この第２熱交換器１０６を通過した生成ガス
は、この場合300℃以下となつており、次いで集
塵機１０７に送られて生成ガス流に伴つて搬送さ
れていた微粒子を分離・回収する。 一方微粒子を分離した生成ガスは、管路１０９
および１１０によつて空気と水が供給されている
洗浄塔１０８に導かれ、この洗浄塔１０８内にお
いて酸化窒素NHO3に変換される。 一方、水に吸収されない気体（空気または窒
素・酸素混合物）は、別途管路１１１から導入さ
れる空気または酸素によつて適当な割合に富化さ
れた上でコンプレツサ１１２で圧縮され第１の熱
交換器１０５で加熱されて反応器１００に流動化
用ガスとして循環使用する。 実施例 ２ 炭素含有物質（例えば石炭）の水蒸気クラツ
キングへの応用 炭素含有物質を流動化させ水蒸気クラツキング
する場合の流動化用ガスは、過熱した水蒸気であ
り、またプラズマ源用ガスは水素（または水素と
水蒸気の混合物）により還元性ガスを形成する。
以上の手法により反応器導入ガスのH2／O2比を
およそ２〜５の間に保持する。 流動層は、予め300〜800μｍに粉砕された粒状
の炭素含有物質で構成する。4000〜6000℃程度の
プラズマ温度（水分子の分解はおよそ3000℃から
起る）によつて、流動層の温度はおよそ2000〜
2500℃程度の高速熱分解と残留タールを発生させ
ない温度を形成する。 前の実施例とは異なり、本実施例の場合は、流
動層はプラズマによつて消費されることから、流
動層を形成するための原料を連続的に供給する必
要がある。水蒸気の加熱サイクルを伴うバーナー
による炭素含有物質の加熱サイクルを交替する必
要性があつたことから、この種の連続操作は従来
技術では不可能であつた。 以上のような炭素含有物質と水蒸気およびプラ
ズマ源用ガスとからなる原料によつて、反応器出
口のガスは、事実上水素、アセチレン、亜酸化窒
素およびエチレンから構成されている。 反応器出口で、ガスと反応して順次その大きさ
が減少した炭素含有物質粒子の細粒が見られると
きは、これら粒子を集塵機で分離・捕集する。こ
の方法によれば、90％程度の炭素ガス化率（変換
率）が可能である。 実施例 ３ 粒状鉱物その他物質の還元への利用 粒状の鉱物を連続的に流動層内に供給しプラズ
マによつて還元が可能となる温度にまで加熱す
る。この場合、プラズマ源用ガスは、例えば水素
のような還元性ガスを使用する。 本発明は、次の実施態様を含むものである。 (1) 流動化用ガスとして空気または酸素を、プラ
ズマ源用ガスとして窒素または窒素酸化混合物
を、また粒状物質として窒素の酸化反応用触媒
を用いた特許請求の範囲第１項〜第７項に記載
のうちいずれか１項の加熱方法の応用 (2) 予め粉砕して粒状にした炭素含有物質を流動
層中に供給し、水素を含有するプラズマ源ガス
を使用し、流動化ガスとして水蒸気を供給する
特許請求の範囲第１項〜第７項に記載のうちい
ずれか１項の加熱方法を用いた炭素含有物質の
ガス化方法。 (3) 粒状物質を連続的に流動層中に供給し、水素
を含有するプラズマ源ガスを使用する特許請求
の範囲第１項〜第７項に記載のうちいずれか１
項の加熱方法を用いた粒状物質の還元方法。
第１図は本発明に係る装置の垂直断面図、第２
図は第１図の−線断面図、第３図は酸化窒素
の合成と硝酸製造に応用した場合のフローシート
である。 １０……塔、１１……流動層、１３……グリツ
ド、１６……冷却装置、２０……プラズマトー
チ、２２……誘導コイル。
図は第１図の−線断面図、第３図は酸化窒素
の合成と硝酸製造に応用した場合のフローシート
である。 １０……塔、１１……流動層、１３……グリツ
ド、１６……冷却装置、２０……プラズマトー
チ、２２……誘導コイル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 塔内に導びかれた粒状物質が流動状態を保つ
ている流動層を加熱するにあたり、所定成分のプ
ラズマ源ガスからプラズマを作り、該プラズマを
少なくとも流動層内の一方向に噴射することを特
徴とする流動層の加熱方法。 ２ ３本以上のプラズマトーチが流動層を形成す
る塔の半径以内に設けられている特許請求の範囲
第１項記載の加熱方法。 ３ プラズマの噴射圧力が0.5〜10バールである
特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４ プラズマの噴射方向が塔の軸に対して45゜〜
90゜の角度を形成している特許請求の範囲第１〜
３項に記載のいずれか１項の方法。 ５ 粒状物質導入方向がプラズマ噴射方向を含む
半径面と30゜〜90゜となつている特許請求の範囲第
２〜４項に記載のいずれか１項の方法。 ６ プラズマは塔軸に対してほゞ対称的な３半径
方向から噴射される特許請求の範囲第２〜５項に
記載のいずれか１項の方法。 ７ 粒状物質が連続的に流動層内に導入されると
共に取出されることからなる特許請求の範囲第１
〜６項に記載のいずれか１項の方法。 ８ 流動層を形成するための塔とプラズマ源ガス
からプラズマをつくり該プラズマを少なく共一方
向かう流動層内に噴射する装置と塔の下部で流動
化用ガスの軸方向噴射を行う装置と前記プラズマ
が噴射されるレベル近傍に粒状物質供給装置を配
したことを特徴とする流動層の加熱装置。 ９ 流動化用ガスが塔の底部から軸方向に噴射さ
れその上流にグリツドが設けられている特許請求
の範囲第８項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8207530A FR2526141B1 (fr) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | Procede et installation de chauffage d'un lit fluidise par injection de plasma |
| FR8207530 | 1982-04-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58195780A JPS58195780A (ja) | 1983-11-15 |
| JPH0313512B2 true JPH0313512B2 (ja) | 1991-02-22 |
Family
ID=9273594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58072302A Granted JPS58195780A (ja) | 1982-04-30 | 1983-04-26 | プラズマ噴射による流動層の加熱方法およびその装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4469508A (ja) |
| EP (1) | EP0093632B1 (ja) |
| JP (1) | JPS58195780A (ja) |
| CA (1) | CA1207129A (ja) |
| DE (1) | DE3362499D1 (ja) |
| ES (1) | ES521914A0 (ja) |
| FR (1) | FR2526141B1 (ja) |
| NO (1) | NO157553C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3603894A1 (de) * | 1986-02-05 | 1987-08-06 | Korf Engineering Gmbh | Verfahren zur herstellung von fluessigem roheisen oder stahlvormaterial |
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| US20160217974A1 (en) * | 2015-01-28 | 2016-07-28 | Stephen J. Motosko | Apparatus for plasma treating |
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