(57)【要約】      （修正有）【課題】人工ゼオライトの生成において、飽和蒸気を使用しないシンプルな循環反応装置内で循環しながら、加熱、攪拌することで反応を行い、人工ゼオライトの生成時間の短縮と、連続運転及び経済的に大量生産が可能な循環反応装置を提供する。【解決手段】石炭灰と水酸化ナトリウムの水溶液との混合スラリーを、人工ゼオライトとして生成反応させるための反応装置において、反応槽と、混合スラリーを循環するための加熱器を具備した加熱循環配管と、混合スラリーを槽外に導き、再び反応槽に戻すための攪拌循環スラリーポンプからなる。混合スラリーの加熱攪拌を繰り返しながら、最適な温度条件の下で、反応槽の上部に具備する急縮小反応ノズルを通過することで、人工ゼオライトの生成反応を早める。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を多く含有する石炭灰と、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液との混合スラリーを反応させることにより、石炭灰から、人工ゼオライトを製造する装置において、上部に急縮小反応ノズルを具備した反応槽と、前記混合スラリーを槽外に導き循環するための配管経路中に加熱器を具備した加熱循環配管と、前記混合スラリーを前記反応槽の槽外に導き再び前記反応槽に戻して攪拌循環を繰り返すための攪拌循環スラリーポンプとを、組み合わせた人工ゼオライトの循環反応装置。
【請求項２】
前記反応槽の急縮小反応ノズルは、前記混合スラリーが前記急縮小反応ノズルを通過する際の高流速領域下において、人工ゼオライトとしての生成反応を促進する請求項１記載の人工ゼオライトの循環反応装置。
【請求項３】
前記攪拌循環スラリーポンプは、回転する多層攪拌スリット構造をもつことで、前記混合スラリーの密な接触混合による温度の均一化と、せん断作用による反応促進の機能を有するポンプである請求項１、又は２記載の人工ゼオライトの循環反応装置。
【請求項４】
前記循環反応装置を数段に組み合わせることにより、前記混合スラリーの反応時間の短縮と、同時に人工ゼオライトの大量生産を可能とする請求項１、２、又は３記載の人工ゼオライトの循環反応装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】循環反応装置において、混合スラリー（石炭灰と水酸化ナトリウム水溶液との混合液）は、上部に急縮小反応ノズルを具備した反応槽と、加熱器を具備した加熱循環配管と、循環するための多層攪拌スリット構造をもつ攪拌循環スラリーポンプとを、繰り返し循環することで、一定の温度（１００℃以上）に達するまで加熱されて、前記反応槽の上部の急縮小反応ノズルを通過する際の高流速領域下で反応が促進され、人工ゼオライトの生成反応に要する一定の所要時間が短縮される。更に、前記循環反応装置を数段（２段、３段、又は、それ以上）組み合わせることで、反応時間の更なる短縮ができ、人工ゼオライトの大量生産が可能となる循環反応装置である。
【背景技術】
【０００２】従来は、酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有する原料（例えば、石炭灰）と水酸化ナトリウムの水溶液との混合スラリーを、図２に示す如く、１０１の反応タンクに１０２の攪拌羽根を備えた１０１の反応タンクにおいて、混合スラリーを１０３の飽和蒸気によって加圧と加熱を行い、同時に、１０２の攪拌羽根で攪拌を行いながら、混合スラリーの接触混合による反応を促進して、人工ゼオライトを生成するのが一般的であったが、その後、人工ゼオライトの反応を早めるため、及び生産性の向上のために、例えば、特開２００３−１１２９１８号においては、バッチ方式により、混合スラリーを生成反応する装置と、処理能力の問題を解決するための装置の提案がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１２９１８号公報においては、バッチ方式により、所定量の酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有する原料と、水酸化ナトリウムで代表されるアルカリ水溶液との混合スラリーを、攪拌羽根を備えた反応タンクにおいて攪拌しながら水熱反応させ、更に前記反応タンク内の前記混合スラリーを、せん断機能を備えた循環ポンプにより、該反応タンク外に導いた後、循環経路中において再加熱し、再び反応タンクに戻すようにして、前記混合スラリーの循環を所定時間繰り返すことで反応を促進する人工ゼオライトの製造装置。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】従来のバッチ方式は、混合液を耐圧容器反応タンク内において、飽和蒸気によって、加圧と加熱及び攪拌羽根による攪拌をすることで水熱反応させて、人工ゼオライトを生成するものであり、混合スラリー（石炭灰と水酸化ナトリウム水溶液との混合液）の反応が完了するまで次工程に移行することができないため、人工ゼオライトの生成に時間を要する。そのため、反応タンクを大きくすることで生産量を増量することも考えられるが、前記反応タンクに具備する攪拌羽根の装置としての限界と、攪拌力の低下により、前記混合スラリーの密な接触混合ができないため、生成の反応時間は、逆に最大となる。又、同様にバッチ方式のため、人工ゼオライトとしての反応が完了するまで、前記混合スラリーを製品とする次工程に移行できないことから、人工ゼオライトの生産に限界がある装置である。【０００５】そこで、人工ゼオライトの生成の反応速度を得るため、攪拌羽根を備えた前記反応タンクにおいて、前記混合スラリーの反応性（接触面積）を高める攪拌羽根の改良がされたが、構造上、前記反応タンク内の前記混合スラリーを効率良く対流する攪拌羽根の改良には限界があった。【０００６】こうした攪拌羽根による混合攪拌反応は、所定の前記反応タンク内で行うため、前記混合スラリーの流れが混練状態の大きな層となって移動し、蜜な接触混合が得られない状態となり反応時間が長くなる。従って、密な接触混合を得るため、前記反応タンクにおいて、加熱ラインを設け、循環ポンプによる接触循環を行うことで反応時間の効率を上げて、時間の短縮を行ったが、結果としては、バッチ方式による前記反応タンクにおける循環であり、反応が完了するまで人工ゼオライトの生成を行う次工程に移行することができないために、少量（年産３，０００トン以下）の人工ゼオライトの生産となり、人工ゼオライトの製造単価が高くなることから、経済的に問題がある。【０００７】本発明は、従来技術の問題を解決するため、人工ゼオライトの生成において、酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有する原料と、アルカリ水溶液である水酸化ナトリウム水溶液の混合スラリーを、反応槽と加熱器を具備する加熱循環配管及び攪拌循環スラリーポンプとの組み合わせで、飽和蒸気を使用しないシンプルな循環反応装置内で循環しながら、加熱、攪拌することで反応を行い、人工ゼオライトの生成時間の短縮と、連続運転及び経済的に大量生産が可能な装置とすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】そこで、本発明は、石炭灰と水酸化ナトリウムの水溶液との混合スラリーを、人工ゼオライトとして生成反応させるための反応装置において、人工ゼオライトの生成反応を促進するシンプルな装置とするため、反応槽と、前記混合スラリーを循環するための加熱器を具備した加熱循環配管と、前記混合スラリーを槽外に導くための攪拌循環スラリーポンプとの構成とし、前記混合スラリーの加熱攪拌を繰り返しながら、最適な温度条件の下で、前記反応槽の上部に具備する急縮小反応ノズルを通過することで、人工ゼオライトの生成反応を早める循環反応装置である。【０００９】その内容は、前記混合スラリーが前記の急縮小反応ノズルを繰り返し通過することで、高流速領域下において、生成反応の進行が早まり、又、前記循環反応装置を数段に組み合わせることで、生成反応の進行を前記循環反応装置ごとに割り当てて進めることができるため、前記混合スラリーを順次、連続して次の循環反応装置に移行でき、連続運転が可能となり、人工ゼオライトの反応時間の短縮ができる循環反応装置である。【００１０】本発明において、前記攪拌循環スラリーポンプは、前記混合スラリーに対する、せん断機能を備えた多層攪拌スリット構造をもつため、石炭灰と水酸化ナトリウムの水溶液の前記混合スラリーが密に接触混合でき、前記混合スラリーの熱の均一化と反応の均一な促進が図れることで、良質な人工ゼオライトの生成ができる。
【考案の効果】
【００１１】本発明にかかる人工ゼオライトの循環反応装置は、装置（プラント）全体として小型化され、経済的な人工ゼオライトの製造が可能となり、従来の攪拌羽根による攪拌だけでは得られない、前記攪拌循環スラリーポンプ内部の多層攪拌スリット構造による攪拌及び高せん断作用と、反応槽の上部に具備した急縮小反応ノズルの構造による高流速領域下において、生成反応を促進させて反応時間を大幅に削減できる装置である。【００１２】更に、前記攪拌循環スラリーポンプは、前記混合スラリーを加熱循環配管において、循環しながら加熱することで、熱の均一化と、反応を一層促進させる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】循環反応装置を示した説明図である。（実施例１）
【図２】反応タンクと攪拌羽根を示した説明図である。（実施例２）
【考案を実施するための形態】
【００１４】本発明は、反応槽内の酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有する原料と、アルカリ水溶液である水酸化ナトリウムとの混合スラリー（本実施例では、石炭灰と水酸化ナトリウムとの混合液）を、反応槽と加熱器を具備する加熱循環配管及び攪拌循環スラリーポンプ（多層攪拌スリット構造）において循環することで、反応槽の上部に具備する急縮小反応ノズルと、加熱循環配管に具備する加熱器と、攪拌循環スラリーポンプの多層攪拌スリット構造によって、加熱、攪拌が十分に行われて反応が加速する装置の構成である。又、従来の攪拌羽根による攪拌流といった大きな流れの中での攪拌作用と異なり、反応槽の上部に具備する急縮小反応ノズルの高流速領域下で密な接触混合と、攪拌循環スラリーポンプによる効率の良い攪拌及び高せん断力をもつ多層スリット構造において、人工ゼオライトの生成時間の短縮と、良質な人工ゼオライトの生成ができる装置であり、更に、この発明の循環反応装置を数段組み合わせることで、人工ゼオライトの大量生産ができる装置である。
【００１５】前記攪拌循環スラリーポンプは、前記混合スラリーに対する攪拌と高せん断力を効果的に生み出す多層攪拌スリット（０．３〜１．０ｍｍの多穴を有する）を組み合わせた構造であり、スリットの多穴で密な接触混合が出来ることにより、熱の均一化と反応を促進する。
【００１６】また、本発明において、前記攪拌循環スラリーポンプは、多層攪拌スリット構造に、外部から固液濃度調整（水酸化ナトリウム１３％溶液）のための液剤の流入口を設けており、前記混合スラリーの接触混合を効率よく調整が出来る構造とし、又、多層攪拌スリット構造であるスリット部の多穴を１ｍｍ（０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ）以下にすることで、前記混合スラリーの密な接触混合による界面剥離作用により、石炭灰粒子表面に析出する結晶を剥離して、ゼオライトの晶出反応を一層促進させる。
【００１７】更に、前記加熱循環配管に具備する前記加熱器は、前記混合スラリーを前記攪拌循環スラリーポンプによって、循環しながら加熱して、前記混合スラリーが最適な反応温度を確保できる電熱器（飽和蒸気、又は熱交換器での加熱）とする。但し、特に加熱器は、限定しない。
【実施例１】
【００１８】以下、本発明にかかる人工ゼオライトの循環反応装置の実施例について、図面を参照して詳述する。図１は、人工ゼオライトの循環反応装置の概要を示すフローチャートであり、１の反応槽に移送された石炭灰（酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有する主原料）と、水酸化ナトリウムの水溶液（アルカリ水溶液）との混合スラリーを、２の攪拌循環スラリーポンプにより、１の反応槽外の３の加熱循環配管に導き、２の攪拌循環スラリーポンプの攪拌機能による密な接触混合と、３の加熱循環配管に具備した４の加熱器で加熱しながら循環を繰り返して、温度の均一化と生成反応を行うもので、４の加熱器によって循環する前記混合スラリーは、生成反応に最適な１００℃以上に維持されるように制御する。【００１９】２の攪拌循環スラリーポンプは、前記混合スラリーが通過する部分の内部構造を多層攪拌スリット構造とすることで、前記混合スラリーに対してスリット構造の高速回転における密な接触混合と高せん断力により、界面剥離作用を促すことが出来る。【００２０】また、２の攪拌循環スラリーポンプは、前記混合スラリーの３〜４Ｎの固液比（１対４）を調整するための水酸化ナトリウム溶液を流入する流入口があり、反応の必要に応じた固液比の調整が可能であると同時に、多層攪拌スリット構造を０．３〜１．０ｍｍの多穴構造とすることで、接触混合と高せん断力を最大限与える有用な機能を果たす。【００２１】前記混合スラリーは、２の攪拌循環スラリーポンプによって、１の反応槽に具備する５の急縮小反応ノズルを通過して大気圧状態の１の反応槽に投下されることで高流速領域下において反応が促進される。５の急縮小反応ノズルの内部構造は、高流速を生むために急縮小反応ノズル径を、１０ｍｍ〜１５ｍｍ（１０ｍｍ以下、又は１５ｍｍ以上でも良い）とする。
【符号の説明】
【００２２】１  反応槽
２  攪拌循環スラリーポンプ
３  加熱循環配管
４  加熱器
５  急縮小反応ノズル
【図１】
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【図２】
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