(57)【要約】      （修正有）【課題】ライザー部内において強制的に水平方向の旋回流を作り出すことにより、固体の滞留時間を長くとれるようにした循環流動層を提供する。【解決手段】固体粒子が流体によって上方へ搬送されるライザー部と、該ライザー部と連結された捕集器２と、捕集器で流体と分離された粒子をライザー下部に戻す下降管３とを備えた循環流動層において、ライザー部の底部に吹き込まれる流体が水平方向の旋回流を生じるようにライザー部の底部に流体導入路４を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粒子が流体によって上方へ搬送されるライザー部と、該ライザー部と連結された捕集器と、捕集器で流体と分離された粒子をライザー下部に戻す下降管とを備えた循環流動層において、ライザー部の底部に吹き込まれる流体が水平方向の旋回流を生じるようにライザー部の底部に流体導入路を設けることを特徴とする循環流動層。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体粒子が流体によって上方へ搬送されるライザー部と、該ライザー部と連結された捕集器（例えば、サイクロン）と、捕集器で流体と分離された粒子をライザー下部に戻す下降管（ダウンカマーともいう。）とを備えた循環流動層のライザー部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固気、固液、あるいは気液固系の流動層は、固体のハンドリング技術の一つとして古くから用いられており、中でも循環流動層は比較的大量の流体（主に気体）を扱う系において多く用いられている。例えば、石炭燃焼用のボイラーやＦＣＣの触媒反応器といった装置が実用化されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２９５８１９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２９５８２０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の循環流動層においては、ライザー部の流体（主に気体）吹き込みは、底部から上部に向けて吹き込むものであり、ダウンカマーから供給される粒子はライザー底部から吹き込まれた流体により上方向に搬送され、サイクロンを経てダウンカマーに戻る。ライザー部における固体−流体間の反応性を向上させるためには、固体−流体間の接触効率を向上させことや、あるいは、固体の滞留時間を長くすること等が考えられる。流体側の流量が決められている場合、滞留時間を長くするには、ガス速度を低く抑えるためにライザー径を大きくするか、または、粒子径の大きなものを用いる必要があった。
【０００５】
本発明は、ライザーへの流体吹き込み法を工夫して、ライザー部内において強制的に水平方向の旋回流を作り出すことにより、固体の滞留時間を長くとれるようにした循環流動層を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の循環流動層は、固体粒子が流体によって上方へ搬送されるライザー部と、該ライザー部と連結された捕集器と、捕集器で流体と分離された粒子をライザー下部に戻す下降管とを備えた循環流動層において、ライザー部の底部に吹き込まれる流体が水平方向の旋回流を生じるようにライザー部の底部に流体導入路を設けることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る循環流動層の概略を示す正面図である。
循環流動層は、固体粒子が流体によって上方へ搬送されるライザー部１と、該ライザー部と連結された捕集器（例えば、サイクロン）２と、捕集器２で流体と分離された粒子をライザー下部に戻す下降管（ダウンカマーともいう。）３とを備えている。下降管３の底部はライザー部１の底部と粒子導入路４で連結されている。
【０００８】
ライザー部で旋回流を生じさせるため、例えばライザー底部から流体導入を図２のように行う。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図に相当し、ライザー部１の底部の一例である。
断面が円形に形成されたライザー部１は、その底部において中心部に向けて上記粒子導入路４が接続されとともに、接線方向に向けて流体導入路５、５が設けられる。この流体導入路５、５から吹き込まれる流体は時計方向の旋回流を生じ、下降管３から移動してきた粒子は流体の旋回流に乗せられてまず旋回運動を行う。したがって、ライザー部１の下部には旋回流領域が形成される。この旋回流は、上部に行くにしたがい弱まり、通常の循環流動層のライザー内と同様な粒子運動をするようになるが、最初に水平方向の動きをもっているため、遷移域では粒子がより複雑な動きをする高固気接触領域を形成する。さらにライザー部１の上部に行くと、気流搬送領域が形成される。
ライザー部１の底部において旋回流を生じさせる手段としては、上記した接線方向に向けて流体導入路を設けることの他、ジエットノズルから流体を噴射させる手段及びライザー部１の底部上面に流体を旋回させるための回転羽根を設けるなど、適宜公知の手段を採用できることはもちろんである。
【０００９】
したがって、ライザー部１の下部の旋回流領域における旋回運動により粒子の滞留時間が長くなり、また、その上部の高固気接触領域においては固体（粒子）−流体間の接触効率が向上する。
さらに、ライザー部１の下部の旋回流領域では、粒子に対する剪断作用が働き、粒子の新しい面が露出するところの強剪断力場となり、粒子が燃料である場合には燃焼効率を向上させることが期待できる。
【００１０】
【実施例】
図３は、本発明の実施の形態による旋回流を生じさせた循環流動層における粒子滞留時間を示したものであり、また、図４は、通常の循環流動層における粒子滞留時間を示したものである。
粒子滞留時間は、以下の方法で見積もった。
（１）ライザー部での圧力損失からライザー部内の粒子濃度を計算する。
（２）ライザー部への粒子供給を停止した瞬間からのライザー部内粒子濃度をモニタリングすることにより、滞留時間の長短を比較する。
【００１１】
ライザー内ガス速度（空塔基準：流体流量をライザー部断面積で除した値）は２．８８、３．３６、および３．８４  ｍ／ｓ  の三通りで行った。粒子は３００μｍのガラスビーズであった。
図４に示した、ライザー底部より上方向にガス（空気）を吹き込んだ通常のライザーでは、ガス速度が速いほど、滞留時間が短くなり、ほぼすべての粒子が無くなるまでの時間はそれぞれ、６００、２００、および５０秒程度であった。
一方、図３に示した、流体吹き込み口を水平にして旋回流を生じさせた場合のライザーでは、ほぼすべての粒子が無くなるまでの時間はどのガス速度の場合でも長くなり、ほぼすべての粒子が無くなるまでの時間はそれぞれ、９００、５００、および３００秒程度であった。このように、旋回流を生じさせることにより長時間の滞留時間が得られることが確認された。
【００１２】
〔応用例〕
循環流動層は石炭燃焼・ガス化装置や触媒反応器に多く使われており、十分な反応時間を得るため、粒子滞留時間を延ばしたいという要望が多い。したがって、石炭燃焼・ガス化装置や触媒反応器の分野に本発明は適している。
また、脆弱な粒子は摩耗の問題から使用できないが、反応系によっては粒子表面に生成する反応物等を除去したい場合、例えば石炭等のガス化におけるタールの付着、光触媒反応を用いた窒素酸化物処理の際に生成する硝酸の付着といったものや、粒子表面を常にフレッシュな状態にしたい場合においては、本発明は適している。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
（１）ライザー部の下部の旋回流領域における旋回運動により粒子の滞留時間が長くすることができる。
（２）旋回流領域上部の高固気接触領域において固体（粒子）−流体間の接触効率を向上させることができる。
（３）ライザー部の下部の旋回流領域では、粒子に対する剪断作用が働き、粒子の新しい面を露出させることができる。したがって、粒子が燃料である場合には燃焼効率を向上させることができる。また、粒子表面に生成する反応物等を除去したい場合、例えば石炭等のガス化におけるタールの付着、光触媒反応を用いた窒素酸化物処理の際に生成する硝酸の付着といったものや、粒子表面を常にフレッシュな状態にしたい場合等に最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る循環流動層の概略を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態による旋回流を生じさせた循環流動層における粒子滞留時間を示した図である。
【図４】通常の循環流動層における粒子滞留時間を示した図である。
【符号の説明】
１  ライザー部
２  捕集器
３  下降管
４  粒子導入路
５  流体導入路
Ｃｐ  粒子濃度
Ｃｐ０  粒子循環を停止した時点における粒子濃度
ｔ  粒子循環を停止してからの経過時間
ｕ０  ライザー部の流体速度（空塔基準：流体流量をライザー部断面積で除した値）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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