(57)【要約】【課題】本発明は、ライザーを内管外側及び外管内側で囲まれた部分を流路とする二重管構造にすることによって流体の吹き抜けを低減し、粒子と流体の接触効率を良好にすることにより、高さ方向にコンパクトな循環流動層を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による循環流動層は、固体粒子が流体によって上方へ搬送されるライザー部と、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、ライザー部を内管外側及び外管内側で囲まれた部分を流路とする二重管構造にすることを特徴とする。【選択図】    図  ２
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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、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、ライザー部を内管外側及び外管内側で囲まれた部分を流路とする二重管構造にす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、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】
従来の循環流動層ライザー部は、図３に示すように矩形あるいは円形の断面を持った単管で作られている。その場合、流体の流れは断面の中心部にコアとよばれる高速度領域と壁近傍にアニュラスとよばれる低速度領域ができる。高速度領域（コア）は粒子が上向きに搬送されるが、低速度領域（アニュラス）に比べて粒子濃度は低い。一方、低速度領域（アニュラス）は粒子濃度が高く、下降する粒子も多く観察される。水平断面での面積比率は装置形状にもよるが、大半がコアで、壁近傍にわずかなアニュラス領域がある。このように、従来のライザー部はライザー断面の中心の高速度領域（コア）で流体の吹き抜けがあるため、粒子と流体の接触効率が悪く、それを解消するために、粒子と流体の十分な接触時間を稼ぐためには高さ方向に長くする必要があった。
【０００５】
本発明は、ライザーを内管外側及び外管内側で囲まれた部分を流路とする二重管構造にして流体の吹き抜けを低減し、粒子と流体の接触効率を良好にすることにより、高さ方向にコンパクトな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、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、ライザー部を内管外側及び外管内側で囲まれた部分を流経とする二重管構造にす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を図面を参照しながら説明する。
図１は、循環流動層の概略を示したものであり、循環流動層は、固体粒子が流体、例えば気体によって上方へ搬送されるライザー部１と、ライザー部１に連結されライザー部１から搬送された粒子を捕集するサイクロン等の捕集器２と、捕集器２で気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）３とから構成されている。粒子は下降管３からライザー部１、ライザー部１から捕集器２を経て下降管３へ循環するが、流体の大部分はライザー部１の中を通り、捕集器２を経て系外へと放出される。
【０００８】
図２は、ライザー部１の縦断面の一部を示したものであり、ライザー部１における高速度領域（コア）を低減し、十分な粒子−流体間の接触を行うため、ライザー部１を内管１０外側及び外管１１内側で囲まれた流路を持つ二重管で構成する。すなわち、従来高速度領域（コア）であった箇所に内管１０を敷設することにより内管１０の内側のスペースを確保し、内管１０外側及び外管１１内側で囲まれた断面環状部分を流路として用いる。
また、内管１０及び外管１１の径の比は、適宜に設定されるものであるが、例えば内管１０の断面積と内管１０外側及び外管１１内側で囲まれた断面環状部分の流路の断面積とをほぼ等しくなるように設定する。
【０００９】
ライザ一部１における流体の流れを図３に示す従来の単管ライザーで構成した場合を例にして説明すると、一般的には流体速度は単管の内壁面でほぼ０となり、中心部で最大速度をとる。その流体によって流動化され、搬送される粒子は中心部よりも内壁面に多く存在する。このため、循環流動層のライザー部においては、内壁面近傍に粒子濃度の高い低速度領域（アニュラス）と中心部に粒子濃度の低い高速度領域（コア）といった２相が形成される。高速度領域（コア）では、吹き抜けがあるため、十分な粒子−流体間の接触を行うためにはライザー部を高さ方向に長くする必要がある。
これに対して、本実施の形態に係るようにライザー部１を内管１０外側及び外管１１内側で囲まれた断面環状型流路を持つ二重管で構成すると、その流体速度分布は図２の符号１２で示すように、外管内壁及び内管外壁の近傍でほぼ０になるのは単管の場合と同じであるが、壁面が増えることにより、最大速度は、単管の最大速度に比較して小さくなる。そのため、明確な高速度領域（コア）と低速度領域（アニュラス）の形成を阻害する効果が生まれる。
また、従来の単管の場合では、高速度領域（コア）は粒子濃度が低く、低速度領域（アニュラス）は粒子濃度が高いといった傾向が見られるが、本方式においては、単管方式と流路断面積を同一で比較した場合、単管方式で見られるような２相の形成が低減されることが、実験的に確認できた（後述の実施例参照）。その様子を図２および図３に模式的に示す。
【００１０】
【実施例】
図４及び図５は、実験装置の概略を示したものであり、図４はライザー部を本発明の実施の形態であるところの内管１０外側及び外管１１内側で囲まれた断面環状型流路を持つ二重管により形成したものを、また、図５はライザー部を従来の単管により形成したものを示している。
図４における内管外径は５０ｍｍ、外管内径は７０ｍｍであり図５における単管の内径は４７ｍｍであり、図４における断面ドーナツ型流路の断面積は１８．８ｃｍ２、図５における単管の断面積は１７．３ｃｍ２、とほば同一とした。
ライザー部の高さは両者とも２ｍとし、また、サイクロン及びダウンカマーは両者とも同じ構成とした。実験に際しては、ガス流量をライザー断面積で除した空塔速度基準で行うこととし、粒子は３００μｍのガラスビーズを使用した。
【００１１】
光ファイバプローブを用いて粒子濃度の検出を行った。光ファイバプローブは、プローブ先端にある粒子の個数をカウントできるため、プローブ先端を半径方向に移動させながら、管の断面中心及び管の壁面近傍の粒子数を測定した。光ファイバプローブによる測定位置はライザー部底部から１ｍの地点で行った。
【００１２】
図６は、図４及び図５の実験装置を用いて行った実験結果を示したものである。図５の単管のライザーで観察される粒子個数は従来の知見と同じで、単管の中心で観察される粒子より壁面近傍で観察される粒子が多く、その比率は数倍から１０倍程度であった。
一方、図４の二重管のライザーで観察される粒子は、外管内壁近傍及び中心でそれほどの違いは見られず、それはガス速度を変化させても大きな違いは現れなかった。
これらの結果から、ライザー部１を内管１０外側及び外管１１内側で囲まれた断面環状型流路を持つ二重管で構成することにより、従来の単管のライザーで見られるような中心部でのガスの吹き抜けを低減できることが明らかになった。
【００１３】
〔応用例〕
光触媒は触媒表面に光を照射することにより、触媒活性を示すようになる。したがって、光触媒の流動層を形成する場合、反応場に光源を敷設する必要がある。  本発明においては、ライザー部の内管の内側に光源敷設用のスペースがあるので、そこに光源を設置し、ライザー部において光触媒反応を行わせることが可能になる。
光触媒によって処理可能な物質は多くあり、例えば固気系では窒素酸化物及びアルデヒド類といったものが挙げられる。また、液固系あるいは気液固系への応用も可能であり、水質浄化等の応用も可能である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は以下の効果を奏する。
（１）ライザー部における流体の吹き抜けを低減し、粒子と流体の接触効率を良好にできるため、効率の良い循環流動層を実現できる。
（２）高さ方向にコンパクトな循環流動層を提供可能とする。
（３）ライザー部における内管の内側のスペースを利用して光源等の設置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】循環流動層の概略を示した正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るライザー部の縦断面の一部を示した図である。
【図３】従来のライザー部の縦断面の一部を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る循環流動層の実験装置の概略を示した図である。
【図５】従来の循環流動層の実験装置の概略を示した図である。
【図６】図４及び図５の実験装置を用いて行った実験結果を示した図である。
【符号の説明】
１  ライザー部
２  捕集器
３  下降管（ダウンカマー）
１０  内管１０
１１  外管１１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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