(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体中に含有される粒径１０μｍ以下の微粒、粒径１０〜１００μｍの中間粒及び粒径１００μｍ以上の粗粒までの粒子分布を有する粒子群を該気体から分離回収する粒子回収方法であって、
フィルタによる第二の回収工程の上流側に設けた第一の回収工程を、円筒形の外筒部と底部に粒子排出口を有する円錐部を有するサイクロン本体と、該サイクロン本体の上方に貫装される内筒と、前記外筒部の接線方向に配設されたガス流入管路と、該ガス流入管路に面する内筒の一部に開放口が設けられており生成ガスの一部が内筒に抜けるように構成された旋回型サイクロンで構成し、該サイクロンの前記ガス流入管路から前記内筒と外筒部の間に導入されるサイクロン自体の気体流速による遠心力作用とともに、前記ガス流入管路から開放口を経由して内筒内へ流出させるバイパス路によりバイパス作用を持たせて該２つの作用により前記粒子群のうち前記粗粒の一部とともに中間粒を選択的に前記気体から分離回収した後、残存した粗粒と全粒子径分布の小径側に位置する微粒とをフィルタによる第二の回収工程で濾過して同時に回収することを特徴とする粒子回収方法。
【請求項２】
前記気体が石炭ガス化炉にて発生する生成ガスであり、前記粒子がチャーである請求項１記載の粒子回収方法において、
前記第一の回収工程にて、粗粒の一部とともに中間粒を選択的に前記気体から分離回収する際に回収粒子中に含有される粗粒及び微粒の割合が２０重量％未満となるように、前記気体中に含有される全粒子の５０〜９０重量％の粒子を回収することを特徴とする粒子回収方法。
【請求項３】
気体中に含有される粒径１０μｍ以下の微粒、粒径１０〜１００μｍの中間粒及び粒径１００μｍ以上の粗粒までの粒子分布を有する粒子群を該気体から分離回収する粒子回収装置であって、
フィルタによる後段回収手段の上流側に設けた前段回収手段を、円筒形の外筒部と底部に粒子排出口を有する円錐部を有するサイクロン本体と、該サイクロン本体の上方に貫装される内筒と、前記外筒部の接線方向に配設されたガス流入管路と、該ガス流入管路に面する内筒の一部に開放口が設けられており生成ガスの一部が内筒に抜けるように構成された旋回型サイクロンで構成し、該サイクロンの前記ガス流入管路から前記内筒と外筒部の間に導入されるサイクロン自体の気体流速による遠心力作用とともに、前記ガス流入管路から開放口を経由して内筒内へ流出させるバイパス路によりバイパス作用を持たせて該２つの作用により前記粒子群のうち前記粗粒の一部とともに中間粒を選択的に前記気体から分離回収する前段粒子回収手段と、該前段粒子回収手段より排出された気体中に残存する粗粒と微粒とをフィルタにより分離回収する後段粒子回収手段とを具えたことを特徴とする粒子回収装置。
【請求項４】
前記気体が石炭ガス化炉にて発生する生成ガスであり、該生成ガス中に含有されるチャーを回収することを特徴とする請求項３に記載の粒子回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子を含有する気体からの粒子の分離回収に係り、特に微粒から粗粒までの粒子分布を有する粒子が含有される気体から粒子を効率的に補足できかつその性能が長期間維持可能なようにした粒子回収方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石炭ガス化炉等の燃焼装置からの生成ガス処理やセラミックス工場、セメント工場等における粉塵処理に代表されるように、気体中に含有される粒子を高効率でかつ高除去率で以って分離回収する技術は各種工業において重要な課題とされている。
一般に、気体中に含有される粒子は、重力、慣性力、遠心力、拡散、静電気力などの一或いは幾つかを組み合わせて利用することにより分離されており、補足粒子の粒度、粒子性状、気体中の粒子濃度等によって適宜選択される。
【０００３】
その中でも、気体中の微粒子を除去する手段として濾過により粒子を分離回収するフィルタが多く用いられている。粒子回収装置に用いられるフィルタは、多数の細孔を有した構造をしており粒径が非常に小さい微粒子まで補足可能であるため、サイクロンや電気集塵機等の集塵装置と組み合わせて処理設備の後段側に配設されることが多い。
フィルタに補足された粒子はフィルタ内部若しくは表面に堆積されて運転が進むにつれ目詰まりが発生しフィルタ前後の差圧が上昇する。そこで、通常は気体流の圧力損失が所定値に達した時に高圧ガスをフィルタ内に逆方向に瞬時に流すことにより逆洗浄を行い粒子を剥離除去している。
【０００４】
しかし、後段側に配設されたフィルタにおいては、前段側で粒径が大である粗粒が捕集されているために主に微粒のみを補足することとなり、フィルタの目詰まりが発生し易くなる。つまり、フィルタ内部若しくは表面に微粒が堆積して短期間で逆洗浄等のメンテナンスを行う必要が生じ処理効率が悪化してしまう。
また、微粒のみを補足したフィルタの場合、逆洗浄を行う際に除去効率が悪いという問題も抱えている。
【０００５】
そこで、かかる粒子回収を好適に行うシステムとして、図７に特開２０００−３２５７３０に開示される石炭ガス化発電プラントに適用されたチャー回収システムを示す。かかるシステムでは、ガス化炉０１にて発生した生成ガスからサイクロン０２で粗粒状の未反応チャーを回収した後、後段側に設置されたフィルタ０３で細粒状のチャーを濾過している。さらに、前記ガス化炉０１から前記フィルタ０３に至るバイパスラインを具えて粗粒状チャーをフィルタ０３に直接供給している。これにより、フィルタ表面に補足されるチャーケーキの透過性を良好にし、逆洗効果を良好に保っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開２０００−３２５７３０では、前記ガス化炉から生成ガスを引き抜きフィルタにバイパスさせるためガス流量制御を行うコントロールボックスを設けなければならず制御が煩雑化してしまう。さらに、バイパスした生成ガス中に含有される粒子には粗粒以外の粒子も多く含んでおり、圧力損失の増加抑制効果が現れる量の粗粒をバイパスさせるとフィルタへの負荷がかかりすぎてしまう惧れがある。また、バイパスラインを具備する必要があるため装置の複雑化も避けられない。
従って本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、簡単な設備で以ってフィルタの目詰まりによる圧力損失の増加を最小限に抑制できるとともに、逆洗浄による清掃頻度を減少させて高効率で運転可能である粒子回収方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記したように粒子回収における回収率、回収効率を決定する諸因子のうち最も大きな因子は粒子の粒径分布である。そこで、本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、気体中に含有される粒径１０μｍ以下の微粒、粒径１０〜１００μｍの中間粒及び粒径１００μｍ以上の粗粒までの粒子分布を有する粒子群を該気体から分離回収する粒子回収方法であって、
フィルタによる第二の回収工程の上流側に設けた第一の回収工程を、円筒形の外筒部と底部に粒子排出口を有する円錐部を有するサイクロン本体と、該サイクロン本体の上方に貫装される内筒と、前記外筒部の接線方向に配設されたガス流入管路と、該ガス流入管路に面する内筒の一部に開放口が設けられており生成ガスの一部が内筒に抜けるように構成された旋回型サイクロンで構成し、該サイクロン自体のサイクロン内筒と外筒の間に、前記ガス流入管路から導入される気体流速による遠心力作用とともに、前記ガス流入管路から開放口を経由して内筒内へ流出させるバイパス路によりバイパス作用を持たせて該２つの作用により前記粒子群のうち前記粗粒の一部とともに中間粒を選択的に前記気体から分離回収した後、残存した粗粒と全粒子径分布の小径側に位置する微粒とをフィルタによる第二の回収工程で濾過して同時に回収することを特徴とする。
かかる発明によれば、粒子径が約１００μｍ以上の粗粒の一部とともに中間粒を選択的に微粒中に混合してフィルタ処理を行うことにより、フィルタへの負荷の増加を最小限に抑制しつつ回収効率の向上を図ることができる。
【０００９】
これにより、夫々の回収工程における負荷バランスを好適に保持することができるとともに、高回収率を維持しながら逆洗浄インターバルを長期化することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、前記気体が石炭ガス化炉にて発生する生成ガスであり、前記粒子がチャーである請求項１記載の粒子回収方法において、
前記第一の回収工程にて、粗粒の一部とともに中間粒を選択的に前記気体から分離回収する際に回収粒子中に含有される粗粒及び微粒の割合が２０重量％未満となるように、前記気体中に含有される全粒子の５０〜９０重量％の粒子を回収することを特徴とする。
【００１１】
かかる発明は石炭ガス化炉に適用されるもので、前記第一の回収工程へ導入する気体流速を制御することにより気体流に同伴し易い微粒及び中間粒と直進性の強い粗粒とを分級し、さらに遠心力を利用することにより中間粒及び残存粗粒を分離回収する。このとき、前記第一の回収工程における回収粒子中の粗粒及び微粒の割合が約２０重量％未満となるようにしたため、前記第二の回収工程に導入される粒子の粗粒含有率が好適となりフィルタの圧力損失の増加を抑制できる。また、前記第一の回収工程にて全粒子の約５０〜９０重量％としたため、第二の回収工程におけるフィルタの負荷を最小限に抑えることができるとともに、夫々の処理工程における負荷バランスが保たれ安定した運転が可能となる。
【００１２】
請求項３乃至４記載の発明は、前記方法を好適に実施する装置に関する発明であって、請求項３記載の発明は、気体中に含有される粒径１０μｍ以下の微粒、粒径１０〜１００μｍの中間粒及び粒径１００μｍ以上の粗粒までの粒子分布を有する粒子群を該気体から分離回収する粒子回収装置であって、
フィルタによる後段回収手段の上流側に設けた前段回収手段を、円筒形の外筒部と底部に粒子排出口を有する円錐部を有するサイクロン本体と、該サイクロン本体の上方に貫装される内筒と、前記外筒部の接線方向に配設されたガス流入管路と、該ガス流入管路に面する内筒の一部に開放口が設けられており生成ガスの一部が内筒に抜けるように構成された旋回型サイクロンで構成し、該サイクロンの前記ガス流入管路から前記内筒と外筒部の間に導入されるサイクロン自体の気体流速による遠心力作用とともに、前記ガス流入管路から開放口を経由して内筒内へ流出させるバイパス路によりバイパス作用を持たせて該２つの作用により前記粒子群のうち前記粗粒の一部とともに中間粒を選択的に前記気体から分離回収する前段粒子回収手段と、該前段粒子回収手段より排出された気体中に残存する粗粒と微粒とをフィルタにより分離回収する後段粒子回収手段とを具えたことを特徴とする。
【００１３】
かかる発明は、図１の本発明の概念図に示されるように、粒子含有気体発生源１０から排出された気体から粗粒の一部と中間粒とを補足する前段粒子回収手段１１と、該回収手段１１から排出された気体から残存粗粒及び微粒を補足する後段粒子回収手段１２とから構成される。尚、各回収手段にて補足された粒子群は貯留槽１３に一旦貯留され、前記発生源１０に戻入してもよいし、処理装置等に送給してもよい。
このように、前記後段粒子回収手段１２に導入される粗粒の割合を増加させているためフィルタの目詰まりによる圧力損失の増加を抑制できるとともに、逆洗浄のインターバルを長期化することができ、高効率でかつ高回収率で運転可能な装置を提供することができる。
【００１５】
図５に前記旋回型サイクロン内に投入された気体に含有される各径粒子の流れを示す。これによれば、粒子投入位置より気体に搬送されて投入された粒子のうち、微粒は質量が小さいために旋回型サイクロン内に発生した旋回粒に搬送され易く、Ｃに示されるような軌跡を描く。これに対して、粗粒は直進性が高くＡのような流れの軌跡となり、さらに中間粒子はＢのような軌跡を描く。
そこで、かかる発明のように、前記粗粒が衝突する内筒の一部に開放口を設けることで、粗粒を該開放口から内筒内に排出させることが可能となる。さらに、通常の旋回型サイクロンの機能と同様に内筒下部から排出される微粒含有気体と混合して後段へ送給する構成とすることにより、簡単な装置で以って微粒含有気体に粗粒を混入させることができる。
【００１６】
尚、請求項４記載のように、請求項３記載の気体が石炭ガス化炉にて発生する生成ガスであり、該生成ガス中に含有されるチャーの回収を行うように構成することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、本実施形態では、粒子回収装置を石炭ガス化炉に併設しているがこれに限らず、各種燃焼装置、粉塵処理装置等の粒子含有気体から様々な粒子径を有する粒子を回収する装置であれば何れにも適用可能である。
図２は本発明の実施形態にかかる石炭ガス化炉併設チャー回収装置の概略構成図、図３は本発明の実施形態にかかるサイクロンの斜視図、図４は図３におけるサイクロンの平面図である。
【００１８】
図２において、１０はリダクタ１６とコンバスタ１７からなる空気吹き加圧二段噴流床式石炭ガス化炉で、コンバスタ１７内に微粉炭（石炭）２７とチャーと空気２６及び必要に応じて酸素富化空気とを投入して高温燃焼した後、さらにその上方のリダクタ１６内に微粉炭（石炭）２７を投入してコンバスタ１７の高温燃焼を利用して乾留ガス化させている。
１１は前記ガス化したＣＯやＨ２等の生成ガス２０から粗粒チャーの一部及び中間粒チャーを補足する旋回型サイクロンで、１２は該旋回型サイクロン１１から排出される微粒・粗粒チャー含有ガスから残存チャーを補足するポーラスフィルタである。
【００１９】
１３は前記旋回型サイクロン１１及びポーラスフィルタ１２にて補足されたチャーを回収し貯留するホッパである。そして、前記ホッパ１３に貯留された未反応チャー２４は前記石炭ガス化炉１０に返送されて再度燃焼に用いられる。
一方、前記ポーラスフィルタ１２により残存チャーを略完全に除去された清浄ガス２５はガス精製設備１４に送給される。
尚、前記チャーの粒径から、目安として約１０μｍ以下の粒径を有するチャーを微粒、約１０〜１００μｍの粒径を有するチャーを中間粒、約１００μｍ以上の粒径を有するチャーを粗粒とする。
【００２０】
かかる構成により、粗粒を選択的に微粒中に混合してフィルタ処理を行い、フィルタへの負荷の増加を最小限に抑制しつつ回収効率の向上を図ることができる。
また、粗粒の一部及び中間粒を補足する前記旋回型サイクロン１１を設けることで、該サイクロン１１及び前記ポーラスフィルタ１２における負荷バランスを好適に保持することができるとともに、高回収率を維持しながらポーラスフィルタ１２の逆洗浄インターバルを長期化することができる。
【００２１】
前記旋回型サイクロン１１は、図３に示されるように、円筒形の外筒部と円錐部を有するサイクロン本体３１と、該サイクロン本体３１の上方に貫装される内筒３２と、前記外筒部の接線方向に配設されたガス流入管路３０とから構成される。そして、前記ガス流入管路３０に面する内筒３２の一部には開放口３５が設けられており生成ガス２０の一部が内筒に抜けるように構成されている。
前記ガス流入管路３０からかかる旋回型サイクロン１１に投入された生成ガス２０は、サイクロン外筒及び円錐部を旋回しながら下降した後、反転上昇して前記内筒３２から流出する。
【００２２】
このとき、前記生成ガス２０に搬送されてサイクロン１１内に導入されたチャーのうち、微粒チャー４２は質量が小さいために該生成ガス２０とともに内筒３２下部のガス排出口３４から内筒内へ流出し、前記中間粒チャー４１はサイクロン本体３１内での遠心運動により壁面へ衝突し沈降するか、円錐部下端から反転上昇する過程で沈降してチャー排出口３３から前記ホッパ１３に回収される。
一方、粗粒チャー４２の一部は、質量が大きいため直進して前記開放口３５より内筒３２内へ流出する。該粗粒チャー４２のうち直進経路上に前記開放口３５がないものは、前記中間粒チャー４１とともにチャー排出口３３からホッパ１３に回収される。
【００２３】
従って、前記粗粒チャー４０の一部が前記微粒チャー４２とともにガスに搬送されて前記ポーラスフィルタ１２に送給され、前記中粒チャー４１及び残存粗粒チャー４０が回収される。かかる構成により、簡単な構成で以って確実に粗粒比率の高いチャー含有ガスをポーラスフィルタ１２に送給することができる。
尚、前記開放口３５の形状は特に限定されないが、前記ポーラスフィルタ１２にて最も高効率かつ高回収率で以ってチャー回収が行われるように、開放口の面積、位置及びガス流速を設定するとよい。
好ましくは、サイクロン出口におけるチャーが図６に示される粒度分布となるように設定するのがよい。
【００２４】
ここで、最も好適な粒度分布を図６を用いて詳細に説明する。
従来のサイクロンにおけるチャーの粒度分布が図６（ｂ）で示されるように、ガス化炉出口において中間粒を最も多く含有する生成ガスにおいて、サイクロン出口では中間粒及び粗粒が著しく減少して微粒及び中間粒の境界にピークが存在する。つまり、中間粒及び粗粒が殆ど除去されて微粒及び中間粒が略同重量残存していることを表す。
これに対して、前記旋回型サイクロンを用いることにより図６（ａ）に示すように、微粒及び中間粒の境界のピークのほかに粗粒側にも緩やかなピークをもたせるような粒度分布とする。このように、微粒及び中間粒の他に粗粒を所定量残留させる。
【００２５】
特に好ましくは、前記サイクロンによる回収チャー中で、微粒チャー及び粗粒チャーの含有率が約２０重量％未満となるように開放口面積、位置及びガス流速を設定するとよい。これにより、前記ポーラスフィルタにおけるフィルタの目詰まりを最小限に抑えることができ、高効率でもってチャー回収を行うことが可能となる。
さらにまた、前記サイクロンで補足する回収チャー量を全チャー量の約５０〜９０重量％とするとよい。これにより、該サイクロンと前記ポーラスフィルタの負荷バランスを良好に保つことができる。
尚、本実施形態において、前段側チャー回収手段として旋回型サイクロンにつき説明したがこれに限るものではない。
【００２６】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、後段粒子回収手段にて粒子径が約１００μｍ以上の粗粒を選択的に微粒中に混合してフィルタ処理を行うことにより、フィルタへの負荷の増加を最小限に抑制しつつ回収効率の向上を図ることができる。
また、粗粒の一部及び中間粒を補足する前段粒子回収手段を設けることで、夫々の回収工程における負荷バランスを好適に保持することができるとともに、高回収率を維持しながら逆洗浄インターバルを長期化することができる。
【００２７】
また、前記前段粒子回収手段における回収粒子中の粗粒及び微粒の割合が約２０重量％未満となるようにしたため、前記第二の回収工程に導入される粒子の粗粒含有率が好適となりフィルタの圧力損失の増加を抑制できる。さらに、前記前段粒子回収手段における回収粒子量を気体中の全粒子の約５０〜９０重量％としたため、後段粒子回収手段におけるフィルタの負荷を最小限に抑えることができるとともに、夫々の処理工程における負荷バランスが保たれ安定した運転が可能となる。
また、前記後段粒子回収装置を旋回型サイクロンとし、前記粗粒子が衝突する内筒の一部に開放口を設けることで、簡単な装置で以って微粒含有気体に粗粒を混入させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の粒子回収方法を示す概念図である。
【図２】  本発明の実施形態にかかる石炭ガス化炉併設チャー回収装置の概略構成図である。
【図３】  本発明の実施形態にかかるサイクロンの斜視図である。
【図４】  図３におけるサイクロンの平面図である。
【図５】  サイクロン内に投入された粒子の流れを示す説明図である。
【図６】  （ａ）は本実施形態における回収粒子の粒子径とその重量割合とを示すグラフ図、（ｂ）は従来技術における回収粒子の粒子径とその粒子割合とを示すグラフ図である。
【図７】  従来技術にかかる石炭ガス化炉の全体構成図である。
【符号の説明】
１０    石炭ガス化炉（粒子含有気体発生源）
１１    前段粒子回収手段（サイクロン）
１２    後段粒子回収手段（ポーラスフィルタ）
２０    生成ガス
２１    粗粒・微粒チャー含有排ガス
２２    粗粒・中間粒チャー
２３    粗粒・微粒チャー
２４    チャー
２５    生成ガス
３０    ガス流入管路
３１    サイクロン本体
３２    内筒
３３    チャー排出口
３４    ガス排出口
３５    開放口
４０    粗粒チャー
４１    中間粒チャー
４２    微粒チャー
【図１】
0004071993.tif 000002
【図２】
0004071993.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004071993.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004071993.tif 000007
【図７】
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