(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に固体粒子が充填されるとともに、下部に固体粒子を抜き出すための排出部を有し、上部に固体粒子を補給するための供給部を有する反応槽と、前記供給部に接続されるとともに、少なくとも一部に非垂直部を有するパイプ状のシュートとを具え、前記排出部から一定量の固体粒子を抜き出し、これと同量の固体粒子を前記シュートを介して前記供給部から補給することにより、内部に上から下に向かう固体粒子の緩やかな流れの移動層を形成し、この移動層に水平方向から被処理気体を流通させて移動層の固体粒子と被処理気体との固気接触を行うようになっている移動層式固気接触装置において、
前記供給部に、前記シュートから補給される固体粒子の流れを供給部断面の周方向に角度θ回転させる捩じり板が設けられ、
この捩じり板の角度θが、非垂直部におけるシュートの軸線と、反応槽の被処理気体の流れ方向の軸線とが水平面で交わる角度とされ、その回転方向がシュートの軸線を回転させて角度θを打ち消す方向とされたことを特徴とする移動層式固気接触装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は移動層式固気接触装置に関し、特に、排ガスの乾式脱硫脱硝用の反応槽等に有効に用いられる固気接触効率の高い移動層式固気接触装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
移動層式固気接触装置は、例えば、排ガスの乾式脱硫脱硝用の反応槽等に用いられるものであって、反応槽の内部に充填した触媒粒子（以下、固体粒子という）に排ガスを流通させて固体粒子と被処理気体との固気接触を行うことにより、排ガス中に含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物等を除去するようにしたものである。
【０００３】
この場合、反応槽の下部から固体粒子を一定量抜き出し、これと同量の固体粒子を反応槽の上部から補給することにより、反応槽内の固体粒子の更新を図るとともに、反応槽内に上から下に向かう緩やかな固体粒子の移動層を形成し、この移動層に水平方向から排ガスを流通させて固体粒子と排ガスとの固気接触を行うようになっている。
【０００４】
反応槽の大きさは、要求される脱硫率や脱硝率、或いは使用する固体粒子の性能等の条件によって決定され、これらの条件が同じであれば、排ガス量に比例して大きさが決定される。
【０００５】
発電用ボイラ等においては、排ガス量が非常に大きいので、排ガス量に比例して反応槽の大きさを決定すると、反応槽が非常に巨大なものとなってしまい、製作上、運転上の問題が生じる。このため、それよりも小さい反応槽を複数個組み合わせて使用するようになっている。
【０００６】
移動層を形成する固体粒子は、移動層よりも高い位置に設けられたホッパに一旦貯蔵され、ホッパからパイプ状のシュートを介して移動層へ供給される。そして、移動層の下部に設けられた排出機によって一定の流量で連続的、或いは断続的に抜き出され、同時に上部から同量だけ補給される。
【０００７】
移動層を形成する固体粒子の流量は、移動層下部からの抜き出し量によって決まるので、抜出し用の排出機は、所定の範囲で流量の設定が可能で且つ定量性の良いものが必要となり、例えば、ロールフィーダ等が使用される。
【０００８】
固体粒子の供給は、ホッパの固体粒子レベルが一定になるようにレベル制御で行われる。すなわち、移動層に固体粒子を最初に充填するときに、ホッパの所定のレベルまで固体粒子を充満させておき、ホッパに設けられたレベル計によってホッパにおける固体粒子のレベルが一定になるように制御する。
【０００９】
この場合、ホッパと移動層との間にあるシュートの内部及び移動層の内部を固体粒子で充満した状態とする。排出機によって移動層内の固体粒子が排出されると、移動層全体が緩やかに下降するとともにホッパのレベルも下がるので、このレベルの下降を補うように固体粒子をホッパに供給する。
【００１０】
移動層の上部は固体粒子で充満した状態とする。すなわち、移動層の屋根板を固体粒子の供給口を頂点とする角錐状に形成するとともに、その稜線と水平面とのなす角度を固体粒子の安息角以上とすることによって、内部を固体粒子で充満することができ、固体粒子は角錐体の山を形成する。
【００１１】
そして、固体粒子の排出がない場合には、移動層全体が静止するとともに、ホッパ内及びシュート内の固体粒子も、静止の状態を保っている。
【００１２】
固体粒子が排出されると移動層全体が緩やかに下降するので、角錐体の山も全体が緩やかに下降し、屋根板との間に僅かな隙間を生じることになるが、直ちにこの隙間を埋めるように供給口から固体粒子が移動層に流入し、流入した固体粒子は、角錐体の頂上部から表面全体に積層するように広がる。
【００１３】
すなわち、移動層の下部から固体粒子を抜き出すと、山の表面全体が更新されて行くが、移動層全体は見掛け上殆ど変化しない。このとき、シュート内部においては、固体粒子が充満した状態を保ったままで、ピストンフローに近い流れで静かに流れる。
【００１４】
ホッパは移動層の真上にあるとは限らないので、ホッパと移動層とを連通するパイプ状のシュートは垂直であるとは限らない。特に、前記のように移動層が複数で構成され、固体粒子を１個のホッパからそれぞれシュートで供給するような場合には、シュートは必ず非垂直部を持つことになる。
【００１５】
固体粒子は、一定の大きさを持つとは限らず、幅広い粒度分布を持つことが少なくない。例えば、乾式脱硫脱硝で用いられる炭素質触媒は、使用しているうちに摩耗して小さくなるので、１０ｍｍ程度から微粉までの粒度分布を持っている。
【００１６】
固体粒子がこのような粒度分布を持っていると、垂直でないシュートを流れるときに分級作用が発生する。すなわち、このような粒子を垂直でないシュートの中に充満した状態で流すと、小さな粒子は重力の作用によって大きな粒子の間を抜けて下に向かうので、シュートの下側程細かい粒子が集まり、シュートの上側程粗い粒子となる。
【００１７】
一旦、このような分級作用が起こると、シュートが非垂直状態から垂直状態に戻った後もそのままの状態を維持し続け、これを水平断面で見ると、固体粒子の流れの進行方向側に粗い粒子が分布し、反対側に細かい粒子が分布することになる。以下、このように位置によって粒子の大きさが異なる現象を粒子の「偏析」と呼ぶことにする（「粒度分布」とは呼ばないことにする）。
【００１８】
このような偏析現象が生じたシュートから供給部を介して反応槽内に固体粒子が供給されると、反応槽の移動層においてもこの偏析現象を引き継ぐことになる。すなわち、移動層を水平断面で見ると、固体粒子の進行方向側に粗い粒子が、反対側に細かい粒子が分布することになる。そして、移動層においては固体粒子は垂直方向に均一に流下するので、この偏析状態はどの高さの水平断面をとっても同様となる。
【００１９】
移動層式固気接触装置においては、通過する被処理気体は移動層全体を一様な流速で流れることが好ましい。しかし、移動層内で上記のような偏析現象が生じると、通過する被処理気体は移動層内で偏流を起こし、この結果、固気接触効率が低下することになる。
【００２０】
移動層内で固体粒子が偏析していると、気体は粗い粒子の部分を通過し易くなり、細かい粒子の部分を通過し難くなる。ところが、固気接触における接触効率は、粗い粒子よりも細かい粒子の方が高くなる。すなわち、一定容積の固体粒子に一定量のガスを通過させた場合、明らかに、粗い粒子よりも細かい粒子を用いた方が、高い接触効率が得られる。
【００２１】
したがって、固体粒子が偏析している移動層では、接触効率の悪い部分を多くの気体が流れて、接触効率の良い部分にはあまり流れなくなるので、移動層全体の接触効率が低下する。
【００２２】
この発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決したものであって、反応槽内に固体粒子の偏析現象が生じた場合であっても、高い接触効率が得られる移動層式固気接触装置を提供することを目的とするものである。
【００２３】
【問題点を解決するための手段】
上記の問題点を解決するためにこの発明は、内部に固体粒子が充填されるとともに、下部に固体粒子を抜き出すための排出部を有し、上部に固体粒子を補給するための供給部を有する反応槽と、前記供給部に接続されるとともに、少なくとも一部に非垂直部を有するパイプ状のシュートとを具え、前記排出部から一定量の固体粒子を抜き出し、これと同量の固体粒子を前記シュートを介して前記供給部から補給することにより、内部に上から下に向かう固体粒子の緩やかな流れの移動層を形成し、この移動層に水平方向から被処理気体を流通させて移動層の固体粒子と被処理気体との固気接触を行うようになっている移動層式固気接触装置において、前記供給部に、前記シュートから補給される固体粒子の流れを供給部断面の周方向に角度θ回転させる捩じり板を設け、この捩じり板の角度θを、非垂直部におけるシュートの軸線と、反応槽の被処理気体の流れ方向の軸線とが水平面で交わる角度とし、その回転方向をシュートの軸線を回転させて角度θを打ち消す方向とする手段を採用したものである。
【００２４】
【作用】
この発明は前記のような手段を採用したことにより、シュートから反応槽内に流入する固体粒子は、反応槽の供給部に位置している捩じり板によって供給部断面の周方向に角度θ回転させられることになる。したがって、固体粒子の偏析状態は、被処理気体の流れに直角な断面において、上下方向にも水平方向にも一様となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本願発明者らは、前述した問題点を解決するため、シュートの非垂直部における固体粒子の流れの方向と、移動層における被処理気体の流れの方向について検討を行った。
【００２６】
前述したように、非垂直部を持つシュートでは、固体粒子の流れの進行方向側に粗い粒子が分布し、反対側に細かい粒子が分布する偏析状態となり、この偏析状態は移動層においてもそのまま引き継がれる。
【００２７】
そこで、非垂直部におけるシュート２５の軸線と、反応槽２１の移動層２４における被処理気体の流れの方向の軸線とが交わる水平面上の角度をθとして、角度θによって固気接触効率がどの様に影響されるかを考えた（図１３〜図１６参照）。
【００２８】
角度θが９０゜の場合の水平断面における偏析状態を図１４に示す。被処理気体の流れに対して直角な断面においては、固体粒子は水平方向に対して偏析しており、水平方向の一端に最も粗い粒子が、他端に最も細かい粒子が集まる。この断面の上下方向、及び被処理気体の流れる方向に対しては一様となる。したがって、被処理気体は水平方向の一端側に集中して流れ、他端側はあまり流れないことになるので、最も好ましくない状態にあることが理解できる。
【００２９】
角度θが０゜の場合の水平断面における偏析状態を図１５に示す。被処理気体の流れに対して直角な断面においては、上下方向にも水平方向にも一様であり、被処理気体の流れに偏流を生じさせる要因はない。又、固体粒子は被処理気体の流れる方向に対しては偏析しているが、これも被処理気体の流れに偏流を発生させる要因とはならない。したがって、被処理気体は移動層２４を一様に流れることになり、最も好ましい状態であることが理解される。
【００３０】
角度θが０゜と９０゜の間にある場合は、図１６のようになり、前記した２つの場合の結果と比較すれば明らかなように、角度θは０゜に近付く程好ましい状態となり、９０゜に近付く程好ましくない状態となることが理解できる。
【００３１】
上記の検討の結果、角度θが０゜となる場合が好ましいことが判明したので、次に角度θが０゜でない場合の対策を検討した。
【００３２】
先ず、非垂直部において、シュートに曲り部を設けることによって、水平面上での方向を変え、最終的に角度θを０゜とすることを考えた。
【００３３】
しかし、実験の結果、最終的に角度θを０゜としても、最終の非直線部を相当長くしない限り充分な効果が得られず、充分な効果を得るためにはシュートの直径の１０倍程度の長さが必要であることが判明した。
【００３４】
そして、これは、ホッパと移動層との立体的な配置関係によって実行できない場合があり、たとえ実行可能な場合でもホッパの位置を相当高くしなければならないことが判明した。
【００３５】
そこで、更に検討を重ねた結果本発明に到達した。本発明は、図１〜図６に示すように、移動層２４の固体粒子の供給部２２に、固体粒子の流れを、供給部２２断面の周方向に角度θだけ回転するような捩じり板１０を設けるものである。ここで、角度θは非垂直部におけるシュート２５の軸線と、反応槽２１の被処理気体の流れ方向の軸線とが水平面上で交わる角度であり、捩る方向はシュート２５の軸線を回転して角度θを打ち消す方向である。
【００３６】
固体粒子は、シュート２５の内部及び供給部２２の内部を充満した状態で流れるので、捩じり板１０によって簡単に、又確実に周方向に回転することができる。したがって、この回転により、供給部２２での水平断面における固体粒子の偏析状態は、角度θが０゜の場合と全く同じ偏析状態とすることができる。この結果、移動層２４内においても、理想的な偏析状態とすることができる。
【００３７】
捩じり板１０は、図２に示すように、１枚の板を角度θ捩った簡単なものである。捩じり板１０の取り付け方法は、図３及び図４に示すように、挿入管１５の内部に固定してこれを反応槽２１の供給部２２に差し込むようにしている。
【００３８】
取り付け方法は、これに限らず、シュート２５の下端や供給部２２の内部に直接挿入して固定しても良い。又、シュート２５と同径の短管の内部に固定して、短管をシュート２５と供給部２２との間に取り付けるようにしてもよい。
【００３９】
挿入管１５の周方向の位置は、どのようであってもよく、捩じり板１０上端の線及び下端の線の方向は、固体粒子の流れの方向や被処理気体の流れ方向に対して無関係に取り付けることができる。
【００４０】
捩じり板１０は、図５に示すように、２枚又はそれ以上の板を組み合わせて、捩った形状としてもよい。
【００４１】
以下、本願の移動層式固気接触装置と従来の移動層式固気接触装置との性能を比較する。
【００４２】
従来の移動層式固気接触装置は、図９に示すように、８つの反応槽２１と、それらの中心部に位置する１つのホッパ２６と、ホッパ２６と各反応槽２１とを接続する放射状に設けられたシュート２５とを具えている。
【００４３】
そして、この移動層式固気接触装置を用いて固体粒子の供給試験を行った結果、図１０に模式的に示すような固体粒子の偏析が観察された。そこで、８つの反応槽２１のうち図中左上端と左下端の反応槽２１、２１の移動層２４、２４から固体粒子をサンプリングし、その粒度分布を測定した。
【００４４】
サンプリングの方法は、移動層２４を被処理気体の流れに平行な垂直面で３つの部分に分割し（上側からＡ０部、Ｂ０部、Ｃ０部）、それぞれの部分において、全平面から一定の厚みで採取した。図１１に左上端の移動層２４の粒度分布を示し、図１２に左下端の移動層２４の粒度分布を示す。
【００４５】
この結果、シュート２５における固体粒子の進行方向側に相当するＡ０部では、粗い粒子が多く、細かい粒子が少ないことが理解できる。又、反対側に相当するＣ０部では、粗い粒子が少なく、細かい粒子が多いことが理解できる。
【００４６】
下側の移動層２４は、ホッパ２６に対して上側の移動層２４と対称となる位置にあるので、その粒度分布も同様に対称となっていることが理解できる。
【００４７】
したがって、この従来の移動層式固気接触装置を用いて被処理気体の固気接触を行うと、被処理気体は固体粒子の粗い部分に集中して流れることになるので、接触効率が大幅に低下することになる。
【００４８】
本願の移動層式固気接触装置は、図１に示すように、８つの反応槽２１と、反応槽２１の中心部に位置する１つのホッパ２６と、ホッパ２６と各反応槽２１とを接続する放射状に設けられたシュート２５と、各反応槽２１の供給部２２に挿入管１５を介して装着される捩じり板１０とを具えている。
【００４９】
そして、この移動層式固気接触装置を用いて固体粒子の供給試験を行った結果、図６に模式的に示すような固体粒子の偏析が観察された。そこで、８つの反応槽２１のうち左上端と左下端の反応槽２１、２１の移動層２４、２４内の固体粒子をサンプリングし、その粒度分布を測定した。
【００５０】
サンプリングの方法は、移動層２４を被処理気体の流れに平行な垂直面で３つの部分に分割し（上側からＡ１部、Ｂ１部、Ｃ１部）、それぞれの部分において、全平面から一定の厚みで採取した。図７に左上端の移動層２４の粒度分布を示し、図８に左下端の移動層２４の粒度分布を示す。
【００５１】
この結果、上側の移動層２４及び下側の移動層２４の各部分における粒度分布の差はほとんど見られないことが理解できた。したがって、従来の移動層式固気接触装置とを比較して、明らかに著しく改善されていることが理解できた。
【００５２】
【発明の効果】
この発明は前記のように構成したことにより、少なくとも一部に非垂直部を有するシュートを介して反応槽に固体粒子を供給すると、固体粒子は、反応槽の供給部に設けた捩じり板によって供給部断面の周方向に角度θ回転させられることになる。したがって、反応槽内における固体粒子の偏析状態は、被処理気体の流れに直角な断面において、上下方向にも水平方向にも一様となるので、被処理気体の流れに偏流を生じさせる要因とはならない。又、固体粒子は、被処理気体の流れ方向に対しては偏析しているが、これも気体の流れに偏流を生じさせる要因とはならない。したがって、被処理気体は反応槽内の移動層を一様に流れることになるので、高い接触効率を得ることができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による移動層式固気接触装置の全体を示す説明図である。
【図２】図１の捩じり板の説明図である。
【図３】捩じり板の取付け方法の一例を示す平面図である。
【図４】図３に示すものの正面図である。
【図５】捩じり板の他の例を示す説明図である。
【図６】図１に示すものを用いて固体粒子の供給実験を行った結果を示す模式図である。
【図７】図６の左上端の移動層の粒度分布を示す説明図である。
【図８】図６の左下端の移動層の粒度分布を示す説明図である。
【図９】従来の移動層式固気接触装置の全体を示す説明図である。
【図１０】図９に示すものを用いて固体粒子の供給実験を行った結果を示す模式図である。
【図１１】図１０の左上端の移動層の粒度分布を示す説明図である。
【図１２】図１０の左下端の移動層の粒度分布を示す説明図である。
【図１３】反応槽とシュートとの関係を示す説明図である。
【図１４】固体粒子の流れ方向と被処理気体の流れ方向との関係の一例を示す説明図である。
【図１５】固体粒子の流れ方向と被処理気体の流れ方向との関係の他の例を示す説明図である。
【図１６】固体粒子の流れ方向と被処理気体の流れ方向との関係の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０……捩じり板
１５……挿入管
２１……反応槽
２２……供給部
２４……移動層
２５……シュート
２６……ホッパ
【図１】
0004156058.tif 000002
【図２】
0004156058.tif 000003
【図３】
0004156058.tif 000004
【図４】
0004156058.tif 000005
【図５】
0004156058.tif 000006
【図６】
0004156058.tif 000007
【図７】
0004156058.tif 000008
【図８】
0004156058.tif 000009
【図９】
0004156058.tif 000010
【図１０】
0004156058.tif 000011
【図１１】
0004156058.tif 000012
【図１２】
0004156058.tif 000013
【図１３】
0004156058.tif 000014
【図１４】
0004156058.tif 000015
【図１５】
0004156058.tif 000016
【図１６】
0004156058.tif 000017