JP2004198011A

JP2004198011A - 流動層反応炉

Info

Publication number: JP2004198011A
Application number: JP2002365786A
Authority: JP
Inventors: Chikanori Kumagai; 親徳熊谷; Hirofumi Yamazaki; 洋文山崎; Toshinori Muraoka; 利紀村岡; Tatsuya Watanabe; 達也渡辺; Kenichi Yamada; 健一山田
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】熱容量が小さいために迅速に立ち上げることができ、しかも放熱損失が小さい、といった利点を有する流動層反応炉を提供する。
【解決手段】内部に高温の流動層１１を形成するための炉本体１０を、外周部に空間２１を設けた状態で別のベッセル２０の内部に収容した。炉本体１０内に送る流動化ガスは、上部の導入管２５からベッセル２０内に導入し、炉本体１０の外周とベッセル２０との間の上記空間２１に流したうえ炉本体１０の下部に至らしめ、分散板１３を通して流動層１１へ送る。炉本体１０の上部をベッセル２０に固定し、炉本体１０の下部は、振れ止め板２３によって上下方向への変位が可能な状態でベッセル２０内に設けている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
請求項に係る発明は、粉粒状の固体（被処理物）を流動化ガスにて流動させることを通じて各種の反応（加熱・冷却・乾燥・分級・輸送等を含む）を起こさせる流動層反応炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高温度の流動層を内部に形成する流動層反応炉について、従来の一般的な構造を図５に示す。炉体７０は概ね円筒形などに形成され、鉄板等の金属板（鉄皮）７０ａの内側に耐火物（または断熱材）７０ｂが施工されている。耐火物７０ｂの内側に流動層７１のための空間があり、その下に分散板（多数の通孔を有する板）７３が設けられている。炉体７０に接続した供給手段７８を用いて分散板７３の上に被処理物を投入するとともに、最下部にある風箱７２より流動化ガスを導入して分散板７３から上向きに流すことにより、分散板７３上で当該被処理物（あるいは珪砂等の流動補助材との混合物）の流動層７１を形成する。こうした流動層７１において、被処理物と流動化ガスとが活発に接触することにより所定の反応を起こし、その後のガスが流出口７５より出る一方、被処理物が回収管７６から取り出される。
【０００３】
使用温度（流動層温度）の高い流動層反応炉において、上記のように耐火物や断熱材が炉壁に施工される主な理由は、内部の熱量が外部に伝わることによる放熱損失を低減することにある。放熱損失が大きいと熱効率が悪く、エネルギーの無駄が生じてしまう。
【０００４】
なお、下記の特許文献１にも、耐火物もしくは熱容量の大きい蓄熱材を炉壁に設ける流動層反応炉が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１２５７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５や上記特許文献１に記載のように耐火物や断熱材を炉体に設けると、流動層反応炉の放熱損失が低減され、または、熱容量が大きいために反応温度を安定化させることができる。しかし、休止させた（温度低下した）反応炉を再度使用する際には、耐火物や断熱材を有するため熱容量が大きく、当該反応炉の運転前の準備時間が長くなる。つまり、反応が円滑化するに必要な温度にまで炉体を予熱・昇温するという、いわば立ち上げ作業のためにかなりの時間が必要である。
【０００７】
連続的に運転される流動層反応炉に関しては、立ち上げに要する時間が長いこともほとんど不利にはならないが、小規模設備である等の理由でたとえばデイリースタート・デイリーストップが通常の運転態様である反応炉においては、立ち上げに長時間を要することは運転効率を著しく低下させ、熱効率の面でも大いに不利となる。
【０００８】
請求項に係る発明は、熱容量が小さいために迅速に立ち上げることができ、しかも放熱損失が小さい、などの利点を有する好ましい流動層反応炉を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した流動層反応炉は、内部に常温（外気の温度）以上の流動層を形成するための炉本体を、外周部に空間を設けた状態で別のベッセルの内部に収容したことを特徴とする。
【００１０】
この流動層反応炉は、炉本体とベッセルとの間に伝熱性の低い空気層をはさんだ二重構造であることから、内外間の断熱性が高く、したがって流動層温度を常温以上にするにもかかわらず放熱損失が小さめに抑えられる。
上記のように断熱性が高く放熱損失が小さいことから、この流動層反応炉では炉本体またはベッセルの壁に耐火物や断熱材を厚く施工する必要がない。そのため、反応炉の熱容量を小さくすることができ、予熱・昇温といった立ち上げのための時間を短くすることが可能である。立ち上げに要する時間が短くなれば、デイリースタート・デイリーストップなどのような頻繁なＯＮ・ＯＦＦを繰り返す際にも、効率上の不利が小さくなる。
なお、流動層反応炉において放熱損失が重要な課題になるのは内部の流動層温度が２００℃以上になる場合であり、またその温度が１３００℃を超えると厚い耐火物や断熱材が不可欠になるため、この請求項の流動層反応炉は、流動層温度が２００〜１３００℃のものにおいて効果を発揮するものといえる。
【００１１】
請求項２に記載の流動層反応炉はとくに、炉本体内に送る流動化ガスを、ベッセル内に上部から導入し、炉本体の外周とベッセルとの間の上記空間に流したうえ炉本体の下部に至らしめることを特徴とする。炉本体の下部に達したのち、同ガスは、分散板等を通って炉本体内に上向きに送られ、粒状物を流動化させる。
【００１２】
こうした流動層反応炉においては、放熱損失を一層に低減することができる。炉本体の壁を通して流動層内の熱量が外部に移動しても、その熱量が、上記のように炉本体の外周とベッセルとの間の空間に流れる流動化ガスに回収され、同ガスとともに再び炉本体内に供給されるからである。
【００１３】
請求項３に記載の流動層反応炉はとくに、炉本体の上部をベッセルに固定し、炉本体の下部は、上下方向への変位が可能な状態でベッセル内に設けたことを特徴とする。なお、炉本体の下部は、上記のように上下方向には変位可能にしながらも、水平方向へは変位しないように支えるのが、振れを防止する等の点で好ましい。
【００１４】
炉本体とベッセルとの二重構造にする流動層反応炉においては、流動層を常温以上にする場合、炉本体とベッセルとの間で熱膨張量に差異が生じがちである。流動層反応炉は一般に上下に長いことから、両者の熱膨張量は上下方向に関して最も差異が大きくなる。
しかし、この請求項の流動層反応炉は、炉本体の上部をベッセルに固定する一方、炉本体の下部は上下変位が可能な状態にするので、上記のように熱膨張量に差異が生じても、両者に不適当な応力や変形が生じがたい。
【００１５】
とくに、炉本体の下部をベッセルに固定する（そして炉本体の上部をベッセルに対して変位可能にする）のではなく、上部において炉本体をベッセルに固定することから、この流動層反応炉では内部のガスを漏出させないように構成することが容易である。それは以下のように説明できる。前記したように流動化ガスをベッセル内に上部から導入し、炉本体の外周とベッセルとの間の上記空間を流したうえで炉本体の下部に至らしめるようにする場合（たとえば図１のように構成した場合）、
イ) もし上部において炉本体をベッセルに対して変位可能にするならば、ガスの漏出を防ぐためには両者間に伸縮継手が必要になる。しかも、上部ではベッセル内と炉本体内との圧力差が大きいため、当該伸縮継手に相当な耐圧性が必要である。
ロ) それに対し、上部において炉本体をベッセルに固定するとともに下部をベッセル内で変位可能にすれば、圧力差の大きい上部において伸縮継手を使用する必要がない（炉本体とベッセルとを溶接したり、パッキンを用いて両者を結合したりすればよい）。また下部では、ベッセルと炉本体との間を通るガスは、ベッセルの壁が健全である限り外部には漏出せず、予定されたとおり炉本体内（流動層内）に送られるので、継手など特別な密封手段は不要である。
【００１６】
請求項４に記載した流動層反応炉は、とくに、炉本体の内部において流動化ガスを常圧（大気圧）より高くすることを特徴とする。
【００１７】
このように流動化ガスの圧力を高くして運転する流動層反応炉においては、前記した各発明の特徴が一層の利点をもたらす。たとえば、
・炉本体とベッセルとの二重構造にすることは、流動化ガスが高圧である流動層反応炉を構成容易にするうえでとくに有利である。上記した二重構造をとれば、内側の炉本体に関しては内外間の圧力差を小さくすることができるために耐圧強度を緩和でき、外側のベッセルに関しては、接触するガスの温度が流動層温度よりもかなり低いために耐熱強度を緩和できるからである。つまり、流動層反応炉を一重の壁にて構成する場合と異なり、特定の壁に対して耐熱性と耐圧性とがともに厳しく要求されることがない。したがって、各壁を軽量かつ低コストに構成して流動層反応炉の低価格化を実現できる。
・また、炉本体の上部をベッセルに固定して両者間に伸縮継手を不要にすることも、流動化ガスが高圧である流動層反応炉においてとくに利点をもたらす。流動化ガスが高圧である場合、もし炉本体とベッセルとの間に伸縮継手が必要だとすれば、その継手には相当に高い設備コストが必要だからである。口径が２００ｍｍを超える程度の伸縮継手においては、内部圧力がゲージ圧で０．３ｋｇ_f／ｃｍ²（約０．０３ＭＰａ）以上になるとコストが急増するので、当該構成の利点は、流動化ガスの圧力がその程度以上になる場合にとくに顕著である。
【００１８】
なお、流動化ガスの圧力を高くして運転すると、流動層反応炉をコンパクトにしながらも流動層における反応を活発化できるという利点がある。
【００１９】
請求項５に記載の流動層反応炉は、とくに、バイオマスをガス化させるために使用するものであることを特徴とする。
【００２０】
バイオマスをガス化させるための流動層反応炉は、被処理物であるバイオマス（とくに木材等の木質系バイオマス）について集荷が容易でないこと等の理由から、容量が小さく（たとえば１基・１日あたりの最大処理量が０．２〜１．０トン）各地域に分散設置される小規模・分散型の設備にならざるを得ない。また、同じくバイオマスの集荷の観点から人口の疎らな地域に設置されることが多いため、その運転も、日中のみに限ったデイリースタート・デイリーストップの態様であることがほとんどである。
このように小規模であって連続運転される場合の少ないバイオマスのガス化用流動層反応炉においては、上記のように炉本体とベッセルとの二重構造にすることがとくに有意義である。そのような構造は、耐火物や断熱材を厚く施工しなくとも断熱性を高くできるので、反応炉の熱容量を小さくし、もって予熱等の立ち上げに要する時間を短縮できるからである。短い立ち上げ時間で十分に予熱ができるなら、この流動層反応炉では、頻繁なＯＮ・ＯＦＦを繰り返す際にも消費する熱量が僅かである。
【００２１】
請求項６に記載の流動層反応炉は、さらに、外部から流動層へ向けての被処理物の投入管を、炉本体からのガス流出口を経由させて流動層の直上部分に開口させたことを特徴とする。流動層の直上部分とはたとえば、流動層の真上にあって流動層と内径が同等の部分をいう。なお、投入管の上部（流動層反応炉の外にある基部）には、流動化ガス（および発生ガス）を外部に漏出させずに被処理物を投入できる、シール機能のある供給手段（ロータリバルブやスクリューコンベヤ等）を設けるのがよい。
【００２２】
この流動層反応炉には、流動層へ向けての被処理物の投入管に関連してつぎのような作用的特徴がある。すなわち、
1) 外部から炉本体の内部にかけての投入管の配置を簡単化できる。この流動層反応炉は炉本体とベッセルとを含む二重構造であるため、双方の壁を貫く一般的な位置に投入管を設けた場合には、反応炉の運転時に不適当な変形等が生じる恐れがある。温度上昇にともなう熱膨張によって、炉本体とベッセルおよび投入管の間に相対変位が生じやすく、いずれかに熱応力が発生しがちだからである。しかしこの請求項の流動層反応炉では、投入管を、炉本体からのガス流出口を経由させて（つまり、炉本体とベッセルとからなる二重壁を貫通させずにガス流出管のみを貫通させて）設けるので、熱膨張による上記の相対変位が不適当な応力を生むことがない。したがって、そのような応力を緩和すべく投入管に変形容易な部分を設けたりする必要もない。
2) 被処理物をスムーズに流動層内に落下させることができる。投入管はガス流出口を経由させながらも、その開口（下端部の開口）を、当該流出口内にではなく流動層の直上部分に設けるからである。流動層を出たガス（流動化ガスおよび発生ガス）は、流動層部分よりも口径の小さいガス流出口を通るとき速度を増して流れるが、そのようなガス流出口より下の位置にある、流動層の直上部分に投入管の開口を設ける以上、投入管から落下させられる被処理物がガスとともに炉外に流出してしまう不都合を避けられるのである。
【００２３】
請求項７に記載の流動層反応炉は、とくに、炉本体の壁を金属板により形成して、ベッセルの壁を金属板により形成して外周部に保温材を設けたことを特徴とする。炉本体およびベッセルの壁に使用する金属板としては、耐熱性および耐食性に富むものを使用する。たとえばステンレス鋼板、なかでもＪＩＳにいうＳＵＳ３１０等がその金属板として好ましい。ベッセルの壁の外周部に設ける保温材としては、軽量であって熱容量の小さい、たとえばロックウールやグラスウールのような保温材が好ましい。
【００２４】
こうした流動層反応炉は、請求項１に記載した流動層反応炉を具体的に構成したものであって、コストが低いこと、断熱性が高い（したがって放熱損失が小さい）こと、および熱容量が小さい（したがって立ち上げ時間を短縮できる）ことに関してきわめて好ましいといえる。
この流動層反応炉が低コストであるうえに低熱容量であるのは、炉本体に耐火物をほとんど設ける必要がないからである。とくに耐火物を全く使用しない場合には設備コストおよび消耗品（耐火物）のコストが低く、しかも、軽量であって熱容量が小さい。前記のように炉本体とベッセルとの間に流動化ガスを流すこととして炉本体の内外間に作用する圧力差を小さくすれば、炉本体の壁とする金属板をとくに薄くすることが可能なので、低コスト化・低熱容量化に関してさらに有利である。
一方、この流動層反応炉が断熱性についてとくにすぐれるのは、ベッセルの外周部に保温材を設けるからである。ベッセルの外周部をたとえば全周的に保温材で覆うと、流動層反応炉から外部へ移動する熱量を少なくすることができる。ロックウール等の軽量・低熱容量の保温材を使用するなら、これを設けることによる重量と熱容量の増加はきわめて僅かである。またこのように保温材を使用すれば、外側表面が高温度になることが防止されるため、人が接近または接触し得る流動層反応炉とするうえで好ましい。
【００２５】
請求項８に記載の流動層反応炉は、さらに、
・外部から流動層上部のフリーボード部に送る燃焼用流体の供給管を、
・ベッセルおよび炉本体の壁を貫通させ、炉本体に対して密に（つまり隙間なく）固着するとともにベッセルの壁に対し伸縮継手を介して変位可能に密に接続することにより取り付けた
ことを特徴とする。
フリーボード部に送る上記の燃焼用流体とは、オイル等の燃料、または酸素含有ガスをいう。フリーボード部に可燃性の高温ガスが充満している場合には、酸素含有ガスを吹き入れるだけで当該可燃性ガスが燃焼するので、燃料とともに酸素含有ガスも「燃焼用流体」であるといえる。
【００２６】
こうした流動層反応炉では、上記の燃焼用流体が起こす燃焼によって流動層上部（フリーボード部）を加熱できるため、内部の温度をとくに適切にコントロールして、反応炉内に望ましい反応を生じさせることが可能である。たとえばフリーボード部に温度検出用センサーを設け、当該センサーの信号に基づいて自動開度調整されるバルブを燃焼用流体の供給管に設けておけば、フリーボード部の温度コントロールは一層適切に行える。
【００２７】
また、上記した燃焼用流体の供給管は、燃焼用流体をフリーボード部以外の箇所に漏出させず、しかも、炉本体およびベッセルに対して不適当な応力を発生させることがない。常温以上の温度で使用する場合、炉本体とベッセルとの間には熱膨張量の差が発生するため、双方の壁を貫通させて供給管を配置すると炉本体やベッセル等に無理な応力や変形が生じる可能性がある。しかしながら、この請求項の流動層反応炉では、供給管を、炉本体に対して密に固着するとともにベッセルの壁に対し伸縮継手を介して変位可能に密に接続するので、燃焼用流体の漏出を防止しながらも応力または変形に関する不都合を回避できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
発明の実施についての一形態を図１および図２に示す。図１は、間伐材や木屑などのバイオマスをガス化するための流動層反応炉１を示す縦断面図である。また図２（ａ）は、流動層反応炉１の横断面図（図１におけるａ−ａ断面図）であり、図２（ｂ）は、流動層反応炉１における被処理物の供給手段３０等を示す部分的側面図（図１におけるｂ−ｂ矢視図）である。
【００２９】
流動層反応炉１は、概ね円筒形状の炉本体１０の外側ほぼ全周面を、やはり概ね円筒形状のベッセル２０によって同心状に覆った二重構造のものである。炉本体１０の外周面とベッセル２０の内周面との間には、合計断面積が炉本体１０の開口断面積にほぼ等しくなる程度の環状の空間２１を確保している。
【００３０】
炉本体１０は、内部に流動層１１を形成する反応容器である。周囲の壁を金属板（ステンレス鋼板など）１０ａによって形成したもので、耐火物層は設けていない（耐火物層を設けてもよいが、設ける場合にはその層を薄くして金属板１０ａの内側に施工する）。底部には、多数の通孔が形成された分散板１３を設け、上部には、横断面積を次第に小さくした縮径部１４ａを介してガス流出口１５を接続するとともに、被処理物の供給手段３０を配置している。細かく破砕した上記のバイオマスを供給手段３０より分散板１３上に投入する一方、流動化ガスであってバイオマスと反応させる酸素含有のガス（２５０〜３００℃の空気など）を、分散板１３の通孔を通して上方へ送る。そのガスの流量を適当に設定することにより、投入されたバイオマスは分散板１３上で流動化して流動層１１を形成する。バイオマスは、流動層１１において流動化ガスと活発に接触し、５００〜７００℃の反応温度でいわゆる部分燃焼をし、一酸化炭素や水素、炭化水素等の可燃性ガスを発生する。その発生ガスが、流動層１１の上のフリーボード部１４と縮径部１４ａを経由してガス流出口１５より炉外へ出る一方、ガス化が十分進んでいないバイオマスおよび珪砂等の流動補助材は、回収管１６から下向きに取り出される。回収管１６にはロータリーバルブ等の切出し手段１６ａを接続しているので、炉本体１０内の圧力を保持しながらバイオマスの取り出しが行える。切出し手段１６ａより上方の回収管１６内には、珪砂等の流動補助材やガス化が十分進んでいないバイオマスが充填されており、気密が確保できる。
【００３１】
流動層１１の部分における炉本体１０の直径（内径）は２００〜１０００ｍｍとしており、この流動層反応炉１による１基・１日あたりの木質系バイオマスの最大処理量は０．２〜１．０トンである。炉体をコンパクトにしながら内部のガス化反応を活発化できるように、炉本体１０の内部圧力は約２ｋｇ_f／ｃｍ²（約０．２ＭＰａ）〜約５ｋｇ_f／ｃｍ²（約０．５ＭＰａ）（好ましくは約３ｋｇ_f／ｃｍ²（約０．３ＭＰａ）。いずれもゲージ圧）と高めにする。なお、図１の符号２８は、ベッセル２０内への導入部分と炉本体１０からの流出部分との間の圧力差（つまり流動層１１の層差圧と分散板１３の差圧との総和）を測定する差圧計である。また、図１および図２（ａ）における符号１７は、流動層温度を測定する温度計である。
【００３２】
一方、図１のとおり炉本体１０とともに流動層反応炉１を構成するベッセル２０は、内周に空間２１を取れるよう炉本体１０よりも一回り大きく形成した中空容器である。やはり金属板（ステンレス鋼など）２０ａによって周囲の壁を構成し、耐火物層を設けない（外周面を軽量の保温材層２０ｂで覆うのもよい）。上部には、流動化ガスの導入管２５を接続し、それより導入されたガスが空間２１を均一に流れて下部へ至るよう、らせん状の整流板２６を内周部に取り付けている。
【００３３】
炉本体１０とベッセル２０とは、双方の上部で固定し合い、下部では、上下方向の相対変位が自在となるように連結している。すなわち、まず上部では、炉本体１０に設けたフランジ１８とベッセル２０に設けたフランジ２４とを、ボルトナット等によりパッキンを介して密に接合する。ベッセル２０は地上に固定しているので、上記の接合により、炉本体１０が上部においてベッセル２０に吊り下げられた状態になる。こうした状態の炉本体１０の下部は、ベッセル２０の内部に設けた振れ止め板２３に周囲を接触させている（図２（ａ）参照）。炉本体１０の下部は、こうして振れ止め板２３に接触することにより、側方への振れを防止されながら上下方向への変位が自在となる。内部が温度上昇することにより、炉本体１０とベッセル２０との間には熱膨張量に差が生じるのが一般的だが、両者間を上記のとおり接続したことにより、熱膨張差に起因する不適当な応力等の発生を防止できる。
【００３４】
炉本体１０の底部をベッセル２０の底部から上方に浮かせることにより、炉本体１０が有する分散板１３の下に、図１のようにベッセル２０の周壁に囲まれた風箱２２を形成している。このため、前記のようにベッセル２０の上部から導入され空間２１を流下する流動化ガスは、振れ止め板２３に沿って風箱２２に達したうえ、分散板１３の通孔を通って上向きに流動層１１に至る。流動化ガスをこのように流すことにより、炉本体１０の壁を金属板１０ａのみ（または薄い耐火物層を有するもの）によって形成したにもかかわらず、高温の流動層１１が有する熱量の外部放散を効果的に防止できる。
【００３５】
未反応のバイオマスを流動層１１内に供給するための供給手段３０は、モータ３０ａにて駆動されるスクリューコンベヤ３１と、投入管３２およびＢＭ（初期流動補助材）投入管３３とを組み合わせたものである。すなわち、図２（ｂ）にも示すように、投入管３２の上端にスクリューコンベヤ３１の排出口を接続し、投入管３２の中ほど（流出口１５より外側の部分）にＢＭの投入管３３を合流させている。スクリューコンベヤ３１は、内部にバイオマス等が充填されたとき、炉本体１０内の圧力を保持しながらもその炉本体１０内へバイオマスを供給できる。なお、ＢＭとは、流動層反応炉１の運転開始時に、円滑な流動層１１を形成するためバイオマスの投入に先立って投入されるケイ砂等の流動補助材である。
【００３６】
供給手段３０は流動層反応炉１の真上の部分に設置し、投入管３２は、図１のようにガス流出口１５の管壁を経由させる形で取り付けている。流出口１５の一部であって炉本体１０から外へ出た部分の管壁を貫通させたことから、投入管３２は、ベッセル２０の壁を含まない１枚の壁のみを貫いており、したがって炉本体１０・ベッセル２０間で熱膨張量に差が生じてもそれによる応力・変位を受けない。
【００３７】
投入管３２は長めに形成し、最下部の開口３２ａは、ガス流出口１５および炉本体１０の縮径部１４ａよりも下の位置、すなわち流動層１１の直上であるフリーボード部１４内に設けている。縮径部１４ａおよび流出口１５に比べてフリーボード部１４は開口断面積が大きいため、ここでのガス流速は未反応バイオマスを吹き飛ばさない程度の低速度である。したがって、こうした投入管３２を通して、流動層１１内へのバイオマスの投入は円滑に行える。
【００３８】
図１および図２に示した流動層反応炉１には、図３のように燃焼用流体供給手段４０を付設することがある。同供給手段３０は、流動層１１またはその上のフリーボード部１４内に酸素含有ガスを吹き込むためのものである。フリーボード部１４等には高温度の可燃性ガスが存在するため、酸素含有ガスを吹き入れるだけでその可燃性ガスの一部が燃焼し、フリーボード部１４等の温度上昇がはかれる。図示の例では、酸素含有ガスとして、流動化ガスと同一のガスを分岐させて吹き入れている。
【００３９】
燃焼用流体供給手段４０の構成はつぎのとおりである。まず、流動化ガスの導入管２５から下向きに分岐管４１を延ばし、その側壁の複数箇所に、連結管４２を介して燃焼用流体の供給管４３を接続する。燃焼用流体の供給管４３は、ベッセル２０と炉本体１０の各側壁を貫通してフリーボード部１４内等に達するものだが、ベッセル２０と炉本体１０との間に熱膨張変位が生じ得ることから、当該供給管４３とベッセル２０との間には図示のように伸縮継手４４を設ける。つまり、供給管４３と炉本体１０との間を溶接によって固着する一方、供給管４３とベッセル２０との間は、ベッセル２０に大きめの貫通孔を設けてその内部での供給管４３の変位を自在にするとともに、ベッセル２０と供給管４３との間を蛇腹状の伸縮継手４４によって密封するのである。このようにすれば、炉本体１０およびベッセル２０から外部へガスの漏れることがないうえ、炉本体１０・ベッセル２０間に熱膨張差が生じても機械応力上の不都合が生じない。
【００４０】
上記のように燃焼用流体供給手段４０を設けるとともに適切な制御手段を用いて炉本体１０内の温度コントロールをする場合、バイオマスのガス化に関連してつぎのような利点がある。すなわち、第一には、流動層１１とフリーボード部１４とのそれぞれにおいて温度を５００〜７００℃（好ましくは６００〜６５０℃）に制御できるため、バイオマスを活発にガス化しながらも、発生ガス中のタールの含有量を減らすことができる。発生ガスについてフリーボード部１４での温度降下を防ぐことにより、同ガス中のタールの分解を促進できるからである。第二に、流動層１１やフリーボード部１４等の温度を高くしすぎないようコントロールできるため、発生ガスに含まれるダスト等の集塵を、一般仕様の（つまり特別な高温仕様でない）集塵器によって容易に行うことができる。
【００４１】
つづく図４は、発明の実施についての他の形態を示すもので、流動層反応炉２に関する縦断面図である。
この流動層反応炉２も、ほぼ円筒形状の炉本体５０の外側ほぼ全周面を、円筒形状のベッセル６０によって同心状に覆った二重構造のものである。炉本体５０の外周面とベッセル６０の内周面との間には環状の空間６１を設けている。内部に２００℃以上の流動層５１を形成し、そこで固体（粒状の被処理物）と流体（流動化ガス）とを活発に接触させるので、図１等に示した流動層反応炉１と同様の用途、または他の各種反応のために使用することができる。
【００４２】
炉本体５０の周壁は、ステンレス鋼板等の金属板５０ａとその内面に付けたセラミックコーティング層５０ｂとによって形成している。セラミックコーティング層５０ｂは、流動するバイオマス等に接触することによる早期摩耗や、内部の発生ガスによる高温腐食を防止するために施工したもので、たとえば溶射によってアルミナやジルコニアをコーティングする。炉本体５０にはそのほか、図１の例と同様に、分散板５３や回収管５６を設けている。一方、炉本体５０の外に組み付けたベッセル６０は、ステンレス鋼板等の金属板６０ａにより周壁を形成したうえ外周をロックウール等の保温材層６０ｂにより覆っている。図１のものと同じく、ベッセル６０には、上部に流動化ガスの導入管６５を設け、同ガスが炉本体５０との間の空間６１を下向きに流れるようにしている。
【００４３】
炉本体５０とベッセル６０との結合は、図１の例と同じく、上部において炉本体５０のフランジ５８とベッセル６０のフランジ６４とを密着させて固定的に接合することにより行っている。そして底部では、ベッセル６０を地上に固定設置する一方、炉本体５０は、上記のとおり上部を支えた状態で底部をベッセル６０から浮かせ、分散板５３の下に風箱６２を形成したうえ、ベッセル６０の底部内周部分に配置した振れ止め板６３にて水平方向への変位のみを拘束している。このように炉本体５０とベッセル６０とを図１の流動層反応炉１と同様に組み付けたことから、この流動層反応炉２においても、a)炉本体５０・ベッセル６０間の熱膨張差に起因する不適当な応力発生が防止され、b)流動化ガスが、ベッセル６０の上部から空間６１を通って風箱６２に達したうえ流動層５１に入るという、熱損失の少ない経路をたどる----といった利点がある。
【００４４】
炉本体５０は、分散板５３を設けた最低部分から、ベッセル６０との結合をなすフランジ５８までの部分（またはそれより上までの部分）を、水平断面の形と寸法に変化のない直円筒形状に形成している。そしてガス流出口５５は、そのような直円筒形状の炉本体５０の上端部から、直角に屈曲させてほぼ水平に延伸させている。炉本体５０に比べて、ガス流出口５５の開口断面（流れ方向と直角な断面）の面積は半分程度以下に小さくしている。炉本体５０について最低部分からフランジ５８までの部分に断面の変化がないことから、炉本体５０とベッセル６０との組み立てが簡単であるという利点もある。円筒状に形成したベッセル６０に対し、やはり円筒状にした炉本体５０を上方から挿入したうえ、フランジ５８・６４間をボルトナット等で接合すればよいからである。
【００４５】
炉本体５０の流動層５１への被処理物の投入管３２は、図示のようにガス流出口５５の上方壁を貫通させ、同流出口５５の一部と炉本体５０の最上部とを経由させたうえ、下端の開口３２ａを流動層５１の直上部分に設けている。当該部分は流動層５１と同等の開口を有していてガス流出口５５よりも開口断面積が大きいので、開口３２ａから投入される粒状の被処理物が直ちに炉外に排出される恐れがない。また、投入管３２は流出口５５の管壁のみを貫通させているため、流動層反応炉２における各部熱膨張量の差異に起因して力学的な不都合が生じることを容易に防止できる。
なお、図４の流動層反応炉２に対しても図３のような燃焼用流体供給手段４０を付設することができ、それにより前述のような利点がもたらされ得ることは、言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に記載した流動層反応炉によれば、内外間の断熱性が高く放熱損失が小さいことに加え、熱容量を小さくすることができる。そのため、頻繁なＯＮ・ＯＦＦを繰り返す際にも、好ましい熱効率を保つことができる。
【００４７】
また、請求項２に記載の流動層反応炉によれば、放熱損失を一層に低減することができる。
【００４８】
請求項３に記載した流動層反応炉によれば、炉本体とベッセルとの間で熱膨張量に差が生じても、両者に不適当な応力や変形の生じる恐れがない。炉本体とベッセルとの間に伸縮継手を使用する必要がないので、炉内のガスを漏出させないための構成が簡単になる。
【００４９】
請求項４に記載した流動層反応炉においては、上記した各流動層反応炉の構成上の特徴が一層の利点をもたらす。
【００５０】
請求項５に記載の流動層反応炉は、小規模であって連続運転される場合の少ないものであるため、やはり請求項１等の流動層反応炉の特徴がとくに有利に作用し、頻繁なＯＮ・ＯＦＦを繰り返すうえで効果的である。
【００５１】
請求項６に記載の流動層反応炉によれば、外部から炉本体の内部にかけての投入管の配置を簡単化できるとともに、ガスによって吹き飛ばされないようスムーズに被処理物を流動層内に投入することができる。
【００５２】
請求項７に記載の流動層反応炉なら、低コスト・低熱容量・高断熱性といった点についてとくに好ましい。人が接近しまたは接触することのある流動層反応炉とするうえでも有利である。
【００５３】
請求項８に記載の流動層反応炉なら、温度コントロールをとくに適切に行って反応炉内に望ましい反応を生じさせることができ、しかも、炉本体およびベッセルに対して不適当な応力を発生させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施に関する一形態を示すもので、流動層反応炉１を示す縦断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示した流動層反応炉１の横断面図（図１におけるａ−ａ断面図）であり、図２（ｂ）は、同じ流動層反応炉１における被処理物の供給手段３０等を示す部分的側面図（図１におけるｂ−ｂ矢視図）である。
【図３】図１および図２に示した流動層反応炉１に付設できる燃焼用流体供給手段４０を示す縦断面図である。
【図４】発明の実施に関する他の形態として流動層反応炉２を示す縦断面図である。
【図５】従来の一般的な流動層反応炉を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１・２流動層反応炉
１０・５０炉本体
１１・５１流動層
１５・５５ガス流出口
２０・６０ベッセル
２１・６１空間
２５・６５導入管
３０被処理物の供給手段
３２投入管
４０燃焼用流体供給手段
４３供給管
４４伸縮継手

Claims

内部に常温以上の流動層を形成するための炉本体が、外周部に空間を設けた状態で別のベッセルの内部に収容されていることを特徴とする流動層反応炉。
炉本体内に送る流動化ガスが、ベッセル内に上部から導入され、炉本体の外周とベッセルとの間の上記空間を流れたうえ炉本体の下部に至ることを特徴とする請求項１に記載の流動層反応炉。
炉本体の上部がベッセルに固定され、炉本体の下部は、上下方向への変位が可能な状態でベッセル内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の流動層反応炉。
炉本体の内部において流動化ガスが常圧より高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流動層反応炉。
バイオマスをガス化させるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流動層反応炉。
外部から流動層へ向けての被処理物の投入管が、炉本体からのガス流出口を経由して流動層の直上部分に開口していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流動層反応炉。
炉本体の壁が金属板により形成されていて、ベッセルの壁が金属板により形成されていて外周部に保温材を設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の流動層反応炉。
ベッセルおよび炉本体の壁を貫き、炉本体に対して密に固着されるとともにベッセルの壁に対し伸縮継手を介して変位可能に密に接続されることにより、外部から流動層上部のフリーボード部に至る燃焼用流体の供給管が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の流動層反応炉。