JP2000167382A - 反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルの特に外輪への微粉の過度の蓄積をな
くす。 【解決手段】 流動層反応装置である容器１０は流動化
ガスを導入するための複数のノズル２８を含んでいる。
少なくともいくつかのノズル２８には、ノズルへの流動
化ガスの流れを向け直すプレート３２がノズル２８の入
口の近くに設けられている。ノズル２８の入口において
プレート３２を設けることで、ノズル２８を通る流動化
ガスの一様な流れ配分が達成され、ノズル２８を通る圧
力降下が比較的高く維持されてノズル２８の内面への微
粉の付着を除去する良好な流動化ガスの加速が確保され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動粉体システム
に使用される反応装置に関するものであり、より詳しく
は、流動層プロセスにおいて鉄鉱の直接還元に特に有用
である流動層反応装置ないし炉装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】流動層プロセス（fluidized bed proces
s ）は鉄鉱の直接還元に関連した非常に重要なものであ
る。鉄鉱に対する一般的な流動層プロセスにおいては、
単一の還元ステージ、あるいは一般的には、一連の還元
ステージを有する縦型容器（つまり、反応装置）内で、
鉄鉱、鉄酸化物が段階的ないし累進的に還元される。こ
の種のプロセスにおいては、還元される鉱石は、容器の
頂部において内部に供給され、また容器内において上昇
する流動化ガスの流れと対向流関係で下方に流れる。流
動化ガスは、一般的には一酸化炭素、水素および他の公
知のガス混合物からなる高温の還元ガスから構成され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の流動
化ガスは、容器内に配置された垂直壁内に配置された複
数のノズルを通って鉄鉱との接触のために流動層に送ら
れる。ところが、特に鉄鉱の直接還元のための流動層プ
ロセスにおいては、これらのノズルのフォウリングつま
り汚れおよびプラッギングつまり栓塞によって大きな問
題が生じる。つまり、ノズルのフォウリングおよびプラ
ッギングによって金属粒子の「微粉」がノズルの内壁に
付着し、この微粉がやがてノズルを完全に塞いでしま
う。

【０００４】米国特許第３，９１０，７６９号には、ノ
ズルの内壁面への微粉の付着を防止するようなノズルを
通る優先的な流れを設けるために、円錐形状のノズルと
組み合わせて流動化ガス入口にバッフルつまりじゃま板
を設けることが提案されている。このようなデザインは
有益であることが証明されているが、特にノズルの外輪
（outer race）に関してこのデザインでは問題が生じ
る。つまり、バッフル板がノズルの外輪内、より詳しく
はノズルの外輪の壁の部分へ微粉を優先的に滞積させる
原因となってしまうことが見出だされた。この種の蓄積
は、ノズルの入口で強い横流れを起こすバッフル板によ
り発生する流れが原因である。

【０００５】したがって、本発明の主要な目的は、ノズ
ルの外輪のノズルの入口における横流れを除去ないし無
くし、これによりノズルの外輪上の微粉の過度の蓄積を
除去ないし無くすことができる機構を備えた反応装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、流動層
装置内のノズルの少なくとも外輪には、流動化ガスの流
れをノズルに向け直すつまり変える、ノズルの入口の近
くにあるプレートつまり板状部材が設けられている。こ
のようにプレートをノズルの入口に設けることで、次の
ことが行われる。ノズルを通る流動化ガスの一様な流れ
配分が達成される。ノズルを通る圧力降下が比較的高く
維持され、このため、ノズルの内面への微粉の付着を除
去する良好な流動化ガスの加速が確保される。本発明の
他の目的は以下の説明から明らかである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を説明
する。なお、以下の説明では、図１に図式的に例示され
た単一層反応装置を特に参照して説明するが、本発明
は、理論的には、米国特許第３，９１０，７６９号にお
いて説明された多層反応装置、あるいは複数の単一層反
応装置にも同様に適用できるものである。

【０００８】図１を参照して、鉄酸化物の直接還元に採
用されるタイプの縦型反応装置である容器１０が示され
ている。容器１０の頂部において、微粉状の鉄鉱からな
る固形物は固形物入口１２を経て容器１０内に供給され
る。還元された鉄鉱は固形物出口１４を経て容器１０の
底部から取り除かれる。高温の還元ガスの形態である流
動化ガスは流動化ガス入口１６を経て容器１０の底部内
に供給される。使用済の還元ガスはライン１８を経て容
器１０の頂部から回収される。

【０００９】容器１０は壁手段２０により、壁手段２０
の上部の流動粉体セクション２２および壁手段２０の下
部の流動化ガス供給セクション２４に分割される。

【００１０】流動化ガス供給セクション２４には、流動
化ガスの入口１６から供給された流動化ガスを壁手段２
０に設けられた複数のノズル２８に向けて分配するため
に、入口１６の下流の近くにはバッフル２６が設けられ
ている。上記したように、バッフル２６は、壁手段２０
に設けられたノズル２８の外輪の入口における優先的な
横流れを引き起こす。これにより、ノズルの外輪の壁３
０の部分上への微粉の蓄積が生じる。この現象を回避す
るために、壁手段２０内のノズル２８の少なくとも外輪
には、流動化ガスを向け直してノズル２８を通る流動化
ガスの流れを良好に配分するための個々のプレート（板
状部材）３２が設けられている。

【００１１】図２を参照して、本発明のノズルのデザイ
ンを以下に詳細に説明する。ノズル２８のそれぞれ、あ
るいは少なくとも壁手段２０内のノズル２８の外輪を構
成するノズルには、ノズルを通る均一な流動化ガスの流
れを達成するため、流動化ガスの流れを向け直すために
ノズルの入口の開口３４の近くにはプレート３２が設け
られている。本発明によれば、プレート３２は、ノズル
２３の直径Ｄｉよりも大きな直径Ｄｐを有している。ノ
ズル２８の入口３４への流動化ガスのアクセスつまり接
近に悪影響を与えることなく流動化ガスの流を効率的に
向け直すためには、プレート３２を比較的短い距離Ｈで
ノズルの入口３４から離間すべきであることが知得され
た。プレートの直径Ｄｐを距離Ｈを組み合わせること
で、ノズル２８を通る流動化ガスの最適な流れが確保さ
れる。ノズル２８は、ノズルを通る流動化ガスの加速を
確保してノズルの内面への微粉の付着をさらに防止する
ために角度αを形成する側壁を有する円錐形状のもので
ある。ノズル２８の形状および大きさと、ノズルの入口
３４に対するプレート３２の大きさおよび位置との組み
合わせにより、最適な流動化ガス流れが確保される。

【００１２】本発明によれば、円錐形状のノズルにおい
て、長さを約３３０ｍｍから約４５０ｍｍの間、入口直
径Ｄｉを約１００ｍｍから約１２０ｍｍの間、出口直径
Ｄｏを約３５ｍｍから約４５ｍｍの間、また角度αを約
５°から約８°の間とすることが、鉄酸化物の直接還元
において使用される流動層反応装置内で特に有用であ
り、好ましいことが知得された。このようなノズルのデ
ザインにおいては、プレート３２を、プレート３２を入
口３４およびノズル２８から約１２５ｍｍから約２２５
ｍｍの間の距離Ｈで配置し、またプレート３２の直径Ｄ
ｐを約１５０ｍｍから約２３０ｍｍｄの間とすべきであ
ることが知得された。上記したようなノズル２８に関し
てのプレート３２のデザインにより、流動化ガスの向け
直し、およびノズル２８を通る流動化ガスの流れを最適
化できる。

【００１３】ノズルの寸法は好ましくは上記した範囲で
あるが、ノズルは以下の寸法的な関係を維持すべきであ
る。すなわち、比率（Ｄｉ−Ｄｏ）／Ｌは０．１７５か
ら０．２８１の間、比率（Ｄｉ／Ｄｏ）は２．６から
４．８の間、また角度αは約５°から約８°の間。この
ようなノイズのデザインにより、プレート３２は、ノズ
ル２８の入口３４から、２から４．１の間である比率
（Ｌ／Ｈ）に基づいた距離Ｈで配置されるべきであり、
またプレートの直径Ｄｐと入口直径Ｄｉとの間の比率
（Ｄｐ／Ｄｉ）は１．３から１．６の間であることが判
る。

【００１４】本発明によれば、プレート３２は、図３に
例示したように約１２０°の角度間隔でノズルに固着さ
れたロッド３６のような形態である複数の支持部材によ
り、所望の距離Ｈで固着される。ロッド３６はノズルお
よびプレート３２にろう付けなどで固着される。好まし
くは、ノズル２８上のプレート３２に対する必要な支持
を提供し、また同時にノズル２８の入口への流動化ガス
のアクセスを妨げないように、ロッド３６は出来るだけ
小さく作られる。

【００１５】本発明のノズルのデザインにより、流動化
ガスによるノズル２８の入口３４へのスムーズなアクセ
スが確保され、ノズルの入口における強い横流れの問題
を除去できて、ノズルの外面上、特に壁部材２０の外輪
におけるノイズへの微粉の選択的な蓄積を除去できる。
本発明によれば、全てのノズルに本発明によるプレート
を設けることができるが、特定の用途においては、外輪
側にあるノズルだけにプレート３２を設けることが必要
な場合もある。以上、本発明の実施形態を説明したが、
これら実施形態は本発明を実施する際の最良形態の単な
る例示であり、形状、大きさ部品の配置および動作の細
部などにおいて適宜変更できるものであり、よって、本
発明はこれら例示した実施形態に制限されるものではな
い。本発明は特許請求の範囲に規定された技術思想およ
び範囲内にあるこれら全ての変更を含むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の改良されたノズル構造を例
示した流動層タイプの容器の図式的な説明図である。

【図２】本発明によるノズルのデザインの拡大図であ
る。

【図３】図２のライン３−３に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０ 容器 １２ 固形物入口 １４ 固形物出口 １６ 流動化ガス入口 １８ ライン ２０ 壁手段 ２２ 流動粉体セクション ２４ 流動化ガス供給セクション ２６ バッフル ２８ ノズル ３０ 壁 ３２ プレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アデルシド ゴメス ヴェネズエラ，エド．ボリバール，プエル ト オルダス，カーサ ＃５，カレ パレ ルモ マンザナ 71，アーブ． ロス オ リボス Ｆターム(参考） 4G070 AA01 AB06 BB32 CA17 CA18 CB15 DA02 DA22 4G075 AA57 BD04 BD09 BD14 EE02 EE23

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動粉体システムにおいて使用される反
   応装置において、 前記流動粉体のための流れ経路を規定する容器を含み、 第１の方向において前記容器内に粉体を導入するための
   粉体入口手段を含み、 前記第１の方向と実質的に対向流である第２の方向にお
   いて前記容器内に流動化ガスを導入するための流動化ガ
   ス入口手段を含み、 前記容器から前記流動粉体を取り除くための粉体出口手
   段を含み、 前記容器から前記流動化ガスを取り除くための流動化ガ
   ス出口手段を含み、 前記容器を流動粉体セクションと流動化ガス供給セクシ
   ョンに分割するために前記粉体入口手段と前記流動化ガ
   ス入口手段との間において前記容器内に配置された壁手
   段を含み、 前記壁手段内に配置された複数のノズルを含み、複数の
   ノズルのそれぞれは流動化ガスを前記流動化ガス供給セ
   クションから前記流動粉体セクションに連通するための
   入口および出口を有し、 前記流動化ガス入口手段からの流動化ガスの供給を前記
   複数のノズルに向けて分配するために、前記流動化ガス
   供給セクション内で前記側壁手段と前記流動化ガス入口
   手段との間に配置されたバッフル手段を含み、および前
   記複数のノズルの少なくともいくつかを通る前記流動化
   ガスの流れを向け直すために前記複数ノズルの少なくと
   もいつくかの入口の近くで離間されたプレート手段を含
   んでなることを特徴とする反応装置。
2. 【請求項２】 前記複数のノズルが、入口の直径Ｄｉお
   よび出口の直径Ｄｏを有する円錐形状であり、ＤｉがＤ
   ｏよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の反応装
   置。
3. 【請求項３】 前記プレート手段が直径Ｄｐを有し、Ｄ
   ｐはＤｉよりも大きいことを特徴とする請求項２記載の
   反応装置。
4. 【請求項４】 前記プレート手段を前記ノズルの入口の
   上部で距離Ｈで支持するための前記ノズルに固着された
   支持手段を含むことを特徴とする請求項１記載の反応装
   置。
5. 【請求項５】 Ｈが約１２５ｍｍから約２２５ｍｍの間
   であることを特徴とする請求項４記載の反応装置。
6. 【請求項６】 前記支持手段が約１２０°の角度間隔で
   ノズルに固着された３つのロッドを含んでなることを特
   徴とする請求項４記載の反応装置。
7. 【請求項７】 円錐形状のノズルが約５°から約８°の
   間の角度αを形成する側壁部を有することを特徴とする
   請求項２記載の反応装置。
8. 【請求項８】 Ｄｏが約３５ｍｍから約４５ｍｍの間で
   あり、Ｄｉが約１００ｍｍから約１２０ｍｍであり、ま
   たノズルが約３３０ｍｍから約４５０ｍｍの間の長さＬ
   を有することを特徴とする請求項２記載の反応装置。
9. 【請求項９】 Ｄｐが約１５０ｍｍから約２３０ｍｍの
   間であることを特徴とする請求項３記載の反応装置。
10. 【請求項１０】 Ｄｏが約３５ｍｍから約４５ｍｍの間
    であり、Ｄｉは約１００ｍｍから約１２０ｍｍの間であ
    り、またノズルが約３３０ｍｍから約４５０ｍｍの間の
    長さＬを有することを特徴とする請求項３記載の反応装
    置。
11. 【請求項１１】 Ｄｐが約１５０ｍｍから約２３０ｍｍ
    の間であることを特徴とする請求項１０記載の反応装
    置。
12. 【請求項１２】 前記プレート手段を前記ノズルの入口
    の上部でそれから距離Ｈで支持するために前記ノズルに
    固着された支持手段を含むことを特徴とする請求項１１
    記載の反応装置。
13. 【請求項１３】 Ｈが約１２５ｍｍから約２２５ｍｍの
    間であることを特徴とする請求項１２記載の反応装置。
14. 【請求項１４】 円錐形状のノズルが約５°から約８°
    の間の角度αを形成する側壁部を有していることを特徴
    とする請求項１３記載の反応装置。
15. 【請求項１５】 比率（Ｌ／Ｈが）２から４．１の間で
    あり、Ｌがノズルの長さであることを特徴とする請求項
    ４記載の反応装置。
16. 【請求項１６】 比率（Ｄｉ／Ｄｏ）が２．６から４．
    ８の間であることを特徴とする請求項２記載の反応装
    置。
17. 【請求項１７】 比率（Ｄｐ／Ｄｉ）が１．３から１．
    ６の間であることを特徴とする請求項３記載の反応装
    置。
18. 【請求項１８】 比率（Ｄｉ／Ｄｏ）が２．６から４．
    ８の間であることを特徴とすることを特徴とする請求項
    ３記載の反応装置。
19. 【請求項１９】 比率（Ｄｐ／Ｄｉ）が１．３から１．
    ６の間であることを特徴とする請求項１０記載の反応装
    置。
20. 【請求項２０】 比率（Ｌ／Ｈ）が２から４．１の間で
    あることを特徴とする請求項１２記載の反応装置。
21. 【請求項２１】 比率（Ｄｉ−Ｄｏ）／Ｌが０．１７５
    から０．２８１の間であり、Ｌはノズルの長さであるこ
    とを特徴とする請求項２記載の反応装置。