Byproduct slaked lime discharge device

本発明は乾式アセチレン発生設備に関し、より詳細には乾式アセチレン発生設備に付属する副生消石灰排出装置に関する。

工業的にアセチレンを発生する方法としては、カルシウムカーバイド（ＣａＣ ₂ 、以下「カーバイド」という。）と水を反応させる方法（ＣａＣ ₂ ＋２Ｈ ₂ Ｏ→Ｃ ₂ Ｈ ₂ ＋Ｃａ（ＯＨ） ₂ ）が古くから行われている。 この方法を大別すると、湿式法と乾式法に分けられる。 湿式法はカーバイドに対して１０当量以上の水を用いるため、副生成する消石灰と水の混合物が泥状となり、その処理方法が煩雑である。 乾式法は、化学当量よりもやや過剰量の水の存在下で反応を進行させる方法であり、副生成する消石灰は数％の水分しか含まない粉状となるため、その処理を容易に行うことができる。

従来の乾式アセチレン発生設備の例を図４に示す。 これは、特公昭３１−７８３８号公報（特許文献１）の図面に記載されている乾式アセチレン発生設備であり、１はカーバイド運搬車、２はバケットエレベーター、３はホッパー、４はバケットエレベーター、５はアセチレン発生機で、ジグザグに装置された棚板６，７の上を撹拌腕８が回転し、バケットエレベーター４より供給されたカーバイド及び給水口９より散布された水を撹拌しつつ下方へ送るようにされている。 １０はスクリュープレス式の消石灰取出口、１１は可及的大径ならしめたアセチレン取出管、１２はバッフル型集塵装置、１３，１４は水洗型集塵装置、１５はアセチレン流量計、１６は水封安全装置、１７はアセチレン送出管、１８は給水ポンプ、１９は給水管、２０は給水制御装置、２１は防爆用窒素管である。

ここで、特許文献１に記載された発明では、副生成する消石灰をスクリュープレス式の消石灰取出口１０を用いて回収している。 これにより、消石灰が出口を十分に閉塞するため、空気がアセチレン発生機内に侵入することを防止できると記載されている。

特公昭３３−２８５号公報（特許文献２）では、アセチレン発生装置等に使用される密閉装置の後段に設置される粉体排出装置が記載されている。 当該文献には、粉体に常に一定の密封力を保持して密閉装置内のガス圧と大気圧とを遮断し、粉体の排出を円滑かつ連続的に行うことを目的として、粉体を排出するスクリューコンベア１を発条２の力に抗して軸方向に移動可能に架設し、これに働く軸方向の圧力をリンク３、４、５により排出口に対向させた排出弁６に伝動すると共に重錘１０によって該排出弁６に外力を与えて粉体の排出抵抗に応じて排出弁６の開度並びに圧縮力を自動的に制御することを特徴とした粉体排出装置が記載されている。 特許文献２に記載された第１図を図５として示す。

特許文献２に記載の発明によれば、粉体の密封力は粉体の含水率と粉体に加えられる外力により決定されるところ、含水率の小さいときは大きな外力を加え、含水率の大きいときは小さな外力を加えることで、常に一定の密封力を保持するとされる。 このため、排出される粉体は、粉体の含水率に応じて圧縮度が異なるものとなる。

更に、特公昭３３−６３２号公報（特許文献３）では、アセチレン発生装置の底部において発生残滓と未反応カーバイドとの強力な混合及び圧搾作用を起こさせて、消石灰被殻に覆われて残滓中に残存する未反応カーバイドを圧搾撹拌して完全に反応させるためのスクリューコンベア装置３が記載されている。 更に、スクリューコンベア装置３を出た残滓は排出用のスクリューコンベア装置５において更に混合撹拌された後に、円錐状の断面をもつ開口２０から排出される。 開口２０には重錘２２により適当な荷重を有する押え蓋２１が設置されており、これにより、開口２０内の残滓は常に適当な圧搾作用を受け、残滓層によって完全に発生装置を外気と遮断しつつ残滓を連続的に排出することができるとされる。 特許文献３に記載された図面を図６として示す。

特公昭４５−２６６２９号公報（特許文献４）には、滓排出口１１から出た副生消石灰中に含まれる少量の未反応カーバイドをパドル式撹拌機１９内で撹拌することで完全に反応させることが記載されている。 パドル式撹拌機１９を出た副生消石灰は連続排出機２０より系外へ排出される。 特許文献４に記載された図面を図７として示す。

このように、従来のアセチレン発生設備においては、副生消石灰中に混入している未反応のカーバイドを反応させることを目的としてアセチレン発生機の後段にスクリューコンベア装置やパドル式撹拌機を設置している。 更に、副生消石灰の排出作業をスクリュープレスやスクリューコンベアにより行い、副生消石灰の取出口には排出弁や抑え蓋を設置することでアセチレン発生設備の密封状態を確保している。

しかしながら、これらの手法では、機構が複雑であり、メンテナンスを頻繁に行う必要があるという問題が残されている。 そこで、本発明は斯かる問題を解決することのできる副生消石灰排出装置を提供することを課題とする。 また、本発明はそのような副生消石灰排出装置を備えたアセチレン発生設備を提供することを別の課題とする。

上記課題を解決するべく創作された本発明は一側面において、
アセチレン発生機の副生消石灰排出口に直接又は間接的に連結され、上部に入口、下部に出口を有しており、アセチレン発生機からの副生消石灰を保持するシールタンクと、
該タンクの出口から副生消石灰を抜き出すための排出機と、
該タンク及び該排出機を加熱するための加熱装置と、
該タンクの重量を計測する秤量器と、
該秤量器で計測された該タンクの重量に応じて副生消石灰を抜き出す速度を制御する制御機構と、
を備えた副生消石灰排出装置である。

本発明に係る副生消石灰排出装置の一実施形態においては、前記排出機は前記タンクの出口よりも高い位置で副生消石灰を排出する登り勾配の傾斜型スクリューコンベアである。

本発明に係る副生消石灰排出装置の別の一実施形態においては、アセチレン発生機からの副生消石灰に含まれる未反応カーバイドを攪拌し、反応させるための熟成機と、該熟成機を加熱するための加熱装置を更に備えており、該熟成機の入口はアセチレン発生機の副生消石灰排出口に連結されており、該熟成機の出口が前記シールタンクの入口に連結されている。

本発明は別の一側面において、本発明に係る副生消石灰排出装置を備えたアセチレン発生設備である。

本発明は更に別の一側面において、
アセチレン発生機の副生消石灰排出口から排出される副生消石灰を、シールタンクの上部に設置した入口から直接又は間接的に導入して、１００〜１２０℃の温度で保持する工程と、
シールタンク内の副生消石灰を下部に設置された出口から排出機により抜き出す工程と、ここで、副生消石灰を抜き出す速度は該タンクの重量に応じて制御する、
を含むアセチレン発生機からの副生消石灰排出方法である。

本発明に係る副生消石灰排出方法の別の一実施形態においては、前記排出機は傾斜型スクリューコンベアであり、該傾斜型スクリューコンベアによって搬送される副生消石灰は該タンクの出口よりも高い位置に設置された取出口まで１００〜１２０℃の温度に維持される。

本発明に係る副生消石灰排出方法の一実施形態においては、アセチレン発生機の副生消石灰排出口から排出される副生消石灰は、該副生消石灰に含まれる未反応カーバイドを攪拌し、１００〜１２０℃の温度で反応させた後に、シールタンクに導入される。

本発明によれば、機構が簡単であり、特に、副生消石灰を抜き出すための排出機のメンテナンス頻度が少ない副生消石灰排出装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る乾式アセチレン発生設備の概略図を示す。

本発明の一実施形態にかかる副生消石灰排出装置の概略図（側面図）を示す。

本発明の一実施形態にかかる副生消石灰排出装置の概略図（平面図）を示す。

特公昭３１−７８３８号公報（特許文献１）に記載されている乾式アセチレン発生設備の図面を示す。

特公昭３３−２８５号公報（特許文献２）に記載されている粉体排出装置の図面を示す。

特公昭３３−６３２号公報（特許文献３）に記載されている乾式アセチレン発生装置の図面を示す。

特公昭４５−２６６２９号公報（特許文献４）に記載されている乾式アセチレン発生装置の図面を示す。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態に係る乾式アセチレン発生設備１００の概略図を示した。 本実施形態に係る乾式アセチレン発生設備１００は、原料シールタンク１０１、アセチレン発生機１０２、除塵冷却塔１０３、脱硫塔１０４、及び副生消石灰排出装置１０５備えており、粉砕したカルシウムカーバイドと必要最小量（例：カーバイドに対し２．８〜３．２当量）の水を反応させてアセチレンガスを発生させ、これを除塵等の処理を経た後に回収する一方で、副生する消石灰は７〜１０重量％程度の水分を含む乾燥状態で回収する。 以下、工程毎に各装置の動作及び目的を説明する。

１． 原料供給工程 原料ホッパー（図示せず）には、破砕設備にて予め粉砕したカーバイドが貯蔵されている。 カーバイドは粒度が小さすぎると温度が上昇し、アセチレン重合等の副反応が生じやすくなる一方で、粒度が大きすぎると反応が十分に進行しないことから、４ｍｍ以下、平均粒径約０．８〜１．３ｍｍ程度の粒度に粉砕されていることが好ましい。 原料ホッパーの底部から抜き出されたカーバイドは、例えば、スクリューコンベア、バケットコンベア、及びフローコンベア等によって、原料シールタンク１０１に搬送される。 操業中、原料シールタンク１０１はアセチレン発生機１０２からのアセチレンの逆流を防止するのに十分な量のカーバイドで常に満たしておくことが望ましい。 原料シールタンク１０１はカーバイドで常に満杯にし、過剰なカーバイドはフローコンベアで原料ホッパーに戻すようにすることができる。 また、安全のため、原料ホッパー、搬送機械、及び原料シールタンク１０１内は窒素雰囲気としている。 希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ）などの不活性ガスを用いてもよい。 しかし、カルシウム系の物質を扱うため、二酸化炭素は不適である。 原料シールタンク１０１の底部から、スクリューコンベアによってアセチレン発生機１０２へカーバイドを供給する。

２． アセチレン発生工程 アセチレン発生機１０２は多段攪拌方式になっており、一般には円筒状である。 上段で大部分の反応を完了し、下段で攪拌混合し、未反応カーバイドを反応させることで変換効率を上げている。 図１に示すアセチレン発生機１０２は１０段で構成されており、第１段及び第２段が反応段であり、第３〜第１０段が混合段となっている。 反応段にはカーバイドに加えて、スプレーノズルから反応用の水が供給される。 スプレーノズルから噴霧される反応水の流量は、スプレーノズル毎に独立制御することが可能である。 これにより、例えば、原料投入口に近いスプレーノズルの流量を上げ、遠ざかるに従い流量を下げる制御や、発生機立ち上げ時における原料投入時に、スプレーノズルの下部に原料が到達することを待ってから散水開始するなどの制御が可能である。 供給する反応水は例えばカーバイドに対し２．８〜３．２当量とすることができる。 反応水は反応熱を吸収して蒸発し、発生機１０２内の温度上昇を防ぐ冷却効果もある。 カーバイドは第１段及び第２段棚上に外周部より投入され、回転軸１０６を中心にして回転する回転腕（図示せず）に複数取り付けられた撹拌羽根（図示せず）により中心部に向って拡散移送され、上面より噴霧状に散布された反応水と混和しアセチレンガスを発生しつつ中心部の回転軸１０６周辺より第３段棚上に落下する。 第３段では第１段とは逆に中心部より外周部に向って反応しながら移送される。 以降、未反応のカーバイド及び副生消石灰は同様のジグザグ移動を繰り返しながら順に下段に移動し、最下段でアセチレン発生機１０２での反応が終了する。 発生機１０２内は、アセチレンの分解爆発を抑えるため、１４０℃以下に制御することが好ましく、９０〜１３０℃程度に制御することがより好ましい。 その後、アセチレンガスは除塵工程へと送られる一方で、副生消石灰は副生消石灰排出工程へと送られる。

３． 除塵工程 発生機１０２で生じたアセチレンガスは除塵冷却塔１０３に送られる。 この際に、大粒径の副生消石灰が除塵冷却塔１０３に入り込まないように、ガス道を確保しながら発生機１０２へ押し戻すことができるように、除塵冷却塔１０３の前段にリボンスクリュー１０７を上下２段設置している。

除塵冷却塔１０３に流入するアセチレンガスは８０〜９５℃程度の温度であり、リボンスクリュー１０７で除去できない粉塵消石灰を同伴している。 除塵冷却塔１０３は、下段のスプレー室１０８と充填物を詰めた上段の充填室１０９に分かれている。 除塵冷却塔１０３の下段から流入するアセチレンガスは、スプレー室１０８内を上方に流動していく間に、霧状に散布されるスプレー水によって粉塵消石灰が洗い流されると共に冷却される。 次いで、アセチレンガスは、リング状、ペレット状又はハニカム状などの形状の充填物が詰まった充填室１０９内を蛇行しながら更に上昇していく。 充填室１０９の上方からは冷却水１１０が供給されており、冷却水１１０は分散板１１１により塔内に均一に分散された後に充填室１０９に流れ込む。 アセチレンガスが充填室１０９を通過する間にスプレー室１０８では洗い流されなかった粉塵消石灰が除去される。 ガスの冷却も更に進行し、２０〜３０℃程度にまで冷却される。 本実施形態では、使用水量の削減のため、充填室１０９内に供給する冷却水１１０を新水とし、使用後の水を除塵水槽１１２に受け入れ、除塵水槽循環ポンプ１１３を介してスプレー室１０８で再使用している。 除塵冷却塔１０３をアセチレンガスが通過する間にアセチレンガスが水中に溶解してロスするのを防止するため、排水温度は７０〜８０℃程度に高く維持することが望ましい。

４． 脱硫工程 除塵冷却塔１０３を通過したアセチレンは、次いで脱硫塔１０４に流入する。 一般に、原料カーバイドには不純物として硫化カルシウムが混入しているため、アセチレン発生機１０２では水との反応により硫化水素が発生している。 そこで、脱硫塔１０４にて水酸化ナトリウム（以下、「ＮａＯＨ」）の水溶液を用いて硫化水素を除去する。 脱硫塔１０４内には充填物１１４が詰められており、アセチレンガス中に含まれる少量の硫化水素は脱硫塔１０４内を蛇行しながら上昇していく間に、脱硫塔１０４の上方から散布されるＮａＯＨ水溶液と反応して硫化ナトリウムとなって洗い流される。 使用後のＮａＯＨ水溶液は脱硫水槽１１５に受け入れて、脱硫循環ポンプ１１７によって再び脱硫塔１０４に戻されるか、脱硫水槽廃液ポンプ１１８によって廃水処理へ回す。 脱硫効果が持続する限り循環使用することで使用量削減が可能である。 ＮａＯＨ水溶液以外のアルカリ液も使用可能であるが、カルシウム系のアルカリ液は析出のおそれがあることから、ＮａＯＨ水溶液が好ましい。

５． 水封安全器 脱硫工程を経たアセチレンガスは、逆流防止のための水封安全器１１６を通過し、貯蔵用のガスホルダーに送られる。

６． 副生消石灰排出工程 一方、アセチレン発生工程で副生する消石灰は、本発明に係る副生消石灰排出装置１０５を経て回収される。 副生消石灰排出装置はシールタンクと、排出機と、加熱装置と、秤量器とを備えており、随意的に熟成機を備えることもできる。 以下、各構成機器について詳述する。

（１）熟成機 副生消石灰はアセチレン発生機１０２の最下段から副生消石灰排出口１１９を通って熟成機１２０に落下する。 熟成機１２０では副生消石灰に含まれる未反応カーバイドを反応させる。 未反応カーバイドは副生消石灰によって表面が被覆されて反応が進行しにくくなっている状態にあることから、熟成機１２０内で未反応カーバイドを副生消石灰と共に強固に攪拌する。 これにより、表面の副生消石灰層が破壊されて未反応カーバイドの反応が促進され、アセチレンの収率を高めることが可能となる。 この反応には、副生消石灰に付着する水分を用いるため、熟成機に改めて反応水を供給する必要はない。

熟成機１２０では、アセチレン発生機１０２で反応し切れなかった微量の未反応カーバイドを反応させることから発熱量は少ない。 そこで、内容物が熟成機１２０内壁に付着するのを防止するために、加熱することが好ましい。 加熱温度は高すぎると機器の寿命に影響を及ぼす一方で、低すぎると十分な付着防止効果が得られないため、１００〜１２０℃に加熱することが好ましい。 加熱装置は特に限定されないが、例えばスチーム加熱や、電熱などにより行うことが出来る。 これらの中でも、軸の加熱が容易であることから、スチーム加熱が好ましい。 攪拌装置は特に限定されないが、例えばパドルミキサー、スクリューコンベア等が挙げられる。 これらの中でも、適切な条件を選ぶことで、熟成機内の粉体レベル、及び流れを均一に出来ることから、二軸パドルミキサーが好ましい。

なお、熟成機１２０を介さず、アセチレン発生機１０２の最下段から副生消石灰を次に説明するシールタンク１２１に直接供給することもできる。 ただし、その場合はアセチレンガスの収率が低下する場合がある。 また、消石灰中の未反応カーバイドが増加するため、シールタンクを出た後に保安上の問題が発生する可能性がある。

（２）シールタンク 熟成機１２０の出口から出た副生消石灰は、シールタンク１２１に落下する。 シールタンク１２１は上部に入口、下部に出口を有しており、所定量の副生消石灰を一定期間保持した後、排出する。 シールタンク１２１に保持されるべき副生消石灰の基準量は、後段の排出機出口からリークするアセチレンガスが許容値以下になるような量で、且つ、シールタンクの容量よりも少ない量に設定すればよい。 ガスリーク量とシールタンク内の副生消石灰の量の関係は、経験則で見出すことができる。 Kozeny-Carmanの式などを用いて、アセチレンの粘度を考慮しながら工学的に算出しても良い。 そこで、本実施形態に係る副生消石灰排出装置には、シールタンク１２１内に収容されている副生消石灰の量を把握するために、該タンクの重量を連続的又は断続的に自動計測する秤量器が設置されている。 本発明において、「タンクの重量を計測する」とは、シールタンク１２１内に保持される副生消石灰の重量を評価することができる限り、シールタンク１２１の重量そのものの他、それに連結される各種機器（例えば排出機や付属品）を含めた重量を測定する場合を含む概念である。

基準量からの増減により、排出機の抜き出し速度（例えばスクリューコンベアの回転数）をフィードバック制御する（シールタンク内の副生消石灰の量が基準量より多ければ回転数を上げて抜き取り量を増やす。一方、基準量より少なければ回転数を下げて抜き取り量を減らしたり、停止したりする。）。 重量基準で副生消石灰を管理することにより、アセチレンガスを漏洩させることなく外部から点検が出来るというメリットがある。 レベル計等の場合は点検の際にガス漏洩のリスクがあるうえ、副生消石灰の付着などの理由から点検頻度も高くする必要がある。 秤量器としては、例えばロードセル等を用いることが出来る。 アセチレンガスの許容リーク量は、リーク側機器の保安条件（例：０．３ｍ ³ ／ｈ未満）を逸脱しないよう、適宜設定すればよい。

（３）シールタンク抜出部（傾斜型スクリューコンベア）
シールタンク１２１の出口１２３には、副生消石灰の抜出量を調整出来る排出機１２２が取り付けられている。 排出機１２２の種類は特に制限はなく、スクリューコンベア、ロータリーバルブ等、通常用いられているものを用いることが出来るが、スクリューコンベアを用いると、機器設置の自由度を上げることが出来る。 さらに、副生消石灰の取出口１２４をシールタンクの出口１２３よりも高い位置に設置することで、シールタンク１２１からの内容物の噴出を防止することができるため好ましい。

シールタンク１２１から抜き出す副生消石灰の量は、例えば排出機１２２としてスクリューコンベアを選択した場合は、スクリューコンベアの回転数によって決定される。 そこで、本実施形態に係る副生消石灰排出装置には、シールタンク１２１内に所定量の副生消石灰が保持されるように、秤量器で計測されたシールタンク１２１の重量に応じてスクリューコンベアの回転数を制御する制御機構が備わっている。 スクリューコンベアの回転数制御は、インバータ制御やバイエル減速機による制御等、従来知られた方法で行うことが出来るが、操作性及びメンテナンスの面から、インバータ制御が好ましい。

シールタンク１２１及び排出機１２２は、内容物が内壁に付着するのを防止するために、加熱することが好ましい。 加熱温度は高すぎると機器の寿命に影響を及ぼす一方で、低すぎると十分な付着防止効果が得られないため、１００〜１２０℃に加熱することが好ましい。 加熱装置は特に限定されないが、例えばスチーム加熱、電熱などにより行うことが出来る。 これらの中でも、軸の加熱が容易であることから、スチーム加熱が好ましい。

図２及び図３では、排出機として登り勾配の傾斜型スクリューコンベアを採用したときの模式図を示している。 １２１はシールタンク、１２２Ａはスクリューコンベア、１２５はロードセル、１２６は加熱ジャケット、１２７はシールタンク入口、１２３はシールタンク出口、１２８はスクリューコンベア吊り用ステー、１２９は架台、１２４は副生消石灰取出口、１３０はステーをそれぞれ示す。 図２及び図３に示す実施形態では、ロードセルによってシールタンク１２１及びスクリューコンベア１２２Ａの合計の重量が計測される。

１００ 乾式アセチレン発生設備１０１ 原料シールタンク１０２ アセチレン発生機１０３ 除塵冷却塔１０４ 脱硫塔１０５ 副生消石灰排出装置１０６ 回転軸１０７ リボンスクリュー１０８ スプレー室１０９ 充填室１１０ 冷却水１１１ 分散板１１２ 除塵水槽１１３ 除塵水槽循環ポンプ１１４ 充填物１１５ 脱硫水槽１１６ 水封安全器１１７ 脱硫循環ポンプ１１８ 脱硫水槽廃液ポンプ１１９ 副生消石灰排出口１２０ 熟成機１２１ シールタンク１２２ 排出機１２２Ａ スクリューコンベア１２３ シールタンクの出口１２４ 副生消石灰の取出口１２５ ロードセル１２６ 加熱ジャケット１２７ シールタンク入口１２８ スクリューコンベア吊り用ステー１２９ 架台１３０ ステー