特表 2024-513725 酸化粉鉱石、特に鉄鉱石を処理するための流動床又は流動層反応器、及び当該流動床反応器を製造するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-27

(54)【発明の名称】酸化粉鉱石、特に鉄鉱石を処理するための流動床又は流動層反応器、及び当該流動床反応器を製造するための方法

(51)【国際特許分類】

   F27B 15/10 20060101AFI20240319BHJP

   B01J 8/24 20060101ALI20240319BHJP

   C21B 13/00 20060101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

F27B15/10

B01J8/24 311

C21B13/00 101

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2023557222

(86)(22)【出願日】2022-03-08

(85)【翻訳文提出日】2023-11-14

(86)【国際出願番号】 EP2022055897

(87)【国際公開番号】W WO2022194619

(87)【国際公開日】2022-09-22

(31)【優先権主張番号】21162713.8

(32)【優先日】2021-03-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515153152

【氏名又は名称】プライメタルズ・テクノロジーズ・オーストリア・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ベルンハルト・ヒーブル

(72)【発明者】

【氏名】ノルベルト・ライン

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・ウォルフィンガー

(72)【発明者】

【氏名】ヨハン・ヴルム

【テーマコード（参考）】

4G070

4K012

4K046

【Ｆターム（参考）】

4G070AA01

4G070AB10

4G070BB34

4G070CA06

4G070CA15

4G070CA18

4G070CA21

4G070CB05

4G070CB18

4G070DA11

4K012DB03

4K046HA03

4K046JC04

4K046JC10

4K046JD01

4K046JE04

4K046KA03

4K046LA04

(57)【要約】

本発明は、流動床反応器（１０）と、流動床反応器（１０）を製造するための方法と、に関するものであり、流動床反応器（１０）は、分配底部（２０）、分配空間（２５）、及び反応空間（３０）を備えた反応器（１５）を有しており、分配底部（２０）が、第１の分配プレート（８５）と、前記第１の分配プレート（８５）上に配置された第２の分配プレート（９０）と、を有しており、第１の分配プレート（８５）が、第１の貫通開口部（１００）の第１の配置（９５）を有しており、第２の分配プレート（９０）が、プレート状で第１の分配器プレート（８５）に対して平行に延在する接触部（１３０）と、複数のカバー部（１２５）から成る第２の配置（１２０）と、を有しており、接触部（１３０）が、第１の貫通開口部（１００）の第１の配置（９５）から離間して第１の分配プレート（８５）に接しており、第２の配置（１２０）のカバー部（１２５）それぞれが、第１の方向（ｚ）において、配設された第１の貫通開口部（１００）から離間して配置されており、第２の分配プレート（９０）が、カバー部（１２５）それぞれに、第２の貫通開口部（１７０）を有しており、分配空間（２５）から、反応ガス（６０）が、粉鉱石（５５）を処理するために、反応空間（３０）に導入され得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化粉鉱石（５５）、特に鉄鉱石を処理するための流動床反応器（１０）であって、
－前記流動床反応器（１０）が、分配底部（２０）と、分配空間（２５）と、反応空間（３０）を備えた反応器（１５）と、を有しており、
－前記分配底部（２０）が、前記反応空間（３０）を前記分配空間（２５）から空間的に分離し、
－前記分配底部（２０）が、第１の分配プレート（８５）と、前記第１の分配プレート（８５）上に配置された第２の分配プレート（９０）と、を有しており、
－前記第１の分配プレート（８５）が、前記分配空間（２５）に対向する側に配置され、前記第２の分配プレート（９０）が、前記反応空間（３０）に対向する側に配置されており、
－前記第１の分配プレート（８５）が、前記分配空間（２５）から第１の方向（ｚ）において前記反応空間（３０）へ延在する第１の貫通開口部（１００）の第１の配置（９５）を有しており、
－前記第２の分配プレート（９０）が、プレート状で前記第１の分配器プレート（８５）に対して平行に延在する接触部（１３０）を有しており、
－前記第２の分配プレート（９０）が、さらに、複数のカバー部（１２５）から成る第２の配置（１２０）を有しており、
－前記接触部（１３０）が、前記第１の貫通開口部（１００）の前記第１の配置（９５）から離間して前記第１の分配プレート（８５）に接しており、
－前記第２の配置（１２０）のカバー部（１２５）それぞれが、第１の方向（ｚ）において、配設された前記第１の貫通開口部（１００）から離間して配置されており、前記反応空間（３０）への配設された前記第１の貫通開口部（１００）を覆っており、
－前記第２の分配プレート（９０）が、前記カバー部（１２５）それぞれに、第２の方向（ｘ、ｙ）において、直線（１１５）に対して傾斜して、前記第１の貫通開口部（１００）からオフセットして配置された第２の貫通開口部（１７０）を有しており、
－前記分配空間（２５）から、前記第１の貫通開口部（１００）及び前記第２の貫通開口部（１７０）を通じて、反応ガス（６０）が、粉鉱石（５５）を処理するため、及び、前記粉鉱石（５５）と前記反応ガス（６０）とから成る流動床（６５）を形成するために、前記反応空間（３０）に導入され得る、流動床反応器（１０）。

【請求項2】

－前記接触部（１３０）が、前記第２の配置（１２０）の互いに対してオフセットされて配置されたカバー部（１２５）を互いに機械的に接続し、
－前記接触部（１３０）が、前記第１の分配プレート（８５）に機械的に接続されており、
－好ましくは、前記第２の分配プレート（９０）が一体型に、均一の材料から形成されており、
－好ましくは、前記カバー部（１２５）から成る前記第２の配置（１２０）が、前記第２の分配プレート（９０）にエンボス加工されている、請求項１に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項3】

－前記第１の分配プレート（８５）及び前記カバー部（１２５）が、それぞれチャンバ（１６５）を画定し、
－前記チャンバ（１６５）は、前記第１の貫通開口部（１００）と前記第２の貫通開口部（１７０）との間で、前記第１の分配プレート（８５）に対して平行に、前記第２の方向（ｘ、ｙ）において延在する、請求項１又は２に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項4】

－前記チャンバ（１６５）がチャンバ断面積を有し、前記第１の貫通開口部（１００）は第１の断面積を有し、前記第２の貫通開口部（１７０）は第２の断面積を有しており、
－前記第２の断面積は、前記第１の断面積よりも大きく、
－前記チャンバ断面積は、前記第２の断面積よりも大きい、請求項３に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項5】

－前記チャンバ（１６５）が、前記第２の方向（ｘ、ｙ）において、前記第１の貫通開口部（１００）と前記第２の貫通開口部（１７０）との間でチャンバ長さ（ｌ）を有し、
－前記第２の貫通開口部（１７０）が、前記第１の方向（ｚ）において、開口高さ（ｈ）を有し、
－前記第２の貫通開口部（１７０）の開口高さ（ｈ）は、前記チャンバ（１６５）の前記チャンバ長さ（ｌ）より小さく、
－好ましくは、前記チャンバ長さ（ｌ）の前記開口高さ（ｈ）に対する比は、１～２０である、請求項３又は４に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項6】

－前記第２の分配プレート（９０）が、前記第１の分配プレート（８５）の第１の上面（１１０）を、主に前記第１の方向（ｚ）で前記第１の上面（１１０）に対して傾斜して、少なくとも第１の配置（９５）の領域において、好ましくは略完全に覆っている、請求項１から５のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項7】

－前記分配底部（２０）が、第１の領域（２００）と少なくとも１つの第２の領域（２０５）とを有し、
－前記第１の領域（２００）において、第２の配置（１２０）の前記第２の貫通開口部（１７０）が、それぞれ同一の第１の方向付けを有し、
－前記第２の領域（２０５）において、前記第２の配置（１２０）の前記第２の貫通開口部（１７０）が、それぞれ前記第１の方向付けとは異なる第２の方向付けを有している、請求項１から６のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項8】

－前記反応空間（３０）内に開口する充填開口部（３５）と、前記反応空間（３０）内に開口する排出開口部（４０）と、を有しており、
－前記充填開口部（３５）が、前記排出開口部（４０）の反対側に配置され、粉鉱石（５５）が、前記充填開口部（３５）を通じて前記反応空間（３０）内に輸送可能であり、
－前記排出開口部（４０）を通じて、前記粉鉱石（５５）の反応ガス（６０）との反応による反応生成物（７５）が、前記反応空間（３０）から輸送可能であり、
－前記第１の領域（２００）が、前記充填開口部（３５）と前記排出開口部（４０）との間に配置されており、
－前記第１の領域（２００）において、前記第２の貫通開口部（１７０）が、それぞれ前記カバー部（１２５）の前記排出開口部（４０）に対向する側に配置されている、請求項７に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項9】

－前記第２の領域（２０５）が、充填開口部（３５）と前記第１の領域（２００）との間に配置されており、
－前記第２の貫通開口部（１７０）が、前記第２の領域（２０５）において、前記充填開口部（３５）に背向する側であって、前記分配底部（２０）の側縁（２１５、２２０）に対向する側に、粉鉱石（５５）が、流出する反応ガス（６０）を用いて、前記充填開口部（３５）から前記側縁（２１５、２２０）の方向において分配され得るように配置されている、請求項７又は８に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項10】

－前記分配底部（２０）が第３の領域（２１０）を有し、
－前記第３の領域（２１０）が、前記第１の領域（２００）と排出開口部（４０）との間に配置されており、
－前記第３の領域（２１０）において、前記第２の貫通開口部（１７０）がそれぞれ、前記第１の方向付けとは異なる第３の方向付けを有し、
－前記第２の貫通開口部（１７０）は、前記第３の領域（２１０）において、それぞれカバー部（１２５）の前記排出開口部（４０）に対向する側と、前記分配底部（２０）の側縁（２１５、２２０）に背向する側と、に前記粉鉱石（５５）及び／又は前記粉鉱石（５５）の前記反応ガス（６０）との反応による反応生成物（７５）が、流出する前記反応ガス（６０）を用いて、前記側縁（２１５、２２０）から前記排出開口部（４０）の方向に輸送され得るように配置されている、請求項７から９のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項11】

－前記分配底部（２０）が、少なくとも１つの周縁領域（２３５、２４０）を有しており、
－前記周縁領域（２３５、２４０）が、前記第１の領域（２００）と排出開口部（４０）との間に、前記分配底部（２０）の側縁（２１５、２２０）に横方向において接するように配置されており、
－前記第２の貫通開口部（１７０）は、前記周縁領域（２３５、２４０）において、それぞれカバー部（１２５）の前記排出開口部（４０）に対向する側と、前記分配底部（２０）の前記側縁（２１５、２２０）に対向する側と、に粉鉱石（５５）及び／又は前記粉鉱石（５５）の反応ガス（６０）との反応による反応生成物（７５）が、流出する前記反応ガス（６０）を用いて、前記排出開口部（４０）の方向に輸送され得るように配置されている、請求項７から１０のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項12】

－前記第２の貫通開口部（１７０）が、スロット状に形成されており、
－前記第２の貫通開口部（１７０）が、前記第１の方向（ｚ）において略一定の開口高さ（ｈ）を有している、請求項１から１１のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項13】

－前記第１の分配プレート（８５）及び前記接触部（１３０）が、直線（１１５）に対して周方向において、それぞれ前記第１の貫通開口部（１００）の周りで密封されており、
－好ましくは前記第１の貫通開口部（１００）の周りで、周方向に、それぞれ前記接触部（１３０）が、前記第１の分配プレート（８５）に材料接続的に接続されており、好ましくは溶接されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項14】

－前記カバー部（１２５）が、第１の部分領域（１５５）と第２の部分領域（１６０）とを有しており、
－前記第１の部分領域（１５５）が、前記第１の分配プレート（８５）に対して平行に延在するように配置され、前記第１の貫通開口部（１００）を覆っており、
－前記第１の部分領域（１５５）が、少なくとも部分的に前記第１の貫通開口部（１００）を覆っており、
－前記第２の部分領域（１６０）が、前記第１の部分領域（１５５）に対して斜めに傾斜して配置され、前記第１の部分領域（１５５）を前記接触部（１３０）に接続している、請求項１から１３のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項15】

請求項１から１４のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）を製造するための方法であって、
－第１の貫通開口部（１００）の第１の配置（９５）を備えた第１の分配プレート（８５）が供給され、
－プレート状のシート材料に、複数のカバー部分（１２５）を備える第２の配置（１２０）がエンボス加工され、第２の貫通開口部（１７０）が、前記シート材料に、好ましくは処理ステップにおいて切断され、好ましくは打ち抜かれ、
－第２の分配プレート（９０）は、前記第１の貫通開口部（１００）それぞれが配設された前記カバー部（１２５）によって覆われるように、前記第１の分配プレート（８５）上に配置され、
－接触部（１３０）は、前記第１の分配プレート（８５）に機械的に接続される方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に記載の流動床反応器及び請求項１５に記載の流動床反応器を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

気相重合装置のための気相分配板は、特許文献１から知られている。

【0003】

特許文献２からは、ジクロロメタン及びエタノールから成る溶媒混合液中の所定濃度のヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレートで粒子をスプレーコーティングするための装置及び方法が知られている。

【0004】

特許文献３からは、流動床反応器内で酸化鉄担体粒子を還元生成物に直接還元する方法が知られている。粉鉱石の処理における反応ガスの粉鉱石との反応によって、流動床内では５００℃から９００℃の間の温度が生じる。流動床は分配底部の直上に形成されており、水素還元の場合、流入する水素は流動床の温度よりも高温であるので、分配底部も同様に、５００℃から９００℃の温度に加熱され、高い熱負荷を受ける。これによって、流動床反応器に高い温度負荷がもたらされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】欧州特許第６９５３１３７４号の翻訳

【特許文献2】欧州特許出願公開第０５４４２８９号明細書

【特許文献3】国際公開第２０２０／１８７６７２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、酸化粉鉱石、特に鉄鉱石を処理するための改良された、温度が安定している流動床反応器と、流動床反応器を製造するための改良された方法とを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本課題は、請求項１に記載の流動床反応器及び請求項１５に記載の流動床反応器の製造方法によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0008】

酸化粉鉱石、特に鉄鉱石を処理するための改良された流動床反応器は、流動床反応器が分配底部と、分配空間と、反応空間を備えた反応器とを有することによって供給され得ることが認識されている。分配底部は、分配空間から反応空間を空間的に分離する。分配底部は、第１の分配プレートと、第１の分配プレート上に配置された第２の分配プレートと、を有している。第１の分配プレートは分配空間に対向する側に配置され、第２の分配プレートは反応空間に対向する側に配置されている。第１の分配プレートは、分配空間から反応空間に向かって第１の方向において延在する第１の貫通開口部から成る第１の配置を有している。第２の分配プレートは、第１の分配プレートに対して平行に延在するプレート状の接触部を有している。さらに、第２の分配プレートは、複数のカバー部から成る第２の配置を有している。接触部は、第１の貫通開口部の第１の配置から離間して第１の分配プレートに接触している。好ましくは、接触部は、第１の分配プレートに接続され、好ましくは溶接されている。第２の配置の各カバー部は、第１の方向において、配設された第１の貫通開口部から離間して配置されており、反応空間への配設された第１の貫通開口部を覆っている。各カバー部において、第２の分配プレートは、第１の方向に対して傾斜した第２の方向において第１の貫通開口部からオフセットして配置された第２の貫通開口部を有している。第１の貫通開口部及び第２の貫通開口部を通じて、反応ガスが、粉鉱石を処理し、粉鉱石及び反応ガスから成る流動床を形成するために、反応器に導入され得る。第１の分配プレートは、反応ガスが専ら第１の貫通開口部及び第２の貫通開口部を通じて反応空間に流入できるように、周方向で反応器に流体密封に接続されている。

【0009】

当該態様は、粉鉱石を反応ガスで処理するために、特に良好で均一な流動床を供給できるという利点を有している。この際、処理は、反応ガスによる粉鉱石の還元及び／又は酸化を含み得る。さらに、当該態様は、流動床反応器の停止及び／又は反応ガスの供給の中止の場合に、第１の貫通開口部のあふれ又は閉塞又はその下の分配空間への流出が、それぞれ配設されたカバー部を用いて第１の貫通開口部を覆うことによって防止されるという利点を有している。

【0010】

さらに、第２の分配プレートは製造技術的に特に容易であり、安価に製造可能である。特に、第１の分配プレート上に個々のカバーキャップを配置して、その都度固定する必要がない。第２の分配プレートに設けられた複数のカバー部の配置によって、流動床反応器の取り付けにおいて、第１の分配プレートに対して第２の分配プレートを位置合わせするために必要な位置決めステップは１回のみになる。

【0011】

さらなる実施形態では、各カバー部が接触部に直接接続されている。好ましくは、カバー部は、接触部によって周方向で取り囲まれている。当該態様によって、各カバー部と接触部との熱的に安定した良好な接続が保証されるので、第２の分配プレートの応力による亀裂が回避される。

【0012】

さらなる実施形態では、接触部は、第２の配置の、互いに対してオフセットされて配置されたカバー部を互いに機械的に接続する。接触部は、第１の分配プレートに機械的に接続されている。好ましくは、第２の分配プレートは、一体型に、均一の材料から形成されており、好ましくは、カバー部の第２の配置は、第２の分配プレートにエンボス加工されている。当該態様は、第２の分配プレートの製造が特に容易で安価であるという利点を有している。さらに、第２の分配プレートは、これによって特に熱的及び機械的に堅牢である。

【0013】

さらなる実施形態では、第１の分配プレート及びカバー部は、それぞれチャンバを画定している。当該チャンバは、第１の貫通開口部と第２の貫通開口部との間に、第２の方向において第１の分配プレートに対して平行に延在している。当該チャンバは、第１の貫通開口部を通じて流れる反応ガスの方向が転換されるという利点を有している。さらに、反応ガスの流速は、第１の貫通開口部内の流速に比べて減少させることができるので、流動床内のジェットとも呼ばれる局所的な流れの超高層化が回避される。

【0014】

別の実施形態では、チャンバはチャンバ断面積を有し、第１の貫通開口部は第１の断面積を有し、第２の貫通開口部は第２の断面積を有しており、第２の断面積は第１の断面積より大きく、チャンバ断面積は第２の断面積より大きい。当該態様は、反応ガスの圧力変動が、大きなチャンバ断面積及び大きい寸法のチャンバによって低減され得るという利点を有している。反応ガスが第２の貫通開口部を通ってチャンバから流出する際、流速はチャンバ内の反応ガスの流速に比べて再び増大する。これによって、反応空間内に特に安定した均一な流動床が形成される。さらに、反応ガスは、第１の貫通開口部内よりも低い流速で反応空間に流入し、反応空間の断面にわたって均一に分配されることが保証される。

【0015】

さらなる実施形態では、チャンバは、第２の方向において、第１の貫通開口部と第２の貫通開口部との間に、チャンバ長さｌを有している。第２の貫通開口部は、第１の方向において開口高さｈを有している。第２の貫通開口部の開口高さは、チャンバ長さｌよりも小さい。好ましくは、チャンバ長さｌの開口高さｈに対する比は、１～２０、好ましくは５～１５である。当該態様は、反応ガスの分配空間への輸送が中止された場合、又は反応ガスの供給が停止された場合に、粉鉱石が問題なくカバー部の上側に堆積できるという利点を有している。粉鉱石はチャンバ内で安息角を備えた円錐状堆積物を形成するが、円錐状堆積物は第１の貫通開口部には到達しない。これによって、第１の貫通開口部の閉塞又は下方の分配空間への粉鉱石の流出が回避される。さらに、流動床反応器が再び始動する際、チャンバに進入した円錐状堆積物の粉鉱石は、反応ガスを用いてチャンバから容易に吐出され得る。

【0016】

さらなる実施形態において、第２の分配プレートは、第１の分配プレートの第１の上面を、少なくとも第１の配置の領域において概ね第１の方向において、好ましくは概ね完全に覆っている。

【0017】

さらなる実施形態において、分配底部は、少なくとも第１の領域及び第２の領域を有しており、第１の領域において、第２の配置の第２の貫通開口部はそれぞれ、同一の第１の方向付けを有している。第２の領域では、第２の配置の第２の貫通開口部はそれぞれ、第１の方向付けとは異なる第２の方向付けを有している。当該態様は、異なる方向付けによって、流動床内で粉鉱石を輸送するための効率的な輸送流が得られるという利点を有している。

【0018】

さらなる実施形態では、流動床反応器は、反応空間に開口する充填開口部と、反応空間に開口する排出開口部と、を有している。充填開口部は、排出開口部の（長手方向）反対側に配置されている。粉鉱石は、充填開口部を通じて反応空間に輸送され得る。粉鉱石の反応ガスとの反応による反応生成物は、排出開口部を通じて反応空間から輸送され得る。第１の領域は、充填開口部と排出開口部との間に配置されている。第１の領域において、第２の貫通開口部はそれぞれ、カバー部の排出開口部に対向する側に配置されている。これによって、粉鉱石は、反応空間内での滞留中に、充填開口部から排出開口部の方向に反応ガスを通じて輸送される。

【0019】

さらなる実施形態では、第２の領域は、充填開口部と第１の領域との間に配置されている。第２の領域における第２の貫通開口部は、流出する反応ガスを用いて粉鉱石が充填開口部から側縁の方向に分配され得るように、充填開口部に背向する側であって、分配底部の側縁に対向する側に配置されている。これによって、流動床における粉鉱石の局所的な蓄積を回避することが可能であり、流動床の横断面全体を均一に使用することが可能である。

【0020】

さらなる実施形態において、分配底部は第３の領域を有しており、第３の領域は、第１の領域と排出開口部との間に配置されている。第３の領域において、第２の貫通開口部はそれぞれ、第１の方向付けとは異なる第３の方向付けを有しており、第３の領域における第２の貫通開口部はそれぞれ、粉鉱石及び／又は粉鉱石の反応ガスとの反応による反応生成物が、流出する反応ガスを用いて、側縁から排出開口部の方向に輸送／濃縮され得るように、カバー部の排出開口部に対向する側であって、分配底部の側縁に背向する側に配置されている。これによって、反応生成物及び／又は粉鉱石の残渣が、排出開口部を通じて反応空間から特に容易に輸送され得る。

【0021】

さらなる実施形態において、分配底部は、少なくとも１つの周縁領域を有しており、当該周縁領域は、第１の領域と排出開口部との間で、分配底部の側縁に横方向に隣接するように配置されており、周縁領域内の第２の貫通開口部はそれぞれ、粉鉱石及び／又は粉鉱石の反応ガスとの反応による反応生成物が、流出する反応ガスを用いて、排出開口部の方向に輸送され得るように、カバー部の排出開口部に対向する側であって、分配底部の側縁に対向する側に配置されている。当該態様は、流動床の周縁領域を特に良好に流動化し、これによって、粉鉱石及び／又は反応生成物の流動化挙動に対するネガティブな周辺効果を最小限に抑えるという利点を有している。

【0022】

さらなる実施形態では、第２の貫通開口部はスロット状に形成されており、第２の貫通開口部は、第１の方向において概ね一定の開口高さを有している。当該態様は、粉鉱石の粒子が第２の貫通開口部内に堆積することが回避されるという利点を有している。

【0023】

さらなる実施形態では、直線に対して周方向において、それぞれ第１の貫通開口部の周りで、第１の分配プレート及び接触部は密封されている。好ましくは第１の貫通開口部の周りの周方向において、それぞれ接触部が、第１の分配プレートに材料接続的に接続され、好ましくは溶接されていると、特に有利である。これによって、第１の分配プレートと第２の分配プレートとの間における、１つのチャンバから隣のチャンバへの反応ガスのオーバーフローが回避され得る。

【0024】

さらなる実施形態において、カバー部は、第１の部分領域と第２の部分領域とを有しており、第１の部分領域は、第１の分配プレートに対して平行に延在するように配置されている。第１の部分領域は、少なくとも部分的に第１の貫通開口部を覆っている。第２の部分領域は、第１の部分領域に対して斜めに配置されており、第１の部分領域を接触部と接続する。当該態様は、第２の分配プレートが機械的に特に低応力となるように形成されており、これによって、流動床反応器が始動し、それに伴って流動床反応器内の温度が７５０℃～９５０℃に上昇する際に、第２の分配プレートの望ましくない熱変形が確実に回避され得るという利点を有している。

【0025】

カバー部の第２の配置が第２の分配プレートにエンボス加工されていると特に有利である。これによって、カバー部が互いに概ね同一に形成されており、分配底部が特に安価に製造できることが保証される。

【0026】

流動床反応器の製造方法において、第１の分配プレートが、第１の貫通開口部の第１の配置を有して供給されると、特に有利である。カバー部の第２の配置は、プレート状のシート材料にエンボス加工され、第２の貫通開口部は、シート材料に切断、好ましくは打ち抜きによって形成される。第２の分配プレートは、第１の貫通開口部それぞれが、それぞれ配設されたカバー部によって覆われるように、第１の分配プレート上に配置される。接触部は、第１の分配プレートに機械的に接続される。

【0027】

以下において、図を用いて本発明をより詳細に説明する。この際、以下が示されている：

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】第１の実施形態に係る流動床反応器の概略図である。

【図2】図１に示された分配底部の図１でマーキングした部分Ａを示す図である。

【図3】図２に示された断面図の、図２でマーキングした部分Ｂを示す図である。

【図4】第２の分配プレートを斜めに見た分配底部の斜視図である。

【図5】第２の実施形態に係る流動床反応器の上面図を概略的に示す図である。

【図6】第３の実施形態に係る流動床反応器の上面図を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下の図では、理解を容易にするために座標系を参照する。座標系は例示的に右手系として形成されており、ｘ軸（長手方向）、ｙ軸（横方向）及びｚ軸（高さ方向）を有している。

【0030】

図１は、第１の実施形態に係る流動床反応器１０を概略的に示している。

【0031】

流動床反応器１０は、複数の流動床反応器１０から成る反応器アセンブリの一部であってよい。流動床反応器１０は、例えば反応器１５、分配底部２０及び分配空間２５を有している。反応器１５は反応空間３０を有している。さらに、流動床反応器１０は、充填開口部３５、排出開口部４０、分配空間への反応ガス供給部４５、及び反応空間からの反応ガス排出部５０を有している。分配底部２０は、分配空間２５を反応空間３０から空間的に分離する。例として、図１では、分配空間２５は、反応空間３０の下方に配置されている。

【0032】

充填開口部３５及び排出開口部４０は、反応空間３０に開口しており、反応器１５の側面に配置されている。充填開口部３５は、反応器１５の片側に配置されている。排出開口部４０は、ｘ方向において充填開口部３５とは反対側に配置されていてよい。この際、排出開口部４０は、ｚ方向において、例えば充填開口部３５よりも分配底部２０の近くに配置されている。反応ガス排出部５０は、ｚ方向において、充填開口部３５の上方に配置されている。分配底部２０は、ｘｙ平面に対してわずかに傾斜するように方向付けられていてよく、これによって、分配底部２０は、充填開口部３５の下方では、排出開口部４０におけるよりもわずかに高く配置されている。

【0033】

流動床反応器１０の動作中、酸化粉鉱石５５、特に鉄鉱石を、充填開口部３５を通じて反応空間３０に輸送することができる。粉鉱石５５は、好ましくは、２００μｍ以下の粒径、好ましくは１１０μｍ以下のｄ_３０を有する鉄担体粒子７０を少なくとも９０質量％含んでいる。鉄粒子担体７０は酸化物であってよく、例えばＦｅ_２Ｏ_３を有し得る。

【0034】

処理された粉鉱石５５の反応生成物７５は、排出開口部４０を通じて反応空間３０から輸送され得る。反応空間３０の上面には、反応ガス排出部５０が配置され、反応空間３０内に開口していてもよい。例えば、反応ガス供給部４５は流動床反応器１０の下面に配置され、分配空間２５に開口している。

【0035】

流動床反応器１０の動作中、粉鉱石５５は、好ましくは連続的に、充填開口部３５を通じて反応空間３０に供給される。さらに、例えば、反応ガス６０が反応ガス供給部４５を通じて分配空間２５に連続的に供給される。分配空間２５は、分配底部２０を通じて反応空間３０と流体的に接続されている。例えば、この際、反応空間３０は、分配底部２０の上方に配置され、分配空間２５は、分配底部２０の下方に配置されている。この際、分配底部２０は、ｘｙ平面内に配置されていてよい。

【0036】

反応ガス６０は、好ましくは加圧下で、反応ガス供給部４５を通じて分配空間２５に導入される。反応ガス６０は、分配底部２０によって分配空間２５内で分配され、分配底部２０を通って反応空間３０に入る。この流れ方向は、反応ガス供給部４５と反応ガス排出部５０との間の反応ガス６０の圧力差によって生じる。

【0037】

反応ガス６０は、粉鉱石５５及び反応ガス６０から成る流動床６５が分配底部２０の上方に形成されるように、分配底部２０を通じて反応空間３０に誘導される。流動床６５は流動層とも呼ばれる。流動床６５では、粉鉱石５５は、上方へ流れる反応ガス６０によって流動化状態にされる。

【0038】

ｚ方向では、流動床６５は、分配底部２０と排出開口部４０の下端との間に延在する。ｘ方向及び／又はｙ方向では、流動床６５は、主に分配底部２０の全延長部分にわたって延在する。

【0039】

反応ガス６０は、特に還元ガスであってよい。例えば、反応ガス６０は、水素Ｈ_２を有し、特に技術的に純粋な水素Ｈ_２から成るか、又は水素Ｈ_２と１つ以上の他のガスとの混合気を有し得る。

【0040】

流動床６５において、反応ガス６０は、粉鉱石５５と反応して反応生成物７５を形成する。例えば、水素Ｈ_２は酸化鉄粒子担体７０に対して還元作用を有している。

【0041】

反応生成物７５は、例えば９０％以上の金属化度を有する海綿鉄であってよい。反応生成物７５は、例えば、充填開口部３５を通じて供給される粉鉱石５５よりも高い金属化度を有している。この際、金属化度は、反応生成物７５中に存在する鉄全体に対する金属鉄の質量分率の比である。流動床反応器１０における方法の実施に応じて、反応生成物７５の金属化度は異なる可能性があることに留意されたい。

【0042】

粉鉱石５５の処理における反応ガス６０の粉鉱石５５との反応によって、流動床６５において５００℃から９００℃の間の温度が生じる。流動床６５は、分配底部２０の真上に形成されるので、分配底部２０も同様に、５００℃から９００℃の間の温度に加熱される。

【0043】

さらに、流動床６５において、粉鉱石５５とその鉄粒子担体７０と反応生成物７５とが、充填開口部３５から排出開口部４０に輸送され、排出開口部４０において、粉鉱石５５の反応生成物７５が、反応ガス６０と共に反応空間３０から除去される。

【0044】

使用された反応ガス８０は、反応ガス供給部４５と反応ガス排出部５０との間の圧力差ゆえに、反応ガス排出部５０を通じて反応空間３０から排出される。使用された反応ガス８０は、例えば、水蒸気を有し得る。

【0045】

図２は、図１に示した分配底部２０の、図１でマーキングした部分Ａを示している。

【0046】

分配底部２０は、第１の分配プレート８５及び第２の分配プレート９０を有している。第１の分配プレート８５は、第２の分配プレート９０の下方に配置されている。この際、第１の分配プレート８５は、分配空間２５に対向する側に配置されている。第１の分配プレート８５はプレート状に形成されており、概ねｘｙ平面内に延在している。

【0047】

第１の分配プレート８５は、第１の下面１０５と第１の上面１１０とを有しており、第１の上面１１０は、反応空間３０に対向する側に配置されている。第１の下面１０５は、分配空間２５に接している。第１の分配プレート８５は、第１の材料厚さｄ_１を有している。

【0048】

第１の分配プレート８５は、第１の貫通開口部１００の第１の配置９５を有している。一実施形態では、複数の第１の貫通開口部１００が、第１の分配プレート８５に導入されている。例えば、第１の貫通開口部１００は互いに同一に形成されているので、以下において第１の貫通開口部１００の内の１つについて説明することは、同様に、他の第１の貫通開口部１００にも適用される。自明のことながら、第１の貫通開口部１００は、互いに異なるように形成されていてもよい。

【0049】

第１の貫通開口部１００は、第１の下面１０５から、すなわち分配空間２５から、第１の分配プレート８５に対して垂直なｚ軸に対して略平行に方向付けられた直線１１５に沿って、第１の方向において、第１の上面１１０に向かって、したがって反応空間３０に向かって延在している。第１の貫通開口部１００は、例えば、円形の横断面を有することができる。第１の貫通開口部１００の第１の断面積は、例えば、０.５ｍｍ^２～３ｍｍ^２であり得る。

【0050】

第２の分配プレート９０は、第１の上面１１０に配置されている。第２の分配プレート９０は、カバー部１２５及び接触部１３０の第２の配置１２０を有している。

【0051】

図３は、図２に示された断面図の、図２でマーキングされた部分Ｂを示している。

【0052】

第２の分配プレート９０は、一体型に、均一の材料から形成されており、例えば薄肉材料、特にシート材料を有している。この際、薄肉とは、０.５ｍｍ～４ｍｍの第２の材料厚さであると理解される。第２の分配プレート９０は、第２の下面１３５と第２の上面１４０とを有している。第２の下面１３５は、第１の分配プレート８５及び分配空間２５に対向する側に配置されている。第２の上面１４０は、反応空間３０に接続されており、反応空間３０を下側で画定している。第２の分配プレート９０は、第１の分配プレート８５の第１の上面１１０をｚ方向において略完全に覆っている。これによって、第２の分配プレート９０は、第１の分配プレート８５によって機械的に支持される。

【0053】

接触部１３０はプレート状に形成されており、ｘｙ平面内で延在している。これによって、接触部１３０は、第１の分配プレート８５に対して平行に延在する。第２の下面１３５で、接触部１３０は、第１の分配プレート８５の第１の上面１１０に面で当接している。この際、好ましくは、面で当接とは、接触部１３０の第２の下面１３５が、その面積の少なくとも５０パーセント、好ましくは少なくとも７０パーセントで、第１の分配プレート８５の第１の上面１１０と接触していることであると理解される。

【0054】

好ましくは、接触部１３０は、材料接続部１４５、例えば溶接接続部１５０を用いて、第１の分配プレート８５に接続されている。当該態様は、第２の分配プレート９０が熱応力を受けた場合でも、第２の分配プレート９０が第１の分配プレート８５から離れる又は取り外されることを確実に防止する。

【0055】

接触部１３０は、第１の貫通開口部１００に対してｘ方向及び／又はｙ方向にオフセットされて配置されている。これによって、第１の貫通開口部１００が接触部１３０によって第１の上面１１０で閉じられることが防止される。接触部１３０は、第１の分配プレート８５の第１の材料厚さｄ_１よりも明らかに小さい第２の材料厚さｄ_２を有している。特に、第２の材料厚さは、０.５ｍｍ～４ｍｍであり得る。第１の材料厚さｄ_１が第２の分配プレート９０の第２の材料厚さより大きい場合、特に有利である。

【0056】

すでに説明したように、第２の配置１２０は、複数のカバー部１２５を有している。カバー部１２５は、それぞれｘ方向及び／又はｙ方向において、互いに離間して配置されている。カバー部１２５は、ｚ方向において、接触部１３０より突出している。この際、好ましくは、第１の貫通開口部１００の第１の数は、カバー部１２５の第２の数に一致している。

【0057】

カバー部１２５はそれぞれ、接触部１３０に機械的に接続されている。これによって、カバー部１２５は、接触部１３０によって互いに機械的に接続されている。これによって、カバー部１２５と第１の分配プレート８５とを直接機械的に接続することが不要になる。

【0058】

以下において、図３に示されたカバー部１２５を例示的に説明する。以下に説明することは、同様に、第２の配置１２０の他のカバー部１２５にも適用される。

【0059】

カバー部１２５は、第２の分配プレート９０にエンボス加工されており、ｚ方向において、第１の分配プレート８５の第１の上面１１０から離間して、第１の貫通開口部が第１の上面１１０で開かれているように配置されている。この際、ｚ方向において、カバー部１２５は、第１の貫通開口部１００を覆うように配置されている。この際、ｚ方向において覆うとは、２つの構成要素、例えばカバー部１２５及び第１の貫通開口部１００、又は例えば第２の分配プレート９０及び第１の分配プレートが、第１の方向とも称され得るｚ方向において、例えばｚ方向／第１の方向に対して垂直に延在し、例えばｘｙ平面として形成された投影面において投影される際、構成要素、図３ではカバー部１２５及び貫通開口部１００が、当該投影面において重なることであると理解される。これによって、カバー部１２５は、反応空間３０に向かう第１の貫通開口部１００を覆い、第１の貫通開口部を流動床６５に対して保護する。

【0060】

カバー部１２５は、第１の部分領域１５５と第２の部分領域１６０とを有している。第１の部分領域１５５は、第１の上面１１０に対して略並行に延在しており、ｚ方向において、第１の上面１１０に対してオフセットされて配置されている。この際、第１の部分領域１５５はプレート状に形成されていてよい。上面図において、第１の部分領域１５５は、ｘ方向及びｙ方向において円形に形成されていてよい。

【0061】

第１の部分領域１５５は、第２の部分領域１６０を通じて接触部１３０に機械的に接続されている。第２の部分領域１６０は、第１の貫通開口部１００の上方に部分的に突出していてもよく、第１の部分領域１５５及び接触部１３０に対して傾斜して延在している。

【0062】

カバー部１２５は、第１の分配プレート８５の第１の上面１１０とともに、チャンバ１６５を画定する。チャンバ１６５は、その主な延長方向において概ねｘ方向及びｙ方向に延在している。チャンバ１６５の高さｈ_Ｋは、ｘ方向及び／又はｙ方向におけるチャンバ１６５の延在部分よりも明らかに小さい。さらに、チャンバ１６５の高さｈ_Ｋは、チャンバの長さｌにわたって例えば一定である。

【0063】

第１の貫通開口部１００は、第１の上面１１０において、チャンバ１６５に開口している。ｚ方向において、接触部１３０と第１の部分領域１５５との間には、第２の貫通開口部１７０が第２の分配プレート９０に導入されている。第２の貫通開口部１７０はスロット状に形成されており、ｚ方向において略一定の開口高さｈを有している。開口高さｈは、例えば、０.５ｍｍ～２ｍｍであり得る。この際、第２の貫通開口部１７０は、第２の貫通開口部１７０の第２の断面積が、第１の貫通開口部１００の第１の断面積よりも明らかに大きくなるように構成されている。チャンバ１６５は、第１の貫通開口部１００と第２の貫通開口部１７０とを流体的に接続している。

【0064】

第２の貫通開口部１７０は主に、例えば７０°～１２０°のｘｙ平面内の角度セグメントにわたって延在し得る。この際、第２の貫通開口部は、例えば直線１１５に対して中心がオフセットされた円形軌道上に延在する。この際、第２の断面積は、第２の貫通開口部の開口面積を形成しており、数学的には、ｘｙ平面における円形軌道上の第２の貫通開口部の角度セグメント（弧度法で）、開口高さｈ、及び円弧長さの積として定義される。この際、第２の貫通開口部１７０は、第２の貫通開口部１７０に接する第１の部分領域１５５の自由端がｚ方向において接触部１３０の切断面１７２を覆うように配置されているように、第２の分配プレート９０に切り込まれているか、又は打ち抜かれている。

【0065】

チャンバ１６５は、略シリンダ状の基本形状を有している。チャンバ１６５は、第１の断面積及び／又は第２の断面積よりも明らかに大きなチャンバ断面積（ｘｙ平面において）を有している。ｘ方向及び／又はｙ方向において、チャンバ１６５は、第２の貫通開口部１７０と第１の貫通開口部１００との間でチャンバ長さｌを有している。チャンバ長さｌは、第２の貫通開口部１７０の開口高さｈよりも明らかに大きい。チャンバ長さｌの開口高さｈに対する比が１以上２０以下であると特に有利である。

【0066】

図４は、第２の分配プレート９０を斜めに見た、分配底部２０の斜視図である。

【0067】

第２の配置１２０のカバー部１２５は、例えば、ｘ方向において互いにオフセットされて配置された複数の列１７５に配置されている。各列１７５において、カバー部１２５は、ｙ方向に互いに離間して配置されている。この際、カバー部１２５の間には、接触部１３０が延在している。好ましくは、第２の貫通開口部１７０の第１の方向付けは、各カバー部１２５において同一である。

【0068】

一実施形態において、材料接続部１４５は、複数の交差した溶接継ぎ目１８０、１８５によって構成されている。各溶接継ぎ目１８０、１８５は、例えば直線状で連続的に形成されている。２つの平行に延在する第１の溶接継ぎ目１８０は、それぞれ２つの平行に延在する第２の溶接継ぎ目１８５と交差し、この際、ひし形１９０を形成し、ひし形１９０によって、カバー部１２５は周囲を囲まれている。この際、各溶接継ぎ目１８０、１８５は、溶接継ぎ目１８０、１８５の溶け込みが第１の分配プレート８５内まで延在するように構成されている。溶接継ぎ目１８０、１８５は、概ね中断せずに続くので、チャンバ１６５は、周方向で、材料接続部１４５によって、接触部１３０に対して流体密封にシールされている。

【0069】

以下において、図１～図４に基づいて、分配底部２０の機能を説明する。図１の範囲ですでに説明したように、反応ガス６０は分配底部２０を通じて反応空間３０に誘導される。

【0070】

この際、反応ガス６０は、第１の方向において、直線１１５（図３及び図４を参照）に対して略平行な第１の貫通開口部１００を貫流する。第１の断面積が小さいので、反応ガス６０は、第１の貫通開口部１００内で比較的高い第１の速度ｖ_１を有している。

【0071】

第１の貫通開口部１００を通って流れる反応ガス６０は、それぞれ配設されたチャンバ１６５に流入する。チャンバ１６５が大容量の構造を有しているので、反応ガス６０は急激に減速し、チャンバ１６５内を第２の速度ｖ_２で流れる。第２の速度ｖ_２は、第１の速度ｖ_１よりも大幅に低い。さらに、カバー部１２５は、反応ガス６０がチャンバ１６５内を概ねｘ方向及び／又はｙ方向に流れるように、反応ガス６０を第２の方向に直線１１５に対して略９０°方向転換させる（図３参照）。

【0072】

反応ガス６０は、第２の貫通開口部１７０でチャンバ１６５から流出する。この際、反応ガス６０は、第１の速度ｖ_１よりも明らかに低い第３の速度ｖ_３で、第２の貫通開口部１７０を貫流する。第３の速度ｖ_３は、チャンバ１６５内の第２の速度ｖ_２よりも大きくてもよい。

【0073】

反応ガス６０は、分配空間２５と反応ガス排出部５０との間の圧力差に基づいて、第２の貫通開口部１７０を貫流した後、第２の分配プレート９０によって概ねｚ方向に方向転換され、粉鉱石５５と共に、第２の分配プレート９０の上方に流動床６５を形成する。

【0074】

反応ガス６０がこのように誘導されることは、反応ガス６０が、低い第３の速度ｖ_３で第２の貫通開口部１７０の角度セクションにわたって面的に流出することによって、反応ガス６０の局所的な速度増大が回避され得るという利点を有している。これによって、流動床６５内の局所的なガス流路が回避され、流動床反応器の全断面積にわたる反応ガスの可能な限り均一な分布が得られる。さらに、第１の貫通開口部１００における反応ガス６０の圧力変動を、チャンバ１６５の大容量の構造によって減衰させることができる。これによって、粉鉱石５５を含む特に安定した流動床６５が形成される。

【0075】

溶接継ぎ目１８０、１８５によってチャンバ１６５を周方向で密封することによって、チャンバ１６５から別のチャンバ１６５への反応ガス６０の移動が防止される。これによって、分配底部２０の各チャンバ１６５を通る反応ガス６０の体積流量が確実かつ均一になる。これによって、反応空間３０内の流動床６５がさらに安定し、局所的な非流動化が防止される。

【0076】

流動床反応器１０が停止するか、又はガス供給６０が中止された場合、流動床６５は崩壊する。その結果、粉鉱石５５及び／又は反応生成物７５から成る層２３０が、第２の上面１４０上に形成される（層２３０は図２において破線で示されている）。確かに、粉鉱石５５及び／又は反応生成物７５のごく一部が、第２の貫通開口部１７０を通じてチャンバ１６５に進入し、各チャンバ１６５内に円錐状堆積物を形成することはあるが、チャンバ長さｌによって、第２の貫通開口部１７０は、粉鉱石５５及び／又は反応生成物７５が第１の貫通開口部１００に到達しない程度に、ｘ方向及び／又はｙ方向において第１の貫通開口部１００から離れて配置されている。

【0077】

再び始動する際、第１の貫通開口部１００を通じたチャンバ１６５の分配空間２５との流体的な接続が確保されているので、チャンバ１６５に進入した粉鉱石５５及び／又は反応生成物７５は、反応ガス６０を用いてチャンバ１６５から吐出され得る。

【0078】

分配底部２０を形成するために、第１の方法ステップにおいて、第１のプレート状未加工部材が調達される。第１のプレート状未加工部材は切断され、第１の配置９５を形成するための第１の貫通開口部１００が第１の未加工部材に導入される。これは、例えば、第１の未加工部材に第１の貫通開口部１００をレーザー切断又は穿孔することによって行われ得る。

【0079】

第２の方法ステップでは、プレート状のシート材料が調達される。シート材料には、カバー部１２５から成る第２の配置１２０がエンボス加工され、第２の貫通開口部１７０がシート材料に切り込まれる。これは、例えば、打ち抜き及び曲げステップにおいて行うことが可能であり、好ましくは、カバー部１２５が概ね同時にエンボス加工されるように、単一の処理ステップにおいて実行される。また、打ち抜き及び曲げステップでは、複数のカバー部１２５の一部のみを同時にエンボス加工することも可能である。接触部において、シート材料は概ね変形されずにとどまるので、接触部１３０のプレート状の構造は維持される。さらに、第２の貫通開口部が同時に切断される。貫通開口部の切断は、好ましくは、カバー部１２５のエンボス加工と同時に行われる。

【0080】

第３の方法ステップにおいて、第２の分配プレート９０は、第１の貫通開口部１００が接触部１３０によって覆われず、第１の貫通開口部１００がｚ方向においてカバー部１２５に向かい合って配置されるように、第２の下面１３５で第１の上面１１０に配置される。これによって、各第１の貫通開口部１００は、配設されたカバー部１２５によって覆われ、チャンバ１６５が形成される。第２の分配プレート９０を一体型に、均一の材料から形成することによって、全てのカバー部１２５は、第３の方法ステップにおいて、第１の貫通開口部１００の第１の配置と位置合わせされるので、カバー部１２５の位置合わせに要する時間が大幅に短縮される。

【0081】

第４の方法ステップでは、接触部１３０を第１の分配プレート８５に接続するための材料接続部１４５が形成される。この際、例えばレーザー溶接プロセスの範囲内で、溶接継ぎ目１８０、１８５を用いて、第１の分配プレート８５を、第２の分配プレート９０に溶接することができる。さらに、これによって、チャンバ１６５は、周方向において流体密封にシールされる。この際、溶接継ぎ目１８０、１８５は好ましくは連続している。これによって、分配底部２０は、わずかな方法ステップで特に容易に製造することができる。

【0082】

図５は、第２の実施形態に係る流動床反応器１０の上面図を概略的に示している。

【0083】

図５の流動床反応器１０は、図１～図４で説明した流動床反応器１０と概ね同一の構造を有している。以下において、第１の実施形態に係る図１～図４に示された流動床反応器１０に対して、図５に示された流動床反応器１０が異なる点を専ら説明する。

【0084】

分配底部２０は、第１の領域２００と、少なくとも１つの第２の領域２０５と、を有している。付加的に、分配底部２０は、第３の領域２１０を有することが可能である。分配底部２０は、その主延長方向において概ねｘ方向に延在している。この際、例えば、ｘ方向は、充填開口部３５と排出開口部４０との間の粉鉱石５５の搬送方向に対応する。ｙ方向において横に向かって、分配底部２０は、側縁２１５、２２０によって画定される。

【0085】

第１の領域２００は、ｘ方向において、充填開口部３５と排出開口部４０との間に配置されている。第２の貫通開口部１７０の配置を示すために、図５では、第２の貫通開口部１７０が部分環状の部分として概略的に示されている。しかしながら、理想的な場合において、第２の貫通開口部１７０は上面図では視認不可能である。

【0086】

第１の領域２００において、第２の貫通開口部１７０は、同一の第１の方向付けを有している。第２の貫通開口部１７０の第１の方向付けは、好ましくは、第２の貫通開口部１７０が、カバー部１２５の充填開口部３５に背向する側に配置されるように選択されている。さらに、第１の領域２００において、第２の貫通開口部１７０は、反応ガス６０の体積流量が、概ねｘ軸に対して平行な排出開口部４０の方向に方向付けられているように方向付けられている。

【0087】

ｘ方向において第１の領域２００と充填開口部３５との間に配置されている第２の領域２０５において、第２の貫通開口部１７０は第２の方向付けを有している。例えば、第２の方向付けは、第１の領域２００における第２の貫通開口部１７０の第１の方向付けとは異なる。例えば、第２の領域２０５における第２の貫通開口部１７０は、互いに異なって方向付けられていてもよい。例えば、第２の領域２０５における第２の貫通開口部１７０の第２の方向付けは、第２の貫通開口部１７０が、カバー部１２５の充填開口部３５に背向する側に配置されるように選択されている。さらに、第２の領域２０５における第２の貫通開口部１７０は、最も近いそれぞれの側縁２１５、２２０の方向において、互いに離れる方向を示すように方向付けられている。

【0088】

第３の領域２１０において、第２の貫通開口部１７０は、第３の方向付けを有している。第３の方向付けは、例えば、第１の方向付け及び／又は第２の方向付けとは異なっている。この際、第３の領域２１０において、第２の貫通開口部１７０は、カバー部１２５の排出開口部４０に対向する側に配置されている。

【0089】

第３の領域２１０において、第２の貫通開口部１７０は、カバー部１２５の充填開口部３５に背向する側に、しかしまた同様に、それぞれ最も近い側縁２１５、２２０に背向する側に配置されている。この際、第２の貫通開口部１７０は、カバー部１２５の排出開口部４０に対向する側に配置されている。

【0090】

図５に示す流動床反応器１０の動作中、粉鉱石５５が充填開口部３５を通って反応空間３０に輸送される。この際、粉鉱石５５は、まず第２の領域２０５に輸送される。第２の貫通開口部１７０の、側縁２１５、２２０に向けられ、排出開口部４０に向けられた第２の方向付けによって、流動床６５において、粉鉱石５５が、第２の領域２０５において流出する反応ガス６０によって排出開口部４０からｙ方向に運び去られ、分配底部２０の全幅にわたって分配されることがもたらされる。これによって、粉鉱石５５の特に大きな質量流量を反応空間３０に輸送することができる。この際、反応ガス６０は、ｘ軸及びｙ軸に対して傾斜して、第２の貫通開口部１７０から流出し、ｙ方向において、粉鉱石５５を分配底部２０の全幅にわたって分配し、粉鉱石５５を第１の領域２００に輸送する。

【0091】

全幅にわたって分散された粉鉱石５５は、特に第１の領域２００で処理され、反応ガス６０で加工され、反応生成物７５を形成する。この際、粉鉱石５５と反応生成物７５とは、ｘ方向において、充填開口部３５から排出開口部４０に向かってさらに輸送される。この際、主に、反応ガス６０は、ｘ方向において、第１の領域２００内の第２の貫通開口部１７０から流出し、粉鉱石５５又は反応生成物７５を排出開口部４０の方向に輸送する。

【0092】

第３の領域２１０に到達すると、粉鉱石５５又は反応生成物７５は、第２の貫通開口部１７０の第３の方向付けによって、側縁２１５、２２０から排出開口部４０の方向において内側に向かって、濃縮され、輸送される。これによって、反応生成物７５を排出開口部に向かって輸送するための付加的な機械的補助手段を必要とすることなく、反応生成物７５を排出開口部４０を通じて反応空間３０から特に良好に除去することができる。

【0093】

図６は、第３の実施形態に係る流動床反応器１０の上面図を概略的に示している。

【0094】

図６の流動床反応器１０は、図５で説明した流動床反応器１０と概ね同一の構造を有している。以下において、第２の実施形態に係る図５に示された流動床反応器１０に対して、図６に示された流動床反応器１０が異なる点を専ら説明する。

【0095】

付加的に、図６の分配底部２０は、第１の周縁領域２３５と、好ましくは第２の周縁領域２４０と、を有している。一実施形態において、例えば、第１の周縁領域２３５及び第２の周縁領域２４０が設けられている。２つの周縁領域２３５、２４０の内の少なくとも一方を省略することもできる。例えば、ｘ方向において、第１の周縁領域２３５及び第２の周縁領域２４０は、充填開口部３５と第３の領域２１０との間に配置されている。ｙ方向において、第１の周縁領域２３５及び第２の周縁領域２４０は、充填開口部３５からオフセットされて配置されている。この際、第１の周縁領域２３５は、横方向において第１の側縁２１５に接続されている。第１の周縁領域２３５は、内側において、第１の領域２００に、好ましくは第２の領域２０５に接している。さらに、第２の周縁領域２４０は、横方向において第２の側縁２２０に接続され、横方向において、第１の周縁領域２３５に向かい合うように配置されている。第２の周縁領域２４０は、内側において、第１の領域２００に、好ましくは第２の領域２０５に接している。

【0096】

第１の周縁領域２３５において、第２の貫通開口部１７０は、第１の側縁２１５の方向において、第１の領域２００から離れるように、斜め外側に向けられている。さらに、第２の貫通開口部１７０は、長手方向において、カバー部１２５の第３の領域２１０に対向する側に配置されている。例えば、第２の貫通開口部１７０の方向付けは、反応ガス６０が第１の側縁２１５に向かって第１の鋭角αにおいて、第３の領域２１０に向かってｘ方向に流れるように選択されている。角度αは３０°～６０°であり得る。

【0097】

第２の周縁領域２４０において、第２の貫通開口部１７０は、第２の側縁２２０の方向において、第１の領域２００から離れるように、斜め外側に向けられている。さらに、第２の貫通開口部１７０は、長手方向において、カバー部１２５の第３の領域２１０及び第２の側縁２２０に対向する側に配置されている。例えば、第２の貫通開口部１７０の方向付けは、反応ガス６０が第２の側縁２２０に向かって第２の鋭角βにおいて、第３の領域２１０に向かってｘ方向に流れるように選択されている。第２の角度βは、第１の角度αと同一であってよく、及び／又は３０°～６０°であり得る。

【0098】

当該態様は、流動床６５の周縁領域をより良好に流動化させ、したがって粉鉱石５５及び／又は反応生成物７５の流動化挙動に対するネガティブな周辺効果を最小限に抑えるという利点を有している。

【符号の説明】

【0099】

１０ 流動床反応器
１５ 反応器
２０ 分配底部
２５ 分配空間
３０ 反応空間
３５ 充填開口部
４０ 排出開口部
４５ 反応ガス供給部
５０ 反応ガス排出部
５５ 粉鉱石
６０ 反応ガス
６５ 流動床
７０ 鉄粒子担体
７５ 反応生成物
８０ 使用された反応ガス
８５ 第１の分配プレート
９０ 第２の分配プレート
９５ 第１の配置
１００ 第１の貫通開口部
１０５ 第１の下面
１１０ 第１の上面
１１５ 直線
１２０ 第２の配置
１２５ カバー部
１３０ 接触部
１３５ 第２の下面
１４０ 第２の上面
１４５ 材料接続部
１５０ 溶接接続部
１５５ 第１の部分領域
１６０ 第２の部分領域
１６５ チャンバ
１７０ 第２の貫通開口部
１７１ 自由端
１７２ 断面
１７５ 列
１８０ 第１の溶接継ぎ目
１８５ 第２の溶接継ぎ目
１９０ ひし形
２００ 第１の領域
２０５ 第２の領域
２１０ 第３の領域
２１５ 第１の側縁
２２０ 第２の側縁
２３０ 層
２３５ 第１の周縁領域
２４０ 第２の周縁領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2024-01-12

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化粉鉱石（５５）を処理するための流動床反応器（１０）であって、
－前記流動床反応器（１０）が、分配底部（２０）と、分配空間（２５）と、反応空間（３０）を備えた反応器（１５）と、を有しており、
－前記分配底部（２０）が、前記反応空間（３０）を前記分配空間（２５）から空間的に分離し、
－前記分配底部（２０）が、第１の分配プレート（８５）と、前記第１の分配プレート（８５）上に配置された第２の分配プレート（９０）と、を有しており、
－前記第１の分配プレート（８５）が、前記分配空間（２５）に対向する側に配置され、前記第２の分配プレート（９０）が、前記反応空間（３０）に対向する側に配置されており、
－前記第１の分配プレート（８５）が、前記分配空間（２５）から第１の方向（ｚ）において前記反応空間（３０）へ延在する第１の貫通開口部（１００）の第１の配置（９５）を有しており、
－前記第２の分配プレート（９０）が、プレート状で前記第１の分配プレート（８５）に対して平行に延在する接触部（１３０）を有しており、
－前記第２の分配プレート（９０）が、さらに、複数のカバー部（１２５）から成る第２の配置（１２０）を有しており、
－前記接触部（１３０）が、前記第１の貫通開口部（１００）の前記第１の配置（９５）から離間して前記第１の分配プレート（８５）に接しており、
－前記第２の配置（１２０）のカバー部（１２５）それぞれが、第１の方向（ｚ）において、配設された前記第１の貫通開口部（１００）から離間して配置されており、前記反応空間（３０）への配設された前記第１の貫通開口部（１００）を覆っており、
－前記第２の分配プレート（９０）が、前記カバー部（１２５）それぞれに、第２の方向（ｘ、ｙ）において、直線（１１５）に対して傾斜して、前記第１の貫通開口部（１００）からオフセットして配置された第２の貫通開口部（１７０）を有しており、
－前記分配空間（２５）から、前記第１の貫通開口部（１００）及び前記第２の貫通開口部（１７０）を通じて、反応ガス（６０）が、粉鉱石（５５）を処理するため、及び、前記粉鉱石（５５）と前記反応ガス（６０）とから成る流動床（６５）を形成するために、前記反応空間（３０）に導入され得る、流動床反応器（１０）。

【請求項2】

－前記鉱石は鉄鉱石である、請求項１に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項3】

－前記接触部（１３０）が、前記第２の配置（１２０）の互いに対してオフセットされて配置されたカバー部（１２５）を互いに機械的に接続し、
－前記接触部（１３０）が、前記第１の分配プレート（８５）に機械的に接続されている、請求項１または２に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項4】

－前記第２の分配プレート（９０）が一体型に、均一の材料から形成されている、請求項３に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項5】

－前記カバー部（１２５）の前記第２の配置（１２０）が、前記第２の分配プレート（９０）にエンボス加工されている、請求項３または４に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項6】

－前記第１の分配プレート（８５）及び前記カバー部（１２５）が、それぞれチャンバ（１６５）を画定し、
－前記チャンバ（１６５）は、前記第１の貫通開口部（１００）と前記第２の貫通開口部（１７０）との間で、前記第１の分配プレート（８５）に対して平行に、前記第２の方向（ｘ、ｙ）において延在する、請求項１から５のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項7】

－前記チャンバ（１６５）がチャンバ断面積を有し、前記第１の貫通開口部（１００）は第１の断面積を有し、前記第２の貫通開口部（１７０）は第２の断面積を有しており、
－前記第２の断面積は、前記第１の断面積よりも大きく、
－前記チャンバ断面積は、前記第２の断面積よりも大きい、請求項６に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項8】

－前記チャンバ（１６５）が、前記第２の方向（ｘ、ｙ）において、前記第１の貫通開口部（１００）と前記第２の貫通開口部（１７０）との間でチャンバ長さ（ｌ）を有し、
－前記第２の貫通開口部（１７０）が、前記第１の方向（ｚ）において、開口高さ（ｈ）を有し、
－前記第２の貫通開口部（１７０）の開口高さ（ｈ）は、前記チャンバ（１６５）の前記チャンバ長さ（ｌ）より小さい、請求項６または７に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項9】

－前記チャンバ長さ（ｌ）の前記開口高さ（ｈ）に対する比は、１～２０である、請求項８に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項10】

－前記第２の分配プレート（９０）が、前記第１の分配プレート（８５）の第１の上面（１１０）を、主に前記第１の方向（ｚ）で前記第１の上面（１１０）に対して傾斜して、少なくとも第１の配置（９５）の領域において覆っている、請求項１から９のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項11】

－前記第２の分配プレート（９０）が、前記第１の分配プレート（８５）の第１の上面（１１０）を、少なくとも第１の配置（９５）の領域において、完全に覆っている、請求項１０に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項12】

－前記分配底部（２０）が、第１の領域（２００）と少なくとも１つの第２の領域（２０５）とを有し、
－前記第１の領域（２００）において、第２の配置（１２０）の前記第２の貫通開口部（１７０）が、それぞれ同一の第１の方向付けを有し、
－前記第２の領域（２０５）において、前記第２の配置（１２０）の前記第２の貫通開口部（１７０）が、それぞれ前記第１の方向付けとは異なる第２の方向付けを有している、請求項１から１１のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項13】

－前記反応空間（３０）内に開口する充填開口部（３５）と、前記反応空間（３０）内に開口する排出開口部（４０）と、を有しており、
－前記充填開口部（３５）が、前記排出開口部（４０）の反対側に配置され、粉鉱石（５５）が、前記充填開口部（３５）を通じて前記反応空間（３０）内に輸送可能であり、
－前記排出開口部（４０）を通じて、前記粉鉱石（５５）の反応ガス（６０）との反応による反応生成物（７５）が、前記反応空間（３０）から輸送可能であり、
－前記第１の領域（２００）が、前記充填開口部（３５）と前記排出開口部（４０）との間に配置されており、
－前記第１の領域（２００）において、前記第２の貫通開口部（１７０）が、それぞれ前記カバー部（１２５）の前記排出開口部（４０）に対向する側に配置されている、請求項１２に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項14】

－前記第２の領域（２０５）が、充填開口部（３５）と前記第１の領域（２００）との間に配置されており、
－前記第２の貫通開口部（１７０）が、前記第２の領域（２０５）において、前記充填開口部（３５）に背向する側であって、前記分配底部（２０）の側縁（２１５、２２０）に対向する側に、粉鉱石（５５）が、流出する反応ガス（６０）を用いて、前記充填開口部（３５）から前記側縁（２１５、２２０）の方向において分配され得るように配置されている、請求項１２又は１３に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項15】

－前記分配底部（２０）が第３の領域（２１０）を有し、
－前記第３の領域（２１０）が、前記第１の領域（２００）と排出開口部（４０）との間に配置されており、
－前記第３の領域（２１０）において、前記第２の貫通開口部（１７０）がそれぞれ、前記第１の方向付けとは異なる第３の方向付けを有し、
－前記第２の貫通開口部（１７０）は、前記第３の領域（２１０）において、それぞれカバー部（１２５）の前記排出開口部（４０）に対向する側と、前記分配底部（２０）の側縁（２１５、２２０）に背向する側と、に前記粉鉱石（５５）及び／又は前記粉鉱石（５５）の前記反応ガス（６０）との反応による反応生成物（７５）が、流出する前記反応ガス（６０）を用いて、前記側縁（２１５、２２０）から前記排出開口部（４０）の方向に輸送され得るように配置されている、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項16】

－前記分配底部（２０）が、少なくとも１つの周縁領域（２３５、２４０）を有しており、
－前記周縁領域（２３５、２４０）が、前記第１の領域（２００）と排出開口部（４０）との間に、前記分配底部（２０）の側縁（２１５、２２０）に横方向において接するように配置されており、
－前記第２の貫通開口部（１７０）は、前記周縁領域（２３５、２４０）において、それぞれカバー部（１２５）の前記排出開口部（４０）に対向する側と、前記分配底部（２０）の前記側縁（２１５、２２０）に対向する側と、に粉鉱石（５５）及び／又は前記粉鉱石（５５）の反応ガス（６０）との反応による反応生成物（７５）が、流出する前記反応ガス（６０）を用いて、前記排出開口部（４０）の方向に輸送され得るように配置されている、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項17】

－前記第２の貫通開口部（１７０）が、スロット状に形成されており、
－前記第２の貫通開口部（１７０）が、前記第１の方向（ｚ）において略一定の開口高さ（ｈ）を有している、請求項１から１６のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項18】

－前記第１の分配プレート（８５）及び前記接触部（１３０）が、直線（１１５）に対して周方向において、それぞれ前記第１の貫通開口部（１００）の周りで密封されている、請求項１から１７のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項19】

－前記第１の貫通開口部（１００）の周りで、周方向に、それぞれ前記接触部（１３０）が、前記第１の分配プレート（８５）に材料接続的に接続されている、請求項１８に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項20】

－前記第１の貫通開口部（１００）の周りで、周方向に、それぞれ前記接触部（１３０）が、前記第１の分配プレート（８５）に溶接されている、請求項１９に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項21】

－前記カバー部（１２５）が、第１の部分領域（１５５）と第２の部分領域（１６０）とを有しており、
－前記第１の部分領域（１５５）が、前記第１の分配プレート（８５）に対して平行に延在するように配置され、前記第１の貫通開口部（１００）を覆っており、
－前記第１の部分領域（１５５）が、少なくとも部分的に前記第１の貫通開口部（１００）を覆っており、
－前記第２の部分領域（１６０）が、前記第１の部分領域（１５５）に対して斜めに傾斜して配置され、前記第１の部分領域（１５５）を前記接触部（１３０）に接続している、請求項１から２０のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）。

【請求項22】

請求項１から２１のいずれか一項に記載の流動床反応器（１０）を製造するための方法であって、
－第１の貫通開口部（１００）の第１の配置（９５）を備えた第１の分配プレート（８５）が供給され、
－プレート状のシート材料に、複数のカバー部分（１２５）を備える第２の配置（１２０）がエンボス加工され、第２の貫通開口部（１７０）が、前記シート材料に切断され、
－第２の分配プレート（９０）は、前記第１の貫通開口部（１００）それぞれが配設された前記カバー部（１２５）によって覆われるように、前記第１の分配プレート（８５）上に配置され、
－接触部（１３０）は、前記第１の分配プレート（８５）に機械的に接続される方法。

【請求項23】

－前記第２の貫通開口部（１７０）は、単一の処理ステップにおいて切断される、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

－前記第２の貫通開口部（１７０）が打ち抜かれる、請求項２３に記載の方法。

【国際調査報告】