JP2927864B2 - 構造体内の２相流動床を通る流れの異方性を非侵入的に測定する方法 - Google Patents
構造体内の２相流動床を通る流れの異方性を非侵入的に測定する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 流動床（流動層）とは、重力による下向きの力に抗し
て、流れ力（flow forces）により粒子を支えることが
できる充分に大きな速度をもつガス又は液体の流れ中の
固体粒子のサスペンション（懸濁状態）のことである。
流動床は、触媒粒子上で石油を接触分解（「キャットク
ラッキング（“catcracking"）」）して軽量の価値ある
製品を作る装置、及びコークス粒子上で重い原料（heav
y feeds）を熱分解して軽量の価値ある原料を製造する
装置（「流動床コーカ（“fluid bed cokers"）」又は
「フレキシコーカ（“flexi−cokers"）」）のような重
要な石油化学加工装置を構成する重要なコンポーネンツ
である。接触分解装置においては、コークスで触媒を焼
き「新鮮な触媒」を作る再生装置に流動床が設けられて
いる。再生装置内の流動床中の粒子は、約60ミクロンの
直径をもつゼオライトのペレットである。流動床コーカ
又はフレキシコーカの場合には、ヒータ及び反応器（リ
アクタ）に流動床が使用されており、フレキシコーカの
場合には更にガス化装置にも流動床が使用されている。
この場合の粒子は、約100〜150ミクロンのコークス粒子
である。
て、流れ力（flow forces）により粒子を支えることが
できる充分に大きな速度をもつガス又は液体の流れ中の
固体粒子のサスペンション（懸濁状態）のことである。
流動床は、触媒粒子上で石油を接触分解（「キャットク
ラッキング（“catcracking"）」）して軽量の価値ある
製品を作る装置、及びコークス粒子上で重い原料（heav
y feeds）を熱分解して軽量の価値ある原料を製造する
装置（「流動床コーカ（“fluid bed cokers"）」又は
「フレキシコーカ（“flexi−cokers"）」）のような重
要な石油化学加工装置を構成する重要なコンポーネンツ
である。接触分解装置においては、コークスで触媒を焼
き「新鮮な触媒」を作る再生装置に流動床が設けられて
いる。再生装置内の流動床中の粒子は、約60ミクロンの
直径をもつゼオライトのペレットである。流動床コーカ
又はフレキシコーカの場合には、ヒータ及び反応器（リ
アクタ）に流動床が使用されており、フレキシコーカの
場合には更にガス化装置にも流動床が使用されている。
この場合の粒子は、約100〜150ミクロンのコークス粒子
である。
ガス中に浮遊する微小固形物を含有している他の流動
床は、進歩した石炭燃焼装置を備えており、該石炭燃焼
装置では、浮游する石炭の微小粒子を燃焼して、最小の
汚染と最高の効率が得られるようにして熱を発生させて
いる。化学工業の分離工程には別の例が用いられてお
り、流れる液体中に微細粒子が浮游するように構成され
ている。一般に、流動床は、粒子の表面とこれを包囲す
るガス又は液体との間の相互作用を最大にすることが望
まれる多くの大規模な工程に使用されている。
床は、進歩した石炭燃焼装置を備えており、該石炭燃焼
装置では、浮游する石炭の微小粒子を燃焼して、最小の
汚染と最高の効率が得られるようにして熱を発生させて
いる。化学工業の分離工程には別の例が用いられてお
り、流れる液体中に微細粒子が浮游するように構成され
ている。一般に、流動床は、粒子の表面とこれを包囲す
るガス又は液体との間の相互作用を最大にすることが望
まれる多くの大規模な工程に使用されている。
流動床は、流動床コーカ及び再生装置の場合、40lb/f
t3（約0.64g/cm3）の体積質量密度、及び１秒間当り数
フィートの粒子速度とを有している。コーキング（coki
ng）及び接触分解の場合には、10〜50ft（約３〜15m）
のオーダの直径をもつ流動床も用いられている。10〜60
ft（約３〜18m）の高さをもつ流動床の場合、収容され
ている流体には100トン以下から1,000トンを超える範囲
の粒子が含まれている。関連の技術レビューとして、Ge
ldart氏著、「ガス流動化技術（“Gas Fluidization Te
chnology"）」（1986年、Wiley社刊）がある。
t3（約0.64g/cm3）の体積質量密度、及び１秒間当り数
フィートの粒子速度とを有している。コーキング（coki
ng）及び接触分解の場合には、10〜50ft（約３〜15m）
のオーダの直径をもつ流動床も用いられている。10〜60
ft（約３〜18m）の高さをもつ流動床の場合、収容され
ている流体には100トン以下から1,000トンを超える範囲
の粒子が含まれている。関連の技術レビューとして、Ge
ldart氏著、「ガス流動化技術（“Gas Fluidization Te
chnology"）」（1986年、Wiley社刊）がある。
石油化学工業における多くの場合に、流動床内の材料
は高温度状態にある。従って、容器は、しばしば数イン
チの耐火材でライニング（内張り）される。このため、
収容された粒子に直接アクセスすることは非常に困難で
ある。この困難性は、コーカ及び接触分解の場合のよう
に、ヘビーな石油原料を流動床中に噴射する場合に複雑
化する。かような場合に、もしも特別な注意を払わない
ときには、流動床の内部の全ての窓及びプローブが詰ま
ってしまうであろう。流動床中の流れ状態のモニタリン
グは、通常、静圧の測定に限定されるため、その測定値
から得られる流れデータを推測することになる。詰まり
（fouling）を避けるための特別な注意として、不活性
ガスを用いて静圧測定器に開口部を維持し、「圧力ブリ
ッジ」を通る不活性ガスの圧力降下を小さくする方法が
ある。圧力測定により、流動床を収容している容器内の
流れの不均一分布を知ることができるけれども、それ
は、単に流れの不均一分布領域の位置を正確に知ること
ができるに過ぎない。
は高温度状態にある。従って、容器は、しばしば数イン
チの耐火材でライニング（内張り）される。このため、
収容された粒子に直接アクセスすることは非常に困難で
ある。この困難性は、コーカ及び接触分解の場合のよう
に、ヘビーな石油原料を流動床中に噴射する場合に複雑
化する。かような場合に、もしも特別な注意を払わない
ときには、流動床の内部の全ての窓及びプローブが詰ま
ってしまうであろう。流動床中の流れ状態のモニタリン
グは、通常、静圧の測定に限定されるため、その測定値
から得られる流れデータを推測することになる。詰まり
（fouling）を避けるための特別な注意として、不活性
ガスを用いて静圧測定器に開口部を維持し、「圧力ブリ
ッジ」を通る不活性ガスの圧力降下を小さくする方法が
ある。圧力測定により、流動床を収容している容器内の
流れの不均一分布を知ることができるけれども、それ
は、単に流れの不均一分布領域の位置を正確に知ること
ができるに過ぎない。
流動床内の流れの不均一分布は、種々の原因により生
じる。一例として、流動床が反応器の一領域において
「落ち込んだ（“slumped"）」場合には、流動床内で行
われる化学的処理の効率が大幅に低下する。この「流動
床スランプ（“bed slump"）」の状況下では、乱流領域
に通じている反応器の他方の側に流れるようになってい
る。また、かような状況下では、流動床内の粒子の過度
の摩砕が生じ、このため、極めて多数の微細片が、反応
器のガス状生成物中又は大気中に放出される。
じる。一例として、流動床が反応器の一領域において
「落ち込んだ（“slumped"）」場合には、流動床内で行
われる化学的処理の効率が大幅に低下する。この「流動
床スランプ（“bed slump"）」の状況下では、乱流領域
に通じている反応器の他方の側に流れるようになってい
る。また、かような状況下では、流動床内の粒子の過度
の摩砕が生じ、このため、極めて多数の微細片が、反応
器のガス状生成物中又は大気中に放出される。
流れの不均一分布が問題となる別の例は、流動床コー
カにおけるものである。すなわち、流動化スチーム（fl
uidization steam）が反応器に流入する領域において流
れが阻止されると、粒子の凝集が生じかつ流動床が「動
かなくなる（“bogging"）」状態を招く。かような状況
下では、流れが阻止されなくなるまで、原料をコーカに
噴射することはできない。再度指摘するが、圧力又は温
度の測定は装置の小さな流量を確認するのに有効であろ
うが、そのような状況が存在するコーカの領域（その領
域が垂直平面にあろうと水平平面にあろうと）を確認す
るには殆ど有効ではない。
カにおけるものである。すなわち、流動化スチーム（fl
uidization steam）が反応器に流入する領域において流
れが阻止されると、粒子の凝集が生じかつ流動床が「動
かなくなる（“bogging"）」状態を招く。かような状況
下では、流れが阻止されなくなるまで、原料をコーカに
噴射することはできない。再度指摘するが、圧力又は温
度の測定は装置の小さな流量を確認するのに有効であろ
うが、そのような状況が存在するコーカの領域（その領
域が垂直平面にあろうと水平平面にあろうと）を確認す
るには殆ど有効ではない。
流れの不均一分布が問題となる別の例は、接触分解装
置（キャットクラッカ）のスチーム剥離セクション（す
なわち、分解反応から取り残されたコークスを燃焼すべ
く、使用済み触媒が再生装置に送られる前に触媒上の炭
化水素残留物力が剥離される領域）においても存在す
る。効率の良い剥離は、装置の収量（yield）に直接的
な効果を及ぼす。或る状況下では、剥離領域内で流れが
阻止される場合又は剥離領域を横切るスチーム入力に大
きな差がある場合のいずれの場合であっても、剥離反応
の効率の低下を招くことになる。このことを無くすに
は、流れの不均一分布領域又は流れの阻止領域を決定す
ることが必要である。
置（キャットクラッカ）のスチーム剥離セクション（す
なわち、分解反応から取り残されたコークスを燃焼すべ
く、使用済み触媒が再生装置に送られる前に触媒上の炭
化水素残留物力が剥離される領域）においても存在す
る。効率の良い剥離は、装置の収量（yield）に直接的
な効果を及ぼす。或る状況下では、剥離領域内で流れが
阻止される場合又は剥離領域を横切るスチーム入力に大
きな差がある場合のいずれの場合であっても、剥離反応
の効率の低下を招くことになる。このことを無くすに
は、流れの不均一分布領域又は流れの阻止領域を決定す
ることが必要である。
流れの不均一分布が問題となる更に別の例は、流動床
内の流れ分布の重要なエレメントが損なわれることであ
る。例えば、多くの場合に、流動床内の流れは、流動床
の濃厚相（dense phase）の底部を形成するグリッド
（格子）を通るガス及び粒子により支配される。特別な
状況下においては、グリッドの孔が閉塞されるようにな
り、流動床スランプの領域の形成を招くことになる。他
の可能性として、閉塞されたグリッドを横切るガス圧力
による大きな力を受けて、グリッドの支持構造体が損壊
することがある。これらの状況下では、化学的な反応性
を有する多量のガスが流動床を通って発泡し、このた
め、工程の均一性が損なわれ、かつ流動床を横切る温度
分布に重大な問題を引き起こすことになる。
内の流れ分布の重要なエレメントが損なわれることであ
る。例えば、多くの場合に、流動床内の流れは、流動床
の濃厚相（dense phase）の底部を形成するグリッド
（格子）を通るガス及び粒子により支配される。特別な
状況下においては、グリッドの孔が閉塞されるようにな
り、流動床スランプの領域の形成を招くことになる。他
の可能性として、閉塞されたグリッドを横切るガス圧力
による大きな力を受けて、グリッドの支持構造体が損壊
することがある。これらの状況下では、化学的な反応性
を有する多量のガスが流動床を通って発泡し、このた
め、工程の均一性が損なわれ、かつ流動床を横切る温度
分布に重大な問題を引き起こすことになる。
流動床内の流れの不均一分布領域又は異方性をもつ領
域の位置の特定が望まれる上記全ての例を考察すれば、
流動床内の流れが均一で等方性を有していることをオペ
レータが知ることがしばしば必要であるということを知
ることが重要である。この点を考慮すれば、オペレータ
は、その努力を、圧力、温度、又は処理工程時に大気中
又は製品の双方に放出される過剰の「微細片」等の全体
的な測定により表示される流れ、収量、摩砕又は他の問
題に関する他の原因に向けることができる。
域の位置の特定が望まれる上記全ての例を考察すれば、
流動床内の流れが均一で等方性を有していることをオペ
レータが知ることがしばしば必要であるということを知
ることが重要である。この点を考慮すれば、オペレータ
は、その努力を、圧力、温度、又は処理工程時に大気中
又は製品の双方に放出される過剰の「微細片」等の全体
的な測定により表示される流れ、収量、摩砕又は他の問
題に関する他の原因に向けることができる。
しかしながら、流動床の特定の領域に流れの不均一分
布が生じる場合には、流れの不均一分布を改善する種々
の矯正作用が存在する。閉塞領域に向けてスチームの吹
き込み（steam lancing）を行い、障害物を除去するこ
とができる。また、剥離したスチームの流れを再整合さ
せて、流れの均一性を生じさせることもできる。破壊さ
れたグリッド支持体を通って過剰の反応ガスが流れる場
合には、装置に「トーチ油」を噴射して燃焼によるガス
流を低減させ、これにより、サイクロンのようなコンボ
ーネンツに対し温度勾配による損傷を与え易い領域にお
ける温度勾配を小さくすることができる。装置の一部領
域が流れの不均一分布にばらつきのないパター（patte
r）を呈していると確認されているような、最も極端な
場合には、装置の停止中にバッフルを挿入して流れの均
一性を得ることができる。
布が生じる場合には、流れの不均一分布を改善する種々
の矯正作用が存在する。閉塞領域に向けてスチームの吹
き込み（steam lancing）を行い、障害物を除去するこ
とができる。また、剥離したスチームの流れを再整合さ
せて、流れの均一性を生じさせることもできる。破壊さ
れたグリッド支持体を通って過剰の反応ガスが流れる場
合には、装置に「トーチ油」を噴射して燃焼によるガス
流を低減させ、これにより、サイクロンのようなコンボ
ーネンツに対し温度勾配による損傷を与え易い領域にお
ける温度勾配を小さくすることができる。装置の一部領
域が流れの不均一分布にばらつきのないパター（patte
r）を呈していると確認されているような、最も極端な
場合には、装置の停止中にバッフルを挿入して流れの均
一性を得ることができる。
静圧ゲージを従来のように使用することが不充分な箇
所において、容器の壁に孔を穿けることなく外部から非
侵入的に流動床の状態特性を測定できるようにすること
が強く望まれている。流動床の局部的質量密度（local
bed mass density）PM、粒子の質量Ｍ、及び粒子速度Ｖ
を非侵入的に測定すること、及び流動床の流れ状態に関
してこれらから推測されることは、設計性能の維持、製
品収量の向上、及び流動床内での劣った流れ状態すなわ
ち流動化状態の補修を行う上で、装置のオペレータに大
きな価値を与えるものとなるであろう。
所において、容器の壁に孔を穿けることなく外部から非
侵入的に流動床の状態特性を測定できるようにすること
が強く望まれている。流動床の局部的質量密度（local
bed mass density）PM、粒子の質量Ｍ、及び粒子速度Ｖ
を非侵入的に測定すること、及び流動床の流れ状態に関
してこれらから推測されることは、設計性能の維持、製
品収量の向上、及び流動床内での劣った流れ状態すなわ
ち流動化状態の補修を行う上で、装置のオペレータに大
きな価値を与えるものとなるであろう。
圧力、温度及び正味体積又は質量流量は、装置の作動
時における流動床内での流動化状態の通常のモニタリン
グ方法であるけれども、流動床の働きを知ることができ
る種々の技術がある。１つの例は、ガンマ線又は中性子
を使用して、容器内の粒子の質量密度を測定する方法で
ある。この技術は、ガンマ線等の吸収量から質量密度を
求める技術であるため、容器の壁及び／又は直径が臨界
値以下である場合にのみ使用することができる。容器の
直径が大き過ぎたり又は壁厚が厚過ぎると、検出した信
号が暗騒音（background noise）以下のレベルに低下
し、質量密度の測定が不可能になる。また、強い放射性
物質源が存在すること及び放射線検出器を支持する複雑
な構造体を作る必要があることから、煩わしい現場試験
又は流動床の作動中に重大な不測の事態が生じる可能性
のある箇所にこの技術を用いることは減少している。ま
た、このガンマ線又は中性子を用いる技術は高価であ
り、前もってスケジュールを立てなければならず、かつ
製油所の通常の従業者の能力を超える知識を必要とす
る。
時における流動床内での流動化状態の通常のモニタリン
グ方法であるけれども、流動床の働きを知ることができ
る種々の技術がある。１つの例は、ガンマ線又は中性子
を使用して、容器内の粒子の質量密度を測定する方法で
ある。この技術は、ガンマ線等の吸収量から質量密度を
求める技術であるため、容器の壁及び／又は直径が臨界
値以下である場合にのみ使用することができる。容器の
直径が大き過ぎたり又は壁厚が厚過ぎると、検出した信
号が暗騒音（background noise）以下のレベルに低下
し、質量密度の測定が不可能になる。また、強い放射性
物質源が存在すること及び放射線検出器を支持する複雑
な構造体を作る必要があることから、煩わしい現場試験
又は流動床の作動中に重大な不測の事態が生じる可能性
のある箇所にこの技術を用いることは減少している。ま
た、このガンマ線又は中性子を用いる技術は高価であ
り、前もってスケジュールを立てなければならず、かつ
製油所の通常の従業者の能力を超える知識を必要とす
る。
実験用流動床の流れ状態のモニタリングに使用できる
非侵入的なプローブは、既存の設計を改良しかつ変更す
るための、流れについての視覚的な放射線透過及び放射
性トレーサの研究又はパイロットプラントについての研
究を補完するのに多きく貢献している。実験的なガス−
固体流動床の流体力学を研究するための広範囲の電気
的、光学的、熱的及び機械的技術についての現在の考察
が、N,P.Cheremisonoff氏の最近のレビュー（Ind.Eng.C
hem.Process Dev.25,329〜351頁、1986年）に記載され
ている。このレビューには、「実験室規模の装置に最も
適しているけれども、或る場合には工業用のパイロット
装置及び／又は商業用装置にも適用できる」技術が紹介
されている。しかしながら、ここに紹介された技術を試
験したところ、侵入的でありかつ工程により容易に汚染
され易いという通常の欠点を有しているものであるか、
或いは多くの放射性技術のように環境上又は安全上の観
点から厳しい制限を受けるものであることが分かった。
非侵入的なプローブは、既存の設計を改良しかつ変更す
るための、流れについての視覚的な放射線透過及び放射
性トレーサの研究又はパイロットプラントについての研
究を補完するのに多きく貢献している。実験的なガス−
固体流動床の流体力学を研究するための広範囲の電気
的、光学的、熱的及び機械的技術についての現在の考察
が、N,P.Cheremisonoff氏の最近のレビュー（Ind.Eng.C
hem.Process Dev.25,329〜351頁、1986年）に記載され
ている。このレビューには、「実験室規模の装置に最も
適しているけれども、或る場合には工業用のパイロット
装置及び／又は商業用装置にも適用できる」技術が紹介
されている。しかしながら、ここに紹介された技術を試
験したところ、侵入的でありかつ工程により容易に汚染
され易いという通常の欠点を有しているものであるか、
或いは多くの放射性技術のように環境上又は安全上の観
点から厳しい制限を受けるものであることが分かった。
1985年、７月発光の学会誌「Journal of the America
n Society of Lubrication Engineers」（Lubrication
Engineering）おけるJ.W.Spencer氏及びD.M.Stevens氏
（Virginia州、LynchburgのBabcock ＆ Wilcox,a McDer
mott社）の論文には、「音響エミッション技術」を用い
て「流体流れ装置における粒状物質を検出しかつ特徴化
する」技術が説明されている。この技術においては、粒
子の衝突により発生する高周波数の表面振動波を、共鳴
圧電トランスデューサにより「パルス」として検出する
ように構成されている。この論文において説明されてい
るように、流れの中に挿入されたプローブと接触してい
るセンサのみが、流れ中の粒子の嵩量（bulk quantit
y）すなわち粒子サイズ（粒度）と相関関係を有してい
る。この技術は、容器の壁に通すことを要するため、侵
入的な技術である（同様な侵入的技術が開示されている
米国特許第3,816,773号及び第4,095,474号参照）。
n Society of Lubrication Engineers」（Lubrication
Engineering）おけるJ.W.Spencer氏及びD.M.Stevens氏
（Virginia州、LynchburgのBabcock ＆ Wilcox,a McDer
mott社）の論文には、「音響エミッション技術」を用い
て「流体流れ装置における粒状物質を検出しかつ特徴化
する」技術が説明されている。この技術においては、粒
子の衝突により発生する高周波数の表面振動波を、共鳴
圧電トランスデューサにより「パルス」として検出する
ように構成されている。この論文において説明されてい
るように、流れの中に挿入されたプローブと接触してい
るセンサのみが、流れ中の粒子の嵩量（bulk quantit
y）すなわち粒子サイズ（粒度）と相関関係を有してい
る。この技術は、容器の壁に通すことを要するため、侵
入的な技術である（同様な侵入的技術が開示されている
米国特許第3,816,773号及び第4,095,474号参照）。
従来技術を考察した結果、次の条件を満たすことがで
きる流動床内の２相流の流れ状態を、信頼性が高くかつ
安全な方法で測定又は推測できる公知の技術は未だ存在
していない。
きる流動床内の２相流の流れ状態を、信頼性が高くかつ
安全な方法で測定又は推測できる公知の技術は未だ存在
していない。
（１）非侵入的であり、従って壁に通すこと及び放射性
物質源及び検出装置を支持する外部フレームを構築こと
が不要で、かつ商業用装置の修理を可能にする技術。
物質源及び検出装置を支持する外部フレームを構築こと
が不要で、かつ商業用装置の修理を可能にする技術。
（２）放射性物質を使用しないこと及び／又は流動床又
は運転中の商業用装置の移送ラインを「オンライン」で
モニタリングできる技術。
は運転中の商業用装置の移送ラインを「オンライン」で
モニタリングできる技術。
（３）空気、スチーム及び／又は揮発性炭化水素のよう
なガス中に存在する固体粒子を収容している、耐火材を
ライニングした容器及び移送ラインに対し「非侵入的な
方法」で適用できる技術。
なガス中に存在する固体粒子を収容している、耐火材を
ライニングした容器及び移送ラインに対し「非侵入的な
方法」で適用できる技術。
本発明は、材料を処理（すなわち加工）する構造体
（以下、「反応器」と呼ぶ）内の２相流動床の横断面を
通る流れの異方性を非侵入的に決定（測定）する方法で
ある。本発明の方法は、反応器の壁振動を測定し工程
と、次に周波数の関数としてパワースペクトルを決定す
る工程とを有している。壁振動は反応器の周囲における
数箇所の（第１）位置において測定し、前記各第１位置
について共振ピークの下のパワースペクトルの領域を決
定する。次に、前記パワースペクトルの前記領域の変化
と、流れの分布の変化とを相互に関係づける。
（以下、「反応器」と呼ぶ）内の２相流動床の横断面を
通る流れの異方性を非侵入的に決定（測定）する方法で
ある。本発明の方法は、反応器の壁振動を測定し工程
と、次に周波数の関数としてパワースペクトルを決定す
る工程とを有している。壁振動は反応器の周囲における
数箇所の（第１）位置において測定し、前記各第１位置
について共振ピークの下のパワースペクトルの領域を決
定する。次に、前記パワースペクトルの前記領域の変化
と、流れの分布の変化とを相互に関係づける。
本発明の上記方法は、垂直方向の流れの異方性を測定
する方法に拡大することができ、このために、次の工程
すなわち、前記反応器の壁振動を測定し次に周波数の関
数としてパワースペクトルを決定し、前記壁振動は反応
器の周囲における数箇所の第２位置において測定し、こ
れらの第２位置は前記反応器の周囲で前記第１位置から
垂直方向に間隔を隔てて配置し、前記各第２位置につい
て共振ピークの下のパワースペクトルの領域を決定し、
互いに隣り合う前記第１位置同士の間の前記パワースペ
クトルの前記領域における変化と、対応する第２位置同
士の間の前記パワースペクトルの前記領域における変化
とを比較し、前記パワースペクトルの前記領域における
変化と、前記流動床の密度の変化とを相互に関係づける
工程が付加される。
する方法に拡大することができ、このために、次の工程
すなわち、前記反応器の壁振動を測定し次に周波数の関
数としてパワースペクトルを決定し、前記壁振動は反応
器の周囲における数箇所の第２位置において測定し、こ
れらの第２位置は前記反応器の周囲で前記第１位置から
垂直方向に間隔を隔てて配置し、前記各第２位置につい
て共振ピークの下のパワースペクトルの領域を決定し、
互いに隣り合う前記第１位置同士の間の前記パワースペ
クトルの前記領域における変化と、対応する第２位置同
士の間の前記パワースペクトルの前記領域における変化
とを比較し、前記パワースペクトルの前記領域における
変化と、前記流動床の密度の変化とを相互に関係づける
工程が付加される。
本発明の非侵入的な測定方法は、流動床を収容してい
る容器内に耐火材が存在しても構わないものであり、か
つ広い温度範囲に亘って作動することができる。本発明
の方法は、現に使用されているあらゆる音響的技術から
区別されるものであり、かつ広範囲の適用幅を有してい
る。
る容器内に耐火材が存在しても構わないものであり、か
つ広い温度範囲に亘って作動することができる。本発明
の方法は、現に使用されているあらゆる音響的技術から
区別されるものであり、かつ広範囲の適用幅を有してい
る。
本発明の方法は「受動的（“passive"）」な方法とし
て説明することができる。これは、本発明の方法自体に
より発生される振動的な音すなわち固体伝播音を処理す
ることにより、必要な情報が得られるように構成されて
いるからである。
て説明することができる。これは、本発明の方法自体に
より発生される振動的な音すなわち固体伝播音を処理す
ることにより、必要な情報が得られるように構成されて
いるからである。
本発明の方法は、測定を行うための他の技術が殆ど見
当たらない商業用装置について特に重要であるけれど
も、パイロットプラント及び実験研究用装置にも用途を
見出すことができる。本発明の方法は２相固体／ガス流
について説明するけれども、当業者には、本発明が２相
固体／液体流にも適用できることが理解されよう。
当たらない商業用装置について特に重要であるけれど
も、パイロットプラント及び実験研究用装置にも用途を
見出すことができる。本発明の方法は２相固体／ガス流
について説明するけれども、当業者には、本発明が２相
固体／液体流にも適用できることが理解されよう。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明す
る。
る。
本発明は、反応器内での流れ分布をモニタリングする
受動音響的方法（passive acoustic process）に関する
ものであり、本発明の方法は、収量を増大できる条件下
で反応器の運転を可能にすること、及び流動床内での流
れの不均一分布を機械的に生じさせる領域を確認してそ
の後に矯正を行うことを意図するものである。
受動音響的方法（passive acoustic process）に関する
ものであり、本発明の方法は、収量を増大できる条件下
で反応器の運転を可能にすること、及び流動床内での流
れの不均一分布を機械的に生じさせる領域を確認してそ
の後に矯正を行うことを意図するものである。
本発明を実施するには、流動床が収容された容器の壁
に、加速度計を磁気吸着又は永久的に取り付ける。第１
図は流動床の概略図であり、スプラッシュゾーンにより
分離された濃厚相及び希薄相を示すものである。第２図
は、流動床内での種々の流れ状態を概略的に示すもので
ある。加速度計は、第２図に示すように、反応器の回り
で周方向及び垂直方向に配置される。一連の垂直方向断
面において、壁に対する粒子の通常の運動量フラックス
（momentum flux）は、周壁と境界を接している横断面
を通って流れ、本発明の方法によりモニタリングされ
る。壁の通常の加速度に比例する、加速度計からの電気
信号は、第４図に示すように、増幅され、ケーブル又は
光学的リンクを介して制御室に伝達される。制御室で
は、適当な電子装置により、第５図に示すようなパワー
スペクトルが測定される。次に、ピークの下の領域（ar
ea）が測定され、反応器の流動床を通る流れの異方性と
関連付けられる。
に、加速度計を磁気吸着又は永久的に取り付ける。第１
図は流動床の概略図であり、スプラッシュゾーンにより
分離された濃厚相及び希薄相を示すものである。第２図
は、流動床内での種々の流れ状態を概略的に示すもので
ある。加速度計は、第２図に示すように、反応器の回り
で周方向及び垂直方向に配置される。一連の垂直方向断
面において、壁に対する粒子の通常の運動量フラックス
（momentum flux）は、周壁と境界を接している横断面
を通って流れ、本発明の方法によりモニタリングされ
る。壁の通常の加速度に比例する、加速度計からの電気
信号は、第４図に示すように、増幅され、ケーブル又は
光学的リンクを介して制御室に伝達される。制御室で
は、適当な電子装置により、第５図に示すようなパワー
スペクトルが測定される。次に、ピークの下の領域（ar
ea）が測定され、反応器の流動床を通る流れの異方性と
関連付けられる。
第４図は、壁の加速度の測定の仕方を示す概略図であ
る。磁気的に取り付けられた加速度計（例えば、Ｂ及び
K4384）により、壁の瞬間加速度に比例する電気的な荷
電出力（charge output）が発生される。この電荷は、
電荷増幅器（例えば、Ｂ及びK2635）により、壁の通常
の加速度に比例する電圧出力に変換される。この電圧
は、信号プロセッサ（例えば、Ｂ及びK2032、又はこれ
と同等物）により処理されて、加速度のパワースペクト
ルが発生される。壁の加速度のパワースペクトルは、壁
の共振周波数に相当する箇所においてピークを有してい
る。このピーク周波数及びその領域は、適当なコンピュ
ータアルゴリズムにより測定される。
る。磁気的に取り付けられた加速度計（例えば、Ｂ及び
K4384）により、壁の瞬間加速度に比例する電気的な荷
電出力（charge output）が発生される。この電荷は、
電荷増幅器（例えば、Ｂ及びK2635）により、壁の通常
の加速度に比例する電圧出力に変換される。この電圧
は、信号プロセッサ（例えば、Ｂ及びK2032、又はこれ
と同等物）により処理されて、加速度のパワースペクト
ルが発生される。壁の加速度のパワースペクトルは、壁
の共振周波数に相当する箇所においてピークを有してい
る。このピーク周波数及びその領域は、適当なコンピュ
ータアルゴリズムにより測定される。
第５図は、時間の関数及び周波数の関数として、加速
度とその二乗との間の関係を示すものである。時間の定
常ランダム関数（stationary random function）につい
てのパワースペクトルは、周波数の関数として平均二乗
加速度を表示（ディスプレー）する。パワースペクトル
の下の領域は、平均二乗加速度の1/2である。
度とその二乗との間の関係を示すものである。時間の定
常ランダム関数（stationary random function）につい
てのパワースペクトルは、周波数の関数として平均二乗
加速度を表示（ディスプレー）する。パワースペクトル
の下の領域は、平均二乗加速度の1/2である。
第６図は、流動床の再生装置の耐火材でライニングし
た壁に設置された加速度計から得られる一般的なパワー
スペクトルを示すものであり、周波数と壁の共振領域
（area of wall resonance）が示されている。
た壁に設置された加速度計から得られる一般的なパワー
スペクトルを示すものであり、周波数と壁の共振領域
（area of wall resonance）が示されている。
また第４図には、濃厚流動床（dense bed）を収容し
ている容器の壁に加速度計を配置した状態及び壁振動の
基本モードでの壁に垂直な加速度の空間的な変化が示さ
れている。かような状況下において、壁の密度及び音速
よりも遥かに小さな密度及び音速をもつ２つの媒体と境
界を接している均質な壁の場合には、基本モードが、中
央部の１つの節（ノード）と、２つの境界部での腹（ア
ンチノード）とをもつことが知られている。この場合に
は、壁共振の周波数は、壁の平均圧縮性音速（average
compressional sound velocity）を、壁厚の２倍で割る
（除す）ことにより簡単に求めることができる。また第
４図には、壁共振の励振（excitation）、すなわち、加
速度計の出力のパワースペクトルに定常状態壁共振のピ
ークを生じさせる、流動床への粒子の衝突が示されてい
る。
ている容器の壁に加速度計を配置した状態及び壁振動の
基本モードでの壁に垂直な加速度の空間的な変化が示さ
れている。かような状況下において、壁の密度及び音速
よりも遥かに小さな密度及び音速をもつ２つの媒体と境
界を接している均質な壁の場合には、基本モードが、中
央部の１つの節（ノード）と、２つの境界部での腹（ア
ンチノード）とをもつことが知られている。この場合に
は、壁共振の周波数は、壁の平均圧縮性音速（average
compressional sound velocity）を、壁厚の２倍で割る
（除す）ことにより簡単に求めることができる。また第
４図には、壁共振の励振（excitation）、すなわち、加
速度計の出力のパワースペクトルに定常状態壁共振のピ
ークを生じさせる、流動床への粒子の衝突が示されてい
る。
第７図は、ハンマ励振（hammer excitation）に対す
る壁の応答と粒子励振（particle excitation）に対す
る壁の応答とを比較することにより、壁共振を明確に確
認する仕方を示すものである。
る壁の応答と粒子励振（particle excitation）に対す
る壁の応答とを比較することにより、壁共振を明確に確
認する仕方を示すものである。
本発明においては、局部壁共振の領域を用いて、壁に
直ぐ隣接する流れに関する直接的な情報を得る方法が開
示される。壁共振の領域Ａは、次式、Ａ（M/S2） ＝K1〔PB（1/CM3）M2（GM）Vo 3（FT/SEC）〕1/2 ………（１） により求められる。
直ぐ隣接する流れに関する直接的な情報を得る方法が開
示される。壁共振の領域Ａは、次式、Ａ（M/S2） ＝K1〔PB（1/CM3）M2（GM）Vo 3（FT/SEC）〕1/2 ………（１） により求められる。
上式（１）において、壁共振の領域Ａは、RMS加速度
の単位で表されかつ第５図のパワースペクトルに表示さ
れるような壁共振の全体を積分することにより容易に求
められる。量K1は、0.6インチ（約15mm）のオーダの鋼
と５インチ（約127mm）のオーダの耐火材とからなる壁
の場合には10〜15のオーダである。この量K1はハンマ励
振により独立的に決定してもよいし、或いは、比較測定
を行う場合には、式（１）の適用の際に定数として扱う
こともできる。式（１）中の他の量については、 PB＝粒子の体積密度（単位：個数／cm3）、 Ｍ＝粒子の平均質量（単位:g）、 VO＝壁における粒子の通常の速度（単位:ft/s）、 である。
の単位で表されかつ第５図のパワースペクトルに表示さ
れるような壁共振の全体を積分することにより容易に求
められる。量K1は、0.6インチ（約15mm）のオーダの鋼
と５インチ（約127mm）のオーダの耐火材とからなる壁
の場合には10〜15のオーダである。この量K1はハンマ励
振により独立的に決定してもよいし、或いは、比較測定
を行う場合には、式（１）の適用の際に定数として扱う
こともできる。式（１）中の他の量については、 PB＝粒子の体積密度（単位：個数／cm3）、 Ｍ＝粒子の平均質量（単位:g）、 VO＝壁における粒子の通常の速度（単位:ft/s）、 である。
上式（１）は、２相媒体中での固体粒子の衝突が、多
数のハンマのランダムな衝突と同等であるとして求めた
ものである。これは、「ショットノイズ」という電気的
現象と振動学的に同等のものである。式（１）は、容易
に測定される量Ａを、壁に隣接する２相流体の流体力学
的状態の特性に関連付けるものである。
数のハンマのランダムな衝突と同等であるとして求めた
ものである。これは、「ショットノイズ」という電気的
現象と振動学的に同等のものである。式（１）は、容易
に測定される量Ａを、壁に隣接する２相流体の流体力学
的状態の特性に関連付けるものである。
従って、流動床又は移送ライン内の２相流体の流れ状
態に関連する量Ａは、量PB、Ｍ及びVOの変化に関連して
流れ状態をモニタリングするのに用いることができる。
多くの石油化学工程の場合、量Ｍが大きく変化すること
はなく、本発明の主な用途は、流動床の種々の箇所にお
ける量PB及びVOをモニタリングし、これらの測定値を通
して流動床内の流れ又は乱流に関する情報を得ることに
ある。
態に関連する量Ａは、量PB、Ｍ及びVOの変化に関連して
流れ状態をモニタリングするのに用いることができる。
多くの石油化学工程の場合、量Ｍが大きく変化すること
はなく、本発明の主な用途は、流動床の種々の箇所にお
ける量PB及びVOをモニタリングし、これらの測定値を通
して流動床内の流れ又は乱流に関する情報を得ることに
ある。
上式（１）は、２相流体PMの粒径ｄ及び質量密度に関
して、下記のように書き換えることができる。
して、下記のように書き換えることができる。
PM＝PB M ………（２） 式（１）に式（２）を代入すると、次式（３）を得る
ことができる（ここで、K2は、約0.5インチ（約13mm）
の厚さの鋼壁をライニングする約５インチ（約127mm）
の厚さの耐火材の場合、（１〜２）×10-6のオーダの定
数であり、これは、知られている流れ条件下でのキャリ
ブレーションにより又はハンマ励振により求めることが
できる）。
ことができる（ここで、K2は、約0.5インチ（約13mm）
の厚さの鋼壁をライニングする約５インチ（約127mm）
の厚さの耐火材の場合、（１〜２）×10-6のオーダの定
数であり、これは、知られている流れ条件下でのキャリ
ブレーションにより又はハンマ励振により求めることが
できる）。
Ａ（M/S2） ＝K2｛d(u)3/2〔PM（＃／FT3）〕1/2VO（FT/SEC）3/2 ………（３） 上式（３）から、粒径ｄが一定であると仮定すれば、PM
又はVOのモニタリングに量Ａを用いることができる。
又はVOのモニタリングに量Ａを用いることができる。
上記全ての方程式は、量Ａ（この量Ａは、壁共振の領
域を決定することにより測定される量である）を、関心
のある流動床内の２相流の重要な特徴に関連付けるもの
である。
域を決定することにより測定される量である）を、関心
のある流動床内の２相流の重要な特徴に関連付けるもの
である。
加速度計を反応器の回りの水平面内において周方向に
配置した場合には、加速度計から加速度計への量Ａの変
化量により、流動化ガスの不適正分布による流動床の乱
流又は〔PB（1/CM3）VO 3−（FT/SEC）〕の周方向の変化
による流動床の「スランプ」領域のような流動床の異方
性に関する情報が供給される。
配置した場合には、加速度計から加速度計への量Ａの変
化量により、流動化ガスの不適正分布による流動床の乱
流又は〔PB（1/CM3）VO 3−（FT/SEC）〕の周方向の変化
による流動床の「スランプ」領域のような流動床の異方
性に関する情報が供給される。
加速度計の水平配列を反応器に沿って垂直方向に移動
した場合には、同じ方法により、流動床密度PB（1/C
M3）の変化のような流動床の他の異方性を、濃厚相を介
して見積もることが可能になる。反応器の周囲の種々の
点において濃厚相を介して行う垂直方向の測定値の大き
な差異は、濃厚流動床を通しての流動床密度の変化であ
ると解釈される。
した場合には、同じ方法により、流動床密度PB（1/C
M3）の変化のような流動床の他の異方性を、濃厚相を介
して見積もることが可能になる。反応器の周囲の種々の
点において濃厚相を介して行う垂直方向の測定値の大き
な差異は、濃厚流動床を通しての流動床密度の変化であ
ると解釈される。
本発明の重要な特徴は、耐火材でライニングした容器
の鋼製シェル又はパイプに加速度計を配置でき、これに
より他のノイズのピーク及び共振から壁共振を区別でき
ることである。ピークが大きな場合には、該ピークは、
壁の厚さについて予備知識から又はハンマ励振により求
められる周波数の箇所にあることから、壁共振の区別は
容易に行うことができる。パワースペクトル中にひとた
び壁共振が識別されたならば、その領域は量Ａを決定
し、かつ、上記のようにして、容器又はパイプ内の２相
流体の状態の或る特徴を決定するのにその領域を用いる
ことができる。定数Ｋは、ハンマ測定及びハンマ理論に
より決定することができ、定数Ｂ（この定数Ｂは、経験
的に１のオーダであることが知られている）は、キャリ
ブレーションにより決定することができる。
の鋼製シェル又はパイプに加速度計を配置でき、これに
より他のノイズのピーク及び共振から壁共振を区別でき
ることである。ピークが大きな場合には、該ピークは、
壁の厚さについて予備知識から又はハンマ励振により求
められる周波数の箇所にあることから、壁共振の区別は
容易に行うことができる。パワースペクトル中にひとた
び壁共振が識別されたならば、その領域は量Ａを決定
し、かつ、上記のようにして、容器又はパイプ内の２相
流体の状態の或る特徴を決定するのにその領域を用いる
ことができる。定数Ｋは、ハンマ測定及びハンマ理論に
より決定することができ、定数Ｂ（この定数Ｂは、経験
的に１のオーダであることが知られている）は、キャリ
ブレーションにより決定することができる。
本発明と従来技術との幾つかの相違点は、次の通りで
ある。すなわち、（１）本発明による測定は非侵入的で
あって、容器又はパイプに何らの変更をも必要としない
こと（但し、綿毛絶縁（fluffy insulation）により、
鋼又は他の金属製シェルから分離を要することがあ
る）、（２）外部で発生した音及び振動ではなく、プロ
セス容器又はパイプ内で発生した振動又は音響ノイズを
受動的に使用するものであること、（３）測定周波数範
囲は、壁共振に課せられた範囲内にあり、従って、「超
音波」による流れ測定に使用される周波数に比べ本質的
に低い周波数であることである。この相違点を別の観点
から見れば、本発明による振動測定の波長は壁の寸法の
オーダであるのに対し、超音波測定法の波長は壁の寸法
よりかなり小さいといえる。このことから、超音波測定
法には重大な影響を及ぼす壁の場合であっても、本発明
の測定方法は不均一性に対して比較的影響が小さいとい
える。
ある。すなわち、（１）本発明による測定は非侵入的で
あって、容器又はパイプに何らの変更をも必要としない
こと（但し、綿毛絶縁（fluffy insulation）により、
鋼又は他の金属製シェルから分離を要することがあ
る）、（２）外部で発生した音及び振動ではなく、プロ
セス容器又はパイプ内で発生した振動又は音響ノイズを
受動的に使用するものであること、（３）測定周波数範
囲は、壁共振に課せられた範囲内にあり、従って、「超
音波」による流れ測定に使用される周波数に比べ本質的
に低い周波数であることである。この相違点を別の観点
から見れば、本発明による振動測定の波長は壁の寸法の
オーダであるのに対し、超音波測定法の波長は壁の寸法
よりかなり小さいといえる。このことから、超音波測定
法には重大な影響を及ぼす壁の場合であっても、本発明
の測定方法は不均一性に対して比較的影響が小さいとい
える。
例１ 流動床内での流れの不均一分布 流動床内に認知できる程の流れの不均一分布があるか
否かは、下記の工程（ステップ）により決定することが
できる。
否かは、下記の工程（ステップ）により決定することが
できる。
第２図に示すように、流動床を収容している容器に
は、流動床のグリッドから一定レベルにおいて周方向
に、位置をマーキングする。１つ以上のこの水平方向セ
クションは、「流動床レベル（bed level）」より下に
ある流動床の濃厚相内に配置する。
は、流動床のグリッドから一定レベルにおいて周方向
に、位置をマーキングする。１つ以上のこの水平方向セ
クションは、「流動床レベル（bed level）」より下に
ある流動床の濃厚相内に配置する。
加速度計をこれらの位置に接触するように配置し、磁
石で吸着させるか又はボルトで永久タブに固定する。
石で吸着させるか又はボルトで永久タブに固定する。
第４図に示すように、加速度計の出力は電荷増幅器又
は他の適当なインピーダンス変換・増幅装置に接続され
ている。電荷増幅器の出力は、プラットホーム上のポー
タブル信号プロセッサに入力するか、或いは記録装置に
入力し、次に信号プロセッサに入力するように構成す
る。
は他の適当なインピーダンス変換・増幅装置に接続され
ている。電荷増幅器の出力は、プラットホーム上のポー
タブル信号プロセッサに入力するか、或いは記録装置に
入力し、次に信号プロセッサに入力するように構成す
る。
パワースペクトルが、ポータブルな装置上にディスプ
レーされるか、或いは記録データとして記録され、これ
により、壁共振を認識することができる。
レーされるか、或いは記録データとして記録され、これ
により、壁共振を認識することができる。
壁共振の領域Ａを得ることができ、該領域Ａは、流動
床のグリッドの上方における１つ以上の垂直方向高さの
箇所での角度で変化する。
床のグリッドの上方における１つ以上の垂直方向高さの
箇所での角度で変化する。
上記式（３）から、領域Ａは、通常の粒子速度には強
く作用し、流動床中の質量密度には比較的弱く作用する
ことが分かる。
く作用し、流動床中の質量密度には比較的弱く作用する
ことが分かる。
第８図には、接触分解装置の流動床の再生装置上での
一連の周方向の測定結果が示されている。再生装置は、
該再生装置の壁に接合されたグリッドを備えている。１
年間に亘る種々の時点での全ての共振領域Ａの測定値が
極プロット（polar plot）で示されている。極プロット
の半径は、量Ａの対数に比例するようにとってある。
一連の周方向の測定結果が示されている。再生装置は、
該再生装置の壁に接合されたグリッドを備えている。１
年間に亘る種々の時点での全ての共振領域Ａの測定値が
極プロット（polar plot）で示されている。極プロット
の半径は、量Ａの対数に比例するようにとってある。
第８図は、下記の理由による乱流の観点から容易に説
明することができる。
明することができる。
（ａ）第１の時点では、グリッドが壁から離れる方向に
引っ張られ、酸素の乱流の過剰のガス流が南西四分円
（southwest quadrant）の方向に勢い良く流れる。南西
四分円の方向に生じる大きな異方性は、受動音響学的方
法（passive acoustics process）により、流動床内の
大きな乱流領域を正確に位置決めできるということを示
すものである。
引っ張られ、酸素の乱流の過剰のガス流が南西四分円
（southwest quadrant）の方向に勢い良く流れる。南西
四分円の方向に生じる大きな異方性は、受動音響学的方
法（passive acoustics process）により、流動床内の
大きな乱流領域を正確に位置決めできるということを示
すものである。
（ｂ）第２の時点では、矢印で示す位置において「トー
チ油」を装置に噴射して、再生装置の上方領域への酸素
の噴射量及び流動床を横切る過大の温度勾配を小さくし
なければならない程度まで、グリッドの機械的な状態が
悪化している。この曲線は、流れ状態を変化させる受動
音響学的方法の感度を示している。
チ油」を装置に噴射して、再生装置の上方領域への酸素
の噴射量及び流動床を横切る過大の温度勾配を小さくし
なければならない程度まで、グリッドの機械的な状態が
悪化している。この曲線は、流れ状態を変化させる受動
音響学的方法の感度を示している。
（ｃ）第３の時点では、グリッドが取り替えられ、修理
された装置の壁に取り付けられて、再生装置内の流れが
通常の均一状態に戻される。装置内の流れの均一性は、
壁共振の領域内の角度変化が小さいことにより示され
る。
された装置の壁に取り付けられて、再生装置内の流れが
通常の均一状態に戻される。装置内の流れの均一性は、
壁共振の領域内の角度変化が小さいことにより示され
る。
上記例においては、受動音響学的情報は、流動床内へ
の多量のガス流れ込み（gas influx）の位置を正確に位
置決めして、暫定段階においてトーチ油を燃焼すること
により矯正しかつ装置の停止中に機械的な欠陥を修理す
るのに使用された。北東四分円と南西四分円との間での
第１時点におけるデータについての量Ａの大きな変化
（20のファクタ）は、式（３）及び過大のガス流による
乱流領域中のVOの大きな値と一致する。
の多量のガス流れ込み（gas influx）の位置を正確に位
置決めして、暫定段階においてトーチ油を燃焼すること
により矯正しかつ装置の停止中に機械的な欠陥を修理す
るのに使用された。北東四分円と南西四分円との間での
第１時点におけるデータについての量Ａの大きな変化
（20のファクタ）は、式（３）及び過大のガス流による
乱流領域中のVOの大きな値と一致する。
例２ 流動床コーカ内での流れの不均一分布 この例は、流動床コーカ内での阻止された流れを示す
ものである。第９図は、流動床コーカの底部の近くの
「開口（sheds）」領域において、北から周方向（90＝
東、180＝南、270＝西）に時計回り方向にとった角度の
関数としての量Ａの極プロットである。流れが阻止され
ておりかつこの流れ阻止領域に関する情報が必要とされ
ており、これにより、この領域に向けてスチームを吹き
込み、障害物を粉砕除去する。RMS加速度が小さな北西
四分円の領域内に噴射された粉砕スチームは、障害物を
無くし、充分な振動データにより流れの不均一分布領域
の位置を正確に表す点を示す。極プロットから、反応器
の北西四分円が、障害物がこの領域内にあることを示唆
する他の四分円よりかなり小さな信号を発生することが
分かる。この四分円領域内に引き続きスチームを吹き込
むことにより、障害物が除去され、装置が通常の作動状
態に戻された。
ものである。第９図は、流動床コーカの底部の近くの
「開口（sheds）」領域において、北から周方向（90＝
東、180＝南、270＝西）に時計回り方向にとった角度の
関数としての量Ａの極プロットである。流れが阻止され
ておりかつこの流れ阻止領域に関する情報が必要とされ
ており、これにより、この領域に向けてスチームを吹き
込み、障害物を粉砕除去する。RMS加速度が小さな北西
四分円の領域内に噴射された粉砕スチームは、障害物を
無くし、充分な振動データにより流れの不均一分布領域
の位置を正確に表す点を示す。極プロットから、反応器
の北西四分円が、障害物がこの領域内にあることを示唆
する他の四分円よりかなり小さな信号を発生することが
分かる。この四分円領域内に引き続きスチームを吹き込
むことにより、障害物が除去され、装置が通常の作動状
態に戻された。
この場合、壁共振が全スペクトルを支配するというこ
とに注目することは興味あることである。
とに注目することは興味あることである。
第10図は、第８図に示したものと同じ位置についての
25.6kHzバンド幅に亘る全RMS加速度の極プロットを示す
ものである。このデータは、壁共振がパワースペクトル
に対して大きく寄与するという状況下では、粒子の活動
性が小さな領域の位置を正確に知るのに壁共振の領域を
用いる必要がないことを示している。
25.6kHzバンド幅に亘る全RMS加速度の極プロットを示す
ものである。このデータは、壁共振がパワースペクトル
に対して大きく寄与するという状況下では、粒子の活動
性が小さな領域の位置を正確に知るのに壁共振の領域を
用いる必要がないことを示している。
第11図は、壁共振に関するパワースペクトルの領域
と、第８図及び第９図に示す測定値についての25.6kHz
バンドに関するパワースペクトルの領域とを比較して示
すものである。
と、第８図及び第９図に示す測定値についての25.6kHz
バンドに関するパワースペクトルの領域とを比較して示
すものである。
流動床の流れ状態をモニタリングする本発明の方法を
実施するのに際し、本発明の方法は次のように行われ
る。
実施するのに際し、本発明の方法は次のように行われ
る。
（ａ）流動床内の流れが均一であることが分かっている
ときには、装置の始動直後に装置のベースラインの極プ
ロットを求める（ベースケース）。
ときには、装置の始動直後に装置のベースラインの極プ
ロットを求める（ベースケース）。
（ｂ）周期的なベースで加速度計の位置をモニタリング
して、流れの不均一分布を測定しかつ上記ベースケース
と比較するための極プロットを作る。
して、流れの不均一分布を測定しかつ上記ベースケース
と比較するための極プロットを作る。
（ｃ）他の情報が流れの不均一分布の可能性を表示した
とき、又は流れの阻止を無くす修正を行った後に加速度
計の位置をモニタリングし、かつ得られた極プロットを
ベースケースと比較する。
とき、又は流れの阻止を無くす修正を行った後に加速度
計の位置をモニタリングし、かつ得られた極プロットを
ベースケースと比較する。
本発明の方法は、反応器の周囲で、第１の位置（第３
図）から垂直方向に間隔を隔てている位置でとった他の
組の壁振動周波数の関数としてパワースペクトルを測定
することにより、垂直方向の流れの異方性の測定方法に
拡大することができる。各第２測定値についての共振ピ
ークの下のパワースペクトルの領域を決定し、次に、互
いに隣り合う第１測定値の間のパワースペクトルの領域
を、対応する互いに隣り合う第２位置の間のパワースペ
クトルの領域の間の変化と比較する。パワースペクトル
の領域の変化同士の差は、流動床の密度の変化に相当す
る。これは、パワースペクトルの領域Ａが、密度及び速
度の両方に基づくものだからである。また、この密度の
変化は、流動床の流れの異方性を示すものである。
図）から垂直方向に間隔を隔てている位置でとった他の
組の壁振動周波数の関数としてパワースペクトルを測定
することにより、垂直方向の流れの異方性の測定方法に
拡大することができる。各第２測定値についての共振ピ
ークの下のパワースペクトルの領域を決定し、次に、互
いに隣り合う第１測定値の間のパワースペクトルの領域
を、対応する互いに隣り合う第２位置の間のパワースペ
クトルの領域の間の変化と比較する。パワースペクトル
の領域の変化同士の差は、流動床の密度の変化に相当す
る。これは、パワースペクトルの領域Ａが、密度及び速
度の両方に基づくものだからである。また、この密度の
変化は、流動床の流れの異方性を示すものである。
第１図は、反応器内の流動床の概略図であり、流動床の
濃厚相領域及び希薄相領域を示すものである。 第２図は、流動床反応器の概略図であり、流動床内の流
れの不均一分布を測定するための、水平面内での加速度
計の配置及び垂直方向に相加速度計の配置を示すもので
ある。 第３図は、（１）流動床の一領域における不完全な流動
化（流動床「スランプ」）、及び（２）ガス分布が小さ
いために流動床に生じる過度の乱流により、流動床内に
生じる幾つかの流れの不均一分布を示す概略図である。 第４図は、耐火材でライニングした壁上での圧縮モード
波共振の加速度の節と腹、及び加速度計と電荷増幅器と
の間の接続及び電荷増幅器と信号プロセッサとの間の接
続を示す概略図である。 第５図は、時間の変化に伴う加速度の、パワースペクト
ルへの変換を示すものである。 第６図は、耐火材をライニングした壁から得られた一般
的なパワースペクトルであり、ピーク周波数及びピーク
領域を示すものである。 第７図は、ハンマ励振に対する壁の応答と粒子の励振に
対する壁の応答とを比較するグラフである。 第８図は、流動床内の流れの３つの異なる状態下での、
再生装置の壁共振内のRMS加速度の大きさの対数を装置
の回りの方向の関数として示すものである。 第９図は、開口を通る流れが阻止された状態下での、コ
ーカの壁共振の領域を極プロットで示すものである。 第10図は、第９図と同じ位置に関する25.6kHzバンド幅
についての全RMS加速度の極プロットを示すものであ
る。 第11図は、壁共振についてのパワースペクトルの領域と
第９図及び第10図に示す測定値に関する25.6kHzについ
てのパワースペクトルの領域との比較を示すグラフであ
る。
濃厚相領域及び希薄相領域を示すものである。 第２図は、流動床反応器の概略図であり、流動床内の流
れの不均一分布を測定するための、水平面内での加速度
計の配置及び垂直方向に相加速度計の配置を示すもので
ある。 第３図は、（１）流動床の一領域における不完全な流動
化（流動床「スランプ」）、及び（２）ガス分布が小さ
いために流動床に生じる過度の乱流により、流動床内に
生じる幾つかの流れの不均一分布を示す概略図である。 第４図は、耐火材でライニングした壁上での圧縮モード
波共振の加速度の節と腹、及び加速度計と電荷増幅器と
の間の接続及び電荷増幅器と信号プロセッサとの間の接
続を示す概略図である。 第５図は、時間の変化に伴う加速度の、パワースペクト
ルへの変換を示すものである。 第６図は、耐火材をライニングした壁から得られた一般
的なパワースペクトルであり、ピーク周波数及びピーク
領域を示すものである。 第７図は、ハンマ励振に対する壁の応答と粒子の励振に
対する壁の応答とを比較するグラフである。 第８図は、流動床内の流れの３つの異なる状態下での、
再生装置の壁共振内のRMS加速度の大きさの対数を装置
の回りの方向の関数として示すものである。 第９図は、開口を通る流れが阻止された状態下での、コ
ーカの壁共振の領域を極プロットで示すものである。 第10図は、第９図と同じ位置に関する25.6kHzバンド幅
についての全RMS加速度の極プロットを示すものであ
る。 第11図は、壁共振についてのパワースペクトルの領域と
第９図及び第10図に示す測定値に関する25.6kHzについ
てのパワースペクトルの領域との比較を示すグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユージーン ロバート エルジンガ ジ ュニア アメリカ合衆国 ミシガン州 49855 マーケット ミドル アイランド ポイ ント 12 (72)発明者 チャールズ ランバート ベイカー ジ ュニア アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 19373 ソーントン メイメル ドライ ヴ 21 (56)参考文献 特開 昭63−295908（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−109241（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28 B01J 8/24
Claims (5)
- 【請求項１】（ａ）流動床内の運動から発生する振動
を、前記構造体のまわりの横方向に離れた複数の第１測
定位置において測定し、 （ｂ）測定された振動から流れの異方性を決定する ことを包含する、流動床構造体内の２相流動床を通る流
れの異方性を決定する方法において、 （ｃ）前記振動は構造体の壁の振動であり、 （ｄ）前記振動は流動床構造体の壁の外側の第１測定位
置において非侵入的に測定され、 （ｅ）測定された振動のパワースペクトルは各第１測定
位置の振動数の関数として決定される （ｆ）共振ピークを含むパワースペクトルの領域は前記
第１測定位置の各々について決定され、及び （ｇ）隣接第１測定位置のパワースペクトル領域内の変
化は、前記複数の第１測定位置を含む横方向の境界によ
って結び付けられた前記構造体の断面を通る流れの異方
性によって関係付けられる ことを特徴とする流動床構造体内の２相流動床を通る流
れの異方性を決定する方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の方法において、さらに、 （ｈ）前記第１測定位置から垂直方向に離れた複数の第
２測定位置において前記（ａ），（ｅ），（ｆ）のステ
ップを繰り返し、 （ｉ）前記第１測定位置に隣接したパワースペクトル領
域における変化を隣接第２測定位置の前記パワースペク
トル領域の変化と比較し、前記第１測定位置及び第２測
定位置のパワースペクトル領域の変化の差違が流動床の
密度の変化に関係付けられる ことを特徴とする方法。 - 【請求項３】請求項１又は２に記載の方法において、壁
の振動を測定するステップが加速度計を用いて行われる
ことを特徴とする方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３のうちの１項に記載の方
法であって、前記構造体が流動床コーカ反応炉であるこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項５】請求項１ないし３のうちの１項に記載の方
法であって、前記構造体が流動床接触分解装置であるこ
とを特徴とする方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/318,102 US5022266A (en) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | Passive acoustics process to monitor fluidized bed flow |
| US318102 | 1989-03-02 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02278159A JPH02278159A (ja) | 1990-11-14 |
| JP2927864B2 true JP2927864B2 (ja) | 1999-07-28 |
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| JP (1) | JP2927864B2 (ja) |
| AU (1) | AU618662B2 (ja) |
| CA (1) | CA2010453C (ja) |
| DE (1) | DE69005155T2 (ja) |
| ES (1) | ES2047256T3 (ja) |
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1990
- 1990-02-20 CA CA002010453A patent/CA2010453C/en not_active Expired - Fee Related
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