JP4421800B2 - サイクロンの脚部のためのシール・システム - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は気体と固体の懸濁物から固体粒子を分離するサイクロンの脚部をシール即ち密封するシステム即ち装置に関する。特に、本発明は流動接触分解法（ＦＣＣ）に使用される連続したサイクロンの２段階脚部をシールするシステムに関する。
【０００２】
（現状）
流動接触分解法（ＦＣＣ）の目的は、高沸点の炭化水素をガソリンや液化石油ガス（ＬＰＧ）のような軽炭化水素成分に変質することである。流動接触分解ユニットに使用される触媒は制御された寸法の粉末で構成されており、それらの粉末はＦＣＣユニットへ給送される供給物と密に混合された後、ガスである熱分解生成物と密に混合されて、ガスと固体の懸濁物を形成する。このガスと固体の懸濁物は触媒損失を最少限に抑えるためにＦＣＣユニットから効率的に分離されて、精製装置および環境対する明確な利点を与える。
【０００３】
気体懸濁物中の固体粒子を分離する分野では、気体と固体の懸濁物から固体を分離する機構としてサイクロンを使用することが一般的である。この形式のサイクロンは、一般に、固体物質の排出端部、またはさらに良く知られているようにサイクロン脚部の端部にシール部材として機能する装置を備えており、この装置が、分離効率をかなり低下させる、気体の流れに対向したサイクロン内部へ向かう流れを防止する。
【０００４】
典型的に、特に流動接触分解法（ＦＣＣ）の場合には、気体と固体の懸濁流体から粒子−プロセス触媒−の分離を最大限にするために、一対のサイクロン分離器が直列に使用される。１組以上の分離器を使用することも一般的な構成であり、これはＦＣＣユニットの分離容器のサイズ即ち寸法およびモデルによって決まる。大部分の粒子は第１分離段（プライマリ・サイクロン）で分離され、その後は、第２分離段での触媒粒子の平均サイズは小さく、濃度は著しく低下される。この周知の作動方法では、サイクロンの内部圧力は分離容器の圧力よりも常に低く、したがってシール装置を使用して、サイクロン脚部の下端部をシールすることが必要となる。
【０００５】
サイクロン内部に集められた触媒はサイクロン脚部へ自由落下して固形物の密集した堆積部を形成し、それが特定の高さレベルに達すると、サイクロン脚部の下部と分離容器の内部との間に圧力平衡を確立する。圧力平衡が達成されると、シール装置が開かれてサイクロン排出処理が開始される。サイクロン脚部に集められた固体物質の排出処理の間、このシステムからかなりの固体物質の損失が生じることは確かなことである。まず、固体物質の堆積部が形成されていることにより、固体物質の下方へ向かう流れがシステム内のシール状態を保持する。排出がほぼ完了すると、この固体物質の堆積部は既に十分に小さくなっており、密集した状態のシールが圧力差により破られ、脚部の下部から始まる上昇ガス流が形成されて、既に集められていた幾分かの粒子物質を元へ戻し、サイクロン作動を害することになる。シール装置での触媒排出移動の影響が無くなると、シール装置は平衡状態の正常位置へ復帰し、粒子の収集および堆積の新たなサイクルが始まる。実際に、粒子物質の戻りは第２分離段において一層強烈である。これは、平衡が保たれる圧力差が一層大きいこと、およびこの第２分離段では平均サイズの小さな粒子が粒子材料を構成していることによる。
【０００６】
上述に照らして、サイクロン分離器を使用し、ＦＣＣ処理の効率に直接に影響する分離処理における重大な点は、サイクロン脚部のシール装置によって形成されるシールであると結論されていた。シール装置は、例えば釣合い錘を備えたバルブ（フラッパ・バルブ）、滴下を生じるバルブ（トリックル・バルブ）および平プレートまたは円錐プレート（飛散プレート）の形態をした他のバルブ、およびそれらの組合せのような様々な形態とされる。
【０００７】
５００゜Ｃを超える温度や、多量の固体物質が充填されるような非常に厳しい条件の下で作動するこれらの装置は、通常は効率的なシールを行えず、したがって分離容器からサイクロン脚部の内部へ向かう上昇ガス流の通過を許容してしまう。例えば、サイクロンの入口開口へ送り込まれる全体積の０．１０％よりも多量の流れが微細な固体粒子の戻りを引き起こしてサイクロン作動を損ない、サイクロンの分離効率を低下させることになる。
【０００８】
シール装置のこれらの問題点を解決する目的で、ＧＢ−Ａ−２２１２２４８は、バルブの下部とサイクロン脚部の受け座との間に取り付けられる円錐部分を通る流れの実際的なシールを可能にするフラッパ・バルブを構成する方法を教示している。しかしながら、サイクロン開口へ送り込まれる少量のガスは有益であることを思い出すことが重要である。何故なら、このガスはサイクロン脚部内に堆積した固体物質を流動化させて、その排出を容易化させるからである。したがって、ＧＢ−Ａ−２２１２２４８とは反対に、バルブを通るガスの流れを最小限にする試みは、サイクロン脚部に堆積した固体物質を流動化させる損失を生み、特に固体物質の充填量が非常に希釈で、ガスの１立方メートル当たり０．２〜１．５グラム程度しかない第２分離段ではそうなる。この作動条件によれば、圧力平衡を確立する固体物質の堆積時間は、したがって脚部から固体物質が排出される周期は８時間以上となる。またバルブを通して最少限のガス流も無ければ、固体物質の濃密な溜りは「固形化」してしまい、サイクロン脚部の完全な詰まりおよび効率低下の生じる危険がある。
【０００９】
シール装置の変更の代替例として、本出願人のブラジル国特許出願ＰＩ９６０３８９８（本明細書に全記載内容が援用される）は、サイクロン分離システムにおける根本的な問題の、また漏れの原因となる２つのシール装置の一方を削除して、一次サイクロン脚部と二次サイクロン脚部とを結合させて複雑に構成された脚部を形成することにより、流動接触分解・ユニットにて粒子物質が気体と固体の懸濁物を分離するサイクロン内部へ戻ることを防止できることを教示している。しかしながら、この構造は様々な例において非常な満足を得ているが、或る種の流動接触分解・ユニット、特に一次および二次のサイクロンの物理的配置がブラジル国特許出願ＰＩ９６０３８９８に教示されているようなサイクロン結合を不可能にするユニットでは、望ましい利点が得られない。
【００１０】
流動接触分解法（ＦＣＣ）の気体／固体懸濁物の分離器として使用されたサイクロン脚部のシール装置の開動サイクル時に粒子物質が戻ってしまうことに関連するサイクロン効率低下の問題点を解決するためのその明細書の試みにも拘わらず、簡単で経済的且つ安全な方法でサイクロン作動の高効率を維持できる決定的な解決方法はこれまで得られなかった。しかしながら、そのような解決方法は本明細書に記載するシステムによって与えられる。
【００１１】
発明の要旨
本発明は、粒子懸濁物から固体粒子を分離する分離するサイクロンの脚部をシールするシステムを提供するものであり、該システムは第1サイクロンの脚部と第2サイクロンの脚部の下端とを接合し、両サイクロンにより収集された固体を結合させる一つの第1および第2サイクロン脚部複合体を構成するものであり、該結合固体粒子は、大半径曲線形式の単一脚末端部により同時に排出される。
【００１２】
このようなシステムは、気体／固体懸濁物から固体粒子を分離するための流動接触分解（ＦＣＣ）法に使用される直列2段のサイクロンの端末システムとして使用される。この端末構成は、シールを改良しかつ効率的とし、粒子の再進入を防止し、サイクロンにより収集された粒子の濃密流動床が固まる危険性を低減あるいなくす。またフラッパやドリップ弁を使用していないので可動シールシステムに生ずるような機械的破損が回避できる。このシステムの使用により、効率がかなり向上され、結果として粒子の放出が低減できる。
本発明の主旨たるサイクロン脚部のシールシステムは、図面を参照しつつ以下で説明する実施例からより良く理解し得るものである。
【００１３】
（発明の詳細な説明）
サイクロンの脚部をシールするシステムの詳細な説明を、上述した図に基づき、構成部品の識別に従って行う。
【００１４】
図１は、流動接触分解法用の標準型の反応／分離ユニットを示す。この方法は、以下「上昇管１」と称する上昇流管反応装置の全長を触媒粒子がおおった状態で、懸濁物中の気相の炭化水素充填物における分解反応を促進することを含む。その反応の結果、炭素質堆積物が触媒表面に形成される。
【００１５】
分解した炭化水素における懸濁物中のコークス化した触媒粒子の急速分離は、上昇管１の頂上端で促進される。かくして、反応の排出流が第１のサイクロン分離装置３へ入り、この装置にて懸濁物中の触媒の大部分の分離が起こる。重力作用により、触媒は自由落下してサイクロン３の脚部５へ流れ、シール弁６によって保持される。この弁は、例示のために、トリクル（細流）弁として示している。
【００１６】
第１のサイクロン３にて分離した、分解された炭化水素は、依然として触媒粒子を伴っていて、次いで第２のサイクロン４へ入り、このサイクロンにて完全に分離される。気相は分解した産物の細分化用の外部システムまで移動し続け、触媒粒子は、サイクロン３で以前に起こったように、サイクロン４の脚部７まで降下し、このサイクロンにて、シール弁８によって保持される。この弁は、例示のために、フラッパ弁として示している。
【００１７】
シーリングバルブ６，８のキャップに積まれる触媒の粒子柱状部の存在により、工程の特定瞬間において圧力衡平がサイクロン３，４の脚即ち脚部５，７の内側低部と分離機容器２との間で得られ、その圧力は普通はサイクロンの内側の圧力を越えている。バルブキャップが開かれるとすぐに、圧力衡平力を介してサイクロンの脚に堆積された固形柱状部が分離機容器２の低部にたまった流動床９に流れる。この時、圧力衡平状態が中断し、バルブキャップを閉位置へ戻す。
これは、シーリングバルブを完全に閉鎖するのに時間が必要であるため、分離段階で最も危険な瞬間であり、サイクロン脚部の内側を通るガス流のほとんど避けられない逆流の力でサイクロンの内側後方で触媒の再飛散を防ぐことは事実上不可能である。従って、従来のサイクロン分離システムは効率および有益性の理想条件からたいていは程遠い状態で作動していた。
【００１８】
固形材料が１次サイクロンおよび２次サイクロンによって集められそして両サイクロンの結合された脚部分の端即ち末端で単一バルブによって排出するような両サイクロンの脚の結合は、また既知の技術である。かかる技術において、触媒損失を減少させることがより効率を向上させる。
【００１９】
図２は、第１のサイクロン２１と第２のサイクロン２２とを有するサイクロン型分離システムからなる本発明の実施例を示している。該二つのサイクロンの脚部２３，２４は相互に連結されて接合部２５を形成し、該接合部では、集められている該固体物が結合されている。単一の脚部２６は流動床内に浸漬され且つ該脚部２６のシーリング・システム内で終結している。
【００２０】
図３はかなり詳細に該シーリング・システムを示し、該シーリング・システムは、単一脚部２６の底部での可動部分の無い大半径の曲部即ち大半径の曲線終端部３１の使用を含んでいる。該曲部３１は、１．０〜３．０の範囲で変動する、半径（Ｒ）/単一脚部２６の直径（φ）の比を有し、且つ特定の傾斜角（α、β）だけずれて置かれた複数の真っ直ぐな管部分から構成され、この管部分は以下で「パッド」と呼ばれている。
【００２１】
図３に示されているように、大半径の曲部３１への入口は、二つのサイクロン脚部２３および２４の間での接合２５後は、単一脚部２６の足部で、垂直である。大半径の曲部（３１）からの排出の方向は平行即ち単一脚部２６の中心線で示される入口方向に対し直角である。従って、角βは、大半径曲部３１の第1および他の（この場合は第2の）真っ直ぐな部分３２によって画定される角を示すのに対し、角α₁は、曲部の中心を通る水平線と第１の真っ直ぐな部分３２の出だし部分との間の角を示し、角α₂は最後の（この場合は第2の）真っ直ぐな部分３２の終端部分と、曲部の中心を通る垂直線との間の角を示す。好ましくは、α₁とα₂は等しい。同様に、ｎを真っ直ぐな部分３２の数とするとき（α₁＋α₂＋ｎβ）の合計値が７５°から１００°の範囲にあるのが好ましく、より好ましくは９０°である。
【００２２】
複数のパッド３２の間に存在するずれ角度が、濃密相の触媒の下降マスフローの流れ方向を上昇ガスフローに直交する平面内へと変化させる。これは、気体相が脚部２４内に進入することを防止し、効果的なシールを促進し、そして同時に脚部２４内に回収された濃密粒子床が「固まる」ことを防止する。
【００２３】
本実施例のより大きなシール効果は、大半径の曲部３１への入口の中心線に関して、第1のサイクロン２１の脚部と第2のサイクロン２１の脚部との間の結合部２５が、曲部即ち曲線状の端末部３１の排出端に向かい合った反対側にあり、第1のサイクロン２１の脚部２３の直径の３．５から５．５倍の範囲の距離だけ高い位置にあるときに得られる。
【００２４】
上述の装置は、ＦＣＣユニットの全ての内部サイクロンシステムに、すなわち反応装置および熱交換器に適用される。なぜなら、それは触媒床の流動高さに依存しないからであり、その用途は、低いガスフロー表面速度における動作を特徴とする沸騰床（典型的にはストリッパ床）だけでなく、ＦＣＣ熱交換器に見られるような高い流動速度の乱流流動床も含む。
【００２５】
本発明のサイクロン脚部シール・システムについての上記の説明は、多くの可能性ある実施例の１つとしてのみ認識されるべきであり、そこに導入されたいかなる特定の特徴も、理解を容易にするためにのみ説明されたものと理解されるべきである。それ故、それらは決して本発明を制限するものとみなされるべきではなく、本発明は特許請求の範囲の記載のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術の典型的なＦＣＣユニットの反応／分離装置を示す図。
【図２】 本発明の実施例によるＦＣＣユニットの反応／分離装置を示す図。
【図３】 本発明の実施例によるサイクロン脚部の末端部を示す図。

Claims (5)

1. 浮遊懸濁物から固体を分離するための、サイクロンの脚部をシールするシステムであって、第1のサイクロンの脚部と第2のサイクロンの脚部の下端を結合し、両サイクロンで集められた固体が合体される、第1および第2サイクロンの脚部複合体を形成する、該サイクロンの脚部をシールするシステムにおいて、
   前記合体された固体が大半径の曲部（３１）形式の単一末端脚部によって同時に排出され、前記大半径の曲部（３１）の末端部が触媒流動床（９）内に浸漬され、且つ前記単一脚部末端部が可動のシールする部品を有していないことを特徴とするシールシステム。
2. 前記単一脚部の大半径の曲部（３１）が１．０〜３．０の範囲内の比率「半径（Ｒ）/直径（φ）」を有することを特徴とする請求項１に記載されたシールシステム。
3. 前記端末（３１）は、曲率中心において角度（β）に対応し、連続する真っ直ぐな管部分（３２）で構成されていることを特徴とする請求項１に記載されたシールシステム。
4. 前記連続する管部分（３２）に対応する総角度が、濃密触媒相の下降流の方向を、上昇気体流に対して直交する平面内に方向づけることを特徴とする請求項１に記載されたシールシステム。
5. 前記大半径の曲部（３１）への入口の中心線に関し、第1のサイクロン（２１）の脚部（２３）と第2のサイクロン（２２）の脚部（２４）の結合部（２５）が、前記大半径の曲部（３１）の排出端の反対側にあり、かつ、第1のサロクロン（２１）の脚部（２３）の直径の３．５〜５．５倍の距離だけ前記排出端よりも高位にあることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたシールシステム。

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