JP5873093B2 - 粒子状物質の排出を制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に、電気集塵によって粒子状物質の排出を制御するための方法に関する。

ゼオライト触媒は、一般に低価値の減圧軽油を、蒸留物、主にガソリンに変換するために、流動式接触分解（ＦＣＣ）精製プロセスにおいて使用される。ＦＣＣ変換及び再生の際の触媒の破損及び摩滅により、触媒リストにおいて直径１０μｍ未満の粒度を有しうる触媒「微粒子（ｆｉｎｅｓ）」が作られる。これらの粒子は、あらゆる気体に非常に容易に飛沫同伴する。これらの粒子が燃焼排ガスとして大気に入り込めるようにするのは望ましくないため、大気中に解放される前にそうした粒子を捕える手段として電気集塵装置（ＥＳＰ）が使用されている。

産業上の利用で最も一般的なＥＳＰは、正電荷金属板と負電荷電極線の間をガスが流れるプレート−ワイヤＥＳＰである。プレートとワイヤの間に印加される高電圧により、プレートとワイヤの間のガス内に帯電コロナが形成される。プレート−ワイヤＥＳＰの代替として、コロナ発生ワイヤ又は放電極が収集プレートより前に置かれる平坦プレートＥＳＰがある。ＥＳＰの動作中、粒子担持ガスが負電荷コロナを通過し、粒子自体が負電荷を帯びることになる。次いで、これらの荷電粒子は、流れるガス流で、ガスの流れの方向に平行に配置された正電荷収集プレートへ運ばれる。これらの粒子は、収集プレート上に堆積し、廃棄するための種々の技法によって除去される。

電気集塵装置に関する１つの問題は、典型的には機械的な変位力の印加、すなわち「ラッピング（ｒａｐｐｉｎｇ）」によって収集プレートから粒子が取り除かれるとき、燃焼排ガス中で粒子が再飛散することである。ラッピング中の粒子再飛散は、しばしば「ラッピングパフ（ｒａｐｐｉｎｇ ｐｕｆｆ）」と呼ばれ、燃焼排ガスと共にＥＳＰから逃れる粒子状物質（ＰＭ）の大部分を構成する。再飛散を最小限にするために、収集面に適切な強度の力を当てて、集電極上に形成されたダストケーキを分離して動かし、それを回収できるダストホッパー内へケーキ形状で滑り落とすことを可能にすることが提案されている。また、燃焼排ガスの大部分をダストケーキから隔離して、ラッピング中にダストが滑り落ちるための静穏な領域を提供するために、バッフルを集電極板に追加すること、又は二次ガスの噴射を利用すること（例えば、米国特許第３，９８８，１３０号参照）によって、さらに再飛散を最小限にする方法が提案されている。また、ラッピング中に集塵装置の一部分を通るガスの流れを停止又は反転すること（例えば、米国特許第３，９００，２９９号参照）が提案されている。しかし、終端速度が低い微細な粒子には長い静置時間が必要となるため、これらの手法は、大規模産業のＥＳＰでは効果的ではない。

より微細な粒子が規制されるにしたがって（ＥＰＡ ＰＭ１０及びＰＭ２．５規制）、ミクロン及びサブミクロン・サイズの粒子の再飛散がより問題となりつつある。微粒子状物質の排出を制御するための新規な方法が必要とされている。

米国特許第３，９８８，１３０号明細書 米国特許第３，９００，２９９号明細書

一実施例では、本発明は、粒子担持ガス流から粒子状物質を除去するための方法であって、粒子担持ガス流を第１の方向で第１の体積流量で複数の電気集塵装置ユニットへ流すステップと、ガス流の少なくとも一部分を、各電気集塵装置における少なくとも１つの放電極に通過させて、荷電粒子状物質を生成するステップと、所望の量の粒子状物質が収集されるまで、放電極とは逆に帯電した少なくとも１つの一次収集電極板上に荷電粒子状物質を収集するステップと電気集塵装置ユニットのうちの少なくとも１つを通る流れを低減するステップと、続いて、１つ又は複数の残りの電気集塵装置ユニットを通る流れを量的に増大させて、すべての電気集塵装置ユニットを通る流れの合計を第１の体積流量に維持するステップと、流れを低減された少なくとも１つの電気集塵装置ユニットにおける少なくとも１つの一次収集電極板を、少なくとも１つの一次収集電極板から粒子状物質を取り除く力にさらすステップと、取り除かれた粒子状物質を粒子収集レセプタクルに収集するステップと、粒子状物質汚染が低減されたガス流を引き出すステップとを含む方法に関する。

本発明及びその利点をより完全に理解するために、ここで下記の添付図面と併せて以下の説明を参照する。

並行流処理方式で配列された複数のＥＳＰユニットの上面図である。 粒子収集レセプタクル内に配置された二次収集電極を含むＥＳＰユニットの断面図である。

一実施例では、本発明は、粒子担持ガス流から粒子状物質を除去するための方法であって、粒子担持ガス流を第１の方向で第１の体積流量で複数の電気集塵装置ユニットへ流すステップと、ガス流の少なくとも一部分を、各電気集塵装置における少なくとも１つの放電極に通過させて、荷電粒子状物質を生成するステップと、所望の量の粒子状物質が収集されるまで、放電極とは逆に帯電した少なくとも１つの一次収集電極板上に荷電粒子状物質を収集するステップと電気集塵装置ユニットのうちの少なくとも１つを通る流れを低減するステップと、続いて、１つ又は複数の残りの電気集塵装置ユニットを通る流れを量的に増大させて、すべての電気集塵装置ユニットを通る流れの合計を第１の体積流量に維持するステップと、流れを低減された少なくとも１つの電気集塵装置ユニットにおける少なくとも１つの一次収集電極板を、少なくとも１つの一次収集電極板から粒子状物質を取り除く力にさらすステップと、取り除かれた粒子状物質を粒子収集レセプタクルに収集するステップと、粒子状物質汚染が低減されたガス流を引き出すステップとを含む方法に関する。

上記方法が適切に適用される粒子担持ガス流は、電荷を与えることができる固体又は液体の粒子を含む任意の気体流である。ガス流は、以下に限定されないが、酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、アンモニア、及び炭化水素ガスのうちの１つ又は複数を含む。例示的なガス流としては、ほこりの多い環境、製造プロセス、マイニング・プロセス、固体取扱いプロセスから排出された空気流がある。一実施例では、ガス流は、燃焼プロセス、特に、石炭、木材、タイヤ、又は他の廃棄物及びごみなどの固形物が燃焼されるプロセスから生じた燃焼排ガスである。一実施例では、ガス流は、ディーゼルエンジン又はガスタービンなどのエンジンからの排気ガスである。一実施例では、ガス流は、触媒微粒子を含む流動接触分解プロセス（ＦＣＣ）の１つ又は複数の段からの流出物である。より具体的には、そのような流出物は、分別段に進む前に除去されるべき触媒微粒子を含む炭化水素含有ガスでありうる。或いは、そのような流出物は、大気中に排出する前に触媒微粒子のような粒子を除去するように処理されるべき再生器からの排気ガスでありうる。

粒子担持ガス流は、ガス成分中に分散した固体又は液体の粒子状物質を含む。ガス流中の粒子状物質は、該ガス流の温度、圧力、及び速度において該ガス流に飛沫同伴するサイズ、形状、及び密度を有する。例示的な固体粒子状物質としては、触媒粒子、石炭、コークス、又は他の炭素系粒子、有機粒子、並びにアルミニウム及びシリコンを含む金属の酸化物又は硫化物などの無機粒子がある。一実施例では、粒子状物質は、主に、石油精製における流動接触分解ユニットの再生部からのゼオライト触媒粒子である。

一実施例では、粒子状物質の少なくとも７０重量％は、直径１００μｍ未満の粒度を有する。一実施例では、粒子状物質の少なくとも７０重量％は、直径５０μｍ未満の粒度を有する。一実施例では、粒子状物質の少なくとも７０重量％は、直径２５μｍ未満の粒度を有する。一実施例では、粒子状物質の少なくとも７０重量％は、直径１０μｍ未満の粒度を有する。一実施例では、粒子状物質の少なくとも７０重量％は、直径５μｍ未満の粒度を有する。一実施例では、粒子状物質の少なくとも７０重量％は、直径２．５μｍ未満の粒度を有する。

粒子担持ガス流の例示的温度としては、２０℃から１０００℃までの範囲、１００℃から８００℃までの範囲、又は２００℃から６００℃までの範囲の温度がある。粒子担持ガス流から少なくとも一部の粒子を除去するための処理プロセスに先立って、ガス流が分離ユニットを通るとき、ガス流はガスの所望の温度まで加熱又は冷却されうる。粒子担持ガス流の圧力は、適宜に、粒子状物質をガス流から除去することができる任意の圧力、例えば、大気圧から１０００ｐｓｉｇまでの範囲の圧力であってよい。一実施例では、圧力は、大気圧から１００ｐｓｉｇまでの範囲であってよい。幾つかのそのような実施例では、圧力は、大気圧から５０ｐｓｉｇまで、大気圧から２５ｐｓｉｇまで、大気圧から１４ｐｓｉｇまで、又は大気圧から１０ｐｓｉｇまでの範囲である。粒子担持ガス流から少なくとも一部の粒子物質を除去するための処理プロセスに先立って、ガス流が分離ユニットを通るとき、ガス流の圧力はガスの所望の圧力まで増大又は低減されうる。

幾つかのそのような上記方法の実施例では、また図１及び図２において、粒子担持ガス流４が、第１の方向で第１の体積流量で複数の電気集塵装置ユニット（３ａ、３ｂ）へ流される。粒子含有ガス流４が、ガス入口１を介して装置に導入され、処理後に、粒状物質汚染が低減されたガス流８が、ガス出口７を介して除去される。流れスプリッタ２がガス流４を複数の流れに分割し、各流れの流量は独立して制御されうる。各ＥＳＰユニットは、他と同じ処理ガス流量を扱うように設計されうる。ＥＳＰユニットは、気体流をガス入口からガス出口に押しやることができる手段、例えば、圧縮機又は送風機を含むことができる。放電極５が、ガス入口１の下流に（又は２段集塵装置の場合はガス入口の下流に）配置されており、放電極５は、ガス電離をもたらし粒子帯電を引き起こすように作用する。一次収集電極板６は、放電極とは逆に帯電し、荷電粒子状物質を引き寄せ又は保持する。図１に示す実施例は、集電極板が並行流処理方式で配列された２つのＥＳＰユニット（３ａ、３ｂ）を示すが、任意の数のＥＳＰユニットがプロセスにおいて運用されうる。

代替的には、複数のＥＳＰユニットのうちの１つ又は複数が、異なる指定された粒子担持ガス流流量を処理して、所望の粒子状物質の除去速度を達成するように設計されてもよい。各ＥＳＰユニットにおける粒子担持ガス流の設計流量は、流れスプリッタ２によって制御されうる。

幾つかのそのような上記方法の実施例では、粒子担持ガス流４の少なくとも一部分が、各電気集塵装置における少なくとも１つの放電極５を通過して、荷電粒子状物質を生成する。従来型の電圧源（図示せず）が、放電極５及び一次収集電極板６に電圧を印加するために用いられる。放電極５及び一次収集電極板６は、負極性放電（ガス電離化）電極であることが好ましく、これは、効率を上げるより高い電圧がスパークなしに得られるためである。しかし、これらの電極は、負極性放電電極の使用中に発生する酸素含有ガス中のオゾンの形成を回避する正極性放電電極であってもよい。

幾つかのそのような上記方法の実施例では、粒子担持ガス流４の流量は、少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通して減少される。入口導管１を介する各ＥＳＰユニットへの粒子担持ガス流の流量は、流れスプリッタ２によって調節されうる。このような流量制御装置は、流体流の流量を、設計速度の流量からＥＳＰユニットを通る流量がない状態に至る範囲で制御することができる。一実施例では、少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る粒子担持ガス流の流れは、少なくとも５体積％低減される。一実施例では、少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る粒子担持ガス流の流れは、少なくとも２５体積％低減される。一実施例では、少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る粒子担持ガス流の流れは、少なくとも５０体積％低減される。一実施例では、少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る粒子担持ガス流の流れは、少なくとも９０体積％低減される。一実施例では、少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る粒子担持ガス流の流れは、１００体積％低減され、すなわち、少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る粒子担持ガス流４の流れは存在しないことになる。粒子状物質が一次収集電極板６から取り除かれた後に、荷電粒子状物質の再飛散を低減するために、粒子担持ガス流の流れの低減が望ましい。

幾つかのそのような上記方法の実施例では、また図２において、流れが低減された第１の電気集塵装置における少なくとも１つの一次収集電極板６が、少なくとも１つの一次収集電極板６から粒子状物質を分離する力にさらされる。一次収集電極板６からの粒子状物質の除去を行うために、収集電極板に適切な強度の力を当てて、蓄積した粒子状物質を収集電極板から分離して取り除くことができ、それにより、押し出された粒子状物質が粒子収集レセプタクル９内に重力で落ちることが可能になり、粒子収集レセプタクルから粒子状物質を継続的又は定期的に除去することができる。用いられる力は、収集面から粒子状物質の所望の移転を行うために適した任意のタイプのものとすることができ、その最も単純なものは、機械的、すなわち収集面を「ラッピング」することである。或いは、収集面は、そのような移転を行うために音波又は超音波エネルギーの衝撃にさらされてもよい。粒子状物質は、例えば触媒として経済的価値を保有している場合、粒子収集レセプタクルから触媒再生器へ再循環させることができる。そうでなければ、こうした粒子状物質は従来の技術により廃棄されてよい。

幾つかのそのような上記方法の実施例では、１つ又は複数の残りの電気集塵装置ユニットを通る流れの量を増大させて、すべての電気集塵装置ユニットを通る流れの合計を第１の体積流量に維持する。例えば、ある電気集塵装置ユニットを通る粒子担持ガス流の流れが５体積％低減されると、続いて、１つ又は複数の残りの電気集塵装置ユニットを通る粒子担持ガス流の流れが増大されて、すべての電気集塵装置ユニットを通る流れの合計を第１の体積流量に維持する。この流量の変動は、ラッピング頻度と合致する流れスプリッタ２における低速の回転バッフルにより達成されうる。回転バッフルは、システム全体を通して一定の全流量を維持しながら、より少ない流量をラッピング中のＥＳＰユニットに向ける。

一実施例では、また図１及び図２において、そうした上記方法は、第２の方向で二次ガス流１１を流して、少なくとも１つの一次収集電極板６から取り除かれた粒子状物質を粒子収集レセプタクル９へ駆動するステップをさらに含む。この実施例では、まずＥＳＰユニット３内に静穏な領域が確立され、この領域では、粒子担持ガス流４の流れが中断され又は少なくとも大幅に低減される。一実施例では、静穏な領域における粒子担持ガス流４の流れは、少なくとも９０％低減され、ある実施例では、少なくとも９５％低減されている。ＥＳＰを通る典型的な流れは、全粒子担持ガス流４がユニットを通ってガス出口７に向かってほぼ同じ速度で移動している栓流と類似する。しかし、静穏な領域では、粒子担持ガス流４がガス出口７に向かって大きく進むことがない。一実施例では、二次ガス流１１が、粒子担持ガス流４の流れ方向に対し斜めの方向で流される。二次ガス流１１は、二次ガス流１１を二次ガス入口１０から二次ガス出口１２へ押しやることができる手段、例えば、圧縮機又は送風機によって送られる。二次ガス流１１は、少なくとも１つの一次収集電極板６から取り除かれた粒子状物質を粒子収集レセプタクル９へ駆動するのに十分な流れのガス流である。二次ガス流が強すぎると、ＥＳＰユニットを通って流れるガスからの制御されない吹き返しが生じることがある。二次ガス流１１は、ＥＳＰ入口１に戻って再循環され又は小さなバグハウス（図示せず）でフィルタされうる。適切な二次ガスには、以下に限定されないが、空気、又は酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素及び炭化水素ガスのうちの１つ若しくは複数が含まれる。

一実施例では、また図２を参照すると、そうした上記方法は、少なくとも１つの一次収集電極板６と粒子収集レセプタクル９との間で電位を生成して、少なくとも１つの一次収集電極板６から取り除かれた粒子状物質を粒子収集レセプタクル９へ駆動するステップをさらに含む。一実施例では、電位が、少なくとも１つの一次収集電極板６の極性と等しい極性で粒子収集レセプタクル９において生成され、少なくとも１つの一次収集電極板６の極性が粒子収集レセプタクル９において生成された電荷の極性と反対になるように、少なくとも１つの一次収集電極板６の極性が反転される。従来型の電圧源（図示せず）が、電位を印加するために用いられる。一実施例では、粒子収集レセプタクル９における電荷が、二次収集電極１３によって生成される。二次収集電極１３は、ワイヤ、プレート、又はグリッドであってよい。二次収集電極１３に付着された粒子状物質は、前述の従来の手段によって取り除かれる。

本明細書及び添付の特許請求の範囲では、特に指示がない限り、量、百分率、又は割合を表すすべての数字、並びに明細書及び特許請求の範囲で使用される他の数値は、すべての事例において用語「約」によって修正されるものと理解されるべきである。したがって、反対の指示がない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、本発明によって獲得しようと努められる所望の特性に応じて変化しうる近似値である。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形「ある（ａ」）、「ある（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、特に明白に１つの指示対象に限定されない限り、複数の対象を含むことに留意されたい。ここで使用されるとき、用語「含む」及びその文法的変形は、非限定的であることを意図しており、したがって、一覧における要素の列挙は、列挙された要素に対して置換又は追加しうる他の類似の要素を排除しない。本明細書と矛盾しない限り、本明細書に示されたすべての引用は、これにより参照によって組み込まれる。

Claims (9)

1. 粒子担持ガス流から粒子状物質を除去するための方法であって、
   ａ）粒子担持ガス流を第１の方向で第１の体積流量で複数の電気集塵装置ユニットへ流すステップと、
   ｂ）前記ガス流の少なくとも一部分を、各電気集塵装置における少なくとも１つの放電極に通過させて、荷電粒子状物質を生成するステップと、
   ｃ）所望の量の粒子状物質が収集されるまで、放電極とは逆に帯電した少なくとも１つの一次収集電極板上に前記荷電粒子状物質を収集するステップと
   ｄ）前記電気集塵装置ユニットのうちの少なくとも１つを通る流れを低減するステップと、
   ｅ）続いて、１つ又は複数の残りの電気集塵装置ユニットを通る流れを量的に増大させて、すべての前記電気集塵装置ユニットを通る流れの合計を前記第１の体積流量に維持するステップと、
   ｆ）流れを低減されたステップ（ｄ）の前記少なくとも１つの電気集塵装置ユニットにおける前記少なくとも１つの一次収集電極板を、前記少なくとも１つの一次収集電極板から前記粒子状物質を取り除く力にさらすステップと、
   ｇ）前記取り除かれた粒子状物質を粒子収集レセプタクルに収集するステップと、
   ｈ）粒子状物質汚染が低減されたガス流を引き出すステップと、を含み、
   前記少なくとも１つの一次収集電極板と前記粒子収集レセプタクルとの間で電位を生成して、前記少なくとも１つの一次収集電極板から取り除かれた前記粒子状物質を前記粒子収集レセプタクルに駆動するステップをさらに含む方法であって、
   前記電位は、前記少なくとも１つの一次収集電極板の極性と等しい極性で前記粒子収集レセプタクルにおいて生成され、前記少なくとも１つの一次収集電極板の前記極性が前記粒子収集レセプタクルにおいて生成された電荷の極性と反対になるように、前記少なくとも１つの一次収集電極板の前記極性が反転され、
   前記粒子収集レセプタクルにおける前記電荷が、二次収集電極によって生成される方法。
2. 前記粒子状物質の少なくとも７０重量％は、直径１０μｍ未満の粒径を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記粒子状物質の少なくとも７０重量％は、直径２．５μｍ未満の粒径を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記粒子状物質は、石油精製における流動接触分解ユニットの再生部からのゼオライト触媒粒子である、請求項１に記載の方法。
5. ステップ（ｄ）の前記少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る前記流れは、少なくとも５０体積％低減される、請求項１に記載の方法。
6. ステップ（ｄ）の前記少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る前記流れは、少なくとも９０体積％低減される、請求項１に記載の方法。
7. ステップ（ｄ）の前記少なくとも１つの電気集塵装置ユニットを通る前記流れは、１００体積％低減される、請求項１に記載の方法。
8. 第２の方向で二次ガス流を流して、前記少なくとも１つの一次収集電極板から取り除かれた前記粒子状物質を前記粒子収集レセプタクルへに駆動するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記二次ガス流が、前記粒子担持ガス流の流れ方向に対し斜めの方向で流される、請求項８に記載の方法。

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