JPH10249121A

JPH10249121A - 気固分離器

Info

Publication number: JPH10249121A
Application number: JP8237097A
Authority: JP
Inventors: Shozo Nishida; 昭三（にしだしょうぞう）西田; Yuichiro Fujiyama; 優一郎（ふじやまゆういちろう）藤山
Original assignee: SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER; Petroleum Energy Center PEC; Nippon Oil Corp
Current assignee: SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER; Japan Petroleum Energy Center JPEC; Eneos Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-22
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: JP3817013B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従前のものに比して一段と分離装置内の気体
の滞留時間が短く、大きい混合比の場合にも固体の除去
率の高い固気分離器を提供する。【解決手段】断面矩形の分離用空間部(S) を備え、壁
が対向斜面(A1,A2) と対向鉛直面(B,B) を形成し上方に
天板(8) を有した角筒部(1) と、その下端で筒状の固体
抜出管(4) と、また上端の混合物導入管(2) と、気体抜
出管(3) と、前記分離用空間部(S) 内部の分離板(5) と
で気固分離器を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体と気体の混合物
を夫々に分離するための分離器に関し、更に詳しくは特
に化学反応に伴い生じた気体生成物と触媒等の混合物の
ように混合物から固体を迅速に分離することにより短反
応時間を達成することが望まれる場合等に用いて好適な
高速気固分離器に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速移動層反応器においては生成物気体
と粒子状固体触媒の混合物が反応器出口から流出する
が、短接触時間反応が要求されるこの種の装置では混合
物から粒子状固体触媒をいかに迅速に分離できるかが重
要な課題であり分離器の性能が重要となる。この課題に
対処するため、最近の重質油等を原料油としてガソリン
を製造している流動接触分解装置ではUS5,552,120 或い
はUS5,538,623 等に見られるようにライザー出口の直近
にサイクロンを置くクローズドサイクロンと呼ばれる分
離方式が使用され始めている。

【０００３】この気固分離を迅速に行うという点は接触
時間が０．１〜１．５秒程度の反応条件で軽質オレフィ
ン製造を指向するような炭化水素油の流動接触分解装置
ではさらに重要になる。なぜなら反応時間が０．１〜
１．５秒程度になるとサイクロンのような既存の分離器
では反応器内の気体の滞留時間に対して分離器内の気体
の滞留時間が相対的に大きくなり、分離器内で気体の少
なくとも一部が触媒、または熱媒体である粉粒体と接触
することにより、製品の品質劣化、コーク析出、収率低
下をもたらすためである。

【０００４】もっとも、短接触時間反応に分離器を用い
る方法のほかに、触媒の分離によらず反応器出口で生成
物と触媒の混合物を急冷することで反応を停止する方法
も可能である。しかし、重質油等を原料油としてガソリ
ンを製造する流動接触分解装置では、触媒を高温で再生
し再び反応に用いることにより触媒を熱媒体として利用
しているため、触媒を分離する前に該混合物を急冷する
ことは熱効率上好ましくない。

【０００５】同様にして粉粒体状の固体を熱媒体として
用いる反応でも気固分離前の急冷は好ましくない。従っ
て、反応器出口で迅速に固体の大部分を該混合物から除
去することが有効である。この一段目の分離で固体の一
部が気体とともに同伴されたとしても固体の量が小さく
なるため反応への寄与は小さくなり残った固体をサイク
ロン等の既存の分離器で時間をかけて分離しても前述し
た不都合はおこらない。また一段目の分離で気体に同伴
した固体の引き起こす反応が無視できない場合は一段目
の分離後にその気固混合物を急冷することが可能であ
る。この場合、装置内を循環する固体の量に比べて急冷
される固体の量が小さいため熱効率にそれほど悪影響を
及ぼさない。

【０００６】従来の反応器出口の混合物を急速分離する
方法としては、例えばUS3,074,878があげられる。この
中では下降流の管状反応器の中に方向偏向板を設けるこ
とにより混合物の流れを反応器の片側に寄せ、その反対
側から横向きに気体を抜き出す方法を採用している。然
しながら、この方法は気体の方向転換角度が９０度以上
とれないために分離効率が低い。その上、方向偏向板は
直接混合物の衝撃を受けるため磨耗が激しいという欠点
も有している。

【０００７】また、同様の急速分離方法の例として特公
昭60-18447があげられる。これは下降流型または上昇流
型反応器に対して水平に長方形のチャンバーを設けてい
る。混合物はこのチャンバーの一方の端から流入し、９
０度方向転換した後、チャンバーの反対側の端から触媒
は下方に、気体は上方に抜き出している。この場合には
チャンバー内での混合物の流れの乱れが激しく、分離触
媒がスムーズに触媒抜き出し口に流れず、上方に巻き上
げられるために分離効率が低く、その傾向は固体供給量
あるいは混合比が大きくなるに伴い顕著となる。これは
主に固体がチャンバーの水平部分を固体抜き出し口まで
水平に移動しなくてはならないため、固体供給量が増加
すると固体抜き出しが間に合わなくなるからである。

【０００８】なお、本明細書でいう分離効率とは分離器
に供給された固体の内、分離器で除去された固体、すな
わち固体抜き出し口から抜き出された固体の割合であ
り、百分率で表したものをいい下式で表される。分離効率（単位：％）＝（固体抜き出し口から抜き出さ
れた固体の重量）／（分離器に供給された触媒の重量）

【０００９】また本発明でいう混合比とは供給された気
固混合物の中の固体の重量を気体の重量で除した数値で
あり下式で表される。混合比＝（固体重量）／（気体重量）

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】短接触時間で好ましい
生成物の選択性を上げることをねらいとするプロセスで
は接触時間をなるべく短くするとともに高転化率を維持
するために高混合比を用いることが多く、そのような背
景からさらに気体の滞留時間が短く分離効率の高い高速
分離器が求められていた。本発明の目的は従前のものに
比してより分離装置内の気体の滞留時間が短く、固体の
除去率の高い気固分離器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】水平方向断面矩形の鉛直
に延びる分離用空間部(S) を備え一対の対面壁のみが下
方で順次狭幅に接近して対向斜面(A1,A2) を形成し残る
一対の対面壁は一定間隔を保った対向鉛直面(B,B) を形
成するとともに上方に前記分離用空間部(S) を閉塞する
天板(8) を有した角筒部(1) と、この角筒部(1) の下端
に連続する筒状一定断面積の固体抜出管(4) と、同じ角
筒部(1) の上端で一方の対向斜面(A1)に寄って前記天板
(8) 一端近傍で開口し前記分離用空間部(S) に連通する
混合物導入管(2) と、残る対向斜面(A2)に寄って前記天
板(8) 他端近傍で開口し前記分離用空間部(S) に連通す
る気体抜出管(3) と、前記分離用空間部(S) 内部に高さ
方向略中央部で前記混合物導入管(2) 下方に略水平に固
設された分離板(5) とにより気固分離器を構成する。

【００１２】〔作用〕本発明の分離器において気固混合
物は分離容器の上部の一端に接続された混合物導入管か
ら分離容器内に導入され、分離容器内で１８０度旋回す
る。その過程で固体は遠心力により分離され、分離板の
下面を通って分離容器下部に接続された固体抜き出し管
から分離器外へ排出される。一方気体は分離板の上面を
通り、分離容器上部の混合物導入管とは逆の一端に接続
された気体抜き出し管より分離器外に排出される。

【００１３】

【発明の実施の形態】

〔実施例〕以下では、実施例を挙げ図面を用いて本発明
を詳細に説明する。図１(a) 、(b) は本発明の気固分離
器の一実施例を示すもので、図１(a) は正面断面図、図
１(b) は側面図である。また、図２はこの気固分離器の
正面断面図である。

【００１４】この気固分離器の本体となる分離容器（角
筒部(1) ）は図１(a) でわかるように正面から見ると長
方形の下の２端を切り落としてできる六角形の形状をし
ており、内部は水平方向断面矩形の鉛直に延びる分離用
空間(S) となっている。換言すると、一対の対面壁のみ
が下方で順次狭幅に接近して対向斜面(A1,A2) を形成し
残る一対の対面壁は一定間隔を保った対向鉛直面(B,B)
を形成するとともに上方に前記分離用空間部(S) を閉塞
する天板(8) を接合することで角筒部(1) が構成されて
いる。

【００１５】図１(b) の側面図に顕れているように角筒
部(1) は前後方向に厚さ（幅）Ｌを持つ箱形の容器であ
る。この角筒部(1) の上端で一方の対向斜面(A1)に寄っ
て前記天板(8) の端部近傍で開口し前記分離用空間部
(S) に連通する混合物導入管(2) が接続されており、前
記天板(8) の他端近傍には他方の対向斜面(A2)に寄って
開口し前記分離用空間部(S) に連通する気体抜出管(3)
が接続されている。また、角筒部(1) の下面には筒状一
定断面積の固体抜出管(4) が接続されている。このよう
に角筒部(1) は底面の固体抜出管(4) の端縁部に向かっ
て傾斜をなしている。

【００１６】前記分離用空間部(S) 内部で気体抜出管
(3) の下方には高さ方向略中央部には分離板(5) が略水
平に固設されている。即ち、分離板(5) の一端の辺部は
角筒部(1) 気体抜き出し管(3) 側の対向斜面（側壁）に
接しており、側壁からの突出長さはＷ２となっている。
角筒部(1) はこの分離板(5) によって中程まで上下に区
画され、混合物導入管側には内部の分離用空間部(S) 上
下を結ぶ連通路(7) が形成されている。この連通路の幅
は（Ｗ−Ｗ２）となる。

【００１７】混合物導入管(2) から系内すなわち分離用
空間部(S) へと導入された気固混合物は混合物導入管
(2) 、角筒部(1) の上半部分、気体抜出管(3) によって
形成されるＵ字型の通路を方向を変えながら通過すると
きに遠心力によって気体と固体の分離が行われる。遠心
力により分離された固体は前述した連通路(7) を通って
角筒部の下部へと落下して、固体抜出管(4) から系外に
排出される。

【００１８】この場合の遠心力による気固の分離速度は
混合物の線速度によって変化する。線速度が大きければ
分離が速く、分離器がなす通路での１８０度の旋回の初
期に分離が終わってしまう。この場合は分離板(5) の長
さＬを大きくした方が分離効率が高い。これは固体への
遠心力が強く混合物導入管から分離容器に入った混合物
中の固体がほとんど旋回せずに直進するため連通路(7)
を狭くしても大部分の固体が通路を通ることができるか
らであり、かつ分離板が長いことにより分離容器下部か
らの固体の巻き上げが防止できるからである。

【００１９】逆に混合物の線速度が小さいときは分離速
度が遅く、１８０度の旋回の後期にならないと分離が終
了しない。この場合はＷ２を小さくした方が良い。これ
は分離板(5) が長すぎると分離が間に合わない固体が分
離板(5) の上部に入り込んでしまうためである。分離板
(5) が短いと通路が大きくなってしまうが、気体の線速
度が小さいため角筒部(1) 下部からの固体の巻き上げは
問題とならない。

【００２０】分離板(5) の長さＷ２は具体的にはＷを基
準として下式に準じて決定されることが好ましい。Ｗ２／Ｗ＝−０．０００４Ｖ²＋０．０２０１Ｖ＋０．
４４３７；Ｖ：混合物あるいは気体の線速度（ｍ／ｓ）

【００２１】混合物導入管の直径Ｄｍは該分離器に供給
される混合物の流量から、混合物の線速度を適当な値に
するべく決定される。具体的には混合物線速度が３〜４
０ｍ／ｓ、好ましくは５〜２０ｍ／ｓとなるよう調整さ
れる。混合物線速度が３ｍ／ｓより小さいときは分離容
器内での混合物の旋回速度が小さすぎて十分な分離が行
われない。一方混合物線速度が４０ｍ／ｓより大きいと
分離器の磨耗が激しくなって好ましくない。

【００２２】前記気体抜出管の直径Ｄｇは混合物導入管
の直径Ｄｍとほぼ等しいことが望ましい。これは混合比
が大きいときでも体積比で見ると気体の量に比べて固体
の量が非常に小さいため、ＤｍがＤｇと等しければ混合
物あるいは気体の線速度が一定となりスムーズに分離が
行われるからである。ただし混合比が２０以上のときは
ＤｇをＤｍの８０％まで小さくしても差し支えない。

【００２３】固体抜抜出管の直径ＤｓはＤｍの１〜１．
５倍、好ましくは１．２〜１．３倍であることが好まし
い。１倍より小さい場合は固体の抜き出し速度が遅くな
り好ましくない。１．５倍より大きいときは気体の存在
しうる空間が大きくなりすぎ結果的に分離器内の気体の
滞留時間が無駄に大きくなるため好ましくない。

【００２４】混合物導入管(2) 、気体抜出管(3) 、固体
抜出管(4) は必ずしも円筒である必要はなく、断面の等
しい四角柱型の管であっても良い。角柱体の幅ＷはＤｍ
の２．５〜３．５倍、好ましくは３倍であることが好ま
しい。２．５倍より小さいと混合物導入管(2) と気体抜
出管(3) の距離が狭くなりすぎて製造が困難となる。ま
た３．５より大きいと混合物導入管(2) 、角筒部(1) の
上部と気体抜出管(3)で形成する流路がＵ字型を成しえ
なくなり、遠心力がうまく働かず分離効率が低下する。

【００２５】分離容器としての角筒部(1) の奥行きＬは
Ｄｓと等しいことが望ましい。Ｄｓより小さいときは各
導入管、抜き出し管を角筒部(1) に接続できなるからで
あり、Ｄｓより大きいと分離に関係のない無駄な空間を
作ることになり、分離器内の気体の滞留時間が大きくな
るため好ましくない。

【００２６】また、角筒部(1) の高さＨはＤｍの２〜３
倍であることが望ましい。２より小さいと分離板(5) で
仕切られた角筒部(1) 上部の空間が小さくなりすぎ圧力
損失が大きくなるため好ましくない。値が３より大きい
と分離容器内の気体の滞留時間が大きくなるため好まし
くない。

【００２７】前記分離板(5) が挿入される位置は該角筒
部(1) と分離板(5) の距離がＤｍの１〜１．５倍となる
よう決められることが望ましい。１より小さいと分離板
(5)で仕切られた角筒部(1) 上部の空間が小さくなりす
ぎ圧力損失が大きくなるため好ましくない。１．５より
大きいと分離容器内の気体の滞留時間が大きくなるため
好ましくない。

【００２８】角筒部(1) の底面がなす斜面(6) の水平面
との角度θは使用する固体の安息角θ’より５〜１０度
大きいことが好ましい。θが小さすぎると固体の固体抜
き出し管への流れが妨げられ好ましくない。θが大きす
ぎると結果的にＨが大きくなり気体の滞留時間が大きく
なるため好ましくない。

【００２９】斜面(6) の形成方法としては、図２にて示
すように角筒部(1) の底面は水平面に製造し、そこに三
角形の耐浸食性のあるライニング材を固設することで達
成しても良い。特にこの手法は混合物導入管側の斜面
(6) 部分は稼働時に固体の衝突が多いから浸食を防ぐ意
味でも好ましい。

【００３０】以下、本発明を適用した実施例で実際に得
られた実験結果を挙げる。各例においては第１図に示す
好ましい形態のものであって各部の寸法が下記第１表に
示すような数値である分離器群を使用した。固体には重
質油からガソリンを製造する流動接触分解装置に使用さ
れている触媒を用いた。この触媒の平均粒径は63ミクロ
ン、カサ比重は0.85g/cm³である。また、気体には常温
の空気を用いた。混合比は２０であった。

【００３１】

【表１】

【００３２】〔実施例１〕；表１に示した各部寸法の分
離器で得られた結果は、上記条件下で気体の線速度４、
１０、２０ｍ／ｓに対して分離効率は夫々９０、８８、
８６％であった。また分離器内の気体の滞留時間は夫々
０．０７、０．０２２、０．０１１秒であった。

【００３３】〔実施例２〕；分離板の長さＷ２を70mmと
した他は全て実施例１と同様な条件で実験を行った。こ
のとき気体の線速度４、１０、２０ｍ／ｓに対して分離
効率は９１、８９、８５％であった。また分離器内の気
体の滞留時間は０．０７、０．０２５、０．０１３秒で
あった。

【００３４】〔実施例３〕；分離板の長さＷ２を60mmと
した他は全て実施例１と同様な条件で実験を行った。こ
のとき気体の線速度４、１０、２０ｍ／ｓに対して分離
効率は９３、８６、７９％であった。また分離器内の気
体の滞留時間は０．０８、０．０３、０．０１５秒であ
った。

【００３５】〔比較例１〕；実施例１と各部の寸法が同
一で容器１の底面が水平な分離器を使用した。この例で
は分離容器１の底面には固体が堆積し、静止床を形成し
た。この部分からの固体の巻き上げが増加したため分離
効率は低下し、７０％に留まった。

【００３６】以上説明した本発明による分離器は粉粒体
状の固体を触媒または熱媒体として気体または液滴と接
触させて反応を行わせる装置において、反応により生じ
た固体と気体生成物の混合物から固体を迅速に分離する
ことにより短反応時間を達成することが望まれる場合に
好ましく用いられる。特に固体供給量が多いか、または
混合比が高い場合により好ましく用いられるもので、例
として重質油の流動接触分解によるガソリンの製造装置
（ＦＣＣ）やＦＣＣよりさらに高温、短接触時間で軽質
オレフィンを製造する装置などがあげられる。

【００３７】本発明の主な利点は気固混合物を１８０度
旋回させることにより迅速に固体の除去を行う点にあ
る。このため分離器内の気体の滞留時間が非常に短い。
また固体抜き出し口が分離容器の下部中央に接続されて
おり、分離容器底面に水平部分が無く固体抜き出し口に
向かって傾斜しているため、固体の抜き出しが非常にス
ムーズである点も本発明の大きな特徴である。このため
固体の供給量あるいは混合比が大きくなっても分離効率
が低下しない。

【００３８】さらに分離容器中央に分離板を設けたこと
に対応して、分離容器下部から気体抜き出し口に向かっ
ての固体のまきあげを防止できる。なお、固体の衝突に
よる磨耗は混合物導入口直下の分離容器底面で激しい
が、この部分を図２で示したのように水平の分離容器底
面と三角形の防護材で形成することにより磨耗による障
害を回避できる。また、分離板の磨耗も同様に激しい
が、分離板自体の厚さを必要に応じて大きくできるので
問題とならない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した如く本発明の気固分離器
は、水平方向断面矩形の鉛直に延びる分離用空間部(S)
を備え一対の対面壁のみが下方で順次狭幅に接近して対
向斜面(A1,A2) を形成し残る一対の対面壁は一定間隔を
保った対向鉛直面(B,B) を形成するとともに上方に前記
分離用空間部(S) を閉塞する天板(8) を有した角筒部
(1)と、この角筒部(1) の下端に連続する筒状一定断面
積の固体抜出管(4) と、同じ角筒部(1) の上端で一方の
対向斜面(A1)に寄って前記天板(8) 一端近傍で開口し前
記分離用空間部(S) に連通する混合物導入管(2) と、残
る対向斜面(A2)に寄って前記天板(8) 他端近傍で開口し
前記分離用空間部(S) に連通する気体抜出管(3) と、前
記分離用空間部(S) 内部に高さ方向略中央部で前記混合
物導入管(2) 下方に略水平に固設された分離板(5) とに
より構成されており、結果、処理対象が高混合比の場合
にも対応でき従前のものに比して装置内の気体の滞留時
間がより短く、固体の除去率も高い気固分離器が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】両図は本発明の気固分離器の一実施例を示して
おり、(a) は分離器の正面断面図、(b) は側面図であ
る。

【図２】本発明気固分離器の他の実施例を示す正面断面
図である。

【符号の説明】

(1) …角筒部、 (2) …混合物導入管、 (3) …気体抜出管、 (4) …固体抜出管、 (5) …分離板、 (8) …天板、 (A1,A2) …対向斜面、 (B,B) …対向鉛直面、 (S) …分離用空間部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子径１〜５００μm の固体粒子と気体
の混合物から粒子を迅速に分離することを目的として設
計され、水平方向断面矩形の鉛直に延びる分離用空間部(S) を備
え一対の対面壁のみが下方で順次狭幅に接近して対向斜
面(A1,A2) を形成し残る一対の対面壁は一定間隔を保っ
た対向鉛直面(B,B) を形成するとともに上方に前記分離
用空間部(S) を閉塞する天板(8) を有した角筒部(1)
と、この角筒部(1) の下端に連続する筒状一定断面積の
固体抜出管(4) と、同じ角筒部(1) の上端で一方の対向
斜面(A1)に寄って前記天板(8) 一端近傍で開口し前記分
離用空間部(S) に連通する混合物導入管(2) と、残る対
向斜面(A2)に寄って前記天板(8) 他端近傍で開口し前記
分離用空間部(S) に連通する気体抜出管(3) と、前記分
離用空間部(S) 内部に高さ方向略中央部で前記混合物導
入管(2) 下方に略水平に固設された分離板(5) とを具備
したことを特徴とする気固分離器。
【請求項２】前記混合物導入管(2) が円筒状であり、
前記分離板(5) はその一端が気体抜出管側の対向斜面に
接しており、且つ（Ｗ：該分離容器の幅、Ｄｍ：該混合
物導入管の直径）である時にその延出長さが（Ｗ／２）
〜（Ｗ−Ｄｍ）である請求項１に記載の気固分離器。
【請求項３】導入される混合物の流量Ｑに基づいて混
合物導入管の直径Ｄｍが次式、Ｖ＝４Ｑ／（Ｄｍ²π），３ｍ／ｓ≦Ｖ≦４０ｍ／ｓただしＤｍの単位はｍ、Ｑの単位はｍ³／ｓなる関係を
満たすように直径Ｄｍが決められている請求項２に記載
の気固分離器。
【請求項４】前記気体抜出管の直径Ｄｇを、Ｄｇ＝Ｄｍとした請求項２に記載の気固分離器。
【請求項５】該分離容器の高さＨが、Ｈ＝Ｄｍ×Ｃ２≦Ｃ≦３なる関係を満たす請求項２に記載の気固分離器。
【請求項６】前記分離用空間の幅Ｗが、Ｗ＝Ｄｍ×Ｂ、（但し、２．５≦Ｂ≦３．５）なる関係を満たす請求項２に記載の気固分離器。
【請求項７】分離板の長さＷ２がＷを基準として下
式；Ｗ２／Ｗ＝−０．０００４Ｖ²＋０．０２０１Ｖ＋０．
４４３７ただしＶは混合物あるいは気体の線速度（ｍ／ｓ）を満
たすよう決められている請求項６に記載の気固分離器。
【請求項８】前記固体抜き出し管の直径Ｄｓが、Ｄｓ＝Ｄｍ×Ａ１≦Ａ≦１．５なる関係を満たす請求項２に記載の気固分離器。
【請求項９】該分離容器の奥行きＬが、Ｌ＝Ｄｓなる関係を満たす請求項８に記載の気固分離器。