JPH11179241A - サイクロン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補集効率が高く、しかもサイクロンの内部を
外部から遮断するシール機構に回動部分を有しないサイ
クロンを提供する。 【解決手段】 本サイクロン５０は、上端部を端壁６０
で閉止した上部円筒部５２と、上部円筒部から下方に延
在する逆円錐状部５４とを胴体として備え、胴体内で気
流から同伴粉塵を分離する。サイクロンは、逆円錐状部
の下端から垂下し、下端に開口６６を有する小径の下部
円管部６８と、上部円筒部の端壁６０を貫通し長手方向
中心線に沿って垂下して下部円管部の上端部の極く近傍
まで垂下して下端開口７４を有する気体導入管７０とを
備えている。気体導入管から気体を導入し、下端開口か
ら下部円管部内に向かって流出させてエジェクタ効果を
発生させる。これにより、サイクロン内の圧力が低くな
ってサイクロン外との間に差圧が発生し、分離した粉塵
を下部円管部内に粉塵層として保持してサイクロン内外
を遮断する。また、サイクロン内の減圧により補集効率
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気流から同伴粉塵
を分離するサイクロンに関し、更に詳細には、ディップ
レグ又は機械的シール機構を有せず、しかも補集効率の
高いサイクロンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サイクロンは、気流から同伴粉塵を分離
する最も簡単な機構の分離装置として、特に気流から微
細な固体粒子を集塵する機械式集塵器として種々の分野
で多用されている。例えば、原料油を接触分解するＦＣ
Ｃ装置で使用される触媒の再生処理を施す触媒再生塔で
も、触媒のコークを燃焼させて生じた排ガスを触媒再生
塔から流出させる前に排ガスから触媒又は触媒の破損微
粒子を捕捉するために、サイクロンが、触媒再生塔の塔
頂に設けられている。

【０００３】ここで、一例として、図２を参照して、触
媒循環式流動接触分解試験装置の触媒再生塔及び触媒再
生塔に設けられた従来のサイクロンの構成及び機能を説
明する。図２は触媒再生塔及び触媒再生塔に設けられた
従来のサイクロンの構成を示す模式図である。触媒再生
塔１０は、ＦＣＣ反応試験装置の反応塔内でＦＣＣ反応
に寄与する間に触媒上にコークが堆積した結果、触媒活
性の低下した触媒を再生する装置であって、触媒活性の
低下した触媒を収容し、導入した空気で触媒のコークを
燃焼して触媒活性を再生する。触媒再生塔１０は、図２
に示すように、上部から下方に順次設けられた、上部円
筒部１２、逆円錐状部１４及び小径の下部円筒部１６か
ら構成されている。

【０００４】小径の下部円筒部１６の上部には、触媒活
性の低下した再生すべき触媒を導入する触媒導入管１８
が接続されている。下部円筒部１６の下部には触媒に付
着したコーク燃焼用の空気を導入する空気導入管２０、
及び導入した空気を下部円筒部１６内に分散、流入させ
る分散板２２、及び分散板２２から小径円筒部１６の底
部を貫通して垂下する触媒抜き出し管２４が設けてあ
る。触媒導入管１８により連続して導入された触媒は、
分散板２２上に滞留する。分散板２２から分散流入した
空気は、分散板２２上の触媒層を流動化しつつ触媒に付
着したコークを燃焼して触媒活性を回生させる。触媒活
性の回生した再生触媒は、触媒抜き出し管２４から連続
して抜き出される。上部円筒部１２内には、サイクロン
２６が設けられ、触媒及び触媒破損微粒子（以下、簡単
に触媒微粒子と言う）を分離した後に排ガスを排ガス排
出管２８を経由して流出させる。

【０００５】従来のサイクロン２６は、図２に示すよう
に、サイクロン２６の下部に集塵管３０を備え、排ガス
排出管２８に連通するサイクロン２６内の分離室３２を
触媒再生塔１０の雰囲気から遮断するために、集塵管３
０を下方に長く垂下させて触媒再生塔１０の下部円筒部
１６の触媒流動層に浸漬させている。このような主人管
３０を有するサイクロンをディップレグ式サイクロンと
言う。

【０００６】ディップレグ式サイクロンに代わるシール
機構として、例えば、図３に示すようなフラッパ弁を備
えたものがある。図３はフラッパ弁式サイクロンの要部
の構成を示す模式図である。フラッパ弁３４は、図３に
示すように、比較的短い集塵管３６の下端に設けられて
いる。弁板３５は、回転軸３８の回りに回動自在に取り
付けられ、回転軸３８に関し集塵管３６の反対側にカウ
ンタウエイト４０を備えている。これにより、分離室４
２内で分離され集塵管３６内に堆積した触媒層の高さが
低いときには、カウンタウエイト４０の作用により、フ
ラッパ弁３４は、その弁板３５が集塵管３６の下端開口
に接触して閉止している。集塵管３６内に触媒が堆積し
て触媒層の高さが高くなって、触媒層の重量がカウンタ
ウエイト４０に打ち勝ったときに、カウンタウエイト４
０とバランスした状態でフラッパ弁３４は、適度の開口
で開口して、触媒を下方に落下させると共に、集塵室３
６内に堆積した触媒層により触媒再生塔１０の雰囲気か
らサイクロンの分離室４２を遮断している。また、フラ
ッパ弁の他に、ダンパー形式、ロータリバルブ形式のシ
ール機構もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、サイクロンの
分離室を外部から遮断するために、従来のサイクロンに
設けられていたシール機構には、以下のような問題があ
った。ディップレグ式のシール機構は、触媒流動層内に
浸漬しているディップレグが触媒により磨耗するため
に、修理したり、交換したりすることが度々必要になる
という問題があった。また、ディップレグ式のサイクロ
ンでは、触媒流動層からディップレグの下端開口を経て
ディップレグ内に流入した気体により、ディップレグに
堆積した触媒微粒子が吹き飛ばされて気流流出口から気
流と共に外部に流出するために、補集効率が低く、流出
する気流中の触媒微粒子の含有率が高いという問題もあ
った。一方、フラッパ弁等の機械的シール機構は、浮遊
微粒子がフラッパ弁等に付着したりして、浮遊微粒子の
多い高温の使用環境の点から、十分に機能することが難
しかった。以上の説明では、触媒再生塔に設けられたサ
イクロンを例にして説明しているが、他の用途で用いら
れているサイクロンについても、同様の問題があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、補集効率が高
く、しかもサイクロン内部を外部から遮断するシール機
構に回動部分を有しないサイクロンを提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るサイクロンは、上端部を端壁で閉止し
た上部円筒部と、上部円筒部の下端縁に連結して下方に
延在する逆円錐状部とを胴体として備え、胴体内で気流
から同伴粉塵を分離するサイクロンであって、逆円錐状
部の下端開口に接続して垂下し、下端に開口を有する小
径の下部円管部と、胴体壁を貫通して胴体内に入り、下
部円管部の上端部の極く近傍まで垂下して下端に開口を
有する気体導入管とを備え、気体導入管から気体を導入
し、下端開口から下部円管部内に向かって流出させるよ
うにしたことを特徴としている。

【００１０】本発明では、気体導入管から気体を導入
し、下端開口から下部円管部内に向かって流出させるこ
とにより、気体導入管から流出した気体流れのエジェク
タ効果によって、気体導入管の下端開口付近が減圧され
て圧力が低くなる。この結果、下部円管部の上端部付近
の内圧が下端開口の外の圧力、即ちサイクロン胴体外の
圧力より低くなって、下部円管部の垂下方向とは逆方向
の差圧が生じる。これにより、サイクロンにより分離し
た粉塵を下部円管部内に粉塵層として保持し、サイクロ
ンの胴体内を外部から遮断すると共に下部円管部を集塵
室として機能させる。また、気体導入管の下端開口付近
での減圧効果が波及してサイクロン胴体内が減圧にな
り、気流導入口から流入し、回転を与えられた粉塵同伴
気流が逆円錐状部で反転するので、気流流出管から出て
行くときの気流中の同伴粉塵を抑止することができる。
更には、サイクロンにより捕集された粉塵は、下部円管
部（集塵室）から気流流出管への吹き抜けを起こすこと
なく下部円管部から下方に排出されるので、サイクロン
の粉塵捕集効率を向上させることができる。本発明で、
気体導入管から導入する気体の種類に制約はなく、例え
ば空気、窒素ガス等を導入する。

【００１１】気体導入管の導入経路には、基本的には、
制約はないが、好適な実施態様では、同伴粉塵を分離し
た後の気流を流出させる気流流出管が、流出口を外部に
有し、上部円筒部の上端部の端壁を貫通して上部円筒部
の長手方向中心線に沿って垂下し、上部円筒部と逆円錐
状部との連結位置より上方に下端開口を有する管体とし
て形成され、粉塵を同伴した気流を導入する気流導入口
が、気流流出管の下端開口より上方の位置で、胴体壁の
接線方向に気流を導入するように上部円筒部に設けら
れ、気体導入管が、上部円筒部の端壁を貫通し上部円筒
部の長手方向中心線に沿って垂下している。

【００１２】上述の好適な実施態様の場合、好適には、
下部円管部の長さは下部円管部の内径の５倍以上、更に
好ましくは１５〜２０倍であり、かつ、気体導入管の下
端開口と下部円管部の上端との間隔は、下部円管部の内
径の０．２〜２．８倍、更に好ましくは１〜２倍であ
る。下部円管部の長さが下部円管部の内径の５倍以下で
あると、堆積した粉塵が落下し易くなって粉塵層を形成
することが難しくなり、シール効果が低くなる。また、
気体導入管の下端開口と下部円管部の上端との間隔が、
下部円管部の内径の０．２〜２．８倍の範囲外である
と、気体導入管から流出した気体流によるエジェクタ効
果が低くなり、本発明の効果が小さくなる。

【００１３】上述の好適な実施態様の場合、更に好適に
は、気体導入管の外径が気流流出管の内径の１／１０〜
１／２、更に好ましくは３／２０〜１／５であり、か
つ、下部円管部の内径が気流導入管の内径の２〜７倍、
更に好ましくは３〜５倍である。気体導入管の外径が気
流流出管の内径の１／２を超えると、気流流出管により
外部に流出する気流の流れを阻害し、気体導入管の外径
が気流流出管の内径の１／１０以下では径が細すぎる。
また、下部円管部の内径が気流導入管の内径の２倍より
細いと堆積した粉塵により閉塞し易く、７倍より太いと
粉塵が下方に落下し易くシール効果が低くなる。

【００１４】気体導入管内の気体の流速が、２０〜１２
０ｍ／秒の範囲にある。気体の流速が、２０ｍ／秒以下
では、エジェクタ効果が低くなり、逆に１２０ｍ／秒以
上にしてもエジェクタ効果はそれ程高くならない。

【００１５】以上の特定した数値の寸法を有するサイク
ロンでは、気体導入管の下端開口付近とサイクロン外の
圧力差は、２０〜１５０mm水柱に達する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係るサイクロンの実施形態の
一例であって、図１（ａ）は本実施形態例のサイクロン
の構成を示す縦断面図、図１（ｂ）は矢視Ｉ−Ｉでの横
断面図である。本実施形態例のサイクロン５０は、上部
円筒部５２と、上部円筒部５２の下端縁に連結して下方
に延在する逆円錐状部５４とを胴体として備え、胴体内
で気流から同伴粉塵を分離し、同伴粉塵を分離した気流
を流出させるサイクロンである。本実施形態例では、同
伴粉塵を触媒微粒子としている。

【００１７】触媒微粒子等の同伴粉塵を分離した気流を
流出させる気流流出管５６が、流出口５８を外部に有
し、上部円筒部５２の上端部の端壁６０を貫通して上部
円筒部５２の長手方向中心線に沿って垂下し、上部円筒
部５２と逆円錐状部５４との連結位置６１より上方に下
端開口６２を位置させている。また、粉塵を同伴した気
流を導入する気流導入口６４が、気流流出管５６の下端
開口６２より上方の位置で、胴体壁の接線方向に気流を
導入するように上部円筒部５２に設けられている。逆円
錐状部５４の下部には、その下端開口に接続して垂下
し、下端に開口６６を有する小径の下部円管部６８が設
けられている。更に、気流とは別に気体をサイクロン５
０の下部に導入する気体導入管７０が、外部から上部円
筒部５２の端壁６０を貫通し上部円筒部５２の長手方向
中心線に沿って下部円管部６８の上端部７２の極く近傍
まで垂下し、下端に開口７４を有する。

【００１８】実施例 本実施例は、触媒再生条件として、再生温度を６５０℃
及び再生空気の導入量を１０リットル／分とした触媒再
生塔１０（図２参照）に設けた、上述の実施形態例のサ
イクロン５０の具体的な例であって、サイクロン５０の
寸法として、サイクロン直径を３２mmとする井伊谷型接
線入口形式サイクロンの標準寸法を採用し、本発明に係
る要部を以下の寸法としている。尚、井伊谷型接線入口
形式サイクロンの標準寸法は、図４（ａ）及び（ｂ）に
示す通りである。 上部円筒部５２ ：高さ（Ｄ）３２mm 気体導入管７０ ：外径２mm、内径０．５mm 導入気体 ：窒素ガス、速度を８５ｍ／秒 下部円管部６８ ：内径２mm、長さ３２mm 気体導入管７０の下端開口７４と 下部円管部６８の上端との間隔：３．２mm

【００１９】本実施例のサイクロン５０を使用した触媒
再生塔１０は、順調に運転を続行することができ、触媒
分離に関して問題はなかった。本実施例のサイクロンで
は、サイクロン５０を経由して触媒再生塔１０から流出
した排ガスに同伴された粉塵量を測定したところ、粉塵
量は０．０６ｇ／時間であった。一方、本実施例と同じ
標準寸法を有する従来のディップレグ式サイクロン２６
（図２参照）を触媒再生塔１０に取り付け、排ガスに同
伴された粉塵量を測定したところ、３．１２ｇ／時間で
あった。これから判るとおり、本実施例のサイクロン
は、従来のサイクロンに比べて遙に高い補集効率を示し
ている。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、サイクロン胴体から垂
下し、下端に開口を有する小径の下部円管部と、胴体壁
を貫通して胴体内に入り、下部円管部の上端部の極く近
傍まで垂下して下端開口を有する気体導入管とを備え、
気体導入管から気体を導入し、下端開口から下部円管部
内に向かって流出させて、エジェクタ効果を発生させ
る。これにより、下部円管部の上端でのサイクロン内の
圧力が低くなってサイクロン外との間に差圧が生じ、サ
イクロンで分離した粉塵を下部円管部内に粉塵層として
保持することができるので、ディップレグ又はフラッパ
弁等を備えることなく、サイクロン内外を粉塵層により
シールすることができる。また、従来のディップレグ式
サイクロンで生じていたような集塵室から出口管への吹
き抜けを引き起こすことなく、サイクロンにより捕集さ
れた粉塵を集塵できるので、サイクロンの粉塵捕集効率
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本実施形態例のサイクロンの構成
を示す縦断面図、図１（ｂ）は矢視Ｉ−Ｉでの横断面図
である。

【図２】触媒再生塔及び触媒再生塔に設けられた従来の
サイクロンの構成を示す模式図である。

【図３】フラッパ弁式サイクロンの要部の構成を示す模
式図である。

【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、井伊谷型
接線入口形式サイクロンの標準寸法を示す図である。

【符号の説明】

１０ 触媒再生塔 １２ 上部円筒部 １４ 逆円錐状部 １６ 下部円管部 １８ 触媒導入管 ２０ 空気導入管 ２２ 分散板 ２４ 触媒抜き出し管 ２６ サイクロン ２８ 排ガス排出管 ３０ 集塵管 ３２ 分離室 ３４ フラッパ弁 ３６ 集塵管 ３８ 回転軸 ４０ カウンタウエイト ５０ 実施形態例のサイクロン ５２ 上部円筒部 ５４ 逆円錐状部 ５６ 気流流出管 ５８ 流出口 ６０ 端壁 ６２ 下端開口 ６４ 気流導入口 ６６ 開口 ６８ 下部円管部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 孝夫 埼玉県幸手市権現堂1134−２ 株式会社コ スモ総合研究所研究開発センター内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上端部を端壁で閉止した上部円筒部と、
   上部円筒部の下端縁に連結して下方に延在する逆円錐状
   部とを胴体として備え、胴体内で気流から同伴粉塵を分
   離するサイクロンであって、 逆円錐状部の下端開口に接続して垂下し、下端に開口を
   有する小径の下部円管部と、 胴体壁を貫通して胴体内に入り、下部円管部の上端部の
   極く近傍まで垂下して下端に開口を有する気体導入管と
   を備え、気体導入管から気体を導入し、下端開口から下
   部円管部内に向かって流出させるようにしたことを特徴
   とするサイクロン。
2. 【請求項２】 同伴粉塵を分離した後の気流を流出させ
   る気流流出管が、流出口を外部に有し、上部円筒部の上
   端部の端壁を貫通して上部円筒部の長手方向中心線に沿
   って垂下し、上部円筒部と逆円錐状部との連結位置より
   上方に下端開口を有する管体として形成され、 粉塵を同伴した気流を導入する気流導入口が、気流流出
   管の下端開口より上方の位置で、胴体壁の接線方向に気
   流を導入するように上部円筒部に設けられ、 気体導入管が、上部円筒部の端壁を貫通し上部円筒部の
   長手方向中心線に沿って垂下していることを特徴とする
   請求項１に記載のサイクロン。
3. 【請求項３】 下部円管部の長さは、下部円管部の内径
   の５倍以上であり、かつ、気体導入管の下端開口と下部
   円管部の上端との間隔は、下部円管部の内径の０．２〜
   ２．８倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載
   のサイクロン。
4. 【請求項４】 気体導入管の外径が気流流出管の内径の
   １／１０〜１／２であり、かつ、下部円管部の内径が気
   流導入管の内径の２〜７倍であることを特徴とする請求
   項１から３のうちのいずれか１項に記載のサイクロン。
5. 【請求項５】 気体導入管内の気体の流速が、２０〜１
   ２０ｍ／秒の範囲にあることを特徴とする請求項１から
   ４のうちのいずれか１項に記載のサイクロン。