JPS6139494B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、流動接触分解プロセスの高温高圧の
排ガスから動力を回収する動力回収タービンの運
動方法に関するものである。 近年、省エネルギの観点から、従来は見捨てら
れていた高温高圧の流体からエネルギを回収する
装置の開発が行なわれている。 例えば、流動接触分解装置の再生塔から発生す
る２〜３Kgf/cm²G程度の圧力を持つた大量のガス
により、動力回収用のタービンであるエキスパン
ダを駆動して得られたエネルギを回収して圧縮機
駆動や発電機駆動に利用することが行なわれてい
る。 このような従来のものの例を第１図に示せば、
４は流動接触分解装置の再生塔であり、発生した
高温高圧（例えば550℃、2.4Kgf/cm²A程度）の排
ガス（燃焼ガス）は、流路ｃに導かれ、分岐して
一方は流路ｄにより入口圧力制御機構である入口
弁１１を介してエキスパンダ１に導かれる。分岐
した他方の排ガスは流路ｆに導かれ、バイパス流
量制御機構であるバイパス弁１２を介して排出用
の流路ｇに導かれる。 ２は流路ａより空気を吸入して圧縮して流路ｂ
を経て再生塔４に供給するための空気圧縮機であ
り、両軸駆動型で、一方の軸はエキスパンダ１に
より駆動され、他方の軸は補助駆動機である電動
機３により駆動されるようになつている。補助駆
動機としては蒸気タービンを用いることもある。 電動機３は、このシステムを起動するとき、及
び定常運転時において空気圧縮機２の所要動力の
うちエキスパンダ１によつてまかないきれない分
の動力を補うために使用される。また、エキスパ
ンダ１の出力が空気圧縮機２の所要動力よりも大
きいときは、その余剰分だけ発電して電力として
回収する、いわゆるモータ発電機として用いられ
る場合もある。 この系においては、空気圧縮機２は、流路ａよ
り大気を吸入し、流路ｂを経て、再生塔４へ圧縮
空気を供給する。ここで触媒のコーク分を燃やし
て発生した大量の燃焼ガスは、流路ｃを経て、流
路ｄ又はｆへ、又は双方へ流れる。 このような動力回収タービン装置において、従
来は、再生塔４の発生ガス量に変動があつても、
再生塔４の内部圧力は一定に保たれねばならない
と考え、入口弁１１及びバイパス弁１２を再生塔
４内圧力が一定となるように制御していた。この
ために、再生塔４内の圧力を検出し調節する圧力
調節器２１が設けられ、その信号ｈにより入口弁
１１及びバイパス弁１２が制御されるようになつ
ている。しかし、このような再生塔４内の圧力一
定の制御により、発生ガス量が少ない場合に、か
えつて補助の電動機３の消費電力が増大し、また
発生ガス量が多い場合には無駄に捨てられる排ガ
スエネルギが多くなる、など有効な動力の回収が
行なわれないという欠点があつた。 この欠点につき以下数値例も用いて説明する。 上記のシステムは、通常はバイパス弁１２は全
閉であり、ガスは全量が流路ｄを経て入口弁１１
から流路ｅよりエキスパンダ１へ流入する。ここ
で動力を発生し、圧力の下がつたガスは流路ｇに
排出される。この際入口弁１１は、ガス量やコー
クス量が変つても再生塔４の圧力が一定に保たれ
るように、圧力調節器２１により調節される。圧
力調節器２１からの信号ｈはスプリツトレンジさ
れて、入口弁１１のほかにもバイパス弁１２へも
入力しており、ガス量が予想より大量となり、入
口弁１１が全開になつても流しきれず、再生塔４
内の圧力が高くなり過ぎるような場合に、自動的
にバイパス弁１２が開いて再生塔４の内圧を調節
するようになつている。 このような制御の場合の、ガス流量、各部圧力
などについて数値例を用いて説明する。 ここで理解を容易にするため、ガスエキスパン
ダ１は一定の開口を持つたオリフイスと考えると
よい。排気圧力は略大気圧に等しく一定であるの
で、エキスパンダ１を流れることができるガスの
重量流量は、ガス温度が一定であれば（流動接触
分解装置では、再生塔の運転温度は略一定であ
る）エキスパンダ１の入口圧力によつて決まるこ
とになる。例えば、再生塔４の設定圧力が3.1Kg
ｆ／cm²Ａで適正な入口弁１１の圧力損失（制御に必
要な最小圧力差）が0.1Kgf/cm²であるとすれば、
エキスパンダ１の設計入口圧力は3.0Kgf/cm²Aとす
ればよい。簡単のため配管圧力損失などはゼロと
する。このときの流量が100T/hrであるとする。 この条件に合わせて設計されたエキスパンダ１
において、再生塔４の発生ガス量が80T/hrに減
少した場合を仮定すると、エキスパンダ１の開口
が80T/hrに対しては大き過ぎるので、入口弁１
１を絞らなければ、再生塔４の圧力は略2.5Kgf/
cm²Ａ（エキスパンダ１の入力圧力2.4Kg/cm²A＋入
口弁１１の圧力差0.1Kgf/cm²）に降下してしま
い、必要な設定圧3.1Kgf/cm²Aが得られない。これ
を防ぐために、圧力調節器２１が作動して入口弁
１１を絞り、入口弁１１の前圧即ち再生塔４の圧
力が3.1Kgf/cm²Aになるようにする。即ち、入口弁
１１は0.7Kgf/cm²の圧力損失を与えることにな
る。 逆に、ガス流量が120T/hrに増加した場合を仮
定すると、バイパス弁１２が開かなければ、再生
塔４の圧力は3.7Kgf/cm²A（エキスパンダ１の入口
圧力3.6Kgf/cm²A＋入口弁１１の圧力差0.1Kgf/
cm²）に上昇してしまい、必要な設定圧3.1Kgf/cm²A
が得られない。これを防ぐために、圧力調節器２
１が作動してバイパス弁１２を開き、余剰分の20
T/hrのガスをバイパスして排出せしめる。 このような従来の例においては、ガス量が設計
値より少ない場合、ガス温度が設計値より低い場
合など、エキスパンダ１の入口の体積流量を少と
するような条件では、再生塔４の圧力を予め定め
られた設定値に保つために、入口弁１１を調節弁
として必要な最小差圧、例えば0.1Kgf/cm²以上に
絞り込まなければならない。一方では空気圧縮機
２の所要動力は変らないが、他方において、上記
の動作によりエキスパンダ１の出力が減少するの
で、電動機３のバツクアツプ量を多くせねばなら
ず、電力の消費量はかえつて増大する結果となつ
た。 また、ガス量が多い場合、ガス温度が高い場合
など、エキスパンダ１の入口体積流量を大とする
ような条件では、バイパス弁１２を開いて過剰な
ガスをバイパスして排出することにより、折角再
生塔４から発生して収集したガスのエネルギの一
部を無駄に捨てることとなつていた。 従つて、例えば流動接触分解装置を改造して容
量を増大した際には、エキスパンダがそのままの
容量であるとガスを無駄に大量にバイパスで排出
せねばならないと考えられ、エキスパンダの容量
増大のための改造が必要であつた。また、製品の
需要が減り、発生ガス量が減少した時には入口弁
を絞ることになり、大きな圧力差による無駄な損
失を生ずるものであつた。 即ち、従来は再生塔４内の圧力については圧力
が反応および再生塔内の触媒の飛散に対して重要
なる影響を及ぼすと考えられ、圧力を一定に保た
なければ安定した反応が行なわれず、例えば再生
率が一定にならない、と考えられ、又、再生塔内
の触媒の飛散が増加するおそれがあると考えられ
ている。したがつて、定圧制御を重んじるあまり
に、入口弁１１及びバイパス弁１２を必要以上に
開閉制御して圧力損失又はバイパス損失をもたら
すものであつた。 発明者らは、従来のものの上記の欠点を改良す
るため研究を重ね、流動接触分解プロセスにおい
ては、再生塔の中の反応を正常に保ち、又触媒の
飛散を増加させないための再生塔の圧力には十分
な圧力範囲があることを確かめ、この研究によつ
て得られた知見に基づいて本発明がなされたもの
である。 本発明は、タービン入口における入口圧力制御
機構の圧力差を最少限に、又はバイパス流量制御
機構の流量を最少限になるように流動接触分解プ
ロセスの再生塔内の圧力の最適な設定圧を決める
ことにより、従来のものの上記の欠点を除き、ガ
ス流量の変動に対しても補助動力の節減、ガスの
無駄な流失損失の抑制をはかつて効率のよい動力
回収を行なうことができ、かつガス排出容量の大
幅な設計変更に対しても機器の大幅な改造を不要
とすることが可能な動力回収タービンの運動方法
を提供することを目的とするものである。 本発明は、流動接触分解プロセス中の排ガス発
生部から排ガスを排ガス流路にて導き、該排ガス
流路を分岐して、一方の排ガス分岐路により排ガ
スを入口圧力制御機構を介してタービンに導くよ
う構成して動力回収経路を形成し、他方の排ガス
分岐路により排ガスをバイパス流量制御機構を介
して排出路に導くよう構成してバイパス系路を形
成した動力回収タービンにおいて、前記入口圧力
制御機構により、該入口圧力制御機構の前後の差
圧が最小となるように、かつ前記バイパス流量制
御機構により、該バイパス流量が最少（ゼロを含
む）となるように前記流動接触分解プロセスを安
定して制御するに必要な圧力範囲において前記流
動接触分解プロセスの再生塔内の圧力の最適な設
定圧を選定することを特徴とする動力回収タービ
ンの運転方法である。 本発明を実施例につき図面を用いて説明すれ
ば、第２図において、入口弁１１及びバイパス弁
１２の制御系統に開度調節器２２と演算器２３が
加えられている。圧力調節器２１の設定値は開度
調節器２２から発信される制御信号ｉによつて設
定されるようになつており、圧力調節器２１及び
開度調節器２２がカスケード制御系を構成してい
る。開度調節器２２は人口弁１１の開度を、許容
される範囲でできるだけ最少の圧力差になるよう
な大きな開度に調節するためのもので、入口弁１
１の開度を検知してもよく、又圧力降下を差圧計
により検知してもよい。また第３図に示す実施例
の如く、入口弁１１及びバイパス弁１２の開度を
決める制御信号ｈを検知してもよい。検知により
信号を発し演算器２３に送る。 一方、再生塔４内の反応を安定せしめてほぼ一
定の再生率を得てプロセスの運転に許容される範
囲内に入れるためには、前述の如く再生塔４内の
ガスの空塔速度をほぼ一定に、例えば±10％程度
にすることが必要である。即ち再生塔４内のガス
の体積流量を上記の程度にほぼ一定に保つことが
必要となる。 流量発信器２４は、再生塔４内のガスの体積流
量（即ち空塔速度）がほぼ所定の設定値になるよ
うに調節するためのもので再生塔４内のガスの体
積流量の検出、又は流路ｂにおける体積流量の検
出を行ない、信号を演算器２３に送る。 しかして開度調節器２２及び流量発信器２４か
らの信号を演算器２３にて受けてガス流量に対し
て所定の圧力の関係を演算し、再生塔４の内圧の
設定値（或る幅を持つた許容範囲）を求めて圧力
調節器２１に送り、検出された再生塔４の内圧と
の比較を行ない、設定値（許容範囲）に入つてい
れば、バイパス弁１２を最小開度（ゼロを含む）
に、入口弁１１を最大開度に保つ。 再生塔４の圧力制御を、入口弁１１による圧力
降下方式ではなく、バイパス弁１２によるバイパ
ス量調節方式によつて行なう場合は、開度調節器
２２はバイパス弁１２に設けられ、同様な制御が
行なわれる。 開度調節器２２の応答性は、通常圧力調節器２
１、入口弁２２、バイパス弁１２の応答性より充
分遅くすることにより、この系の安定した運転が
可能となる。 従つて、場合によつては、開度調節器２２の代
りに人間が入口弁１１又はバイパス弁１２の開度
を観察し、最適開度になるように圧力調節器２１
の設定値を変えることもできる。 上記の実施例は、以上の如く構成され作用する
ので、下記の如き顕著な効果を有する。 (1) 再生塔４への原料供給量の変動などによつて
ガス流量が設計値に対して変動がある場合、エ
キスパンダ流入ガス温度が設計値に対して変動
がある場合など運転条件が設計条件と相異する
場合に、その相異に基づいて行なわれる入口弁
１１の絞りによる圧力損失、又はバイパス弁１
２の操作による流失損失を著しく少なくし、
又、ガス流量減少時における補助駆動機の動力
を低減せしめることができる。 ガス流量が±10％変動した場合における諸数
値を、従来の運転方法と、本発明の実施例によ
る方法と比較して第１表に示す。

【表】 本発明の実施例による方法の方が補助動力を
大幅に減らすことができる。 (2) 流動接触分解装置が将来改造により容量を増
すようなとき、上記実施例による運転方式の考
え方を採用してガスエキスパンダを設計し、空
気圧縮機を計画しておけば（将来の大容量の条
件で設計したものを、現在の小容量で部分負荷
的に運転した場合でも、将来高圧になつた場合
でも、サージングせずに運転できるように
等）、エキスパンダを将来作り直さなくても能
率の高い運転をすることができる。 (3) 流動接触分解装置の再生塔４で発生するガス
は侵食性が高く、エキスパンダの動翼を摩耗
し、回収動力が年々低下することは必然的なも
のと考えられているが、本実施例の運転方法に
よれば、総合的システム効率の低下を最小限に
抑えることができる。また摩耗によりオリフイ
ス開口が広がつても、設定圧を下げることによ
り対処でき入口弁を絞る必要がない。 第２図には、再生塔４へ空気を送る空気圧縮機
２がエキスパンダ１で駆動される場合を示した
が、他の形式の場合も同様に、本実施例の運転方
法によりシステムとして効率の良い運転ができ
る。例えば第４図では空気圧縮機２は別の電動機
６によつて駆動され、エキスパンダ１は発電機５
を駆動し、電力として動力を回収している。この
場合も本実施例の運転方法によれば、あるときは
発電機５の出力は従来と変らないが、電動機６の
出力が少なくなり、又、あるときは逆に電動機６
の出力は変らないが、発電機５の発電量が増える
という形でシステムとしての効率が高まる。ま
た、電動機６の出力はかえつて増えてしまうが、
発電機５の発電量はそれを上回つて大きくなると
いう形をとることもある。いずれの場合も、理論
的にもまた実例に即した試算においても、従来の
運転方法と比べて必らずシステム効率は高くな
る。 本発明により、ガスの流量に変動があつても、
補助動力を節減し、圧力損失を軽減し、バイパス
への無駄なエネルギ流失を防ぎ、効率のよい動力
回収を行なうことができ、またガス排出容量に大
幅な設計変更を要する場合でも機器の大幅な改造
を不要とすることが可能な動力回収タービンの運
転方法を提供することができ、実用上、省エネル
ギ上極めて大なる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例のフロー図、第２図は本発明の
実施例のフロー図、第３図及び第４図は本発明の
それぞれ異なる他の実施例のフロー図である。 １……エキスパンダ、２……空気圧縮機、３…
…電動機、４……再生塔、５……発電機、６……
電動機、１１……入口弁、１２……バイパス弁、
２１……圧力調節器、２２……開度調節器、２３
……演算器、２４……流量発信器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動接触分解プロセス中の排ガス発生部から
   排ガスを排ガス流路にて導き、該排ガス流路を分
   岐して、一方の排ガス分岐路により排ガスを入口
   圧力制御機構を介してタービンに導くよう構成し
   て動力回収経路を形成し、他方の排ガス分岐路に
   より排ガスをバイパス流量制御機構を介して排出
   路に導くよう構成してバイパス系路を形成した動
   力回収タービンにおいて、 前記入口圧力制御機構により、該入口圧力制御
   機構の前後の差圧が最小となるように、かつ前記
   バイパス流量制御機構により、該バイパス流量が
   最少（ゼロを含む）となるように前記流動接触分
   解プロセスを安定して制御するに必要な圧力範囲
   において前記流動接触分解プロセスの再生塔内の
   圧力の最適な設定圧を選定することを特徴とする
   動力回収タービンの運動方法。