JPH061209Y2 - 気固分離室 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は流動層を用いて、固体、液体あるいはスラリー
状の廃棄物及び可燃物を熱処理するための気固混相流の
循環装置における気固分離室に関する。

〔従来の技術〕

高速流動層，希薄輸送層あるいは乱流流動層を用い、こ
れにサイクロン等を組合せて高温の粉粒体を循環する回
路を形成し、この回路に供給されるナフサあるいは残渣
油等を接触熱分解する、いわゆるFCCプロセスの各種の
型式が発表されている。これらの公知例の代表として、
ガルフ社の接触分解方式を第５図に示す。第５図におい
てライザー１１、気固分離室１２、ダウンカマー１３、
再生器２２及び傾斜管１５により気固混相流の循環回路
が形成される。気固分離室１２及び再生器２２はそれぞ
れ内蔵サイクロン１９及び２１を有し、固体粒子は再生
器２２の下部において、エアーヒータ１６から供給され
る熱風により加熱された後、傾斜管１５を下降し、次い
でライザー１１を上昇する。この循環回路において、分
解される残渣油等の原料はライザー１１の下部１７及び
その上部から水蒸気と共に供給される。次いでライザー
１１を上昇する間に熱い固体粒子と接触して熱分解さ
れ、さらに気固分離室１２下部のストリッパー２３に供
給される水蒸気により放散されて内蔵サイクロン１９を
経て製品ガスが得られる。一方排ガスは再生器２２の上
部から内蔵サイクロン２１を経て排出される。

このガルフプロセスはライザー１１の各位置に成分の異
なる原料を供給できる効率のよいプロセスであるが、気
固分離室１２及び再生器２２はそれぞれ内蔵サイクロン
１９，２１を有し、かつライザー１１頂部の開口２０が
気固分離室１２の垂直軸線上に設けられ、さらに該開口
２０はスロツト１４を備えている。従って構造が複雑で
あるため、圧力損失が大きく、また操作性が悪い。特に
粘着性物質あるいは灰分を発生する原料を処理する場合
は、これが前記スロツト及び内蔵サイクロン等に付着し
て閉塞させるおそれがある。

このような欠点をなくした気固分離室として第３図，第
４図に示す構造の分離器が知られている。これらのうち
第３図の装置はライザー１の開口10が分離室２の垂直中
心軸上に位置し、かつ直接に上方に向けて開口させたも
のであり、また第４図に示す装置はライザー１の上部を
分離器２に入る手前で曲げ、分離器２内の接続方向に開
口させたものである。このような装置は構造が簡単で付
着の問題がなく粗粒の分離に有利に用いられる。しかし
ながらこれらの分離器は下記のような欠点を有する。

すなわち第３図のような装置では沈降室の塔高を十分に
とらないと塔頂に粒子が衝突するため粒子の分離が悪く
なる。また付着性の粒体の場合は付着堆積するおそれも
生じる。そこでライザー吹き上げ速度に見合う沈降室の
塔高が必要となり、大型化が困難となる問題を生じる。
また第４図のような装置では分離器２の直前の曲管部で
流体の方向転換を行うため、曲管部の内壁と粒子の直接
衝突により摩耗を生じあるいは流体速度の減速のため、
曲管部内壁に粒子の堆積現象が生じ、閉塞の原因とな
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案は以上の問題点を解決し、装置の内壁に固体粒子
の付着や堆積及び摩耗がなく、気固分離室の塔高を低く
した状態でも広範囲の流体速度変化にも適応できる気固
分離室の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本考案の気固分離室が、該気
固分離室の垂直軸線から偏心し、該気固分離室の底部か
ら内壁に沿って鉛直上方にライザーを貫設し、該ライザ
ーの頂部が該ライザーに直交するい水平面に対して３０
〜６０°上向きに傾斜し、かつ排出する気固混相流が該
気固分離室の内壁に沿って旋回する方向に開口している
とともに、ガス排出口を気固分離室の頂部に設けた構成
にしたことを特徴とする。

以下本考案を図により説明する。

第１図は本考案の気固分離室の構造を示す図で、このう
ち(1)は正面図、(2)は(1)のＸ−Ｘ断面図、(3)は(2)の
Ｙ−Ｙ断面図である。また第２図は本考案の気固分離室
の使用状態を示す図である。

第１図の正面図(1)に示すように本考案の気固分離室２
（以下分離室と略称す）は水平方向の断面積を下部方向
に順次先細り状に縮小させ、かつ傾斜させて、その先端
をダウンカマー３に接続すると共に分離室２の直胴部分
の底部にライザー１を分離室２の内壁に沿って上向きに
貫設させ、さらにライザー１は分離室２の直胴部分の中
間位置で曲げると共に、その先端開口１０を、その開口
から排出する気固混相流が分離室２の内壁に沿って旋回
する方向に開口させる。上記ライザー１は第１図(1)に
おけるＸ−Ｘ方向の断面図、第１図(3)に示すようにラ
イザー１の垂直軸線と直交する水平面に対して３０〜６
０°の角度をもって斜め上向きに傾斜させる。換言すれ
ばライザー１の上部はライザー１の垂直軸線に対して上
方に向かって１２０〜１５０°の角度をもって傾斜させ
る。しかしてこの曲管の先端は第１図(2)に示すように
分離室２の内壁に沿って旋回流が生じる方向に開口させ
る。すなわちライザー１の頂部開口１０は、第１図(2)
に示す分離室２の断面内周の同心円Ｚ上に開口する。ま
た縦方向には、この同心円を通り紙面に垂直な仮想円筒
の表面に、該頂部開口１０の中心が位置するように水平
から３０乃至６０°、好ましくは４５°±５°程度の角
度をもって上向きに開口させる。

さらに、気固混相流から固体粒子を分離した後の気体を
系外へ排出するために、気固分離室の頂部にガス排出口
を設けるようにする。

このように構成された本考案の分離室２は下記のように
使用される。

すなわち第２図において分離室２はダウンカマー３、傾
斜管５及びサイクロン４と共に流動層を系する気固混相
流の循環系を構成する。この分離室２はライザー１の内
径の約５倍の内径を有し、流動化ガス吹込み口６より供
給される熱風により循環粒子を加熱すると共に流動化す
る。これにより気固混相流は終末速度の２〜５倍の空塔
ガス速度でライザー１内を上昇する。次いでこの混相流
はラウザー１の頂部曲管の先端開口から分離室２の内壁
に向けて旋回方向に噴射され、遠心力により粒子を分離
室２の内壁に衝突させて分離する。次いで分離した粒子
はダウンカマー３に沈降する。

また該分離室２で捕集できなかった微細粒子は、気固分
離室の頂部に設けたガス排出口８を経てサイクロンに導
かれ、サイクロン４で捕集され、ダウンカマー３に戻さ
れる。この際ライザー１の空塔ガス速度は流動化ガス吹
込み口６におけるガス量の調節により行われ、また、粒
子循環速度は、ガス吹込み口７，７におけるガス量の調
節により調整される。

〔作用〕

以上のように構成された分離室２においてライザー１内
を粒子終末速度以上にガス流速により上昇する気固混相
流は分離室２の中心軸から偏心した位置に、水平面に対
して３０−６０°の角度で、かつ接線方向に吹き付ける
ことにより粗粒子は沈降分離し細粒子も遠心力集塵効果
により同時に捕集分離される。一方向固体粒子を分離し
た残りの気体は、気固分離室の頂部に設けたガス排出口
８より室外へ排出される。

本考案の分離室においてライザーを水平方向から３０〜
６０°の角度で上向きに曲げる。この限定の理由は３０
°未満では、この曲管部において衝突による磨耗、粉体
の付着あるいは圧損の増大等を生成し、またこの傾斜が
60゜を超えれば分離室上部二分体が衝突する傾向が大と
なり、この吹き上げに見合う分離室の高さが必要とな
り、本考案の目的上好ましくない。以上の理由は本考案
におけるライザーは水平方向から３０〜６０°の曲げ角
度とするが特に好ましい範囲は４５±５°程度である。

また本考案においてライザーは分離室の垂直軸線から偏
心させて分離室の内壁に接近させて分離室内に貫設し、
かつライザー頂部開口を水平から３０乃去６０°、好ま
しくは４５°±５°程度上向きに開口させる。これによ
り分離室の内壁への急激な衝突を回避し、そのため圧損
を少なく、かつ良好な分離効率が得られる。このライザ
ー頂部開口の角度範囲外では分離室内における気固混相
流の旋回方向が下向きあるいは上向きに偏って分離効率
を阻害して好ましくない。

〔実施例〕

第２図の装置を用いた実験を行った。この装置仕様とし
てライザー１は４０Ａ（内径38.4mm）、高さ3000mmで、
気固分離室の底部から内壁に沿って鉛直上方に貫設し、
その先端を水平方向から４５°の角度で斜め上向きに傾
斜させるとともに、分離室の内壁に沿って旋回流が生じ
る方向に開口させ、気固分離室２を２００Ａ（内径208.
3mm）、高さ５００mmとし、その頂部にガス排出口を設
け、ダウンカマー３と傾斜管５を６５Ａ（内径７0.3m
m）、傾斜管５の 傾斜角度60゜とする透明塩化ビニル製
の高速循環流動層にケイ砂（▲▼＝0.2mm、ρ_ｓ＝2
485kg/m³、Umf＝0.038、U_t＝1.66m/s）を１２ｋｇ充填
し、常温の空気で運転した。なお、先の記号は以下のこ
とを表わすものである。▲▼：平均粒子径、Ｕmf：
流動開始速度、ρｓ：粒子の真密度、Ｕｔ：粒子終末速
度 まず、ライザーの空塔ガス速度4.6m/s（U_tの2.8倍）の
場合にライザー最下部からのガス量を0.92Nm³／Ｈ（U_mf
の２倍）と一定にし、開口部下端から約１５０mmの位置
に配設した内径１6.７mmのガス吹込み口7′からの傾斜
管へのガス量を０から1Nm³/H（U_mfの3.７倍）の範囲で
変化させた。その結果ライザー断面積基準のケイ砂の循
環速度は５７から２５０kg/m²・sであった。

次にライザー最下部からのガス量と傾斜管へのガス量を
それぞれ0.92Nm³/H（U_mfの２倍）、0.48Nm³/H（Um_mfの
１倍）と一定にしてライザー空塔ガス速度2.２から１０
m/s（U_tの1.３から６倍）と変化させた。その結果粒子
循環速度は９０から２００kg/m²・sであった。

以上のように本考案の気固分離室は上記実施例において
殆どの細粒子まで分離が可能であり、分離室の内壁への
付着及び堆積は観察されなかつた。またライザー空塔ガ
ス速度を2.２から１０m/sの範囲で変化させても気固分
離室の塔高は十分満足できる分離効率が得られるもので
あった。

〔発明の効果〕

本考案の気固分離室を用いることにより、ライザーを上
昇して該分離室内に噴射される気固混相流は分離室の内
壁に対して斜め上向きで、かつ接線方向に流れるため、
分離室の高さが従来法に比して低い状態で沈降分離と遠
心力集塵効果の相乗効果により、粗粒子から細粒子まで
一度に分離できる。また分離室の内壁への付着堆積及び
摩耗のおそれも少なくなる。またさらに幅広い粒体の種
類及び条件での粉体分離操作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の詳細説明図で、その(1)は一部断面を
含む正面図、(2)は(1)のＸ−Ｘ断面図、(3)は(2)のＹ−
Ｙ断面図である。第２図は本考案の使用状態を示す図で
ある。第３図，第４図は分離室の公知例を示し、第５図
は従来の分離室を備えた流動接触分解装置を示す。 １…ライザー ２…気固分離室 ３…ダウンカマー ４…サイクロン ５…傾斜管 ６…流動化ガス吹込み口 ７，７′…ガス吹込み口 ８…ガス排出口 ９…製品ガス排出口 １０…ライザー頂部開口 １１…ライザー １２…気固分離器 １３…排出管 １４…スロット １５…傾斜管 １６…エアーヒータ １７…ライザー底部 １８…原料供給ライン １９…内蔵サイクロン ２０…ライザー頂部開口 ２１…内蔵サイクロン ２２…再生器 ２３…ストリッパー ２４…加熱部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ライザー、気固分離室及びダウンカマーを
   備え、高速流動層を形成させた粉粒体の循環系における
   気固分離室において、該ライザーが該気固分離室の垂直
   軸線から偏心し、該気固分離室の底部から内壁に沿って
   鉛直上方に貫設され、その頂部が該ライザーの軸線に直
   交する水平面に対して３０〜６０°の角度で上向きに傾
   斜し、かつ排出する気固混相流が該気固分離室の内壁に
   沿って旋回する方向に開口しており、該気固分離室の頂
   部にガス排出口を設けていることを特徴とする高速流動
   層の気固分離室。