JPS5951654B2 - 流動接触分解装置の燃焼廃ガスの動力回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動接触分解装置（以下ＦＣＣと称す）にお
いて、触媒を再生加熱する際に生ずる燃焼廃ガスをター
ビンに導いて動力を回収する動力回収装置に関するもの
である。

ＦＣＣにおいては反応塔と燃焼塔（再生塔）とを備え、
粒状の触媒を画室間に循環させ、反応塔においてカーボ
ンが付着した触媒を燃焼塔に送り、カーボンを燃焼除去
して再生すると共に触媒を加熱する。

この際発生する燃焼廃ガスは、２〜３ ｋｇ／Ｃｍ２程
度の圧力を有し、かつかなり大量なので、これをガスエ
キスパンダタービンに導き動力を回収することが行なわ
れている。

しかしながら、この動力回収システムに対して、常にプ
ロセス側が優先するよう運転され、たとえタービンや発
電機などに支障が生じても、プロセスはそのまま連続運
転可能なる如く設計されることが多い。

この場合プロセス側の変動は許容値以下の小さな値にせ
ねばならない。

これに対し、ＦＣＣの変量調節弁は、通常大口径のバタ
フライ弁が多く用いられているが、制御動作は非常に緩
慢であり、例えば通常用いられているものは制御操作時
には全開から全開まで２５秒程度もかかるものであった
。

また、たとえば応答性のよいものを設置し７かとしても
、系の安定域が狭く、調節系からの偏差信号を大きくす
るわけにはゆかないので、系全体としての応答性は悪い
。

一方、タービンは、発電機の負荷遮断時などの際には、
回転数の急上昇を防ぐために、タービンの人口弁をアキ
ュノ、レータなどにより、例えば１程度度の短時間に急
速に閉じなければならない。

そこで、バイパス弁を入［］弁とほぼ同一・のガス量が
流せるように選び（入口弁はタービンと接続しているの
で、バイパス弁の容量は入口弁に比べかなり少となる）
、並列に配備する。

タービン１〜リツプ時には入口弁を急速に全閉すると同
時にバイパス弁を急速に開き、全量をバイパスすること
により、タービンの回転数の上昇を防ぐと同時にプロセ
ス側の変動をできるだけ抑えるように設計される。

しかしながら負荷遮断後、無負荷無励磁で定格回転数運
転で待機せしめる場合、入口弁でタービンの回転数制御
を行なうため、タービン人口弁は全開の状態から再度開
かれる。

この場合の再開速度が大で、急激な開きであると、変量
調節弁の作動速度の関係から、変量を小さく抑えること
が極めて困難となる。

そのため、従来の装置においては、タービンを一度停止
し、その後徐々に入口弁を開いて調節するか、或いは変
量を抑えることができるよう、ゆっくりした速度で入口
弁を操作する方法が用いられていた。

このように小速度で大口弁を再開することにより、正常
な待機状態に至るまでに長時間かかる欠点があり、しか
もなお再生塔と反応塔との差圧を許容範囲内に入れるこ
とは困難であり、回転数の変動も激しい、という欠点が
あった。

また、特にＦＣＣにおいては、再生塔や反応塔の体積が
小さく、差圧の僅かな変化が触媒の循環や流動に対して
大きく影響して反応が不安定となり易いので、差圧変動
の許容幅は極めて小さい。

従来、この種の制御で、大型の反応炉に対するものにお
いては、回転数制御を行なうのみにて、タービン回転数
を無負荷の待機回転数に導いているが、ＦＣＣの如き小
体積の微妙な反応炉においては、回転数制御のみでは、
差圧の激しい変動を伴ない許容範囲を越え、タービンの
回転数変動も激しく、また、これらの変動を避けるため
には人口弁の再開動作をゆっくり行なわねばならず、待
機速度に達するまでの時間が非常に長くなる欠点があっ
た。

本発明は、従来のものの上記の欠点を除き、タービンを
〒一期に待機状態に回復せしめ、かつプロセス側の状態
にも、タービンの回転数にも大幅な変動を与えず、負荷
の急激な変動に対しても安定して対処し、プロセス運転
を安全に続行せしめることができる流動接触分解装置の
燃焼廃ガスの動力回収装置を提供することを目的とする
ものである。

本発明は、反応塔と再生塔とを有する流動接触分解装置
の触媒再生加熱の燃焼廃ガスを、入口弁を備えたタービ
ンに導いて動力を回収する動力回収装置において、前記
入口弁を備えたタービンと、該入口弁を備えたタービン
に並列に設けられたバイパス弁とによりタービン回路が
形成され、該タービン回路は、前記燃焼廃ガスの流路中
に設けた変量調節弁に、下流側に直列に、又は並列に配
備され、タービンの負荷遮断などの緊急時に当り、前記
人口弁に急速な閉じ動作を行なわしめ、前記タービンを
定格回転数で回転待機せしめるために必要な部分開度を
回転数保持開度とするとき、開度ゼロから該回転数保持
開度までの範囲内の開度である暫定開度に前記入口弁の
開度が達したらそのまま保持し、その後前記回転数保持
開度にまで前記入口弁を開く再開動作を行なう入口弁制
御機構を備え、前記人口弁の閉じ動作に対応して前記バ
イパス弁を急速に全開又は中間開度に開き、前記回転数
保持開度に対応して、前記バイパス弁の開度を前記再生
塔と前記反応塔との両塔の塔頂差圧をほぼ−・定にし得
る対応開度とするように前記バイパス弁を制御するバイ
パス弁制御機構を備えたことを特徴とする流動接触分解
装置の燃焼廃ガスの動力回収装置である。

即ち、本発明は、タービン人口弁の急速閉じ動作に当た
り、入口弁開度を先ず回転数保持開度（タービンを定格
回転数で回転待機せしめるために必要な部分開度）を越
えない暫定開度（開度ゼ口も含む）に保持し、同時にバ
イパス弁を中間開度又は全開となし、その後入口弁を再
び開き動作せしめてその開度を回転数保持開度となし、
同時にバイパス弁を回転数保持開度に対応する対応開度
となるよい制御するものである。

本発明を実施例につき図面を用いて説明すれば、第１図
においてＦＣＣ１は、反応塔２と再生塔３及びこれらを
連絡する連絡管４，５とより成る。

６は原料油、７は空気、８はスチームであり、反応塔２
の上部より生成ガス９が得′られる。

反応塔２内で功−ボンが付着した触媒は連絡管５を経て
再生塔３に入り、カーボン分を燃焼せしめて除去すると
同時に、その燃焼により触媒自体が加熱される。

再生した触媒は連絡管４を経て再び反応塔２に入る。

再生塔３における燃焼により生じた廃ガスは、再生塔３
頂部より排出路１０を経て排出され、サイクロンなどの
除塵装置１１を経て、さらに管路１２を経て変量調節弁
１３に至る。

変量調節弁１３の下流側には、管路１４の後端に分岐点
１５を有する。

１６は合流点１７以降の廃ガス通路としての管路である
が、分岐点１５と合流点１７との間にタービン回路１８
が挿入されている。

タービン回路１８は、大口弁１９を備えたタービン２０
と、バイパス弁２１とが並列して設けられて形成されて
いる。

タービン２０は変速機２２を介して被駆動機としての発
電機２３を駆動している。

２４は再生塔３の塔頂圧、又は反応塔２の塔頂圧、又は
両塔の差圧を検出し、変量調節弁１３を操作する圧力検
出器である ２５はバイパス弁制御機構であり、圧力検出器２４から
の信号（再生塔３の塔頂圧、又は反応塔２の塔頂圧、又
は両塔の差圧のうち一つ或いは複数）、又はタービン回
路１８の入口の状態量（圧力、温度、流量）の信号を受
け、記憶し、演算を行ない、タービン回路１８の入口の
状態量又は塔頂差圧をほぼ一定とし得る対応開度をバイ
パス弁２１に与えるような再閉動作を行なうものである
。

バイパス弁制御機構２５においては、予め目標対応開度
を設定することもできる。

２６はタービン２０の負荷の状態を検出する負荷検出器
であり、負荷の状態に応じて制御機構２７によって対応
するパターンに従って大口弁１９及びバイパス弁２１の
開閉を操作するようになっている。

例えば、タービン停止時には大口弁１９を全閉しし、同
時にバイパス弁２１を全開する。

また、負荷遮断時には、負荷検出器２６の信号により制
御機構２７が入口弁１９閉じ機構及びバイパス弁２１開
き機構として作用して、アキュムレータなどにより急速
に大口弁１９の閉じ動作を開始し、同時にバイパス弁２
１の開き動作を開始し、速度制御器２８からの信号を受
けて、大口弁１９の再開動作を開始し、かつバイパス弁
２１の再閉動作を開始する。

その後は速度制御器２８からの信号により、大口弁１９
の開度は回転数保持開度に収れんするようになっている
。

２９はバリアプルオリフィスなどの抵抗器である。

定常運転時においては、バイパス弁２１は閉じられ、大
口弁１９は全開され、タービン２０により廃ガスのエネ
ルギが回収される。

塔頂差圧の調整は変量調節弁１３にて行なわれる。

タービン２０の停止時には、制御機構２７に停止信号が
与えられ、大口弁１９は全閉、バイパス弁２１は全開と
なる。

タービン２０の無負荷運転、発電機２３の外部電源との
同期などは入口弁１９の操作にて行なう。

大口弁１９は一つの弁にて形成してもよく、また、小流
量での制御性を確保するために親子丼式としてもよい。

負荷遮断時の作動につき説明する。

第３図ａ。ｂ、Ｃはそれぞれ異なる作動例であり、何れ
も実線は大口弁１９の開度、点線はバイパス弁２１の開
度の変動を示す。

定常状態で入口弁１９は１００％開度であるとする。

時間は負荷遮断時を起点稲とする。

バイパス弁２１は、大口弁１９と同流量、若しくは、や
や多い流量を流すことができるサイズが選ばれる。

両者の開度−流量特性はほぼ同じリニャリテイを有する
ものが好ましい。

第３図ａに示す制御につき説明する。

負荷遮断後、負荷検出器２６の信号により、大口弁１９
及びバイパス弁２１を操作し、大口弁１９は急速に閉じ
動作を行いＡ１にて全開に至り、バイパス弁２１は急速
に開き動作を行ないＢ１にて全開に至る。

この場合のタービン２０の回転数の変動は、第５図に実
線で示すものとほは゛同じである。

即ち負荷遮断の直後に回転数が急上昇するが、大口弁１
９が急速に閉じ始めるので上昇が抑制され、大口弁１９
が全開に至るときに頂点Ｅにほぼ達し、その後は機械的
損失などで下降し、定格回転数のＦに至る。

この場合の「全閉」即ち「開度ゼロ、は後述する「暫定
開度」が「開度ゼロ」である場合に相当する。

ここまでの間に既にバイパス弁制御機構２５は、負荷遮
断直前のタービン回路入「］の圧力、温度、流量を検出
記憶し、さらに、予め予知されている回転数保持開度ａ
％と共に演算を行ない対応開度すが求められており、ま
た、速度制御器２８は作動しているが、バイパス弁２１
及び入口弁１９を操作する信号は出されていない。

回転数が定格回転数にまで下がり、第５図Ｆ点に達した
時点が第３図ａにおけるｔ２であり、速度制御器２８か
らＦ点に達した信号が出され、この信号により制御機構
２７が作動して大口弁１９はＡ２点から再開動作が開始
され、バイパス弁２１はＢ２点から再閉動作が開始され
る。

Ｂ２点は、負荷遮断時又はＢ１点などからタイマーによ
り決めるようにしてもよい。

同時に速度制御器２８の信号により、タービン２０の回
転数を定格回転数に保つよう、制御機構２７が入口弁１
９を制御して、回転数保持開度ａ％（例えば１５％）に
収れんせしめ、これに伴ない回転数も第５図Ｇの如く再
び上昇し、速度制御がなされ、定格回転数に収れんする
。

また同時にバイパス弁２１には、バイパス弁制御機構２
５から、対応開度ｂ％の指示がなされ、バイパス弁２１
の開度は対応開度ｂ％（例えば７０％）に設定される。

回転数保持開度ａ％はタービン２０の性能によりほぼ定
まるので、再生塔３からの廃ガス量などが変化する場合
は、これに基づきバイパス弁制御機構２５が演算を行な
い新しい対応開度ｂ％を求めて、バイパス弁２１を操作
する。

従来は、バイパス弁２１は第３図の二点鎖線の如く、再
閉動作は行なわず、全開のままとした。

バイパス弁２１の開度は、許容範囲に入るならば例えば
１００％とｂ％との平均開度などなどの開度でＢ１点か
ら同一開度にしてもよい。

第３図１〕に示きた制御例は、バイパス弁２１の開度を
一定とせず、大口弁１９とたすき掛は制御を行ない、は
は゛対称に変動せしめて補償を行なうものである。

第３図Ｃに示した制御例は、大口弁１９は全開せしめず
に、回転数保持開度ａ％を越えない暫定開度（好ましく
はａ％よりやや小さい開度）０％にて開いたまま停止せ
しめておく。

一方バイパス弁２１はｔ１時点から、回転数保持開度ａ
％に対応する対応開度ｂ％に設定される。

ｔ２時点で前述の例と同様に、大口弁１９の再開度作が
行なわれ、速度制御器２８によりタービン２０の回転数
は定格回転数に収れんする。

バイパス弁２１は、自己保持装置などにより、ｔ２を過
ぎてもそのまま開度ｂ％が保たれる。

第３図ａの制御を行なった本発明の実施例と、従来の例
との比較を第４図及び第５図に示す。

何れも実線は本発明の実施例、点線は従来例であり、第
４図は再生塔３と反応塔２の塔頂差圧変動の時間的変化
、第５図はタービン２０の回転数（定格回転数との比）
の時間的変化を示す。

従来例においては、大口弁１９を全閉状態から回転数保
持開度に至らせるまで約６０秒という長い時間がかけら
れているが、これでも差圧変動の許容範囲りを満足する
ことができない。

またタービン２０の回転数は大口弁１９の再開速度が小
さいために異常に低下し、正常な運転を行なうことがで
きない。

これに対し本発明の実施例においては、ｂニア０％とし
て対処して、差圧変動が極めて小さく、またタービン２
０の回転数変動も小さく、プロセス側への影響も少なく
、またタービン２０の安定した運転を確保することがで
きる。

第２図は別の実施例を示し、タービン回路１８は変量調
整弁１３と並列に配備されているもので、タービン２０
に供給される廃ガスが、第１図の例に比べて流量は少な
いが圧力は高い。

第１図の例と同様に、プロセス側への影響が小さく、ま
たタービン２０の回転数変動も少ない。

本発明により、負荷遮断などの緊急の事態においても、
プロセス側に擾乱を与えず、かつタービン回転数の異常
上昇も防ぎ、しかもタービンを速やかに待機状態に復帰
せしめ、負荷の急激な変動に対しても安定して対処し、
プロセス運転を安全に続行せしめ得る接触流動分解装置
の燃焼廃ガスの動力回収装置を提供することができ、実
用上、エネルギ回収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図及び第２図は本発明のそれぞれ異なる実施例のフ
ロー図、第３図ａ、 ｌ）、 ｃは本発明のそれぞ
れ異なる実施例の制御方法を示す線図、第４図及び第５
図は本発明の実施例と従来例の性能を比較する線図であ
る。 １・・・ＦＣＣ１２・・・反応塔、３・・・再生塔、４
・・・連絡管、５・・・連絡管、６・・・原料油、７・
・・空気、８・・・スチーム、９・・・生成ガス、１０
・・・排出路、１１・・・除塵装置、１２・・・管路、
１３・・・変量調節弁、１４・・・管路、１５・・・分
岐点、１６・・・管路、１７・・・合流点、１８・・・
タービン回路、１９・・・入口弁、２０・・・タービン
、２１・・・バイパス弁、２２・・・変速機、２３・・
・発電機、２４・・・圧力検出器、２５・・・バイパス
弁制御機構、２６・・・負荷検出器、２７・・・制御機
構、２８・・・速度制御器、２９・・・抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応塔と再生塔とを有する流動接触分解装置の触媒
   再生加熱の燃焼廃ガスを、入口弁を備えたタービンに導
   いて動力を回収する動力回収装置において、前記入口弁
   を備えたタービンと、該入口弁を備えたタービンに並列
   に設けられたバイパス弁とによりタービン回路が形成さ
   れ、該タービン回路は、前記燃焼廃ガスの流路中に設け
   た変量調節弁に対し、下流側に直列に、又は並列に配備
   され、タービンの負荷遮断などの緊急時に当り、前記入
   口弁に急速な閉じ動作を行なわしめ、前記タービンを定
   格回転数で回転待機せしめるために必要な部分開度を回
   転数保持開度とするとき、開度ゼロから該回転数保持開
   度までの範囲内の開度である暫定開度に前記入口弁の開
   度が達したらそのまま保持し、その後前記回転数保持開
   度にまで前記入口弁を開く再開動作を行なう大口弁制御
   機構を備え、前記入口弁の閉じ動作に対応して前記バイ
   パス弁を急速に全開又は中間開度に開き、前記回転数保
   持開度に対応して、前記バイパス弁の開度を前記再生塔
   と前記反応塔との両塔の塔頂差圧をほぼ一定にし得る対
   応開度とするように前記バイパス弁を制御するバイパス
   弁制御機構を備えたことを特徴とする流動接触分解装置
   の燃焼廃ガスの動力回収装置。 ２ 前記バイパス弁制御機構が、前記入口弁の閉し動作
   の開始直前のタービン回路入口圧力を目標入口圧力とし
   て記憶し、前記入口圧力が前記目標入口圧力とほば゛同
   一になるよう前記対応開度を制御する特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ３ 前記バイパス弁の再閉動作の開始が、前記入口弁の
   再開動作を開始せしめる信号により指示される特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ４ 前記バイパス弁の再閉動作の開始が、タイマーによ
   り指示される特許請求の範囲第１項記載の装置。