(57)【要約】      （修正有）【課題】低減した固体の再捕捉を行う多重サイクロン・ガス／固体粒子分離装置を提供する。【解決手段】該分離装置は、残留触媒微粒子を含む煙道ガスを処理するために、隣接するサイクロン２０６から水平に間隔を置いた複数のサイクロンを使用する。上記複数のサイクロンは、固体粒子用の出口から排出される固体粒子のための共通の捕捉チャンバ２１３、およびガスおよび捕捉固体粒子のための共通マニフォールドの両方を共有する。複数のシールド２２２は、隣接するサイクロンの接線方向を向いている出口から上記ガス環流用の開口部の入口近くへの固体の排出を防止するために、捕捉チャンバ内に位置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動接触分解プロセスの際に有用な外部分離装置容器内に複数のサイクロンを収容している外部分離装置であって、もっと軽い生成物および使用済み触媒を形成するために、クラッキング・リアクタ内で再生した熱分解触媒と接触することにより、原材料である炭化水素が触媒により熱分解され、使用済み触媒が、クラッキング・リアクタへ再循環される再生触媒および触媒の微粒子を含む再生装置の煙道ガスを発生するために、煙道ガスから触媒および微粒子を回収するための１つまたはそれ以上の分離装置を有する触媒再生装置内で再生され、前記外部分離装置が、再生装置の煙道ガスの流れから微粒子の少なくとも一部を除去し、前記サイクロンが、
ある長さ、縦軸、入口端部、および出口端部を有するサイクロン本体と、
前記サイクロン本体の入口端部と流体により連絡している煙道ガス用の入口と、
量が低減した微粒子を含むガスを吸い込むための前記サイクロン本体の前記入口端部内ガス用の出口チューブと、
前記サイクロン本体の縦軸と整合している前記ガス用の出口チューブの縦軸と、
前記外部分離装置容器の下部の捕捉チャンバ内に、微粒子と少量のガスを排出するために、前記サイクロン本体の前記出口端部内の固体用出口と、
前記捕捉チャンバから前記サイクロン本体に、前記固体粒子用の出口を通して前記固体と一緒に排出される前記ガスの一部を再循環するために、前記サイクロン本体の出口端部内のガス環流用開口部とを備え、
前記ガス環流用の開口部が、前記サイクロン本体の前記入口端部で前記煙道ガス入口から分離されていて、さらに、
前記ガス環流用の開口部の周囲を前記サイクロン本体の前記出口端部から下方に延びるシールドを備え、
前記シールドが、前記サイクロン本体に通じる前記ガス環流用の開口部を通して再循環したガス内に固体が捕捉されるのを防止する外部分離装置。
【請求項２】
前記サイクロン本体がシリンダー状をしていて、前記固体粒子用の出口が前記捕捉チャンバ内に微粒子および少量のガスを接線方向に排出するために側壁内に開口部を備える、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項３】
前記ガス環流用の開口部が孔部を備える、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項４】
前記ガス環流用の開口部が、前記サイクロン本体の前記縦軸と整合し前記サイクロン本体の出口端部内の密封部を貫通している縦軸を有する、シリンダー状のチューブを備える、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項５】
前記ガス環流用のチューブが、前記サイクロン本体内にガス環流を接線方向に排出する、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項６】
前記供給ガス用の入口が、前記サイクロン本体内にガスを接線方向に排出する、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項７】
前記供給ガス用の入口が、前記サイクロン本体内にガスを軸方向に排出する、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項８】
ガス環流用の開口部が、前記サイクロン本体を０〜１サイクロン本体の長さだけ延びていて、また前記サイクロン本体の外部を前記捕捉チャンバ内に０〜１サイクロン本体の長さだけ延びているチューブである、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項９】
前記ガス環流用の開口部と流体的により関連している旋回羽根を備える、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項１０】
前記ガス環流用チューブ内への接線方向のガス環流用の入口を備える、請求項９に記載の外部分離装置。
【請求項１１】
前記ガス環流用チューブから接線方向のガス環流用の出口を備える、請求項９に記載の外部分離装置。
【請求項１２】
前記ガス環流用チューブおよび前記供給ガス用入口の接線方向の排出の両方が、前記サイクロン本体内で同じ方向に回転を誘起する、請求項１１に記載の外部分離装置。
【請求項１３】
前記シールドが、開口下端部を含むシリンダー状である、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項１４】
前記シールドが、前記ガス環流用の開口部より大きい断面積を有する、請求項１３に記載の外部分離装置。
【請求項１５】
前記シールドが、前記ガス環流チューブの任意の下端部の下に下端部を有する、請求項９に記載の外部分離装置。
【請求項１６】
前記シールドの上端部が、前記サイクロンの出口端部に隣接している、請求項３に記載の外部分離装置。
【請求項１７】
前記シールドが、前記捕捉チャンバ内の固体粒子密度の濃い相から上方に間隔を置いた下端部で終わっている、請求項１に記載の外部分離装置。
【請求項１８】
サイクロン分離装置であって、
ある長さおよび縦軸を有する底が閉じているサイクロン本体と、
ガスの流れおよび捕捉された固体粒子の流れのための供給ガス用の入口とを備え、
前記供給ガス用の入口が、前記サイクロン本体の入口端部に配置され、さらに、
低減した捕捉固体粒子を含むガスを吸い込むための前記入口端部内のガス用出口チューブを備え、
前記ガス用の出口チューブが、前記サイクロン本体の縦軸と整合している縦軸を有し、さらに、
前記底が閉じているサイクロンから捕捉チャンバ内に、固体粒子と少量のガスを接線方向に排出するための前記サイクロン本体側壁内の固体粒子用出口と、
ガスを前記捕捉チャンバから前記サイクロン本体内に再循環させるための、前記供給ガス用の入口から流体的に分離されているガス環流用の開口部と、
前記ガス環流用の開口部の周囲を前記サイクロン本体から下方に延びるシールドとを備えるサイクロン分離装置。
【請求項１９】
前記ガス環流用の開口部が、前記サイクロン本体内を０〜１サイクロン本体の長さだけ延びていて、また前記サイクロン本体の外部を前記捕捉チャンバ内に０〜１サイクロン本体の長さだけ延びるチューブを備え、前記シールドが、前記サイクロン本体から前記ガス環流用チューブの下端部の下まで下方に延びる、請求項１８に記載のサイクロン。
【請求項２０】
サイクロン分離装置であって、
ある長さ、ある直径および縦軸を有する少なくともその一部がシリンダー状のサイクロン本体と、
前記サイクロン本体の閉じた端部を貫通していて、この端部に密封状態で固定されているガス環流用のチューブを備え、該環流用のチューブが、
（ａ）前記サイクロン本体の直径よりも小さい直径と、
（ｂ）前記サイクロン本体の外部の環流用入口と、
（ｃ）前記サイクロン本体内の環流用出口とを有し、
前記シリンダー状のサイクロン本体が、
（ａ）その一方の端部として前記閉じた端部と、
（ｂ）前記サイクロン本体の対向端部に密封状態に固定され、この端部を貫通しているガス用の出口チューブとを有し、
前記ガス用の出口チューブが、前記サイクロン本体の直径よりも小さい直径を有し、
前記ガス用の出口チューブが、前記サイクロン本体と軸方向に整合している縦軸を有し、
前記環流用の出口が、前記ガス用の出口チューブと軸方向に整合している前記ガス環流用のチューブの一部内に位置していて、さらに、
ガスおよび捕捉された固体を収容するための前記サイクロン本体端部の前記対向端部と流体的に連絡している接線方向のガスおよび固体用の入口と、
前記サイクロン本体から小量のガスを含む濃縮された固体の流れを排出するための固体用の出口とを有し、
濃縮された固体の流れの排出が、前記密封端部近くの前記サイクロン本体側壁内の少なくとも１つの開口部を通してのものであり、
前記固体用の出口および前記ガス環流用の入口が、前記サイクロン本体の外部に流体的連絡していて、さらに、
前記固体粒子用の出口と前記ガス環流用の入口との間に配置されているシールドを備え、
前記シールドが、前記固体粒子用の出口から前記ガス環流用の入口に固体粒子が捕捉されるのを防止するサイクロン分離装置。
【請求項２１】
前記環流用のチューブが、前記サイクロン本体の長さの０〜１００％に等しい距離だけ、前記サイクロン本体のいずれかの側の上を延び、前記シールドが前記サイクロン本体から前記ガス環流用のチューブ下端部の下まで下方に延びる、請求項２０に記載のサイクロン。
【請求項２２】
多重サイクロン・ガス／固体粒子分離装置であって、
隣接するサイクロンから水平方向に間隔を置いて配置されている複数のサイクロンを備え、各サイクロンがサイクロン本体を備え、該サイクロン本体が、
ガスおよび捕捉された固体粒子を環状空間に導入するための供給用の入口端部を有し、
前記環状空間が、前記サイクロン本体の側壁とシリンダー状ガス用の出口チューブで形成され、
前記ガス用の出口チューブが、前記サイクロン本体と軸方向で整合し、さらに、
前記サイクロン本体の対向端部に固体粒子用の出口を備え、
前記固体粒子用の出口が、前記サイクロン本体の側壁部を通して、固体粒子および少量のガスのための接線方向を向いている出口を備え、さらに、
前記出口チューブと軸方向に整合しているガス環流用の開口部を備え、
前記複数のサイクロンが、前記固体用の出口から排出される固体粒子用の共通の捕捉チャンバを共有し、
前記複数のサイクロンが、ガスおよび捕捉固体粒子用の共通マニフォールドを共有し、さらに、
前記隣接するサイクロンの前記接線方向を向いている出口から前記ガス環流用の開口部の入口近くへ、固体粒子の排出を防止する複数のシールドを備え、
前記複数のシールドが前記捕捉チャンバ内に位置する分離装置。
【請求項２３】
前記ガス環流用の開口部が、１本のチューブを備え、前記チューブが前記サイクロン本体内に内部を有し、前記チューブが前記捕捉チャンバ内に延びる外部を有し、前記内部が無側壁部および開放端部を備え、前記外部がシリンダー状のチューブを備え、前記外部が前記シールドで囲まれていて、前記シールドが前記下方に延びるシリンダー状のチューブよりも大きい直径を有し、前記シールドが、前記外部の最も下の端部の下で終わっている下端部を有する、請求項２２に記載の分離装置。
【請求項２４】
各サイクロンが、（ｉ）サイクロン本体の側壁部が形成する環状空間内に、ガスおよび捕捉された固体粒子とを導入するための供給用の入口端部と、前記環状空間が前記サイクロン本体の側壁と前記サイクロン本体と軸方向に整合しているシリンダー状のガス用の出口チューブとにより画成され、（ｉｉ）前記サイクロン本体の側壁部を通して固体粒子および少量のガス用の接線方向に向かう出口を備える、前記サイクロン本体の対向端部の固体粒子用出口と、（ｉｉｉ）前記出口チューブと軸方向に整合しているガス環流用の開口部とを備える、隣接するサイクロンから水平方向に間隔を置いて配置されている複数のサイクロンを備える多重サイクロン・ガス／固体粒子分離装置において、前記複数のサイクロンが、固体用の出口から排出される固体粒子のための共通の捕捉チャンバを共有し、前記複数のサイクロンが、ガスおよび捕捉固体粒子用の共通マニフォールドを共有し、前記改善が、前記捕捉チャンバ内に位置する複数のシールドを備え、
前記複数のシールドが、前記隣接するサイクロンの接線方向の出口から前記ガス環流用の開口部入口の近くへの固体の排出を防止するようになっている改善。
【請求項２５】
前記シールドが、前記ガス環流用の開口部の周囲を、前記サイクロン本体の前記固体用出口の端部から下方に延びるシリンダー状のチューブを備える、請求項２４に記載の改善。
【請求項２６】
前記シールドが、前記ガス環流用の開口部および開放下端部の直径より大きい直径を有する、請求項２５に記載の改善。
【請求項２７】
前記シールドの下端部が、前記ガス環流用の開口部下端部の下方であって、前記キャッチ・ベースン内の密度が高い相の固体のレベルより高いところで終わっている、請求項２６に記載の改善。
【請求項２８】
前記サイクロン本体から下方に延びる前記シールドの下端部が、前記キャッチ・ベースン内のほぼ同じ高さで終わっている、請求項２７に記載の改善。
【請求項２９】
前記ガス環流開口部の下端部の高さが、あるサイクロンとそれに隣接するサイクロンとの間で異なる、請求項２８に記載の改善。
【請求項３０】
前記シールドの直径が前記サイクロン本体の直径とほぼ同じである、請求項２６に記載の改善。
【請求項３１】
ガスと固体の混合物を分離するための装置であって、
底が閉じているサイクロンと、
前記サイクロンの下端部内のガス環流用開口部と、
前記ガス環流用の開口部の周囲を、前記サイクロンの下端部から下方に延びるシールドとを備える装置。
【請求項３２】
前記シールドが前記ガス環流用の開口部を囲むように前記サイクロンに隣接している、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記ガス環流用の開口部が環状通路を備える、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記シールドが前記環状通路の外壁よりも大きい内径を有する同心チューブであって、前記チューブが前記環状通路の最下端部の下で終わっている、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
ガスと固体の混合物を分離するための方法であって、
複数の隣接する底が閉じているサイクロンの各入口に混合物を導入するステップと、
前記各サイクロンの上端部から低濃の固体粒子を含むガスを排出するステップと、
前記各サイクロンの下端部の接線方向を向いている出口から、捕捉されたガスを含む固体粒子を排出するステップと、
前記各サイクロンの下端部内に形成されている環流用の開口部を通して、前記サイクロン内に前記捕捉されたガスの一部を環流するステップと、
クロストークを防止するために、前記環流用の開口部を、前記接線方向を向いている出口から遮断するステップとを含む方法。
【請求項３６】
ガスと固体の混合物を分離するための装置であって、
複数の隣接する底が閉じているサイクロンの各入口に前記混合物を導入するための手段と、
前記各サイクロンの上端部から低濃の固体粒子を含むガスを排出するための手段と、
前記各サイクロンの下端部の接線方向を向いている出口から、捕捉されたガスを含む固体粒子を排出するための手段と、
前記捕捉されたガスの一部を、前記各サイクロンの下端部内に形成されている環流開口部を通して、前記サイクロン内に環流するための手段と、
クロストークを防止するために、前記環流開口部を前記接線方向を向いている出口から遮断するための手段とを含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重炭化水素の原材料の流動接触分解の際に触媒の微粒子を回収するために使用する、それぞれが固体排出手段およびガス環流手段を有する複数の盲底サイクロンを備えるサイクロン分離装置に関する。本発明は、特に、固体排出手段とガス環流手段との間のクロストークの発見および抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロン分離装置は、気体から粒子を分離するために使用される。粒子を含む気体の流れはシリンダー状のチャンバ内に導入される。旋回羽根による接線方向の印加または軸方向の印加により気体は回転する。固体は慣性によりチャンバの壁部と衝突するが、より清浄な気体はサイクロンの中央領域から排出される。一部のガスは固体と一緒に流出する。固体はサイクロンの側壁を貫通する接線方向の出口より排出されるか、または軸方向に排出される。
【０００３】
サイクロン分離装置には多くのタイプがあるが、これらのサイクロン分離装置は、便宜上底が開いているタイプと底が閉じている（盲底）タイプに分類することができる。本発明は、特に盲底のサイクロンの動作を改善するのに役に立つ。盲底サイクロンは、１つまたはそれ以上の原材料用の入口を除き通常１つの気体用出口および固体用出口しか持たない実質閉じたほぼシリンダー状の本体を有する。盲底サイクロンは、サイクロンを収容している容器の大気からしっかりと遮断される。盲底サイクロンは、通常、サイクロン周囲の容器内の大気圧より若干高いまたは若干低い圧力で動作する。サイクロン本体内の圧力がサイクロン外部の圧力より高い場合には、サイクロンは正圧サイクロンである。サイクロン本体内の圧力がサイクロン外部の圧力より低い場合には、サイクロンは負圧サイクロンである。
【０００４】
盲底サイクロンにおいては、供給ガスは、一般的に、サイクロン本体の端部で接線方向に供給される。ガス用の出口は、通常、供給ガスの供給を受け入れるサイクロンの上記と同じ端部を貫通する、サイクロン本体の縦軸と軸方向で整合しているチューブである。固体は、通常、ガス用の出口に対向しているサイクロン本体の端部の細長いｄｉｐｌｅｇを通して排出される。以下に説明する３段分離装置（ＴＳＳ）の場合には、場合により固体は、サイクロン本体の壁部内に設けられていて、通常、ガス用出口の反対の端部に位置する水平のスリット、またはスロットを通して排出される。
【０００５】
底が開いているサイクロンと底が閉じているサイクロンとの違いは、サイクロンのダスト用の出口がガス用の入口と同じ空間（または容器容積）を共有しているか否か、または離隔されるという点だけである。サイクロンが、流動接触分解（ＦＣＣ）再生装置のような流動床から供給ガスを受け入れ、およびこの流動床内へ放出した場合には、ｄｉｐｌｅｇを通しての固体を含むガスは、流動床から同空間内にあるサイクロンの入口へと上方に再循環する。固体用の出口からガス供給用の入口へガスの再循環が行われるのは、固体用の出口およびガス供給用の入口が、リアクタ内の同じ蒸気空間を共有しているからである。供給ガス用の入口が、固体用の出口から流動的に分離されている場合には、このタイプの気体の循環は起こらない。固体がＴＳＳの底のような閉じた容器内に放出されると、サイクロンのダスト用の出口を通して固体と一緒に放出されたガスは、サイクロンの入口に戻ることができない。チトニス等の米国特許第５，６８１，４５０号に記載されているサイクロンの出口端部でガスの環流を使用するという技術革新が行われるまでは、それまでずっとダスト捕捉装置は密封されているので、ダスト捕捉装置から除去される固体相と一緒に除去されるガス以上に、固体用の出口を通して排出されるガスが多くならないと考えられてきた。
【０００６】
要するに、チトニス他の特許が解決した問題は、下記のようなものであるということができる。ある種のタイプのサイクロンの場合には、またある種のサイクロンの設置の場合には、固体用の出口から供給ガス用の入口への蒸気の循環は、重要な問題ではない。底が開いているサイクロンの場合には、圧力は、本質的にサイクロンの内側と外側でバランスがとれている。少量のガスが、何時でも流出する固体の流れと一緒にサイクロンから出ていくか、または運ばれるか、または吸い込まれる。このようなガスは、最終的には分離された固体と一緒に除去されるが、それ以上に、サイクロンの開放した本体へ戻り易い。ダスト用の出口がサイクロンの供給ガス用の入口と同じ蒸気空間を共有している底開きサイクロンまたは盲底サイクロンの場合には、ガスの循環は決して問題にならない。この問題は、通常、装置から固体と一緒に排出されるガスが、サイクロン内に容易には戻れない盲底サイクロンの場合に起こるが、この問題は底開きサイクロンの場合でもある程度は起こる。
【０００７】
流動接触分解の場合には、海岸の砂と同様の粒子サイズと色の触媒が、クラッキング・リアクタと触媒再生装置との間で循環する。リアクタにおいては、原材料である炭化水素は、高温の再生された触媒と接触する。高温の触媒は、蒸気に変化し、４２５℃〜６００℃、通常は、４６０℃〜５６０℃の温度で炭化水素を熱分解する。熱分解反応が行われると、触媒の上にコークスが堆積し、それにより触媒の活性が失われる。熱分解した生成物は、コークスを含む触媒から分離される。コークスを含む触媒は、触媒分離装置内で通常水蒸気により揮発性物質から分離され、次に、分離された触媒が再生される。触媒再生装置は、通常は空気である酸素を含むガスで触媒に混じっているコークスを焼却する。コークスを除去することにより、触媒を再活性化し、同時に触媒を、例えば、５００℃〜９００℃、通常は６００℃〜７５０℃に加熱する。この加熱された触媒は、さらに新鮮な供給物を熱分解するためにクラッキング・リアクタに循環される。再生装置内でコークスを焼却することにより発生する煙道ガスは、粒子を除去するためにおよび一酸化炭素の変換を行うために処理することができ、その後で、通常煙道ガスは大気中に排出される。
【０００８】
ＦＣＣの１つの欠点は、多年にわたる稼働中で高速でサイクロンを通過する触媒の微粒子を含むガスによりサイクロンが腐食することである。精製装置は、サイクロン内部で高速状態を避けることが好ましいが、サイクロンの効率を改善するためには必然的に高速状態とせざるを得ない。ＦＣＣユニットは、微粒子に対しての局部的放射制限以下で動作しなければならない。触媒は、かなり高価なものであり、大部分のユニットは数百トン以上を在庫として持っている。ＦＣＣユニットは、１分当たり数トンの触媒を循環している。供給速度が速いので循環を高速で行う必要があり、オイル１トンを熱分解するのに、約５トンの触媒が必要である。
【０００９】
重炭化水素生成物が触媒の微粒子で汚染されるといけないので、このような大量の触媒を熱分解した生成物から除去しなければならない。サイクロン分離を数段行っても、ある量の触媒の微粒子は、依然として熱分解した生成物と一緒に残る。通常主ＦＣＣ熱分解装置の底に生じる最も重い留分内のこれらの濃縮物は、スラリー・オイルと呼ばれることがある。何故なら、非常に多くの触媒を含んでいるからである。精製装置は、この物質をタンク内に留めておいて、少量含まれている触媒を滴下させて、ＣＳＯすなわち不純物を除去したスラリー・オイルを生成することができる。
【００１０】
この問題は、再生装置においても重大な問題またはもっと深刻な問題である。クラッキング・リアクタの要求を満足するために多量の触媒を循環する必要があるばかりでなく、さらに内部で触媒を循環させなければならない。大部分の発泡床触媒再生装置の場合には、触媒の全在庫に等しいある量の触媒が、１５〜３０分毎に再生装置サイクロンを通過する。大部分のユニットは、数百トンの触媒の在庫を抱えている。通常、かなりのコストを犠牲にして、第３段の分離装置、静電集じん機またはある種の除去段を追加しない限り、２段のサイクロンを備える再生装置サイクロンにより回収されなかったすべての触媒は、再生装置の煙道ガス内に残る。
【００１１】
多くの精製装置は、電力回収システムを使用している。ＦＣＣ再生装置の煙道ガス内のエネルギーは、再生装置内に空気を供給している送風機を駆動する。電力回収システムを設置した場合、再生装置から排出される大部分のＦＣＣ煙道ガスの流れ内での粒子の量および微粒子のサイズで、タービン羽根が腐食し得る。通常、触媒の充填量を低減し、特にサイズが１０μｍより大きな粒子からタービン羽根を保護するために、第３段の分離装置ユニットは、タービンの上流に設置される。ある種の精製装置は、現在でも、さらに微粒子の放出を低減するために、第３段の分離装置およびタービンの下流に、静電集じん機など微粒子除去段を設置している。
【００１２】
現在、多くの精製装置は、ＦＣＣ触媒の微粒子の損失を低減し、および／または電力回収タービン羽根を保護するために、効率の高い第３段のサイクロンを使用している。再生装置の煙道ガスを浄化するために第３段の分離装置を使用する場合は何時でも、通常、第３段の分離装置から排出されるアンダーフロー（固体粒子を多く含む部分）を処理するために、第４段の分離装置を使用することをここで述べておきたい。第４段の分離装置内のガス量は少ない。何故なら、第３段のサイクロンの設計は、固体粒子と一緒に排出されるガスの量を最低限度まで低減しようとするものであるからである。通常、煙道ガスの０．５〜３％が、第３段の分離装置から排出される固体粒子と一緒に除去される。第３段の分離装置は、固体と一緒に排出されるガス（アンダーフロー内のガス）を、第３段の分離装置から固体粒子を流動化し、排出するのに必要なレベルに制限する。
【００１３】
これらの理由のために、粒子のサイズは小さくなり、ガスの量は比較的少なくなり、第４段の分離装置は、通常、直径の小さなサイクロン、高温の焼結金属フィルタまたはセラミック・フィルタまたはバッグ・ハウスを備える。
【００１４】
大部分の精製装置は、煙道ガスから触媒を回収し、回収した触媒を再生装置に再び戻すための、その一次および二次サイクロンまたは等価の手段により必要な要件に適合させている。面倒な分離は、第３段の分離装置またはＴＳＳユニット内の再生装置の下流で行われる。ＴＳＳは、（電力回収タービンを使用する場合には）本質的に１０ミクロンより小さい粒子を含むガスを生成するか、および／または放射微粒子規制の制限に適合する微粒子を十分除去しなければならない。
【００１５】
近代の効率の高い第３段の分離装置は、通常、５０〜１００またはもっと多くの直径の小さなサイクロンを有する。１９７６年３月発行のＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ掲載の「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｈｏｔ−Ｇａｓ  Ｅｘｐａｎｄｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｃａｔ  Ｃｒａｃｋｅｒ  Ｆｌｕｅ  Ｇａｓ」に、第３段の分離装置の１つのタイプについて記述されている。この装置は、かなり大型のもので、直径２６フィート（７９３ｃｍ）の容器である。触媒を含む煙道ガスは、多くの渦巻きチューブを通過する。触媒は、遠心力によりチューブの壁部に衝突する。浄化されたガスは、中央のガスの出口チューブから排出され、一方、固体は外側のチューブ基部の２つのブロウダウン・スロットから排出される。この装置は、大部分の１０ミクロンおよびそれより大きい粒子を除去した。このユニットは、サブミクロンの微粒子から６０ミクロンの大きさの触媒の粒子の範囲内の粒子を３００ポンド／時間で含んだ煙道ガスを約５５０，０００ポンド／時間処理した。この処理能力は、約６８０ｍｇ／Ｎｍ3の入口の充填量に対応する。
【００１６】
ＦＣＣプロセスの種々の部分の種々のサイクロン上の固体の充填量は、大きく変化する。第３段の分離装置は、粒子サイズの点からいって最も困難な分離を行い、一方、一次分離装置は、通常、固体粒子の９９％を回収する。例示としてのＦＣＣユニット内で生じていることを考慮にすれば、将来性がある。この例示としてのユニットの場合には、分離は下記の表Ａに示すように、一次サイクロンから二次サイクロンへと進み、再生装置内で、煙道ガスから触媒を最初に分離し、ガスの流れに対する最後の分離としてのＴＳＳに通される。ＴＳＳから分離されたダストは、第４段に排出される。第４段からのガスは、第３段からのガスと合流する。全放出は、２１５ｍｇ／Ｎｍ3の充填量に対応する０．０４７４トン／時間である。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
各サイクロンの全固体処理能力は、１時間当たりのトン数で表示される。各サイクロンへの供給固体粒子の平均粒子サイズは著しく変化する。第３段の分離装置を通して、より大きな粒子が優先的に除去されるので、第３段より下流の各段内には固体粒子の料が低減しまた遥かに小さな粒子サイズ分布となる。
【００１９】
第１段または一次サイクロンは、この作業の大部分を行い、一般的に、１つの段で全固体の９９％以上を回収する。第１段のサイクロンは、また、最も容易な作業を行う。この場合、粒子は約６０〜８０ミクロンの比較的大きなものであり、遠心力を発生するために大量のガスを使用することができ、サイクロンのｄｉｐｌｅｇにかなりの量の煙道ガスを排出しても悪影響はない。固体粒子の充填量は大きい。第１段のサイクロンは、遠心力を発生するために大量のガスにより大量の固体粒子を除去する。ガスは回収した固体粒子を流動状態に維持しなければならないので、ガスの一部は固体粒子と一緒に排出される。この混入ガスは、再生装置内の触媒のベッドを通して単に循環し、第１段または一次サイクロンの入口ホーンに戻る。
【００２０】
第２のＦＣＣ再生装置のサイクロンは、一次サイクロンと同じ量のガスを処理するが、固体粒子の量は小さい。二次サイクロンは、通常、これらのサイクロンに送られた固体の約９５〜９８％を回収する。二次サイクロンは、一次サイクロンから排出されたガスから、さらに微粒子を回収することができる。このような回収ができるのは、二次サイクロン内の固体の充填量が小さく、そのため一次サイクロン内のガス速度よりも速いガス速度を二次サイクロン内で使用するこができるからである。ガス速度が速いと、遠心力が強くなり、効率が改善される。第２段のサイクロンは、第１段のサイクロンとほぼ同じガスの流れを有するが、固体粒子の量は小さい。少量の固体粒子が、少量のガスと一緒に、第２段のサイクロンｄｉｐｌｅｇから排出される。第１段の場合のように、ガスは、ＦＣＣ再生装置の大気中に再度入るだけである。このガスは第１段のサイクロンへのガス供給の小さな部分になる。
【００２１】
一次サイクロンおよび二次サイクロンは非常に効率的であるので、２段のサイクロン分離を行ったあとでは、除去し易い粒子のほぼ全部が除去される。微粒子、すなわち、ＦＣＣ触媒の不規則な形をした破片だけが、第３段の分離装置へのガス内に残る。第３段の分離装置のサイクロンの動作の特徴は、大量のガスと、その大部分が５ミクロンより小さい少量の極度に微細な微粒子であることである。第１段から第３段までの下流の各段を通るのは、さらに少量で小さな固体粒子である。再生装置内のサイクロンと比較すると、固体粒子の単位重量当たり遥かに多いガスが、固体粒子の出口を通して第３段の分離装置に排出される。重量をベースとした場合、ＴＳＳサイクロンの捕捉チャンバに排出される微粒子の１グラム当たり１０グラムを超えるガスが排出される。これに対してＦＣＣ再生装置内の第１段および第２段のサイクロンの動作では１グラムのガスが１０００グラムを超えるＦＣＣ触媒をｄｉｐｌｅｇに移送する。一次サイクロンのｄｉｐｌｅｇを通しての固体の排出と比較すると、１０，０００から１００，０００倍多いガスが、第３段の分離装置内に存在するということができる。その理由の一部は、関係する固体の量が比較的少なく、通常、固体粒子に対して５次オーダの大量のガスのために、多くのＴＳＳサイクロンは、底開きのタイプとなる。
【００２２】
ガスが第３段の分離装置のガス用出口から出た後で、第１段のサイクロンからのガスを比較した場合、ガスの固体粒子の量は急激に減少する。この時点においては、固体粒子の充填量は多くはないが、それでも電力回収タービンを破壊または破損するのに十分である場合があり、多くの場所で５０ｍｇ／Ｎｍ3程度の微粒子の放出に対する局所的残存または局所的射出制限を超える場合がある。
【００２３】
サイクロンの効率および触媒の特性の両方で行われた多くの改善という見地から見た場合、これらのことはちょっと驚くべきことである。サイクロンの効率は、５０年間の間に改善され、ＦＣＣが精製装置で使用されるようになってきている。ＦＣＣ触媒は、もっと丈夫であり、耐摩耗性である。これらの要因（もっと優れたサイクロン、もっと丈夫な触媒）は、一方だけを考慮に入れた場合には、ＦＣＣの煙道ガスをもっと清浄にする。しかしこれにより、サイクロン上の負荷を何倍にもする触媒循環の増加等がある。もっと強力な遠心力を発生するためにサイクロン内の速度を速くすることにより、サイクロンの効率をもっと高くすることができる。速度が速くなると、多くの粒子が近代的な耐性の触媒すら破砕または破損し、回収するのが難しくし、サイクロンを磨耗する恐れがある。効率が高くなり（速度が速くなると）、サイクロンは微粒子の回収は増大するが、ガスがサイクロン本体内でもっと回転し、触媒の摩耗が増大する。
【００２４】
ＦＣＣ再生装置に関連する従来の直径の大きなサイクロン内での粒子の回収はピークに達している。精製装置は、ＦＣＣ煙道ガスからもっと多くの微粒子を除去するために、多くの直径の小さいサイクロンを備える第３段の分離装置（ＴＳＳ）を使用する。第３段の分離装置は、機械的に複雑な構造をしている。ＦＣＣ煙道ガスの流れ中で大量の微粒子を処理するためには、多くのＴＳＳサイクロンが必要になる。各サイクロンの直径は小さく、垂直または水平に装着されている。あるサイクロン・メーカーは、遠心力を増大させ、固体粒子を収集することができる壁部との距離を短くするために、直径１０インチ（２５．４ｃｍ）の多くの小さなサイクロンを使用している。多くのサイクロンを必要とし、しかも、一般的に、マニフォールドとして動作している１つの容器内にこれらのサイクロンを設置しなければならない。ＴＳＳユニットが、サイクロンの壁部への距離を短くすることにより、サイクロンの壁部に粒子が到着するのを容易にした。しかしこれにより、圧力降下が幾分大きくなり、微粒子を除去を多少改善するのにかなりの投資が増大する。
【００２５】
ＴＳＳユニットにより、精製装置は固体の回収を新しいレベルに改善することができたが、周知のＴＳＳユニットは、電力回収タービンの使用を必要とする精製装置に常に適していたわけではなかった。精製装置は、ＴＳＳサイクロンの効率を改善するためのネックになっていた。チトニス他の技術革新（米国特許第５，６８１，４５０号）は、サイクロンの動作、および特に従来のサイクロンでは除去するのが困難であって、また静電集じん機で除去するとコストが高くついた、５ミクロンより小さい粒子に対するその性能を改善した。これらの改善により、ＴＳＳユニットからのダストの再度の混入が低減した。ＴＳＳサイクロンは、固体粒子と一緒に排出されるガスの処理方法の問題をうまく解決することができなかった。比較的大量のガスが、固体粒子と一緒に排出されるが、この場合、固体粒子は、サイクロン・バレルの側壁内のスロット・カットを通して接線方向に、または清浄なガスの出口に対向する底開きの固体用の出口を通して軸方向に排出される。あるＴＳＳサイクロンの場合には、固体粒子を脱気するにもｄｉｐｌｅｇおよび場所がない。固体粒子は、比較的高速で排出され、かなりの量のガスを巻き込むことができる。ガスが固体粒子を流動化するのではなく、固体粒子がガスをかなりの量で運び去る。ＴＳＳサイクロンの固体粒子用の出口で、固体粒子のかなりの動的エネルギーによって、サイクロン本体からガスが運ばれる。チトニス他は、このガスに何が生じているか疑問に思い、試験用サイクロンの縦のスロットを通る主なガスの混沌とする変動する流れを観察した。あるサイクロンからのガスは、捕捉チャンバに流入し、次に同じサイクロンおよび他のサイクロンに再度流入した。スロットの長さおよび幅を短くすると、ガスの流れおよびサイクロン間の相互作用が低減したように見えた。
【００２６】
チトニス他は、排出される触媒は、行き場がない捕捉チャンバ内に常時ガスを随伴することを知った。アンダーフローは、少量のガスしか必要としなかった。遥かに大きな量のガスがサイクロンを流出し、何らかの方法でサイクロンに再び流入した。チトニス他は、バレル・スロット内へのガスの流れと交互する触媒／ガスの排出の局部的脈動を観察した。これは、サイクロンの質量のバランスをとるために、装置の底から固体相と一緒に除去されたガスが十分な量でないので、固体粒子を多く含んでいる相と一緒に排出されたガスが捕捉チャンバからサイクロンに戻す唯一の方法であった。チトニス他は、すべてのＴＳＳサイクロンは、固体粒子用の出口を通してサイクロン本体へ意図していない、ガスの再循環または環流が生じているとの結論に達した。環流ガスは、サイクロンの内部の渦内に固体粒子を随伴させ、ガス用出口チューブから固体粒子を流出させる。この問題は、ガスがサイクロンの本体へ戻るために派生した。ガスの環流に対する何らかの他の手段がないので、空間的および時間的に混沌状態またはランダムに変動する逆流が、固体粒子用の出口を通してガスの環流生じせしめる。この環流ガスの流れは、固体粒子排出の流出と反対であった。サイクロンは、高い固体粒子排出相と低い固体粒子環流相と交互に変化させることができる。もう１つの代案は、出口スロットの一方の端部を固体粒子を排出用とし、出口スロットの他方の端部を、サイクロンへ戻るために環流用とすることもできた。どちらの場合も、固体粒子用出口を通して混沌状態の環流は、サイクロン本体内の接線方向の流れのガスの流線を混乱させる結果になった。
【００２７】
チトニス他は、好適にはサイクロン本体の底部内に別々のガス環流手段を設置することにより、サイクロンの動作を安定させることができ、ガス用の出口チューブから排出される微粒子の量をほぼ半分にすることができた。チトニス他の固体分離の際のさらにもう１つの改善は、第３段の分離装置サイクロンを必要とした。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は、第３段の分離装置サイクロン内の触媒の微粒子の二次再捕捉の発見と、固体粒子の分離を改善し、混沌状態の低いガス／固体サイクロン分離装置からの排出ガス内の固体粒子の量を低減するためのシールドの使用に関する。コールドフローについての研究により、チトニス他のサイクロン上にシールドを設置すると、その性能が著しく改善することが分かっている。シールドは、沈殿チャンバからすでに分離されている触媒の二次再捕捉を防止する。この二次捕捉現象は、「クロストーク」と呼ばれる。好適にはチューブの形をしていることが好ましいシールドは、このクロストークを実質的に禁止するために、環流チューブの底の端部の周囲のバッフルとして機能する。より詳細に説明すると、サイクロンの間隔が比較的狭く、その高さが異なる場合には、シールドは、隣接するサイクロンの固体用の出口から排出される固体粒子が、サイクロン内のガス環流開口部内にガス再循環中に再度捕捉されるのを実質的に防止する。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
ある態様においては、本発明は、外部分離装置容器内に複数のサイクロンを収容している外部分離装置を提供する。分離装置は、例えば、流動接触分解プロセスの際に役に立つ。このプロセすは軽い生成物および使用済み触媒を形成するために、クラッキング・リアクタ内で再生した熱分解触媒と接触させ、原材料である炭化水素が触媒により熱分解され、使用済み触媒がクラッキング・リアクタへ再循環される再生触媒を発生するためおよび触媒の微粒子を含む再生装置の煙道ガスを発生するために、煙道ガスから触媒および微粒子を回収するための１つまたはそれ以上の分離装置を有する触媒再生装置内で、軽い生成物が再生される。外部分離装置は、再生装置の煙道ガスの流れからの微粒子の少なくとも一部を除去する。各サイクロンは、サイクロン本体、煙道ガス用の入口、ガス用の出口チューブ、ガス環流用の開口部およびシールドを有する。サイクロン本体は、ある長さ、縦軸、入口端部、および出口端部を有する。煙道ガス用の入口は、サイクロン本体の入口端部と流体により連絡している。サイクロン本体の入口端部内のガス用出口チューブは、量が低減した微粒子を含むガスを排出するために、サイクロン本体の縦軸と整合している縦軸を有する。固体粒子用の出口は、外部分離装置容器の下部の捕捉チャンバ内に、微粒子と少量のガスを排出するために、サイクロン本体の出口端部内に配置されている。ガス環流用の開口部は、捕捉チャンバからサイクロン本体に戻る目的で、固体粒子用の出口を通して固体粒子と一緒に排出されるガスの一部を再循環するために、サイクロン本体の入口端部で、煙道ガス用の入口から流体的に分離されているサイクロン本体の出口端部内に設けられている。シールドは、固体粒子が、サイクロン本体に通じているガス環流開口部を通して再循環したガス内に捕捉されるのを防止するために、ガス環流用の開口部周囲のサイクロン本体の出口端部から下方に延びる。
【００３０】
サイクロン本体は、好適には、シリンダー状をしていて、固体粒子用の出口は、捕捉チャンバ内に微粒子および少量のガスを接線方向に排出するために、側壁内に開口部を含むことができることが好ましい。ガス環流用の開口部は、孔部であっても、サイクロン本体の縦軸と整合している縦軸を有し、サイクロン本体の出口端部内の密封部を貫通しているシリンダー状のチューブであってもよい。ガス環流チューブは、好適には、サイクロン本体内にガス環流を接線方向に排出することが好ましい。供給ガス入口は、好適には、サイクロン本体内にガスを接線方向または軸方向に排出することが好ましい。
【００３１】
ガス環流用の開口部がチューブである場合には、このチューブは、サイクロン本体を０〜１のサイクロン本体の長さだけ延びることができ、および／またはサイクロン本体の外部を捕捉チャンバ内に０〜１サイクロン本体の長さだけ延びることができる。旋回羽根は、ガス環流開口部と流体的に関連づけることができる。ガス環流チューブへのガス環流用の入口、およびガス環流用のチューブからのガス環流用の出口のどちらかまたは両方を接線方向に向けることができる。好適には、ガス環流用のチューブおよびガス供給用入口の接線方向の排出の両方が、サイクロン本体内で同じ方向にスピンを誘起することが好ましい。
【００３２】
シールドの形は任意の適当な形でよいが、好適には、開いた下端部を有するシリンダー状であることが好ましく、また好適には、ガス環流用の開口部より大きい断面積を有することが好ましい。シールドの下端部は、好適には、ガス環流用のチューブの下端部あるいは任意の下端部の下で終わっていることが好ましい。シールドの上端部は、好適には、サイクロンの出口端部に隣接していることが好ましい。シールドは、好適には、捕捉チャンバ内の固体の任意の密度の濃い相の上に間隔を置いて下端部で終わっていることが好ましい。
【００３３】
他の態様においては、本発明は、ある長さおよび縦軸を有する盲底のサイクロン本体を有するサイクロン分離装置を提供する。ガス供給用の入口は、ガスおよび捕捉された固体粒子の流れ用のサイクロン本体入口端部に配置されている。入口端部のガス用の出口チューブは、低減した捕捉固体粒子を含むガスを排出するための、サイクロン本体の縦軸と整合している縦軸を有する。固体粒子用の出口は、底が閉じているサイクロンから捕捉チャンバ内に、固体と少量のガスを接線方向に排出するために、サイクロン本体の側壁内に配置されている。ガス環流用の開口部は、ガスを捕捉チャンバからサイクロン本体内に再循環させるために、ガス供給用の入口から流体的に分離されている。シールドは、ガス環流用の開口部の周囲をサイクロン本体から下方に延びる。ガス環流用の開口部は、サイクロン本体内を０〜１サイクロン本体の長さだけ延びていて、またサイクロン本体の外部を捕捉チャンバ内に０〜１サイクロン本体の長さだけ延びるチューブを含むことができる。シールドは、好適には、サイクロン本体からガス環流用のチューブの任意の下端部の下まで下方に延びることが好ましい。
【００３４】
さらに他の態様においては、本発明は、ある長さ、ある直径および縦軸を有する、少なくともその一部がシリンダー状のサイクロン本体の盲端部を貫通していて、この端部に密封状態で固定されているガス環流チューブを有するサイクロン分離装置を提供する。環流チューブは、（ａ）サイクロン本体の直径よりも小さい直径と、（ｂ）サイクロン本体の外部の環流入口と、（ｃ）サイクロン本体内の環流出口とを有する。シリンダー状のサイクロン本体は、その一方の端部として密封された端部、およびサイクロン本体の対向端部に密封状態に固定されていて、この端部を貫通しているガス用の出口チューブを有する。ガス用の出口チューブは、サイクロン本体の直径よりも小さい直径を有し、サイクロン本体と軸方向で整合している縦軸を有する。環流用の出口は、ガス用の出口チューブと軸方向で整合しているガス環流用のチューブの一部内に位置する。接線方向のガスおよび固体用の入口は、ガスおよび捕捉された固体粒子を収容するサイクロン本体の端部の対向端部と流体的に接続している。固体粒子用の出口は、密封端部の近くのサイクロン本体の側壁内の少なくとも１つの開口部を通して、サイクロン本体からガスの小さな一部と一緒に濃縮された固体の流れを排出するためのものである。固体用の出口、およびガス環流用の入口は、サイクロン本体の外部で流体的に接続している。シールドは、固体粒子が固体粒子用の出口からガス環流入口に捕捉されるのを防止するために、固体粒子用の出口とガス環流用の入口との間に配置されている。好適には、環流用のチューブは、サイクロン本体の長さの０〜１００％に等しい距離だけ、サイクロン本体のいずれかの側の上を延び、シールドはサイクロン本体からサイクロン本体下のガス環流用チューブの任意の下端部の下まで下方に延びることが好ましい。
【００３５】
さらに他の態様においては、本発明は、隣接するサイクロンから水平方向に間隔を置いて配置されている複数のサイクロンを有する多重サイクロン・ガス／固体分離装置を提供する。各サイクロンは、ガスおよび捕捉された固体粒子を、サイクロン本体の側壁が形成する環状空間に導入するための供給入口端部、およびサイクロン本体と軸方向で整合しているシリンダー状のガス用の出口チューブを含むサイクロン本体を有する。サイクロン本体対向端部の固体用の出口は、サイクロン本体の側壁部を通して、固体粒子および少量のガス用の接線方向を向いている出口を有する。ガス環流用の開口部は、出口チューブと軸方向に整合している。複数のサイクロンは、固体用の出口から排出される固体のための共通の捕捉チャンバ、およびガスおよび捕捉固体を供給するための共通マニフォールドを共有する。捕捉チャンバ内の複数のシールドは、隣接するサイクロンの接線方向を向いている出口からガス環流開口部の入口近くへの固体粒子の排出を防止する。ガス環流用の開口部は、好適には、サイクロン本体内に内部、および捕捉チャンバ内に延びる外部を有するチューブを含むことが好ましい。この場合、内部は孔が開いていない側壁部および開放端部を含み、外部は下方に延びるシリンダー状のチューブよりも大きな直径を有する上記シールドにより囲まれている、捕捉チャンバ内に向け下方に延びる端部で密封されているシリンダー状のチューブを有する。シールドは、好適には、下方に向かって延びるシリンダー状チューブの最下端部の下で終わっている下端部を有することが好ましい。
【００３６】
さらに、他の態様においては、本発明は、それぞれが、（ｉ）サイクロン本体の側壁部が形成する環状空間内に、ガスおよび捕捉された固体粒子とを導入するための供給用の入口端部と、サイクロン本体と軸方向に整合しているシリンダー状のガス用の出口チューブと、（ｉｉ）サイクロン本体の側壁部を通して固体粒子および少量のガスのための接線方向を向いている出口を有する、サイクロン本体の対向端部の固体粒子用の出口と、（ｉｉｉ）出口チューブと軸方向で整合しているガス環流用の開口部とを有するサイクロン本体を備える、隣接するサイクロンから水平方向に間隔を置いて配置されている複数のサイクロンを備える多重サイクロン・ガス／固体分離装置の改善を提供する。複数のサイクロンは、固体粒子用の出口から排出される固体粒子のための共通の捕捉チャンバ、およびガスおよび捕捉固体粒子のための共通マニフォールドの両方を共有する。上記改善は、隣接するサイクロンの接線方向の出口からガス環流用の開口部の入口近くへの固体粒子の排出を防止するために、捕捉チャンバ内に位置する複数のシールドを備える。シールドは、好適には、ガス環流用の開口部の周囲をサイクロン本体の固体粒子用出口の端部から下方に延びるシリンダー状のチューブであることが好ましい。シールドは、ガス環流用の開口部および開放下端部の直径より大きい直径を有することができる。シールドの下端部は、好適には、ガス環流用の開口部下端部の下であって、キャッチ・ベースン内の密度が高い相の固体のレベルより高いところで終わっていることが好ましい。サイクロン本体から下方に延びるシールドの下端部は、好適には、キャッチ・ベースン内のほぼ同じ高さで終わっていることが好ましい。
【００３７】
他の態様においては、本発明は、ガスと固体粒子の混合物を分離するための装置を提供する。上記装置は、盲底のサイクロンと、サイクロンの下端部内のガス環流用の開口部と、ガス環流用の開口部の周囲を、サイクロンの下端部から下方に延びるシールドとを含む。シールドは、好適には、ガス環流用の開口部を囲むようにサイクロンに隣接していることが好ましい。ガス環流用の開口部は、好適には、環状通路を含むことが好ましい。シールドは、環状通路の外壁よりも大きい内径を有する同心チューブであってもよい。チューブは、好適には、環状通路の最下端部の下で終わっていることが好ましい。
【００３８】
他の態様においては、本発明は、ガスと固体粒子の混合物を分離するための方法である。この方法は、複数の隣接する盲底のサイクロンの各入口に混合物を導入するステップと、各サイクロンの上端部から少量の固体粒子を含むガスを排出するステップと、各サイクロンの下端部の接線方向を向いている出口から捕捉されたガスを含む固体を排出するステップと、各サイクロンの下端部内に形成された環流開口部を通して、サイクロン内に捕捉されたガスの一部を環流するステップと、クロストークを防止するために、環流用の開口部を接線方向を向いている出口から遮断するステップとを含む。
【００３９】
他の態様においては、本発明は、ガスと固体粒子の混合物を分離するための装置である。上記装置は、複数の隣接する盲底のサイクロンの各入口に、混合物を導入するための手段と、各サイクロンの上端部から少量の固体を含むガスを排出するための手段と、各サイクロンの下端部の接線方向を向いている出口から、捕捉されたガスを含む固体粒子を排出するための手段と、各サイクロンの下端部内に形成された環流開口部を通して、サイクロン内に捕捉されたガスの一部を環流するための手段と、クロストークを防止するために、環流開口部を接線方向を向いている出口から遮断するための手段とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１（従来技術）は、チトニス他の米国特許第５，６８１，４５０号の還元混沌サイクロン分離装置類似の第３段の分離装置（ＴＳＳ）である。ＴＳＳ１００は、入口１０２を通して微粒子を含むＦＣＣ煙道ガスを受け入れる。供給ガスは、複数のサイクロン１０６の入口へのプレナム１０４に分配される。各サイクロン１０６は、バレル１０８内で接線方向の流れのパターンを誘起するために、入口旋回羽根（図示していないので、図３参照）を備える。微粒子は各バレル１０８の壁部上に集まり、その下端部に形成された各固体粒子用出口のスロット１１０から排出される。キャッチ・ベースン１１２内に固体と一緒に排出されたガスは、ガス環流チューブ１１４を通して各バレル１０８に再び入る。清浄なガスは、各出口チューブ１１６を通して吸い込まれ、ガス用の出口１１８を通して容器から排出される。キャッチ・ベースン１１２内に堆積した固体粒子は、固体粒子用の出口１２０を通して除去される。
【００４１】
各サイクロン１０６は、ほぼ同じ寸法を有する。すなわち、各バレル１０８は、同じ長さおよび直径を有する。プレナム１０４の高さは、通常、プレナムが容器の中心から外側に延びるにつれて、低くなる傾向があるので、固体用出口スロット１１０の高さも同様に低くなる。それ故、外部位置のサイクロン１０６の固体粒子用出口のスロット１１０は、内部の位置においては、サイクロン１０６の底部より下になる。サイクロン１０６の高さの違いは、固体用出口スロット１１０と再導入チューブ１１４の下端部の間でクロストークに影響を与えるものと考える。隣接するサイクロン１０６から固体用出口スロット１１０をずらしても、クロストークはなくならない。何故なら、通常、ＴＳＳ１００内には比較的間隔が狭いサイクロン１０６が数百も存在するからである。また、各水平方向において、特にＴＳＳ１００の中心および外周部の中間のサイクロン１０６の場合には、サイクロン１０６の間隔は比較的狭い。
【００４２】
図２は、図１のＴＳＳを示す。この図においては、図１および図２の参照番号の最後の２桁の数字が同じであるということは、対応する類似の部品を示す。サイクロン２０６は、本発明の原理により各シールド・チューブ２２２により改良されている。サイクロン２０６の各バレル２０８は、ＴＳＳ２００の中心からもっと近いまたはもっと遠いサイクロン２０６に隣接するサイクロンに対して、捕捉チャンバ２１２内で異なる高さで終わっているけれども、シールド２２２は、逆に対応する長さを有し、その結果、シールド２２２の下端部は、すべてほぼ同じ高さ、好適には、捕捉チャンバ２１２内の固体粒子の任意の濃度が高い相の上で終わっていることが好ましい。
【００４３】
図３は、本発明の好適なサイクロンの略断面図であり、図４は同じサイクロンの底面図である。入口のガスおよび捕捉された固体粒子は、バレル２０８とガス用出口チューブ２１６の間の環状部内に軸方向に入り旋回羽根２２４により接線方向に指向される。ガスの流れは出口チューブ２１６の周囲で渦を巻く。遠心力により、微粒子はバレル２０８の壁部に衝突する。固体粒子は、１つまたはそれ以上の接線方向のダスト用出口２１０を通して排出される粒子の比較的薄い循環層として集合する。サイクロン２０６は、好適には、バレル２０８の下端部の係合フランジ２３０にボルトで固定されている盲フランジ２２８であることが好ましい盲底２２６を有する。ガスの再度の導入は、盲フランジ２２８を貫通している、および／または上記フランジに固定されている中央に位置するチューブ２１４により行われる。必須ではないが、シールド・チューブ２２２は、できればバレル２０８と同じ直径を有し、盲フランジ２２８に溶接されているか、または他の方法で固定されていることが望ましい。チトニス他のサイクロンを改装する際には、例えば、再導入チューブ２１４をサポートしている盲フランジ２２８の下面に、シールド・チューブ２２２を溶接することにより、シールド２２２が各サイクロンに追加される。
【００４４】
シールドした再導入サイクロン２０６については、図２〜図４のサイクロン２０６の特定の機能についての、一例を説明するが、シールドされたサイクロンは、本発明のシールド２２２を含むように修正されたチトニス他に記載されているガス還流式のサイクロンなどのように、盲底が任意の形をとることができることを容易に理解することができるだろう。
【００４５】
下記の例を参照すれば、本発明をよりよく理解することができるだろう。
【００４６】
例  −  コールドフロー・モデル化
シールドを備えているものおよびシールドを備えていないものについて、軸方向導入サイクロンの性能を大規模なコールドフロー・ユニットで研究した。このコールドフロー・ユニットは、商業用の設計から縮尺したもので、触媒の粒子が、ＴＳＳサイクロンのいくつかのガス環流チューブ内に蓄積しているチトニス等の現存の第３段の分離装置（ＴＳＳ）設計のものである。コールドフロー・モデルは、４つの作動サイクロン素子および２つの非作動サイクロン素子を有し、そのサイズ、入口のガス速度およびダスト充填量は、表１に示す設計ベースとの比較により示すように、商用ＦＣＣ再生装置の出口通常で得られるものである。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
図５は、試験装置の略図である。空気抽出により、入口パイプ３１０内に触媒を供給した。試験施設は、送風機３１６の入口に出口ガス・フィルタ排気３１４を接続することにより、真空下で動作させた。入口のパイプ３１０を、バッフル付きのウィンドウ３２２を通して、入口プレナム３２０に接続した。バッフルにより、外からのダストを含む空気を入口プレナム３２０内に確実に均等に分配した。入口プレナム３２０を、商用ＴＳＳ設計の通常の方法で曲げた。その旋回羽根３２４により、触媒を含む空気を軸流サイクロン３２２に導入した。図６は、入口のパイプ３１０および沈殿チャンバ３２８上のサイクロン３２２（図６でサイクロン３２２Ａ〜３２２Ｆで区別した）のレイアウトの平面図である。サイクロン３２２Ａ〜３２２Ｆは、通常のＴＳＳ内でのように、三角形のピッチ上に配置した。サイクロン本体３２６を、通常の商用ＴＳＳ内のアップフローと一致する直径を有する入口プレナム３２０の下の沈殿チャンバ（保持容器）３２８内で終わらせた。サイクロン３２２からの凝縮したダストと捕捉したガスを、固体粒子用の出口スロット３２３を通して、沈殿チャンバ３２８内に排出した。濃縮したダストを含むガスの一部を、アンダーフロー・ポット３３０を通して排出し、次に、送風機３１６の吸い込みに入る前で、ガス出口フィルタ３３４からの清浄なガスと合流する前に３３２で濾過した。アンダーフロー・ライン３３６を通るガスの流速を、バタフライ・バルブ（図示せず）により測定し、制御した。アンダーフロー・ガス内のダストをアンダーフロー・フィルタ３３２で除去した。
【００４９】
固体粒子用の出口スロットを通して沈殿チャンバ３２８に入った過度のガスの流れは、サイクロン３２２の底部に位置する再導入チューブ３４０を通してサイクロン３２２内に戻った。ダスト出口スロット３２３および再導入チューブ３４０を含むサイクロン３２２のセクションは、ダスト・スロット排出の方向を迅速に変えることができるように、個々のスプール片として設計した。清浄なガスは、パイプ３４２を通して出口プレナム３４４に出て、そこから出口フィルタ３３４を通して流れ、すべての捕捉された触媒の粒子が除去された。清浄なアンダーフロー・ガスと合流した清浄なガスは、次に、ライン３１４を通してブロワ３１６の吸い込み内に流入する。ガスの流れを測定したが制御はしなかった。このユニットを流れるガス全体の流速（および単位圧力）は、ブロワ３１６の出口のダンパ３４６により手動で制御した。ユニット全体を、ヘリウム・ガス・トレーサ作業用の設備およびサイクロン３２２およびプレナム・チャンバ内のガスの流速のマッピングを含む、流れおよび圧力測定用の熱線風速計、ピトー管、圧力計、および圧力ゲージで装備した。
【００５０】
各サイクロン３２２の内径は１０インチ（２５．４ｃｍ）であり、長さは５フィート（１５３ｃｍ）である。ダスト出口スロットの高さは２．５インチ（６．３５ｃｍ）であり、幅は１インチ（２．５４ｃｍ）または１．５インチ（３．８１ｃｍ）である。再導入チューブ３４０は、公称１インチ（２．５４ｃｍ）、２インチ（５．０８ｃｍ）または３インチ（７．６２ｃｍ）のパイプであった。旋回羽根３２４を通過するガスの速度は、約２４０〜２５０ｆｔ／ｓ（７，３２０〜７，６２５ｃｍ／秒）であり、ダスト充填量は、実際の１立法フィート当たり０．３３２グレーン（ｇｒａｉｎ）であった。３パーセントのガスのアンダーフロー速度において、１インチ（２．５４ｃｍ）の再導入チューブ３４０内でのガスの速度は、約４０〜５０ｆｔ／ｓ（約１，２２０〜１，５２５ｃｍ／秒）であった。
【００５１】
供給触媒混合物は、２２．５重量％の新鮮なＦＣＣ平衡触媒、精製装置からの４４重量％の第４段の捕捉物、および精製装置からの３３．５重量％の静電集じん機の捕捉物を一緒に混合して調製した。混合比率は、通常の市販のＴＳＳ入口粒子のサイズ分布にできるだけ一致するように選択し、使用する前に完全に混合した。静電気の影響を最低限度に低減するために、約０．００２ｌｂ／ｌｂのＬＡＲＯＳＴＡＴ  ５１９を供給混合物に添加した。粒子サイズの測定にクールター計数器（Ｃｏｕｌｔｅｒ  ｃｏｕｎｔｅｒ）を使用し、選択した測定値を走査電子顕微鏡で確認した。
【００５２】
シールド３３５の内径および外径は、サイクロン３２２の本体の内径および外径と同じであり、各シールド３２２の高さは他のシールド３３５の高さと同じであり、再導入チューブ３４０の下端部よりかなり下であるが、沈殿チャンバ３２８内の密度の濃いベッドの上面より高かった。入口プレナム３２０が湾曲していたので、ＴＳＳのサイクロンは、沈殿チャンバ３２８内の同じ高さには達していなかった。従って、ダスト・スロットのあるものは、いくつかの再導入チューブ３４０の入口の方向に排出した。チャンバ３２８内の正味の上方への速度のために、沈殿チャンバ３２８からサイクロン３２２に入るガスも触媒を再度捕捉した。試験の結果、シールド３３５がＴＳＳの動作にとって有益であることが分かった。シールドは、約６パーセントサイクロン３２２の全収集効率を増大し、シールド３３５無しでサイクロン３２２から出る清浄なガスの流れ内の１０μｍより大きいすべての粒子を除去した。図７に示すように、ＴＳＳ素子の粒子分布を、シールド３３５を使用しなかった場合と比較すると、シールド３３５を設置した場合、清浄なガス内に１０μｍを超える粒子が存在しないことが分かった。シールド３３５を設置しても、カット・サイズ（ＴＳＳの清浄なガスの出口の最大粒子サイズ）は、本質的に変化しなかった。すなわち、シールド３３５は、サイクロン３２２の主要な動作に悪影響を与えなかった。シールドは、沈殿チャンバ３２８からの二次粒子再捕捉を除去または低減しただけである。コールドフロー・モデル化からの結果は、シールドを設置することにより沈殿チャンバからの二次再捕捉を除去することにより、ＴＳＳの全性能が向上したことを証明した。二次再捕捉は、隣接するサイクロンのガス環流チューブの近くで１つのサイクロンから出て、その環流チューブを通して隣接するサイクロンに吸収される触媒粒子によるものである。
【００５３】
ダスト沈殿チャンバ３２８は、壁部に沿って下降パターン内を移動するダストの広い帯で示すように、強力な時計方向（上から見た場合）の空気の循環を示した。ダストの帯は、ダスト出口サイクロン３２２Ｅ、３２２Ｆの近くで上昇し、サイクロン３２２Ａの近くで下方に流れた。このことは、チャンバ３２８壁部への種々のサイクロン３２２の出口近辺およびサイクロン・ダスト出口スロットの向きが、回転速度および回転方向を第一に決めることを示唆していた。右回転のサイクロンと左回転のサイクロンを組み合わせても、チャンバ３２８内の回転を十分除去することはできなかった。サイクロン３２２Ｅをガスの流れの経路から分離しても、沈殿チャンバ３２８内のこの回転運動は変化しなかった。沈殿チャンバ３２８内の回転は、アンダーフローをなくしても依然としてかなり強力なものであった。このことは、空気のかなりの部分がサイクロンのダスト・スロットを通して流出し、次に再導入チューブ３４０を通して再流入することを示唆していた。再導入チューブ３４０のサイズを増大し、シールド３３５を設置するか、何本かの再導入チューブ３４０を閉鎖しても、沈殿チャンバ３２８内の全体の循環パターンは変化しなかった。
【００５４】
この例で試験したいくつかのサイクロン構成の性能を、その収集効率および清浄なガス内の１０μｍより大きいサイズを有する残留触媒に基づいて比較した。試験した構成は下記のものであった。
・基本設計（１インチ（２．５４ｃｍ）の再導入チューブ３４０を備え、シールド３３５無し）
・１インチ（２．５４ｃｍ）の再導入チューブ３４０およびシールド３３５を備えるサイクロン
・３インチ（７．６２ｃｍ）再導入チューブ３４０およびシールド３３５を備えるサイクロン
【００５５】
１インチ（２．５４ｃｍ）の再導入チューブ３４０を備えるサイクロン３２２にシールド３３５を追加すると、効率が８３．７から９０％に向上した。再導入チューブ３４０の直径を公称１インチ（２．５４ｃｍ）から公称３インチ（７．６２ｃｍ）に拡大したら、収集効率が約２％低減した。
【００５６】
アンダーフローの百分率の変化（１〜５％）、公称サイクロン入口速度の変化（１００〜２５０ｆｔ／ｓ（３０５０〜７，６２５ｃｍ／秒））、ダスト充填量の変化、詰まった（ｐｌｕｇｇｅｄ）再導入チューブの変化、詰まった旋回羽根の変化、詰まった入口ウィンドウの変化、もっと小さな粒子サイズの変化、およびもっと太い再導入チューブ・サイズの変化（２〜３インチ（５．０８〜７．６２ｃｍ））の影響も調査した。
【００５７】
サイクロン３２２の性能に対するアンダーフロー速度の影響を、シールドを使用しない基本的サイクロン設計に対する１９５ｆｔ／ｓ（５，９４７ｃｍ／秒）のサイクロン入口速度で組織的に研究した。その結果は、４％までのアンダーフローサイクロンの効率が増大し、次に、さらにアンダーフロー速度が増大すると、効率が若干下がるように見えることが分かった。３インチ（７．６２ｃｍ）の再導入チューブ・サイクロンの効率は、４％以上のアンダーフロー速度には影響を受けないように見えた。基本設計に対する４％以上のアンダーフロー速度の効率の若干の低下は、分離した触媒粒子による沈殿チャンバ内の増大する乱流による可能性があった。シールドの存在および３インチ（７．６２ｃｍ）の再導入チューブおよびシールドを備えるサイクロンの再導入速度の低下は、アンダーフロー速度が増大するにつれて、触媒粒子の再捕捉を低減するように見えた。サイクロンの入口の速度を一定にしてアンダーフローを増大した場合には、清浄なガス内の＋１０μｍの材料の量は増大しなかった。
【００５８】
基本的サイクロン設計の性能に対するアンダーフロー速度が、３％で一定している場合のサイクロン入口速度の影響を調査したが、この場合、サイクロンの効率は、最大８７％の場合もあったが約８１％であり、次に、サイクロンの入口での速度が１１０ｆｔ／ｓ（３，３５５ｃｍ／秒）から２４９ｆｔ／ｓ（７，５９５ｃｍ／秒）に増大すると若干低減した。サイクロンの入口での速度が２００ｆｔ／ｓ（６，１００ｃｍ／秒）で効率は最大になった。サイクロンの入口での速度が１８５ｆｔ／ｓ（５，６４３ｃｍ／秒）より遅い場合には、清浄なガスから収集したすべての触媒粒子の直径は１０μｍ未満であった。清浄なガス内の１０μｍ以上の粒子の濃度は、サイクロンの入口での速度が１９０ｆｔ／ｓ（５，７９５ｃｍ／秒）を超えると急激に増大した。調査した最高速度で、１０μｍ以上の粒子の濃度は１０ｍｇ／Ｎｍ3であった。
【００５９】
入口プレナムと出口プレナムとの間のサイクロンの圧力降下は、サイクロン３２２の入口速度が増大すると増大した。サイクロン３２２の圧力降下は、通常、下式で示すようにサイクロン３２２の入口速度に関連する。
ΔＰ＝０．００１  ０７ρＶｅｌ1.8              （１）
【００６０】
入口と沈殿チャンバ３２８との間の圧力降下も、入口速度が増大すると増大した。圧力降下は、再導入チューブ３４０のサイズが増大すると増大した。この増大の理由は、固体粒子用の出口スロットからのサイクロン３２２のガス流出が、再導入チューブの直径が増大すると増大したからである。
【００６１】
旋回羽根３２４の圧力降下は、通常、下式のようにサイクロン３２２の入口速度に関連する。
ΔＰ＝１ｅ−０５Ｖｅｌ1.96                    （２）
【００６２】
サイクロン３２２の圧力降下の約２５％は、旋回羽根３２４によるものであった。
【００６３】
１９５ｆｔ／ｓ（５，９４８ｃｍ／秒）（６つのサイクロンの場合）および２４４ｆｔ／ｓ（７３２ｃｍ／秒）（４つのサイクロンの場合）の清浄なガス内の触媒の粒子サイズの分布は、サイクロンをより速い入口速度で稼働した場合、清浄なガスは１０μｍより大きい粒子を含んでいたことを示した。２４４ｆｔ／ｓ（７，４４２ｃｍ／秒）の入口速度でのＰＳＤは、２つのカット・サイズを示した。一方のカット・サイズは約６μｍであり、他方のカット・サイズは約５０μｍであった。６と５０μｍ間の材料は、サイクロン入口速度が増大した場合の、沈殿チャンバ３２８からの触媒の再捕捉によるものと思われる。これらのサイクロンは、シールド３３５を有していなかった。より速い入口速度の場合の第１のカット直径は、もっと低いサイクロン入口速度の場合のカット直径よりも小さかった。このことは、サイクロンの効率が入口速度が増大するにつれて増大することを示している。
【００６４】
再導入チューブ３４０の速度を、ヘリウム・トレーサ測定値から３％の一定のアンダーフロー速度で測定した。再導入チューブ３４０の速度は、サイクロン入口速度が増大するにつれて増大した。何故なら、もっと多くのガスがダスト・スロットを通して沈殿チャンバ３２８内に流出するからである。精製装置サイクロン入口設計速度において、ヘリウム・トレーサから測定した再導入チューブ３４０の速度は、予想した速度より数段速かった。
【００６５】
残りの試験に使用する供給混合物ＰＳＤと比較して、微粒子を注入することにより、もっと細かい入口ダスト粒子サイズ分布を持つＴＳＳの性能を調査した。上記微粒子は、１０μｍ未満の触媒粒子を６６％含んでいたが、一方、通常の供給混合物は、１０μｍ未満の触媒粒子を２４％しか含んでいなかった。試験は、３インチ（７．６２ｃｍ）の再導入チューブ３４０およびシールド３３５を備えるサイクロン３２２を使用して行った。ほぼ同じ入口速度およびダスト充填量で、もっと小さな粒子サイズ分布の供給物を使用した場合、サイクロンの効率は２１％低減した。しかし、清浄なガス内の触媒の微粒子サイズの分布は、供給物のサイズにより影響を受けなかった。サイクロンに１０μｍ未満の粒子を６６％供給した場合でも、清浄なガス内に１０μｍより大きい粒子は存在しなかった。このことは、サイクロン３２２の等級の効率は一定であり、入口の粒子サイズの分布の影響を受けないことを示唆している。
【００６６】
サイクロンの性能に対するダスト充填量の影響は、異なる入口ダスト充填量でのその収集効率を研究することにより特徴づけた。入口ダスト充填量は、４００ｍｇ／Ｎｍ3から９００ｍｇ／Ｎｍ3の間で変化した。使用したサイクロン３２２は、シールド３３５および再導入チューブ３４０を備えていた。結果は、サイクロン３２２へのダスト・ローディングを２倍にした場合、サイクロン３２２の効率が、入口ダスト・ローディングにより約６％増大することを示した。
【００６７】
サイクロンの性能に対する再導入チューブ３４０の直径の影響を研究した。基本設計の１．０４９インチ（２．６６４ｃｍ）（公称１インチ（２．５４ｃｍ））の再導入チューブ３４０の他に、２．０２インチ（５．１３ｃｍ）（公称２インチ（５．０８ｃｍ））および２．９７インチ（７．５４ｃｍ）（公称３インチ（７．６２ｃｍ））ＩＤの２つの再導入チューブ３４０のサイズを研究した。シールド３３５もサイクロン３２２上に設置した。この３つの再導入チューブ３４０サイズでサイクロン３２２の性能を調査した結果、再導入チューブ３４０の内径を１．０２９インチ（２．６１４ｃｍ）から２．９７インチ（７．５４ｃｍ）ＩＤに増大すると、サイクロンの効率が若干低減することが分かった。最も太い再導入チューブ３４０の性能は、シールド３３５を使用しない１インチ（２．５４ｃｍ）の再導入チューブ３４０を備えるサイクロン３２２の性能とほぼ同じであった。しかし、清浄な出口ガス内には１０μｍより大きい粒子は存在しなかった。
【００６８】
再導入チューブ３４０を１．０４９インチ（２．６６４ｃｍ）から２．９７インチ（７．５４ｃｍ）に太くすると、再導入チューブ３４０の速度が、４００ｆｔ／ｓ（１２，２００ｃｍ／秒）から１００ｆｔ／ｓ（３，０５０ｃｍ／秒）にそれぞれ減少した。再導入チューブ３４０の速度は遅くなったが、ダスト・スロットからでるガスの量は増大し、その結果、一定のアンダーフロー速度で、再導入チューブ３４０を通してサイクロン３２２に流入するガスの正味の流量は増大した。それ故、アンダーフロー速度が一定の場合には、再導入チューブ３４０のサイズが増大するにつれて、沈殿チャンバ３２８内の乱流は増大した。しかし、再導入ガスの速度が遅くなると、沈殿チャンバ３２８からの触媒の再捕捉の量は減少した。
【００６９】
ＴＳＳ出口粒子サイズ分布（ＰＳＤ）に対する再導入チューブ３４０の直径の影響を調査した結果、再導入チューブ３４０を１．０４９インチ（２．６６４ｃｍ）から２．０２インチ（５．１３ｃｍ）または２．９７インチ（７．５４ｃｍ）に太くすると、出口ＰＳＤのカット点が５μｍから３μｍに小さくなった。再導入チューブ３４０のサイズを大きくすると、サイクロン３２２の効率のロスが少ない状態で、ユニットの動作性を改善することができる。
【００７０】
入口バッフルを取り外すと、サイクロン３２２へのガスおよび触媒の分布が悪くなり、その性能に影響を与えるかどうかを知るために、入口バッフルを使用しないで試験を行った。このような試験を行ったのは、入口バッフルが、上のウィンドウを精製装置の屑で詰まらせるかもしれないという懸念があったからである。この試験に使用したサイクロン３２２は、シールド３３５および３インチ（７．６２ｃｍ）の公称再導入チューブ３４０を備えていた。試験の結果、入口バッフルを取り外しても、サイクロンの収集効率にマイナスの影響はなく、サイクロンから排出される清浄なガスの流れ内には１０μｍ以上の粒子が存在しないことが分かった。入力圧力降下は、入力バッフルを使用しない場合には、低下した。
【００７１】
サイクロンの性能に対するダスト出口スロットのサイズの影響を調査するために試験を１回行った。この試験は、３％のアンダーフローで、３インチ（７．６２ｃｍ）の公称再導入チューブ３４０およびシールド３３５を備えるサイクロン３２２を使用して行った。ダスト出口スロット幅を、基本設計で使用した１．５インチ（３．８１ｃｍ）から１．０インチ（２．５４ｃｍ）に狭くした。２．５インチ（６．３５ｃｍ）のスロットの高さは変更しなかった。試験結果を１．５インチ（３．８１ｃｍ）の標準のスロット幅を有するサイクロン３２２と比較した。アンダーフロー速度を一定に維持しながら、スロット幅を狭くすると、サイクロン３２２の効率が約４％低減したが、サイクロン３２２の両端の圧力降下は影響を受けなかった。スロットからのガスの流速は変化しなかったが、スロットの面積が少なくなったために速度は約８７ｆｔ／ｓ（２，６５４ｃｍ／秒）だけ増大した。これにより沈殿チャンバ３２８内の乱流が増大し、そのため触媒の再捕捉が増大した。スロット幅が狭くなると、サイクロン３２２からのダストの流出が妨害され、渦内へのダストの内部再捕捉が増大する可能性もあった。
【００７２】
詰まった再導入チューブ３４０の２５％で稼働している再導入チューブ３４０（１本の再導入チューブ３４０）が詰まった結果を、詰まっていない再導入チューブ３４０と類似の条件で行った２回の試験からのデータと比較した。このデータに基づいて、各４本の再導入チューブ３４０の中の１本が詰まっても、サイクロン・システムの効率にマイナスの影響はなかったように見えた。再導入チューブが詰まっても、サイクロン３２２の両端の圧力降下は変わらなかった。
【００７３】
市販のユニットの入口ウィンドウが詰まった場合の影響をシミュレートする目的で、上の入口ウィンドウ３２０をカバーするために、湾曲したプレキシグラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ）プレート（図示せず）を使用した。その結果、入口ウィンドウが詰まっても、サイクロンの収集効率は影響を受けないし、また清浄なガス内の１０μｍ以上の粒子のロスもないことが分かった。しかし、入口のパイプの両端の圧力降下は増大した。何故なら、すべてのガスは下側ウィンドウを通過したからである。
【００７４】
そのダスト出口スロット、再導入チューブ３２２およびガス出口チューブを開いたままで、いくつかのサイクロン３２２の旋回羽根３２４が完全に詰まった場合の影響を調査するために別の試験を行った。この試験は、２つの機能していないサイクロン（３２２Ｂ，３２２Ｅ）のダスト出口スロットを閉鎖したままの状態にし、再導入チューブ３４０およびガス出口チューブは開いた状態に維持して、４つの機能しているサイクロン３２２により行った。その結果、サイクロンの収集効率がかなり低下し、その結果サイクロン３２２から出る清浄なガス内の１０μｍ以上の粒子が急激に増大した。旋回羽根３２４を閉鎖または詰まらせると、沈殿チャンバ３２８と出口プレナム３４４の間で全ガスおよび固体粒子がショートした。それにより、真空状態になり、通常は動作後壁部およびフランジに付着するすべてのダスト粒子が清掃され、沈殿チャンバ３２８内でダストがほとんど収集されなかった。調査した３つの中でこの故障モードは、サイクロン・システムの動作に対して最も破局的なものであった。その結果、性能が直ちに劣化した。旋回羽根３２４の一部が閉鎖すると、同じ影響を与える恐れがあるが、その影響はもっと小さい。
【００７５】
上記コールドフロー・モデル化からの結果は、シールドを使用しない場合のＴＳＳの清浄な出口ガス内に大きな粒子が含まれているのは、沈殿チャンバからのすでに分離した触媒粒子が再度捕捉されるからであることを示した。沈殿チャンバ内においては、分離された微粒子の強度の乱流と時計方向の運動が見られた。サイクロンからのガス／固体粒子の出口速度は、設計値よりも速いことが分かった。その結果、流出する触媒粒子は、隣接するサイクロンのガス再導入チューブの入口近くに射出された。再導入チューブを通してサイクロンに入るガスの速度は、設計の際に考えた値よりも数倍速く、そのため沈殿チャンバからの触媒粒子の二次再捕捉が起こる。サイクロンの底部にシールドを追加すると、クロストークがなくなり、二次再捕捉が少なくなり、清浄なガスから１０ミクロン以上の粒子が除去された。
【００７６】
シールドを設置する他に、下記の２つの追加的修正がユニットの動作性を改善することが分かった。（１）再導入チューブを公称１インチ（２．５４ｃｍ）から公称３インチ（７．６２ｃｍ）に太くすると、ＴＳＳの全収集効率が若干低下するが、再導入チューブが詰まる傾向が軽減する。（２）入口のバッフルを取り外すと、精製装置の屑で上のウィンドウが詰まる恐れがなくなる。このことは、コールドフロー・ユニット内のサイクロンの性能に影響を与えない。
【００７７】
例  −  仮定の触媒微粒子
ＴＳＳの性能に対するシールドの影響のもう１つの例は、コールドフロー・モデル化の結果に基づいて、入口のガスの流れ内の仮定の触媒微粒子の組成でＴＳＳの性能を推定することである。表３および４は、それぞれ、５、１０、２０および６０ミクロンの均等な粒子サイズを仮定した場合の、コールドフロー・モデル化からのデータに基づく、シールドしなかったおよびシールドした環流チューブの清浄なガスに対する効率、収集率および粒子のロスを示す。
【表３】
2004255379.tif 000005
【００７８】
【表４】
2004255379.tif 000006
【００７９】
シールドを使用しないと、サイクロンからのいくつかの大きな粒子が収集チャンバから再捕捉される。本発明によりシールドを設置した場合には、再捕捉が除去される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】（従来技術）再導入チューブを含む盲底のサイクロンを示す、従来技術による第３段の分離装置の略図である。
【図２】本発明のある実施形態の原理によるシールド・チューブを含むように修正した後の、図１第３段の分離装置の略図である。
【図３】本発明のある実施形態による再導入シールドを含むサイクロンの略立面図である。
【図４】４−４線に沿って見た図３のサイクロンの略平面図である。
【図５】本発明のサイクロンのコールドフロー・モデル化のための試験装置の略図である。
【図６】図５の試験用装置内のサイクロンおよび入口パイプのレイアウトを示す略平面図である。
【図７】本発明によるシールド（−◇−◇−◇−）を備えているが、従来技術によるシールド（−●−●−●−）は備えていない第３段の分離装置のサイクロンからのガス用出口内の粒子サイズ分布の図形による表示である。
【符号の説明】
【００８１】
１００，２００  ＴＳＳ
１０２  入口
１０４  プレナム
１０６，２０６  サイクロン
１０８，２０８  バレル
１１２  キャッチ・ベースン
１１４，２１４  再導入チューブ
１１６，２１６  出口チューブ
１１８  ガス用出口
１２０  固体粒子用出口
２１２  捕捉チャンバ
２２２  シールド
２２６  底
２２８  盲フランジ
３１０  入口パイプ
３１４  出口ガス・フィルタ排気
３１６  送風機
３２０  入口プレナム
３２２  バッフル付きのウィンドウ
３２３  固体粒子用の出口スロット
３２８  沈殿チャンバ
３３０  アンダーフロー・ポット
３３２  アンダーフロー・フィルタ
３３４  ガス出口フィルタ
３３５  シールド
３４０  再導入チューブ
【図１】
2004255379.tif 000007
【図２】
2004255379.tif 000008
【図３】
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【図４】
2004255379.tif 000010
【図５】
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【図６】
2004255379.tif 000012
【図７】
2004255379.tif 000013