(57)【要約】  管状筐体と、ガス−固体入口開口部と、ガス出口導管と、羽根と、ＶＳＰボルテックス安定装置とを備える分離渦流管、ならびに関連する方法及びシステム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状筐体と、ガス−固体入口開口部と、ガス出口導管と、羽根と、ＶＳＰボルテックス安定装置とを備える、分離渦流管。
【請求項２】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置は、中空の内部を有しない中実の構造を備える、請求項１に記載の分離渦流管。
【請求項３】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置は、中空の内部を画定するシェルを備える、請求項１に記載の分離渦流管。
【請求項４】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置は、上面と、第１の側面と、第２の側面と、底部とを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の分離渦流管。
【請求項５】
前記上面が０．０５メートル〜０．５メートルの範囲の直径を有する、請求項４に記載の分離渦流管。
【請求項６】
前記第２の側面が始めの直径及び終わりの直径を有する、請求項４または５に記載の分離渦流管。
【請求項７】
前記第２の側面の前記始めの直径が、前記上面の前記直径に等しい、請求項６に記載の分離渦流管。
【請求項８】
前記第２の側面の前記終わりの直径対前記第２の側面の前記始めの直径の比が、１．５：１〜５：１の範囲である、請求項６または７に記載の分離渦流管。
【請求項９】
前記管状筐体が、０．１５メートル〜１．５メートルの範囲の内径を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の分離渦流管。
【請求項１０】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置が、前記管状筐体の中央下に配置される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の分離渦流管。
【請求項１１】
ＶＳＰボルテックス安定装置の一部分が、前記管状筐体によって画定された中空の内部の中に延びる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の分離渦流管。
【請求項１２】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置が、１つ以上の装着ブラケットによって前記管状筐体に取り付けられる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の分離渦流管。
【請求項１３】
圧力容器と、排ガス／触媒微粉入口と、排ガス出口と、底流ガス／触媒微粉出口と、渦流管セパレータとを備え、前記渦流管セパレータは、管状筐体と、ガス−固体入口開口部と、ガス出口導管と、羽根と、ＶＳＰボルテックス安定装置とを備える、三段セパレータ。
【請求項１４】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置が、中空の内部を有しない中実の構造を備える、請求項１３に記載の三段セパレータ。
【請求項１５】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置が、中空の内部を画定するシェルを備える、請求項１３に記載の三段セパレータ。
【請求項１６】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置が、上面と、第１の側面と、第２の側面と、底部とを備える、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の三段セパレータ。
【請求項１７】
前記ＶＳＰボルテックス安定装置が前記管状筐体の中央下に配置される、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の三段セパレータ。
【請求項１８】
ＶＳＰボルテックス安定装置の一部分が、前記管状筐体によって画定された中空の内部の中に延びる、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の三段セパレータ。
【請求項１９】
三段セパレータを設けることであって、前記三段セパレータは、圧力容器と、排ガス／触媒微粉入口と、排ガス出口と、底流ガス／触媒微粉出口と、渦流管セパレータとを備え、前記渦流管セパレータは、管状筐体と、ガス−固体入口開口部と、ガス出口導管と、羽根と、ＶＳＰボルテックス安定装置とを備える、設けることと、
前記三段セパレータ内にガス流を導入することと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記ガス流から固体を除去することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１５年３月３日に出願された米国仮出願第６２／１２７，６３１号の利益を主張し、該仮出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、改善された渦流管セパレータに関する。より詳細には、特定の実施形態において、本開示は、ＶＳＰボルテックス安定装置を備える改善された渦流管セパレータ、ならびに関連する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
同伴ガスからの微粉化された固体粒子の除去は、エキスパンダにおける膨張タービンなどの、ガスを逸らす壁を含む流体動的装置にガスが通過させられる、ほぼどのようなシステムでも、このようなシステムへの腐食損傷を防ぐために必要である。さらに、同伴ガスが最終的に大気に放出される場合、粒子物の除去は、環境保護の観点からも重要である。これらの環境上の制限のために、５０ｍｇ／Ｎｍ３を下回る排気レベルがときには要求される。
【０００４】
微粉化された固体粒子の同伴ガスからの除去に好適なセパレータの例は、三段セパレータであり、そのうちのいくつかが、Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｊａｎｕａｒｙ  １９８５，５１−５４において説明される。三段セパレータは許容可能なレベルまで、膨張タービンまたは排ガスボイラのすぐ上流の流動接触分解再生器を出るガス流にまだ存在する微粒子を除去する。三段セパレータは、さらに、微粉化された固体粒子が同伴ガスから分離される、他のプロセスにおいても使用され得ることが見出された。このようなプロセスの例は、直接の鉄還元プロセス、石炭ガス化プロセス、石炭ベースの発電所、及び、アルミニウム焼成などの焼成プロセスである。
【０００５】
三段セパレータは、複数の平行に配置された渦流管セパレータを含んでもよい。渦流管セパレータの例は、ＥＰ−Ｂ−３６０３６０、米国特許第４，８６３，５００号、米国特許第４，８１０，２６４号、米国特許第５，６８１，４５０号、ＧＢ−Ａ−１４１１１３６、及び米国特許第３，５４１，７６６号において説明され、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。簡潔には、これらの三段セパレータは、各渦流管セパレータ内でのサイクロンの作成によって分離を実行し、渦流管に存在する種の間の様々な慣性の差を利用することによって、物理的な分離のためにサイクロンを利用する。
【０００６】
上述した、これらの渦流管セパレータのうちのいくつかは、ボルテックス安定装置を備えてもよい。ボルテックス安定装置は、渦流管セパレータの各々の中心に形成されたボルテックスを維持することによって、三段セパレータの分離効率を増加させることができると考えられる。１つの特定のボルテックス安定装置が、米国特許第７，６４８，５４４号において説明され、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。簡潔には、米国特許第７，６４８，５４４号は、渦流管セパレータの中心に渦流管ボルテックスを保持するように設計された、ボルテックス拡張ピン（一般にＳピンと呼ばれる、長く薄いロッド）の存在を含む、渦流管セパレータの設計を説明する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、渦流管セパレータにおけるＳピンの使用は、問題があり得る。特定の事象において、Ｓピンは、いくつかの場所で金属疲労を被り得、最終的に渦流管から外れ得る。これは、三段セパレータの性能の低下をもたらし得、修理のためにかなりの量のダウンタイムを必要とし得る。さらに、これらの渦流管セパレータは、特定の粒子に対して、１００％の効率で動作できず、一般的に「クロストーク」と呼ばれる、個別の渦流管間の粒子移行を被る場合がある。
【０００８】
電流分離渦流管の設計の問題を被らず、それでも依然として同じレベルまたは上回るレベルで実行することができる、新規の分離渦流管の設計を開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、概して、改善された渦流管セパレータに関する。より詳細には、特定の実施形態において、本開示は、ＶＳＰボルテックス安定装置を備える改善された渦流管セパレータ、ならびに関連する方法及びシステムに関する。
【００１０】
一実施形態では、本開示は、管状筐体と、ガス−固体入口開口部と、ガス出口導管と、羽根と、ＶＳＰボルテックス安定装置とを備える、分離渦流管を提供する。
【００１１】
別の実施形態では、本開示は、圧力容器と、排ガス／触媒微粉入口と、排ガス出口と、底流ガス／触媒微粉出口と、渦流管セパレータとを備える、三段セパレータを提供し、渦流管セパレータは、管状筐体と、ガス−固体入口開口部と、ガス出口導管と、羽根と、ＶＳＰボルテックス安定装置とを備える。
【００１２】
別の実施形態では、本開示は、三段セパレータを設けることであって、三段セパレータは、圧力容器と、排ガス／触媒微粉入口と、排ガス出口と、底流ガス／触媒微粉出口と、渦流管セパレータとを備え、渦流管セパレータは、管状筐体と、ガス−固体入口開口部と、ガス出口導管と、羽根と、ＶＳＰボルテックス安定装置とを備える、設けることと、排ガス及び触媒の混合物を三段セパレータ内に導入することとを含む、方法を提供する。
【００１３】
本実施形態のさらに完全で全体的な理解、及び本実施形態の利益が、添付の図面と併せて下記の説明を参照することによって得られ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の特定の実施形態による、渦流管セパレータの断面図を例証する。
【図２】本開示の特定の実施形態による、ＶＳＰボルテックス安定装置の断面図を例証する。
【図３】本開示の特定の実施形態による、三段セパレータの断面図を例証する。
【図４】様々な渦流管セパレータシステムの効率を例証するグラフである。
【図５】様々な渦流管セパレータシステムのクロストークを例証する。
【図６】様々な渦流管セパレータシステムの粒子の粒子ベクトルを例証する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示の特徴及び利点は、当業者には容易に明らかとなろう。当業者によって数々の変更が行われ得るが、このような変更は、本開示の趣旨内である。
【００１６】
下記の説明は、発明の主題の技術を具現化する、例示の装置、方法、技術、及び／または命令シーケンスを含む。しかしながら、説明された実施形態がこれらの特定の詳細を伴わずに実行され得ることが理解される。
【００１７】
本開示は、概して、改善された渦流管セパレータに関する。より詳細には、特定の実施形態において、本開示は、ＶＳＰボルテックス安定装置を備える改善された渦流管セパレータ、ならびに関連する方法及びシステムに関する。
【００１８】
渦流管内の内部ボルテックスがＳピン装置を使用して終端可能であり、ボルテックス流への固体の同伴を防ぐにはこれで十分であると、近年まで考えられてきた。しかしながら、ボルテックスを終端させることは、Ｓピン装置の下からの固体の同伴を常に防ぐわけではないことが分かった。底流の同伴を防ぐために中実の境界を利用すると、渦流管の出口領域が部分的に遮断されるため、渦流管の高い圧力降下をもたらすとも考えられていた。
【００１９】
本明細書で説明される、改善された渦流管セパレータは、いくつかの利点を有する。第一に、特定の実施形態では、本明細書で説明される渦流管セパレータは、Ｓピンを含まず、したがって、Ｓピンの不具合によるダウンタイムを経験しない。第二に、本明細書で説明された渦流管セパレータは、従来の渦流管セパレータよりも高い効率を有する。第三に、本明細書で説明された渦流管セパレータは、出口管の底にボルテックス再循環域を有しないことから、より少ない粒子戻り流を経験するため、クロストーク現象を被らず、したがって、従来の渦流管セパレータよりも短いかつ／または小さい寸法であることができる。第四に、特定の実施形態では、所望される場合、本明細書で説明される渦流管セパレータは、Ｓピンを含んでもよい。
【００２０】
図１を次に参照すると、図１は、本開示の特定の実施形態による、渦流管セパレータ１００を例証する。特定の実施形態では、渦流管セパレータ１００は、従来の渦流管セパレータの基本の特徴を含んでもよい。従来の渦流管セパレータの例は、米国特許第３，５４１，７６６号、同第５，６９０，７０９号、同第５，３２８，５９２号、同第５，３７２，７０７号、同第５，５１４，２７１号、及び同第６，１７４，３３９号に説明され、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２１】
特定の実施形態では、渦流管セパレータ１００は、逆流渦流管セパレータであってもよい。図１において見られるように、特定の実施形態では、渦流管セパレータ１００は、管状筐体１１０と、ガス−固体入口開口部１２０と、ガス出口導管１３０と、羽根１４０と、ボルテックス安定装置１５０とを備えてもよい。
【００２２】
特定の実施形態では、管状筐体１１０は、従来の渦流管セパレータにおいて使用される、任意の従来の管状筐体を含んでもよい。特定の実施形態では、管状筐体１１０は、金属、金属合金、及び／またはセラミックで構築されてもよく、耐食被覆またはセラミックライニングでライニングされてもよい。特定の実施形態では、管状筐体１１０は、ある内径及びある内側長さをもつ筒形状を有してもよい。特定の実施形態では、管状筐体１１０は、中空の内部１１２と、上部開口１１３と、底部開口１１４とを画定する管状壁１１１を備えてもよい。
【００２３】
特定の実施形態では、管状筐体１１０は、０．１５〜１．５メートルの範囲の内径を有してもよい。他の実施形態では、管状筐体１１０は、０．１５〜３メートルの範囲の内径を有してもよい。他の実施形態では、管状筐体１１０は、０．５〜２メートルの内径を有してもよい。
【００２４】
特定の実施形態では、管状筐体１１０の内径は、管状筐体１１０にわたって均一であってもよい。特定の実施形態では、管状筐体１１０の内径は、管状筐体１１０にわたって不均一であってもよい。特定の実施形態では、管状筐体１１０は、上部開口１１３及び／または底部開口１１４でより大きな内径及び／またはより小さな内径を有する、テーパー勾配を含んでもよい。
【００２５】
特定の実施形態では、管状筐体１１０は、０．１〜１５メートルの範囲の内側長さを有してもよい。他の実施形態では、管状筐体１１０は、約０．５メートル〜１０メートルの範囲の内側長さを有してもよい。他の実施形態では、管状筐体１１０は、０．５メートル〜１．５メートルの範囲の内側長さを有してもよい。
【００２６】
特定の実施形態では、管状筐体１１０は、１．５：１〜２５：１の内側長さ対内径比を有してもよい。他の実施形態では、管状筐体１１０は、２：１〜１０：１の内側長さ対内径比を有してもよい。他の実施形態では、管状筐体１１０は、２．５：１〜５：１の内側長さ対内径比を有してもよい。
【００２７】
特定の実施形態では、上部開口１１３及び／または底部開口１１４の内径は、管状筐体１１０の内径と同じであってもよい。他の実施形態では、上部開口及び／または底部開口１１４の内径は、０．０５メートル〜０．５メートルの範囲で変化してもよい。
【００２８】
特定の実施形態では、ガス−固体入口開口部１２０は、上部開口１１３に位置付けられてもよい。特定の実施形態では、ガス−固体入口開口部１２０は、管状壁１１１によって形成された環帯と、ガス出口導管１３０のガス出口導管壁１３１とを備えてもよい。
【００２９】
特定の実施形態では、ガス−固体入口開口部１２０は、渦流管１００へのガス及び固体の流れを許容してもよい。特定の実施形態では、底部開口１１４は、渦流管１００から出た固体の流れ、及び渦流管１００へのガスの流れを許容してもよい。特定の実施形態では、ガス−固体入口開口部１２０及び底部開口１１４は、１０ＡＣＦＭ〜４０ＡＣＦＭの範囲のガス流速で渦流管１００へのガスの流れを可能にする寸法であってもよい。特定の実施形態では、ガス−固体入口開口部１２０及び底部開口１１４は、５ｍｇ／Ｎｍ３〜１５００ｍｇ／Ｎｍ３の範囲の流速で渦流管１００への固体の流れを可能にする寸法であってもよい。特定の実施形態では、渦流管１００は、２５℃〜８５０℃の範囲の温度、及び０ｂａｒｇ〜５ｂａｒｇ以上の範囲の圧力で、動作されてもよい。
【００３０】
特定の実施形態では、ガス出口導管１３０は、中空の内部１３２及び底部開口１３３を画定する、ガス出口導管壁１３１を備えてもよい。
【００３１】
特定の実施形態では、ガス出口導管１３０は、０．０４５メートル〜０．９メートルの範囲の内径を有してもよい。他の実施形態では、ガス出口導管１３０は、０．１メートル〜１メートルの範囲の内径を有してもよい。他の実施形態では、ガス出口導管１３０は、０．１メートル〜０．５メートルの範囲の内径を有してもよい。他の実施形態では、ガス出口導管１３０は、０．１メートル〜０．２５メートルの範囲の内径を有してもよい。
【００３２】
特定の実施形態では、ガス出口導管１３０の内径対管状筐体１１０の内径の比は、０．１：１〜０．６：１の範囲であってもよい。他の実施形態では、ガス出口導管１３０の内径対管状筐体１１０の内径の比は、０．３：１〜０．５：１の範囲であってもよい。
【００３３】
特定の実施形態では、ガス出口導管１３０の一部分が、上部開口１１３を通って管状筐体１１０の中空の内部１１２の中へ延びてもよい。特定の実施形態では、ガス出口導管１３０は、中空の内部１１２の中へ０．１メートル〜０．５メートルの範囲の距離を延びてもよい。他の実施形態では、ガス出口導管１３０は、中空の内部１１２の中へ０．２メートル〜０．４メートルの範囲の距離を延びてもよい。
【００３４】
特定の実施形態では、ガス出口導管１３０の底部開口１３３は、ガス出口導管１３０と同じ内径を有してもよい。他の実施形態では、ガス出口導管１３０の底部開口１３３は、ガス出口導管１３０よりも大きな内径を有してもよい。
【００３５】
特定の実施形態では、ガス出口導管１３０は、渦流管セパレータ１００から出たガスが出ることを許容してもよい。特定の実施形態では、ガス出口導管１３０は、１０ＡＦＣＭ〜１００ＡＦＣＭの範囲の流速で渦流管セパレータ１００から出たガスの流れを許容する寸法であってもよい。特定の実施形態では、ガス出口導管１３０は、ガスプレナム（図１に例証せず）に取り付けられてもよい。
【００３６】
特定の実施形態では、羽根１４０は、渦運動における流れを方向付けることができる、１つ以上の角度回転羽根を備えてもよい。特定の実施形態では、羽根１４０は、金属、金属合金、及び／またはセラミックで構築されてもよく、セラミックまたは耐摩耗性被覆で被覆されてもよい。特定の実施形態では、羽根１４０は、０．１メートル〜０．５メートルの範囲の直径を有してもよい。特定の実施形態では、羽根１４０は、管状壁１１１及びガス出口導管壁１３１によって画定される環帯に合うような寸法であってもよい。
【００３７】
特定の実施形態では、羽根１４０は、管状壁１１１及びガス出口導管壁１３１によって画定された環帯内に位置付けられてもよい。特定の実施形態では、羽根１４０は、入口１３０の下で、０メートル〜０．４メートルの範囲の距離に位置付けられてもよい。
【００３８】
特定の実施形態では、羽根１４０は、ガス−固体ガスが中空の内室１１２内に導入されると、中空の内室１１２内でのサイクロンの形成を可能にしてもよい。特定の実施形態では、ボルテックスは、出口羽根１４０での渦流によって生成されてもよい。ガス出口１３０に沿った渦流は、中空の内室１１２内で低圧サイクロンを生成してもよい。特定の実施形態では、サイクロンの形成は、ガス及び固体の分離を可能にし、ガスがガス出口導管１３０を通って出ることを可能にしてもよい。特定の実施形態では、回転流によってかけられる遠心力が、慣性力が固体を渦流管壁に移動させると、サイクロン内でガスから固体を分離してもよい。次に、ガスはガス出口管１３０を介して中空の内室１１２から除去されてもよく、一方で固体は、底部開口１１４を通って出てもよい。
【００３９】
特定の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０は、ＶＳＰボルテックス安定装置を含んでもよい。本明細書で使用されるように、用語ＶＳＰボルテックス安定装置は、錐台または円錐の基部を備える、任意のボルテックス安定装置として定義される。特定の実施形態では、ＶＳＰボルテックス安定装置は、錐台の基部の上部に筒状の上部を備えてもよい。図２は、本開示の特定の実施形態による、ＶＳＰボルテックス安定装置を例証する。
【００４０】
次に図２を参照すると、図２は、ＶＳＰボルテックス安定装置２５０を例証する。図２に例証されない特定の実施形態では、ＶＳＰボルテックス安定装置２５０は、中空の内部を有しない中実の構造であってもよい。このような実施形態では、ＶＳＰボルテックス安定装置は、金属、金属合金、耐火物、セラミック、及び／またはサーメットで構築されてもよい。他の実施形態では、ＶＳＰボルテックス安定装置２５０は、中空の内部を画定するシェル２５１を備えてもよい。
【００４１】
特定の実施形態では、シェル２５１は、鋼、ステライト耐火物、セラミック、及び／またはサーメットで構築されてもよい。特定の実施形態では、シェル２５１は、第２の側面２５４に０．０１メートル〜０．０２５メートルの範囲の厚み、及び上面２５２に０．００７５インチ〜０．０２５インチの範囲の厚みを有してもよい。
【００４２】
特定の実施形態では、ＶＳＰ安定装置２５０は、上面２５２と、第１の側面２５３と、第２の側面２５４と、底部２５５とを備えてもよい。
【００４３】
特定の実施形態では、上面２５２は、平坦な円形の面であってもよい。特定の実施形態では、上面２５２は、均一な直径を備えてもよい。特定の実施形態では、上面２５２の直径は、その用途に基づいて寸法決めされてもよい。特定の実施形態では、上面２５２の直径は、０メートル〜０．５メートルの範囲であってもよい。特定の実施形態では、上面２５２の直径は、０．０５メートル〜０．５メートルの範囲であってもよい。他の実施形態では、上面２５２の直径は、０．２メートル〜０．４メートルの範囲であってもよい。特定の実施形態では、上面２５２は、平滑で磨かれた面であってもよい。図２に例証されない特定の実施形態では、Ｓピンは、上面２５２に取り付けられてもよい。特定の実施形態では、Ｓピンは、米国特許第７，６４８，５４４号において説明される、任意のボルテックス拡張ピンと同じ形状及び材料の構成を有してもよい。
【００４４】
特定の実施形態では、第１の側面２５３は、約０．００６メートル〜約０．０５メートルの範囲の高さを有する筒状であってもよい。特定の実施形態では、第１の側面２５３の直径は、上面２５２の直径と同じであってもよい。
【００４５】
特定の実施形態では、第２の側面２５４は、テーパー勾配を有する筒状であってもよい。特定の実施形態では、テーパー勾配は、均一なテーパー勾配であってもよい。特定の実施形態では、第２の側面２５４のテーパー勾配は、１０度〜約６０度の範囲であってもよい。他の実施形態では、第２の側面２５４のテーパー勾配は、約２０度〜約５０度の範囲であってもよい。特定の実施形態では、第２の側面２５４のテーパー勾配は、３０度〜４０度の範囲であってもよい。他の実施形態では、テーパー勾配は、不均一なテーパー勾配であってもよい。
【００４６】
特定の実施形態では、側面２５４の直径は、始めの直径から終わりの直径へ増加してもよい。特定の実施形態では、第２の側面２５４の始めの直径は、第１の側面２５３の直径と等しくてもよい。
【００４７】
特定の実施形態では、第２の側面２５４の終わりの直径は、その用途に基づいて寸法決めされもよい。特定の実施形態では、第２の側面２５４の終わりの直径対第２の側面２５４の始めの直径の比は、１．５：１〜５：１の範囲であってもよい。特定の実施形態では、第２の側面２５４の終わりの直径対第２の側面２５４の始めの直径の比は、２：１〜４：１の範囲であってもよい。特定の実施形態では、第２の側面２５４の終わりの直径対第２の側面２５４の始めの直径の比は、５：１よりも大きい、５：１〜１０：１の範囲、１０：１〜５０：１の範囲、または５０：１よりも大きくてもよい。
【００４８】
特定の実施形態では、側面２５４の直径は、始めの直径から終わりの直径まで均一に増加してもよい。他の実施形態では、側面２５４の直径は、始めの直径から終わりの直径まで不均一に増加してもよい。特定の実施形態では、側面の高さは、０．１メートル〜０．２５メートルの範囲であってもよい。
【００４９】
特定の実施形態では、底部２５５は、第２の側面２５４の終わりの直径と等しい直径を有してもよい。特定の実施形態では、底部２５５は、開いた底部であってもよい。特定の実施形態では、ＶＳＰボルテックス安定装置２５０の開いた底部の設計は、ＶＳＰボルテックス安定装置２５０の全重量の減少を許容し、ＶＳＰボルテックス安定装置２５０に働く振動及び曲げモーメントを減少させるため、望ましくあり得る。
【００５０】
図１に戻って参照すると、ボルテックス安定装置１５０は、ＶＳＰボルテックス安定装置２５０に関して上述された特徴の任意の組み合わせを備えてもよい。特定の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０は、シェル１５１と、上面１５２と、第１の側面１５３と、第２の側面１５４と、底部１５５とを備えてもよい。
【００５１】
特定の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０の寸法は、管状筐体１１０の寸法に基づいて変化してもよい。特定の実施形態では、上面１５２の直径対管状筐体１１０の内径の比は、０．０５：１〜０．７：１の範囲であってもよい。特定の実施形態では、上面１５２の直径対管状筐体１１０の内径の比は、０．１：１〜０．５：１の範囲であってもよい。特定の実施形態では、上面１５２の直径対管状筐体１１０の内径の比は、０．２：１〜０．３：１の範囲であってもよい。特定の実施形態では、第２の側面１５４の終わりの直径対管状筐体１１０の内径の比は、０．５：１〜２：１の範囲であってもよい。特定の実施形態では、第２の側面１５４の終わりの直径対管状筐体１１０の内径の比は、０．７５：１〜１．５：１の範囲であってもよい。特定の実施形態では、第２の側面１５４の終わりの直径対管状筐体１１０の内径の比は、１：１〜１．２５：１の範囲であってもよい。
【００５２】
特定の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０は、管状筐体１１０の中央下に配置されてもよい。特定の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０の一部分は、中空の内部１１２の中に延びてもよい。特定の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０は、上面１５２が底部開口１１４と平らであるように位置付けられてもよい。他の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０は、上面１５２が底部開口１１４の上にあるように位置付けられてもよい。特定の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０は、２つ以上の装着ブラケット１６０によって、定位置に保たれてもよい。特定の実施形態では、装着ブラケット１６０は、外側筐体１１０及びボルテックス安定装置１５０に溶接されてもよい。
【００５３】
特定の実施形態では、ボルテックス安定装置１５０は、分離渦流管１００が動作しているときに、中空室１１２内のサイクロンを安定化させるために作用してもよい。本明細書で使用されるように、用語「安定化する」は、ボルテックスの中央線を渦流管１１２の中間に配置し、維持すること、及び圧力状態を設定して、１１２におけるガス−固体の流れを制限することを指し得る。
【００５４】
特定の実施形態では、渦流管セパレータ１００は、様々な種類のガス−固体分離に好適に使用されてもよい。特定の実施形態では、渦流管セパレータ１００は、１×１０−６ｍ〜２５０×１０−６ｍの範囲の直径を有する固体をガス流から分離するために使用されてもよい。特定の実施形態では、ガス流は、１０〜１２０００ｍｇ／Ｎｍ３の固体含有量を有してもよい。特定の実施形態では、渦流管セパレータ１００を出る清浄化されたガスは、５０ｍｇ／Ｎｍ３未満、３０ｍｇ／Ｎｍ３未満、または１０ｍｇ／Ｎｍ３未満の排気レベルを有することができる。特定の実施形態では、渦流管セパレータ１００は、９０％〜１００％に近い分離効率で動作することができる。
【００５５】
次に図３を参照すると、図３は、本開示の特定の実施形態による、三段セパレータ１０００を例証する。図３において見られるように、三段セパレータ１０００は、圧力容器１１００と、複数の渦流管セパレータ１２００と、排ガス／触媒微粉入口１３００と、排ガス出口１４００と、底流ガス／触媒微粉出口１５００とを備えてもよい。
【００５６】
特定の実施形態では、三段セパレータ１０００は、圧力容器１１００内に配置された、１〜５００の渦流管セパレータ１２００を備えてもよい。特定の実施形態では、三段セパレータ１０００は、圧力容器１１００内に配置された、７０〜１５０の渦流管セパレータ１２００を備えてもよい。図３は、４つの渦流管セパレータ１２００を備える、三段セパレータ１０００を例証する。
【００５７】
特定の実施形態では、渦流管セパレータ１２００は、渦流管セパレータ１００に関して上述された特徴の任意の組み合わせを備えてもよい。特定の実施形態では、複数の渦流管セパレータ１２００は、排ガス／触媒微粉入口１３００を通って圧力容器１１００に入る排ガス及び触媒の混合物が、渦流管セパレータ１２００内に通れるように、圧力容器１１００内に位置付けられてもよい。特定の実施形態では、複数の渦流管セパレータ１２００は、排ガスが渦流管セパレータを出て、次に、排ガス出口１４００を通って圧力容器１１００を出得るように、圧力容器１１００内に位置付けられてもよい。特定の実施形態では、複数の渦流管セパレータ１２００は、触媒微粉が渦流管セパレータを出て、次に、底流ガス／触媒微粉出口１５００を通って圧力容器１１００を出得るように、圧力容器１１００内に位置付けられてもよい。
【００５８】
特定の実施形態では、本開示は、三段セパレータを設けることであって、三段セパレータは、圧力容器と、排ガス／触媒微粉入口と、排ガス出口と、底流ガス／触媒微粉出口と、渦流管セパレータとを備え、渦流管セパレータは、管状筐体と、ガス−固体入口開口部と、ガス出口導管と、羽根と、ＶＳＰボルテックス安定装置とを備える、設けることと、ガス流を三段セパレータ内に導入することとを含む、方法を提供する。
【００５９】
特定の実施形態では、三段セパレータは、上述された任意の三段セパレータを備えてもよい。特定の実施形態では、ガス流は、固体を含む任意のガス流を含んでもよい。特定の実施形態では、ガス流は、排ガス触媒混合物を含んでもよく、ガス流から１×１０−６ｍ〜２５０×１０−６ｍの範囲の直径を有する固体を含んでもよい。特定の実施形態では、ガス流は１０〜１２，０００ｍｇ／Ｎｍ３の固体含有量を有してもよい。
【００６０】
特定の実施形態では、本方法は、ガス流から固体を除去することをさらに含んでもよい。特定の実施形態では、固体は、ガス流が渦流管セパレータ内に入ることを可能にすることによって、ガス流から除去されてもよい。特定の実施形態では、ガス流から固体を除去することは、清浄化されたガス流を生成することを含んでもよい。特定の実施形態では、清浄化されたガス流は、５０ｍｇ／Ｎｍ３未満、３０ｍｇ／Ｎｍ３未満、またはさらに１０ｍｇ／Ｎｍ３未満の固体含有量を有してもよい。
【００６１】
本発明のより良好な理解を容易にするために、特定の実施形態の下記の実施例が挙げられる。どのような方法でも、下記の実施例が本発明の範囲を限定する、または定義するように読まれるべきではない。
【実施例】
【００６２】
実施例１
【００６３】
様々な構成において、２つの分離渦流管を備える、三段セパレータシステムの分離効率を試験するためにコンピュータシミュレーションが行われた。第１の構成において、２つの分離渦流管は、あらゆるボルテックス安定装置を備えていなかった。第２の構成において、２つの分離渦流管は、Ｓピンボルテックス安定装置を備えていた。第３の構成では、２つの分離渦流管は、本開示の特定の実施形態による、ＶＳＰボルテックス安定装置を備えていた。
【００６４】
構成の各々について、触媒微粉を二重渦流管システム内に導入してシミュレーションが行われた。形状及び流速は、典型的なＴＳＳ渦流管の動作の代表的なものであった。渦流管への固体の装填は、１２０ｍｇ／Ｎｍ３〜１２０００ｍｇ／Ｎｍ３までの範囲において変化し、全体のガス流速、圧力、温度は、一定に保たれた。
【００６５】
シミュレーションは、分離効率、渦流管圧力の降下、及び渦流管のガスと固体との両方の流れの速度の大きさを固体装填と終端装置との両方の関数として測定した。
【００６６】
各構成に対する分離効率を示す表が図４に示される。各構成に対するクロストークの例証が図５に示される。各構成に対する粒子ベクトルの例証が図６に示される。
【００６７】
図４を参照すると、図４は、第３の構成に対する分離効率全体が第１及び第２の構成の分離効率全体よりもかなり高かったことを例証する。分離効率は、第３の構成に対して１００％であると測定され、第２の構成に対しては９７．８％であり、第１の構成に対しては９８．９％と測定された。
【００６８】
次に図５を参照すると、図５は、第１及び第２の構成において渦流管セパレータの各々間の粒子のクロストークが引き起こされた一方、第３の構成において渦流管セパレータの各々間の粒子のクロストークが引き起こされなかったことを示す。これは、第３の構成が最も効率的であることを示す。
【００６９】
次に図６を参照すると、図６は、渦流管の断面における瞬間的な粒子ベクトルを示す。ベクトルは、渦流管における触媒粒子の動きを示す。Ｓピンを備える、及びＳピンを備えない渦流管は、粒子が渦流管の中心内へ巻き込まれ、次にガス出口管まで移動することを示す。ＶＳＰボルテックス安定装置が定配置にあると、図６は、粒子が渦流管の壁に閉じ込められ、ボルテックスの中心内に引き込まれないことを示す。
【００７０】
したがって、この結果は、本明細書で開示された渦流管セパレータが、従来の渦流管セパレータより高いレベルで行うことを示す。
【００７１】
様々な実施及び開発を参照して実施形態が説明されるが、これらの実施形態は例証的であり、本発明の主題の範囲は、それらに限定されないことが理解されるであろう。多くの変形、修正、追加、及び改善が可能である。
【００７２】
本明細書で単一の事象として説明された部品、動作、または構造に対して、複数の事象が提供されてもよい。一般的に、例示の構成において別の部品として提示された構造及び機能は、組み合わせられた構造または部品として実施されてもよい。同様に、単一の部品として提示された構造及び機能は、別の部品として実施されてもよい。これら、及び他の変形、修正、追加、及び改善は、本発明の主題の範囲内であり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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