気固分離器
【課題】従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能な気固分離器を提供する。
【解決手段】気固分離器１００は、下端が底板１１によって閉塞されると共に上端が開放された、鉛直方向に延びる内筒１０と、内筒１０を外方から同軸状に覆うと共に、外部に連通する気体抜出口３が上部に形成された外筒２とを備える。内筒１０における下端側の側面には、外方に突出すると共に内筒１０の軸方向に沿って延びる複数の案内羽根５と、複数の案内羽根５に対応してそれぞれ位置する複数の開口部４とが設けられている。各案内羽根５は、それぞれが複数の開口部４のうち対応する開口部を覆うように内筒１０の周方向に傾斜されている。開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１は、開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくなるように設定されている。
【解決手段】気固分離器１００は、下端が底板１１によって閉塞されると共に上端が開放された、鉛直方向に延びる内筒１０と、内筒１０を外方から同軸状に覆うと共に、外部に連通する気体抜出口３が上部に形成された外筒２とを備える。内筒１０における下端側の側面には、外方に突出すると共に内筒１０の軸方向に沿って延びる複数の案内羽根５と、複数の案内羽根５に対応してそれぞれ位置する複数の開口部４とが設けられている。各案内羽根５は、それぞれが複数の開口部４のうち対応する開口部を覆うように内筒１０の周方向に傾斜されている。開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１は、開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくなるように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子と気体の混合物をそれぞれに分離するための気固分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子状の固体（固体粒子）を触媒又は熱媒体とし、反応物と接触させる反応系は古くから知られている。このような反応系である流動床式反応器の中には濃厚流動層（気泡流動層）を用いるものや、高速移動層（高速流動層）を用いるもの等がある。固体粒子と気体との接触時間を短くする必要のある反応（短接触時間反応）には高速移動層が用いられている。現在、重質油等を原料油としてガソリンを製造している流動接触分解装置においては、ライザーと呼ばれる上昇流型高速移動層反応器が主流となっている。その理由は、触媒性能の向上に伴い接触時間を短くすることが可能となり、これによってガソリン等の好ましい生成物の選択性が上がり、好ましくない過分解反応が抑制できるようになったことによる。
【０００３】
高速移動層反応器においては、生成物気体と固体粒子（粒子状固体触媒）との混合物が反応器出口から流出するが、短接触時間反応が要求されるこの種の装置では、混合物から固体粒子（粒子状固体触媒）をいかに迅速に分離できるかが重要な課題であり、分離器の性能が重要となる。
【０００４】
このような気固分離器として、例えば、特許文献１〜３に示すものが知られている。
【特許文献１】特開平１０−２４９１２２号公報
【特許文献２】米国特許６１４６５９７号明細書
【特許文献３】特開平１０−２４９１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の気固分離器では分離効率が十分でないことが判明した。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能な気固分離器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る気固分離器は、下端が閉塞されると共に上端が開放された、鉛直方向に延びる内筒と、内筒を外方から同軸状に覆うと共に、外部に連通する気体抜出口が上部に形成された外筒とを備え、内筒における下端側の側面には、外方に突出すると共に内筒の軸方向に延びる複数の案内羽根と、当該複数の案内羽根に対応してそれぞれ位置する複数の開口部とが設けられており、複数の案内羽根は、それぞれが複数の開口部のうち対応する開口部を覆うように内筒の周方向に傾斜されており、案内羽根の上部に対応する第１の高さでの内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさが、第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさよりも大きくなるように設定されている。
【０００８】
本発明に係る気固分離器では、固体粒子及び気体の混合物を内筒の開口から下向きに供給すると、この混合物は、各開口部から下向きに外筒内へ排出される。各開口部から排出された気体は、案内羽根の内面に沿ってやや旋回されつつさらに下向きに進むが、筒の上部に気体抜出口が設けられているために、向きが上向きに反転され、隣の案内羽根の外面に沿って上向きに流れた後、気体抜出口から排出される。一方、各開口部から排出された固体粒子のうちの一部は、案内羽根の内面に衝突して、そのまま案内羽根の内面に沿って下向きに落下する。また、残りの固体粒子は、気体抜出口に向かう気体に随伴する。気体に随伴する固体粒子のうちのごく少数は、そのまま気体抜出口から排出されるが、気体に随伴する固体粒子のうちの大部分は、気体の流れが下向きから上向きに反転する際にその慣性や自重のために気体から離脱して、下方に向かって旋回しながら主として内壁上に沿って下降する。従って、気固分離器によって、固体粒子及び気体の混合物を固体粒子と気体とに効果的に分離することが可能となる。
【０００９】
ここで、内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさがいずれの高さでも同じである場合を仮定して、固体粒子及び気体の開口部からの排出されやすさを考えると、固体粒子は、その慣性により、開口部の下側部分から排出されやすい。また、気体も、慣性や、固体粒子の流れから受ける力の影響により、開口部の下側部分から排出されやすい。
【００１０】
そこで、本発明に係る気固分離器では、案内羽根の上部に対応する第１の高さでの内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさが、第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさよりも大きくなるように設定している。そのため、気体は、開口部のうち第１の高さの近傍における部分から排出されやすくなり、固体粒子の流れに伴って開口部のうち第２の高さの近傍における部分から排出されることが抑制される。その結果、従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能となる。
【００１１】
好ましくは、開口部は、案内羽根の上部に対応する上側部分と、案内羽根の下部に対応する下側部分とを有しており、第１の高さでの内筒の周方向における上側部分の開口幅が、第２の高さでの内筒の周方向における下側部分の開口幅よりも大きくなるように設定されている。
【００１２】
より好ましくは、開口部は、案内羽根の上部に対応して位置する上底が案内羽根の下部に対応して位置する下底よりも大きな台形状を呈している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能な気固分離器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
まず、図１〜図４を参照して、本実施形態に係る気固分離器１００の構造について説明する。気固分離器１００は、同軸状に固着された内筒１０及び外囲器を兼ねた外筒２を主体に略筒状の二重構造に構成されており鉛直方向に延びた姿勢で使用される。
【００１６】
（内筒の構造）
内筒１０は、鉛直方向に延びる有底円筒状であり、その下端が底板１１によって閉塞されており、その上端が開放されて導入口１とされている。内筒１０には、この導入口１から固体粒子（粒子状固体触媒）と気体との混合物が導入される。
【００１７】
内筒１０の寸法についてはその外直径Ｄ３は好ましくは上流側に直結される図示しない混合物移送管と同一であることが好ましいが、内筒１０を通過する混合物の適度な線速度を得るためにサイズダウンしてもサイズアップしても良い。具体的には、内筒１０の混合物線速度が１ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓ、好ましくは３ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓ、より好ましくは１０ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓとなるように、内筒１０の直径を設定するようにすると好ましい。
【００１８】
内筒１０の底板１１側の側面には、その円周等分部位に、開口部４が複数個形成されている。本実施形態において、開口部４は、内筒１０の側面に１２個形成されているが、２個以上であればよく、好ましくは８個〜１６個であり、より好ましくは１０〜１４個である。開口部４が単一（２個より少ない）である場合、内外筒間隙にて分離に必要な気流の反転を良好に形成できず不都合である。１６個を越える開口部４が形成されている場合、内筒１０の直径等のサイズにも依るが、一般には分離器が徒に複雑・高価となるだけであって、さしたる分離効率の向上は認められなくなる。
【００１９】
開口部４は、本実施形態において一つの開口によって構成されており、軸方向に延びる略矩形状の上側部分４ａ及び軸方向に延びる略矩形状の下側部分４ｂを有している。上側部分４ａの開口幅Ｗ１は、特に図２〜図４において詳しく示されるように、下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくなるように設定されている。
【００２０】
開口部４の開口面積は、混合物の供給量に応じて開口部４を通過する混合物の線速度が１ｍ／ｓ〜４０ｍ／ｓ、好ましくは３ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓ、より好ましくは３ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓとなるよう決定される。開口部４を通過する混合物の線速度が１ｍ／ｓより小さい場合は、混合物の速度が遅く分離が不十分になるため好ましくない。また、開口部４を通過する混合物の線速度が４０ｍ／ｓより大きい場合は、開口部４、案内羽根５、外筒２の側壁の磨耗が激しくなるため好ましくない。
【００２１】
開口部４の開口面積が決定されると、それに応じて、上側部分４ａの長さＬ１及び開口幅Ｗ１並びに下側部分４ｂの長さＬ２及び開口幅Ｗ２を決定することができる。なお、上側部分４ａの開口幅Ｗ１が下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きければ、上側部分４ａの長さＬ１及び開口幅Ｗ１並びに下側部分４ｂの長さＬ２及び開口幅Ｗ２の各大きさに関して特に制限はないが、本実施形態においては、上側部分４ａの長さＬ１は下側部分４ｂの長さＬ２の０．５倍〜５倍程度の大きさに設定することができ、上側部分４ａの開口幅Ｗ１は下側部分４ｂの開口幅Ｗ２の１．１倍〜５倍程度の大きさに設定することができる。
【００２２】
これらの開口部４に対応する内筒１０の側面には、外方に突出する長尺湾曲板状の案内羽根５が設けられている。すなわち、案内羽根５は、開口部４と同数だけ、それぞれ開口部４の一方の長辺縁部に沿って設けられている。これらの案内羽根５は、内筒径方向と一定角度を成している。すなわち、各案内羽根５は、各開口部４を覆うように一定円周方向に傾斜して設けられている。傾斜形状は、図１、図３及び図４示されるように湾曲していても良いし、図５の（ａ）において縦断面図で示されるように平板状であっても良く、さらに、図５の（ｂ）において縦断面図で示されるように途中で折れた板状でもよい。
【００２３】
各案内羽根５が湾曲する場合には、特に図３において詳しく示されるように、開口部４に面する側が凹面となるような曲面、特に、断面円弧となることが好ましい。断面円弧となる場合には、その半径をｒ、内筒１０の外直径をＤ３、中央外筒２ａの内直径をＤ１としたときに、半径ｒが０．４×（Ｄ１−Ｄ３）≦ｒ≦０．５×（Ｄ１−Ｄ３）を満たすように設定されていると共に頂角が７０°〜１２０°に設定されていることが好ましい。
【００２４】
なお、分離器総体として円滑な動作が得られるように、全ての案内羽根５を同一形状とすると共に、全ての案内羽根５が円周等分点に位置するように取り付けることが好ましい。また、一つの開口部４に対応して複数部に分割された構成の案内羽根５をそれぞれ設けることもできる。
【００２５】
各案内羽根５の半径方向突出長さＰ（図３参照）、すなわち、（内筒１０の中心Ｃと案内羽根５の先端Ｆとの距離Ｒ−０．５×内筒１０の外直径Ｄ３）は、中央外筒２ａの内直径をＤ１として次式のように設定することが好ましい。
Ｐ＝（Ｒ−０．５×Ｄ３）＝０．５×（Ｄ１−Ｄ３）×ｂ
（ここで、ｂは０．２〜０．９９、好ましくは０．７〜０．９５である。）
【００２６】
ｂが０．２より小さい、すなわち案内羽根５の半径方向突出長さＰが小さすぎる場合は、開口部４から噴出した気流の反転が明確に行われず好ましくない。ｂが０．９９より大きい、すなわち案内羽根の半径方向突出長さＰが大きすぎる場合は、外筒と案内羽根の隙間が小さくなりすぎ、案内羽根等と外筒が接触するため好ましくない。
【００２７】
また、案内羽根５の鉛直方向長さは、好ましくは
（Ｌ１＋Ｌ２）／２≦案内羽根５の鉛直方向長さ≦外筒２の鉛直方向長さ
を満たすように設定されており、より好ましくは
（Ｌ１＋Ｌ２）≦案内羽根５の鉛直方向長さ≦０．８×外筒２の鉛直方向長さ
を満たすように設定されており、さらに好ましくは（上側部分４ａの長さＬ１＋下側部分４ｂの長さＬ２）と同程度に設定されている。
【００２８】
（外筒の構成）
外筒２は、内筒１０を外方から覆うと共に、内筒１０に対して同軸状に位置する筒状体である。外筒２は、上から順に、気体案内筒２ｃ、円筒状の中央外筒２ａ、円錐筒２ｄ及び粒子抜出管２ｅを有している。中央外筒２ａは、内筒１０における複数の開口部４が形成された部分１０ａを取り囲むように配置されている。中央外筒２ｂは、内筒１０の底板１１よりもさらに下方に延びていることが好ましい。
【００２９】
本実施形態において、中央外筒２ａの内直径Ｄ１は、内筒１０内を混合物が１．５ｍ／ｓの断面平均線速度で下降する場合に、中央外筒２ａと内筒１０との間を上昇する気体の断面平均線速度Ｕｄが６ｍ／ｓ以下となるように設定されると好ましく、断面平均線速度Ｕｄが５ｍ／ｓ以下となるように設定されるとより好ましい。Ｕｄが６ｍ／ｓを超えると、上昇気流に固体粒子が同伴されやすくなり、固体を分離しにくくなる。なお、Ｕｄの下限は特には存在しないが、分離器内の気体の滞留時間削減の観点から、２ｍ／ｓ以上であることが好ましい。
【００３０】
ここで、断面平均線速度Ｕｄは、内筒１０の外直径をＤ３、内筒１０の内直径をＤ３’（≒Ｄ３）、内筒１０を降下する混合物の線速度をＵ１０、混合物中のガスの体積分率をεとすると、
（π／４）（Ｄ３’）２・Ｕ１０・ε＝（π／４）（（Ｄ１）２−（Ｄ３）２）・Ｕｄ
によって求めることができる。なお、通常、εはほぼ１と近似できる。
【００３１】
なお、Ｄ１は、上の条件を満たす範囲で、
１．１×Ｄ３≦Ｄ１≦５×Ｄ３
を満たすように設定すると好ましく、
１．１×Ｄ３≦Ｄ１≦３×Ｄ３
を満たすように設定するとより好ましい。
【００３２】
また、中央外筒２ａの高さをＬａとしたときに、Ｌａを内筒１０の内直径Ｄ３の０．８〜１０倍とすると好適である。滞留時間を短くする点を重視すれば、（上側部分４ａの長さＬ１＋下側部分４ｂの長さＬ２）に合わせてＬａを短くすると好ましい。具体的には、Ｌａは、Ｄ３の１〜５倍が好ましい。また、中央外筒２ａの好適な高さＬａは、
（Ｌ１＋Ｌ２）＝Ｌａ×ａ
（ここで、ａは０．１〜０．９９であり、好ましくは０．７〜０．９５である。）
【００３３】
中央外筒２ａの上には、中央外筒２ａよりも径が小さい、円筒状の気体案内筒２ｃが配置され、気体案内筒２ｃの側面の対向位置２箇所には、気体抜出口６が形成されている。気体抜出口６には、外部に連通すると共に半径方向に延びた気体抜出管７がそれぞれ接続されている。気体抜出管７は、上方又は下方に傾斜していても良い。
【００３４】
一方、中央外筒２ａの下端には、下方に向かうにつれて縮径された円錐部２ｄ及び小径の粒子抜出管２ｅが、この順に接続されている。粒子抜出管２ｅの下端の粒子抜出口３から固体粒子が排出される。粒子抜出管２ｅの粒子抜出口３からは定常的な気体の排出はなされず、気体抜出管７を通してのみ気体が定常的に排出されるようになっている。また、外筒２と内筒１０とは、開口部４のみを介して連通している。粒子抜出管２ｅの粒子抜出口３の開口径は、内筒１０の外直径Ｄ３の０．６倍〜２倍であることが好ましい。
【００３５】
上述した各部は、化学反応に耐える適宜素材を用いて形成される。例えば、加工性に優れ耐薬品性も良いステンレスは適材といえる。その他、異なる素材を適宜組み合わせて、上述した各部を構成してもよい。すなわち、上述した各部は、必要な剛性及び耐性を得ることができるものであればよい。
【００３６】
（運転方法及び作用）
続いて、気固分離器１００の運転方法及び作用を説明する。気体（粘度μ［Ｐａ・ｓ］）と固体粒子（平均粒径ｄｐ［ｍ］、粒子密度ρｐ［ｋｇ／ｍ３］）との混合物を、内筒１０の導入口１から内筒１０内へと所定速度（断面平均線速度Ｕ［ｍ／ｓ］）で下向きに導入する。固体粒子としては、特に限定されないが、例えば、平均粒径ｄｐが１μｍ〜５００μｍ程度、粒子密度ρｐが１．５ｇ／ｃｍ３〜２．５ｇ／ｃｍ３程度の流動接触触媒（ＦＣＣ）等が挙げられる。また、気体の粘度μは、通常、０．００１Ｐａ・ｓ〜０．０００００５Ｐａ・ｓ程度である。
【００３７】
内筒１０の下端部は底板１１によって閉塞されているので、導入開始直後だけは固体粒子の一部が底板１１に直接衝突することになるが、次第に固体粒子層（触媒床）が形成されるので、その後は、固体粒子の衝突・衝撃から底板１１が保護される。
【００３８】
定常的に図の上から下に向かう混合物（固体粒子及び気体）の流れは、底板１１及び固体粒子層に遮られて横方向（水平方向）への速度を与えられ、内筒１０の側面に形成された複数の開口部４から側方下向きに飛び出す（図２及び図４参照）。ここで、図２及び図４において、気体の流れを実線矢印にて表し、固体粒子の流れを点線矢印にて表している。
【００３９】
その後、気体は、図４に示されるように、開口部４から下向きに流れ出た後、案内羽根５の内面５ａに案内されて、鉛直軸を上から見て図示時計回りに少し旋回された後、時計回りに隣接する案内羽根５の外面５ｂに沿って上昇して、気体抜出口６から排出される。
【００４０】
一方、固体粒子の一部は、案内羽根５の内面５ａに衝突してそのまま内面に沿って下向きに移動する。また、残りの固体粒子は、気体抜出口６に向かう気体に随伴する。気体に随伴する固体粒子のうちのごく少数は、そのまま気体抜出口６から排出されるが、気体に随伴する固体粒子のうちの大部分は、気体の流れが下向きから上向きに反転する際にその慣性や自重のために気体から離脱してそのまま下方に進み、図２に示されるように、円錐部２ｄの内面に沿って旋回し、粒子抜出口３から排出されることとなる。従って、本実施形態における気固分離器１００によって、固体粒子及び気体の混合物を固体粒子と気体とに効果的に分離することが可能となる。
【００４１】
ここで、内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさがいずれの高さでも同じである場合を仮定して、固体粒子及び気体の開口部からの排出されやすさを考えると、固体粒子は、その自重により、開口部の下側部分から排出されやすい。また、気体も、固体粒子の流れから受ける剪断応力の影響により、開口部の下側部分から排出されやすい。
【００４２】
しかしながら、本実施形態に係る気固分離器１００では、開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１が、開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくなるように設定されている。そのため、気体は、開口部４の上側部分４ａから排出されやすくなり、固体粒子の流れに伴って開口部４の下側部分４ｂから排出されることが抑制される。その結果、従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能となる。
【００４３】
ここで、本実施形態に係る気固分離器１００において、分離効率がより向上することを確認するための試験を行った。試験としては、以下に示す実施例１〜３及び比較例１，２の各構成を有する気固分離器を用いて、平均粒径ｄｐ＝６８μｍ且つ粒子密度ρｐ＝１．２ｇ／ｃｍ３の固体粒子（粒子状固体触媒）を含む粘度μ＝０．００００２３Ｐａ・ｓの空気から、固体粒子を分離した。なお、固体粒子の供給量は１２００ｋｇ／ｍｉｎに設定し、空気の供給量（標準状態での体積流量）は１９００Ｎｍ３／ｈに設定し、気固分離器内の圧力（ゲージ圧）は６０ｋＰａに設定した。
【００４４】
（実施例１）
実施例１では、開口部４の上側部分４ａの長さＬ１及び開口部４の下側部分４ｂの長さＬ２を共に同じ大きさに設定し、開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１を開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２の２倍の大きさに設定した気固分離器１００を用いた（図６参照）。
【００４５】
（実施例２，３）
実施例２，３では、開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１を、それぞれ開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２の３倍、４倍の大きさに設定した以外は、実施例１の気固分離器１００と同様に設定された気固分離器１００をそれぞれ用いた（図６参照）。
【００４６】
（比較例１，２）
比較例１，２では、開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１を、それぞれ開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２の１倍、１／２倍の大きさに設定した以外は、実施例１の気固分離器１００と同様に設定された気固分離器をそれぞれ用いた（図６参照）。
【００４７】
（試験結果）
実施例１〜３及び比較例１，２について、下記のように定義される分離効率を測定したところ、それぞれ９２．５％、９３．５％、９２．１％、９０．８％、８８．５％であり、実施例１〜３における分離効率は、比較例１，２における分離効率よりも高いものであった。
分離効率［％］＝粒子抜出管２ｅにおける固体粒子の流量［ｋｇ／ｍｉｎ］／（粒子抜出管における固体粒子の流量［ｋｇ／ｍｉｎ］＋気体抜出管７における固体粒子の流量［ｋｇ／ｍｉｎ］）
この分離効率の定義から、分離効率が高い場合には、固体粒子が気体抜出管７から排出されにくくなっていると共に、固体粒子が粒子抜出管２ｅから排出されやすくなっていることが把握できる。従って、本実施形態に係る気固分離器１００では、分離効率がより向上することが確認された。
【００４８】
なお、ここで、開口部４における気体の流出位置に対する気体の線速度を、実施例２及び比較例１の各実施条件においてそれぞれ測定した。その結果を図７に示す。図７に示されるように、比較例１では、開口部４の下側部分４ｂから気体が排出されやすくなっているが、実施例２では、開口部４の上側部分４ａから気体が排出されやすくなっていることが確認された。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、開口部４を、軸方向に延びる略矩形状の上側部分４ａ及び軸方向に延びる略矩形状の下側部分４ｂによって構成していたが、これに限られない。
【００５０】
具体的には、図８及び図９に示されるように、開口部４を、案内羽根５の上部に対応して位置する上底４ｃが案内羽根５の下部に対応して位置する下底４ｄよりも大きな台形状としてもよい。また、図１０及び図１１に示されるように、開口部４を、頂点４ｅが案内羽根５の下部に対応して位置し且つ当該頂点４ｅの対辺４ｆが案内羽根５の上部に対応して位置する三角形状としてもよい。ここで、開口部４が、図８及び図９に示されるような台形状や図１０及び図１１に示されるような三角形状を呈するものであるような場合、各図から明らかなように、案内羽根５の上部に対応する第１の高さＨ１での内筒１０の周方向における上側部分４ａの開口幅Ｗ１が、第１の高さＨ１（図９及び図１１参照）よりも下方に位置する第２の高さＨ２（図９及び図１１参照）での内筒１０の周方向における下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくなっている。
【００５１】
また、図１２に示されるように、開口部４が、鉛直方向に分割された二つの開口４Ａ，４Ｂによって構成されていてもよい。すなわち、案内羽根５の上部に対応する第１の高さでの内筒１０の周方向における開口部４の開口幅Ｗ１が、第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの内筒１０の周方向における開口部４の開口幅Ｗ２よりも大きくなっていれば、開口部４が、鉛直方向に二以上に分割された二つ以上の開口によって構成されていてもよい。
【００５２】
さらに、図１３及び図１４に示されるように、長さの異なる開口部４Ｌ，４Ｓが内筒１０の側面に設けられていてもよい。ここでは、開口部４Ｌの開口幅及び開口部４Ｓの開口幅は共にＷに設定され、開口部４Ｌの長さＬ４Ｌは、開口部４Ｓの長さＬ４Ｓよりも大きく設定されており、開口部４Ｓは、その上縁が開口部４Ｌの上縁と同じ高さとなるように配置されている。また、開口部４Ｌに対応する案内羽根５Ｌは、開口部４Ｌの長さＬ４Ｌに応じた大きさとされており、開口部４Ｓに対応する案内羽根５Ｓは、開口部４Ｓの長さＬ４Ｓに応じて、案内羽根５Ｌよりも小さなものとされている。そのため、図１４に示されるように、案内羽根５Ｌ，５Ｓの上部に対応する第１の高さＨ１での内筒１０の周方向における開口部４Ｌ，４Ｓの開口幅Ｗを合計した大きさが、第１の高さＨ１よりも下方（開口部４Ｓの下縁よりも下方）に位置する第２の高さＨ２での内筒１０の周方向における開口部４Ｓの開口幅Ｗを合計した大きさよりも大きくなっている。
【００５３】
また、図示はしないが、案内羽根５の上部に対応する第１の高さでの内筒１０の周方向における開口部４の開口幅を合計した大きさが、第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの内筒１０の周方向における開口部の開口幅を合計した大きさよりも大きくなっていれば、開口部４が、内筒１０の周方向に二以上に分割された二つ以上の開口によって構成されていてもよい。
【００５４】
また、開口部４を円形状や楕円形状その他の種々の形状とすることができるが、この場合、開口部４の開口幅は、開口部４の開口面積を開口部４の長さで割って得られる平均開口幅によって定義することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本実施形態に係る気固分離器を一部破断して示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る気固分離器の横断面図である。
【図３】図３の（ａ）は図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線断面図であり、図３の（ｂ）は図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【図４】図４は、案内羽根の近傍を拡大して示す斜視図である。
【図５】図５は、案内羽根の変形例を示す図である。
【図６】図６は、実施例１〜３及び比較例１〜２の各実施条件及び各実施条件における結果を示す表である。
【図７】図７は、開口部における気体の流出位置に対する気体の線速度を、実施例２及び比較例１の各実施条件において測定した結果を示す図である。
【図８】図８は、開口部の変形例を、案内羽根の近傍と共に拡大して示す斜視図である。
【図９】図９は、開口部の変形例を、気固分離器の内筒部分と共に拡大して示す横断面図である。
【図１０】図１０は、開口部の変形例を、案内羽根の近傍と共に拡大して示す斜視図である。
【図１１】図１１は、開口部の変形例を、気固分離器の内筒部分と共に拡大して示す横断面図である。
【図１２】図１２は、開口部の変形例を、案内羽根の近傍と共に拡大して示す斜視図である。
【図１３】図１３は、開口部の変形例を、案内羽根の近傍と共に拡大して示す斜視図である。
【図１４】図１４は、開口部の変形例を、気固分離器の内筒部分と共に拡大して示す横断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
２…外筒、２ａ…中央外筒、３…気体抜出口、４，４Ｌ，４Ｓ…開口部、４ａ…上側部分、４ｂ…下側部分、５，５Ｌ，５Ｓ…案内羽根、６…開口、１０…内筒、１００…気固分離器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子と気体の混合物をそれぞれに分離するための気固分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子状の固体（固体粒子）を触媒又は熱媒体とし、反応物と接触させる反応系は古くから知られている。このような反応系である流動床式反応器の中には濃厚流動層（気泡流動層）を用いるものや、高速移動層（高速流動層）を用いるもの等がある。固体粒子と気体との接触時間を短くする必要のある反応（短接触時間反応）には高速移動層が用いられている。現在、重質油等を原料油としてガソリンを製造している流動接触分解装置においては、ライザーと呼ばれる上昇流型高速移動層反応器が主流となっている。その理由は、触媒性能の向上に伴い接触時間を短くすることが可能となり、これによってガソリン等の好ましい生成物の選択性が上がり、好ましくない過分解反応が抑制できるようになったことによる。
【０００３】
高速移動層反応器においては、生成物気体と固体粒子（粒子状固体触媒）との混合物が反応器出口から流出するが、短接触時間反応が要求されるこの種の装置では、混合物から固体粒子（粒子状固体触媒）をいかに迅速に分離できるかが重要な課題であり、分離器の性能が重要となる。
【０００４】
このような気固分離器として、例えば、特許文献１〜３に示すものが知られている。
【特許文献１】特開平１０−２４９１２２号公報
【特許文献２】米国特許６１４６５９７号明細書
【特許文献３】特開平１０−２４９１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の気固分離器では分離効率が十分でないことが判明した。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能な気固分離器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る気固分離器は、下端が閉塞されると共に上端が開放された、鉛直方向に延びる内筒と、内筒を外方から同軸状に覆うと共に、外部に連通する気体抜出口が上部に形成された外筒とを備え、内筒における下端側の側面には、外方に突出すると共に内筒の軸方向に延びる複数の案内羽根と、当該複数の案内羽根に対応してそれぞれ位置する複数の開口部とが設けられており、複数の案内羽根は、それぞれが複数の開口部のうち対応する開口部を覆うように内筒の周方向に傾斜されており、案内羽根の上部に対応する第１の高さでの内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさが、第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさよりも大きくなるように設定されている。
【０００８】
本発明に係る気固分離器では、固体粒子及び気体の混合物を内筒の開口から下向きに供給すると、この混合物は、各開口部から下向きに外筒内へ排出される。各開口部から排出された気体は、案内羽根の内面に沿ってやや旋回されつつさらに下向きに進むが、筒の上部に気体抜出口が設けられているために、向きが上向きに反転され、隣の案内羽根の外面に沿って上向きに流れた後、気体抜出口から排出される。一方、各開口部から排出された固体粒子のうちの一部は、案内羽根の内面に衝突して、そのまま案内羽根の内面に沿って下向きに落下する。また、残りの固体粒子は、気体抜出口に向かう気体に随伴する。気体に随伴する固体粒子のうちのごく少数は、そのまま気体抜出口から排出されるが、気体に随伴する固体粒子のうちの大部分は、気体の流れが下向きから上向きに反転する際にその慣性や自重のために気体から離脱して、下方に向かって旋回しながら主として内壁上に沿って下降する。従って、気固分離器によって、固体粒子及び気体の混合物を固体粒子と気体とに効果的に分離することが可能となる。
【０００９】
ここで、内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさがいずれの高さでも同じである場合を仮定して、固体粒子及び気体の開口部からの排出されやすさを考えると、固体粒子は、その慣性により、開口部の下側部分から排出されやすい。また、気体も、慣性や、固体粒子の流れから受ける力の影響により、開口部の下側部分から排出されやすい。
【００１０】
そこで、本発明に係る気固分離器では、案内羽根の上部に対応する第１の高さでの内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさが、第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさよりも大きくなるように設定している。そのため、気体は、開口部のうち第１の高さの近傍における部分から排出されやすくなり、固体粒子の流れに伴って開口部のうち第２の高さの近傍における部分から排出されることが抑制される。その結果、従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能となる。
【００１１】
好ましくは、開口部は、案内羽根の上部に対応する上側部分と、案内羽根の下部に対応する下側部分とを有しており、第１の高さでの内筒の周方向における上側部分の開口幅が、第２の高さでの内筒の周方向における下側部分の開口幅よりも大きくなるように設定されている。
【００１２】
より好ましくは、開口部は、案内羽根の上部に対応して位置する上底が案内羽根の下部に対応して位置する下底よりも大きな台形状を呈している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能な気固分離器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
まず、図１〜図４を参照して、本実施形態に係る気固分離器１００の構造について説明する。気固分離器１００は、同軸状に固着された内筒１０及び外囲器を兼ねた外筒２を主体に略筒状の二重構造に構成されており鉛直方向に延びた姿勢で使用される。
【００１６】
（内筒の構造）
内筒１０は、鉛直方向に延びる有底円筒状であり、その下端が底板１１によって閉塞されており、その上端が開放されて導入口１とされている。内筒１０には、この導入口１から固体粒子（粒子状固体触媒）と気体との混合物が導入される。
【００１７】
内筒１０の寸法についてはその外直径Ｄ３は好ましくは上流側に直結される図示しない混合物移送管と同一であることが好ましいが、内筒１０を通過する混合物の適度な線速度を得るためにサイズダウンしてもサイズアップしても良い。具体的には、内筒１０の混合物線速度が１ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓ、好ましくは３ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓ、より好ましくは１０ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓとなるように、内筒１０の直径を設定するようにすると好ましい。
【００１８】
内筒１０の底板１１側の側面には、その円周等分部位に、開口部４が複数個形成されている。本実施形態において、開口部４は、内筒１０の側面に１２個形成されているが、２個以上であればよく、好ましくは８個〜１６個であり、より好ましくは１０〜１４個である。開口部４が単一（２個より少ない）である場合、内外筒間隙にて分離に必要な気流の反転を良好に形成できず不都合である。１６個を越える開口部４が形成されている場合、内筒１０の直径等のサイズにも依るが、一般には分離器が徒に複雑・高価となるだけであって、さしたる分離効率の向上は認められなくなる。
【００１９】
開口部４は、本実施形態において一つの開口によって構成されており、軸方向に延びる略矩形状の上側部分４ａ及び軸方向に延びる略矩形状の下側部分４ｂを有している。上側部分４ａの開口幅Ｗ１は、特に図２〜図４において詳しく示されるように、下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくなるように設定されている。
【００２０】
開口部４の開口面積は、混合物の供給量に応じて開口部４を通過する混合物の線速度が１ｍ／ｓ〜４０ｍ／ｓ、好ましくは３ｍ／ｓ〜２５ｍ／ｓ、より好ましくは３ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓとなるよう決定される。開口部４を通過する混合物の線速度が１ｍ／ｓより小さい場合は、混合物の速度が遅く分離が不十分になるため好ましくない。また、開口部４を通過する混合物の線速度が４０ｍ／ｓより大きい場合は、開口部４、案内羽根５、外筒２の側壁の磨耗が激しくなるため好ましくない。
【００２１】
開口部４の開口面積が決定されると、それに応じて、上側部分４ａの長さＬ１及び開口幅Ｗ１並びに下側部分４ｂの長さＬ２及び開口幅Ｗ２を決定することができる。なお、上側部分４ａの開口幅Ｗ１が下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きければ、上側部分４ａの長さＬ１及び開口幅Ｗ１並びに下側部分４ｂの長さＬ２及び開口幅Ｗ２の各大きさに関して特に制限はないが、本実施形態においては、上側部分４ａの長さＬ１は下側部分４ｂの長さＬ２の０．５倍〜５倍程度の大きさに設定することができ、上側部分４ａの開口幅Ｗ１は下側部分４ｂの開口幅Ｗ２の１．１倍〜５倍程度の大きさに設定することができる。
【００２２】
これらの開口部４に対応する内筒１０の側面には、外方に突出する長尺湾曲板状の案内羽根５が設けられている。すなわち、案内羽根５は、開口部４と同数だけ、それぞれ開口部４の一方の長辺縁部に沿って設けられている。これらの案内羽根５は、内筒径方向と一定角度を成している。すなわち、各案内羽根５は、各開口部４を覆うように一定円周方向に傾斜して設けられている。傾斜形状は、図１、図３及び図４示されるように湾曲していても良いし、図５の（ａ）において縦断面図で示されるように平板状であっても良く、さらに、図５の（ｂ）において縦断面図で示されるように途中で折れた板状でもよい。
【００２３】
各案内羽根５が湾曲する場合には、特に図３において詳しく示されるように、開口部４に面する側が凹面となるような曲面、特に、断面円弧となることが好ましい。断面円弧となる場合には、その半径をｒ、内筒１０の外直径をＤ３、中央外筒２ａの内直径をＤ１としたときに、半径ｒが０．４×（Ｄ１−Ｄ３）≦ｒ≦０．５×（Ｄ１−Ｄ３）を満たすように設定されていると共に頂角が７０°〜１２０°に設定されていることが好ましい。
【００２４】
なお、分離器総体として円滑な動作が得られるように、全ての案内羽根５を同一形状とすると共に、全ての案内羽根５が円周等分点に位置するように取り付けることが好ましい。また、一つの開口部４に対応して複数部に分割された構成の案内羽根５をそれぞれ設けることもできる。
【００２５】
各案内羽根５の半径方向突出長さＰ（図３参照）、すなわち、（内筒１０の中心Ｃと案内羽根５の先端Ｆとの距離Ｒ−０．５×内筒１０の外直径Ｄ３）は、中央外筒２ａの内直径をＤ１として次式のように設定することが好ましい。
Ｐ＝（Ｒ−０．５×Ｄ３）＝０．５×（Ｄ１−Ｄ３）×ｂ
（ここで、ｂは０．２〜０．９９、好ましくは０．７〜０．９５である。）
【００２６】
ｂが０．２より小さい、すなわち案内羽根５の半径方向突出長さＰが小さすぎる場合は、開口部４から噴出した気流の反転が明確に行われず好ましくない。ｂが０．９９より大きい、すなわち案内羽根の半径方向突出長さＰが大きすぎる場合は、外筒と案内羽根の隙間が小さくなりすぎ、案内羽根等と外筒が接触するため好ましくない。
【００２７】
また、案内羽根５の鉛直方向長さは、好ましくは
（Ｌ１＋Ｌ２）／２≦案内羽根５の鉛直方向長さ≦外筒２の鉛直方向長さ
を満たすように設定されており、より好ましくは
（Ｌ１＋Ｌ２）≦案内羽根５の鉛直方向長さ≦０．８×外筒２の鉛直方向長さ
を満たすように設定されており、さらに好ましくは（上側部分４ａの長さＬ１＋下側部分４ｂの長さＬ２）と同程度に設定されている。
【００２８】
（外筒の構成）
外筒２は、内筒１０を外方から覆うと共に、内筒１０に対して同軸状に位置する筒状体である。外筒２は、上から順に、気体案内筒２ｃ、円筒状の中央外筒２ａ、円錐筒２ｄ及び粒子抜出管２ｅを有している。中央外筒２ａは、内筒１０における複数の開口部４が形成された部分１０ａを取り囲むように配置されている。中央外筒２ｂは、内筒１０の底板１１よりもさらに下方に延びていることが好ましい。
【００２９】
本実施形態において、中央外筒２ａの内直径Ｄ１は、内筒１０内を混合物が１．５ｍ／ｓの断面平均線速度で下降する場合に、中央外筒２ａと内筒１０との間を上昇する気体の断面平均線速度Ｕｄが６ｍ／ｓ以下となるように設定されると好ましく、断面平均線速度Ｕｄが５ｍ／ｓ以下となるように設定されるとより好ましい。Ｕｄが６ｍ／ｓを超えると、上昇気流に固体粒子が同伴されやすくなり、固体を分離しにくくなる。なお、Ｕｄの下限は特には存在しないが、分離器内の気体の滞留時間削減の観点から、２ｍ／ｓ以上であることが好ましい。
【００３０】
ここで、断面平均線速度Ｕｄは、内筒１０の外直径をＤ３、内筒１０の内直径をＤ３’（≒Ｄ３）、内筒１０を降下する混合物の線速度をＵ１０、混合物中のガスの体積分率をεとすると、
（π／４）（Ｄ３’）２・Ｕ１０・ε＝（π／４）（（Ｄ１）２−（Ｄ３）２）・Ｕｄ
によって求めることができる。なお、通常、εはほぼ１と近似できる。
【００３１】
なお、Ｄ１は、上の条件を満たす範囲で、
１．１×Ｄ３≦Ｄ１≦５×Ｄ３
を満たすように設定すると好ましく、
１．１×Ｄ３≦Ｄ１≦３×Ｄ３
を満たすように設定するとより好ましい。
【００３２】
また、中央外筒２ａの高さをＬａとしたときに、Ｌａを内筒１０の内直径Ｄ３の０．８〜１０倍とすると好適である。滞留時間を短くする点を重視すれば、（上側部分４ａの長さＬ１＋下側部分４ｂの長さＬ２）に合わせてＬａを短くすると好ましい。具体的には、Ｌａは、Ｄ３の１〜５倍が好ましい。また、中央外筒２ａの好適な高さＬａは、
（Ｌ１＋Ｌ２）＝Ｌａ×ａ
（ここで、ａは０．１〜０．９９であり、好ましくは０．７〜０．９５である。）
【００３３】
中央外筒２ａの上には、中央外筒２ａよりも径が小さい、円筒状の気体案内筒２ｃが配置され、気体案内筒２ｃの側面の対向位置２箇所には、気体抜出口６が形成されている。気体抜出口６には、外部に連通すると共に半径方向に延びた気体抜出管７がそれぞれ接続されている。気体抜出管７は、上方又は下方に傾斜していても良い。
【００３４】
一方、中央外筒２ａの下端には、下方に向かうにつれて縮径された円錐部２ｄ及び小径の粒子抜出管２ｅが、この順に接続されている。粒子抜出管２ｅの下端の粒子抜出口３から固体粒子が排出される。粒子抜出管２ｅの粒子抜出口３からは定常的な気体の排出はなされず、気体抜出管７を通してのみ気体が定常的に排出されるようになっている。また、外筒２と内筒１０とは、開口部４のみを介して連通している。粒子抜出管２ｅの粒子抜出口３の開口径は、内筒１０の外直径Ｄ３の０．６倍〜２倍であることが好ましい。
【００３５】
上述した各部は、化学反応に耐える適宜素材を用いて形成される。例えば、加工性に優れ耐薬品性も良いステンレスは適材といえる。その他、異なる素材を適宜組み合わせて、上述した各部を構成してもよい。すなわち、上述した各部は、必要な剛性及び耐性を得ることができるものであればよい。
【００３６】
（運転方法及び作用）
続いて、気固分離器１００の運転方法及び作用を説明する。気体（粘度μ［Ｐａ・ｓ］）と固体粒子（平均粒径ｄｐ［ｍ］、粒子密度ρｐ［ｋｇ／ｍ３］）との混合物を、内筒１０の導入口１から内筒１０内へと所定速度（断面平均線速度Ｕ［ｍ／ｓ］）で下向きに導入する。固体粒子としては、特に限定されないが、例えば、平均粒径ｄｐが１μｍ〜５００μｍ程度、粒子密度ρｐが１．５ｇ／ｃｍ３〜２．５ｇ／ｃｍ３程度の流動接触触媒（ＦＣＣ）等が挙げられる。また、気体の粘度μは、通常、０．００１Ｐａ・ｓ〜０．０００００５Ｐａ・ｓ程度である。
【００３７】
内筒１０の下端部は底板１１によって閉塞されているので、導入開始直後だけは固体粒子の一部が底板１１に直接衝突することになるが、次第に固体粒子層（触媒床）が形成されるので、その後は、固体粒子の衝突・衝撃から底板１１が保護される。
【００３８】
定常的に図の上から下に向かう混合物（固体粒子及び気体）の流れは、底板１１及び固体粒子層に遮られて横方向（水平方向）への速度を与えられ、内筒１０の側面に形成された複数の開口部４から側方下向きに飛び出す（図２及び図４参照）。ここで、図２及び図４において、気体の流れを実線矢印にて表し、固体粒子の流れを点線矢印にて表している。
【００３９】
その後、気体は、図４に示されるように、開口部４から下向きに流れ出た後、案内羽根５の内面５ａに案内されて、鉛直軸を上から見て図示時計回りに少し旋回された後、時計回りに隣接する案内羽根５の外面５ｂに沿って上昇して、気体抜出口６から排出される。
【００４０】
一方、固体粒子の一部は、案内羽根５の内面５ａに衝突してそのまま内面に沿って下向きに移動する。また、残りの固体粒子は、気体抜出口６に向かう気体に随伴する。気体に随伴する固体粒子のうちのごく少数は、そのまま気体抜出口６から排出されるが、気体に随伴する固体粒子のうちの大部分は、気体の流れが下向きから上向きに反転する際にその慣性や自重のために気体から離脱してそのまま下方に進み、図２に示されるように、円錐部２ｄの内面に沿って旋回し、粒子抜出口３から排出されることとなる。従って、本実施形態における気固分離器１００によって、固体粒子及び気体の混合物を固体粒子と気体とに効果的に分離することが可能となる。
【００４１】
ここで、内筒の周方向における複数の開口部の開口幅を合計した大きさがいずれの高さでも同じである場合を仮定して、固体粒子及び気体の開口部からの排出されやすさを考えると、固体粒子は、その自重により、開口部の下側部分から排出されやすい。また、気体も、固体粒子の流れから受ける剪断応力の影響により、開口部の下側部分から排出されやすい。
【００４２】
しかしながら、本実施形態に係る気固分離器１００では、開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１が、開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくなるように設定されている。そのため、気体は、開口部４の上側部分４ａから排出されやすくなり、固体粒子の流れに伴って開口部４の下側部分４ｂから排出されることが抑制される。その結果、従前のものと比較して固体粒子と気体との分離効率をより向上させることが可能となる。
【００４３】
ここで、本実施形態に係る気固分離器１００において、分離効率がより向上することを確認するための試験を行った。試験としては、以下に示す実施例１〜３及び比較例１，２の各構成を有する気固分離器を用いて、平均粒径ｄｐ＝６８μｍ且つ粒子密度ρｐ＝１．２ｇ／ｃｍ３の固体粒子（粒子状固体触媒）を含む粘度μ＝０．００００２３Ｐａ・ｓの空気から、固体粒子を分離した。なお、固体粒子の供給量は１２００ｋｇ／ｍｉｎに設定し、空気の供給量（標準状態での体積流量）は１９００Ｎｍ３／ｈに設定し、気固分離器内の圧力（ゲージ圧）は６０ｋＰａに設定した。
【００４４】
（実施例１）
実施例１では、開口部４の上側部分４ａの長さＬ１及び開口部４の下側部分４ｂの長さＬ２を共に同じ大きさに設定し、開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１を開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２の２倍の大きさに設定した気固分離器１００を用いた（図６参照）。
【００４５】
（実施例２，３）
実施例２，３では、開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１を、それぞれ開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２の３倍、４倍の大きさに設定した以外は、実施例１の気固分離器１００と同様に設定された気固分離器１００をそれぞれ用いた（図６参照）。
【００４６】
（比較例１，２）
比較例１，２では、開口部４の上側部分４ａの開口幅Ｗ１を、それぞれ開口部４の下側部分４ｂの開口幅Ｗ２の１倍、１／２倍の大きさに設定した以外は、実施例１の気固分離器１００と同様に設定された気固分離器をそれぞれ用いた（図６参照）。
【００４７】
（試験結果）
実施例１〜３及び比較例１，２について、下記のように定義される分離効率を測定したところ、それぞれ９２．５％、９３．５％、９２．１％、９０．８％、８８．５％であり、実施例１〜３における分離効率は、比較例１，２における分離効率よりも高いものであった。
分離効率［％］＝粒子抜出管２ｅにおける固体粒子の流量［ｋｇ／ｍｉｎ］／（粒子抜出管における固体粒子の流量［ｋｇ／ｍｉｎ］＋気体抜出管７における固体粒子の流量［ｋｇ／ｍｉｎ］）
この分離効率の定義から、分離効率が高い場合には、固体粒子が気体抜出管７から排出されにくくなっていると共に、固体粒子が粒子抜出管２ｅから排出されやすくなっていることが把握できる。従って、本実施形態に係る気固分離器１００では、分離効率がより向上することが確認された。
【００４８】
なお、ここで、開口部４における気体の流出位置に対する気体の線速度を、実施例２及び比較例１の各実施条件においてそれぞれ測定した。その結果を図７に示す。図７に示されるように、比較例１では、開口部４の下側部分４ｂから気体が排出されやすくなっているが、実施例２では、開口部４の上側部分４ａから気体が排出されやすくなっていることが確認された。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、開口部４を、軸方向に延びる略矩形状の上側部分４ａ及び軸方向に延びる略矩形状の下側部分４ｂによって構成していたが、これに限られない。
【００５０】
具体的には、図８及び図９に示されるように、開口部４を、案内羽根５の上部に対応して位置する上底４ｃが案内羽根５の下部に対応して位置する下底４ｄよりも大きな台形状としてもよい。また、図１０及び図１１に示されるように、開口部４を、頂点４ｅが案内羽根５の下部に対応して位置し且つ当該頂点４ｅの対辺４ｆが案内羽根５の上部に対応して位置する三角形状としてもよい。ここで、開口部４が、図８及び図９に示されるような台形状や図１０及び図１１に示されるような三角形状を呈するものであるような場合、各図から明らかなように、案内羽根５の上部に対応する第１の高さＨ１での内筒１０の周方向における上側部分４ａの開口幅Ｗ１が、第１の高さＨ１（図９及び図１１参照）よりも下方に位置する第２の高さＨ２（図９及び図１１参照）での内筒１０の周方向における下側部分４ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくなっている。
【００５１】
また、図１２に示されるように、開口部４が、鉛直方向に分割された二つの開口４Ａ，４Ｂによって構成されていてもよい。すなわち、案内羽根５の上部に対応する第１の高さでの内筒１０の周方向における開口部４の開口幅Ｗ１が、第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの内筒１０の周方向における開口部４の開口幅Ｗ２よりも大きくなっていれば、開口部４が、鉛直方向に二以上に分割された二つ以上の開口によって構成されていてもよい。
【００５２】
さらに、図１３及び図１４に示されるように、長さの異なる開口部４Ｌ，４Ｓが内筒１０の側面に設けられていてもよい。ここでは、開口部４Ｌの開口幅及び開口部４Ｓの開口幅は共にＷに設定され、開口部４Ｌの長さＬ４Ｌは、開口部４Ｓの長さＬ４Ｓよりも大きく設定されており、開口部４Ｓは、その上縁が開口部４Ｌの上縁と同じ高さとなるように配置されている。また、開口部４Ｌに対応する案内羽根５Ｌは、開口部４Ｌの長さＬ４Ｌに応じた大きさとされており、開口部４Ｓに対応する案内羽根５Ｓは、開口部４Ｓの長さＬ４Ｓに応じて、案内羽根５Ｌよりも小さなものとされている。そのため、図１４に示されるように、案内羽根５Ｌ，５Ｓの上部に対応する第１の高さＨ１での内筒１０の周方向における開口部４Ｌ，４Ｓの開口幅Ｗを合計した大きさが、第１の高さＨ１よりも下方（開口部４Ｓの下縁よりも下方）に位置する第２の高さＨ２での内筒１０の周方向における開口部４Ｓの開口幅Ｗを合計した大きさよりも大きくなっている。
【００５３】
また、図示はしないが、案内羽根５の上部に対応する第１の高さでの内筒１０の周方向における開口部４の開口幅を合計した大きさが、第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの内筒１０の周方向における開口部の開口幅を合計した大きさよりも大きくなっていれば、開口部４が、内筒１０の周方向に二以上に分割された二つ以上の開口によって構成されていてもよい。
【００５４】
また、開口部４を円形状や楕円形状その他の種々の形状とすることができるが、この場合、開口部４の開口幅は、開口部４の開口面積を開口部４の長さで割って得られる平均開口幅によって定義することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本実施形態に係る気固分離器を一部破断して示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る気固分離器の横断面図である。
【図３】図３の（ａ）は図２のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線断面図であり、図３の（ｂ）は図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【図４】図４は、案内羽根の近傍を拡大して示す斜視図である。
【図５】図５は、案内羽根の変形例を示す図である。
【図６】図６は、実施例１〜３及び比較例１〜２の各実施条件及び各実施条件における結果を示す表である。
【図７】図７は、開口部における気体の流出位置に対する気体の線速度を、実施例２及び比較例１の各実施条件において測定した結果を示す図である。
【図８】図８は、開口部の変形例を、案内羽根の近傍と共に拡大して示す斜視図である。
【図９】図９は、開口部の変形例を、気固分離器の内筒部分と共に拡大して示す横断面図である。
【図１０】図１０は、開口部の変形例を、案内羽根の近傍と共に拡大して示す斜視図である。
【図１１】図１１は、開口部の変形例を、気固分離器の内筒部分と共に拡大して示す横断面図である。
【図１２】図１２は、開口部の変形例を、案内羽根の近傍と共に拡大して示す斜視図である。
【図１３】図１３は、開口部の変形例を、案内羽根の近傍と共に拡大して示す斜視図である。
【図１４】図１４は、開口部の変形例を、気固分離器の内筒部分と共に拡大して示す横断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
２…外筒、２ａ…中央外筒、３…気体抜出口、４，４Ｌ，４Ｓ…開口部、４ａ…上側部分、４ｂ…下側部分、５，５Ｌ，５Ｓ…案内羽根、６…開口、１０…内筒、１００…気固分離器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端が閉塞されると共に上端が開放された、鉛直方向に延びる内筒と、
前記内筒を外方から同軸状に覆うと共に、外部に連通する気体抜出口が上部に形成された外筒とを備え、
前記内筒における前記下端側の側面には、外方に突出すると共に前記内筒の軸方向に延びる複数の案内羽根と、当該複数の案内羽根に対応してそれぞれ位置する複数の開口部とが設けられており、
前記複数の案内羽根は、それぞれが前記複数の開口部のうち対応する開口部を覆うように前記内筒の周方向に傾斜されており、
前記案内羽根の上部に対応する第１の高さでの前記内筒の周方向における前記複数の開口部の開口幅を合計した大きさが、前記第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの前記内筒の周方向における前記複数の開口部の開口幅を合計した大きさよりも大きくなるように設定されている気固分離器。
【請求項２】
前記開口部は、前記案内羽根の上部に対応する上側部分と、前記案内羽根の下部に対応する下側部分とを有しており、
前記第１の高さでの前記内筒の周方向における前記上側部分の開口幅が、前記第２の高さでの前記内筒の周方向における前記下側部分の開口幅よりも大きくなるように設定されている請求項１に記載された気固分離器。
【請求項３】
前記開口部は、前記案内羽根の上部に対応して位置する上底が前記案内羽根の下部に対応して位置する下底よりも大きな台形状を呈している請求項２に記載された気固分離器。
【請求項１】
下端が閉塞されると共に上端が開放された、鉛直方向に延びる内筒と、
前記内筒を外方から同軸状に覆うと共に、外部に連通する気体抜出口が上部に形成された外筒とを備え、
前記内筒における前記下端側の側面には、外方に突出すると共に前記内筒の軸方向に延びる複数の案内羽根と、当該複数の案内羽根に対応してそれぞれ位置する複数の開口部とが設けられており、
前記複数の案内羽根は、それぞれが前記複数の開口部のうち対応する開口部を覆うように前記内筒の周方向に傾斜されており、
前記案内羽根の上部に対応する第１の高さでの前記内筒の周方向における前記複数の開口部の開口幅を合計した大きさが、前記第１の高さよりも下方に位置する第２の高さでの前記内筒の周方向における前記複数の開口部の開口幅を合計した大きさよりも大きくなるように設定されている気固分離器。
【請求項２】
前記開口部は、前記案内羽根の上部に対応する上側部分と、前記案内羽根の下部に対応する下側部分とを有しており、
前記第１の高さでの前記内筒の周方向における前記上側部分の開口幅が、前記第２の高さでの前記内筒の周方向における前記下側部分の開口幅よりも大きくなるように設定されている請求項１に記載された気固分離器。
【請求項３】
前記開口部は、前記案内羽根の上部に対応して位置する上底が前記案内羽根の下部に対応して位置する下底よりも大きな台形状を呈している請求項２に記載された気固分離器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−３０２２６９（Ｐ２００８−３０２２６９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４９６５４（Ｐ２００７−１４９６５４）
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（３０１０４１５３１）財団法人 国際石油交流センター (12)
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（３０１０４１５３１）財団法人 国際石油交流センター (12)
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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