KR100544576B1 - Method for Injecting Ore Particles - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비기계적 밸브인 U자형 도관(루프실)을 통하여 광석입자를 상승관(반응기)내에 주입하는 방법에 관한 것으로써, U자형 도관을 통하여 광석입자를 상승관에 주입시 기체의 주입위치를 적절히 제어하므로써, 광석입자를 안정적으로 상승관내에 주입할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다. The present invention relates to a method for injecting ore particles into the riser (reactor) through the U-shaped conduit (loop chamber), which is a non-mechanical valve. By appropriately controlling the present invention, there is provided a method for stably injecting ore particles into the riser.
본 발명은 광석입자가 인입되는 수직부, 광석입자가 배출되는 웨어(weir)부 및 수직부와 웨어부를 광석입자소통관계로 연결해주는 수평부를 포함하는 U자형 도관을 통해 광석입자를 상승관에 주입하는 방법에 있어서,The present invention injects the ore particles into the riser through a U-shaped conduit including a vertical portion in which the ore particles are introduced, a weir portion in which the ore particles are discharged, and a horizontal portion connecting the vertical portion and the wear portion in an ore particle communication relationship. In the way,
상기 U자형 도관의 수직부, 수평부 및 웨어부를 차례로 거쳐 광석입자를 상승관에 주입할 시 상기 웨어부의 외측부에서 수평부 중심까지의 수평부 저부에서 기체를 주입하고, 그리고 상기 수평부의 저부와 상부사이의 수직부 외측부에서 기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 광석입자의 주입방법을 그 요지로 한다.When injecting ore particles into the riser through the vertical part, the horizontal part, and the weir part of the U-shaped conduit, gas is injected from the horizontal part bottom from the outer part of the weir part to the center of the horizontal part, and the bottom part and the upper part of the horizontal part. The gist of the ore particles is characterized in that the gas is injected from the outer portion of the vertical portion therebetween.
광석입자, 주입, U자형 도관, 상승관(반응기), 기체주입, 비기계적 밸브Ore particles, injection, U-shaped conduits, risers (reactors), gas injection, non-mechanical valves
Description
도 1은 종래의 J자 형태의 비기계적 고체 재주입 장치를 모식적으로 나타낸 개략도1 is a schematic view showing a conventional J-shaped non-mechanical solid re-injection apparatus
도 2는 종래의 U자 형태 도관에 수직부에 하방 접선공기 주입부가 설치된 비기계적 고체재주입 장치를 모식적으로 나타낸 개략도Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a non-mechanical solid re-injection apparatus installed in the vertical tangential air injection portion in the vertical portion of the conventional U-shaped conduit
도 3은 본 발명에 사용된 U자 형태의 비기계적 고체 재주입 장치를 모식적으로 나 타낸 개략도Figure 3 is a schematic diagram schematically showing a U-shaped non-mechanical solid re-injection apparatus used in the present invention
도 4는 종래방법에 따라 공기를 주입한 경우 상승관내에서 고체흐름에 의한 압력변이 신호를 나타낸 그래프Figure 4 is a graph showing the pressure change signal due to the solid flow in the riser when the air is injected according to the conventional method
도 5는 본 발명에 의하여 비기계적 밸브의 개선된 공기주입부에서 공기를 주입한 경우 상승관내에서 고체흐름에 의한 압력변이 신호를 나타낸 그래프5 is a graph showing the pressure change signal due to the solid flow in the riser when air is injected from the improved air inlet of the non-mechanical valve according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1, 11, 21 . . . 수직부 2, 12, 22 . . . 수평부 3, 18, 23 . . . 수직주입부1, 11, 21. . .
5, 25 . . . 수평주입부 7, 17, 27 . . . 상승관 24 . . . 웨어부 5, 25. . .
본 발명은 비기계적 밸브인 U자형 도관(루프실)을 통하여 광석입자를 상승관(반응 기)내에 주입하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 비기계적 밸브인 U자형 도관(루프실)을 통하여 광석입자를 상승관(반응기)내에 주입 시 기체의 주입위치를 적절히 제어하여 광석입자를 안정적으로 주입하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of injecting ore particles into the riser (reactor) through the U-shaped conduit (loop chamber), which is a non-mechanical valve, and more specifically to a U-shaped conduit (loop chamber), which is a non-mechanical valve. The present invention relates to a method for stably injecting ore particles by appropriately controlling the injection position of the gas when the ore particles are injected into the riser (reactor).
광석입자와 같은 고체를 반응기내에 주입하기 위한 방법에 적용되는 밸브에는 입자 흐름 속도 조절방식에 따라 기계적구동부에 의해 고체흐름을 조절하는 기계적밸브와 공기나 기체주입량에 의해 조절하는 비기계적밸브가 있다. The valves applied to the method for injecting solids such as ore particles into the reactor include mechanical valves for controlling the solid flow by the mechanical driving unit according to the particle flow rate control method and non-mechanical valves controlled by the air or gas injection amount.
특히, 고온 고압으로 조업되는 경우, 기계적구동부가 없고 제작비와 유지비가 저렴하고 밀봉문제가 없는 비기계적밸브가 많이 사용된다. In particular, when operating at high temperature and high pressure, there are many non-mechanical valves without mechanical driving parts, low manufacturing and maintenance costs, and no sealing problems.
비기계적 밸브는 반응기내 입자의 재주입이 필수적인 순환유동층에서 현재 많이 사용되고 있다. Non-mechanical valves are now widely used in circulating fluidized beds where reinjection of particles into the reactor is essential.
이러한 비기계적 고체 재주입장치의 개발에 관한 예로는, 미합중국 특허 제4,951,612호 및 대한민국특허 제0250625호가 있다.Examples of the development of such a non-mechanical solid reinjection apparatus include US Patent No. 4,951,612 and Korean Patent No. 0250625.
상기 미합중국 특허 제4,951,612호에는 루프실 형태의 비기계적 고체 재주입 장치가 개시되어 있다. U. S. Patent No. 4,951, 612 discloses a non-mechanical solid reinjection device in the form of a roof seal.
상기 비기계적 고체재주입장치는 도관의 수평부와 수직부가 J자 형태를 이루도록 구성되어져 있으며, 도관의 수평부와 수직부로 각각 공기를 주입함으로써 고체입자를 유동시켜 고체를 상승관으로 재주입할 수 있게 한다. The non-mechanical solid re-injection device is configured such that the horizontal and vertical portions of the conduit form a J-shape, and injects air into the horizontal and vertical portions of the conduit so that the solid particles can flow to reinject the solid into the riser. do.
즉, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 비기계적 고체재주입 장치는 싸이클론(미도시)에서 포집된 고체를 상승관(7)으로 전달하는 장치에 있어서, 수직부(1) 및 수평부(2)로 구성되는 J자 형태의 도관에, 상기 도관의 수직부의 공기주입부(3) 및 상기도관의 수평부의 공기 주입부(5)가 구비되는 것을 특징으로 한다.That is, as shown in Figure 1, the non-mechanical solid re-injection device in the device for delivering the solid collected in the cyclone (not shown) to the riser (7), the vertical portion 1 and the horizontal portion (2) J-shaped conduit composed of a), characterized in that the
한편, 상기 대한민국특허 제0250625호에는 도관의 수평부와 수직부로 구성되는 J자 형태의 도관에, 전기 도관의 수직부의 공기주입부가 도관의 수직부 벽면에 대하여 고체흐름 방향으로 30° 내지 50°의 경사를 이루면서 접선방향으로 공기를 주입하도록 구성되어 있는 비기계적 고체재주입 장치가 제시되어 있다. On the other hand, the Republic of Korea Patent No. 0250625 has a J-shaped conduit consisting of the horizontal portion and the vertical portion of the conduit, the air injection portion of the vertical portion of the electrical conduit of 30 ° to 50 ° in the solid flow direction with respect to the vertical wall of the conduit A non-mechanical solid refilling device is disclosed which is configured to incline and inject air in a tangential direction.
즉, 상기 비기계적 고체재주입 장치는 도 2에서와 같이, 싸이클론(미도시)에서 포집된 고체를 상승관(17)으로 전달하는 장치에 있어서, 수직부(11) 및 수평부(12)로 구성되는 J자 형태의 도관에, 상기 도관의 수직부의 공기주입부(18), 하방 접선 공기주입부(14)및 상기 도관의 수평부의 공기 주입부(15)가 구비되는 것을 특징으로 한다.That is, the non-mechanical solid re-injection apparatus, as shown in Figure 2, in the device for transferring the solid collected in the cyclone (not shown) to the
상기한 종래의 비기계적 고체 재주입 장치들은 수평부 전체를 최소유동화상태 또는 그 이상으로 유지하면서 수직관에 주입되는 기체의 양을 조절하여 입자들을 상승관내로 주입하게 된다. The conventional non-mechanical solid reinjection apparatuses inject the particles into the riser by controlling the amount of gas injected into the riser while maintaining the entire horizontal portion in a minimum fluidized state or above.
이 경우 모래입자나 FCC 입자같이 유동성이 좋은 입자들은 안정적으로 상승관내에 입자의 재주입이 가능하다.In this case, particles with good fluidity such as sand particles or FCC particles can be stably reinjected into the riser.
그러나, 상기한 종래의 비기계적 고체 재주입 장치들을 사용하여 유동성이 상당히 떨어지는 광석입자를 주입하는 경우에는 유동성이 상당히 떨어지기 때문에, 수평부 전체를 최소유동화상태나 그 이상으로 유지하면서 수직관내 기체를 주입하는 경우 수직관내에 큰 기포가 형성되어 고체입자의 흐름이 불안정해지거나 입자가 상승관으로 재주입이 되지 않아 조업자체가 불가능한 문제점이 있다.However, when injecting ore particles having a relatively low flowability by using the conventional non-mechanical solid reinjection apparatuses described above, the flowability is considerably lowered, so that the gas in the vertical tube is maintained while maintaining the entire horizontal portion at the minimum fluidization state or higher. In the case of injection, a large bubble is formed in the vertical tube so that the flow of solid particles becomes unstable or the particles are not re-injected into the riser, which makes it impossible to operate the operator.
본 발명은 U자형 도관을 통하여 광석입자를 상승관에 주입시 기체의 주입위치를 적절히 제어하므로써, 광석입자를 안정적으로 상승관내에 주입할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a method for stably injecting ore particles into a riser by appropriately controlling a gas injection position when injecting ore particles into a riser through a U-shaped conduit.
본 발명은 광석입자가 인입되는 수직부, 광석입자가 배출되는 웨어(weir)부 및 수직부와 웨어부를 광석입자소통관계로 연결해주는 수평부를 포함하는 U자형 도관을 통해 광석입자를 상승관에 주입하는 방법에 있어서,The present invention injects the ore particles into the riser through a U-shaped conduit including a vertical portion in which the ore particles are introduced, a weir portion in which the ore particles are discharged, and a horizontal portion connecting the vertical portion and the wear portion in an ore particle communication relationship. In the way,
상기 U자형 도관의 수직부, 수평부 및 웨어부를 차례로 거쳐 광석입자를 상승관에 주입할 시 상기 웨어부의 외측부에서 수평부 중심까지의 수평부의 저부에 구비된 수평주입부를 통해 기체를 주입하고, 그리고 상기 수평부의 저부와 상부사이의 수직부의 외측부에 구비된 수직주입부를 통해 기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 광석입자주입방법에 관한 것이다. When injecting ore particles into the riser through the vertical part, the horizontal part and the weir part of the U-shaped conduit, the gas is injected through the horizontal injection part provided at the bottom of the horizontal part from the outer part to the center of the horizontal part, and The present invention relates to an ore particle injection method comprising injecting gas through a vertical injection portion provided at an outer portion of a vertical portion between a bottom portion and an upper portion of the horizontal portion.
이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명은 도 3에도 나타나 있는 바와 같이, 광석입자가 인입되는 수직부(21), 광석입자가 배출되는 웨어(weir)부(24) 및 수직부(21)와 웨어부(24)를 광석입자소통관계로 연결해주는 수평부(22)를 포함하는 U자형 도관을 통해 광석입자를 상승관(27)에 주입하는 방법에 적용되는 것이다.As shown in FIG. 3, the present invention provides a
본 발명에서는 상기 U자형 도관의 수직부(21), 수평부(22) 및 웨어부(24)를 차례로 거쳐 광석입자를 상승관(27)에 주입할 시 상기 웨어부(24)의 외측부(24a)에서 수평부(22)중심까지의 수평부 저부(22a)에 수평주입부(25)를 구비시켜 기체를 주입하 고, 그리고 상기 수평부의 저부(22a)와 상부(22b)사이의 수직부의 외측부(21a)에 수직주입부(23)를 구비하여 기체를 주입하므로써 광석입자를 안정적으로 상승관(27)내에 주입할 수 있게 된다.In the present invention, when the ore particles are injected into the
상기 기체로는 공기 또는 불활성가스등을 들수 있다.Examples of the gas include air or inert gas.
이하, 본 발명에 있어서 기체주입부의 위치선정에 대하여 설명한다.Hereinafter, the position selection of the gas injection unit in the present invention will be described.
상기 수평관(22)에 구비되어 있는 수평주입부(25)를 통해 주입되는 기체는 수평관내 입자가 유동성을 가지도록 하여 입자가 상승관(27)으로 주입되는 것을 가능하게 한다. The gas injected through the
이때 수평관(22)의 수평주입부(25)를 통해 주입되는 기체의 양으로는 충분한 광석입자를 상승관(27)으로 주입시킬 수 없으므로, 수직부(21)에 구비되어 있는 수직 주입부(23)를 통하여 주입되는 기체의 양을 변하시켜 상승관(27)내에 주입되는 광석입자의 양을 조절하게 된다. At this time, the amount of gas injected through the
그러나, 광석입자의 경우 공기를 도관의 수평부에 구비되어 있는 수평주입부(25) 및(35) 두곳에서 주입이 되는 경우 수직관내(21)에 큰 기포를 형성하여 초기에 광석입자가 주입되다가 광석의 흐름이 매우 불안정하거나 아에 상승관으로 주입되지 않는 경우가 관찰되었다. However, in the case of ore particles, when air is injected from two
그러므로, 광석입자를 상승관(27)에 주입할 시 기체의 주입은 상기 웨어부(24)의 외측부(24a)에서 수평부(22)중심까지의 수평부 저부(22a)에 수평주입부(25)를 구비시켜 기체를 주입하여야 한다.Therefore, when the ore particles are injected into the
한편, 기존의 연구에 의하면, 수직부의 기체주입부가 도관의 수평부로부터 도관의 수평부 지름에 2.0내지 2.5배에 해당되는 높이에 설치하는 것이 바람직하다고 보고되었다. On the other hand, according to the existing studies, it is reported that the gas injection portion of the vertical portion is preferably installed at a height corresponding to 2.0 to 2.5 times the diameter of the horizontal portion of the conduit from the horizontal portion of the conduit.
그러나, 수직부에서의 공기 주입을 도관의 수평부 지름에 2.0내지 2.5배에 해당되는 높이에서 주입하는 경우[도 3에서 수직주입부(28),(38) 및(48)에 해당됨]에는 수직부에 큰 기포또는 슬러그가 형성되어 고체 입자의 흐름이 상당히 불안정하다.However, in the case of injecting air from the vertical portion at a height corresponding to 2.0 to 2.5 times the diameter of the horizontal portion of the conduit (corresponding to the
따라서, 본 발명에서는 수직부에서의 기체의 주입은 상기 수평부의 저부(22a)와 상부(22b)사이의 수직부의 외측부(21a)에 수직주입부(23)를 구비하여 기체를 주입하여야 한다.Therefore, in the present invention, the injection of the gas in the vertical portion should be provided with a
여기서 사용되는 상승관은 기체와 고체가 반응하는 반응기를 의미하는 것으로, 예를들면, 유동층로등을 들수 있다.As used herein, the riser refers to a reactor in which a gas and a solid react, and examples thereof include a fluidized bed furnace.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
(실시예) (Example)
하기 표 1과 같은 입도분포 및 겉보기 밀도를 갖는 광석입자를 하기 표 2와 같은 크기를 갖는 U자형 도관을 사용하여 하기 표 2와 같은 크기를 갖는 상승관에 주입하였다.Ore particles having a particle size distribution and an apparent density as shown in Table 1 below were injected into a riser having a size as shown in Table 2 using a U-shaped conduit having a size as shown in Table 2 below.
이때, 상승관내의 기체유속 및 수직부 및 수평부를 통해 주입되는 기체의 유량은 하기 표 3과 같았다.At this time, the gas flow rate in the riser and the flow rate of the gas injected through the vertical portion and the horizontal portion was as shown in Table 3.
종래예 및 발명예에 있어서 기체주입위치는 하기 표 4와 같다. Gas injection positions in the prior art and the invention is shown in Table 4 below.
상기와 같이 광석입자의 주입시 상승관내에서 광석입자흐름에 의한 압력변이신호를 조사하고, 종래예에 대한 결과는 도 4에, 그리고 발명예에 대한 결과는 도 5에 나 타내었다. As described above, the pressure variation signal due to the flow of the ore particles in the riser during the injection of the ore particles was investigated. The results of the conventional example are shown in FIG. 4, and the results of the invention example are shown in FIG. 5.
도 4에 나타난 바와 같이, 종래방법에 따라 기체를 주입하는 종래예의 경우에는 압력강하 신호 변화의 폭이 매우 큼을 알 수 있다. 이것은 주입되는 광석의 흐름이 매우 불안정하기 때문이다 (도 4(a)). As shown in FIG. 4, in the conventional example of injecting gas according to the conventional method, the width of the pressure drop signal change is very large. This is because the flow of the ore injected is very unstable (Fig. 4 (a)).
또한, 일부조건에서는 초기에만 광석이 주입되다가 약 3분후에는 수직관의 큰 기포 또는 슬러그의 생성으로 광석이 상승관내로 거의 흐름지 않았다 (도 4 (b)). In addition, in some conditions, the ore was initially injected only, and after about 3 minutes, the ore hardly flowed into the riser due to the formation of large bubbles or slugs in the vertical pipe (FIG. 4 (b)).
그러나, 본 발명에 따라 기체를 주입한 발명예의 경우에는 도 5에 나타난 바와 같이, 압력강하 신호 변화의 폭이 매우 적음을 알 수 있으며, 따라서, 본 발명에 의한 경우에는 안정적인 고체의 주입이 가능함을 알 수 있다.However, in the case of the invention injecting gas according to the present invention, as shown in Figure 5, it can be seen that the width of the pressure drop signal change is very small, therefore, in the case of the present invention it is possible to inject a stable solid Able to know.
그리고, 수직관내 기체의 양을 조절하여 상승관내 주입되는 고체의 양을 약 0.1 kg/s에서 1.0 kg/s 까지 조절이 가능하였다. In addition, by adjusting the amount of gas in the vertical tube was able to adjust the amount of solid injected into the riser from about 0.1 kg / s to 1.0 kg / s.
본 발명은 수평부 및 수직부로 구성되는 U자 형태의 도관을 통해 광석입자를 상승관에 주입하는 경우 공기주입위치를 적절히 변경함으로써 안정적으로 반응기(상승관)내에 고체를 주입할 수 있는 효과가 있는 것이다.The present invention has the effect of stably injecting a solid into the reactor (rising pipe) by properly changing the air injection position when injecting ore particles into the rising pipe through the U-shaped conduit consisting of a horizontal portion and a vertical portion will be.
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