KR100686217B1

KR100686217B1 - 화염역류 방지장치

Info

Publication number: KR100686217B1
Application number: KR1020060012929A
Authority: KR
Inventors: 김종열; 민병일
Original assignee: 주식회사 다우메탈
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-02-22

Abstract

본 발명은 폐촉매로부터 유가금속을 산화염 형태로 회수하는 시스템에 장착되는 화염역류 방지장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 역류되는 화염을 차단하는 블라인드 플레이트가 장착되어 있고, 폐촉매를 배소로로 공급하는 로타리기어 벨브, 발화시 발생하는 양압을 완충시키는 압력완충챔버 및 발생된 가스를 후단 방지 시설로 유도하는 압력공기 투입노즐을 구비한 화염역류방지장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 탁월한 압력 완충효과로 배소로 내부에서 발생되는 가스가 역류 되는 현상을 완전히 차단할 수 있고, 폐촉매 정량 투입기가 열원으로부터 보호됨으로서, 기기의 내구성을 확보할 수 있으며, 작업장 내의 화재를 예방할 수 있는 효과가 있다.

화염역류 방지, 폐촉매, 배소로, 로타리킬른

Description

화염역류 방지장치{Apparatus for Preventing Back Flow of Flame}

도 1은 종래 사용되는 배소로와 연결된 폐촉매 투입배관의 구조를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 화염 역류방지 장치를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 화염 역류방지 장치의 블라인드 플레이트의 규격을 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 화염역류방지 장치와 이와 연결된 배소장치를 나타낸 것이다.

<부호의 설명>

1-1 폐촉매 저장호퍼 1-2 로타리 기어 벨브

1-3 폐촉매 투입배관 1-4 배소로

2-1 로타리기어 벨브 2-2 투입관 상부

2-3 블라인드 플레이트(BLIND PLATE) 2-4 압력공기 투입노즐

2-5 압력 완충챔버 2-6 투입관 하부

본 발명은 폐촉매로부터 유가금속을 산화염 형태로 회수하는 시스템에 장착되는 화염역류 방지장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 역류되는 화염을 차단하는 블라인드 플레이트가 장착되어 있고, 폐촉매를 배소로로 공급하는 로타리 기어 벨브, 발화시 발생하는 양압을 완충시키는 압력완충챔버 및 발생된 가스를 후단 방지 시설로 유도하는 압력공기 투입노즐을 구비한 화염역류방지장치에 관한 것이다.

현재 국내 정유사에서는 중질유를 경제적 가치가 높은 경질유로 전환하는 공정들이 가동 중에 있고 이러한 공정들의 원활한 가동을 위해 중질유 속에 많이 함유되어 있는 유황이나 중금속 성분들을 제거하기 위한 수첨 탈황 (HOU HDS) 촉매 및 수첨 탈금속 (HDM) 촉매들이 사용되고 있으며, 촉매자체의 수명 때문에 폐촉매와 신촉매를 연간 3~4회의 주기를 갖고 교체하고 있다. 국내 여러 종류의 탈황 폐촉매가 다양한 공정에 사용되고 있지만 대표적인 곳이 정유공장이다.

국내에 정유공장에서 수첨탈황(HDS) 공정이 오래전부터 가동되어 왔지만 그동안 폐촉매 회수 공장이 없었던 이유는 2004년 후반 이전까지 바나듐, 몰리브덴 산화물이나 페로바나듐, 페로몰리브덴 가격이 현재와 같이 높지 않았기 때문에 산업적으로 큰 관심을 받지 못했으며, 핵심기술부터 엔지니어링 기술에 이르기까지 국내 기술수준이 아직 생산에 이를 정도에 도달하지 못하였기 때문으로 판단된다.

수첨 탈황촉매에는 상업적으로 Ni-Mo/Al2O3, Co-Mo/Al2O3 등이 사용되고 있 으며, 수명이 끝난 폐촉매에는 Mo, Co, Ni 성분들은 손실없이 그대로 남아 있고 대신에 중질유 속에 들어있던 바나듐이 다량 침적하게 된다. 폐촉매 속에는 V, Mo, Co, Ni 등의 유가금속이 존재하게 되어 이에 대한 경제적인 회수방법이 필요하지만 유황성분과 함께 폐유가 20% 이상 묻어있어 환경폐기물중에 지정폐기물로 분류되어 있어 이에 대한 처리가 용이하지 않다. 국내에서는 그동안 탈황 폐촉매 회수 공장이 없었기 때문에 환경친화적으로 손쉽게 처리할 방법이 없었으며, 지난 수년간 폐촉매의 대부분은 중국이나 일본으로 수출되어 왔다. 외국의 폐촉매 회수 업체들은 폐촉매로부터 희유 금속을 회수하여 페로합금 생산에 활용하거나 촉매 원료형태로 재자원하고 있다.

하지만 현재 탈황 폐촉매가 폐기물로 분류되어 주로 중국으로 수출되어 왔으나 중국의 세계무역기구(WTO) 가입이 확정됨에 따라 폐기물의 국가간 이동이 문제가 되고 있기 때문에 국내 자체적인 폐촉매 처리 및 회수의 필요성이 대두되고 있다.

중유의 탈황용으로 주고 사용하는 VRHDS (Vacuum Residue Hydro Desulfurization) 촉매로는 알루미나 담체에 Ni과 Mo 또는 Co와 Mo이 각각 2 - 4%정도 함침된 촉매를 대부분 사용한다. 반면에 탈황 공정에서는 원유로부터 V이 10%이상 촉매로 유입되고, 가연성 물질인 탄화수소의 탄소(C) 함량이 5%이상, 황(S)이 10% 이상 유입된다. 따라서 VRHDS 폐촉매를 처리하는 경우에는 가연성 물질인 S, C의 제거와 유가금속 중에서 가장 함량이 많은 V의 처리를 우선적으로 고려하고 다음에 Mo, Ni 등을 회수하는 것이 일반적인 방법이다.

폐촉매로부터 희유금속 회수 공정의 대표적인 핵심기술은 배소처리 기술과 수침출 정제기술이다. 배소처리 기술은 희유금속의 회수율을 결정하고 수침출 정제기술은 희유금속의 순도를 결정하는데 중요하다. 하지만 배소기술 자체는 1960년대에 이미 상용화되어 있는 기술로서 철강 염화 폐기물로부터 철산화물을 제조하는 데에도 널리 사용되고 있다. 폐촉매 원료의 소다배소 공정에서는 첨가되는 나트륨염의 종류와 농도, 배합비, 로타리 킬른의 회전속도, 각 부분별 온도, 공기 유량 및 원료 체류시간 등 여러 복합조건이 최적화되어야만 희유금속의 수율을 향상시킬 수 있다. 각국 업체의 공정마다 대부분 소다배소 공정을 사용하는데 바로 자신들만의 독자적인 운전조건을 보유하고 있어 이것이 희유금속의 수율을 결정하는 핵심 요인이 되고 있다.

그러나, 상기 방법에서 사용되는 폐촉매는 열량이 높은 오일을 다량으로 함유하고 있어, 고온 배소를 위하여 배소로에 투입 즉시 발화하기 쉬우며, 기존의 폐촉매 투입구는 폐촉매를 배소로에 투입시 배소로와 정량 투입기(로타리 기어 벨브)가 배관으로 직결되어 있어, 폐촉매를 배소로에 투입시 순간발화에 의한 배소로 내 가스압력의 팽창으로 화염이 정량투입기로 역류되어 정량 투입기의 내구성을 감소시킬 뿐만 아니라, 화재의 위험성을 항상 내포하고 있었다 (도 1).

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 폐촉매를 배소로로 공급하는 로타리벨브와, 발화시 발생하는 양압을 완충시키는 압력완충챔버 및 역류되는 화염을 차단하는 블라인드플레이트를 구비한 화염역류방지장치를 발명하고, 상기 장치가 장착된 배소로를 이용하면 폐촉매에 함유된 오일의 순간 발화에 의한 화 염 역류를 방지할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 폐촉매를 배소로에 투입시 폐촉매에 함유된 오일의 순간발화에 의해 배소로내 가스가 팽창하여 순간적으로 압력이 증가함으로 투입배관으로 가스 및 화염이 역류 되는 현상을 방지하기 위한, 폐촉매로부터 유가금속을 산화염 형태로 회수하는 시스템에 장착되는 화염역류 방지장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐촉매로부터 유가금속을 산화염 형태로 회수하는 시스템에 장착되는 화염역류 방지장치에 있어서, (a) 역류되는 화염을 차단하는 블라인드 플레이트(2-3)가 장착되어 있고, 폐촉매를 정량 투입하는 로타리 기어 밸브(2-1); (b) 상기 투입된 폐촉매를 고온배소로로 이송하는 폐촉매 투입배관(2-2); (c)고온 배소로에서 폐촉매에 함유된 오일이 발화될 때, 배소로 내 가스의 부피팽창에 의하여 증가된 압력 및 화염을 유도하여, 폐촉매 투입배관 하부(2-6)에서부터 투입배관 상부(2-2)로 전가되지 않도록 배소로에 대하여 수직인 폐촉매 투입배관 하부(2-6)의 일측면과 경사지어 연결된 압력 완충 챔버(2-5); 및 폐촉매 투입배관 상부(2-2)에 설치되어, 압력공기를 간헐적으로 주입함으로써 배소로에서 발생된 가스가 상부로 올라오지 않,고 배소로 후단 방지 시설로 유도하는 압력공기 투입노즐(2-4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 화염역류 방지장치를 제공한 다.

본 발명에 있어서, 상기 폐촉매 투입배관하부(2-6) 말단은 노즐 형태로 되어 있고, 고온배소로의 바닥과 수평으로 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 노즐은 배소로의 바닥으로부터 배소로 내경의 3~15%의 이격거리(높이)를 가지는 곳에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 종래에는 폐촉매로부터 유가금속을 산화염 형태로 회수하기 위하여 사용되는 배소로에서, 폐촉매 투입배관(1-3)이 배소로(1-4)와 직결로 연결되어 있어 화염 및 배소로에서 발생되는 열이 폐촉매 정량 투입장치(1-2)로 역류하여 폐촉매 저장 호퍼(1-1)에 화재를 유발할 가능성을 항상 내포하고 있다. 본 발명에서는 이러한 폐촉매 저장 호퍼로의 화염 및 열의 역유를 방지할 수 있는 폐촉매 투입배관을 제작하였다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 화염역류방지장치에서 폐촉매 저장 호퍼에 저장되어 있던 폐촉매는 폐촉매 투입배관(2-2)의 상부에 위치한 로타리기어 벨브(2-1)를 이용하여 정량씩 폐촉매 투입구로 투입되며, 투입된 폐촉매는 투입배관(2-2)을 통하여 배소로로 흘러들어간다. 이때, 폐촉매가 투입되는 배소로 내의 영역은 약 900℃의 고온의 환경이며, 폐촉매는 이러한 고온을 만나면서 폐촉매에 함유된 오일은 발화점 이상의 온도와 접촉하여 발화하게되며, 폐촉매에 함유된 가스 상 물질은 배소로 내에서 부피가 팽창하여 압력이 순간적으로 증가되며, 이러한 압력은 폐촉매 투입배관(2-6) 하부에서부터 투입배관 상부(2-2)로 전가되게 된다.

이때, 상부로 전가되는 압력의 대부분은 폐촉매 투입배관(2-2)을 통하여 흘러가지 않고 압력 완충챔버(2-5)에 의하여 외부로 배기되게 된다. 압력 완충 챔버(2-5)의 일측면은 배소로에 대하여 수직으로 형성되어 있는 폐촉매 투입배관 하부(2-6)의 일측면과 경사지게 연결되며, 배소로에서 역류되는 화염의 방향과 일직선을 이루어, 역류되는 화염이 꺽어진 폐촉매 투입배관보다 일직선의 압력완충챔버(2-5) 쪽으로 흘러가는 구조로 되어 있다.

압력완충챔버(2-5)로의 압력 전가와 더불어 역류되는 화염은 투입배관 상부(2-2)에 위치한 개폐식 블라인드 플레이트(blind plate; 2-3)에 의해서 차단된다. 상기 블라인드 플레이트(2-3)는 정량의 폐촉매를 투입배관에 투입할 시에는 열리고, 투입 후에는 닫히는 구조로 되어 있다.

또한 폐촉매 투입배관(2-2) 일측 면에는 압력공기를 폐촉매 투입배관으로 간헐적으로 주입하는 압력공기 투입노즐(2-4)이 형성되어 있어 배소로에서 발생된 가스가 상부로 올라오지 않고 배소로 후단 방지 시설로 지나가도록 유도한다.

본 발명에 있어서, 배소로와 연결된 투입배관의 하부 말단은 노즐형태인 것이 바람직하며, 상기 투입배관 하부의 노즐은 배소로의 바닥으로부터 배소로 내경의 3~15%의 이격거리(높이)를 가지는 곳에 위치하는 것이 바람직하며, 화염역류 장치의 투입구의 하부 말단 노즐은 도 4에 나타난 바와 같이 배소로의 바닥과 수평이 되게 설치하여, 발생하는 화염 및 압력의 유입을 우회시키는 것이 바람직하다. 하 부 말단 노즐이 수평보다 위쪽을 향하거나, 투입배관 하부의 노즐과 배소로의 바닥으로부터 배소로 내경의 이격거리가 3~15%보다 크면, 화염의 역류량이 증가하며, 하부 말단노즐이 수평보다 밑으로 위치하거나, 투입배관 하부의 노즐과 배소로의 바닥으로부터 배소로 내경의 이격거리가 3~15%보다 작으면 폐촉매 투입효율이 떨어진다.

본 발명에 있어서, 블라인드 플레이트는 도 3에 나타난 바와 같이 제작되는 것이 바람직하며, 규격은 배관의 크기에 따라, 표 1에 나타낸 바와 같이 제작하는 것이 바람직하다.

블라인드 플레이트의 규격

적용 크기
배관 Size	A	B	R	TH'K	C	D	E
4	104	230	52	9	4	50	30
6	154	280	77	9	54	50	30
8	204	330	102	9	104	100	50
10	254	370	127	9	154	100	50
12	304	420	152	12	204	100	50
14	342	470	171	12	242	100	50
16	394	600	197	12	192	100	50
18	444	650	222	12	244	100	50
20	496	700	248	12	296	100	50

본 발명의 화염 역류방지 장치를 폐촉매의 고온배소로에 사용한 결과, 화염 차단 기능이 탁월하였으며, 압력의 완충효과로 배소로 내부에서 발생되는 가스가 역류되는 현상을 완전히 차단하였다. 또한 폐촉매 정량 투입기가 열원으로부터 보호됨으로 기기의 내구성을 확보할 수 있었다.

본 발명은 폐촉매를 배소로에 투입시 폐촉매에 함유된 오일의 순간발화에 의해 배소로내 가스가 팽창하여 순간적으로 압력이 증가함으로 투입배관으로 가스 및 화염이 역류 되는 현상을 방지하기 위한, 폐촉매로부터 유가금속을 산화염 형태로 회수하는 시스템에 장착되는 화염역류 방지장치를 제공하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 탁월한 압력 완충효과로 배소로 내부에서 발생되는 가스가 역류 되는 현상을 완전히 차단할 수 있고, 폐촉매 정량 투입기가 열원으로부터 보호됨으로 기기의 내구성을 확보할 수 있으며, 작업장 내의 화재를 예방할 수 있는 효과가 있다.

Claims

폐촉매로부터 유가금속을 산화염 형태로 회수하는 시스템에 장착되는 화염역류 방지장치에 있어서,

(a) 역류되는 화염을 차단하는 블라인드 플레이트(2-3)가 장착되어 있고, 폐촉매를 정량 투입하는 로타리기어 밸브(2-1);

(b) 상기 투입된 폐촉매를 고온배소로로 이송하는 폐촉매 투입배관(2-2);

(c)고온 배소로에서 폐촉매에 함유된 오일이 발화될 때, 배소로 내 가스의 부피팽창에 의하여 증가된 압력 및 화염을 유도하여, 폐촉매 투입배관 하부(2-6)에서부터 투입배관 상부(2-2)로 전가되지 않도록 배소로에 대하여 수직인 폐촉매 투입배관 하부(2-6)의 일측면과 경사지어 연결된 압력 완충 챔버(2-5); 및

폐촉매 투입배관 상부(2-2)에 설치되어, 압력공기를 간헐적으로 주입함으로써 배소로에서 발생된 가스가 상부로 올라오지 않고 배소로 후단 방지 시설로 유도하는 압력공기 투입노즐(2-4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 화염역류 방지장치.
제1항에 있어서, 폐촉매 투입배관하부(2-6) 말단은 노즐 형태로 되어 있고, 고온배소로의 바닥과 수평으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화염역류 방지장치.
제2항에 있어서, 노즐은 배소로의 바닥으로부터 배소로 내경의 3~15%의 이격거리(높이)를 가지는 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 화염역류 방지장치.