KR100986751B1

KR100986751B1 - Ｆｔ 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치

Info

Publication number: KR100986751B1
Application number: KR1020090088000A
Authority: KR
Inventors: 이호태; 정헌; 양정일; 김학주; 천동현; 양정훈; 홍재창
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-10-08
Also published as: WO2011034249A1

Abstract

본 발명은 반응기에서 석탄 가스화기에서 생성된 합성가스와 촉매와의 반응시 발생되는 반응열의 온도를 제어할 수 있는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 FT슬러리 기포탑 반응기에 내관이 내포된 냉각관을 배관하고, 상기 내포된 내관에는 분사구를 형성하여 상기 분사구에서 냉각수가 분사되도록 함으로써, 상기 분사된 냉각수가 주위의 열을 흡수해 스팀으로 상변화가 이루어지게 하는 잠열을 이용한 냉각장치에 관한 것이다. 특히 상기 냉각관 내의 내관을 다수개의 다관으로 형성하고 각 개별관은 별도의 밸브에 의해 개폐가 조절가능하도록 하되, 반응기에 수직으로 설치되는 내관에는 각 개별 관체마다 분사구가 형성되는 구간을 서로 다르게 형성하여 반응기의 특정부위만을 선택적으로 냉각작용이 이루어지도록 하는 FT슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치에 관한 것이다.

FT 슬러리 기포탑 반응기, 냉각관, 내관, 증발잠열, 다단, 합성가스, 철-촉매, 반응열 제거

Description

ＦＴ 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치{Multistage Separation Type Cooling System for Elimination of Heat of Reaction AT Fischer-Tropsch Slurry Bubble Column Reactor}

일반적으로, 석탄을 주원료로 가스화공정-->정제공정-->액화공정을 통해 최종적으로 왁스형태의 합성연료를 제조하여 화석연료의 원료로 사용할 수 있도록 하는 것이 석탄 간접 액화 시스템이다.

여기서 가스화공정은 석탄을 수소와 일산화탄소를 주로 포함하는 합성가스로 변환하는 공정이다. 그리고 정제공정은 가스화공정을 통해 제조된 합성가스를 집진 및 탈황(黃)하고, 각종 불순물을 제거하는 공정이다. 마지막에서 액화공정은 정제된 합성가스를 촉매 상에서 반응시켜 액상 합성연료로 변환하는 공정이다.

상기에서 액화공정을 수행하기 위해서는 상기 FT 슬러리 기포탑 반응기로 합성가스를 균일하게 분산시켜 FT 슬러리 기포탑 반응기의 슬러리에 함유된 철-촉매와 반응하도록 하여 합성연료를 생성한다.

이러한 FT 슬러리 기포탑 반응기는 합성가스(CO + H₂)와, 철(Fe)-촉매가 반응하면 합성연료가 생성되는데 이 때 발열에 의해 FT 슬러리 기포탑 반응기 내부 온도가 상승하게 된다. 상기 반응기의 내부온도가 상승하면 메탄가스와 에탄, 프로판 등의 가스 생성물 발생이 증가하여 액체 연료와 왁스의 생성이 저하된다. 또한 반응 온도가 높게 유지되면 촉매의 비활성화가 빨리 일어나게 되어 촉매의 수명이 단축된다. 따라서 상기 FT 슬러리 기포탑 반응기의 내부 온도를 일정하게 유지하는 것이 선행되어야 한다.

상기 반응기 내부의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 방법으로는 내부에 물 또는 스팀을 순환시키는 냉각관을 배관시키는 방법이 사용되었으나, 이러한 구조는 냉각관에 많은 량의 냉각수를 공급해야 함은 물론 물을 계속해서 순환시켜야 하기 때문에 에너지가 많이 소비되고, 냉각 효율 또한 매우 떨어지며, 그 결과 냉각관의 단면적을 늘리기 위해 관의 개수가 많아지게 된다.

이에 본 출원인은 특허등록 제0901736호에서 잠열을 이용한 냉각장치를 제시하였다. 도 6를 참조한 바와같이 출원된 냉각장치(1)는 내부에 분사관(3)이 내입된 냉각관(4)을 반응기(2)의 반응실로 유입하고, 하향으로 다수개를 연장형성하여 분사관으로 냉각수를 상측에서 하측으로 공급하면서 분사관에 형성된 분사구를 통해 공급된 냉각수를 냉각관과 분사관 사이의 공간으로 분사되도록 하고, 분사된 냉각수를 반응열을 흡수하여 스팀으로 증발되어 상측으로 배출되는 구조를 제공하였다.

그러나, 상기 등록건은 냉각수의 증발 잠열로 반응기의 내부 반응온도를 조절하는 방식이나, 연장된 냉각관의 하단을 폐구한 상태로 냉각수 공급이 하향으로 이루어짐으로 냉각수를 공급하였을 때 일부의 물은 증발하면서 반응열을 제거하지만 증발되지 않은 물은 냉각관 하부로 흐르다가 증발하기 때문에 반응기 하부의 온도 조절이 잘 이루어 지지 않는다.

또한, 반응기는 높이에 따라 합성가스와 촉매의 반응량이 다름으로 반응온도도 서로 다르게 형성하기 때문에 반응기의 길이가 긴 경우 구간별로 나누어 온도를 제어하는 것이 정밀한 온도조절을 위해 바람직하다 .

따라서, 필요한 만큼의 냉각수만 분사됨은 물론 다양한 반응온도에 대응하여 적절한 온도를 유지시킬 수 있는 장치에 대한 연구가 필요하다.

이에 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치는,

FT슬러리 기포탑 반응기의 내부를 가스분산판에 의해 상부 반응실과 하부 도입실로 구획하고, 상기 구획된 반응기에는 다관으로 된 내관을 갖는 이중관인 냉각관을 배관하되, 상기 냉각관은 반응실 상부 덮개에 수평설치되어 이송관을 유입시키는 제1냉각관과, 도입실에 수평설치되어 스팀을 배출하는 제2냉각관과, 상기 제1냉각관과 제2냉각관을 연통시키도록 가스분산판을 삽통하여 수직설치되고 내부에 형성된 다관형태의 내관에는 다수의 분사구가 형성된 다수의 제3냉각관으로 구성함으로써 반응실 측벽을 통한 냉각관의 유입없이 배관되어 설치 및 유지보수를 용이하게 하였으며; 제2냉각관 내의 이송관을 외부로 연장시켜 냉각수저장탱크와 연결하고, 상기 냉각수저장탱크에 저장된 냉각수는 순환펌프에 의해 펌핑되어 반응기로 재공급되도록 함으로써 분사하고 남은 냉각수를 즉시 회수하여 냉각수의 정체로 인한 과냉각을 방지하여 온도조절이 용이하게 이루어지도록 한 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 제3냉각관 내의 각 개별 내관은 서로 다른 높이를 갖는 구간에서 분사구가 형성되도록 하고, 각 내관은 별도의 밸브에 의해 조절되게 하여 냉각수 분사량을 선택적으로 조절가능하게 함으로써, 반응기 내부를 높이에 따라 선택적으로 온도조절이 가능하게 한 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치는,

통체의 본체와, 상기 본체의 상하부에 각각 결합되는 상하부덮개로 구성되는 반응기를 수직설치하고, 상기 반응기의 내부에는 가스분산판을 설치하여 내부공간을 하부 도입실과 상부 반응실로 구획하고, 구획된 공간에는 냉각관을 배관하여 상기 냉각관에 의해 석탄 가스화기에서 생성된 합성가스를 공급받아 촉매와 반응시킬 때 발생되는 반응열의 온도를 제어하도록 한 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치에 있어서, 상기 반응기의 상부덮개 내에 수평 배관되는 제1냉각관과; 상기 반응기의 도입실에 수평배관되고 일단이 외부로 표출되며 표출된 단부에 배출구가 형성되어 상변화된 스팀을 배출하도록 하는 제2냉각관과; 상기 제1냉각관과 제2냉각관을 수직으로 연결하는 다수의 제3냉각관과; 상기 제1 내지 제3냉각관의 내부에 2 내지 5개의 관체가 각각 개별적으로 배관되고, 상기 제3냉각관 내부에 배관되는 관체에는 다수의 분사구가 형성되데, 상기 분사구는 인접된 다른 관체와 서로 다른 높이를 갖는 구간에서 형성되어 냉각수를 분사해 분사된 냉각수가 주위열을 흡수해 스팀으로 상변화되게 하는 내관;을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치는,

냉각관에 냉각수를 분사하는 내관을 내설하여 냉각관과 내관 사이의 공간으로 냉각수의 분사가 이루어져 분사된 냉각수가 냉각관을 통해 전달된 반응열을 흡수하여 증발되어 스팀으로의 상변화가 이루어지게 한 것이다. 이와같은 증발잠열을 이용한 상변화 방식은 기존에 냉각수만으로 냉각하던 방식보다 냉각효율을 더욱 증대시킨 것이다. 또한, 냉각수를 FT 슬러리 기포탑 반응기 내로 유입하는 내관 및 냉각관이 합성가스와 촉매와의 반응이 이루어지는 반응실 본체 부분을 피해서 가스 도입실 및 상부덮개를 통해 반응기 내부로 유입됨으로 반응실에서의 버블링 거동에 대한 저해요소를 최소화하고, 냉각관의 설치 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있다.

특히 상기 냉각관 내부의 내관은 각 개별적인 밸브가 장착된 다관으로 형성하고, 각 내관에 형성되는 분사구는 서로 다른 높이를 갖는 구간에서 형성되도록 함으로서 구간별로 냉각수의 분사량을 조절하여 정밀한 온도조절이 가능하고, 분사한 냉각수 및 상변화된 스팀은 하부 배출구로 즉시 배출하도록 하여 과도한 분사로 인한 반응기의 과냉각을 방지하는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리 형 냉각장치를 도시한 구성도이고, 도 2a와 도 2b는 도 1의 A부분 확대도와, B-B단면을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 2내각관의 배관상태를 도시한 개략도이다.

도시된 바와같이 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치(10)는 석탄가스화 장치에서 합성가스를 공급받아 촉매와 반응시켜 합성연료를 생성하고 이 과정에서 반응열이 발생된 반응기 내의 온도를 제어할 수 있도록 한 장치이다.

여기서 상기 반응기(20)는 통체의 본체(21)와, 상기 본체의 상하부에 각각 결합되는 상하부 덮개(22,23)로 구성되고, 상기 하부덮개(23)와 본체(21) 사이에 가스분산판(24)을 설치하여 내부공간을 하부 도입실(26)과 상부 반응실(25)로 구획하였다. 이러한 구조에서 상기 도입실(26)에는 석탄 가스화기에서 생성된 합성가스를 공급하여 합성가스가 가스분산판을 통해 상부의 반응실로 분산공급하도록 하고, 상기 반응실에는 촉매가 적재되어 있어 공급되는 합성가스와 반응이 이루어지도록 한다.

또한, 상기 반응기(20)에는 냉각장치(10)를 설치하여 합성가스와 촉매의 반응에서 생성된 반응열을 제거해 합성연료 생성에 적합한 온도를 유지하도록 한다.

상기 냉각장치(10)는 내부에 내관(40)을 갖는 이중관 형태의 냉각관(30)을 반응기 내에 배관하여 구성된다. 상기 냉각관(30)은 반응기의 상부덮개(22)에 수평으로 배관되는 제1냉각관(31)과, 상기 반응기의 도입실(26)에 수평배관되고 일단은 외부로 표출되며 표출된 단부에 배출구(321)가 형성되어 냉각수가 상변화된 스팀을 배출하도록 하는 제2냉각관(32)과, 상기 제1냉각관과 제2냉각관을 수직으로 연결하는 다수의 제3냉각관(33)으로 이루어진다.

상기 제1냉각관(31)과 제2냉각관(32)은 수직설치된 반응기 단면에 넓게 분포되도록 배관된다. 즉, 상기 제1냉각관(31)과 제2냉각관(32)은 외부로부터 반응기 내부로 삽통 또는 반응기 내부에서 외부로 배출되는 주관(34)과, 상기 주관과 연통되고 반응기 단면에 넓게 분포되는 보조관(35)으로 구성되며, 상기 보조관(35)은 도 3에 도시된 형태인 원으로 하거나, 격자 또는 다수의 동심원등 다양한 형태로 형성할 수 있다. 상기 제1냉각관(31)의 외부로 표출된 단부에는 유입구(311)가 형성되어 냉각수의 유입이 이루어지도록 하고, 상기 제2냉각관(32)의 단부에 형성된 배출구(321)는 냉각과정시 발생된 스팀을 배출하도록 한다.

또한, 제3냉각관(33)은 반응기의 상측에 설치된 제1냉각관과 하측에 설치된 제2냉각관을 서로 연통시키는 것으로, 도3에 도시된 바와같이 다수개를 수직설치하고 이 들을 서로 일정간격으로 배관하여 반응기 내의 온도조절이 용이하게 하는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 제1 내지 제3냉각관(31,32,33)의 내부에는 다수개의 내관(40)이 배관되며, 상기 제3냉각관(33) 내부에 위치하는 내관에는 분사구(401)가 형성되어 내관 내부로 흐르는 냉각수가 분사구를 통해 분사되도록 한다. 바람직하게는 상기 냉각관 내의 설치되는 내관의 수는 2 내지 5개로 형성하여 반응기 구간을 다단으로 세분화하여 냉각수의 분사가 이루어지도록 하는 것이다. 여기서 상기 내관의 수는 반응기의 길이가 길어질수록 배관되는 수를 증가시켜 세분화가 가능하도록 한것이나, 내관의 수가 상기 5개를 초과할 경우 냉각수 분사각이 다른 내관에 의해 제약을 받아 냉각수의 고른 분사가 어려움으로 상기 범위 내로 분사하도록 하는 것이 바람직하다.

실시일예를 도시한 도1 및 도 2a를 참조하여 설명하면, 상기 내관(40)은 도시된 바와같이 제1 내지 3 내관(41,42,43) 등 3개 관체로 형성하였다. 상기 제1내관(41)은 제1 내지 3 냉각관의 내부에 배관되어 하나의 유로로 연통되어 있고, 제2내관(42) 및 제3내관(33)도 제1내관과 동일하게 제1 내지 3 냉각관의 내부에 서로 독립된 유로로써 배관된다. 또한, 상기 내관(40)은 제3냉각관(33) 내부에 위치하는 관체에 다수의 분사구(401)가 형성되어 내관 내부로 흐르는 냉각수의 분사가 이루어지도록 한다.

여기서 도 2b를 참조한 바와같이 상기 서로 다른 유로를 갖는 3개의 관체 뭉치인 내관(40) 직경은 냉각관(30)의 내부 직경의 1/2보다 작게 형성하여 내관과 냉각관 사이에 갭이 충분히 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 갭은 후술되는 분사구에 의해 냉각수가 분사될 수 있는 공간으로 활용되거나, 상변화된 스팀을 배출하는 공간으로써 활용된다.

또한, 상기 제 1 내지 제3 내관(41,42,43)에 형성된 분사구(401)는 인접된 다른 관체와 서로 다른 높이를 갖는 구간에서 형성되도록 할 수 있다. 이는 냉각수가 다수의 분사구(401)를 순차적으로 통과하면서 냉각수의 일부를 분사하기 때문에 점진적으로 내관으로 흐르는 냉각수의 량이 줄어들어 분사압력도 낮아지게 된다. 따라서, 처음 분사되는 분사구의 냉각수 분사량과 마지막으로 분사되는 냉각수의 분사량이 달라짐에 따라 발생될 수 있는 온도조절의 미차를 방지하기 위해 본 발명은 각 내관에 형성되는 분사구 위치를 달리 형성하여 구간별로 최대한 동일한 냉각수 분사가 이루어지게 함으로써 분사량 감소에 따른 온도 차이를 최소화 한 것이다.

예컨대 도 1을 참조한 바와같이 내관(40,41,42,43)을 3개로 형성할 경우에는 제1내관(41)은 도면의 a구간에 분사구를 형성하고, 제2내관(42)은 도면의 b구간에서 분사구를 형성하고, 제3내관(43)은 도면의 c구간에서 분사구를 형성하여 각 구간에서 동일한 압력으로 분사가 이루어지게 할 수 있다. 물론 상기 내관(40)의 수를 증가시켜 분사구 형성 구간을 더욱 세분화하여 다단으로 분리가 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 내관(40)은 냉각수가 반응기로 유입되는 제1냉각관(31) 내의 내관 직경보다 분사구를 통해 분사가 이루어진 후의 냉각수가 배출되는 제2냉각관(32) 내의 내관 직경을 더 작게 형성할 수 있다. 이 때 상기 제3냉각관 내의 내관은 분사구형성이 시작된 부분은 제1냉각관 내의 내관직경과 동일하게 형성하고, 분사구가 형성이 끝나는 지점은 제2냉각관 내의 내관지경과 동일하게 형성하며, 분사구가 형성된 내관의 직경은 점진적으로 작게 형성되게 할 수 있다. 이와같이 내관 직경의 변화는 분사구를 통해 배출되는 냉각수의 량만큼 직경을 작게 형성되도록 하여 분사로 소실된 냉각수에 의해 다음 분사구의 분사압력 저하를 방지할 수 있는 것이다.

상기 제1 내지 제3 내관에 형성된 다수의 분사구는 내관의 내주면으로부터 외주면으로 갈수록 점진적으로 넓게 형성되도록 하여 냉각수가 압력에 의해 넓은 범위로 분사되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 반응기 내에서 반응이 활발하게 이루어져 상대적으로 높은 열이 발산되는 부분에는 다른 부분보다 분사구의 형성간격을 좁게 형성하여 냉각수의 분사량이 증가되도록 할 수 있다.

아울러 상기 분사구(401)는 동일한 수평선상에 다수개의 분사구가 형성되도록 하거나, 도 2a의 확대한 도면을 참조한 바와같이 내관(40)을 따라 나선으로 분사구(401)를 배열하여 동일 수평선상에 하나의 분사구만 형성되도록 할 수 있다. 이와같이 동일 수평선상에 하나의 분사구만 형성될 형태는 다수개의 분사구가 형성된 형태의 것보다 상대적으로 낮은 내압력에서도 분사가 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

다음으로 도 4를 참조한 바와같이 상기 냉각장치(10)에는 분사하고 남은 잔여 냉각수를 회수하여 재공급하는 순환관(50)이 더 설치될 수 있다. 상기 순환관(50)은 반응기 외부에 배관되는 관체로 일단이 제1냉각관(31) 내의 내관과 연통되고, 타단이 제2냉각관(32) 내의 내관과 연통되어 있다. 이와같이 배관된 순환관(50)은 제1냉각관측으로 냉각수를 공급하고, 분사구를 통해 분사하고 남은 냉각수를 제2냉각관측으로부터 즉시 회수하여 다시 제1냉각관측을 통해 반응기내로 공급한다.

이러한 순환관(50)의 유로상에는 냉각수저장탱크(60)를 더 설치하여 회수된 냉각수를 임시로 저장하고, 반응기 내에서 분사되어 소모된 냉각수를 보충하게 한다. 또한 상기 순환관의 유로상에는 펌프(80)를 설치하여 펌프의 작동 정도에 따라 냉각수의 공급량 조절이 이루어지도록 할 수 있다.

아울러 상기 냉각수의 공급량 조절은 상기 펌프 이외에 밸브에 의해서도 조절이 가능하다. 상기 밸브(80)는 도 4에 도시된 바와같이 하나의 순환관(50)에 설치하여 밸브조절로 내관의 냉각수 압력을 조절하여 분사되는 냉각수의 량을 동시에 조절하도록 할 수 있다. 이때 상기 밸브는 냉각수가 유입되는 부분의 순환관에 설치될 수 있으나, 도시된 바와같이 반응기에 분사된 후 배출되는 부분에 설치되어 펌프에 의한 압력조절이 용이하게 이루어지도로록 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 5에 도시된 바와같이 반응기 냉각관 내에 설치된 다수의 내관 각각에 밸브(80)를 장착하여 다수의 내관에서 선택적으로 냉각수 압력을 조절하여 분사되는 냉각수의 량을 서로 다르게 할 수 있다.

즉, 다수 내관(40)에는 서로 다른 높이를 갖는 구간에서 각각 분사구를 형성하고, 각 내관의 분사구가 형성된 인근에는 온도센서를 장착하여, 온도센서가 장착된 부분에서 반응온도를 측정해 측정된 값에 의해 연관된 밸브를 개방 및 닫게 함으로써 반응기 내의 온도조절이 부분적으로 이루어지게 할 수 있다.

한편, 본 발명의 FT 슬러리 기포탑 반응기(20) 내의 냉각관(30) 배관은 도면을 참조한 바와같이 제1냉각관(31)은 촉매가 함유된 슬러리 층의 상부공간인 상부덮개(22) 내에 배관되고, 제2냉각관(32)은 하부덮개(23) 내측인 도입실(26)에 배관 되도록 하여 반응실의 실질적인 반응공간에는 제3냉각관(33)만 수직 설치되도록 함으로써, 냉각관 배관이 가스유체거동에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 냉각장치(10)는 반응기 내부로 냉각수를 공급하거나 배출시키기 위한 연결부분을 반응기의 본체(21)에서 이루어지지 않고 상하부 덮개(22,23)를 통해 이루어지게 함으로써 장치의 제조와 유지 및 보수가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치의 작동에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 간단히 설명하기로 한다.

먼저 FT 슬러리 기포탑 반응기(20)의 도입실(26)로 유입된 합성가스는 가스분산판(24)을 통해 반응실(25)로 분산 공급되도록 한다. 반응실로 공급된 합성가스는 버블링형태 즉 가스유체거동에 의해 상승되면서 반응기의 유동슬러리에 함유되어 있는 촉매와 반응이 이루어지면서 합성연료를 생산한다.

이때 합성연료 생성반응은 합성가스(CO + H₂)와, 철(Fe)-촉매에 의한 발열반응임으로 반응실의 온도를 상승시킨다. 이러한 반응기의 온도가 상승되면, 합성연료 생성의 바람직한 온도인 200 ~ 350℃ 정도의 범위를 벗어나게 되어 메탄가스와 이산화탄소의 발생이 증가됨으로 합성연료의 생성율이 저하된다.

따라서, FT 슬러리 기포탑 반응기에 설치된 냉각장치(10)를 통해 반응기 내의 온도를 일정하게 유지되게 함으로써 항시 최적의 합성연료 생성온도를 유지할 수 있도록 한 것이다.

이러한 냉각장치(10)는 도 4에 도시된 바와같이 냉각수는 제1냉각관(31) 내부 내관(40)을 통해 반응기 내로 유입되고, 제3냉각관(33) 내측의 내관을 통해 수직하강하여 촉매반응이 이루어지는 반응실(25)을 통과해 도입실(26)의 제2냉각관(32) 내의 내관으로 이송된다.

이 과정에서 밸브(80)를 작동하여 조이게 되면 내관(40) 내의 냉각수 압력이 증가되어 내관에 형성된 분사구(401)를 통한 냉각수의 분사량이 증가된다. 즉, 냉각수가 제3냉각관(33) 내주면과 내관(40) 외주면 사이의 공간으로 분사되고, 분사된 냉각수는 냉각관으로 전달된 열을 흡수하여 스팀으로 상변화되며, 상변화된 스팀은 제2냉각관(32)의 일단에 형성된 배출구(321)를 통해 외부로 배출된다.

여기서 상기 내관(40)은 제1 내지 제3 내관(41,42,43)의 3개의 관체로 이루어지고, 상기 제1내관(41)에 형성된 분사구는 도시된 a구간으로 분사가 이루어지고, 상기 제2내관(42)에 형성된 분사구는 도시된 b구간에 분사가 이루어지며, 상기 제3내관(43)에 형성된 분사구는 도시된 c구간에 분사가 이루어져 각 구간에서 동일한 압력으로 냉각수의 분사가 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 상기 분사구(401)로 분사되고 남은 냉각수는 제2냉각관 내의 내관과 연통된 순환관(50)을 통해 회수되어 냉각수저장탱크(60)로 포집되며, 펌프의 펌핑에 의해 반응기(20) 내의 내관(40)으로 재공급하도록 할 수 있다.

한편, 도 5를 참조한 바와같이 각 내관에 개별적인 밸브(80)를 장착하게 될 경우 c구간의 반응열이 높아지면 c구간에 분사구가 형성된 내관의 밸브를 일부 조여 냉각수의 압력을 증가시켜 냉각수의 분사량이 증가되도록 함으로써, 각 구간별로 개별적인 냉각수 공급량을 조절할 수 있어 반응기 내의 온도를 정밀하게 조절하여 합성연료의 생성효율을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치를 도시한 구성도.

도 2a와 도 2b는 도 1의 A부분 확대도와, B-B 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 2내각관의 배관상태를 도시한 개략도.

도 4와 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단분리형 냉각장치를 도시한 구성도.

도 6은 종래의 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 냉각관을 도시한 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 냉각장치

20 : 반응기

21 : 본체 22 : 상부덮개 23 : 하부덮개

24 : 가스분산판 25 : 반응실 26 : 도입실

30 : 냉각관

31 : 제1냉각관 32 : 제2냉각관 33 : 제3냉각관

34 : 주관 35 : 보조관

311 : 유입구 321 : 배출구

40 : 내관

41 : 제1내관 42 : 제2내관 43 : 제3내관

401 : 분사구

50 : 순환관

60 : 냉각수저장탱크

70 : 펌프

80 : 밸브

Claims

통체의 본체(21)와, 상기 본체의 상하부에 각각 결합되는 상하부덮개(22,23)로 구성되는 반응기(20)를 수직설치하고, 상기 반응기의 내부에는 가스분산판(24)을 설치하여 내부공간을 하부 도입실(26)과 상부 반응실(25)로 구획하고, 구획된 공간에는 냉각관(30)을 배관하여 상기 냉각관에 의해 석탄 가스화기에서 생성된 합성가스를 공급받아 촉매와 반응시킬 때 발생되는 반응열의 온도를 제어하도록 한 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치에 있어서,

상기 반응기의 상부덮개 내에 수평 배관되는 제1냉각관(31)과;

상기 반응기의 도입실에 수평배관되고 일단이 외부로 표출되며 표출된 단부에 배출구(321)가 형성되어 상변화된 스팀을 배출하도록 하는 제2냉각관(32)과;

상기 제1냉각관과 제2냉각관을 수직으로 연결하는 다수의 제3냉각관(33)과;

상기 제1 내지 제3냉각관(31,32,33)의 내부에 2 내지 5개의 관체가 각각 개별적으로 배관되고, 상기 제3냉각관 내부에 배관되는 관체에는 다수의 분사구(401)가 형성되데, 상기 분사구는 인접된 다른 관체와 서로 다른 높이를 갖는 구간에서 형성되어 냉각수 분사가 이루어지도록 하고, 분사된 냉각수는 주위열을 흡수해 스팀으로 상변화가 이루어지는 내관(40);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 반응기(20) 외부에 배관되고, 일단이 제1냉각관(31) 내의 내관과 연통되고, 타단이 제2냉각관(32) 내의 내관에 연통되어 제2냉각관의 내관으로 배출되는 냉각수를 제1냉각관의 내관으로 재공급하는 순환관(50)과;

상기 순환관의 유로상에 설치되는 냉각수저장탱크(60) 및 펌프(80);가 더 설치됨을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 다수 관체의 집합체인 내관은 각 관체마다 밸브(80)를 장착하여 개별적인 밸브작동에 의해 반응기 구간 별로 냉각수 압력을 조절하여 냉각수 분사량이 조절되도록 한 것을 특징으로 하는 FT슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 내관(40)의 분사구(401)는 냉각수가 넓은 범위로 분사될 수 있도록 관의 내주면에서 외주면으로 갈수록 직경이 넓게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 다단분리형 냉각장치.