KR101133841B1 - 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중질유 중의 황 성분을 탈황하기 위해 고압반응기의 내부에 충전되어 있는 촉매의 반응온도를 측정하기 위한 열전대의 예상치 못한 손상으로 내부의 고온, 고압 유독가스가 누출될 경우 신속하게 누출피해를 해소할 수 있는 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치에 관한 것으로, 촉매의 화학반응에 의한 유동으로 열전대와 보호관의 용접부위가 손상될 경우 누출차폐수단을 이용하여 유독가스가 누출되는 누출경로를 신속하게 차폐하게 됨으로써, 탈황공정의 운휴에 따른 경제적 손실을 예방함은 물론, 인명 및 환경피해 등 간접피해의 발생을 방지할 수 있게 되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.

탈황공정, 반응기, 촉매, 열전대, 차폐장치, 압축차단, 실링캡

Description

탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치{Thermowell compound apparatus of high shell for residue Hydrogen desulfurization}

본 발명은 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압반응기의 내부에 충전되어 있는 촉매의 반응온도를 측정하기 위한 열전대의 예상치 못한 손상으로 내부의 고온, 고압 유독가스가 누출될 경우 탈황공정의 운휴나 인명, 환경의 피해 없이 해결할 수 있는 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치에 관한 것이다.

일반적으로, 석유산업에서 생산되는 디젤, 천연 가솔린, 직류 가솔린 및 분해 가솔린을 포함하는 중질유에는 다양한 황 성분이 함유되어 있다.

이러한 황 성분은 중질유 자체의 심각한 오염문제를 유발함은 물론, 이 황 성분을 함유하는 중질유는 연소시 유독하고 부식성의 산화 황을 배출하는 등의 문제점을 안고 있다.

탈황공정(Residue hydrogen desulfurization)은 이와 같은 여러 문제점을 내포하고 있는 황 성분을 중질유 중에서 제거하여 저 유황 석유화학 제품을 생산하기 위한 방법으로, 주로 고압반응기를 이용하여 중질유 중의 황 성분을 제거하고 있 다.

즉, 상기 고압반응기 내부에 탈황반응을 촉진하는 촉매를 충전한 후 이 촉매를 이용하여 중질유 중에 함유되어 있는 황 성분을 제거하여 저 유황 석유화학 제품을 생산하는 것이다.

한편, 이와 같은 탈황과정에서 고압반응기 내부에는 촉매의 화학반응에 의해 고열의 반응온도가 발열하게 되며, 이러한 반응온도는 탈황공정 조건 및 촉매 등에 영향을 미치게 되므로, 이 반응온도를 정확하게 측정하는 것이 매우 중요하다.

이를 위하여 탈황공정에 사용되는 고압반응기에는 열전대(Thermowell)를 설치하여 촉매의 화학반응에 의해 발열하는 고열의 반응온도를 측정하고 있다.

이 열전대는 고압반응기 몸통을 관통하고 있는 보호관(Thermowell insert)의 선단에 용접하여 내부에 충전되어 있는 촉매에 잠기도록 하고 있으며, 이 보호관과 열전대의 내부에는 온도센서를 삽입하여 실제 촉매의 온도를 측정하고 있다.

따라서, 상기 온도센서에서 측정한 촉매의 온도는 이 온도센서와 연결되어 있는 온도전달기(Temperature transmittal)를 통하여 공정조정실에서 실시간으로 확인할 수 있는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 고압반응기 열전대는 탈황공정 중 촉매의 작은 유동에도 충격을 받아 보호관과 용접되어 있는 부위가 쉽게 손상을 입고 있었으며, 이 손상된 부위를 통하여 열전대에 누출경로(Leak)가 발생할 경우 탈황공정을 즉시 운휴해야 하는 문제점이 있었다.

고압반응기는 약 160㎏/㎠의 고압과 440℃의 고온에서 운전되며, 내부에 약 1,000ppm의 유독 황화수소(H₂S)와 암모니아(NH₃)가 존재하여, 이러한 고온, 고압의 유독가스가 열전대에 발생한 리크를 통해 외부로 누출될 경우 심각한 인명, 환경피해를 발생시키게 되는 등의 폐단이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하여 탈황과정에서 유동하는 촉매에 의해 열전대와 보호관의 용접부위에 손상이 발생할 경우 고온, 고압의 유독가스가 외부로 누출되는 것을 신속하게 차단하여 이로 인한 피해를 최소화하고, 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은, 촉매의 유동에 의한 열전대와 보호관의 용접부위가 손상되어 고온, 고압의 유독가스가 외부로 누출되는 것을 신속하게 차단할 수 있도록 한 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 열전대의 차폐를 이중으로 하여 고온, 고압의 유독가스가 누출되는 누출경로의 압력을 장시간 차단할 수 있는 차폐성능이 우수한 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 탈황공정의 운휴에 따른 경제적 손실을 예방함은 물론, 인명 및 환경피해 등 간접피해의 발생을 억제할 수 있도록 한 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고압반응기의 몸통을 관통하여 설치된 보호관과;

이 보호관의 선단에 설치되어 고압반응기의 내부에 충전된 촉매에 잠기는 열전대와;

이 열전대와 연결된 상태로 보호관의 내부에 수용 설치되어 촉매의 반응온도를 측정하는 온도센서와;

상기 고압반응기의 외부로 노출된 보호관에 설치되어 유독가스의 누출경로를 차폐하는 누출차폐수단으로 구성되어 달성된다.

따라서, 상기 보호관과 열전대의 설치부위가 촉매의 유동에 의해 손상되더라도 고온, 고압의 유독가스가 누출되는 누출경로를 누출차폐수단을 이용하여 차폐하게 됨으로써, 이 유독가스의 누출에 의한 탈황공정의 운휴 및 인명, 환경피해의 발생을 예방하게 되는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 촉매의 화학반응과정에서 열전대와 보호관의 설치부위가 손상될 경우 유독가스가 누출되는 누출경로를 누출차폐수단으로 신속하게 차폐하게 됨으로써, 고온, 고압의 유독가스가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

다른 한편으로, 누출경로를 갖는 보호관을 연장보호관과 압축차단기를 이용하여 이중으로 차폐하게 됨으로써, 고온, 고압의 유독가스가 누출되는 누출경로의 압력을 장시간 차단할 수 있어 우수한 차폐성능을 제공하게 된다.

아울러, 보호관에 누출차폐수단을 설치한 후에는 용접처리하여 완전히 밀폐함으로써, 예기치 않은 유독가스의 누출도 예방하는 효과를 제공하게 된다.

따라서, 이와 같은 효과의 제공을 통해 탈황공정의 운휴에 따른 경제적 손실을 예방함은 물론, 인명 및 환경피해 등 간접피해의 발생을 방지할 수 있게 되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 탈황공정용 고압반응기의 구성을 개략도로 보인 것으로, 중질유 중의 황 성분을 탈황하기 위한 공정에 사용될 수 있도록 내부에 촉매가 충전되어 있는 고압반응기에 다수의 온도측정장치가 설치된 것을 보이고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 열전대가 고압반응기에 설치된 상태를 일부 확대하여 단면도로 보인 것으로, 고압반응기의 몸통을 관통하여 보호관이 설치되고, 이 보호관의 선단에 열전대가 설치되며, 상기 보호관의 내부에 촉매의 반응온도를 측정하기 위한 온도센서가 설치되고, 후단에는 고온, 고압의 유독가스가 누출되는 누출경로를 차폐하기 위한 누출차폐수단이 설치된 것을 보이고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 열전대 차폐장치의 실시 예를 일부 확대하여 단면도로 보인 것으로, 보호관의 후단에 압축차단기가 설치되어 누출경로를 차폐하는 것을 보이고 있다.

도 4는 본 발명에 따른 열전대 차폐장치의 다른 실시 예를 일부 확대하여 단면도로 보인 것으로, 보호관의 후단에 연장보호관이 설치되고, 이 연장보호관에 압축차단기가 설치된 것을 보이고 있다.

도 5는 도 4의 압축차단기를 실링캡이 감싸 차폐한 것을 일부 확대하여 단면도로 보인 것으로, 내부에 차폐용 기밀재가 충전된 실링캡을 통해 압축차단기를 차폐한 것을 보이고 있다.

즉, 도 1 내지 2에서 보듯이, 중질유 중의 황 성분을 탈황하기 위한 고압반응기(1)에는 내부에 충전되어 있는 촉매의 반응온도를 측정하는 온도측정장치(2)로, 열전대(Thermowell)가 설치된다.

보호관(Thermowell insert)은 상기 열전대(30)를 고압반응기(1)에 설치할 수 있도록 상기 고압반응기(1)의 몸통(10)을 관통하여 설치되며, 바람직하게는 고압반응기(1)의 외부로 130㎜ 정도 연장되도록 설치하게 된다.

더욱 바람직하게는 상기 보호관(20)이 설치되는 몸통(10)의 안쪽에 보호관설치용 보스(11)를 결합한 상태에서 이 보스(11)를 이용하여 보호관(20)을 설치하여 이탈을 방지토록 하는 것이 좋다.

즉, 고압반응기(1)의 몸통(10)을 관통하여 보호관(20)을 설치하되, 상기 몸통(10)의 안쪽은 보스(11)를 결합하여 보호관(20)의 선단을 감싸도록 하여 이탈을 방지하고, 상기 보호관(20)의 후단은 후술될 온도센서(31) 등의 용이한 설치를 위해 고압반응기(1)의 외부로 130㎜ 정도 연장되도록 설치하게 되는 것이다.

열전대(30)는 이러한 보호관(20)의 선단(21)에 설치되어 고압반응기(1)의 내부에 충전되어 있는 촉매에 잠기도록 하게 되며, 이를 통해 상기 촉매의 반응온도를 온도센서(31)가 실질적으로 측정할 수 있도록 하게 된다.

상기 열전대(30)의 바람직한 설치방법으로는 보호관(20)의 선단(21)에 열전 대(30)를 삽입 설치한 후 이 설치부위를 용접하여 고압반응기(1) 내부의 촉매나, 이 촉매의 화학반응 과정에서 발생하는 고온, 고압의 유독가스가 외부로 유출되지 않도록 하는 것이 좋다.

이러한 열전대(30)에는 온도센서(31)가 연결된 상태로 이 온도센서(31)는 보호관(20)의 내부에 수용 설치되어 상기 열전대(30)를 통해 전해지는 촉매의 반응온도를 실질적으로 측정하고, 이 측정된 온도는 온도전달기(32)를 통하여 공정조정실로 전달되어 실시간으로 확인하게 되는 것이다.

상기 열전대(30)의 앞 부분 즉, 촉매에 잠기는 부분은 캡(33)으로 감싸 보호토록 한 것을 보이고 있다.

한편, 고압반응기(1)의 외부로 노출된 보호관(20)에는 도 3에서 보듯이, 압축차단기(50)가 설치되어 촉매의 유동에 의한 보호관(20)의 선단(21)에 설치되어 있는 열전대(30)의 설치부위 즉, 용접부위가 손상될 경우 촉매의 화학반응에 의한 고온, 고압의 유독가스가 누출되는 누출경로(Leak)를 차폐하게 된다.

상기 누출경로(41)(42)는 촉매의 유동에 의해 손상된 열전대의 용접부위(41) 및 온도센서(31)를 수용하는 보호관(20)의 내부통로(42)를 포함하며, 이러한 누출경로(41)(42)를 통해 누출된 유독가스는 최종적으로 고압반응기(1)의 외부로 누출되어 인명, 환경피해를 유발하게 된다.

탈황공정에 사용되는 고압반응기(1)는 약 160㎏/㎠의 고압과 440℃의 고온에서 운전되며, 내부에 약 1,000ppm의 유독 황화수소(H₂S)와 암모니아(NH₃)가 존재하 여 이러한 고온, 고압의 유독가스가 누출경로(41)(42)를 통해 외부로 누출될 경우 심각한 인명, 환경피해를 발생시키게 되는 것이다.

따라서, 이와 같은 누출경로(41)(42)를 통해 누출되어 심각한 피해를 발생하는 유독가스의 외부누출을 차폐할 수 있도록 누출차폐수단(3)으로써 보호관(20)의 후단(22)에 압축차단기(50)가 설치되는 것이다.

즉, 상기 보호관(20)의 후단에 설치된 압축차단기(50)가 누출경로(41)(42)를 차폐함으로써, 상기 누출경로(41)(42)를 통한 유독가스의 외부누출을 방지하게 된다. 상기 압축차단기(50)는 보호관(20)의 후단(22)에 설치된 후 용접처리되어 누출경로(41)(42)를 완전하게 밀폐하게 된다.

이때, 상기 보호관(20)에 설치되는 압축차단기(50)는 억지 끼워 맞춤형식으로 설치하여 사용하여도 무방하나, 더욱 바람직하게는 신속한 설치를 유도할 수 있도록 보호관(20)의 후단 및 압축차단기(50)의 둘레에 각각 나사산(51)이 형성된 것을 보이고 있어 이 나사산(51)을 이용한 나사방식으로 회전 설치하여 누출경로(41)(42)를 신속히 차폐토록 하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예는 다음과 같이 실시된다. 즉 도 4에서 보듯이, 보호관(20)의 후단(22)에 누출차폐수단(3)으로써, 연장보호관(52)이 설치되고, 상기 연장보호관(52)의 후단에 압축차단기(53)가 설치되어 누출경로(41)(42)를 통한 유독가스의 외부누출을 이중으로 차폐하게 된다.

이는, 상기 연장보호관(52)을 통하여 고압반응기(1)의 외부로 노출되는 보호 관(20)의 길이를 연장함으로써, 유독가스가 누출되는 누출경로(41)(42)를 실질적으로 연장하는 효과를 제공하게 되어 유독가스의 누출시간을 지연시킬 수 있기 때문이다.

또한, 유독가스의 누출시 동반되는 누출압력을 상기 연장보호관(52)을 이용하여 장기간 차단하게 되어 이 유독가스의 누출을 해소하기 위한 대응시간을 확보할 수 있게 된다.

이러한 역할을 수행하는 연장보호관(52)에 압축차단기(53)가 설치되어 누출경로(41)(42)를 차폐하게 됨으로써, 최종적으로는 유독가스가 누출되는 누출경로(41)(42)를 이중으로 차폐하게 되어 안전성 및 유독가스에 의한 인명, 환경피해를 해소하게 되는 것이다.

상기 연장보호관(52)과 압축차단기(53)는 각각 억지 끼워 맞춤형식으로 설치하여 사용하여도 무방하나, 상기 실시 예에서 설명한 바와 같이, 나사방식을 통해 회전 설치하는 것이 신속한 설치 및 용이 설치에 유리하다.

아울러, 보호관(20)의 후단(22)에 설치되는 연장보호관(52)과 압축차단기(53)는 설치 후 용접하여 누출경로(41)(42)의 완전한 밀폐를 이루도록 하는 것이 좋다.

한편, 상기와 같이 보호관(20)의 후단(22)에 설치되어 누출경로(41)(42)를 최종적으로 차폐하여 고압반응기(1)가 설치되어 있는 공간의 안전성을 확보할 수 있는 압축차단기(50)(53)는 충전공간(61)을 갖는 실링캡(60)으로 감싸 격리하게 된다.

여기서, 상기 실링캡(60)은 연장보호관(52)에 설치된 압축차단기(53)에 적용된 것으로 도시하여 설명하게 된다는 것을 사전에 밝혀둔다.

즉, 도 5에서 보인 것과 같이, 연장보호관(52)의 후단에 실링캡(60)이 설치되어 압축차단기(53)를 감싸게 됨으로써, 상기 압축차단기(53)에서 예기치 않게 유독가스가 누출되더라도 실링캡(60)에 의해 외부와 격리되어 있어 유독가스가 누출되지 않게 되는 것이다.

이 실링캡(60)의 더욱 바람직한 실시 예로는 상기 실링캡(60)의 상부에 충전구멍(62)을 형성한 후 내부 충전공간(61)과 연통하도록 하여 상기 충전구멍(62)을 통하여 충전되는 차폐용 기밀재로 충전공간(61) 및 압축차단기(53)를 완전하게 차폐토록 하는 것이 좋다.

상기 차폐용 기밀재의 충전이 완료되면 충전구멍(62)을 막아 혹시 모를 유독가스의 외부누출을 예방토록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기와 같이 실시된 본 발명에 따른 열전대 차폐장치를 통해 중질유 중의 황 성분을 제거하는 과정에서 발생할 수 있는 고온, 고압의 유독가스의 누출사고를 예방하고, 누출시 열전대(30)를 신속하게 차폐하여 추가적인 피해의 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 탈황공정용 고압반응기의 구성을 보인 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 열전대가 고압반응기에 설치된 상태를 일부 확대하여 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 열전대 차폐장치의 실시 예를 일부 확대하여 보인 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 열전대 차폐장치의 다른 실시 예를 일부 확대하여 보인 단면도.

도 5는 도 4의 압축차단기를 실링캡이 감싸 차폐한 것을 일부 확대하여 보인 단면도.

* 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 - 고압반응기 2 - 온도측정장치

3 - 누출차폐수단 10 - 몸통

20 - 보호관 21 - 선단

22 - 후단 30 - 열전대

31 - 온도센서 41,42 - 누출경로

50,53 - 압축차단기 52 - 연장보호관

60 - 실링캡

Claims (5)

1. 고압반응기의 내부에 충전된 촉매에 잠기는 열전대가 선단에 설치되고, 상기 열전대와 연결되어 촉매의 반응온도를 측정하는 온도센서가 내부에 수용되어 상기 고압반응기의 몸통을 관통하여 설치된 보호관과;

   상기 고압반응기의 외부로 노출된 보호관의 후단에 설치된 후 용접처리되어 유독가스의 누출경로를 차폐하는 압축차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치.
2. 삭제
3. 고압반응기의 내부에 충전된 촉매에 잠기는 열전대가 선단에 설치되고, 상기 열전대와 연결되어 촉매의 반응온도를 측정하는 온도센서가 내부에 수용되어 상기 고압반응기의 몸통을 관통하여 설치된 보호관과;

   상기 고압반응기의 외부로 노출된 보호관의 후단에 연장 설치된 연장보호관과;

   상기 연장보호관의 후단에 설치된 후 용접처리되어 유독가스의 누출경로를 차폐하는 압축차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치.
4. 삭제
5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 압축차단기는 수용공간이 내부에 형성된 실링캡으로 감싸 격리토록 하고, 이 실링캡에 형성된 수용공간에는 차폐용 기밀재가 충전됨을 특징으로 하는 탈황공정용 고압반응기의 열전대 차폐장치.

Images