KR101264793B1 - 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치 - Google Patents

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Abstract

하부루프실을 구비한 유동층 반응장치가 개시된다. 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치는 유동화 기체를 주입받을 수 있는 제1 유동층 반응기, 상기 유동화 기체에 의해 상기 제1 유동층 반응기로부터 비산되는 고체를 이송받고 이송받은 상기 고체와 기체를 분리하는 제1 사이클론, 상기 제1 사이클론에서 포집된 상기 고체를 이송받는 상부루프실, 상기 상부루프실에서 전달되는 상기 고체를 이송받는 제2 유동층 반응기, 상기 제2 유동층 반응기로부터 비산되는 상기 고체를 이송받고 이송받은 상기 고체와 기체를 분리하는 제2 사이클론 및 상기 제2 유동층 반응기와 상기 제1 유동층 반응기의 하부에서 상기 제2 유동층 반응기와 상기 제1 유동층 반응기를 서로 연결하는 하부루프실을 포함한다.
이로 인해 양쪽 유동층에 존재하는 고체에 의한 압력이 동일해지는 조건으로 고체층의 높이가 자동으로 맞추어질 수 있는 효과가 있다. 또한, 각 제1 및 제2 사이클론에 구비된 밸브를 이용하여 두 반응기 사이의 고체층의 높이를 조절할 수 있는 효과도 있다.

Description

하부루프실을 구비한 유동층 반응장치{Fluidized Beds Reaction Apparatus with Lower Loop Seal}
본 발명은 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양쪽 유동층 반응기에 존재하는 고체층 높이가 자동으로 맞춰질 수 있고, 유동층 반응기 내의 입자 비산량이 변화하는 경우에도 별도의 조정없이 양쪽 유동층 반응기에 존재하는 고체층 높이가 자동으로 맞춰질 수 있도록 하는 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 유동층 반응장치의 개략적 구성도를 나타낸다.
기존의 유동층 반응장치는 제1 유동층 반응기(11)와, 제1 유동층 반응기(11)와 연결되어 제1 유동층 반응기(11)로부터 비산되는 기체와 고체를 분리하는 제1 사이클론(12)과, 제1 사이클론(12)과 연결되며 제1 사이클론(12)에서 포집된 고체를 이송받는 상부루프실(Upper Loop Seal)(13)과, 상부루프실(13)에서 전달되는 고체를 받는 제2 유동층 반응기(14)와, 상기 제2 유동층 반응기(14)로부터 전달되는 고체를 전달받고 전달받은 고체를 다시 제1 유동층 반응기(11)로 보내어 주는 중간 루프실(15)을 포함한다.
도1에서 보는 바와 같이 2개의 유동층 반응기(11,14)가 연결되어 있는 경우, 두 반응기 사이의 고체순환을 통해 한쪽 반응기에서 다른쪽 반응기로 고체를 이송할 수 있다.
먼저 유동화 기체를 주입하여 제1 유동층 반응기 내부의 고체 입자를 GS,1만큼 분사시킨다.
분사된 고체와 기체는 제1 사이클론(12)을 거치면서 기체와 고체가 분리된다. 기체 및 제1 사이클론(12)에서 포집되지 않은 고체는 외부로 배출되고 제1 사이클론(12)에서 포집된 고체인 GS,2는 상부루프실(13)로 이송된다.
일반적으로 상부루프실(13)은 기포유동층 조건에서 조업되며 유동화된 기체-고체 혼합물은 유체의 특성을 나타내므로, U자관 내부에 존재하는 유체와 같은 거동을 나타낸다. 상부루프실 입구측에 고체층 높이(HL,1)와 출구측의 고체층 높이(HL,2)가 같아지는 조건으로 고체층의 높이를 유지하면서, 제1 사이클론(12)과 연결된 관(21)을 통해서 유입된 고체량(GS,2)만큼 배출관(22)을 통해서 제2 유동층 반응기(14)로 고체를 배출한다. 두 유동층 반응기(11, 14)의 압력이 동일할 경우 상부루프실(13)에서 고체층의 높이는 동일하게 유지되지만(HL,1=HL,2) 제 1유동층 반응기(11)의 압력이 제2 유동층 반응기(14)의 압력보다 높을 경우(P11>P14)에는 상부루프실(13) 오른쪽의 고체층 높이가 높게 유지된다(HL,1<HL,2). 즉 상부루프실(13)은 두 반응기 사이에서 고체를 이송시키는 역할과 함께 두 반응기(11, 14) 사이에서 기체가 혼합되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상부루프실(13)에서 제2 유동층 반응기(14)로 이송된 고체를 다시 제1 유동층 반응기(11)로 순환하기 위해서는 중간루프실(15)을 이용하는 방법이 사용될 수 있다.
중간 루프실(15)은 상부루프실(13)과는 다른 흐름을 나타내는데 중간 루프실(15)의 유입관(16)에는 고체입자가 충진되어 있으며 유출관(17)에는 제1 유동층 반응기(11)에 존재하는 고체높이에 비례하게 고체입자가 충진되어 있다.
중간 루프실(15) 내부에 존재하는 고체층의 높이는 제1 유동층 반응기(11)와 제2 유동층 반응기(14)의 압력차이, 유입관(16)에 충진되어 있는 고체량 및 이에 의한 마찰력, 제2 유동층 반응기(14)의 고체층의 높이 등의 영향으로 균형을 맞추기 어려우며, 중간 루프실(15)로 유입되는 고체량(GS,4)과 유출되는 고체량(GS,5)은 중간 루프실(15) 하부에서 주입되는 유동화 기체량(18, 19)을 조절하여 변화시킨다.
한편, 도 1의 경우 제1 유동층 반응기(11)에 있는 고체층 높이가 높아 압력 균형이 맞지 않는 경우 제2 유동층 반응기(14)로 기체 및 고체의 역흐름을 발생하는 문제점이 있고, 제1 유동층 반응기(11)에서 비산되는 고체의 양이 달라지면 두 반응기(11, 14)의 고체층 높이 유지를 위해 중간 루프실(15)에서 배출되는 고체량(GS,5)을 바꿔줘야 하는 문제점이 있다.
그리고 도 2는 또다른 종래의 유동층 반응장치의 개략적 구성도를 나타낸다.
도 2에서 보는 바와 같이 제2 유동층 반응기(14)로부터 제1 유동층 반응기(11)로의 고체순환을 위한 또 다른 방법으로 제2 유동층 반응기(14) 하부로부터 고체가 배출되는 배출관(36), 고체유량 조절을 위한 기계적 밸브(37) 및 수평 고체흐름관(38)을 포함하는 고체이송방식을 사용할 수 있다.
이 경우, 제2 유동층 반응기(14)를 관통하는 고체배출관(36)을 설치하고, 기계적 밸브(37)를 사용하여 고체의 하강속도를 조절하며, 고체이송을 위한 별도의 기체(39)를 주입하여 수평 고체흐름관(38)을 통해 고체를 이송시킨다.
수평 고체흐름관(38)을 통한 고체순환속도(GS,6)는 기계적 밸브(37)의 개구비(opening ratio)와 수평 고체흐름관(38)에 주입되는 기체(39)의 유속, 수평 고체흐름관(38)의 단면적 및 입자크기, 밀도 및 구형도(Sphericity) 등 조업조건과 순환하는 입자의 물리적 특성에 의해 변화한다.
그러나, 도2의 경우에도 제1 유동층 반응기(11)에서 비산되는 고체의 양이 달라지면 기계적 밸브(37)의 개구비 또는 수평 고체흐름관(38)에 주입되는 기체(39)의 유속 등을 변화시켜 고체 유량을 바꿔줘야 하는 문제점이 있다. 그리고 기계적 밸브(37) 기물 부분의 재질 한계에 의해 고온, 고압에서는 적당한 밸브를 선정할 수 없다는 문제점도 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안되는 것으로서 양쪽 유동층에 존재하는 고체에 의한 압력이 동일해지는 조건으로 고체층 높이가 자동으로 맞춰지는 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동화 기체를 주입받을 수 있는 제1 유동층 반응기, 상기 유동화 기체에 의해 상기 제1 유동층 반응기로부터 비산되는 고체를 이송받고 이송받은 상기 고체와 기체를 분리하는 제1 사이클론, 상기 제1 사이클론에서 포집된 상기 고체를 이송받는 상부루프실, 상기 상부루프실에서 전달되는 상기 고체를 이송받는 제2 유동층 반응기, 상기 제2 유동층 반응기로부터 비산되는 상기 고체를 이송받고 이송받은 상기 고체와 기체를 분리하는 제2 사이클론 및 상기 제2 유동층 반응기와 상기 제1 유동층 반응기의 하부에서 상기 제2 유동층 반응기와 상기 제1 유동층 반응기를 서로 연결하는 하부루프실을 포함하는 유동층 반응장치가 제공될 수 있다.
그리고, 상기 하부루프실은, 격벽을 구비하며, 대향되는 양면으로부터 유동화 기체를 주입받는 플레넘과, 상기 플레넘의 상부에 구비되며 다수의 공이 형성되어 상기 유동화기체를 상부로 이동하는 것을 허용할 수 있는 분산판과, 상기 분산판의 상단에 구비되며, 상기 유동화 기체가 각각 제1 반응기와 제2 반응기로 이동될 수 있도록 각 단부가 제1 반응기와 제2 반응기와 연결되는 연결관을 포함할 수 있다.
그리고 상기 연결관은, 분산판 상단으로부터 분기되어 나오는 곳의 각도가 상기 고체의 안식각보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 사이클론 및 제2 사이클론에는 분리된 상기 기체를 배출하기 위한 개구비 조절이 가능한 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 양쪽 유동층에 존재하는 고체에 의한 압력이 동일해지는 조건으로 고체층의 높이가 자동으로 맞추어질 수 있는 효과가 있다.
특히, 각 유동층의 배출구 밸브를 이용하여 두 반응기 사이의 고체층 높이를 조절할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래의 유동층 반응장치의 개략적 구성도를,
도 2는 또다른 종래의 유동층 반응장치의 개략적 구성도를,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치 의 개략도를,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치의 하부루프실의 부분 구성도 및 두 유동층 반응기와의 연결방법을 나타내는 개략도를,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 여러 실시예에 따른 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치의 상부루프실의 부분 구성도를,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치 의 개략도를 각 나타낸다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부루프실을 이용한 유동층 반응장치의 개략도를, 도 4 및 도 5는 본 발명의 여러 실시예에 따른 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치의 하부루프실의 부분 구성도 및 두 유동층 반응기와의 연결방법을 나타내는 개략도를 각 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부루프실을 이용한 유동층 반응장치(100)는 유동화 기체를 주입받을 수 있는 제1 유동층 반응기(110), 상기 유동화 기체에 의해 상기 제1 유동층 반응기(110)로부터 전달되는 고체와 기체를 이송받고 이송받은 고체와 기체를 분리하는 제1 사이클론(120), 상기 제1 사이클론에서 포집된 고체를 이송받는 상부루프실(Upper loop seal)(130), 상기 상부루프실(130)에서 전달되는 고체를 이송받는 제2 유동층 반응기(140) 및 상기 제2 유동층 반응기(140)와 상기 제1 유동층 반응기(110)를 서로 연결하는 하부루프실(Lower loop seal)(150)을 포함한다.
그리고 제2 유동층 반응기(140)로부터 전달되는 고체와 기체를 이송받고 이송받은 고체와 기체를 분리하는 제2 사이클론(160)을 더 포함할 수 있다.
제1 유동층 반응기(110)에는 유동화 기체를 주입받는 제1 유동화 기체 주입구(111)와, 제1 고체 배출관(113) 및 분산판(115)을 포함한다. 제1 유동화 기체 주입구(111)는 제1 유동층 반응기(110) 내부에 있는 고체를 유동화 시키기 위해 유동화 기체를 받는 곳이고, 제1 고체 배출관(113)은 주입되는 유동화 기체에 의해 제1 유동층 반응기(110) 내부에 있는 고체를 외부로 토출시키는 곳이다.
그리고 제1 분산판(115)은 유동화 기체가 상부로 고르게 전달될 수 있도록 하는 장치이다. 상기 제1 분산판(115)은 유동화 기체가 상부로 골고루 전달되기 위한 장치로서, 다공성 소재(Poruos material), 다공판(Perforated Plate) 또는 튜이어(Tuyere) 등이 사용될 수 있다.
제1 유동층 반응기(110)에는 미세한 형태의 고체가 구비되어 있는데, 제1 유동화 기체 주입구(111)에 기체가 주입되면 제1 유동층 반응기(110)에 있는 고체는 유동화 되어 마치 유체와 같은 거동을 하게된다.
제1 유동화 기체 주입구(111)로부터 기체가 주입되면 고체는 제1 유동층 반응기(110) 상단에 구비된 제1 고체배출관(113)을 통해 외부로 비산된다(GS,1).
제 1 유동층 반응기(110)로부터 토출되는 고체는 제1 사이클론(120)으로 이송된다. 제1 사이클론(120)은 제1 유동층 반응기(110)로부터 이송되는 고체와 기체를 전달 받는 제1 연결관(121)과, 분리되는 기체를 배출하는 제1 기체 배출관(123)과 고체를 상부루프실(130)로 전달하는 제1 고체전달관(125)을 포함한다.
제1 연결관(121)은 제1 유동층 반응기(110)로부터 비산되는 고체를 전달 받을 수 있도록 제1 고체배출관(113)과 연결되는 곳이다.
제1 기체배출관(123)은 제1 연결관(121)을 통해 제1 사이클론(120)으로 들어온 고체와 기체를 분리하여 기체와 분리되지 않은 고체를 외부로 토출시키는 곳이다. 제1 고체전달관(125)은 분리된 고체만을 상부루프실(130)로 전달하는 곳이다.
그리고 제1 기체배출관(123)에는 개구비 조절이 가능한 제1 밸브(127)가 연결될 수 있다.
즉, 제1 유동층 반응기(110)로부터 비산된 고체는 제1 연결관(121)을 통해 제1 사이클론(120)으로 이송되는데, 제1 사이클론(120)에 의해 고체와 기체로 나뉘어질 수 있다.
기체는 제1 기체배출관(123)을 통해 외부로 배출되고, 고체는 제1 고체전달관(125)을 통과하여 상부루프실(130)로 이송된다(GS,2).
상부루프실(130)은 U자관과 유사한 형태를 나타내며 하단에 유동화 기체 주입구(131)를 구비한다.
하단에 구비된 유동화 기체 주입구(131)에 유동화 기체가 주입되면, 유동화된 상부루프실(130)의 유동화된 기체-고체 혼합물은 유체의 특성을 나타낸다.
따라서 상부루프실(130) 입구측(133) 고체층 높이와 출구측(135) 고체층 높이가 같아지는 조건으로 고체층의 높이를 유지할 수 있다.
따라서 상부루프실(130)의 입구측(133)의 높이와 출구측(135)의 고체층 높이가 같아지는 조건으로 고체층의 높이를 유지하면서 제1 사이클론(120)과 연결된 입구측(133)을 통해 유입된 고체량만큼 출구측(135)을 통해 제2 유동층 반응기(140)로 고체를 배출하게 된다(GS,3).
제1 사이클론(120)으로부터 전달되는 고체는 상부루프실(130)을 거쳐 제2 유동층 반응기(140)로 이송된다.
제2 유동층 반응기(140)에는 유동화 기체를 주입받는 제2 유동화 기체 주입구(141)와, 제2 고체 배출관(143)과 제2 분산판(145)을 포함한다.
제2 유동화 기체 주입구(141)는 제2 유동층 반응기(140) 내부에 있는 고체를 유동화 시키기 위해 유동화 기체를 받는 곳이고, 제2 고체 배출관(143)은 주입되는 유동화 기체에 의해 제2 유동층 반응기(140) 내부에 있는 고체를 외부로 토출시키는 곳이다.
그리고 제2 분산판(145)은 유동화 기체가 상부로 고르게 전달될 수 있도록 하는 장치이다. 상기 제2 분산판(145)은 유동화 기체가 상부로 골고루 전달되기 위한 장치로서, 다공성 소재(Poruos material), 다공판(Perforated Plate) 또는 튜이어(Tuyere) 등이 사용될 수 있다.
제2 유동층 반응기(140)로부터 토출되는 고체는 제2 사이클론(160)으로 이송된다. 제2 사이클론(160)은 제2 유동층 반응기(140)로부터 이송되는 고체와 기체를 전달 받는 제2 연결관(161)과, 분리되는 기체를 배출하는 제2 기체 배출관(163)과 고체를 다시 제2 유동층 반응기(140)로 전달하는 제2 고체전달관(165)을 포함한다.
제2 연결관(161)은 제2 유동층 반응기(140)로부터 비산되는 고체를 전달 받을 수 있도록 제2 고체배출관(143)과 연결되는 곳이다.
제2 기체배출관(163)은 제2 연결관(161)을 통해 제2 사이클론(160)으로 들어온 고체와 기체를 분리하여 기체와 분리되지 않은 고체를 외부로 토출시키는 곳이다.
제2 고체전달관(165)은 분리된 고체만을 다시 제2 유동층 반응기(140)로 전달하는 곳이다.
그리고 제2 기체배출관(163)에는 개구비 조절이 가능한 제2 밸브(167)가 연결될 수 있다.
제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)는 하부루프실(150)에 의해 서로 연결된다.
하부루프실(150)은 격벽(151)을 구비하며, 대향되는 양면으로부터 유동화 기체를 주입받는 플레넘(153)과, 상기 플레넘(153)의 상부에 구비되며 다수의 공이 형성되어 상기 유동화기체를 상부로 이동하는 것을 허용할 수 있는 분산판(155)과, 상기 분산판(155)의 상단에 구비되며, 상기 유동화 기체가 각각 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)로 이동될 수 있도록 각 단부가 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)와 연결되는 연결관(157a, 157b)을 포함한다.
상기 하부루프실(150)은 고온 고압의 환경에서도 사용가능하도록 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)과 동일한 재질의 것으로 구성될 수 있다.
본 실시예에서 연결관(157a, 157b)은 통형상을 가지며, 연결관(157a, 157b)의 각 단부는 제1 유동층 반응기(110)의 제1 분산판(115)과 제2 유동층 반응기(140)의 제2 분산판(145)과 각각 연결된다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 하부 루프실(150)은 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)의 가장 낮은 하단부보다 더 낮은 곳에 위치한다.
하부 루프실(150)의 격벽(151)은 플래넘(153)을 둘로 나누어 양 측면으로부터 주입되는 기체를 서로 섞이지 않도록 하는 것이다.
플래넘(153)은 외부로부터 주입되는 유동화 기체를 받는 곳이다. 분산판(155)은 플래넘(153)에 위치한 유동화 기체가 상부로 골고루 전달되기 위한 장치로서, 다공성 소재(Poruos material), 다공판(Perforated Plate) 또는 튜이어(Tuyere) 등이 사용될 수 있다.
분산판(155)을 통과한 유동화 기체는 양측면에 상단으로 연결된 연결관(157)을 통해 각각 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)와 연결된다.
이와 같이 제2 유동층 반응기(140)로부터 토출된 고체는 유동화 기체에 의해 하부루프실(150)을 통해 다시 제1 유동층 반응기(110)로 전달된다(GS,4).
즉, 도 5에서 보는 바와 같이 하부루프실(150)의 좌측 연결관(157a)은 제1 유동층 반응기(110)와 연결되고, 하부루프실(150)의 우측 연결관(157b)은 제2 유동층 반응기(140)와 연결되어, 제2 유동층 반응기(140)로부터 토출된 고체를 제1 유동층 반응기(110)로 전달할 수 있게된다.
제1 유동층 반응기(110)의 유동화와 고체 순환을 위해 유동화 기체를 주입하고, 제2 유동층 반응기(140)의 유동화와 고체 순환을 위해 유동화기체를 주입하면 두 유동층 반응기(110,140) 내부의 고체는 유체와 같은 거동을 하게 된다.
그리고 하부루프실(150)에 구비된 유동화 기체 주입구(159)에 유동화 기체를 주입하여 하부 루프실(150) 내부의 고체를 유동화시키면 두 유동층 반응기(110,140)는 하부 루프실(150)보다 상부에 위치하므로, 하부 루프실(150)을 통해 연결된 U자관과 같이 거동하게 되며, 내부의 유동화된 고체는 U자관 내부의 유체와 유사하게 작동하게 된다.
일반적으로 U자관 내부의 유체는 양쪽의 압력이 동일할 경우, 같은 높이를 유지하게 되며 유체를 보충하면 양쪽의 압력 균형을 맞추기 위해 양쪽의 높이가 함께 증가한다.
이와 같은 원리에 의해, 제1 유동층 반응기(110)에서 고체가 비산되어 제1 사이클론(120)으로 유입되면 비산되어 날아간 고체량만큼 제1 유동층 반응기(110)의 고체 높이(H1)가 감소하게 된다.
이로 인해 제1 유동층 반응기(110)에서 하부루프실(150)의 분산판(155)까지의 차압(ΔP1)이 감소하므로, 압력균형을 유지하기 위해, 제2 유동층 반응기(140)에서 제1 유동층 반응기(110)로 고체가 이동한다.
결과적으로 ΔP1과 ΔP2가 같아질 때까지 제2 유동층 반응기(140)의 고체층 높이(H2)가 감소하고, 제2 유동층 반응기(140)의 차압(ΔP2)이 감소하게 된다.
또한, 제1 사이클론(120) 및 상부루프실(130)을 통해 제2 유동층 반응기(140)로 고체가 유입되면, 제2 유동층 반응기(140) 내부의 고체 높이가 증가하므로, 압력균형을 맞추기 위해 제2 유동층 반응기(140)에서 제1 유동층 반응기(110)로 고체가 이동한다.
결과적으로 하부루프실(150)에 의해 두 유동층 반응기(110,140)가 마치 U자관 형태로 연결되어 있는 경우와 유사하므로 별도의 조절 없이도 압력균형에 의해 두 유동층 반응기(110,140)의 고체층 높이가 동일하게 유지될 수 있다.
한편, 두 유동층 반응기(110,140) 사이의 고체층의 높이를 인위적으로 다르게 유지하고자 할 경우 제1 사이클론(120)의 제1 기체배출관(123)에 연결된 제1 밸브(127)와, 제2 사이클론(160)의 제2 기체배출관(163)에 연결된 제2 밸브(167)를 이용할 수 있다.
상기 밸브(127,167)들을 모두 개방하거나, 개방량을 조절하거나, 또는 밸브(127,167) 중 어느 하나만을 일부 또는 전부 개방하는 등의 방법 등에 의해 상기 밸브(127, 167)의 개방량을 조절할 수 있다.
즉, 상기 밸브(127, 167)의 개방량을 조절하여 두 유동층 반응기(110,140) 사이에 압력차이(ΔP4)가 발생하도록 하여 두 유동층 반응기(110,140)의 고체층의 높이를 인위적으로 조절할 수 있다.
상기 밸브(127, 167)들의 조절을 통해 P3>P5가 되면 제2 유동층 반응기(140)의 고체층의 높이가 제1 유동층 반응기(110)의 고체층의 높이보다 높게 유지되며(H1<H2), 상기 밸브(127, 167)들의 조절을 통해 P3<P5가 되면 제1 유동층 반응기(110)의 고체층의 높이가 제2 유동층 반응기(140)의 고체층의 높이보다 높게 유지된다(H1>H2)
도 6 내지 8은 본 발명의 여러 실시예에 따른 상부루프실의 형태를 각 나타낸다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상부루프실(130)은 유동화 기체 주입구(131), 유동화기체 주입구(131)로부터 주입되는 기체를 받는 플레넘(137), 플레넘(137) 상부에 플레넘(137)으로 주입된 기체가 고르게 분산되도록 하기 위한 분산판(139)이 설치된다.
유동화기체 주입구(131)로부터 주입되는 기체는 플레넘(137)으로 전달되며, 플레넘(137) 상부에 위치하는 분산판(139)에 의해 상기 유동화 기체는 고르게 상부로 전달된다.
분산판(139)을 통과한 기체는 상부루프실(130)에 체류하는 고체를 유동화시켜 내부의 유동화된 고체가 유체와 유사하게 작동될 수 있게 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부루프실(230)은 유동화 기체 주입구(231) 상단에 별도의 추가관(238)이 구비된다.
상기 별도의 추가관(238)에 유동화 기체를 추가로 주입함으로써, 고체의 움직임을 향상시킬 수 있게 된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 상부루프실(330)은 플래넘 대신 스파저(339)를 구비하고 스파저(339)에 유동화기체를 주입하는 것을 나타낸다. 도 8과 같이 상부루프실(330)에 스파저(339)를 구비하고 상기 스파저(339)에 유동화기체를 주입할 수도 있다.
또한 하부루프실(150)의 유동화를 위해서 하부루프실(150)에도 상기 도 6내지 도 8에서 설명한 상부루프실(130, 230, 330)의 구조가 사용될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치의 개략도를 각 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부루프실을 구비한 유동층 반응장치(200)는 유동화 기체를 주입받을 수 있는 제1 유동층 반응기(110), 상기 유동화 기체에 의해 상기 제1 유동층 반응기(110)로부터 비산되는 고체를 이송받고 이송받은 고체와 기체를 분리하는 제1 사이클론(120), 상기 제1 사이클론에서 포집된 고체를 이송받는 상부루프실(Upper loop seal)(130), 상기 상부루프실(120)에서 전달되는 고체를 이송받는 제2 유동층 반응기(140) 및 상기 제2 유동층 반응기(140)와 상기 제1 유동층 반응기(110)를 서로 연결하는 하부루프실(Lower loop seal)(250)을 포함한다.
그리고 제2 유동층 반응기(140)로부터 비산되는 고체를 이송받고 이송받은 고체와 기체를 분리하는 제2 사이클론(160)을 더 포함할 수 있다.
도 9를 설명함에 있어, 제1 유동층 반응기(110), 제1 사이클론(120), 상부루프실(Upper loop seal)(130), 제2 유동층 반응기(140) 및 제2 사이클론(160)은 그 형태와 기능이 동일하므로 도 4에서의 설명으로 갈음하고 도 4에서와 동일한 도번을 사용하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부루프실(Lower loop seal)(250)에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하부루프실(250)은, 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140) 서로 연결한다.
하부루프실(250)은 격벽(251)을 구비하며, 대향되는 양면으로부터 유동화 기체를 주입받는 플레넘(253)과, 상기 플레넘(253)의 상부에 구비되며 다수의 공이 형성되어 상기 유동화기체를 상부로 이동하는 것을 허용할 수 있는 분산판(255)과, 상기 분산판(255)의 상단에 구비되며, 상기 유동화 기체가 각각 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)로 이동될 수 있도록 각 단부가 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)와 연결되는 연결관(257a, 257b)을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서 연결관(257a, 257b)은 통형상을 가지며, 연결관(257a, 257b)의 각 단부는 제1 유동층 반응기(110)의 제1 분산판(115)과 제2 유동층 반응기(140)의 제2 분산판(145)과 각각 연결된다.
격벽(251)은 플래넘(253)을 둘로 나누어 양 측면으로부터 주입되는 기체를 서로 섞이지 않도록 하는 것이다.
플래넘(253)은 외부로부터 주입되는 유동화 기체를 받는 곳이다. 분산판(255)은 플래넘(253)에 위치한 유동화 기체가 상부로 골고루 전달되기 위한 장치로서, 다공성 소재(Poruos material), 다공판(Perforated Plate) 또는 튜이어(Tuyere) 등이 사용될 수 있다.
분산판(255)을 통과한 유동화 기체는 연결관(257)을 통해 각각 제1 유동층 반응기(110)와 제2 유동층 반응기(140)와 연결된다.
상기 연결관(257)이 분산판(255)의 상단으로부터 분기되어 나오는 곳의 각도(α)는 고체의 안식각보다 작은 소정의 예각을 형성할 수 있다.
그리고 상기 연결관(257a)이 제1 유동층 반응기와의 연결 지점에서 이루는 각도 및 연결관(257b)이 제2 유동층 반응기와의 연결 지점에서 이루는 각도 또한 고체의 안식각보다 작은 소정의 예각을 형성할 수 있다.
이와 같이 제2 유동층 반응기(140)로부터 토출된 고체는 유동화 기체에 의해 하부루프실(250)을 통해 다시 제1 유동층 반응기(110)로 전달된다(GS,4).
상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 제1 유동층 반응기 120 : 제1 사이클론
130 : 상부루프실 140 : 제2 유동층 반응기
150 : 하부루프실 160 : 제2 사이클론

Claims (4)

  1. 유동화 기체를 주입받을 수 있는 제1 유동층 반응기;
    상기 유동화 기체에 의해 상기 제1 유동층 반응기로부터 전달되는 고체와 기체를 이송받고 이송받은 상기 고체와 기체를 분리하는 제1 사이클론;
    상기 제1 사이클론에서 포집된 상기 고체를 이송받는 상부루프실;
    상기 상부루프실에서 전달되는 상기 고체를 이송받는 제2 유동층 반응기; 및
    상기 상기 제2 유동층 반응기와 상기 제1 유동층 반응기를 서로 연결하는 하부루프실; 을 포함하며,
    상기 하부루프실은 제2 유동층 반응기와 상기 제1 유동층 반응기의 하부에 위치하며, 그리고
    상기 하부루프실은,
    격벽을 구비하며, 대향되는 양면으로부터 유동화 기체를 주입받는 플레넘과, 상기 플레넘의 상부에 구비되며 다수의 공이 형성되어 상기 유동화기체를 상부로 이동하는 것을 허용할 수 있는 분산판과, 상기 분산판의 상단에 구비되며, 상기 유동화 기체가 각각 제1 반응기와 제2 반응기로 이동될 수 있도록 각 단부가 제1 반응기와 제2 반응기와 연결되는 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 하부 루프실을 구비한 유동층 반응장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 유동층 반응기로부터 비산되는 상기 고체를 이송받고 이송받은 상기 고체와 기체를 분리하는 제2 사이클론; 을 더 포함하고,
    상기 제1 사이클론 및 제2 사이클론에는 분리된 상기 기체를 배출하기 위한 개구비 조절이 가능한 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하부 루프실을 구비한 유동층 반응장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결관은, 상기 분산판의 상단으로부터 분기되어 나오는 곳의 각도가 상기 고체의 안식각보다 작은 것을 특징으로 하는 하부 루프실을 구비한 유동층 반응장치.
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