KR101573297B1 - 스크류 컨베이어를 구비한 유동층 반응기 및 이를 이용한 유동층 고체순환 시스템 - Google Patents

스크류 컨베이어를 구비한 유동층 반응기 및 이를 이용한 유동층 고체순환 시스템 Download PDF

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이동호
진경태
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박재현
배달희
조성호
이승용
박영철
문종호
주지봉
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동층 반응기에 있어서, 상기 유동층 반응기의 용기 상부를 관통하도록 배치되어 상기 유동층 반응기 내부로부터 고체 입자를 외부로 배출할 수 있는 스크류 컨베이어를 포함하고, 상기 스크류 컨베이어의 상단부가 상기 유동층 반응기의 상측 외부로 돌출하고 상기 스크류 컨베이어의 하단부가 상기 유동층 반응기 내의 분산판의 높이와 같거나 높은 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기가 제공된다.

Description

스크류 컨베이어를 구비한 유동층 반응기 및 이를 이용한 유동층 고체순환 시스템 {Fluidized bed reactor having screw conveyor and fluidized bed solid circulation system using the same}
본 발명은 유동층 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크류 컨베이어를 구비한 유동층 반응기 및 이를 이용한 유동층 고체순환 시스템에 관한 것이다.
유동층 반응기(Fluidized bed reactor)는 반응기 내부에 고체입자를 주입하고 반응기 하부의 플레넘(plenum)과 기체 분산판(gas distributor)을 통해 기체를 주입하여 고체입자를 부유시킴으로서 고체입자들의 거동을 유체의 거동과 유사해지도록 변화시키는 장치이다.
유동층 반응기를 이용하는 유동층 공정은 다른 반응기에 비해 향상된 고체혼합과 물질 및 열전달 특성으로 인해 건조, 흡착, 냉각, 냉동, 코팅, 이동, 열조절, 여과, 항온조 등의 물리적 조작; FCC(fluid catalytic cracking), oxychlorination, phthalic anhydride 생산, 고분자 중합 등과 같은 촉매반응에 의한 화학반응; 석탄연소, 석탄가스화, 소성반응(calcination), 광물 배소(mineral roasting), 폐기물 소각(waste incineration) 등과 같은 무촉매 반응; 및 에너지 변환공정 등에 널리 이용되고 있다.
한편 건식 재생흡수제를 이용한 이산화탄소 흡수 및 재생공정, 매체순환식 가스연소기(chemical-looping combustor)의 산화-환원 공정, Fisher-Tropsch 공정, 흡수증진 천연가스 수증기개질(Sorption enhanced steam methane reforming of natural gas), 매체순환식 수소생산(chemical-looping hydrogen generation) 공정과 같이 두 가지 반응이 동시에 일어나는 공정의 경우 두 개의 유동층 반응기가 사용되며 이 두 개의 유동층 반응기 사이의 고체 이송 및 순환이 필요하다.
이와 같이 두 개의 유동층 반응기 사이의 고체 순환을 위해 사용하던 기존 방법으로서 예컨대 도1a 및 도1b와 같은 유동층 고체순환 시스템이 사용되었다. 도1a는 고속유동층(1)과 기포유동층(4)로 구성된 고체순환 시스템이고 도1b는 고속유동층(1), 제1 기포유동층(4), 제2 기포유동층(7)으로 구성된 고체순환 시스템이다.
도1a의 시스템은 고속유동층(1)을 반응과 고체이송으로 동시에 사용할 수 있으며, 두 가지 반응 중에서 반응속도가 낮은 반응을 기포유동층(4)에서 수행하고 고속유동층(1)을 반응과 함께 고체순환에 이용하는 형태이다. 하지만 두 반응의 반응속도가 낮거나 충분한 체류시간 유지가 필요한 경우 또는 기체유량의 비(ratio)에 제한이 있는 경우에는 도1b와 같이 두 가지 반응을 유속이 낮은 조건인 제1 및 제2 기포유동층(4,7)에서 각각 수행하고 고체이송을 위해 고속유동층(1)을 추가로 사용한다.
그런데 이와 같이 기포유동층과 고속유동층을 사용하는 경우 고속유동층을 이용하여 고체를 상승시키기 위해 별도의 기체가 필요하며, 두 개의 반응과는 무관한 불활성 기체(질소, 아르곤, 헬륨 등)를 주입하거나, 반응에 의해 배출되는 기체와의 분리를 쉽게 하기 위해 스팀을 사용해야 한다. 특히 두 개의 반응이 고온, 고압에서 일어날 경우에는 높은 온도와 압력을 갖는 기체를 주입해야 하므로 예열 및 가압을 위한 비용이 추가적으로 소요된다. 또한, 고체순환량을 증가시키기 위해서는 고속유동층의 유속을 증가시켜야 하므로 기체 비용이 더욱 증가하게 되고, 고체를 이송시켜야 할 높이가 높은 경우 더 많은 양의 기체가 필요하게 되는 문제점이 있다.
미국특허 제4,823,712호 (1989년 4월 25일 공개)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체 수송을 위한 별도의 기체 사용을 필요로 하지 않거나 사용량을 줄일 수 있는 유동층 반응기 및 이를 이용한 유동층 고체순환 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고체입자의 순환시 높이의 제한없이 고체입자를 이송시킬 수 있는 유동층 반응기 및 이를 이용한 유동층 고체순환 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응과 고체이송 기능을 동시에 수행함으로써 유동층 반응기의 부피를 줄일 수 있는 유동층 반응기 및 이를 이용한 유동층 고체순환 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동층 반응기에 있어서, 상기 유동층 반응기의 용기 상부를 관통하도록 배치되어 상기 유동층 반응기 내부로부터 고체 입자를 외부로 배출할 수 있는 스크류 컨베이어를 포함하고, 상기 스크류 컨베이어의 상단부가 상기 유동층 반응기의 상측 외부로 돌출하고 상기 스크류 컨베이어의 하단부가 상기 유동층 반응기 내의 분산판의 높이와 같거나 높은 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기가 제공된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동층 고체순환 시스템에 있어서, 상술한 구조를 갖는 제1 유동층 반응기; 상기 제1 유동층 반응기의 스크류 컨베이어로부터 배출된 고체입자를 이송받는 제2 유동층 반응기; 및 상기 제2 유동층 반응기에서 배출되는 고체입자가 상기 제1 유동층 반응기로 이송될 수 있도록 상기 제1 및 제2 유동층 반응기를 연결하는 연결관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 고체순환 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유동층 반응기가 스크류 컨베이어를 구비함으로써 고체 수송을 위한 별도의 기체를 사용할 필요가 없으므로 고체순환 시스템의 기체 사용량을 대폭 감소시키는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크류 컨베이어를 구비한 유동층 반응기에 다단의 스크류 컨베이어를 연결시킴으로써 고체입자의 순환시 높이의 제한없이 고체입자를 이송시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크류 컨베이어를 구비한 유동층 반응기가 반응과 고체이송 기능을 동시에 수행할 수 있기 때문에 유동층 반응기의 부피를 줄일 수 있는 이점이 있다.
도1a 및 도1b는 종래의 유동층 고체순환 시스템을 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 고체순환 시스템을 설명하기 위한 도면,
도3은 일 실시예에 따른 유동층 반응기를 설명하기 위한 도면,
도4는 일 실시예에 따른 다단 스크류 컨베이어 구조를 설명하기 위한 도면,
도5a 내지 도5c는 제2 스크류 컨베이어의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
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 구성요소의 "위"(또는 "아래", "오른쪽", 또는 "왼쪽")에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소의 위(또는 아래, 오른쪽, 또는 왼쪽)에 직접 위치될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한 본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부(위)', '하부(아래)', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미하지 않으며, 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 사용되는 상대적 표현이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 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 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 고체순환 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 유동층 고체순환 시스템은 제1 유동층 반응기(10)와 제2 유동층 반응기(40), 제1 사이클론(20)과 제2 사이클론(50), 그리고 루프실(60)을 포함한다.
이 고체순환 시스템에서, 제1 유동층 반응기(10)가 스크류 컨베이어(30)를 포함한다. 스크류 컨베이어(30)의 일부는 제1 유동층 반응기(10)의 상부를 관통하여 유동층 반응기(10) 내부에 위치하고 스크류 컨베이어(30)의 나머지 부분은 유동층 반응기(10)의 상측 외부로 돌출되어 뻗어 있다. 제1 사이클론(20)은 제1 유동층 반응기(10)의 배출구로부터 배출되는 기체와 고체입자를 이송받고 이로부터 기체와 고체입자를 분리할 수 있다.
제2 유동층 반응기(40)는 제1 유동층 반응기(10)로부터 배출되는 고체입자를 이송받는다. 구체적으로, 제2 유동층 반응기(40)는 제1 유동층 반응기(10)의 상측 외부로 뻗어있는 스크류 컨베이어(30)를 통해 외부로 배출되는 고체입자를 이송받을 수 있다. 제2 사이클론(50)은 제2 유동층 반응기(40)의 배출구로부터 배출되는 기체와 고체입자를 이송받고 이로부터 기체와 고체입자를 분리할 수 있다.
한편 도시한 고체순환 시스템은 제2 유동층 반응기(40)에서 배출되는 고체입자가 제1 유동층 반응기(10)로 이송될 수 있도록 제1 및 제2 유동층 반응기(10,40) 사이를 연결하는 연결관을 더 포함하며, 도시한 것처럼 이 연결관 사이에 루프실(60)이 개재될 수 있다.
이러한 시스템 구성에 따르면, 제2 유동층 반응기(40)로부터 배출된 고체입자가 루프실(60)을 거쳐 제1 유동층 반응기(10)로 이송되고, 제1 유동층 반응기(10) 내부의 고체입자는 스크류 컨베이어(30)를 통해 상부로 이동하여 제1 유동층 반응기(10) 외부로 배출되어 제2 유동층 반응기(40)로 재순환될 수 있다.
이 때 도시한 시스템에서 제1 및 제2 유동층 반응기(10,40)가 각각 내부가 기포유동층 상태로 동작할 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 유동층 반응기(10,40)의 각각은 구체적 실시 형태에 따라 예컨대 난류유동층, 고속유동층 등과 같이 다양한 상(phase)의 하나에서 동작하도록 제어될 수 있으며 본 발명이 이러한 유동층 반응기 내부의 특정 상(phase)에 제한되지 않음을 이해할 것이다.
도3은 일 실시예에 따른 스크류 컨베이어를 구비한 유동층 반응기의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 유동층 반응기(10)는 유동화기체를 주입받는 주입구(13), 고체입자를 이송받는 유입관(15), 기체 등의 반응생성물을 배출하는 배출관(17)을 포함할 수 있다.
유동화기체를 주입받는 주입구(13)는 유동층 반응기(10)의 하부면 또는 하단부 측면에 형성될 수 있다. 유동층 반응기(10)는 또한 반응기 내부에서 이 주입구(13)의 위쪽으로 소정 거리 이격되어 반응기(10)를 가로지르도록 설치된 분산판(11)을 포함한다. 주입구(13)를 통해 주입된 유동화 기체는 반응기 내에서 분산판(11)에 의해 분산되어 상부로 공급된다.
도면에서는 특정 구조의 유동층 반응기(10)의 단면을 도시하였지만 이것은 예시적이고 개략적인 단면도이고, 실시 형태에 따라 분산판(11), 주입구(13), 유입관(15), 및 배출관(17)의 개수, 위치, 구조 등이 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
일 실시예에 따른 유동층 반응기(10)는 반응기 내부로부터 외부로 고체 입자를 배출하기 위한 스크류 컨베이어(30)를 더 포함한다. 도시한 실시예에서 스크류 컨베이어(30)는 유동층 반응기(10)의 용기 상부를 관통하도록 배치된다. 즉 스크류 컨베이어(30)의 상단부가 유동층 반응기(10)의 상측 외부로 돌출하고 하단부는 유동층 반응기(10) 내에 위치한다. 도면에서는 컨베이어(30)가 수직으로 관통하는 것으로 도시하였지만, 대안적 실시예에서 컨베이어(30)가 약간의 경사각을 갖도록 하여도 무방하다.
도시한 실시예에서 스크류 컨베이어(30)는 이송관(31), 구동축(32), 스크류 날개(blade)(33), 구동모터(34)를 포함할 수 있다. 이송관(31)은 스크류 컨베이어(30)의 몸통에 해당하는 구성요소로서 원통형 형상을 가지며 유동층 반응기(10)의 용기 상부를 관통하도록 배치된다. 즉 이송관(31)의 상단부는 유동층 반응기(10)의 상부를 관통하여 수직으로 돌출하여 있고, 이송관(31)의 하단부는 유동층 반응기(10) 내부에 위치한다. 이 때 바람직하게는 컨베이어(30)의 하단부가 반응기 내의 분산판(11)의 높이와 대략 같거나 그보다 높은 지점에 위치하도록 배치된다.
구동축(32)은 이송관(31) 내부의 상단에서 하단까지 뻗어있으며 구동축(32)의 양쪽 끝은 축 지지대에 의해 지지되고 실링(메카니칼 실 등)에 의해 반응기(10) 내의 기체가 외부로 누출되지 않도록 구성되어 있다. 스크류 날개(33)가 구동축(32)의 둘레를 따라 장착되고, 구동축(32)과 스크류 날개(33)는 이송관(31)의 상부 또는 하부에 배치된 구동모터(34)에 의해 회전할 수 있다.
도시한 실시예에서 또한 스크류 컨베이어(30)는 이송관(31) 하단부 측면에 형성된 고체 유입구(35)와 이송관(31) 상단부 측면에 형성된 고체 배출구(36)를 더 포함할 수 있다. 고체 유입구(35)는 반응기(10) 내의 유동층 고체 내부에 잠겨 있는 것이 바람직하다. 즉 고체 유입구(35)의 높이가 유동층 반응기(10)에 수용된 고체입자들의 층의 높이보다 낮은 것이 바람직하다.
고체 배출구(36)는 이송관(31)의 상부 측면의 일부가 개방됨으로써 형성된다. 스크류 날개(33)의 회전에 의해 상부로 이송된 고체입자들은 고체 배출구(36)를 통해 중력에 의해 낙하되어 배출된다. 이 때 고체 배출구(36)의 경사각도(θ1)는 사용되는 고체입자 종류에 따른 고체입자의 안식각(repose angle)을 고려하여 고체입자가 쌓이는 것을 방지할 수 있는 각도로 경사지게 설치될 수 있다.
한편 이송관(31) 내의 고체입자의 자중에 의해 고체입자가 스크류 날개(33) 및 이송관(31)의 벽을 타고 하강하는 힘(F1), 스크류 날개(33)의 회전운동에 의해 이송관(31) 내의 고체입자가 상승하려는 힘(F2), 그리고 반응기에 수용된 고체입자의 압력에 의해 이송관(31) 내의 고체입자가 상승하려는 힘(F3)을 고려할 때, (F2+F3) > F1인 경우에 컨베이어(30)를 통한 고체입자의 상승운동이 일어날 수 있다. 따라서 이러한 조건을 만족하도록 구동모터(34)의 회전속도를 제어하여 고체입자를 원활하게 상부로 이송시키는 것이 바람직하다.
또한 고체 유입구(35) 상부에 존재하는 고체입자에 의한 압력(F3)을 증가시키기 위해 전체 고체층 높이(H3)를 증가시키거나, 고체 유입구(35)의 높이(H1)를 감소시켜 고체 유입구(35) 상부의 고체높이(H2)를 증가시킴으로써 위의 조건을 만족하도록 조절할 수도 있고, 이송관(31) 전체의 높이를 낮추거나 이송관(31)과 스크류 날개(33) 사이의 유격(clearance)을 감소시켜 F1을 감소시켜 위의 조건을 만족시킬 수도 있다.
한편 고체입자를 이송시켜야 할 전체 높이가 높은 경우, 하나의 스크류 컨베이어(30)를 사용하여 이송관의 높이를 증가시키는 경우에 F2, F3는 일정한 반면 이송관(31)의 높이 증가에 의해 이송관 내부에 존재하는 고체량이 증가하므로 F1이 증가하여 고체를 이송하지 못하게 될 수 있다. 이러한 경우를 방지하기 위해 도4에 도시한 것처럼 스크류 컨베이어를 다단으로 구성할 수 있다.
도4는 일 실시예에 따른 다단 스크류 컨베이어 구조를 도식적으로 도시하였다. 도시한 실시예에서, 유동층 반응기(10)와 일체로 결합된 제1 스크류 컨베이어(30) 외에 수직형의 제2 스크류 컨베이어(70)가 추가로 구비된다. 이에 따라, 제1 스크류 컨베이어(30)에서 이송된 고체입자가 제2 스크류 컨베이어(70)에 의해 상방향으로 더 높이 이송될 수 있으므로 F1의 크기를 증가시키지 않으면서 총 고체이송 높이를 증가시킬 수 있다.
도5a 내지 도5c는 제2 스크류 컨베이어의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도5a를 참조하면, 일 실시예에 따른 수직형 제2 스크류 컨베이어(70)는 수직으로 설치된 컨베이어이고, 제1 컨베이어(30)와 유사하게 이송관(71), 구동축(72), 스크류 날개(73), 구동모터(74), 고체 유입구(75), 및 고체 배출구(76)를 포함할 수 있다. 또한 제2 스크류 컨베이어(70)는 고체 고체 유입구(75)와 일체로 형성된 고체 저장부(77)를 더 포함할 수 있다. 고체 저장부(77)는 고체입자들이 이송관(71) 내부로 유입되기 전에 고체 유입구(75) 앞에서 쌓이도록 구성된 것으로, 제1 스크류 컨베이어(30)의 경우 반응기 내 고체 유입구(35) 상부에 고체입자가 존재하여 고체입자에 의한 압력(F3)이 존재하지만 제2 스크류 컨베이어(70)의 경우 이러한 압력(F3)이 자연적으로 존재하지 않으므로, 제2 스크류 컨베이어(70)에서도 이 힘(F3)을 생성하기 위해 도5a와 같이 고체 유입구 주위에 고체입자가 쌓일 수 있는 고체 저장부(77)를 설치하고, 이에 따라 고체 저장부(77)에 쌓여있는 고체입자의 높이(H4) 만큼의 압력(F3)을 얻을 수 있도록 한다.
이 때 고체 저장부(77)의 경사각도(θ2)는 사용하는 고체입자의 안식각을 고려하여 고체입자에 의해 적절한 압력(F3)이 가해질 수 있는 각도로 경사지게 설치할 수 있다.
도5b를 참조하면, 대안적 실시예에 따른 경사형 제2 스크류 컨베이어(80)가 도시되어 있다. 이 스크류 컨베이어(80)는 도5a의 수직형 컨베이어(70)와 비교하여 컨베이어가 경사지게 배치되어 있는 점이 다르고 컨베이어의 구성요소들은 동일 또는 유사하다. 즉 경사형 스크류 컨베이어(80) 역시 이송관(81), 구동축(82), 스크류 날개(83), 구동모터(84), 고체 유입구(85), 고체 배출구(86), 및 고체 저장부(87)를 포함할 수 있다. 이와 같이 스크류 컨베이어를 경사지게 설치하게 되면 스크류 컨베이어의 경사각도(θ3)가 증가함에 따라 스크류 날개(83) 및 이송관(81)의 벽을 타고 내려오는 고체입자에 의한 힘(F1)이 감소하게 되므로 상부로의 고체 이송능력이 증가될 수 있다.
경사형 스크류 컨베이어(80)를 사용할 경우 고체 유입구(85)는 스크류 컨베이어의 구동축(81)을 기준으로 상부(B 방향, 즉 중력의 반대방향)로 설치해야 고체이송관 하부로 지속적인 고체 투입이 가능하다. 또한 고체 배출구(86)의 경우에는 구동축(81)을 기준으로 하부(A 방향, 즉 중력 방향)로 설치해야 지속적인 고체 배출이 가능하다.
도5c를 참조하면, 또 다른 대안적 실시예에 따라 제2 스크류 컨베이어(90)가 복수개의 서브 스크류 컨베이어(91,92,93)의 다단 연결로 형성되어 있다. 각각의 서브 스크류 컨베이어(91,92,93)은 도5b에 도시한 경사형 스크류 컨베이어(80)와 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도시한 일 실시예에서 복수개의 서브 스크류 컨베이어(91,92,93)의 각각은, 서브 스크류 컨베이어의 하단부에 형성된 고체 유입구와 상단부에 형성된 고체 배출구를 포함한다. 또한 복수개의 서브 스크류 컨베이어(91,92,93) 중 하나의 서브 스크류 컨베이어(예컨대, 91)의 고체 배출구에서 배출되는 고체입자가 이 서브 스크류 컨베이어(91)에 이웃하는 다른 서브 스크류 컨베이어(예컨대, 92)의 고체 유입구로 유입되도록, 복수개의 서브 스크류 컨베이어(91,92,93)가 배치된다. 이와 같이 경사형 스크류 컨베이어를 다단으로 사용하면, 총 고체이송 높이가 더 높아질 수 있다.
또한 도5c에서는 경사형 스크류 컨베이어를 다단으로 연결한 것을 도시하였지만 대안적으로 도5a와 같은 수직형 스크류 컨베이어(70)를 다단으로 연결하여 사용할 수도 있고 도5a의 수직형 스크류 컨베이어(70)와 도5b의 경사형 스크류 컨베이어(80)를 조합하여 다단으로 연결하여 사용할 수도 있다.
이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10, 40: 유동층 반응기
20, 50: 사이클론
30, 70, 80, 90: 스크류 컨베이어
60: 루프실

Claims (10)

  1. 유동층 반응기에 있어서,
    상기 유동층 반응기의 용기 상부를 관통하도록 배치되어 상기 유동층 반응기 내부로부터 고체 입자를 외부로 배출할 수 있는 스크류 컨베이어;를 포함하고,
    상기 스크류 컨베이어의 상단부가 상기 유동층 반응기의 상측 외부로 돌출하고 상기 스크류 컨베이어의 하단부가 상기 유동층 반응기 내의 분산판의 높이와 같거나 높은 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스크류 컨베이어는,
    원통형 형상을 가지며 상기 유동층 반응기의 용기 상부를 관통하도록 배치된 이송관;
    상기 이송관 내부의 상단에서 하단까지 뻗어있는 구동축;
    상기 구동축에 장착된 스크류 날개; 및
    상기 구동축을 회전시키는 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스크류 컨베이어는,
    상기 이송관 하단부 측면에 형성된 고체 유입구; 및
    상기 이송관 상단부 측면에 형성된 고체 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 고체 유입구의 높이가, 상기 유동층 반응기에 수용된 고체입자의 층의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동축의 회전에 의해 상기 이송관 내의 고체입자가 상승하는 힘 및 상기 유동층 반응기에 수용된 고체입자의 층의 압력에 의해 상기 이송관 내의 고체입자가 상승하는 힘의 합이 상기 이송관 내의 고체입자의 자중에 의해 고체입자가 하강하는 힘보다 크도록, 상기 구동축의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
  6. 유동층 고체순환 시스템에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 제1 유동층 반응기;
    상기 제1 유동층 반응기의 스크류 컨베이어("제1 스크류 컨베이어")로부터 배출된 고체입자를 이송받는 제2 유동층 반응기; 및
    상기 제2 유동층 반응기에서 배출되는 고체입자가 상기 제1 유동층 반응기로 이송될 수 있도록 상기 제1 및 제2 유동층 반응기를 연결하는 연결관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 고체순환 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 유동층 반응기의 배출구로부터 배출되는 기체와 고체입자를 이송받고 이로부터 기체와 고체입자를 분리하는 제1 사이클론; 및
    상기 제2 유동층 반응기의 배출구로부터 배출되는 기체와 고체입자를 이송받고 이로부터 기체와 고체입자를 분리하는 제2 사이클론; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 고체순환 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 연결관 사이에 개재된 루프실(loop seal)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 고체순환 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 유동층 반응기의 상기 제1 스크류 컨베이어 및 상기 제2 유동층 반응기 사이에 배치된 제2 스크류 컨베이어를 더 포함하고,
    상기 제1 스크류 컨베이어로부터 배출된 고체입자가 상기 제2 스크류 컨베이어를 통해 이송된 후 상기 제2 유동층 반응기로 이송되는 것을 특징으로 하는 유동층 고체순환 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 스크류 컨베이어가 복수개의 서브 스크류 컨베이어의 다단 연결로 구성되고,
    상기 복수개의 서브 스크류 컨베이어의 각각은, 서브 스크류 컨베이어의 하단부에 형성된 고체 유입구와 상단부에 형성된 고체 배출구를 포함하고,
    상기 복수개의 서브 스크류 컨베이어의 제1 서브 스크류 컨베이어의 고체 배출구에서 배출되는 고체입자가 상기 제1 서브 스크류 컨베이어에 이웃하는 제2 서브 스크류 컨베이어의 고체 유입구로 유입되도록 상기 복수개의 서브 스크류 컨베이어가 배치되는 것을 특징으로 하는 유동층 고체순환 시스템.
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