KR101624368B1 - 합성가스 생산을 위한 반응기로부터의 슬래그 배출 - Google Patents

Abstract

슬래그가 운반용기를 이용해 보다 낮은 압력레벨로 되는, 합성가스 생산을 위한 반응기의 워터배스로부터 슬래그를 배출시키기 위한 방법의 목적은, 슬래그의 배출과 관련된 구성부품들이 낮은 온도의 영향을 받도록 하고, 이때 최소의 필요 냉각력과 함께 물교환 없이 즉각적인 슬래그 배출이 가능해지도록 하는 것이다. 이는 가스 발생기의 또는 이것을 둘러싸는 압력용기의 워터배스로부터의 슬래그의 배출 영역에서 슬래그 흐름에게 냉각수 흐름이 그 밖의 시설 부품, 예컨대 운반용기의 인렛 커넥터의 횡단면보다 큰 횡단면의 영역에서, 온도 성층화가 상기 배출 영역에서 가능해지도록 공급됨으로써 달성된다.

Description

합성가스 생산을 위한 반응기로부터의 슬래그 배출{SLAG DISCHARGE FROM REACTOR FOR SYNTHESIS GAS PRODUCTION}

본 발명은 합성가스 생산을 위한 반응기의 워터배스 (water bath) 로부터 슬래그를 배출시키기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 슬래그는 운반용기 (transfer vessel) 를 이용해 보다 낮은 압력레벨 (pressure level) 이 된다.

탄소 함유 연료로부터 합성가스를 제조할 때 발생하는 슬래그는 이러한 경우에 제공되어 있는 워터배스로부터 고체로서 배출되어야만 한다. 이에 관해 예로서 DE 600 31 875 T2 또는 DE 37 14 915 A1 이 언급되며, 이 경우 후자는 EP 0 290 087 A2 와 본질적으로 일치한다.

적절한 분리를 위해, 특히 열적 분리를 위해, 중력 방향으로 반응기의 아래에서 운반용기의 앞에는, 중력 방향으로 운반용기의 아래에서와 마찬가지로 상응하는 차단 장치들이 제공되어 있는데, 이는 발생하는 슬래그를 일괄적으로 반응기의 워터배스로부터 운반용기 안으로 운반하고, 그리고 나중에 이것으로부터 운반하기 위해 주기적으로 개방 및 폐쇄하기 위해서이다.

본질적으로 EP 0 452 653 에 일치하는 US 4 487 611 또는 DE 40 12 085 A1 에는, 잠열 또는 현열을 이용할 수 있기 위해, 그리고 너무 많은 냉각수 (cooling water) 가 필요한 것을 저지하기 위해, 워터배스 안의 온도가 가능한 한 높아야만 하는 것이 기술되어 있으며, 이때 워터배스의 온도는 상응하는 압력들에 있어서 물의 증발 온도를 초과하지 않아야 한다.

공지의 방법은 일련의 단점을 가지는데, 왜냐하면 냉각이 비로소 운반용기 안에서 또는 비로소 운반 과정 전에 수행되기 때문이며, 따라서 예컨대 존재하는 슬래그 분쇄기, 밸브, 관 등등을 포함하여 슬래그/운반 시스템의 모든 부품은 상응하여 보다 높은 온도들에 의한 보다 큰 부하를 받는다. 이는 이용된 재료에 대한 높은 요구를 의미하며, 이때 온도 변화에 의한 운반용기의 영역에서의 팽창도 각각의 운반시 특히 심하다. 이 이외에, 비로소 배출 바로 전의 운반용기 안에서의 냉각 또는 물교환은 보다 많은 필요시간을 요구하며, 이는 보다 많은 사이클 시간을 수반한다.

US 4 465 496 및 EP 0 101 005 A2 로부터는, 슬래그를 냉각시키기 위해, 그리고 운반용기 안에 존재하는 물의 량을 마찬가지로 냉각 또는 교환하기 위해, 슬래그를 배출시키기 전에 물흐름을 운반용기 안으로 도입시키는 것이 공지되어 있다. 이로 인해, 운반용기의 팽창시 발생하는 증기가 저지되거나 또는 상당히 저지된다.

이 공지의 방법의 단점은 슬래그 및 운반용기의 냉각을 위한 보다 큰 피크 (peak)-냉각력이 제공되어야만 한다는 것인데, 왜냐하면 위에서 설명한 바와 같이 운반용기 안에서 온도가 < 100℃ 인 것이 보장되어야만 하기 때문이며, 증기 형성이 저지되어야 하기 때문이고, 이는 안전을 이유로 냉각력의 상응하는 하강을 초래하며, 이 경우, 위에서 언급한 바와 같이, 냉각이 연속적으로 수행되지 않고, 그리고 여전히 워터배스의 온도보다 훨씬 아래의 온도를 가진, 가열된 냉각수는 슬래그의 냉각을 위해 이용될 수 없다. 그러므로 상당한 양의 추가적인 물이 필요한데, 왜냐하면 냉각력은 운반용기 안의 이 추가적인 물을 통해서만 도입될 수 있기 때문이다.

본 발명의 목적은, 슬래그의 배출과 관련된 구성부품들이 낮은 온도의 영향을 받도록 하고, 이때 최소의 필요 냉각력과 함께 물교환 (water exchange) 없이 즉각적인 슬래그 배출이 가능해지도록 하는 것이다.

이 목적은, 도입부에 설명된 유형의 방법에 있어서, 본 발명에 따르면 가스 발생기의 또는 이것을 둘러싸는 압력용기의 워터배스로부터의 슬래그의 배출 영역에서 슬래그 흐름에게 냉각수 흐름이 그 밖의 시설 부품, 예컨대 운반용기의 인렛 커넥터 (inlet connector) 의 횡단면보다 큰 횡단면의 영역에서, 온도 성층화 (temperature stratification) 가 상기 배출 영역에서 가능해지도록 공급됨으로써 달성된다.

본 발명과 함께 일련의 장점이 달성되는데, 왜냐하면 매우 일찍 슬래그 흐름에 공급된 냉각수 흐름에 의해 이 흐름의 즉각적인 냉각이 수행되기 때문이며, 따라서 그 후 뒤따르는 부품들, 예컨대 관, 차단 장치, 운반용기 등등은 현저히 보다 낮은 온도들의 영향을 받고, 이때 냉각수 흐름은 슬래그 분쇄기의 영역의 바로 앞에서 또는 상기 슬래그 분쇄기의 영역에서 슬래그 흐름에게 공급되어 있을 수 있다.

이로써, 슬래그의 브리징 (bridging) 을 저지하기 위해, 그리고 뜨거운 워터배스와 차가운 운반용기 간의 분리와 함께 온도 성층화를 가능하게 하기 위해, 그리고 뜨거운 물의 의도치 않은 냉각을 저지하기 위해, 냉각수 흐름을 비교적 큰 횡단면의 영역 안으로 공급하는 것이 가능하다. 본 발명에 있어서, 차가운 물의 공급은 성층화가 워터배스의 난류 (turbulences) 의 영향을 받지 않는 다른 위치에서 수행된다.

본 발명의 구현형태에 따르면, 상기 냉각수 흐름은 상기 압력용기 배출부와 상기 운반용기 유입부에서의 횡단면 테이퍼부 (cross-sectional taper) 사이의 환상 간극 (annular gap) 등등을 이용해 수행된다.

이 방법과 함께 최적의 온도 성층화가 달성되는데, 왜냐하면 차가운 물이 균일하게 도입될 수 있기 때문이며, 그리고 석션 (suction) 은 비로소 충분히 떨어진 위치에서 수행되기 때문이다. 물의 석션에 의해, 강제적인 하향 흐름이 형성되며, 이때 슬래그의 충분한 냉각을 위해 가능한 한 적은 유속이 가능해지고, 하지만 동시에 강제적인 하향 흐름이 보장된다. 상기 횡단면 테이퍼부의 어느 횡단면들을 위한 예들은 지름 치수로서 실제로 0.5 내지 2 m 이며, 바람직하게는 1 m 이다.

이를 위해, 또한 본 발명에 따르면, 상기 슬래그 흐름의 운반관 안으로의 상기 냉각수 흐름의 공급은 적은 유속에서 수행된다.

특별한 구현형태에서, 본 발명에 따르면, 상기 냉각수 흐름은 상기 슬래그 흐름을 위한 유압식 운반 수단으로서 적어도 하나의 운반용기쪽으로의 중력 방향의 반대 방향으로도 슬래그를 운반하기 위해 이용된다.

이 조치는 또다시 일련의 현저한 장점들과 연관이 되는데, 왜냐하면 예컨대 운반용기는 반응기 옆에 설치될 수 있기 때문이다. 이는 보다 작은 높이를 갖게 하며, 즉 슬래그를 배출시키기 위한 장치의 설계시 용기의 치수와 관련하여 제한이 없고, 또한 문제 없이 다수의 운반용기가 이용될 수 있으며, 상기 운반용기들은 주기적으로 또는 분할과 함께, 상응하는 슬래그 흐름을 처리한다. 특별한 장점은 가스화기로부터 유래하는 팽창이 예컨대 수평 운반라인에 의해 흡수될 수 있다는 것이다.

이 대목에서 주목할 점은, 단지 일례를 들자면, 물론 그 자체를 볼 때 유압식 방법에 의한 고체의 운반이 예컨대 DE 10 30 624 로부터 공지되어 있다는 것이다.

위에서 이미 짧게 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉각수 흐름은 운반용기의 인렛 커넥터의 횡단면보다 큰 횡단면의 영역에서 슬래그 흐름에게 공급된다.

이 경우 냉각수 흐름의 복귀가 중력 방향으로 운반용기의 앞에 존재하면, 본 발명에 따르면, 예컨대 보다 가는 슬래그 입자들을 회오리쳐 올리기 위해, 그리고 이렇게 하여 슬래그 배출시의 만일의 봉쇄, 브리징 등등을 저지하기 위해, 또한 경우에 따라서는 슬래그의 그 밖의 냉각을 초래하기 위해, 복귀된 냉각수 흐름의 일부는 운반용기의 아래쪽 영역 안으로, 바람직하게는 운반용기의 아래쪽 접합관 안으로 도입된다.

또한 본 발명의 그 밖의 구현형태에서, 반응기의 또는 이것을 둘러싸는 압력용기의 배출 영역에서 냉각수 흐름의 일부는, 워터배스 밖으로의 물흐름이 저지되도록 고체 흐름과 반대로 워터배스 방향으로 안내된다. 이로써, 워터배스로부터 추가적으로 열이 인출되지 않는 것이 보장되어 있으며, 이때 물교환이 완전히 저지되도록 조절이 수행될 수 있다.

두 개 이상의 운반용기가 제공되어 있으면, 본 발명의 그 밖의 구현형태에 따르면, 냉각수/슬래그 흐름은 적어도 2 개의 운반용기에 분할되고 및/또는 이것들에 교대로 공급된다. 다른 운반용기들에 교대로 공급함으로써 비교적 연속적인 슬래그 인출이 가능하며, 즉 한 운반용기가 비워지는 동안 다른 운반용기는 다시 슬래그로 채워질 수 있다, 기타 등등.

본 발명은 또한 상기 방법을 실행하기 위한 상응하는 장치를 제공하며, 상기 장치는, 반응기의 배출부에는 중력 방향으로 정렬되어 슬래그 냉각관이 제공되어 있고, 상기 슬래그 냉각관에는 냉각수 흐름의 부드러운, 링 모양의 공급을 위한 환상 공간이 제공되어 있음으로써 그 탁월함을 나타낸다. 이 조치는 냉각수 흐름의 부드러운 공급에 의한 온도 성층화의 유지를 가능하게 한다.

상기 상응하는 장치는 또한 본 발명에 따르면, 슬래그 안내 및 냉각 관은 냉각 구간의 내부에서의 운반 및 흐름 속도들을 균일화하기 위해, 그리고 이와 연관된 온도 성층화의 형성을 위해 0.5 내지 2 m, 바람직하게는 1 m 의 횡단면 지름을 가짐으로써 그 탁월함을 나타낼 수 있다.

이미 위에서 설명한 바와 같이, 이 치수는 본 발명의 목적에 부합하는 특별한 구현형태이며, 본 발명은 이에 제한되어 있지 않다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명과 함께, 바람직하게는 이미 존재하는 시설 구성부품들이 사용될 수 있는데, 왜냐하면 물을 운반용기 밖으로 배출시키고, 그리고 이로써 운반용기 방향으로의 슬래그 흐름을 초래하는 시설들이 일반적으로 이미 존재하기 때문이다. 그러므로, 이 경우 원하는 목표를 달성하기 위해 열교환기, 보다 넓은 횡단면을 가진 관 섹션, 및 상응하는 물주입만이 필요하다. 차가운 물이 본 발명에 따르면 분리층의 아래에서 도입되기 대문에, 이와 함께 단지 아주 약간의 열교환이 초래된다. 그렇기 때문에, 차가운 물은 뜨거운 슬래그를 통해서만 가열된다. 그러므로, 이 방법은 효율 개선 및 동시에 시설 부품들의 보다 낮은 열적부하를 가능하게 한다.

본 발명의 그 밖의 특징, 상세 내용 및 장점은 하기의 설명 및 도면에 나타나 있다.

도 1 은 중력 방향으로 반응기의 아래에 배치된 운반용기들을 가진 배출 영역의 간단화된 기본적인 접속도이다.
도 2 는 도 1 과 유사하게 도시되어 있는, 반응기 옆에 설치된 운반용기들을 가진 구현형태를 나타내는 도면이다.
도 3 은 압력용기의 출구의 개략적인, 확대된 부분도이다.

도 1 에 전체적으로 1 로 표시되어 있는 접속에서는, 워터배스 (3) 를 가진 압력용기 (2) 가 간단하게 도시되어 있으며, 상기 워터배스 (3) 로부터 인출된 슬래그는 슬래그 분쇄기 (4) 안에서 분쇄되고, 그리고 분배기 (5) 에게 공급되며, 상기 분배기는 슬래그를 예컨대 교대로 운반용기 (A) 와 운반용기 (B) 에게 공급하고, 상기 두 운반용기는 6a 와 6b 로 표시되어 있다. 각각의 운반용기로부터 슬래그를 주기적으로 인출하기 위해, 상기 운반용기들 앞에는 밸브 (7a 또는 7b) 가 제공되어 있고 상기 운반용기들 뒤에는 밸브 (8a 및 8b) 가 제공되어 있다.

냉각수 복귀 라인 (return line, 전체적으로 9 로 표시되어 있음) 은 본 발명을 위해 본질적이며, 상기 냉각수 복귀 라인은 냉각수를 운반용기 (6a 및 6b) 로부터 밸브 (10a 및 10b) 들을 통해 인출하고, 이때 냉각수 흐름은 펌프 (11) 및 열교환기 (12) 를 통해 안내되며, 그리고 라인 섹션 (9a) 을 통해 예컨대 슬래그 분쇄기 (4) 의 영역 안으로 복귀되고 및/또는 슬래그 분쇄기 (4) 앞의 라인 섹션 (9c) 을 통해 큰 횡단면을 가진 라인 영역 (13a) 안으로 복귀된다. 이때, 슬래그 분쇄기 (4) 와 분배기 (5) 사이의, 경우에 따라 유압식 운반에도 사용되는 추가적인 라인 (13) 은 공급된 냉각수를 통한 슬래그 흐름이 상응하여 냉각되도록 치수화되어 있다.

압력용기 (2) 의 아래쪽 영역 안으로 냉각수를 복귀시키기 위한 그 밖의 라인이 도 1 에 파선으로 암시되어 있다. 이 라인 섹션은 9b 로 표시되어 있으며, 이때 물을 운반용기(들)의 아래쪽 영역 안으로 안내하기 위해, 예컨대 슬러지 입자 등등을 회오리쳐 올리는데 사용될 수 있는 역류를 경우에 따라 생성하기 위해 각각의 운반용기의 아래쪽 접합관 안으로 안내하기 위해 그 밖의 복귀 라인 (9c 로 표시되어 있음) 도 제공될 수 있다.

도 2 의 실시예에서, 기능적으로 동일한 모든 부품들은 도 1 의 설명에서와 동일한 참조 부호로 표시되어 있으며, 본질적인 차이는 이 경우 두 운반용기 (6a 및 6b) 가 중력 방향으로 압력용기 (2) 의 아래에 배치되어 있는 것이 아니라 이것의 옆에 배치되어 있다는 점이다. 이 경우, 라인 (13) 은 유압식 운반라인으로서 사용된다. 압력용기 (2) 옆의 영역 안으로 두 운반용기 (6a 및 6b) 를 설치하는 것은 특별한 구조적 조치 또는 열팽창을 고려할 필요가 없는 것을 가능하게 한다. 전체 시설의 높이가 상당히 감소될 수 있다.

도 3 에는 압력용기 (2) 의 배출부가 개략적으로 도시되어 있으며, 이 경우 깔때기 (3) 안의 워터배스는 압력용기 (2) 의 출구에서 길게 되어 있고, 환상 채널 (14) 에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 환상 채널 안으로는 접합관 (15) 을 통해 냉각수가 부드럽게 도입될 수 있다. 열적 분리층은 점선으로 암시되어 있으며, 15 로 표시되어 있다. 대략적으로 존재하는 온도들이 예로서 도 3 에 표시되어 있으며, 본 발명은 이에 제한되어 있지 않다.

물론 본 발명의 상기 기술된 실시예들은 기본 사상에서 벗어나지 않으면서, 즉 특히 도 1 의 실시에서 하나의 운반용기만 중력 방향으로 압력용기 (2) 의 아래에 제공되어 있을 수 있고, 방법 기술적인 이유로 인해 필요하다면 도 2 의 실시예에서와 도 1 의 실시예에서 두 개보다 많은 운반용기가 제공되어 있을 수 있는 것 등등, 여러 측면에서 변경될 수 있다.

Claims (10)

1. 합성가스 생산을 위한 반응기의 워터배스로부터 슬래그를 배출시키기 위한 방법으로서, 상기 방법에서 슬래그는 운반용기를 이용해 보다 낮은 압력레벨로 되는 방법에 있어서,
   가스 발생기의 또는 이것을 둘러싸는 압력용기의 워터배스로부터의 슬래그의 배출 영역에 있는 슬래그 흐름에게 냉각수 흐름이 운반용기의 인렛 커넥터의 횡단면보다 큰 횡단면의 영역에서, 온도 성층화가 상기 배출 영역에서 가능해지도록 공급되고,
   상기 냉각수 흐름은 상기 압력용기 배출부와 상기 운반용기 유입부에서의 횡단면 테이퍼부 사이의 환상 간극을 이용해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬래그 흐름의 운반관 안으로의 상기 냉각수 흐름의 공급은 운반용기 안에서의 유속보다 낮은 유속에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각수 흐름은 상기 슬래그 흐름을 위한 유압식 운반 수단으로서 적어도 하나의 운반용기쪽으로의 중력 방향의 반대 방향으로도 슬래그를 운반하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각수 흐름은 상기 운반용기에게 공급된 흐름의 적어도 부분적인 복귀를 통해 제공되며, 상기 복귀된 흐름은 열교환기를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 복귀된 냉각수 흐름의 일부는 상기 운반용기의 아래쪽 영역 안으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 반응기의 또는 이것을 둘러싸는 압력용기의 배출 영역에서 상기 냉각수 흐름의 일부는, 워터배스 밖으로의 물흐름이 저지되도록 고체 흐름과 반대로 워터배스 방향으로 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각수/슬래그 흐름은 적어도 2 개의 운반용기에 분할되고 및/또는 이것들에 교대로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서,
   반응기의 배출부에는 중력 방향으로 정렬되어 슬래그 냉각관이 제공되어 있으며, 상기 슬래그 냉각관에는 냉각수 흐름의 온도 성층화를 유지하게 하는, 링 모양의 공급을 위한 환상 공간이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 슬래그 안내 및 냉각 관은 냉각 구간의 내부에서의 운반 및 흐름 속도들을 균일화하기 위해, 그리고 이와 연관된 온도 성층화의 형성을 위해 0.5 내지 2 m 의 횡단면 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.

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