KR102118258B1 - 액체 황 고형화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

액체 황 고형화 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 액체 황 고형화 장치는 내부에 물이 수용되는 탱크부; 상기 탱크부의 상부로 액체 황을 유입시키는 황유입부; 및 상기 탱크부로 유입된 액체 황이 상기 탱크부의 하부로 자유 낙하하는 과정에서 상기 탱크부 내부의 물과 황을 교반시키는 교반부;를 포함한다.

Description

액체 황 고형화 장치 및 방법{LIQUID SULFUR SOLIDIFICATION APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 액체 황 고형화 장치 및 방법에 관한 것이다.
황 회수공정에 이용되는 황 회수장치(sulfur recovery unit, SRU)는, 원유나 천연가스를 처리하는 과정에서 발생되는 배출가스로부터 환경오염 인자인 유독성의 황 성분을 제거하여 순수 황으로 분리해냄으로써, 대기 중으로는 황 성분이 제거된 상태의 배출가스만 방출되도록 하는 설비이다.
황화수소(H2S)가 원소상태의 황으로 되는 클라우스반응(Claus reaction)에는 일반적으로 연속되는 촉매반응기를 이용하는데, 이는 클라우스반응이 평형반응이기 때문이다. 이에 따라, 클라우스반응을 이용하는 황 회수공정은, 다수의 촉매반응기를 연속적으로 사용하는 것이 일반적이고, 여러 단계의 반응로를 거칠수록 더 많은 양의 황을 회수할 수 있다. 각 단계의 반응기마다의 반응하는 정도 및 액체 황으로의 전환율에 따라 액체 황의 생산량이 결정된다.
일반적으로, 클라우스 타입의 황 회수공정의 주요 생산물인 액체 황은, 반응에 의하여 생성된 후 응축기에서 응축되어 액체로 변환되고, 라인(liquid run down line)을 따라 흐른 후 황트랩(sulfur trap)과 룩 박스(look box) 등을 경유하여 황 저장소(sulfur pit)로 모이게 된다.
한편, 이와 같이 모여진 액체 황은 소정의 온도 이하에서 응고되는데, 응고되어 버린 황은 배출 및 이송 등이 곤란하므로 일정한 처리를 통하여 관리가 용이한 상태로 변형시킬 필요가 있다.
한국공개특허 제10-2017-0023318호 (2017. 03. 03. 공개)
본 발명의 실시예는 보다 효과적으로 액체 황을 고형화시킬 수 있는 액체 황 고형화 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 물이 수용되는 탱크부; 상기 탱크부의 상부로 액체 황을 유입시키는 황유입부; 및 상기 탱크부로 유입된 액체 황이 상기 탱크부의 하부로 자유 낙하하는 과정에서 상기 탱크부 내부의 물과 황을 교반시키는 교반부;를 포함하는 액체 황 고형화 장치가 제공된다.
여기서, 액체 황 고형화 장치는 상기 탱크부 상부의 평면상 중앙 영역에 설치되어 상기 탱크부로 유입된 액체 황이 상기 중앙 영역으로 유입되는 것을 차단하는 중공부;를 더 포함할 수 있다.
상기 교반부는 상기 탱크부 내부의 물과 황을 회전시키도록 상기 중공부의 하단에 설치되는 패들 및 상기 패들에 회전력을 발생시키도록 상기 패들에 결합되는 모터를 포함할 수 있다.
상기 패들은 회전 시 상기 탱크부 내부의 물과 황을 상기 탱크부의 평면상 외곽 영역으로 밀어내도록 단부에 평판형 플레이트가 부착될 수 있다.
액체 황 고형화 장치는 상기 탱크부 내부에서 교반된 황을 상기 탱크부로부터 유출시키는 황유출부; 및 상기 탱크부로부터 유출되는 황에서 물을 분리하는 탈수부;를 더 포함할 수 있다.
액체 황 고형화 장치는 상기 탱크부로부터 유출되는 황을 입자의 크기 별로 분류하는 입자분류부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 액체 황 고형화 장치는 상기 탈수부에서 분리된 물을 상기 탱크부로 재유입시키는 순환부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부에 물이 수용되는 탱크부의 상부로 액체 황을 유입시키는 단계; 및 상기 탱크부로 유입된 액체 황이 상기 탱크부의 하부로 자유 낙하하는 과정에서 상기 탱크부 내부의 물과 황을 교반시키는 단계;를 포함하는 액체 황 고형화 방법이 제공된다.
여기서, 상기 물과 황을 교반시키는 단계는 상기 탱크부로 유입된 액체 황이 상기 탱크부 상부의 평면상 중앙 영역으로 유입되는 것을 차단하며 수행될 수 있다.
그리고, 액체 황 고형화 방법은 상기 물과 황을 교반시키는 단계 이후에, 상기 탱크부 내부에서 교반된 황을 상기 탱크부로부터 유출시키는 단계; 및 상기 탱크부로부터 유출되는 황에서 물을 분리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내부에 물이 수용되는 탱크부의 상부로 액체 황을 유입시켜 자유 낙하하는 과정에서 탱크부 내부의 물과 황을 교반시킴으로써 액체 황을 소정 크기의 입자로 고형화시킬 수 있으므로, 보다 효과적으로 액체 황을 고형화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치의 주요 구성을 보다 상세히 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치에서 패들을 보다 상세히 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치에서 입자분류부를 보다 상세히 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 방법을 나타내는 도면.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 액체 황 고형화 장치 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치의 주요 구성을 보다 상세히 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치에서 패들을 보다 상세히 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치에서 입자분류부를 보다 상세히 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치(1000)는 탱크부(100), 황유입부(200) 및 교반부(300)를 포함하고, 중공부(400), 황유출부(500), 탈수부(600), 입자분류부(700) 및 순환부(800)를 더 포함할 수 있다.
탱크부(100)는 내부에 물이 수용되는 부분으로, 물이 수용된 내부에서 황과 물이 교반될 수 있는 공간을 제공한다. 이 경우, 탱크부(100)는 원통 형상의 탱크 구조로서 하부는 후술할 황유출부(500)를 향하여 경사진 형상으로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 상부는 개방되도록 형성될 수 있다.
황유입부(200)는 탱크부(100)의 상부로 액체 황을 유입시키는 부분으로, 액체 상태의 황을 탱크부(100)의 상부에서 유입시켜 황이 탱크부(100)의 내부에서 자유 낙하되도록 할 수 있다.
이 경우, 황유입부(200)는 분사노즐 및 압송펌프 등을 포함하여 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 탱크부(100)의 상부에 복수로 설치될 수 있는 등 다양하게 구성될 수 있다.
교반부(300)는 탱크부(100)로 유입된 액체 황이 탱크부(100)의 하부로 자유 낙하하는 과정에서 탱크부(100) 내부의 물과 황을 교반시키는 부분으로, 액체 상태의 황을 물과 교반시켜 황의 고형화가 진행되도록 할 수 있다.
구체적으로, 물이 수용된 탱크부(100) 내부로 유입된 액체 상태의 황은 물과 만나면서 온도가 저하됨에 따라 응결이 될 수 있다. 즉, 액체 상태의 황은 탱크부(100)의 내부에서 자유 낙하되는 과정에서 자연스럽게 고형화가 진행된다.
그러나, 액체 상태의 황이 단순 자유 낙하하는 경우 물과 접촉되는 시간이 부족하여 충분히 고형화가 진행되지 못할 수 있다. 이에 따라, 교반부(300)에서 탱크부(100) 내부의 물과 황을 교반시킴으로써 액체 상태의 황이 물과 접촉되는 시간을 충분히 확보하여 황의 고형화가 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 교반부(300)에 의해 황 입자들끼리 서로 뭉쳐지는 것을 일정 부분 제한할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치(1000)는, 내부에 물이 수용되는 탱크부(100)의 상부로 액체 황을 유입시켜 자유 낙하하는 과정에서 탱크부(100) 내부의 물과 황을 교반시킴으로써 액체 황을 소정 크기의 입자로 고형화시킬 수 있으므로, 보다 효과적으로 액체 황을 고형화시킬 수 있다.
중공부(400)는 탱크부(100) 상부의 평면상 중앙 영역에 설치되어 탱크부(100)로 유입된 액체 황이 중앙 영역으로 유입되는 것을 차단하는 부분으로, 충분히 고형화되지 못한 상태의 황이 중앙 영역으로 몰려들어 서로 엉겨 붙는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같은 과정을 통해 액체 황의 고형화를 진행하는 경우, 충분히 고형화되지 못한 상태의 황은 아직 점성이 남아 있어 주변의 황 입자끼리 서로 달라붙을 수 있다.
이와 같이, 황 입자들이 서로 달라 붙는 경우, 그 배출 및 이송이 곤란해질 수 있다는 점에서, 고형화되는 황 입자의 크기를 소정의 크기 이하로 제어할 필요가 있다. 또한, 황 입자들이 고형화되는 과정에서 충분히 분산되어 있는 것이 고형화를 더 원활하게 할 수 있다.
또한, 교반부(300)에 의하여 탱크부(100) 내에서 물이 회전하는 경우, 원심력에 의해 물이 외곽부로 밀려나게 되면 싸이클론 현상에 의해 공기가 유입되는 등의 문제가 생겨, 액체 황에 대한 냉각 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치(1000)는 중공부(400)를 통하여 황 입자를 서로 분산시키고, 물이 외곽부로 밀려나게 되어 싸이클론 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 황의 고형화 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 고형화되는 황의 입자를 배출 및 이송이 용이한 크기 이하로 제어할 수 있다.
이 경우, 중공부(400)는 상하부가 개방된 원형 파이프 형상 등으로 형성되어 측면이 차벽 역할을 하는 것을 통하여 황이 중앙 영역으로 유입되는 것을 차단할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
본 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치(1000)에서, 교반부(300)는 패들(310) 및 모터(320)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 패들(310)은 탱크부(100) 내부의 물과 황을 회전시키도록 중공부(400)의 하단에 설치되는 부분이고, 모터(320)는 이러한 패들(310)에 회전력을 발생시키도록 패들(310)에 결합되는 부분이다.
이를 통해, 탱크부(100) 내부에서 물과 황이 회전하면서 서로 교반되도록 할 수 있으므로, 황의 자유 낙하 시간을 보다 충분하게 확보하여 고형화가 더욱 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
여기서, 패들(310)은 회전 시 탱크부(100) 내부의 물과 황을 탱크부(100)의 평면상 외곽 영역으로 밀어내도록 단부에 평판형 플레이트(311)가 부착될 수 있다. 즉, 도 3(패들(310)의 평면도 및 측면도)에 도시된 바와 같이, 패들(310)의 단부에는 평판형 플레이트(311)가 부착되어, 물과 황을 탱크부(100)의 평면상 외곽 영역으로 밀어내는 힘이 더욱 가해지도록 할 수 있다.
이를 통해, 황 입자를 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있으므로, 황의 고형화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
황유출부(500)는 탱크부(100) 내부에서 교반된 황을 탱크부(100)로부터 유출시키는 부분으로, 탱크부(100)의 하부에 설치되어 고형화되면서 자유 낙하가 완료된 황을 후속 공정상의 장치로 이송되도록 유출시킬 수 있다.
이 경우, 황유출부(500)는 밸브 및 압송펌프 등을 포함하여 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 탱크부(100)의 하부에 복수로 설치될 수 있는 등 다양하게 구성될 수 있다.
탈수부(600)는 탱크부(100)로부터 유출되는 황에서 물을 분리하는 부분으로, 교반과정에서 일정 부분 물을 함유하고 있는 황에서 물을 분리하여 순수한 황만을 추출하도록 할 수 있다.
입자분류부(700)는 탱크부(100)로부터 유출되는 황을 입자의 크기 별로 분류하는 부분으로, 고형화 과정에서 각기 다르게 응결된 황 입자를 크기 별로 분류하여 보관 및 이송을 용이하게 할 수 있다.
이 경우, 입자분류부(700)는 진동선별기 등을 포함하여 황 입자를 크기 별로 분류하도록 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 다양한 구성을 포함하여 이루어질 수 있다.
순환부(800)는 탈수부(600)에서 분리된 물을 탱크부(100)로 재유입시키는 부분으로, 황 입자와 분리된 물을 다시 탱크부(100)로 유입시켜 액체 황과의 교반이 이루어지도록 할 수 있다.
이 경우, 순환부(800)는 밸브 및 압송펌프 등을 포함하여 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 필터 등을 추가적으로 포함하여 순수한 물만이 탱크부(100)로 재유입되도록 할 수 있는 등 다양하게 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 방법을 나타내는 도면이다. 이 경우, 설명의 편의를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 방법의 설명은 도 1 내지 도 4를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 방법은 내부에 물이 수용되는 탱크부(100)의 상부로 액체 황을 유입시키는 단계(S100)로부터 시작된다. 즉, 액체 상태의 황을 탱크부(100)의 상부에서 유입시켜 황이 탱크부(100)의 내부에서 자유 낙하되도록 할 수 있다.
다음으로, 탱크부(100)로 유입된 액체 황이 탱크부(100)의 하부로 자유 낙하하는 과정에서 탱크부(100) 내부의 물과 황을 교반시킨다(S200). 즉, 탱크부(100) 내부의 물과 황을 교반시킴으로써 액체 상태의 황이 물과 접촉되는 시간을 충분히 확보하여 황의 고형화가 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 액체 황 고형화 방법은, 내부에 물이 수용되는 탱크부(100)의 상부로 액체 황을 유입시켜 자유 낙하하는 과정에서 탱크부(100) 내부의 물과 황을 교반시킴으로써 액체 황을 소정 크기의 입자로 고형화시킬 수 있으므로, 보다 효과적으로 액체 황을 고형화시킬 수 있다.
여기서, S200 단계는 탱크부(100)로 유입된 액체 황이 탱크부(100) 상부의 평면상 중앙 영역으로 유입되는 것을 차단하며 수행될 수 있다. 즉, 황 입자가 중앙 영역으로 몰려드는 것을 방지하여 황 입자를 서로 분산시킴으로써, 황의 고형화 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 고형화되는 황의 입자를 배출 및 이송이 용이한 크기 이하로 제어할 수 있다.
다음으로, 탱크부(100) 내부에서 교반된 황을 탱크부(100)로부터 유출시킬 수 있다(S300). 즉, 고형화되면서 자유 낙하가 완료된 황을 후속 공정상의 장치로 이송되도록 유출시킬 수 있다.
다음으로, 탱크부(100)로부터 유출되는 황에서 물을 분리할 수 있다(S400). 즉, 교반과정에서 일정 부분 물을 함유하고 있는 황에서 물을 분리하여 순수한 황만을 추출하도록 할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 액체 황 고형화 방법은 S400 단계 이후에 탱크부(100)로부터 유출되는 황을 입자의 크기 별로 분류하는 단계나, 분리된 물을 탱크부(100)로 재유입시키는 단계를 추가적으로 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 방법에서 표현되는 주요 구성은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 황 고형화 장치(1000)에서 표현되는 주요 구성과 사실상 동일 또는 유사하므로, 중복되는 내용에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 탱크부
200: 황유입부
300: 교반부
310: 패들
311: 평판형 플레이트
320: 모터
400: 중공부
500: 황유출부
600: 탈수부
700: 입자분류부
800: 순환부
1000: 액체 황 고형화 장치

Claims (10)

  1. 내부에 물이 수용되는 탱크부;
    상기 탱크부의 상부로 액체 황을 유입시키는 황유입부;
    상기 탱크부로 유입된 액체 황이 상기 탱크부의 하부로 자유 낙하하는 과정에서 상기 탱크부 내부의 물과 황을 교반시키는 교반부; 및
    상기 탱크부 상부의 평면상 중앙 영역에 설치되어 상기 탱크부로 유입된 액체 황이 상기 중앙 영역으로 유입되는 것을 차단하는 중공부;를 포함하며,
    상기 중공부는
    상하부가 개방된 원형 파이프 형상으로 형성되어 측면이 차벽 역할을 함으로써 황이 중앙 영역으로 유입되는 것을 차단하는,
    액체 황 고형화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교반부는
    상기 탱크부 내부의 물과 황을 회전시키도록 상기 중공부의 하단에 설치되는 패들 및
    상기 패들에 회전력을 발생시키도록 상기 패들에 결합되는 모터를 포함하는, 액체 황 고형화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패들은 회전 시 상기 탱크부 내부의 물과 황을 상기 탱크부의 평면상 외곽 영역으로 밀어내도록 단부에 평판형 플레이트가 부착되는, 액체 황 고형화 장치.
  5. 제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크부 내부에서 교반된 황을 상기 탱크부로부터 유출시키는 황유출부; 및
    상기 탱크부로부터 유출되는 황에서 물을 분리하는 탈수부;
    를 더 포함하는 액체 황 고형화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탱크부로부터 유출되는 황을 입자의 크기 별로 분류하는 입자분류부;
    를 더 포함하는 액체 황 고형화 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 탈수부에서 분리된 물을 상기 탱크부로 재유입시키는 순환부;
    를 더 포함하는 액체 황 고형화 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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