KR200260565Y1 - 에어 란싱 공정 - Google Patents

Abstract

화학설비에서 촉매의 역할은 매우 중요하다. 원하는 성분의 화학물을 만들기 위해서 촉매와의 반응은 필수적이다. 이러한 촉매반응은 반응조(Reactor)에서 일어나며 일반적으로 벌크타입 (Bulk Type)과 튜블라타입(Tubular Type)의 두 종류가 사용된다. 특히 활성도가 높은 촉매의 경우는 반응 중 발생하는 고열을 냉각하기 위해서 튜블라타입을 사용해야만 한다. 그러나 냉각이 용이하여 고열이 발생하는 높은 활성도의 촉매작용에 유리하지만, 비교적 복잡한 구조 때문에 관리가 어렵다는 단점이 있다. 더구나 수명이 다한 촉매는 그 기능을 상실하게 되므로 교체해주어야 하지만, 좁고 긴 튜브의 형상(Φ31-38 mm, 8-12 m) 때문에 기존의 촉매를 제거하기가 매우 난해하다.

지금까지는 기존의 폐촉매를 제거하기 위해 특별한 기술 없이 스틸테이프 (Fish Tape)를 이용한 수작업과 진공으로 흡입하는 방법을 사용하고 잔유물의 청소는 샌드 브라스팅(Sand Blasting)을 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 단지 기존의 장비와 기술에 의한 주먹구구식 방법으로 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라, 심각한 분진으로 작업환경이 매우 열악하다.

에어 란싱 공정은 튜블라타입 반응로의 촉매제거 작업의 전용으로 고안된 기술로서 작업시간과 효율 뿐 아니라 작업환경까지 획기적으로 개선하였다. 특히 분진이 전혀 발생되지 않는 청정공법이며 동시에 잔유물의 제거를 위한 별도의 샌드 브라스팅이 필요치 않은 공법이다.

Description

에어 란싱 공정 { Air Lancing System }

화학설비의 반응조에서 수명이 다한 촉매의 교체작업을 위한, 기존의 폐촉매를 제거하는 기술이다. 활성도가 높은 촉매를 사용하는 튜블라타입 반응조의 문제가 되는 촉매 교체작업을 해결한 기술로서 이러한 타입에 전용할 수 있다.

지금까지는 폐촉매를 제거하기 위한 특별한 기술 없었다. 그저 스틸테이프 (Fish Tape)를 이용한 수작업 후 튜브 내부에 부착 되어있는 촉매 잔유물과 발청된 녹의 크리닝(Cleaning)을 위한 샌드 브라스팅(Sand Blasting)의 병행작업이 사용되고 있을 뿐이다. 이 방법은 일차적으로 스틸테이프로 반응조의 하부 돔(Dome)에서 튜브의 하단부터 스틸테이프로 쑤신다. 이러한 방법으로 튜브에 끼어있는 촉매들을 하중에 의해 낙하시킨다(Dumping). 그러나 실제 설비에서 사용되는 촉매는 반응 효율을 높이기 위한 다공성의 물질로서 스틸테이프에 의한 충격이나 낙하 중의 충돌에 의해 대량의 분진을 발생하여 심각한 문제가 된다. 그리고 이러한 작업은 일반적으로 수작업으로 이루어져서 숙련자라도 오랜 시간이 걸리며, 열악한 작업환경에 대한 뚜렷한 대책도 없는 실정이다.

일단 스틸테이프에 의한 제거가 끝나면, 튜브 내면에 점착되어 있는 잔유촉매와 이물질을 샌드 블라스팅으로 제거한다. 샌드 브라스팅은 이미 잘 알려졌듯이 심각한 분진을 발생하는 방법이다, 더구나 튜브와 튜브씨트에 손상을 주어 튜브의 두께(Thickness)를 얇아지게 한다.

이렇듯 지금까지는 효율적인 공정의 부재로 많은 인력과 시간을 소모하면서도 심각한 분진을 발생하는 비효율적인 공정이 사용되어왔다.

튜블라타입의 촉매 반응조는 좁고 긴 형상의 튜브(직경 38mm, 길이 12m)가 1만개를 전후로 밀집되어있는 특수한 구조로 되어있다. 따라서 보다 특수한 처리 방식이 필요하며, 이러한 방식은 공장 정지기간의 단축과 작업 환경 개선을 위해 더욱 빠르고 완벽하게 촉매를 제거하면서도 쾌적한 작업환경을 유지해야 한다. 또한 촉매의 재활용을 위한 체계적인 수거과정이 요구된다.

본 기술은 튜블라타입의 촉매 반응로에 적용하여 효율적인 폐촉매의 제거 및 수거를 위해 고안된 환경 친화적인 기술이다.

본 기술에서는 고압의 에어를 분사시킴과 동시에 흡입하여 폐촉매를 제거하여 포장한다. 촉매는 반응을 촉진시키기 위해 다공성의 넓은 표면을 가지고 있어서 흡입에 의한 제거 효과가 매우 우수하다. 또한 제거된 폐촉매와 작업 중에 발생하는 분진 및 이물질은 진공으로 흡입한다. 진공장치는 이물질과 촉매의 분리 및 이물질의 필터링(Filtering)을 동시에 수행하여 작업시간을 더욱 단축시킨다.

에어 란싱 공정의 가장 큰 특징은 촉매제거와 튜브 내부의 브라스팅이 동시에 이루어진다는 점이다. 촉매의 교체작업은 튜브 내면에 점착되어 있는 잔유촉매와 이물질의 제거작업을 포함한다. 특수 제작된 에어란스(Air-Lance)는 2가지 형태의 노즐을 가지고 있다. 전면부의 노즐은 촉매의 제거를 담당하며 측면에 위치한 노즐은 제거된 촉매를 부양시킴과 동시에 제거된 촉매를 브라스팅 미디어(Blasting Media)로 하여 튜브 벽면에 대한 브라스팅 작업을 동시에 수행한다.

또한 작업 중의 튜브는 완전히 밀폐되어 있는 상태이므로, 반응조의 환경을 제어하는 것이 가능하다. 따라서 지속적으로 건조하고 적절한 온도의 공기를 반응조 전체에 지속적으로 공급하여, 이미 작업이 끝난 튜브의 손상을 방지하고 쾌적한 작업환경을 유지할 수 있다.

기존의 방식은 스틸테이프에 의한 작업만도 튜브당 5분 가량이 걸렸으나, 본 기술에서는 튜브당 2분 정도에 시공한다. 더구나 튜브의 브라스팅과 폐촉매의 수거도 동시에 이루어 져서 작업시간이 대폭 감소하였고, 쾌적한 환경에서 완벽한 처리가 가능하도록 최적화 되었다.

도 1 은 에어 란스에 의한 촉매제거 작업의 공정도이다.

도 2 는 에어 란스에 의한 촉매의 제거와 흡입 과정의 세부적인 묘사이다.

도 3 은 제거된 촉매를 수거하여 분리하는 작업의 공정도이다.도 4 는 작업환경을 제어하는 시스템의 공정도이다.

도 5 는 노즐의 도면이다.

도 6 는 일반적인 촉매의 형상이다.

도 1 은 튜브 내의 폐촉매를 제거하기 위한 에어란스가 수행하는 작업의 공정을 나타낸 그림이다. 그림처럼 압축기(Air Compressor)를 통해 공급되는 공기의 습기 제거를 위해 고압공기 건조기를 통과시켜 결로점 -30℃의 압축공기를 에어란스 휠에 보낸다. 에어란스 릴은 반응기 만의 작업자가 원격 조정할 수 있도록 고안되어 있고 에어란스 릴에 연결한 고압호스(직경 9mm)는 반응기 내부의 작업자에 의해 튜브 상단에 위치한 노즐의 에어 란스 홈에 삽입한다. 작업자는 삽입된 에어 란스를 잡고 조정 스위치를 작동하여 고압의 공기를 분사시키면서 서서히 밀어 넣는다. 분사된 공기는 튜브 내의 촉매를 분리시켜 란스가 진행할 수 있도록 하며 촉매를 진행방향의 후방으로 밀어낸다.

도 2 는 특수하게 고안된 노즐에 의해서 튜브 내의 촉매가 효율적으로 제거되고 수거되는 과정을 나타낸 그림이다. 에어 란스를 통해 이송된 고압의 공기(1)는 측면의 노즐에 일부가 분리(2)된 후 노즐의 첨단을 통해서 고속으로 분출(3)된다. 고압 공기에 의해 튜브 중심부의 촉매는 벽면 쪽으로 밀려서(4) 부양하게 되고, 이때 튜브와 에어 란스 사이의 좁은 틈으로 밀려 올라가게 되어 튜브 벽면과의 충돌(5)을 반복하다가 측면 노즐이 분사하는 공기에 의해 형성된 상승기류를 타고 더욱 높이 부상(6)하게 된다.도 6 에서 볼 수 있듯이 촉매의 형상은 가운데 구멍이 뚫린 원통형으로 표면적이 매우 넓고, 가볍기 때문에 공기로 불어서 쉽게 부양시킬 수 있다. 또한 표면이 거칠고 건조하여 마찰계수가 매우 높다. 따라서 벽면과의 접촉 시 마치 사포로 문지르는 듯한 효과를 끊임없이 작용하여 벽면에 대한 손상 없이 브라스팅을 수행하게 된다.도 2 의 두 번째 그림은 튜브 상부에서 진공으로 흡입하는 과정을 보여주고 있다. 에어 란스에 의해서 부상한 촉매(7)는 흡입노즐(- 350 ~ - 650 mmHg)에 의해서 튜브 밖으로 흡입(8)되어 진공 흡입기로 향하게(8) 된다. 그림에서처럼 흡입노즐과 튜브는 밀폐된 공간을 형성하고 있으며 중앙을 관통하는 에어 란스의 촉매 분리를 위한 고압 공기의 공급과 수거를 위한 진공 흡입이 동시에 이루어지고 있음을 알 수 있다.도 3 에서 볼 수 있듯이 흡입노즐에서 호스를 따라 분리기로 이어져 있는 진공 시스템은 흡입된 촉매를 이물질과 분리하여 재활용할 수 있도록 따로 수거한다. 분리기에서는 일정량의 촉매를 모아서 호퍼(Hopper)를 통해 자루에 담는다. 진공장치는 제거된 폐촉매를 비롯하여 작업 중 발생한 먼지와 브라스팅으로 제거한 튜브의 녹과 이물질을 모두 흡입하여 청결한 작업환경을 유지할 수 있게 한다.

도 4 에 나타난 시스템에서는 반응조의 환경을 건조하고 청결한 상태로 유지한다. 결로점(Dew Point) -30℃, 온도 15-17℃로 조절된 공기는 필터를 통해 염해와 먼지(Dust)가 제거되어 최적의 상태에서 작업이 이루어짐과 동시에 튜브에 발생할 수 있는 추가적인 부식을 방지할 수 있다.

에어 란스 노즐의 형상은 도 5 에 하나의 예시가 있다. 그림처럼 일반적인 노즐과는 달리 측면에 경사진 노즐(1)이 붙어 있다. 이러한 측면의 노즐은 전면부의 노즐이 제거한 촉매의 부양을 촉진함과 동시에 반경방향으로 압력을 가하여 촉매가 튜브의 벽면에 가하는 충격을 증대시킨다. 제거하려는 촉매의 밀집 정도나 튜브 내부의 상태에 따라 측면 노즐의 각도(2) 조정이 필요하다. 측면 노즐의 개수의 추가는 (3)나 (4)와 같이 단계적으로 설치하는 것이 효과적이다.

이렇듯 튜블라타입의 반응조에 최적화된 공정은 한번의 공정으로 촉매의 제거와 브라스팅 및 촉매의 수거를 동시에 수행하여 작업시간을 획기적으로 줄였고, 쾌적한 환경에서 우수한 효과를 거둘 수 있는 장점이 있다.

화학설비에서 반응조의 촉매는 매우 중요한 역할을 하며, 이러한 촉매의 적절한 교체 역시 중요하다. 지금까지 촉매의 교체를 위해 기존의 폐촉매를 제거하는 데 많은 어려움으로 많은 인력과 시간이 소모되었고, 작업 중 발생하는 심각한 분진으로 작업자의 건강 뿐 아니라 환경에도 많은 피해를 끼쳐왔다.

본 기술은 보다 쾌적한 작업환경에서 최고의 효율을 구현한 진보된 기술이다. 튜블라타입 반응조에 전용으로 고안되어 가장 최적화된 방식으로 작업시간과 인력 그리고 작업효과 등 모든 면에서 비교할 수 없을 정도로 우수하다. 따라서 본 기술의 시공으로 설비를 운영하는 기업의 경쟁력을 강화할 수 있으며, 나아가 환경보호에도 이바지 할 수 있다.

Claims (2)

1. 튜블라타입 반응조의 촉매 제거에 전용으로 고안된 기술로서 고압의 공기를 이용한 브라스팅으로 튜브의 손상 없이 촉매의 제거와 수거 및 튜브의 브라스팅까지도 가능하도록 에어 란스와 고압 공기 공급 장치 및 진공 흡입, 분리, 수거 장치가 결합된 에어 란싱 시스템.
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