KR20030055355A - 광석입자의 주입방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비기계적 밸브인 U자형 도관(루프실)을 통하여 광석입자를 상승관(반응기)내에 주입하는 방법에 관한 것으로써, U자형 도관을 통하여 광석입자를 상승관에 주입시 기체의 주입위치를 적절히 제어하므로써, 광석입자를 안정적으로 상승관내에 주입할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 광석입자가 인입되는 수직부, 광석입자가 배출되는 웨어(weir)부 및 수직부와 웨어부를 광석입자소통관계로 연결해주는 수평부를 포함하는 U자형 도관을 통해 광석입자를 상승관에 주입하는 방법에 있어서,

상기 U자형 도관의 수직부, 수평부 및 웨어부를 차례로 거쳐 광석입자를 상승관에 주입할 시 상기 웨어부의 외측부에서 수평부 중심까지의 수평부 저부에서 기체를 주입하고, 그리고 상기 수평부의 저부와 상부사이의 수직부 외측부에서 기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 광석입자의 주입방법을 그 요지로 한다.

Description

광석입자의 주입방법{Method for Injecting Ore Particles}

본 발명은 비기계적 밸브인 U자형 도관(루프실)을 통하여 광석입자를 상승관(반응기)내에 주입하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 비기계적 밸브인 U자형 도관(루프실)을 통하여 광석입자를 상승관(반응기)내에 주입 시 기체의 주입위치를 적절히 제어하여 광석입자를 안정적으로 주입하는 방법에 관한 것이다.

광석입자와 같은 고체를 반응기내에 주입하기 위한 방법에 적용되는 밸브에는 입자 흐름 속도 조절방식에 따라 기계적구동부에 의해 고체흐름을 조절하는 기계적밸브와 공기나 기체주입량에 의해 조절하는 비기계적밸브가 있다.

특히, 고온 고압으로 조업되는 경우, 기계적구동부가 없고 제작비와 유지비가 저렴하고 밀봉문제가 없는 비기계적밸브가 많이 사용된다.

비기계적 밸브는 반응기내 입자의 재주입이 필수적인 순환유동층에서 현재 많이 사용되고 있다.

이러한 비기계적 고체 재주입장치의 개발에 관한 예로는, 미합중국 특허 제4,951,612호 및 대한민국특허 제0250625호가 있다.

상기 미합중국 특허 제4,951,612호에는 루프실 형태의 비기계적 고체 재주입 장치가 개시되어 있다.

상기 비기계적 고체재주입장치는 도관의 수평부와 수직부가 J자 형태를 이루도록 구성되어져 있으며, 도관의 수평부와 수직부로 각각 공기를 주입함으로써 고체입자를 유동시켜 고체를 상승관으로 재주입할 수 있게 한다.

즉, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 비기계적 고체재주입 장치는 싸이클론(미도시)에서 포집된 고체를 상승관(7)으로 전달하는 장치에 있어서, 수직부(1) 및 수평부(2)로 구성되는 J자 형태의 도관에, 상기 도관의 수직부의 공기주입부(3) 및상기도관의 수평부의 공기 주입부(5)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 대한민국특허 제0250625호에는 도관의 수평부와 수직부로 구성되는 J자 형태의 도관에, 전기 도관의 수직부의 공기주입부가 도관의 수직부 벽면에 대하여 고체흐름 방향으로 30° 내지 50°의 경사를 이루면서 접선방향으로 공기를 주입하도록 구성되어 있는 비기계적 고체재주입 장치가 제시되어 있다.

즉, 상기 비기계적 고체재주입 장치는 도 2에서와 같이, 싸이클론(미도시)에서 포집된 고체를 상승관(17)으로 전달하는 장치에 있어서, 수직부(11) 및 수평부(12)로 구성되는 J자 형태의 도관에, 상기 도관의 수직부의 공기주입부(18), 하방 접선 공기주입부(14)및 상기 도관의 수평부의 공기 주입부(15)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기한 종래의 비기계적 고체 재주입 장치들은 수평부 전체를 최소유동화상태 또는 그 이상으로 유지하면서 수직관에 주입되는 기체의 양을 조절하여 입자들을 상승관내로 주입하게 된다.

이 경우 모래입자나 FCC 입자같이 유동성이 좋은 입자들은 안정적으로 상승관내에 입자의 재주입이 가능하다.

그러나, 상기한 종래의 비기계적 고체 재주입 장치들을 사용하여 유동성이 상당히 떨어지는 광석입자를 주입하는 경우에는 유동성이 상당히 떨어지기 때문에, 수평부 전체를 최소유동화상태나 그 이상으로 유지하면서 수직관내 기체를 주입하는 경우 수직관내에 큰 기포가 형성되어 고체입자의 흐름이 불안정해지거나 입자가 상승관으로 재주입이 되지 않아 조업자체가 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 U자형 도관을 통하여 광석입자를 상승관에 주입시 기체의 주입위치를 적절히 제어하므로써, 광석입자를 안정적으로 상승관내에 주입할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 J자 형태의 비기계적 고체 재주입 장치를 모식적으로 나타낸 개략도

도 2는 종래의 U자 형태 도관에 수직부에 하방 접선공기 주입부가 설치된 비기계적 고체재주입 장치를 모식적으로 나타낸 개략도

도 3은 본 발명에 사용된 U자 형태의 비기계적 고체 재주입 장치를 모식적으로 나 타낸 개략도

도 4는 종래방법에 따라 공기를 주입한 경우 상승관내에서 고체흐름에 의한 압력변이 신호를 나타낸 그래프

도 5는 본 발명에 의하여 비기계적 밸브의 개선된 공기주입부에서 공기를 주입한 경우 상승관내에서 고체흐름에 의한 압력변이 신호를 나타낸 그래프

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 11, 21 . . . 수직부 2, 12, 22 . . . 수평부 3, 18, 23 . . . 수직주입부

5, 25 . . . 수평주입부 7, 17, 27 . . . 상승관 24 . . . 웨어부

본 발명은 광석입자가 인입되는 수직부, 광석입자가 배출되는 웨어(weir)부 및 수직부와 웨어부를 광석입자소통관계로 연결해주는 수평부를 포함하는 U자형 도관을 통해 광석입자를 상승관에 주입하는 방법에 있어서,

상기 U자형 도관의 수직부, 수평부 및 웨어부를 차례로 거쳐 광석입자를 상승관에 주입할 시 상기 웨어부의 외측부에서 수평부 중심까지의 수평부 저부에서 기체를 주입하고, 그리고 상기 수평부의 저부와 상부사이의 수직부 외측부에서 기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 광석입자주입방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명한다.

본 발명은 도 3에도 나타나 있는 바와 같이, 광석입자가 인입되는 수직부(21), 광석입자가 배출되는 웨어(weir)부(24) 및 수직부(21)와 웨어부(24)를 광석입자소통관계로 연결해주는 수평부(22)를 포함하는 U자형 도관을 통해 광석입자를 상승관(27)에 주입하는 방법에 적용되는 것이다.

본 발명에서는 상기 U자형 도관의 수직부(21), 수평부(22) 및 웨어부(24)를 차례로 거쳐 광석입자를 상승관(27)에 주입할 시 상기 웨어부(24)의 외측부(24a)에서 수평부(22)중심까지의 수평부 저부(22a)에 수평주입부(25)를 구비시켜 기체를 주입하고, 그리고 상기 수평부의 저부(22a)와 상부(22b)사이의 수직부의 외측부(21a)에 수직주입부(23)를 구비하여 기체를 주입하므로써 광석입자를 안정적으로 상승관(27)내에 주입할 수 있게 된다.

상기 기체로는 공기 또는 불활성가스등을 들수 있다.

이하, 본 발명에 있어서 기체주입부의 위치선정에 대하여 설명한다.

상기 수평관(22)에 구비되어 있는 수평주입부(25)를 통해 주입되는 기체는 수평관내 입자가 유동성을 가지도록 하여 입자가 상승관(27)으로 주입되는 것을 가능하게 한다.

이때 수평관(22)의 수평주입부(25)를 통해 주입되는 기체의 양으로는 충분한 광석입자를 상승관(27)으로 주입시킬 수 없으므로, 수직부(21)에 구비되어 있는 수직 주입부(23)를 통하여 주입되는 기체의 양을 변하시켜 상승관(27)내에 주입되는 광석입자의 양을 조절하게 된다.

그러나, 광석입자의 경우 공기를 도관의 수평부에 구비되어 있는 수평주입부(25) 및(35) 두곳에서 주입이 되는 경우 수직관내(21)에 큰 기포를 형성하여 초기에 광석입자가 주입되다가 광석의 흐름이 매우 불안정하거나 아에 상승관으로 주입되지 않는 경우가 관찰되었다.

그러므로, 광석입자를 상승관(27)에 주입할 시 기체의 주입은 상기 웨어부(24)의 외측부(24a)에서 수평부(22)중심까지의 수평부 저부(22a)에 수평주입부(25)를 구비시켜 기체를 주입하여야 한다.

한편, 기존의 연구에 의하면, 수직부의 기체주입부가 도관의 수평부로부터 도관의수평부 지름에 2.0내지 2.5배에 해당되는 높이에 설치하는 것이 바람직하다고 보고되었다.

그러나, 수직부에서의 공기 주입을 도관의 수평부 지름에 2.0내지 2.5배에 해당되는 높이에서 주입하는 경우[도 3에서 수직주입부(28),(38) 및(48)에 해당됨]에는 수직부에 큰 기포또는 슬러그가 형성되어 고체 입자의 흐름이 상당히 불안정하다.

따라서, 본 발명에서는 수직부에서의 기체의 주입은 상기 수평부의 저부(22a)와 상부(22b)사이의 수직부의 외측부(21a)에 수직주입부(23)를 구비하여 기체를 주입하여야 한다.

여기서 사용되는 상승관은 기체와 고체가 반응하는 반응기를 의미하는 것으로, 예를들면, 유동층로등을 들수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 입도분포 및 겉보기 밀도를 갖는 광석입자를 하기 표 2와 같은 크기를 갖는 U자형 도관을 사용하여 하기 표 2와 같은 크기를 갖는 상승관에 주입하였다.

이때, 상승관내의 기체유속 및 수직부 및 수평부를 통해 주입되는 기체의 유량은 하기 표 3과 같았다.

종래예 및 발명예에 있어서 기체주입위치는 하기 표 4와 같다.

상기와 같이 광석입자의 주입시 상승관내에서 광석입자흐름에 의한 압력변이신호를 조사하고, 종래예에 대한 결과는 도 4에, 그리고 발명예에 대한 결과는 도 5에 나타내었다.

광석	Hammersley (호주산)
입도분포	2 mm 이하
겉보기밀도	4500 kg/m3

상승관	내경: 0.078 m, 높이 : 6.0 m
루프실 - 수직관	내경: 0.050 m, 높이 : 1.0 m
루프실 - 수평관	140 x 60 mm

상승관내 기체유속 [m/s]	10 - 22.5
수평관내로 주입되는 유량 [m3/hr]	6.0 - 10.0
수직관내로 주입되는 유량 [m3/hr]	2.0 - 6.0

구분	수평부의 기체주입위치	수직부의 기체주입위치
종래예	웨어외측부에서 34mm되는 위치 및 웨어외측부에서 100mm되는 위치	수평부의 저부로부터 125mm되는 위치
발명예	웨어외측부에서 34mm되는 위치	수평부의 저부로부터 30mm되는 위치

도 4에 나타난 바와 같이, 종래방법에 따라 기체를 주입하는 종래예의 경우에는 압력강하 신호 변화의 폭이 매우 큼을 알 수 있다. 이것은 주입되는 광석의 흐름이 매우 불안정하기 때문이다 (도 4(a)).

또한, 일부조건에서는 초기에만 광석이 주입되다가 약 3분후에는 수직관의 큰 기포또는 슬러그의 생성으로 광석이 상승관내로 거의 흐름지 않았다 (도 4 (b)).

그러나, 본 발명에 따라 기체를 주입한 발명예의 경우에는 도 5에 나타난 바와 같이, 압력강하 신호 변화의 폭이 매우 적음을 알 수 있으며, 따라서, 본 발명에 의한 경우에는 안정적인 고체의 주입이 가능함을 알 수 있다.

그리고, 수직관내 기체의 양을 조절하여 상승관내 주입되는 고체의 양을 약 0.1 kg/s에서 1.0 kg/s 까지 조절이 가능하였다.

본 발명은 수평부 및 수직부로 구성되는 U자 형태의 도관을 통해 광석입자를 상승관에 주입하는 경우 공기주입위치를 적절히 변경함으로써 안정적으로 반응기(상승관)내에 고체를 주입할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 광석입자가 인입되는 수직부, 광석입자가 배출되는 웨어(weir)부 및 수직부와 웨어부를 광석입자소통관계로 연결해주는 수평부를 포함하는 U자형 도관을 통해 광석입자를 상승관에 주입하는 방법에 있어서,

   상기 U자형 도관의 수직부, 수평부 및 웨어부를 차례로 거쳐 광석입자를 상승관에 주입할 시 상기 웨어부의 외측부에서 수평부 중심까지의 수평부 저부에서 기체를 주입하고, 그리고 상기 수평부의 저부와 상부사이의 수직부 외측부에서 기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 광석입자주입방법