KR20050114207A - 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기 - Google Patents

클라우스 플랜트용 핵분열 반응기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가열 가스, 공기 및 H2S를 포함하는 산 가스로 이루어진 혼합물용 유입구를 가진 연소실(2), 촉매 베드를 가진 촉매 챔버(10) 및 원소 황을 함유하는 고온 프로세스 가스용 가스 출구를 가진 유출측 챔버(11)를 포함하는 내화 라이닝된 보일러(9)를 구비한 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따라 보일러는 연소실(2), 촉매 챔버(10) 및 유출측 챔버(11)가 차례로 배치된 수평 원통형 보일러로서 형성된다. 촉매 챔버는 가스 투과성 격자 벽돌(14)에 의해 유동 방향으로 양 측면에서 제한되고, 촉매 베드를 도입하기 위한 셸측 충전구(5)를 갖는다.

Description

클라우스 플랜트용 핵분열 반응기{FISSION REACTOR FOR A CLAUS PLANT}
본 발명은 가열 가스, 공기 및 H2S를 포함하는 산 가스로 이루어진 혼합물용 유입구를 가진 연소실, 촉매 베드를 가진 촉매 챔버 및 원소 황을 함유하는 고온 프로세스 가스용 가스 출구를 가진 유출측 챔버를 포함하는 내화 라이닝된 보일러를 구비한 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기에 관한 것이다.
클라우스 플랜트에서, 황화수소는 원소 황으로 변환되고, 상기 황은 프로세스 가스 흐름의 냉각에 의해 축합되고 분리된다. 클라우스 플랜트의 기본 구성은 핵분열 반응기, 폐열 보일러 및 하나 이상의 촉매 단으로 이루어진다. H2S를 함유하는 산 가스는 공기 및 가열 가스와 함께 핵분열 반응기의 연소실 내로 안내된다. 여기서는, 촉매 베드에서 발열 반응 동안 황화수소의 약 60-70%가 황으로 변환된다. 프로세스 가스는 약 1200℃의 온도를 가지고 핵분열 반응기를 벗어나고 폐열 보일러 내에서 170℃ 미만의 온도로 냉각된다. 축합 황의 분리 후에, 프로세스 가스가 다시 가열되어 촉매 단에 공급되고, 상기 촉매 단에서 300℃ 미만의 작동 온도에서 황화수소(여전히 프로세스 가스 중에 함유되어 있음)가 원소 황으로 변환된다.
공지된 조치의 범주에서 핵분열 반응기로는 수직 고로(高爐)가 사용되고, 상기 고로는 그 상단부에 연소실을 그리고 상기 연소실의 하부에 느슨한 촉매 베드로 이루어진 베드를 갖는다. 상부로부터 하부로 관류되는 고로는 큰 높이를 갖는다. 안정성의 이유 때문에, 고로에 작용하는 풍력를 수용하기 위한 복잡한 고로 골격이 필요하다. 또한, 연소실로부터 나온 불꽃이 촉매 베드에까지 이르러 촉매가 손상될 수 있다는 문제가 있다.
도 1은 본 발명에 따라 형성된 핵분열 반응기를 구비한 클라우스 플랜트의 개략도.
도 2는 도 1에 비해 확대 도시된 핵분열 반응기를 도시한 단면도.
본 발명의 목적은 클라우스 플랜트의 핵분열 반응기용 플랜트 기술 비용을 줄이는 것이다. 핵분열 반응기는 컴팩트한 구조로 기능적으로 확실하게 작동할 수 있어야 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따라 보일러는, 연소실, 촉매 챔버 및 유출측 챔버가 차례로 배치된 수평 원통형 보일러로서 형성되고, 상기 촉매 챔버는 유동 방향으로 양측면에서 가스 투과성 격자 벽돌에 의해 제한되며 촉매 베드를 도입하기 위한 셸측 충전구를 갖는다. 바람직하게는 유입구 및 가스 출구가 보일러의 맞은편 단부면에 배치된다. 본 발명은 촉매 베드가 양 측면에서 가스 투과성 격자 벽돌에 의해 제한된 촉매 챔버 내로 도입되면, 핵분열 반응기의 수평 배치가 구현될 수 있다는 사실을 기초로 한다. 본 발명에 따른 배치에 의해 많은 장점이 얻어진다. 핵분열 반응기는 작은 연소실을 가지고 컴팩트하게 형성될 수 있는데, 그 이유는 내화 재료로 이루어진 가스 투과성 격자 벽돌이 불꽃이 연소실로부터 촉매 베드에까지 이르는 것을 효과적으로 방지하기 때문이다. 또한, 보일러의 수평 배치에 의해 핵분열 반응기를 세울 때의 정적 문제가 없어진다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 내화 재료로 이루어진 격자 벽돌은 긴 홀을 가지며, 상기 홀은 대개 구형의 촉매에 의해 막히지 않는다.
본 발명에 따른 핵분열 반응기의 또 다른 실시예에서는 유출측 챔버의 둘레에 내화 라이닝된 분기 관이 연결되고, 상기 분기 관은 보일러에 인접한, 상대적으로 차가운 프로세스 가스가 흐르는 프로세스 가스 관과 통한다. 분기 관의 입구 영역에는 밸브체가 조절 가능하게 배치되고, 상기 밸브체에 의해 분기 관으로부터 나온 고온 가스 흐름의 양이 조절될 수 있다. 프로세스 가스 관을 통해 흐르는 차가운 프로세스 가스가 밸브체 및 상기 밸브체에 할당된 조절 장치를 냉각시키므로, 밸브체 및 조절 장치에는 통상의 금속 재료가 사용될 수 있다.
또 다른 실시예는 청구항 5에 개시되어 있고 이하에서 실시예로 설명된다.
도 1에 도시된 클라우스 플랜트에서 황화수소가 원소 황으로 변환된다. 플랜트의 기본적인 구성은 연소실(2) 및 촉매 베드(3)를 가진 핵분열 반응기(1), 상기 핵분열 반응기(1)의 가스 출구에 연결된 폐열 보일러(4) 및 하나 이상의 촉매 단(5)을 포함한다. 황화수소를 함유하는 산 가스(6)는 공기(7) 및 가열 가스(8)와 함께 핵분열 반응기(1)의 연소실(2) 내로 유입된다. 발열 반응 동안 황화수소의 일부가 촉매에서 원소 황으로 변환된다. 프로세스 가스는 약 1200℃의 온도로 핵분열 반응기(1)를 벗어나고 폐열 보일러(4)에서 황의 축합을 위해 필요한 170℃ 미만의 온도로 냉각된다. 축합 황이 분리된다. 황의 분리 후에, 냉각된 프로세스 가스가 가열되어 촉매 단(5)에 공급되고, 상기 촉매 단 내에서 황 화합물이 촉매에서 원소 황으로 변환된다. 촉매 단(5)은 300℃ 미만의 온도로 작동된다. 촉매 단(5)을 벗어난 프로세스 가스는 마찬가지로 폐열 보일러(4)에서 황의 축합에 필요한 온도로 냉각되고, 축합된 황은 분리된다.
도 1과 도 2의 비교에서 나타나는 바와 같이, 핵분열 반응기(1)는 내화 라이닝된 수평 원통형 보일러(9)로 이루어지고, 상기 보일러(9) 내에는 연소실(2), 촉매 베드(3)용 촉매 챔버(10) 및 유출측 챔버(11)가 차례로 배치되어 있다. 보일러(9)의 맞은편 단부면에는 가열 가스, 공기 및 H2S를 함유하는 산 가스로 이루어진 혼합물용 유입구(12) 및 원소 황을 함유하는 고온 프로세스 가스용 가스 출구(13)가 배치된다. 촉매 챔버(10)는 양 측면에서 내화 재료로 이루어진 가스 투과성 격자 벽돌(14)에 의해 제한되고, 촉매 베드를 도입하기 위한 셸측 충전구(15)를 갖는다. 격자 벽돌(14)은 바람직하게는 긴 홀을 포함한다. 유출측 챔버의 둘레에 내화 라이닝된 분기 관(16)이 접속되며, 상기 분기 관(16)은 보일러에 인접한 프로세스 가스 관(17)과 통한다. 프로세스 가스 관(17)은 폐열 보일러(4)의 가스 출구를 촉매 단(5)에 연결하고, 프로세스 가스에 의해 관류되는데, 상기 프로세스 가스는 폐열 보일러(4)로부터 170℃ 미만의 온도로 유출되어 촉매 단(5) 내로 유입되기 전에 210 ℃ 내지 250℃의 작동 온도로 가열된다. 상기 가열은 분기 관(16)을 통해 유입되는 고온 프로세스 가스의 혼합에 의해 이루어진다. 분기 관(16)의 입구 영역에는 밸브체(18)가 조절 가능하게 배치되고, 상기 밸브체에 의해 분기 관(16)으로부터 나온 고온 가스 흐름의 양이 조절될 수 있다. 밸브체(18) 및 상기 밸브체에 할당된 조절 장치(19)는 프로세스 가스 관(17)을 통해 흐르는 상대적으로 차가운 프로세스 가스에 의해 냉각되므로, 통상의 금속 재료가 사용될 수 있다.
또한, 핵분열 반응기는 세척 및 검사 개구(20) 및 온도 측정 장치용 입구(21)를 갖는다.
폐열 보일러(4)는 내압 셸에 의해 둘러싸인 증기 발생기 챔버를 포함한다. 상기 증기 발생기 챔버에는 보일러 급수용 공급 장치(22) 및 약간 압축된 증기용 인출 장치(23)가 접속된다. 폐열 보일러(4)는 열 교환기 관으로 이루어진 긴 관 다발을 포함하며, 상기 열 교환기 관은 증기 발생기 챔버를 통해 연장되고, 2개의 단부가 증기 발생기 챔버를 제한하는 관 바닥 내로 삽입된다. 또한, 상대적으로 짧은 열 교환기 관으로 이루어진 하나 이상의 다른 관 다발이 제공된다. 상기 열 교환기 관의 유출측 단부는 마찬가지로 관 바닥 내로 삽입되고, 그것의 유입측 단부는 유입 챔버(24)와 통한다. 긴 관 다발은 핵분열 반응기로부터 나온 고온 프로세스 가스에 의해 관류된다. 유입 챔버(24)는 증기 발생기 챔버 내부에 배치되고, 촉매 단(5)으로부터 나온 차가운 프로세스 가스에 의해 작용된다. 또한, 폐열 보일러(4)는 헤드부(25)를 갖는데, 상기 헤드부(25)는 유출측 단부에서 관 바닥에 접속되며 다수의 섹션들로 세분된다. 헤드부(25)의 각각의 섹션에는 각각 하나의 관 다발이 할당된다. 축합된 황을 유도하기 위한 장치가 상기 섹션들에 접속된다.

Claims (5)

  1. 가열 가스, 공기 및 H2S를 포함하는 산 가스로 이루어진 혼합물용 유입구(12)를 가진 연소실(2), 촉매 베드(3)를 가진 촉매 챔버(10) 및 원소 황을 함유하는 고온 프로세스 가스용 가스 출구(13)를 가진 유출측 챔버(11)를 포함하는 내화 라이닝된 보일러(9)를 구비한 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기에 있어서,
    상기 보일러(9)는 연소실(2), 상기 촉매 챔버(10) 및 상기 유출측 챔버(11)가 차례로 배치된 수평 원통형 보일러로서 형성되고, 상기 촉매 챔버(10)는 유동 방향으로 양 측면에서 가스 투과성 격자 벽돌(14)에 의해 제한되며 상기 촉매 베드(3)를 도입하기 위한 셸측 충전구(15)를 갖는 것을 특징으로 하는 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유입구(12) 및 상기 가스 출구(13)는 상기 보일러(9)의 맞은편 단부면에 배치되는 것을 특징으로 하는 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 격자 벽돌(14)은 긴 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유출측 챔버(11)의 둘레에 내화 라이닝된 분기 관(16)이 접속되고, 상기 분기 관은 보일러(9)에 인접한 프로세스 가스 관(17)과 통하며, 상기 분기 관(16)의 입구 영역에는 밸브체(18)가 조절 가능하게 배치되고, 상기 밸브체에 의해 상기 분기 관(16)으로부터 나온 고온 가스 흐름의 양이 조절될 수 있으며, 상기 프로세스 가스 관(17)은 상대적으로 차가운 프로세스 가스에 의해 관류되고, 상기 프로세스 가스는 밸브체(18) 및 상기 밸브체에 할당된 조절 장치(19)를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가스 출구(13)에는 폐열 보일러(4)가 접속되고, 상기 보일러 내에서 상기 보일러(9)로부터 나온 고온 프로세스 가스가 원소 황의 축합을 위해 냉각되어 증기가 발생되며, 상기 분기 관(16)은 프로세스 가스 관(17)과 통하고, 상기 프로세스 가스 관(17)은 폐열 보일러(4)와 연결되며 냉각된 프로세스 가스를 클라우스 플랜트의 촉매 단(5)에 공급하는 것을 특징으로 하는 클라우스 플랜트용 핵분열 반응기.
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