KR20100061517A

KR20100061517A - 켄칭 용기

Info

Publication number: KR20100061517A
Application number: KR1020107007231A
Authority: KR
Inventors: 덴 베르그 로베르트 반; 바우테르 쿤 하르테벨트; 한스 요아힘 하이넨; 코사크-글로브크체브스키 토마스 파울 폰
Original assignee: 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-06-07
Also published as: AU2008294831B2; WO2009030674A3; US20090214813A1; AU2008294831A1; EP2197988B1; WO2009030674A2; EP2197988A2; JP5535912B2; US8012436B2; ZA201001584B; CN101605877B; KR101547865B1; US20090133328A1; CN101605877A; JP2010538237A

Abstract

켄칭 용기는, 사용시에, 수직으로 신장하고, 그 상단부에는 가스를 위한 입구, 그 하단부에는 냉각 가스를 위한 출구가 제공되어 있으며, 하방을 향하는 가스 유동을 위한 통로를 규정하고, 상기 용기의 상단부에는 제 1 내부 관형 벽부가 제공되고, 이 제 1 내부 관형 벽부는 가스를 위한 입구와 유체 연통된 개구를 갖고, 상기 관형 벽부의 하단부에는 가스 유동을 위한 통로의 방향으로 외측으로 경사진 벽을 갖는 분기 원뿔부가 제공되며, 상기 가스 유동을 위한 통로 안으로 액체 켄칭 매체를 하방으로 분무 및 분사하기 위한 하나 이상의 노즐로 된 장치가 상기 분기 원뿔부로 둘러싸인 공간에 존재한다.

Description

켄칭 용기{QUENCHING VESSEL}

본 발명은 수직으로 신장되고 그 상단부에는 고온 가스를 위한 입구가 제공되고 그 하단부에는 냉각 가스를 위한 출구가 제공되는 켄칭 용기에 관한 것이다. 따라서 상기 입구와 출구 사이에는 하방을 향하는 가스 유동을 위한 통로가 존재하게 된다. 용기에는 또한 가스 유동을 위한 통로 안으로 켄칭 매체를 주입하기 위한 수단이 제공된다.

이러한 용기가 US-A-2006/0260191 에 공지되어 있다. 이 공보의 도 4 에는, 1200 ~ 1800 ℃ 의 온도를 갖는 합성 가스 혼합물을 얻기 위해 고체 탄소질 공급원료의 가스화를 위한 가스화 반응기가 도시되어 있다. 상기 반응기는 그 상단부에서는 고온 합성 가스를 위한 출구 및 그 하단부에서는 슬래그를 위한 출구를 갖는다. 반응기 자체에는 제 1 단계에서의 온도를 합성 가스에 존재하는 비가스 성분의 응고점 미만의 온도로 낮추기 위한 켄칭 수단이 제공된다. 합성 가스의 온도는, 덕트에 의해 가스화 반응기에 연결된 별도의 켄칭 용기에서 합성 가스의 유동 안으로 물 분무를 주입함으로써 더 낮아진다. 켄칭 용기의 이점은, 이러한 용기의 설계가 다중 열 교환 뱅크를 갖는 폐열 보일러보다 훨씬 간단할 수 있다는 것이다. 다른 이점은, 포화 함량보다 낮은 함량으로 물을 포함하는 합성 가스가 얻어질 수도 있다는 것이다. 이것은, 실질적으로 냉각된 합성 가스를 얻을 수 있게 해주고, 이 가스로부터의 재는 예를 들어 EP-B-1178858 에 기재된 필터를 이용하거나 사이클론을 이용하여 분리될 수 있다.

JP-A-53110967 에는 켄칭 매체가 각도를 이루면서 하방으로 유동하는 가스 안으로 주입되는 켄칭 용기가 기재되어 있다.

그러나 출원인은 US-A-2006/0260191 의 도 4 에 도시된 용기의 설계 또는 JP-A-53110967 의 설계가 소정의 단점을 갖는다는 것을 발견하였다. 이들 설계에 대한 주요 관심사는, 합성 가스에 존재하는 비가스 성분의 하나로서의 재가, 물이 주입되는 위치에 비해 하류 지점에 있는 용기 벽에 퇴적물을 형성할 수 있다는 것이다.

본 발명의 목적은 더 튼튼하고 재 등의 비가스 성분의 함량을 갖는 합성 가스를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 켄칭 용기를 제공하는 것이다.

기재된 켄칭 용기는 종래의 켄칭 용기의 단점을 극복한다. 본 발명은, 사용시에, 수직으로 신장하고, 그 상단부에는 가스를 위한 입구, 그 하단부에는 냉각 가스를 위한 출구가 제공되어 있으며, 하방을 향하는 가스 유동을 위한 통로를 규정하는 켄칭 용기에 관한 것이고, 상기 용기의 상단부에는 제 1 내부 관형 벽부가 제공되고, 이 제 1 내부 관형 벽부는 가스를 위한 입구와 유체 연통된 개구를 갖고, 상기 관형 벽부의 하단부에는 가스 유동을 위한 통로의 방향으로 외측으로 경사진 벽을 갖는 분기 원뿔부와 연결되며, 상기 가스 유동을 위한 통로 안으로 액체 켄칭 매체를 하방으로 분무 및 분사하기 위한 하나 이상의 노즐로 된 장치가 상기 분기 원뿔부로 둘러싸인 공간에 존재한다.

출원인은 분기 원뿔부에 의해 둘러싸인 공간에 존재하는 하방을 향하는 주입 수단을 갖춤으로써, 재와 물의 혼합물의 퇴적물이 덜 발생하거나 발생하지 않을 것이라는 것을 발견했다. 이것은 연장되는 기간 동안 연속적인 작업을 달성하기 위해 매우 중요하다. 출원인은 하방을 향하는 주입 수단 및 원뿔부로 인해서, 액체 켄칭 매체가 켄칭 용기 자체의 내벽에 접촉하기 전에 완전하게 증발할 수 있을 것이라는 것을 발견했다. 이것은 이점이 되는데, 왜냐하면 재 및 액체 켄칭 매체, 특히 액체 물의 조합이 켄칭 용기의 내부 표면과 접촉한다면 심각한 오염을 유발할 수도 있다는 것을 출원인이 과거의 경험으로부터 알기 때문이다.

도 1 은 켄칭 용기의 단면도를 도시한다.
도 1b 는 켄칭 용기의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 2 는 도 1 또는 도 1b 의 켄칭 용기의 AA' 단면도를 도시한다.
도 3 은 켄칭 용기의 일부로서 켄칭 매체를 주입하기 위한 수단의 세부사항을 도시한다.
도 4 는 도 3 에 개략적으로 도시된 노즐의 세부사항을 도시한다.

켄칭 용기는 상부, 하부, 하방 및 수직이라는 용어를 이용하여 정의된다. 이들 용어는 사용시의 켄칭 용기의 배향에 관한 것이다. 이들 용어가 본 발명의 범위를 수직 배향 용기로 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 켄칭 용기에는 그 상단부에 가스를 위한 입구가 제공된다. 이 입구는, US-A-2006/0260191 의 도 4 에 이미 도시된 바와 같이, 가스화 반응기와 상기 켄칭 용기 사이에서 연통 덕트와 연통하도록 용기의 최상단부에 또는 대안적으로 용기의 측부에 위치될 수 있다. 켄칭 용기에는 그 상단부에 제 1 관형 내벽부가 더 제공된다. 이 부분은 가스를 위한 입구와 유체 연통되는 개구를 갖는다. 관형 벽부는, 그 하단부가 가스를 위한 통로의 방향으로 외측으로 경사진 벽을 갖는 분기 원뿔부와 연통된다. 제 1 내벽부 및/또는 분기 원뿔부의 벽은 바람직하게는 멤브레인 벽 설계를 갖는다. 보다 바람직하게는, 이들 두 벽부 모두는 수냉식 멤브레인 벽 설계를 갖는다. 멤브레인 벽 설계라는 용어는 통상적으로 알려져 있고 냉각 벽 장치에 관련이 있다. 이러한 벽은 기밀하고 또한 서로 연결된 도관의 장치를 포함한다. 냉각수의 증발에 의해 통상적으로 냉각이 달성된다. 이들 도관은 공통의 분배기를 통해 냉각 매체를 위한 공급부에 유체 연통되고, 그 다른 단부에서 사용된 냉각 매체를 배출하기 위해서 공통의 헤더에 유체 연통된다.

분기 원뿔부는 가스를 위한 통로의 방향으로 외측으로 경사진 벽을 갖는다. 바람직하게는 이 벽의 표면과 켄칭 용기의 수직 축선 사이의 각도 (도 1 에서 α) 는 3 °~ 30 °이고, 보다 바람직하게는 5 °~ 10 °이다.

분기 원뿔부 다음에는 그 하단부에 적절하게는 제 2 관형 내벽이 있다. 이 제 2 관형 벽은 냉각 가스를 위한 출구와 유체 연통되는 하부 개방 단부를 갖는다. 여기에서는 상기 두 부분은 선택적으로 서로 고정되어서 기밀한 연결을 형성할 수도 있다는 것을 의미한다. 제 2 관형 벽은 선택적으로 멤브레인 벽으로 설계될 수도 있다. 켄칭 용기의 이 부분에서의 온도 조건은 온화하기 때문에, 이 부분에 대해서는 적절하게는 고합금 강판으로 만들어진 더 간단한 설계가 바람직하다. 상부 원통형부, 원뿔부 및 제 2 관형 내벽에는 하나 이상의 세척 장치가 제공될 수 있고, 이 장치는 기계적 래퍼 (rapper), 공기압 블라스터 장치 또는 음향 세척 장치일 수 있다. 제 2 관형 내벽은 그 하단부가 개방된 채 끝난다. 이 개방 단부는 적절하게는 용기의 하단부에 및 바람직하게는 상기 용기의 테이퍼진 단부 바로 위에 존재할 것이다. 이 바람직한 테이퍼진 단부는 냉각 가스를 위한 출구인 중앙 개구로 끝난다.

가스 유동을 위한 통로를 규정하는 내부 용기 치수는 주어진 설계 처리량을 위해 합성 가스의 소정의 최소 하방 가스 속도를 달성하도록 선택된다. 바람직하게는 가스 속도는, 가스가 제 1 내부 관형 벽부를 통과할 때 적어도 1 m/s 이다.

가스를 위한 유동 경로의 방향으로 제 2 관형 내벽의 길이는, 켄칭 매체가 상류부에서 첨가된 후에 원하는 냉각을 달성하기에 충분히 길어야만 한다. 바람직하게는 제 2 관형 내벽의 내경과 그 길이의 비는 1:1 ~ 1:6 이다.

켄칭 용기에는 가스 유동을 위한 통로 안으로 켄칭 매체를 주입하기 위한 수단이 제공된다. 이들 주입 수단은 분기 원뿔부로 둘러싸인 공간에 존재한다. 꼭 이하의 이론을 따르지 않더라도, 이 위치에서 이들 주입 수단을 제공함으로써, 재가 벽에 퇴적되는 위험이 상당히 감소되는 것으로 알려져 있다. 바람직하게는, 켄칭 매체를 주입하기 위한 수단은 하방으로 액체를 분무 및 분사하기 위한 하나 이상의 노즐로 된 장치를 포함한다. 하방이란 특히, 노즐로부터 배출되는 액체의 방향이 수직 하방이라는 것을 의미한다. 당연히 노즐로부터 배출되는 켄칭 매체의 유동이 원뿔 형상을 가질 것이고, 이 원뿔의 평균 방향은 노즐로부터 분사되는 액체의 방향이 될 것이라는 것을 알아야 한다. 노즐은 유압식 노즐일 수 있다. 유압식 노즐은 통상적으로 합성 가스의 압력을 적어도 40 bar 초과하는 높은 주입 압력을 요구한다. 이것은, 주입 압력과 원료 합성 가스의 압력 사이의 압력 차가 더 낮을 때, 주입된 분무의 액적이 너무 커질 수도 있기 때문이다. 액적은, 예컨대 N₂, CO₂, 스팀 또는 합성 가스일 수도 있는 분무 가스가 미세한 액적 안으로 유체를 분무하는 소위 쌍유체 노즐 (twin fluid nozzle) 을 이용하여 적어도 부분적으로 오프셋될 수도 있다. 바람직한 분무 가스는 다운스트림 공정 단계로부터 재활용된 합성 가스이다. 분무 가스를 사용하는 것은, 주입 압력과 원료 합성 가스의 압력과의 차가 감소되는 한편, 동일한 액적 크기 및 속도를 달성할 수도 있다는 이점을 갖는다. 이러한 쌍유체 노즐은 잘 알려져 있고, 예를 들어 Spraying Systems Co. 로부터 얻어질 수 있다. 적절한 노즐의 예가 US-A-5732885 및 US-A-2004/0222317 에 기재되어 있다.

본 발명의 켄칭 용기에 사용하기 위한 바람직한 노즐은 켄칭 매체를 위해 그 하단부에서 외측 반경 방향 배출 개구를 갖는 통로 본체에 존재하는, 액체 켄칭 매체를 위한 수직 중앙 공급 통로를 포함하는 노즐이고, 상기 반경 방향 배출 개구는 하방으로 유동하는 분무 가스를 위한 환형 통로와 유체 연통되고, 상기 환형 통로는 통로 본체 및 외부 노즐 본체에 의해 규정되고, 상기 환형 통로는 상기 중앙 통로의 하단부에서 단일 출구 통로에 유체 연통되고, 상기 출구 통로는 노즐 본체의 내벽에 의해 규정되고, 상기 출구 통로의 하단부는 켄칭 매체와 분무 가스의 혼합물을 위한 출구 개구로 끝난다.

보다 바람직하게는 상기 노즐의 출구 통로의 하단부는, 하방으로, 사용시에 액체 켄칭 매체와 분무 가스의 원뿔 형상의 분사물이 가스의 유동 경로에서 배출되도록 분기 내벽을 갖는다. 원뿔의 각도는 바람직하게는 10 ~ 70 °이고, 보다 바람직하게는 15 ~ 25 ° 이다 (도 4 의 각도 β). 이러한 노즐의 예가 여기에서 참조로서 통합되는 US-A-2004/0222317 의 도 2 에 도시된다.

하방으로 액체를 분무 및 분사하기 위한 하나 이상의 노즐로 된 장치는 합성 가스 유동과 액체 매체의 접촉을 가능하게 해주는 임의의 설계를 가질 수도 있다. 출원인은, 장치가 켄칭 용기의 벽으로부터 분기 원뿔부의 벽에 있는 개구를 통과해 중앙 위치까지 연장하는 다수의 반경방향으로 배치된 아암을 포함하는 바람직한 설계를 발견하였다. 아암에는 하나 이상의 하방을 향하는 노즐이 제공된다. 바람직하게는, 노즐의 출구 개구의 중앙과 분기 원뿔부의 벽과의 최소 수평 거리 (도 3 에서 거리 d) 는 0.2 ~ 1 m이다.

바람직하게는 4 ~ 15 개의 아암이 존재한다. 각각의 아암은 적절하게는 3 개 ~ 10 개 이하의 노즐을 포함할 수도 있다. 바람직하게는 중앙 위치에 가장 가까운 노즐은 하방과 중앙 위치 사이에서 약간 경사진 주 유출 방향을 갖는다. 아암은 바람직하게는 하나의 수평면에 존재한다. 대안적으로 아암은 상이한 평면, 예컨대 스태거 구조 (staggered configuration) 로 존재할 수도 있다.

합성 가스가 실질적인 양의 비가스 성분을 포함하기 때문에, 이들 조건 하에서 노즐 주위에 쉴딩 가스를 공급하기 위한 수단이 제공되는 것이 유리할 수도 있다. 동일한 이유로, 아암에는 아암의 최상부에 퇴적물이 퇴적되는 것을 방지하거나 제거하기 위한 수단이 제공된다. 이러한 수단은 바로 아암 자체에 있는 기계적 래퍼 수단이거나, 상기 아암 위에 위치된 금속 쉴드일 수 있다. 이러한 수단은 또한 음향 세척 수단일 수 있다. 이러한 수단은 또한 임의의 고체 퇴적물을 연속적으로 또는 간헐적으로 블라스팅하거나 임의의 고체 퇴적물을 제거할 수 있는 블라스팅 수단일 수 있다. 쉴딩 및/또는 블라스팅 가스는 예를 들어 N₂, CO₂, 스팀 또는 합성 가스일 수도 있고, 보다 바람직하게는 분무 가스와 동일한 원료이다.

켄칭 용기는, 주입 수단을 통해 분무로서 적절한 켄칭 매체를 가스의 유동으로 주입함으로써 적절하게는 재 등의 비가스 성분을 갖는 가스를 상승된 온도에서 더 낮은 온도로 냉각시키는데 사용된다. 바람직하게는 가스는 탄소질 공급원료를 포함하는 혼합물인 재를 가스화할 때 얻어지는, 예를 들어 주로 수소 및 일산화 탄소를 포함하는 혼합물인 합성 가스이다. 이러한 공급원료의 예로는 석탄, 석탄으로부터의 코크스, 석탄 액화 잔여물, 석유 코크스, 그을음, 바이오매스, 및 혈암유 (oil shale), 사암 및 피치 (pitch) 로부터 생긴 미립자 고체가 있다. 석탄은 갈탄, 아역 청탄 (sub-bituminous), 역청 및 무연탄을 포함하는 임의의 유형 중 하나일 수도 있다. 켄칭 용기를 위한 공급원료를 얻기 위한 이러한 공급원료의 가스화는 중요하지 않다. 바람직하게는 슬래그로부터 고온 합성 가스가 각각 배출되고 냉각되는 가스화 반응 구성이 이용된다. 따라서 고온 가스가 통과되고 동시에 슬래그 및 합성 가스의 온도가 감소되는, 하단부에서 욕조를 갖는 가스화 반응기는 제외된다.

켄칭 용기로 들어가는 합성 가스는 500 ~ 900 ℃, 보다 적절하게는 600 ~ 900 ℃ 의 온도를 가질 수도 있다. 압력은 적절하게는 1 ~ 10 MPa 이다. 켄칭 단계 이후의 가스의 온도는 바람직하게는 200 ~ 600 ℃ 이고, 보다 바람직하게는 300 ~ 500 ℃ 이고, 보다 더 바람직하게는 350 ~ 450 ℃ 이다.

켄칭 매체는 원자화되기 위해서 적절한 점도를 갖는 임의의 액체일 수도 있다. 주입될 액체의 비제한적인 예로는 탄화수소 액체, 공급원료로서 합성 가스를 이용하는 다운스트림 공정에서 얻어지는 폐수 스트림이 있다. 바람직하게는 액체는 적어도 50 wt% 의 물을 포함한다. 가장 바람직하게는 액체는 실질적으로 물로 구성된다 (즉 95 vol% 초과). 바람직한 실시형태에서, 가능한 다운스트림 합성 가스에서 얻어진 블랙 워터로도 불리는 폐수가 액체로서 사용된다. 켄칭 매체가 물을 포함하는 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 주입되는 물의 양은 켄칭 구역을 떠나는 원료 합성 가스가 적어도 40 vol.% 의 H₂O, 바람직하게는 40 ~ 60 vol.% 의 H₂O, 보다 바람직하게는 40 ~ 55 vol.% 의 H₂O 를 포함하도록 선택된다.

바람직하게는 주입되는 켄칭 매체는 주입 순간에 우세 압력 조건에서의 버블 포인트보다 최대 50 ℃ 아래, 특히 버블 포인트보다 최대 15 ℃ 아래, 보다 더 바람직하게는 최대 10 ℃ 아래의 온도를 갖는다. 이를 위하여, 주입되는 켄칭 매체가 물이라면, 일반적으로 90 ℃ 초과, 바람직하게는 150 ℃ 초과, 보다 바람직하게는 200 ℃ ~ 270 ℃, 예컨대 230 ℃ 의 온도를 갖는다. 온도는 명백히 가스화 반응기의 작업 압력, 즉 이하에 더 설명될 원료 합성 가스의 압력에 좌우될 것이다. 이에 의해, 주입되는 켄칭 매체는 냉점 (cold spot) 이 발생되지 않으면서 빠르게 증발된다.

또한 켄칭 매체가 미세한 액적의 안개의 형태로 주입되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 안개는 50 ~ 200 ㎛, 보다 바람직하게는 50 ~ 150 ㎛ 의 직경을 갖는 액적을 포함한다. 바람직하게는, 주입된 액체의 적어도 60 vol.% 가 표시된 크기를 갖는 액적의 형태이다.

원료 합성 가스의 켄칭을 향상시키기 위해서, 켄칭 매체는 바람직하게는 10 ~ 60 m/s, 보다 바람직하게는 20 ~ 50 m/s 의 평균 속도로 주입된다.

노즐이 쌍유체 노즐일 때는, 켄칭 매체가 원료 합성 가스의 압력을 적어도 5 bar 초과하고, 바람직하게는 원료 합성 가스의 압력을 적어도 10 bar 초과하고, 원료 합성 가스의 압력을 최대 20 bar 까지 초과하는 주입 압력으로 주입된다.

켄칭 용기에서 얻어진 수소와 일산화탄소의 혼합물에 존재하는 고체의 상당부는 바람직하게는 사이클론에 의해 분리된다. 잔존 고체는 다음의 스크러빙 단계에서 제거된다. 바람직하게는 스크러빙 단계는 벤츄리 스크러버 다음에 있는 층진층 세척 컬럼을 포함한다. 그 결과로 생긴 가스는, 이 가스를 다운스트림 시프트 반응을 수행하기에 적절하게 만들어주는 50 ~ 60 vol% 의 높은 물 함량을 가질 것이다. 이 촉매 시프트 반응에서, 일산화탄소가 물과 반응하여 이산화탄소와 수소가 생성된다. 시프트로 향하는 공급물에 물이 이미 존재하기 때문에, 시프트 구역에 추가의 물이 거의 첨가되지 않거나 아예 첨가되지 않아도 된다. 시프트 반응은 순수 수소 또는 일산화탄소 비율에 대해 높은 수소가 요구될 때 유리하다. 이러한 경우의 예로는 이산화탄소 포획을 갖는 소위 IGCC 공정, 수소 제조, 및 Fischer-Tropsch 합성, 아세트산 합성, 메탄올 합성 및 디메틸 에테르 합성에 대한 공급물로서 또는 직접적인 철광석 환원 공정 등에서의 환원 가스로서 혼합물이 사용되는 공정이 있다.

스크러빙 단계에서 얻어진 가스는 바람직하게는 CO₂, H₂S, COS 및/또는 HCN 및 다른 성분을 분리하기 위해서 더 정화된다. 이러한 정화에 적합한 공정의 예로는 상업적인 가스 처리 공정 Sulfinol-D, Sulfinol-M, DIPA-X, Genosorb, Selexol 및 Rectisol 이 있다.

본 발명은 또한 이하의 공정에 관한 것이다. 합성 가스가 용기를 하방으로 통과하고, 용기가 가스의 방향에 있어서 외측으로 경사진 벽을 갖는 분기 원뿔부를 갖고, 분기 원뿔부를 통과함에 따라 상기 가스에는 액체 수적의 안개가 하방으로 주입되는 용기에서, 500 ~ 900 ℃ 의 온도 및 1 ~ 10 MPa 의 압력을 갖는 상기 합성 가스를 200 ~ 600 ℃ 의 온도로 켄칭하기 위한 공정이고, 주입되는 물의 양은 용기를 떠나는 합성 가스가 40 ~ 60 vol.% 의 물을 포함하도록 선택된다. 출원인은, 분기 원뿔부에서 물의 분무를 합성 가스와 동일한 방향으로 주입함으로써, 액체 물의 액적이 용기의 내벽과 접촉하게 되는 기회가 최소화된다는 것을 발견하였다. 출원인이 합성 가스에 존재하는 액체 물 및 재가 공정 장비의 내부 표면과 접촉하게 되면 심각한 오염을 야기할 것을 과거의 경험으로부터 알기 때문에 이것은 이점이 된다.

더 바람직한 실시형태가 이상에서 설명되었다. 바람직하게는 이 공정은 본 발명에 따른 켄칭 용기에서 실행된다.

도 1 은 수직으로 위치된 켄칭 용기 (1) 를 도시한다. 용기 (1) 는 그 상단부에는 고온 가스를 위한 입구 (2) 를, 그 하단부에는 냉각 가스를 위한 출구 (3) 를 갖고, 하방을 향하는 가스 유동을 위한 통로 (4) 를 규정한다. 용기 (1) 에는 또한 가스 유동을 위한 통로 (4) 에 켄칭 매체를 주입하기 위한 수단 (9) 이 제공된다. 도 1 은 제 1 내부 관형 벽부 (5) 를 도시하고, 제 1 내부 관형 벽부 (5) 는 가스를 위한 입구 (2) 에 유체 연통되어 있는 개구 (6) 를 갖는다. 관형 벽부 (5) 는 그 하단부가 가스를 위한 통로 (4) 의 방향에서 외측으로 경사진 벽 (8) 을 갖는 분기 원뿔부 (7) 와 연통되어 있다. 도시된 바와 같이, 가스 유동을 위한 통로 (4) 안으로 켄칭 매체를 주입하기 위한 수단 (9) 은 분기 원뿔부 (7) 로 둘러싸여져 있는 공간 (10) 에 존재한다.

분기 원뿔부 (7) 다음에는 그 하단부 (11) 에 제 2 관형 내벽 (12) 이 있다. 제 2 관형 내벽 (12) 의 하부 개방 단부 (13) 는 냉각 가스를 위한 출구 (3) 와 유체 연통되어 있다.

도 1 은 또한 도시된 실시형태에서 약 7.5 °인 각도 (α) 를 도시한다. 제 2 관형 내벽 (12) 에는 하나 이상의 래퍼 (rappers; 15) 가 제공된다. 선택적으로 제 1 관형 내벽 (5) 및 분기 원뿔부 (7) 에는 하나 이상의 래퍼가 제공될 수 있다. 용기 (1) 의 하단부는 적절하게는 냉각 가스를 위한 출구 (3) 로서 중앙 개구 (27) 로 끝나는 테이퍼진 단부 (1a) 를 갖는다.

도 1b 는 도 1 에 도시된 바와 유사한 수직으로 위치된 켄칭 용기 (1b) 를 도시한다. 용기 (1b) 는, 가스를 위한 입구 (2b) 가 용기 (1b) 의 상단부의 측벽에 제공된다는 점에서, 용기 (1) 와 다르다. 이러한 구조는 US-A-2006/0260191 의 도 4 에 도시된 바와 같이 연통 덕트 (5b) 가 사용될 때 바람직하다. 용기 (1b) 의 상단부는 가스 반전실로 불린다.

도 2 는 상기에 도시된 바와 같이 하방을 향하는 노즐이 제공된 반경방향으로 배치된 아암 (25) 을 도시한다. 아암은 용기 (1) 의 벽에 고정되고, 분기 원뿔부 (7) 의 벽 (8) 과 교차하여 중앙 위치로 연장한다. 아암 (25) 은 플랜지 (25a) 를 통해 용기에 연결되어서 유지 보수를 위해 쉽게 제거될 수 있다.

도 3 은 이러한 아암 (25) 을 보다 상세하게 도시한다. 하나의 아암 (25) 에는 분무 가스를 위한 공급 채널 (26) 및 켄칭 매체를 위한 공급 채널 (27) 이 제공된다. 도시된 아암 (25) 에는 하방을 향하는 4 개의 노즐 (16) 이 제공되고 약간 경사진 하나의 노즐 (28) 이 제공된다. 하방을 향하는 노즐 (16) 의 축선은 수직으로 배향되어 있다. 따라서 상기 노즐 (16) 로부터 배출된 결과로서 생긴 액체의 분사 방향은 수직 하방이다. 아암은 용기 (1) 의 벽에 있는 개구에 고정된다. 용기 (1) 의 벽은 내화물 (36) 및 분기 원뿔부 (7) 의 멤브레인 벽 (8) 에 의해 고온에 대해 보호되는데, 내화물은 상기 벽의 내측에 접한 층으로서 존재한다. 또한 제 2 내벽 (12) 의 상단부와 관형 벽부 (5) 의 하단부가 도시된다. 공급 채널 (26) 은 분무 가스를 위한 입구 (26a) 와 연통되어 있다. 공급 채널 (27) 은 액체를 위한 입구 (27a) 와 연통되어 있다.

도 3 은 또한 아암 (25) 의 상부측에 존재하는 블라스팅 수단 (38) 을 도시한다. 블라스팅 수단 (38) 은 아암 (25) 의 상부측에 형성될 수도 있는 임의의 퇴적물을 연속적으로 또는 간헐적으로 블라스팅하기 위해서 존재한다. 블라스팅 수단의 방향은 아암 (25) 의 수평 방향과 일직선을 이룬다. 블라스팅 수단 (38) 에는 블라스팅 가스를 위한 공급 도관 (39) 이 제공된다.

도 4 는 아암 (25) 및 하나의 노즐 (16) 의 세부사항을 도시한다. 노즐 (16) 은, 공급 채널 (27) 을 통해 공급되는 액체 켄칭 매체를 위해 공급 통로 본체 (17) 에 존재하는 수직의 중앙 공급 통로를 갖는다. 통로 본체 (17) 는 혼합실 (37) 에 존재하는 켄칭 매체를 위해 그 하단부에서 외부 반경 방향 배출 개구 (19) 를 갖는다. 반경 방향 개구 (19) 는 하방으로 유동하는 분무 가스를 위한 환형 통로 (20) 와 유체 연통한다. 환형 통로 (20) 는 기본체 (31) 에 있는 통로 (30) 를 통과하는 분무 가스 공급 채널 (26) 과 유체 연통한다. 환형 통로 (20) 는 공틉 통로 본체 (17) 및 외부 노즐 본체 (21) 및 인서트 (29) 에 의해 규정된다. 환형 통로 (20) 는 노즐 (16) 의 하단부 (23) 에서 단일 출구 통로 (22) 에 유체 연통된다. 출구 통로 (22) 는 노즐 본체 (21) 의 내벽에 의해 규정된다. 출구 통로 (22) 의 하단부는 켄칭 매체와 분무 가스의 혼합물을 위한 분기 출구 개구 (24) 로 끝난다.

도 4 는 또한 그 상단부가 아암 (25) 에 고정되고 그 하단부가 개방된 바람직한 쉴드 (32) 를 도시한다. 쉴드 (32) 는 예컨대 직사각형의 임의의 형태를 가질 수도 있다. 적절하게는 쉴드 (32) 의 형태는 관형이다. 대안적인 실시형태에서, 하나의 쉴드는 하나 이상의 노즐을 둘러쌀 수 있다. 노즐 (16) 에는 분무 가스를 위한 공급 채널 (26) 과 유체 연통하는 분무 가스 출구 개구 (33) 가 제공된다. 이들 개구 (33) 를 통해, 분무 가스의 일부가 노즐 (16) 과 그를 둘러싸는 쉴드 (32) 사이의 공간으로 나간다. 이 방식으로, 재가 상기 공간 (34) 에 축적되는 것이 방지된다. 또한 아암 (25) 의 상단부에는 개구 (35) 가 도시된다. 아암 (25) 의 최상부에 재가 퇴적되는 것을 제거하거나 방지하기 위해서, 이들 개구 (35) 를 통해 분무 가스의 다른 일부가 배출될 수 있다.

Claims

사용시에, 수직으로 신장하고, 그 상단부에는 가스를 위한 입구, 그 하단부에는 냉각 가스를 위한 출구가 제공되어 있으며, 하방을 향하는 가스 유동을 위한 통로를 규정하는 켄칭 용기로서,
상기 용기의 상단부에는 제 1 내부 관형 벽부가 제공되고, 이 제 1 내부 관형 벽부는 가스를 위한 입구와 유체 연통된 개구를 갖고, 상기 관형 벽부의 하단부에는 가스 유동을 위한 통로의 방향으로 외측으로 경사진 벽을 갖는 분기 원뿔부가 제공되며,
상기 가스 유동을 위한 통로 안으로 액체 켄칭 매체를 하방으로 분무 및 분사하기 위한 하나 이상의 노즐로 된 장치가 상기 분기 원뿔부로 둘러싸인 공간에 존재하는 켄칭 용기.
제 1 항에 있어서, 제 1 내벽부 및/또는 분기 원뿔부의 벽은 수냉식 멤브레인 벽으로 설계된 켄칭 용기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분기 원뿔부의 벽의 표면과 수직 축선 사이의 각도는 3 °~ 30 °인 켄칭 용기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분기 원뿔부의 하단부에는 하부 개방 단부를 갖는 제 2 관형 내벽이 이어지고, 상기 하부 개방 단부는 냉각 가스를 위한 출구와 유체 연통되는 켄칭 용기.
제 4 항에 있어서, 상기 제 2 관형 내벽에는 하나 이상의 세척 장치가 제공되는 켄칭 용기.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 노즐의 출구 개구의 중앙과 분기 원뿔부의 벽 사이의 최소 수평 거리는 0.2 ~ 1 m 인 켄칭 용기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐은 통로 본체에 존재하는 액체 켄칭 매체를 위한 수직의 중앙 공급 통로를 포함하고, 상기 통로 본체는 그 하단부에서 외측 반경 방향 배출 개구를 가지고, 상기 반경 방향 배출 개구는 분무 가스를 위한 환형 통로와 유체 연통되고, 상기 환형 통로는 상기 중앙 통로 본체의 하단부에서 단일 출구 통로와 유체 연통되고, 상기 출구 통로는 노즐 본체의 내벽에 의해 규정되고, 상기 출구 통로의 하단부는 켄칭 매체와 분무 가스의 혼합물을 위한 분기 출구 개구로 끝나는 켄칭 용기.
제 7 항에 있어서, 상기 출구 통로의 하단부는, 사용시에 액체 켄칭 매체 및 분무 가스의 원뿔 형상 분사물이 가스의 유동 경로에서 배출되도록 하방으로의 분기 내벽을 갖는 켄칭 용기.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 켄칭 매체를 주입하기 위해 액체를 하방으로 분무 및 분사하기 위한 하나 이상의 노즐로 된 장치는 켄칭 용기의 벽으로부터 분기 원뿔부의 벽에 있는 개구를 통과하여 중앙 위치까지 연장하는 반경방향으로 배치된 다수의 아암을 포함하고, 상기 아암에는 하방을 향하는 하나 이상의 노즐이 제공되는 켄칭 용기.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기의 하단부는 냉각 가스를 위한 출구로서 중앙 개구로 끝나는 테이퍼진 단부를 갖는 켄칭 용기.
합성 가스가 용기를 하방으로 통과하고, 용기가 가스의 방향에 있어서 외측으로 경사진 벽을 갖는 분기 원뿔부를 갖고, 분기 원뿔부를 통과함에 따라 상기 가스에는 액체 수적의 안개가 하방으로 주입되는 용기에서, 500 ~ 900 ℃ 의 온도 및 1 ~ 10 MPa 의 압력을 갖는 상기 합성 가스를 200 ~ 600 ℃ 의 온도로 켄칭하기 위한 공정으로서, 주입되는 물의 양은 용기를 떠나는 합성 가스가 40 ~ 60 vol.% 의 물을 포함하도록 선택되는 공정.
제 11 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 10 항에 기재된 켄칭 용기에서 실행되는 공정.