KR20130115255A - 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동을 처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

슬래그를 함유하는 고온 가스 유동을 처리하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동을 처리하기 위한 장치 및 방법 그리고, 이 장치를 포함하는 분류층 가스화기 시스템에 관한 것이다. 이 장치는, 하우징(13)에, 상기 고온 가스 유동용으로 상부에 배열되는 입구(2), 상기 하우징(13) 내에 동심으로 수직 배열되어 상기 입구(2) 내로 개방되는 침지 파이프(3), 내부에서 상기 침지 파이프(3)의 하부 부분이 침지되는 냉매 욕(14), 및 슬래그가 없는 냉각 원료(crude) 가스용의 하나 이상의 원료 가스 출구 개구(20)를 포함한다. 상기 침지 파이프(3)의 하부 부분은 상기 냉매 욕(14)에서 방사방향으로 넓혀진 가스 분배기 벨(12)로서 설계된다. 상기 가스 분배기 벨(12)은 하방으로 넓은 횡단면을 갖는 실질적으로 원추형 재킷(jacket) 표면에 의해 형성되고, 상기 재킷 표면은 복수의 가스 통과 개구(12')들을 가지며, 상기 가스 통과 개구(12')들은 상기 가스 분배기 벨(12)의 원주에 걸쳐 분배된다. 상기 가스 통과 개구(12')들의 치수들은 상기 냉매 욕(14)의 관통 깊이에 의해 증가한다.

Description

슬래그를 함유하는 고온 가스 유동을 처리하기 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR TREATING A HOT GAS FLOW CONTAINING SLAG}
본 발명은 슬래그(slag)를 함유하는 고온 가스 유동을 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 장치를 포함하는 분류층 가스화기 플랜트(entrained-bed gasifier plant)에 관한 것이다.
슬래그가 포함된 고온 반응 가스들의 냉각을 위해 그리고 슬래그를 분리하기 위해, 산업적으로 생산된 반응 가스들이 자체적으로 알려진 방식으로 냉매와 접촉되는데, 이를 위해 고온 가스 유동 내로 냉각 액체의 분무(자유 공간 급냉(free space quenching)) 및/또는 냉매 욕(coolant bath)을 통한 반응 가스의 안내(침지 급냉(immersion quenching))가 채용된다. 두 개의 급냉 변형예들은 장점들 및 단점들을 가진다. 자유 공간 급냉이 고 품질의 냉각수를 전제로 하지만, 고체 분획물(solid fraction) 및 이의 특성들에 따라, 냉매의 다중 이용은 침지 급냉에 의해 달성될 수 있다. 하나의 급냉 변형예 또는 다른 급냉 변형예의 채용은 선행 프로세스의 외부 상태들 및 배치 제품(batch product)들의 특성들에 종속된다. 종종 급냉 장치가 실제 사용 중일 때만 급냉 장치들이 최적 선택이었는지가 명확하게 된다. 또한, 프로세스 관리의 계획이 기반으로 하는 프로세스 상태들이 충분한 시간이 지나면 변화될 수 있다. 이는 예를 들면 배열 제품들의 가변 품질을 포함한다. 따라서, 자유 공간 급냉 및 침지 급냉의 조합들이 알려져 있으며, 이의 장점은 사용의 변화된 상태들에 대한 융통성(adaptability)이다.
용어 "냉매(coolant)"는 이후 가스 급냉에 적절한, 모든 유체 냉매들 또는 냉매 혼합물들, 특히 물을 나타내기 위해 사용된다.
DD　280　975　B3호는 슬래그 또는 먼지가 포함된 고온 가스들을 냉각 및 정화하기 위한 방법 및 장치를 설명한다. 이를 위해, 냉각 및 정화되는 가스는 급냉 장치 내로 자유 제트로서 유동하는데, 급냉 장치 내에 슬래그 입자들이 분리되는 냉매 욕이 위치된다. 가스 입구 포트와 같은 수준 및 고온 가스의 하향 자유 제트에 아주 근접하여, 최고 3 개의 노즐 링들이 배열되며, 이의 분무 노즐들은 고온 가스 제트를 본질적으로 제트 방향에 대해 직교 방향으로 분무하고, 세 번째 노즐 링은 하방으로 가스의 재 순환 유동 내로 지향되어, 노즐 오염이 회피된다.
DE　10 2005 042 640 A1호는 입자 급냉 및 폐열 회수에 의해 회분(ash)-함유 연료들로부터 합성 가스들을 발생하기 위한 방법 및 장치를 설명한다. 급냉 공간은 기화 반응기 아래 수직하게 배열되며; 냉매의 주입에 의해 또는 냉각 가스의 공급에 의해 급냉 공간에서 자유 공간 급냉이 발생되어, 혼입된(entrained) 액체 슬래그가 반응기 벽의 금속 표면들에 더 이상 부착될 수 없을 정도로 혼입된 액체 슬래그가 냉각된다.
US 4,466,808호는 두 개의 냉각 구역(zone)들을 이용한 가스 냉각 및 재 분리를 위한 방법이 설명되며, 이 경우, 두 개의 출구 방향들을 구비한 노즐 링 유닛의, 침지 파이프의 가스 입구에서, 냉각수 막이 침지 파이프 내벽에서 생성되고 동시에 냉각수가 침지 파이프 내의 가스 스트림 내로 하방으로 약 45도의 각도로 주입된다. 사전 냉각된 가스는 바닥에서 톱니 모양이 되도록 설계된 침지 파이프를 경유하여 침지 욕(immersion bath) 내로 도입되고, 침지 욕 표면 상으로 다시 편향된 후, 급냉 공간으로부터 방출된다.
EP　0　284　762　A2호, DE　10　2005　041　930　A1호, DE　10　2006　031　816　A1호 및 DE　10　2008　035　295　A1호는 가스의 급냉 냉각을 이용한 가스화 방법들 및 장치들이 설명되는데, 여기에서 급냉 공간 내로 유동하는 가스는 상이한 높이들로 배열된 노즐들을 경유하여 가스 유동 내로 측방향으로 주입되는 냉각 액체에 의해 냉각되고, 이 경우 분리된 슬래그가 침지 욕 내에 수집된다.
DD　145　860호는 압력 가스화기로부터 반응 가스들을 처리하기 위한 방법 및 장치를 설명하는데, 이는, 가스들의 증기 포화와 함께, 특히 동시의 직접 냉각 및 부분 먼지제거를 목적으로 한다. 이를 위해, 처리될 원료 가스(crude gas)는 가스 공급 파이프를 통하여 냉매 욕 내에 떠 있는 벨(bell) 내로 도입되고 벨의 상측으로부터 출구 포트들에 의하여 이러한 벨에 의해 냉매 욕 내로 균일하게 분포된다. 상승하는 가스들의 안내를 달성하도록, 출구 포트들 위에 자유롭게 배열된 가이드 파이프들이 제공되며, 자유롭게 배열된 파이프들 위에 후드들이 냉매 표면의 서어징(surging)을 방지한다. 이러한 장치에 의해, 반응기 벽들 상의 고체들의 정착(settling)이 장치 및 에너지의 면들에서 낮은 경비로 회피된다.
EP　0　127　878호는 고온 합성 가스로부터 슬래그의 냉각 및 제거를 위한 방법을 설명하며, 고온 가스는 침지 파이프의 내벽 상의 냉매 막과 제 1 구역에서 접촉하게 그리고 침지 파이프 횡단면 내로 분무되는 냉매와 제 2 구역에서 접촉하게 되며, 제 3 구역에서 냉매 욕을 통하여 유동하고 분무된 냉매와 제 4 구역에서 다시 접촉하게 된다. 침지 파이프는 침지 욕 내의 기포들의 균일한 분배를 위해 톱니형 하부 가장자리(margin) 및 일정한 횡단면을 가진다. 상기 방법에 적절한 장치는, 고온 가스 입구 아래, 냉매 막에 의해 냉각되는 침지 파이프, 침지 파이프의 하부 1/3 내에서 위치되고 침지 파이프 내부로 지향된 노즐 링, 침지 욕 및 원료 가스 출구 아래 침지 파이프의 외부 상에 배열된 하향 분무 장치를 가진다.
이러한 해결책들의 단점은 급냉된 가스의 특성들이 가스의 처리량에 따라 바람직하지 않게 변동된다는 것이다. 알려진 급냉 장치들은 불충분한 융통성을 가져서, 장치들의 급냉 작용(가스 냉각 및 슬래그 분리)이 바람직하지 않게는 가스 처리량에 종속된다.
이러한 종래 기술로부터 나아가서, 본 발명의 목적은 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동을 처리하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 이 장치에 의해 고온 가스 스트림의 용적 유동에서의 변동들의 경우에서조차 슬래그의 대략 일정한 분리 및 일정한 가스 냉각이 이루어져서, 주로 가스 처리 속도와 관계없는 품질을 가지는 원료 가스가 제공된다.
또한, 슬래그의 개선된 분리가 슬래그-혼입 고온 가스 유동의 냉각 동안 이루어져, 슬래그가 제거되고(free) 발생된 가스 양과 관계없는 품질을 가지는 원료 가스가 제공된다. 동시에, 상기 장치 및 방법이 프로세스 오류들 및 빈번한 세정 사이클들을 초래하는 슬래그 부착들에 대한 접촉 표면들의 불충분한 방지하에 있는 추가의 단점들을 제거하여, 긴 사용 기간이 얻어지고, 세정의 측면에서 낮은 경비가 요구되고 냉매의 다중 사용이 가능하게 된다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징들을 가지는 장치에 의해 그리고 청구항 11의 특징들을 가지는 분류층 가스화기 플랜트에 의해 달성된다. 대응하는 방법을 제공하는 목적은 청구항 12의 특징들을 가지는 방법에 의해 달성된다. 상기 장치 및 방법의 개선들이 종속항들에서 제시된다.
슬래그를 함유하는 고온 가스 유동을 처리하기 위한 본 발명에 따른 장치는 하우징 내에 상부에 배열되고 하우징 내에 동심으로 수직하게 배열되는 침지 파이프 내로 이어진(issue) 고온 가스 유동 입구를 가진다. 더욱이, 상기 장치는 그 안으로 침지 파이프의 하부 부분이 담기는 냉매 욕 및 또한 슬래그가 제거된 냉각된 원료 가스의 출구에 대해 측면 하우징 벽 상에 위치될 하나 또는 둘 이상의 원료 가스 출구 포트들을 가진다. 침지 파이프의 하부 부분은 이 경우 특히 하방으로 넓어지는 횡단면을 구비한 본질적으로 원추형 표면적에 의해, 반지름 방향으로 넓어지는 가스 분배기 벨로서 냉매 욕 내에 설계된다. 이러한 표면적은 가스 분배기 벨의 원주에 걸쳐 분포되는 다수의 가스 통과 포트들을 가진다. 가스 통과 포트들의 치수들은 냉매 욕 내의 벨의 관통 깊이에 따라 증가된다.
침지 파이프로부터 가스 출구 구역 내의 고온 가스를 위한 침지 파이프의 유동 횡단면을 넓히는, 가스 분배기 벨의 원추형 표면적의 결과로서, 그리고 가스 분배기 벨의 원주에 걸쳐 대략적으로 균일하게 분포되고 이의 직경들이 증가하고 열들이 상부로부터 하방으로 엇갈리는(staggered) 표면적 내의 다수의 가스 통과 포트들의 결과로서, 일정한 관통 유동 상태들이 고온 가스의 유동 경로와 관계없이 허용된다. 따라서, 유용하게는, 냉매 욕 내의 균일한 가스 분포, 및 발생된 기포들의 대면적 때문에 유용한 세척 효과가 가스 통과 포트들에 의해 증진될 수 있다. 가스 분배기 벨의 원추형 설계 및 가스 분배기 벨에서의 관통 깊이에 따라 증가하는 가스 통과 포트들의 크기 때문에, 이러한 세척 효과는 대략적으로 일정하게 유지되며, 심지어 상이한 고온 가스 용적 유동들의 경우에서조차, 가스 분배기 벨의 하방으로 넓어지는 표면적의 결과로서 인해, 원주 상의 가스 통과 포트들의 더 큰 전체 포트 횡단면이 더 높은 가스 처리량 및 가스 분배기 벨에서의 결론적으로 하강하는(falling) 냉매 수준인 경우에 이용가능하다.
더욱이, 깊이에 따라 증가하는 가스 통과 포트들에 대한 포트 폭에 의해 그리고 결론적으로 감소하는 스로틀 작용(throttle action)에 의해 유용하게 달성되는 것은 가스가 냉매 욕으로부터 유동할 때 증가하는 관통 깊이에 따른 압력 손실 성장이 이에 의해 보충되어, 침지 욕의 일정한 유동 저항이 사실상 가스 처리량과 관계없이 달성될 수 있다는 것이다. 통과 포트들 및 냉매 욕을 통한 유동 동안 가스 압력 손실들의 합은 이에 따라 통과 포트들의 치수가 하방으로 증가하기 때문에 대략적으로 일정하게 유지된다.
가스 분배기 벨에 대한 침지 파이프의 상대적으로 감소된 직경, 넓어지는 가스 분배기 벨에 의해 편의상 가능하게 되는 침지 파이프 직경에서의 상대적인 감소는, 일정한 침지 파이프 직경을 가지는 공지된 변형예들에 비해, 상당한 장점을 보유한다. 하우징과 침지 파이프 사이의 냉매 욕의 더 큰 표면 때문에, 표면 난류들이 낮아져서, 냉매 수준에서의 변동들이 매우 더 적은 정도로 발생되며, 또한 냉각된 원료 가스에 의해 혼입된 냉매의 분획물(fraction) 및 이에 따라 침지 급냉에 대한 냉매 소모가 감소될 수 있다.
따라서, 심지어 고온 가스 스트림의 용적 유동에서의 변동들의 경우 슬래그의 대략적으로 일정한 분리 및 일정한 가스 냉각이 발생될 수 있고 주로 가스 처리 속도와 관계없는 품질을 가지는 원료 가스가 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 장치의 침지 파이프는 상단부에 환형 냉매 챔버를 가지며, 환형 냉매 챔버에 의해 냉매 막이 침지 파이프의 내벽 상에 생성된다. 이 경우, 침지 파이프는 이의 전체 길이에 걸쳐 이중 벽으로 설계되고, 내측 파이프와 외측 파이프 사이에 환형 냉매 챔버에 연결되는 환형 간극이 있다. 이 경우, 환형 간극에 연결된 냉매 공급 라인은 침지 파이프의 하부 부분 상에 배열된다.
이의 전체 길이에 걸친 침지 파이프의 이중벽 설계에 기인하여, 환형 간극이 내측 파이프의 내벽 상에 냉매 막을 생성하도록 환형 냉매 챔버에 연결되는 한편, 환형 간극에 연결된 냉매 공급 라인은 침지 파이프의 하부 부분 상에 배열되어, 침지 급냉 후 침지 파이프 내의 고온 가스 유동과 냉각된 원료 가스 사이의 향상된 열적 디커플링(thermal decoupling) 및 침지 파이프의 강제 냉각이 이루어진다. 유용하게는, 열적 고 부하식 침지 파이프는 종래 기술로부터 공지된 단지 냉매 막에 의한 것보다 더 집중적으로 제안된 해결책에 의해 냉각되며, 그 결과 침지 파이프 내부 표면 상의 가스 입구에서 생성된 냉매 막이 덜 빨리 증발되고 이에 따라 본질적으로 전체 침지 파이프 길이에 걸쳐 연장하여, 침지 파이프로의 슬래그의 부착들이 상당히 감소된다.
바람직한 변형예에서, 가스 통과 포트들은 균일한, 특히 원형의 설계이며 가스 분배기 벨의 원주에 걸쳐 대략 균일하게 분포된다.
가스 분배기 벨의 최대 직경 대 침지 파이프의 직경의 비율은 1.5 내지 3의 범위 내에 놓일 수 있다.
또한, 하우징의 바닥에 있는 슬래그 유통관(offtake)으로부터 하우징의 내벽까지 원추형으로 연장하는 수집용 펀넬(funnel)을 갖는 장치가 제공될 수 있다. 가스 분배기 벨 및 수집용 펀넬은 본 경우에 가스 분배기 벨의 하부 가장자리가 수집용 펀넬 내측으로 돌출하도록 서로에 대해 배열된다.
본 발명에 따른 장치의 추가 실시예는 냉매 막에 의해서, 침지 파이프의 내부 그리고 침지 파이프와 하우징 사이의 내부 공간(interspace)의 내부 모두에서의 자유 공간 급냉(free space quenching)과 냉매 욕의 침지 급냉(immersion quenching)과 사전 급냉의 조합에 관한 것이다. 이러한 자유 공간 급냉은 각각의 경우에 하우징의 외측으로부터 냉매 공급 라인에 유동가능하게 연결되고 침지 파이프 주위에 동심으로 배열되는 둘 또는 셋 이상의 분무 유닛들에 의해 실시된다. 분무 유닛들은 가스 유동 내측으로 지향되며, 제 1 분무 유닛은 침지 파이프 내측으로 그리고 제 2 분무 유닛은 내부 공간으로 지향된다.
분무 유닛들의 유리한 실시예들은 제 1 분무 유닛이 침지 파이프 상부의 1/3 에 하나 이상의 노즐 링, 바람직하게 두 개의 노즐 링들을 포함한다는 사실과 관련이 있다. 노즐 링들은 침지 파이프의 외주 둘레에 배열되며 이중 벽을 통해 침지 파이프의 내측으로 연장하는 노즐들을 가진다. 노즐 링들의 노즐들은 반경 방향 내측으로 지향되며 각을 이루며, 바람직하게는 수평에 대해 0°내지 30°의 범위로 하향으로 경사질 수 있다.
제 2 분무 유닛은 유사하게, 내부 공간의 상부 영역 내에 배열되는 노즐 링으로서 디자인될 수 있으며 제 2 분무 유닛의 주 분무 방향이 하향으로 배향되어서 하우징의 내벽 및 외측 파이프가 노즐 링에 의해 냉매로 실제로 완전하게 적셔질 수 있다.
또한, 적어도 제 1 분무 유닛용 냉매 및 제 2 분무 유닛용 냉매는 상이한 냉매 공급 장치들에 의해 제공될 수 있으며, 제 2 분무 유닛용 냉매는 제 1 분무 유닛용 냉매보다 더 미세한 입자들을 포함한다.
냉매로서 물인 경우에는, 따라서 공정수(process water)가 전처리 없이 제 1 분무 유닛용으로 사용될 수 있으며 가스 응축물들 및/또는 중수(gray water)가 제 2 분무 유닛용으로 사용될 수 있다.
냉매 막에 의해서, 침지 파이프 내부에서의 자유 공간 급냉과 냉매 욕의 내부에서의 침지 급냉과 그리고 침지 급냉 후의 가스 수집 공간 또는 내부 공간에서의 추가의 자유 공간 급냉과 사전급냉의 조합에 의해서, 가스 급냉은 유연한 방식으로 가스 특성들과 유리하게 조화될 수 있다. 또한, 냉매 막을 생성하기 위한 환형 냉매 챔버 및 분무 유닛들은 급냉 공간의 전체 접촉 표면이 냉각 액체에 의해 적셔지고 따라서 슬래그의 부착물들이 사실상 완전히 또는 심지어 전부 방지될 수 있음을 보장한다.
추가 실시예는 원료 가스 출구 포트가 하우징의 상부 1/3에 배열된다는 사실과 관련이 있다. 복수의 출구들이 제공되는 경우에 이들 출구들은 하우징의 상부 1/3의 상이한 높이들에 배열될 수 있다.
상기 장치의 추가의 바람직한 설계에 있어서, 침지 파이프의 직경은 고온 가스 입구 직경의 2 배 내지 5 배에 해당할 수 있다.
이와 같이, 일반적으로 슬래그를 함유한 고온 가스 유동을 처리하기 위한 본 발명에 따른 장치는 따라서, 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동을 생성하는 장치에 후속되는 것이 적합하다. 이는 특히 분류층 가스화기(entrained-bed gasifier)일 수 있어서, 분류층 가스화기 플랜트는 분류층 가스화기 이외에도, 그 하류에 본 발명에 따른 장치를 포함한다. 본 경우에, 상기 장치의 고온 가스 유동용 입구는 분류층 가스화기의 고온 가스 출구에 유동가능하게 연결된다.
가스 처리량과 사실상 무관한 급냉 작용에 의해 슬래그 함유 고온 가스 유동을 처리하기 위한 본 발명에 따른 방법의 일 실시예는 고온 가스가 입구를 통해 하우징 내의 침지 파이프 내로 유동하며, 냉매 막이 침지 파이프의 상단부에서 침지 파이프의 내벽 상에 생성되며, 그리고 하부 부분이 냉매 욕 내측에 담가지는 침지 파이프의 내벽 상에 있는 냉매 막과의 접촉으로 침지 파이프를 따라 유동하는 고온 가스 유동이 사전냉각되는 방법과 관련이 있다. 본 발명에 따라서, 다음의 침지 급냉은 침지 파이프에 인접한 원추형 가스 분배기 벨 내부의 가스 통과 포트들에 의해서 침지 파이프를 통해 냉매 욕 내측으로 도입되는 사전 냉각된 고온 가스 유동의 분산에 의해 냉매 욕 내부에서 발생하며, 가스 통과 포트들의 치수들은 관통 깊이에 의존한다.
유리하게, 침지 파이프의 이중 벽 설계로 인해서, 침지 파이프의 벽은 침지 파이프 자체뿐만 아니라 침지 파이프 상에 형성되는 냉매 막이 냉각되는 결과로써 내측으로부터 냉각될 수 있어서, 침지 파이프의 내벽 상에 적은 슬래그만이 피복되거나 전혀 슬래그가 피복되지 않게 된다. 또한, 냉매 공급이 침지 파이프의 하부 부분에서 발생하여서, 침지 파이프의 내측 파이프와 외측 파이프 사이에 형성되는 환형 간극을 통해서 상향으로 먼저 유동시킴으로써 냉매는 침지 파이프의 전체 길이에 걸쳐서 내부 냉각을 제공하며, 그리고 나서 환형 간극을 통과하고 난 후에 침지 파이프의 상단부에서 환형 냉매 챔버로 유입되어 냉매 막을 공급하는데 사용된다. 침지 파이프의 내벽 상의 슬래그 피복물들의 감소로 인해서 긴 서비스 수명이 초래되며 세정의 측면에서 단지 낮은 경비만이 요구된다.
상기 방법의 개량 예들은 냉매 막에 의한 사전 급냉 이외에도, 고온 가스 유동이 침지 파이프를 통한 유동 중에 분무될 냉매에 의한 순간(flash) 급냉에 의해서 추가로 냉각된다는 사실과 관련이 있다. 최종적으로, 냉매 욕으로부터 나오는 천연 가스 유동은 내부로 분무될 냉매에 의해 추가의 자유 공간 급냉 단계에서 냉각된다.
제안된 해결책은 예시에 의해서 하기에 설명될 것이다.
도면들은 단지, 본 발명의 특히 유리한 실시예에 대한 개략적이고 예시적인 설명으로서 이해될 것이다.
도 1은 고온 가스 유동의 침지 급냉을 위한 본 발명에 따른 장치의 측면도이며,
도 2는 추가의 급냉 장치들과 조합된 본 발명에 따른 장치의 측면도이다.
슬래그 함유 고온 가스 유동을 처리하기 위한, 도 1 및 도 2에 도시된 장치는 고온 가스 유동(1)을 위한 입구(2)를 갖춘 하우징(13)을 가지며, 상기 입구는 상부에 배열되며 하우징에 동심으로 수직하게 배열되는 침지 파이프(3) 내측으로 이어진다. 슬래그 함유 고온 가스용 입구(2)는 침지 파이프(3)의 상부 부분 내의 슬래그 하강 에지에서 종결된다. 침지 파이프(3)의 직경은 입구(2) 직경의 2 배 내지 5 배일 수 있다.
침지 파이프(3)의 상단부에, 즉 침지 파이프(3)의 가스 입구 포트에, 원주 출구 포트(6')를 하부 측에 가지는 공지의 환형 냉매 챔버(6)가 배열되며, 상기 출구 포트는 침지 파이프(3)의 내벽을 따라 연장하며 침지 파이프(3)의 내벽을 따라 하향으로 유동하는 바람직하게 밀집된(closed) 냉매 막(7)을 생성하는 역할을 한다.
유리하게, 환형 냉매 챔버(6)는, 침지 파이프(3)가 각진 내부 원통형 부분과 함께, 출구 포트(6')까지 환형 냉매 챔버(6)의 경계를 정하는 단부면 칼라(collar) 표면을 침지 파이프에 인접되게 갖는다는 점에서, 침지 파이프(3)의 칼라 외형의 확대부에 의해 내측으로 형성된다. 출구 포트(6')는 대략 수직으로 연속적으로 연장하거나 침지 파이프(3)의 원주에 걸쳐 분포되는 복수의 포트들로 형성될 수 있다.
환형 냉매 챔버(6)에 냉매를 공급하기 위해서, 하우징(13)을 통해서 침지 파이프(3)로 반경 방향으로 인도되는 냉매 공급 라인(5)이 환형 냉매 챔버(6)에 배열된다. 도 1에서, 냉매 공급 라인(5)은 환형 냉매 챔버(6) 내측으로 직접적으로 이어진다.
도 2에 도시된 장치의 실시예에서, 침지 파이프(3)는 그의 전체 길이에 걸쳐서 이중 벽으로 설계되며, 그 이중 벽은 내측 파이프(3') 및 외측 파이프(3")에 의해 형성되며, 이들 파이프들은 동심으로 배열되고 환형 간극(4)을 에워싸며, 환형 간극은 환형 간극(4)으로부터 나오는 냉매가 환형 냉매 챔버(6)로 유입되는 방식으로 상단부에서 환형 냉매 챔버(6)에 연결된다. 환형 간극(4)은 이 경우에 침지 파이프(3)의 하부 부분에 배열되는 냉매 공급 라인(5)에 차례로 연결된다.
냉매 레벨(N)을 참조함으로써 양 도면들로부터 알 수 있듯이, 침지 파이프(3)는 그의 하부 부분이 냉매 욕(14) 내에 담가진다. 침지 파이프(3)의 하단부에 배열되는 것은 본질적으로 연속으로 하향으로 원추형으로 확대되는 횡단면을 갖는 가스 분배기 벨(12)이다. 그 표면적은 그의 전체 높이에 걸쳐서 원추형으로 구성되어서는 안 되며, 유동 조건들이 급냉 공정에 더 잘 적응되도록 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 개방 하부 측에 원통형 표면적 부분을 갖는 가스 분배기 벨(12)을 갖추는 것이 훨씬 더 유리할 수 있다. 또한, 직선의 하부 표면적 외형 대신에 파상(wavy) 또는 톱니형 외형이 또한 유리할 수 있다.
가스 분배기 벨(12)의 최대 직경은 침지 파이프(3)의 직경에 대해서 1.5 내지 3, 바람직하게 1.5 내지 2의 범위 내에 있다.
가스 분배기 벨(12)은 그의 원뿔대(frustoconical) 표면적 내에 다수의 가스 통과 포트(12')들을 가지며, 그 가스 통과 포트들은 상하로 배열되는 복수의 수평 열들로 원주에 걸쳐 바람직하게는 균일하게 분포된다. 가스 통과 포트(12')들은 균일하게, 바람직하게 원형으로 구성된다. 원형 형상으로부터 일탈하는 포트들, 예를 들어 타원형 또는 둥근 코너들을 갖는 직사각형 포트들 또는 기포 크기 및 기포 파괴에 영향을 주는 불연속적 외형들을 갖는 포트들을 갖는 것도 역시 가능하다. 또한, 형상화되고 펀칭된 금속 시이트들이 또한 상기 표면적에 사용될 수 있으며, 그 가스 통과 포트들은 예를 들어, 펀넬형 또는 노즐과 같은 디자인이다.
가스 통과 포트(12')들의 치수들은 관통 깊이에 따라 변화한다. 침지 파이프(3)로의 전이부의 상부에서 가스 통과 포트(12')들의 직경은 가스 분배기 벨(12)의 침지 파이프(3)의, 침지 파이프(3)로부터 멀어지는 쪽을 향하는 하향으로 지향된 가장자리에서의 가스 통과 포트(12')들의 직경 보다 더 작으며, 냉매 욕(14)의 깊이 내측으로 가스 통과 포트(12')들의 열에서 열까지(row by row) 크기의 증가는 가스 통과 포트(12')들 및 냉매 욕(14)을 통한 유동 중의 가스 압력 손실들의 총합이 거의 일정하게 유지되도록 선택된다.
장치는 가스 분배기 벨(12)의 하부 가장자리가 고온 가스에서 분리되는 슬래그 입자들에 대한 수집용 펀넬(15) 안으로 돌출하고 상기 수집용 펀넬은 하우징 바닥에 배열되는 슬래그 유통관(16)으로부터 하우징(13)의 내부 벽까지 원뿔식으로 냉매 욕(14) 내에서 연장하는 방식으로 바닥 구역에 구성된다.
또한, 하우징(13)은 침지 급냉을 위해 요구되는 최대 냉매 레벨(Nmax)에 배열되는 냉매 배수관(19)을 갖는다. 냉매로서, 물인 경우, 전처리 없는 공정수가 냉매 막(7) 및 냉매 욕(14)을 위해 사용될 수 있다.
급냉기에서 증발되지 않은 과도한 물은 배수관(19)에서 하우징(13)을 나가고 처리된다. 고체 분획물들의 제거에 의해, 물은 다시 사용될 수 있고 중수로서 나타내어지며 급냉을 위해 수 회 사용된다. 공정수는 냉매 막(7) 및 냉매 욕(14)을 위한 전처리 없이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 슬래그가 거의 없는 냉각된 원료 가스를 위한 원료 가스 출구(20) 및 냉매 침지 욕(14) 위의 수집 공간으로서, 급냉된 가스를 위해, 하우징(13)과 침지 파이프(3) 사이에 형성되는 내부 공간(21)을 갖고, 상기 원료 가스 출구는 통상 하우징(13)의 상부의 1/3 에 배열된다. 장치가 하나 초과의 원료 가스 출구(20)를 갖는 것이 제공될 수 있다. 2 또는 3 이상의 원료 가스 출구들이 제공된다면, 이들은 고온 가스 특성들에 대한 적응의 목적을 위해 하우징(13)의 상부 1/3 에서 상이한 높이들에 배열될 수 있다.
주로 CaCO3 구성 성분들이고, 경험에 따르면, 무엇보다도 건식 고온 표면들에 부착되는 알칼리 승화물(sublimate)인, 회분의 구성 성분들의 적층물들을 회피하기 위해, 추가적인 냉매가, 도 2 에 도시된 것과 같이, 바람직하게는 다시 노즐 링(17)으로서 설계되는, 추가의 분무 유닛을 통하여, 침지 파이프(3)를 에워싸는, 냉매 욕(14) 위의 내부 공간(21)의 상부 부분 내에 분무될 수 있다. 침지 파이프(3) 주위에 환형으로 배열되는 노즐들은 넓은 분무 콘(cone)을 가지며, 주 분무 방향은 하방을 향한다. 접촉 표면들의 습기 있음을 유지하고, 하우징(13), 침지 파이프(3)의 중간 공간 및 예컨대 냉매 이송 라인(5, 10, 11)들과 같은 추가의 피팅부들의 범위를 한정하는 효과 이외에, 원료 가스 유동 내의 냉매의 추가적인 분무화(atomization)가 달성되고, 그 결과 세정 및 냉각 효과가 더 개선된다. 노즐 링(17)은 마찬가지로 냉매 이송 라인(18)에 할당된다.
침지 파이프(3)의 상단부를 에워싸는 단일 노즐 링(17) 대신에, 내부 공간(21)에 완전 분무를 위해, 냉매 욕(14) 위에 배열되는 복수의 노즐 링들 또는 링 배열체로부터 벗어나고 개별 노즐들을 갖는 노즐 그룹들을 설치하는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 따른 장치는, 특히 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)을 냉각시키고, 탄소 함유 연료들을 위한 가스화기 플랜트들, 예컨대 바이오매스 가스화 기의 분류층(entrained-bed) 가스화기 플랜트들의 고온 가스 유동(1)으로부터 슬래그를 분리시키기 위해 제공된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 장치는 분류층 가스화기 하류에 후속하고 그리고 이 가스화기에 유동가능하게 연결되며, 이 장치는 바람직하게는 분류층 가스화기의 연소 챔버 아래의 고온 가스 출구에 직접적으로 배열된다.
이러한 경우, 고온 가스는, 이전의 장치인, 분류층 가스화기의 반응 공간으로부터 아래에 위치된 급냉 공간으로 유도된다. 가스로부터의 슬래그의 분리 및 고온 가스의 다단(multi stage) 냉각이 여기서 일어나고, 사전 급냉과, 적절하다면 침지 파이프 내의 순간 급냉, 냉매 침지 욕 내의 침지 급냉 및, 적절하다면, 원료 가스 수집 공간 내의 재개된 자유 공간 급냉의 조합이 채용된다.
도면들에 도시된 양 실시예들에서, 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)은 먼저 입구(2)를 통하여 막 냉각식 침지 파이프(3) 내측으로 수직으로 하방으로 유도된다. 공급된 고온 가스 유동(1)의 사전 급냉은 침지 파이프(3)의 내부 벽 표면 상에 생성되는 냉매 막(7)과 접촉하여 침지 파이프에서 일어난다. 냉매 막(7)은, 공급된 고온 가스 유동(1)의 사전 급냉 외에, 냉매 욕(14) 내측으로의 슬래그 입자들의 개선된 전달을 유발하고, 이에 의해 침지 파이프의 내부 벽 상의 슬래그의 정착을 감소시키거나 회피한다.
슬래그를 함유하는 고온 가스 유동을 처리하기 위한 방법이, 도 2에 도시된, 이중 벽 침지 파이프(3)를 갖는 장치에 의해 실행된다면, 침지 파이프(3)의 내측 상에 형성되는 냉매 막(7)은 환형 간극(4)을 통하여 공급되고 냉매 막(7)을 이송하는 냉매에 의해 제공되는 침지 파이프(3)의 내부 냉각에 의해 냉각되고, 그 결과 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)은 냉매 막(7)과 접촉하여 냉각된다. 냉매 막(7)을 위한 냉매가 환형 간극(4)을 통하여 공급되기 때문에, 침지 파이프 벽은 전체 높이에 걸쳐 강제식으로 냉각된다. 그 결과, 고온 가스 유동(1)에서 증발하는 냉매 막(7)의 냉매 분획물은 종래 기술로부터 공지된 것보다 실질적으로 더 낮고, 냉매 막(7)은 전체 침지 파이프 길이에 걸쳐 사실상 유지된다. 또한, 집중적인 침지 파이프 냉각 덕분에, 주변 하우징(13)의 열 보호에 관한 경비는 적어도 감소될 수 있다. 침지 파이프 내측에서 생성되는 안정적인 냉매 막(7)은, 공급되는 고온 가스 유동(1)의 사전 급냉 외에, 슬래그 입자들의 개선된 전달을 유발하고, 연속적인 냉매 막(7)에 의해, 침지 파이프의 내부 벽 상의 고체화하는 슬래그 및 고체화된 슬래그의 정착을 감소시키거나 또는 피하게 한다.
도 2에 도시된 것과 같은, 본 발명에 따른 장치의 실시예에서, 냉매 막(7)에 의한 고온 가스 유동(1)의 사전 급냉이 침지 파이프(3) 내측에서 일어날 뿐만 아니라, 침지 파이프(3)는 장치 내측에 원통형으로 구성되는 순간 급냉 공간을 또한 형성한다. 따라서, 냉매가 침지 파이프(3)를 통과하는 유동 동안 분무되는 상태에서, 고온 가스 유동(1)의 순간 급냉이 달성된다.
도 2에서, 제 1 분무 유닛이 하우징(13) 내에 존재하는 냉매 욕(14)의 레벨(N) 위에서 침지 파이프(3)의 상부 1/3 에 배열되고, 분무 유닛은 침지 파이프(3)의 외부 둘레 상에서 상부 노즐 링(8) 그리고 바람직하게는 하나 이상의 하부 노즐 링(9)을 추가로 포함하고, 노즐 링(8, 9)들의 둘레에 걸쳐 분배되는 노즐들은, 본 예에서 이중 벽인, 침지 파이프(3)를 통과하여 관통하고, 침지 파이프의 내부 안으로 반경 방향으로 지향된다. 노즐 링(8, 9)들에는 냉매 이송 라인(10, 11)들을 통하여 외측으로부터 냉매가 이송된다.
"노즐" 이라는 명칭은 본 명세서에서 가장 간단한 경우에 규정된 내부 윤곽을 갖는 관형 장치에 관한 것이며, 노즐에 의해 냉매 또는 보통 채용되는 급냉수가 미리 정해질 수 있는 압력으로 규정된 방향으로 침지 파이프(3)의 내부 안으로 분무된다. 노즐 링(8, 9)들은 상하로(one above the other) 수직으로 놓이고 축선(A)에 대하여 반경 방향으로 내방으로 지향되는 분무 커튼(spray curtain)들을 침지 파이프(3)의 내부 횡단면에 걸쳐 생성한다. 노즐들은 수평 분무 커튼을 생성하기 위해 대략 수평으로 배향될 수 있지만, 도면에서 이점쇄선으로 나타낸 것과 같이, 노즐들은 수평에 대하여 10°내지 30°의 각도로 하방으로 이들의 제트(jet) 방향으로 또한 경사질 수 있다. 노즐 링(8, 9)들 대신에, 상이하게 설계된 분무기들이, 이들이 냉매 연무(mist)에 의해 대략 완전하게 고온 가스 유동(1)의 횡단면을 채우는 한, 분무 유닛들로서 또한 사용될 수 있다.
슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)과 미세하게 분배된 냉매의 만남은 매우 급속한 냉각(순간 급냉) 및 분무 커튼들을 통한 통과 동안 냉매로서 사용되는 물에 의한 가스의 포화를 생기게 한다. 분무 유닛들에 의해 이중 벽 침지 파이프(3)에서 실행되는 순간 급냉은 자유 공간 급냉에 대응하고 고온 가스 유동(1) 내의 슬래그 드롭(drop)들이 냉각 및 고체화되는 것을 야기할 뿐만 아니라, 동시에 내측 파이프(3')의 내부 벽에 접착하는 냉매 막(7)에 의해 도움을 받아, 슬래그 입자들의 응집을 야기하여, 냉매 욕(14) 내의 슬래그 입자들의 더 양호한 분리가 달성될 수 있다.
사전 급냉 및, 적절하다면 순간 급냉된 가스 유동이, 가스 유동에 함유되는 고체화하는 또는 이미 고체화된 슬래그 입자들과 함께 냉매 욕(14) 내측으로 유입되고 여기서 침지 급냉된다. 예비 냉각된 고온 가스 유동(1)은 양쪽의 도면들에 도시된, 원뿔형 가스 분배기 벨(12)에서, 관통의 깊이에 의존하는 치수들을 갖는 가스 통과 포트(12')들의 도움에 의해 냉매 욕(14) 내의 침지 파이프(3)의 하단부에서 분산되고, 세정 효과를 보강하는 난류들이 냉매 욕(14) 내에 발생한다. 유입되는 가스의 유동 방향이 침지 파이프(3)의 하단부와 인접하는 가스 분배기 벨(12)에서 편향되고 냉매 욕(14)을 통과하여 침지 파이프(3)와 하우징(13) 사이에 형성되는 내부 공간(21) 안으로 그리고 하나 이상의 원료 가스 출구(20)로 흐르는 동안, 세정 효과 및 유동 방향의 역전(reversal)에 의해 가스로부터 분리되는 슬래그는 밀도 분리(density separation)의 원리에 의해 중력장 내에 가라앉는다. 수집용 펀넬(15)은 고체화된 슬래그 응집물들을 하우징(13) 바닥부 내의 최저 지점에 있는 슬래그 유통관(16)으로 전달하여, 슬래그는 여기서 배치(batch)들로 또는 연속적으로 빠져나가거나 또는 배출될 수 있다.
가스 분배기 벨(12) 안으로 유입되는 가스 통과 포트(12')들은 냉매 욕(14) 내의 양호한 가스 분배를 촉진하고 이에 의해 양호한 세정 효과에 기여한다. 크기가 변하여 상방으로 더 작아지고, 반드시 원형일 필요가 있는 것이 아니라 다른 윤곽들을 가질 수 있는 가스 통과 포트(12')들의 가스 분배기 벨(12) 내의 배열의 결과로서, 이러한 세정 효과는, 상이한 고온 가스 체적 유동들의 경우라도 대략 일정하게 유지되는데, 이는 냉매 욕(14)의 깊이에서 증가하는 압력 손실이 더 큰 가스 통과 포트(12')들의 더 낮은 압력 손실에 의해 보상되기 때문이다. 더 낮은 고온 가스 처리량들의 경우, 더 높은 압력 손실과 적은 기포들을 갖는 근처 표면의 더 작은 가스 통과 포트(12')들을 통과하는 고온 가스 유동들이 냉매 침지 욕(14)에서 생성되지만, 더 높은 가스 처리량들의 경우, 가스는 더 낮은 레벨에 배열되고 더 낮은 압력 손실들을 유발하는 더 큰 가스 통과 포트(12')들을 통하여 또한 유동한다.
슬래그가 없는 원료 가스 유동은 내부 공간(21)에서 수집되고 그 후 원료 가스 출구(20)를 통하여 장치를 나간다. 하우징(13)의 상부 1/3 에서 상이한 높이들에서의 2 개 또는 3 개 이상의 원료 가스 출구(20)들은 상이한 급냉 변형예들에 대한 하우징(13)의 가변적인 이용을 또한 가능하게 한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 내부 공간(21)에서 침지 욕(14)으로부터 나오는 원료 가스는 노즐 링(17)에 의해 분무되는 냉매에 의해 한번 더 냉각될 수 있고, 이러한 경우, 잔여 슬래그 입자들은 또한 세정될 수 있다.
분리된 슬래그는 슬래그 유통관(16)을 통하여 제거된다. 수집용 펀넬(15)은 슬래그 적층물들 및 마모로부터 하우징을 보호한다. 냉매 배수관(19)은 가스 정화 및 가스의 잔여 냉각을 위해 요구되는 냉매 레벨(N)을 하우징(13) 내에서 유지한다.
도 2 와 연관하여 설명된 실시예에 따른 장치에 의해 제공되는 접촉 표면들의 연속적인 젖음 때문에, 그리고 집중적인 접촉 표면 냉각 및 다단 급냉 때문에, 장치는 긴 수명 및 세척에 관한 낮은 경비에 의해 작동될 수 있으며, 동시에, 침지 욕에 의해 분리되는, 침지 파이프에서의 사전 급냉/순간 급냉 및 내부 공간(21)에서의 분무는 사전 급냉/순간 급냉에서 고체 분획물들로 가득한 물 또는 냉매의 다중 이용을 가능하게 하며, 이러한 경우 냉매/물 소비는 생성되는 가스 양에 따라 제어될 수 있다.
하우징(13)의 완벽한 젖음을 위해서, 노즐 링(17) 또는 다른 분무 유닛들은 10 내지 100 m3/h 의 냉매 비율(coolant rate), 2 내지 10 m/s 의 노즐 출구 속도 및 100 내지 3000 ㎛ 의 드롭 스펙트럼에 의해 작동된다.
이러한 예시적 실시예는 80,000 Nm3/h의 가스화기 출력을 갖는 콜 더스트(coal dust) 압력 가스화기(건식)와 함께 본 발명의 사용시 기초한다. 이 예시에서, 침지 파이프(3)에 배열된 노즐 링(8, 9) 및 이중벽 침지 파이프(3)를 통해 안내되는 노즐들은 30 내지 50　m3/h의 냉매 유동에 의해 공급될 수 있다.
상기 장치에서 설명된 것들의 각각의 또는 수개의 핏팅들의 냉매 처리량을 선택 및 구성함으로써, 자유 공간 급냉 또는 침지 급냉 또는 이들의 조합에 대한 포괄적인 구성이 가능하다.
게다가, 상이한 품질의 냉매 또는 물이 필요한 드롭 사이즈 및 출구 속도에 따라 다양한 노즐 그룹들에 대해 사용될 수 있다. 침지 파이프(3)의 내부 냉각 및 물이 특별히 미세하게 분무되는 노즐 링(17)의 장입(charging)을 위해서, 낮은 고체 분획물과 작은 고체 입자 크기를 갖는 물이 사용되어야 한다. 침지 파이프 내측의 순간 급냉의 수질이 저하될 수 있다. 가스 응축물들 및 중수가 내부 공간(21) 분무를 위해 사용될 수 있지만, 전처리 없는 공정수의 사용이 수막(water film)을 형성하기에 충분하다. 따라서, 적어도, 제 1 분무 유닛/침지 파이프용 냉매 및 제 2 분무 유닛용 냉매가 상이한 냉매 공급 장치들에 의해 제공된다면 유리하다. 개별 급냉 장치들에서의 물 소비가 가스 처리량 및 가스의 고체 로드(load)에 의존하기 때문에, 개별 소비자들이 물 소비를 조절하는 것이 상책이다. 급냉기 내측의 증발수량(evaporated water quantity)은 열동력학적으로 판정될 수 있다. 사용된 수량은 증발수량보다 약 20 % 더 커야 한다. 급냉 장치들에 대한 물 공급의 대응 제어는 프로세스 관리 시스템에 의해 발생한다.
1 : 고온 가스 유동
2 : 고온 가스 유동용 입구
3, 3', 3'' : 이중 벽 침지 파이프, 내측 파이프, 외측 파이프
4 : 환형 간극
5 : 냉매 이송 라인
6, 6' : 환형 냉매 챔버, 출구 포트
7 : 냉매 막
8 : 노즐 링
9 : 노즐 링
10 : 냉매 이송 라인
11 : 냉매 이송 라인
12, 12' : 가스 분배기 벨, 가스 통과 포트들
13 : 하우징
14 : 냉매 욕(bath)
15 : 수집용 펀넬(funnel)
16 : 슬래그 유통관(offtake)
17 : 노즐 링
18 : 냉매 이송 라인
19 : 배수관(overflow)
20 : 원료(crude) 가스 출구
21 : 내부 공간(interspace)
A : 침지 파이프 및 하우징의 축선
N : 냉매 욕(14)의 레벨

Claims (15)

  1. 하우징(13) 내에서 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치로서,
    상기 고온 가스 유동(1)용으로 상부에 배열되는 입구(2),
    상기 하우징 내에 동심으로 수직 배열되고 상기 입구(2) 내로 이어지는 침지 파이프(3),
    내부에서 상기 침지 파이프(3)의 하부 부분이 담기는 냉매 욕(14), 및
    슬래그가 없는 냉각된 원료(crude) 가스용의 하나 이상의 원료 가스 출구 포트(20)들을 포함하며,
    상기 침지 파이프(3)의 하부 부분은 방사방향으로 넓어지는 가스 분배기 벨(12)로서 상기 냉매 욕(14) 내에서 설계되는, 고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치에 있어서,
    상기 가스 분배기 벨(12)은 하방으로 넓어지는 횡단면을 구비한 본질적으로 원추형 표면적에 의해 형성되고,
    상기 표면적은 다수의 가스 통과 포트(12')들을 가지며, 상기 다수의 가스 통과 포트(12')들은 상기 가스 분배기 벨(12)의 원주에 걸쳐 분배되며, 상기 가스 통과 포트(12')들의 치수들은 상기 냉매 욕(14)의 관통 깊이에 따라 증가되는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 침지 파이프(3)는 상기 파이프의 전체 길이에 걸쳐 이중벽으로 설계되며, 환형 간극(4)이 상기 침지 파이프(3)의 내측 파이프(3') 및 외측 파이프(3'') 사이에 제공되며,
    환형 냉매 챔버(6)가 상기 침지 파이프(3)의 내벽 상에서 냉매 막(7)을 생성하기 위해서 침지 파이프(3)의 상단부에 배열되고,
    상기 환형 간극(4)은 상기 환형 냉매 챔버(6)에 연결되고, 그리고
    상기 환형 간극(4)에 연결된 냉매 공급 라인(5)이 상기 침지 파이프(3)의 하부 부분에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 통과 포트(12')들의 치수들은, 상기 가스 통과 포트(12')들 및 냉매 욕(14)을 통과하는 유동중 가스 압력 손실들의 총합이 상기 냉매 욕(14)의 가스의 유동 경로에 관계없이 대략 일정하게 유지되도록, 하방으로 증가하는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분배기 벨(14)의 최대 직경 대 상기 침지 파이프(3)의 직경의 비율은 1.5 내지 3 인 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수집용 펀넬(15)이 하우징(13)의 저부에 배열된 슬래그 유통관(16)으로부터 상기 하우징(13)의 내벽까지 원추형으로 연장하며, 상기 가스 분배기 벨(12) 및 상기 수집용 펀넬(15)은 상기 가스 분배기 벨(12)의 하부 가장자리(margin)가 수집용 펀넬(15) 내측으로 돌출하도록 서로에 대해 배열되는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 경우에 상기 하우징(13)의 외측으로부터 냉매 공급 라인(10, 18)에 유동가능하게 연결되며 가스 유동 내로 지향되는 2 개 이상의 분무 유닛들은 상기 침지 파이프(3) 둘레에 동심으로 배열되며, 적어도 제 1 분무 유닛은 상기 침지 파이프 내측으로 지향되고, 제 2 분무 유닛은 상기 침지 파이프(3)와 하우징(13) 사이에 형성된 내부 공간(21)으로 지향되는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 분무 유닛은 침지 파이프(3)의 상부 1/3 에 하나 이상의 노즐 링(8), 바람직하게는 2 개의 노즐 링(8, 9)들을 포함하고, 각각의 노즐 링(8, 9)은 상기 침지 파이프(3)의 외주 둘레에 배열되고 이중 벽을 통해 상기 침지 파이프(3) 내로 연장하는 노즐들을 갖는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 노즐 링(8, 9)들의 노즐들은 반경 방향 내측으로 지향되며 각을 이루고, 바람직하게는 수평에 대해 0° 내지 30°의 범위로 하방으로 경사지는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 분무 유닛은, 특히 주 분무 방향이 하방으로 배향되어서 내부 공간(21)의 상부 구역에 배열되는 노즐 링(17)으로 설계되며, 상기 하우징(13)의 내벽 및 상기 외측 파이프(3'')가 상기 노즐 링(17)에 의해 사실상 완전히 냉매에 의해 적셔질 수 있는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 원료 가스 출구 포트(20)는 상기 하우징(13)의 상부 1/3 에 배열되고, 복수 개의 출구(20)들이 상기 하우징(13)의 상부 1/3 에 상이한 높이들에 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 장치.
  11. 분류층(entrained-bed) 가스화기 플랜트에 있어서,
    상기 분류층 가스화기 플랜트는 분류층 가스화기 및 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 장치를 포함하고,
    상기 장치는 상기 분류층 가스화기의 하류에 배열되며,
    고온 가스 유동(1)의 입구(2)는 상기 분류층 가스화기의 고온 가스 출구에 유동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는,
    분류층 가스화기 플랜트.
  12. 슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 방법으로서,
    입구(2)를 통해 하우징(13) 내의 침지 파이프(3) 내측으로 흐르는 고온 가스 유동(1),
    상기 침지 파이프(3)의 상단부에 상기 침지 파이프(3)의 내벽 상에서 생성되는 냉매 막(7)을 포함하며,
    상기 침지 파이프(3)를 따라 유동하는 상기 고온 가스 유동(1)은 상기 침지 파이프(3)의 내벽에서 상기 냉매 막(7)과 접촉하여 사전 냉각되는 것을 특징으로 하는, 고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 방법에 있어서,
    하부 부분이 냉매 욕(14) 내로 담가지게 되는 상기 침지 파이프(3)를 통해 상기 냉매 욕(14) 내로 사전 냉각된 고온 가스 유동(1)을 도입하는 단계,
    냉매 욕(14) 내의 상기 침지 파이프(3)에 인접한 원추형 가스 분배기 벨(12) 내부에서 관통 깊이에 의존하는 치수들을 갖는 가스 통과 포트(12')들에 의해 가스 유동을 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 침지 파이프(3)의 내측 파이프(3') 및 외측 파이프(3'') 사이 환형 간극(4)에 냉매를 공급하는 단계,
    상기 환형 간극(4)의 상방에서 흐르는 냉매에 의해 상기 침지 파이프(3)의 내부 냉각을 하는 단계,
    상기 침지 파이프(3)의 내부 냉각에 의해 상기 냉매 막(7)의 냉각을 하는 단계, 및
    상기 환형 간극으로부터 나오며 내부 냉각을 위해 사용되는 냉매에 의해 상기 침지 파이프(3)의 상단부에서 냉매 막(7)을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 고온 가스 유동(1)은 상기 침지 파이프(3)를 통한 유동 중에 분무되는 냉매에 의해 추가로 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 욕(14)으로부터 나오는 원료(crude) 가스 유동은 내부에 분무되는 냉매에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    슬래그를 함유하는 고온 가스 유동(1)을 처리하기 위한 방법.
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