KR20220048016A

KR20220048016A - 고온 가스의 급속 냉각 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220048016A
Application number: KR1020227008729A
Authority: KR
Inventors: 밍옌 송; 이펑 천; 샤오페이 챠오; 창하오 커; 징쿠이 왕; 하이빙 지아; 난 짜오; 진커 쟝; 펑 류; 티옌용 위; 옌 송; 짜이강 양; 위시 루어; 창바오 쉬; 쥔시옌 류; 지옌마오 구어
Original assignee: 완후아 케미컬 그룹 코., 엘티디; 완후아 케미컬(닝보) 코퍼레이션 리미티드
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-04-19
Also published as: EP4043790A1; CN112648625B; EP4043790A4; JP2022547198A; WO2021068674A1; CN112648625A; US20220323897A1

Abstract

본 발명은 고온 가스의 급속 냉각 장치 및 방법을 제공하며, 해당 장치는 서로 연결된 하나 또는 복수의 원통형 하우징(001); 하우징 외측의 재킷(002); 적어도 제1 원통형 하우징의 내부에 위치하는 내부 통체(003); 단열 가스켓(005); 내부 부재(006); 단열 가스켓(005)에 설치되는 고온 부식성 가스 입구(N01); 원통형 하우징의 바닥부 또는 마지막 하나의 원통형 하우징의 바닥부에 위치하는 기상 및 액상 출구(N02); 재킷(002) 내부와 연결되는 냉각액 출입구(N03-N05); 를 포함한다. 단열 가스켓(005)은 제1 원통형 하우징(001) 및 제1 원통형 하우징(001) 내의 내부 통체(003) 상단부를 밀봉하며, 내부 부재(005)는 하우징(001)의 벽을 따라 분포되며, 재킷(002)의 내부 캐비티와 하우징(001)의 내부를 연결하고, 재킷(002) 내의 액체를 하우징(001) 내로 분포한다. 해당 방법은 필터 및 냉각기를 대체하고, 고체를 함유한 가스 냉각시의 막힘 위험을 효과적으로 줄인다.

Description

고온 가스의 급속 냉각 장치 및 방법

본 발명은 고온 가스의 급속 냉각 장치 및 방법에 관한 것으로, 고체를 함유하는 부식성이 강한 가스에 적용될 수 있으며, 화학 공업 설비 응용 분야에 속하며, 특히 급속 냉각 장치 및 공정에 관한 것으로, HCl 산화, 열분해 가스 및 소각 시스템의 폐가스 처리 분야에 널리 적용될 수 있다.

이소시아네이트 공정에서 염소 평형은 제품 비용에 영향을 미치는 중요한 지표이며, 현재 가장 일반적으로 사용되는 HCl 처리 방법은 다음과 같다. 1) 알칼리용액으로 직접 흡수하는 방법, 해당 방법은 염소 자원의 많은 낭비를 초래한다. 2) 염화비닐 등 제품을 제조하는 방법, 해당 방법은 이윤이 낮고 제품이 경쟁력이 없다. 3) Deacon 촉매 산화 방법, 해당 방법은 HCl을 염소 가스로 직접 산화하여 염소의 순환 사용을 실현할 수 있다. CN101511728B에서는 이러한 방법을 소개하였으며, 해당 특허의 공정 및 설비에 대한 분석에 의하면, 고온 반응 가스에는 HCl, Cl₂, O₂ 및 물이 포함되어 있으며, 니켈 소재 및 탄탈륨 소재의 열교환기를 사용하여야, 고온 부식성 가스를 400℃에서 150℃로 냉각하는 요구를 충족할 수 있다. 니켈계 소재는 고온의 HCl과 Cl₂을 견딜 수 있으나, 물을 견딜 수 없어 석출되고, 산 함유 액체는 니켈계 소재를 심하게 부식시키며, 탄탈륨 소재는 임의의 농도의 염산 용액을 견딜 수 있으나, 작동 온도는 260℃를 초과하면 안된다. 아울러, 반응 가스에 혼입된 촉매 입자는 쉘앤튜브형(shell-and-tube type) 열교환기의 막힘을 쉽게 유발할 수 있어, 장치가 안정적으로 작동하지 못한다.

상기와 같은 공정의 어려움을 감안하여, 기존의 냉각 방법을 대체하여, 장치 투자를 줄이고, 장치 작동의 안정성을 향상시키며, 이로써, 현재 공정에서 존재하는 설비 투자가 높고 열교환기가 막히는 문제를 방지하는, HCl 산화 고온 가스에 대한 새로운 냉각 방법을 찾는다.

염소와 같은 할로겐을 함유한 유해폐기물을 소각할 때, 소각로에서 배출되는 배기가스의 온도는 1100℃이고, 유해물질은 기본적으로 분해되나, 200-500℃의 범위에서 미량의 유해 물질이 재합성될 수 있기에, 배기가스에 대한 급속 냉각이 필요하며, 특허 CN206234834U에서는 급속 냉각 타워를 제공하여 고온 및 부식성이 강한 배기가스를 급속 냉각하며, 타워의 사용 수명을 연장하기 위해, 급속 냉각 타워는 노즐을 사용하여 타워의 내벽에 수막을 형성하여, 타워의 내벽과 고온의 배기가스를 격리하고, 타워 바디를 보호한다. 해당 보호 방법은 수막의 안정성을 보장할 수 없다. 수막의 두께 역시 고온 가스의 속도 영향을 받기 때문에, 건조한 벽이 국부적으로 나타나기만 하면, 타워 바디에 돌이킬 수 없는 손상을 입히게 되고, 제때에 발견하지 못하면 심각한 안전 사고가 발생할 수 있다. 전통적인 라이닝 내열 모르타르 방법은, 고온 및 저온이 끊임없이 전환되는 공정 조건하에서, 균열 현상이 심각하고, 이는 장치 내부에 발생되기에, 발견하기 쉽지 않다. CN208269684U에서는 고온 배기가스를 급속 냉각하는 장치를 개시하였으나, 소재가 흑연이므로, 많은 공정에서의 적용이 제한된다.

상기와 같은 공정의 어려움을 감안하여, 기존의 냉각 방법을 대체하며, 현재 공정에 존재하는 건조한 벽으로 인한 타워 바디의 파손 및 내열 모트타르가 균열되는 문제를 방지하며, 장치의 안전한 작동을 보장하고, 안전 사고의 발생을 방지하는, 고온 배기가스의 새로운 급속 냉각 방법을 찾고 있다.

본 발명은 고온 가스의 급속 냉각 장치 및 방법을 제공하고, 이는 고체를 함유하는 부식성이 강한 가스에 적용될 수 있으며, 급속 냉각 장치 및 급속 냉각 장치 적용에 필요한 프로세스를 포함한다. 본 발명은 열교환기가 막히는 문제를 극복하고 필터 및 냉각기를 대체하며, 고체를 함유한 가스가 냉각될 때 막히는 위험을 효과적으로 줄여, 부식성 가스의 냉각이 보다 안전하고 신뢰성을 구비하도록 함으로써, 장치가 장기간 작동되도록 하는 동시에, 특수 재질로 인한 적용 제한 문제를 극복하며, HCl 산화, 열분해 가스 및 소각 시스템의 폐가스 처리 분야에 널리 적용될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 기술방안을 제시한다.

고온 가스의 급속 냉각 장치를 제공하며, 이는 고체를 함유하고 부식성이 강한 가스의 처리에 적용될 수 있으며, 상기 장치는,

축 방향을 따라 서로 연결된 하나 또는 복수의 원통형 하우징(즉, 제1 내지 제n 원통형 하우징으로, n은 예를 들어 1-6일 수 있으며, 바람직하게는 2-3임); 각각의 원통형 하우징 외측에 설치된 재킷; 적어도 제1 원통형 하우징의 내부에 위치하는 내부 통체; 제1 원통형 하우징과 제1 원통형 하우징 내의 내부 통체 상단부를 밀봉하는 단열 가스켓; 하우징의 벽을 따라 분포되고, 재킷의 내부 캐비티와 원통형 하우징의 내부를 연결하되, 재킷 내의 액체를 원통형 하우징의 내부로 분포하는 내부 부재; 단열 가스켓에 설치된 고온 가스 입구; 원통형 하우징의 바닥부 또는 마지막 원통형 하우징의 바닥부(복수의 원통형 하우징이 연결된 경우)에 위치하는 기상 및 액상 출구; 및 재킷 내부와 연결된 냉각액 출입구; 를 포함한다.

본 발명에서, 원통형 하우징이 서로 연결되는 것은, 인접한 원통형 하우징이 축 방향을 따라 끝단부를 통해 서로 맞닿으며, 위로부터 아래로 제1 내지 제n 번째로 배열되는 것을 의미한다. 물론, 본 분야의 당업자는, 위로부터 아래로의 기상과 액상의 상대적인 원활한 유동을 보장하기 위하여, 각 원통형의 내경을 동일하게 설정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

추가적으로, 상기 내부 부재는 재킷의 내부 캐비티로부터 원통형 하우징의 벽을 관통하는 개구이거나, 개구와 개구에 연결된 노즐이다.

상기 장치는 하나 이상의 섹션으로 나뉠 수 있고, 수직으로 연결된 것으로 이해할 수 있으며, 바람직하게는 2-3개의 섹션이며, 내부 통체가 구비된 원통형 하우징을 a 섹션으로, 내부 통체가 구비되지 않은 원통형 하우징을 b 섹션으로 하며, 조합 방식은 위로부터 아래로 하나의 a 섹션과 하나의 b 섹션을 조합하여 사용하는 방식일 수 있고(즉, a+b 섹션을 조합하여 사용), 위로부터 아래로 하나의 a 섹션과 다수의 b 섹션을 조합하여 사용하는 방식일 수도 있으며(즉, a+b+b+… 섹션을 조합하여 사용), 위로부터 아래로 하나의 a 섹션과 하나의 b 섹션의 조합을 순환하여 사용하는 방식일 수도 있되(즉, a+b+a+b+a+b+......의 사용 방식), 예를 들어 1-3번 순환할 수 있다.

추가적으로, 내부 부재는 수막 생성 부재일 수 있으며, 워터 미스트 생성 부재 또는 이 둘의 조합일 수도 있다. 수막 생성 부재와 워터 미스트 생성 부재는 기능에 따라 구분되고, 모두 노즐 헤드 또는 개구이나, 워터 미스트 생성 부재가 스프레이 입자 크기에 대한 요구가 더 높으며, 워터 미스트를 형성한다. 내부 통체를 구비하는 a 섹션에서는 일반적으로 수막 생성 부재를 사용하고, 내부 통체를 구비하지 않는 b 섹션에서는 주로 워터 미스트 생성 부재를 사용한다. a 섹션은 내부 통체를 구비하고 내부 통체의 주요한 작용은 고온 가스를 원통형 하우징과 차단시켜, 재료의 내열 온도보다 높은 온도로 인한 원통형 하우징의 수소 취화 또는 부식을 방지하고, 원통형 하우징의 제2 보호로서 수막 생성 부재와 함께 작용하여 안정적인 수막을 형성한다(개구 또는 노즐 헤드를 통해 분사되는 물이 내부 통체의 작용하에 수막을 형성함).

a 섹션과 b 섹션은 모두 원통형 하우징, 하우징 외측의 재킷 및 상기 하우징에 구성된 내부 부재를 포함하고, 원통형 하우징 외측의 재킷에는 냉각 매체가 도입되어, 원통형 하우징의 벽면에 대해 냉각 작용을 함으로써, 원통형 하우징의 벽면 온도가 냉각 매체 측의 온도에 근접하고, 고온 가스의 온도보다 훨씬 낮도록 하여, 설비에 대해 보호 작용을 한다. 냉각 매체는 원통형 하우징에 설치된 내부 부재에 직접 진입한다. 내부 통체는 원통형 하우징에 대한 제2 보호층으로서, 고온 가스를 원통형 하우징과 차단시키며, 내부 부재에 의해 형성된 수막은 내부 통체의 외벽에 직접 적용되고, 내부 통체와 수막 생성 부재가 함께 작용하여 안정적인 수막을 형성하여, 재료의 내열 온도보다 높은 온도로 인한 원통형 하우징의 수소 취화 또는 부식을 방지한다. 원통형 하우징과 내부 통체의 상단 및 하단은 모두 오픈되어 있다.

일 실시형태에서, 원통형 하우징의 직경(본 발명에서, 직경은 달리 명시되지 않는 한 외직경을 나타냄)은 일반적으로 10-5000mm이고, 바람직하게는 100-1000mm이며, 더 바람직하게는 250-600mm이고, 예를 들어 300mm, 400mm 또는 500mm이며, 높이는 0.4-2.5m이고, 바람직하게는 0.5-1.5m이며, 예를 들어 0.8m 또는 1.0m 또는 1.2m이다. 바람직하게, 각 섹션에 내부 통체가 존재하는 경우, 상기 섹션의 내부 통체 높이와 재킷의 높이는 대응하는 원통형 하우징의 높이와 동일하고, 물론 내부 통체의 높이는 하우징의 높이보다 조금 짧을 수 있으며, 예를 들어 1-100mm만큼 짧을 수 있다. 일 실시형태에서, 원통형 하우징과 재킷 사이의 거리는 5-100mm이고, 바람직하게는 10-30mm이며, 예를 들어 20mm, 50mm 또는 80mm이다. 원통형 하우징과 내부 통체 사이의 거리는 1-100mm이고, 바람직하게는 5-50mm이며, 예를 들어 10mm, 20mm 또는 40mm이다. 원통형 하우징의 두께는 일반적으로 1-100mm이고, 바람직하게는 5-50mm이며, 예를 들어 10mm, 20mm 또는 40mm이다. 원통형 하우징 외측의 재킷 두께는 일반적으로 1-100mm이고, 바람직하게는 5-50mm이며, 예를 들어 10mm, 20mm 또는 40mm이다. 내부 통체의 두께는 일반적으로 1-50mm이고, 바람직하게는 2-10mm이며, 예를 들어 5mm, 8mm 또는 25mm이다. 일 실시형태에서, 원통형 하우징 및 재킷에 라이닝 소재가 사용되는 경우, 라이닝 소재의 두께는 일반적으로 0.05-10mm이고, 바람직하게는 2-5mm이며, 예를 들어 0.5mm, 1mm 또는 8mm이다. 원통형 하우징에 진입하는 가스의 초기 속도는 1-100m/s이고, 바람직하게는 5-50m/s이며, 더 바람직하게는 15-50m/s이고, 예를 들어 20m/s 또는 30m/s이며; 체류 시간은 0.01-5s이고, 바람직하게는 0.05-1s이며, 더 바람직하게는 0.1-0.5s이고, 예를 들어 0.2s 또는 0.3s이며; 유량은 일반적으로 10-1,000,000Nm³/h일 수 있고, 설비의 크기에 따라 조정될 수 있으며; 냉각액과 부식성 가스의 체적 유량비는 1:10∼5000일 수 있고, 예를 들어 1:100, 1:1000 또는 1:2000일 수 있다.

상기 내부 부재는 수막 생성 부재를 포함하며, 상기 수막 생성 부재는 원통형 하우징에 직접 설치되며, 원통형 하우징 내부에서 내부 통체와 함께 작용하여 한 층의 수막을 형성하여(a 섹션의 내부 통체의 외벽 및/또는 b 섹션의 원통형 하우징의 내벽을 커버함), 하우징이 고온 가스와 직접 접촉하는 것을 방지하여, 설비의 사용 수명을 증가한다. 상기 수막 생성 부재는, 노즐이 연결되지 않은 원형홀 형태 또는 스트립형 개구일 수 있으며, 또는 노즐이 연결된 개구, 또는 노즐이 연결된 개구와 노즐이 연결되지 않은 개구의 조합일 수 있다. 하우징과 내부 통체 사이의 간격 폭 및 물의 유량을 조절하는 것을 통해 수막의 형성을 확보할 수 있음을 본 분야의 당업자라면 이해할 수 있다.

상기 내부 부재는 워터 미스트 생성 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 워터 미스트 생성 부재는 원통형 하우징에 직접 설치될 수 있으며, 배관으로 연결하여 원통형 하우징의 내부로 연장될 수도 있다. 상기 부재는 원통형 하우징 내부에서 워터 스크린을 형성하여 고온 가스와 빠르게 혼합함으로써, 고온 가스를 빠르게 냉각할 수 있다. 상기 워터 미스트 생성 부재는, 노즐이 연결되지 않은 원형홀 형태 또는 스트립형 개구일 수 있으며, 또는 노즐이 연결된 개구, 또는 노즐이 연결된 개구와 노즐이 연결되지 않은 개구의 조합일 수 있고, 예를 들어, 노즐이 연결되지 않은 개구는 전체 개구의 10%-90%를 차지하며, 예를 들어 20%, 50% 또는 80%를 차지한다.

수막 생성 부재, 워터 미스트 생성 부재는 기능에 따라 구분되지만, 워터 미스트 생성 부재가 스프레이 입자 크기에 대한 요구가 더 높아, 내부 통체가 구비된 a 섹션에서는 일반적으로 수막 생성 부재를 사용하고, 내부 통체가 구비되지 않은 b 섹션에서는 주로 워터 미스트 생성 부재를 사용한다.

고온 가스 급속 냉각 장치의 수막 생성 부재 및 워터 미스트 생성 부재에 사용되는 노즐의 경우, 요구되는 단일 노즐의 유량은 10-1000L/min이고, 바람직하게는 30-100L/min이다. 스프레이 입자 크기는 ≤2000㎛이도록 요구되고, 바람직하게는 ≤1000㎛이며, 더 바람직하게는 ≤500㎛이고, 예를 들어, 10㎛, 50㎛ 또는 100㎛이다. 압력 강하는 ≤5bar범위 내로 제어되도록 요구되고, 바람직하게는 ≤1.5bar이며, 더 바람직하게는 ≤0.5bar이다. 단일 노즐의 분사 각도는 60-120°일 수 있고, 예를 들어 90°일 수 있으며, 더 바람직하게는 120°일 수 있다. 노즐의 설치 위치는 원통형 하우징에 고르게 분포될 수 있고, 하우징 내의 중심 위치에 설치될 수도 있으며, 원통형 하우징에서의 노즐의 설치 방향은 원통형 하우징 벽의 설치점의 수평 접선 방향과 30°-150°를 이루고, 예를 들어 90°를 이루며, 더 바람직하게는 원통형 하우징 벽의 설치점의 수평 접선 방향과 60°-120°를 이루고, 예를 들어 90°를 이루며, 원통형 하우징 벽의 축방향과 30°-150°를 이루고, 예를 들어 90°를 이루며, 더 바람직하게는 원통형 하우징 벽의 축방향과 60°-120°를 이룬다. 노즐은 전체 배관 단면을 균일하게 커버하도록 요구된다. 각 단면의 노즐 수는 1-50개이고, 바람직하게는 2-10개이며, 노즐의 층수는 단층일 수도 있고, 다층일 수도 있으며, 층수는 급속 냉각 장치의 높이에 따라 결정되고, 각 층 사이의 간격은 10-1000mm로 요구되며, 바람직하게는 200-500mm로 요구된다. 노즐은 다양한 형태로 한정되지 않으며, 스파이얼 노즐(spiral nozzle)일 수 있고, 광각 노즐일 수도 있으며, 코너 노즐일 수도 있다.

고온 가스 급속 냉각 장치의 수막 생성 부재 및 워터 미스트 생성 부재에 사용되는 원형홀 형태 또는 스트립 형태의 개구는, 개구율이 ≥0.05%이고, 원형 및 스트립 형태 개구의 등가 직경(equivalent diameter)은 ≥0.5mm이며, 바람직하게는 1-5mm이다. 개구의 분포는 균일하게 분포될 수 있고, 집중적으로 배치될 수도 있으며, 수막 또는 워터 미스트가 균일하게 분포될 수 있도록 실현한다. 개구의 분포는 물의 양과 시뮬레이션을 통해 계산할 수 있으며, 개구의 수는 수막이나 워터 미스트가 균일하게 분포될 수만 있으면 된다. 일반적으로, 인접한 각각의 개구 사이의 가로 방향 거리는 5-100mm이고, 바람직하게는 20-50mm이며; 축 방향 거리는 10-1000mm이고, 바람직하게는 50-500mm이며, 개구의 수는 하우징의 직경과 높이에 따라 결정될 수 있으며, 요구 사항은 원통형 하우징 내부의 수막의 균일한 분포를 보장하거나, 또는 워터 미스트와 고온 가스가 충분히 혼합되도록 보장하는 것이다. 원형홀 형태 또는 스트립형 개구로부터 분사되는 냉각액의 선속도는 0.5-50m/s이고, 바람직하게는 2-10m/s이다. 압력 강하는 ≤5.0bar로 제어되도록 요구되고, 바람직하게는 ≤1.0bar이며, 더 바람직하게는 ≤0.5bar이다.

상기 고온 가스의 급속 냉각 장치의 원통형 하우징 외측의 재킷에는 냉각 매체가 도입되어, 원통형 하우징의 벽면에 대해 냉각 작용을 함으로써, 원통형 하우징의 벽면 온도가 냉각 매체 측의 온도에 근접하고, 고온 가스의 온도보다 훨씬 낮도록 하여, 설비에 대해 보호 작용을 하며, 재킷 내의 냉각 매체는 수막 생성 부재 및 워터 미스트 생성 부재의 액체 소스이기도 하다. 상기 급속 냉각 장치의 내부 통체는, 한편으로는 온도가 재료의 내열 온도보다 높은 가스를 도입하는 작용을 하고, 다른 한편으로는 고온 가스를 원통형 하우징과 차단시켜, 재료의 내열 온도보다 높은 온도로 인한 원통형 하우징의 수소 취화 또는 부식을 방지하고, 수막 생성 부재와 함께 작용하여 안정적인 수막을 형성하며, 수막은 원통형 하우징, 내부 통체의 벽 온도를 낮추는 동시에 제2 섹션의 원통형 하우징에 작용하여, 제2 섹션 원통형 하우징의 벽 온도를 낮출 수 있다. 내부 통체는 원통형 하우징에 대한 제2 보호 역할을 한다. 내부 통체의 하단은 제2 섹션의 원통형 하우징 또는 배관 및 설비와 직접 연통된다.

고온 가스의 급속 냉각 장치는 고체를 함유한 가스의 급속 냉각 공정에 사용될 수 있고, 가스 중의 고체 함량은 0-10%일 수 있으며, 바람직하게는 0-1%이고, 더 바람직하게는 0-0.5%이며; 일 실시형태에서, 고체 함량은 0.2%, 0.5% 또는 0.8%일 수 있다(본 발명에서 특별히 명시하지 않는 한 상기 함량은 모두 질량 함량임). 고체의 입자 크기는 0.1-5000㎛일 수 있고, 바람직하게는 0.1-1000㎛이며, 더 바람직하게는 0.1-500㎛이고, 예를 들어 100㎛ 또는 200㎛일 수 있다. 아울러, 부식성 가스의 급속 냉각 공정에도 사용할 수 있고, 부식성 또는 강부식성 가스는 포스겐, 염화수소, 염소, 브롬화수소, 황화수소, 이산화황, 삼불화붕소, 삼염화붕소 및 암모니아일 수 있으며, 급속 냉각 장치에 진입하는 가스의 온도는 40℃-1500℃ 사이일 수 있고, 예를 들어, 200℃, 500℃, 800℃, 1000℃, 1100℃ 또는 1200℃일 수 있다. 고온 가스의 급속 냉각 장치에서 원통형 하우징, 내부 통체 및 재킷(노즐과 같은 내부 부재도 포함함)에 사용되는 재료의 열전도율은 ≥5W/m*K이고, 바람직하게는 ≥50W/m*K이며, 더 바람직하게는 ≥100W/m*K이고, 재료는 CS, 316L, 니켈계 소재, 탄탈륨 소재일 수 있으며, 에나멜 및 CS 라이닝 폴리테트라플루오로에틸렌 등 재료는 권장하지 않는다. 벽 온도는 재료의 내열 범위 내로 제어하도록 요구되며, 바람직하게는 40-150℃이다. 하우징 외측의 재킷 내의 냉각 매체는, 핫오일, 응축수, 용융염, 세척수, 냉각수, 냉동수, 공정수, 중화액 중 하나일 수 있고, 중화액은 KOH 또는 NaOH 용액일 수 있으며, 바람직하게는 시스템 내의 재료이다. 물론, 본 발명은 비부식성 가스를 처리하는 데에도 사용될 수 있고, 재료는 스테인리스 스틸일 수 있으며, 예를 들면 스테인리스 스틸 304 일수 있다.

본 발명은 상술한 장치를 포함하는 고온 가스의 급속 냉각 시스템을 더 제공하고, 해당 시스템은 상기와 같은 고온 가스의 급속 냉각 장치, 기액 분리 설비, 액체 이송 설비 및 열 전달 설비를 포함하며,

여기서, 고온 가스의 급속 냉각 장치의 출구는 배관을 통해 기액 분리 설비의 진입구와 연결되고, 기액 분리 설비는 가스 출구와 액체 출구를 구비하며, 기액 분리 설비에서 분리되어 나온 액체는 액체 이송 설비(예를 들어, 펌프)를 통해 열 전달 설비(열교환기)로 이송되고, 열 전달 설비에서 나온 후 고온 가스 급속 냉각 장치의 재킷 입구로 리턴한다.

추가적으로, 기액 분리 설비의 하부 또는 바닥부에는 비정기 배출을 위한 외부 배수관이 설치된다.

본 발명은 또한 상술한 장치를 사용하는 고온 가스의 급속 냉각 방법을 추가적으로 제공하고, 해당 방법은 고체를 함유한 부식성이 강한 고온 가스가 고온 가스의 급속 냉각 장치에 진입하며, 제1 원통형 하우징 내에서 해당 장치로 진입되는 액체(냉각액)에 의해 급속 냉각되는 단계; 선택적으로, 다음 단계의 원통형 하우징 내에서, 해당 장치로 진입되는 액체와 빠르게 혼합되어 추가로 급속 냉각되는 단계; 기상 및 액상이 기액 분리 설비(해당 설비는 저장 탱크일 수도 있고, 탑일 수도 있음)에 진입하는 단계; 냉각된 기상은 설비를 떠나고, 액상은 일부는 추출되고 일부는 냉각된 후 고온 가스의 급속 냉각 장치로 리턴됨으로써 순환되어 사용되는 단계; 를 포함한다. 냉각액과 부식성 가스의 체적 유량비는 1:10 ∼ 5000이고, 냉각액 및 부식성 가스의 유속은 상술한 바와 같다.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다.

해당 방법은 열교환기의 막힘을 극복할 수 있고 필터 및 냉각기를 대체할 수 있으며, 고체를 함유한 가스 냉각의 막힘 위험을 효과적으로 줄여, 부식성 가스의 냉각이 보다 안전하고 신뢰성을 구비하도록 하며, 장치가 장기간 작동되도록 하는 동시에, 특수 재질로 인한 적용 제한 문제를 극복함으로써, 온도 한계 이상에서 특수 재질이 적용될 수 있도록 한다. 특히, 고체를 함유하는, 부식성 또는 강부식성 가스의 급속 냉각 처리에 적합하다.

도 1은 고온 가스의 급속 냉각을 위한 장치의 구조 개략도로서, 도 1(a)는 내부 통체를 구비하는 a 섹션이고, 도 1(b)는 내부 통체를 구비하지 않는 b 섹션이다.
도 2는 고온 가스의 급속 냉각을 위한 장치의 구조 개략도로서, 하나의 a 섹션과 하나의 b 섹션을 포함한다.
도 3은 고온 가스의 급속 냉각을 위한 장치의 구조 개략도이다.
도 4는 내부 부재가 설치된 하우징의 전개 구조 개략도이다.
도 5는 내부 부재가 하우징에 설치된 구조 개략도이다.
도 6은 고온 가스의 급속 냉각을 위한 흐름 개략도이다.
상술한 도면에서 001. 원통형 하우징, 002. 하우징 외측의 자켓, 003. 내부 통체, 004. 섹션 분리 플랜지, 005. 단열 가스켓(gasket), 006. 내부 부재, N01. 고온 부식성 가스 입구, N02. 기상 및 액상 출구, N03-N05. 냉각액 출입구, 101. 급속 냉각 장치, 102. 기액 분리 설비, 103. 액체 이송 설비, 104. 열 전달 설비, 201-207. 연결 배관라인임.
설명: 도 1의 ab 두 섹션은 각각 원통형 하우징, 하우징 외측의 재킷, 수막 생성 부재 및 워터 미스트 생성 부재로 구성되며; a 섹션에는 내부 통체가 구비되고 b 섹션에는 내부 통체가 구비되지 않는다. 조합 방법으로는 a+b 섹션을 조합하여 사용하는 방식일 수 있으며, a+b+b+...섹션을 조합하여 사용하는 방식일 수도 있고, a+b+a+b+a+b+......의 사용 방식일 수도 있다.
설명해야 할 것은, 도 4 및 도 5는 수막 및 워터 미스트 생성 부재와 그 분포를 예시하였으나, 본 발명에서 규정하는 수막 생성 부재와 워터 미스트 생성 부재는 이런 두 가지뿐이 아니며, 노즐과 개구를 통해 안정적인 수막과 워터 미스트를 형성할 수 있는 급속 냉각 장치는 모두 본 발명의 보호 범위 내에 있다.

이하, 실시예를 결합하여 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 아래의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 아래의 실시예에서, 달리 명시되지 않는 한, 상기 직경은 외직경을 의미한다.

실시예 1

도 2에 도시된 급속 냉각 장치를 사용하며, 해당 장치는 a+b 두 개의 섹션으로 구성되어 있다. 해당 급속 냉각 장치의 원통형 하우징의 직경은 400mm이고, 두개의 섹션으로 나뉘며, 제1 섹션(a 섹션)의 높이는 1.0m이고, 제2 섹션(b 섹션)의 높이는 1.0m이다. 각 섹션의 원통형 하우징과 재킷 사이의 거리는 30mm이고, 제1 섹션에는 내부 통체가 구비되며, 제2 섹션에는 내부 통체가 구비되지 않는다. 제1 섹션에서 원통형 하우징과 내부 통체 사이의 거리는 5mm이며, 급속 냉각 장치의 원통형 하우징은 탄탈륨 소재이고, 하우징 외측의 재킷 내측은 CS 라이닝 탄탈륨이며, 내부 통체는 탄탈륨 소재이고, 노즐의 재질은 탄탈륨 소재이며, 원통형 하우징의 두께는 4mm이고, 하우징 외측의 재킷의 두께는 20mm이며, 내부 통체의 두께는 3mm이고, 재킷 내측의 라이닝 소재의 두께는 1.2mm이다.

제1 섹션의 원통형 하우징의 개구(재킷 내부와 연통되며 원통형 하우징의 벽을 관통함)는 도 4와 같이 원형홀 형태이고, 개구율은 0.5%이며, 원형홀 형태의 개구의 직경은 5mm이고, 각 층의 수는 25개이며, 총 13층이고, 원통형 하우징에 고르게 분포되어 있으며, 원형홀 형태의 개구의 선속도는 1.74m/s이고, 압력 강하는 80kPa이며, 재킷에 진입하는 액체의 유량은 40m³/h이고, 온도는 98℃이다. 제2 섹션의 원통형 하우징의 내부 부재는 노즐이고, 이는 원통형 하우징의 벽을 관통하는 개구를 통해 재킷 내부와 연통되며, 재킷 내의 액체를 원통형 하우징의 내부에 분사하는데 사용되고, 광각 노즐을 선택하며, 단일 노즐의 분사 각도는 120°이고, 스프레이 입자 크기는 500㎛이며, 압력 강하는 1.0bar이고, 재킷에 진입하는 액체의 유량은 40m³/h이며, 온도는 98℃이다. 노즐의 설치 위치는 원통형 하우징에 고르게 분포되어 있고, 노즐이 원통형 하우징에서의 설치 방향은 원통형 하우징 벽의 축 방향과 90°를 이루며, 원통형 하우징 벽의 설치점의 수평 접선 방향과 90°를 이루고, 각 단면의 노즐 수는 3개이며, 노즐의 층수는 3층이고, 제2 층의 노즐은 제1 층의 노즐 배열에 따라 시계 방향으로 60° 회전하며, 제3 층의 노즐은 제2 층의 노즐 배열에 따라 시계 방향으로 60° 회전함으로써, 고온 가스가 3층의 노즐을 사각지대가 없이 관통하도록 보장한다. 제1 섹션은 도입 섹션으로, 내부 통체를 구비하여, 고온 가스가 원통형 하우징에 직접적으로 접촉하는 것을 방지하며, 내부 통체와 원통형 하우징 사이에는 수막이 형성되어, 제2 섹션의 하우징 내벽을 보호하며, 고온 가스가 하우징 내벽에 접촉하는 것을 방지한다.

급속 냉각 장치로 진입하는 고온 가스(HCl 산화 반응기에서 나오는 가스)는, 압력이 0.42MPaG이고, 온도가 380℃이며, 공기 유량은 4000Nm³/h이고, 체적은 HCl∼15%, Cl₂∼30%, H₂O∼27% 및 O₂∼18%, CO₂∼10%으로 구성되며, 고체 입자 0.5%(중량)를 함유하고, 고체의 평균 입자 크기는 200㎛이다. 상기 고온 가스는 배관라인(201)을 거쳐 배관구(N01)를 통해 급속 냉각 장치(101)로 진입한다. 급속 냉각 장치(101)의 제1 섹션은 고온 산성 가스의 도입 섹션으로, 유량이 40m³/h이고 온도가 98℃인 21% 희산(염산, 질량 농도)이 배관라인(206)을 거쳐, 배관구(N03)를 통해 재킷(002)으로 진입하고, 재킷(002)은 희산으로 가득차며, 원통형 하우징 (001)을 냉각시킨다. 희산은 원통형 하우징의 원형 개구를 통해, 내부 통체의 외벽에 직접 분사되어 수막을 형성하고, 수막은 제1 섹션 및 제2 섹션의 원통형 하우징 내측을 보호한다. 고온 부식성 가스는 급속 냉각 장치(101)의 제2 섹션으로 진입하며, 유량이 40m³/h이고 온도가 98℃인 21% 희산이 배관라인(205)을 거쳐, 배관구(N04)를 통해 재킷(002)으로 진입하고, 워터 미스트 생성 부재, 즉 노즐은 원통형 하우징에 직접 설치되며, 희산은 재킷을 거쳐 노즐에 진입하고, 희산은 노즐에 의해 분무된 후 고온의 산성 가스와 충분히 혼합되어, 후자가 약 120℃로 빠르게 냉각되도록 하며, 혼합 후의 기상 및 액상은 배관구(N02)를 통해 급속 냉각 장치(101)를 벗어나며, 배관라인(202)을 통해 설비(102)에 진입되어 기액 분리가 진행되고, 저온 가스는 배관라인(203)을 통해 그 다음 설비로 진입하며, 액상은 배관라인(204)을 거쳐 설비(103)로 진입되고, 열교환기(104)로 진입되어 98℃로 냉각되며, 배관라인(205) 및 배관라인(206)을 통해 급속 냉각 장치의 재킷에 진입되고, 나아가 급속 냉각 장치의 하우징 내부로 진입된다.

상기 급속 냉각 장치는 3개월 동안 연속 작동되며, 탄탈륨 소재는 380℃의 고온에서 수소 취성이 없다. 동시에 기존 공정에서의 니켈계 열교환기와 탄탈륨 열교환기를 대체하여, 프로세스와 조작을 단순화한다.

실시예 1-1

실시예 1과의 차이점은 다음과 같다. 해당 급속 냉각 장치의 원통형 하우징의 직경은 100mm이고, 두 개의 섹션으로 나뉘며, 제1 섹션 (a 섹션)의 높이는 1.5m이고 제2 섹션(b 섹션)의 높이는 2.5m이다. 각 섹션의 원통형 하우징과 재킷 사이의 거리는 10mm이고, 제1 섹션에는 내부 통체가 구비되고, 제2 섹션에는 내부 통체가 구비되지 않으며, 제1 섹션의 원통형 하우징과 내부 통체 사이의 거리는 25mm이다.

제1 섹션의 원통형 하우징의 개구(재킷 내부와 연통되고 원통형 하우징의 벽을 관통함)는 도 4와 같이 원형홀 형태이고, 개구율은 5%이며, 원형홀 형태의 개구의 직경은 1mm이고, 각 층의 수는 205개이며, 총 150층이고, 원통형 하우징에 고르게 분포되어 있으며, 원형홀 형태의 개구의 선속도는 8.5m/s이고, 압력 강하는 3.0bar이며, 재킷에 진입하는 액체의 유량은 120m³/h이고, 온도는 98℃이다. 제2 섹션의 원통형 하우징의 내부 부재는 노즐이고, 이는 원통형 하우징의 벽을 관통하는 개구를 통해 재킷 내부와 연통되며, 재킷 내의 액체를 원통형 하우징의 내부에 분사 하는데 사용되고, 광각 노즐을 선택하며, 단일 노즐의 분사 각도는 120°이고, 스프레이 입자 크기는 2000㎛이며, 압력 강하는 0.5bar이고, 재킷에 진입하는 액체의 유량은 8m³/h이며, 온도는 98℃이다.

상기 급속 냉각 장치는 3개월 동안 연속 작동되며, 탄탈륨 소재는 380℃의 고온에서 수소 취성이 없다.

실시예 2

도 3에 도시된 급속 냉각 장치를 사용하며, 해당 장치는 a+b+b 세 개의 섹션으로 구성되어 있다. 해당 급속 냉각 장치의 원통형 하우징의 직경은 2000mm이고, 세개의 섹션으로 나뉘며, 제1 섹션의 높이는 0.5m이고, 제2 섹션의 높이는 1m이며, 제3 섹션의 높이는 0.5m로, 각 섹션의 연결 방식은 용접이다. 각 섹션의 원통형 하우징과 재킷 사이의 거리는 50mm이고, 제1 섹션에는 내부 통체가 구비되며, 제2 섹션 및 제3 섹션에는 내부 통체가 구비되지 않는다. 원통형 하우징과 내부 통체 사이의 거리는 5mm이며, 급속 냉각 장치의 원통형 하우징은 스테인리스 스틸 304이고, 하우징 외측의 재킷 내측은 스테인리스 스틸 304이며, 노즐의 재질은 스테인리스 스틸 304이고, 내부 통체의 재질은 스테인리스 스틸 304이며, 원통형 하우징의 두께는 5mm이고, 하우징 외측의 재킷의 두께는 15mm이며, 내부 통체의 두께는 1.5mm이다.

제1 섹션의 원통형 하우징의 내부 부재는 노즐이고, 이는 원통형 하우징의 벽을 관통하는 개구(직경은 선택된 노즐의 직경과 유사함)를 통해 재킷 내부와 연통되며, 재킷 내의 액체를 내부 통체의 외벽에 분사하는데 사용되고, 광각 노즐을 선택하며, 단일 노즐의 분사 각도는 120°이고, 스프레이 입자 크기는 800㎛이며, 압력 강하는 1.5bar이다. 노즐의 설치 위치는 원통형 하우징에 고르게 분포되어 있고, 노즐이 원통형 하우징에서의 설치 방향은 원통형 하우징의 벽의 축 방향과 90°를 이루며, 원통형 하우징의 벽의 설치점의 수평 접선 방향과 90°를 이루고, 각 단면의 노즐 수는 10개이며, 노즐의 층수는 2층이다. 제2 섹션의 원통형 하우징의 내부 부재는 노즐이고, 이는 원통형 하우징 벽을 관통하는 개구를 통해 재킷 내부와 연통되며, 재킷 내의 액체를 원통형 하우징에 분사하는데 사용되고, 스파이얼 노즐을 선택하며, 단일 노즐의 분사 각도는 120°이고, 스프레이 입자 크기는 800㎛이며, 압력 강하는 1.5bar이다. 노즐의 설치 위치는 원통형 하우징에 고르게 분포되어 있고, 노즐이 원통형 하우징에서의 설치 방향은 원통형 하우징 벽의 설치점의 수평 접선 방향과 90°를 이루며, 원통형 하우징 벽의 축 방향과 120°를 이루고, 각 단면의 노즐 수는 10개이며, 노즐의 층수는 4층이다. 제3 섹션의 원통형 하우징의 내부 부재는 광각 노즐이고, 단일 노즐의 분사 각도는 120°이며, 스프레이 입자 크기는 800㎛이고, 압력 강하는 1.5bar이며, 각 단면의 노즐 수는 하나이고, 노즐의 층수는 4층이며, 노즐은 원통형 하우징의 중심 위치에 고르게 분포되어 있다. 제1 섹션은 도입 섹션이고, 제2 섹션은 냉각 섹션이며, 제3 섹션은 보호 섹션으로, 중심부의 온도가 비교적 높은 것을 방지한다.

급속 냉각 장치로 진입하는 고온 가스(분해로에서 나오는 열분해 가스)는, 압력이 0.005MPaG이고, 온도가 490℃이며, 공기 유량은 500,000Nm³/h이고, 물, 에틸렌, 에탄, 프로판, 프로필렌 및 부타디엔으로 조성되어 배관라인(201)을 통해 급속 냉각 장치(101)로 진입한다. 급속 냉각 장치(101)의 제1 섹션은 도입 섹션으로, 유량이 800m³/h이고 온도가 150℃인 급속 냉각 오일(C11-C20인 탄화수소 오일)이 배관라인(206)를 거쳐, 배관구(N03)를 통해 재킷(002)으로 진입하며, 재킷(002)은 급속 냉각 오일로 가득차며, 원통형 하우징(001)을 냉각시킨다. 급속 냉각 오일은 원통형 하우징의 노즐을 통해, 내부 통체에 직접 분사되어 냉각 유막을 형성하고, 유막은 제1 섹션 및 제2 섹션의 원통형 하우징 내측을 보호한다. 제2 섹션은 냉각 섹션으로, 온도가 150℃이고 유량이 1750m³/h인 급속 냉각 오일이 배관라인(205)을 거쳐, 급속 냉각 장치의 재킷과 원통형 하우징의 노즐을 통과한다. 급속 냉각 오일은 분무된 후 고온 가스와 혼합되며, 가스는 240℃로 급속하게 냉각된다. 고온 가스는 급속 냉각 장치(101)의 제3 섹션으로 진입하며, 온도가 150℃이고 유량이 240m³/h인 급속 냉각 오일은 배관라인(205)을 거쳐, 재킷을 통해 노즐에 진입하며, 급속 냉각 오일은 분무된 후 고온의 중심 가스와 충분히 혼합되어, 고온 가스 중심의 냉각 효과를 보장한다. 배관라인(202)을 통해 설비(102)에 진입되어 기액 분리가 진행되고, 저온 가스는 배관라인(203)을 통해 그 다음 설비로 진입되고, 액상은 배관라인(204)을 거쳐 설비(103)로 진입되고 열교환기(104)로 진입되어 150℃로 냉각되며, 배관라인(205) 및 배관라인(206)을 통해 급속 냉각 장치의 재킷에 진입되고, 나아가 급속 냉각 장치의 하우징 내부로 진입된다. 열교환기는 저압 증기를 생성하여 에너지를 회수할 수 있다.

상기 급속 냉각 장치는 현재의 열분해 가스 냉각 공정에서의 급속 냉각 타워를 대체하고, 프로세스를 단순화하며, 설비 투자를 줄이는 동시에 냉각 효과를 보장하며, 장기간의 작동이 안정적이다.

실시예 2-1

실시예 2와의 차이점은 다음과 같다. 해당 급속 냉각 장치의 원통형 하우징의 직경은 5000mm이고, 각 섹션의 원통형 하우징과 재킷 사이의 거리는 100mm이며, 제1 섹션의 원통형 하우징과 내부 통체 사이의 거리는 50mm이다. 급속 냉각 장치에 진입하는 고온 가스는, 압력은 0.005MPaG이고, 온도는 490℃이며, 공기 유량은 55,000Nm³/h이고, 제1 섹션의 급속 냉각 오일의 유량은 500m³/hr이며, 제2 섹션의 급속 냉각 오일의 유량은 1500m³/hr이고, 제3 섹션의 급속 냉각 오일의 유량은 50m³/hr이며, 해당 급속 냉각 장치는 현재의 열분해 가스 냉각 공정에서의 급속 냉각 타워를 대체하고, 프로세스를 단순화하며, 설비 투자를 줄이는 동시에 냉각 효과를 보장하며, 장기간의 작동이 안정적이다.

비교예 1

압력이 0.42MPaG이고, 온도가 380℃이며, 공기 유량이 4000Nm³/h이고, HCl, Cl₂, H₂O 및 O₂로 조성되며, 0.5%의 고체 입자를 함유하고, 고체의 평균 입자 크기가 200㎛인 고온 가스는, 니켈계 쉘앤튜브형 열교환기를 거쳐 180℃로 냉각된 후, 탄탈륨 쉘앤튜브형 열교환기에 진입하여 120℃로 냉각되고 기액 분리 설비에 진입한다. 반응 가스에 포함된 촉매 입자는 쉘앤튜브형 열교환기의 막힘을 쉽게 유발하여, 장치가 안정적으로 작동하지 못하게 되며, 니켈계 열교환기가 과냉각 상태가 되면, 액체가 생성되어, 니켈계 열교환기의 부식을 초래한다. 한 달간 작동 후, 니켈계 열교환기는 고체 막힘이 심각하고, 냉각 설계 값에 도달할 수 없으며, 탄탈륨 열교환기는 작동 불가 온도인 200℃로 진입하고, 설비는 수소 취성의 위험이 존재하므로, 장치는 강제적으로 종료된다.

비교예 2

압력이 0.005MPaG이고, 온도가 490℃이며, 공기 유량이 500,000Nm³/h이고, 물, 에틸렌, 에탄, 프로판, 프로필렌 및 부타디엔으로 조성된 고온 가스는, 재킷이 설치되지 않은 b 섹션의 급속 냉각 장치를 거치며, 원통형 하우징의 두께는 5mm이고, 길이는 2.0m이며, 원통형 하우징의 내부 부재는 노즐이고, 스파이얼 노즐로 선택되며, 단일 노즐의 분사 각도는 120°이고, 스프레이 입자 크기는 800㎛이며, 압력 강하는 1.5bar이다. 노즐의 설치 위치는 원통형 하우징에 고르게 분포되고, 노즐이 원통형 하우징에서의 설치 방향은 원통형 하우징 벽의 축 방향과 90°를 이루며, 원통형 하우징 벽의 설치점의 수평 접선과 90°를 이루고, 각 단면의 노즐 수는 10개이며, 노즐 층수는 4층이다. 유량이 1750m³/h이고, 온도가 150℃인 급속 냉각 오일이 배관라인을 거쳐, 원통형 하우징의 노즐을 통해 분무된 후 고온 가스와 혼합되며, 가스는 240℃로 냉각된다. 상기 공정 조건에서 재킷 내의 급속 냉각 오일에 의한 냉각이 없어 벽면 온도가 높고, 아울러, 수막을 형성하는 내부 부재가 없기 때문에, 원통형 하우징을 보호하는 수막이 없으며, 원통형 하우징의 벽면 온도의 균일성을 보장할 수 없고, 국부적인 핫스팟을 형성하기 쉬우며, 설비의 파손을 유발하고, 설비의 수명을 줄인다. 해당 장치는 반년간 작동 후, 비교적 많은 고온 부식점이 존재하며, 장치는 강제적으로 종료되어 점검 및 보수를 진행하게 된다.

Claims

서로 연결된 하나 또는 복수의 원통형 하우징; 하우징 외측의 재킷; 적어도 제1 원통형 하우징의 내부에 위치하는 내부 통체; 제1 원통형 하우징 및 제1 원통형 하우징 내의 내부 통체 상단부를 밀봉하는 단열 가스켓; 하우징의 벽을 따라 분포되며, 재킷의 내부 캐비티와 원통형 하우징의 내부를 연결하되, 재킷 내의 액체를 원통형 하우징 내로 분포하는 내부 부재; 단열 가스켓에 설치되는 고온 가스 입구; 원통형 하우징의 바닥부 또는 마지막 하나의 원통형 하우징의 바닥부에 위치하는 기상 및 액상 출구; 재킷 내부와 연결되는 냉각액 출입구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 내부 부재는 재킷의 내부 캐비티로부터 원통형 하우징의 벽을 관통하는 개구이거나, 개구와 개구에 연결된 노즐인 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치는 하나의 섹션 또는 복수의 섹션으로 나뉘고, 바람직하게는 2-3개의 섹션이며, 여기서, 내부 통체를 구비하는 원통형 하우징을 a 섹션으로 하고, 내부 통체가 구비되지 않은 원통형 하우징을 b 섹션으로 하며, 조합 방식은 하나의 a 섹션과 하나의 b 섹션을 조합하여 사용하는 방식, 또는, 하나의 a 섹션과 복수의 b 섹션을 조합하여 사용하는 방식, 또는, 하나의 a 섹션과 하나의 b 섹션의 조합이 순환되는 방식인 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
원통형 하우징의 직경은 10-5000mm이고, 바람직하게는 100-1000mm이며, 더 바람직하게는 250-600mm이고, 높이는 0.4-2.5m이며, 바람직하게는 0.5-1.5m이고, 내부 통체의 높이와 재킷의 높이는 대응하는 원통형 하우징의 높이와 동일하며;
원통형 하우징과 재킷 사이의 거리는 5-100mm이고, 바람직하게는 10-30mm이며;
원통형 하우징과 내부 통체 사이의 거리는 1-100mm이고, 바람직하게는 5-50mm이며;
원통형 하우징의 두께는 1-100mm이고, 바람직하게는 5-50mm이며, 원통형 하우징 외측의 재킷의 두께는 1-100mm이고, 바람직하게는 5-50mm이며, 내부 통체의 두께는 1-50mm이고, 바람직하게는 2-10mm이며;
선택적으로, 라이닝 소재가 원통형 하우징 및 재킷에 사용되고, 라이닝 소재의 두께는 0.05-10mm이며, 바람직하게는 2-5mm인 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
원통형 하우징에 진입하는 가스의 초기 속도는 1-100m/s이고, 바람직하게는 5-50m/s이며, 더 바람직하게는 15-50m/s이고;
체류 시간은 0.01-5s이고, 바람직하게는 0.05-1s이며, 더 바람직하게는 0.1-0.5s이고;
바람직하게, 가스 유량은 10-1,000,000Nm³/h이고, 냉각액과 가스의 체적 유량비는 1:10∼5000인 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
내부 부재는 노즐이 연결되지 않은 원형홀 형태 또는 스트립형 개구, 또는 노즐이 연결된 개구, 또는 노즐이 연결된 개구와 노즐이 연결되지 않은 개구의 조합인 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 6 항에 있어서,
단일 노즐의 유량은 10-1000L/min이고, 바람직하게는 30-100L/min이며; 노즐의 스프레이 입자 크기는 ≤2000㎛이고, 바람직하게는 ≤1000㎛이며, 더 바람직하게는 ≤500㎛이고; 압력 강하는 ≤5bar 범위 내로 제어되도록 하고, 바람직하게는 ≤1.5bar이며, 더 바람직하게는 ≤0.5bar이고; 단일 노즐의 분사 각도는 60°-120°이고, 예를 들어 90°이며, 더 바람직하게는 120° 이고; 및 / 또는,
노즐은 원통형 하우징에 고르게 분포되거나 하우징 내의 중심 위치에 설치되고, 원통형 하우징에서의 노즐의 설치 방향은 원통형 하우징 벽의 설치점의 수평 접선 방향과 30°-150°를 이루며, 더 바람직하게는 원통형 하우징 벽의 설치점의 수평 접선 방향과 60°-120°를 이루고, 원통형 하우징 벽의 축방향과 30°-150°를 이루며, 더 바람직하게는 원통형 하우징 벽의 축방향과 60°-120°를 이루고; 및 / 또는
각 단면의 노즐 수는 1-50개이고, 바람직하게는 2-10개이며, 노즐의 층수는 단층 또는 다층이고, 층수는 급속 냉각 장치의 높이에 따라 결정되며, 노즐의 각 층 사이의 간격은 10-1000mm이고, 바람직하게는 200-500mm로 요구되는 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 6 항에 있어서,
원형홀 형태 또는 스트립형 개구의 개구율은 ≥0.05%이고, 원형 및 스트립형 개구의 등가 직경은 ≥0.5mm이며, 바람직하게는 1-5mm이고; 균일하게 분포되거나 집중적으로 배치되며, 바람직하게는, 원형홀 형태 또는 스트립형 개구에서 분사되는 냉각액의 선속도는 0.5-50m/s이고, 바람직하게는 2-10m/s이며 압력 강하는 ≤5.0bar이고, 바람직하게는 ≤1.0bar이며, 더 바람직하게는 ≤0.5bar인 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
해당 장치를 제조하는 원통형 하우징, 내부 통체, 재킷 및 노즐의 재료의 열전도율은 ≥5W/m*K이고, 바람직하게는 ≥50W/m*K이며, 더 바람직하게는 ≥100W/m*K이고, 재료는 바람직하게 CS, 316L, 니켈계 소재 및 탄탈륨 소재로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 고온 가스의 급속 냉각 시스템에 있어서,
고온 가스의 급속 냉각 장치, 기액 분리 설비, 액체 이송 설비, 열 전달 설비를 포함하고,
여기서, 고온 가스의 급속 냉각 장치의 출구는 배관을 통해 기액 분리 설비의 진입구와 연결되며, 기액 분리 설비에는 가스 출구와 액체 출구가 구비되고, 기액 분리 설비에서 분리되어 나온 액체는 액체 이송 설비를 통해 열 전달 설비로 이송되며, 열 전달 설비에서 나온 후 고온 가스 급속 냉각 장치의 재킷 입구로 리턴하는 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 시스템.
제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 따른 장치를 사용하는 고온 가스의 급속 냉각 장치의 방법에 있어서,
고체를 함유한 부식성이 강한 고온 가스가 고온 가스의 급속 냉각 장치에 진입하며, 제1 원통형 하우징 내에서 해당 장치로 진입되는 액체에 의해 급속 냉각되는 단계, 선택적으로, 다음 단계의 원통형 하우징 내에서, 해당 장치로 진입되는 액체와 빠르게 혼합되어 추가로 급속 냉각되는 단계; 기상 및 액상이 기액 분리 설비에 진입하는 단계; 냉각된 기상은 설비를 떠나고, 액상은 일부는 추출되고 일부는 냉각된 후 고온 가스의 급속 냉각 장치로 리턴됨으로써 순환되어 사용되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 가스의 급속 냉각 방법.