KR20220164849A - 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로 - Google Patents
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Abstract
개시되는 발명은 상부에 배출구가 형성되고, 벽체의 측면에는 버너장치가 설치되어 내부의 온도가 1,200℃ 이상으로 가열되는 환원반응로에 관한 것으로서, 상기 버너장치는, 헤드부의 중앙에 배치된 메인 연료공급구와, 상기 메인 연료공급구 주변에 방사상으로 배치된 복수의 산소공급구와, 상기 메인 연료공급구와 산소공급구 사이에 배치된 복수의 보조 연료공급구를 구비하고, 상기 벽체의 내측에 위치하도록 설치되는 버너몸체와, 상기 버너몸체의 헤드부 주변을 감싸도록 상기 버너몸체의 일측에 결합하고, 상기 헤드부의 전방으로 연장형성된 커버부재를 포함하고, 여기서 상기 산소공급구는 상기 헤드부의 중심을 향해 수렴하는 방향으로 개방되고, 상기 보조 연료공급구는 상기 헤드부의 중심으로부터 발산하는 방향으로 개방되며, 상기 환원반응로의 내부는 상기 커버부재 내측의 산화공간과, 상기 커버부재 외측의 환원공간으로 구분되어, 상기 산화공간에는 산소공급구를 통해 공급된 산소가 연소작용을 통해 전부 소모됨으로써 상기 환원공간에는 산소가 존재하지 않은 환원분위기가 조성되어 환원반응만 일어나고, 상기 커버부재가 형성하는 산화공간은 상기 환원반응로 내부에만 위치하는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로에 관한 것이다.
Description
본 발명은 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 반응로 내부에 설치되는 버너의 구조에 의해 버너에서는 산화반응만 발생하는 반면 반응로 내부에서는 환원반응만 발생하도록 함으로써 석탄나 폐유 등의 소각과정에서 산화에 의한 독성부산물이 발생하지 않아 고순도의 합성가스를 얻을 수 있는 환원반응로에 관한 것이다.
일반적으로 현대 산업에서 사용하는 모든 종류의 산화반응로(산업폐기물 소각로, 복합화력발전, 병원쓰레기 등의 소각로), 즉 연소로는 1200℃ 이하의 저온 산화환경에서 견딜 수 있는 단열재와 버너를 주로 사용하고 있으며, 환원환경에 대한 인식이 부족하여 모든 산업폐기물 등을 소각로와 같은 연소로에서 불로 태워 부피를 줄이는 산화처리 방식을 채택하고 있다.
그러나 각종 산업폐기물을 소각하는 과정에서 발생하는 연소가스는 다량의 다이옥신(Dioxine)을 포함하고 있다. 이러한 다이옥신은 암을 유발하는 매우 위험한 독성물질로 알려져 있으며, 최근까지 연구된 바로는 만성 피부질환, 근육 기능장애, 여러 가지 신체의 염증, 발기부전, 기형아, 유전자 돌연변이, 신경계 질환 등을 일으킬 수 있다고 알려져 있다.
이와 같은 다이옥신을 제거하기 위한 대표적인 방법으로서 800 내지 1000℃의 온도로 소각하여 제거하는 방법이 사용되고 있으나, 이러한 방법은 소각온도의 조건에서는 다이옥신 성분이 일시적으로 사라졌다가 배출된 가스가 대기중에 노출되어 온도가 300℃로 낮아지게 되면 다이옥신이 재형성되버리는 문제점이 있다.
이러한 각종 폐기물 소각시의 문제점을 연구하다가 점차 산화에 의해 다양한 2차 화합물이 생성된다는 것을 알게 된 후에는 산화 후에 2차 화합물을 처리하는 방법을 연구해오고 있다.
종래의 산화반응로(연소로)는 반응로 내부로 버너의 헤드 부분이 짧게 돌출되어 있거나 반응로 내벽에서 돌출되지 않는 형태로 설치되어 있으며, 버너의 화염이 반응로 내부의 처리대상물질과 직접 닿으면서 소각이 이루어진다.
이와 같이 종래의 산화반응로는 처리대상물질에 불을 직접 붙여 소각하는 산화버너 방식으로서, 탄소를 포함하는 유기물(CnH2n)에 산소를 공급하여 연소시키는 것이므로 산화와 환원(아주 부분적으로 1200℃ 이상의 온도에 도달한 부분에서는 환원반응도 일어남)이 같이 일어나면서 각종 산화물과 2차 화합물이 발생하게 된다.
즉, 다이옥신 외에도 톨루엔, 나프탈렌, 벤젠, 염화비닐단량체, 자이렌, 클로로벤젠과 같은 방향족 발암물질(PAHS)과 아황산가스(SO2), 이산화질소(NO2), 이산화탄소(CO2)등도 발생하고, 이들을 그대로 대기 중에 방출할 경우 심각한 대기오염과 환경오염이 발생하게 되므로 깨끗한 여과를 위해 상당한 후처리 비용이 소요되는 문제점이 있다.
이와 관련하여 본 발명자에 의해 제안된 한국등록특허 제10-1604679호에는 연료공급공과 다수의 산소공급공이 구비된 환원용 버너를 반응로의 벽체에 다수 설치하여 반응로 내부 온도를 1200℃ 이상의 고온으로 가열하는 반응로의 버너를 구성함에 있어서, 환원용 버너의 헤드 선단에는 헤드에 공급되는 산소를 완전히 없앨 수 있도록 버너 깊이를 충분히 깊게 한 연소실을 구비하고 산소공급공을 통해 공급되는 산소가 연소실 내부에서 산화 연소작용을 위해 충분히 소모되게 하는 기술을 통해 이러한 문제점을 해결한 바 있다.
본 발명은 환원반응로의 버너장치의 구조를 개선함으로써 산화와 환원반응이 더욱 확실하게 분리될 수 있는 환원반응로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상부에 배출구가 형성되고, 벽체의 측면에는 버너장치가 설치되어 내부의 온도가 1,200℃ 이상으로 가열되는 환원반응로에 관한 것으로서, 상기 버너장치는, 헤드부의 중앙에 배치된 메인 연료공급구와, 상기 메인 연료공급구 주변에 방사상으로 배치된 복수의 산소공급구와, 상기 메인 연료공급구와 산소공급구 사이에 배치된 복수의 보조 연료공급구를 구비하고, 상기 벽체의 내측에 위치하도록 설치되는 버너몸체와, 상기 버너몸체의 헤드부 주변을 감싸도록 상기 버너몸체의 일측에 결합하고, 상기 헤드부의 전방으로 연장형성된 커버부재를 포함하고, 여기서 상기 산소공급구는 상기 헤드부의 중심을 향해 수렴하는 방향으로 개방되고, 상기 보조 연료공급구는 상기 헤드부의 중심으로부터 발산하는 방향으로 개방되며, 상기 환원반응로의 내부는 상기 커버부재 내측의 산화공간과, 상기 커버부재 외측의 환원공간으로 구분되어, 상기 산화공간에는 산소공급구를 통해 공급된 산소가 연소작용을 통해 전부 소모됨으로써 상기 환원공간에는 산소가 존재하지 않은 환원분위기가 조성되어 환원반응만 일어나고, 상기 커버부재가 형성하는 산화공간은 상기 환원반응로 내부에만 위치하는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 보조 연료공급구는 상기 헤드부의 반경방향을 따라 상기 산소공급구와 중첩되지 않도록 엇갈리게 배치되고, 상기 보조 연료공급구에서 분사되는 연료와 상기 산소공급구에서 분사되는 산소는 상호작용을 일으켜 난류를 형성한다.
그리고, 상기 산소공급구를 통해 공급되는 산소의 양은, 상기 메인 연료공급구 및 보조 연료공급구를 통해 분사되는 연료가스가 모두 산화되도록 하는 양보다 적은 양으로 공급된다.
그리고, 상기 연료가스는 CO와 H2가 혼합된 가스이고, 상기 배출구를 통해서는 환원반응에 의해 생성된 CO, H2, H2S, N2 가스가 배출된다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 커버부재의 내주면에는, 상기 헤드부에서 분사되는 가스의 일부를 상기 헤드부 쪽으로 되돌리는 환형의 리서큘레이터 부재가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 리서큘레이터 부재는, 원호 형상인 리서큘레이터 단편 부재가 복수 개로 구비될 수 있고, 복수의 상기 리서큘레이터 단편 부재는 상기 커버부재의 길이방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
또한, 복수의 상기 리서큘레이터 단편 부재는 원주방향을 따라서도 중첩되지 않도록 분산 배치될 수 있다.
상기와 같은 구성을 구비한 본 발명은 환원반응로 내부가 산화공간과 환원공간이 구분되어 산화반응과 환원반응이 서로 분리됨으로써, 산화반응에 의한 독성부산물이 없는 고순도의 환원 합성가스(Synthesis gas)를 얻을 수 있으며, 배출가스에 CO2, SOx, NOx 와 같은 산화가스가 포함되어 있지 않아 산화가스를 필터링하기 위한 별도의 설비가 설치되지 않아도 되는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 보조 연료공급구에서 공급되는 가스연료가 헤드부 중앙을 향하는 산소의 흐름을 가로지름으로써 가스연료와 산소의 충돌과정과 복잡한 난류에 의해 미량의 산소까지도 확실히 연소반응을 일으키게 되고, 결국 환원반응로 내부의 환원분위기가 양호하게 형성된다.
또한, 본 발명은 커버부재의 내주면에 구비된 환형의 리서큘레이터 부재가 헤드부에서 분사되는 가스의 일부를 헤드부 쪽으로 되돌림으로써, 연료분포가 상대적으로 희박한 커버부재의 내주면 영역을 통해 미연소된 산소가 환원공간으로 누출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 상세한 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 환원반응로의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 버너장치를 확대 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 환원반응로에 결합되는 버너장치를 분리한 상태를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 버너장치를 구성하는 커버부재 내주면에 내열코팅층을 형성한 실시형태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 버너장치에 구비되는 커버부재의 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 버너장치를 확대 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 환원반응로에 결합되는 버너장치를 분리한 상태를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 버너장치를 구성하는 커버부재 내주면에 내열코팅층을 형성한 실시형태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 버너장치에 구비되는 커버부재의 다른 실시형태를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 환원반응로(10)의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 버너장치(100)를 확대 도시한 도면으로서, 본 발명의 전체적인 구성을 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 상부에 배출구(11)가 형성되고, 벽체(12)의 측면에는 버너장치(100)가 설치되어 있으며, 내부의 온도가 1,200℃ 이상으로 가열되는 환원반응로(10)에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 환원반응로(10)는 버너장치(100)에서는 산화반응이 일어나지만, 버너장치(100)를 벗어난 내부 공간은 1,200℃ 이상의 온도조건을 만족하면서 산소가 존재하지 않음으로써 환원반응이 일어나는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 환원반응로(10)는 산화공간(A)과 환원공간(B)이 분리되어 있다.
도 2에는 버너장치(100)가 상세히 도시되어 있는데, 버너장치(100)는 크게 나누어 버너몸체(200)와 커버부재(300)를 포함한다.
버너몸체(200)는 선단의 헤드부(230) 중앙에 배치된 메인 연료공급구(210)와, 메인 연료공급구(210) 주변에 방사상으로 배치된 복수의 산소공급구(220)를 포함한다. 또한, 메인 연료공급구(210)와 산소공급구(220) 사이에는 복수의 보조 연료공급구(212)가 배치되어 있다.
그리고, 커버부재(300)는 버너몸체(200)의 헤드부(230) 주변을 감싸도록 버너몸체(200)의 일측에 결합하고, 헤드부(230)의 전방으로 연장형성된 중공형태의 부재에 해당한다.
그리고, 버너몸체(200)와 커버부재(300)는 환원반응로(10)의 벽체(12)의 내측에 위치하도록 설치된다. 특히 버너몸체(200)의 선단을 이루는 헤드부(230)는 벽체(12)의 안쪽으로 돌출되어 있으며, 커버부재(300)가 형성하는 산화공간(A)은 환원반응로(10) 내부에만 위치한다. 연소가 일어나는 산화공간(A)이 환원반응로(10) 내부에 형성될 경우 열손실을 최소화할 수 있고, 산화공간(A)을 환원반응로(10)의 외부로 두는 것보다 버너장치(100)를 밖으로 돌출시키지 않아도 되는 이점이 있다. 또한 커버부재(300)를 통해 헤드부(230)에서부터 연소되는 고온의 화염이 환원반응로(10)의 벽체(12) 내벽에 직접적으로 전달되는 것이 방지되기 때문에 열손상을 방지할 수 있는 구조적 이점이 있다.
여기서, 환원반응로(10)를 구성하는 벽체(12)는 외부 충격에 강하고 내부의 열이 쉽게 배출되지 않도록 한 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 벽체(12)는 외벽층(12a)과 단열층(12b)의 복합층으로 구성될 수 있으며, 외벽층(12a)은 충격에 강한 금속재질로 구성되고 단열층(12b)은 내부의 열이 보존될 수 있도록 단열재로 구성됨으로써 벽체(12)의 기능을 보강할 수 있다.
그리고, 버너장치(100)는 환원반응로(10)의 벽체(12)에 설치되는데, 환원반응로(10) 내부의 온도가 1,200℃ 이상을 유지할 수 있도록 적절한 개수로서 버너장치(100)가 설치될 수 있다. 도 1에서는 예시적으로 2개의 버너장치(100)가 높이를 달리하여 대향 배치된 일 실시형태를 보여준다.
버너몸체(200)는 연료를 공급하기 위한 메인 연료공급구(210)와 복수의 보조 연료공급구(212)를 구비하는 한편, 산화제인 산소를 공급하기 위한 복수의 산소공급구(220)를 포함한다. 연료는 가스형태로 공급되며, 그 성분은 CO와 H2가 혼합된 가스이다. 버너몸체(200)의 헤드부(230) 영역에서 연료와 산소가 만나 연소가 일어난다(최초의 연소는 도시되지 않은 점화기로 이루어짐).
버너몸체(200)의 헤드부(230)는 커버부재(300)에 의해 둘러싸여 있으므로, 연소가 일어나는 산화공간(A)은 커버부재(300)의 길이만큼 연장된다. 즉, 헤드부(230)로부터 커버부재(300)의 끝까지가 하나의 산화공간(A)을 형성한다. 따라서, 커버부재(300)의 재질은 내화성(耐火性)을 갖는 재질, 예를 들어 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 이 외에도 고온에 잘 견딜 수 있는 다른 재질, 예컨대 세라믹-금속 복합재질과 같은 내화, 내열성 재질로도 적용할 수 있음은 물론이다.
여기서, 산소공급구(220)를 통해 공급되는 산소의 양은, 메인 연료공급구(210) 및 보조 연료공급구(212)를 통해 분사되는 연료가스가 모두 산화되도록 하는 양보다 적은 양으로 공급된다. 이와 같이 산소공급량이 조절됨으로써, 공급된 산소는 산화공간(A) 내에서 일어나는 연소과정에서 전부 소모되고, 산화공간(A) 내부의 연소반응에 의해 H2O 및 CO2와, 불완전 연소된 잉여분의 연료가스(CO+H2)가 환원공간(B)으로 넘어감으로써, 환원공간(B)에는 산소(O2)가 존재하지 않는 환원분위기가 조성됨으로써 환원반응만 일어나게 되는 것이다.
따라서, 배출구(11)를 통해 배출되는 가스는 CO, H2, H2S, N2와 같은 환원가스로 배출되기 때문에, 고순도의 환원가스(CO+H2)를 얻을 수 있고 종래의 연소로에서 배출되었던 CO2, SOx, NOx 와 같은 산화가스를 필터링하기 위한 구성이 필요하지 않게 되는 이점이 있다. 여기서, 환원반응에 따른 화학식과 이에 대한 설명은 본 발명자에 의해 개시된 한국등록특허 제10-1604679호에 공지되어 있으므로, 본 발명에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 발명의 환원반응로(10)가 산화와 환원반응이 분리될 수 있는 것은 커버부재(300)를 경계로 하는 산화공간(A)에서 모든 산소가 소모되기 때문이다. 따라서, 산화공간(A)에서 모든 산소가 연소반응을 일으키도록 하는 것은 매우 중요하며, 이를 위해 본 발명은 연료공급구로서 메인 연료공급구(210)와 복수의 보조 연료공급구(212)를 구비하고 있다.
도 2를 참조하면, 선단의 헤드부(230) 중앙에는 메인 연료공급구(210)가 배치되고, 메인 연료공급구(210) 주변으로 복수의 산소공급부가 방사상으로 배치된다. 그리고, 메인 연료공급구(210)와 산소공급구(220) 사이에는 복수의 보조 연료공급구(212)가 배치되어 있다. 또한, 산소공급구(220)는 헤드부(230)의 중심을 향해 수렴하는 방향으로 개방되어 있고, 보조 연료공급구(212)는 헤드부(230)의 중심으로부터 발산하는 방향으로 개방되어 있다.
산소공급구(220)가 헤드부(230) 중앙의 메인 연료공급구(210)를 향함으로써 산소와 연료의 혼합이 활발하게 이루어진다. 그렇지만, 중앙의 메인 연료공급구(210)에서 분사되는 가스연료는 직진성이 강하기 때문에 모든 산소가 연소작용을 일으키지 못하고 커버부재(300)를 벗어날 가능성이 있다. 이러한 현상은 환원반응로(10) 내부의 온도를 1,200℃ 이상으로 유지하기 위해 다량의 산소와 가스연료를 공급할 때 일어나기 쉽다. 이러한 미량의 산소까지도 확실히 연소시키기 위해 복수의 보조 연료공급구(212)가 마련되어 있다.
보조 연료공급구(212)는 헤드부(230)의 중심으로부터 발산하는 방향으로 개방되어 있으므로, 이러한 보조 연료공급구(212)에서 공급되는 가스연료는 헤드부(230) 중앙을 향하는 산소의 흐름을 가로지르게 된다. 따라서, 보조 연료공급구(212)에서 분사되는 연료와 산소공급구(220)에서 분사되는 산소는 상호작용을 일으켜 난류를 형성하게 되고, 이러한 가스연료와 산소의 충돌과정과 복잡한 난류에 의해 미량의 산소까지도 확실히 연소반응을 일으키게 되고, 결국 환원반응로(10) 내부의 환원분위기는 양호하게 형성된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 보조 연료공급구(212)는 헤드부(230)의 반경방향을 따라 산소공급구(220)와 중첩되지 않도록 서로 엇갈리게 배치되어 있으며, 이러한 엇갈림 배치는 전체 산화공간(A)에 걸쳐 고르게 연소반응을 일으킨다.
도 3은 본 발명의 환원반응로(10)에 결합되는 버너장치(100)를 분리한 상태를 나타낸 예시도이다. 도시된 본 발명의 버너장치(100)는 결합구조를 효과적으로 구성함으로써 커버부재(300)의 장기간 사용으로 인해 교체가 필요할 경우 교체작업이 용이하도록 만들어져 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 버너장치(100)가 설치되는 환원반응로(10)의 벽체(12)에는 삽입구멍(13)이 관통형성되어 있고, 삽입구멍(13)의 선단부(410)에는 플랜지부(14)가 돌출형성된 구조가 되며, 플랜지부(14)에 결합되는 버너장치(100)는 삽입구멍(13)에 끼워지고 선단부(410)가 플랜지부(14)에 맞닿아 고정되는 하우징(400)을 포함하고 있다. 따라서, 하우징(400)의 내측 중앙에는 버너몸체(200)가 관통하는 형태로 결합되어 헤드부(230)가 환원반응로(10) 내부로 삽입될 수 있도록 하고, 커버부재(300)는 하우징(400)의 전방에 형성된 결합홈에 결합될 수 있다. 이때 커버부재(300)의 외경은 하우징(400)의 크기보다 작게 하여 삽입구멍(13)을 통해 하우징(400)과 함께 분리되는 구조여야 한다.
도 4는 본 발명의 버너장치(100)를 구성하는 커버부재(300) 내주면에 내열코팅층(310)을 형성한 실시형태를 도시한 도면이다. 본 발명의 커버부재(300)는 단일재질로 이루어진 원통형으로 구성될 수 있지만, 산화공간(A)의 온도가 환원공간(B)의 온도보다 높기 때문에 도 4에 도시한 바와 같이 커버부재(300) 내측에 더욱 고온에 잘 견디는 재질의 내열코팅층(310)을 추가로 형성할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 버너장치(100)에 구비되는 커버부재(300)의 다른 실시형태를 도시한 도면으로서, 도 5의 실시형태는 보조 연료공급구(212)처럼 산소가 산화공간(A) 안에서 모두 소진되도록 유도하는 기능을 더 포함하고 있다.
도 5에 도시된 실시형태에 따르면, 커버부재(300)의 내주면에는, 헤드부(230)에서 분사되는 가스(산소, 연료가스, 연소가스의 집합)의 일부를 헤드부(230) 쪽으로 되돌리는 환형의 리서큘레이터 부재(500)가 구비되어 있다. 환형의 리서큘레이터 부재(500)는 헤드부(230)를 향해 오목하게 휘어진 곡면을 포함하고 있으며, 리서큘레이터 부재(500)를 통해 커버부재(300)의 내주면 영역을 흐르는 가스의 일부가 고온의 헤드부(230)쪽으로 재순환함으로써 산소가 더욱 확실히 소진될 수 있는 기회와 시간이 확보된다. 특히, 리서큘레이터 부재(500)는 연료분포가 상대적으로 희박한 커버부재(300)의 내주면 영역을 재순환시키기 때문에 미연소된 산소가 환원공간(B)으로 누출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
여기서, 리서큘레이터 부재(500)는, 원호 형상인 리서큘레이터 단편 부재(510)가 복수 개로 구비되어 형성될 수 있으며, 복수의 리서큘레이터 단편 부재(510)는 커버부재(300)의 길이방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 환형의 리서큘레이터 부재(500) 하나만을 사용하는 것에 비해, 복수의 리서큘레이터 단편 부재(510)를 길이방향으로 여러 개를 이격 배치함으로써 미연소 산소의 재순환 효과를 더욱 상승시킬 수 있다.
또한, 복수의 리서큘레이터 단편 부재(510)는 원주방향을 따라서도 중첩되지 않도록 분산 배치될 수 있으며, 이와 같은 복수 개 리서큘레이터 단편 부재(510)의 길이 및 원주방향에 대한 균등한 분산 배치는 재순환 효과의 균일한 향상은 물론 압력강하가 과도하게 일어나는 것을 억제하는데 유용하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 환원반응로
11: 배출구
12: 벽체 12a: 외벽층
12b: 단열층 13: 삽입구멍
14: 플랜지부 100: 버너장치
200: 버너몸체 210: 메인 연료공급구
212: 보조 연료공급구 220: 산소공급구
230: 헤드부 300: 커버부재
310: 내열코팅층 400: 하우징
410: 선단부 500: 리서큘레이터 부재
510: 리서큘레이터 단편 부재
A: 산화공간 B: 환원공간
12: 벽체 12a: 외벽층
12b: 단열층 13: 삽입구멍
14: 플랜지부 100: 버너장치
200: 버너몸체 210: 메인 연료공급구
212: 보조 연료공급구 220: 산소공급구
230: 헤드부 300: 커버부재
310: 내열코팅층 400: 하우징
410: 선단부 500: 리서큘레이터 부재
510: 리서큘레이터 단편 부재
A: 산화공간 B: 환원공간
Claims (7)
- 상부에 배출구가 형성되고, 벽체의 측면에는 버너장치가 설치되어 내부의 온도가 1,200℃ 이상으로 가열되는 환원반응로에 있어서,
상기 버너장치는,
헤드부의 중앙에 배치된 메인 연료공급구와, 상기 메인 연료공급구 주변에 방사상으로 배치된 복수의 산소공급구와, 상기 메인 연료공급구와 산소공급구 사이에 배치된 복수의 보조 연료공급구를 구비하고, 상기 벽체의 내측에 위치하도록 설치되는 버너몸체와,
상기 버너몸체의 헤드부 주변을 감싸도록 상기 버너몸체의 일측에 결합하고, 상기 헤드부의 전방으로 연장형성된 커버부재를 포함하고,
여기서 상기 산소공급구는 상기 헤드부의 중심을 향해 수렴하는 방향으로 개방되고, 상기 보조 연료공급구는 상기 헤드부의 중심으로부터 발산하는 방향으로 개방되며,
상기 환원반응로의 내부는 상기 커버부재 내측의 산화공간과, 상기 커버부재 외측의 환원공간으로 구분되어, 상기 산화공간에는 산소공급구를 통해 공급된 산소가 연소작용을 통해 전부 소모됨으로써 상기 환원공간에는 산소가 존재하지 않은 환원분위기가 조성되어 환원반응만 일어나고,
상기 커버부재가 형성하는 산화공간은 상기 환원반응로 내부에만 위치하는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로. - 제1항에 있어서,
상기 보조 연료공급구는, 상기 헤드부의 반경방향을 따라 상기 산소공급구와 중첩되지 않도록 엇갈리게 배치되고,
상기 보조 연료공급구에서 분사되는 연료와 상기 산소공급구에서 분사되는 산소는 상호작용을 일으켜 난류를 형성하는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로. - 제2항에 있어서,
상기 산소공급구를 통해 공급되는 산소의 양은, 상기 메인 연료공급구 및 보조 연료공급구를 통해 분사되는 연료가스가 모두 산화되도록 하는 양보다 적은 양으로 공급되는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로. - 제3항에 있어서,
상기 연료가스는 CO와 H2가 혼합된 가스이고, 상기 배출구를 통해서는 환원반응에 의해 생성된 CO, H2, H2S, N2 가스가 배출되는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로. - 제1항에 있어서,
상기 커버부재의 내주면에는, 상기 헤드부에서 분사되는 가스의 일부를 상기 헤드부 쪽으로 되돌리는 환형의 리서큘레이터 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로. - 제5항에 있어서,
상기 리서큘레이터 부재는,
원호 형상인 리서큘레이터 단편 부재가 복수 개로 구비되고,
복수의 상기 리서큘레이터 단편 부재는 상기 커버부재의 길이방향을 따라 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로. - 제6항에 있어서,
복수의 상기 리서큘레이터 단편 부재는 원주방향을 따라서도 중첩되지 않도록 분산 배치되는 것을 특징으로 하는 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210072775A KR20220164849A (ko) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210072775A KR20220164849A (ko) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220164849A true KR20220164849A (ko) | 2022-12-14 |
Family
ID=84438252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210072775A KR20220164849A (ko) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | 산화와 환원반응이 분리된 환원반응로 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220164849A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101604679B1 (ko) | 2015-06-16 | 2016-03-18 | 장연 | 산화반응과 환원반응이 분리되어 일어나도록 하는 환원용버너 및 이를 이용한 합성가스 리사이클링 시스템 |
-
2021
- 2021-06-04 KR KR1020210072775A patent/KR20220164849A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101604679B1 (ko) | 2015-06-16 | 2016-03-18 | 장연 | 산화반응과 환원반응이 분리되어 일어나도록 하는 환원용버너 및 이를 이용한 합성가스 리사이클링 시스템 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |