KR890001277B1 - 2성분 또는 다성분계 반응기 - Google Patents

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내용 없음.

Description

2성분 또는 다성분계 반응기

제1도는 본 발명에 따른 수평형 사이클론을 포함하고 있는 이동상(dynamic)유동층반응기의 구조를 나타낸 도면.

제1a도는 본 발명에 대한 평면도.

제2도는 본 발명에 따른 반웅기가 부설된 연관(煙管)보일러의 구조를 나타낸 도면.

제2a도는 본 발명에 제2도에 따른 연관보일러의 A-A선 단면도.

제3에 본 발명에 따른반응기의 또다른 구조를 난타낸 도면.

제3a도는 본 발명의 제 3도는 따른 반응기의 A-A선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 14 : 공기유입구 2, 21 : 공기저장실

3, 22 : 공기분산판 4, 54 : 맨틀

5, 24 : 반응연소실 6, 8, 46, 49 : 분기닥트

7, 25, 47, 50 : 수평형분리실 9, 44, 53 : 송회관

10, 48. 51 : 개관구 11, 13, 34, 46, 52, 56, : 배출기닥트

12, 23, 33, 57 : 유입분기닥트 26 : 기체배출닥트

본 발명은 화학이나 물리적 처리공정을 수행하기 위한 2성분 또는 다성분계반응계에 관한 것으로서, 더욱상세하게는 기체와 고형물질을 공급해주는 공급장치와 반응기연소실 및 고형입자나 액상물질을 분리시켜주는 분리기를 주된 구성요소로 하는 2성분 또는 다성분계 반응기에 관한 것이다.

최근 다성분계 반응기로서는 소위 유동층반응기가 주로 사용되고 있는바, 이러한 유동층반응기는 대개 고체연료를 이용하여 에너지를 발생시키는 장치에 응용되어 왔으며, 이러한 반응기는 고형입자와 기체가 부유 현탁되어있는 상태하에서 연소되기 때문에 고형물질과 보통 미반응되는 물질은 상기의 연소공정을 안정화 시키는 기능을 하고 있다.

이와같은 유동층반응기를 그 조작방법에 따라 두 형태로 분류하면 다음과 같다. 즉, (1)이송기체에 의하여 운반되어지는 고형입자가 적게 포함되어 있는 고정상(stati c)유동층반응기와, (2) 고형입자가 반응기를 통해서 기체상태로 운반되는 이동상(dyn a mic)유동층 반응기로 분류할 수 있다.

이와같은 반응기를 실제로 사용할 경우에는 상기의 고정상 유동층반응기와 이동상 유동층반응기의 특징이 합쳐진 것를 사용하게 되는데, 고정상 유동층반응기보다 이동상 유동층반응기가 일의 방출단면적이 더 크며 또 가스 화합물인 경우에 더 잘 혼합된다는 장점이 있다.

그러나, 이동상 유동층반응기는 반드시 고형물질 분리장치가 부설되어야 한다는 단점이 있는바, 이러한 단점이 있는데도 불구하고 유동층에 적용하는 반응기로서 상기의 이동상유동층 리액터를 주로 사용하여 왔던 것이다.

또한, 상술한 바와같이 유동층반응기에 사용되는 고형물질 분리장치는 종래의 사이클론에는 가스잠금장치(gas lock)라고 하는 장치가 고형물질 회송닥트의 기능을 하도록 부설되어 있는데, 이와같은 가스잠금장치의 기능은 기체가 고형물질 회송닥트를 따라서 반응기의 외부로부터 사이클론내부로 들어오는 것을 방지해주는 역할을 하게되는 것이며, 이렇게하는 이유는 상기와 같은 기체의 흐름이 종래 사이클론의 분리능력에 상당히 해로운 영향을 주기 때문인 것이다.

이와같은 종래의 사이클론 분리기에 대한 결점을 해소시켜주기 위한 기술은 예컨대, 프랑스특허출원 제812596호에 소개되어 있는 바, 상기의 특허출원 제812596호에서는 병류사이클론이 부설된 반응기를 사용하게되면 종래의 사이클론을 사용한 반응기보다 훨씬 우수한 성능을 나타내며, 그 구조적인 면에서도 이동상유동층을 적용하였기 때문에 좋은 효과를 얻을수 있는 것으로 기술하고 있고 또한, 종래의 반응기에 비하여 고형물질의 자연순환을 기본으로 하는 재순환계와 그에 따른 조작 및 구조적인 면에서 큰 장점을 가지고 있는 것으로 기재되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에 대한 여러가지 문제점, 특히 조작 및 구조적인 면에서의 단점을 열거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 즉, 프랑스 특허출원 제8125 96호에 소개되어 있는 반응기는 그 반응기에 유입왼 고형입자들이 반응기의 하중에 따라서 입자 분리장치의 하단부에 모아지도록 되어있으며, 상기의 분리장치를 조작하여 가스제거관이 설치되어 있는데, 이 가스제거관은 사이클론하부에서 정제된 기체와 사이클론하단부를 통해서 공급된 고형입자가 서로 혼합되지 않도록 방해하는 역활을 하게된다. 또한 상기의 가스제거관은 높은 온도에서도 견딜수 있도록 하기 위하여 세라믹물질로 제조해야하기 때문에 가격이 비쌀뿐만아니라 크고 무겁기 때문에 바람직스럽지 못하였다. 이와같이 상기의 가스제거관은 회송관을 통해서 분리기의 하단부로 모아는 고형입자들에 대하여 근본적으로 커다란 장애요인이 되고 있었다. 한편, 병류 사이클론의 하단부에서 순환하게 되는 물질은 그 물질의 종류 및 반응기의 종류와 반응기의 하중에 따라서 그 형태나 위치가 달라지게 되는데, 종래에는 사이클론의 흐름패턴에 대하여 그 위치나 모양이 부적합한 형태로 이루어져 있으므로 여러가지 문제점이 있었다.

또한, 분리율을 좋게 하기 위해서, 사이클론이 차지하는 용적의 일부를 가스제거관과 사이클론연소실 사이에 위치하도록 하여 모아진 고형입자들이 저장될 수 있도록 하여야만 하는 문제가 있었다.

이에 본 발명에서는 종래의 수직사이클론(병류 사이클)으로 이루어진 반웅기에서 발생되는 제반문제를 해소시키기 위한 수평형사이클론으로 이루어진 다성분계 반응기로서, 종래의 리액터에 비하여 조작상태가 크게 개선되었을뿐만 아니라 이동상유동층 반응기의 여러가지 구현예에 의하여 얻어진 바와같이 구조적으로도 매우 간단하고, 또 수평형사이클론을 사용하므로 인하여 고형물질을 저장하는 데 있어서도 종래의 병류 사이클론에서 나타난조작 및 구조적인 단점을 크게 해소하였다. 또한 본 발명의 반응기는 그 구조가 간단하며, 크기도 작기 때문에 종래에 비하여 제조 비용면에 있어서도 횔씬 경제적인 장점이 있다.

또한, 회송관의 기능을 높혀주기 위하여, 예컨대 고형물질이 회송관에 도달하였을 때 빠른 속도를 갖도록하기 위하여 (질량유속=단면적X속도 X밀도)고형물질 제거파이프를 적당한 위치에 설치하였다.

이와같은 특성때문에 본 발명의 수평형사이클론은 특히 연속적으로 나란하게 연결 시켜 사용 하기에 매우 편리하게 되어있다

그리고, 수평형 사이클론으로 이루어진 본 발명의 반응기는 반응기와 분리기 및 기체급송관이나 회송관의 형태가 열팽창등에 잘 견딜수 있도록 형성되어 있으며 예시도면 제3도와 같은 연관(煙管) 보일러의 반응기를 냉각시키기에도 매우 적당한 형태로 형성되어 있는 것이다.

이와같은 본 발명을 예시도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제1도, 제2도 및 제3도는 본 발명에 따른 하나의 구현예를 나타낸 도면인 바, 예컨대 본 발명의 제 1도는 이동상 유동층반응기를 나타낸것으로서 완전산화 또는 부분산화하에서의 연소과정에 적용될수있도록 형성되어 있으며, 특히 화학 및 물리적 처리공정을 원활히 수행하는데 적합하도록 구성되어 있다.

제2도는 본 발명에 따른 연관보일러의 반응기를 나타낸 도면이며, 제 3도는 본 발명에 따른 반응기를 나타낸 도면으로서, 냉각, 열회수 및, 특히 기체화 또는 용융되어 있거나 또는, 증기가 많거나 고형불순물등이포함되어 있는 고열가스를 정제시킬 수 있도록 된 본 발명의 반응기를 나타낸 것이다.

한편, 본 발명의 제 1도는 수평형 사이클론으로 이루어진 이동상 유동층반응기의 조작방법과 그 구조를 나타낸 것으로서, 연소과정이나 다성분계공정을 원활히 수행하는데 필요한 기체는 반응기의 하단부에 위치되어 있는 공기유입구 (1)를 통하여 공기저장실 (airchamber) (2)로 공급된 후, 반응기연소실(5)과 공기저장실(2)사이에 위치되어 있는 공기분산판(3)을 통해서 반응기연소실(5)의 밑부분으로 상기 기체가 유입 되어지게 된다. 이때 상기의 반응기 연소실(5)에는 유입분 기닥트(branch duct) (12)를 통하여 유입되어진 고형물질이 수평형 분리기에 의하여 분리되어진 후 회송관(9)으로 이동하게 된다.

상기와 같은 과정에 의하여 생성된 고형생성물이나 불필요한 배출물들은 배출분기닥트(13)를 통해서 외부로 배출 되어지게 된다.

한편, 반응기연소실(5)를 둘러싸고 있는 맨틀(4)이 냉각되어지게 되며, 이때 고형물질이 함유된 기체는 닥트(8)를 통과하여 반응기연소실(5)상단부의 수평형사이클론에 위치하고 있는 수평형분리실(7)의 경계면과 접선방향으로 이동하게된다.

이와같은 과정에 의하여 상기의 수평형사이를 클론으로부터 분리되어진 고형물질은 분리실의 경계면에 위치하고 있는 분기닥트(6)를 통해서 제거되는데, 예컨대 상기의 닥트(6)를 통해서 들어온 고형물질은 원하는 반응기의 적절한 위치까지 회송관(9)을 따라서 이동하게 되며, 수평형사이클론에서 정제되어진 기체는 개구관(17)을 통해서 사이클론에서 양쪽 끝으로 제거된다.

한편, 배출기닥트(11)는 개구관(10)와 접선방향을 따라 연결되어져 있으므로 상기 배출기체의 접선속도를 일부 회복시킬수 있도륵 되어 있다.

본 발명에 따른 제2도는 예시도면 제1도의 반응기가 부설되어 있는 연관보일러의 주요구조를 나타낸 도면으로서, 여기서 연소공기는 공기저장실(21)을 경유하여 공기분산판(22)에 의하여 분산된 후 반응기연소실(24)로 들어가게 되는데, 이때 공급되는 연료는 반응기의 하단부에 설치되어 있는 유입분기닥트(23)를 통해서 유입되게된다.

여기서 본 발명의 제1도에 따른 반응기는 상술한 바와같은 원리와 동일하게 되어있다.

한편, 제2도에 따라 연관식보일러의 측면에는 냉각부 (32)가 형성되어 있으므로 상기의 반응기를 냉각시킬수 있도록 되어있으며, 수평형분리기에는 위치되어 있는 기체배출닥트(27)는 고형물질로부터 정제된 기체가 반응기의 밑부분에 있는 회수부 (28)로 들어가기 위하여 통과하게 된다. 여기서 정제된 가스는 냉각부(32)에서 냉각되어진 후 다시 연관(29)을 통파하여 상기 반응기의 상단부에 있는 회수부(30)로 들어간다음 관(31)을 통해서 연료가스닥트의 조직계로 들어가게 되고, 고형물질은 연소실 (24)내부의 적당한 레벨에 따라 관(27)을 통하여 되돌아오게 된다.

여기서 미설명부호 33과 34는 각각유입 및 배출기닥트이다.

제3도는 본 발명에 따른 또다른 반응기를 나타낸 도면으로서 상기 반응기 관이 연속적으로 여러개 연결된 병류사이클론과 같은 구조를 가지고 있으므로, 이반응기는 고열기체를 정제시키거나 열을 회수하는데 유용하게 사용될 수 있도록 되어 있다.

여기서 상기의 정제된 고열기체는 유입구(41)를 통해서 반응기의 하단부에 위치하고 있는 혼합실(42)로 유입되는데, 이때 상기 흔합실(42)에는 회송관(44,53)을 통해서 회수되어진 고형물이 들어오도록 되어있으며, 또한 상기공정에 필요한 예컨대, 산화황의 흡수를 위하여 탄산칼슘(CaCO₃)과 같은 고형물질이 분기닥트(47)를 통해서 들어오게 된다.

이와같이 혼합실에 유입된 기체와 고형물질은 서로 반응된 후에 생성되어진 물질이나 배출물(예를들면 황산칼슘(CaSO₄))등은 유입분기닥트(57)와 유입분기닥트 (57)의 반대편에 위치하고 있는 배출분기닥트(47)를 통해서 외부로 배출되게 된다.

상기 이외의 고형물질이나 기체는 관(43)을 통해서 집합부(Collecting Space) (45)로 모아지게 되는데, 집합부(45)에 모여진 고형물질이 포함된 기체는 분기닥트 (46)를 통과하여 제 1수평형사이클론의 경계면(47)의 접선형방향을 따라서 통과하게 되며, 여기서 정제된 기체는 분리기의 한쪽이나 양쪽끝부분에 위치되어 있는개관부 (48)를 통해서 제 1분리기로 부터 이탈되어 외부로 배출제거되는 동시에 정제된 기체와 분리되어진 고형물질은 회송관(44)을 통해서 혼합실(42)로 회수되게 된다.

한편, 상기와 같이 제 1분리기로부터 제거되어진 기체이외의 나머지 정제된 기체는 다시 분기닥트(49)를 통해서 제2수평형 분리기에 위치되어 있는 분리실(50)의 경계면을 통과하여 제2수평형 분리기의 끝부분에 설치되어 있는 개관구(51)를 통해서 외부로 배출되어지게 되며, 여기서 정제된 기체와 분리되어진 고형물질은 회송관(53)을 통해서혼합실(42)로 회수되게 된다.

이때 압력손실을 감소시키기 위하여 본 발명에서는 분기닥트(49,52)를 개관구 (48,51)의 접선방향과 동일하게 부착시켜놓았다.

한편, 제3도에 나타낸 본 발명에 있어서의 냉각장치는 연결식구조에 따른 반응기에 있어서 맨틀(54)과 광(43,44)사이의 공간(55)에 물을 공급하여 냉각시키는 형태로 되어 있다.

한편, 예시도면 제1도에 따르면 본 발명의 수평형 분리기에서 이동되는 기체는 상호 대칭형태로 제거되며, 분리실의 끝부분은 원추형태로 되어 있다.

그러나, 여기서 분리실의 끝부분을 원추형이 아닌 평평한 형태로 할 수도 있으며, 기체를 상술한 바와는 다르게 한쪽방향으로만 제거되도록 할 수도 있고, 수평형 분리기의 개관구(10)를 필요에 따라서는 분리실(7)쪽으로 확장시켜 설치할 수도 있다.

또한, 제1도에 있어서 실제적으로 반응기연소실과 수평형분리기의 연결형태가 표시되어 있으나 상기의 분리기라 예컨대, 반응기연소실과 중심을 달리하는 대조적인 위치에 설치되도록 하고, 고형물질을 회수하는 회수관을 반응기 연소실의 바깥쪽 부분에 위치되도록 할 수도 있다.

한편, 제3도에 따른 본 발명의 구현예에 있처서, 냉각부는 맨틀이 내부에 설치되어 있는 연관사이의 공간을 급수관 구조로 이루어지도록 하여 형성되어지며, 분리기에 대해서는 필요에따라 두개 또는 그 이상의 분리기를 연속적으로 나란하게 연결시켜 사용할 수도 있다.

이와같은 본 발명의 반응기는 상술한 바와같이 3가지 유형의 구현예에 의하여 설명될 수 있으나, 다른 유형으로 제조될 수도 있는 것이다.

Claims (4)

1. 유도층부와, 그 이동상 유동층의 기체를 정제하기 위한 사이클론형태의 고형입자분리기 및, 그 분리된 입자를 회수하기 위해 사이클론의 분리실에 접속된 회송관을 포함하고 있어서 반응기 연소실을 통해 공형입자를 기체상태로 이송시킬 수 있도록 된 이동상 유동층 반응기에 있어서, 상기 고형입자분리기는 회송관(9, 44, 53)이 분리실(2 5,47,50)의 한쪽 또는 양쪽 끝을 통해서 정제된 기체를 배출시킬 수 있도록 반응기 연소실(5,24)과 맞게 일체로 조합되어 있는 수평형 사이클론인 것을 특징으로 하는 2성분 또는 다성분계 반응기.
2. 제1항에 있어서, 상기의 반응기와 수평형사이클론은 냉각수가 포함된 맨틀(4, 54)내부에 설치되어진 것을 특징으로 하는 반응기.
3. 제1항에 있어서, 상기의 반응기는 분리된 고형물질을 회수하는 회송관(9)으로서의 기능을 갖는 수직형관(44, 53)이 냉각수가 내재되어 있는 맨틀(54)의 내부에 설치되어진 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기 .
4. 제1항, 제2항 또는 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 제 1수평형사이클론의 압력손실을 감소시키기 위하여 예비 분리기로서 작동되고, 이와 연속적으로 연결설치된 제 2수평형 사이클론에서 기체의 정제가 이루어 지도록 된 것을 특징으로 하는 반응기 .

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