KR910004772B1 - 순환 유동상 반응기 및 그 반응실로부터 나오는 가스에 함유된 고체의 분리 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

순환 유동상 반응기 및 그 반응실로부터 나오는 가스에 함유된 고체의 분리 방법

[도면의 간단한 설명]

제 1 도는 본 발명의 한가지 실시예에 의한 순환유동상 반응기의 개략적 수직 단면도 ;

제 2 도는 제 1 도에 도시된 반응기의 일부를 이루는 전치 분리기의 일부의 파단확대 단면도 ;

제 3 도는 제 1 도의 A-선을 따른 반응기의 단면도 ;

제 4 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 제 1 도와의 유사도 ;

제 5 도는 제 4 도의 C-선 단면도 ;

제 6 도는 본 발명의 또 다른 실시에를 나타낸 제 1 도와의 유사도 ;

제 7 도는 제 6 도의 D-선 단면도 ;

제 8 도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 제 1 도와의 유사도 ;

제 9 도는 제 8 도의 E-선 단면도 ;

제 10 도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 제 1 도와의 유사도 ;

제 11 도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 제 1 도와의 유사도 ;

제 12 도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 제 1 도와의 유사도 ;

제 13 도는 제 12 도의 A-A선 확대 단면도이다.

[발명의 상세한 설명]

본원은 1987. 7. 13. 출원된 미국 특허출원 제72,592호의 부분 계속 출원이다.

[발명의 배경 및 요약]

본 발명은 고체 입자가 연도 가스로부터 분리되어 반응실로 재순환되는 순환유동상 반응기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 가스화 장치에도 이용될 수 있다.

공지의 순환유동상 반응기에서는 연도가스가 사이클론 분리기로 연결된 도관을 통하여 반응실의 상단부로부터 제거된다. 여기에 함유된채, 미연소 고체연료, 기타 비교적 큰 입자는 고온연도가스로부터 분리되어 반응실의 하부로 복귀된다. 굴뚝을 통하여 배출되기 전에 연도가스는 미세한 입자를 제거하기 적합하게 설계된 집진기를 통과한다. 종래에는 이 분진입자의 분리 및 수집이 여러 가지 장치를 이용하여 수행되었는데 이들 장치는 공간을 많이 차지하고 다양한 부품을 연결하는 수많은 배관이 필요하다.

현재까지 이러한 다양한 부품을 집합시켜 소형 시스템으로 작용하도록 한 장치는 개발되지 않았다.

본 발명에 의하면 고체가 함유된 가스로부터 고체를 분리시키는 단일 용기 여과 튜브와 결합된 반응기가 제공된다. 이들 튜브는 다공성 초합금(super alloy) 또는 세라믹으로 제작되고 필터 하우징내에서 반응실에 대하여 등을 맞대도록 배치된다. 이 여과 튜브가 연도가스의 정화에 이용된다.

어떤 경우에는 연도가스 배출구와 직접 연결되는 전치 분리기(pre-seperator)가 필터 하우징의 상부에 설치된다. 따라서 이 전치 분리기는 반응실의 상단부와 등을 맞대고 위치하게 된다. 전치 분리기는 연도가스가 여과 튜브로 들어가기 전에 가스로부터 비교적 큰 입자를 분리시켜 반응실로 복귀시킨다. 작은 크기의 고체입자는 고체함유가스가 다공성 튜브를 지나갈 때 가스로부터 분리된다. 이들 고체는 튜브내에서 그 내벽을 따라 남아 있다가 튜브를 지나가는 나머지 가스류에 의하여 운반되어 반응실로 복귀된다. 가스가 튜브의 다공성 벽을 지나갈 때 가스를 완전히 반응실로 복귀된다. 가스가 튜브의 다공성 벽을 지나갈 때 가스를 완전히 정화시키는 여과장치의 구조와 기능은 본 명세서에 참고로 언급된 미국특허 제4,584,003호에 기재되어 있다.

또, 본 발명에 의하면 반응기가 소형인 특성을 유지하면서 2가지 다른 형식의 전치 분리기가 이용될 수 있다. 제 1 형식에서는 여과 튜브가 경사벽의 상부로부터 연도가스배출구와 연통되는 영역내로 돌출되고, 튜브의 상단부는 부분적으로 폐쇄된다. 그러므로 연도가스의 방향변화로 인하여 필터 하우징의 상부를 구성하는 경사벽에 퇴적되어 있던 큰 입자들이 반응실로 복귀운반될 수 있도록 분리된다. 가스는 작은 크기의 고체와 함께 여과 튜브내로 유입되어 하우징에 형성된 다수의 격실을 통과한다. 각 격실은 용기를 빠져 나가는 청정 가스출구와 연결되어 있다.

다른 형식에서는 전치 분리기가 필터 하우징의 상부에 설치된 사이클론 분리기로 구성될 수 있다. 가스를 사이클론 분리기로 접선 방향으로 도입시키기 위하여 유입도관이 가스배출구와 연결되어 있다. 분리기의 내측 튜브는 사이클론내로 상향 연장되고 여과 튜브와 연통되도록 경사벽을 통하여 반응실내로 개방되어 있다. 상향 돌출된 튜브로 가스가 유입되어 여과 튜브에 의하여 함유된 고체가 분리되도록 이를 통과할 때 고체는 반응실로 복귀하도록 경사벽 위로 낙하된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 어떤 경우에는 반응실 및 필터 하우징이 필터 하우징 상부의 전치 분리기와 함께 서로 등을 맞대고 설치되어 일체형 소형용기로 구성된다. 이 방법에 의하여 일체로 조립된 반응실 및 필터 하우징이 가압용기내에 수용될 수 있다.

본 발명의 다른 형태에서는 한쌍의 필터 하우징이 반응실의 서로 반대편에 설치될 수 있으며, 경우에 따라 각 필터 하우징이 앞서 기술된 형식의 어느 전치 분리기도 가질 수 있다. 각 필터 하우징은 여과 튜브와 하우징 사이의 공간으로부터 용기의 외부로 청정 가스를 이송시키는 출구도관을 가진다. 전치 분리기에서 분리된 고체는 중력에 의하여 경사벽을 따라 중심 반응실로 낙하하는 반면 여과 튜브내에서 고체 함유가스로부터 분리된 고체는 반응실의 저부를 향하여 유동하여 복귀된다.

반응실과 필터 하우징이 서로 등을 맞대고 있거나 필터 하우징이 반응실의 대향측에 설치되어 있는 본 발명의 실시예에서, 큰 고체는 필터 조립체의 일부를 구성하는 불연속적인 파이프를 통하여 재순환될 수 있다. 불연속적인 파이프내의 큰 고체는 다른 필터 파이프를 통하여 유동하는 미세분진 입자와 재혼합되어 연소실로 유입되는 혼합류를 형성시킬 수도 있다. 이 대신 큰 고체와 작은 고체가 별도로 연소실에 도입될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 반응실 및 필터 하우징은 원통형인 것이 바람직한 내압용기내에 수용된다. 또 반응기에는 압축공기가 공급되고 정화된 연도가스는 가스터빈에서 이용된다. 본 발명의 원리는 유동상 반응기가 아닌 가스화 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

유동상 반응기의 경우 고체입자가 여과 튜브의 내면에 부착되는 수가 있어, 튜브를 폐쇄시키고 이 튜브내의 가스유동이 저지되는 경향이 있다. 다공성 튜브내의 가스 유동방향을 순간적으로 변화시켜 튜브의 내면의 입자부착을 약화시키도록 가스유출 파이프에 압력 펄스를 발생시키는 수도 있지만, 이러한 고체입자는 튜브에 바람직한 마모(scrubbing)작용을 일으킨다. 따라서, 어떤 경우에는 튜브를 통과하는 고체입자의 마모효과로 튜브가 청결해지고 가공에는 폐색물질이 없어진다. 따라서 어떤 경우에는 전치 분리기가 이용되지 않으며, 다른 경우에 전자분리기에 의하여 분리되는 큰 입자들은 여과 튜브를 통과하도록 도입되어 튜브의 내면을 문질러 이들 표면을 청결히 유지시킨다. 특히 이는 튜브를 세척시키는 큰 물질이 추가로 튜브를 통하여 유동되어 결국 유동상 연소실로 복귀되도록 다공성 튜브의 입구를 확대시켜 이루어진다.

본 발명의 또다른 실시예에서는 필터 하우징이 다수의 다공성 판으로 구성된다. 이 판은 그 한면으로부터 돌출한 여러개의 리브(rib)를 가진다. 이 판들이 대체로 연직으로 하나씩 정렬되면, 리브의 자유단부는 인접한 판의 후면과 접촉하여 다수의 통로를 형성시킨다. 가스가 병렬배치된 판들에 의하여 형성되는 통로와 다공판을 통과하여 다른 통로를 지나갈 수 있도록 통로의 일부는 필터의 상부에서 필터 하우징 가스입구와 연결된다. 후자의 통로들은 필터 하우징의 상부와 하부 양쪽에서 폐쇄되고, 여과정화된 가스가 이 통로를 지나 청정가스출구로 유동되도록 수집되는 연결도관을 가진다. 이 대신에 다수의 구멍이 형성된 다공성 고체 재료로 필터 하우징을 구성하여, 하우징의 상부에서 가스입구와 연동되는 이들 구멍으로 가스가 유입되도록 하고, 다공성 필터 하우징 및 하우징의 상하부에 폐쇄된 이들 구멍을 통하여 청정가스가 청정가스출구로 흐르도록 할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 적어도 하나의 가스배출구멍을 상단부근처에 가지고, 가스로부터 분리된 고체용의 유입구멍을 적어도 하나 하단부 근처에 가진 수직 반응실을 구성하는 수단이 포함되는 순환유동상 반응기가 제공된다. 또한 필터 하우징 및 수평방향으로 간격을 두고 대체로 수직으로 연장되는 다수의 통로형성 수단이 제공되며, 이들 통로 형성수단은 부분적으로 다공성 재료로 형성되어 하우징내에 설치된다. 하우징과 반응실은 서로 등을 맞대고 배치된다. 하우징에는 가스배출구멍 및 퉁로와 연통되는 가스입구, 고체유입 구멍과 연통되는 고체출구, 적어도 하나의 청정가스출구, 통로의 다공성 재료를 통하여 유동하는 가스가 하나의 청정가스출구로 도입되도록 하우징내에서 하나의 청정가스 출구와 연통되는 수단이 포함된다.

어떤 경우에 적합한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 폐색을 최소로 하기 위하여 통로의 내면을 따라 고체마모 작용이 일어나도록 통로의 내경보다 큰 통로용 유입구멍 형성수단이 가스입구에 포함된다. 유입구멍수단은 대체로 깔때기형으로 되어 통로로 통과하는 고체의 양이 유입구멍과 통로의 직경이 동일한 경우 통로를 통과하는 고체의 양에 비하여 증가되도록 하는 것이 바람직하다.

말하자면, 각 통로입구의 단면적의 합이 통로 단면적의 합보다 크게 되어, 통로의 내벽을 따라 고체의 마모작용이 증진되는 것이다. 또한, 본 발명에 의하면 다공성 재료의 간격을 둔 다수의 통로를 가진 필터를 구성하는 단계, 필터를 하우징내에 설치하는 단계, 필터를 반응실에 대하여 등을 맞대도록 설치하는 단계, 가스를 정화시키기 위하여 가스가 다공성 재료를 통하여 유동되도록 고체가 함유된 가스를 반응기의 가스배출구멍을 통하여 유입시키는 단계, 다공성 재료를 통하여 유출된 가스를 수집하고 통로내에서 가스로부터 분리된 고체를 반응실로 복귀시키는 단계가 포함되는 유동상 반응기로부터 가스에 함유된 고체를 분리시키는 방법이 제공된다.

따라서, 본 발명의 주목적은 분리기와 함께 설계된 신규하고 개량된 소형 순환유동상 반응기, 특히, 가입연소공정 또는 기타 공정에 이용되기 적합한 분리기와 함께 설계된 순환유동상 반응기 및 그 반응기의 작동방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기타 목적 및 장점은 다음의 상세한 설명, 특허청구의 범위 및 도면으로부터 보다 명백해질 것이다.

[도면의 상세한 설명]

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다. 도면, 특히 제 1 도에는 순환유동상 반응기(1)가 도시되어 있다. 반응기(1)에는 대체로 수직인 반응실(2)이 포함된다. 반응실은 제 3 도에 가장 잘 도식된 바와 같이 다각형으로 된 전방벽(3)과 편평한 후방벽을 가진다. 전후장벽(3, 4)은 각각 물로 냉각되고 통상적인 방법대로 수직 연장된 튜브로 구성된다. 필터 하우징(5)이 반응실(2)과 등을 맞대고 배치되어 있다. 따라서, 반응기의 후방벽(4)은 필터 하우징의 벽을 구성한다. 벽(3)과 유사하지만 반대로 된 다각형의 벽(6)이 하우징(5)의 나머지 수냉벽을 이룬다. 필터 하우징(5)에는 하우징의 상단부를 폐쇄시키는 벽 또는 판(8)이 포함된다.

벽(8)은 반응기(1)의 상부벽(9)아래에 배치되고, 반응실을 향하여 하향 경사진다. 가스통로를 형성시키는 다수의 여과 튜브(10)의 상단부의 장착판 역할을 하는 벽(8)에는 다수의 구멍이 형성되어 있다. 도시된 바와 같이 튜브(10)는 하우징(5)내에 수직으로 배치된다. 하우징(5)의 하단부에는 하우징(5)으로부터 배출되는 고체가 통과하는 출구(12)를 가진 거의 깔때기형인 저부(11)가 설치되어 있다. 여과 튜브(10)의 하단부는 하부 튜브 지지판(16)과 연결된다. 하우징(5)은 중간 튜브 판(13, 14, 15)에 의하여 다수의 중첩된 격실로 분할된다.

제 2 도에 도시된 바와 같이 고체가 튜브내로 직접 도입되지 않도록 여과 튜브의 상단부는 경사판(8)을 통하여 돌출되고 튜브의 구멍은 캡(17)으로 덮인다. 구멍(33)은 가스가 튜브내로 들어갈 수 있도록 캡(17)의 하부에서 튜브 상단부의 측면에 형성된다. 따라서 튜브는 그 상단부가 부분적으로 폐쇄된다.

튜브(10)는 소결 세라믹 재료로 제작되고 튜브판(8, 13) 사이의 상부를 제외하고 다공성이다. 튜브는 이 위치에서 가스 불투과성이다. 튜브판(13-16)사이의 격실(18, 19, 20)에는 각각 가스 출구(21, 22, 23)가 형성되어 있다.

재순환된 고체의 유입구멍(24)이 반응실의 하부에 형성되어 있다. 스탠드 파이프(25) 및 루프시일(loop seal, 26)은 필터 하우징의 저부에 있는 출구(12)를 반응실에 있는 고체유입구멍(24)과 연결시킨다. 그리드(29)의 하부에서 공기공급실(28)과 연결된 도관(27)에 의하여 외부로부터의 압축공기가 공급실로 공급된다. 부호(30, 31)로 개략적으로 도시된 공급기는 그리드(29)상부의 반응실로 석탄과 같은 연료 및 석회석같은 첨가제를 공급하도록 되어 있다.

고체가 함유된 연도가스는 반응실(2)의 상부벽(9)과 경사진 상부튜브관(8)사이에 형성된 구멍(32)을 통하여 반응실(2)로부터 빠져 나온다. 튜브(10)로 유입된 가스는 캡(17)하부의 구멍(33)을 통과하면서 갑자기 방향을 바꾸고, 이에 따라 큰 고체가 가스로부터 분리된다. 이들 큰 고체는 경사진 튜브판(8)위에 모여 중력의 영향을 받아 판의 표면을 따라 미끄러져 후방벽(4)을 따라 반응실내로 낙하한다.

여과 튜브로 도입된 후 이에 의하여 형성된 통로를 따라 하향 이동되는 연도가스의 일부는 제1가스 격실(18)내의 다공성 튜브벽을 지나가는데, 이때 고체는 튜브의 내면을 따라 남게 된다.

연도가스의 다른 일부는 제2가스 격실(19)내의 다공성 튜브를 통과한다. 연도가스의 나머지는 제3가스 격실(20)내의 다공성 튜브벽을 지나간다. 튜브의 외부와 필터 하우징 격실의 내부사이의 공간에 있는 가스는 청정가스출구(21, 22, 23)를 통하여 제거되고 도관을 통하여 도시되지 않은 가스터빈으로 운반된다.

하향 가스류로부터 분리되거나 하향 가스류에 의하여 운반된 미세한 입자 또는 필터 하우징의 저부로 운반된 큰 입자는 고체출구(12)를 통하여 배출된다. 이 고체는 스탠드 파이프(25) 및 루프 시일(26)을 통하여 반응실(2)로 복귀된다. 주로 재로 구성되는 입자물질은 루프 시일로로부터 제거되거나 도관(34, 35)을 통하여 반응실의 하부로부터 제거될 수 있다. 제거된 물질은 재 냉각기(36)에서 냉각된다.

반응실(2), 여과장치(37), 스탠드 파이프(25), 루프 시일(26) 및 재 냉각기(36)전체는 가압용기(7)내에 수용된다. 이 용기는 반응실로 공급되는 공기와 동일한 공기에 의하여 가압된다. 이들 부분에 작용하는 내외측 압력이 동일하므로 압력 밀봉이 불필요하다. 또, 필터 하우징의 벽은 수냉식 벽 튜브로 구성되므로 내열성이 우수하다.

제 4,5 도에는 제 1 내지 3도에 도시된 실시예와 구조 및 작동이 거의 유사한 다른 실시예가 도시되어 있다. 그러므로 앞으로 제 1 내지 3 도의 실시예와 이 실시예를 구별짓는 구조 및 작동상의 특성에 대해서만 기술할 것이다. 제 4, 5도에서 제 1 내지 3도와 동일하거나 실질적으로 동일한 부재를 나타내는데 동일한 부호가 이용되었다.

제 4, 5 도에 도시된 본 발명의 실시예에는 서로 등을 맞대고 배치된 필터 하우징(5)과 반응실(2)이 포함된다. 반응실 및 필터 하우징의 벽은 제 5 도에 가장 잘 도시된 바와 같이 원통형 단면의 용기를 구성한다. 2개의 평행한 사이클론 분리기(40)가 반응실과 여과장치(37)를 연결시키는 필터 하우징이 장착되어 있다. 각 사이클론 분리기에는 환상 분리실(42)를 형성시키는 원주벽(41)이 포함된다. 각 분리실에는 가스유입도관(43)이 접선방향으로 연결된다. 분리기의 유입도관(43)은 반응실로부터 가스를 배출시키기 위하여 반응실의 후방벽(4)에 형성된 2개의 배출구멍(44)과 연결된다. 분리실(42)의 상단부는 상부벽(9)에 의하여 폐쇄된다. 필터 하우징에 장착된 경사벽 또는 경사판(46)이 분리실의 저부를 구성한다. 중심파이프(47)는 각 분리기 통로내로 연장되어 저부와 연결된다. 분리실의 원주벽과 분리기 저부 근처에 위치한 후방벽(4)에 형성된 구멍(48)은 분리된 고체물질의 출구이다. 가스통로를 이루는 다수의 평행한 여과 튜브(10)가 필터 하우징내에 수직으로 배치되어 있다. 튜브의 단부는 튜브(10)를 지지하는 상부 튜브판(13)과 구조적으로 연결된다. 중간 튜브판(14, 15)이 추가되어 필터 하우징을 여러 격실로 분할시킨다. 경사벽 또는 경사판(46)의 하부에 있는 필터 하우징의 상부는 사이클론 분리기로부터의 가스를 여과 튜브(10)로 분배시키는 유입실(49)를 이룬다.

작동이 고체가 함유된 연도가스는 반응실의 상단부에서 가스배출구멍(44)을 통하여 배출된다. 분리실의 원주 가장자리에서 분리된 큰 고체물질은 분리실의 하부벽(46)에 낙하된다. 하부벽(46)에 모인 물질은 중력의 영향을 받아 그 경사면을 따라 미끄러져 구멍(48)을 통하여 반응실로 낙하된다.

큰 입자가 분리된 가스는 가스배출파이프(47)를 통하여 분리실(42)로부터 배출되고, 가스를 여과 파이프로 분배시키는 여과장치의 유입실(49)로 도입된다. 제 1 내지 3 도의 실시예에 대하여 이미 기술된 바와 같이, 가스는 장치의 외부에서 수집되도록 다공성 여과파이프를 통하여 흐르고 작은 크기의 입자는 가스의 일부와 함께 반응실로 복귀된다.

이하 제 6, 7 도에 도시된 본 발명의 다른 실시예가 설명되는데, 이는 제 1 내지 3도 및 제 4, 5 도의 실시예와 구조 및 작동이 유사하므로, 이하 그 차이점에 대해서만 기술하기로 한다. 제 6, 7 도에서 제 1 내지 3 도와 동일하거나 실질적으로 동일한 부재를 나타내는데 동일한 부호가 이용되었다.

제 6 도에서 반응실(2)은 하부 그리드(29)를 가진 중심실로 도시되어 있는데 반응실에서 연소되는 석탄 또는 기타 연료가 공급기(30, 31)에 의하여 그리드(29)로 공급된다. 그리드(29)의 하부에는 공기 공급실(28)이 설치되고 반응실(2)의 상부는 벽(9)에 의하여 폐쇄된다.

이 실시예에서는 서로 대칭이고 동일한 구조를 갖는 한쌍의 필터 하우징(5)이 반응실(2)의 대향 측면에 설치된다. 각 필터 하우징(5)은 상단부가 경사벽 또는 경사판(8)에 의하여 지지되는 다수의 수직 여과 튜브(10)를 가지며, 각 튜브(10)의 상단부는 제 2 도에 도시된 바와 같이 캡(17)에 의하여 폐쇄된다. 필터 하우징(5)은 판(13, 14, 15, 16)에 의하여 중첩된 격실(18, 19, 20)로 분리된다. 여과 튜브(10)주위의 공간과 하우징(5)의 내부는 청정 가스출구(21, 22, 23)에 의하여 서로 연통된다. 필터 하우징(5)의 하부는 저부(11)에서 출구(12)를 통하여 반응실과 연통되는데, 이 출구(12)는 다시 스탠드 파이프(25)와 루프 시일(26)을 통하여 반응실과 연통된다.

이 실시예의 작동도 앞의 실시예와 유사하다. 특히 이 실시예에서는 필터 하우징이 반응실(2)에 대하여 양쪽에서 각각 반응실(2)과 등을 맞대고 대향설치된다. 따라서 장치 전체적으로 하우징이 소형으로 된다.

이하 제 8·9 도에 도시된 본 발명의 다른 실시예가 설명되는데, 이는 제 1 내지 3도 및 제 4·5 도의 실시예와 구조 및 작동이 유사하므로, 이하 그 차이점에 대해서만 기술하기로 한다. 제 8·9 도에서 제 1 내지 3 도와 동일하거나 실질적으로 동일한 부재를 나타내는데 동일한 부호가 이용되었다.

제 8 도에서 반응실 및 필터 하우징(5)는 제 1 내지 3 도 및 제 4·5 도의 실시예와 유사하게 서로 등을 맞대고 배치되어 있다. 경사벽(46)의 상부에 장착된 사이클론 분리기(40)의 구조 및 작동은 제 4 도의 실시에의 사이클론과 유사하다. 이 실시예에서 필터 하우징에 설치된 경사벽 또는 경사판(46)은 분리실의 바닥이 된다. 가스 통로를 형성시키는 다수의 여과 튜브(10)는, 직경이 큰 한쌍의 튜브(100)가 나머지 튜브(10)와 유사한 다공성 재료로 제작되어 하우징의 전체 길이에 걸쳐 연장된다는 것을 제외하고 제 4·5 도의 실시예와 유사하게 필터 하우징내에 수직으로 배치된다. 튜브(10, 100)의 상단부는 이들을 구조적으로 지지하는 상부 튜브판(13)과 연결된다. 중간 튜브판(14, 15)이 추가되어 필터 하우징을 여러 격실로 분리시킨다. 경사벽 또는 경사판(46)의 하부에 있는 필터 하우징의 상부는 사이클론 분리기로부터의 가스를 여과 튜브(10)로 분배시키는 유입실(49)을 이룬다. 직경이 큰 튜브(100)의 상단부는 벽(46)을 따라 미끄러져 내려오는 큰 입자를 받아들이도록 경사벽(46)을 통하여 개방되어 있다.

튜브(10, 100)의 하단부는 출구(12)에 의하여 공통의 호퍼(hopper, 11)로 열려 있는데, 이 출구(12)는 다시 스탠드 파이프(25)와 루프 시일(26)을 통하여 반응실과 연통된다.

작동시 고체가 함유된 연도 가스는 반응실의 상단부에서 가스 배출 구멍(44)을 통하여 배출된다. 분리실의 원주 가장자리에서 분리된 큰 고체물질은 분리실의 하부벽(46)에 낙하된다. 하부벽(46)에 모인 물질은 중력의 영향을 받아 그 경사면을 따라 미끄러져 여과 튜브(100)의 개방된 상단부로 들어간다. 큰 입자는 분리된 가스는 가스 배출 파이프(47)를 통하여 분리실(42)로부터 배출되도, 가스를 여과 파이프(10)로 분배시키는 여과 장치의 유입실(49)로 도입된다. 가스는 장치의 외부에서 수집되도록 다공성 여과 파이프(10, 100)를 통하여 흐르고 작은 크기의 입자는 가스의 일부와 함께 호퍼(11), 출구(12), 스탠드 파이프(25) 및 루프 시일(26)을 통하여 반응실로 복귀된다. 이 대신 큰 고체와 작은 고체가 각각 별도로 연소실로 도입될 수 있다.

제 4, 5 도, 제 6, 7 도, 제 8, 9 도에 도시된 실시예에 대하여 장치는 제 1 도의 실시예의 용기와 유사한 압력용기내에 수용될 수 있다.

본 발명은 또한 가스로부터 큰 입자를 분리시키는 전차 분리기 없이도 이용될 수 있다. 그러므로 제 1 내지 3 도의 실시예에서 캡이 씌워진 여과 튜브 또는 제 4, 5 도의 실시예에서 사이클론 분리기인 전치 분리기를 제거하여 큰 입자들이 여과 튜브를 통과하면서 여과 표면을 마모시켜 여과 튜브를 청결히 유지할 수도 있다.

전치 분리기가 불필요하거나 바람직한 어느 경우이든, 본 발명의 다른 실시예로서 제 1 도에 도시된 것과 유사한 유동상 반응기가 제 10 도에 도시되어 있다. 제 10 도의 실시예에서는 다량의 입자가 다공성 튜브를 통하여 유동할 수 있게 입구 및 튜브의 구조가 되어 있으므로 입자 또는 고체가 여과 튜브(110)를 통하여 하향 유동하는 동안 마모 작용이 촉진된다. 이 실시예에서 반응실(102)과 필터 하우징(105)은 벽(104)으로 분리되어 제1도와 유사하게 등을 맞대고 배치되어 있다. 필터 하우징(105)에는 상부 경사벽 또는 경사판(108)이 포함된다. 혼합된 가스와 고체를 튜브(110)의 내부로 도입시키는 구멍(133)은 큰 구멍이 상단부에 있는 대체로 깔때기형으로 되어 있다.

깔때기형 구멍(133)의 아래쪽 구멍은 다공성 튜브(110)와 결합된다.

깔때기형 구멍이 이렇게 배치되므로 다량의 고체 입자가 튜브로 유입되어 그 내면을 건조 세척 또는 마모시켜 입자물질에 의한 다공성 튜브의 페색이 방지 또는 감소된다.

구멍(133)의 상단부는 튜브 입구에서의 큰 깔때기부가 경사벽(108)의 상부로 돌출되는 것도 고려할 수 있지만 경사벽(108)과 동일 평면에 있는 것이 바람직하다. 깔때기형 구멍(133)은 그 하류에서 튜브와 연결되는 부위의 단면적에 비하여 가스 및 고체입자를 받아들이는 부위의 단면적을 증가시킨다. 이로 인하여 여과 튜브를 통과하는 유동 속도와 고체 입자의 양이 증가하여 튜브의 내면을 따른 입자의 마모 작용도 증가한다.

제 10 도에서 알 수 있는 바와 같이 판(108)은 중력에 의하여 그 판을 따라 이동하는 입자가 유동상 반응기(102)의 연소실로 복귀하도록 경사져 있다. 물론 반응기의 연소실로부터 나온 입자를 모두 여과 튜브로 유동시키는 것이 바람직한 경우에는 판(108)을 수평으로 하거나 반대방향으로 경사지게 할 수 있다.

앞의 실시예와 마찬가지로 가스 출구(121, 122)는 여과 튜브(110) 사이의 공간에 의하여 형성된 실과 연통되어 있다. 따라서 다공성 튜브를 통하여 유동되는 가스의 일부는 반응기로부터 가스 출구(121, 122)를 통하여 배출되도록 튜브 사이의 실로 도입된다. 튜브를 통하여 유동하는 고체는 스탠드 파이프(125)와 루프 시일로 배출되도록 깔때기형 저복(111)로 유입된다. 앞의 실시예와 마찬가지로 기술된 장치도 내압용기내에 수용된다.

제 11 도에 도시된 실시예에서는 반응실(202)과 여과 하우징(205)이 공통의 벽(204)에 의하여 분리되어 등을 맞대고 설치되어 있다. 이 경우, 반응기 상부벽(209)과 필터 하우징의 상부판(208)사이의 만곡 통로를 따라 가스가 이동할 때 원심력에 의하여 전치 분리가 이루어진다. 상부판(208)은 반응기(202)로부터 떨어지면서 반응기의 측벽을 향하는 가스의 일부와 함게 통로(239)를 거쳐 반응기의 연소실로 복귀된다. 또, 가스와 고체입자는 경사벽(208)에 형성된 깔때기형 구멍(233)으로 유입된다. 깔때기형 구멍(233)은 경사벽(208)에 대하여 앞의 실시예와 마찬가지로 배치된다. 가스 유출실(221, 222)은 여과 튜브(210)사이의 실과 연통된다.

그러므로 작동시 가스는 처음에 만곡벽(232)를 따라 유동하면서 전치 분리되어 큰 고체 입자가 가스의 일부와 함께 반응기(202)로 복귀되도록 경로(239)를 통하여 유동된다. 가스 및 입자의 다른 일부는 다공성 여과 튜브(210)로 유입되도록 깔때기형 구멍(233)으로 도입된다. 앞의 실시예와 마찬가지로 가스는 튜브에 의하여 형성되는 통로와 다공성 튜브를 따라 유동하여, 가스 출구(221, 223, 222)를 통하여 흐르도록 판(214, 215)로 분리된 실내로 유입된다. 여과 튜브의 내면을 따라 유동하는 입자는 세척, 마모작용에 의하여 다공성 튜브의 기공을 폐쇄물질로부터 청결히 유지시킨다. 앞의 실시예와 마찬가지로 튜브(210)을 통하여 유동하는 고체는 깔때기형 구멍(211)로 도입되어 스탠드 파이프와 루프 시일을 통하여 반응기로 복귀된다.

제 11 도에 도시된 실시예는 다량의 입자가 순환되는 공정에서 특히 적합한 반면, 제 10 도의 실시예는 순환 입자의 양이 제한되는 경우에 더 적합하다.

제 12, 13 도에 도시된 실시예에서는 필터가 다공성 여과 튜브 대신 일련의 다공성 판으로 구성된다. 제 12 도에는 필터 하우징(305)과 등을 맞대고 배치된 반응실(302)이 도시되어 있다. 앞의 실시예들과 마찬가지고 필터 하우징(305)의 하단부에는 고체 수집실(311)과 고체를 반응실로 복귀시키는 스탠드 파이프(325)가 설치되어 있다.

이 실시예에서 필터 하우징(305)은 제 13 도에 도시된 바와 같이 일련의 수직 연장판(334)을 둘러싸는데, 이 판은 각각 판의 한 면으로부터 횡방향으로 돌출된 리브(332)를 가진다. 이 판들이 서로 옆으로 인접한 위치에서 수직으로 병렬 배치되면 리브(332)의 자유단부는 인접한 판의 후면 즉,인접한 판의 리브가 없는 면과 접촉한다. 이렇게 하여 수평방향으로 간격을 둔 일련의 통로가 판과 리브사이에 형성된다.

통로의 열은 하나씩 건너서 그 상단부, 즉, 제 12 도에서 부호(333)로 표시된 지점에서 필터 하우징(305)으로 가는 가스 유입 구멍 부위로 개방되어 있다. 통로(335)의 하단부는 고체 수집실(311)로 개방된다. 통로(335)와 인접한 다른 통로는 상하가 막혀 있다. 그러나, 청정가스를 통로(336)로부터 제거하기 위하여 유출 도관(321)이 막힌 통로(336)와 각각 연통되어, 이를 도시되지 않은 청정 가스 출구와 연결시킨다. 판으로 가는 입구가 형성된 상면은 앞의 실시예와 마찬가지로 큰 입자들이 먼저 분리되어 반응실(302)로 복귀될 수 있도록 경사져 있다.

작동시 반응실(302)로부터 나온 연도 가스는 가스 유입 구멍을 통하여 필터 하우징, 특히 필터 하우징의 상단부에서 개방된 통로(335)로 도입된다. 가스가 통로(335)로부터 다공성 수직판(334)을 통하여 통로(336)을 지나는 동안 가스와 고체가 분리된다. 통로(336)내의 청정가스는 도관(321)에서 청정 가스 출구로 제거된다. 통로(335)에서 분리된 고체는 연소실로 복귀되도록 고체 수집실(311)로 하향 유동을 계속한다.

제 12, 13 도에 도시된 본 발명의 실시예에서 다른 형식의 필터를 설치할 수도 있다. 예를들면, 리브가 없는 다공성 판이 서로 간격을 두고 배치되어 그 사이에 교대로 통로(335, 336)가 형성되도록 할 수도 있다. 또, 판 자체에 연도 가스 또는 청정 가스용 통로가 형성된 다공성 판도 이용될 수 있다. 관통 구멍이 형성된 다공성 재료이 블록도 이용될 수 있는데, 이 경우 가스는 다공성 재료의 어느 구멍을 통하여 가스 입구로부터 유동하여 다른 구멍을 통하여 필터로부터 제거된다.

이상 기술된 바와 같이 소형 구조로서 가압 용기내에서 사용될 수 있는 순환 유동상 반응기가 제공되므로 본 발명의 목적이 완전히 달성되었음을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 현재로서는 가장 실용적이고 바람직한 것이라고 생각되는 실시예에 대하여 기술되었지만 본 발명은 기술된 실시예로 한정되지 않으면 첨부된 특허 청구의 범위내에 있는 다양한 변경 및 균등한 배치를 포함한다.

Claims (24)

1. 상단부 근처에서 적어도 하나의 가스 배출구멍(32, 33, 144, 244, 344)과, 하단부 근처에서 적어도 하나의 가스로부터 분리된 고체 유입 구멍(24, 124, 224, 324)을 가진 수직 반응실(2, 102, 202, 302)이 포함되는 순환 유동상 반응기에 있어서, 필터 하우징(5, 105, 205, 305)이 상기 반응실과 등을 맞대고 수평으로 배치되어 있고, 일부가 다공성 고체 재료로 되어, 대체로 수직으로 연장되고 개방된 상단부와 개방된 하단부를 가지며 수평으로 간격을 둔 다수의 통로(10, 110, 210, 335)를 형성시키는 수단이 상기 필터 하우징내에 배치되어 있으며, 상기 필터 하우징이 상기 가스 배출 구멍 및 상기 통로의 상단부와 연통된 가스 입구(33, 47, 133, 233, 333), 상기 고체 유입 구멍 및 상기 통로의 하단부와 연통된 고체 출구(12, 112, 212, 312), 상기 통로의 다공성 재료를 통하여 유동하는 가스를 상기 청정 가스 출구로 연통시키는 연통수단(18, 118, 218, 336)을 가지는 것을 특징으로 하는 순환 유동상 반응기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통로 형성수단에 적어도 하나의 다공성 튜브(10, 110, 210)가 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 통로 형성수단에 다수의 다공성 튜브(10, 110, 210)가 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 연통수단에 다수의 중첩된 격실(18, 19, 20)이 포함되어, 그 속에서 상기 튜브가 연장되고, 상기 격실은 가스를 상기 청정 가스 출구(21, 22, 23)로 연통시키기 위하여 상기 다공성 튜브를 통하여 유동하는 가스를 받아들이는 것을 특징으로 하는 반응기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 통로 형성수단에 적어도 하나의 다공성 판(334)이 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 통로 형성수단에 다수의 다공성 판이 포함되고, 상기 판에는 부분적으로 상기 통로(335)를 형성시키는 다수의 리브(332)가 그 한면으로부터 연장된 것을 특징으로 하는 반응기.
7. 제 6 항에 있어서, 각 판으로부터 횡으로 돌출된 리브가 인접한 판의 리브가 없는 면과 접촉하여 다수의 통로(335, 336)가 형성되도록 상기 다공성 판(334)들이 서로 수직방향으로 정렬된 것을 특징으로 하는 반응기.
8. 제 1 항에 있어서, 분리 수단이 상기 하우징의 상류에서 상기 가스 배출 구멍과, 고체와 가스를 분리시키기 위한 상기 가스 입구 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
9. 제 8 항에 있어서, 분리된 고체를 반응기로 복귀시키기 위하여 반응실을 향하여 경사진 벽(46)이 상기 분리 수단에 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기.
10. 제 8 항에 있어서, 사이클론 실(42)과 상기 사이클론 실의 하부에서 반응실로 연통된 고체 출구(48) 및 상기 사이클론 실내로 연장되는 가스 유출 파이프(47)를 가진 적어도 하나의 사이클론 분리기(40)가 상기 분리수단(42)에 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 경사벽(46)의 상부로 돌출하도록 상향 연장되는 다수의 다공성 튜브(10)가 상기 통로 형성수단에 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기.
12. 제 2 항에 있어서, 상기 다공성 튜브의 상향 연장된 단부를 부분적으로 덮는 수단(17)이 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 통로의 내면을 따라 고체 마모 작용이 생기도록 상기 가스 입구(133, 233)가 상기 통로의 내경보다 큰 유입 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 반응기.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 유입 구멍(133, 233)이 대체로 깔대기형인 것을 특징으로 하는 반응기.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 반응실 벽과 상기 필터 하우징의 적어도 일부를 물로 냉각시키는 수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 반응실과 상기 필터 하우징의 대기압이 아닌 압력에서 작동되도록 압력 용기(7)내에 설치된 것을 특징으로 하는 반응기.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 출구(12)와 상기 고체 유입 구멍(24)을 연결시키는 스탠드 파이프(25) 및 루프 시일(loop seal, 26)이 설치된 것을 특징으로 하는 반응기.
18. 제 1 항에 있어서, 등을 맞대고 배치된 제1필터 하우징을 제1측면에 가진 상기 반응실의 제2측면에 제2필터 하우징이 등을 맞대고 배치된 것을 특징으로 하는 반응기.
19. 유동상 반응실로부터 나오는 가스에 함유된 고체를 분리시키는 방법에 있어서, 다공성 재료로 된 다수의 간격을 둔 통로를 가진 필터를 구성하는 단계, 상기 필터를 하우징 내에 설치하는 단계, 상기 하우징을 상기 반응실과 등을 맞대도록 설치하는 단계, 다공성 재료를 통하여 가스가 유동하는 동안 가스가 정화되도록 고체가 함유된 가스를 반응실의 가스 배출 구멍을 통하여 상기 통로로 유동시키는 단계, 다공성 재료를 통하여 유동된 청정 가스를 수집하는 단계, 통로내에서 가스로부터 분리된 고체를 상기 반응실로 복귀시키는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서, 가스가 상기 통로로 유입되기 전에 상기 하우징의 상류에서 가스로부터 큰입자가 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 하우징의 상부에 인접 배치된 벽을 따라 중력에 의하여 큰 입자를 유동시켜 분리된 큰 입자가 반응실로 복귀되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 20 항에 있어서, 분리된 큰 고체가 상기 필터 하우징의 적어도 한 통로를 따라 유동되고, 미세한 고체는 상기 하우징의 다른 통로를 통하여 유동되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제 20 항에 있어서, 분리된 큰 입자와 미세한 입자는 통로를 통하여 유동된 후 혼합되어 반응실로 복귀되는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제 19 항에 있어서, 반응기가 대기압이 아닌 압력에서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.

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