KR920002069B1

KR920002069B1 - 화학반응 공정처리 방법

Info

Publication number: KR920002069B1
Application number: KR1019870008956A
Authority: KR
Inventors: 더블유. 피터쉑 하만; 에이. 카프만 레오날드
Original assignee: 버렉트릿먼트 서스템즈인코포레이티드; 죠 세프 이. 제이클러
Priority date: 1987-02-24
Filing date: 1987-08-14
Publication date: 1992-03-10
Also published as: KR880009872A; JPH0796098B2; IE60732B1; JPS63232842A; DK93888D0; ATE76329T1; DE3871183D1; EP0281302B1; US4744908A; DK93888A; IE880506L; CA1307596C; EP0281302A1

Abstract

내용 없음.

Description

화학반응 공정처리 방법

제1도는 본원 발명의 화학반응을 수행하기 위한 공정에 적합한 반응장치의 일례를 개략도로 나타낸 것임.

제2도는 제1도에서 도시된 반응장치의 상수도관(upcomer conduit)에서 보일링에 따르는 반응압력상의 변화를 그래프로 나타낸 것임.

제3도는 제1도에서 도시된 반응장치의 상수도관에서 보일링에 따르는 물질흐름속도(mass flow rate)를 그래프로 나타낸 것임.

제4도는 제1도에서 도시된 반응장치에서 유출액(effluent fluid)의 보일링에 따르는 증기유속(vapor flow rate)을 그래프로 나타낸 것임.

제5도는 제1도에서 도시된 반응장치에서 유출액의 보일링에 따르는 반응온도를 그래프로 나타낸 것임.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

24 : 도관 25 : 상수관통로(환대)

26 : 열교환기 27 : 강수관통로(환대)

28 : 강수관파이프 30 : 상수관파이프

36 : 열림단부 38 : 닫힘단부

40 : 지면 48, 50, 64, 68, 70 : 밸브

72 : 온도지시제어장치 74 : 온도감지라인(센서라인)

78 : 압력지시제어장치 82 : 제어라인

본 발명은 화학반응을 수행하기 위한 개선된 방법에 관한 것으로 특히 그 중에서도 교차 유동하고 유입액이 유출액과 열전달관계에 있는 류브장치에서의 가속적인 화학반응의 수행에 적합한 발명에 관한 것이다. 본원 발명의 공정은 또한 그것만은 아니지만 예컨데, 하수구등에서 나오는 오물슬릿지(sewage sludge)나 기타 폐수의 습식산화를 수행하는데 사용되는 깊은 우물과 같은 반응장치(deepwell reaction apparatus)에서 화학반응을 수행하는데에도 적합한 발명이다.

맥그류의 미국특허 제 4,272,383호에서 충분히 설정되고, 본원 발명의 양수자에게 양도된 바 있지만, 이 특허에는 상승되는 온도와 압력하에서 가속화되는 화학반응들에 대하여 기술되어 있다. 이는 콜로라도주의 롱몬트에 소재하는 본 양수인에 의하여 깊은 우물과 같은 반응장치(deep well reaction apparatus)의 설치에 앞서, 상술한 맥그류 특허의 개념에 의거하여 오물슬릿지의 습식산화를 수행하기 위한 방법, 예컨데 높은 온도에 폐기물을 둔다든가 대략 지면에 높은 압력을 가진 반응기를 둔다든가 하는 개념에 기초를 둔것이다. 또한, 공기나 산소를 반응용기 속으로 펌핑하고 열을 가하는 것은 예컨데 짐머만의 미국 특허 제 2,665,249호에 기술되어 있다. 보다 최근에, 맥그류특허의 선행기술로서 지하샤프트(subterranean shaft)에서 지하에 수직으로 뻗는 동심원상의 도관을 가진 깊은 우물을 가진 반응장치에서의 폐수의 습식산화를 수행하기 위한 제반 방법이 사프트에서의 유동물질의 액무(head of fluid material)에 의해 소정의 압력을 가하기 위하여 땅속으로 충분한 거리로 뻗는 샤프트의 하부에서 수행되는 유동폐수와 가연성 폐기물혼합물의 습식 산화 수행방법이 개시되어 있다. 이 개시된 장치에는 그 속에 물 및 유동액으로 되는 반응물이 외부도관에 하향하여 흐르고 물과 반응생성물이 유입물과 열전달관계에 있는 중앙 도관을 통해 상향하여 흐르는 수직으로 뻗는 동심원적 도관(vertically-extending conduit)이 포함된다. 여기에서 공기나 산소가 풍부한 공기가 유입액에 주입되고 개시된 방법에는 도관의 하부에서의 반응역에서 공기주입이 포함된다.

레스의 미국특허 제 3,606,999호에는 유동액 처리방법 및 깊은 우물과 같은 반응장치가 개시되어 있는데 여기에는 폐수의 습식산화에 관한 것이 있고 반응기 기체상 반응물을 포집하는 증기트랩장치 또는 분리장치가 소개되어 있다. 미국 특허 제 3,853,759호에도 물질을 존재하는 산소에 대하여 공정을 제한함에 의하여 물질의 가연성의 제한을 포함하는 폐수를 처리하기 위한 열분해방법이 개시되어 있는데, 여기에서 유입물 칼럼(influent column)의 저부에서의 압력이 유출물 칼럼에서 가열된 재료를 올리도록 한다고 가정하고 있다. 마지막으로 벌레슨의 미국 특허 제 4,564,458호는 맥구류 특허에 이어 나온 것인데, 여기에는 초임계온도 및 압력에서의 깊고 우물과 같은 반응장치에서의 폐수내의 유기폐기물의 습식산화를 수행하는 방법이 개시되어 있는데 여기에서의 습식산화반응은 저항열을 발생시키기 위해 웰(well)의 저부에서 물을 통하여 전류를 흐르게 함에 의하여 개시된다. 그러나 알아두어야 할 것은 이들 선행기술들은 맥그류 특허를 제외하고는 모두 순수히 이론적이거나 통상 비현실적이라는 것이다. 개시된 이들 반응장치들은 실제로 만들어지거나 실험되어 본적이 없다.

본 발명의 반응장치는 실험적으로 설계되고 설치되어 콜로라도주 롱몬트에서 본원 발명의 양수인에 의해 성공적으로 수행되었다. 여기에서 그러나 맥그류특허의 개시된 여러가지 인지와 원칙은 정확하거나 현실적인 것이 못되었다. 예를들어 맥그류 특허는 펌핑압력이 깊은 우물과 같은 반응장치 내에서의 계속적인 유동을 유지하는데는 별필요가 없는 것으로 기술되어 있고, 또한 동심원튜브나 파이프를 나누는 벽을 가로질어 압력차이가 없는 것으로 기술되어 있다. 그러나 실제로는 콜로라도주 롱몬트에서 직접 실험한 바, 펌핑압력이 시등 및 계속적인 작업유지를 위해 필요하다는 점을 알게 되었다. 더욱 중요한 것은 이 펌핑압력은 작업중 증가되는데 이는 강수관부(downcomer)의 막힘과 유기질 및 무기질 스케일이나 오물의 축척 및 뢰적의 발생때문이라는 점이다. 실제 작업에서 깊은 우물과 같은 반응장치로 작업중 펌핑압력이 미리 지정된 최대 압력을 초과할 때에 도관을 세척하고 플러그(plug)를 제거하기 위해 정기적으로 작업을 중단할 필요가 있었다. 최도 펌핑압은 도관이 마찰압의 저하때문에 세척되었을 때에는 평균 400 내지 500프시(psi)였다. 그러나, 펌핑압력은 강수관부의 오물 및 플러깅(plugging)의 퇴적으로 약 600 프시로 증가되어 도관의 작업중단과 세척이 필요하였다. 알게되겠지만, 강수관 도관으로의 유입액을 제한된 압력으로 펌핑하는것과 펌핑을 자주 중단하는 것은 실질적인 원가 상승을 가져온다. 본 발명의 기본적인 목적은 이러한 비능률을 제거하여 공정상의 효율을 향상시키는데 있다.

선행기술에서는 도관에서의 액상 보일링은 만일 보일링이 일정기간 계속되면 “간헐적 분출(geysering)”이라는 바람직하지 못한 결과를 초래할 수 있다. 도간은 땅속으로 약 1,500m(5,000ft)이상 뻗는데 상수관(upcomer)가 강수관(downcomer)도관은 모두 합하여 총 약 3.2km(2마일)이상 되기도 한다. 만일 보일링 결과 간혈적 분출현상이 일어난다면 증기분출의 결과 나오는 분출물과 반응생성물, 오물등은 예컨데 깊은 우물과 같은 반응장치에 홈이나 파손을 가져올 염려가 크다. 맥그류 특허는 따라서, 유입액의 보일링을 방지하기 위한 국부적인 압력 보다 항상 낮게 유지되는 구부적 온도하에서 유입액의 증기압과 더불어 최대 반응속도를 얻기 위해 열을 가하거나 제거함에 의하여 반응역에서의 액상온도를 제어하는 것이 얼마나 중요한가를 강조하고 있다. 유출물의 보일링은 깊은 우물과 같은 반응장치의 작업에서 에기치 않은 작업효율개선과 펌핑압력의 감소효과와 질량유속의 개선과 세척시간의 감소 및 시동시간의 감소를 가져온다는 것을 알게 된 것이다. 따라서, 본 발명의 또 하나의 목적은 펌핑압력의 감소와 반응장치의 효율을 개선하기위하여 상수도관에서 유출액의 보일링을 개시하도록 하는 것이다.

본원 발명은 기본적으로는 적어도 두가지 이상의 반응물 사이에서 화학반응을 수행하기 위해 반응을 시작하기에 충분한 온도에서 반응물과 더불어 소정의 미리 지정된 압력으로 되는 유동액 또는 유체의 정수칼럼을 형성하는 지하개구부에서 지하로 뻗는 하향흐름통로를 통하여 반응물을 포함하는 유입액을 아래로 흐르게 하고, 화학반응을 유지하고 화학반응생성물을 생성하는 단계와 지면에 상향통로를 통하여 상기 유동액과 반응생성물을 상향하여 흐르게 하는 단계와 이 유동액을 보일링하므로서 위 통로를 통하여 상기 상향통로에서 정수압을 감소시키고 이 통로를 통하여 물질흐름속도 또는 물질흐름비(mass flow rate)를 증가시키도록 하는 단계와로 구성되는 화학 반응 공정처리 방법과, 적어도 기본적으로는 두가지 이상의 반응물사이에서 또한 상기 공정처리가 제1파이프를 통하여 반응물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계와, 반응역에서 화학반응을 개시하기 위해 압력을 가지고 상기 유입액과 반응물을 가열하는 단계와 위 제1파이프에서의 유동액과 열전달관계에 있는 제2파이프에서의 유동액과 더불어 제2파이프에서의 상기 유동액을 되돌아가도록 하는 단계와, 이 제2파이프에서의 압력을 감소시키고 제1파이프에서의 상기 유입액의 보일링을 방지하는 동안 이 파이프를 통하여 물질이동비(mass transfer rate)를 증가시키기 위하여 상기 반응 역으로부터 공간을 두고 떨어진 제2파이프에서 이 유동액을 보일링하는 단계와로 이루어진 화학반응 공정처리방법과, 또한 적어도 둘 이상의 반응물 사이에서 발열반응을 위해 연속적인 공정이 지하개구부에서 지하로 뻗는 강수관통로를 통하여 아래로 하강하는 적어도 하나이상의 반응물을 포함하는 유동액을 흐르게 하고 이 강수관 통로에서 유동액의 보일링을 방지하기에 충분한 미리 지정된 소정의 압력으로 되는 유동액의 정수칼럼을 형성하는 단계와 지면으로 상향하는 상향통로를 통하여 상기 유동액을 위로 흐르게 상류하도록 하는 단계와 상기 통로의 하부에 인접된 반응역에서 반응물과 유동액을 가열하는 단계와 상기 상향통로에서 유동액을 보일링하므로써 이 상향통로에서의 정수압을 감소시키고 물질흐름비를 증가시키는 단계와로 구성되는 발열반응 수행방법으로 이루어진다.

또한, 본원 발명은 상기 유동액에 현탁되어 있는 미리 지정된 소정의 화학산소 요구량(COD)를 가진 폐기물의 습식산화 처리방법이 미리 지정된 압력으로 되는 유동액의 정수칼럼을 형성하는 지하개구부에서 지면아래로 뻗는 하향흐름통로를 거쳐 폐기물을 하향되게 흐르도록 하는 단계와 이 하향흐름통로의 하부에서 이 폐기물의 습식산화를 시작하기 위하여 산소의 존재하에 유입액과 폐기물을 가열시키고 하향흐름통로의 하부에서 반응역을 설치하는 단계와 지면으로 상향흐름통로를 거쳐 상향하는 유출물로 되는 처리된 폐기물과 유동액을 흐르게 하는 단계와 상기 상수관통로에서 상기 유출액을 보일링하므로써 상향흐름통로에서의 정수압을 감소시키고 이 통로를 통해 물질 흐름비를 증가시키는 단계와로 되는 소정의 화학산소요구량을 가진 폐기물의 습식산화처리방법 및 반응장치에 담긴 액체에 잠겨 있는 폐기물의 습식산화반응에 있어, 상기 장치에는 지하개구부에서 통상지하로 뻗는 수직으로 된 상수관부 및 강수관부를 포함하고 이 상수관부 및 강수관부 파이프는 상호 교류흐름을 부여하는 큰 파이프 내에 자리잡은 작은 파이프로 서로 다른 직경을 가지고 이 방법은 첫째 유입액의 보일링을 방지하기에 충분한 미리 지정된 소정의 압력으로 되는 유동액의 정수칼럼을 형성하는 강수관부파이프를 통해 하향하는 폐기물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계와 상기 강수관부 파이프에서의 상기 유입하강 흐름액과 열전달관계에 있는 상수관부 파이프에서 상향하여 흐르는 유출액과 더불어 상수관부 파이프를 통하여 상기액을 유출물로 흐르게 하는 단계와로 구성되는 습식산화 처리방법 및 위 반응장치에 담긴 액체에 잠겨 있는 동물성유기물로서의 폐기물의 습식산화반응에 있어, 이 반응장치에는 통상 유동액 열전달 관계에 있는 상수관부 및 강수관부 파이프를 포함하는 지하 공에서 지하로 뻗는 통상 수직의 파이프가 포함되고 이 방법은 미리 지정된 소정의 압력으로 되는 정수액칼럼을 형성하는 강수관부 파이프를 통하여 하향하는 동물성 유기폐기물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계와 이 유입액과 열전달관계에 있는 상수관부 파이프를 통하여 유출액으로서 유입액을 흐르게 하는 단계와 상기 파이프의 하부에서의 반응역에서 상기 습식산화반응을 개시하기 위해 산소의 존재하에 상기 유입액을 가열하는 단계와 상기 습식산화반응의 개시 중 상기 상수관부 파이프에서 상기 유출액에 미리 정해진 소정의 최소압을 걸어 유지하도록 하는 단계와 상기 압력이 소정의 최대압을 초과할 때의 파이프를 통하여 흐름속도를 증가시키고 상기 상수관부 파이프에 정수압을 감소시키기 위하여 상기 상부관부 파이프에서 상기 유출액의 보일링 즉시 및 일정기간 간격으로 개시하도록 하는 단계로 되는 동물성폐기물의 습식산화 처리방법이 포한된다.

또한 본원 발명에는 적어도 둘이상의 반응물 사이에서 소정의 미리 지정된 압력을 가진 정수액칼럼을 형성하는 지하개구부에서 지하로 뻗는 하향흐름통로를 통하여 하향하여 압력을 가지고 상기 적어도 하나 이상의 반응물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계와 상기 하향흐름통로의 하부에 위치한 반응역에서 상기 화학반응을 개시하기 위한 상기 양 반응물의 존재하에 상기 하향흐름통로에서 상기 유입액을 가열하는 단계와 상기 상수관통로에서 미리 지정된 최소 출구압을 유지하는 동안 지면에 상향흐름통로를 통하여 상향하는 상기 액체를 포함하는 상기 화학반응으로 부터 유출액을 흐르게 하는 단계와 상기 상향흐름통로에서 미리 정해진 깊이로 상기 유출액의 보일링을 시작하기 위하여 상기 상수관부통로에서의 압력을 정기적으로 감소시키는 단계와 상기 보일링을 정기적으로 급냉시키기 위하여 상기 유입액의 물질흐름비를 증가시키는 단계와로 구성되는 화학반응 수행방법 및 역시 적어도 둘 이상의 반응물 사이에서 미리 정해진 소정의 압력으로 되는 정수액칼럼을 형성하는 지하개구부에서 지하로 뻗는 하향흐름통로를 통하여 하향하는 상기 반응물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계와 상기 하량흐름통로에서 상기 소정의 압력이 상기 유입액의 보일링을 방지하기에 충분한 상기 하향흐름통로의 저부에 위치한 반용역에서 상기 화학반응을 개시하고 유지하기 위해 상기 하향흐름통로에서 상기 유입액을 가열하는 단계와 상향흐름통로를 통하여 지면으로 상향하는 유출물로서 상기 액 및 반응생성물을 흐르게 하는 단계와 상기 화학반응의 개시중에 상기 상수관부 통로에서 상기 유출액에 미리 소정의 압력을 걸어 유지하도록 하는 단계와 상기 압력이 상기 상향흐름통로에서의 정수압을 감소시키기 위하여 소정의 최대압을 초과할 때 상기 상향흐름통로에서의 상기 유출액의 보일링을 개시하고 유지하기 위하여 상기 상향흐름통로에서 상기 유출액상의 상기 압력을 정기적으로 감소시키는 단계와로 구성되는 화학반응 수행방법이 본원 발명에 추가적으로 포함된다.

본원 발명의 화학반응을 수행하기 위한 공정은 진술한 바와 같이 특히, 전부는 아니지만 예컨데 깊은 우물(well)가 같은 반응시스템을 포함하는 지하 반응장치에 적합한 것이다. 본원 발명상의 방법은 여러가지 액체를 처리하거나 반응시키는데 이용되는 것으로 물과 같은 액체에 수용한 제반 산업 및 도시폐기물의 습식산화반응 수행하는 방법을 포함한다. 따라서 본 발명의 공정은 특히 도시폐기물슬릿지, 유기물로서의 농산물 폐기물, 산업폐기물을 포함하며 여러가지 동물들의 배설물이나 오물등의 습식산화반응의 수행에 적합하다. 본 발명의 공정 및 방법을 가져오는 화학반응도 또한 유동액에 수용되는 고체물질의 여러가지 처리를 포함하고, 탄소함유물질의 탈류화와 같은 비폐기물질의 처리도 아울러 포함한다.

본 발명의 공정 및 방법은 또한 반응물이 기체상의 산소, 산소부화공기, 공기등의 기체상으로 되는 화학반응을 수행함에 적합하다.

본 발명의 화학반응을 수행하는 방법에는 적어도 종래의 유정사프트(oil well shaft)와 같은 지하개구부나 샤프트에서 지하로 뻗는 강수관이나 하강도관을 통해 하향하여 적어도 하나 이상의 반응물을 가진 유입물의 흐름을 포함한다. 강수관에서의 유동액칼럼은 이에 따라 미리 지정된 압력으로 한정되고 열은 소정의 화학반응을 개시하고 유지하기 위해서 가하여지면서 반응생성물이 형성된다. 반응이 발열반응인 곳에 반응열은 반응을 유지하기에 충분하다. 본원 발명은 연후에 위로 흐르는 도관이나 지면에 대해 상수관부로 되는 곳을 통해 상향하는 유출물로 되는 반응생성물과 유동액의 흐름을 포함한다. 전술한 바와같이 본원발명의 방법에는 상수도관에서의 정수압을 감소시키기 위하여 상수관의 도관에서의 유동액의 보일링이 포함되고 시스템을 통한 물질의 흐름속도를 증가시킨다.

전술한 바와같이 본 발명의 참고로서 본 발명에 언급되어 있는 상기 맥그류특허에서, 반응은 유입액에 열을 가하므로써 개시되고, 이 열은 통상 반응장치의 하부근처에서 도관의 하부에서 반응역을 만들기도 한다. 반응물의 하나가 기체, 예컨데 산소와 같은 기체가 되는 곳에 본 발명의 방법상의 기체는 통상 반응역의 상부에 인접된 강수관부로 유도되어 강수관부의 유동액칼럼의 밀도의 감소를 제한하고 나아가서 소요펌핑압력을 줄인다. 이상적인 시스템에서와 본 발명의 방법에서는 유입액의 펌핑압을 소거되고 그 속에서 강수관부의 유동액칼럼의 정수압은 유입액을 하향하여 흐르게 함에 충분하고, 상수관부에서의 보일링 유동액은 상수관부에서의 유동을 일으킴에 충분하다. 그러나, 도관벽에 대한 유동액의 마찰은 특히 도관벽상에 스케일을 만듦에 따라 유입액을 계속 펌핑시킬 필요를 만들고 있다.

물론 본 발명상의 방법에서는 그러한 소요펌핑압을 실질적으로 줄이고 있다해도 그렇다. 유출액의 보일링은 유출액 상수관에서의 배압을 줄이든가 유출액의 온도를 증가시키든가 하면 개시된다. 본원 발명의 화학반응을 수행하기 위한 가장 통상적인 공정에서는 유출액의 보일링은 상수관 도관에서의 배압을 감소시킴에 의하여 개시된다. 화학반응을 수행하기 위한 개시된 공정에서 화학반응은 상수관도관에서 미리 지정된 배압을 유지하는동안 반응역에서의 반응물 및 유동액의 가열에 의하여 강수관부의 도관에서 개시된다. 온도감 지기구는 미리 지정된 깊이에서 상수관부에 설치되고 그후 상수관부도관의 배압은 미리 지정된 깊이, 온도에서의 유출액의 보일링을 개시하고 유지하기 위하여 감소된다. 한편, 온도는 강수관부에서 감지 가능하다.

이와 같이하여 유출물의 보일링을 미리 지정된 깊이로 조절한다든가 미리 지정된 시간간격으로 유출액을 정기적으로 보일링시킨다는 것이 가능하게 된다.

이하에 보다 상세히 설명하겠지만, 상수관부 도관에서의 유출물의 보일링은 여러가지 중요한 이익을 가져다 준다. 우선, 유출액의 보일링은 실질적으로 소용펌핑압을 감소시키고, 에너지 절약뿐 아니라 시스템의 불필요한 중지억제 및 세척의 필요성도 줄일 수 있는 역할을 한다. 둘째로, 유출물의 보일링은 시스템을 통한 물질흐름속도를 또는 질량유등비(mass flow rate)를 실질적으로 증가시키고 시스템의 효율증가 및 공정원가를 감소시켜 준다. 마지막으로, 상수관부에서의 유동액의 보일링은 소요반응온도를 감소시켜 에너지절약을 기할 수 있다. 또한, 유출액의 보일링은 반응역을 확대시켜 시스템의 효율을 증가시킴을 알게 되었다.

본원 발명의 기타 이점 및 효과, 특징은 이하 발명의 보다 상세한 설명과 실시예 및 특허청구범위에서 알게 될 것이다. 이하 도면에의한 실시예에 의거 본 발명을 구제척이고도 상세히 설명하고저 한다.

제1도는 콜로라도주 롱몬트에서의 실험결과를 토대로 하여 실시한 본 발명상의 일반적인 실시 태양으로서의 연속적인 유동액 처리장치(20)를 도시한 것이다. 개시된 이 처리장치(20)는 수직의 다운 홀(down-hole)이나 깊은 우물과 같은 깊은 정호유동장치(deep well fluid eacion apparatus)로서 유동액 또는 수용액에서의 제반 가연성물질의 처리에 적합한 장치이다. 여기에서 반응물의 종류로서는 산소, 산소부화공기, 또는 공기와 같은 기체상의 반응물이다. 전형적인 응용예에 있어, 유입액을 유기동물배설물, 예컨데 폐수에 혼입되거나 유입되어 희석된 도시오물슬릿지 등인데, 산소를 지면이나 강수과노관에서의 제반 레벨에서 유출물 속으로 주입한다. 전술한 맥그류의 미국특허에서 개시된 바와같이 통상의 유동액처리장치는 통상복수개의 파이프나 도관으로 구성되고, 이들 관들은 통상 지하샤프트나 또는 개구부(opening)에서 수직으로 뻗어 있다. 습식산화를 위한 처리장치는 예컨데 회석된 도시오물슬릿지와 같은 회석된 동물의 배설물들의 습식산화처리에 있어, 도관은 대략 폐수유동액으로 충만되고 매우 효과적이고도 실질적인 유동압을 가진 정수액칼럼을 만들기 위하여 지하속으로 약 1.6km(1마일)의 깊이로 뻗는다. 그러나 도관의 길이는 처리되어야 할 재료와 반응 또는 처리방법의 종류에 따라 가변된다. 또한 본 발명의 반응장치와 방법을 이용하는 것이 예컨대 순환유동액에 현탁되어 있거나 용해되어 있는 물질들의 반응의 변화에 있어서도 적합하다. 전형적인 예에서, 도관이나 파이프는 통상 단일 구축물이 아니다. 각 수직으로 뻗어 있는 도관이나 파이프는 통상 여러가지 다수의 단면으로 구성되고, 이 단면은 스트링(string)에서 일렬로 정렬되어 내부 연결되어 있어 마치 유정(oil well)에서의 파이프와 유사하다. 정형적인 도시슬럿지 습식산화의 응용 예를들면, 파이프의 각각의 길이가 약 12m(40ft) 정도로서 총 1,560m(5,220ft)정도에 이른다. 또한 처리되어야 할 유동액의 반응기를 통하는 유속은 대략 연속작업에서 분당 80 내지 400갤런(약 304-1,520)정도에 이르고 있다.

본 발명의 화학반응을 수행하기 위한 공정은 설명 및 기술의 용이성을 위하여 처리장치와 도시오물슬럿지의 습식산화를 중심으로 실시예를 들어 이하에 기술하기로 한다.

여기에서 개시한 깊은 우물과 같은 반응장치에서의 반응은 발열반응으로서, 도시폐기물 슬럿지의 습식산화는 그 속에서 반응열이 연속적인 유동액에서의 반응을 유지하게 한다. 도시폐기물 슬럿지의 습식산화에서 습식산화는 약 176.7℃(350°F)에서 개시된다. 맥그류 특허에서 개시된 전형적인 반응시스템에서 반응개시온도 약 176.7℃(350°F)는 지하로 약 600m(2,000ft)지점에 이른다. 그러나 여러가지 인자들이 실제 반응기 온도, 압력 및 유속에 영향을 미친다. 실제 작업에서는 유기물 및 무기물 스케일이 도관벽에 부착되거나 쌓이고, 이들이 위 3가지 인자들에 영향을 미친다. 스케일이 도관벽에 쌓이면 소요펌핑압이 증가되고 유속은 반응기가 세척을 위해 닫아야 할 때까지 감소된다. 알게 되겠지만, 도관이나 파이프를 통하여 흐르는 유동액의 마찰저항을 초래하는 최초 펌핑압과 이 마찰저항은 파이프에 스케일이 쌓임에 따라 증가된다. 이는 특히 반응의 최초온도하에 놓여 있는 반응역에서의 상부에서 실제로 나타난다. 또한 상수관파이프나 도관에서의 유출물의 보일링은 실질적으로 반응기 효율을 개선시킨다.

반응장치(20)의 개시된 실시예에서, 외부 또는 최외각의 도관(22)은 도관(24)을 둘러싸서 상수관로 또는 환대(25)를 이룬다. 이 개시된 실시예에서, 도관(24)은 열교환기(26)를 둘러싸서 강수관로 또는 환대(27)를 이룬다. 위 맥그류특허에서 전술한 바와 같이 열교환기(26)는 반응용기의 온도를 제어함에 이용되고 이에따라 열은 가해지거나 제거된다. 열교환기(26)의 개시된 예에는 강수관 파이프(28)를 포함하고, 이는 상수관 파이프(30)를 둘러싸여 상수관환대(31)를 이룬다. 오일, 물, 증기 또는 기타 열교환매체가 열교환기(26)를 통하여 순환되어 반응용기를 데우거나 냉각시키거나 한다. 본 열 교환기(26)의 목적의 하나는 반응기의 하부에서 소요반응을 개시하는 것인데, 이것은 여기에서 반응역이라 일컫는다. 가열된 오일, 물 또는 증기는 따라서 반응기의 하부로 강수관파이프(28)를 통해 하향하여 전달된다. 여기에서 가장 뜨거운 열교환매체는 환대(27)에서의 하향유입액과 열전달관계에 있다. 열교환기(26)의 다른 목적은 반응이 자생적이 될 때 필요에 따라 제거되도록 하는 것이다. 열교환기(26)의 다른 역할은 온도의 안정에 있어 시스템의 작업의 안정을 기할 수 있다. 가능하다면, 다른 기구에 의해 소요반응을 개시하기 위하여 단일증기파이프가 포함되는데 이 파이프는 반응용기속으로 뻗으며, 특히 수성상시스템(aqueous system)이 이용되는 곳에 뻗어 있다. 전기가열기도 고려될 수 있는데, 그러나 가장 흔히 있는 경우가 가열 또는 열제거를 위해 열교환기를 사용하는 일이다.

가연성유기물을 함유하는 도시폐기물 슬럿지는 열교환기(26)와 접촉하고 또한 환대(27)를 통하여 유입폐액이 하향하여 흐름에 따라 강수관부 확대(27)속으로 유입된다. 도시폐기물 슬럿지의 습식산화에서는 맥그류특허로 전술한 바와 같이 액체가 보일링되는 것이 미리 지정된 압력의 유지에 따라 방지되고, 산화반응이 통상 약 176.7℃(350℉)의 폐유동 증기온도에서 지하로 약 600m(2,000ft)에서 개시된다. 이 반응은 폐기물유동액이 하향하여 계속 흐르고, 폐기물 유동액의 온도가 지하 약 900~1,500m(3,000~5,000ft)의 깊이에서 약 260℃(500℉)의 온도로 증가됨에 따라 반응은 서서히 진행된다. 연후에 발열습식산화 반응은 강렬해지고 반응역을 형성하며, 특히 강수관부환대(27)에서는 더욱 그러한데 이에 따라 상당량의 열이 발생된다. 도관(24)의 저부(32)는 반응생성물과 액체가 강수관확대(27)로 부터 상수관환대(25)로 흐르도록 개방되어 있다. 가열된 유동액은 반응 생성물을 포함하는 것이지만, 다음 유출폐기액과 같이 상수관환대(25)를 통해서 상향하여 유동한다. 장치와 열전달관계 또는 열교환관계에 의하여 상수관 유출물의 열은 도관(24)을 통해 강수관유입물로 전달된다. 이와 같이, 열교환기(26)의 강수관파이프(28)는 열림단부(36)에 주어지고, 상수관파이프(30)는 닫힘단부(38)를 가진다. 오일과 같은 열전달유동액은 강수관파이프(28)를 통해 수납되고 환대(31)를 통하여 환류되어 이에 따라 전술한 바와 같이 반응역을 만들기 위하여 환대(27)의 하부에 유입액에 대해 기본적으로 열을 전달하고 열전달을 순환시킨다.

제1도는 본 발명의 화학반응을 수행하기 위한 공정상 산소 또는 산소부화기체를 주입하는 통상의 방법을 개략도로 도시한 것이다. 환대(27)에서의 유입액의 정수칼럼(hydrostatic column)의 압력은 유동액의 밀도에 달려 있다. 이에 따라 기체상의 반응물은 통상 반응역의 상부근처 또는 상부에서 지면(40)의 아래로 주입되고, 이때의 온도가 소정반응의 개시온도이다. 도시폐기물 슬럿지(municipal waste sludge)의 습식산화에서 개시온도는 대략 176.7℃(350℉)이고, 지면(40)아래로 약 600m(2,000ft)에서 통상 일어난다. 상수관환대(25)에서의 유출물의 보일링의 바람직한 효과는 반응역의 확대이다. 유출물이 보일링되는 곳에서 반응역은 약 300m(1,000ft)에서 시작되고, 산소가 그후 약 300m(1,000ft)지점에 주입된다. 따라서 복수개의 산소주입점, 특히 상수관환대(25)에서 액체가 시간간격을 두고 정기적으로 보일링되는 것이 특히 바람직스럽다. 더우기, 본 출원인에게 양도된 바 있는 미국특허 출원에서 전술한 바와 같이 강수관환대에서 오물 또는 침전물을 감소시키기 위해 지면이나 지면근처에서 유입액환대(27)속으로 산소를 정기적으로 맥동주입시킬 필요가 있다. 제1도에서 개시된 깊은 우물과 같은 반응장치의 실시예에서 두가지 산소주입 위치가 상수관환대(25)에서 간헐적인 보일링을 위해 주어져 있다. 이 시스템에는 압축된 공기탱크나 기타 다른 산소원으로 되는 산소원(42)이 포함 구성되어 있다. 가장 많이 채용되는 예로서는 순수산소 또는 대략 순수에 가까운 산소를 강수관환대에 주입하고, 여기에서 액체 산소를 산소원으로서 액체산소 분위기를 가진 증발기에 펌핑하여 넣는 일인데, 도시되지 않았으나 압력하에 대략 순수한 산소를 공급한다. 산소는 라인(44)(46)을 통하여 반응용기로 이송되어 각각 밸브(48)(50)에 의하여 제어된다. 제1라인(44)은 지면(40)의 아래로 미리 지정된 소정의 깊이로 뻗는데 이는 상수관환대(25)에 있는 액체 보일링되지 않을 때 반응역의 상부에 인접된 개구부(52)를 통하여 공기를 주입하기 위함이다.

또한 라인(46)은 상수관환대(25)상의 보일링이 시작될 때 개구부(54)를 통하여 산소의 주입을 위해 덜 깊은 깊이로 뻗는다. 전형적인 예로서는 하부주입점(52)은 지면(40)밑으로 약 600m(2,000ft)아래로 되고, 주입점(54)은 지면(40)아래로 약 300m(1,000ft)되는 지점이 된다. 유입액은 라인(56)을 통해 반응기 속으로 유도되어 강수관환대(27)를 통해 하향하여 흐른다. 시동 중, 열은 열교환기(26)로부터 전달되어 습식산화 반응을 시작하기 위해 하강류 유입액으로 전달된다. 전술한 바와 같이, 유입액의 온도가 약 176.7℃(350℉)에 이르게 되면 습식산화 반응은 시작된다. 전형적인 시동과정에서, 물이 우선 유입액으로서 유입수가 약 176.7℃에 이를 때까지 사용되고, 다음 이 물은 미리 지정된 화학산소유구량(COD)을 가진 희석된 오물이나 폐기물슬럿지로 대체된다. 산화반응을 완료하기 위한 다량의 산소를 오물이나 폐기물슬럿지의 화학산소요구량이라고도 한다. 이 폐기물슬럿지가 반응기로 들어감에 따라 산소도 또한 주입되며, 통상 하주입점(52)으로 유입된다. 전술한 바와같이 유입액은 도관(24)의 열림단부(32)를 통해 수납된 다음 상수관환대(25)를 통하여 상향하여 순환된다. 이는 강수관환대(27)에서의 유동액과 열전달관계에 있다. 유출물은 라인(58)에서 상수관환대(25)로부터 수납되고 유출물이 분리기용의 정상부에서의 기체상으로 분리되고 분리기기용의 하부에서 액상/고체상으로 분리되는 종래의 분리기용기(60)로 이송된다. 기체와 증기는 라인(62)를 통해 분리기 용기로 부터 이송되고, 액체와 고체는 라인(66)을 통해 용기의 저부에서 및 밸브(68)에 의해 제거된다.

본 시스템에서의 ＂배압(back pressure)＂은 외부의 상향흐름환대(25)에서의 유입액상의 압력으로서 밸브(70)에 의해 제어된다. 이 밸브(70)는 개구되고, 유출흐름상의 미리 지정된 배압을 유지하기 위한 량으로 미리 지정된다. 공정시작 또는 시동중에는, 예컨데 유출물의 배압은 보일링을 방지하기 위하여 유지되는 것이다. 압력이 미리 지정된 온도하에 유출액의 보일링압으로 감소되면, 유출액은 끓기 시작한다. 전술한 바와 같이 유출액흐름에서 보일링을 유지하는 것은 시스템의 ＂간헐분출현상(geysering)＂을 일으킨다. 환언하면, 보일링은 유입액환대(27)로 개구부(32)에 이를때까지 상수관환대(25)아래로 내려가서 증기의 비산, 처리되지 않은 오물과 반응생성물을 만드는 결과를 가져온다. 따라서 밸브(70)를 통한 배압을 조정함에 의하여 상수관환대(25)에서 보일링을 피하기 위한 온갖 노력이 다 동원된 바 있는데 보일링을 방지하기 위하여 배압을 유지하거나 또는 보일링이 저절로 시작될 때 즉시 압력을 증가시키거나 하여 왔다.

제1도에서 도시된 깊은 우물과 같은 반응장치는 상수관통로나 또는 환대(25)에서 유출물의 보일링을 개시하거나 유지하는데 특히 적합하고 또한 정기적으로 유출물을 끓이는데에도 적합하다. 이 장치에는 종래의 온도지시제어장치(temperature indicator control)가 포함되어 있는데, 이 온도지시제어장치(TIC)는 유출 통로나 환대(25)속으로 하향하여 뻗는 온도감지라인(temperature sensing line)을 갖고 있다. 개시된 예에서 센서라인(74)은 보일링이 상수관통로(25)에서 개시될 때의 반응역의 상부정도에 인접되는 포인트로 유출물통로(25)속으로 뻗는다. 온도지시제어장치(TIC)(72)는 라인(76)에 의해 공지의 압력지시제어장치(PIC)(78)에 연결된다. 압력지시제어장치(78)에는 유출물 배출도관 라인(58)에 연결된 압력감지라인(80)과 밸브(70)에 연결되어 있는 제어라인(82)이 포함되어 있다. 본 발명의 일실시예에서, 상수관통로(25)상의 액체는 라인(58)에서의 유출물의 배압이 미리 지정된 최대압에 이르면 자연히 끓을 수 있도록 되어있다. 유출물 배출도관 라인(58)에서의 압력은 라인(80)을 통해 압력지시제어기(78)에 의해 감지되고 밸브(70)에 의해 통제. 조절되는 배압은 제어라인(82)에 의하여 온도지시제어기(72)의 온도감지라인(74)을 따라 지시되는 소정 깊이온도에서 보일링압력으로 감소된다. 상수관부에서의 보일링은 다음 전술한 바와 같이 압력지시제어기의 작업에 의해 유지된다. 다시말해, 배압은 연속적으로 보일링을 유지하기 위하여 밸브(70)를 조정함므로써 조절이 되는 것이다. 한편, 상수관통로(25)에서의 보일링은 아래에서 도시하고 설명하는 바와같이 시스템의 효율을 개선시키기 위해 소정의 시간간격으로 정기적인 개시가 가능하게 된다.

제2도 내지 제5도는 반응용기의 압력프로필(제2도)에 근거를 둔 상수관부에서의 유출액의 보일링의 효과와, 슬럿지물질 흐름속도 또는 슬럿지 질량유동비(sludge mass flow rate)(제3도)와, 반응용기에 대한 산소공급속도 또는 증기압(제4도)과 반응기온도(제5도)를 나타낸 것이다. 제2도 내지 제5도는 콜로라도주 롱몬트에서 행한 깊은 우물모양의 반응장치에 대한 실험적 규모의 조업을 한 결과를 콤퓨터로 집계하여 나타낸 것이다. 제2도에서와 같이 펌핑압(유입물)은 평균 550프시였고, 펌핑압은 오전 10시(10)에서 600프시를 초과하였다. 또한 보일링 실험전의 실제압력은 616프시였다. 유출압은 유출물의 보일링과 델타비(△P, 유입압이 유출압 보다 작음)를 피하기 위하여 약 130프시를 유지하였다. 이는 반응용기를 가로지르는 압력 저하로서 평균 약 420프시를 기록하였다. 약 10시경(10), 유입슬럿지 유동속도(제3도)는 감소되어야만 했는데, 이는 펌핑압이 너무 과대하였기 때문이다. 정상적인 조업하에서는 펌핑압이 600프시를 초과하면 유입액 찌꺼기 등의 오물(influent plug)의 제거나 세척을 위해 시스템을 폐쇄하였다. 세척을 위한 반응용기의 폐쇄대신 보일링이 유입에서 시작되고 정오경(12)에는 수동으로 배압(유출압)을 감소시키기 시작하여 약 50프시(제2도)를 줄였다. 유입측 배압의 감소는 제1도에서 개폐제어 밸브(70)에 의해 이루어졌다. 배압(유출압)상의 수동에 의한 감소는 유출액의 보일링을 시작케 하였고, 그 결과 350프시 보다 작은 펌핑압이나 유입압상의 불균형을 감소시킬 수 있었다. 이러한 배압의 감소는 슬럿지 유입속도(제3도)상의 획기적인 감소를 가져와서 시간당 약 408㎏(900lbs./hr)로 부터 시간당 약 816㎏ 내지 862㎏(1,800~1,900lbs./hr)로 처리되었고, 이에 따른 산소유속(제4도)상의 감소도 가져와서 약 6.8㎏(15lbs./min)에서 분당 약 11.8㎏(26lbs./min)로 처리되었다.

반응용기에서의 온도프로필은 제5도에 도시된 바와 같다. 도시된 바와 같이 정오(12)경에 행하는 최초의 수동의 배압조정은 상수관부에서의 유출물의 온도증가를 가져오는데, 이는 몇시간 후에 안정화 된다. 여기에서 다운홀 온도(약 1,500m 지점에서의 뜨거운 오일)는 실질적인 영향을 받지 않았다. 반응용기에 전체에 걸친 압력저하(

p)는 마찰압저하와 상수관부와 강수관부 사이에서의 정수두(static head)에서의 차이에 의하여 정해진다. 이들 압력저하에 덧붙여 도관벽상에의 스케일 퇴적에 의하여 오염이 되고 강수관역의 제한에 의하여 강수관부내에 폐쇄현상이 발생되는데 이는 계산된 압력저하 이론치 보다 더욱 큰 것에 기인한다. 반응기 전체에 걸친 압력저하는 유입액의 펌핑을 요하고, 압력저하를 극복하기 위한 유입산소의 압축을 요한다. 강수관부의 폐쇄와, 보다 작은 정도로 반응도관벽의 스케일링은 작업시간과 더불어 유입측 압력을 증가시킨다. 중단 또는 폐쇄는 통상 세척이나 부분적인 알칼리세척으로 플러그 등의 오물을 제거하거나 일관적인 알칼리 및 산세척으로 플러그나 스케일을 모두 제거하기 위하여 필요하다.

이상 전술한 제2도 내지 제5도의 그래프로 도시한 바와 같이, 반응용기의 배압의 수동에 의한 감소는 상수관부에서의 유출물의 보일링, 펌핑압의 불균일한 감소 및 반응용기 전체에 걸친 압력저하의 실질적 감소에 따라 시작된다. 배압의 감소와 상수관부의 보일링은 상수관부에서의 온도 및 증기분류(vapor fraction)의 증가에 따라 상수관부에서의 정수두의 감소를 가져온다. 앞서, 온도증가 특히 상수관부에서의 보일링이 이롭지 못함을 말한 적이 있는데 이를 피하는 것은 전반응용기에서 간헐적인 분출을 일으키게 할 잠재적인 위험이 있기 때문이다. 이들 실험으로 나타낸 바 있지만 상수관부에서의 반응용기 온도는 압력프로필 안정후의 에너지 밸런스를 충족시키는 온도하에서 안정된다. 상수관부에서 온도를 높이 유지하기 위해서는, 또한 이에 따라 반응용기를 가로질러 낮은 압력저하로 작업하기 위해서는, 제1도에서와 같이 콘트롤 루프(control loop)가 설치되고 이 속에서 온도지시제어기(72)의 온도센서라인(74)에 의해 감지되는 소정의 깊이에서의 온도에 근거하여 제어밸브(70)를 통해 개구를 조정하므로써 배압의 연속조정이 가능하다. 이 온도는 제5도에서와 같이 배압을 증가시키거나 감소시켜서 유지한다. 즉, 배압의 감소는 유출물의 온도를 증가시키는 결과를 가져오고 상수관부에서의 보일링을 유지하는 결과를 가져온다. 더우기, 보일링은 간헐적분출을 방지하므로써 안전한 작업이 되는 소정의 깊이로 유지가능하다. 또한, 상수관부에서의 유출물의 보일링은 물질흐름속도의 실질적 증가로 결국 급냉되게 된다. 이와 같이하여 상수관부에서 일정시간간격으로 유출액을 정기적으로 보일링 할 수 있게 되고, 이에 따라 예컨데 펌핑압을 감소시키고, 물질의 흐름속도는 증가시키며 시스템 전체의 효율을 개선시킬 수 있는 것이다.

제2도 내지 제5도에서, 반응용기를 통한 물질흐름 속도는 이중으로 상수관부에서의 유출물의 배압을 감소시키고, 보일링을 개시토록 한다. 알게 되겠지만, 상수관부에서의 유출물의 보일링을 개시하는 것이 또한 가능한데 이는 소정의 압력을 유지하면서 유출물의 온도를 증가시킴에 의하여 가능하다. 반응용기에 걸친 압력저하상의 감소는 펌핑압 및 액체 유입물의 펌핑과 가스유입물의 압축에 필요한 전기에너지 상의 계속적인 절감을 가져온다. 그 이유는 설비 또는 장비의 압력비가 감소되기 때문이다. 둘째로, 유출물의 보일링은 열교환부의 보다 효율적인 이용에 따라 반응용기에 존재하는 체류시간을 증가시킨다. 제5도의 온도프로필에서 도시된 바와 같이, 유출흐름의 보일링은 반응역의 확산이나 증가를 가져온다. 이와 같이, 보다 비용상의 절감을 가져오기 위하여 반응용기의 용적을 감소시키는 것이 가능하다. 체류시간이 증가되면 유독물질 방출이 또한 상대적으로 적어지는 결과를 가져온다. 셋째로, 유입액의 보일링은 세척에 필요한 횟수를 감소시켜 주고 보다 긴 시간동안의 보다 큰 작업비를 가져온다. 그 결과 작업비 및 자금상의 비용절감의 대폭적인 효과가 이 증가된 언-라인 요소의 증가로 이루어진다. 마지막으로, 세척 싸이클 사이에서의 제작비 증가는 시동시 소요되는 연료량과 세척중의 화학제 소비량을 줄여준다. 보다 적은 소요 세척싸이클 때문에 반응용기의 수명은 보다 길게 증가된다. 이들 유출물의 보일링으로부터 개선된 여러가지 결과는 예상의외 것으로 이는 이러한 보일링이 시스템에 악영향을 끼치는 간헐적 분출현상을 초래하기 때문이라고 할 수 있기 때문이다.

Claims

적어도 둘 이상의 반응물사이에서 화학반응을 수행하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 다음의 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학반응공정처리 방법. (A) 반응을 시작하기에 충분한 온도에서 상기 반응물과 더불어 소정의 미리 지정된 압력으로 되는 액체의 정수칼럼(hydrostatic column)을 형성하는 지하 개구부에서 지하로 뻗는 하향흐름 통로를 통하여 상기 반응물을 포함하는 유입액(influent liquid)을 아래로 흐르게 하고, 상기 화학반응을 유지하고 화학반응생성물을 생성하는 단계; (B) 지면에 상향통로(upflowing passage)를 통하여 상기 액체와 반응생성물을 상향하여 흐르게 하는 단계와; (C) 상기 상향통로에서의 상기 액체를 보일링 개시하도록 상기 유출액의 온도 및 압력을 제어하고, 상기 유출액의 적어도 일부를 증발시키며, 상기 상향통로에서의 정수압을 감소시키고 상기 통로를 통하여 총 유량비(mass flow rate)를 증가시키도록 하는 단계.
제1항에 있어서, 상기 방법에는 상기 소정의 깊이로 상기 상향흐름통로에서 상기 액체의 보일링을 개시하고 유지하기 위하여 상기 액체의 출구압력을 제어하고 소정의 깊이로 상기 상향통로에서 상기 액체의 온도를 감지하고 출구압을 제어하는 방법이 포함되는 것을 특징으로 하는 화학반응공정처리 방법.
제1항에 있어서, 반응공정처리방법에는, 상기 상향통로에서 소정의 시간간격으로 상기 액체를 주기적으로 끓이기 위하여 상기 액체의 보일링(boiling)을 제어하는 방법이 포함되는 것을 특징으로 하는 화학반응공정처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법에는 상향흐름 상부로 향하여 상기 상향흐름 통로에서 상기 액체를 보일링하는 것을 제어하고 제한하는 방법이 포함되는 것을 특징으로 하는 화학반응공정처리 방법.
제3항에 있어서, 상기 방법에는 상향흐름 상부로 향하여 상기 상향흐름 통로에서 상기 액체를 보일링하는 것을 제어하고 제한하는 방법이 포함되는 것을 특징으로 하는 화학반응공정처리 방법.
적어도 둘 이상의 반응물사이에서 상기 공정처리가 다음의 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학반응공정처리 방법. (A) 제1파이프를 통하여 상기 반응물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계; (B) 반응역에서 상기 화학반응을 개시하기 위하여 압력을 가지고 상기 유입액과 반응물을 가열하는 단계; (C) 상기 제1파이프에서의 상기 액체와 열전달관계에 있는 상기 제2파이프에서의 상기 액체와 더불어 제2파이프에서의 상기 액체를 되돌아 가도록 하는 단계; (D) 상기 반응역으로부터 공간을 두고 떨어져 있는 상기 제2파이프에 상기 유출액을 보일링 개시하도록 상기 유출액의 온도와 압력을 제어하고, 상기 제2파이프에서의 상기 액체의 적어도 일부라도 기화시키며, 상기 제2파이프에서의 압력을 감소시키고, 상기 제1파이프에서의 상기 액체를 보일링함을 방지하는 동안 상기 파이프들을 통해 총전달비(mass transfer rate)를 증가시키도록 하는 단계.
제6항에 있어서, 상기 파이프는 닫힌 폐단부를 가진 파이프내에 자리잡은 작은 파이프와 서로 다른 직경을 가지고, 상기 방법에는 상기 닫힌 폐단부 부근에서 상승된 온도를 가진 상기 반응역을 조성하고 또한 상기 반응역으로 부터 공간을 두고 떨어진 상기 파이프의 단부에 인접된 상기 제2파이프에서의 상기 유동액을 보일링하는 것을 특징으로 하는 화학반응 공정처리 방법.
적어도 둘 이상의 반응물 사이에서 발열반응을 위해 연속적인 공정이 다음의 단계로 이루어지는 것을 특징으로하는 발열반응 수행방법. (A) 지하 개구부에서 지하로 뻗어 있는 강수관통로를 통하여 아래로 하강하는 적어도 하나이상의 상기 반응물을 포함하는 유동액을 흐르게 하고 상기 강수관통로에서 상기 유동액의 보일링을 방지 하기에 충분한 미리 지정된 압력으로 되는 유동액의 정수칼럼을 형성하는 단계; (B) 지면으로 상향하는 상향통로를 통하여 상기 유동액을 상류하도록 위로 흐르게 하는 단계; (C) 상기 통로의 하부에 인접된 반응역에서 상기 반응들과 상기 유동액을 가열하는 단게; (D) 상기 상향통로내에서 상기 유출액의 보일링을 개시하기 위하여 상기 유출액의 온도와 압력을 제어하고, 상기 유출액의 적어도 일부라도 기화시키며, 상기 상향통로에서의 기화 기포를 발생시키므로써 상기 상향통로에서의 정수압을 감소시키고 총 유량비를 증가시키는 단계.
제8항에 있어서, 상기 방법에는 상기 발열반응의 개시중에 상기 상향하여 흐르는 유동액의 보일링을 방지하는데 충분한 상기 상향흐름 통로에서 미리 지정된 소정의 압력을 유지하는 방법이 포함되고, 그 후에 상기 상향흐름 통로에서 상기 유동액의 보일링을 일으키는 상기 유동액 통로압을 감소시키도록 한 것을 특징으로 하는 발열반응 수행방법.
제9항에 있어서, 상기 방법에는 소정의 깊이로 상기 상향흐름 통로에서 상기 유도액의 온도를 감지하는 것을 포함하고, 상기 미리 지정된 소정의 깊이에서의 온도로 상기 유동액의 보일링압으로 상기 상향흐름 통로에서 압력을 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열반응 수행방법.
제9항에 있어서, 상기 미리 지정된 시간 간격으로 상기 상향 흐름 유동액 통로압을 정기적으로 조정하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열반응 수행방법.
제10항에 있어서, 상기 반응물의 하나가 기체상의 반응물로 되고 상기 방법에는 상기 반응역의 상부에 인접된 상기 하향흐름통로속에서 상기 기체상의 반응물을 유도하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열반응 수행방법.
상기 유동액에 현탁되어 있는 미리 지정된 소정의 화학산소 요구량(COD)을 가진 폐기물의 습식산화 처리방법이 다음의 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐기물의 습식산화처리방법. (A) 미리 지정된 압력으로 되는 유동액의 정수칼럼을 형성하는 지하개구부에서 지면 아래로 뻗는 하향흐름 통로를 거쳐서 상기 폐기물을 하향되게 흐르도록 유입을 흐르게 하는 단계; (B) 상기 하향흐름 통로의 하부에서 상기 폐기물의 습식산화를 시작하기 위하여 산소의 존재하에 상기 유입액과 폐기물을 가열시키고, 상기 하향흐름 통로의 상기 하부에서 반응역을 설치하는 단계; (C) 지면으로 상향흐름 통로를 통해 상향하는 유출물로 되는 처리된 폐기물과 상기 유동액을 흐르게 하는 단계; (D) 상기 상향통로내에서 상기 유출액의 보일링을 개시하기 위하여 상기 유출액의 온도와 압력을 제어하고, 상기 유출액의 적어도 일부라도 기화시키며, 상기 상향통로에서의 기화기포를 발생시키므로써 상기 상향통로에서의 정수압을 감소시키고 총유량비를 증가시키는 단계.
제13항에 있어서, 상기 방법에는 상기 반응역의 상부에 인접된 상기 하향흐름 통로속으로 상기 산소를 주입하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물의 습식산화 처리방법.
제13항에 있어서, 상기 상향흐름 통로에서 미리 지정된 깊이에서 상기 유출액의 온도를 감지하므로써 상기 유출액의 압력과 온도의 제어와 연후에 상기 미리 지정된 깊이에서 상기 유출액의 보일링압에 대하여 상기 상향흐름통로에서 압력의 감소가 포함되는 것을 특징으로 하는 폐기물의 습식산화 처리방법.
반응장치에 담긴 액체에 잠겨 있는 폐기물의 습식산화 반응에 있어, 상기 장치에는 통상 지하개구부에서 지하로 뻗는 수직의 상수관부 및 강수관부 파이프를 포함하고, 상기 파이프는 상호교류 흐름을 부여하는 큰 파이프내에 자리잡은 작은 파이프로 서로 다른 직경을 가지고, 상기 방법은 다음의 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 습식산화 처리방법. (A) 상기 유입액의 보일링을 방지하기에 충분한 미리 지정된 소정의 압력으로 되는 유동액의 정수칼럼을 형성하는 상기 강수관부 파이프를 통해 하향하는 상기 폐기물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계; (B) 상기 강수관부 파이프에서의 상기 유입하강 흐름액과 열전달 관계에 있는 상기 상수관부 파이프에서 상기 상향하여 흐르는 유출액과 더불어 상기 상수관부 파이프를 통하여 상기 액을 유출물로서 흐르게 하는 단계; (C) 상기 파이프의 하부에 위치하는 반응역에서 상기 습식산화 반응을 시작하기 위해 상기 강수관부 파이프에 상기 유입액을 가열하고 산소를 주가하는 단계; (D) 상기 상향흐름 파이프내의 상향유출액에서 보일링을 개시하고, 상기 유출액의 일부라도 기화시키며, 상기 상향흐름 파이프에서의 기화 기포를 발생시키므로써 상기 상향흐름파이프에서의 정수압을 감소시키고 상기 파이프를 통하여 상기 액체의 총유량비를 증가시키도록 상기 유출액의 온도와 압력을 제어하는 단계;
제16항에 있어서, 상기 반응역의 상부에서 상기 강수관부 파이프로 상기 유입액에 상기 산소를 주입하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식산화 처리방법.
제16항에 있어서, 상기 상수관부 파이프에 상기 상향흐름의 유출액의 보일링을 시작하기 위하여 상기 습식산화 반응의 개시중 상기 상수관부 파이프에서의 상기 유출액에 미리 소정의 압력을 가하고, 그런 다음 상기 유출액의 압력을 감소시키도록 한 것을 특징으로 하는 습식산화 처리방법.
반응장치에 담긴 액체에 잠겨 있는 동물성 유기물의 폐기물의 습식산화반응에 있어, 상기 장치에는 통상 유동액 열전달 관계에 있는 상수관부 및 강수관부 파이프를 포함하는 지하공(subterranean hole)에서 지하로 뻗는 통상 수직의 파이프가 포함되고, 상기 방법은 다음의 제단계로 포함되도록 한 것을 특징으로하는 동물성 유기폐기물의 습식산화 처리방법. (A) 미리 지정된 소정의 압력으로 되는 정수액칼럼을 형성하는 상기 강수관부 파이프를 통하여 하향하는 동물성 유기폐기물을 포함한 유입액을 흐르게 하는 단게; (B) 상기 유입액과 열전달관계에 있는 상기 상수관부 파이프를 통하여 유출액으로 상기 유입액을 흐르게 하는 단계; (C) 상기 파이프의 하부에서의 반응역에서 상기 습식산화 반응을 개시하기 위해 산소의 존재하에 상기 유입액을 가열하는 단계; (D) 상기 습식산화 반응의 개시 중 상기 상수관부 파이프에서 상기 유출액에 미리 소정의 최소압을 걸어 유지하도록 하는 단계; (E) 상기 액체의 최소한 일부라도 기화하는 상기 상향흐름파이프에서의 상기 유출액을 정기적으로 간헐적으로 보일링 개시되도록 하고, 상기 상향흐름 파이프에서 기화기포를 발생시키므로써 상기 상향흐름 파이프에서의 정수압을 감소시키고 상기 압력이 미리 지정된 최대치를 초과할 때 상기 파이프를 통해 흐름비를 증가시키는 단계.
제19항에 있어서, 소정의 깊이로 상기 상수관부 파이프에서 상기 유출액의 온도를 감지하는 것과 감지된 온도에서 보일링을 개시하기 위하여 상기 상수관부 파이프에서 상기 정수압을 정기적으로 및 즉시 감소시키도록 한 것을 특징으로 하는 동물성 유기폐기물의 습식산화 처리방법.
제20항에 있어서, 상기 습식산화 반응을 유지하는 동안 상기 상수관부 파이프에서 상기 파이프를 통해 상기 보일링을 정기적으로 급냉시킴에 충분한 물질흐름비를 증가시키도록 한 것을 특징으로 하는 동물성 유기폐기물의 습식산화처리방법.
제19항에 있어서, 상기 강수관부 파이프에 상기 반응역의 상부에 인접된 상기 유입액에 산소를 주입하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 동물성 유기폐기물의 습식산화 처리방법.
적어도 둘 이상의 반응물 사이에서 다음의 제단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학 반응 수행방법. (A) 소정의 미리 지정된 압력을 가진 정수액칼럼을 형성하는 지하 개구부에서 지하로 뻗는 하향흐름 통로를 통하여 하향하여 압력을 가지고 상기 적어도 하나 이상의 반응물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계; (B) 상기 하향흐름 통로의 하부에 위치한 반응역에서 상기 화학반응을 개시하기 위한 상기 양 반응물의 존재하에 상기 하향흐름 통로에서 상기 유입액을 가열하는 단계; (C) 상기 상수관 통로에서 미리 지정된 최소 출구압을 유지하는 동안 지면에 상향흐름 통로를 통하여 상향하는 상기 액체를 포함하는 상기 화학반응으로 부터 유출액을 흐르게 하는 단계; (D) 상기 상향흐름 통로에서 상기 유출액을 보일링 개시하여 적어도 상기 액체의 일부라도 기화하도록 압력을 주기적으로 감소시키며 상기 상향 흐름 통로에서 미리 지정된 깊이로 기화기포를 발생시키도록 하는 단계. (E) 상기 보일링을 정기적으로 급냉시키기 위하여 상기 유입액의 물질 흐름비를 증가시키는 단계.
제23항에 있어서, 상기 반응물은 기체상 반응물을 포함하고, 상기 방법에는 상기 반응역의 상부에 인접된 상기 하향흐름 통로에서 상기 기체상의 반응물의 주입을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학반응 수행방법.
적어도 둘 이상의 반응물 사이에서 다음의 제단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학반응 수행방법. (A) 미리 정해진 소정의 압력으로 되는 정수액칼럼을 형성하는 지하개구부에서 지하로 뻗는 하향흐름 통로를 통하여 하향하는 상기 반응물을 포함하는 유입액을 흐르게 하는 단계; (B) 상기 하향흐름 통로에서 상기 소정의 압력이 상기 유입액의 보일링을 방지하기에 충분한 상기 하향흐름 통로의 저부에 위치한 반응역에서 상기 화학반응을 개시하고 유지하기 위해 상기 하향흐름 통로에서 상기 유입액을 가열하는 단계; (C) 상향흐름통로를 통하여 지면으로 상향하는 유출물로서 상기 액 및 반응생성물을 흐르게 하는 단계; (D) 상기 화학반응의 개시중에 상기 상수관부 통로에서 상기 유출액에 미리 소정의 압력을 걸어 유지하도록 하는 단계; (E) 상기 상향흐름 통로에서 상기 유출액을 보일링 개시하여 적어도 상기 액체의 일부라도 기화하도록 압력을 주기적으로 감소시키며, 상기 압력이 소정의 최대치 초과하여 상기 압력이 상기 상향흐름 통로에서 정수압을 감소시키고 상기 통로를 통해 총유량비를 증가시키게 될 때 상기 상향흐름 통로에서 기화 기포를 발생시키도록 하는 단계.