WO2011030959A1 - Ｆｔ 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치 - Google Patents

Ｆｔ 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치 Download PDF

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이호태
정헌
천동현
김학주
양정일
양정훈
홍재창
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Korea Institute of Energy Research KIER
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    • C10G2/342—Apparatus, reactors with moving solid catalysts
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    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00026—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2208/00035—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2208/00044—Temperature measurement
    • B01J2208/00053—Temperature measurement of the heat exchange medium

Definitions

  • the present invention relates to an upstream feed-type cooling device for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor that can control the temperature of the reaction heat generated when the synthesis gas generated in the coal gasifier and the catalyst.
  • a cooling tube having a plurality of injection holes formed therein is installed in the FT slurry bubble column reactor.
  • the cooling tube includes a first cooling tube flowing into a lower space of a gas injection plate of the reactor, and a gas injection from the first cooling tube.
  • the cooling tube is a reactor in which the reaction chamber is located. It is easy to install and maintain because it is installed inside the reaction chamber through the gas jet plate, not through the upper part.
  • coal indirect liquefaction system is used to prepare a synthetic fuel in the form of wax and finally use it as a raw material for fossil fuels through gasification process-> refining process-> liquefaction process.
  • the gasification process is a process of converting coal into a synthesis gas mainly containing hydrogen and carbon monoxide.
  • the refining process is a process of collecting and desulfurizing the syngas produced through the gasification process and removing various impurities.
  • the liquefaction process is a process of converting the purified syngas to a liquid synthetic fuel by reacting on a catalyst.
  • the synthesis gas is uniformly dispersed in the FT slurry bubble column reactor to react with the iron-catalyst contained in the slurry of the FT slurry bubble column reactor to generate a synthetic fuel.
  • a synthesis fuel is produced when the synthesis gas (CO + H 2 ) and the iron (Fe) -catalyst react.
  • the internal temperature of the FT slurry bubble column reactor is increased by exothermic heat.
  • the generation of gas products such as methane gas, ethane, propane, etc. is increased, and the production of liquid fuel and wax is reduced.
  • the reaction temperature is maintained high, catalyst deactivation occurs quickly, shortening the life of the catalyst. Therefore, maintaining a constant internal temperature of the FT slurry bubble column reactor must be preceded.
  • the present applicant has proposed a cooling apparatus using latent heat in Patent Registration No. 0901736.
  • the applied cooling apparatus 1 introduces a cooling tube 4 having an injection tube 3 therein into the reaction chamber of the reactor 2, and extends a plurality of downwardly downward injection tubes.
  • the cooling water supplied through the injection hole formed in the injection pipe is injected into the space between the cooling pipe and the injection pipe, and the injected cooling water absorbs the reaction heat and is evaporated into steam and discharged upward.
  • the registration case is a method of controlling the internal reaction temperature of the reactor by the latent heat of evaporation of the coolant, or part of the water is evaporated when the coolant is supplied as the coolant supply is made downward while closing the bottom of the extended cooling tube While removing the heat of reaction while the water is not evaporated flows to the lower portion of the cooling tube evaporation causes a problem that the temperature control of the bottom of the reactor is poor.
  • the upstream feed type cooling device for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor according to the present invention
  • the first cooling tube is introduced into the lower part of the FT slurry bubble column reactor, and a plurality of second cooling tubes are formed upward from the first cooling tube, and the inside of the first cooling tube and the second cooling tube is divided into It is a structure in which the cooling water is injected into the inside of each cooling pipe through a plurality of injection holes formed in the injection pipe by allowing the private pipe to be inserted.
  • the injected cooling water absorbs the heat of reaction in the reactor and changes the phase into steam. It is to be discharged to the outside through the first cooling tube.
  • the upstream supply cooling device for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor of the present invention for solving the above problems
  • the FT slurry bubble column reactor A first cooling tube disposed at a lower portion thereof and having an outlet formed at an end thereof to discharge the phase-changed steam; A plurality of second cooling tubes connected vertically to the upper surface of the first cooling tube; End portions are closed to have internal diameters smaller than the inner diameters of the first cooling tube and the second cooling tube so as to be inserted into the first cooling tube and the second cooling tube, and to spray internal cooling water.
  • An injection hole is formed to allow the injected cooling water to absorb ambient heat and change phase into steam.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an upflow feed cooling device for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the A-A cross section of FIG. 1.
  • Figure 3 is a block diagram showing an upflow feed cooling device for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing the operating state of the upstream feed-type cooling apparatus for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor according to the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram showing a cooling tube for removing the reaction heat of the conventional FT slurry bubble column reactor.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an upflow feed cooling device for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor according to the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional view of Figure 1 AA
  • Figure 3 is another embodiment of the present invention It is a block diagram showing the upstream supply type cooling apparatus for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor according to the embodiment.
  • the upstream feed type cooling device 10 for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor receives the synthesis gas from the coal gasifier and reacts with the catalyst to generate the synthetic fuel, and the reaction heat is generated in this process. It is a device to control the temperature in the generated reactor (20).
  • the cooling device 10 is composed of a cooling pipe (30, 40) and the injection pipe 50 is inserted into the cooling tube.
  • the cooling tube includes a first cooling tube 30 introduced into the FT slurry bubble column reactor from the outside as shown in FIG. 1, and a second cooling tube 40 extending upward from the first cooling tube. .
  • the first cooling pipe 30 is installed in the horizontal direction in the vertically installed reactor 20, so that it is widely distributed in the reactor cross section. That is, the first cooling pipe 30 is composed of a main pipe 31 inserted into the reactor from the outside, and an auxiliary pipe 32 in communication with the main pipe and widely distributed in the reactor cross section, and the auxiliary pipe 32 2 may be formed in various shapes such as a circle as shown in FIG. 2, a lattice, or a plurality of concentric circles.
  • the first cooling pipe 30 has an outlet 33 is formed at the end exposed to the outside to discharge the steam generated during the cooling process to be described later.
  • a plurality of second cooling tubes 40 extend from the first cooling tube in a form in which a lower end thereof communicates with the first cooling tube and a top end thereof is closed.
  • the second cooling tube is preferably arranged at regular intervals from each other to facilitate temperature control in the reactor.
  • the injection tube 50 is inserted into the first cooling tube 30 and the second cooling tube 40 communicated with each other.
  • the diameter of the injection tube is formed to be smaller than the diameter of the cooling tube, preferably to be smaller than 1/2 of the diameter of the cooling tube.
  • the gap formed between the outer circumferential surface of the injection pipe 50 and the inner circumferential surfaces of the cooling pipes 30 and 40 is used as a space for injecting cooling water from the plurality of injection holes 51 formed in the injection pipe 50.
  • the injection port 51 is preferably formed to be gradually wider from the inner side of the injection tube to the outside direction so that the coolant is injected in a wide range by the pressure.
  • the injection hole 51 of the injection pipe is so close to the introduction chamber to maintain the injection amount at each position under a constant pressure to form a larger diameter of the injection hole located above the injection hole diameter of the lower side to inject the same amount can do.
  • the diameter of the injection port is preferably to have a gradually larger diameter from the lower side to the upper side.
  • the end of the injection pipe 50 that is, the end of the injection pipe located in the upper end of the second cooling pipe is preferably closed so that the cooling water is expressed by a plurality of injection holes 51 formed on the outer peripheral surface by the internal pressure.
  • the injection pipe 50 may be equipped with a valve 60 at the end for introducing the coolant into the reactor to adjust the pressure in the injection pipe by adjusting the valve.
  • the injection holes 51 may allow a plurality of injection holes to be formed on the same horizontal line, or as shown in FIG. 1, by arranging the injection holes in a spiral along the injection pipe, only one injection hole may be formed on the same horizontal line. As such, only one injection hole is formed on the same horizontal line, which is advantageous in that injection may be easily performed even at a relatively low internal pressure than that of a plurality of injection holes formed.
  • the FT slurry bubble column reactor 20 has a gas injection plate 21 is internally partitioned into an inner space of the lower introduction chamber 22 and the upper reaction chamber 23.
  • the cooling device 10 introduces a first cooling tube 30 into the lower introduction chamber partitioned with a gas injection plate as shown in FIG. 1, and extends the upper side of the first cooling tube.
  • 40 may be provided in such a manner that only the second cooling tube is positioned in the reaction chamber such that the second cooling tube penetrates the gas injection plate 21 and is positioned in the upper reaction chamber 23 partitioned by the gas injection plate.
  • the first cooling tube 30 is disposed below the upper reaction chamber 23 partitioned by the gas injection plate, so that the first cooling tube 30 and the second cooling tube 40 are separated. All of them are arranged in the reaction chamber.
  • the first cooling tube and the second cooling tube have the disadvantage of inhibiting the reaction behavior in the vertical direction by inserting the first cooling tube through the side wall of the reaction chamber.
  • the disadvantages are very difficult to manufacture and maintain.
  • the form in which only the second cooling tube 40 of FIG. 1 is located in the reaction chamber 23 is mounted to the lower cap 24 of the reactor and extends upward from the first cooling tube.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing the operating state of the upstream flow-type cooling apparatus for removing the reaction heat of the FT slurry bubble column reactor according to the present invention.
  • the synthesis gas introduced into the introduction chamber 22 of the FT slurry bubble column reactor 20 is distributed and supplied to the reaction chamber 23 through the gas injection plate 21.
  • the syngas supplied to the reaction chamber is raised in a bubbling manner, the syngas is reacted with the catalyst contained in the flow slurry of the reactor to generate synthetic fuel.
  • the synthesis fuel generation reaction is an exothermic reaction by syngas (CO + H 2 ) and iron (Fe) -catalyst, thereby raising the temperature of the reaction chamber.
  • the temperature of the reactor 20 is increased, it is out of the range of about 200 to 350 ° C., which is a preferable temperature for the production of synthetic fuel, so that the generation of methane gas and carbon dioxide is increased, thereby lowering the production rate of synthetic fuel.
  • the cooling device 10 maintains a constant pressure in the injection pipe by opening the valve 60 of the injection pipe 50, and the coolant inside the injection pipe is located in the reaction chamber 23 by the internal pressure of the injection pipe.
  • the injection is made through the injection port 51 of the injection pipe.
  • the sprayed coolant is sprayed into the space between the injection tube and the cooling tube, that is, the inner circumferential surface of the second cooling tube 40 located in the reaction chamber and the outer circumferential surface of the injection tube 50.
  • the surface area of the cooling water is increased, and the injected cooling water is phase-changed into steam by absorbing heat transferred to the inside through the second cooling pipe 40.
  • the steam phase-changed by the latent heat of evaporation is discharged through the outlet 33 which is the end of the first cooling tube to control the reaction temperature in the reactor.
  • the cooling water supplied to the reactor flows from the bottom of the reactor to the upper side is sprayed and the generated steam is discharged through the lower portion of the cooling tube to immediately discharge the cooling water generated by the aggregation of the generated steam or steam generated immediately
  • the temperature control inside the reactor can be made more precise.
  • the cooling tube in the reactor partitioned by the gas injection plate is installed by being inserted upward from the lower introduction chamber of the gas injection plate, thereby minimizing the influence of the cooling tube on the bubbling behavior in the reaction chamber. Maintenance can be made easily.

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Abstract

본 발명은 석탄 가스화기에서 생성된 합성가스와 촉매와의 반응시 발생되는 반응열의 온도를 제어할 수 있는 FT슬러리 기포탑 반응기에 다수의 분사구가 형성된 분사관이 내입된 냉각관을 설치하되, 상기 냉각관은 반응기의 가스분사판 하부공간에 유입되는 제1냉각관과, 상기 제1냉각관으로부터 가스분사판 상측의 반응실로 수직연장 형성되는 다수의 제2냉각관으로 형성해 냉각수가 하부에서 상부로 공급하도록 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치에 관한 것이다.

Description

ＦＴ 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치
본 발명은 석탄 가스화기에서 생성된 합성가스와 촉매와의 반응시 발생되는 반응열의 온도를 제어할 수 있는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 FT슬러리 기포탑 반응기에 다수의 분사구가 형성된 분사관이 내입된 냉각관을 설치하되, 상기 냉각관은 반응기의 가스분사판 하부공간에 유입되는 제1냉각관과, 상기 제1냉각관으로부터 가스분사판 상측의 반응실로 수직연장 형성되는 다수의 제2냉각관으로 형성해 냉각수가 하부에서 상부로 공급하도록 함으로써, 과분사된 냉각수를 즉시 배출시켜 과냉각을 방지하고, 상기 냉각관이 반응실이 위치하는 반응기 상측부분을 통해 내부로 삽통하는 것이 아닌 가스분사판을 통해 반응실로 내설되기 때문에 설치 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 석탄을 주원료로 가스화공정-->정제공정-->액화공정을 통해 최종적으로 왁스형태의 합성연료를 제조하여 화석연료의 원료로 사용할 수 있도록 하는 것이 석탄 간접 액화 시스템이다.
여기서 가스화공정은 석탄을 수소와 일산화탄소를 주로 포함하는 합성가스로 변환하는 공정이다. 그리고 정제공정은 가스화공정을 통해 제조된 합성가스를 집진 및 탈황(黃)하고, 각종 불순물을 제거하는 공정이다. 마지막에서 액화공정은 정제된 합성가스를 촉매 상에서 반응시켜 액상 합성연료로 변환하는 공정이다.
상기에서 액화공정을 수행하기 위해서는 상기 FT 슬러리 기포탑 반응기로 합성가스를 균일하게 분산시켜 FT 슬러리 기포탑 반응기의 슬러리에 함유된 철-촉매와 반응하도록 하여 합성연료를 생성한다.
이러한 FT 슬러리 기포탑 반응기는 합성가스(CO + H2)와, 철(Fe)-촉매가 반응하면 합성연료가 생성되는데 이 때 발열에 의해 FT 슬러리 기포탑 반응기 내부 온도가 상승하게 된다. 상기 반응기의 내부온도가 상승하면 메탄가스와 에탄, 프로판 등의 가스 생성물 발생이 증가하여 액체 연료와 왁스의 생성이 저하된다. 또한 반응 온도가 높게 유지되면 촉매의 비활성화가 빨리 일어나게 되어 촉매의 수명이 단축된다. 따라서 상기 FT 슬러리 기포탑 반응기의 내부 온도를 일정하게 유지하는 것이 선행되어야 한다.
상기 반응기 내부의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 방법으로는 내부에 물 또는 스팀을 순환시키는 냉각관을 배치시키는 방법이 사용되었으나, 이러한 구조는 냉각관에 많은 량의 냉각수를 공급해야 함은 물론 물을 계속해서 순환시켜야 하기 때문에 에너지가 많이 소비되고, 냉각 효율 또한 매우 떨어지며, 그 결과 냉각 관의 단면적을 늘리기 위해 관의 개수가 많아지게 된다.
이에 본 출원인은 특허등록 제0901736호에서 잠열을 이용한 냉각장치를 제시하였다. 도 5를 참조한 바와같이 출원된 냉각장치(1)는 내부에 분사관(3)이 내입된 냉각관(4)을 반응기(2)의 반응실로 유입하고, 하향으로 다수개를 연장형성하여 분사관으로 냉각수를 상측에서 하측으로 공급하면서 분사관에 형성된 분사구를 통해 공급된 냉각수를 냉각관과 분사관 사이의 공간으로 분사되도록 하고, 분사된 냉각수를 반응열을 흡수하여 스팀으로 증발되어 상측으로 배출되는 구조를 제공하였다.
그러나, 상기 등록건은 냉각수의 증발 잠열로 반응기의 내부 반응온도를 조절하는 방식이나, 연장된 냉각관의 하단을 폐구한 상태로 냉각수 공급이 하향으로 이루어짐으로 냉각수를 공급하였을 때 일부의 물은 증발하면서 반응열을 제거하지만 증발되지 않은 물은 냉각관 하부로 흐르다가 증발하기 때문에 반응기 하부의 온도 조절이 잘 이루어 지지 않는 문제점을 발생시킨다.
이에 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치는,
FT 슬러리 기포탑 반응기의의 하부로 제1냉각관을 유입하고, 상기 제1냉각관으로부터 상측으로 다수개의 제2냉각관이 형성되도록 하며, 상기 제1냉각관과 제2냉각관의 내부에는 분사관이 내입되도록 하여 분사관에 형성된 다수의 분사구를 통해 냉각수가 각 냉각관의 내부로 분사되도록 하는 구조로, 분사된 냉각수는 반응기에서의 반응열을 흡수해 스팀으로 상변화하고, 발생된 스팀은 하부의 제1냉각관을 통해 외부로 배출되도록 한 것이다. 즉, 분사구를 통해 과공급되거나 스팀간의 응집에 의해 발생된 물방울은 냉각관에 머므르지 않고 즉시 배출될 수 있는 구조를 갖도록 하여 반응기 내부의 온도조절이 용이하게 이루어지도록 하는 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치는,
석탄가스화기에서 생성된 합성가스를 공급받아 촉매와 반응시킬 때 발생되는 반응열의 온도를 제어할 수 있는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치에 있어서, FT 슬러리 기포탑 반응기 내의 하부에 배치되고 외부에 표출된 단부에는 배출구가 형성되어 상변화된 스팀을 배출하도록 하는 제1냉각관과; 상기 제1냉각관의 상면에 수직상향으로 연결되는 다수의 제2냉각관과; 상기 제1냉각관 및 제 2냉각관의 내부에 삽입될 수 있도록 상기 제1냉각관 및 제2냉각관의 내경 보다 작은 직경을 갖고 내압이 형성되도록 단부가 폐쇄되며, 내부 냉각수를 분사하는 다수의 분사구가 형성되어 분사된 냉각수가 주위열을 흡수하여 스팀으로 상변화되도록 하는 분사관;을 포함하여 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치를 도시한 구성도.
도 2는 도 1의 A-A 단면을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상항류 공급형 냉각장치의 작동상태를 도시한 개략도.
도 5는 종래의 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 냉각관을 도시한 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 냉각장치
20 : 반응기
21 : 가스분사판 22 : 도입실 23 : 반응실
24 : 하부캡 25 : 본체
30 : 제1냉각관
31 : 주관 32 : 보조관 33 : 배출구
40 : 제2냉각관
50 : 분사관
51 : 분사구
60 : 밸브
이하에서는 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치를 도시한 구성도이다.
도시된 바와같이 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치(10)는 석탄가스화 장치에서 합성가스를 공급받아 촉매와 반응시켜 합성연료를 생성하고 이 과정에서 반응열이 발생된 반응기(20) 내의 온도를 제어할 수 있도록 한 장치이다.
상기 냉각장치(10)는 냉각관(30,40)과 상기 냉각관의 내부에 삽설되는 분사관(50)으로 구성된다. 상기 냉각관은 도1을 참조한 바와같이 외부로부터 FT 슬러리 기포탑 반응기 내부로 유입되는 제1냉각관(30)과, 상기 제1냉각관으로부터 상측으로 연장형성되는 제2냉각관(40)으로 이루어진다.
여기서 상기 제1냉각관(30)은 수직설치된 반응기(20)에 수평방향으로 내설되며, 반응기 단면에 넓게 분포되도록 한다. 즉, 상기 제1냉각관(30)은 외부로부터 반응기 내부로 삽통되는 주관(31)과, 상기 주관과 연통되고 반응기 단면에 넓게 분포되는 보조관(32)으로 구성되며, 상기 보조관(32)은 도 2에 도시된 형태인 원으로 하거나, 격자 또는 다수의 동심원등 다양한 형태로 형성할 수 있다. 상기 제1냉각관(30)은 외부로 표출된 단부에는 배출구(33)가 형성되어 후술되는 냉각과정시 발생된 스팀을 배출하도록 한다.
또한, 상기 제2냉각관(40)은 하단이 제1냉각관과 연통되고 상단이 폐구된 형태로 제1냉각관으로부터 다수개가 연장형성되어 있다. 이러한 제2냉각관은 서로 일정한 간격으로 배치하여 반응기 내의 온도 조절이 용이하게 하는 것이 바람직하다.
상기한 바와같이 서로 연통된 제1냉각관(30) 및 제2냉각관(40) 내부에는 분사관(50)이 삽통되어 있다. 상기 분사관의 직경은 냉각관의 직경보다 작게 형성되며, 바람직하게는 냉각관 직경의 1/2보다 작게 형성하는 것이다. 이와같이 분사관(50) 외주면과 냉각관(30,40) 내주면 사이에 형성된는 갭은 분사관(50)에 형성된 다수의 분사구(51)에서 냉각수를 분사할 수 있는 공간으로 활용된다. 상기 분사구(51)는 분사관의 내측으로부터 외측방향으로 점진적으로 넓게 형성되도록 하여 냉각수가 압력에 의해 넓은 범위로 분사되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분사관의 분사구(51)는 각 위치에서의 분사량이 일정하에 유지되도록 하기 위해 도입실과 가까워서 압력이 쎈 하측의 분사구 직경보다 상부에 위치하는 분사구의 직경을 크게 형성하여 동일한 량을 분사하도록 할 수 있다. 이때 분사구의 직경은 하측으로부터 상측으로 갈수록 점진적으로 큰 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분사관(50)의 단부 즉, 제2냉각관의 상단부에 위치하는 분사관의 단부는 폐구되도록 하여 내부압력에 의해 냉각수가 외주면에 형성된 다수의 분사구(51)로 표출되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분사관(50)은 냉각수를 반응기 내부로 유입시키는 단부에 밸브(60)를 장착하여 밸브의 조절에 의해 분사관 내부의 압력을 조절할 수 있도록 할 수 있다.
아울러 상기 분사구(51)는 동일한 수평선상에 다수개의 분사구가 형성되도록 하거나, 도 1을 참조한 바와같이 분사관을 따라 나선으로 분사구를 배치하여 동일 수평선상에 하나의 분사구만 형성되도록 할 수 있다. 이와같이 동일 수평선상에 하나의 분사구만 형성될 형태는 다수개의 분사구가 형성된 형태의 것보다 상대적으로 낮은 내압력에서도 분사가 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
한편, FT 슬러리 기포탑 반응기(20)에는 가스분사판(21)이 내설되어 내부공간을 하부 도입실(22)과 상부 반응실(23)로 구획할 수 있다. 이때 상기 냉각장치(10)는 도 1에 도시된 바와같이 가스분사판으로 구획된 하부 도입실로 제1냉각관(30)을 유입시키고, 상기 제1냉각관의 상측으로 연장 형성된 제2냉각관(40)은 가스분사판(21)을 관통하여 가스분사판으로 구획된 상부 반응실(23)에 위치하도록 하는 등 제2냉각관만 반응실에 위치하는 형태로 제공될 수 있다.
다른 예로는 도 3을 참조한 바와같이 제1냉각관(30)을 가스분사판으로 구획된 상부 반응실(23)의 하측에 배치되도록 하여 제1냉각관(30)과 제2냉각관(40) 모두 반응실에 위치되도록 한 형태이다.
상기 두 형태중 제1냉각관과 제2냉각관 모두 반응실에 위치시키는 형태의 경우 반응실의 측벽을 관통하여 제1냉각관을 삽통시킴으로써 수직방향으로 이루어지는 반응거동을 저해시키는 단점을 갖고 있으며 또한 제작 및 유지보수가 매우 까다로운 단점이 있다.
반면, 도 1의 형태인 제2냉각관(40)만 반응실(23)에 위치시키는 형태는 제1냉각관을 반응기의 하부캡(24)에 장착하고, 제1냉각관으로부터 상측으로 연장 형성된 제2냉각관(40)에 가스분사판(21)을 끼워서 설치한 다음 반응실 본체(25)에 결합하게 함으로써 장치의 제작과 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치의 작동에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 간단히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상항류 공급형 냉각장치의 작동상태를 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이, 먼저 FT 슬러리 기포탑 반응기(20)의 도입실(22)로 유입된 합성가스는 가스분사판(21)을 통해 반응실(23)로 분산 공급되도록 한다. 반응실로 공급된 합성가스는 버블링 형태로 상승되면서 반응기의 유동슬러리에 함유되어 있는 촉매와 반응이 이루어지면서 합성연료를 생성한다.
이때 합성연료 생성반응은 합성가스(CO + H2)와, 철(Fe)-촉매에 의한 발열반응임으로 반응실의 온도를 상승시킨다. 이러한 반응기(20)의 온도가 상승되면, 합성연료 생성의 바람직한 온도인 200 ~ 350℃ 정도의 범위를 벗어나게 되어 메탄가스와 이산화탄소의 발생이 증가됨으로 합성연료의 생성율이 저하된다.
따라서, FT 슬러리 기포탑 반응기 내에 설치된 냉각장치(10)를 통해 반응기 내의 온도를 일정하게 유지되게 함으로써 항시 최적의 합성연료 생성온도를 유지할 수 있도록 한 것이다.
이러한 냉각장치(10)는 분사관(50)의 밸브(60)를 개방하여 분사관 내의 압력을 일정하게 유지시키게 되며, 분사관의 내압에 의해 분사관 내부의 냉각수는 반응실(23)에 위치하는 분사관의 분사구(51)를 통해 분사가 이루어진다. 상기 분사되는 냉각수는 분사관과 냉각관 즉, 반응실에 위치하는 제2냉각관(40)의 내주면과 분사관(50)의 외주면 사이의 공간에 분사가 이루어진다.
상기와같이 분사가 이루어지면 냉각수의 표면적이 증가되며, 이 때 분사된 냉각수는 제2냉각관(40)을 통해 내부로 전달되는 열을 흡수하여 스팀으로 상변화된다. 상기 증발잠열에 의해 상변화된 스팀은 제1냉각관의 단부인 배출구(33)를 통해 배출되어 반응기 내의 반응온도조절이 이루어지는 것이다.
본 발명은, 반응기로 공급되는 냉각수가 반응기의 하부로부터 상측으로 흐르면서 분사가 이루어지고 발생된 스팀은 냉각관의 하부를 통해 배출되게 함으로써 과분사되거나, 발생된 스팀의 결집으로 생성된 냉각수를 즉시 배출하여 반응기 내부 온도 조절이 보다 정교하게 이루어질 수 있다.
또한, 가스분사판으로 구획된 반응기 내의 냉각관은 가스분사판의 하부 도입실로부터 상향으로 삽통되어 설치됨으로 반응실에서의 버블링 거동에 대한 냉각관의 영향을 최소화하였고, 냉각관의 설치 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있다.

Claims (6)

  1. 석탄 가스화기에서 생성된 합성가스를 공급받아 촉매와 반응시킬 때 발생되는 반응열의 온도를 제어할 수 있는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치에 있어서,
    FT 슬러리 기포탑 반응기(20)내의 하부에 배치되고 외부에 표출된 단부에는 배출구(33)가 형성되어 상변화된 스팀을 배출하도록 하는 제1냉각관(30)과;
    상기 제1냉각관의 상면에 수직상향으로 연결되는 다수의 제2냉각관(40)과;
    상기 제1냉각관 및 제 2냉각관의 내부에 삽입될 수 있도록 상기 제1냉각관 및 제2냉각관의 내경 보다 작은 직경을 갖고 내압이 형성되도록 단부가 폐쇄되며, 내부 냉각수를 분사하는 다수의 분사구(51)가 형성되어 분사된 냉각수가 주위열을 흡수하여 스팀으로 상변화되도록 하는 분사관(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응기(20)의 내부에는 가스분사판(21)을 내설하여 내부공간을 하부 도입실(22)과 상부 반응실(23)로 구획되도록 하고, 상기 제1냉각관(30)은 구획된 하부 도입실에 배치하여 상측으로 연장형성된 제2냉각관(40)이 가스분사판을 삽통하여 상부 반응실로 배치되도록 한 것을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응기(20)의 내부에는 가스분사판(21)을 내설하여 내부공간을 하부 도입실(22)과 상부 반응실(23)로 구획되도록 하고, 상기 제1냉각관(30)은 구획된 상부 반응실의 하부에 배치하여 제2냉각관(40)을 상향으로 배치되도록 한 것을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사관(50)은 냉각수의 압력을 조절할 수 있도록 밸브(60)가 설치되는 것을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 분사관의 분사구(51)는 냉각수가 넓은 범위로 분사될 수 있도록 내측에서 외측으로 갈수록 직경이 넓게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 분사관의 분사구(51)는 각 위치에 따라 냉각수가 일정하게 분사되도록 하부의 직경보다 상부의 직경이 넓게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 FT 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 상향류 공급형 냉각장치.
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