KR102649737B1 - 입자 분리 기능을 가진 가솔린 프렉셔네이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투입구를 통해 본체부 내의 수용공간으로 공급되는 처리대상 기체를 일방향으로 회전시켜줌으로써 처리대상 기체에 포함된 코크스(Coke) 입자를 원활하게 분리 배출해줄 수 있도록 한 입자 분리 기능을 가진 가솔린 프렉셔네이터에 관한 것이다.

Description

입자 분리 기능을 가진 가솔린 프렉셔네이터{GASOLINE FRACTIONATOR WITH PARTICLE SEPARATION FUNCTION}

본 발명은 가솔린 프렉셔네이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 처리대상 기체에 포함된 코크스(Coke) 입자를 원활하게 분리 배출해줄 수 있는 입자 분리 기능을 가진 가솔린 프렉셔네이터에 관한 것이다.

일반적으로, 가솔린 프렉셔네이터(Gasoline fractionator)는 분해로에서 납사를 분해한 이후 나오는 기체의 열을 회수하고 중질 연료유와 가스오일을 회수해주는 역할을 한다. 참고로, 상기 납사는 원유 증류 시 30 ~ 200℃ 온도 구간에서 증류되어 증류탑 밖으로 나오는 유분을 말한다.

상기 분해로에서 납사를 분해하여 에틸렌을 생산하는 과정에서 부산물로 코크스(Coke) 입자가 생성된다. 기존에는 상기 코크스 입자를 가솔린 프렉셔네이터(Gasoline fractionator)와 습식 사이클론(Hydro cyclone)을 사용하여 포집 및 분리하였다.

그러나 상기와 같이 기체에 포함된 코크스 입자를 분리하기 위해 별도의 습식 사이클론 장치를 구비해야 함에 따라 장치의 구조가 복잡해질 수 있고, 이를 구성하는데 비용이 소요될 수 있으며, 유지보수가 번거로울 수 있다.

이에 따라 최근에는 가솔린 프렉셔네이터 내에 공급되는 기체에 포함된 코크스 입자를 분리할 수 있도록 배플(Baffle) 등과 같은 별도의 구조물을 추가하기도 하였다.

그러나 종래의 가솔린 프렉셔네이터 내에 설치된 배플은 내부 양측에 서로 대향되게 구비된 투입구를 통해 내부로 공급되는 기체 상태의 유체(이하, 처리대상 기체라 함)를 배플의 양측 내부 벽면을 따라 유도해줄 수 있도록 설치된 것으로, 이러한 종래의 배플 구조는 유체 내 코크스 입자를 분리해주는 성능이 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.

즉 상기 두 개의 투입구를 통해 본체 내에 공급되는 처리대상 기체는 상기 배플에 의해 내부 벽면을 따라 양방향으로 나누어지면서 본체 내에 승·하강 유동을 형성해주게 된다. 양방향으로 나누어진 유동은 구조상 본체 내벽면을 따라 이동하면서 중간 지점에서 서로 만나게 된다.

이때 코크스 입자를 포함한 두 상승 유동이 상기 내부 벽면의 중간 지점에서 서로 만나는 순간 두 상승 유동은 상측으로 빠르게 이동하게 되고, 처리대상 기체 내 포함된 코크스 입자가 분리되지 못하고 상승 유동과 함께 상측으로 빠져나가는 경우가 발생할 수 있다. 이에 따라 처리대상 기체에 포함된 코크스 입자를 분리해주는 성능이 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0107153호(공개일: 2009.10.13)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 투입구를 통해 본체부 내의 수용공간으로 공급되는 처리대상 기체를 일방향으로 회전시켜줌으로써 처리대상 기체에 포함된 코크스(Coke) 입자를 원활하게 분리 배출해줄 수 있도록 한 입자 분리 기능을 가진 가솔린 프렉셔네이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 입자 분리 기능을 가진 가솔린 프렉셔네이터는, 내부에 수용공간이 마련된 중공 형상으로 형성되며, 투입구와 배출구가 구비되는 본체하우징; 및 상기 본체하우징 내주면의 상기 투입구 위치에 대응되게 설치되어, 상기 투입구를 통해 상기 수용공간 내부로 공급되는 처리대상 기체를 상기 수용공간의 중심축선을 기준으로 일방향으로 유도하여 상기 수용공간의 내주면을 따라 선회 유동을 발생시켜주는 배플부재;를 포함하여, 상기 선회 유동하는 처리대상 기체에 포함된 고체상 입자가 상기 배출구를 통해 분리 배출될 수 있도록 할 수 있다.

이 경우 상기 투입구는 상기 본체하우징의 상부 외둘레에 상기 중심축선을 기준으로 복수 개가 일정각도 이격되게 구비되고, 상기 배출구는 상기 본체하우징의 하부에 구비되어, 상기 처리대상 기체에 포함된 고체상 입자가 원심력에 의해 수용공간의 내주면을 따라 선회됨과 아울러, 상기 처리대상 기체와의 밀도차이에 의해 하측으로 이동한 후 상기 배출구를 통해 분리 배출되도록 할 수 있다.

또한 상기 투입구는, 상기 중심축선을 중심으로 두 개가 서로 대향하여 대칭으로 배치되는 적어도 하나의 쌍으로 이루어질 수 있다.

또한 상기 본체하우징은, 수평단면이 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.

또한 상기 배플부재는, 상기 투입구를 통해 공급되는 처리대상 기체를 일방향으로 선회 유동시킬 수 있도록 적어도 일측이 개구될 수 있다.

또한 상기 배플부재는, 상기 처리대상 기체를 일방향으로 공급해줄 수 있도록 하측이 개구될 수 있다.

또한 상기 수용공간의 내부에는, 상기 투입구와 배출구 사이의 공간에 구획 설치되어 상기 처리대상 기체에 포함된 소정 크기 이상의 입자를 걸러주는 메쉬 형태의 그레이팅부재;를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 고체상 입자가 분리 배출되고 난 후의 처리대상 기체는, 상기 본체하우징의 상측으로 이동한 후 후속 공정을 거치게 될 수 있다.

이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 투입구를 통해 수용공간으로 공급되는 처리대상 기체를 배플부재를 통해 일방향으로 유도하여 선회 유동을 발생시켜줌으로써, 공급되는 처리대상 기체가 수용공간 내에서 서로 부딪치지 않고 수용공간의 내벽면을 따라 원활하게 이동할 수 있게 된다.

이에 따라 처리대상 기체에 포함된 고체상 코크스 입자가 원심력에 의해 수용공간의 내주면을 따라 선회되면서 상기 처리대상 기체와의 밀도차이에 의해 하측으로 점차 이동한 후 배출구를 통해 원활하게 분리 배출해줄 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가솔린 프렉셔네이터의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 가솔린 프렉셔네이터의 측단면도,
도 3은 도 2의 I-I'선 단면도 및 공급되는 처리대상 기체의 흐름을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 배플부재의 구조를 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투입구가 구비된 가솔린 프렉셔네이터를 보여주는 평단면도,
도 6은 본 발명에 따른 가솔린 프렉셔네이터의 작동상태를 보여주는 측단면도,
도 7은 본 발명의 가솔린 프렉셔네이터와 종래의 가솔린 프렉셔네이터의 성능을 비교해주는 비교표이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 가솔린 프렉셔네이터의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가솔린 프렉셔네이터의 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-I'선 단면도 및 공급되는 처리대상 기체의 흐름을 보여주는 측면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가솔린 프렉셔네이터(1)는, 본체하우징(110), 배플부재(120)를 포함할 수 있다.

이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 참고로, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 도면상에서 가솔린 프렉셔네이터(1)의 하부만을 도시하고 설명하기로 한다.

먼저, 본체하우징(110)은 가솔린 프렉셔네이터(1)의 주된 몸체를 구성하는 것으로, 내부에 수용공간(S)이 마련된 중공 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 본체하우징(110)의 상부 외둘레에는 투입구(111)가 구비되고, 본체하우징(110)의 하부에는 배출구(113)가 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 본체하우징(110)은 수평단면이 원형 또는 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 바람직하게 상기 본체하우징(110)은 후술할 배플부재(120)를 통해 수용공간(S)의 수직 중심축선상을 기준으로 수용공간(S)의 외둘레에 선회 유동이 발생할 수 있도록 단면이 원형으로 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에서는 상기 본체하우징(110)의 수평단면이 원형으로 형성된 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하기로 한다. 물론 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 상기 배출구(113)가 구비되는 상기 본체하우징(110)의 하부(110a)는 내부 직경이 점차 작아지는 반타원형상으로 형성될 수 있다.

또한 상기 투입구(111)는 본체하우징(110)의 상부 외둘레에 중심축선을 기준으로 복수 개가 이격되게 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 투입구(111)는 수용공간(S)의 중심축선을 중심으로 두 개가 서로 대향하여 대칭으로 배치되는 적어도 하나의 쌍으로 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 상기 투입구(111)가 하나의 쌍으로 서로 대향되게 배치된 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하기로 한다. 물론 이에 한정되는 것은 아니다.

배플부재(120)는 본체하우징(110) 내주면의 상기 투입구(111) 위치에 대응되게 각각 설치되는 것으로, 이러한 배플부재(120)는 상기 투입구(111)를 통해 수용공간(S) 내부로 공급되는 처리대상 기체(A)를 중심축선을 기준으로 일방향으로 유도하여 선회 유동을 발생시켜주는 역할을 한다.

도 3을 참조하면, 상기 배플부재(120)를 통해 일방향으로 유도되는 처리대상 기체는 본체하우징(110)의 내주면을 따라 선회 유동하게 된다. 이때, 상기 처리대상 기체에 포함된 고체상 입자(P)는 원심력에 의해 수용공간(S)의 내주면을 따라 선회하게 됨과 아울러, 상기 처리대상 기체와의 밀도차이에 의해 하측으로 점차 이동한 후 배출구(113)를 통해 외부로 분리배출될 수 있다(사이클론(Cyclone)의 입자 분리 원리).

즉 상기 선회 유동하는 처리대상 기체는 고체상 입자(P)와 기체가 함께 원심력을 받게 되는데, 이때 상기 고체상 입자(P)가 기체에 비해 원심력의 영향을 더 받게 된다. 이에 따라 상기 고체상 입자(P)가 수용공간(S)의 내주면에 밀착하게 되고, 이렇게 밀착된 상태로 수용공간(S) 내에서 하향 선회하면서 상기 배출구(113) 측으로 원활하게 이동 및 배출될 수 있다.

이 경우 상기 배플부재(120)는 투입구(111)를 통해 공급되는 처리대상 기체를 중심축선을 기준으로 일방향으로 선회 유동시킬 수 있도록 적어도 일측(121)이 개구되는 형상일 수 있다.

아울러 상기 배플부재(120)는 처리대상 기체를 일방향으로 공급해줄 수 있도록 상기 일측(121)과 함께 하측(123)이 개구될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 배플부재(120)의 몸체는 투입구(111)와 연통되게 설치되는 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 투입구(111)를 통해 공급되는 처리대상 기체가 일방향으로 유도되어 선회 유동을 형성할 수 있도록 일측(121)과 하측(123)이 개구된 형태로 구성될 수 있다.

이 경우 상기 투입구(111)와 마주보게 배치되어 투입구(111)를 통해 공급되는 처리대상 기체와 직접 맞닿게 되는 배플부재(120)의 격벽(125)은, 상기 처리대상 기체(A)를 일방향으로 원활하게 유도해줄 수 있도록 일측(121) 방향의 선단이 본체하우징(110)의 내주면을 향하도록 소정각도 경사진 평면으로 형성될 수 있다.

아울러 상기 배플부재(120)의 격벽(125)은 선회 유동되는 처리대상 기체(A)의 유도방향을 조절해줄 수 있도록 액추에이터(미도시)를 매개로 각도가 조절될 수 있다. 액추에이터를 매개로 상기 격벽(125)의 각도를 조절해주는 구성은 공지된 기술을 이용하여 다양한 방식으로 구성할 수 있음에 따라, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다른 실시예로, 도 5를 참조하면, 상기 투입구(111)는 배플부재(120)에 의해 일방향으로 선회 유동되는 방향, 즉 수용공간(S)의 중심축선과 수직한 평면 내에서 상기 중심축선을 지나는 직선과 소정각도(θ)를 이루도록 설치되어 처리대상 기체를 공급해줄 수 있다. 따라서 투입구(111)를 통한 처리대상 기체 공급 시 배플부재(120)와 함께 수용공간(S) 내에 선회 유동을 효율적으로 발생시켜줄 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 수용공간(S)의 내부에는 투입구(111)와 배출구(113) 사이의 공간에 구획 설치되어 상기 처리대상 기체에 포함된 소정 크기 이상의 입자를 걸러주는 메쉬(Mesh) 형태의 그레이팅부재(130)가 구비될 수 있다.

즉 상기 그레이팅부재(130)는 소정크기의 이하의 입자(P1)만을 통과시켜 배출구(113)를 통해 외부로 배출시키고, 소정크기 이상의 입자(P2)는 걸러주게 된다.

이처럼 상기 그레이팅부재(130)를 통해 소정크기 이상의 입자를 걸러줌으로써 배출구(113)가 막히게 되는 것을 방지해줄 수 있다. 아울러 상기 걸러진 입자(P2)는 주기적인 유지보수 시 수거될 수 있으며, 수거된 입자(P2)는 소정의 용도로 사용될 수 있다.

이 경우 상기 그레이팅부재(130)의 하측 공간(S1)에는 액체(L), 일례로 퀸치 오일(Quench Oil)이 소정 수위 충전된 상태로 구성될 수 있다.

즉 상기 배플부재(120)를 통한 선회 유동에 의해 점차 하측으로 이동하는 고체상 입자(P1)는 액체(L)에 혼합된 후 배출구(113)를 통해 액체(L)와 함께 배출되고, 상기 고체상 입자(P)와 함께 하측으로 이동하게 되는 처리대상 기체(A) 중 일부는 상기 하측 공간(S1)에 충진된 액체(L)에 의해 배출구(113)를 통해 배출되는 것을 원천적으로 방지해줄 수 있게 된다.

다시 말해, 상기 배출구(113)를 통해서는 분리된 고체상 입자(P1) 만이 배출될 수 있고, 상기 고체상 입자(P)가 분리된 처리대상 기체(A)는 본체하우징(110)의 상측으로 이동하게 된다.

그러면, 이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 입자 분리 기능을 가진 가솔린 프렉셔네이터(1)의 작동원리에 대하여 다시 도 3 및 도 6을 참조하여 설명해보기로 한다.

먼저, 투입구(111)를 통해 본체하우징(110) 내의 수용공간(S)으로 공급되는 처리대상 기체는 상기 수용공간(S)의 내부에 대향되게 설치된 한 쌍의 배플부재(120)에 의해 일방향으로 유도되고, 이에 따라 수용공간(S) 내에 선회 유동을 발생시켜주게 된다(도 3 참조).

상기 한 쌍의 배플부재(120)에 의해 일방향으로 제각기 유도되는 처리대상 기체는 서로 부딪치지 않고 수용공간(S)의 내벽면을 따라 선회 유동을 발생시켜주게 된다.

이 경우 상기 선회 유동되는 처리대상 기체는 상승하지 않고 벽면을 따라 회전하려는 경향을 가지게 된다. 이에 따라 처리대상 기체에 포함된 고체상 입자(P)는 원심력에 의해 수용공간(S)의 내주면을 따라 선회하게 되고, 결국 상기 처리대상 기체(A)와의 밀도차이에 의해 하측으로 점차 이동한 후 배출구(113)를 통해 분리 배출될 수 있다(도 6 참조).

한편, 상기와 같은 과정을 거치며 고체상 입자(P)가 분리되고 난 후의 처리대상 기체(A)는, 본체하우징(110)의 상측으로 이동한 후 소정의 후속 공정을 거치면서 소정의 제품으로 제조될 수 있다.

도 7은 본 발명의 가솔린 프렉셔네이터와 종래의 가솔린 프렉셔네이터의 성능을 비교해주는 비교표이다.

도 7을 참조하면, 종래의 가솔린 프렉셔네이터와 본 발명의 가솔린 프렉셔네이터(1)를 가지고 동일한 조건에서 해당 공정을 수행해보았다.

그 결과 본 발명에 따른 가솔린 프렉셔네이터(1)를 이용하여 처리대상 기체(A)에 포함된 고체상 입자(P)를 분리한 경우가 종래의 가솔린 프렉셔네이터를 이용한 경우에 비해 분리효율이 향상된 것을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

1: 가솔린 프렉셔네이터
P : 고체상 입자 S : 수용공간
S1 : 하측공간 L : 액체
110 : 본체하우징 111 : 투입구
113 : 배출구 120 : 배플부재
121 : 일측 123 : 하측
125 : 격벽 130 : 그레이팅부재

Claims (8)

1. 내부에 수용공간이 마련된 중공 형상으로 형성되며, 투입구와 배출구가 구비되는 본체하우징; 및
   상기 본체하우징 내주면의 상기 투입구 위치에 대응되게 설치되어, 상기 투입구를 통해 상기 수용공간 내부로 공급되는 처리대상 기체를 상기 수용공간의 중심축선을 기준으로 일방향으로 유도하여 상기 수용공간의 내주면을 따라 선회 유동을 발생시켜주는 배플부재;를 포함하되,
   상기 배플부재는,
   상기 투입구를 통해 공급되는 처리대상 기체를 일방향으로 공급하여 선회 유동시킬 수 있도록 적어도 일측과 하측이 개구되며,
   상기 투입구와 마주보도록 배치되어 상기 투입구를 통해 공급되는 처리대상 기체와 직접 맞닿게 되는 상기 배플부재의 격벽은, 상기 일측 방향의 선단이 상기 본체하우징의 내주면을 향하도록 소정각도 경사진 평면으로 형성된 것을 포함하여,
   상기 선회 유동하는 처리대상 기체에 포함된 고체상 입자가 상기 배출구를 통해 분리 배출될 수 있도록 한 것인 가솔린 프렉셔네이터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 투입구는 상기 본체하우징의 상부 외둘레에 상기 중심축선을 기준으로 복수 개가 일정각도 이격되게 구비되고, 상기 배출구는 상기 본체하우징의 하부에 구비되어,
   상기 처리대상 기체에 포함된 고체상 입자가 원심력에 의해 수용공간의 내주면을 따라 선회됨과 아울러, 상기 처리대상 기체와의 밀도차이에 의해 하측으로 이동한 후 상기 배출구를 통해 분리 배출되도록 한 것인 가솔린 프렉셔네이터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 투입구는,
   상기 중심축선을 중심으로 두 개가 서로 대향하여 대칭으로 배치되는 적어도 하나의 쌍으로 이루어지는 것인 가솔린 프렉셔네이터.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 본체하우징은,
   수평단면이 원형 또는 다각형으로 형성되는 것인 가솔린 프렉셔네이터.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 수용공간의 내부에는,
   상기 투입구와 배출구 사이의 공간에 구획 설치되어 상기 처리대상 기체에 포함된 소정 크기 이상의 입자를 걸러주는 메쉬 형태의 그레이팅부재;를 더 포함하는 가솔린 프렉셔네이터.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 고체상 입자가 분리 배출되고 난 후의 처리대상 기체는,
   상기 본체하우징의 상측으로 이동한 후 후속 공정을 거치게 되는 것인 가솔린 프렉셔네이터.

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