KR100778536B1 - 촉매 반응기의 유동 균일화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉매 반응기의 유동 균일화 장치에 관한 것으로서, 그 구성은, 촉매층이 내장되어 있는 반응부와, 상기 반응부의 일측에 마련되어 반응물질이 유입되는 유입부와, 상기 반응부의 타측에 마련되어 상기 반응물질이 상기 촉매층과 반응한 후 배출되는 배출부를 포함하는 촉매 반응기에 있어서, 상기 반응부 내에 마련되고, 상기 유입부와 상기 촉매층 사이에 배치되며, 다수의 구멍이 형성되어 있는 여러 개의 다공판을 포함하되, 상기 여러 개의 다공판은 서로 간격을 두고 장착되되, 서로 인접한 상기 다공판에 형성된 상기 구멍이 서로 겹치지 않도록 장착되어 있으며, 상기의 구성에 따르면, 촉매층 전단의 유동이 균일해지고, 반응물질의 유입방향에 무관하게 유동의 균일화가 가능하며, 촉매층의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

촉매 반응기, 다공판, 간격유지, 촉매층, 반응부, 유입부, 배출부

Description

촉매 반응기의 유동 균일화 장치{Flow distributor for catalytic reactor}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 반응기의 유동 균일화 장치를 도시한 단면도.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 다공판을 각각 도시한 평면도.

도 3a 및 도 3b는 도 1에서 다공판이 배치되는 상태를 보여주기 위하여 각각 도시한 평면도 및 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 반응기의 유동 균일화 장치를 도시한 단면도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 다공판이 있는 경우와 다공판이 없는 경우의 유동방향에 따른 출구의 유속 분포를 보여주기 위한 그래프.

도 6은 종래의 원통형 촉매 반응기를 도시한 사시도.

도 7은 도 6의 부분 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 반응부 11 : 촉매층

20 : 유입부 30 : 배출부

40 : 다공판

본 발명은 촉매 반응기의 유동 균일화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 촉매 반응기는 연소, 개질, 산화, 환원 등 원하는 화학반응을 촉진하기 위해 촉매층에 반응물질을 통과시키도록 한 것이다. 이러한 촉매 반응기의 적용분야는 대부분의 화학공정에서 다용도로 활용되고 있다.

도 6은 종래의 촉매 반응기를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 부분 단면도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 원통형 촉매 반응기는 촉매를 충진한 반응부(12)와 상하로 연통하는 유입관(10) 및 유출관(14)으로 구성되어 있다. 특히, 반응부(12)에는 촉매(16)를 공간상에 가두면서 반응물질은 통과시킬 수 있도록 하기 위해 와이어를 직조한 메쉬나 다공성 재질로 제작한 필터(18)가 상하에 각각 구비되어 있다. 따라서, 반응물질은 유입관(10)과 필터(18)를 지날 수 있고, 촉매(16)와 반응을 한 후, 다시 필터(18)를 통해 유출관(14)으로 빠져나간다.

그러나 전술한 구성의 촉매 반응기는 다음과 같은 문제가 있다.

촉매 반응기는 촉매층 전단의 유동 균일화가 중요하다. 그러나 상기 촉매 반응기는 반응물질의 유입방향에 따라 유동이 균일하지 않으며, 이렇게 유동이 불균일할 경우 국부적으로 반응이 일어나 핫 스폿(hot spot)이 발생하여 촉매층의 내구성이 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 촉매층 전단의 유동이 균일해지고, 촉매층의 내구성을 향상시킬 수 있는 촉매 반응기의 유동 균일화 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 촉매 반응기의 유동 균일화 장치는, 촉매층이 내장되어 있는 반응부와, 상기 반응부의 일측에 마련되어 반응물질이 유입되는 유입부와, 상기 반응부의 타측에 마련되어 상기 반응물질이 상기 촉매층과 반응한 후 배출되는 배출부를 포함하는 촉매 반응기에 있어서, 상기 반응부 내에 마련되고, 상기 유입부와 상기 촉매층 사이에 배치되며, 다수의 구멍이 형성되어 있는 여러 개의 다공판을 포함하되, 상기 여러 개의 다공판은 서로 간격을 두고 장착되되, 서로 인접한 상기 다공판에 형성된 상기 구멍이 서로 겹치지 않도록 장착되어 있다.

상기에 있어서, 상기 각 다공판은 서로 이격 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 구멍의 면적의 합은 상기 다공판 총 면적의 1% 내지 30%가 되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 반응기의 유동 균일화 장치를 도시한 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 다공판을 각각 도시한 평면도이며, 도 3a 및 도 3b는 도 1에서 다공판이 배치되는 상태를 보여주기 위하여 각각 도시한 평면도 및 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 촉매 반응기는 촉매층(11)이 내장되어 있는 반응부(10)와, 반응부(10)의 일측에 마련되어 반응물질이 유입되는 유입부(20)와, 반응부(10)의 타측에 마련되어 반응물질이 촉매층(11)과 반응한 후 배출되는 배출부(30)를 포함한다.

상기에서, 다수의 구멍이 형성되어 있는 여러 개의 다공판(40)이 반응부(10) 내의 유입부(20)와 촉매층(11) 사이에 배치된다. 다공판(40)에 형성된 구멍의 면적의 합은 다공판(40) 총 면적의 1% 내지 30%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

여러 개의 다공판(40)은 서로 간격을 두고 장착되되, 서로 인접한 다공판(40)에 형성된 구멍이 서로 겹치지 않도록 장착되는 것이 유선 변화효과를 크게 할 수 있다는 측면에서 바람직하다.

본 실시예에서는 두 개의 다공판(40)이 서로 간격을 두고 장착되어 있으며, 제1다공판(41)과 제2다공판(42)을 도 2a 및 도 2b에 각각 도시하였다. 도 2a 및 도 2b에 도시한 제1다공판(41)에 형성된 구멍(41a)와 제2다공판(42)에 형성된 제2구멍(42a)은 서로 겹치지 않도록 형성되어 있다.

따라서, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 제1다공판(41)과 제2다공판(42)을 반응부(10) 내에 장착하였을 때 제1다공판(41)에 형성된 제1구멍(41a)과 제2다공판(42)에 형성된 제2구멍(42a)은 상부에서 보았을 때 서로 겹치지 않도록 장착될 수 있다.

각 다공판(41,42))의 사이에는 간격유지를 위한 링(50)이 마련되어 있는 것 이 바람직하다.

상기와 같이 구성되어, 도 1에 도시한 바와 같이, 유입부(20)를 통하여 유입된 반응물질이 제1다공판(41)과 제2다공판(42)을 각각 차례로 통과하며 유동이 균일화되어 촉매층(11)을 통과한다. 반응물질은 촉매층(11)과 반응한 후 배출부(30)를 통하여 배출된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 반응기의 유동 균일화 장치를 도 4에 도시하였다. 도 4에 도시한 바와 같이, 다공판(40)은 세 개 이상으로 구성될 수 있으며, 이때 각각의 다공판(40) 사이에는 간격유지를 위한 링(50)이 장착되며, 서로 인접한 다공판(40)에 형성된 구멍이 서로 겹치지 않도록 장착된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 다공판(40)이 있는 경우와 다공판(40)이 없는 경우의 유동방향에 따른 출구의 유속 분포를 보여주기 위한 그래프를 도 5a 및 도 5b에 도시하였다.

도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 다공판(40)이 있는 경우에 다공판(40)을 통과한 반응물질의 유속의 분포가 일정함을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 촉매 반응기의 유동 균일화 장치에 의하면, 다공판에 의해 촉매층(11) 전단의 유동이 균일해지며, 이에 따라 촉매층(11)으로 유입되는 반응물질의 유동이 균일해져 촉매층(11) 전체에서 반응이 일어나므로 핫 스폿(hot spot)의 발생을 방지하여 촉매층(11)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 촉매 반응기의 유동 균일화 장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

다공판에 의해 촉매층 전단의 유동이 균일해지며, 반응물질의 유입방향에 무관하게 유동의 균일화가 가능하다.

또한, 촉매층으로 유입되는 반응물질의 유동이 균일해짐에 따라 촉매층 전체에서 반응이 일어나므로 핫 스폿(hot spot)의 발생을 방지하여 촉매층의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 차압(pressure drop)이 크지 않다.

나아가, 하니컴(honey comb)형 촉매, 구(ball)형 촉매, 펠릿(pellet)형 촉매 등 촉매의 종류와 무관하게 사용이 가능하며, 원통형, 사각형 등 반응기의 형상과 무관하게 적용이 가능하다.

Claims (3)

1. 촉매층이 내장되어 있는 반응부와, 상기 반응부의 일측에 마련되어 반응물질이 유입되는 유입부와, 상기 반응부의 타측에 마련되어 상기 반응물질이 상기 촉매층과 반응한 후 배출되는 배출부를 포함하는 촉매 반응기에 있어서,

   상기 반응부 내에 마련되고, 상기 유입부와 상기 촉매층 사이에 배치되며, 다수의 구멍이 형성되어 있는 여러 개의 다공판을 포함하되,

   상기 여러 개의 다공판은 서로 간격을 두고 이격되도록 장착되되, 서로 인접하게 배치된 상기 다공판에 형성된 상기 구멍이 서로 겹치지 않도록 장착되어 있고,

   상기 구멍의 면적의 합은 상기 다공판 총 면적의 1% 내지 30%가 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매 반응기의 유동 균일화 장치.
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