KR101211376B1 - 복합 반응이 가능한 ｆ-ｔ 기포탑 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기에 관한 것으로, 이를 위해 2개의 복합 반응영역이 형성될 수 있도록 기포탑 반응기 본체의 내부를 구획하는 제 1분산수단 및 제 2분산수단을 구비하되, 상기 제 1분산수단의 상부로는 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역이 형성되고, 제 2분산수단의 상부로는 Fe/Co-촉매 또는 Co촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역이 형성되어 단일의 기포탑 반응기 본체에서 서로 다른 반응조건을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 반응이 가능한 Ｆ-Ｔ 기포탑 반응기{FISCHER-TROPSCH BUBBLE COLUMN REACTOR FEASIBLE MULTI REACTION}
본 발명은 석탄 합성가스를 슬러리(오일, 왁스)에 함유된 촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응에 의해 합성연료를 생성하는 기포탑 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 기포탑 반응기 본체를 제 1분산수단과 제 2분산수단을 통해 구획하여 2개의 반응영역을 형성하고, 각 반응영역에서 서로 다른 반응조건을 갖도록 하여 합성연료의 수율을 최대한 높이도록 한 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기에 관한 것이다.
일반적으로, 석탄을 주원료로 가스화공정-->정제공정-->액화공정을 통해 최종적으로 왁스형태의 탄화수소를 제조하여 자동차 연료 또는 화학제품의 원료로 사용할 수 있도록 하는 것이 석탄 간접 액화 시스템이다.
여기서 가스화공정은 선탁을 수소와 일산화탄소를 주로 포함하는 합성가스(H2와 CO의 비=0.6 ~ 2)로 변환하는 공정이다.
그리고 정제공정은 가스화공정을 통해 제조된 합성가스를 집진 및 탈황(黃)하고, 각종 불순물을 제거하는 공정이다.
마지막에서 액화공정은 합성가스를 촉매 상에서 반응시켜 액상 합성연료로 변환하는 공정이다.
상기에서 액화공정을 수행하기 위해서는 F-T 기포탑 반응기로 합성가스(CO + H2)를 유입시켜 반응기 본체 내의 촉매와 반응하도록 하여 합성연료가 생성된다.
이 때 F-T 기포탑 반응기는 통상 합성가스의 조성비에 따라 사용하는 촉매의 종류가 결정되며, 반응조건도 달라져서 최종적으로 생성물의 성분이 다른 합성연료를 생성하게 된다.
F-T 기포탑 반응기에서 합성연료의 수율을 높이기 위하여 합성가스의 전환율을 높게 유지하면 촉매의 비활성화가 촉진되어 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
그러나 촉매의 수명을 고려하여 합성가스의 전환율을 60 ~ 70%로 유지하고, 미반응 가스는 회수 및 분리하여 재순화시켜 사용하면 반대로 분리 재순환 등의 공정비용이 상승하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 단일의 기포탑 반응기 본체를 제 1분산수단과 제 2분산수단을 통해 구획하여 2개의 반응영역을 형성하고, 각 반응영역에서 서로 다른 촉매와 다른 반응조건을 갖도록 하여 합성가스의 전환율을 높이고 합성연료의 수율을 최대화할 수 있도록 한 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기를 제공하는데 있다.
더 나아가 본 발명의 제 2목적은, 제 1반응영역에서의 미반응 합성가스 및 Fe-촉매와 반응으로 생성되는 가스층으로 인해 발생되는 혼합가스층을 제 2분산판의 하부에 형성하여 차압에 의해 혼합가스층으로부터 가스를 제 2반응영역으로 재분산시킬 수 있도록 한 구조의 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 제 3목적은, 촉매의 침전을 방지하고, 균일한 기포 크기를 갖는 합성가스를 공급할 수 있도록 금속재질의 판형 디스크의 표면에 단면이 삼각 형상의 돌출턱을 구비하고, 상기 각 돌출턱의 사이에는 합성가스를 배출하기 위한 다수의 배출공이 다수 형성되는 제 1분산수단 및 제 2분산수단을 갖는 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제 1발명은, 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기에 관한 것으로, 22개의 복합 반응영역이 형성될 수 있도록 기포탑 반응기 본체의 내부를 구획하는 제 1분산수단 및 제 2분산수단을 구비하되,
상기 제 1분산수단은 상기 본체와 연결된 유입관을 통해 공급되는 합성가스의 기포입자를 균일한 기포입자로 분산시켜 반응기 본체의 내부로 공급할 수 있도록 상기 반응기 본체의 바닥면에 배치되고,
상기 제 2분산수단은 제 1반응영역에서의 미반응 합성가스 및 Fe-촉매와 반응으로 생성된 가스로 인해 발생되는 혼합가스층을 하부에 형성하여 차압에 의해 혼합가스층으로부터 가스를 재분산시킬 수 있도록 상기 반응기 본체의 내부를 트레이드 형태로 구획되게 배치되며,
상기 제 1분산수단의 상부로는 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역이 형성되고, 제 2분산수단의 상부로는 Fe/Co-촉매 또는 Co촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역이 형성되어 단일의 기포탑 반응기 본체에서 서로 다른 반응조건을 갖게 구성되고,
상기 제 1분산수단 및 제 2분산수단은 금속재질의 판형 디스크로 이루어지고, 상기 디스크는 표면에 등간격을 두고 선형으로 배치되는 단면이 삼각형상의 돌출턱을 구비하며, 상기 각 돌출턱의 사이에는 합성가스를 배출하기 위한 다수의 배출공이 선형으로 다수 형성되는 것을 특징으로 한다.
제 2발명은, 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기에 관한 것으로, 2개의 복합 반응영역이 형성될 수 있도록 기포탑 반응기 본체의 내부를 구획하는 제 1분산수단 및 제 2분산수단을 구비하되,
상기 제 1분산수단은 상기 본체와 연결된 유입관을 통해 공급되는 합성가스의 기포입자를 균일한 기포입자로 분산시켜 반응기 본체의 내부로 공급할 수 있도록 상기 반응기 본체의 바닥면에 배치되고,
상기 제 2분산수단은 제 1반응영역에서의 미반응 합성가스 및 Fe-촉매와 반응으로 생성된 가스로 인해 발생되는 혼합가스층을 하부에 형성하여 차압에 의해 혼합가스층으로부터 가스를 재분산시킬 수 있도록 상기 반응기 본체의 내부를 트레이드 형태로 구획되게 배치되며,
상기 제 1분산수단의 상부로는 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역이 형성되고, 제 2분산수단의 상부로는 Fe/Co-촉매 또는 Co촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역이 형성되어 단일의 기포탑 반응기 본체에서 서로 다른 반응조건을 갖게 구성되고,
상기 제 1분산수단 및 제 2분산수단은 금속재질의 판형 디스크로 이루어지되, 상기 디스크는 표면에 등간격을 두고 미로식 동심원 형태로 배치되는 단면이 삼각 형상의 돌출턱을 구비하며, 상기 각 돌출턱의 사이에는 합성가스를 배출하기 위한 다수의 배출공이 다수 형성되는 것을 특징으로 한다.
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제 5발명은, 제 1발명 또는 제 2발명에서, 상기 제 1분산수단 및 제 2분산수단은 돌출턱을 판형 디스크의 표면에 용접결합시켜 구성되는 것이 바람직하다.
제 6발명은, 제 1발명 또는 제 2발명에서, 상기 배출공의 크기는 지름이 1.0mm ~ 3.0mm이고, 개구비는 디스크의 전체 대비 0.05 ~ 2.0% 범위를 갖는 것이 바람직하다.
제 7발명은, 제 1발명 또는 제 2발명에서, 상기 제 1분산수단을 통해 공급되는 합성가스의 조성비는 H2:35% ~ 40%, CO:40% ~ 45%, CO2:10% ~ 20%, CH4:1% ~ 5%이고, 상기 제 1반응영역의 촉매는 Fe-촉매이고, 상기 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역의 온도는 240℃ ~ 280℃ 범위인 것이 바람직하다.
제 8발명은, 제 7발명에서, 상기 제 2분산수단을 통해 공급되는 혼합가스층의 가스 조성비는 H2:40% ~ 50%, CO:20 ~ 30%, CO2:20%~ 40%, CH4:2% ~ 7%이고, 상기 제 2반응영역의 촉매는 Fe/Co-촉매 또는 Co이고, 상기 Fe/Co-촉매 또는 Co-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역의 온도는 150℃ ~ 230℃ 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기는 2개의 복합 반응영역이 형성될 수 있도록 기포탑 반응기 본체의 내부를 구획하는 제 1분산수단 및 제 2분산수단을 구비하되, 상기 제 1분산수단의 상부로는 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역이 형성되고, 제 2분산수단의 상부로는 Fe/Co-촉매 또는 Co-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역이 형성되어 단일의 기포탑 반응기 본체에서 서로 다른 반응조건을 형성할 수 있어 에너지의 효율 향상과 더불어 합성연료의 수율을 높이고, 제조설비를 간소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 촉매의 침전을 방지하고, 균일한 기포 크기를 갖는 합성가스를 제 1분산수단과 제 2분산수단을 통해 공급함으로써, 가스의 분사ㄴ을 높이고 촉매와의 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응을 활성화시켜 합성연료의 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기에서 발췌된 제 1분산수단 및 제 2분산수단의 사시도,
도 3은 도 2의 평면도,
도 4는 도 2의 측면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 석탄 합성가스를 촉매가 혼합된 슬러(오일 또는 왁스)와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응에 의해 합성연료를 생성하는 기포탑 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 기포탑 반응기 본체를 재분산수단을 통해 구획하여 2개의 반응영역을 형성하고, 각 반응영역에서 서로 다른 반응조건을 갖도록 하여 에너지효율 향상과 더불어 합성연료의 수율을 높이고, 제조설비를 간소화할 수 있는 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기(100)에 관한 것이다.
이러한 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기(100)는 반응기 본체(10)의 내부를 구획하는 제 1분산수단(20a) 및 제 2분산수단(20b)을 통해 2개의 복합 반응영역이 형성될 수 있도록 구성된다.
여기서 제 1분산수단(20a)은 상기 반응기 본체(10)와 연결된 유입관(11)을 통해 공급되는 합성가스를 균일한 기포입자로 분산시켜 반응기 본체(10)의 내부로 공급할 수 있도록 상기 반응기 본체(10)의 바닥면에 배치된다.
그리고 상기 제 2분산수단(20b)은 제 1반응영역(20a-1)에서의 미반응 합성가스 및 Fe-촉매와 반응으로 생성되는 가스로 인해 발생되는 혼합가스층(30)을 하부에 형성하여 차압에 의해 혼합가스층(30)으로부터 가스를 재분산시킬 수 있도록 상기 반응기 본체(10)의 내부를 트레이드 형태로 구획되게 배치되어 구성된다.
이러한 구조를 통해 상기 제 1분산수단(20a)의 상부로는 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역(20a-1)이 형성되고, 제 2분산수단(20b)의 상부로는 Fe/Co-촉매 또는 Co-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역(20b-1)이 형성되어 단일의 기포탑 반응기 본체(10)에서 서로 다른 반응영역이 형성되도록 하여 에너지의 효율 향상과 더불어 합성연료의 수율을 높이고, 제조설비를 간소화할 수 있도록 구성된다.
이 때 각각의 제 1반응영역(20a-1)과 제 2반응영역(20b-1)에는 해당 촉매와의 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응에 의해 생성된 합성연료는 배출시키고 촉매는 필터링하는 필터링수단(40)과, 제 1반응영역(20a-1)과 제 2반응영역(20b-1)의 온도를 제어할 수 있는 냉각파이프(13)가 더 구비될 수 있다.
이러한 상기 필터링수단(40)은 일반 스테인리스 또는 세라믹 등의 재질로 구성될 수 있으며, 기공크기가 0.1 ~ 60um 범위로 구성될 수 있으며, 가장 바람직하게는 기공 크기가 20um인 것이 바람직하다. 기공 크기가 20um의 필터링수단(40)을 사용하였을 경우, 반응기 본체(10) 내의 촉매입자는 거르고 선택적으로 액상의 합성연료만을 분리하여 배출할 수 있다.
한편 상기 기포탑 반응기 본체(10)의 상부에는 피셔-트롭쉬 반응에 의해 생성된 가스(메탄, 프로판, 펜탄 등)나, 미반응된 합성가스를 배출하는 유출관(12)이 연결되며, 전술된 유입관에는 합성가스의 유속 조절할 수 있는 유량제어부(50)와, 기체의 유속을 실시간으로 확인할 수 있는 유량계(60)가 구비될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기의 복합 반응에 관하여 도 1을 참조하여 간단히 설명하기로 한다.
본 발명의 각 반응영역의 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응식은
Figure 112010063254117-pat00001
으로 정의된다.
상기 제 1분산수단(20a)을 통해 공급되는 합성가스의 조성비는 H2:35% ~ 40%, CO:40% ~ 45%, CO2:10% ~ 20%, CH4:1% ~ 5%이다.
이러한 합성가스는 유량제어부(50)와 유량계(60)를 거쳐 유입관(11)을 통해 기포탑 반응기 본체(10)의 하부로 공급되어 최종적으로 제 1분산수단(20a)을 거쳐 합성가스를 균일한 기포크기로 변환시켜 제 1반응영역(20a-1)으로 공급된다.
이 때 제 1반응영역(20a-1)의 촉매는 Fe-촉매로 이루어지며, 제 1반응영역(20a-1)의 온도는 냉각파이프(13)를 조절하여 240℃ ~ 280℃ 범위로 조성된다. 여기서 제 1반응영역의 온도가 낮게 유지되면 합성가스의 전환율이 떨어지고, 온도를 높게 유지하면 메탄 등의 가스 생성물의 발생이 증가되어 합성연료의 선택도를 저하시키기 때문에 바람직하지 않다.
그리고 제 1반응영역(20a-1)에서 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬 반응식으로 합성연료(C20 ~ C50)를 생성하게 되고, 생성된 합성연료는 필터링수단(40)에 의해 획득된다.
한편 제 2분산수단(20b)의 하부에는 제 1반응영역(20a-1)에서 미반응 합성가스 및 Fe-촉매와 반응으로 생성되는 가스로 인해 발생되는 혼합가스층(30)이 발생되는데, 이는 후술되는 제 2분산수단(20b)의 개구비가 디스크 전체 대비 0.05 ~ 2.0% 범위이기 때문이다.
이러한 혼합가스층(30)의 가스는 제 1반응영역(20a-1)과 제 2반응영역(20b-1)의 차압에 의해 제 2분산수단(20b)을 통해 제 2반응영역(20b-1)으로 공급된다.
이 때 제 2반응영역(20b-1)에 공급되는 합성가스의 조성비는 H2:40% ~ 50%, CO:20 ~ 30%, CO2:20%~ 40%, CH4:2% ~ 7%이다. 여기서 제 2반응영역(20b-1)의 합성가스 조성비가 요구되지 못할 경우, 별도로 합성가스를 주입시켜 합성가스 조성비를 맞출 수 있음은 물론이다.
아울러 상기 제 2반응영역(20b-1)의 촉매는 Fe/Co-촉매 또는 Co-촉매로 이루어지며, 제 2반응영역(20b-1)의 온도는 냉각파이프(13)를 조절하여 150℃ ~ 230℃ 범위로 조성된다.
그리고 제 2반응영역(20b-1)에서 Fe/Co-촉매 또는 Co-촉매와 피셔-트롭쉬 반응으로 필터링수단(40)에 의해 획득되는 합성연료는 제 1반응영역(20a-1)에서 생성된 연료 보다 탄소수가 적은 C10 ~ C30이다.
상기에서 각 반응영역(20a-1,20b-1)의 온도는 상술된 바와 같이 한정되는 것이 아니라 촉매의 종류 또는 합성연료의 조성비에 따라 달리 될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기에서 발췌된 실시예의 제 1분산수단 및 제 2분산수단의 사시도이고, 도 3은 도 2의 평면도이고, 도 4는 도 2의 측면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1분산수단(20a) 및 제 2분산수단(20b)은 동일한 형태로 구성되며, 금속재질의 판형 디스크(21)로 이루어지되, 상기 디스크(21)는 표면에 등간격을 두고 선형으로 배치되는 단면이 삼각형상의 돌출턱(23)을 구비하며, 상기 각 돌출턱(23)의 사이에는 합성가스를 배출하기 위한 다수의 배출공(22)이 선형으로 다수 형성되는 구조이다.
여기서 제 1분산수단(20a) 및 제 2분산수단의 재질은 알루미늄합금 또는 스테인레스 재질로 이루어질 수 있다.
또한 제 1분산수단(20a)은 및 제 2분산수단(20b)은 판금 가공하여 일면에 돌출턱(23)이 돌출되도록 구성될 수 있으며, 디스크(21)의 표면에 별도의 돌출턱(23)을 부재로 하여 판형 디스크(21)의 일면에 용접가공하여 제작할 수 있다.(도 2에서는 별도의 돌출턱을 부재로 하여 용접결합한 것을 도시함)
아울러 각 반응영역(20a-1,20b-1)의 촉매는 비중이 높아 하부로 침전되는데, 그러면 상기 촉매와 합성가스와의 반응이 저하된다.
이를 방지하기 위해 상기 제 1분산수단(20a) 및 제 2분산수단(20b)은 합성가스를 공급할 때 촉매가 디스크(21)의 표면에 침전되는 것을 방지하고, 합성가스와 함께 각 반응영역(20a-1,20b-1)으로 공급될 수 있도록 돌출턱(23)을 구비한 구조이다.
이러한 돌출턱(23)은 촉매입자를 배출공(22)으로 유도하여 배출공(22)을 통해 공급되는 합성가스와 함께 각 반응영역(20a-1,20b-1) 전체에 걸쳐 촉매가 균일하게 분포될 수 있도록 한다.
한편 상기 제 1분산수단(20a) 및 제 2분산수단(20b)의 배출공(22) 크기는 지름이 1.0mm ~ 3.0mm이고, 개구비는 디스크(21)의 전체 대비 0.05 ~ 2.0% 범위인 것이 바람직하며, 배출공의 갯수는 유속에 따른 설계에 의해 변경될 수 있다.
여기서 배출공(22)의 지름이 1.0mm 이하일 경우에는 분산수단 전/후에 걸리는 차압이 너무 커져서 반응기 본체의 압력이 낮아지고 기포의 크기가 너무 커지기 때문에 바람직하지 않고, 배출공(22)이 3.0mm 이상일 경우에는 분산수단 전/후에 걸리는 차압이 작아져서 기포입자가 너무 작아지기 때문에 바람직하지 않다.
또한 상기 개구비가 0.05%이하일 경우에는, 배출공(22)에서 가스의 배출 유속이 너무 크게 되어 반응기 본체(10) 내의 슬러리에 포함된 촉매 입자의 깨짐을 유발할 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 개구비가 2.0% 이상이면, 반응기 본체(10) 내의 슬러리에 포함된 촉매 및 반응에 의해 생성된 합성연료가 연류할 가능성이 있어 배출공(22)이 막힘 현상이 발생하고, 반응기 본체(10)의 내부로 합성가스의 고른 분사가 어렵게 되어 촉매의 유동이 잘 이루어 지지 않기 때문에 개구비를 0.05 ~ 2.0% 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 2는 본 발명의 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기에서 발췌된 다른 실시예의 제 1분산수단 및 제 2분산수단의 사시도이다.
도 5와 도시된 바와 같이, 제 1분산수단(20a) 및 제 2분산수단(20b)은 동일 형태로 구성되며, 금속재질의 판형 디스크(21)로 이루어지되, 상기 디스크(21)는 표면에 등간격을 두고 미로식 동심원 형태로 배치되는 단면이 삼각 형상의 돌출턱(23)을 구비하며, 상기 각 돌출턱(23)의 사이에는 합성가스를 배출하기 위한 다수의 배출공(22)이 다수 형성되게 구성할 수 있다.
이러한 구조의 제 1분산수단 및 제 2분산수단의 형태는 도 2 내지 도 4에서 설명하였기에 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서와 본 발명에 따른 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기는 제 1분산수단과, 제 2분산수단을 적용하였지만, 제 3분산수단을 더 구비하여, 제 3분산수단의 상부로는 유입되는 가스의 조성에 따라 적합한 Fe/Co-촉매 또는 Co-촉매로 피셔-트롭쉬 반응하는 제 3반응영역을 형성할 수 있음은 물론이다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.
10: 반응기 본체 11: 유입관
12: 유출관
13: 냉각파이프
20a: 제 1분산수단 21: 디스크
22: 배출공
23: 돌출턱
20a-1: 제 1반응영역
20b: 제 2분산수단 20b-1: 제 2반응영역
30: 혼합가스층
40: 필터링수단
50: 유량제어부
60: 유량계
100: 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기

Claims (8)

  1. 석탄 합성가스를 슬러리에 함유된 촉매와 반응시켜 합성연료를 생성하는 F-T 기포탑 반응기 있어서,
    2개의 복합 반응영역이 형성될 수 있도록 기포탑 반응기 본체의 내부를 구획하는 제 1분산수단 및 제 2분산수단을 구비하되,
    상기 제 1분산수단은 상기 본체와 연결된 유입관을 통해 공급되는 합성가스의 기포입자를 균일한 기포입자로 분산시켜 반응기 본체의 내부로 공급할 수 있도록 상기 반응기 본체의 바닥면에 배치되고,
    상기 제 2분산수단은 제 1반응영역에서의 미반응 합성가스 및 Fe-촉매와 반응으로 생성된 가스로 인해 발생되는 혼합가스층을 하부에 형성하여 차압에 의해 혼합가스층으로부터 가스를 재분산시킬 수 있도록 상기 반응기 본체의 내부를 트레이드 형태로 구획되게 배치되며,
    상기 제 1분산수단의 상부로는 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역이 형성되고, 제 2분산수단의 상부로는 Fe/Co-촉매 또는 Co촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역이 형성되어 단일의 기포탑 반응기 본체에서 서로 다른 반응조건을 갖게 구성되고,
    상기 제 1분산수단 및 제 2분산수단은 금속재질의 판형 디스크로 이루어지고, 상기 디스크는 표면에 등간격을 두고 선형으로 배치되는 단면이 삼각형상의 돌출턱을 구비하며, 상기 각 돌출턱의 사이에는 합성가스를 배출하기 위한 다수의 배출공이 선형으로 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기.
  2. 석탄 합성가스를 슬러리에 함유된 촉매와 반응시켜 합성연료를 생성하는 F-T 기포탑 반응기 있어서,
    2개의 복합 반응영역이 형성될 수 있도록 기포탑 반응기 본체의 내부를 구획하는 제 1분산수단 및 제 2분산수단을 구비하되,
    상기 제 1분산수단은 상기 본체와 연결된 유입관을 통해 공급되는 합성가스의 기포입자를 균일한 기포입자로 분산시켜 반응기 본체의 내부로 공급할 수 있도록 상기 반응기 본체의 바닥면에 배치되고,
    상기 제 2분산수단은 제 1반응영역에서의 미반응 합성가스 및 Fe-촉매와 반응으로 생성된 가스로 인해 발생되는 혼합가스층을 하부에 형성하여 차압에 의해 혼합가스층으로부터 가스를 재분산시킬 수 있도록 상기 반응기 본체의 내부를 트레이드 형태로 구획되게 배치되며,
    상기 제 1분산수단의 상부로는 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역이 형성되고, 제 2분산수단의 상부로는 Fe/Co-촉매 또는 Co촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역이 형성되어 단일의 기포탑 반응기 본체에서 서로 다른 반응조건을 갖게 구성되고,
    상기 제 1분산수단 및 제 2분산수단은 금속재질의 판형 디스크로 이루어지되, 상기 디스크는 표면에 등간격을 두고 미로식 동심원 형태로 배치되는 단면이 삼각 형상의 돌출턱을 구비하며, 상기 각 돌출턱의 사이에는 합성가스를 배출하기 위한 다수의 배출공이 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1분산수단 및 제 2분산수단은 돌출턱을 판형 디스크의 표면에 용접결합시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 배출공의 크기는 지름이 1.0mm ~ 3.0mm이고, 개구비는 디스크의 전체 대비 0.05 ~ 2.0% 범위인 것을 특징으로 하는 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1분산수단을 통해 공급되는 합성가스의 조성비는 H2:35% ~ 40%, CO:40% ~ 45%, CO2:10% ~ 20%, CH4:1% ~ 5%이고,
    상기 제 1반응영역의 촉매는 Fe-촉매이고,
    상기 Fe-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 1반응영역의 온도는 240℃ ~ 280℃ 범위인 것을 특징으로 하는 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2분산수단을 통해 공급되는 혼합가스의 가스 조성비는 H2:40% ~ 50%, CO:20 ~ 30%, CO2:20%~ 40%, CH4:2% ~ 7%이고,
    상기 제 2반응영역의 촉매는 Fe/Co-촉매 또는 Co-촉매이고,
    상기 Fe/Co-촉매 또는 Co-촉매와 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응하는 제 2반응영역의 온도는 150℃ ~ 230℃범위인 것을 특징으로 하는 복합 반응이 가능한 F-T 기포탑 반응기.
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