KR101895474B1 - 고체 입자 체류시간 증가를 위한 유동 제어를 통한 순환 유동층 반응기 및 반응 방법 - Google Patents

고체 입자 체류시간 증가를 위한 유동 제어를 통한 순환 유동층 반응기 및 반응 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기는 반응기체가 상승되며, 상기 반응기체와 고체입자의 반응이 일어나는 주반응부, 상기 주반응부와 연결되어 형성되며, 상기 반응기체와 상기 고체입자의 분리가 일어나는 분리부 및 상기 고체입자가 하강되며, 다시 주반응부로 유입되도록 하는 하강부를 포함하되, 상기 주반응부는 복수개의 확장부를 포함하며, 상기 확장부 내에서 고체입자의 순환이 증가하여 고체입자의 체류시간이 증가되는 것을 특징으로 한다.

Description

고체 입자 체류시간 증가를 위한 유동 제어를 통한 순환 유동층 반응기 및 반응 방법{A circulating fluidized bed reactor and reaction method for increasing the residence time of solid particles}
본 발명은 고체 입자 체류시간 증가를 위한 유동 제어를 통한 순환 유동층 반응기 및 이를 이용한 반응 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 순환 유동층 반응기의 주반응부가 확장부 및 칸막이부를 포함하여, 주반응부 내에서 고체입자의 체류시간을 증가시켜 반응기체와 고체입자의 화학반응의 효율을 상승시킬 수 있는 순환 유동층 반응기 및 이를 이용한 반응 방법에 관한 것이다.
유동층 반응기는 다양한 다중상(multiphase) 화학 반응을 수행하도록 이용될 수 있는 반응기 장치이다. 유동층 반응기에서는 유체(기체 또는 액체)가 미립자 상태의 고체 물질과 반응하게 되는데, 통상적으로 상기 고체 물질은 작은 구(sphere)의 형상을 가지는 촉매이고, 유체는 고체 물질을 부유시키기에 충분한 속도로 유동함으로써 고체 물질이 유체와 유사하게 거동하게 된다.
일반적으로 전형적인 유동층 반응기는 원형층이나 사각층의 내부에 열 매체로 층 물질(모래, 알루미나)을 채우고, 이들을 유동층 내로 공급되는 공기 또는 다른 반응가스로 유동화시키면서 반응기 내로 공급되는 석탄, 폐기물 및 고체연료 등과 반응시킨다.
이러한 유동층 반응기는 유동화되는 층 물질이 유체와 같은 특성을 가지기 때문에 반응기 내부에서 혼합특성이 우수하여 반응기 내 온도가 균일하여 반응효율을 증가시키며, 유동층 내에서 열전달 특성이 좋고, 비교적 다양한 연료를 처리할 수 있다는 특징이 있다.
이런 특징으로 유동층 반응기는 발전용 보일러의 연소로나 석탄 가스화 반응의 반응기로 많이 사용되어 왔으며, 최근에는 건식 흡수제를 사용하는 이산화탄소 포집 공정에서도 사용되고 있다.
그러나 전형적인 유동층 반응기는 주반응부내에서의 고체물질의 체류시간이 짧아 미반응 고체물질이 주반응부 밖으로 비말동반되어 손실되며, 주반응부 내에서 고체물질과 유체의 반응 효율이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기는 주반응부가 확장부 및 칸막이부를 포함하여, 주반응부 내에서 고체입자의 체류시간을 증가시켜 반응기체와 고체입자의 화학반응의 효율을 상승시킬 수 있도록 하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기는 반응기체가 상승되며, 상기 반응기체와 고체입자의 반응이 일어나는 주반응부; 상기 주반응부와 연결되어 형성되며, 상기 반응기체와 상기 고체입자의 분리가 일어나는 분리부; 및 상기 고체입자가 하강되며, 다시 주반응부로 유입되도록 하는 하강부;를 포함하는 순환 유동층 반응기에 있어서, 반응기체가 유입되는 방향을 향해 기울어진 상태에서 소정의 길이만큼 돌출된 칸막이부 및 상기 주반응부 내부에 형성되어 상승하는 반응기체를 회전시켜 고체입자의 체류시간을 증가시키는 swirler nozzle을 더 포함하며, 상기 칸막이부는 상기 주반응부의 내측 중앙부분을 따라 반응기체가 흐를 수 있는 통로를 형성하며, 상기 칸막이부는 상기 주반응부의 내벽에서 상기 주반응부의 길이방향을 따라 고체입자의 순환 쉘이 형성될 수 있도록 일정거리 이격하여 복수 개 형성됨으로써 상기 주반응부 내에서 고체입자의 순환 셀이 증가하여 고체입자의 체류시간이 증가 되는 것을 특징으로 한다.
여기서 순환 유동층 반응기는 상기 주반응부의 단면적보다 큰 단면적을 가지는 적어도 1개 이상의 확장부와; 단면적이 상이한 상기 확장부와 주반응부를 상호 연결하여 경사면을 형성하는 디퓨저부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 확장부는 원통부 및 상기 원통부와 상기 주반응부를 연결하는 디퓨저부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 주반응부의 단면적(A1) 대 상기 확장부의 단면적(A2)의 비율은 1.6 내지 6일 수 있고, 상기 확장부의 높이(H) 대 상기 확장부(100)의 지름(A2)의 비율은 1 이상일 수 있다.
이 경우, 디퓨저부의 벽은 주반응부의 벽을 기준으로 외측으로 1 ~ 30°만큼 경사져 있는 것일 수 있다.
실시예에 따르면, 확장부는 사각형 단면을 가지는 사각단면부 및 상기 사각단면부와 상기 주반응부를 연결하는 디퓨저부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 주반응부의 단면적(A1) 대 상기 사각단면부의 단면적(A2)의 비율은 1.7 내지 11일 수 있다.
이 경우도, 디퓨저부의 벽은 주반응부의 벽을 기준으로 외측으로 1 ~ 30°만큼 경사져 있는 것일 수 있다.
또한 상기 주반응부는 외부에서 상기 주반응부로 반응기체가 유입되는 유입구를 포함하며, 상기 유입구는 다중 노즐을 포함하며, 각각의 노즐은 복수개의 분사구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 확장부의 출구측에 swirler nozzle이 위치하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 복수개의 칸막이부는 반응기체가 유입되는 방향을 향해 기울어져 있을 수 있으며, 복수개의 칸막이부는 상기 주반응부의 내벽을 기준으로 20 ~ 80°기울어져 있을 수 있다.
또한 상기 복수개의 칸막이부는 주반응부의 내부방향으로 소정의 길이만큼 돌출되어 있으며, 돌출 수직 높이 e는 상기 고체입자의 직경 대비 1~100배일 수 있다.
그리고 상기 복수개의 칸막이부는 주반응부의 길이방향을 기준으로 서로 이웃한 것끼리 소정의 간격 P를 두고 형성되어 있으며, 상기 간격 P는 2e 이상 50e 이하(e는 상기 돌출 수직 높이)인 것이 바람직하다.
또한 칸막이부는 일체형 또는 단락형 형태로 형성될 수 있다.
그리고 상기 칸막이부가 단락형인 경우, 주반응부의 길이방향 단면도를 기준으로 하였을 때, 칸막이부가 일렬 또는 엇갈림배열 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 주반응부의 내부에는 상승하는 고체입자의 흐름이 억제되도록 다수의 통공이 형성된 다공성 판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 내부에 반응기체가 상승되는 과정에서 상기 고체입자의 체류시간을 늘리는 순환 유동층 반응기는 반응기체와 고체입자가 혼합되어 동반 상승하면서 화학반응이 발생하는 주반응부; 상기 주반응부의 단면적보다 큰 단면적을 가지는 확장부와; 단면적이 상이한 상기 확장부와 주반응부를 상호 연결하여 경사면을 형성하는 디퓨저부; 및 반응기체가 유입되는 방향을 향해 기울어진 상태에서 상기 주반응부의 내벽에서 소정의 길이만큼 돌출된 칸막이부를 포함하되, 상기 칸막이부는 상기 주반응부의 내측 중앙부분을 따라 반응기체가 흐를 수 있는 통로를 형성하며, 상기 주반응부의 길이방향을 따라 복수 개의 확장부가 서로 이격되어 형성되고, 상기 복수 개의 확장부의 출구측에는 상승하는 반응기체를 회전시켜 고체입자의 체류시간을 증가시키기 위한 swirler nozzle이 형성되는 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응 방법은 주반응부 내에서 반응기체가 상승 되며, 상기 반응기체와 고체입자의 반응이 일어나는 고체입자 상승단계; 상기 주반응부에 포함된 확장부의 내벽에서 길이방향을 따라 복수 개 형성된 칸막이부에 의해, 반응기체가 상기 주반응부의 중앙부분을 따라 상승하는 과정에서 고체입자의 흐름을 일부 억제함으로써 고체입자의 순환이 증가하여 고체입자의 체류시간이 증가되는 체류시간 증가단계; 분리부 내에서 상기 반응기체와 상기 고체입자의 분리가 일어나는 고체입자 분리단계; 및 상기 고체입자가 하강되며, 다시 주반응부로 유입되는 하강단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기는 주반응부가 확장부 및 칸막이부를 포함하여, 주반응부 내에서 고체입자의 체류시간을 증가시켜 반응기체와 고체입자의 화학반응의 효율을 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 확장부의 파라미터들을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 주반응부의 유입구를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 확장부 출구측에 설치된 swirler nozzle을 도시한 것이다.
도 5는 종래의 순환 유동층 반응기와 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 시간 변화에 따른 고체 입자 체류량을 시뮬레이션하여 도시한 것이다.
도 6은 종래의 순환 유동층 반응기와 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 고체입자 조기 충진량 대 잔존 체류량의 비의 그래프를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 주반응부 내의 칸막이부를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 주반응부 내부에 설치되는 다공성 판을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 확장부의 파라미터들을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응 방법의 순서도를 도시한 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기는 반응기체가 상승되며, 상기 반응기체와 고체입자의 반응이 일어나는 주반응부(100), 상기 주반응부(100)와 연결되어 형성되며, 상기 반응기체와 상기 고체입자의 분리가 일어나는 분리부(200) 및 상기 고체입자가 하강되며, 다시 주반응부(100)로 유입되도록 하는 하강부(300)를 포함하되, 상기 주반응부(100)는 복수개의 확장부(400)를 포함하며, 상기 확장부(400) 내에서 고체입자의 순환이 증가하여 고체입자의 체류시간이 증가되는 것을 특징으로 한다.
주반응부(100) 내부에서는 반응기체와 고체입자가 혼합되어 상승된다. 고체입자는 반응기체와 화학반응을 일으키는 촉매, 흡착제 등이 될 수 있다. 주반응부(100) 내부에서 반응기체의 상승기류에 고체입자가 동반하여 이송되며, 화학반응이 일어난다.
분리부(200)에서는 반응기체와 고체입자가 분리된다. 보다 구체적으로는 반응기체와 고체입자의 화학반응으로부터 생성된 생성기체는 분리부(200)에서 외부로 빠져나가고, 고체입자만 하강부(300)로 이동하게 된다.
하강부(300)에서 하강된 고체입자가 다시 주반응부(100) 내부로 유입된다. 즉, 고체입자는 주반응부(100), 분리부(200) 및 하강부(300)를 따라 이동하며 일련의 루프를 따라 순환한다.
주반응부(100)의 반응기체의 상승기류는 매우 빨라서, 고체입자가 주반응부(100) 내부에 머무르는 시간이 짧아지는 현상이 발생한다. 이는 반응기체와 고체입자의 반응이 충분히 일어나기도 전에, 고체입자가 주반응부(100)를 빠져나가는 상황을 야기시킨다. 주반응부(100) 내부에서 고체입자의 체류시간을 증가시키기 위해, 주반응부(100)는 복수개의 확장부(400)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 확장부(400)의 파라미터들을 도시한 것이다.
확장부(400)는 원통부(410) 및 디퓨저부(420)를 포함한다. 원통부(410)의 직경(D2)은 주반응부(100)의 직경(D1)보다 더 커서, 원통부(410)는 주반응부(100)에 비해 외부로 더 돌출되어 있는 형태이다. 디퓨저부(420)는 원통부(410)와 주반응부(100)를 연결한다.디퓨저부(420)의 벽은 주반응부(100)의 벽을 기준으로 외측으로 소정의 각도를 형성하며 경사져 있을 수 있다. 소정의 각도는 1~30°일 수 있다. 1°보다 작은 경우, 원통부(410)의 직경과 주반응부(100)의 직경의 차이가 얼마 나지 않아 고체입자의 순환 효율성을 증대시키기 어려우며, 30°보다 큰 경우, 고체입자가 디퓨저부(420)에 쌓이는 현상이 발생하여, 오히려 화학반응의 속도가 감소하는 문제가 있다.
또한, 주반응부(100)의 단면적(A1) 대 확장부(400)의 단면적(A2)의 비율은 1.6 내지 6일 수 있다. 주반응부(100)의 단면적(A1) 대 확장부(400)의 단면적(A2)의 비율이 1.6보다 작은 경우, 고체 입자의 순환 효율성을 증대시키기 어려우며, 6보다 큰 경우, 오히려 반응기체의 상승기류의 속도를 지나치게 감소시켜, 반응기체에 실린 고체입자들이 분리부(200)까지 도달하기 어렵게 된다.그리고, 확장부(400)의 높이(H) 대 지름(A2)의 비율은 1 이상이다. 확장부(400)의 높이(H) 대 지름(A2)이 1보다 작을 경우, 고체 입자의 순환 효율성을 증대시키기 어려워진다.
실시예에 따라서는 확장부(400)의 원통부(410)는 사각형 단면의 사각단면부(미도시)로 대체될 수 있다. 즉, 확장부(400)는 사각단면부와 디퓨저부(420)를 포함하여 구성될 수 있으며, 사각단면부와 주반응부(100)를 디퓨저부(420)가 연결하는 형태일 수 있다. 이 경우 주반응부(100)의 단면적(A1) 대 확장부(400)의 단면적(A2)의 비율은 1.7 내지 11일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 주반응부의 유입구(110)를 도시한 것이다.
유입부(100)는 외부로부터 반응기체가 유입되는 유입구(110)를 포함한다. 유입구(110)는 다중 노즐(112)을 포함하며, 각각의 노즐(112)은 복수개의 분사구(111)를 포함한다. 따라서, 고체입자의 분포를 고르게 하여, 확장부(400) 내에서 고체입자가 뭉치지 않고 순환되도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 확장부(400) 출구측에 설치된 swirler nozzle(430)을 도시한 것이다.
확장부(400)의 출구측에 swirler nozzle(430)이 위치할 수 있다. 고체입자가 swirler nozzle(430)을 통과함에 따라 고체입자의 체류시간을 추가적으로 더 증가시킬 수 있다.
도 5는 종래의 순환 유동층 반응기와 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 시간 변화에 따른 고체 입자 체류량을 시뮬레이션하여 도시한 것이고 도 6은 종래의 순환 유동층 반응기와 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 고체입자 조기 충진량 대 잔존 체류량의 비의 그래프를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 주반응부(100)가, 종래의 순환 유동층 반응기에 비해 동일한 시간이 흘렀을 때 체류된 고체 입자를 더 많이 포함함을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 주반응부(100) 내의 칸막이부(500)를 도시한 것이다.
주반응부(100)의 내벽은 복수개의 칸막이부(500)를 포함한다. 복수개의 칸막이부(500)는 각각 일정거리 이격하여 위치된다. 칸막이부(500)는 상승하는 고체입자의 흐름을 억제한다. 구체적으로는, 상승되는 고체입자가 칸막이부(500)에 가로막혀 다시 밑으로 하강하는 흐름이 발생하여 고체 입자의 순환 셀이 형성된다. 순환 셀을 통해 고체 입자가 주반응부(100) 내부에 더 오랜시간 머무를 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 주반응부 내부에 설치되는 다공성 판을 도시한 것이다.
실시예에 따라서 주반응부(100)의 내부에는 다공성 판(600)이 설치될 수 있다. 다공성 판(600)의 둘레 형상은 주반응부(100)의 단면 형상과 대응하도록 형성될 수 있다. 다공성 판(600)은 반응의 대부분이 일어나는 주반응부(100)의 저단부에 설치될 수 있으며, 실시예에 따라서 복수개가 설치될 수 있다.
다공성 판(600)에는 복수의 통공(610)이 형성될 수 있으며, 고체입자는 이 통공(610)을 통과하여 유동할 수 있다. 다공성 판(600)은 상승하는 고체입자의 흐름을 억제한다. 구체적으로는, 상승되는 고체입자가 다공성 판(600)에 가로막혀 다시 밑으로 하강하는 흐름이 발생하여 고체 입자의 순환 셀이 형성된다. 순환 셀을 통해 고체 입자가 주반응부(100) 내부에 더 오랜시간 머무를 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응기의 확장부(400)의 파라미터들을 도시한 것이다.
복수개의 칸막이부(500)는 반응기체가 유입되는 방향을 향해 기울어져 있다. 보다 구체적으로는 칸막이부(500)는 주반응부(100)의 내벽을 기준으로 20 ~ 80°기울어져 있을 수 있다. 칸막이부(500)와 주반응부(100)의 내벽이 이루는 각도가 20°보다 작은 경우 고체 입자의 순환 효율성을 증대시키기 어려우며, 80°보다 큰 경우 고체입자가 칸막이부(500)에 쌓이는 현상이 발생하여, 오히려 화학반응의 속도가 감소하는 문제가 있다.
복수개의 칸막이부(500)는 주반응부(100)의 내부방향으로 소정의 길이만큼 돌출되어 있으며, 돌출 수직 높이 e는 상기 고체입자의 직경 대비 약 1~100배일 수 있다. 돌출 수직 높이 e란, 주반응부(100) 내벽으로부터 칸막이부(500)의 최외각지점까지 수직 거리를 의미한다. 평균 고체입자 직경은 약 100 내지 300㎛이다.
복수개의 칸막이부(500)는 주반응부(100)의 길이방향을 기준으로 서로 이웃한 것끼리 소정의 간격 P를 두고 형성되어 있으며, 상기 간격 P는 2e 이상 50e 이하(e는 상기 돌출 수직 높이)일 수 있다. 간격 P는 돌출 수직 높이 e와 관계가 있다.
칸막이부(500)는 일체형 또는 단락형 형태로 형성된다. 칸막이부(500)가 일체형으로 형성된 경우 칸막이부(500)는 주반응부(100)의 내벽과 360° 방향으로 모두 맞닿아있다. 칸막이부(500)가 단락형인 경우, 칸막이부(500)는 복수개의 절편을 포함하고 복수개의 절편은 서로 일정 간격 이격하게 주반응부(100)의 내벽과 맞닿게 된다.
칸막이부(500)가 단락형인 경우, 주반응부(100)의 길이방향 단면도를 기준으로 하였을 때, 칸막이부(500)가 일렬 또는 엇갈림배열 형태로 형성될 수 있다. 칸막이부(500)가 일체형인 경우와 단락형이면서 동시에 일렬 형태로 배열되어 있는 경우는 도 (a)와 같이 주반응부(100)의 길이방향 단면도가 동일하게 나타난다. 그러나, 칸막이부(500)가 단락형이면서 동시에 엇갈림배열 형태인 경우에는 주반응부(100)의 길이방향 단면도가 도 (b)와 같이 나타난다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응 방법의 순서도를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환 유동층 반응 방법은 주반응부(100) 내에서 반응기체가 상승 되며, 상기 반응기체와 고체입자의 반응이 일어나는 고체입자 상승단계, 상기 주반응부(100)에 포함된 확장부(400) 내에서 고체입자의 순환이 증가하여 고체입자의 체류시간이 증가되는 체류시간 증가단계, 분리부(200) 내에서 상기 반응기체와 상기 고체입자의 분리가 일어나는 고체입자 분리단계 및 상기 고체입자가 하강되며, 다시 주반응부(100)로 유입되는 하강단계를 포함한다.
발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100 : 주반응부 110 : 유입구
111 : 분사구 112 : 다중노즐
200 : 분리부 300 : 하강부
400 : 확장부 410 : 원통부
420 : 디퓨저부 430 : swirler nozzle
500 : 칸막이부 600 : 다공성 판

Claims (14)

  1. 반응기체가 상승되며, 상기 반응기체와 고체입자의 반응이 일어나는 주반응부; 상기 주반응부와 연결되어 형성되며, 상기 반응기체와 상기 고체입자의 분리가 일어나는 분리부; 및 상기 고체입자가 하강되며, 다시 주반응부로 유입되도록 하는 하강부;를 포함하는 순환 유동층 반응기에 있어서,
    반응기체가 유입되는 방향을 향해 기울어진 상태에서 소정의 길이만큼 돌출된 칸막이부;
    상기 주반응부의 단면적보다 큰 단면적을 가지는 적어도 1개 이상의 확장부;
    단면적이 상이한 상기 확장부와 주반응부를 상호 연결하여 경사면을 형성하는 디퓨저부; 및
    상기 주반응부 내부에 형성되어 상승하는 반응기체를 회전시켜 고체입자의 체류시간을 증가시키는 swirler nozzle;을 더 포함하며,
    상기 디퓨저부의 벽은 주반응부의 벽을 기준으로 외측으로 1 ~ 30° 만큼 경사지고,
    상기 칸막이부는 상기 주반응부의 내측 중앙부분을 따라 반응기체가 흐를 수 있는 통로를 형성하며, 상기 주반응부의 내벽에서 상기 주반응부의 길이방향을 따라 고체입자의 순환 쉘이 형성될 수 있도록 일정거리 이격하여 복수 개 형성됨으로써 상기 주반응부 내에서 고체입자의 순환 셀이 증가하여 고체입자의 체류시간이 증가 되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주반응부의 단면적(A1) 대 상기 확장부의 단면적(A2)의 비율은 1.6 내지 6인 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 확장부의 높이(H) 대 상기 확장부의 지름(A2)의 비율은 1 이상인 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 확장부가 사각형 단면을 가지는 사각단면부;를 포함하는 경우
    상기 주반응부의 단면적(A1) 대 상기 사각단면부의 단면적(A2)의 비율은 1.7 내지 11인 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 칸막이부는 상기 주반응부의 내벽을 기준으로 20 ~ 80°기울어져 있는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 칸막이부의 돌출 수직 높이 e는 상기 고체입자의 직경 대비 1~100배인 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 칸막이부는 주반응부의 길이방향을 기준으로 서로 이웃한 것끼리 소정의 간격 P를 두고 형성되어 있으며, 상기 간격 P는 2e 이상 50e 이하(e는 상기 돌출 수직 높이)인 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 칸막이부는 일체형 또는 단락형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 칸막이부가 단락형인 경우,
    주반응부의 길이방향 단면도를 기준으로 하였을 때, 칸막이부가 일렬 또는 엇갈림배열 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 주반응부의 내부에는 상승하는 고체입자의 흐름이 억제되도록 다수의 통공이 형성된 다공성 판이 설치되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  13. 내부에 반응기체가 상승되는 과정에서 고체입자의 체류시간을 늘리는 순환 유동층 반응기에 있어서,
    반응기체와 고체입자가 혼합되어 동반 상승하면서 화학반응이 발생하는 주반응부; 상기 주반응부의 단면적보다 큰 단면적을 가지는 확장부와; 단면적이 상이한 상기 확장부와 주반응부를 상호 연결하여 경사면을 형성하는 디퓨저부; 및 반응기체가 유입되는 방향을 향해 기울어진 상태에서 상기 주반응부의 내벽에서 소정의 길이만큼 돌출된 칸막이부를 포함하되,
    상기 디퓨저부의 벽은 주반응부의 벽을 기준으로 외측으로 1 ~ 30° 만큼 경사지고,
    상기 칸막이부는 상기 주반응부의 내측 중앙부분을 따라 반응기체가 흐를 수 있는 통로를 형성하고, 상기 주반응부의 길이방향을 따라 복수 개의 확장부가 서로 이격되어 형성되며,
    상기 복수 개의 확장부의 출구측에는 상승하는 반응기체를 회전시켜 고체입자의 체류시간을 증가시키기 위한 swirler nozzle이 형성되는 것을 특징으로 하는 순환 유동층 반응기.
  14. 삭제
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