KR102316734B1 - 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석유코크스의 가스화를 통해서 생성된 일산화탄소를 포함하는 가스 및 스팀을 포함하는 반응가스를 공급하여 고온촉매 및/또는 저온촉매와 반응시켜 수소로 전환시키는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치에 관한 것으로 촉매투과부와 채널을 통하여 별도의 연결장치 또는 배관이 배제되어 수성가스전환 반응기의 설치면적이 늘어나는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
Description
본 발명은 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 본 발명은 석유코크스의 가스화를 통해서 생성된 일산화탄소를 포함하는 가스 및 스팀을 포함하는 반응가스를 공급하여 고온촉매 및/또는 저온촉매와 반응시켜 수소로 전환시키는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치에 관한 것이다.
21세기 주요 에너지원은 천연가스, 전기, 초청정 연료유와 더불어 수소가 대세로서 재생가능에너지원 전기와 CO2의 고부가가치 가스화/연료화가 부각되고 있고 청정하면서 사용이 용이한 가스/액체연료유 사용 확대가 예상되며 특히 수소 에너지원을 저렴하게 확보하여야 할 필요성이 크지만 아직 경제성 미확보로 기술개발과 실증이 요구되고 있다.
특히, 수소의 생산방향 측면에서 화석연료인 중유, 천연가스를 개질하거나 제철소 또는 정유화학 공정중에서 발생하는 부생수소를 에너지원으로 하는 그레이(Gray) 수소 기술, 미활용에너지원인 저급석탄, 석유코크스, 바이오매스, 폐기물등을 이용하여 합성가스를 생산하고 이를 개질하여 수소를 생산하는 블루(Blue) 수소 기술 및 재생가능한 에너지원을 이용하여 물이 전기분해를 통해 수소를 생산하는 그린(Green) 수소 기술로 통상적으로 분류할 수 있다.
이에 실증화 단계가 아닌 그린 수소 기술로 진입하기 전에 시장에서 요구하는 수소생산을 위한 블루수소 기술의 개발은 필요할 것으로 판단되며, 수소생산 플랜트 및 합성가스 플랜트 시장의 지속 성장이 예상되고 장기적으로는 수소 플랜트, 단기적으로는 청정합성가스 플랜트가 해외수출 플랜트 시장에서 핵심분야로 판단되며 국내의 경우 자체 합성가스 시장도 크고 수소도시, 수소연료전지자동차 등 수소시장이 급속 성장할 것으로 예상되고 있으므로 실증, 사업화, 해외수출, 국부창출의 플랜트 기술투자 정책에 적합한 분야로 판단된다.
한국 공개특허공보 제2020-0000749호에서는 가스공급부로부터 연장 형성되고, 상기 합성가스에 포함된 일산화탄소를 고온에서 수소로 전환시키는 고온촉매를 포함하여 상기 합성가스보다 일산화탄소의 농도가 낮아진 중간가스를 생성하도록 형성되는 제1반응부; 및 상기 제1반응부로부터 연장 형성되고, 상기 중간가스가 유입되도록 형성되고, 상기 중간가스에 포함된 일산화탄소를 저온에서 수소로 전환시키는 저온촉매를 포함하여 상기 중간가스보다 일산화탄소의 농도가 낮아진 상기 배출가스를 생성하도록 형성되는 제2반응부를 포함하고, 상기 제1반응부 및 상기 제2반응부는 상기 가스반응부에 일체형으로 형성되고, 상기 제1반응부는 중압 보일러 공급수가 공급되도록 형성되는 제1열교환부를 구비하고, 상기 제2반응부는 저압 보일러 공급수가 공급되도록 형성되는 제2열교환부를 구비한 수성가스전환 반응기 기술이 개시되어 있으나, 석유코크스를 이용한 합성가스의 수성가스전환(Water gas shift reaction, WGS)을 통한 고효율 수소 제조 장치에 대한 기술은 개시된 바 없다.
특히, 수성가스전환 촉매반응 장치의 경우, 등온 반응기와 단열반응기로 분류할 수 있는데, 수성가스전환 반응기는 등온반응기로서 300 ℃ 정도에서 적절하게 운전되는 고온 수성가스 전환반응기와 200 ℃ 정도에서 적절하게 운전되는 저온 수성가스 전환반응기가 있다.
상기 고온 또는 저온 수성가스 전환반응기에서 전환 효율을 최대화하기 위해서는 가능한 반응기 내부를 등온으로 유지할 필요가 있으며 하나의 예로서 수성가스전환반응 또는 메탄화 반응은 발열반응으로서 종래 기술의 경우 촉매층 사이 사이에 열교환기를 설치하여 반응에서 발생하는 열을 회수하여 등온을 유지하고 있고 이러한 반응기의 경우 출구의 온도는 등온으로 유지할 수는 있으나 촉매층 전 영역을 등온으로 유지하기 힘들어 촉매 반응의 효율이 떨어지며 안정적인 운전이 힘들다는 기술적 어려움이 있다.
따라서, 석유코크스를 대상으로 가스화를 통한 합성가스를 생산하고, 생산된 합성가스 중 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환시키는 촉매층 전 영역을 등온으로 유지하며 반응효율을 확보할 수 있는 등온 고효율 촉매 반응기에 대한 연구는 제시된 바가 없다.
상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 석유코크스의 가스화를 통해서 생성된 일산화탄소를 포함하는 가스 및 스팀을 포함하는 반응가스를 공급하여 고온촉매 및/또는 저온촉매와 반응시켜 수소로 전환시키는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 석유코크스를 대상으로 가스화를 통한 합성가스를 생산하고, 생산된 합성가스 중 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환시키는 촉매층 전 영역을 등온으로 유지하며 반응효율을 확보할 수 있는 등온 고효율 촉매 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 케이스(100); 상기 케이스 내부에 수직으로 형성된 복수의 채널(200); 상기 채널 사이에 위치하며 다공성 촉매부가 부분적으로 형성된 촉매투과부(300); 상기 케이스의 측면으로 유입되는 반응가스 유입부(400); 및 상기 채널로 열교환을 위하여 유체가 이동하도록 형성된 적어도 2개의 헤더부(500);를 포함하는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 채널은 1개 이상의 환형으로 상기 케이스의 중심축을 중심으로 환형부(210)가 형성되며, 상기 환형부로 형성된 복수의 채널 사이에 접하면서 상기 촉매투과부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 촉매투과부는 길이방향에 수직방향 또는 수평방향으로 교번하여 다공성 촉매부(310)과 불투과성 금속부(320) 형성될 수 있다.
또한, 상기 헤더부는 상기 케이스의 상부에 설치되는 상부드럼(510); 및 상기 케이스의 하부에 설치되는 하부드럼(520)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 환형부 중 최외곽환형부(211)의 양 끝단에는 상기 케이스의 상하부의 사이에 상기 유입되는 반응가스의 내부 순환 및 균일 분산을 유도하기 위한 유동부재(213)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 반응가스유입부와 상기 환형부 사이에는 내부 가스의 유속 분포를 고르게 하도록 하나 이상의 다공판(110)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 환형부의 상기 채널 사이에 형성되는 상기 촉매투과부의 상기 다공성 촉매부의 촉매는 상기 환형부의 외곽부터 상기 반응가스 유출부 방향으로 상기 반응가스에 포함된 일산화탄소를 고온에서 수소로 전환시키는 고온촉매와 상기 고온촉매를 통과한 반응가스에 포함된 일산화탄소를 저온에서 수소로 전환시키는 저온촉매가 순차적으로 담지될 수 있다.
또한, 상기 다공체촉매부를 구성하는 촉매층은 상기 반응가스의 유입방향순으로 기공크기가 상이한 2단 다공층로 구성되며, 상단 다공체의 기공수는 40,000개/m2 내지 50,000개/m2 이고, 하단 다공체의 기공수는 75,000개/m2 내지 85,000개/m2 일 수 있다.
본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치는 촉매투과부와 채널을 통하여 별도의 연결장치 또는 배관이 배제되어 수성가스전환 반응기의 설치면적이 늘어나는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 장치의 국부적인 온도 편차로 인한 촉매의 반응 효율 저하 및 등온조건 유지의 어려움을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 장치가 일체형을 형성되어 손실열이 감소하여 열회수율이 우수하고 일산화탄소 전환율이 높은 효과가 있다.
또한, 등온 조건 유지가 가능하여 운전 시간 경과에 따라 촉매 성능이가 열교환 효율에 변화가 생길 경우에도 합성가스를 촉매와 반응시켜 수소로 전환시키는 온도제어가 유리하고 생성가스 조성을 원하는 방향으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치 반응가스흐름에 따른 개념도이다.
도 2는 본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치 의 환형부를 형성하는 채널과 촉매투과부의 일실시예 이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 다공성촉매부와 불투과성금속부의 형성조건에 따른 촉매투과부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 환형부에 형성된 유동부재 및 채널형부재의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 촉매투과부에 형성된 다공성촉매부의 상세 구성도이다.
도 2는 본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치 의 환형부를 형성하는 채널과 촉매투과부의 일실시예 이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 다공성촉매부와 불투과성금속부의 형성조건에 따른 촉매투과부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 환형부에 형성된 유동부재 및 채널형부재의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 촉매투과부에 형성된 다공성촉매부의 상세 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치 반응가스흐름에 따른 개념도이다.
도 2는 본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치의 구성도이다.
상기 촉매투과부를 포함하는 수성가스 전환 등온 촉배 반응장치는 케이스(100);
상기 케이스 내부에 수직으로 형성된 복수의 채널(200); 상기 채널 사이에 위치하며 다공성 촉매부가 부분적으로 형성된 촉매투과부(300); 상기 케이스의 측면으로 유입되는 반응가스 유입부(400); 및 상기 채널로 열교환을 위하여 유체가 이동하도록 형성된 적어도 2개의 헤더부(500);를 포함하는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치일 수 있다.
상기 케이스는 내부에 수직으로 형성되는 복수의 채널 및/또는 촉매투과부를 수용할 수 있으면 그 형태에 제한되지 않는다. 바람직하게는 원통형일 수 있다.
상기 채널은 상기 유체가 이동할 수 있는 관로가 형성된다면 그 형태는 제한되지 않음은 자명하다.
상기 촉매투과부는 막대 또는 바 형태를 가질 수 있다.
반응기를 형태를 형성하는 케이스의 외부 측면을 통하여 케이스 내로 들어온 반응가스는 투과성 촉매부를 지나면서 촉매 반응을 일으킨다.
상기 촉매투과부는 불투과성 금속부와 다공성 촉매부로 나누어져 있다. 모든 촉매 반응에는 기체의 양에 적절한 양의 촉매가 필요하다, 이를 결정하는 값은 WHSV(Weight Hourly Space Velocity)로 정의된다. (WHSV = 기체의 유량(kg/h)/촉매의 양(kg)), 불투과성 금속부와 다공성 촉매부의 비율을 적절히 조절하여 반응기를 제작함으로써 반응에 필요한 촉매의 양을 적절히 조절할 수 있다. 또한 멤브레인 바가 설치되는 내측 원통의 숫자를 최소 1개에서 최대 5개까지로 하여 반응기의 크기와 WHSV를 조절할 수 있다.
상기 반응가스는 일산화탄소를 포함하는 가스 및 스팀을 포함하는 합성가스일 수 있다.
상기 합성가스는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 주성분으로 하는 합성가스(synthetic gas)로 상기 합성가스 중의 일산화탄소를 수증기(H2O)와 반응시켜 수소로 변환시키는 수성가스전환(water gas shift, WGS) 반응을 목적으로 한다.
수성가스전환 반응은 일산화탄소와 물(H2O)이 반응하여 이산화탄소와 수소를 만드는 반응이며, 반응식과 반응열은 하기의 화학식과 같다.
CO+H2O ↔ CO2+H2 (ΔH = -41.1kJ/mol)
수성가스전환 반응은 비교적 폭넓은 온도 범위에서 일어날 수 있다. 상세하게, 수성가스전환 반응의 저온(120~300℃)에서는 반응 속도가 느리지만, 반응물의 생성을 선호하는 화학평형이 이루어진다. 한편, 수성가스전환 반응의 온도가 상승하여 고온(300~450℃)에서는 반응속도가 증가하지만 평형상태에서의 반응물의 수율은 떨어지게 된다. 따라서, 온도범위에 따라 다른 종류의 촉매를 사용하는데, 고온에서는 주로 철(Fe)을 주성분으로 한 촉매를 사용하고, 저온에서는 알루미늄(Al)계 촉매가 주류를 이룬다.
수성가스전환 공정은 고온 반응기(high temperature shift, HTS) 저온 반응기(low temperature shift, LTS)의 조합에 의하여 구성되며 반응기의 개수, 각 반응기의 운전 온도 및 사용 촉매 등을 적절히 조합하여 원하는 생산물을 얻는 것이 공정 설계의 관건이다.
석유코크스 가스화 플랜트에서는 사용되는 다수의 단열반응기를 직렬로 설치하고 반응기 사이에 냉각기(cooler)를 설치하는 방식은 반응기 자체의 온도를 제어하는 것이 용이하지 않다. 특히 고온 수성가스전환 반응기의 경우, 가스의 반응기 인입 온도가 통상 300℃ 이상이므로 수성가스전환 반응의 발열량이 많기 때문에 반응기 내부에서 국부적인 과열과 촉매의 소결 및 열화가 일어날 가능성이 높다. 따라서, 상기 가스화 플랜트의 공정 구성은 처리 대상 가스 중의 일산화탄소 농도가 높지 않아 반응에 의해 발생하는 발열량이 많지 않은 경우에 적합하다.
상기 헤더부는 상기 반응기의 상부에 형성되는 상부드럼 및 상기 반응기의 하부에 형성되는 하부드럼으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치의 환형부를 형성하는 채널과 촉매투과부의 일실시예 이다.
상기 복수의 채널은 1개 이상의 환형으로 상기 케이스의 중심축을 중심으로 환형부(210)가 형성되며, 상기 환형부로 형성된 복수의 채널 사이에 접하면서 상기 촉매투과부가 형성되는 것을 특징으로 하는 촉매투과부를 포함할 수 있다.
상기 환형으로 형성된 복수의 채널은 상기 케이스의 최외각에 형성되는 최외곽환형부(211), 최내부에 형성되는 최내부환형부(212)일 수 있다. 상기 최외곽환형부와 상기 최내부환형부사이에 복수의 환형부가 추가로 형성될 수 있다.
상기 헤더부는 상기 케이스의 상부에 설치되는 상부드럼(510); 및 상기 케이스의 하부에 설치되는 하부드럼(520)을 포함하는 촉매투과부를 포함할 수 있다.
상기 상부드럼은 일측에서 공급된 물은 상기 채널의 내부를 통하여 상기 케이스의 하부 방향으로 이동하며, 하부에 설치된 상기 하부드럼으로 이동하면서 외부의 반응가스의 발열반응에 의하여 발생한 열을 흡수한다.
상기 하부드럼은 일부의 물이 자연대류에 의하여 상기 케이스의 상부로 상승하면서, 외부의 반응가스의 발열반응에 의하여 발생한 열을 흡수하면서 일부의 물이 수증기로 변하여 밀도가 가벼워지게 되고, 상승 유동을 지속할 수 있다. 이와 같은 흐름은 자연대류에 의한 자연순환 방식이며, 수증기를 만드는 보일러에서 흔히 사용되는 방식이다.
물드럼, 수증기 드럼, 수관벽은 작동 압력의 포화온도에 해당하는 등온을 유지하면서 자연순환이 지속적으로 이루어진다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 다공성촉매부와 불투과성금속부의 형성조건에 따른 촉매투과부의 구성도이다.
상기 촉매투과부는 길이방향에 수직방향 또는 수평방향으로 교번하여 다공성 촉매부(310)과 불투과성 금속부(320) 형성되는 촉매투과부를 포함할 수 있다.
상기 다공성 촉매부는 한쪽면은 멤브레인(투과막) 형태의 지지체를 포함하고 다른 한쪽은 촉매로 코팅된 메쉬층이 형성될 수 있다.
상기 다공성 촉매부는 상기 블투과성 금속부에 일정간격을 가지고 점처럼 분포된 분산형 촉매투과부가 형성될 수 있다.
상기 촉매투과부의 전체 표면적(Mt)에 대한 상기 다공성 촉매부의 표면적(Mc)과의 촉매부점유비(Mc/Mt)는 0.9 내지 0.5일 수 있다.
상기 촉매부점유비는 상기 촉매부의 다공도에 따른 비표면적에 따라 변경될 수 있다.
상기 불투과성 금속부는 최내부환형부를 제외하고는 다공성 불투과성 금속부(321)으로 형성될 수 있다.
상기 최내부환형부에 형성되는 촉매투과부의 불투과성 금속부는 완전불투과 금속부(322)일 수 있다.
상기 다공성 불투과성 금속부는 상기 반응가스의 균일한 분산을 유도할 수 있다.
상기 최내부환형부에 형성되는 촉매투과부를 제외하고 상기 환형부에 형성되는 상기 촉매투과부에는 다공성 불투과성 금속부와 완전 불투과성 금속부가 형성될 수 있다.
또 다른 실시예로써 상기 최내부환형부에 형성되는 상기 촉매투과부의 상기 다공성 촉매부는 최외곽에 촉매를 지지하기 위한 메쉬층이 형성되고 그 내부에 촉매층이 형성되며 상기 촉매층이 후단에 생성된 수소가스만을 투과하는 멤브레인막이 형성될 수 있다.
상기 멤브레인막은 수소 선택 투과능이 있으며, 화학반응을 촉진하는 촉매를 갖는 것으로 Pd막 또는 Pb합금막일 수 있으며 막 두께는 100μm이하 일 수 있다. 바람직하게는 50일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.0001 내지 20μm일 수 있다.
상기 막이 두꺼우면 수소의 투과 속도가 낮아질 수 있으며 투과막의 막 두께는 얇을수록 수소가 투과하기 쉽게 효율적으로 수소를 회수할 수 있다. 단, 너무 얇아 지면 막의 내구성이나 수소 선택성이 저하될 수 있다.
상기 Pb합금막은 Pb-Ag합금 또는 Pb-Cu합금일 수 있으며, 상기 촉매는 Ti, Al, Zr, Ce, Si 및 Mg로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 일종을 포함한 다공질 무기 산화물로 구성되는 담체에 귀금속을 담지해서 이루어지는 촉매일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 환형부에 형성된 유동부재 및 채널형부재의 단면도이다.
상기 환형부 중 최외곽환형부(211)의 양 끝단에는 상기 케이스의 상하부의 사이에 상기 유입되는 반응가스의 내부 순환 및 균일 분산을 유도하기 위한 유동부재(213)가 형성된 촉매투과부를 포함할 수 있다.
상기 유동부재는 관(tube)의 일부를 잘라내서 형성되듯이 내부면이 곡면인 형태로 상기 채널의 끝단에 링 형태로 결합할 수 있다.
추가적으로 단면이 원형인 채널형부재(214)를 설치할 수 있다.
여기서, 상기 채널형부재의 외곽면과 상기 유동부재의 내부면 사이의 공간이 반응가스에게 곡선유로를 제공할 수 있다.
유동부재의 곡률 반경과 채널형부재 단면의 곡률 반경은 상이할 수 있다.
상기와 같은 유동부재와 채널형부재의 곡선유로에 의해 반응가스 유동이 형성될 수 있다.
상기 반응가스유입부와 상기 환형부 사이에는 내부 가스의 유속 분포를 고르게 하도록 하나 이상의 다공판(110)이 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 촉매투과부에 형성된 다공성촉매부의 상세 구성도이다.
상기 환형부의 상기 채널 사이에 형성되는 상기 촉매투과부의 상기 다공성 촉매부의 촉매는 상기 환형부의 외곽부터 상기 최내부환형부 방향으로 상기 반응가스에 포함된 일산화탄소를 고온에서 수소로 전환시키는 고온촉매와 상기 고온촉매를 통과한 반응가스에 포함된 일산화탄소를 저온에서 수소로 전환시키는 저온촉매가 순차적으로 담지된 촉매투과부를 포함할 수 있다.
상기 다공체촉매부를 구성하는 촉매층은 상기 반응가스의 유입방향순으로 기공크기가 상이한 2단 다공층로 구성되며, 상단 다공체의 기공수는 40,000개/m2 내지 50,000개/m2 이고, 하단 다공체의 기공수는 75,000개/m2 내지 85,000개/m2 인 촉매투과부를 포함할 수 있다.
다공체 단위면적(inch2)당 기공수는 상단 다공체의 기공수는 100 내지 250셀이고, 하단 다공체의 기공수는 350 내지 550셀 일 수 있다.
상기 기공의 형태는 원형, 다각형 또는 무정형일 수 있다. 바람직하게는 사각형 일 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 케이스
110: 다공판
200: 채널
210: 환형부
211: 최외곽환형부
212: 최내부환형부
213: 유동부재
214: 채널형부재
300: 촉매투과부
310: 다공성촉매부
320: 불투과성금속부
321: 다공성 불투과성금속부
322: 완전불투과성금속부
400: 반응가스유입부
500: 헤더부
510: 상부드럼
520: 하부드럼
110: 다공판
200: 채널
210: 환형부
211: 최외곽환형부
212: 최내부환형부
213: 유동부재
214: 채널형부재
300: 촉매투과부
310: 다공성촉매부
320: 불투과성금속부
321: 다공성 불투과성금속부
322: 완전불투과성금속부
400: 반응가스유입부
500: 헤더부
510: 상부드럼
520: 하부드럼
Claims (8)
- 케이스(100);
상기 케이스 내부에 수직으로 형성된 복수의 채널(200);
상기 채널 사이에 위치하며 다공성 촉매부가 부분적으로 형성된 촉매투과부(300);
상기 케이스의 측면으로 유입되는 반응가스 유입부(400); 및
상기 채널로 열교환을 위하여 유체가 이동하도록 형성된 적어도 2개의 헤더부(500);를 포함하되,
상기 복수의 채널은 1개 이상의 환형으로 상기 케이스의 중심축을 중심으로 환형부(210)가 형성되며, 상기 환형부로 형성된 복수의 채널 사이에 접하면서 상기 촉매투과부가 형성되고,
상기 환형부(210)에는 최외곽환형부(211)의 양 끝단에 상기 케이스의 상하부의 사이에 상기 유입되는 반응가스의 내부 순환 및 균일 분산을 유도하기 위한 유동부재(213) 및 단면이 원형인 채널형부재(214)가 형성된 것을 특징으로하는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 촉매투과부는 길이방향에 수직방향 또는 수평방향으로 교번하여 다공성 촉매부(310)과 불투과성 금속부(320) 형성되는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치.
- 제1항에 있어서,
상기 헤더부는 상기 케이스의 상부에 설치되는 상부드럼(510); 및 상기 케이스의 하부에 설치되는 하부드럼(520)을 포함하는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반응가스유입부와 상기 환형부 사이에는 내부 가스의 유속 분포를 고르게 하도록 하나 이상의 다공판(110)이 형성되는 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치.
- 제1항에 있어서,
상기 환형부의 상기 채널 사이에 형성되는 상기 촉매투과부의 상기 다공성 촉매부의 촉매는 상기 환형부의 외곽부터 상기 반응가스에 유출 방향으로 상기 반응가스에 포함된 일산화탄소를 고온에서 수소로 전환시키는 고온촉매와 상기 고온촉매를 통과한 반응가스에 포함된 일산화탄소를 저온에서 수소로 전환시키는 저온촉매가 순차적으로 담지된 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치.
- 제3항에 있어서,
상기 다공성 촉매부를 구성하는 촉매층은 상기 반응가스의 유입방향순으로 기공크기가 상이한 2단 다공층로 구성되며, 상단 다공체의 기공수는 40,000개/m2 내지 50,000개/m2 이고, 하단 다공체의 기공수는 75,000개/m2 내지 85,000개/m2 인 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치.
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| KR1020210070431A KR102316734B1 (ko) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 촉매투과부를 포함하는 수성가스전환 등온 촉매 반응장치 |
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