KR20080025241A - 튜브형 열 분해 반응기 - Google Patents

튜브형 열 분해 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR20080025241A
KR20080025241A KR1020060089791A KR20060089791A KR20080025241A KR 20080025241 A KR20080025241 A KR 20080025241A KR 1020060089791 A KR1020060089791 A KR 1020060089791A KR 20060089791 A KR20060089791 A KR 20060089791A KR 20080025241 A KR20080025241 A KR 20080025241A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction tube
horizontal
tube
reaction
reactor
Prior art date
Application number
KR1020060089791A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100988216B1 (ko
Inventor
이종구
신준호
이인수
김미경
김인섭
임예훈
이재연
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020060089791A priority Critical patent/KR100988216B1/ko
Publication of KR20080025241A publication Critical patent/KR20080025241A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100988216B1 publication Critical patent/KR100988216B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1812—Tubular reactors
    • B01J19/1825—Tubular reactors in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/18—Details relating to the spatial orientation of the reactor
    • B01J2219/182—Details relating to the spatial orientation of the reactor horizontal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 반응 튜브의 표면 및 반응 튜브 내부 공간의 온도 분포를 균일하게 유지시킴으로써 열 효율을 향상시킬 수 있는 튜브형 열 분해 반응기를 개시한다. 본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기는 양측 내벽에 적어도 하나 이상의 열 공급원을 구비한 반응로; 반응로 내에 일정 높이에 걸쳐 설치되며, 적어도 하나의 연결관부 및 적어도 2개의 수평관부로 구분되고, 내부에는 반응물이 유동하는 제 1 반응 튜브; 제 1 반응 튜브의 적어도 하나의 수평관부의 외주면에 장착된 제 1 핀 부재; 내부에 반응물이 유동하는 적어도 하나의 연결관부 및 적어도 2개의 수평관부로 구분되며, 제 1 반응 튜브와 소정의 간격을 두고 설치되되, 각 수평관부는 제 1 반응 튜브의 2개의 수평관부 사이의 공간에 대응되는 제 2 반응 튜브; 및 제 2 반응 튜브의 적어도 하나의 수평관부의 외주면에 장착된 제 2 핀 부재를 포함하며, 제 1 핀 부재와 제 2 핀 부재는 서로 마주보는 상태로 배치된다. 여기서, 제 1 반응 튜브의 각 수평관부 외주면에는 2개의 제 1 핀 부재가 장착되며, 제 2 반응 튜브의 각 수평관부 외주면에는 2개의 제 2 핀 부재가 장착되되, 각 핀 부재는 각 수평관부의 수평 중심선 위의 표면 및 아래 표면에 각각 장착된다.
반응 튜브

Description

튜브형 열 분해 반응기{Tubular reactor}
도 1은 일반적인 2열 튜브형 열 분해 반응기의 개략적인 구성을 도시한 정면도.
도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 절취한 상태의 단면도.
도 3은 도 2의 대응 도면으로서, 본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명을 설명하기 위한 도 3에서의 일부 반응 튜브의 상세도.
도 5는 본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기의 반응 튜브 표면 온도 분포와 도 1에 도시된 일반적인 튜브형 열 분해 반응기의 반응 튜브 표면 온도 분포를 나타내는 그래프.
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기의 반응 튜브 주변과 도 1에 도시된 일반적인 튜브형 열 분해 반응기의 반응 튜브 주변의 온도 분포 전사 모사 결과를 각각 도시한 도면.
본 발명은 튜브형 열 분해 반응기에 관한 것으로, 특히 반응 튜브에 핀을 장 착하여 열 전달 효율 및 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 튜브형 열 분해 반응기에 관한 것이다.
일반적으로 튜브형 열 분해 반응기에서는, 반응 튜브 내부로 공급된 탄화수소(납사, 1,2-dichloroethane 등)가 고온의 반응 튜브를 통과하면서 열 분해 반응을 하며, 그 결과 소정의 생성물을 생산한다.
도 1은 열 분해 반응이 진행되는 일반적인 2열 튜브형 열 분해 반응기의 개략적인 구성을 도시한 정면도, 도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 절취한 상태의 단면도로서, 도 1에서는 편의상 어느 한 반응 튜브만을 도시하였다. .
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 흡열 반응(endothermic reaction)을 이용한 열 반응 공정이 진행되는 열 분해 반응기(10)는 크게 반응로(10-1), 반응로(10-1) 내에 소정 간격을 두고 수직 상태(도면 기준)로 장착된 제 1 및 제 2 반응 튜브(11 및 12) 그리고 반응로(10-1) 내벽에 장착된 다수의 열 공급원(13; 버너)을 포함한다.
제 1 및 제 2 반응 튜브(11 및 12)는 각각 단일의 반응 튜브로서, 그 길이를 최대화하기 위하여 반응로(10-1)의 전 높이에 걸쳐 지그재그 형태로 배치되어 있다. 물론, 양단부는 반응로(10-1) 외부로 연장되며, 반응 가스 유입부 및 생성물 배출부의 기능을 수행한다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 반응 튜브(도 1에서는 제 1 반응 튜브(11)만 도시됨)는 다른 높이에 배치되는 다수의 수평관부(11-1) 및 수평관부(11-1)를 연결하는 다수의 연결관부(11-2)로 이루어진다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 반응 튜브(11 및 12)는 높이 차이를 갖고 설치되어 있으며, 따라서, 제 1 반응 튜브(11)의 수평관부(11-1; 최상단 수평관부는 제외)는 제 2 반응 튜브(12)의 2개의 수평관부(12-1) 사이에 위치한다.
반응로(10-1)의 내벽에는 다수의 열 공급원(13)이 설치되어 있으며, 따라서 열 공급원(13)에서 발생한 열은 대류(convection) 및 복사(radiation) 현상에 의해서 각 반응 튜브(11, 12) 표면까지 도달한다.
이후 열 전도(conduction) 현상에 의해서 반응 튜브(11, 12) 내부로 열 전달이 이루어지며, 이와 같은 경로를 통하여 전달된 열에 의하여 제 1 반응 튜브(11)와 제 2 반응 튜브(12) 내부를 유동하는 반응 가스에 대한 열 분해 반응이 이루어진다.
각 반응 튜브(11 및 12)의 가스 유입부로 유입된 반응 가스가 각 반응 튜브 내부를 유동하는 과정에서, 전달된 열에 의하여 그 온도가 상승되고 분해 반응이 일어나며, 분해 반응의 속도와 수율은 반응 튜브 내의 반응 가스의 온도, 압력, 체류 시간 등의 인자에 의해서 결정된다.
일반적으로, 튜브형 열 분해 반응기의 수율(yield)은 각 반응 튜브의 생성물 배출부를 통하여 배출되는 생성물의 온도(outlet temperature)로 조절되며, 이는 수율에 직접적으로 영향을 주는 반응 온도의 대표값(representative value)으로 생각할 수 있기 때문이다.
생성물의 배출 온도는 생성물 배출부로 배출되는 생성물의 평균 온 도(average temperature)이기 때문에 같은 배출 온도라고 하더라고 반응 튜브 내의 온도 분포 및 온도 궤적(temperature profile)은 달라질 수 있다. 이러한 사항이 튜브형 열 분해 반응기는 공간적 변수가 중요하게 작용하는 시스템으로 분류되는 중요한 이유라고 볼 수 있다.
튜브형 열 분해 반응기는 분해로의 형태 및 반응 튜브의 배열에 의하여 복사 및 대류의 패턴이 달라진다. 특히 열 전달 경로 중에서, 열 공급원(13)에서 각 반응 튜브(11, 12)의 표면으로의 복사에 의한 열전달 효율성은 시계 인자 (view factor)에 의하여 영향을 많이 받는다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 지그재그형으로 어긋나게 배치된 제 1 및 제 2 반응 튜브(11 및 12) 배열은 열전달 효율을 유지하면서 열 분해 효과를 충분히 얻기 위한 것으로 상업적으로 이용되는 열 분해로에서 채택되어 사용되고 있다.
열분해 반응이 진행되는 경로 전체에 걸쳐 균일한 열 전달을 이루기 위해서 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 다수의 열 공급원(13; 버너)을 (도 1에서는 반응로(10-1) 양측 내벽에 4개씩) 행(row)으로 배치되는 것이 일반적이다.
열 전달 효율을 높이고 균일한 열 전달 효과를 얻기 위한 이러한 설계 노력에도 불구하고 튜브형 열 분해 반응기의 열류량 및 반응 튜브 내 온도 분포의 전형적인 패턴은 도 5에 도시된 그래프와 같이 불균일성을 가지고 있다.
어느 한 반응 튜브, 예를 들어, 제 1 반응 튜브(11)의 수평관부(11-1)의 표면 중에서 수평 중심선이 지나는 오른쪽 포인트(A), 즉 먼 반응로 내벽과 가장 가까운 점을 0°로 설정(그 반대쪽 포인트(B), 즉 가까운 반응로 내벽에 가장 가까운 점은 180°)로 설정한 상태에서 제 1 반응 튜브(11)의 수평관부(11-1)의 전체 표면의 온도 분포 곡선(아래 곡선)을 도 5에 나타내었다.
도 5의 그래프를 통하여, 동일 반응 튜브일지라도 가까운 반응로 내벽(열 공급원(13)이 설치되어 있음)에 대응하는 부분(즉, 180°부분)의 온도가 가장 높으며, 먼 반응로 내벽에 대응하는 부분, 특히 45° 및 315°부분에서의 온도가 가장 낮음을 알 수 있다.
이러한 현상은 각 반응 튜브(11, 12)의 수평관부(11-1, 12-1) 표면 중에서 90°부터 270°부분은 가까운 반응로 내벽에 설치된 열 공급원(13)으로부터의 복사열이 직접적으로 전달되지만, 먼 반응로 내벽에 설치된 열 공급원(13)에 대응하는 45° 및 315°부분 영역으로는 복사열이 충분히 공급되지 않는다는 것을 의미한다.
즉, 각 반응 튜브(11, 12)의 배치 구조상, 열 공급원(13)으로부터의 복사열이 이웃하는 반응 튜브(12, 11)에 의하여 부분적으로 차단되며, 따라서 차단된 부분과 대응하는 반응 튜브 표면으로는 복사열이 충분하게 전달되지 않는다.
이와 같은 동일 반응 튜브(11 및 12)일지라도 표면과 그에 대응하는 내부 공간의 온도 및 열류량(heat flux)이 불균일하게 분포됨으로써 열 효율의 저하를 야기하고, 또한 반응 튜브 내의 코크(coke)의 생성을 일으키는 부 반응 물질 생성 반응이 균일한 온도 분포를 나타낼 때보다 급격하게 이루어져 공정 운전 및 생산물의 품질에 문제를 발생시킨다.
특히 정기적 혹은 부정기적으로 코크 제거(decoking) 작업이 요구되며 이에 따라 상당한 경제적 손실이 불가피하다.
본 발명은 튜브형 열 분해 반응기에서 발생하는 위와 같은 문제점, 즉 반응 튜브 표면에서의 온도 불균일에 의하여 야기되는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 각 반응 튜브의 표면 및 반응 튜브 내부 공간의 온도 분포를 균일하게 유지시킴으로써 열 효율을 향상시킬 수 있는 튜브형 열 분해 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기는 양측 내벽에 적어도 하나 이상의 열 공급원을 구비한 반응로; 반응로 내에 일정 높이에 걸쳐 설치되며, 적어도 하나의 연결관부 및 적어도 2개의 수평관부로 구분되고, 내부에는 반응물이 유동하는 제 1 반응 튜브; 제 1 반응 튜브의 적어도 하나의 수평관부의 외주면에 장착된 제 1 핀 부재; 내부에 반응물이 유동하는 적어도 하나의 연결관부 및 적어도 2개의 수평관부로 구분되며, 제 1 반응 튜브와 소정의 간격을 두고 설치되되, 각 수평관부는 제 1 반응 튜브의 2개의 수평관부 사이의 공간에 대응되는 제 2 반응 튜브; 및 제 2 반응 튜브의 적어도 하나의 수평관부의 외주면에 장착된 제 2 핀 부재를 포함하며, 제 1 핀 부재와 제 2 핀 부재는 서로 마주보는 상태로 배치된다.
여기서, 제 1 반응 튜브의 각 수평관부 외주면에는 2개의 제 1 핀 부재가 장착되며, 제 2 반응 튜브의 각 수평관부 외주면에는 2개의 제 2 핀 부재가 장착되되, 각 핀 부재는 각 수평관부의 수평 중심선 위의 표면 및 아래 표면에 각각 장착된다.
바람직하게는, 제 1 반응 튜브에 장착된 2개의 제 1 핀 부재는 수평관부 수 평 중심선 양 종단 중 제 2 반응 튜브와 대응하는 지점을 기준으로 각각 20 내지 70°의 각도 (즉, 수평 중심선 상부) 및 290 내지 340°의 각도(즉, 수평 중심선 하부)를 이루며, 제 2 반응 튜브에 장착된 2개의 제 2 핀 부재는 수평관부 수평 중심선 중 제 1 반응 튜브와 대응하는 지점을 기준으로 각각 20°내지 70(즉, 수평 중심선 상부)°의 각도 및 및 290 내지 340°의 각도(즉, 수평 중심선 하부)를 이룬다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 3은 도 2의 대응 도면으로서, 본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기를 도시한 단면도, 그리고 도 4는 본 발명을 설명하기 위한 도 3에 도시된 일부 반응 튜브의 상세도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 흡열 반응을 이용한 열 반응 공정이 진행되는 열 분해 반응기(100)는 크게 반응로(101), 반응로(101) 내에 소정 간격을 두고 수직 상태(도면 기준)로 장착된 제 1 및 제 2 반응 튜브(111 및 112) 그리고 반응로(101) 내벽에 장착된 다수의 열 공급원(113; 버너)을 포함한다.
제 1 및 제 2 반응 튜브(111 및 112)는 각각 단일의 반응 튜브로서, 그 길이를 최대화하기 위하여 반응로(101)의 전 높이에 걸쳐 지그재그 형태로 배치되어 있다. 물론, 양단부는 반응로(101) 외부로 연장되며, 반응 가스 유입부 및 생성물 배출부의 기능을 수행한다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 각 반응 튜브 반응 튜브(예를 들어, 제 1 반응 튜브(111))는 다른 높이에 배치되는 다수의 수평관부(111-1) 및 수평관부(111-1)를 연결하는 다수의 연결관부(111-2)로 이루어진다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 반응 튜브(111 및 112)는 높이 차이를 갖고 설치되어 있으며, 따라서, 제 1 반응 튜브(11)의 수평관부(111-1; 최상단 수평관부는 제외)는 제 2 반응 튜브(112)의 2개의 수평관부(112-1) 사이에 위치한다.
반응로(101)의 내벽에는 다수의 열 공급원(113)이 설치되어 있으며, 따라서 열 공급원(113)에서 발생된 열은 대류(convection) 및 복사(radiation) 현상에 의해서 각 반응 튜브(111, 112) 표면까지 도달한다.
본 발명의 가장 큰 구성적 특징은 각 반응 튜브(111, 112)의 각 수평관부(111-1, 112-1) 외주면에 일정 높이의 핀 부재(120)를 고정시킨 것이다.
어느 한 반응 튜브, 예를 들어, 제 1 반응 튜브(111)에서, 각 핀 부재(120)는 마주보는 반응 튜브인 제 2 반응 튜브(112)의 수평관부(112-1)와 대응하는 면에 설치되며, 따라서 제 1 반응 튜브(111) 표면에 고정된 핀 부재(120)와 제 2 반응 튜브(112) 표면에 고정된 핀 부재(120)는 서로 마주보는 상태를 유지한다.
한편, 핀 부재(120)의 길이는, 제한되지는 않으나, 각 반응 튜브(111, 112)의 수평관부(111-1, 112-1)의 길이와 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 핀 부재(120)는 각 반응 튜브(111, 112)의 내경의 10 내지 60%, 바람직하게는 20 내지 50%의 높이를 갖는 것이 바람직하다.
핀 부재(120)의 높이가 반응 튜브(111, 112)의 내경의 20%보다 작을 때, 핀 부재(120)에 의한 열 방사 효율이 낮으며, 이와 반대로 핀 부재(120)가 각 반응 튜브(111, 112)의 내경의 50% 이상의 높이를 가질 경우, 열 공급원(113)으로부터의 방사열을 핀 부재(120)가 과도하게 차단할 것으로 예상된다.
여기서, 각 반응 튜브(111, 112)에 고정된 핀 부재(120)의 수는 제한되지 않으나, 각 수평관부(111-1, 112-1)의 수평 중심선의 양단 지점 중 서로 대향하는 지점(제 1 반응 튜브(111)의 경우, 오른쪽 포인트(A; 즉 먼 반응로 내벽에 대응하는 점))을 0°로, 그 반대쪽 포인트(제 1 반응 튜브(111)의 경우 왼쪽 포인트(B; 즉 가까운 반응로 내벽에 대응하는 점)를 180°로 설정하였을 때, 20° 내지 70°각도의 지점 (즉, 수평 중심선 상부) 및 290° 내지 340°각도의 지점(즉, 수평 중심선 하부)에 2개의 핀 부재(120)를 각각 고정하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 45°각도 및 315°각도의 지점이다.
이하에서는, 각 수평관부(111-1, 112-1)의 45°각도 및 315°각도의 지점에 핀 부재(120)를 고정한 구성을 예를 들어 설명한다.
이러한 조건으로 각 반응 튜브(111, 112)의 수평관부(111-1, 112-1) 표면에 2개의 핀 부재(120)를 장착하였을 경우, 각 핀 부재(120)는 이웃하는 다른 반응 튜브의 수평 관부에 장착된 핀 부재와 평행한 상태를 유지한다.
도 3 및 도 4를 참고하여 열분해 반응을 설명하면 다음과 같다.
반응 가스, 예를 들어 탄화수소는 225℃로 가열되는 예열기와 250℃로 가열되는 기화기를 거쳐 기체 상태가 된다. 이 상태에서 열 분해 반응로(100)의 각 반응 튜브(111, 112)로 분리되어 주입되며, 이후 각 반응 튜브(111, 112)를 빠져나간 후, 다시 혼합된다.
열 공급원(113)으로부터 공급된 열에 의하여 800℃까지 가열된 반응 튜브(111, 112) 내부를 유동하는 과정에서 탄화수소 가스는 반응 튜브(111, 112) 내에서 500℃까지 가열되면서 열분해가 일어나게 된다.
이와 같은 열분해 반응 과정에서 각 반응 튜브(111, 112)의 수평관부(111-1, 112-1)에 고정된 핀 부재(120)에는 반응로(111) 내벽에 설치된 열 공급원(113)으로부터의 복사열이 전달된다. 어느 한 핀 부재(120)로의 복사열 전달 경로를 도 4에서 대표적으로 점선으로 나타내었다.
이와 같이 각 핀 부재(120)로 복사열이 전달되면, 각 핀 부재(120)는 그 주변으로 열을 2차 복사시키며, 따라서, 인접한 다른 반응 튜브(112, 111)의 수평관부(111-1, 112-1)의 표면으로 복사열이 전달된다.
각 반응 튜브(111, 112)의 수평관부(111-1, 112-1)에 고정된 핀 부재(120)의 배치 조건에 따라, 핀 부재(120)에 의한 2차 복사 열은 인접한 다른 반응 튜브(112, 111)의 수평관부(111-1, 112-1) 표면 중에서 1차 복사 열이 충분히 전달되지 않은 영역 즉, 각 수평관부의 45° 및 315°주변 부분으로 전달된다.
이러한 조건에서는, 각 수평관부(111-1, 112-1)의 45° 및 315°부분에는 열 공급원(113)으로부터의 직접적인 복사열과 함께 이웃하는 핀 부재(120)로부터의 2차 복사열이 함께 전달됨으로써 그 표면 온도가 증가한다.
한편, 각 반응 튜브(111, 112)에 장착된 핀 부재(120) 표면을 열 방사율이 높은 재료, 예를 들어 세라믹으로 코팅하면 핀 부재(120)의 열 복사율이 증가하며, 따라서, 인접한 반응 튜브(112, 111) 표면으로의 복사 열 전달을 높일 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다. 단 발명의 범위가 하기 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기와 종래의 열 분해 반응기에 대한 복사 열전달을 전산 모사하였다. 각 반응 튜브(111, 112)의 내경은 203mm, 외경은 219 mm이며, 각 반응 튜브(111, 112)의 수평관부(111-1, 112-1)간의 중심 거리는 483 mm, 제 1 반응 튜브와 제 2 반응 튜브(111, 112) 사이의 거리는 426 mm, 각 반응 튜브(111, 112)와 이에 인접한 반응로(100) 내벽 사이의 거리는 917 mm이다.
열은 복사열에 의해서만 전달되며, 반응 튜브(111, 112) 내면의 방사율은 1.0, 외면은 0.9로 가정하였다. 본 발명의 실시예에서는 탄화수소로 1,2-디클로로에탄을 사용하였으며, 반응물 및 생성물의 성질은 표 1과 같다.
C2H4Cl2 C2H3Cl HCl
Cp (J/kg-K) 1079.58 1221.93 806.36
Mw (kg/kgmol) 98.969 62.495 36.461
표준 상태 엔탈피 (J/kgmol) -1.3E+08 3.52E+07 -9.24E+07
1,2-디클로로에탄(C2H4Cl2, EDC)는 열분해되어 비닐클로라이드 모노머(C2H3Cl, VCM)와 하이드로젼클로라이드(HCl)를 생성하며, 반응식은 다음과 같다.
EDC → VCM + HCl
전산모사를 위한 반응 속도 계산에 사용된 값을 표 2에 나타내었다.
반응속도상수 (k) k0e- Ea /RT kgmol/m3-s
지수앞 인자 (Pre-exponential factor) (k0) 1.4E+12 /s
활성 에너지 (Ea) 2.32E+08 J/kgmol
유체 초기 온도 282.4℃
측벽 온도 773.85℃
유량 반응 튜브당 6.741 kg/sec
핀 부재를 구비하지 않은 일반적인 반응 튜브와 높이 60 mm, 두께 5 mm의 핀 부재가 위에서 설명한 위치에 고정된 반응 튜브를 이용하여 반응 공정을 각각 실시하고 각 반응 튜브의 표면 온도를 측정하였다. 그 측정 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5는 위의 실시예에 기재된 조건에 따른 열 반응 공정 후, 본 발명의 튜브형 열 분해 반응기에서의 어느 한 반응 튜브의 표면 온도 분포 및 일반적인 도 1에 도시된 일반적인 열 분해 반응기에서의 어느 한 반응 튜브 표면의 온도 분포를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5의 그래프에서, x 좌표의 "각도"는 위에서 설명한 바와 같이 각 수평관부의 수평 중심선(예를 들어, 도 4의 선 B-A)을 기준으로 먼 반응로 내벽에 대응하는 점을 0°로 설정하고 가까운 반응로 내벽에 대응하는 점을 180°로 설정하였을 때, 수평관부 표면의 각 영역을 나타낸다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 일반적인 반응 튜브(도 1의 11, 12)는 그 표면 온도 분포가 불균일, 즉 45° 및 315°부분에서 표면 온도가 180° 부분의 표면 온도보다 약 75°정도 낮으나, 본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기의 반응 튜브(도 3의 111, 112)에서의 온도 차이는 약 50°정도로 현저하게 감소하였다.
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 튜브형 열 분해 반응기의 반응 튜브 주변과 도 1에 도시된 일반적인 튜브형 열 분해 반응기의 반응 튜브 주변의 온도 분포 전사 모사 결과를 각각 도시한 도면으로서, 도 6a와 도 6b를 통하여 일반적인 반응 튜브의 표면 온도(도 6a)보다 본 발명에 따른 열 분해 반응기의 반응 튜브의 표면 온도(도 6b)가 균일한 것을 확인할 수 있다.
위에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시되었다. 따라서, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에서는 핀 부재가 반응 튜브를 열 분해 반응기에 장착할 경우, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
각 반응 튜브로 전달되는 복사열이 증가하여 반응 튜브 표면의 온도가 균일화되고, 따라서 반응 튜브 내를 유동하는 유체가 균일하게 가열되어, 반응물의 과도한 분해나 미반응 분해를 방지한다. 이와 함께 아울러 부반응의 생성을 감소시켜 코크의 생성을 억제 한다.
또한 반응 수율 증대 효과와 더불어 열전달 효율 증대 효과로 열 분해 공정 에 소용되는 에너지의 사용 효율을 증가시킬 수 있으며, 이러한 효과를 달성하기 위하여 반응 튜브 내부에 유체의 흐름을 방해하는 구조를 설치할 필요가 없으며, 따라서 반응 튜브의 단면적 감소나 유체의 선속도 증가, 그로 인한 코크의 침착 및 압력 강하 등의 문제가 발행하지 않는다.

Claims (7)

  1. 양측 내벽에 열 공급원을 구비한 반응로;
    반응로 내에 일정 높이에 걸쳐 설치되며, 연결관부 및 연결관부에 연결된 수평관부로 구분되고, 내부에는 반응물이 유동하는 제 1 반응 튜브;
    제 1 반응 튜브의 수평관부의 외주면에 장착된 제 1 핀 부재;
    내부에 반응물이 유동하는 연결관부 및 연결관부에 연결된 수평관부로 구분되며, 제 1 반응 튜브와 소정의 간격을 두고 설치된 제 2 반응 튜브; 및
    제 2 반응 튜브의 수평관부의 외주면에 장착된 제 2 핀 부재를 포함하되,
    제 1 핀 부재와 제 2 핀 부재는 서로 마주보는 상태로 배치된 튜브형 열 반응기
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 반응 튜브의 수평관부는 제 2 반응 튜브의 2개의 수평관부 사이의 공간에 대응되며,
    제 1 반응 튜브의 각 수평관부 외주면에는 2개의 제 1 핀 부재가 장착되며,
    제 2 반응 튜브의 각 수평관부 외주면에는 2개의 제 2 핀 부재가 장착되되, 각 핀 부재는 각 수평관부의 수평 중심선 위의 표면 및 아래 표면에 각각 장착되어 있는 열 반응기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1 반응 튜브에 장착된 2개의 제 1 핀 부재는 수평관부 수평 중심선 양 종단 중 제 2 반응 튜브와 대응하는 지점을 기준으로 각각 20 내지 70°의 각도 및 290 내지 340°의 각도를 이루며, 제 2 반응 튜브에 장착된 2개의 제 2 핀 부재는 수평관부 수평 중심선 중 제 1 반응 튜브와 대응하는 지점을 기준으로 각각 20°내지 70°의 각도 및 및 290 내지 340°의 각도를 이루는 열 반응기.
  4. 제 2 항에 있어서, 제 1 핀 부재와 제 2 핀 부재는 각 반응 튜브의 수평관부의 전체 길이에 걸쳐 부착되어 있는 열 반응기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 핀 부재는 장착된 반응 튜브의 내경의 20 내지 50% 정도의 높이를 갖는 열 반응기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 핀 부재와 제 2 핀 부재는 그 표면에 형성된 열 방사 효율이 높은 재료의 코팅층을 갖는 열 반응기.
  7. 제 6 항에 있어서, 코팅층은 세라믹으로 이루어진 열 반응기.
KR1020060089791A 2006-09-15 2006-09-15 튜브형 열 분해 반응기 KR100988216B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060089791A KR100988216B1 (ko) 2006-09-15 2006-09-15 튜브형 열 분해 반응기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060089791A KR100988216B1 (ko) 2006-09-15 2006-09-15 튜브형 열 분해 반응기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080025241A true KR20080025241A (ko) 2008-03-20
KR100988216B1 KR100988216B1 (ko) 2010-10-18

Family

ID=39413180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060089791A KR100988216B1 (ko) 2006-09-15 2006-09-15 튜브형 열 분해 반응기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100988216B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7096931B2 (en) 2001-06-08 2006-08-29 Exxonmobil Research And Engineering Company Increased heat exchange in two or three phase slurry
KR100460077B1 (ko) 2002-01-03 2004-12-08 조민수 가압식 관로형 반응기
KR20060100015A (ko) * 2005-03-16 2006-09-20 박인국 보일러
KR100834068B1 (ko) * 2006-08-31 2008-06-02 전남대학교산학협력단 튜브 열 반응기

Also Published As

Publication number Publication date
KR100988216B1 (ko) 2010-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4871928B2 (ja) より均一な加熱を用いるクラッキング炉
US4342642A (en) Steam pyrolysis of hydrocarbons
JP4768091B2 (ja) 輻射加熱型チューブの入口側管体と出口側管体が加熱室の中で隣り合うように配置されている分解炉
EP0305799B1 (en) Pyrolysis heater
CA1329317C (en) Cracking furnace
US7484478B2 (en) Fired heater
KR100988216B1 (ko) 튜브형 열 분해 반응기
CN101723784B (zh) 一种乙烯裂解炉
Heynderickx et al. Circumferential tube skin temperature profiles in thermal cracking coils
US6425757B1 (en) Pyrolysis heater with paired burner zoned firing system
KR100814654B1 (ko) 이중-가열 처리노 및 양축 지지 칼럼
KR101146864B1 (ko) 폴리실리콘 제조용 반응기
JPS6338888A (ja) 熱交換器，同熱交換器の形成方法および同熱交換器を含む炭化水素分解炉
EP1295930A1 (en) Pyrolysis furnace with new type radiant tubes arrangement and method of its operation and usage
KR101599662B1 (ko) 열 교환 장치 및 그 제조방법
US2598840A (en) Heater for hydrocarbon fluid
CN210193772U (zh) 加热炉
CN110079356B (zh) 加热炉
KR102320510B1 (ko) 가열 튜브 모듈 및 이를 포함하는 파이어 히터
KR101857885B1 (ko) 파이어 히터
JPH07238288A (ja) 熱分解炉
KR20200123883A (ko) 파이어 히터
KR20210110467A (ko) 파이어 히터 및 이를 포함하는 탄화수소 탈수소화 장치
KR102220200B1 (ko) 파이어 히터
CN109251763B (zh) 一种辐射式加热炉

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130930

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140924

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150923

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 10