KR20140005752A - 모놀리스형 반응기 - Google Patents

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KR20140005752A
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monolith
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티모시 더글라스 감린
리차드 스프라트
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데이비 프로세스 테크놀로지 리미티드
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Abstract

튜브형 반응기의 튜브 내에 삽입하기 위한 모놀리스 촉매 캐리어로서,
상기 튜브형 반응기는, 사용시 모놀리스 촉매를 수용하는 용기로서, 상기 용기는 상기 용기를 밀폐하는 저면, 및 상기 용기의 저면으로부터 밀봉부의 위치보다 하부의 위치까지 위쪽으로 연장되는 스커트로서, 상기 모놀리스 촉매의 외면과 상기 스커트 사이에 공간이 있도록 위치하는, 스커트를 가지는, 용기; 및 상기 모놀리스 촉매의 상면에 또는 상면 근방에 위치하고, 상기 스커트의 외면을 벗어나서 연장되는 거리 만큼 상기 모놀리스 촉매로부터 연장되는 밀봉부를 포함하는, 모놀리스 촉매 캐리어.

Description

모놀리스형 반응기{MONOLITHIC REACTOR}
본 발명은 튜브형 반응기에서 사용하기 위한 촉매 캐리어에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발열 반응 또는 흡열 반응을 수행해야 하는 튜브형 반응기에서 사용하기 위한 촉매 캐리어에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 복수 개의 촉매 캐리어를 포함하는 발열 반응 또는 흡열 반응을 수행하는 반응기에서 사용하기 위한 촉매 캐리어에 관한 것이다.
튜브형 반응기는 통상 원통형이고 통상적으로는 촉매 입자가 무작위 충전되어 있는 튜브를 포함한다. 이 튜브의 외부에 열 전달 수단이 설치된다. 가동시, 기체, 액체 또는 기체와 액체 모두가 촉매 입자 위을 통과하여 흐름으로써, 목표로 하는 반응이 일어난다.
많은 반응에 있어서, 반응의 열 효과는 온건하다. 그러한 환경에서, 튜브 전체에 큰 체적의 촉매가 수용되도록 직경이 큰 튜브가 사용될 수 있다. 그러나, 보다 발열성인 반응 또는 흡열성인 반응에 있어서, 반응기 내의 조건을 컨트롤하기 위해 튜브 벽을 통해 효율적으로 열 전달이 이루어지는 것이 필요하다. 이것은, 튜브를 가로질러 촉매의 입자수가 감소되어야 하고, 따라서 튜브의 단면적이 감소되어야 한다는 것을 의미한다.
보통 내지 고도로 발열성인 반응이 일어나는 튜브형 반응기에서는 많은 경우에 열 전달이 제한된다. 이것이 가지는 단점 중 하나는, 생산성이 증가되면 열 폭주(thermal runaway)를 피하기 위해 안정적인 가동 온도를 유지하는 속도로 제거되어야 하는 열의 양이 증가되기 때문에, 활성이 더 높은 촉매의 이점을 실현하기 어렵다는 점이다. 상기 반응이 보통 내지는 고도로 흡열성인 반응인 경우, 증가된 가열에 의해 문제가 초래될 수 있고, 몇몇 시스템에서는 튜브 벽의 손상이 일어날 수 있다.
공지의 반응기들은 이상적인 것이 되지 못하는 몇 가지 단점들을 가진다. 이들 반응기에 대해서 나타나는 한 가지 문제는, 반응열을 효과적으로 추출하기 위해서는, 튜브의 중심선이 발열 반응에서 열 폭주를 피하거나 흡열 반응에서 급랭을 피하기에 충분히 낮은 온도로 유지되도록 튜브는 비교적 작은 직경을 가져야 한다는 점이다. 튜브는 일반적으로 내경 15∼40mm의 수준으로 비교적 작아야 하기 때문에, 튜브의 수가 현저히 증가되고, 따라서 특정한 촉매의 체적을 수용하는 데 필요한 반응기 내 튜브의 중량이 증가되며, 합리적인 선적 치수와 중량을 가진 단일 반응기의 생산성이 제한된다.
제2의 문제는, 촉매 입자가 적절한 튜브 길이에서 과도한 압력 강하를 초래하지 않도록 특정의 크기, 형상 및 강도를 가져야 하고, 일반적으로 이로 인해 입자 크기가 큰 촉매를 사용하게 된다는 점이다. 이것은 상기 반응이 물질 전달 또는 열 전달, 또는 그 두 가지 모두에 있어서 제한되는 경우에, 그 자체로 문제가 될 수 있다. 이러한 문제의 일부는 활성 자리(active site)가 촉매 입자의 표면 근방에만 존재하도록 함으로써 완화될 수는 있지만, 이것은 합리적인 전체 생산성을 달성하기 위해서는 활용가능한 활성 자리가 격심하게 작업에 이용되어야 하고, 그에 따라 촉매의 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 달성 가능한 생산성을 제한할 수 있다.
따라서, 높은 생산성으로 작동하는, 분말화되거나, 표면적이 큰 구조로 되거나, 발포된 촉매를 구비함으로써, 20m 수준의 긴 튜브와 허용가능한 압력 강하를 유지하면서 높은 열 출력을 가지는, 단면적이 큰 튜브를 사용하는 수단을 제공할 필요성이 존재한다.
이러한 문제의 한 가지 해결책이 영국 특허출원 제0918426.0에 제시되어 있는 촉매 캐리어 장치로서, 이 촉매 캐리어 장치는 반응기 튜브 내에 설치되도록 구성되고, 사용시 작은 촉매 입자가 가지는 큰 체적에 의해 상대적으로 큰 튜브가 사용될 수 있도록, 그리고 발열 반응 또는 흡열 반응에서도 반응기가 높은 생산성으로 가동됨과 아울러 허용가능한 압력 강하를 가질 수 있도록 튜브 벽에서 열 전달을 최적화한다.
상기 문헌에 기재된 구성은,
사용시 촉매를 수용하는 환형 용기로서, 튜브를 한정하는 천공된(perforated) 내벽, 천공된 외벽, 상기 환형 용기를 밀폐하는 상면 및 상기 환형 용기를 밀폐하는 저면을 가지는, 환형 용기;
상기 환형 용기의 상기 내벽에 의해 형성되는 상기 튜브의 저부를 밀폐하는 표면;
상기 용기의 저면 위치 또는 저면 근방의 위치로부터 밀봉부(seal)의 위치보다 하부 위치까지 상기 환형 용기의 상기 천공된 외벽으로부터 위쪽으로 연장되는 스커트(skirt); 및
상기 상면에 또는 상면 근방에 위치하고, 상기 스커트의 외면을 벗어나서 연장되는 거리 만큼 상기 용기로부터 연장되는 밀봉부
를 포함하는, 튜브형 반응기의 튜브 내에 삽입하기 위한 촉매 캐리어를 제공한다.
이 해법은 종래 기술의 구성에 비해 많은 이점을 제공하지만, 일반적으로 입자상 촉매가 사용되는 공정에 적용되는 것이다. 그러나, 피셔-트롭슈 스팀 개질 및 수소 첨가 반응과 같은 몇몇 반응에 있어서는 모놀리스 촉매가 사용될 수 있다. 이러한 모놀리스 촉매가 상황에 따라서는 입자상 촉매에 비해 이점을 가질 수 있지만, 이러한 모놀리스 촉매는 모놀리스의 본체의 중심으로의 열 전달, 또는 본체의 중심으로부터의 열 전달과 관련된 문제를 여전히 가진다. 금속 모놀리스는 세라믹 모놀리스에 비해 열 전달을 향상시키지만, 모놀리스의 중심에서 반응으로 또는 반응으로부터 전도될 수 있는 열의 양에는 여전히 한계가 있다. 모놀리스 촉매가 영국 특허출원 제0918426.0호의 촉매 캐리어에 사용될 수는 있지만, 현재 모놀리스 촉매가 사용되는 경우에, 천공된 내벽 및 외벽이 생략될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 목적은 복수 개의 촉매 캐리어를 포함하는 발열 반응 또는 흡열 반응을 수행하는 반응기에서 사용하기 위한 촉매 캐리어를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 튜브형 반응기의 튜브 내에 삽입하기 위한 모놀리스 촉매 캐리어로서, 상기 튜브형 반응기는,
사용시 모놀리스 촉매를 수용하는 용기로서, 상기 용기는 상기 용기를 밀폐하는 저면, 및 상기 용기의 저면으로부터 밀봉부의 위치보다 하부의 위치까지 위쪽으로 연장되는 스커트로서, 상기 모놀리스 촉매의 외면과 상기 스커트 사이에 공간이 있도록 위치하는, 스커트를 가지는, 용기; 및
상기 모놀리스 촉매의 상면에 또는 상면 근방에 위치하고, 상기 스커트의 외면을 벗어나서 연장되는 거리 만큼 상기 모놀리스 촉매로부터 연장되는 밀봉부
를 포함하는, 모놀리스 촉매 캐리어가 제공된다.
모호한 점을 피하기 위해, 배향에 관한 모든 언급, 예를 들면 '위쪽으로', '밑에', '하부에' 등과 같은 용어는, 용이하게 참조하도록, 첨부된 도면에 예시된 촉매 캐리어의 배향과 관련하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 촉매 캐리어는, 예를 들면 수평으로 배향된 다른 배향에서도 사용될 수 있다. 따라서 상기 용어는 그에 따라 해석되어야 한다.
촉매 용기는 일반적으로 사용시 내장되는 반응기 튜브의 내부 치수보다 작은 치수를 가지는 크기로 되어 있다. 밀봉부의 크기는 본 발명의 촉매 캐리어가 튜브 내에 위치하고 있을 때 반응기의 내벽과 상호작용하도록 되어 있다. 캐리어 길이 및 직경과 같은 파라미터는 상이한 반응 및 구성을 수용하도록 선택될 것이다.
하나의 구성에 있어서, 촉매가 점유하고 있지 않은 모놀리스의 본체 내에 실질적으로 공간이 없다는 점에서 상기 모놀리스 촉매는 고체이다. 모놀리스가 다운플로우(downflow), 즉 반응물(들)이 반응기 튜브를 통해 아래쪽으로 흐르는 수직형 반응기에서 사용될 때, 반응물(들)은 먼저 모놀리스 촉매의 상면에 접촉하고, 그것을 통해 실린더의 축에 평행한 방향으로 흐른다. 용기의 밀봉부는 반응물(들)이 모놀리스 주위로 흐르지 못하게 방지하고, 반응물의 방향이 촉매 내로 향하도록 돕는다. 이어서, 반응은 모놀리스 촉매 내에서 일어난다. 이어서, 생성물도 실린더의 축에 평행한 방향으로 모놀리스를 통해 아래로 흐른다.
반응물(들)과 생성물이 촉매 캐리어의 저면에 도달하면, 그것들은 캐리어의 스커트 방향으로 이송된다. 이 흐름을 촉진시키기 위해, 저면의 상측면 상에 캐리어 내에 기부(feet)가 제공됨으로써, 사용시, 촉매 모놀리스가 기부 상에 지지되고, 촉매 모놀리스의 저부와 촉매 캐리어의 저면 사이에 갭이 형성될 수 있다. 그러면, 위쪽으로 연장되는 스커트는 반응물(들)과 생성물을 스커트의 내면과 모놀리스 촉매의 외면 사이로 위쪽으로 이송하여 밀봉부의 하부에 도달하게 한다. 이어서, 반응물(들)과 생성물은 밀봉부의 하측면에 의해, 스커트의 단부 위로 이송된 다음, 스커트의 외면과 반응기 튜브의 내면 사이에서 아래쪽으로 흐르고, 거기에서 열 전달이 일어난다.
다른 하나의 구성에 있어서, 모놀리스 촉매는 길이 방향으로 연장되는 채널을 가진다. 일반적으로, 상기 채널은 모놀리스 촉매의 중심축에 위치한다. 따라서, 반응기 튜브가 원형 단면을 가지는 경우에, 이러한 구성의 모놀리스 촉매는 환형 단면을 가지게 된다. 이 구성에 있어서, 사용시, 다운플로우 구조를 가진 수직형 반응기에서 반응물(들)은 반응기 튜브를 통해 아래쪽으로 흐르고, 따라서 먼저 모놀리스 촉매의 상면에 접촉한다. 밀봉부는 촉매의 측면 주위로 반응물(들)의 통로를 차단한다. 반응물(들)의 유로(path of flow)가 촉매에 의해 방해 받기 때문에, 그 흐름은 일반적으로 보다 용이한 경로를 취하게 되고, 모놀리스의 채널에 유입된다. 이어서, 반응물(들)은 환형 모놀리스 촉매에 유입되어, 촉매 모놀리스의 외면 방향으로 촉매를 방사상으로 통과한다. 촉매 모놀리스를 통과하는 동안 반응이 일어난다. 이어서, 미반응된 반응물과 생성물은 모놀리스 촉매로부터 외면을 통해 유출된다. 위쪽으로 연장되는 스커트는 반응물과 생성물을 스커트의 내면과 모놀리스 촉매의 외벽 사이로 위쪽으로 이송하여 밀봉부에 도달시킨다. 반응물과 생성물은 이어서 밀봉부의 하측면에 의해, 스커트의 단부 위로 이송되고, 스커트의 외면과 반응기 튜브의 내면 사이에서 아래쪽으로 흐르고, 거기에서 열 전달이 일어난다.
모놀리스 촉매가 채널을 포함하는 구성에 있어서, 촉매 캐리어는 모놀리스 촉매 위로 연장되는 상면을 포함할 수 있지만, 채널은 커버되지 않은 상태로 둔다. 이 상면은 반응물(들)이 상부로부터 촉매 모놀리스에 유입되지 못하고, 방사상 흐름(radial flow)을 위한 채널 내로 인도되도록 한다.
상기 반응기가 업플로우(upflow)이거나, 또는 예를 들면 수평 배향으로 되어 있는 경우에, 유동 경로는 앞에 기재된 것들과는 상이할 것이라는 것을 이해할 것이다. 그러나, 용기와 모놀리스 촉매를 통한 경로의 원리는 기재된 바와 같을 것이다.
일반적으로, 복수 개의 촉매 캐리어가 반응기 튜브 내에 적층된다. 이러한 구성에 있어서, 반응물/생성물은 제1 캐리어의 스커트의 외면과 반응기 튜브의 내면 사이로 하방으로 흘러서 마침내 모놀리스 촉매의 상면과 제2 캐리어의 밀봉부에 접촉하게 되고, 전술한 유동 경로를 이용하여 제2 모놀리스 촉매를 통해 하방으로 이송된다.
촉매 캐리어는 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 그러한 물질은 일반적으로 반응기의 가동 조건을 견디도록 선택된다. 일반적으로, 촉매 캐리어는 탄소강, 알루미늄, 스테인레스강, 기타 합금 또는 반응 조건을 견딜 수 있는 임의의 물질로 제조된다. 대안적 구성에 있어서, 촉매 캐리어는 비금속 물질로 형성될 수 있다.
용기의 컴포넌트들은 임의의 두께를 가질 수 있다. 적합한 두께는 약 0.1mm 내지 약 1.0mm, 바람직하게는 약 0.3mm 내지 약 0.5mm의 수준이다.
모놀리스 촉매가 길이 방향 채널을 가진 구성에 있어서, 튜브의 저부를 밀폐하는 표면은 단일 유닛으로서 형성되거나, 또는 서로 연결된 2개의 별도의 부분일 수 있다. 2개의 표면은 동일 평면상에 있을 수 있지만, 바람직한 구성에 있어서는 상이한 평면에 있다. 하나의 구성에 있어서, 길이 방향 채널 밑 튜브의 저부인 부분은 용기의 나머지 부분의 저면보다 낮은 평면에 있다. 이것은 복수 개의 용기를 사용해야 할 때, 하부에 배열된 캐리어 상에 하나의 캐리어가 위치하는 데 도움을 준다. 또 다른 구성에 있어서, 튜브의 채널에 정렬된 저부의 표면은 용기의 나머지 부분의 저면보다 높은 평면에 있을 수 있는 것으로 이해된다.
상기 저면은 일반적으로 구멍이 없지만, 하나 이상의 배출구(drain hole)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 배출구가 존재할 경우, 배출구는 필터 메쉬로 커버될 수 있다. 이와 유사하게, 선택적으로는 필터 메쉬로 커버된 배출구가 튜브의 저부를 밀폐하는 표면에 존재할 수도 있다. 캐리어가 수직이 아닌 배향으로 사용될 경우에, 배출구가 존재한다면 그 배출구는 다른 위치, 즉 사용시 캐리어에서 가장 낮은 지점에 위치할 것이다.
하나 이상의 스페이서 수단이 용기의 저면으로부터 하방으로 연장될 수 있다. 각각의 스페이서 수단은 별도의 컴포넌트로서, 또는 저면의 함몰부(depression)에 의해 형성될 수 있다. 이러한 스페이서 수단이 존재할 경우, 스페이서 수단은 사용시 제1 캐리어의 저면과 제2의 하부 캐리어의 상면 사이로 흐르는 반응물 및 생성물을 위한 막히지 않은 경로를 제공하는 데 도움을 준다. 스페이서는 약 4mm 내지 약 6mm 수준의 깊이를 가질 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 스페이서 수단은 존재할 경우 용기의 상면에 존재할 수 있고, 또는 밀봉부로부터 상방으로 연장될 수 있다.
밀봉부가 존재할 경우, 그 상면은 사용시 용기 위에 적층된 촉매 캐리어에 맞대어 용기를 위치시키는 수단을 포함할 수 있다. 용기를 위치시키는 수단은 임의의 적합한 구성으로 되어 있을 수 있다. 하나의 구성에 있어서, 상기 수단은 반응물의 유입이 가능한 개구부(aperture) 또는 공간을 가진 하나 이상의 직립 칼라(upstanding collar)를 포함한다. 상기 수단은 흐름을 인도하는 배플(baffle)로서 작용할 수 있다.
상방으로 연장되는 스커트는 매끄럽거나, 또는 형상을 가질 수 있다. 임의의 적합한 형상이 사용될 수 있다. 적합한 형상으로는 주름(pleat), 물결모양(corrugation) 등이 포함된다. 주름, 물결모양 등은 일반적으로 캐리어의 길이를 따라 기다랗게 배열된다. 직립 스커트의 형상은 스커트의 표면적을 증가시키고, 반응기 튜브의 내면 상의 모든 표면 거칠기 또는 튜브의 공차가 수용될 수 있게 하므로, 촉매 캐리어를 반응기 튜브에 삽입하는 것에 도움을 준다.
위쪽으로 연장되는 스커트가 형상을 가지는 경우에, 일반적으로는 그것에 의해 가스 밀봉부가 형성될 수 있도록 저면에 연결되어 있는 지점쪽으로 매끄러운 형상으로 납작해진다. 직립 스커트는 가요성일 수 있다.
일반적으로, 직립 스커트는 모놀리스 촉매의 상면보다 약 0.5cm 내지 약 1.5cm, 바람직하게는 약 1cm 짧은 위치에서 종료된다.
이론에 얽매이고 싶지 않지만, 직립 스커트는 환형 용기의 외면으로부터 반응물/생성물을 포집하고, 그것들을 형상부(shape)를 통해 촉매 캐리어의 상부 방향으로 이송하여, 그것들이 위쪽으로 이동함에 따라 모놀리스 촉매의 외면으로부터 유출되는 더 많은 반응물/생성물을 포집하는 역할을 하는 것으로 생각된다. 전술한 바와 같이, 반응물/생성물은 튜브 벽과 직립 스커트의 외부 사이에서 아래로 이송된다. 이러한 방법에 의해, 열 전달은 캐리어의 전체 길이를 따라 하방으로 증강되지만, 열교환은 촉매로부터 분리되어 있기 때문에, 튜브 벽에서 반응을 억제하지 않은 채 더 고온이든 더 저온이든 적합한 열교환 유체를 사용할 수 있고, 동시에 캐리어의 중심 쪽의 촉매의 온도를 적절히 조절할 수 있다.
밀봉부는 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 그러나, 밀봉부는 일반적으로 반응기 튜브의 가장 작은 직경을 수용하도록 충분히 압축가능하다. 밀봉부는 일반적으로 가요성인 슬라이딩 밀봉부이다. 하나의 구성에 있어서, 오(O)링이 사용될 수 있다. 압축가능한 분할 링, 또는 높은 팽창 계수를 가진 링이 사용될 수 있다. 밀봉부는 반응 조건을 견딜 수 있는 한 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 하나의 구성에 있어서, 밀봉부는 캐리어로부터 연장되는 변형가능한(deformable) 플랜지일 수 있다. 이러한 플랜지는 용기가 튜브 내에 삽입될 때 내부에 끼워지도록 변형되고 튜브와 맞대어지도록 튜브의 내경보다 큰 사이즈를 가질 수 있다.
본 발명의 이점 중 하나는, 본 발명의 캐리어 내에 촉매가 제공될 수 있고, 가동 정지시간을 최소로 하여 반응기 튜브 내에 용이하게 설치될 수 있다는 점이다. 따라서, 촉매는 촉매의 제조 현장에서 촉매 캐리어 내에 장입될 수 있다. 촉매는 사전에 환원되고 안정화되거나, 캡슐화됨으로써, 현장에서 촉매를 취급할 필요성을 배제할 수 있다. 촉매가 사용되고 나면, 캐리어는 별개의 유닛으로서 반응기로부터 용이하게 제거될 수 있고, 폐기되거나 필요에 따라 재생되도록 용이하게 수송될 수 있다.
본 발명의 촉매 캐리어는 고도로 발열성이거나 흡열성인 반응에 촉매를 사용할 수 있게 한다. 상기 장치는 대형 튜브를 사용할 수 있게 함으로써, 튜브 벽의 마이크로-채널(micro-channel) 구역에서 열 전달이 효과적으로 일어나기 때문에, 정해진 용량의 반응기에 대해 큰 폭의 중량 및 비용 감소를 가져온다. 이것은 냉각/가열 매체로의, 또는 그러한 매체로부터의 우수한 열 전달을 제공한다. 또한, 촉매가 냉각/가열 매체로부터 분리되어 있기 때문에, 반응으로부터 열교환 효과가 분리되므로 상대적으로 큰 온도차가 허용될 수 있다. 복수 개의 본 발명의 캐리어가 튜브에 삽입되는 경우에, 이것은 각각의 튜브에 복수 개의 단열 반응기(adiabatic reactor)를 직렬로 제공하는 효과를 가진다.
상기 촉매 캐리어는 광범위한 공정에 사용될 수 있다. 적합한 공정의 예로는, 메탄올의 제조 반응, 암모니아의 제조 반응, 메탄화(methanation) 반응, 시프트(shift) 반응, 무수 말레산 및 에틸렌 옥사이드의 형성과 같은 산화 반응, 피셔-트롭슈 반응 등이 포함된다. 예비 개질(pre-reforming), 탈수소 반응 등과 같은 흡열 반응이 본 발명의 촉매 캐리어를 포함하는 반응기에서 수행될 수 있다.
본 발명의 모놀리스 촉매 캐리어는 임의의 적합한 촉매로 채워지거나 부분적으로 채워질 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명의 전술한 제1 측면의 복수 개의 촉매 캐리어를 포함하는 반응기 튜브가 제공된다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 상기 제2 측면의 하나 이상의 반응기 튜브를 포함하는 반응기가 제공된다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 반응물이 상기 제1 측면의 촉매 캐리어, 상기 제2 측면의 반응기 튜브, 또는 상기 제3 측면의 반응기 내에 유입되는, 반응을 수행하는 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 종래 기술의 문제점을 개선하여, 복수 개의 촉매 캐리어를 포함하는 발열 반응 또는 흡열 반응을 수행하는 반응기에서 사용할 수 있는 촉매 캐리어가 제공된다.
도 1은 유동 경로를 예시하는, 본 발명의 일 구현예의 개략도이다.
도 2는 유동 경로를 예시하는 본 발명의 제2 구현예의 개략도이다.
도 3은 적층된 캐리어 2개 사이의 유동 경로의 개략도이다.
촉매 캐리어의 개요를 위해서는, 영국 특허출원 제0918426.0호에 포함되어 있는 도면을 참고할 수 있는데, 상기 특허문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 특히, 스커트 구성에 대해서는 상기 특허문헌에 예시된 내용을 참조할 수 있다.
본 발명의 일 구현예의 촉매 캐리어(1)가 도 1에 예시되어 있다. 저면(2)은 용기(1)의 저부를 밀폐한다. 기부(3)는 저면으로부터 위쪽으로 연장되어 모놀리스 촉매(4)를 지지한다.
직립 스커트(5)는 저면(2)으로부터 연장된다. 상기 스커트는 주름 모양일 수 있고, 저면(3) 방향의 영역에서와 같이 납작한 형태일 수 있다.
밀봉부(6)가 모놀리스 촉매(4)로부터 연장되어 반응기 튜브(7)의 벽과 상호 접하도록 구비된다. 상기 밀봉부를 위한 배플(8)이 위쪽으로 연장된다. 이 배플은 흐름을 인도하고 캐리어를 캐리어 상부에 위치한 캐리어의 저부로부터 분리시키는 역할을 한다. 가스의 흐름은 화살표에 의해 개략적으로 예시되어 있다.
본 발명의 대안적 구현예가 도 2에 예시되어 있다. 이 구성에 있어서, 모놀리스 촉매(4)는 촉매를 관통하는 길이방향 채널(9)을 가진다. 이 구성에 있어서, 제1 구현예의 기부는 생략될 수 있다. 이 캐리어는 제1 구현예와 구성이 유사하다. 그러나, 모놀리스 촉매의 상면을 커버하기 위해 상면(10)이 추가로 제공된다. 도 2의 구성에서 가스의 흐름은 화살표에 의해 개략적으로 예시되어 있다.
본 발명의 복수 개의 촉매 캐리어가 반응기 튜브(7) 내에 설치되어 있을 때, 유동 경로에 대한 효과는 도 3에 도시된 확대 단면도에 예시되어 있다.
이상과 같이 촉매 캐리어를 원형 단면을 가진 튜브에서 사용하는 것에 관하여 특정적으로 기재했지만, 상기 튜브는 비원형 단면으로 되어 있을 수 있고, 예를 들면 플레이트 반응기일 수 있는 것으로 이해될 것이다. 상기 튜브가 비원형 단면을 가지는 경우에, 캐리어는 적절한 형상을 가질 것이다. 이러한 구성에서는, 환형 모놀리스가 사용되는 구현예는 원형 환(circular ring)이 아니고, 이 용어는 그에 따라 해석해야 할 것이다.
또한, 특정의 환경에서는, 캐리어의 스커트는 생략될 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 구성은 발열/흡열 반응이 온도를 현저히 변화시키지 않는 상황에 적합할 수 있다.

Claims (17)

  1. 튜브형 반응기의 튜브 내에 삽입하기 위한 모놀리스 촉매 캐리어로서,
    상기 튜브형 반응기는,
    사용시 모놀리스(monolith) 촉매를 수용하는 용기로서, 상기 용기는 상기 용기를 밀폐하는 저면, 및 상기 용기의 저면으로부터 밀봉부의 위치보다 하부의 위치까지 위쪽으로 연장되는 스커트로서, 상기 모놀리스 촉매의 외면과 상기 스커트 사이에 공간이 있도록 위치하는, 스커트를 가지는, 용기; 및
    상기 모놀리스 촉매의 상면에 또는 상면 근방에 위치하고, 상기 스커트의 외면을 벗어나서 연장되는 거리 만큼 상기 모놀리스 촉매로부터 연장되는 밀봉부
    를 포함하는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모놀리스 촉매가 고체인, 모놀리스 촉매 캐리어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 저면의 상측 표면 상에 기부(feet)를 추가로 포함하는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모놀리스 촉매가 길이 방향으로 관통하여 연장되는 채널을 가지는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모놀리스 촉매가 원형 단면을 가지는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 촉매 캐리어가
    사용시, 상기 모놀리스 촉매 위로 연장되지만 상기 채널을 커버되지 않은 상태로 남겨두는 상면을 포함하는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저면이 하나 이상의 배출구(drain hole)를 포함하는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 스페이서 수단이 상기 용기의 상기 저면으로부터 하방으로 연장되는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉부, 또는 존재할 경우에 상기 상면은 그 상면에, 사용시 상기 용기 위에 적층된 촉매 캐리어에 맞대어 상기 용기를 위치시키는 수단을 포함하는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상방으로 연장되는 스커트가 형상을 가진 것인, 모놀리스 촉매 캐리어.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상방으로 연장되는 스커트의 형상이 물결모양인, 모놀리스 촉매 캐리어.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 상방으로 연장되는 스커트의 형상이, 상기 저면에 연결되어 있는 지점쪽으로 매끄러운 형상으로 납작해지는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    촉매를 포함하는, 모놀리스 촉매 캐리어.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 복수 개의 촉매 캐리어를 포함하는, 반응기 튜브.
  15. 제14항에 따른 반응기 튜브를 포함하는 반응기.
  16. 반응물이, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 촉매 캐리어, 제14항의 반응기 튜브, 또는 제15항의 반응기에 유입되는, 반응을 수행하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 반응이 발열 반응 또는 흡열 반응인, 반응을 수행하는 방법.
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