KR20170131152A - 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법에 관한 것으로서, 화학 반응 시 발생되어 교반 용기의 벽면에 점착되는 생성물질들을 임펠러의 회전에 의해 긁혀 떨어져나가도록 한 후 제거할 수 있도록 하고 임펠러의 회전축에 생성물질들이 점착되지 않도록 회전축을 형성함으로써, 교반기의 가동을 중지시키지 않고 계속적으로 운전하여 올레핀을 제조할 수 있는 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법에 관한 것이다.

Description

화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법 {Chemical reactor and preparation method of olefin using the same}
본 발명은 화학 반응 시 발생된 생성물질들이 교반 용기의 벽면 및 임펠러에 점착되더라도 교반기를 계속 가동시킬 수 있는 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학 반응기는 여러 가지 구조가 있고, 그 형태도 화학 반응의 종류나 원료 물질과 반응물질에 따라 달라진다.
그리고 대부분의 화학 반응기는 원료 물질들의 균일한 혼합, 반응 속도의 향상, 균질한 생성물질의 제조를 위하여 교반기가 구비된다.
그런데 교반기를 가동하더라도 화학물질, 반응물질 및 생성물질들에 따라 반응기를 구성하는 교반 용기의 내부 벽면에 벽면 및 임펠러에 생성물질들이 점착되어 굳어질 수 있으며, 반응이 진행되면서 점착되는 생성물질들이 점차 증가되어 교반기의 가동을 중지시켜야 하는 경우가 발생하게 된다.
일례로, 에틸렌(ethylene), 용제인 메틸시클로헥산(MCH; methylcyclohexane), 크롬(Cr)계 촉매 및 조촉매인 메틸알루미녹산(m-MAO; methylaluminoxane)을 이용한 선형 알파 올레핀(LAO; Linear Alpha-Olefins)의 생성 반응 시 정반응으로 헥센(Hexene)이나 옥텐(Octene)이 생성되지만 부반응으로 폴리머가 생성된다. 이때, 생성되는 폴리머가 교반 용기의 내부 벽면 및 임펠러에 점착되고 점착되는 양이 점점 증가되어, 결국에는 교반 용기와 임펠러가 폴리머에 의해 고착되어 교반기의 가동을 중지시키고 달라붙은 폴리머를 제거한 후 교반기를 다시 가동시켜야 하는 문제점이 있다.
또한, 화학 반응 시의 발열 반응으로 인해 교반 용기에 형성된 냉각수 유로를 통해 열교환을 해야 하는 경우, 고착된 폴리머가 교반 용기의 내벽과 화학 반응 물질간의 열전달을 방해하여 수율을 저해하거나 냉각을 위한 장치의 비용이 증가하는 문제점이 있다.
US 8,735,517 B2 (2014.05.27.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 화학 반응 시 발생되어 교반 용기의 벽면에 점착되는 생성물질들을 임펠러의 회전에 의해 긁혀 떨어져나가도록 한 후 제거할 수 있도록 하고 임펠러의 회전축에 생성물질들이 점착되지 않도록 회전축을 형성함으로써, 교반기의 가동을 중지시키지 않고 계속적으로 운전할 수 있는 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 반응기는, 교반 용기; 및 상기 교반 용기의 높이방향으로 형성되어 하단이 상기 교반 용기의 상측에 배치된 회전축, 상기 회전축의 하단에서 상기 교반 용기의 측벽을 향해 연장 형성된 연장부, 및 상기 연장부의 단부에서 상기 교반 용기의 측벽을 따라 하측으로 연장 형성되되 상기 측벽에 근접되어 형성된 측면 블레이드를 포함하는 임펠러; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상기 측면 블레이드의 하단이 교반 용기의 하부벽 상면에 근접한 위치까지 연장 형성되고, 상기 측면 블레이드의 하단에서 교반 용기의 하부벽을 따라 상기 회전축의 중심축을 향해 연장 형성되되 교반 용기의 하부벽 상면에 근접되어 형성된 하부 블레이드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상기 연장부와 하부 블레이드를 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상측에서 바라보았을 때 상기 회전축을 기준으로 연장부가 방사상으로 복수개 형성되며, 상기 연장부들의 단부에서 측면 블레이드가 각각 하측으로 연장 형성될 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상기 측면 블레이드들을 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상기 측면 블레이드들의 하단이 교반 용기의 하부벽 상면에 근접한 위치까지 연장 형성되고, 상기 측면 블레이드들의 각각의 하단에서 교반 용기의 하부벽을 따라 상기 회전축의 중심축을 향해 연장 형성되되 교반 용기의 하부벽 상면에 근접되어 형성된 하부 블레이드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상기 하부 블레이드들은 중심축쪽의 단부가 서로 연결될 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상기 측면 블레이드에서 반경방향 내측을 향해 배플이 연장 형성될 수 있다.
또한, 상기 교반 용기에 설치되어 교반 용기 내부에 채워지는 유체에 와류를 형성시킬 수 있는 사이드 믹서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 사이드 믹서가 복수개 설치될 수 있다.
또한, 상기 사이드 믹서는 교반 용기의 하부벽에 설치될 수 있다.
또한, 상기 사이드 믹서는 임펠러 회전축의 중심축 또는 교반 용기의 중심축에서 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 사이드 믹서의 교반 날개 회전 중심축은 상기 임펠러 회전축의 중심축 또는 교반 용기의 중심축과 교차될 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 반응기를 이용해 올레핀을 제조하는 올레핀 제조 방법에 있어서, 상기 교반 용기 내부에 원료 물질들을 투입한 후 상기 임펠러를 회전시켜 원료 물질들이 교반되면서 화학반응이 일어나도록 하는 동안, 상기 교반 용기의 내부 벽면에 점착되는 부착물들이 상기 임펠러의 회전에 의해 탈락되며, 상기 탈락된 부착물들은 교반 용기의 배출구를 통해 배출되도록 하여, 상기 임펠러를 정지시키지 않고 화학반응이 일어나도록 하여 올레핀을 제조할 수 있다.
또한, 상기 교반 용기의 내부에 투입되는 원료 물질들은 상기 임펠러의 회전축의 하단보다 낮은 높이까지 채워질 수 있다.
또한, 상기 올레핀은 선형 알파 올레핀(LAO; Linear Alpha-Olefins)일 수 있다.
본 발명의 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법은, 화학 반응 시 발생되어 교반 용기의 벽면에 점착되는 생성물질들이 임펠러의 회전에 의해 제거될 수 있으며, 임펠러의 회전축에 생성물질들이 점착되지 않도록 회전축을 형성함으로써, 교반기의 가동을 중지시키지 않고 계속적으로 운전할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 화학 반응기를 나타낸 단면 사시도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 화학 반응기를 나타낸 정면 단면도.
도 7 내지 도 13은 본 발명에 따른 연결부가 형성된 화학 반응기의 실시예들을 나타낸 정면 단면도.
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 측면 블레이드에 배플이 형성된 화학 반응기의 실시예들을 나타낸 정면 단면도.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 화학 반응기를 나타낸 단면 사시도.
도 18 내지 도 26은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 화학 반응기를 나타낸 정면 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 화학 반응기 및 이를 이용한 올레핀 제조 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 화학 반응기를 나타낸 단면 사시도이며, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 화학 반응기를 나타낸 정면 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 반응기(1000)는, 교반 용기(400); 및 상기 교반 용기(400)의 높이방향으로 형성되어 하단이 상기 교반 용기(400)의 상측에 배치된 회전축(110), 상기 회전축(110)의 하단에서 상기 교반 용기(400)의 측벽(410)을 향해 연장 형성된 연장부(120), 및 상기 연장부(120)의 단부에서 상기 교반 용기(400)의 측벽(410)을 따라 하측으로 연장 형성되되 상기 측벽(410)에 근접되어 형성된 측면 블레이드(130)를 포함하는 임펠러(100); 를 포함할 수 있다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 반응기(1000)는 크게 교반 용기(400) 및 임펠러(100)를 포함하여 이루어질 수 있다.
교반 용기(400)는 반응시키고자 하는 원료 물질들이 내부에 수용될 수 있도록 오목한 용기 형태로 형성될 수 있다. 그리고 교반 용기(400)는 밀폐될 수 있는 용기 형태로 형성될 수도 있다. 교반 용기(400)는 일례로 도시된 바와 같이 사방이 측벽(410)으로 막혀있고, 아래쪽은 하부벽(420)에 의해 막혀있도록 형성되되 하부벽(420)에는 배출구(421)가 형성될 수 있으며 배출구(421)에는 밸브가 설치되어 밸브가 개폐되도록 할 수 있다. 또한, 위쪽의 상부벽(430)은 유입구(431)가 형성되어 원료 물질들을 교반 용기(400) 내에 투입할 수 있다. 이때, 유입구(431)에는 밸브가 설치될 수 있으며, 유입구(431)는 원료 물질들을 공급하는 공급장치에 연결될 수도 있다. 여기에서 상기한 바와는 반대로 교반 용기(400)는 원료 물질들이 투입되는 유입구가 하부벽(420)에 형성되고 배출구가 상부벽(430)에 형성될 수도 있으며, 유입구 및 배출구는 교반 용기(400)의 측벽(410)이나 다양한 위치에 형성될 수 있다. 또한, 교반 용기(400)는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 측벽(410)은 일반적으로 원통형으로 형성될 수 있고, 하부벽(420)은 평평한 형태 또는 하측으로 오목한 형태 등으로 형성될 수 있으며, 상부벽(430)도 하부벽(420)과 마찬가지로 평평한 형태 또는 상측으로 볼록한 형태 등으로 형성될 수 있다. 또한, 교반 용기(400)는 측벽(410)과 하부벽(420)이 일체로 형성되고 상부벽(430)은 별도로 형성되어 커버 형태로 측벽(410)의 상단에 상부벽(430)이 결합될 수도 있다.
임펠러(100)는 회전축(110), 연장부(120) 및 측면 블레이드(130)를 포함할 수 있다. 회전축(110)은 회전 중심이 되는 중심축(C)이 높이방향을 향하도록 배치될 수 있으며, 일례로 교반 용기(400)의 측벽(410)이 원통형으로 형성되는 경우 측벽(410)의 중심축과 회전축(110)의 중심축이 일치하도록 동축상에 회전축(110)이 배치될 수 있다. 그리고 회전축(110)은 하단이 교반 용기(400)의 상측에 배치될 수 있으며, 일례로 교반 용기(400)의 내부 상측에 회전축(110)의 하단이 배치되어, 회전축(110)이 교반 용기(400)의 상부벽(430)을 통과하여 회전축(110)의 상단이 교반 용기(400)의 외부로 노출되도록 배치될 수 있으며, 회전축(110)의 상단은 구동 모터 등의 회전수단에 연결될 수 있다.
그리고 회전축(110)의 하단에서 교반 용기(400)의 측벽을 향해 연장부(120)가 형성될 수 있다. 즉, 일례로 회전축(110)의 하단부 외주면에서 연장부(120)가 반경방향으로 바깥쪽 방향으로 연장 형성될 수 있으며, 방사상으로 형성될 수도 있다. 이때, 도 4와 같이 연장부(120)는 회전축(110)을 기준으로 양측으로 대칭이 되도록 형성될 수 있으며, 연장부(120)는 복수개로 형성되어 원주방향을 따라 특정한 각도만큼 이격되어 배치될 수도 있다. 또한, 연장부(120)는 일단이 회전축(110)에 연결되어 있고 타단은 측벽(410)의 내측면에서 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 측면 블레이드(130)는 측벽(410)쪽에 배치된 연장부(120)의 단부인 타단에서 교반 용기(400)의 측벽(410)을 따라 하측으로 연장 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 측면 블레이드(130)의 상단이 연장부(120)에 연결되고 하측으로 연장 형성되어 하단은 자유단으로 형성될 수 있다. 또한, 측면 블레이드(130)의 하단은 하부벽(420)의 상면에서 상측으로 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 연장부(120) 및 측면 블레이드(130)는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 일례로 판형으로 형성되어 상대적으로 넓이가 넓은 부분을 형성하는 평면이 높이방향 및 반경방향을 향하도록 세워진 형태가 되도록 배치될 수 있으며, 연장부(120)는 봉, 파이프 및 판 형태 등 다양하게 형성될 수 있다.
그리하여 교반 용기(400)의 내부에 원료 물질들이 투입된 후 임펠러(100)가 회전되어 원료 물질들이 혼합될 수 있으며, 이때 혼합된 물질들의 반응에 의해 생성되는 물질들 중 부반응에 의해 형성되는 폴리머와 같은 부착물(fouling)이 교반 용기(400)의 측벽(410) 내측면 및 임펠러(100)의 측면 블레이드(130)에 점착될 수 있다. 이때, 교반 용기(400)의 측벽(410) 내측면 및 측면 블레이드(130)는 근접하여 배치되므로, 임펠러(100)의 회전에 의해 측벽(410) 내측면과 측면 블레이드(130)의 사이 및 그 주변에는 혼합된 원료 물질들(유체)의 유속이 상대적으로 빠르므로 측벽(410) 내측면 및 측면 블레이드(130)에는 부착물이 점착되기 어려우며, 또한 점착되어 부착물의 양이 증가하더라도, 회전되는 임펠러(100)의 측면 블레이드(130)에 의해 교반 용기(400) 측벽(410)의 상면에 점착된 부착물들이 긁혀 떨어져 나갈 수 있으며, 측면 블레이드(130)에 달라붙는 부착물들도 측벽(410)과 접촉되면서 떨어져나갈 수 있다. 그리고 교반 용기(400) 및 제1임펠러(100)에서 탈락된 부착물들은 배출구(421)를 통해 교반 용기(400)의 외부로 배출되도록 할 수 있다. 또한, 임펠러(100)는 회전축(100)의 길이가 짧게 형성되어 교반 용기(400)의 상측에 배치되며, 원료 물질들의 교반을 위한 측면 블레이드(130)가 형성된 높이 범위 내에 회전축(100)이 형성되지 않으므로, 상대적으로 유속이 느린 교반 용기(400)의 중심축 부분에 회전축(100)이 없으므로 회전축(100)에 부착물들이 달라붙는 것이 원천적으로 방지될 수 있다.
이에 따라 화학 반응 시 발생되어 교반 용기의 벽면 및 임펠러에 점착되는 생성물질들이 임펠러의 회전에 의해 제거될 수 있으며, 임펠러의 회전축에 부착불들이 달라붙는 것을 방지할 수 있어, 교반기를 구성하는 임펠러의 가동을 중지시키지 않고 계속적으로 화학 반응기를 운전하면서 원하는 물질이 생성되도록 할 수 있다.
또한, 상기 임펠러(100)는, 상기 측면 블레이드(130)의 하단이 교반 용기(400)의 하부벽(420) 상면에 근접한 위치까지 연장 형성되고, 상기 측면 블레이드(130)의 하단에서 교반 용기(400)의 하부벽(420)을 따라 상기 회전축(100)의 중심축(C)을 향해 연장 형성되되 교반 용기(400)의 하부벽(420) 상면에 근접되어 형성된 하부 블레이드(140)를 더 포함할 수 있다.
즉, 도 5와 같이 임펠러(100)는 측면 블레이드(130)의 하단이 교반 용기(400)의 바닥 근처까지 형성되어 측면 블레이드(130)의 하단에서 측벽(410)의 반대측 방향으로 하부 블레이드(140)가 연장 형성될 수 있다. 일례로, 하부 블레이드(140)는 하측면이 교반 용기(400)의 하부벽(420) 상면에서 미리 설정된 높이만큼 이격되도록 배치되어 하부 블레이드(140)가 하부벽(420) 상면에 급접되어 형성될 수 있으며, 하부 블레이드(140)는 측면 블레이드(410)의 하단부에서 반경방향 안쪽으로 연장 형성되어 중심축(C) 위치까지 연장 형성될 수 있으며, 그 이상으로 길게 형성될 수도 있다. 그리하여 임펠러(100)의 회전 시 하부벽(420) 상면에 점착되는 부착물들이 하부 블레이드(140)의 회전에 의해 긁혀 떨어져나갈 수 있다.
또한, 상기 임펠러(100)는, 상기 연장부(120)와 하부 블레이드(140)를 연결하는 연결부(150)를 더 포함할 수 있다.
즉, 도 10과 같이 높이방향으로 상측에 배치된 연장부(120)와 하측에 배치된 하부 블레이드(140)를 연결하도록 연결부(150)가 형성될 수 있으며, 일례로 연결부(150)는 도시된 바와 같이 상단이 연장부(120)에 연결되고 하단이 하부 블레이드(140)에 연결되어 수직으로 배치된 형태로 형성될 수 있다. 그리고 연결부(150)는 판형이나 봉 또는 파이프와 같은 선형으로 형성될 수 있으며 와이어 등 다양한 형태로 형성될 수도 있다. 그리하여 하부 블레이드(140)가 구조적으로 보다 견고하게 고정될 수 있으며, 임펠러(100)의 교반 능력을 향상시킬 수도 있다.
또한, 상기 임펠러(100)는, 상측에서 바라보았을 때 상기 회전축(110)을 기준으로 연장부(120)가 방사상으로 복수개 형성되며, 상기 연장부(120)들의 단부에서 측면 블레이드(130)가 각각 하측으로 연장 형성될 수 있다.
즉, 도 2 내지 도 6과 같이 임펠러(100)는 회전축(110)을 기준으로 연장부(120)가 반경방향 바깥쪽을 향해 형성되되 대칭이 되도록 원주방향으로 180도 간격을 이루도록 형성되어 연장부(120)들의 단부에서 측면 블레이드(130)가 각각 형성될 수 있다. 또는 회전축(110)을 기준으로 연장부(120)가 방사상으로 형성되어 연장부(120)들의 단부에서 측면 블레이드(130)가 각각 형성됨으로써 3차원 구조로 형성될 수 있다. 이때에도 측면 블레이드(130)들의 하단에서 하부 블레이드(140)가 각각 형성될 수 있으며, 연장부(120)와 하부 블레이드(140)를 연결하는 연결부(150)가 형성될 수 있다. 또한, 하부 블레이드(140)는 측면 블레이드(130)들의 하단을 연결하는 형태로 형성되어, 회전축(110)의 중심축(C)을 기준으로 서로 마주보는 측면 블레이드(130)들의 하단이 서로 하나의 하부 블레이드(140)로 연결된 형태로 형성될 수 있다. 또는 도 3과 같이 연장부(120)가 십자 형태 등으로 형성되는 경우 측면 블레이드(130)들의 하단을 연결하는 하부 블레이드(140)들이 서로 교차되어 연결된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 임펠러(100)는, 상기 측면 블레이드(130)들을 연결하는 연결부(150)를 더 포함할 수 있다.
즉, 도 7 내지 도 9와 같이 일례로 복수개의 측면 블레이드(130)가 형성된 경우 측면 블레이드(130)들을 연결하도록 반경방향 또는 수평방향 등으로 다양하게 연결부(150)가 형성될 수 있다. 그리하여 측면 블레이드(130)들이 구조적으로 보다 견고하게 고정될 수 있으며, 임펠러(100)의 교반 능력을 향상시킬 수도 있다.
또한, 상기 임펠러(100)는, 상기 측면 블레이드(130)들의 하단이 교반 용기(400)의 하부벽(420) 상면에 근접한 위치까지 연장 형성되고, 상기 측면 블레이드(130)들의 각각의 하단에서 교반 용기(400)의 하부벽(420)을 따라 상기 회전축(110)의 중심축을 향해 연장 형성되되 교반 용기(400)의 하부벽(420) 상면에 근접되어 형성된 하부 블레이드(140)를 더 포함할 수 있다.
즉, 임펠러(100)가 복수의 연장부(120) 및 측면 블레이드(130)를 갖도록 형성되는 경우에도 측면 블레이드(130)들에서 각각 하부 블레이드(140)가 연장 형성될 수 있으며, 상기한 바와 같이 하부 블레이드(140)들은 측면 블레이드(130)들의 하단을 연결하는 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 도 2와 같이 회전축(100)에 사각형 형태를 갖는 2차원 형태의 구조물이 연결된 형태로 임펠러(100)가 형성될 수 있으며, 또는 도 3과 같이 사각형 형태의 구조물이 회전축을 중심으로 90도 회전되어 더 배치된 3차원 구조로 임펠러(100)가 형성될 수도 있다. 여기에서도 마찬가지로 연결부(150)가 형성될 수 있으며, 연결부(150)는 도 7 내지 도 13과 같이 수직형태, 수평형태 및 대각선 방향을 잇는 형태 등 다양하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 임펠러(100)는, 상기 하부 블레이드(140)들은 중심축쪽의 단부가 서로 연결될 수 있다.
즉, 상기한 바와 같이 복수의 측면 블레이드(130)의 하단에서 중심축(C)쪽으로 하부 블레이드(140)가 연장 형성되는 경우 중심축(C) 부분에서 하부 블레이드(140)들의 단부가 만나 연결된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 임펠러(100)는, 상기 측면 블레이드(130)에서 반경방향 내측을 향해 배플(131)이 연장 형성될 수 있다.
즉, 도 14 및 도 15와 같이 반경방향으로 측면 블레이드(130)의 내측면에는 반경방향으로 중심축(C) 방향을 향해 배플(131)이 돌출된 형태로 연장 형성될 수 있으며, 배플(131)에 의해 유체의 유속을 더욱 빠르게 하여, 반경방향으로 측면 블레이드(130)의 내측면에 부착물이 점착되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 배플(131)은 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 복수개의 배플(131)이 측면 블레이드(130)를 따라 톱니 형태의 판으로 형성될 수 있으며, 복수개의 측면 블레이드(130)가 형성된 경우에는 높이방향을 따라 배플(131)이 엇갈리도록 측면 블레이드(130)들에 번갈아 배치된 형태로 형성될 수도 있다.
그리고 회전축은 교반 용기를 관통하도록 형성될 수 있고, 회전축은 교반 용기에 회전 가능하도록 베어링 등으로 결합될 수 있으며, 회전축이 교반 용기를 관통하는 부분에는 실링부재를 이용해 회전축과 교반 용기의 사이가 밀폐되도록 할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 화학 반응기는 교반 용기 내부에 수용되는 원료 물질들의 반응 시 온도를 조절하기 위한 히터나 냉각수단이 구비될 수 있으며, 각종 센서 들이 설치될 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 화학 반응기를 나타낸 단면 사시도이며, 도 18 내지 도 26은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 화학 반응기를 나타낸 정면 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 반응기(1000)는, 상기 교반 용기(400)에 설치되어 교반 용기(400) 내부에 채워지는 유체에 와류를 형성시킬 수 있는 사이드 믹서(500)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 반응기는 프로펠러 형태의 임펠러에 비해 상대적으로 혼합되는 물질(유체)의 교반 효율이 낮을 수 있으므로, 교반 용기(400)에 설치된 사이드 믹서(500)를 이용해 교반 용기(400) 내부에 채워진 유체에 와류를 형성시켜 교반 효율을 높일 수 있다. 이때, 사이드 믹서(500)는 교반 날개가 교반 용기(400)의 내부에 배치되고 교반 날개의 회전을 위한 감속기 및 구동모터는 교반 용기(400)의 외부에 배치되도록 설치되어 교반 날개와 감속기가 회전축으로 연결될 수 있다. 그리고 사이드 믹서(500)의 교반 날개는 유체에 와류를 형성시킬 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있고, 사이드 믹서(500)의 교반 날개는 임펠러(100)의 크기에 비해 매우 작게 형성될 수 있으며, 일례로 사이드 믹서(500) 교반 날개의 외경은 교반 용기(400)의 반경보다 작은 범위 내에서 형성될 수 있다. 또한, 임펠러(100)와 함께 사이드 믹서(500)를 작동시켜 교반 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 사이드 믹서(500)가 복수개 설치되어 교반 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 사이드 믹서(500)는 교반 용기(400)의 하부벽(420)에 설치될 수 있다. 즉, 교반 용기(400)의 하부벽(420)에 사이드 믹서(500)가 설치되어 임펠러(100)의 측면 블레이드(130) 등과의 간섭을 피할 수 있으며, 도시된 바와 같이 하부벽(420)에 설치된 사이드 믹서(500)를 이용해 교반 용기(400) 내부에 채워진 유체에 와류가 형성되도록 함으로써 유체의 교반 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 일례로 사이드 믹서(500)의 교반 날개가 회전되면 교반 날개의 바깥쪽인 교반 용기(400)의 측벽(410)쪽으로 유체가 유동되면서 회전되고 측벽(410)을 따라 상승하면서 회전되어 교반 용기(400)의 중간 부분이나 상측에서 사이드 믹서(500) 교반 날개의 중심축(C1)쪽으로 유동되어 중심축(C1)을 따라 교반 날개쪽으로 유체가 하강되면서 회전되는 형태로 와류가 형성될 수 있다. 그리고 사이드 믹서(500)가 설치된 경우에는 임펠러(100)는 하부 블레이드(140)가 없는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 사이드 믹서(500)는 임펠러(100) 회전축(110)의 중심축(C) 또는 교반 용기(400)의 중심축에서 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 사이드 믹서(500)는 임펠러(100) 회전축(110)의 중심축(C)에서 이격된 위치에 설치될 수 있으며, 도시된 바와 같이 회전축(110)의 중심축(C)과 측면 블레이드(130) 사이의 위치에 설치될 수 있다. 그리하여 임펠러(100)의 회전에 의해 형성되는 유체의 회전류가 사이드 믹서(500)에 의해 형성되는 와류에 의해 흐름이 깨지면서 교반 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 사이드 믹서(500)의 교반 날개 회전 중심축(C1)은 상기 임펠러(100) 회전축(110)의 중심축(C) 또는 교반 용기의 중심축과 교차되도록 형성될 수 있다. 이는 임펠러(100)의 회전에 의해 형성되는 유체의 회전류는 회전축(110)의 중심축(C)상에 근접한 부분에서 상대적으로 유속이 느리기 때문에, 사이드 믹서(500)에 의해 형성되는 와류가 유속이 느린 부분을 통과하도록 함으로써 교반 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 도시된 바와 같이 2차원 단면상에서 사이드 믹서(500)의 교반 날개 회전 중심축(C1)과 상기 임펠러(100) 회전축(110)의 중심축(C)이 교차되도록 형성되며, 3차원 구조상으로도 중심축들이 교차되도록 형성될 수 있다. 그리고 상기한 실시예들에서 임펠러(100) 회전축(110)의 중심축(C)은 교반 용기(400)의 중심축과 일치하도록 배치될 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 반응기(1000)를 이용해 올레핀을 제조하는 올레핀 제조 방법에 있어서, 상기 교반 용기(400) 내부에 원료 물질들을 투입한 후 상기 임펠러(100)를 회전시켜 원료 물질들이 교반되면서 화학반응이 일어나도록 하는 동안, 상기 교반 용기(400)의 내부 벽면에 점착되는 부착물들이 상기 임펠러(100)의 회전에 의해 탈락되며, 상기 탈락된 부착물들은 교반 용기(400)의 배출구(421)를 통해 배출되도록 하여, 상기 임펠러(100)를 정지시키지 않고 화학반응이 일어나도록 하여 올레핀을 제조할 수 있다.
즉, 종래에는 교반 용기 내에서 교반되는 원료 물질들이 화학 반응을 일으킬 때 부 반응으로 생성되는 물질들이 교반 용기의 내부 벽면이나 임펠러에 점착되어 고체 상태의 부착물을 형성하고, 이에 따라 부착물들이 점점 증가하여 임펠러와 교반 용기가 고착되어 임펠러의 회전을 정지시킨 후 고착된 부착물들을 제거한 다음 다시 교반하여 화학 반응이 일어나도록 해야 했다.
그러나 본 발명에서는 상기와 같은 화학 반응기를 이용하여, 원료 물질들이 교반되도록 회전되는 임펠러에 의해 교반 용기 및 임펠러에 점착되는 부착물들이 탈락될 수 있으며, 임펠러가 회전되고 원료 물질의 화학 반응이 일어나는 동안에도 탈락된 부착물들이 교반 용기의 배출구를 통해 배출되도록 할 수 있어, 임펠러를 정지시키지 않고 화학반응이 일어나도록 하여 올레핀을 지속적으로 제조할 수 있다.
또한, 상기 교반 용기(400)의 내부에 투입되는 원료 물질들은 상기 임펠러(100)의 회전축(110)의 하단보다 낮은 높이까지 채워질 수 있다.
즉, 회전축(110)이 혼합되는 원료 물질들에 잠기지 않도록 교반 용기(400) 내에 원료 물질들을 투입하여, 반응 시 발생되는 폴리머와 같은 부착물들이 회전축(110)에 원천적으로 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또는 측면 블레이드(130)가 형성된 높이 범위에는 회전축(110)이 없도록 임펠러(100)를 형성하고, 임펠러(100)의 연장부(120) 및 측면 블레이드(130)의 상측 일부가 원료 물질들에 잠기지 않을 정도로 원료 물질들을 투입하여 반응을 시킬 수 있다.
또한, 상기 올레핀은 선형 알파 올레핀(LAO; Linear Alpha-Olefins)일 수 있다. 즉, 에틸렌(ethylene), 용제인 메틸시클로헥산(MCH; methylcyclohexane), 크롬(Cr)계 촉매 및 조촉매인 메틸알루미녹산(m-MAO; methylaluminoxane)을 이용한 선형 알파 올레핀(LAO; Linear Alpha-Olefins)의 생성 반응 시 정반응으로 헥센(Hexene)이나 옥텐(Octene)이 생성되지만 부반응으로 폴리머가 생성되며, 생성되는 폴리머가 교반 용기의 내부 벽면 및 임펠러에 폴리머가 점착되므로, 이 폴리머가 제1임펠러 및 스크레이퍼에 의해 탈락되도록 하여 제거함으로써 지속적으로 화학 반응기를 가동하여 선형 알파 올레핀을 제조할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 화학 반응기
100 : 임펠러
110 : 회전축 C : 중심축
120 : 연장부
130 : 측면 블레이드 131 : 배플
140 : 하부 블레이드 150 : 연결부
400 : 교반 용기
410 : 측벽 420 : 하부벽
421 : 배출구 430 : 상부벽
431 : 유입구
500 : 사이드 믹서
C1 : 교반 날개 중심축

Claims (16)

  1. 교반 용기; 및
    상기 교반 용기의 높이방향으로 형성되어 하단이 교반 용기의 상측에 배치된 회전축, 상기 회전축에서 상기 교반 용기의 측벽을 향해 연장 형성된 연장부, 및 상기 연장부의 단부에서 상기 교반 용기의 측벽을 따라 하측으로 연장 형성되되 상기 측벽에 근접되어 형성된 측면 블레이드를 포함하는 임펠러;
    를 포함하는 화학 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 측면 블레이드의 하단이 교반 용기의 하부벽 상면에 근접한 위치까지 연장 형성되고, 상기 측면 블레이드의 하단에서 교반 용기의 하부벽을 따라 상기 회전축의 중심축을 향해 연장 형성되되 교반 용기의 하부벽 상면에 근접되어 형성된 하부 블레이드를 더 포함하는 화학 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 연장부와 하부 블레이드를 연결하는 연결부를 더 포함하는 화학 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상측에서 바라보았을 때 상기 회전축을 기준으로 연장부가 방사상으로 복수개 형성되며,
    상기 연장부들의 단부에서 측면 블레이드가 각각 하측으로 연장 형성된 화학 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 측면 블레이드들을 연결하는 연결부를 더 포함하는 화학 반응기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 측면 블레이드들의 하단이 교반 용기의 하부벽 상면에 근접한 위치까지 연장 형성되고, 상기 측면 블레이드들의 각각의 하단에서 교반 용기의 하부벽을 따라 상기 회전축의 중심축을 향해 연장 형성되되 교반 용기의 하부벽 상면에 근접되어 형성된 하부 블레이드를 더 포함하는 화학 반응기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 하부 블레이드들은 중심축쪽의 단부가 서로 연결된 화학 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 측면 블레이드에서 반경방향 내측을 향해 배플이 연장 형성된 화학 반응기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 교반 용기에 설치되어 교반 용기 내부에 채워지는 유체에 와류를 형성시킬 수 있는 사이드 믹서를 더 포함하는 화학 반응기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사이드 믹서가 복수개 설치된 화학 반응기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 사이드 믹서는 교반 용기의 하부벽에 설치된 화학 반응기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 사이드 믹서는 임펠러 회전축의 중심축 또는 교반 용기의 중심축에서 이격되어 배치된 화학 반응기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 사이드 믹서의 교반 날개 회전 중심축은 상기 임펠러 회전축의 중심축 또는 교반 용기의 중심축과 교차된 화학 반응기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 화학 반응기를 이용해 올레핀을 제조하는 올레핀 제조 방법에 있어서,
    상기 교반 용기 내부에 원료 물질들을 투입한 후 상기 임펠러를 회전시켜 원료 물질들이 교반되면서 화학반응이 일어나도록 하는 동안, 상기 교반 용기의 내부 벽면에 점착되는 부착물들이 상기 임펠러의 회전에 의해 탈락되며, 상기 탈락된 부착물들은 교반 용기의 배출구를 통해 배출되도록 하여,
    상기 임펠러를 정지시키지 않고 화학반응이 일어나도록 하여 올레핀을 제조하는 올레핀 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 교반 용기의 내부에 투입되는 원료 물질들은 상기 임펠러의 회전축의 하단보다 낮은 높이까지 채워지는 올레핀 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 올레핀은 선형 알파 올레핀(LAO; Linear Alpha-Olefins)인 올레핀 제조 방법.
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