KR20230148560A - 유동층 반응기 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유동층 반응기는, 반응기 본체; 반응기 본체의 내부 공간이 반응 공간과 기체 주입 공간으로 구획되게 반응기 본체에 설치되고, 반응 공간과 마주하는 분체 안착면을 갖고, 분체 안착면을 관통하여 기체가 통과하는 복수의 개구가 마련된 분산판; 및 인접하는 2개의 개구 사이에서 분체 안착면에 설치되어, 반응 공간으로 투입된 분체가 개구 측으로 분산되도록, 분체의 흐름을 가이드하는 적어도 하나의 더미 블럭을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유동층 반응기 및 이의 제조 방법{Fluidized bed reactor and method thereof}

본 발명은 유동층 반응기 및 이의 제조 방법에 관한 것이며, 상세하게는 분산판의 데드 존에 더미 블럭을 설치하여, 분산판을 통과하는 기체의 영향이 미치지 않는 데드 존에 분체가 쌓이는 것을 방지하여, 분체의 유동성을 향상시킬 수 있는 유동층 반응기 및 이의 제조 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.

도 1 에는 통상적인 유동층 반응기의 구성이 개략적으로 도시되어 있으며, 이러한 유동층 반응기는 예를 들어 탄소나노튜브의 제조에 이용될 수 있지만, 탄소나노튜브의 제조에만 한정된 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 유동층 반응기(1)는 반응기 본체(10)를 구비하며, 반응기 본체(10)의 하부는 테이퍼 영역(10a)으로 형성되어 있다. 반응기 본체(10)를 고온으로 가열하기 위해, 가열기(19)가 반응기 본체(10)의 외부에 구비되는 것이 바람직스럽다.

유동층 반응기(1)의 저부에 원료 기체 공급부(12)가 구비된다. 원료 기체는 예를 들어 탄소나노튜브를 제조하기 위한 탄화 수소 계열의 기체일 수 있다. 원료 기체는 원료 기체 공급부(12)에 연결된 원료 기체 공급관(21)을 통해 반응기 본체(10)의 내부로 공급된다.

원료 기체는 반응기 본체(10)의 내부로 공급되기 전에 예열기(17)에서 예열될 수 있다. 반응기 본체(10)의 내부에 형성된 반응 공간의 하측에 분산판(13)이 배치됨으로써, 분산판(13)을 통하여 반응기 본체(10)내의 반응 공간으로 원료 기체가 분산된다.

반응기 본체(10)의 상부에는 신장부(11)가 구비된다. 신장부(expander, 11)에는 예를 들어 반응기 본체(10)로부터의 촉매와 반응 생성물(예를 들어, 카본 나노 튜브)이 외부로 배출되는 것을 막기 위한 분리기(미도시) 등이 구비될 수 있다. 신장부(11)에는 여과기(18)가 연결되며, 상기 여과기(18)에서 여과된 성분 기체는 이송관(23)을 통해 이송된다.

한편, 신장부(11)에는 재순환 배관(22)이 연결되어, 신장부(11)에서 배출된 혼합 기체의 일부를 재순환 배관(22)을 통해 원료 기체 공급관(21)으로 재순환시킨다.

반응기 본체(10)의 상부 일측에는 배관(24)을 통하여 분리기(14)가 연결되어 있다. 분리기(14)는 반응기 본체(10)로부터 배출된 혼합 기체로부터 생성물을 분리하기 위한 것으로서, 예를 들어 탄소나노튜브와 혼합 기체를 분리하기 위한 것이다.

분리기(14)의 일측에는 탄소나노튜브와 같은 생성물을 회수하기 위한 회수기(15)가 연결되며, 분리기(14)는 배관(15)을 통해 반응기 본체(10)의 하부 일측에 연결된다.

한편, 촉매 공급기(16)는 배관(26)에 연결됨으로써 촉매가 배관(26)을 통해 반응기 본체(10)의 내부로 공급될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 배관(26)에는 송풍기(blower)가 구비됨으로써, 분리기(14)에서 분리된 혼합 기체와 촉매 공급기(16)에서 공급되는 촉매를 반응기 본체(10) 안으로 압송시킬 수 있다.

위에 설명된 바와 같은 유동층 반응기에 구비된 분산판(13)은 원료 기체를 유동층 반응기 본체(10)의 내부로 균일하게 분산시키고 촉매 입자 또는 반응에 의해 생성된 분체가 유동층 반응기의 저부로 낙하하는 것을 방지하기 위하여 구비된다.

통상적으로 기체-고체 유동층 반응기에서는 분산판 위에 촉매와 같은 고체 입자를 올려놓고 분산판(13)에 형성된 구멍을 통하여 원료 기체를 하부로부터 송풍하면 촉매가 유동층 반응기 본체(10)의 분산판(13) 상부 공간에서 유동하면서 반응이 발생된다.

그러나, 예를 들어 탄소나노튜브의 제조에 이용되는 유동층 반응기에서는 원료 기체가 분산판(13)을 통과하기 전에 탄소 입자로 분해되는 현상이 발생될 수 있다.

이에 따라, 탄소 입자가 분산판의 구멍을 막아버리므로 유동층 반응기의 성능을 현저하게 저하시킨다. 또한 반응에 의해 생성된 분체 입자도 분산판에 낙하하여 분산판의 구멍을 막을 수 있다.

도 2 는 도 1 에 도시된 유동층 반응기의 반응기 본체내에 설치된 분산판을 확대시켜 도시한 개략적인 단면도이다.

도 2를 참조하면, 반응기 본체의 외벽(10a)의 내측에 분산판(13)이 설치되고, 분산판(13)은 다수의 구멍들이 형성된 다공성의 구조를 가진다.

분산판(13)의 하부에서는 원료 기체(G)가 분산판(13)에 형성된 구멍을 통하여 분산판(13)의 상부로 압송된다. 분산판(13)의 상부에서는 원료 기체와 촉매의 반응에 의해 분체(R) 및 포말(B)이 생성된다.

위에 설명된 바와 같이, 원료 기체가 분산판(13)의 구멍을 통과하기 전에 탄소 입자로 분해되는 현상이 발생될 수 있으며, 그에 따라서 탄소 입자가 분산판(13)의 구멍을 막을 수 있다. 또한 반응에 의하여 생성된 분체(R)가 낙하시에 분산판(13)의 구멍을 막을 수 있다.

장기간 동안 분체가 분산판(13)의 구멍을 막으면, 분체가 움직이지 않고 정체하는 데드 존(dead zone)이 발생한다. 데드 존에 잔류하는 분체는, 유동화하여 반응하지 못해, 분체 간의 응집반응(coagulation)이 발생하여, 최종 제품의 균일성을 저해하게 된다.

그리고, 분체가 분산판에서 케이킹(caking)되면, 전체 공정에서의 생산성을 저해할 수 있다.

특허 공개 10-2008-00944218 호에는 노즐을 분산판에 배치함으로써 냉각수를 노즐에 공급할 수 있도록 구성된 분산판이 개시되어 있다.

본 발명은 분산판의 데드 존에 더미 블럭을 설치하여, 분산판을 통과하는 기체의 영향이 미치지 않는 데드 존에 분체가 쌓이는 것을 방지하여, 분체의 유동성을 향상시킬 수 있는 유동층 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유동층 반응기는, 반응기 본체; 반응기 본체의 내부 공간이 반응 공간과 기체 주입 공간으로 구획되게 반응기 본체에 설치되고, 반응 공간과 마주하는 분체 안착면을 갖고, 분체 안착면을 관통하여 기체가 통과하는 복수의 개구가 마련된 분산판; 및 인접하는 2개의 개구 사이에서 분체 안착면에 설치되어, 반응 공간으로 투입된 분체가 개구 측으로 분산되도록, 분체의 흐름을 가이드하는 적어도 하나의 더미 블럭을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 분산판의 개구를 통과한 기체의 흐름이 도달하지 않은 분체 안착면의 데드 존에 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 분체 안착면에 대해 상향 경사진 경사면을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 경사면이 분체 안착면에 대해 40도 내지 45도로 경사지게 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 경사면이 분체 안착면에 대해 분체 안식각 범위 내로 경사지게 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 피라미드 구조로 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 콘 구조로 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 삼각뿔 구조로 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 더미 블럭의 끝단부에 더미 개구가 마련되어, 기체가 개구를 경유하여 기체 주입 공간에서 반응 공간으로 유동되게 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 반응 공간 측에서 각각의 개구를 둘러싸도록 분산판에 설치되어, 기체 주입 공간에서 반응 공간을 향해 유동하는 기체가 개구를 통과한 후에 유동 방향 전환되어, 분체 안착면을 향해 분사되도록 마련된 적어도 하나의 분사 블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 더미 블럭은 인접하는 2개의 분사 블럭 사이에서 분체 안착면에 설치되어, 반응 공간으로 투입된 분체가 분사 블럭 측으로 분산되도록, 분체의 흐름을 가이드하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 분사 블럭은 분체 안착면에서 수직 돌출되게, 개구의 주변에 마련된 적어도 두 개의 스페이서; 및 분체 안착면과 이격되게 적어도 두 개의 스페이서에 결합된 분사 안내부를 포함하고, 기체는 개구를 통과하여 기체 주입 공간에서 반응 공간으로 유동하다가 분사 안내부에 의해 유동 방향이 분체 안착면을 향하게 전환되어, 개구 주변의 분체 안착면으로 분사되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 분사 안내부는 개구의 상부 공간을 덮는 구조로, 개구를 통과한 기체가 분사 안내부의 내측면을 타고 분체 안착면을 향해 유동되게, 기체의 흐름을 가이드하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 분사 안내부는 콘 구조, 삼각 뿔 구조, 피라미드 구조, 또는 판형 구조 중 어느 하나의 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유동층 반응기는, 반응기 본체; 반응기 본체의 내부 공간이 반응 공간과 기체 주입 공간으로 구획되게 반응기 본체에 설치되고, 반응 공간과 마주하는 분체 안착면을 갖고, 분체 안착면을 관통하여 기체가 통과하는 복수의 개구가 마련된 분산판; 반응 공간 측에서 각각의 개구를 둘러싸도록 분산판에 설치되어, 기체 주입 공간에서 반응 공간을 향해 유동하는 기체가 개구를 통과한 후에 유동 방향 전환되어, 분체 안착면을 향해 분사되도록 마련된 적어도 하나의 분사 블럭; 및 인접하는 2개의 분사 블럭 사이에서 분체 안착면에 설치되어, 반응 공간으로 투입된 분체가 분사 블럭 측으로 분산되도록, 분체의 흐름을 가이드하는 적어도 하나의 더미 블럭을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유동층 반응기의 제조 방법은 상기와 같은 구조를 가진 유동층 반응기를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 분산판의 데드 존에 더미 블럭을 설치하여, 분체가 데드 존에 쌓여 케이킹(caking)되는 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 종래에 데드 존에 잔류하는 분체로 인한 제품의 균일성 저해 요소를 해소하여, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 반응기 본체로 투입된 분체가 더미 블럭에 의해 분사 블럭 주변으로 모임에 따라, 기체가 분사 블럭을 통과하면서 분사 블럭 주변에 쌓인 분체들을 반응 공간의 상부로 밀어 올려, 분체의 유동성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해, 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 종래에 분체가 데드 존에 쌓인 상태로 장시간 경과 함에 따라 케이킹되는 현상을 방지하여, 종래에 케이킹된 분체를 분산판에서 제거하는 클리닝 공정을 생략할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 지속적으로 반응기를 가동시킬 수 있어, 전체 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 유동층 반응기의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래 기술에 따라, 유동층 반응기의 반응기 본체에 설치된 분산판을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유동층 반응기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에서, 분산판에 설치된 분사 블럭의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에서, 분산판에 설치된 더미 블럭의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에서, 분산판에 설치된 더미 블럭의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에서, 분산판에 설치된 더미 블럭의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 종래와 본 발명의 분체의 흐름을 비교하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유동층 반응기를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 출원을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 출원의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 출원의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.

또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유동층 반응기에 대해 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 유동층 반응기의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.

● 제 1 실시예

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유동층 반응기(100)는, 반응기 본체(110), 분산판(120), 적어도 하나의 분사 블럭(130) 및 적어도 하나의 더미 블럭(140)을 포함한다.

반응기 본체(110)는 분체와 기체가 화학 반응을 일으키는 공간이 마련된다. 반응기 본체(110)는 분체 투입구(111)와 기체 주입구(112)가 마련된다.

여기서, 분체 투입구(111)는 반응기 본체(110)의 상단부에 위치된다. 분체는 분체 투입구(111)를 통해 반응기 본체(110)로 투입되어, 중력 방향으로 자유 낙하된다.

그리고, 기체 주입구(112)는 반응기 본체(110)의 하단부에 위치된다. 기체 주입구(112)에는 기체 공급원(미도시)이 연결된다. 기체 주입구(112)로 주입된 기체는 분산판(120)을 통과하면서, 반응기 본체(110)로 유동된다. 이때, 분산판(120)에 쌓인 분체는 기체가 반응기 본체(110)의 상부로 유동되는 힘에 의해 반응기 본체(110)의 상부로 유동된다.

분산판(120)은 복수의 개구(121)가 마련된 판형 구조를 가진다. 분산판(120)은 반응기 본체(110)의 내부 공간이 반응 공간(115)과 기체 주입 공간(116)으로 구획되게 반응기 본체(110)에 설치된다. 분산판(120)은 기체 주입구(112)에 인접하게, 반응기 본체(110)의 하단부에 설치된다.

본 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 반응 공간(115)을 바라보는 분산판(120)의 일면에 대해 "분체 안착면(123)"으로 지칭하기로 한다.

분체 안착면(123)에는 적어도 하나의 분사 블럭(130)과 적어도 하나의 더미 블럭(140)이 마련된다.

여기서, 분사 블럭(130)은 기체가 개구(121)를 통과하면서 분체 안착면(123)으로 분사되게 마련된다. 분사 블럭(130)은 각각의 개구(121)에 대응되게 분산판(120)에 설치된다. 분사 블럭(130)은 적어도 두 개의 스페이서(131)와 한 개의 분사 안내부(133)로 구성된다.

적어도 두 개의 스페이서(131)는 개구(121)의 주변에서 분체 안착면(123)에서 수직 돌출되게 마련된다. 적어도 두 개의 스페이서(131)는 분사 안내부(133)를 지지한다.

분사 안내부(133)는 분체 안착면(123)과 이격되게 적어도 두 개의 스페이서(131)에 결합된다. 분사 안내부(133)는 개구(121)를 통과한 기체가 분사 안내부(133)의 내측면을 타고 분체 안착면(123)을 향해 유동되게, 기체의 흐름을 가이드한다.

분사 안내부(133)는 개구(121)의 상부 공간을 덮는 구조를 가진다. 예로, 분사 안내부(133)는 콘 구조, 삼각 뿔 구조, 피라미드 구조, 또는 판형 구조 중 어느 하나의 구조를 가진다.

분사 안내부(133)는 개구(121)의 상부 공간을 덮는 구조를 통해, 개구(121)가 분체를 막는 것을 방지할 수 있고, 개구(121)를 통과한 기체의 흐름이 분체 안착면(123)을 향하게 기체의 흐름을 전환하여, 기체가 개구(121) 주변의 분체를 분체 안착면(123)의 상부로 밀어 올리게 할 수 있다.

더미 블럭(140)은 반응 공간(115)으로 투입된 분체가 자유 낙하되면서 개구(121) 주변으로 분산되게, 분체의 흐름을 가이드한다.

더미 블럭(140)은 개구(121)에 인접하게 분산판(120)의 분체 안착면(123)에 설치된다. 구체적으로, 더미 블럭(140)은 분산판의 개구를 통과한 기체의 흐름이 도달하지 않은 분체 안착면(123)의 데드 존에 설치된다(도 12(b) 참조). 이에, 본 발명은 데드 존에 분체가 쌓이는 것을 방지하여, 분체의 유동성을 향상시킬 수 있다.

도 9을 참조하면, 더미 블럭(140)은 피라미드 구조를 가진다.

더미 블럭(140b)은 분체 안착면(123)에 대해 상향 경사진 경사면을 가진다.

더미 블럭(140)은 분체 안착면(123)에 대해 분체 안식각(θ) 범위 내로 경사진 경사면을 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 분체 안식각(θ)은 분체가 분산판(120)에 쌓일 때, 분체가 분산판(120)에 쌓이는 경사각을 말한다.

도 9를 참조하면, 더미 블럭(140)은 경사면(141)이 분체 안착면(123)에 대해 40도 내지 45도로 경사지게 마련된다.

도 12를 참조하면, 더미 블럭(140)은 분산판(120)의 데드 존에 설치된다. 여기서, 데드 존은 분산판(120)를 통과한 기체의 흐름이 도달하지 않은 부분을 지칭한다.

본 발명은 더미 블럭(140)에 의해, 분체가 데드 존에 쌓여 케이킹(caking)되는 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 종래에 데드 존에 잔류하는 분체로 인한 제품의 균일성 저해 요소를 해소하여, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 반응기 본체(110)로 투입된 분체가 더미 블럭(140)에 의해 분사 블럭(130) 주변으로 모임에 따라, 기체가 분사 블럭(130)을 통과하면서 분사 블럭(130) 주변에 쌓인 분체들을 반응 공간(115)의 상부로 밀어 올려, 분체의 유동성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해, 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 종래에 분체가 데드 존에 쌓인 상태로 장시간 경과 함에 따라 케이킹되는 현상을 방지하여, 종래에 케이킹된 분체를 분산판(120)에서 제거하는 클리닝 공정을 생략할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 지속적으로 반응기를 가동시킬 수 있어, 전체 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

● 제 2 실시예

이하에서는 도 10 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유동층 반응기(100)에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 유동층 반응기(100)는 반응기 본체(110), 분산판(120), 적어도 하나의 분사 블럭(130)과 적어도 하나의 더미 블럭(140)을 포함한다. 본 실시예에 따른 반응기 본체(110), 분산판(120) 및 적어도 하나의 분사 블럭(130)은 상술한 제1 실시예에와 구성 및 구조가 동일한 바, 본 실시예에서는 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.

이하에서는 상술한 제1 실시예와 차이가 있는 더미 블럭(140a)에 대해 설명하기로 한다.

도 10을 참조하면, 더미 블럭(140a)은 콘(cone) 구조를 가진다. 더미 블럭(140a)은 분체 안식각 범위 내로 경사진 콘 구조를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 분체 안식각(θ)은 분체가 분산판(120)에 쌓일 때, 분체가 분산판(120)에 쌓이는 경사각을 말한다.

더미 블럭(140a)은 분산판(120)의 데드 존에 설치된다. 여기서, 데드 존은 분산판(120)를 통과한 기체의 흐름이 도달하지 않은 부분을 지칭한다.

본 발명은 더미 블럭(140a)에 의해, 분체가 데드 존에 쌓여 케이킹(caking)되는 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 종래에 데드 존에 잔류하는 분체로 인한 제품의 균일성 저해 요소를 해소하여, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 반응기 본체(110)로 투입된 분체가 더미 블럭(140a)에 의해 분사 블럭(130) 주변으로 모임에 따라, 기체가 분사 블럭(130)을 통과하면서 분사 블럭(130) 주변에 쌓인 분체들을 반응 공간(115)의 상부로 밀어 올려, 분체의 유동성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해, 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 종래에 분체가 데드 존에 쌓인 상태로 장시간 경과 함에 따라 케이킹되는 현상을 방지하여, 종래에 케이킹된 분체를 분산판(120)에서 제거하는 클리닝 공정을 생략할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 지속적으로 반응기를 가동시킬 수 있어, 전체 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

● 제 3 실시예

이하에서는 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유동층 반응기(100)에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 유동층 반응기(100)는 반응기 본체(110), 분산판(120), 적어도 하나의 분사 블럭(130)과 적어도 하나의 더미 블럭(140b)을 포함한다. 본 실시예에 따른 반응기 본체(110), 분산판(120) 및 적어도 하나의 분사 블럭(130)은 상술한 제1 실시예에와 구성 및 구조가 동일한 바, 본 실시예에서는 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.

이하에서는 상술한 제1 실시예와 차이가 있는 더미 블럭(140b)에 대해 설명하기로 한다.

도 11을 참조하면, 더미 블럭(140b)은 삼각뿔 구조를 가진다.

더미 블럭(140b)은 분체 안착면(123)에 대해 상향 경사진 경사면을 가진다.

더미 블럭(140b)은 분산판(120)의 분체 안착면에 대해 분체 안식각(θ) 범위 내로 경사진 경사면을 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 분체 안식각(θ)은 분체가 분산판(120)에 쌓일 때, 분체가 분산판(120)에 쌓이는 경사각을 말한다. 예로, 더미 블럭(140b)은 경사면이 분체 안착면(123)에 대해 40도 내지 45도로 경사지게 마련된다.

더미 블럭(140b)은 분산판(120)의 데드 존에 설치된다. 여기서, 데드 존은 분산판(120)를 통과한 기체의 흐름이 도달하지 않은 부분을 지칭한다.

본 발명은 더미 블럭(140b)에 의해, 분체가 데드 존에 쌓여 케이킹(caking)되는 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 종래에 데드 존에 잔류하는 분체로 인한 제품의 균일성 저해 요소를 해소하여, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 반응기 본체(110)로 투입된 분체가 더미 블럭(140b)에 의해 분사 블럭(130) 주변으로 모임에 따라, 기체가 분사 블럭(130)을 통과하면서 분사 블럭(130) 주변에 쌓인 분체들을 반응 공간(115)의 상부로 밀어 올려, 분체의 유동성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해, 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 종래에 분체가 데드 존에 쌓인 상태로 장시간 경과 함에 따라 케이킹되는 현상을 방지하여, 종래에 케이킹된 분체를 분산판(120)에서 제거하는 클리닝 공정을 생략할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 지속적으로 반응기를 가동시킬 수 있어, 전체 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

● 제 4 실시예

이하에서는 도 13을 참조하여, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유동층 반응기(200)에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 유동층 반응기(200)는 반응기 본체(210), 분산판(220), 적어도 하나의 분사 블럭(230)과 적어도 하나의 더미 블럭(240)을 포함한다. 본 실시예에 따른 반응기 본체(210), 분산판(220) 및 적어도 하나의 분사 블럭(230)은 상술한 제1 실시예에와 구성 및 구조가 동일한 바, 본 실시예에서는 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.

이하에서는 상술한 제1 실시예와 차이가 있는 더미 블럭(240)에 대해 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 더미 블럭(240)은 더미 개구(245)가 마련된다. 더미 개구(245)는 더미 블럭(240)의 끝단부에 마련된다. 더미 블럭(240)은 내부가 중공된 구조를 가진다. 더미 블럭(240)은 피라미드 구조, 콘 구조, 또는 삼각뿔 구조 등 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.

더미 블럭(240)은 분사 블럭(230)에 인접하게 분체착면에 설치되어, 분체 안착면(223)으로 낙하되는 분체가 분사 블럭(230)의 주변으로 유동되게, 분체의 흐름을 가이드한다.

그리고, 더미 블럭(240)은 개구(221)가 마련된 부분에 위치된다. 이에, 기체는 분산판(220)의 개구(221) 및 더미 개구(245)를 순차적으로 경유하여, 기체 주입 공간(216)에서 반응 공간(215)으로 유동된다.

본 발명은 반응기 본체(210)로 투입된 분체가 더미 블럭(240)에 의해 분사 블럭(230) 주변으로 모임에 따라, 기체가 분사 블럭(230)을 통과하면서 분사 블럭(230) 주변에 쌓인 분체들을 반응 공간의 상부로 밀어 올리고, 더미 개구(245)를 통과한 기체가 반응 공간으로 유동되면서, 분체의 유동성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해, 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 분산판(220)의 데드 존에 더미 블럭(240)을 설치하여, 분체가 데드 존에 쌓여 케이킹(caking)되는 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 종래에 데드 존에 잔류하는 분체로 인한 제품의 균일성 저해 요소를 해소하여, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 종래에 분체가 데드 존에 쌓인 상태로 장시간 경과 함에 따라 케이킹되는 현상을 방지하여, 종래에 케이킹된 분체를 분산판(220)에서 제거하는 클리닝 공정을 생략할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 지속적으로 반응기를 가동시킬 수 있어, 전체 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 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.

100, 200: 유동층 반응기 110, 210: 반응기 본체
111: 분체 투입구 112: 기체 주입구
115: 반응 공간 116: 기체 주입 공간
120: 분산판 121: 개구
123: 분체 안착면 130: 분사 블럭
131: 스페이서 133: 분사 안내부
140, 240: 더미 블럭 141: 경사면
245: 더미 개구

Claims (16)

1. 반응기 본체;
   상기 반응기 본체의 내부 공간이 반응 공간과 기체 주입 공간으로 구획되게 상기 반응기 본체에 설치되고, 상기 반응 공간과 마주하는 분체 안착면을 갖고, 상기 분체 안착면을 관통하여 기체가 통과하는 복수의 개구가 마련된 분산판; 및
   인접하는 2개의 개구 사이에서 상기 분체 안착면에 설치되어, 상기 반응 공간으로 투입된 분체가 상기 개구 측으로 분산되도록, 상기 분체의 흐름을 가이드하는 적어도 하나의 더미 블럭을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 블럭은 상기 분산판의 상기 개구를 통과한 기체의 흐름이 도달하지 않은 상기 분체 안착면의 데드 존에 설치된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 블럭은 상기 분체 안착면에 대해 상향 경사진 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 블럭은 상기 경사면이 상기 분체 안착면에 대해 40도 내지 45도로 경사지게 마련된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 블럭은 상기 경사면이 상기 분체 안착면에 대해 분체 안식각 범위 내로 경사지게 마련된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 블럭은 피라미드 구조로 마련된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 블럭은 콘 구조로 마련된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 블럭은 삼각뿔 구조로 마련된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 더미 블럭은 상기 더미 블럭의 끝단부에 더미 개구가 마련되어,
   상기 기체가 상기 개구를 경유하여 상기 기체 주입 공간에서 상기 반응 공간으로 유동되게 마련된 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 공간 측에서 상기 각각의 개구를 둘러싸도록 상기 분산판에 설치되어, 상기 기체 주입 공간에서 상기 반응 공간을 향해 유동하는 기체가 상기 개구를 통과한 후에 유동 방향 전환되어, 상기 분체 안착면을 향해 분사되도록 마련된 적어도 하나의 분사 블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 더미 블럭은 상기 인접하는 2개의 분사 블럭 사이에서 상기 분체 안착면에 설치되어, 상기 반응 공간으로 투입된 분체가 상기 분사 블럭 측으로 분산되도록, 상기 분체의 흐름을 가이드하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 분사 블럭은
    상기 분체 안착면에서 수직 돌출되게, 상기 개구의 주변에 마련된 적어도 두 개의 스페이서; 및
    상기 분체 안착면과 이격되게 상기 적어도 두 개의 스페이서에 결합된 분사 안내부를 포함하고,
    상기 기체는 상기 개구를 통과하여 상기 기체 주입 공간에서 상기 반응 공간으로 유동하다가 상기 분사 안내부에 의해 유동 방향이 상기 분체 안착면을 향하게 전환되어, 상기 개구 주변의 상기 분체 안착면으로 분사되는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 분사 안내부는 상기 개구의 상부 공간을 덮는 구조로, 상기 개구를 통과한 기체가 상기 분사 안내부의 내측면을 타고 상기 분체 안착면을 향해 유동되게, 상기 기체의 흐름을 가이드하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 분사 안내부는 콘 구조, 삼각 뿔 구조, 피라미드 구조, 또는 판형 구조 중 어느 하나의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
15. 반응기 본체;
    상기 반응기 본체의 내부 공간이 반응 공간과 기체 주입 공간으로 구획되게 상기 반응기 본체에 설치되고, 상기 반응 공간과 마주하는 분체 안착면을 갖고, 상기 분체 안착면을 관통하여 기체가 통과하는 복수의 개구가 마련된 분산판;
    상기 반응 공간 측에서 상기 각각의 개구를 둘러싸도록 상기 분산판에 설치되어, 상기 기체 주입 공간에서 상기 반응 공간을 향해 유동하는 기체가 상기 개구를 통과한 후에 유동 방향 전환되어, 상기 분체 안착면을 향해 분사되도록 마련된 적어도 하나의 분사 블럭; 및
    상기 인접하는 2개의 분사 블럭 사이에서 상기 분체 안착면에 설치되어, 상기 반응 공간으로 투입된 분체가 상기 분사 블럭 측으로 분산되도록, 상기 분체의 흐름을 가이드하는 적어도 하나의 더미 블럭을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따라 유동층 반응기를 제조하는 것을 특징으로 하는 유동층 반응기의 제조 방법.
    

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