KR20240044217A - 액체촉매를 이용한 열분해 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반응기에서 생성된 탄소입자의 분리 회수 시 탄소입자와 함께 반응기 외부로 배출되는 촉매의 회수량을 최소화하며, 열분해 반응 시 탄소입자를 주기적 혹은 연속적으로 분리 회수하여 효율적인 반응 공정을 연속해서 안정적으로 수행할 수 있는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 하부에는 액체촉매가 채워지는 반응 영역이 구비되고, 상부에는 액체촉매가 채워지지 않은 비반응 영역이 구비되며, 반응 영역으로 유입된 탄화수소가스가 열분해되면서 비반응 영역에 수소가스 및 탄소입자를 포함한 반응생성물이 생성되는 반응챔버; 및 반응 영역 및 비반응 영역의 경계면에 배치되며, 경계면에서 미리 설정된 높이를 초과하여 퇴적되는 탄소입자가 낙하하면서 내부공간에 채워지는 회수용기를 가지는 탄소회수부를 포함하는 특징을 개시한다.
Description
본 발명은 액체촉매를 이용하여 메탄을 포함한 탄화수소가스를 열분해하는 반응기에 관한 것으로, 상세하게는 반응기에서 생성된 탄소입자의 분리 회수 시 탄소입자와 함께 반응기 외부로 배출되는 액체촉매의 회수량을 최소화하며, 열분해 반응 시 탄소입자를 주기적 혹은 연속적으로 분리 회수하여 효율적인 반응 공정을 연속해서 안정적으로 수행할 수 있는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기에 관한 것이다.
수소는 화학제품의 원료 및 화학공정의 공정가스로 널리 사용되고 있으며, 최근에는 미래의 에너지기술인 연료전지의 원료로서 그 수요가 증대되고 있다. 뿐만 아니라, 최근의 환경문제 및 화석연료의 가격상승이나 고갈의 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 평가되고 있으며, 특히 지구온난화와 대기오염의 대비 차원에서 수소의 제조, 저장 및 이용에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
탄화수소계의 원료가스로부터 수소를 생산하는 방법으로는, 수증기 개질법, 부분 산화법 등이 공지되어 있으나, 이러한 기존 방법들은 많은 양의 이산화탄소가 동시에 생성되기 때문에 지구온난화와 같은 환경 문제를 유발하는 문제점이 있다.
수소를 생산하는 다른 방법으로는, 천연가스나 중질유 등을 고온 환경에서 열분해하여 탄소와 수소를 동시에 생산하여 이산화탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 공정이 있다. 그러나, 이 방법은 1200도 이상의 매우 높은 반응온도가 요구되며, 생성되는 탄소의 침적으로 인하여 연속적인 공정이 수행될 수 없는 문제점이 있다.
이를 위해 원료가스의 열분해 시 요구되는 높은 반응온도를 낮추기 위한 방법으로 촉매를 사용하는 촉매 분해법이 있다. 그러나, 촉매 분해 반응에서 생성되는 탄소가 촉매의 활성을 저하시키기 때문에, 촉매 분해 반응에서 생성되는 탄소를 연속적 혹은 주기적으로 분리 회수해줄 필요가 있다.
즉, 반응기 내부에서 생성된 탄소를 분리 회수해주지 않으면, 반응기 내부에 탄소가 쌓여 가스의 배출구를 막거나 반응기 내부 온도가 낮어져서 국부적으로 탄소 덩어리가 생기고, 이러한 탄소 덩어리가 고착되면서 연속된 반응 공정이 진행되지 못하는 문제가 있다.
또한, 일반적으로 탄소의 분리 회수 과정에서 용융염 등 촉매의 일부가 탄소와 함께 회수되는데, 이에 따라 탄소와 함께 회수된 용융염을 탄소와 분리하는 분리 공정, 분리된 용융염을 재생하는 재생 공정, 재생된 용융염이나 추가 용융염을 새롭게 보충해주는 충전 공정 등이 부가적으로 필요하기 때문에, 전체 수소 생산 공정 및 장치가 복잡해지고 커지는 문제가 있고, 무엇보다 공정 유지 비용이 증대되는 문제가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 반응기에서 생성된 탄소입자의 분리 회수 시 탄소입자와 함께 반응기 외부로 배출되는 액체촉매의 회수량을 최소화하며, 열분해 반응 시 탄소입자를 주기적 혹은 연속적으로 분리 회수하여 효율적인 반응 공정을 연속해서 안정적으로 수행할 수 있는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액체촉매를 이용한 열분해 반응기는 하부에는 액체촉매가 채워지는 반응 영역이 구비되고, 상부에는 상기 액체촉매가 채워지지 않은 비반응 영역이 구비되며, 상기 반응 영역으로 유입된 탄화수소가스가 열분해되면서 상기 비반응 영역에 수소가스 및 탄소입자를 포함한 반응생성물이 생성되는 반응챔버; 및 상기 반응 영역 및 상기 비반응 영역의 경계면에 배치되며, 상기 경계면에서 미리 설정된 높이를 초과하여 퇴적되는 탄소입자가 낙하하면서 내부공간에 채워지는 회수용기를 가지는 탄소회수부를 포함한다.
이때, 상기 탄소회수부는 상기 반응챔버의 외부에서 상기 회수용기의 내부공간으로 연장 배치되며, 상기 회수용기의 내부공간에 채워진 탄소입자를 외부로 배출하기 위한 회수관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회수용기는 상기 반응 영역에서 열분해 시 생성되는 버블의 상승력에 의하여 회전되도록 외면에 복수의 베인이 구비될 수 있다.
또한, 상기 탄소회수부는 상기 반응챔버로부터 상기 회수용기를 지지하되, 가상의 수직 중심축을 기준으로 회전하는 상기 회수용기의 회전을 허용하는 유연지지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄소회수부는 상기 회수관으로부터 상기 회수용기를 고정 지지하는 고정지지부를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 회수관은 상기 회수용기의 가상의 수직 중심축 상에 배치되며, 상기 반응챔버로부터 회전 가능하게 결합될 수 있고, 이 경우 상기 반응 영역에서 열분해 시 생성되는 버블의 상승력에 의하여 상기 수직 중심축을 기준으로 상기 회수용기, 상기 고정지지부 및 상기 회수관은 함께 회전될 수 있다.
또한, 상기 회수용기는 상기 고정지지부에 결합되며 탄소입자가 채워지는 내부공간을 가지는 내측용기와, 상기 내측용기의 외면에 회전 가능하게 결합되며 상기 반응 영역에서 열분해 시 생성되는 버블의 상승력에 의하여 회전하는 외측커버를 포함할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 촉매 상부면에 미리 설정된 높이를 초과하여 쌓이는 탄소입자를 분리 회수하기 위한 용기 구조의 탄소회수부를 통하여, 반응기에서 생성된 탄소입자의 분리 회수 시 탄소입자와 함께 반응기 외부로 배출되는 촉매의 회수량을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열분해 반응 시 생성되는 탄소입자를 주기적 혹은 연속적으로 분리 회수하여 효율적인 반응 공정을 연속해서 안정적으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회수되는 탄소입자의 순도를 높일 수 있고, 탄소입자와 용융염을 분리하는 분리 공정, 분리된 용융염을 처리하는 후처리 공정, 용융염을 보충해주는 충전 공정 등 전체 수소 생산 공정 및 장치를 크게 간소화할 수 있고, 유지 비용을 크게 절감할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 열분해 반응기의 단면 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 열분해 반응기의 부분 단면 예시도이다.
도 3은 도 2 (b)의 횡단면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 열분해 반응기의 부분 단면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 열분해 반응기의 탄소회수부를 나타낸 단면 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 열분해 반응기의 부분 단면 예시도이다.
도 3은 도 2 (b)의 횡단면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 열분해 반응기의 부분 단면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 열분해 반응기의 탄소회수부를 나타낸 단면 예시도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 열분해 반응기의 단면 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체촉매를 이용한 열분해 반응기는 반응챔버(100) 및 탄소회수부(200)를 포함한다.
반응챔버(100)는 외부에서 공급되는 탄화수소가스(10)를 열분해하여 수소가스 및 탄소입자(12)를 포함하는 반응생성물을 생성할 수 있다. 탄화수소가스(10)로는 탄화수소를 포함하는 천연가스(NG), 액화천연가스(LNG), 나프타(Naphtha) 등이 사용될 수 있으며, 이러한 탄화수소가스(10)는 반응챔버(100) 내에서 이루어지는 열분해 과정을 통하여 수소 및 탄소가 분리될 수 있다.
실시예에 따른 반응챔버(100)는 이른바, 수직 버블 컬럼 형태의 열분해 반응기가 사용될 수 있다. 즉, 반응챔버(100)는 내부에 수직방향으로 연장 형성되는 반응공간을 가질 수 있으며, 하부에는 액체촉매(110)가 채워지는 반응 영역(RA)이 구비되고, 상부에는 액체촉매(110)가 채워지지 않은 비반응 영역(NRA)이 구비될 수 있다. 또한, 도시되진 않았지만 반응챔버(100)는 반응공간에 채워진 액체촉매(110)를 가열하는 히터를 가질 수 있으며, 히터로는 액체촉매(110)를 직접 가열하거나 전자기 유도 기전력을 발생하여 반응챔버(100) 내의 액체촉매(110)를 유도 가열하는 등 다양한 종류의 가열 방식이 사용될 수 있다.
이처럼 반응 영역(RA)의 하부에서 유입되는 탄화수소가스(10)는 반응 영역(RA) 내의 액체촉매(110)를 통과하면서 열분해되고, 열분해 과정에서 수소가스뿐만 아니라 밀도가 낮은 탄소입자(12)는 부력에 의하여 반응 영역(RA) 및 비반응 영역(NRA)의 경계면(L)인 액체촉매(110)의 상부면에 쌓여서 퇴적된다.
비반응 영역(NRA)에 생성된 수소가스는 도시되진 않았지만 수소가스 회수관을 통하여 후처리 공정으로 공급되거나 사용처로 직접 공급될 수 있고, 탄소입자(12)는 후술되는 탄소회수부(200)를 통하여 후처리 공정으로 공급되거나 사용처로 직접 공급될 수 있다.
한편, 액체촉매(110)는 용융금속층(111) 및 용융염층(112)을 포함할 수 있다.
용융금속층(111)은 설정된 온도영역에서 액체 상태를 유지하는 액체금속(Molten metal)을 포함할 수 있으며, 액체금속으로는 비교적 녹는점이 낮은 금속(예를 들면, Bi, Sn, In, Ga, Pb)에 촉매 특성을 갖는 금속(예를 들면, Pt, Ni, Fe, Co, Cu)을 녹여 응용한 합금촉매가 사용될 수 있다. 이러한 액체금속은 히터에 의하여 미리 설정된 온도로 가열됨에 따라 용융되면서 액체 상태를 유지할 수 있다.
용융염층(112)은 용융금속층(111)의 상부에 설정된 높이로 채워져서 형성될 수 있으며, 설정된 온도영역에서 액체 상태를 유지할 수 있다. 용융염층(112)은 용융금속층(111)보다는 밀도가 낮고, 탄소입자(12)보다는 밀도가 높으며, 탄소입자(12)가 쉽게 점착되지 않는 물성을 가지면 좋다. 이를 위한 용융염으로는 KNO3, NaNO3, NaCl, KCl, LiCl, MgCl2, CuCl, NiCl2, ZnCl2, ZnBr2 및 NaBr 등이 사용될 수 있다. 이러한 용융염은 용해도가 높기 때문에 만일 탄소입자(12)와 함께 회수되더라도 간단한 정제 공정을 거쳐 탄소입자(12)를 쉽게 정제할 수 있다. 또한, 용융염층(112)은 상부에 쌓인 탄소입자(12)를 용융금속층(111)으로부터 이격시킬 수 있기 때문에 용융금속층(111)으로부터 탄소입자(12)의 직접적인 오염을 줄일 수 있고, 탄소입자(12)의 회수 과정에서 용융금속층(111)의 유실을 방지할 수 있다.
한편, 액체촉매(110)는 비드층을 더 포함할 수도 있다.
도시되진 않았지만, 비드층은 용융금속층(111) 및 용융염층(112) 사이에 설정된 높이를 유지하도록 형성될 수 있다. 비드층은 용융금속층(111)보다는 밀도가 낮고 용융염층(112)보다는 밀도가 높은 물성을 가질 수 있다. 이러한 비드층으로는 지르코니아 등의 세라믹이 사용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 반응챔버(100) 내에서 생성된 탄소입자(12)를 주기적 혹은 연속적으로 분리 회수하는 공정은 반응기의 효율 측면에서 매우 중요하다.
탄소회수부(200)는 반응챔버(100) 내에서 생성된 탄소입자(12)를 액체촉매(110)로부터 효과적으로 분리 회수할 수 있게 한다.
구체적으로, 탄소회수부(200)는 회수용기(210)를 포함한다.
회수용기(210)는 상부면이 개방된 함체 형태를 이루며, 반응 영역(RA) 및 비반응 영역(NRA)의 경계면(L)인 액체촉매(110)의 상부면에 배치될 수 있다. 이러한 회수용기(210)는 액체촉매(110)로부터 상부방향으로 밀어올려지는 부력에 의하여 자연스레 위치 설정될 수 있으며, 개방된 상부면의 높이(h)가 설정될 수 있다. 이러한 회수용기(210)를 통하여 액체촉매(110)의 상부면인 경계면(L)에서 미리 설정된 높이(h)를 초과하여서 퇴적되는 탄소입자(12)는 회수용기(210)의 내부공간으로 낙하하면서 채워질 수 있다.
이와 같이, 경계면(L)에 쌓인 탄소입자(12)의 최상부 영역에 존재하는 일부 탄소입자(12)가 회수용기(210) 측으로 연속해서 분리 회수될 수 있으므로, 회수용기(210)에 탄소입자(12)가 분리 회수될 시 탄소입자(12)와 함께 용융염이 반응기의 외부로 배출되는 문제를 차단하거나 최소화할 수 있다. 다시 말해, 경계면(L)에 쌓인 탄소입자층의 하부 영역 즉, 용융염층(112)의 표면에 인접하는 일부의 탄소입자는 열분해 과정에서 상승하는 버블에 의하여 용융염과의 오염이 계속해서 발생되지만, 용용염층(112)과 이격되어 탄소입자층의 상부 영역에 존재하는 다른 일부의 탄소입자는 열분해 과정에서 상승하는 버블 및 용융염과의 영향으로부터 완전히 이격될 수 있다. 이처럼 경계면(L)에 쌓인 탄소입자층의 상부 영역에 존재하는 탄소입자(12)만을 회수용기(210)에 분리 회수함으로써 용융염이 반응기 외부로 배출되는 문제를 효과적으로 예방할 수 있다.
또한, 회수되는 탄소입자(12)의 순도를 높일 수 있고, 탄소입자(12)와 용융염을 분리하는 후처리 공정 및 용융염을 보충해주는 충전 공정 등 전체 수소 생산 공정 및 장치를 크게 간소화할 수 있고, 유지 비용을 크게 절감할 수 있다. 그리고, 액체촉매(110)의 상부면에 계속해서 쌓이는 탄소입자(12)로 인하여 반응기 내부의 온도가 낮아져서 국부적으로 덩어리가 생기거나 고착화되는 문제를 예방할 수도 있다.
탄소회수부(200)는 회수관(230)을 더 포함할 수 있다.
회수관(230)은 반응챔버(100)의 외부에서 회수용기(210)의 내부공간으로 연장 배치될 수 있다. 회수관(230)은 도시되진 않은 이젝터나 펌프 등의 흡입력 제공부에 연결될 수 있으며, 흡입력 제공부에서 생성된 흡입력에 의하여 회수용기(210)의 내부공간에 채워진 탄소입자(12)는 회수관(230)을 통하여 외부로 배출되어 회수될 수 있다.
한편, 반응 영역(RA) 및 비반응 영역(NRA)의 경계면(L)인 액체촉매(110)의 상부면에 회수용기(210)가 부력에 의하여 위치 설정되면, 반응 영역(RA)에서 열분해 시 생성되는 탄화수소가스 버블의 상승력에 의하여 회수용기(210)는 가상의 수직 중심축을 중심으로 회전될 수 있다.
회수용기(210)가 회전하면, 회수용기(210)의 외주면과 접촉하고 있는 탄소입자(12)가 함께 유동하게 되면서 회수용기(210)의 내부공간으로 보다 효과적으로 유입될 수 있다. 그리고, 회수용기(210)가 회전하면, 반응 영역(RA)에서 상부방향으로 수직하게 이동하는 버블 역시 마치 회오리와 같이 수평방향의 유동이 발생하게 되면서 반응 영역(RA)을 통과하는 버블의 경로가 길어지게 되고, 이에 따라 물질 전달율이 증가하게 되면서 열분해 전환율이 향상되는 효과가 발생될 수 있다.
여기서, 도 2 및 도 3에서와 같이, 회수용기(210)는 외면에 복수의 베인(Vane:250)이 구비될 수 있다.
회수용기(210)의 외면에 베인(250)을 구비하면, 열분해 시 생성되는 탄화수소가스 버블의 상승력에 의하여 회수용기(210)는 보다 빠른 속도로 회전될 수 있고, 앞서 설명한 바와 같이 회수용기(210)의 회전에 따른 효과도 함께 상승될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 열분해 반응기의 부분 단면 예시도이고, 도 3은 도 2 (b)의 횡단면 예시도이다.
도 2 및 도 3을 추가 참조하면, 탄소회수부(200)는 유연지지부(270)를 더 포함할 수 있다.
유연지지부(270)는 일단부는 반응챔버(100)에 결합되고 타단부는 회수용기(210)에 결합되어 반응챔버(100)로부터 회수용기(210)를 지지할 수 있다.
유연지지부(270)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 수직하게 연장 형성되어 일단부는 반응챔버(100)의 헤드부에 결합되고 타단부는 회수용기(210)에 결합될 수 있고, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 수평하게 연장 형성되어 일단부는 반응챔버(100)의 측벽부에 결합되고 타단부는 회수용기(210)에 결합될 수도 있다.
유연지지부(270)는 탄성력이 있는 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 탄성 재질의 유연지지부(270)는 경계면(L)에서 설정된 높이(h)를 유지하도록 회수용기(210)를 고정 지지하되, 가상의 수직 중심축을 중심으로 한 회수용기(210)의 회전을 허용할 수 있다. 이때 열분해 시 생성되는 탄화수소가스 버블의 상승력에 의하여 회수용기(210)가 회전되면 유연지지부(270)는 꼬이거나 압축 변형될 수 있고, 이후 꼬이거나 압축 변형된 유연지지부(270)는 복원력에 의하여 회수용기(210)를 반대방향으로 회전시킬 수도 있다. 결과적으로, 유연지지부(270)에 의하여 지지된 회수용기(210)는 열분해 시 생성되는 탄화수소가스 버블의 상승력에 의하여 시계방향 및 반시계방향으로 반복적으로 회전될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 열분해 반응기의 부분 단면 예시도이다.
도 4를 추가 참조하면, 탄소회수부(300)는 고정지지부(370)를 더 포함할 수도 있다.
고정지지부(370)는 일단부는 회수관(330)의 외주면에 고정 결합되고, 방사상으로 연장된 타단부는 회수용기(310)에 고정 결합될 수 있다.
이때, 회수관(330)은 회수용기(310)의 가상의 수직 중심축 상에 배치되며, 반응챔버(100)로부터 회전 가능하게 베어링(B)으로 결합될 수 있다. 베어링(B)은 고온 환경에서 유리한 세라믹 베어링이 사용될 수 있다.
이에 따라, 반응 영역(RA)에서 열분해 시 생성되는 탄화수소가스 버블의 상승력에 의하여 수직 중심축을 중심으로 회수용기(310), 고정지지부(370) 및 회수관(330)이 일체로 함께 회전할 수 있다. 이처럼 베어링(B)을 매개로 반응챔버(100)에 대하여 회수관(330), 고정지지부(370) 및 회수용기(310)가 일체로 함께 회전하는 구조를 이루기 때문에, 앞서 도 2 및 도 3에서 설명한 회수용기(210)와 비교하여 구조 및 동작에 있어서 보다 안정적일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 열분해 반응기의 탄소회수부를 나타낸 단면 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 탄소회수부(400)는 회수용기(410), 회수관(430) 및 고정지지부(470)를 포함하되, 본 실시예에 따른 회수용기(410)는 내측용기(411) 및 외측커버(412)를 가지는 점에서 앞서 설명한 실시예들과 차이점이 있다.
내측용기(411)는 상단부가 고정지지부(470)에 고정 결합되고, 내부공간에는 액체촉매(110)의 상부면에 쌓인 탄소입자(12)가 채워질 수 있다.
외측커버(412)는 내측용기(411)를 감싸도록 배치되며 내측용기(411)의 외면에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이에 따라 반응 영역(RA)에서 열분해 시 생성되는 버블의 상승력에 의하여 외측커버(412)는 회전될 수 있다. 또한, 외측커버(412)의 외면에는 외측커버(412)의 회전 속도를 증대시키기 위한 복수의 베인(450)이 구비될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 액체촉매를 이용한 열분해 반응기는 액체촉매(110)의 표면에 미리 설정된 높이(h)를 초과하여 쌓이는 탄소입자(12)를 분리 회수하기 위한 용기 형태의 탄소회수부(200)를 통하여, 회수용기(210)에 탄소입자(12)가 분리 회수될 시 탄소입자(12)와 함께 액체촉매(110)의 일부인 용융염이 외부로 배출되면서 회수되는 문제를 예방할 수 있다.
또한, 회수되는 탄소입자(12)의 순도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 탄소입자(12)와 용융염을 분리하는 후처리 공정 및 용융염을 보충해주는 충전 공정 등 전체 수소 생산 공정 및 장치를 크게 간소화할 수 있고, 유지 비용을 크게 절감할 수 있다.
또한, 열분해 과정에서 생성되는 탄소입자(12)를 주기적 혹은 연속적으로 분리 회수해줌으로써, 액체촉매(110)의 상부면에 계속해서 쌓이는 탄소입자(12)로 인하여 반응기 내부의 온도가 낮아져서 국부적으로 덩어리가 생기거나 고착화되는 문제를 예방할 수 있고, 반응기의 연속된 반응 공정이 수행됨에 따라 수소 및 탄소 수율을 크게 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100: 반응챔버
200, 300, 400: 탄소회수부
210, 310, 410: 회수용기
230, 330, 430: 회수관
250: 350, 450: 베인
200, 300, 400: 탄소회수부
210, 310, 410: 회수용기
230, 330, 430: 회수관
250: 350, 450: 베인
Claims (8)
- 하부에는 액체촉매가 채워지는 반응 영역이 구비되고, 상부에는 상기 액체촉매가 채워지지 않은 비반응 영역이 구비되며, 상기 반응 영역으로 유입된 탄화수소가스가 열분해되면서 상기 비반응 영역에 수소가스 및 탄소입자를 포함한 반응생성물이 생성되는 반응챔버; 및
상기 반응 영역 및 상기 비반응 영역의 경계면에 배치되며, 상기 경계면에서 미리 설정된 높이를 초과하여 퇴적되는 탄소입자가 낙하하면서 내부공간에 채워지는 회수용기를 가지는 탄소회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기. - 제1항에 있어서,
상기 탄소회수부는,
상기 반응챔버의 외부에서 상기 회수용기의 내부공간으로 연장 배치되며, 상기 회수용기의 내부공간에 채워진 탄소입자를 외부로 배출하기 위한 회수관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기. - 제2항에 있어서,
상기 회수용기는,
상기 반응 영역에서 열분해 시 생성되는 버블의 상승력에 의하여 회전되도록, 외면에 복수의 베인이 구비되는 것을 특징으로 하는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기. - 제3항에 있어서,
상기 탄소회수부는,
상기 반응챔버로부터 상기 회수용기를 지지하되, 가상의 수직 중심축을 기준으로 회전하는 상기 회수용기의 회전을 허용하는 유연지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기. - 제2항에 있어서,
상기 탄소회수부는,
상기 회수관으로부터 상기 회수용기를 고정 지지하는 고정지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기. - 제5항에 있어서,
상기 회수관은 상기 회수용기의 가상의 수직 중심축 상에 배치되며, 상기 반응챔버로부터 회전 가능하게 결합되고,
상기 반응 영역에서 열분해 시 생성되는 버블의 상승력에 의하여 상기 가상의 수직 중심축을 기준으로 상기 회수용기, 상기 고정지지부 및 상기 회수관이 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기. - 제6항에 있어서,
상기 탄소회수부는,
상기 반응챔버로부터 상기 회수관을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기. - 제5항에 있어서,
상기 회수용기는,
상기 고정지지부에 결합되며, 탄소입자가 채워지는 내부공간을 가지는 내측용기와,
상기 내측용기의 외면에 회전 가능하게 결합되며, 상기 반응 영역에서 열분해 시 생성되는 버블의 상승력에 의하여 회전하는 외측커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체촉매를 이용한 열분해 반응기.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220123719A KR20240044217A (ko) | 2022-09-28 | 2022-09-28 | 액체촉매를 이용한 열분해 반응기 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220123719A KR20240044217A (ko) | 2022-09-28 | 2022-09-28 | 액체촉매를 이용한 열분해 반응기 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240044217A true KR20240044217A (ko) | 2024-04-04 |
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| KR1020220123719A KR20240044217A (ko) | 2022-09-28 | 2022-09-28 | 액체촉매를 이용한 열분해 반응기 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20240044217A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101150660B1 (ko) | 2007-06-04 | 2012-05-25 | 엑손모빌 케미칼 패턴츠 인코포레이티드 | 탄화수소 공급원료 열분해 방법 및 열분해 반응기 시스템 |
-
2022
- 2022-09-28 KR KR1020220123719A patent/KR20240044217A/ko unknown
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| KR101150660B1 (ko) | 2007-06-04 | 2012-05-25 | 엑손모빌 케미칼 패턴츠 인코포레이티드 | 탄화수소 공급원료 열분해 방법 및 열분해 반응기 시스템 |
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