KR101210397B1

KR101210397B1 - 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치

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Publication number: KR101210397B1
Application number: KR1020100091348A
Authority: KR
Inventors: 하경수; 김두일; 정규인; 배종욱; 전기원
Original assignee: 한국화학연구원
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-12-10
Also published as: US20130171040A1; JP5665995B2; US9266080B2; EP2617486A2; WO2012036377A4; CA2812364A1; EP2617486A4; CA2812364C; CN103260739A; WO2012036377A3; WO2012036377A2; AU2011302912A1; AU2011302912B2; JP2013543018A; KR20120029522A; CN103260739B

Abstract

본 발명은 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 합성가스를 이용하여 피셔-트롭쉬 촉매상에서 탄화수소, 올레핀, oxygenate 등을 제조하되, 외부로 배출되는 슬러리로부터 촉매입자를 용이하게 분리시킬 수 있도록 한 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 반응기 내부에 촉매의 뭉침 현상으로 커진 입자를 분리하기 위한 내부 필터 시스템을 설치하고, 외부에는 분리장치를 별도로 배치하여, 슬러리상에서 F-T합성을 하기에 적합한 크기의 입자들만을 재순환시킬 수 있고, 또한 슬러리상 반응기에서 미세한 촉매입자나 운전 중 발생한 깨진 촉매 등이 액상의 탄화수소, 생성수 등과 결합하여 뭉치게 된 촉매를 효과적으로 배출하고 처리시킬 수 있는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치{Catalyst/Wax separation device in a slurry phase Fischer-Tropsch synthesis reactor system}

본 발명은 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 합성가스를 이용하여 피셔-트롭쉬 촉매상에서 탄화수소, 올레핀, oxygenate 등을 제조하되, 외부로 배출되는 슬러리로부터 촉매입자를 용이하게 분리시킬 수 있도록 한 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치에 관한 것이다.

1923년 독일의 화학자인 피셔(Fiscer)와 트롭(Tropsch)에 의하여 개발된 F-T합성법으로 인하여, 석탄, 천연가스, 바이오매스 등으로부터 합성가스를 거쳐 액체 탄화수소를 제조하는 것이 가능해졌다. 석탄으로부터 제조하는 공정을 Coal-to-liquids (CTL) 공정, 천연가스로부터 제조하는 공정을 Gas-to-liquids (GTL) 공정, 바이오매스로부터 제조하는 공정을 (BTL) Biomass-to-liquids 공정이라고 하며, 최근에는 유사한 공정을 통칭하여 XTL 공정이라고도 부른다.

이러한 공정들은 우선 각각의 원료물질(석탄, 천연가스, 바이오매스 등)을 가스화, 개질(reforming) 등의 방법을 이용하여 합성가스로 전환시킨다. 액체 연료를 제조하기 위해 XTL 공정에 적합한 합성가스 조성은 아래 식과 같이 수소와 일산화탄소의 비가 대략 2 정도인 것이 좋다.

CO + 2H₂ + -[CH₂]-_n → -[CH₂]-_n+1 + H₂O

CO, H2, -[CH₂]-_n, H₂O 는 각각 일산화탄소, 수소, 사슬길이 n 인 탄화수소 (탄소수 n), 그리고 물이다. 하지만, 수소의 비율이 높으면 메탄의 선택도가 높아져 C5+ (탄소수 5 이상의 탄화수소) 선택도가 상대적으로 줄어들기 때문에 적합하지 않다. 상기 형태의 선형 사슬을 갖는 탄화수소 뿐만 아니라, 올레핀, oxygenate (알코올, 알데히드, 케톤 등 산소원자 포함 분자) 등도 부산물로서 생성된다.

XTL 공정의 주목적 중 하나는 액체 연료를 얻고자 하는 것이므로 코발트 계열의 촉매, 합성가스의 비율, 온도, 압력 등을 최적화하여 선형탄화수소, 특히 C5+의 선형탄화수소를 높은 선택도로 제조하는 것이 최근의 추세이다. 코발트 계열의 촉매 이외에 가장 많 쓰이는 촉매로는 철 계열의 촉매가 있다. 철 계열의 촉매는 초기에 주로 사용되었으며, 코발트 계열에 비하여 촉매가 저렴하고, 고온에서 메탄 선택도가 낮고, 탄화수소 중 올레핀 선택도가 높고, 제품은 액체 연료 이외에 올레핀 계열이 많이 생성된다. 이에 비해 코발트 촉매는 액체 연료를 주로 생성하며, 이산화탄소를 적게 생성시키고, 수명이 길다. 하지만, 철에 비해 매우 고가이고, 고온에서 메탄 선택도가 높아져 상대적으로 저온에서 반응시켜야 하며, 고가이므로 소량을 지지체 표면에 잘 분산시켜서 사용해야 한다. 지지체로는 알루미나, 실리카, 티타니아 등이 사용되며 조촉매로 Ru, pt, Re 등의 귀금속을 사용하여 성능을 향상시킨다.

현재까지 고려되고 있는 반응기의 형태는 다관식 고정층 반응기(tubular fixed bed reactor), 유동층 반응기(fluidized bed reactor), 슬러리상 반응기(slurry phase reactor) 등으로 나뉘며, 유동층 반응기에는 순환 유동층 반응기(circulating fluidized bed reactor)와 고정 유동층 반응기(Fixed fluidized bed reactor)가 대표적이다. 반응기 형태에 따라 반응 특성과 생성물의 분포가 달라지므로 목표로 하는 최종생성물에 따라 적절히 선택해야 한다.

상용화된 사례를 살펴보면 상기 반응기 중 유동층 반응기는 주로 고온에서 운전되며 최종 생성물의 주성분은 휘발유와 경질 올레핀이다. 다관식 고정층 반응기와 슬러리상 반응기는 주로 디젤, 윤활기유, 왁스 등을 생산하는데 적합하며 저온 F-T공정이 상업적으로 운전되고 있다. 저온 F-T 공정에서는 60% 이상이 디젤보다 고비점인 탄화수소가 생성되므로 수소화 분해(hydrocracking) 등의 후속 공정을 거쳐 디젤을 추가로 제조하고, 디왁싱(dewaxing) 공정을 거쳐서 왁스 성분은 고품질의 윤활기유로 전환하여 사용한다. 저온 F-T 반응에 대표적인 고정층과 슬러리상 반응기를 비교해 보면 슬러리상 반응기가 다음과 같은 장점을 갖고 있다.

- 장치비 및 건설비가 저렴하다.

- 열 및 물질 전달 효율이 크다.

- 축방향 압력 강하가 적다.

- 생산성(반응기 부피당 생산량)이 높다.

- 촉매 투입이 쉽고, 운전 중에도 추가 투입과 배출이 가능하다.

이러한 장점 덕분에 슬러리상 반응기를 선호하는 추세이지만, 생성물이 촉매입자와 혼합되어 슬러리상으로 얻어지므로 촉매입자와 액상 탄화수소를 효과적으로 분리할 수 있는 방법이 요구된다. 이에 촉매입자를 분리하는 방법중 대표적인 것으로 여과법(filtration), 원심분리법(centrifugation), 자기장 분리법(magnetic separation), 하이드로 싸이클론(hydrocyclone)을 이용한 분리법 등이 널리 알려져 있다.

상기 여과법을 살펴보면, 여과장치의 설치 위치에 따라 내부, 외부 여과장치 등으로 나뉘기도 한다. 미국 등록특허 6462098과 7098251에는 슬러리상 반응기 내에 여과장치를 설치한 예를 볼 수 있는 바, 미국 등록특허 7008966에는 내부에 설치한 여과장치를 제거할 수 있도록 고안한 예를 나타내고 있고, 미국 등록특허 6929754에는 반응기 외부에 여과장치를 설치하고, 필터 케이크를 조절하여 여과성능을 향상시키는 예를 보여준다. 또한 고가의 장비이지만 철 촉매에 분리성능이 탁월한 자기장 분리법도 오래 잔부터 시도되고 있다(Energy & Fuels, Vol. 10, No. 5, 1996). 미국 등록특허 4919792와 6974842에는 슬러리에서 촉매를 분리하는데 원심분리기를 적용할 수도 있다고 기재하고 있고, 이외에도 많은 특허와 문헌에서 다양한 방법의 촉매 분리법을 보고하고 있다.

이렇게 다양한 촉매입자 분리방법들이 게시되어 있지만, 미세한 촉매입자나 슬러리 반응 중에 깨진 촉매 입자는 미세한 필터 구멍을 막아 여과법으로만 촉매를 분리하는 데에는 한계가 있다. 그리고 원심분리기는 회전장치를 운전해야 하는 부담이 있고, 침전법(sedimentation)은 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 자기장 분리법은 효과적인 방법이긴 하나 매우 고가이고, 적용할 수 있는 촉매가 철 촉매 정도로 제한되어 있다.

상기한 촉매입자 분리방법에서 간과해서는 안 되는 문제중 가장 중요한 것이 촉매의 뭉침(catalyst clogging) 현상이다. 이는 미세한 촉매입자나 반응 중 깨진 작은 입자가 액상의 탄화수소, 생성수 등과 함께 서로 엉겨 붙음으로써 덩어리지는 현상을 말한다.

이러한 촉매 뭉침 현상 때문에 다양한 시도와 연구가 보고되었는 바, 한국 공개특허 2010-0034970에 따르면, 이러한 뭉침 현상은 고비점 알코올을 첨가함으로써 상당히 해소할 수 있고, 이는 촉매의 장기 운전 안정성과 수명 연장에도 큰 도움을 줄 수 있다고 기재하고 있다. 그리고, 미국 등록특허 5977192에 따르면, 20μm 미만의 미세한 촉매입자를 반응기에 주입할 때, 액상 탄화수소와의 접촉으로 뭉침 현상이 발생하여 반응기 내에 잘 분산되지 않는 문제점을 발견하고 산성이 아니면서 액상인 극성 oxygenate 인 알코올, 케톤, 에스테르, 에테르, 또는 이들의 혼합물을 첨가함으로써 공정 성능을 향상시켰다.

상기의 방법들처럼 추가의 첨가물을 넣어서 뭉침을 억제하는 방법은 예방적 성격이 강하여 근본적인 해결에 도움을 주지만, 장기운전으로 인한 촉매 피로도 누적으로 촉매가 깨지거나 추가 촉매 주입 시 일정부분 들어갈 수 밖에 없는 미세한 촉매입자들을 완전히 뭉치지 않게 할 수는 없고, 또한, 추가의 화합물을 공정 중에 주입함으로써 발생하는 비용증가와 다른 부수적인 문제들을 고려하지 않을 수 없으며, 상기 고비점 알코올이나 극성 oxygenate를 제조 공정 중에 발생한 부산물로 대체한다고 하여도 미량의 화합물을 분리하고 정제하는데 많은 비용이 발생하는 사실은 자명하다.

따라서 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 촉매 뭉침 현상을 없앨 수 있는 새로운 반응기 및 분리 공정이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 슬리러상 반응기 및 이를 이용한 촉매 분리법에서 촉매의 뭉침 현상이 발생되는 것을 해결하고자 연구된 결과물로서, 반응기 내부에 촉매의 뭉침 현상으로 커진 입자를 분리하기 위한 내부 필터 시스템을 설치하고, 외부에는 분리장치를 별도로 배치하여, 슬러리상에서 F-T합성을 하기에 적합한 크기의 입자들만을 재순환시킬 수 있고, 또한 슬러리상 반응기에서 미세한 촉매입자나 운전 중 발생한 깨진 촉매 등이 액상의 탄화수소, 생성수 등과 결합하여 뭉치게 된 촉매를 효과적으로 배출하고 처리시킬 수 있는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 합성가스를 피셔-트롭쉬 촉매상에서 반응시키기 위한 반응기와, 이 반응기내의 하단쪽에 설치되어 합성가스를 분산시키는 합성가스 분배기를 포함하는 반응 장치에 있어서, 상기 반응기의 내부에서 그 하단에 설치되어 합성가스 분배기를 전체적으로 또는 부분적으로 감싸는 내부필터와; 반응기의 바닥쪽에 형성된 하부 배출구와 연결되어, 촉매 덩어리를 포함하는 슬러리를 여과 또는 분리시키기 위한 하부 분리장치와; 반응기의 상부쪽 소정 위치에 형성된 상부 배출구와 연결되어, 미세한 촉매가 섞여 있는 슬러리를 여과 또는 분리시키기 위한 상부 분리장치와; 반응기내에서 발생된 미반응 가스를 배출시키기 위한 가스배출수단과; 상부 및 하부 분리장치에서 여과된 촉매를 재순환 또는 배출시키기 위한 재순환 배출수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치를 제공한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 반응기 내부에 촉매의 뭉침 현상으로 커진 입자를 분리하기 위한 내부 필터를 설치하고, 외부에는 별도의 분리장치를 배치하여, 슬러리상에서 F-T합성을 하기에 적합한 크기의 입자들만을 반응기로 재순환시킬 수 있고, 내부에서 발생할 수 있는 촉매입자의 뭉침 현상을 해결함으로써, 보다 안정적으로 XTL(CTL, GTL, BTL 등) 기술 개발 및 제품 생산을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 슬러리상 반응기(R1) 내에 내부필터(F0)와 외부 분리장치(F1과 F2)가 설치된 것을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 슬러리상 반응기 내에서 기포(gas bubble)와 슬러리(slurry)의 속도에 관한 전산모사 결과를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 반응기 내 유체의 흐름을 반응기와 함께 도식적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 반응기 내의 내부 필터를 각각 측면과 상부에서 보았을 때의 구조를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 반응기로서, 도 1에 나타낸 제1실시예와 비교하여 합성가스 분배기의 방향이 반대인 점을 빼고는 동일한 구성을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 반응기로서, 외부 분리장치중 상부 분리장치를 직렬로 복수 개를 연결한 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 반응기로서, 외부 분리장치인 상부 및 하부 분리장치 모두를 직렬로 복수 개를 연결한 예를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 반응기로서, 내부 필터의 모양이 볼록한 형태인 것과 하부 배출구가 반응기 하부에 복수 개인 점, 그리고 분배기의 방향은 제한 받지 않는 점을 제외하고는 제2실시예와 동일한 구성을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 반응기로서, 내부 필터의 모양이 박스 형태인 점, 그리고 분배기의 방향은 제한 받지 않는 점을 제외하고는 제5실시예와 동일한 구성을 나타낸 도면,
도 10 및 도 11은 본 발명의 제7실시예에 따른 반응기로서, 반응기의 내부 필터(F0)가 평평한 판형인 것을 제외하고는 각각 도 3 및 도 4에 나타낸 제1실시예와 동일한 구성을 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 슬러리상 반응기에서 미세한 촉매입자나 운전 중 발생한 깨진 촉매 등이 액상의 탄화수소, 생성수 등과 결합하여 뭉치게 된 촉매를 효과적으로 배출하여, 합성가스로부터 탄화수소를 용이하게 제조하기 위한 반응장치의 성능을 유지시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

즉, 본 발명은 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 합성을 이용하여 기상 혹은 액상 탄화수소를 제조하는 슬러리 버블 컬럼반응기(SBCR) 내 뭉치거나 깨진 촉매를 용이하게 제거하기 위해 반응기 내 하부 구조를 개선하고 외부 분리장치를 배치시킨 새로운 반응장치를 제공하고자 한 것이다.

이를 위한 본 발명의 각 실시예에 따른 반응장치를 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반응장치의 슬러리상 반응기(R1) 내에 내부필터(F0)와 외부 분리장치(F1과 F2)가 설치된 것을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 슬러리상 반응기 내에서 기포(gas bubble)와 슬러리(slurry)의 속도에 관한 전산모사 결과를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 반응기 내 유체의 흐름을 반응기와 함께 도식적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 반응기 내의 내부 필터를 각각 측면과 상부에서 보았을 때의 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 반응기(R)에서 촉매입자 분리를 위해 슬러리를 배출하는 곳을 크게 위쪽 및 아래쪽 두 군데로 설정하고, 이 두 군데에 외부 분리장치를 연결 설치하되, 아래쪽에 연결되는 외부 분리장치를 하부 분리장치(F1)로 명기하기로 하고, 위쪽에 연결되는 외부 분리장치를 상부 분리장치(F2)로 명기하기로 한다.

상기 하부 분리장치(F1)는 반응기(R)내 유체의 흐름을 고려하여 뭉친 촉매를 포함하는 슬러리가 반응기 하부 배출구(B)를 통해 배출되어 보내어지는 곳으로서, 이 하부 분리장치(F2)가 여과장치라면 필터가 막히지 않도록 분리된 액상의 탄화수소 중 일부를 용매로 사용할 수도 있고, 하부 배출구(B)와 하부 분리장치(F1)를 연결하는 라인에는 하부 탈기기(V1: degasifier)가 더 설치된다.

또한, 반응기(R)의 상부 중앙 부근에는 상부 배출구(A)가 형성되는 바, 이 상부 배출구(A)에는 반응기 내 유체의 흐름을 고려하여 반응기 상부 중앙 부근에서 슬러리를 뽑아낼 수 있는 관 혹은 샘플링 장치가 연결될 수 있고, 이 상부 배출구(A)를 통해 평균적인 크기의 입자와 미세한 촉매가 섞여 있는 슬러리를 흘려보내어 촉매입자는 걸러내면서 반응기로 순환시키고 여과된 액상의 탄화수소는 업그레이딩 유닛(upgrading unit) 등 후속 공정으로 보낸다.

특히, 상부 배출구(A)에는 상부 분리장치(F2)가 연결되는데, 외부에 설치된 상부 분리장치(F2)가 여과장치라면 미세한 입자가 필터를 막을 수 있으므로 분리된 액상의 탄화수소 중 일부를 용매로 사용할 수도 있고, 1차례 이상 여과된 미세 촉매를 함유한 액상의 탄화수소 일부를 제조공정 밖으로 배출시킬 수도 있으며, 상부 배출구(A)와 상부 분리장치(F2)를 연결하는 라인에는 상부 탈기기(V2: degasifier)가 더 설치된다.

상기와 같이 상부 및 외부 분리장치(F1,F2) 즉, 2종의 외부 분리장치는 종류에 제한받지 않으며, 후술하는 다른 실시예에서와 같이 필요하다면 각각 병렬 혹은 직렬로 복수 개를 연결하여 처리량과 분리성능을 향상시킬 수도 있다.

또한, 상기 반응기(R)내의 내부 필터(F0)는 첨부한 도 1에서와 같이, 하단 중앙에 구멍(hole)이 형성된 오목한 용기 형태의 몸체부(Pt1)로 만들어서 합성가스 분배기(distributor)를 아래에서 감싸는 형태로 설치할 수도 있고, 후술하는 다른 실시예에서와 같이 볼록하거나 사각형 형태로 만들어 합성가스 분배기(D)를 덮는 방식, 평평한 판형의 필터 또는 덮개를 없앤 형태, 필터(F0)의 모양이 볼록한 형태, 박스 형태이며 중앙에 구멍(hole)이 없는 구조의 필터 등을 사용할 수 있다.

이때, 상기 반응기(R) 하부 혹은 바닥에 내부 필터(F0)의 외벽과 반응기(R) 내벽 사이의 공간에 슬러리를 배출하기 위한 슬러리 배출 통로(Ex)가 형성된다.

한편, 상기 반응기(R) 내부 기포와 슬러리의 움직임을 전산모사를 통하여 알아냄으로써, 중간 제품인 액상의 왁스를 뽑아내는 부분인 상부 배출구(A)가 반응기(R)의 상부 중앙 소정 위치에 형성되고, 뭉친 촉매를 포함한 슬러리를 배출시키는 부분인 하부 배출구(B)가 하단 중앙 소정 위치에 형성된다.

또한, 상기 반응기(R) 내에서 그 하부에 내부 필터(F0)가 설치되는 바, 이 슬러리의 재순환(recirculation) 움직임을 통하여 뭉쳐진 촉매 입자들이 내부 필터(F0)의 외경과 반응기(R) 내벽의 열려진 공간인 슬러리 배출 통로(Ex)로 자연스럽게 들어와서 하부 배출구(B)를 통해 외부로 배출되어진다.

그리고, 상기 반응기(R)의 내부 구조체(미도시된 냉각을 위한 관 등)에 의하여 슬러리의 유동이 왜곡되어 반응기(R)의 하부쪽 중심으로도 뭉친 촉매가 떨어질 수도 있는데, 이는 내부 필터(F0) 중앙에 형성시킨 유도구(Ho)를 통하여 자연스럽게 하부 배출구(B)로 떨어지도록 유도할 수 있다.

또한, 상기 유도구(Ho) 위에는 별도의 덮개(Pt2)가 더 배치되고, 이 덮개(Pt2)는 반응기(R)의 하부쪽 중심으로 떨어진 촉매 덩어리가 쉽게 중앙 상부로 올라오지 못하도록 가두어 두는 역할을 하게 되는 바, 이 덮개(Pt2)는 반드시 필요한 것은 아니며 제거한 상태에서 반응기를 운전하여도 무방하다.

상기와 같이 구비된 반응기내에서 슬러리의 재순환 움직임을 프로세스 시스템즈 엔터프라이즈(Process Systems Enterprise) 사의 전산모사기인 "gProms 시뮬레이터"를 사용하여 계산하였으며 그 결과는 도 2에 나타낸 바와 같다.

도 2에서 보듯이, 반응기 내의 슬러리와 기포는 반응기 중심부로부터 약 75%되는 지점까지는 상향흐름이면서 서서히 속도가 줄어드는 것을 볼 수 있고, 그 이후의 공간에서는 하향흐름으로 바뀐 것을 알 수 있으며, 이러한 현상을 도식적으로 표현하면 첨부한 도 3에 도시된 바와 같다.

도 3에서 보듯이, 반응기(R)내에서 그 하부에 내부 필터(D)를 설치하되, 내부 필터의 외벽과 반응기 내벽 간의 가장 가까운 거리(Fop)가 유체의 속도가 0이 되는 거리(R0)에 맞추어지도록 설치하면, 촉매가 뭉쳐지면서 생긴 덩어리는 재순환 움직임에 의하여 내부 필터의 외벽과 반응기 내벽 간의 거리(Fop)를 갖는 슬러리 배출통로(Ex)로 용이하게 유입될 수 있고, 이에 내부 필터(D)의 하부로 들어간 덩어리는 필터의 기공을 쉽게 통과하지 못하므로 반응기(R)의 상부로 진입할 수 없으며, 결국 반응기(R)의 하단에 형성된 하부 배출구(B)를 통하여 대부분 밖으로 배출되어진다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 반응기 내의 내부 필터를 각각 측면과 상부에서 보았을 때의 구조를 나타낸 도면으로서, 도면부호 Pt1은 내부 필터(F0)의 몸체부를, Pt2는 덮개 부분을 나타낸다.

상기 내부필터(F0)의 몸체부(Pt1)는 합성가스 분배기(D)의 저부 및 측부를 둘러싸는 형태이면서 바닥 중앙에 유도구(Ho)가 관통 형성된 U자형 형태로 설치되고, 상기 덮개(Pt2)는 유도구(Ho) 위쪽에 이격 배열되는 동시에 합성가스 분배기(D1)의 저면에 이격 배열된다.

이때, 상기 몸체부(Pt1)은 반응기(R) 내부에서 반응기 반지름의 70% 이상의 반지름을 갖는 U자형 형태로 설치되고, 반응기 내벽과 몸체부(Pt1) 외벽(외경) 사이 거리가 반응기 반지름의 30% 이내가 되도록 한다.

또한, 상기 내부 필터(F0)의 몸체부(Pt1)는 다수개의 지지대(S1, S2, S3)에 의하여 반응기(R)의 내벽과 일체로 연결되며 지지되고, 상기 덮개(Pt2)는 지지대(S4)에 의하여 몸체부(Pt1)에 일체로 연결되며 지지된다.

상기 몸체부(Pt1)의 하부 중앙에는 유도구(Ho)가 형성되는 바, 이에 뭉친 촉매가 몸체부(Pt1)의 오목한 중앙으로 들어오는 순간, 몸체부(Pt1)와 덮개(Pt2) 사이로 통과하는 동시에 유도구(Ho)를 경유하여 반응기의 하단 중앙에 형성된 하부 배출구(B)를 통해 배출되어진다.

바람직하게는, 상기 내부 필터(F0)의 몸체부(Pt1)와 덮개(Pt2)의 공극률은 각각 30% 이상, 필터의 기공크기는 각각 1 mm 이상, 내부 필터의 외벽과 반응기 내벽 간의 거리(Fop)는 반응기 반지름의 30% 이내가 되도록 하고, 내부 필터(F0)의 유도구(Ho)는 필터 지름의 100% 미만이 되도록 하며, 덮개(Pt2)는 몸체부(Pt1)와 적어도 1mm의 간격을 두고 설치하되 몸체부(Pt1)의 유도구(Ho) 면적을 모두 덮을 수 있는 넓이를 갖도록 한다.

한편, 도 4에서 내부 필터(F0)를 지지하기 위하여 채택된 지지대(S1~S4)는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 위하여 도시된 것을 뿐, 그 종류, 형태, 개수에 제한받지 아니하고, 내부 필터(F0)를 지지하는 기능만 수행한다 그 지지 위치에도 제한받지 아니하며, 단, 반응물의 유동에 지장을 주지 않을 정도의 부피를 갖도록 한다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 반응장치를 이용한 촉매 분리 방법을 설명하면 다음과 같다.

F-T합성법을 이용하여 합성된 합성가스를 합성가스 공급라인(1)을 통해 반응기(R)내의 합성가스 분배기(D)로 공급하는 동시에 합성가스 분배기(D)에서 반응기(R)내에 합성가스를 분산하게 되면, 합성가스가 기포가 되면서 액상 탄화수소에 분산되는 동시에 촉매입자와 혼합되어 슬러리상이 얻어지게 된다.

즉, 합성가스로부터 촉매를 이용한 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch; F-T) 합성용 슬러리 반응을 수행하는 경우에 있어서, 슬러리 반응기(R)에서 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 합성가스가 피셔-트롭쉬 촉매상에서 반응되어 탄화수소, 올레핀, oxygenate 등으로 제조되는 바, 이때 합성가스가 반응기내의 액상 탄화수소및 촉매입자와 혼합되어 슬러리상으로 얻어지게 된다.

이때, 슬러리상 반응기(R)에서 미세한 촉매입자 또는 운전 중 깨진 촉매 등이 액상의 탄화수소, 생성수 등과 결합하여, 뭉쳐진 형태의 촉매가 발생되는 바, 이 뭉쳐진 촉매 덩어리를 슬러리 형태로 배출된다.

보다 상세하게는, 상기와 같이 반응기(R)내에서 그 하부에 내부 필터(D)를 설치하되, 내부 필터의 외벽과 반응기 내벽 간의 가장 가까운 거리(Fop)가 유체의 속도가 0이 되는 거리(R0)에 맞추어지도록 설치함으로써, 촉매가 뭉쳐지면서 생긴 덩어리는 재순환 움직임에 의하여 내부 필터의 외벽과 반응기 내벽 간의 거리(Fop)를 갖는 슬러리 배출통로(Ex)로 용이하게 유입될 수 있고, 이에 내부 필터(D)의 하부로 들어간 덩어리는 필터의 기공을 쉽게 통과하지 못하므로 반응기(R)의 상부로 진입할 수 없으며, 결국 반응기(R)의 하단에 형성된 하부 배출구(B)를 통하여 대부분 밖으로 배출되어진다.

다음으로, 상기 반응기(R)의 하부 배출구(B)로 배출된 슬러리는 하부 탈기기(V1)를 통과한 후, 외부 분리장치중 하부 분리장치(F1)에 의하여 분리되어 분리된 액(입자의 사이즈가 작은 것)은 반응기로 재순환되고, 보유액(입자의 사이즈가 큰 것)은 처리 후 일부를 반응기로 재순환되거나 일부는 외부로 배출된다.

보다 상세하게는, 상기 반응기(R)의 하부 배출구(B)로 배출된 슬러리는 하부 탈기기(V1)를 통과한 후, 외부 분리장치중 하부 분리장치(F1)에 보내어지면, 하부 분리장치(F1)에 의하여 분리된 여과액(filtrate)은 재순환수단인 여과액 배출라인(5)을 따라 하나 이상의 용기(V3)로 들어간 후, 반응기(R)로 재순환되고, 이와 함께 하부 분리장치(F1)의 보유액(retenate) 일부는 반응기로 재순환되거나 하부 분리장치로 채택된 필터의 기공이 막히지 않도록 일부는 외부로 배출된다.

이때, 상기 반응기(R)의 상부에서 샘플링된 슬러리는 상부 배출구(A)를 통해 배출되어 상부 탈기기(V2)를 통과한 후 외부 분리장치중 상부 분리장치(F2)로 보내어지게 되고, 상부 분리장치(F2)인 외부필터를 통과하여 촉매를 포함한 보유액은 재순환수단인 보유액 배출라인(11)을 통해 용기(V3)로 보내져 반응기(R)로 재순환되고, 촉매입자를 걸러낸 여과액은 여과액 배출라인(10)을 통하여 실질적인 탄화수소 연료를 얻을 수 있는 업그레이딩(upgrading)과 같은 후속 공정으로 보내어진다.

즉, 반응기 내 유체의 흐름을 고려하여 반응기 상부 중앙 부근에 형성된 상부 배출구(A)에 슬러리를 뽑아낼 수 있도록 관 혹은 샘플링 장치가 설치되는 바, 이 샘플링 장치를 통해 평균적인 크기의 입자와 미세한 촉매가 섞여있는 슬러리를 흘려 보내면 촉매입자는 보유액 배출라인(11)을 통해 용기(V3)로 보내져 반응기(R)로 재순환되고, 촉매입자를 걸러낸 여과액 즉, 액상의 탄화수소는 여과액 배출라인(10)을 통하여 업그레이딩 유닛(upgrading unit) 등 후속 공정으로 보내어진다.

여기서 본 발명의 반응장치에 대한 제2 내지 제7실시예를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 제2실시예에 따른 반응장치로서, 첨부한 도 5에서 보는 바와 같이 제1실시예와 비교하여 합성가스 분배기(D)의 합성가스 분배 방향이 반대인 점을 제외하고 제1실시예와 동일한 구성으로 제작된다.

즉, 제1실시예에 따른 반응장치는 합성가스 공급라인(1)이 합성가스 분배기(D)의 위쪽에 배열되어 합성가스 분배기(D)의 합성가스 분배방향이 위쪽에서 아래쪽을 향하는 반면, 제2실시예에 따른 반응장치는 합성가스 공급라인(1)이 합성가스 분배기(D)의 아래쪽에 배열되어 합성가스 분배기(D)의 합성가스 분배방향이 아래쪽에서 아래쪽을 향하게 된다.

본 발명의 제3실시예에 따른 반응장치는 외부 분리장치중 상부 분리장치를 직렬로 복수 개를 연결한 점을 제외하고, 제1실시예와 동일한 구성으로 제작된다.

보다 상세하게는, 도 6에서 보는 바와 같이 여과성능을 높이기 위하여 상부 분리장치인 복수 개의 필터(F2(1), F2(2), ... F2(n), n은 2이상의 양의 정수)를 상부 탈기기(V2)의 배출라인으로부터 직렬로 설치하되, 점차로 기공크기를 줄여서 마지막 필터의 기공 크기가, 예를 들면 10 μm 이하가 되도록 한다.

이에, 반응기(R)의 상부 배출구(A)를 통해 반응기 지름의 70% 이내의 공간에 설치된 관 즉, 외부로 샘플링할 수 있는 관을 통하여 슬러리를 샘플링하면, 이 샘플링된 슬러리는 상부 탈기기(V2)를 통과한 후, 복수 개의 상부 분리장치(F2(1), F2(2), F2(n))인 외부필터를 순차적으로 통과하게 되며, 도 6에서 도면부호 10(1), 10(2), 10(n)은 여과액(filtrate) 배출라인을, 11(1), 11(2), 11(n)은 보유액(retentate) 배출라인을 나타낸다.

본 발명의 제4실시예에 따른 반응장치는 제3실시예의 구성과 동일하고, 다수개의 상부 분리장치를 직렬로 설치한 것에 외에 하부 분리장치도 여러개를 직렬로 연결한 점에 특징이 있다.

보다 상세하게는, 도 7에 도시된 바와 같이 여과성능을 높이기 위하여 하부 분리장치인 복수 개의 필터(F1(1), F1(2), ... F1(n), n은 2이상의 양의 정수))를 하부 탈기기(V1)의 배출라인으로부터 직렬로 설치하되, 점차로 기공크기를 줄여서 마지막 필터의 기공크기가, 예를 들면 300 μm 이하가 되도록 한다.

이에, 반응기(R) 하부의 하부 배출구(B)에서 배출된 슬러리가 하부 탈기기(V1)를 통과한 후, 복수 개의 하부 분리장치(F1(1), F1(2), F1(n))인 외부필터를 순차적으로 통과하게 되어 슬러리의 여과성능을 높일 수 있다.

한편, 상기와 같은 상부 및 하부 분리장치(F1,F2)인 각 단계의 필터를 병렬로 복수 개 설치하는 것도 가능하다.

본 발명의 제5,6,7실시예에 따른 반응장치는 내부 필터의 모양 및 하부 배출구의 형태를 달리 적용한 점에 각각 특징이 있다.

본 발명의 제5실시예에 따른 반응기는 도 8에서 보는 바와 같이, 내부 필터(F0)의 모양이 합성가스 분배기(D)를 위에서 아래쪽으로 커버하는 위쪽으로 볼록한 단면 구조로 제작되고, 내부 필터(F0)의 바깥쪽 위치에 복수 개의 하부 배출구(B1,B2)가 형성된 점에 특징이 있다.

본 발명의 제6실시예에 따른 반응기는 제5실시예와 동일한 구성을 가지되, 도 9에서 보듯이 내부 필터의 모양이 직사각형 박스 형태로 채택되어 합성가스 분배기(D)를 위에서 아래쪽으로 커버하는 구조로 제작되고, 내부 필터(F0)의 바깥쪽 위치에 복수 개의 하부 배출구(B1,B2)가 형성된 점에 특징이 있다.

본 발명의 제7실시예에 따른 반응기는 반응기의 내부 필터(F0)가 평평한 판형(상부에서 바라볼 때 원형, 타원형, 별모양, 사각형 등 어떤 형태의 모양도 가능)으로 제작된 것을 제외하고는 상기한 제1실시예와 동일한 구성을 갖는다.

즉, 첨부한 도 10 및 도 11에서 보듯이, 제7실시예에 따른 내부 필터(F0)는 중앙에 유도구(Ho)가 관통 형성된 평평한 몸체부(Pt1)와, 몸체부(Pt1)의 유도구(Ho)를 커버하며 그 위쪽에 배치되는 덮개(Pt2)로 구성되고, 몸체부(Pt1)는 지지대(S1)에 의하여 반응기(R)의 벽면에 일체로 연결되며 지지되고, 덮개(Pt2)는 지지대(S2)에 의하여 몸체부(Pt1)에 일체로 연결되며 지지된다.

이때, 몸체부(Pt1)는 반응기(R) 내부에서 반응기 반지름의 70% 이상의 반지름을 갖는 판형 필터로서 설치되고, 반응기 내벽과 몸체부(Pt1) 외벽 (혹은 외경) 사이 거리가 반응기 반지름의 30% 이내가 되도록 한다.

이러한 본 발명의 각 실시예에서 미설명 부호 4, 9, 13은 미반응가스 배출라인을 나타낸다.

또한, 상기한 각 실시예에서 상부 분리장치로서 채택된 외부필터의 필터 기공이 막히지 않도록 도 1,5,8,9에 도면부호 11로 지시된 상부 분리장치의 보유액 배출라인을 통해, 그리고 도면부호 6으로 지시된 하부 분리장치의 보유액 배출라인을 통해 여과된 액중 일부를 공정 밖으로 배출시킬 수도 있다.

마찬가지로, 도 6 및 도 7에 도면부호 11(1), 11(2),..., 11(n)으로 지시된 상부 분리장치의 보유액 배출라인을 통해, 그리고 도면부호 6(1), 6(2),..., 6(n)으로 지시된 하부 분리장치의 보유액 배출라인을 통해 여과된 액중 일부를 공정 밖으로 배출시킬 수도 있다.

이때, 상기 상부 분리장치에서 여과되어 일부 저장된 상태로 있던 보유액은 상부 분리장치의 보유액 배출라인(11, 11(1), 11(2),..., 11(n))을 통하여 일부는 용기(V3)로 흘러간 후 반응기(R)로 재순환되고, 동시에 상부 분리장치에서 여과되어 저장되지 않는 여과액은 바로 상부 분리장치의 여과액 배출라인(10, 10(1), 10(2),..., 10(n))을 통해 외부(업그레이딩과 같은 후속공정)로 배출된다.

반면, 상기 하부 분리장치에서 여과되어 일부 저장된 상태로 있던 보유액은 하부 분리장치의 보유액 배출라인(6, 6(1), 6(2),..., 6(n))을 통하여 일부는 반응기로 재순환되고 나머지 일부는 외부로 배출되며, 또한 하부 분리장치에서 여과되어 저장되지 않는 여과액의 일부는 하부 분리장치의 여과액 배출라인(5, 5(1), 5(2),..., 5(n))을 통해 용기(V3)로 흘러간 후, 반응기(R)로 재순환된다.

한편, 상기한 상부 및 하부 분리장치(F1,F2)로 채택된 외부 필터 장치를 입자를 분리할 수 있는 다른 분리 장치로 적용할 수 있는 바, 예를 들면, 원심분리기, 자기장 분리기(magnetic separator), 하이드로 사이클론(hydrocyclone) 등으로 적용할 수 있고, 입자를 여과 또는 분리하는 장치 종류에 제한 받지 않는다.

필요하다면, 분리한 액상의 탄화수소 용액을 도 1 및 도 5~도9에 도면부호 20 및 21로 지시된 별도의 외부주입라인을 통하여 상부 및 하부 분리장치(F1, F2)에 주입함으로써, 각 분리장치 내부에 붙거나 쌓인 촉매입자와 탄화수소 잔류물 등을 제거할 수 있다.

A : 상부 배출구
B, B1, B2: 하부 배출구
D : 합성가스 분배기
Ex : 슬러리 배출 통로
F0 : 내부필터
F1, F1(1), F1(2), F1(n): 하부 분리장치
F2, F2(1), F2(2), F2(n): 상부 분리장치
Ho : 유도구
Pt1 : 몸체부
Pt2 : 덮개
R : 슬러리상 반응기
S1,S2,S3,S4 : 지지대
V1 : 하부 탈기기
V2 : 상부 탈기기
V3 : 용기
1 : 합성가스 공급라인
5, 5(1), 5(2), 5(n) : 여과액 배출라인
6, 6(1), 6(2), 6(n) : 보유액 배출라인
10, 10(1), 10(2), 10(n) : 여과액 배출라인
11, 11(1), 11(2), 11(n): 보유액 배출라인
4, 9, 13 : 미반응가스 배출라인
20, 21 : 외부주입라인

Claims

삭제
합성가스를 피셔-트롭쉬 촉매상에서 반응시키기 위한 반응기(R)와, 이 반응기(R)내의 하단쪽에 설치되어 합성가스를 분산시키는 합성가스 분배기(D)를 포함하는 반응 장치에 있어서,
상기 반응기(R)의 내부에서 그 하단에 설치되는 내부필터(F0);
반응기(R)의 바닥쪽에 형성된 하부 배출구(B)와 연결되어, 촉매 덩어리를 포함하는 슬러리를 여과 또는 분리시키기 위한 하부 분리장치(F1);
반응기(R)의 상부쪽 소정 위치에 형성된 상부 배출구(A)와 연결되어, 미세한 촉매가 섞여 있는 슬러리를 여과 또는 분리시키기 위한 상부 분리장치(F2);
반응기(R)내에서 발생된 미반응 가스를 배출시키기 위한 가스배출수단;
상부 및 하부 분리장치(F1,F2)에서 여과된 촉매를 재순환 또는 배출시키기 위한 재순환 배출수단;
을 포함하고,
상기 내부필터(F0)는:
반응기(R) 내의 합성가스 분배기(D)의 상부 또는 하부에 위치하며 오목한 용기 모양의 구조이면서, 선택적으로 그 바닥 중앙에 유도구(Ho)가 관통 형성된 형태로 구비되며, 반응기(R)의 내벽에 지지대(S1,S2,S3)를 매개로 고정되는 몸체부(Pt1)로 구성된 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2에 있어서,
상기 내부필터(F0)는, 몸체부(Pt1)의 유도구(Ho) 상부 또는 하부에 이격 배열되고, 유도구(Ho) 보다 큰 면적을 가지며, 몸체부(Pt1)와 지지대(S4)를 매개로 연결되는 덮개(Pt2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소 를 제조하기 위한 반응장치.
합성가스를 피셔-트롭쉬 촉매상에서 반응시키기 위한 반응기(R)와, 이 반응기(R)내의 하단쪽에 설치되어 합성가스를 분산시키는 합성가스 분배기(D)를 포함하는 반응 장치에 있어서,
상기 반응기(R)의 내부에서 그 하단에 설치되는 내부필터(F0);
반응기(R)의 바닥쪽에 형성된 하부 배출구(B)와 연결되어, 촉매 덩어리를 포함하는 슬러리를 여과 또는 분리시키기 위한 하부 분리장치(F1);
반응기(R)의 상부쪽 소정 위치에 형성된 상부 배출구(A)와 연결되어, 미세한 촉매가 섞여 있는 슬러리를 여과 또는 분리시키기 위한 상부 분리장치(F2);
반응기(R)내에서 발생된 미반응 가스를 배출시키기 위한 가스배출수단;
상부 및 하부 분리장치(F1,F2)에서 여과된 촉매를 재순환 또는 배출시키기 위한 재순환 배출수단;
을 포함하고,
상기 내부필터(F0)는:
반응기(R) 내의 합성가스 분배기(D)의 상부 또는 하부에 위치하면서, 선택적으로 중앙에 유도구(Ho)가 관통 형성된 평평한 구조로 구비되어 지지대(S1)를 매개로 반응기(R)의 벽면에 일체로 연결되는 몸체부(Pt1)로 구성된 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 4에 있어서,
상기 내부필터(F0)는, 몸체부(Pt1)의 유도구(Ho) 상부 또는 하부에 이격 배열되고, 유도구(Ho) 보다 큰 면적을 가지며, 몸체부(Pt1)와 지지대(S4)를 매개로 연결되는 덮개(Pt2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소 를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 내부필터(F0)의 몸체부(Pt1) 외경과, 반응기(R)의 내벽 간의 사이 공간은 반응기 반지름의 30% 이내의 공간을 갖도록 한 슬러리 배출공간(Ex)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 내부필터(F0)의 몸체부(Pt1)과 덮개(Pt2)의 공극률은 각각 30% 이상이고, 기공의 크기는 각각 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소 를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 내부필터(F0)를 반응기(R)내에서 합성가스 분배기(D)를 전체적으로 커버하도록 그 하단이 반응기(R) 바닥에 일체로 연결되는 직사각형 박스 형태로 제작되거나, 직사각형 박스 형태의 상면이 위쪽으로 볼록한 단면 구조로 제작되는 경우, 내부 필터(F0)의 바깥쪽 위치에 복수 개의 하부 배출구(B1,B2)가 형성되는 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 하부 분리장치(F1)는 기공 크기가 300 μm 이하인 여과필터로 채택된 것임을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 하부 분리장치(F1)는 직렬로 연결되는 복수 개의 여과필터(F1(1), F1(2),..., F1(n))로 채택되고, 각 여과필터의 기공 크기를 점차 줄여서 마지막 배열된 필터의 기공크기를 300 μm 이하가 되도록 한 것임을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 10에 있어서,
직렬로 연결된 복수개의 여과필터(F1(1), F1(2),..., F1(n)) 각각은 복수개가 병렬로 연결된 것으로 채택된 것임을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 상부 분리장치(F2)는 기공 크기는 10 μm 이하인 여과필터로 채택된 것임을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 상부 분리장치(F2)는 직렬로 연결되는 복수 개의 여과필터(F2(1), F2(2),..., F2(n))로 채택되고, 각 여과필터의 기공 크기를 점차 줄여서 마지막 배열된 필터의 기공크기를 10 μm 이하가 되도록 한 것임을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 13에 있어서,
직렬로 연결된 복수개의 여과필터(F2(1), F2(2),..., F2(n)) 각각은 복수개가 병렬로 연결된 것으로 채택된 것임을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 상부 분리장치(F2) 및 하부 분리장치(F1)는 촉매입자를 분리할 수 있는 여과기, 원심분리기, 자기장 분리기, 하이드로 사이클론, 증류기, 증발기 중 선택된 어느 하나 혹은 두 가지 이상의 조합으로 채택된 것임을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 가스배출수단은:
반응기(R)의 상부 배출구(A)와 상부 분리장치(F2) 사이에 설치되어 미반응가스를 외부로 배출시키는 상부 탈기기(V2)와, 반응기(R)의 하부 배출구(B)와 하부 분리장치(F1) 사이에 설치되어 미반응가스를 외부로 배출시키는 하부 탈기기(V1)로 구성된 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 재순환 배출수단:
상부 및 하부 분리장치(F1,F2)에서 걸러진 촉매입자를 저장한 후, 반응기(R)로 보내는 용기(V3)와;
상부 분리장치(F2)와 용기(V3) 간에 연결되어, 여과되지 않은 보유액 일부는 용기(V3)로 보내고 나머지 일부는 외부로 배출시키기 위한 보유액 배출라인(11, 11(1), 11(2), 11(n))과;
하부 분리장치(F1)와 용기(V3) 간에 연결되어 여과된 여과액을 용기(V3)로 보내기 위한 여과액 배출라인(5(1), 5(2), 5(n))과;
상부 분리장치(F2)에서 여과된 여과액을 후속공정으로 보내기 위하여 상부 분리장치(F2)로부터 연장되는 여과액 배출라인(10, 10(1), 10(2),..., 10(n))과;
하부 분리장치(F1)에서 여과되지 않은 보유액 일부를 반응기로 재순환시키거나 나머지 일부를 외부로 배출시키기 위하여 하부 분리장치(F1)로부터 연장되는 보유액 배출라인(11, 11(1), 11(2), 11(n));
으로 구성된 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.
청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 상부 및 하부 분리장치(F1,F2)에 각각 분리한 액상의 탄화수소 용액을 주입할 수 있는 외부주입라인(20,21)이 연결된 것을 특징으로 하는 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치.