KR101587682B1 - Distribution plate for fluidized bed reactor and fluidized bed reactor with same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 메탈 포옴(metal foam)으로 이루어진 다수의 메탈 포옴 삽입체; 및, 상기 다수의 메탈 포옴 삽입체 각각이 삽입되는 다수의 삽입구가 형성된 플레이트;를 구비하는 유동층 반응기용 분산판 및, 상기 분산판을 구비한 유동층 반응기가 제공된다. 본 발명에 따른 유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기는 메탈 포옴 삽입체(metal foam insert) 및 삽입구가 형성된 플레이트로 이루어진 분산판을 구비하므로 분산판을 통한 원료 기체의 통과 및 고체 입자와 같은 분체의 통과 저지가 효율적으로 이루어질 수 있다는 장점이 있다.According to the present invention, a plurality of metal foam inserts made of metal foam; And a plate having a plurality of insertion ports into which the metal foam inserts are inserted, respectively, and a fluidized bed reactor having the dispersion plate. The dispersion plate for a fluidized bed reactor according to the present invention and the fluidized bed reactor having the dispersion plate have a dispersion plate composed of a metal foam insert and a plate formed with an inlet, so that the flow of the raw material gas through the dispersion plate, It is advantageous that the passage of the powder can be effectively prevented.

Description

유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기{DISTRIBUTION PLATE FOR FLUIDIZED BED REACTOR AND FLUIDIZED BED REACTOR WITH SAME}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a dispersion plate for a fluidized bed reactor,

본 발명은 유동층 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 카본나노튜브와 같은 카본나노구조물 제조를 위하여 이용될 수 있는 유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluidized bed reactor, and more particularly, to a fluidized bed reactor and a dispersion plate for a fluidized bed reactor. Particularly, the present invention relates to a dispersion plate for a fluidized bed reactor and a fluidized bed reactor having the same, which can be used for producing a carbon nanostructure such as a carbon nanotube.

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. Fluidized bed reactors are reactor devices that can be used to perform a variety of multiphase chemical reactions. In a fluidized bed reactor, a fluid (gas or liquid) reacts with a solid material in a particulate state, typically the solid material is a catalyst having the shape of a small sphere and the fluid is flowed at a rate sufficient to float the solid material So that the solid material behaves like a fluid.

한편, 한편, 카본나노구조물(carbon nanostructures, CNS)은 나노튜브, 나노파이버, 풀러렌, 나노콘, 나노호른, 나노로드 등 다양한 형상을 갖는 나노크기의 탄소구조물을 지칭하며, 여러 가지 우수한 성질을 보유하기 때문에 다양한 기술분야에서 활용도가 높다. 대표적인 카본나노구조물인 카본나노튜브(Carbon nanotubes; CNT)는 서로 이웃하는 3 개의 탄소 원자가 육각형의 벌집 구조로 결합되어 탄소 평면을 형성하고, 상기 탄소 평면이 원통형으로 말려서 튜브의 형상을 가지는 소재이다. 카본나노튜브는 구조에 따라서, 즉, 튜브의 지름에 따라서 도체가 되거나 또는 반도체가 되는 특성이 있으며, 다양한 기술 분야에서 광범위하게 응용될 수 있어서 신소재로 각광을 받는다. 예를 들어, 카본나노튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 슈퍼 커패서티(super capacity)와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 기체 센서 등에 적용될 수 있다.On the other hand, carbon nanostructures (CNS) refer to nano-sized carbon structures having various shapes such as nanotubes, nanofibers, fullerenes, nanocons, nanohorns, and nanorods, and have various excellent properties And thus it is utilized in various technical fields. Carbon nanotubes (CNTs), which are typical carbon nanostructures, are carbon nanotubes (CNTs) having three neighboring carbon atoms bonded to each other in a hexagonal honeycomb structure to form a carbon plane, and the carbon plane is cylindrically shaped to have a tube shape. Carbon nanotubes have a characteristic of being a conductor or a semiconductor according to the structure, that is, the diameter of a tube, and can be widely applied in various technical fields, and thus, they are popular as new materials. For example, the carbon nanotube can be applied to an electrode of an electrochemical storage device such as a secondary cell, a fuel cell or a supercapacity, an electromagnetic wave shielding, a field emission display, or a gas sensor.

카본나노구조물은 예를 들어 아크 방전법, 레이저 증발법, 화학 기상 성장법을 통하여 제조될 수 있다. 상기 열거된 제조 방법중 화학 기상 성장법에서는 통상적으로 고온의 유동층 반응기 안에서 금속 촉매 입자와 탄화수소 계열의 원료 기체를 분산 및 반응됨으로써 카본나노구조물이 생성된다. 즉, 금속 촉매는 원료 기체에 의해 유동층 반응기 안에서 부유(浮游)하면서 원료 기체와 반응하여 카본나노구조물을 성장시킨다. The carbon nanostructure can be produced by, for example, an arc discharge method, a laser evaporation method, or a chemical vapor deposition method. In the chemical vapor deposition method among the above-mentioned manufacturing methods, metal catalyst particles and a hydrocarbon-based raw material gas are dispersed and reacted in a fluidized bed reactor at a high temperature to produce a carbon nanostructure. That is, the metal catalyst reacts with the raw material gas while floating in the fluidized bed reactor by the raw material gas to grow the carbon nanostructure.

유동층 반응기를 이용한 카본나노구조물 제조 방법은 특허출원공개 10-2009-0073346호, 10-2009-0013503호 등에 개시되어 있다. 유동층 반응기를 이용하는 경우에는 반응기 내에 기체를 일정하게 분포시키고 분산판 상부에 존재하는 분체가 분산판 아래로 통과하지 못하도록 분산판을 이용한다. 분산판으로는 다공성 플레이트(perforate plate), 버블 캡(bubble cap) 또는 노즐을 이용하여 구성하는 것이 일반적이다. A method for manufacturing a carbon nanostructure using a fluidized bed reactor is disclosed in Patent Application Publication No. 10-2009-0073346, No. 10-2009-0013503, and the like. In the case of using a fluidized bed reactor, a dispersing plate is used so that the gas is uniformly distributed in the reactor and the powder present on the dispersing plate does not pass below the dispersing plate. As the dispersion plate, a porous plate (perforate plate), a bubble cap, or a nozzle is generally used.

그러나 유동층 반응기 내부에서 탄소원과 촉매가 고온에서 반응할 경우 일부 탄소원은 열분해 온도가 낮아 노즐 등의 통기공을 통과하기 전에 내부 열에 의해 가열된 분산판과 접촉하여 촉매와 반응하기 전에 분해되어 통기공을 막는 클로깅 현상이 나타난다. 이러한 클로깅 현상은 유동층 내 압력 저하를 야기하여 안정적인 조업이 곤란하게 한다. However, when the carbon source and the catalyst are reacted at a high temperature in the fluidized bed reactor, some carbon sources have a low pyrolysis temperature. Therefore, the carbon source is decomposed before contacting with the dispersing plate heated by the internal heat before passing through the vent hole of the nozzle, Clogging phenomenon appears. This clogging phenomenon causes a pressure drop in the fluidized bed, making stable operation difficult.

또한, 원활한 기체-고체 혼합을 위해서는 반응기 내 기체 분포가 균일하여야 하고, 촉매 등의 고형입자나 분체가 분산판 아래로 통과하지 못하도록 하는 것이 바람직한데, 이러한 필요성으로 인해 보다 효율적인 분산판에 대한 연구가 계속되고 있다.
In addition, it is desirable that the gas distribution in the reactor should be uniform for smooth gas-solid mixing and that solid particles such as catalysts or powders can not pass below the dispersion plate. It continues.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반응기 내 기체 분포를 균일하게 하면서 고체 입자나 분체의 통과 저지가 효과적으로 이루어질 수 있는 유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a dispersion plate for a fluidized bed reactor capable of effectively preventing passage of solid particles or powder while uniformly distributing a gas in the reactor, Thereby providing a reactor.

본 발명의 다른 목적은 분산판의 막힘이 방지되고, 제작비가 저렴하며, 설치 및 해체가 용이하게 이루어질 수 있는 유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a dispersion plate for a fluidized bed reactor and a fluidized bed reactor having the same, which can prevent clogging of the dispersion plate, can be manufactured at low cost, and can be easily installed and disassembled.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, In order to achieve the above object, according to the present invention,

메탈 포옴(metal foam)으로 이루어진 다수의 메탈 포옴 삽입체; 및,A plurality of metal foam inserts made of metal foam; And

상기 메탈 포옴 삽입체 각각이 삽입되는 다수의 삽입구가 형성된 플레이트;를 구비하는 유동층 반응기용 분산판이 제공된다.And a plate having a plurality of insertion ports into which the metal foam inserts are inserted, respectively.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 다수의 메탈 포옴 삽입체 각각은 원통형, 절두 원추형 및, 각기둥 중 어느 하나의 형태를 가지도록 형성되고, 상기 다수의 삽입구 각각은 상기 메탈 포옴 삽입체의 형상에 대응하도록 형성될 수 있다. According to an aspect of the present invention, each of the plurality of metal foam inserts is formed to have a cylindrical shape, a truncated cone shape, and a prismatic shape, and each of the plurality of insertion holes corresponds to the shape of the metal foam insert .

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 다수의 메탈 포옴 삽입체에는 플랜지가 형성되고, 상기 다수의 삽입구 각각에는 상기 플랜지가 안착될 수 있는 안착부가 형성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the plurality of metal foam inserts are formed with flanges, and each of the plurality of insertion holes may have a seating portion on which the flange can be seated.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 다수의 메탈 포옴 삽입체 각각의 측면상에는 돌출부가 형성되고, 상기 다수의 삽입구 각각에는 상기 돌출부에 대응하는 홈이 형성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a protrusion is formed on a side surface of each of the plurality of metal foam inserts, and a groove corresponding to the protrusion may be formed in each of the plurality of insertion holes.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 다수의 메탈 포옴 삽입체 각각에는 상기 다수의 삽입구 각각에 나사 방식으로 결합될 수 있다. According to another aspect of the present invention, each of the plurality of metal foam inserts may be screwed to each of the plurality of insertion holes.

또한 본 발명에 따르면, 반응기 본체; 및, 상기 반응기 본체 내부의 미리 결정된 위치에 배치되며, 메탈 포옴(metal foam)으로 이루어진 다수의 메탈 포옴 삽입체 및 상기 메탈 포옴 삽입체 각각이 삽입되는 다수의 삽입구가 형성된 플레이트를 구비하는 유동층 반응기용 분산판;을 구비하는 유동층 반응기가 제공될 수 있다.Also according to the present invention, there is provided a reactor comprising: a reactor body; And a plurality of metal foam inserts arranged in a predetermined position inside the reactor body and made of metal foam and a plate having a plurality of insertion ports into which the metal foam inserts are inserted, A fluidized bed reactor having a dispersion plate may be provided.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 분산판은 반응기 본체 내부에 고정된 지지대에 의하여 지지될 수 있다. According to another aspect of the present invention, the dispersion plate may be supported by a support fixed inside the reactor body.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 분산판의 상부에 메탈 포옴 시트(metal foam sheet) 및 와이어 메쉬가 선택적으로 배치될 수 있다.
According to another aspect of the present invention, a metal foam sheet and a wire mesh may be selectively disposed on the top of the dispersion plate.

본 발명에 따른 유동층 반응기용 분산판 및 그것을 구비한 유동층 반응기에서는 메탈 포옴 삽입체(metal foam insert) 및 삽입구가 형성된 플레이트로 이루어진 분산판을 구비하므로 분산판을 통한 원료 기체의 통과 및 고체 입자와 같은 분체의 통과 저지가 효율적으로 이루어질 수 있다는 장점이 있다. 본 발명에 따른 분산판에서는 원료 기체의 상승이 빨라질 수 있으므로 고체 입자에 의하여 분산판이 막히는 현상이 방지될 수 있다. 또한 고가의 메탈 포옴의 사용이 상대적으로 많지 않으므로 제작 비용이 저렴하다는 경제적인 장점이 있다.
The dispersion plate for a fluidized bed reactor according to the present invention and the fluidized bed reactor having the dispersion plate are provided with a dispersion plate composed of a metal foam insert and a plate having an inlet formed therein so that the flow of the raw material gas through the dispersion plate, It is advantageous that the passage of the powder can be effectively prevented. In the dispersion plate according to the present invention, since the rise of the raw material gas can be accelerated, the phenomenon that the dispersion plate is clogged by the solid particles can be prevented. In addition, since the use of expensive metal foams is not relatively large, there is an economical advantage that production costs are low.

도 1 은 카본나노튜브 제조용 유동층 반응기의 개략적인 구성도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 유동층 반응기용 분산판 및 상기 분산판을 지지하는 지지대의 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3 내지 도 5 는 본 발명에 따른 유동층 반응기용 분산판의 다양한 실시예에 대한 단면도이다. .
도 6 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유동층 반응기용 분산판 및 유동층 반응기에서 분산판을 지지하는 지지부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7 에 도시된 것은 와이어 메쉬를 구비한 분산판의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic view of a fluidized bed reactor for producing carbon nanotubes.
2 is a perspective view schematically showing an embodiment of a dispersion plate for a fluidized bed reactor and a support for supporting the dispersion plate according to the present invention.
3 to 5 are cross-sectional views of various embodiments of a dispersion plate for a fluidized bed reactor according to the present invention. .
6 is a perspective view schematically showing another embodiment of a dispersion plate for a fluidized bed reactor and a support for supporting a dispersion plate in a fluidized bed reactor according to the present invention.
7 is a schematic cross-sectional view of a dispersion plate having a wire mesh.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위에 포함되는 변형물, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail with reference to the embodiments of the invention shown in the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, or alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

각 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소에 대하여 사용하였다. In the drawings, like reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms, and may be used to distinguish one component from another Only.

및/또는 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들 중 어느 하나 또는 이들의 포함하는 조합을 포함한다. The term " and / or " includes any one or a combination of the plurality of listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있거나 또는 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it is to be understood that other elements may be directly connected or connected, or intervening elements may be present.

단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless otherwise specified.

“포함한다” 또는 “가진다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다. It will be understood that the terms "comprises", "having", and the like have the same meanings as the features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof described in the specification, Does not exclude the possibility that an operation, component, component, or combination thereof may be present or added.

도 1 에는 유동층 반응기의 구성이 개략적으로 도시되어 있으며, 이러한 유동층 반응기는 예를 들어 카본나노튜브의 제조에 이용될 수 있지만, 카본나노튜브의 제조에만 한정된 것은 아니다. 이러한 유동층 반응기는 예를 들어 카본나노튜브 또는 카본나노파이버와 같은 카본나노구조물의 제조에 유용하다.1 schematically shows the structure of a fluidized bed reactor, which fluidized bed reactor can be used, for example, in the production of carbon nanotubes, but is not limited to the manufacture of carbon nanotubes. Such fluidized bed reactors are useful for the production of carbon nanostructures such as, for example, carbon nanotubes or carbon nanofibers.

도면을 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. Referring to the drawings, a fluidized bed reactor 1 has a reactor body 10, and a lower portion of the reactor body 10 is formed as a tapered region 10a. In order to heat the reactor body 10 to a high temperature, it is preferable that a heater 19 is provided outside the reactor body 10.

유동층 반응기(1)의 저부에 원료 기체 공급부(12)가 구비된다. 원료 기체는 예를 들어 카본나노튜브를 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. A raw material gas supply unit 12 is provided at the bottom of the fluidized bed reactor 1. The raw material gas may be, for example, a hydrocarbon-based gas for producing carbon nanotubes. The raw material gas is supplied to the inside of the reactor main body 10 through a raw material gas supply pipe 21 connected to the raw material gas supply unit 12. The feed gas may be preheated in the preheater 17 before being fed into the reactor body 10. The raw material gas is dispersed into the reaction space in the reactor main body 10 through the dispersing plate 13 by disposing the dispersing plate 13 below the reaction space formed inside the reactor main body 10.

도 1은 분산판(13)이 테이퍼 영역의 하단에 설치된 경우를 도시하고 있으나 이에 한정되지 않으며, 기체 및 고체의 거동에 따른 목적에 맞도록 테이퍼 영역의 상중하단 중 임의로 선택하여 분산판을 설치할 수 있다. FIG. 1 shows a case where the dispersion plate 13 is provided at the lower end of the tapered region. However, the present invention is not limited to this, and a dispersion plate may be provided by arbitrarily selecting a lower end of the tapered region in accordance with the purpose of gas and solid. have.

반응기 본체(10)의 상부에는 신장부(11)가 구비된다. 신장부(expander, 11)에는 예를 들어 반응기 본체(10)로부터의 촉매와 반응 생성물(예를 들어, 카본나노튜브)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.On the upper portion of the reactor body 10, a stretching portion 11 is provided. The expander 11 may be provided with a separator (not shown) for preventing the catalyst and the reaction product (for example, carbon nanotube) from being discharged to the outside, for example, from the reactor body 10 . A filter 18 is connected to the elongated portion 11 and the component gas filtered by the filter 18 is conveyed through the conveying pipe 23. On the other hand, a recirculation pipe 22 is connected to the expansion part 11 to recirculate part of the mixed gas discharged from the expansion part 11 to the raw material gas supply pipe 21 through the recirculation pipe 22.

반응기 본체(10)의 상부 일측에는 배관(24)을 통하여 분리기(14)가 연결되어 있다. 상기 분리기(14)는 반응기 본체(10)로부터 배출된 혼합 기체로부터 생성물을 분리하기 위한 것으로서, 예를 들어 카본나노튜브와 혼합 기체를 분리하기 위한 것이다. 분리기(14)의 일측에는 카본나노튜브와 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. A separator 14 is connected to one side of the upper portion of the reactor main body 10 through a pipe 24. The separator 14 is for separating the product from the mixed gas discharged from the reactor body 10, for example, for separating the mixed gas from the carbon nanotube. A separator 14 is connected to one side of the reactor body 10 through a pipe 15 to collect a product such as carbon nanotubes. On the other hand, the catalyst supplier 16 is connected to the pipe 26 so that the catalyst can be supplied to the inside of the reactor main body 10 through the pipe 26. Although not shown in the drawing, the pipe 26 is provided with a blower so that the mixed gas separated from the separator 14 and the catalyst supplied from the catalyst feeder 16 can be fed into the reactor main body 10.

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 상부에 촉매 등의 고체 입자가 위치하고 분산판(13)에 형성된 구멍을 통하여 반응 기체를 하부로부터 송풍하면 촉매가 유동층 반응기 본체(10)의 분산판(13) 상부 공간에서 유동하면서 반응이 발생된다. The dispersion plate 13 provided in the fluidized bed reactor as described above uniformly disperses the raw material gas into the fluidized bed reactor body 10 and the powder produced by the catalyst particles or the reaction drops to the bottom of the fluidized bed reactor . In the gas-solid fluidized bed reactor, when solid particles such as catalyst are placed on the dispersion plate and the reaction gas is blown from the bottom through the holes formed in the dispersion plate 13, the catalyst is supplied to the dispersion plate 13 of the fluidized bed reactor body 10, The reaction occurs while flowing in the upper space.

도 2 를 참조하면, 본 발명에 따라서 메탈 포옴 및 플레이트를 이용하여 구성된 분산판 및 상기 분산판을 지지하는 지지부가 개략적인 사시도로 도시되어 있다. 메탈 포옴은 알루미늄과 같은 금속 재료의 셀 구조체(cellular structure)를 지칭하는 것으로서, 메탈 포옴에는 다수의 통기공이 형성되고, 상기 통기공은 기체로 채워지거나 기체의 유동을 허용한다. 메탈 포옴에 형성된 통기공은 밀봉됨으로써 폐쇄 셀 구조를 형성하거나, 또는 서로 연결된 네트워크 형태를 가지면서 개방됨으로써 개방 셀 구조를 형성할 수 있다. 기체의 유동을 허용하는 통기공을 가지는 개방 셀 구조의 메탈 포옴은 통기공의 크기(pore size)를 조절할 수 있어 층물질의 입도에 따라 적절히 대응할 수 있으며, 따라서 유동층 반응기의 분산판이 요구하는 특성, 즉 기체를 통과시키고 고체 입자의 통과를 저지하는 특성이 우수하다. 따라서 본 발명에서는 메탈 포옴을 이용한 분산판이 제안된다. Referring to Fig. 2, a dispersion plate constructed using metal foams and plates according to the present invention and a support portion for supporting the dispersion plate are shown in a schematic perspective view. The metal foam refers to a cellular structure of a metal material such as aluminum, in which a plurality of vent holes are formed, the vent holes being filled with gas or allowing the flow of gas. The vent holes formed in the metal foams may be sealed to form a closed cell structure, or may be opened while having a network form connected to each other, thereby forming an open cell structure. The metal foams of the open cell structure having the pores allowing the flow of the gas can control the pore size of the pores and can appropriately respond to the particle size of the layer material. Therefore, the properties required by the dispersion plate of the fluidized bed reactor, That is, the property of passing the gas and preventing the passage of the solid particles is excellent. Therefore, in the present invention, a dispersion plate using a metal foam is proposed.

도 2 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유동층 반응기용 분산판 및 유동층 반응기에서 분산판을 지지하는 지지부의 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing an embodiment of a dispersion plate for a fluidized bed reactor and a support for supporting a dispersion plate in a fluidized bed reactor according to the present invention.

도면을 참조하면, 메탈 포옴을 이용하여 다수의 메탈 포옴 삽입체(75)를 형성하고, 상기 메탈 포옴 삽입체(75)를 다수의 삽입구(70a)가 형성된 플레이트(70)에 삽입함으로써 분산판이 구성된다. 상기 분산판은 유동층 반응기 본체의 내부에 설치되는데, 예를 들어 지지부(80)가 유동층 반응기 본체의 내측 벽면에 고정되고, 상기 지지부(80)의 상부에 플레이트(70)가 지지됨으로써 분산판이 제 위치에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서 지지부(80)를 사용하지 않고 플레이트(70) 자체가 유동층 반응기 본체의 내측 벽면에 고정될 수 있다. Referring to the drawing, a plurality of metal foam inserts 75 are formed by using a metal foam, and the metal foam insert 75 is inserted into a plate 70 having a plurality of insertion holes 70a. do. For example, the support 80 is fixed to the inner wall surface of the fluidized bed reactor body, and the plate 70 is supported on the support 80, As shown in FIG. In another embodiment, the plate 70 itself may be secured to the inner wall surface of the fluidized bed reactor body without the use of the support portion 80.

도 2 에 도시된 예에서 메탈 포옴 삽입체(75)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어 메탈 포옴 삽입체(75)는 원통형, 절두 원추형(즉, 원뿔대), 육면체형을 포함하는 각기둥의 형태를 가질 수 있다. 삽입구(70a)는 플레이트(70)를 관통시켜서 형성된 것으로서, 상기 메탈 포옴 삽입체(75)의 형상에 대응하도록 형성된다. 메탈 포옴 삽입체(75)가 삽입구(70a)에 삽입되었을 때 메탈 포옴 삽입체(75)의 상부 표면과 플레이트(70)의 상부 표면이 동일 평면으로 이루어지고, 메탈 포옴 삽입체(75)의 하부 표면이 플레이트(70)의 하부 표면과 동일 평면으로 이루어지는 것이 바람직스럽다. 플레이트(70)는 예를 들어 스틸이나 또는 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있으며, 도시된 예에서는 분산판이 설치되는 반응기 본체의 단면 형상에 대응하여 원형의 형상을 가진다. In the example shown in FIG. 2, the metal foam insert 75 may be implemented in various forms. For example, the metal foam insert 75 may have the form of a prismatic cylinder, a truncated cone (i.e., truncated cone), or a hexahedral shape. The insertion port 70a is formed to penetrate through the plate 70 and is formed to correspond to the shape of the metal foam insert 75. [ The upper surface of the metal foam insert 75 and the upper surface of the plate 70 are made flush with each other when the metal foam insert 75 is inserted into the insertion port 70a and the lower surface of the metal foam insert 75 It is preferable that the surface is flush with the lower surface of the plate 70. The plate 70 may be made of, for example, steel or stainless steel, and has a circular shape corresponding to the cross-sectional shape of the reactor body in which the dispersion plate is installed in the illustrated example.

위에 설명된 바와 같이 구성된 분산판에서, 분산판 평면의 전체 면적은 메탈 포옴 삽입체(75)의 평면 면적과, 삽입구(70a)의 면적을 제외한 플레이트(70)의 평면 면적을 합한 것이다. 실제의 유동층 반응기 작동에서는 메탈 포옴 삽입체(75)의 평면 면적을 통하여 원료 기체의 통과 및 촉매를 포함하는 고체 입자의 통과 저지가 이루어지고, 삽입구(70a)의 면적을 제외한 플레이트(70)의 면적에 의해서 원료 기체가 통과될 수 없는 반면에 고체 입자의 통과 저지가 이루어질 수 있다. 삽입구(70a)의 면적을 제외한 플레이트(70)의 면적과 메탈 포옴 삽입체(75)의 평면 면적은 서로 반비례의 관계에 있으므로, 유동층 반응기의 성능을 고려하여 면적의 비율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 메탈 포옴 삽입체(75)의 평면 면적이 감소하면 원료 기체가 상승할 수 있는 단면적이 감소하게 되므로, 동일한 유량을 유지하기 위하여 원료 기체의 유속은 증가하는 경향이 있다. 결과적으로 촉매나 분체와 같은 고체 입자가 메탈 포옴 삽입체(75)의 통기공을 막는 현상이 감소된다. In the dispersion plate constructed as described above, the total area of the dispersion plate plane is the sum of the plane area of the metal foam insert 75 and the plane area of the plate 70 excluding the area of the insertion port 70a. In the actual fluidized bed reactor operation, passage of the raw material gas and passage of the solid particles including the catalyst are prevented through the plane area of the metal foam insert 75, and the area of the plate 70 excluding the area of the insertion port 70a The passage of the raw material gas can not be allowed to pass but the passage of the solid particles can be prevented. Since the area of the plate 70 excluding the area of the insertion port 70a and the plane area of the metal foam insert 75 are in inverse proportion to each other, the area ratio can be determined in consideration of the performance of the fluidized bed reactor. For example, as the plane area of the metal foam insert 75 decreases, the cross-sectional area at which the raw material gas can rise decreases, so that the flow rate of the raw material gas tends to increase to maintain the same flow rate. As a result, the phenomenon that the solid particles such as the catalyst and the powder block the air holes of the metal foam insert 75 is reduced.

도 3 내지 도 5 에 도시된 것은 본 발명에 따른 분산판의 실시예들의 단면도를 도시한 것이다.3 to 5 show cross-sectional views of embodiments of the dispersion plate according to the present invention.

도 3 을 참조하면, 메탈 포옴 삽입체(75)는 절두 원추형으로 형성되며, 플레이트(70)에 형성되는 삽입구(70a)도 메탈 포옴 삽입체(75)에 대응하여 절두 원추형으로 형성된다. 메탈 포옴 삽입체(75)는 상부 직경이 하부 직경보다 크므로, 다른 고정 수단 없이도 메탈 포옴 삽입체(75)는 플레이트(70)의 삽입구(70a)내에 안정적으로 유지될 수 있다. 3, the metal foam insert 75 is formed in a frusto-conical shape, and an insertion port 70a formed in the plate 70 is also formed into a frusto-conical shape corresponding to the metal foam insert 75. As shown in FIG. The metal foam insert 75 can be stably held in the insertion port 70a of the plate 70 without any other fixing means since the metal foam insert 75 has an upper diameter larger than the lower diameter.

도 4 를 참조하면, 메탈 포옴 삽입체(77)에는 플랜지(77a)가 형성되어 있다. 여기에서 메탈 포옴 삽입체(77)는 원추형 또는 각기둥일 수 있다. 플레이트(70)에는 메탈 포옴 삽입체(77)에 대응하는 삽입구(70c)가 형성되는데, 메탈 포옴 삽입체(77)의 플랜지(77a)에 대응하는 안착부(70f)가 함께 형성된다. 메탈 포옴 삽입체(77)가 삽입구(70c) 안에 삽입될 때 플랜지(77a)가 안착부(70f)에 안착됨으로써, 다른 고정 수단 없이도 메탈 포옴 삽입체(75)는 삽입구(70c) 안에 안정적으로 유지될 수 있다. Referring to FIG. 4, a flange 77a is formed on the metal foam insert 77. As shown in FIG. Here, the metal foam insert 77 may be conical or prismatic. An insertion port 70c corresponding to the metal foam insertion body 77 is formed in the plate 70. A seating portion 70f corresponding to the flange 77a of the metal foam insertion body 77 is also formed. The flange 77a is seated in the seating portion 70f when the metal foam insertion body 77 is inserted into the insertion port 70c so that the metal foam insertion body 75 is stably held in the insertion opening 70c without any other fixing means .

도 5 를 참조하면, 메탈 포옴 삽입체(79)에는 측면에 돌출부(79a)가 형성되고, 플레이트(70)에는 삽입구(70d)가 형성되며, 상기 삽입구(70d)에는 상기 메탈 포옴 삽입체(70)의 돌출부(79a)에 대응하는 홈(70e)이 형성된다. 메탈 포옴 삽입체(79)는 그 자체로서 충분한 탄성을 가지므로, 외력을 가하여 메탈 포옴 삽입체(79)를 삽입구(70d) 안으로 밀어 넣으면 돌출부(79a)는 홈(70e)에 도달하여 확장될 때까지 삽입구(70d)의 내측면에서 수축될 수 있다.5, a protrusion 79a is formed on the side surface of the metal foam insert 79, an insertion port 70d is formed on the plate 70, and the metal foam insert 70 A groove 70e corresponding to the projecting portion 79a is formed. Since the metal foam insert 79 has sufficient elasticity in itself, when the metal foam insert 79 is pushed into the insertion port 70d by applying an external force, the protrusion 79a reaches the groove 70e and is expanded Can be contracted at the inner surface of the insertion port 70d.

도면에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 메탈 포옴 삽입체는 다양한 방식으로 플레이트의 삽입구에 고정될 수 있다. 예를 들어, 메탈 포옴 삽입체와 삽입구에 서로 맞물릴 수 있는 나선을 형성함으로써 고정될 수 있다. 또한 억지 끼움 방식을 이용하거나, 별도의 고정 수단을 이용하여 메탈 포옴 삽입체를 플레이트의 삽입구에 고정시킬 수 있다. In another embodiment not shown in the figures, the metal foam insert can be secured to the insert port of the plate in a variety of ways. For example, the metal foams can be fixed by forming a helical line which can be engaged with the insert and the insertion port. In addition, the metal foam insert can be fixed to the insertion port of the plate by using an interference fit method or by using another fixing means.

위에서 도 2 내지 도 5 를 참조하여 설명된 분산판은 도 1 을 참조하여 설명된 통상적인 유동층 반응기에 설치되어 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 1 에 도시된 유동층 반응기에서 분산판(13)을 제거하고, 반응기 본체(10)의 내측 벽면에 도 2 에 도시된 지지대(80)를 고정시키고, 지지대(80)상에 메탈 포옴 삽입체(75) 및 플레이트(70)로 이루어진 분산판을 배치함으로써, 메탈 포옴을 이용한 분산판을 구비한 유동층 반응기가 구현될 수 있다. 또한 선택에 따라서 상기 분산판의 상부에 메탈 포옴 시트(미도시) 또는 와이어 메쉬(미도시)를 배치할 수 있다. 다른 예에서는 지지대(80)의 이용 없이 플레이트(70)를 반응기 본체(10)의 내측 벽면에 직접적으로 고정시킬 수도 있다. The dispersion plate described with reference to Figs. 2 to 5 above can be installed and used in a conventional fluidized bed reactor described with reference to Fig. For example, the dispersion plate 13 is removed from the fluidized bed reactor shown in Fig. 1, the support 80 shown in Fig. 2 is fixed to the inner wall surface of the reactor body 10, By arranging the dispersion plate composed of the foam insert 75 and the plate 70, a fluidized bed reactor having a dispersion plate using a metal foam can be realized. A metal foam sheet (not shown) or a wire mesh (not shown) may be disposed on the top of the dispersion plate according to the selection. In another example, the plate 70 may be directly secured to the inner wall surface of the reactor body 10 without the use of a support 80.

도 6 에 도시된 것은 본 발명에 따른 유동층 반응기용 분산판 및 유동층 반응기에서 분산판을 지지하는 지지부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.6 is a perspective view schematically showing another embodiment of a dispersion plate for a fluidized bed reactor and a support for supporting a dispersion plate in a fluidized bed reactor according to the present invention.

도면을 참조하면, 도 6 에 도시된 실시예는 와이어 메쉬(81)를 제외하면 도 2 에 도시된 예와 실질적으로 유사하다. 즉, 메탈 포옴을 이용하여 다수의 메탈 포옴 삽입체(75)를 형성하고, 상기 메탈 포옴 삽입체(75)를 다수의 삽입구(70a)가 형성된 플레이트(70)에 삽입함으로써 분산판이 구성되며, 와이어 메쉬(81)를 상기 메탈 포옴 삽입체(75)의 상부에 배치한다. 상기 와이어 메쉬(81)를 더 구비한 분산판은 유동층 반응기의 본체 내부에 고정된 지지부(80)의 상부에 플레이트(70)가 지지됨으로써 분산판이 제 위치에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서 지지부(80)를 사용하지 않고 플레이트(70) 자체가 유동층 반응기 본체의 내측 벽면에 고정될 수 있다. Referring to the drawings, the embodiment shown in Fig. 6 is substantially similar to the example shown in Fig. 2 except for the wire mesh 81. Fig. That is, a plurality of metal foam inserts 75 are formed using a metal foam, and the metal foam insert 75 is inserted into a plate 70 having a plurality of insertion ports 70a, A mesh (81) is disposed on the upper portion of the metal foam insert (75). The dispersion plate further includes the wire mesh 81. The dispersion plate can be disposed in place by supporting the plate 70 on the upper portion of the support 80 fixed inside the body of the fluidized bed reactor. In another embodiment, the plate 70 itself may be secured to the inner wall surface of the fluidized bed reactor body without the use of the support portion 80.

도 7 에 도시된 것은 와이어 메쉬를 구비한 분산판의 개략적인 단면도이다. 7 is a schematic cross-sectional view of a dispersion plate having a wire mesh.

도면을 참조하면, 플레이트(70)의 내부에 메탈 포옴 삽입체(79)가 삽입되어 고정되며, 상기 메탈 포옴 삽입체(79)의 상부에 와이어 메쉬(81)가 배치된다. 메탈 포옴 삽입체(79)는 도 5 를 참조하여 설명된 것과 유사하지만, 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명된 메탈 포옴 삽입체가 적용될 수도 있으며, 또한 다른 형태의 메탈 포옴 삽입체가 이용될 수도 있다.
Referring to the drawing, a metal foam insert 79 is inserted and fixed in the plate 70, and a wire mesh 81 is disposed on the metal foam insert 79. The metal foam insert 79 is similar to that described with reference to Fig. 5, but the metal foam insert described with reference to Figs. 3 and 4 may also be applied, and other types of metal foam inserts may also be used.

10. 반응기 본체 11. 신장부
12. 원료 기체 공급부 13. 분산판
21. 원료 기체 공급관 70. 플레이트
75. 메탈 포옴 삽입체 80. 지지대10. Reactor body 11. Extension portion
12. Raw gas supply 13. Dispersion plate
21. Raw gas supply pipe 70. Plate
75. Metal foam insert 80. Support

Claims (10)

메탈 포옴(metal foam)으로 이루어진 다수의 메탈 포옴 삽입체; 및,
상기 메탈 포옴 삽입체 각각이 삽입되는 다수의 삽입구가 형성된 플레이트;를 구비하며,
상기 메탈 포옴 삽입체가 삽입구에 삽입되었을 때 메탈 포옴 삽입체 상부 표면과 상기 플레이트의 상부 표면 및 메탈 포옴 삽입체 하부 표면과 플레이트의 하부 표면이 각각 동일 평면을 이루고,
상기 메탈 포옴 삽입체의 면적을 통하여 기체의 통과 및 고체 입자의 통과 저지가 이루어지고, 상기 삽입구 면적을 제외한 상기 플레이트 면적을 통하여 기체 및 고체 입자의 통과 저지가 이루어지도록 형성되는 것인 유동층 반응기용 분산판.A plurality of metal foam inserts made of metal foam; And
And a plate having a plurality of insertion ports into which the metal foam inserts are inserted,
When the metal foaming insert is inserted into the insertion port, the upper surface of the metal foaming insert, the upper surface of the plate, the lower surface of the metal foaming insert and the lower surface of the plate are flush with each other,
Wherein the metal foam insert is formed so that passage of the gas through the area of the metal foam insert and blocking of the solid particles are prevented and passage of the gas and the solid particles through the area of the plate except for the insertion port area is performed, plate. 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 메탈 포옴 삽입체 각각은 원통형, 절두 원추형 및, 각기둥중 어느 하나의 형태를 가지도록 형성되고, 상기 다수의 삽입구 각각은 상기 메탈 포옴 삽입체의 형상에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 유동층 반응기용 분산판.The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of metal foam inserts is formed to have one of a cylindrical shape, a truncated cone shape, and a prismatic shape, and each of the plurality of insertion holes is formed to correspond to the shape of the metal foam insert. Dispersion plates for fluidized bed reactors. 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 메탈 포옴 삽입체 각각에는 플랜지가 형성되고, 상기 다수의 삽입구 각각에는 상기 플랜지가 안착될 수 있는 안착부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 유동층 반응기용 분산판.The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of metal foam inserts is provided with a flange, and each of the plurality of insertion holes is provided with a seating portion on which the flange can be seated. 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 메탈 포옴 삽입체 각각의 측면상에는 돌출부가 형성되고, 상기 다수의 삽입구 각각에는 상기 돌출부에 대응하는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는, 유동층 반응기용 분산판.The method according to claim 1,
Wherein a plurality of protrusions are formed on a side surface of each of the plurality of metal foam inserts, and a groove corresponding to the protrusion is formed in each of the plurality of insertion holes. 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 메탈 포옴 삽입체 각각은 상기 다수의 삽입구 각각에 나사 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 유동층 반응기용 분산판. The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of metal foam inserts is threadedly coupled to each of the plurality of insertion ports. 제 1 항에 있어서,
상기 메탈 포옴 삽입체 각각에 대응하여 상기 메탈 포옴 삽입체 각각의 상부에 배치된 와이어 메쉬를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 유동층 반응기용 분산판.The method according to claim 1,
Further comprising a wire mesh disposed on each of the metal foam inserts corresponding to each of the metal foam inserts. 반응기 본체; 및,
상기 반응기 본체 내부의 미리 결정된 위치에 배치되며, 메탈 포옴(metal foam)으로 이루어진 다수의 메탈 포옴 삽입체 및 상기 메탈 포옴 삽입체 각각이 삽입되는 다수의 삽입구가 형성된 플레이트를 구비하며,
상기 메탈 포옴 삽입체가 삽입구에 삽입되었을 때 메탈 포옴 삽입체 상부 표면과 상기 플레이트의 상부 표면 및 메탈 포옴 삽입체 하부 표면과 플레이트의 하부 표면이 각각 동일 평면을 이루고,
상기 메탈 포옴 삽입체의 면적을 통하여 기체의 통과 및 고체 입자의 통과 저지가 이루어지고, 상기 삽입구 면적을 제외한 상기 플레이트 면적을 통하여 기체 및 고체 입자의 통과 저지가 이루어지도록 형성되는 분산판;을 구비하는 유동층 반응기.A reactor body; And
A plurality of metal foam inserts arranged in a predetermined position inside the reactor body and made of metal foam and a plate having a plurality of insertion holes into which the metal foam inserts are inserted,
When the metal foaming insert is inserted into the insertion port, the upper surface of the metal foaming insert, the upper surface of the plate, the lower surface of the metal foaming insert and the lower surface of the plate are flush with each other,
And a dispersion plate formed on the metal foam insert to prevent passage of gas and solid particles through the area of the metal foam insert and to prevent gas and solid particles from passing through the plate area excluding the insertion hole area Fluidized Bed Reactor. 제 7 항에 있어서,
상기 분산판은 반응기 본체 내부에 고정된 지지대에 의하여 지지되는 것을 특징으로 하는, 유동층 반응기.8. The method of claim 7,
Characterized in that the distributor plate is supported by a support fixed within the reactor body. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 분산판의 상부에 메탈 포옴 시트(metal foam sheet) 또는 와이어 메쉬가 배치되는 것을 특징으로 하는, 유동층 반응기.9. The method according to claim 7 or 8,
Characterized in that a metal foam sheet or wire mesh is disposed on the top of the dispersion plate. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 분산판의 상부에 메탈 포옴 시트(metal foam sheet) 및 와이어 메쉬가 배치되는 것을 특징으로 하는, 유동층 반응기.9. The method according to claim 7 or 8,
Characterized in that a metal foam sheet and a wire mesh are disposed on top of the dispersion plate.
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