KR101670144B1 - 탈수소화 반응기용 가스분산장치 - Google Patents

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Abstract

하나 이상의 긴 가스분산관들이 인접하여 단일의 열로 원주를 따라 원형으로 반복 배열되는 탈수소화 반응기용 가스분산장치에 있어서, 상기 각각의 가스분산관은 반응 가스가 유입되는 구멍인 유입홀 및 반응 가스가 환상 반응영역으로 분산되는 구멍인 다수의 배출홀들을 구비한 유출 격벽을 포함하되, 상기 배출홀들은 상기 유출격벽 상에 길이 방향으로 소정의 간격으로 이격되어 열(row)을 지어 형성되며, 하나의 열에는 횡방향으로 정렬된 다수의 배출홀들이 형성되고, 상이한 열에 위치된 배출홀들은 개수 또는 면적이 상이하거나 개수 및 면적이 모두 상이하도록 구성된 탈수소화 반응기용 가스분산장치 및 이를 포함하는 탈수소화 반응기에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 사용자의 목적에 따라 환상 반응영역으로 분산되는 반응 가스의 유체량을 조절하는 것이 가능하여 반응기 상부와 하부의 유동 속도 편차를 최소화할 수 있다.

Description

탈수소화 반응기용 가스분산장치{GAS DISPENSING DEVICE FOR DEHYDOGENATION REACTOR}
본 발명은 탈수소화 반응기용 가스분산장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응기 내부의 촉매 베드로 확산되는 가스 반응물의 유량을 조절하여 가스를 균일하게 분산시킬 수 있는 탈수소화 반응기용 가스분산장치에 관한 것이다.
프로판을 프로필렌으로, 이소부탄을 이소부텐으로 탈수소화(dehydrogenation)하는 것과 같은 탈수소화 반응은 탈수소화에 이용되는 상대적 고온에서 특히, 알칸 원료보다 반응성이 강하고 코크 형성이 쉬운 올레핀을 생성한다. 탈수소화 반응기는 직경이 약 5에서 30 피트 이상, 길이는 10에서 100 피트 이상으로 매우 큰 규모의 긴 원주형 수직 구조물이다. 그러한 반응기의 일반적인 구조는 수직 반응기의 하부 중심에 위치한 입구에 반응 가스를 주입할 수 있는데, 이때 가스는 환상구역을 통해 흘러 올라가, 다공성 촉매 베드 또는 다른 적절한 탈수소 촉매를 통해 방사상으로 외향하여 통과한 후 반응기 외곽부의 상부에서 배출되도록 외부 환상 구역을 통해 상향하여 통과한다. 촉매 베드를 지나는 반응 가스 유동이 방사 방향이기 때문에, 이러한 반응기들은 종종 "방사(radial)"반응기로 불린다.
일반적으로, 방사흐름 반응영역은 다양한 공칭 단면적을 가지고 있는 실린더형 구역들로 이루어지는데, 이들 구역은 수직으로 그리고 동축으로 배치되어 반응영역을 형성한다. 전형적으로 방사흐름 반응영역은 둘 다 반응용기와 동축으로 배치되어 있는 실린더형 외부 촉매 함유스크린과 실린더형 내부 촉매 함유 스크린을 보유하는 실린더형 반응용기를 포함한다. 내부스크린은 외부스크린 보다 공칭 내부단면적이 더 작고, 반응용기보다 공칭 내부단면적이 더 작다. 반응물 스트림은 반응용기의 내벽과 외부스크린의 외부표면 사이에 존재하는 환형 공간내로 도입된다. 반응물 스트림은 외부스크린을 통과하여 외부스크린과 내부스크린 사이에 존재하는 환형공간을 통해 방사방향으로 흐른 후에, 내부스크린을 통과한다. 내부스크린 내측의 실린더형 공간내로 수집된 스트림은 반응용기로부터 회수한다. 반응용기, 외부스크린 및 내부스크린은 실린더형일 수 있지만, 또한 이들은 다양한 디자인, 제조 및 기술적 고려 사항에 따라 임의의 적합한 형태, 예를 들면 삼각형, 정사각형, 타원형 및 다이아몬드형 중에 어느 하나를 취할 수도 있다. 예를 들면, 외부스크린은 연속적인 실린더형 스크린이 아니고 그대신 일명 스캘럽(scallop)이라 불리우는 분리된 타원형의 관상 스크린 가스분산관인 것이 보통인데, 상기 스크린은 반응 용기의 내벽 원주둘레를 따라 배치된다. 내부스크린은 외부원주 둘레를 따라 스크린으로 덮여있는 천공된 중심파이프인 것이 보통이다. 스캘럽은 기타의 연속 스크린 설계형상과 비교하여 비용이 낮고 설계형상이 단순하기 때문에 다수의 반경류 반응기에 선호되어 사용되고 있다. 상기 스크린의 면(face)은 촉매베드를 적소에 유지하고 방사류를 용이하게 하도록 반응기 표면에 걸친 압력의 분배를 보조할 수 있도록 구성된다. 스크린은 와이어나 다른재료의 망 또는 펀칭된 플레이트일 수 있다.
도 1에 종래 기술에 의한 반경류 반응기에 사용되는 가스분산관 설계 형상이 개시되어 있다. 상기 특허문헌에 의한 개시에 의하면, 가스분산관 구조(1)는 유입구로 들어온 유체가 배출홀들(outlet holes)(2)을 거쳐 여러 구역으로 분산되는 형태이다. 상기 배출홀들(2)은 그 크기 및 개수가 가스분산관 의 전 구역에서 동일하다. 따라서, 이를 이용한 가스 분단 모듈의 경우, 유입구에 가까울수록 많은 유량이 분산되기 때문에 가스분산관의 구역별로 유량 편차가 발생한다. 유입구에 가까운 배출홀에서는 유량이 증가하고 유입구와 먼 배출홀에서의 유량은 감소하여 반응기 상부와 하부의 유동 속도 편차가 심해지며, 촉매층을 원활히 활용하는데 제약을 가지고 있다.
본 발명의 목적을 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 반응기에 유입되는 유체를 고르게 분사시켜 환상 반응 구역으로 확산되는 유체의 속도를 일정하게 함으로써 유체 유동 및 촉매 수명을 연장시킬 수 있는 가스분산장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용 목적에 따라 환상 반응 구역으로 분사되는 가스 반응물의 유량 편차를 임의로 조절할 수 있는 탈수소화 반응기를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은
하나 이상의 긴 가스분산관들이 인접하여 단일의 열로 원주를 따라 원형으로 반복 배열되는 탈수소화 반응기용 가스분산장치에 있어서, 상기 각각의 가스분산관은 반응 가스가 유입되는 구멍인 유입홀 및 반응 가스가 환상 반응영역으로 분산되는 구멍인 다수의 배출홀들을 구비한 유출 격벽을 포함하되, 상기 배출홀들은 상기 유출격벽 상에 길이 방향으로 소정의 간격으로 이격되어 열(row)을 지어 형성되며, 하나의 열에는 횡방향으로 정렬된 다수의 배출홀들이 형성되고, 상이한 열에 위치된 배출홀들은 개수 또는 면적이 상이하거나 개수 및 면적이 모두 상이하도록 구성된 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기용 가스분산장치에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은
탈수소화 반응기 내부를 형성하는 하우징, 촉매가 저장 및 투입되는 촉매 유입부, 상기 반응기 내부로 유체 반응물을 공급하기 위한 반응기 유입구, 상기 반응기 중심을 방사상으로 둘러싸고 있으며, 촉매 입자의 촉매 베드를 유지하면서 동심원상의 촉매 베드 내부 스크린 및 외부 스크린에 의하여 한정되는 환상 반응영역 및 상기 반응기 내부로부터 반응물 스트림을 회수하기 위한 반응기 유출구를 포함하는 탈수소화 반응기에 있어서,
상기 내부 스크린 및 외부 스크린의 하나 이상에 인접하여 본 발명의 가스분산장치가 설치된 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기에 관한 것이다.
본 발명에 의한 탈수소화 반응기용 가스분산장치에 의하면 환상 반응영역으로 분산되는 반응 가스의 유체량을 조절하는 것이 가능하여 반응기 상부와 하부의 유동 속도 편차를 최소화할 수 있다. 따라서, 촉매 베드의 상하층, 내부층 및 외부층에서 유속 편차를 최소화함으로써 촉매 베드를 고루 활용할 수 있도록 하여 반응기 성능을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 반경류 반응기에 사용되는 가스분산관 설계 형상의 개략사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 탈수소화 반응기의 개략단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 가스분산장치의 평면개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 의한 가스분산관의 개략사시도이다.
도 5는 종래기술에 의한 가스분산관의 길이 방향 위치에 따른 가스 반응물의 유량 분포를 도시한 그래프 및 도 4에 의한 가스분산관의 길이 방향 위치에 따른 가스 반응물의 유량 분포를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 구현예에 의한 가스분산관의 개략사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 구현예에 의한 가스분산관의 개략사시도이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 의한 가스분산관의 길이 방향 위치에 따른 가스 반응물의 유량을 도시한 그래프이다.
도 9(a)는 본 발명의 일 구현예에 의한 단일의 배출홀을 도시한 개략사시도이고, 도 9(b)는 도 9(a)에 의한 배출홀의 상부에 배출홀 덮개가 구비된 배출홀을 도시한 개략사시도이다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
첨부된 도면들이 본 발명의 탈수소화 반응기의 특정 형상을 기술하고 있다하더라도, 이러한 탈수소화 반응기는 특별한 응용에서 행해지는 특정 환경에 적합한 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이후에 설명되는 구체적 실시예로 본 발명의 광범위한 적용을 제한하지 않는다.더욱이, 도면의 숫자는 본 발명의 탈수소화 반응기의 간단한 개략도를 나타낸 것으로 주요 구성요소만 나타내었다. 기타 펌프, 가동관, 밸브, 헤치, 엑세스 출구 및 다른 유사한 구성 요소들은 생략하였다.
설명된 탈수소화 반응기를 변경하기 위해 이러한 구성요소들을 이용하는 것은 당업자에게 공지되어 있으며, 첨부된 청구범위의 범주 및 정신을 벗어나지 않는다.
본원에서 용어 "유체"는 기체, 액체, 또는 분산된 고체를 함유하는 기체 또는 액체이거나 이들의 혼합물을 의미한다. 유체는 분산된 액적(droplet)을 함유하는 기체 형태일 수 있다.
본원에서 용어 "반응영역"은, 반응물이 촉매 베드 상의 촉매와 접촉하는 탈수소화 반응기 내의 공간을 의미한다.
본원에서 하향 또는 중력방향, 즉 직교류 가스에 의한 장치를 통한 고체의 흐름방향이 배향되고, 이에 따라 '하향' 및 '상향'이라는 용어의 사용은 중력방향에 대한 방향을 기준으로 한다.
본원에서 "스크린"이란 용어는 촉매 베드를 가로지르는 반응물 스트림의 유동은 허용하면서 촉매 베드에 촉매를 한정시키는데 적합한 수단을 포함하는 광범위한 의미를 갖고 있다. 본 발명에서 환형 촉매 베드를 통해 내려가는 촉매 입자들이 다소 약하기 때문에, 내부 및 외부 촉매 보유 스크린들은 촉매 마멸을 감소시키도록 설계하는 것이 바람직하다. 대안으로, 스크린들은 펀치판, 다공판 또는 다공 파이프들을 포함할 수 있다. 다공의 크기는 스크린을 통해 반응물의 스트림을 용이하게 하면서, 촉매 입자들의 통행을 억제할 수 있는 정도의 크기이어야 한다. 다공판의 구멍은 원형, 정방형, 직사각형, 3각형, 좁은 수평 또는 수직 슬롯 등의 형태로 구성된다. 본 발명에 사용되는 스크린들은 원통형 스크린들로만 제한되는 것이 아니다. 더욱이 상기 스크린들은 원통형과 같은 촉매 입자보유 구조를 형성하기 위해 서로 연결된 일군의 평면판을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 탈수소화 반응기(100)의 개략단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 탈수소화 반응기(100)는 탈수소화 반응기 내부를 형성하는 하우징(20), 상기 반응기 내부로 유체 반응물을 공급하기 위한 반응기 유입구(21), 반응기 중심을 방사상으로 둘러싸고 있으며, 촉매 입자(11)의 촉매 베드를 유지하면서 동심원상의 촉매 베드를 포함하고, 내부 스크린(23) 및 외부 스크린(24)에 의하여 한정되는 환상 반응영역(25) 및 상기 반응기 내부로부터 반응물 스트림을 회수하기 위한 반응기 유출구(26)를 포함한다.상기 반응기 유입구(21)는 상기 반응기의 하단 일측에 형성되고, 상기 반응기 유출구(26)는 상기 반응기 유입구(21)와 동일한 반응기 측면에 형성된다. 탈수소화 반응기(100)는 중력스트림에 의해 환형 촉매 베드로 이동 가능한 촉매입자들과 반응물 스트림을 방사상 스트림으로 접촉시키도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 탈수소화 반응기(100)는 외부의 원통형 하우징(20)으로 구성되고 이에 수용되는 촉매 베드가 포함된 환상 반응영역(25)은 서로 방사상으로 일정한 간격을 두고 있다. 상기 하우징(20)의 반응영역의 상부에는 촉매 베드 주위의 공간과 열린 상태로 연결되어 있는 촉매 유입부(10)를 포함한다. 이러한 촉매 유입부(10)는 환상 반응영역(25)의 촉매 베드에 촉매를 공급한다. 촉매 입자(11)는 하우징(20)의 상단의 촉매 유입부(10)로부터 하우징(20)의 상부 부분 안으로 개방되는 하나 이상의 유입로(12)를 통과하여 하우징(20)의 상부 부분 안의 환상 반응영역(25)의 촉매 베드로 유입되고, 촉매는 환상 반응영역(25)의 촉매 베드의 하부 부분에 위치되는 다수의 촉매 배출관(27)을 통하여 배출된다.
촉매 베드의 내외부에 형성되는 내부 스크린(23) 및 외부 스크린(24)은 유동 저항이나 큰 압력강하 없이 유체유동 스트림이 통과할 수 있을 정도로 크지만 이에 수용된 촉매 입자(11)는 통과하지 못하고 수용된 상태에 놓일 수 있을 정도로 작은 메쉬크기를 갖는 스크린 또는 다공체로 구성된다.
본 발명의 탈수소화 반응기에서 적당한 온도와 압력으로 처리될 탄화수소로 구성되는 반응기 공급물, 즉 반응 가스는 반응기 유입구(21)를 통하여 유입되어 탈수소화 반응기(100)의 촉매 베드를 포함하는 환상 반응영역(25)에 공급된다. 반응 가스는 촉매 베드를 통과한 후 최종적으로 반응기 상부 측면에 형성된 반응물 유출구(26)로 배출된다. 촉매 입자(11)는 환상 반응영역(25) 아래로 흐르고, 환상 반응영역(25)은 촉매베드를 유지하는 입자 유지 용적을 형성하는 내부 스크린(23) 및 외부 스크린(24)에 의해 형성된다. 반응 가스는 스크린과 촉매베드를 통해 흘러 촉매와 반응을 일으켜 생성물 유체, 또한 통상적으로 가스를 생성한다. 반응기는 가스가 통과하여 흐르는 스크린을 사용하여 촉매를 내부에 유지한다.
본 발명에 의한 탈수소화 반응기(100)는 외부 스크린(24)의 외부에 환상 반응영역(25)내로 반응 가스를 확산시키기 위한 가스분산장치(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 가스분산장치(300)는 하우징(20)과 환상 반응영역(25) 사이에 설치되고, 반응기 유입구(21)로 유입되는 반응 가스를 촉매 베드로 분산시킨다. 일 구현예에 있어서, 상기 가스분산장치(300)는 내측 공간 내로 가스를 확산시키는 오리피스들을 포함하는 수직 실린더일 수 있다. 본 발명의 가스분산장치(300)는 반응기의 외벽과 외부 스크린 사이의 분산 구역에 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가스분산장치의 평면개략도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 가스분산장치(300)는 하나 이상의 긴 가스분산관들(30)이 인접하여 단일의 열로 원주를 따라 원형으로 반복 배열되는 가스분산장치로서, 가스를 분산하여 배출하는 하나 이상의 유출격벽(33)과 양 측면(34)을 포함한다. 가스분산관들(30)은 원형으로 단일의 열로 촉매상 둘레에 원형으로 배열되고, 각 가스분산관(30)의 정면은 가스를 분산 분배하기 위한 다수의 배출홀들이 형성된 유출격벽(33)으로 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 의한 가스분산관의 개략사시도이다. 도 4를 참조하면, 가스분산관(30)은 반응 가스가 유입되는 구멍인 유입홀(31) 및 반응 가스가 배출되는 구멍인 다수의 배출홀들(32)을 구비한 유출 격벽(33)을 포함한다.
상기 배출홀들(32)은 도 4에 도시된 바와 같이 길이 방향으로 소정의 간격으로 이격되어 열(row)을 지어서 형성되며, 하나의 열에는 횡방향, 즉 상기 길이 방향과 수직한 방향으로 소정의 간격으로 이격된 하나 이상의 배출홀들(32)이 정렬된다. 상기 가스분산관(30)은 관(conduit)형으로 구성될 수 있으며, 도 4에는 횡방향 단면이 직사각형 형태인 가스분산관(30)가 도시되었으나, 횡방향 단면이 정사각형, 만곡진 직사각형(curved-rectangle)이거나 반구형인 가스분산관(30) 또한 고려될 수 있다.
본 발명의 탈수소화 반응기(100)는 반응 유동이 반응기 상단에서 가스분산장치(300)를 지나 촉매 베드를 통과하고 최종 반응기 하부로 나가는 구조일 수 있고, 이와 반대로 반응 유동이 반응기 하부에서 시작되어 가스분산장치(300)를 지나 촉매 베드를 통과하고 최종 반응기 상부로 나가는 구조일 수도 있다.
도 4에 의하면, 종래의 동일한 면적으로 구성된 배출홀과는 달리, 본 발명에 의하면, 가스분산관(30)의 배출홀들(32)은 구조체의 하부로 향할수록 배출홀들(32)의 면적은 점점 증가하고 배출홀들(32)의 개수는 점점 감소한다. 이와 같이, 배출홀들(32)의 크기 및/또는 개수에 편차를 두면 배출되는 가스 반응물의 유체량을 균일하게 조절함으로써 배출홀들(32)로부터 분사되는 유체의 유량편차를 줄일 수 있다. 일례로, 도 4에 의하면, 유입홀(31)에 가장 인접한 열의 배출홀들(32)의 개수는 다섯 개이고, 유입홀(31)와 가장 떨어진 열의 배출홀들(32)의 개수는 두 개이지만, 상기 배출홀들(32)의 개수 및 면적은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자가 자유롭게 조절하는 것이 가능하다.
도 5는 종래기술에 의한 가스분산관의 길이 방향 위치에 따른 가스 반응물의 유량 분포를 도시한 그래프 및 도 4에 의한 가스분산관의 길이 방향 위치에 따른 가스 반응물의 유량 분포를 예측하여 도시한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 배출홀들(32)의 크기 및 개수가 일정한 가스분산관의 경우 상부(A)에서 하부(B)로 진행할수록 유량이 감소하여 배출홀을 통해 분사되는 가스 반응물의 유량이 균일하게 분포되지 않으나, 도 4에 의한 가스분산관(30)의 경우에는 가스 반응물이 하부(B)로 진행하더라도 배출홀들(32)을 통해 분사되는 가스 반응물의 유량이 균일하게 분포되는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 구현예에 의하면 사용자의 요구에 따라 배출홀들(32)을 통해 분사되는 가스 반응물의 유량을 상이하게 조절하는 것도 가능하다. 도 6은 본 발명의 다른 구현예에 의한 가스분산관의 개략사시도이다. 도 6을 참조하면, 가스분산관(30)의 하부로 향할수록 배출홀들(32)의 면적은 점점 감소하고 배출홀들(32)의 개수는 점점 증가하는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 구현예에 의한 가스분산관의 개략사시도이다. 도 7을 참조하면, 가스분산관(30)의 하부로 향할수록 배출홀들(32)의 면적은 점점 증가하고 배출홀들(32)의 개수는 점점 감소하는 것을 알 수 있다. 도 7의 경우에는 도 4와 달리 배출홀들(32)의 면적이 증가하는 정도를 보다 큰 폭으로 조절하여 가스 반응물의 유량이 완만하게 증가하도록 조절할 수 있다.
도 8은 도 6 및 도 7에 의한 가스분산관의 길이 방향 위치에 따른 가스 반응물의 유량 분포를 예측하여 도시한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 도 6에 의한 가스분산관은 상부(A)에서 하부(B)로 진행할수록 유량이 급격하게 감소하고, 도 7에 의한 가스분산관은 상부(A)에서 하부(B)로 진행할수록 배출홀들(32)을 통해 분사되는 가스 반응물의 유량이 완만하게 증가하는 것을 알 수 있다.
도 9(a)는 본 발명의 일 구현예에 의한 단일의 배출홀을 도시한 개략사시도이고, 도 9(b)는 도 9(a)에 의한 배출홀 상부에 배출홀 덮개가 구비된 배출홀을 도시한 개략사시도이다. 도 9(b)를 참조하면, 유체가 들어오는 방향인 배출홀(32)의 상부에 배출홀 덮개(35)가 형성되어 배출홀 덮개(35)에 의해 배출홀들(32)을 통해 배출되는 유체의 방향 및 유량을 일정하게 조절할 수 있다.
본 발명에서 배출홀들(32)의 직경은 0.3 ~ 6cm 정도이며, 배출홀들(32)의 면적이 증가하거나 감소하는 정도는 인접한 열에 배열된 배출홀들(32)과 비교하여 3 내지 200%의 비율로 증가하거나 감소할 수 있다. 상기 비율은 사용자의 의도에 따라 통상의 기술자가 자유롭게 조절가능하다. 이와 같이, 본 발명에 의한 가스분산관(30)은 배출홀들(32)의 면적에 편차를 주거나 배출홀들(32)의 개수를 조절하여 배출홀들(32)로부터 분사되는 가스 반응물 유체의 유량 편차를 사용 목적에 따라 임의로 조절하는 것이 가능하다. 예를 들어, 반응 구역별로 가스 반응물의 유량 분포가 일정한 것이 바람직한 경우에는 유입홀(31)에 가까운 배출홀(32)의 면적 및/또는 개수를 줄이고, 유입홀(31)에서 먼 배출홀(32)의 면적 및/또는 개수를 늘리는 것에 의해 유입홀(31)에 인접하여 편중되었던 가스 반응물의 유량이 조절될 수 있다.
상기 배출홀들(32)의 형상은 원형, 사각형, 삼각형, 스타(star)형, 십자형, 마름모형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 배출홀들(32)이 가스분산관(30)에 횡방향으로 배열되는 형태는 직선형 또는 곡선형으로 다양하게 구현될 수 있으며, 일례로 직선으로 배열되거나 파형(wave form)으로 배열될 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 탈수소화 반응기(100)는 촉매 온도가 상승하는 경우에 효율적으로 온도를 제어하기 위해서, 반응기 상부에 환상 디스크형의 열처리부(13)가 설치될 수 있다. 상기 열처리부(13) 내에서 반응물은 열처리 가스주입구(14)를 통하여 들어온 환원가스와의 접촉으로 적당한 온도로 가열 또는 냉각되며, 상기 열 처리 공간 내부를 유동하는 열전달 매체는 공정가스에 열을 공급하거나 또는 공정 가스부터 열을 회수한다. 일반적으로, 본 발명의 가열 및 냉각수단은 적어도 하나의 촉매 베드에 대하여 배치된 열처리부(13)로 구성되어 필요에 따라 하나 이상의 촉매 베드에 대하여 방사상으로 유입 또는 유출되는 기체상의 공정 스트림이 가열 또는 냉각될 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 열처리부(13)는 단일 촉매 베드 또는 일련의 방사상으로 간격을 둔 동심원상의 환상 촉매상의 최내측 촉매 베드의 환상부 내측의 반응기 중심영역에 배치될 수 있다.
이하에서 본 발명의 탈수소화 반응기에서의 탈수소화 반응에 대해서 설명한다. 도 2를 참조하면,반응기 유입구(21)를 통해서 유입된 가스 반응물은 가스분산장치(300)를 통하여 분사되어 방사상으로 환상 반응영역(25)을 통과함으로써 탄화수소로부터 요구된 최종 생성물로 탈수소화된다. 내측 스크린(23)을 통하여 환상 반응영역(25)으로부터 방사상으로 나오는 반응물 스트림은 수집영역 또는 재가열 또는 냉각 영역이거나 이들 모두인 환상영역으로 이송된다. 반응이 완료된 반응물 스트림은 반응기 유출구(26)를 통하여 탈수소화 반응기(100)를 떠나 추가 공정을 위하여 보내어진다.
본 발명을 각종의 상세한 실시예와 관련하여 설명하였으나, 이의 각종 변형이 명세서를 읽은 당해 분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것임을 이해하여야 한다. 따라서, 본원에 기술된 발명은 첨부된 청구의 범위의 영역 내에 속하는 것으로서 이러한 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
100: 탈수소화 반응기 10: 촉매 유입부
11:반응 촉매 12: 유입로
13: 열처리부 14:열처리 가스주입구
20: 하우징 21: 반응물 유입구
22: 퍼지 가스 유입구 23: 내측 스크린
24: 외부 스크린 25: 촉매 베드
26: 반응기 유출구 27: 촉매 배출관
300: 가스분산장치 30: 가스분산관
31: 유입홀 32: 배출홀
33: 유출 격벽 34: 측면
35: 배출홀 덮개

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 하나 이상의 긴 가스분산관들이 인접하여 단일의 열로 원주를 따라 원형으로 반복 배열되는 탈수소화 반응기용 가스분산장치에 있어서, 상기 각각의 가스분산관은 반응 가스가 유입되는 구멍인 유입홀 및 반응 가스가 환상 반응영역으로 분산되는 구멍인 다수의 배출홀들을 구비한 유출 격벽을 포함하되, 상기 배출홀들은 상기 유출격벽 상에 길이 방향으로 소정의 간격으로 이격되어 열을 지어 형성되며, 하나의 열에는 횡방향으로 정렬된 다수의 배출홀들이 형성되고, 상이한 열에 위치된 배출홀들은 개수 및 면적이 모두 상이하도록 구성되며, 상기 배출홀들은 가스분산관의 하부로 향할수록 면적이 감소하고, 개수는 증가하여 상기 배출홀들을 통해 환상 반응영역으로 분산되는 가스 반응물의 유량 분포가 가스분산관의 구역별로 상이한 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기용 가스분산장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 배출홀들의 형상은 원형, 사각형, 삼각형, 스타(star)형, 십자형, 마름모형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기용 가스분산장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 배출홀들이 상기 가스분산관에서 횡방향으로 배열되는 형태는 직선형 또는 파형(wave form)인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기용 가스분산장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 가스분산관의 횡방향 단면 형상은 정사각형, 직사각형, 만곡진 직사각형(curved-rectangle) 또는 반구형인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기용 가스분산장치.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 배출홀들의 상부에 배출홀 덮개가 형성되어 상기 배출홀들을 통해 배출되는 유체의 방향 및 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기용 가스분산장치.
  8. 탈수소화 반응기 내부를 형성하는 하우징, 촉매가 저장 및 투입되는 촉매 유입부, 상기 반응기 내부로 유체 반응물을 공급하기 위한 반응기 유입구, 상기 반응기 중심을 방사상으로 둘러싸고 있으며, 촉매 입자의 촉매 베드를 유지하면서 동심원상의 촉매 베드 내부 스크린 및 외부 스크린에 의하여 한정되는 환상 반응영역 및 상기 반응기 내부로부터 반응물 스트림을 회수하기 위한 반응기 유출구를 포함하는 탈수소화 반응기에 있어서,
    상기 내부 스크린 및 외부 스크린의 하나 이상에 인접하여 제3항에 의한 가스분산장치가 설치된 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 탈수소화 반응기는 가스 반응물의 유동이 반응기 상단에서 가스분산장치를 지나 촉매 베드를 통과하고 최종적으로 반응기 하부로 나가는 구조인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 탈수소화 반응기는 가스 반응물의 유동이 반응기 하부에서 가스분산장치를 지나 촉매 베드를 통과하고 최종적으로 반응기 상부로 나가는 구조인 것을 특징으로 하는 탈수소화 반응기.
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