KR102478101B1 - 촉매 분배 장치 - Google Patents

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KR102478101B1
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Abstract

촉매 분배 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 반응기 내부에 설치되며, 촉매가 일측으로 유입되어 타측으로 배출되는 이동 통로가 마련되는 본체 유닛, 본체 유닛의 타측에 배치되어 본체 유닛으로부터 전달받은 촉매를 반응기 내부에 방사상 분배하는 촉매 분배 유닛, 촉매 분배 유닛을 회전시키는 구동 유닛, 이동 통로를 따라 배치되며 촉매 분배 유닛 및 구동 유닛 사이에 개재되어 회전력을 전달하는 회전축 및 촉매가 이동 통로를 통과하면서 발생하는 분진이 회전축 및 구동 유닛으로 이동하는 것을 차단하기 위해 회전축의 내면을 커버하는 분진 차단 유닛을 포함하는 촉매 분배 장치가 제공된다.

Description

촉매 분배 장치{APPARATUS FOR DISTRIBUTING CATALYST}
본 발명은 촉매 분배 장치에 관한 것이다.
현재 원유에 대한 수요가 증가되고 있으며, 원유는 지속적으로 탐사되고 있는데 경질 원유 자원은 점차 감소되고, 중질의 저급 원유의 비율이 증가하고 있다. 전 세계 원유의 품질은 일반적으로 중질화 및 저급화되는 추세이며, 높은 황 함량, 높은 총 산가(total acid number), 높은 금속 함량 및 높은 잔류 탄소를 가진 원유의 산출량이 급격히 증가되고 있다.
이러한 석유 에너지 문제를 해결하기 위해 다양한 방법이 개발되고 있으며, 원유 정제 효율을 높이기 위한 기술 또한 개발되고 있다. 이러한 원유 정제 기술 중 하나로 유동접촉분해(FCC: Fluid Catalytic Cracking)가 사용되고 있다.
이러한 유동접촉분해 프로세스는, 고체산 촉매를 이용하여 상압 잔사유(AR)나 감압 경유(VGO) 또는 이들의 수소화 처리유(DSAR, DSVGO) 등 중질유분으로부터 가솔린 등 저비점의 탄화수소를 생산하는 반응 장치로서 1930년대에 미국에서 실용화되었고, 그 후에 발전을 계속하여 왔다.
FCC 장치 및 고체산 촉매의 개량이 진행되어 중질인 원료유를 분해하고 보다 고부가가치인 유분을 제조하는 것이 가능하게 되었다. 또 신흥국을 비롯하여 세계경제의 확대에 동반하여 수요가 확대되는 공업연료나 자동차연료로 FCC 장치의 중요성이 증대되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1586093호(2016.01.15 공고)
본 발명은 반응기 내부에 촉매를 균일하게 분배하기 위해 촉매 분배 유닛을 회전시켜 반응기 내부에 촉매를 방사상으로 분배하며 촉매를 분배함에 따라 발생하는 분진이 회전축 및 구동 유닛으로 이동하는 것을 차단하는 촉매 분배 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 반응기 내부에 설치되며, 촉매가 일측으로 유입되어 타측으로 배출되는 이동 통로가 마련되는 본체 유닛, 본체 유닛의 타측에 배치되어 본체 유닛으로부터 전달받은 촉매를 반응기 내부에 방사상 분배하는 촉매 분배 유닛, 촉매 분배 유닛을 회전시키는 구동 유닛, 이동 통로를 따라 배치되며 촉매 분배 유닛 및 구동 유닛 사이에 개재되어 회전력을 전달하는 회전축 및 촉매가 이동 통로를 통과하면서 발생하는 분진이 회전축 및 구동 유닛으로 이동하는 것을 차단하기 위해 회전축의 내면을 커버하는 분진 차단 유닛을 포함하는 촉매 분배 장치가 제공된다.
분진 차단 유닛은 회전축의 내측에 배치되어 회전축의 내면을 커버하는 분진 차단 슬리브 및 회전축과 분진 차단 슬리브 사이에 개재되어 회전축과 분진 차단 슬리브 사이로 분진의 유입을 방지하는 분진 차단 패킹을 포함할 수 있다.
본체 유닛은 내부에 이동 통로가 마련되는 하우징 및 하우징의 일측에 결합되는 촉매 투입구를 포함하고, 분진 차단 슬리브는 일단이 하우징의 일측에 결합되며 이동 통로를 따라 회전축의 내면을 커버할 수 있다.
회전축은 단부가 하우징의 타측 외부로 노출되도록 연장되어 배치되고, 촉매 분배 유닛은 회전축의 단부에 결합될 수 있다.
촉매 분배 유닛은 회전축의 단부에 결합되며 본체 유닛으로부터 촉매를 제공받아 반응기 내부에 방사상 분배하는 제1 촉매 분배 유닛 및 제1 촉매 분배 유닛의 하측에 결합되어 제1 촉매 분배 유닛으로부터 제1 촉매 분배 유닛이 제공받은 촉매 중 일부를 제공받아 반응기 내부에 방사상 분배하는 제2 촉매 분배 유닛을 포함할 수 있다.
제1 촉매 분배 유닛은 회전축에 결합되어 본체 유닛으로부터 촉매가 제공되는 제1 연결부, 제1 연결부 하측에 배치되어 제1 연결부를 통과하는 촉매를 지지하는 제1 지지 플레이트, 제1 연결부와 제1 지지 플레이트 사이에 개재되며 제1 연결부의 외주면을 따라 서로 이격되도록 배치되어 제1 지지 플레이트를 방사상으로 구획하고, 회전축의 회전에 따라 회전하여 촉매를 밀어내 반응기 내부에 방사상으로 분배하는 복수의 제1 분배 플레이트 및 제1 지지 플레이트에 형성되어 본체 유닛으로부터 제공받은 촉매 중 일부를 제2 촉매 분배 유닛에 제공하는 제1 관통홀을 포함할 수 있다.
제1 분배 플레이트의 단부에는 분배 플레이트의 높이 방향을 따라 서로 이격되는 복수의 분배 돌기가 마련되고, 복수의 분배 돌기는 위치에 따라 각각 다른 높이에서 촉매를 밀어낼 수 있다.
제2 촉매 분배 유닛은 제1 지지 플레이트의 하측에 결합되어 제1 관통홀을 통해 제1 촉매 분배 유닛으로부터 촉매가 유입되는 제2 연결부, 제2 연결부 하측에 배치되어 제2 연결부를 통과하는 촉매를 지지하는 제2 지지 플레이트, 제2 연결부와 제2 지지 플레이트 사이에 개재되며 제2 연결부의 외주면을 따라 서로 이격되도록 배치되어 제2 지지 플레이트를 방사상으로 구획하고, 회전축의 회전에 따라서 촉매를 밀어내 반응기 내부에 방사상으로 분배하는 복수의 제2 분배 플레이트 및 제2 지지 플레이트에 형성되어 제1 촉매 분배 유닛으로부터 전달되는 촉매 중 일부를 반응기 내부에 방사상으로 분배하는 제2 관통홀을 포함할 수 있다.
촉매 분배 장치는 제2 촉매 분배 유닛은 제2 관통홀 주변에 제2 지지 플레이트의 하면에 결합되어 제2 촉매 분배 유닛의 회전에 따라 제2 관통홀을 통과하는 촉매에 선회력을 제공하는 선회력 제공부를 더 포함할 수 있다.
촉매 분배 장치 선회력 제공부가 제2 관통홀을 개폐 가능하도록 제2 지지 플레이트의 하면에서 이동 가능하게 결합시키는 관통홀 개폐부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 반응기 내부에 촉매를 균일하게 분배하기 위해 촉매 분배 유닛을 회전시켜 반응기 내부에 촉매를 방사상으로 분배할 수 있으며, 촉매를 분배함에 따라 발생하는 분진이 회전축 및 구동 유닛으로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 분배 장치의 작동을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 분배 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 분배 장치의 본체 유닛, 구동 유닛, 회전축 및 분진 차단 유닛을 나타낸 분해도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 분배 장치의 촉매 분배 유닛을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 분배 장치의 촉매 분배 유닛의 제1 지지 플레이트 내지 제3 지지 플레이트를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 분배 장치의 관통홀 개폐부의 작동을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 분배 장치의 분배 돌기 유무에 따른 효과를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 분배 장치를 이용하여 촉매를 분배하여 수행된 유동접촉분해의 과정을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 촉매 분배 장치(100)의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기(10) 내부에 설치되며, 촉매(30)가 일측으로 유입되어 타측으로 배출되는 이동 통로(112)가 마련되는 본체 유닛(110), 본체 유닛(110)의 타측에 배치되어 본체 유닛(110)으로부터 전달받은 촉매(30)를 반응기(10) 내부에 방사상 분배하는 촉매 분배 유닛(120), 촉매 분배 유닛(120)을 회전시키는 구동 유닛(190), 이동 통로(112)를 따라 배치되며 촉매 분배 유닛(120) 및 구동 유닛(190) 사이에 개재되어 회전력을 전달하는 회전축(192) 및 촉매(30)가 이동 통로(112)를 통과하면서 발생하는 분진이 회전축(192) 및 구동 유닛(190)으로 이동하는 것을 차단하기 위해 회전축(192)의 내면을 커버하는 분진 차단 유닛(200)을 포함하는 촉매 분배 장치(100)가 제공된다.
본 실시예의 촉매 분배 장치(100)는 촉매 분배 유닛(120)을 회전시켜 반응기(10) 내부에 촉매(30)를 균일하게 방사상으로 분배할 수 있으며, 촉매(30)가 분배되는 과정에서 발생하는 분진이 본체 유닛(110) 내부로 유입되어 회전축(192) 및 구동 유닛(190)으로 이동하는 것을 방지하여, 구동 유닛(190)이 회전축(192)을 회전시키면서 분진에 의해 각 부재가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 촉매(30)는 고온, 고압에서 견딜 수 있도록 높은 경도를 가지고 있으므로, 분진이 발생하여 회전축(192) 및 구동 유닛(190) 및 본체 유닛(110)과 회전축(192) 사이에 베어링에 유입되는 경우 고장을 일으킬 수 있으므로 분진의 유입을 차단할 필요가 있다.
본 실시예에서 반응물은 중질의 원유를 말할 수 있으며, 본 실시예는 유동접촉분해(FCC: Fluid Catalytic Cracking) 프로세스를 수행하기 위해 반응기(10) 내부에 유동 촉매(30)를 분배할 수 있으며, 유동 촉매(30)가 평평하게 분배된 상태에서 반응물을 반응기(10) 내부로 투입하여 반응물과 촉매(30)를 반응시킬 수 있다. 본 실시예는 이러한 유동접촉분해를 통하여 중질유를 보다 사용 가치가 높은 경질유로 분해할 수 있다.
이러한 유동접촉분해 프로세스는 촉매(30)가 보다 반응물과 잘 반응할 수 있게 분배하는 방법이 요구될 수 있으며, 본 실시예는 촉매 분배 유닛(120)들을 이용하여 반응기(10) 내부에 촉매(30)를 균일하게 분배하여 상술한 유동접촉분해의 효율을 향상시킬 수 있다.
촉매(30)가 고르지 못하게 분배되는 경우에는 반응물이 밀도가 낮은 쪽으로 흘러가 촉매(30)와 반응물 사이의 반응의 효율이 떨어질 수 있다.
한편, 직접 사람이 촉매(30)를 분배하는 것보다 본 실시예의 촉매 분배 장치(100)를 이용하면 밀실도가 향상되며 밀실도에 약 20%의 차이가 발생할 수도 있으며, 사람이 직접 반응기(10) 내부에 들어가서 촉매(30)를 분배하는 경우 촉매(30)를 밟으면서 작업을 수행하여 촉매(30)가 손상되는 경우가 발생할 수도 있다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 실시예에 따른 촉매 분배 장치(100)의 각 구성에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본체 유닛(110)은 반응기(10) 내부에 설치되며, 촉매(30)가 일측으로 유입되어 타측으로 배출되는 이동 통로(112)가 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 본체 유닛(110)은 내부에 이동 통로(112)가 마련되는 하우징(114) 및 하우징(114)의 일측에 결합되는 촉매 투입구(116)를 포함할 수 있다.
여기서 본체 유닛(110)은 반응기(10)의 구조에 따라서 설치 위치가 달라질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(10)는 격막(14)에 의해 복수의 공간으로 나눠질 수 있으며, 본체 유닛(110)은 반응기(10) 내부에 형성된 격막(14)에 설치되어 구간을 나눠 촉매(30)를 분배할 수도 있다.
또한, 반응기(10)의 하단에는 촉매(30)와 반응이 끝난 반응물이 배출되는 배출구가 형성될 수 있으며, 반응기(10)의 내부에는 배출구를 통해 촉매(30)가 유출되는 것을 방지하기 위해 필터부(12)가 설치될 수 있으며, 필터부(12)의 상측에는 촉매(30)의 유실을 방지하기 위해 세라믹 볼(20)이 배치될 수 있다. 여기서 하측에 위치한 세라믹 볼(20)은 상측에 배치되는 세라믹 볼(20)보다 직경이 큰 세라믹 볼(20)이 배치될 수 있다.
일례로 반응기(10)는 4기가 1조로 구성될 수 있으며, 중질유가 각 반응기(10)를 순차적으로 거쳐 유동접촉분해 프로세스가 수행될 수도 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본체 유닛(110)은 하우징(114) 내부에 이동 통로(112)가 마련될 수 있으며, 이동 통로(112)를 따라 회전축(192)과 분진 차단 유닛(200)이 배치되고, 구동 유닛(190)은 하우징(114) 내부에서 회전축(192)에 결합되서 회전축(192)을 회전 구동시킬 수 있다.
이동 통로(112)는 본체 유닛(110)의 일측으로부터 타측으로, 상측으로부터 하측으로 일 방향으로 형성될 수 있으며, 이동 통로(112)를 통해서 촉매(30)가 이동할 수 있도록 회전축(192) 및 분진 차단 유닛(200)은 원형 관(管) 형상으로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 회전축(192)은 이동 통로(112)를 따라 배치되며 촉매 분배 유닛(120) 및 구동 유닛(190) 사이에 개재되어 촉매 분배 유닛(120)에 회전력을 전달할 수 있으며, 원형 관 형상으로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 회전축(192)은 회전 운동을 함과 동시에 본체 유닛(110)에 지지되어야 하므로, 베어링이 설치되어 회전축(192)과 본체 유닛(110)을 지지할 수 있으며, 베어링은 복수 개가 설치될 수도 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 구동 유닛(190)은 회전축(192)의 외주면에 결합되어 회전축(192)을 회전시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 분진 차단 유닛(200)은 촉매(30)가 이동 통로(112)를 통과하면서 발생하는 분진이 회전축(192) 및 구동 유닛(190)으로 이동하는 것을 차단하기 위해 회전축(192)의 내면을 커버할 수 있으며, 보다 구체적으로, 분진 차단 유닛(200)은 회전축(192)의 내측에 회전축(192)과 대응되는 형상으로, 원형 관 형상으로 형성되어 분진 차단 유닛(200) 내측에 이동 통로(112)를 따라 이동하는 촉매(30)로부터 발생하는 분진을 차단할 수 있다.
또한, 분진 차단 유닛(200)은 회전축(192)의 내측에 배치되어 회전축(192)의 내면을 커버하는 분진 차단 슬리브(202) 및 회전축(192)과 분진 차단 슬리브(202) 사이에 개재되어 회전축(192)과 분진 차단 슬리브(202) 사이로 분진의 유입을 방지하는 분진 차단 패킹(204)을 포함할 수 있다.
여기서 회전축(192)은 하우징(114)의 타측 외부로 노출되도록 연장되어 배치될 수 있으며, 촉매 분배 유닛(120)은 회전축(192)의 단부에 결합되어 분진이 회전축(192)으로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
보다 구체적으로, 분진 차단 슬리브(202)는 회전축(192)의 단부까지 연장될 수 있으며, 분진 차단 패킹(204)은 회전축(192)과 분진 차단 슬리브(202)의 단부에서 회전축(192)과 분진 차단 슬리브(202) 사이에 개재되어 분진의 이동을 차단할 수 있다.
또한, 분진 차단 슬리브(202)는 일단이 하우징(114)의 일측에 결합되며 이동 통로(112)를 따라 회전축(192)의 내면을 커버할 수 있으며, 촉매 투입구(116)로부터 바로 연결되어 촉매(30)가 분진 차단 슬리브(202) 내측으로 유입되어 이동할 수 있도록 배치될 수 있다. 이러한 분진 차단 슬리브(202)의 구조는 본체 유닛(110)의 일측으로부터 타측까지 촉매(30)의 이동에 의해 발생하는 분진이 회전축(192) 및 구동 유닛(190)으로 이동할 수 없도록 회전축(192)을 커버할 수 있다.
또한, 분진 차단 패킹(204)는 양모로 이루어져 회전축(192)과 분진 차단 슬리브(202) 사이에 마찰력을 최소화하면서 분진의 유입을 차단할 수 있다.
도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 촉매 분배 유닛(120)은 본체 유닛(110)의 타측에 배치되어 본체 유닛(110)으로부터 전달받은 촉매(30)를 반응기(10) 내부에 방사상 분배할 수 있다. 보다 구체적으로, 촉매 분배 유닛(120)은 본체 유닛(110)의 타측에서 회전축(192)의 단부에 결합되어 구동 유닛(190)에 의해 회전축(192)이 회전하면 같이 회전하여 본체 유닛(110)으로부터 전달받은 촉매(30)를 반응기(10) 내부에 방사상 분배할 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 촉매 분배 유닛(120)은 회전축(192)의 단부에 결합되며 본체 유닛(110)으로부터 촉매(30)를 제공받아 반응기(10) 내부에 방사상 분배하는 제1 촉매 분배 유닛(130), 및 제1 촉매 분배 유닛(130)의 하측에 결합되어 제1 촉매 분배 유닛(130)으로부터 제1 촉매 분배 유닛(130)이 제공받은 촉매(30) 중 일부를 제공받아 반응기(10) 내부에 방사상 분배하는 제2 촉매 분배 유닛(140)을 포함할 수 있다.
제1 촉매 분배 유닛(130)의 각 구성에 대하여 구체적으로 설명하면, 회전축(192)에 결합되어 본체 유닛(110)으로부터 촉매(30)가 제공되는 제1 연결부(132), 제1 연결부(132) 하측에 배치되어 제1 연결부(132)를 통과하는 촉매(30)를 지지하는 제1 지지 플레이트(134), 제1 연결부(132)와 제1 지지 플레이트(134) 사이에 개재되며 제1 연결부(132)의 외주면을 따라 서로 이격되도록 배치되어 제1 지지 플레이트(134)를 방사상으로 구획하고, 회전축(192)의 회전에 따라 회전하여 촉매(30)를 밀어내 반응기(10) 내부에 방사상으로 분배하는 복수의 제1 분배 플레이트(136) 및 제1 지지 플레이트(134)에 형성되어 본체 유닛(110)으로부터 제공받은 촉매(30) 중 일부를 제2 촉매 분배 유닛(140)에 제공하는 제1 관통홀(138)을 포함할 수 있다.
먼저, 제1 연결부(132)는 도 4에 도시된 바와 같이, 원형 관 형상으로 이루어져 제1 연결부(132)와 직경이 상이한 원형 관 형상으로 이루어진 회전축(192)에 결합되어 촉매(30)가 지나가는 통로의 기능을 할 수 있다.
다음으로 제1 지지 플레이트(134)는 제1 연결부(132)의 하측에 배치되어 제1 연결부(132)를 통과하는 촉매(30)를 받쳐 회전 운동에 따라 촉매(30)가 방사상으로 분배될 수 있도록 하며, 중앙에는 제2 촉매 분배 유닛(140)으로 연결되는 제1 관통홀(138)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제1 지지 플레이트(134)는 평면상 중심점을 기준으로 점대칭되는 형상으로 형성되고, 외주를 따라 일점으로부터 타점으로 갈수록 지름이 증가하는 형상을 가질 수 있다. 이러한 제1 지지 플레이트(134)의 형상은 회전함에 따라 촉매(30)가 분배될 때 반응기(10) 내부에 방사상으로 분배될 수 있도록 할 수 있으며, 후술할 제2 지지 플레이트(144) 및 제3 지지 플레이트(154) 또한 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 제1 분배 플레이트(136)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 연결부(132)와 제1 지지 플레이트(134) 사이에 개재되며 복수개로 이루어져 제1 연결부(132)의 외주면을 따라 서로 이격되어 배치되어 제1 지지 플레이트(134)를 방사상으로 구획하고, 회전을 통해서 촉매(30)를 밀어내 반응기(10) 내부에 방사상으로 분배할 수 있다.
또한, 복수의 제1 분배 플레이트(136)는 일단이 제1 연결부(132)의 외주면에 따라서 결합되고 타단이 제1 지지 플레이트(134)의 외주까지 연장되도록 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 제1 분배 플레이트(136)는 제1 지지 플레이트(134)의 지름과 대응되도록 각각 길이가 상이하게 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 말하면, 서로 이웃되는 제1 분배 플레이트(136) 간에는 1cm만큼의 길이 차이가 발생할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 분배 플레이트(136)는 제1 지지 플레이트(134)의 형상과 대응되도록 제1 지지 플레이트(134)의 평면상 중심점을 기준으로 점대칭되도록 배치될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 서로 이웃하는 복수의 제1 분배 플레이트(136) 사이 각도는 제1 지지 플레이트(134)의 외주의 일점으로부터 타점으로 갈수록 증가할 수 있으며, 보다 구체적으로 서로 이웃하는 복수의 제1 분배 플레이트(136) 사이 각도는 1.5˚씩 증가하도록 배치될 수 있다.
상술한 복수의 제1 분배 플레이트(136)의 길이와 배치에 따라서 서로 이웃하는 복수의 제1 분배 플레이트(136)가 구획하고 있는 제1 지지 플레이트(134)의 각 구역은 도 5에 도시된 바와 같이 그 넓이가 상이하게 이루어질 수 있으며, 이러한 구조에 따라서 복수의 제1 분배 플레이트(136)가 촉매(30)를 반응기(10) 내부에 방사상 분배할 수 있도록 할 수 있다.
도 2, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 분배 플레이트(136)의 단부에는 분배 플레이트의 높이 방향을 따라 서로 이격되는 복수의 분배 돌기(180)가 마련될 수 있으며, 복수의 분배 돌기(180)는 위치에 따라 각각 다른 높이에서 촉매(30)를 밀어낼 수 있다.
도 7의 위에 도시된 바와 같이 복수의 분배 돌기(180)가 없는 경우, 촉매(30)가 일률적으로 방사상 분배될 수 있으나, 도 7의 아래에 도시된 바와 같이 복수의 분배 동기가 있는 경우에는 각각의 분배 돌기(180)가 촉매(30)를 밀어내는 높이가 상이하게 되어 사이 간격이 보다 촘촘하게 촉매(30)를 분배할 수 있다. 이러한 복수의 분배 돌기(180)의 형상 및 배치는 도면에 나타난 것과 같이 개수와 모양이 한정되는 것은 아니며, 분배 방법에 따라서 일부 변화될 수도 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 촉매 분배 유닛(140)은 제1 지지 플레이트(134)의 하측에 결합되어 제1 관통홀(138)을 통해 제1 촉매 분배 유닛(130)으로부터 촉매(30)가 유입되는 제2 연결부(142), 제2 연결부(142) 하측에 배치되어 제2 연결부(142)를 통과하는 촉매(30)를 지지하는 제2 지지 플레이트(144), 제2 연결부(142)와 제2 지지 플레이트(144) 사이에 개재되며 제2 연결부(142)의 외주면을 따라 서로 이격되도록 배치되어 제2 지지 플레이트(144)를 방사상으로 구획하고, 회전축(192)의 회전에 따라서 촉매(30)를 밀어내 반응기(10) 내부에 방사상으로 분배하는 복수의 제2 분배 플레이트(146) 및 제2 지지 플레이트(144)에 형성되어 제1 촉매 분배 유닛(130)으로부터 전달되는 촉매(30) 중 일부를 반응기(10) 내부에 방사상으로 분배하는 제2 관통홀(148)을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 연결부(142)는 원형 관 형상으로 형성될 수 있으며, 제1 지지 플레이트(134)의 하측에 결합될 수 있다. 또한, 제2 연결부(142)의 직경은 제1 연결부(132)의 직경보다 작게 형성될 수 있으며, 제1 지지 플레이트(134)에 형성되는 제1 관통홀(138)의 직경과 대응되도록 형성될 수 있다.
한편, 도 4의 경우, 제1 촉매 분배 유닛(130)과 제2 촉매 분배 유닛(140) 사이에 제3 촉매 분배 유닛(150)이 설치되어 있으나, 제3 촉매 분배 유닛(150)의 유무는 선택에 의해서 이루어질 수 있으며, 제3 촉매 분배 유닛(150) 뿐만 아니라 제4 촉매 분배 유닛, 제5 촉매 분배 유닛도 설치될 수 있다.
제2 지지 플레이트(144) 및 제2 분배 플레이트(146)는 상술한 제1 지지 플레이트(134) 및 제1 분배 플레이트(136)와 대응되는 형상으로 이루어질 수 있으나, 제2 지지 플레이트(144)의 면적은 제1 지지 플레이트(134)의 면적보다 작게 형성될 수 있으며, 제2 분배 플레이트(146)는 제2 지지 플레이트(144)의 형상에 대응하도록 길이가 형성될 수 있다.
한편, 상술한 제1 지지 플레이트(134)의 면적과 제2 지지 플레이트(144)의 면적 사이의 비율은 제1 연결부(132)의 직경과 제2 연결부(142)의 직경의 비율과 대응될 수도 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 촉매 분배 유닛(140)은 본 실시예의 가장 하측에 배치되는 구성으로 제2 관통홀(148)을 통과하는 촉매(30)는 바로 반응기(10) 내부로 분배될 수 있다. 따라서, 제2 관통홀(148)을 통과하는 촉매(30)가 방사상으로 분배될 수 있도록 제2 관통홀(148)은 제1 관통홀(138)과 같이 원형으로 이루어지지 않고, 제2 지지 플레이트(144)의 중심점을 기준으로 대응하도록 한 쌍으로 이루어질 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 관통홀(148) 주변에는 제2 지지 플레이트(144)의 하면에 결합되어 하측으로 연장되어 제2 촉매 분배 유닛(140)의 회전에 따라 제2 관통홀(148)을 통과하는 촉매(30)에 선회력을 제공하는 선회력 제공부(160)가 형성될 수 있다. 선회력 제공부(160)는 제2 관통홀(148)을 통과하는 촉매(30)에 선회력을 제공하여 촉매(30)가 방사상으로 분배될 수 있도록 한다. 이렇게 방사상으로 분배되는 촉매(30)는 반응기(10) 내부에 균일하게 분배될 수 있다.
보다 구체적으로, 이러한 선회력 제공부(160)는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 관통홀(148)과 대응되도록 한 쌍으로 이루어질 수 있으며, 촉매(30)가 반응기(10) 내부에 평탄하게 분배되도록 서로 상이한 형상으로 형성될 수 있다. 한 쌍의 선회력 제공부(160) 중 하나는 경사도가 완만한 곡선형으로 이루어질 수 있으며, 다른 하나는 고래 등과 같은 형상으로 일점이 다른 부분들보다 높이가 길게 형성되며 외주는 곡선형으로 이루어질 수 있다. 이러한 한 쌍의 선회력 제공부(160)는 서로 상이한 형상에 따라 촉매(30)에 선회력을 제공하고 이에 따라 촉매(30)는 반응기(10) 내부에 평탄하게 분배될 수 있다.
또한 도 6에 도시된 바와 같이, 선회력 제공부(160)는 제2 관통홀(148)을 개폐 가능하게 슬라이딩 이동할 수 있으며, 관통홀 개폐부(162)가 선회력 제공부(160)가 제2 지지 플레이트(144)의 하면에서 이동 가능하게 결합시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 선회력 제공부(160)는 일측은 제2 지지 플레이트(144)의 하면에 접할 수 있도록 형성될 수 있으며, 타측은 제2 지지 플레이트(144)로부터 하측으로 연장되도록 절곡되어 회전에 따라 촉매(30)를 밀어낼 수 있는 면을 형성할 수 있다. 관통홀 개폐부(162)는 이러한 선회력 제공부(160)의 일측이 슬라이딩 이동 가능하도록 제2 지지 플레이트(144)에 결합시킬 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 홈과 볼트 결합에 의해 그 위치가 조절 및 고정될 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 촉매 분배 유닛(150)은 제1 촉매 분배 유닛(130)과 제2 촉매 분배 유닛(140) 사이에 개재되어 제1 촉매 분배 유닛(130)으로부터 제1 촉매 분배 유닛(130)이 제공받은 촉매(30) 중 일부를 제공받아 반응기(10) 내부에 방사상 분배하고, 제1 촉매 분배 유닛(130)으로부터 제공받은 촉매(30) 중 일부를 제2 촉매 분배 유닛(140)에게 제공할 수 있다.
제3 촉매 분배 유닛(150)은 상술한 제1 촉매 분배 유닛(130) 및 제2 촉매 분배 유닛(140)과 대응되는 형상으로 이루어질 수 있으며, 각 구성의 크기만 상이하게 형성될 수 있다.
제3 촉매 분배 유닛(150)에 대해 구체적으로 말하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 원형 관(管) 형상으로 형성되며 제1 지지 플레이트(134)의 하측에 결합되어 제1 촉매 분배 유닛(130)으로부터 촉매(30)가 유입되는 제3 연결부(152), 제3 연결부(152) 하측에 배치되어 제3 연결부(152)를 통과하는 촉매(30)를 지지하는 제3 지지 플레이트(154), 제3 연결부(152)와 제3 지지 플레이트(154) 사이에 개재되며 제3 연결부(152)의 외주면을 따라 서로 이격되도록 배치되어 제3 지지 플레이트(154)를 방사상으로 구획하고, 회전에 따라서 촉매(30)를 밀어내 반응기(10) 내부에 방사상으로 분배하는 복수의 제3 분배 플레이트(156) 및 제3 지지 플레이트(154)에 형성되어 제1 촉매 분배 유닛(130)으로부터 전달되는 촉매(30) 중 일부를 제2 촉매 분배 유닛(140)으로 제공하는 제3 관통홀(158)을 포함할 수 있다.
따라서, 제3 촉매 분배 유닛(150)이 포함되는 실시예에서는 상술한 제2 연결부(142)는 제3 지지 플레이트(154)와 결합될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 지지부는 제1 지지 플레이트(134)와 제3 지지 플레이트(154) 사이에 개재되어 제1 촉매 분배 유닛(130)과 제3 촉매 분배 유닛(150) 사이를 지지할 수 있다.
한편, 제1 지지 플레이트(134)와 제3 연결부(152), 제3 지지 플레이트(154)와 제2 연결부(142)는 서로 접한 상태에서 리벳 결합 및 볼트 결합될 수 있다.
상술한 제1 촉매 분배 유닛(130) 내지 제3 촉매 분배 유닛(150)은 외부로부터 제공되는 촉매(30)를 반응기(10) 내부에 균일하게 분배할 수 있으며, 서로 상이한 영역에 촉매(30)를 분배할 수 있으며, 일부 영역은 서로 겹쳐지도록 분배할 수도 있다. 그러나 제1 촉매 분배 유닛(130) 내지 제3 촉매 분배 유닛(150)은 함께 회전 운동하면서 반응기(10) 내부에 균일하게 촉매(30)를 분배할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 지지 플레이트(134)에는 제1 분배 플레이트(136)의 배치와 대응되는 결합홈(170)이 형성될 수 있으며, 제1 분배 플레이트(136)에는 결합홈(170)과 대응되는 결합 돌기(172)가 형성되고, 결합 돌기(172)가 결합홈(170)에 삽입되어 제1 지지 플레이트(134)와 결합될 수 있다.
또한, 제1 연결부(132)에도 외주면을 따라 결합홈(170)이 형성될 수 있으며, 이와 대응되도록 제1 분배 플레이트(136)의 상측에 결합홈(170)이 형성되어 제1 연결부(132)와 제1 분배 플레이트(136)가 결합될 수 있다.
이러한 제1 연결부(132) 및 제1 지지 플레이트(134)에 형성되는 결합홈(170)은 제2 연결부(142), 제3 연결부(152), 제2 지지 플레이트(144) 및 제3 지지 플레이트(154)에도 형성될 수 있으며, 제1 분배 플레이트(136)에 형성되는 결합 돌기(172)는 제2 분배 플레이트(146) 및 제3 분배 플레이트(156)에도 형성될 수 있다.
상술한 제1 촉매 분배 유닛(130) 내지 제3 촉매 분배 유닛(150)은 경량화를 위해 알루미늄으로 이루어질 수 있는데, 알루미늄 재질의 용접은 변형과 정밀한 용접이 어려워서 상술한 결합홈(170)과 결합 돌기(172)의 구성을 통해 각 부재를 서로를 결합시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 촉매 분배 유닛(140)은 편심 작용을 방지하고 회전 평형을 맞추기 위해 제1 촉매 분배 유닛(130)으로부터 길이 방향 축을 중심으로 기 설정된 각도만큼 회전하여 제1 촉매 분배 유닛(130)에 결합될 수 있으며, 제3 촉매 분배 유닛(150) 또한, 편심 작용을 방지하고 회전 평형을 맞추기 위해 제1 촉매 분배 유닛(130) 및 제2 촉매 분배 유닛(140)으로부터 기 설정된 각도만큼 회전하여 결합될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 제1 촉매 분배 유닛(130) 내지 제3 촉매 분배 유닛(150)은 각각 90˚ 만큼 회전하여 결합될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 상하 개폐부(212)는 제1 연결부(132) 내부에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 제1 연결부(132)와 제1 지지 플레이트(134) 사이 공간을 개폐할 수 있다. 본 실시예에서는 상술한 회전축(192)이 제1 상하 개폐부(212)의 기능을 할 수 있으며, 제1 연결부(132) 내부로 슬라이딩하여 인입되어 제1 연결부(132)와 제1 지지 플레이트(134) 사이 공간을 개폐할 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 상하 개폐부(214)는 제2 연결부(142) 내측에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 제2 연결부(142)와 제2 지지 플레이트(144) 사이 공간을 개폐할 수 있다. 또한, 제3 상하 개폐부(216)는 제2 상하 개폐부(214)와 유사하게, 제3 연결부(152) 내측에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 제3 연결부(152)와 제3 지지 플레이트(154) 사이 공간을 개폐할 수 있다.
상술한 제1 상하 개폐부(212) 내지 제3 상하 개폐부(216)는 각각 촉매(30)의 이동량을 조절하여 제1 촉매 분배 유닛(130) 내지 제3 촉매 분배 유닛(150)이 분배하는 촉매(30)의 양을 조절할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 반응기
12: 필터부
14: 격막
20: 세라믹 볼
30: 촉매
100: 촉매 분배 장치
110: 본체 유닛
112: 이동 통로
114: 하우징
116: 촉매 투입구
120: 촉매 분배 유닛
130: 제1 촉매 분배 유닛
132: 제1 연결부
134: 제1 지지 플레이트
136: 제1 분배 플레이트
138: 제1 관통홀
140: 제2 촉매 분배 유닛
142: 제2 연결부
144: 제2 지지 플레이트
146: 제2 분배 플레이트
148: 제2 관통홀
150: 제3 촉매 분배 유닛
152: 제3 연결부
154: 제3 지지 플레이트
156: 제3 분배 플레이트
158: 제3 관통홀
160: 선회력 제공부
162: 관통홀 개폐부
170: 결합홈
172: 결합 돌기
180: 분배 돌기
190: 구동 유닛
192: 회전축
200: 분진 차단 유닛
202: 분진 차단 슬리브
204: 분진 차단 패킹
210: 상하 개폐부
212: 제1 상하 개폐부
214: 제2 상하 개폐부
216: 제3 상하 개폐부

Claims (10)

  1. 반응기 내부에 설치되며, 촉매가 일측으로 유입되어 타측으로 배출되는 이동 통로가 마련되는 본체 유닛;
    상기 본체 유닛의 타측에 배치되어 상기 본체 유닛으로부터 전달받은 상기 촉매를 상기 반응기 내부에 방사상 분배하는 촉매 분배 유닛;
    상기 촉매 분배 유닛을 회전시키는 구동 유닛;
    상기 이동 통로를 따라 배치되며 상기 촉매 분배 유닛 및 상기 구동 유닛 사이에 개재되어 회전력을 전달하는 회전축; 및
    상기 촉매가 상기 이동 통로를 통과하면서 발생하는 분진이 상기 회전축 및 상기 구동 유닛으로 이동하는 것을 차단하기 위해 상기 회전축의 내면을 커버하는 분진 차단 유닛을 포함하고,
    상기 분진 차단 유닛은,
    상기 회전축의 내측에 배치되어 상기 회전축의 내면을 커버하는 분진 차단 슬리브; 및
    상기 회전축과 상기 분진 차단 슬리브 사이에 개재되어 상기 회전축과 상기 분진 차단 슬리브 사이로 분진의 유입을 방지하는 분진 차단 패킹을 포함하고,
    상기 본체 유닛은,
    내부에 상기 이동 통로가 마련되는 하우징; 및
    상기 하우징의 일측에 결합되는 촉매 투입구를 포함하고,
    상기 분진 차단 슬리브는 일단이 상기 하우징의 일측에 결합되며 상기 이동 통로를 따라 상기 회전축의 내면을 커버하고,
    상기 분진 차단 패킹은 상기 분진 차단 슬리브로 상기 회전축의 회전력이 전달되는 것을 방지하면서 상기 회전축과 상기 분진 차단 슬리브 사이로 분진의 유입을 방지하도록 상기 분진 차단 슬리브의 타단과 상기 회전축 사이에 개재되고,
    상기 회전축은 단부가 상기 하우징의 타측 외부로 노출되도록 연장되어 배치되고,
    상기 촉매 분배 유닛은 상기 회전축의 단부에 결합되고,
    상기 촉매 분배 유닛은,
    상기 회전축의 단부에 결합되며 상기 본체 유닛으로부터 상기 촉매를 제공받아 상기 반응기 내부에 방사상 분배하는 제1 촉매 분배 유닛; 및
    상기 제1 촉매 분배 유닛의 하측에 결합되어 상기 제1 촉매 분배 유닛으로부터 상기 제1 촉매 분배 유닛이 제공받은 상기 촉매 중 일부를 제공받아 상기 반응기 내부에 방사상 분배하는 제2 촉매 분배 유닛을 포함하고,
    상기 제1 촉매 분배 유닛은,
    상기 회전축에 결합되어 상기 본체 유닛으로부터 상기 촉매가 제공되는 제1 연결부;
    상기 제1 연결부 하측에 배치되어 상기 제1 연결부를 통과하는 상기 촉매를 지지하는 제1 지지 플레이트;
    상기 제1 연결부와 상기 제1 지지 플레이트 사이에 개재되며 상기 제1 연결부의 외주면을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 제1 지지 플레이트를 방사상으로 구획하고, 상기 회전축의 회전에 따라 회전하여 상기 촉매를 밀어내 상기 반응기 내부에 방사상으로 분배하는 복수의 제1 분배 플레이트; 및
    상기 제1 지지 플레이트에 형성되어 상기 본체 유닛으로부터 제공받은 상기 촉매 중 일부를 상기 제2 촉매 분배 유닛에 제공하는 제1 관통홀을 포함하고,
    상기 제1 연결부 내부에 상하 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 상기 제1 분배 플레이트가 분배하는 상기 촉매의 양을 조절하기 위해 상기 제1 연결부와 제1 지지 플레이트 사이 공간을 개폐하는 제1 상하 개폐부를 더 포함하고,
    상기 제1 분배 플레이트의 단부에는 상기 분배 플레이트의 높이 방향을 따라 서로 이격되는 복수의 분배 돌기가 마련되고,
    상기 복수의 분배 돌기는 위치에 따라 각각 다른 높이에서 상기 촉매를 밀어내 상기 반응기 내부에 평탄하게 상기 촉매를 분배하는, 촉매 분배 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 촉매 분배 유닛은,
    상기 제1 지지 플레이트의 하측에 결합되어 상기 제1 관통홀을 통해 상기 제1 촉매 분배 유닛으로부터 상기 촉매가 유입되는 제2 연결부;
    상기 제2 연결부 하측에 배치되어 상기 제2 연결부를 통과하는 상기 촉매를 지지하는 제2 지지 플레이트;
    상기 제2 연결부와 상기 제2 지지 플레이트 사이에 개재되며 상기 제2 연결부의 외주면을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 제2 지지 플레이트를 방사상으로 구획하고, 상기 회전축의 회전에 따라서 상기 촉매를 밀어내 상기 반응기 내부에 방사상으로 분배하는 복수의 제2 분배 플레이트; 및
    상기 제2 지지 플레이트에 형성되어 상기 제1 촉매 분배 유닛으로부터 전달되는 상기 촉매 중 일부를 상기 반응기 내부에 방사상으로 분배하는 제2 관통홀을 포함하는, 촉매 분배 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 촉매 분배 유닛은 상기 제2 관통홀 주변에 상기 제2 지지 플레이트의 하면에 결합되어 상기 제2 촉매 분배 유닛의 회전에 따라 상기 제2 관통홀을 통과하는 상기 촉매에 선회력을 제공하는 선회력 제공부를 더 포함하는, 촉매 분배 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 선회력 제공부가 상기 제2 관통홀을 개폐 가능하도록 상기 제2 지지 플레이트의 하면에서 이동 가능하게 결합시키는 관통홀 개폐부를 더 포함하는, 촉매 분배 장치.
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