KR102524372B1 - 소켓형 유체 분배 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치는, 기체 및/또는 액체의 반응물을 반응기 본체 내로 분배 공급하기 위한 소켓형 유체 분배 장치로서, 상기 반응기 본체에 일부 영역이 삽입되는 구조로 형성되는 몸체부; 상기 몸체부의 중심부에 형성되며, 몸체부를 관통하여 형성되는 혼합 유로; 상기 몸체부의 상부에 배치되며, 기체 유로가 형성된 기체 반응물 투입부; 상기 몸체부와 상기 기체 반응물 투입부 사이에 배치되며, 액체 유로가 형성된 액체 반응물 투입부; 및 상기 혼합 유로에 형성되는 흐름 제어부를 포함한다.

Description

소켓형 유체 분배 장치{SOKET TYPE FLUID DISTRIBUTING DEVICE}
본 발명은 원료 유체를 다관형 반응기 내의 복수 개의 반응기 본체로 분배 및 투입하기 위한 유체 분배 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다관형 트리클-베드용 소켓형 유치 분배 장치에 관한 것이다.
현재까지 알려진 다관형 반응기의 분배 장치 설계와 적용은 반응기에 투입되는 반응물의 상(phase)에 따라 그 형태가 결정된다.
트리클-베드 형태의 반응기는 일반적으로 일정 수준 이상의 직경을 갖는 고정층 반응기로써, 액상의 반응물과 기상의 반응물을 반응기로 공급하는 형태를 갖는다. 트리클-베드 반응기에 적용하고자 하는 반응이 과도한 열량을 발생시키거나, 반응성으로 공정 운전에 안정성 확보가 필요할 경우, 직경이 큰 단관형 반응기 보다는 단위 반응기가 병렬로 배치된 다관형 반응기를 적용하게 된다. 이러한 다관형 반응기는 직경이 큰 단관형 반응기에 비해 큰 열교환 면적을 제공하는 점에서 장점이 있다.
그러나 이러한 종래의 다관형 반응기는 각 단위 반응기로의 반응물의 균등 분배가 어려운 문제점이 있었다. 또한, 종래의 다관형 반응기는 각 층(단계)의 트레이에 액상의 반응물이 일정 수위 이상 차게 되면 넘쳐 흐르는 형태로 이루어져 있어, 각 단위 반응기마다 촉매층의 불균일에 따른 차압이 발생할 경우 균등한 분배가 이루어지기 어려운 문제점이 있었다.
KR 2018-0079318 A
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분배 장치가 정확한 위치에 정렬될 수 있으며, 단위 반응기마다 촉매 충진에 의해 발생하는 차압을 상쇄하고, 액상 반응물과 기상 반응물의 유량비에 따라 다양한 크기의 액적과 기류 또는 분무 형태로 촉매층에 공급할 수 있는 소켓형 유체 분배 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치는, 기체 및/또는 액체의 반응물을 반응기 본체 내로 분배 공급하기 위한 소켓형 유체 분배 장치로서, 상기 반응기 본체에 일부 영역이 삽입되는 구조로 형성되는 몸체부; 상기 몸체부의 중심부에 형성되며, 몸체부를 관통하여 형성되는 혼합 유로; 상기 몸체부의 상부에 배치되며, 기체 유로가 형성된 기체 반응물 투입부; 상기 몸체부와 상기 기체 반응물 투입부 사이에 배치되며, 액체 유로가 형성된 액체 반응물 투입부; 및 상기 혼합 유로에 형성되는 흐름 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소켓형 유체 분배 장치는, 상기 몸체부의 외주면 일 측에 형성되는 걸림용 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소켓형 유체 분배 장치는, 상기 몸체부 하단의 외주면을 따라 형성되는 실링부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소켓형 유체 분배 장치는, 동일 선상에 구비된 복수 개의 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기체 반응물과 액체 반응물은 상기 혼합 유로에서 혼합되어 이동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 유로에서 혼합되는 혼합 반응물은, 상기 액체 반응물 대비 기체 반응물의 유량에 따라 상기 반응기 본체 내로 공급되는 혼합 반응물의 형태가 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액체 반응물의 유량 대비 기체 반응물의 유량은 1 내지 100인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응기 본체로 공급되는 혼합 반응물의 형태는 액적, 기류 또는 분무 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흐름 제어부는, 상기 혼합 유로에서 혼합되는 혼합 반응물의 압력을 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소켓형 유체 분배 장치는 상기 반응기 본체 내부에 위치하며 고체 촉매들로 이루어진 촉매 충진부를 포함하고, 상기 흐름 제어부는, 상기 흐름 제어부를 통과한 혼합 반응물의 압력이 상기 촉매 충진부에서 발생하는 차압보다 크게 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흐름 제어부는, 상기 혼합 유로의 길이방향을 따라서, 상기 혼합 유로의 직경이 좁아지는 제1 경사부; 직경이 유지되는 유지부; 및 상기 혼합 유로의 직경이 넓어지는 제2 경사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 경사부의 경사도는 0° 내지 90°이고, 유지부의 길이는 1 mm 내지 20 mm이며, 제2 경사부의 경사도는 0° 내지 90°인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치에 의하면, 소켓형으로 구성되어 있어, 다관형 반응기의 단위 반응기에 구비된 각 반응기 본체마다 삽입되기 때문에 유체 분배 장치가 정확한 위치에 정렬되는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치에 의하면, 기체 반응물 투입부와 액체 반응물 투입부를 별도로 구성하여, 유체 분배 장치 내부에서 혼합된 반응물은 액체 반응물과 기체 반응물의 유량비에 따라 일정 크기 이상의 액적, 기류 또는 분무 형태로 촉매 충진부에 공급될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치는 일정 흐름 저항이 발생하게 구성되는 흐름 제어부를 구성하여, 반응기 본체 내의 촉매 충진부마다 다르게 발생하는 촉매 충진에 의한 차압을 상쇄할 수 있어, 반응물 분배의 불균등을 야기하는 촉매 충진 차압에 의한 영향을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소켓형 유체 분배 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소켓형 유체 분배 장치가 반응기 본체에 삽입된 상태를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선을 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르면, 상기 소켓형 유체 분배 장치(100)는, 기체 및/또는 액체의 반응물을 반응기 본체(200) 내로 분배 공급하기 위한 장치로서, 반응기 본체(200)에 일부 영역이 삽입되는 구조로 형성되는 몸체부(10); 몸체부(10)의 중심부에 형성되며, 몸체부(10)를 관통하여 형성되는 혼합 유로(20); 몸체부(10)의 상부에 배치되며, 기체 유로(40)가 형성된 기체 반응물 투입부(30); 몸체부(10)와 기체 반응물 투입부(30) 사이에 배치되며, 액체 유로(60)가 형성된 액체 반응물 투입부(50); 및 혼합 유로(20)에 형성되는 흐름 제어부(70)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소켓형 유체 분배 장치(100)는 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기에 구비된 반응기 본체(200)에 기체 및/또는 액체의 반응물을 분배 공급하기 위한 것일 수 있다. 상기 다관형 트리클-베드 반응기는 복수의 단위 반응기로 구성될 수 있고, 상기 단위 반응기는 반응기 본체(200)와, 반응기 본체(200) 내부에 위치하며 고체 촉매들로 이루어진 촉매 충진부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 다관형 트리클-베드 반응기는 하향류 촉매 반응기로서, 촉매 프로세스에서 기체 및/또는 액체의 반응물로 이루어진 원료 유체가 단위 반응기에 구비된 각 반응기 본체(200)로 유입되고, 상기 반응기 본체(200) 내부의 촉매 충진부를 통과하면서 일련의 화학 반응을 거치게 된다. 이에, 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)는 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기에 구비된 각 반응기 본체(200)의 최상단에 설치되어 원료 유체로서 기체 및/또는 액체의 반응물을 분배 및 투입하는 역할을 할 수 있다.
상기 다관형 트리클-베드 반응기에서 원료 유체는 반응기 본체(200) 최상단의 중앙부에 투입되어야 한다. 반응기 본체(200) 최상단의 중앙부로 원료 유체가 투입되지 않으면 원료 유체는 반응기의 내벽을 타고 흘러(wall flow 현상) 촉매와 반응하지 않거나 촉매의 일부와 반응하여 반응 편차가 발생하는 등 반응 효율이 크게 저하된다
그러나 종래의 다관형 트리클-베드 반응기는 각 단위 반응기로 반응물의 균등 분배가 어려운 문제점이 있었다. 또한, 종래의 다관형 트리클-베드 반응기는 각 층(단계)의 트레이에 액상의 반응물이 일정 수위 이상 차게 되면 넘쳐 흐르는 형태로 이루어져 있어, 각 단위 반응기마다 촉매의 충진의 불균일에 따른 차압이 발생할 경우 균등한 분배가 이루어지기 어려운 문제점이 있었다.
이에 대해, 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)는 반응기 본체(200)에 삽입 고정될 수 있는 소켓형으로 구성되어 있어, 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기에 구비된 각 반응기 본체(200)의 상부에 삽입되기 때문에 유체 분배 장치가 정확한 위치에 정렬되는 것을 가능하게 할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)의 일부 영역은 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기에 구비된 각 반응기 본체(200)의 최상단에 삽입되어 고정되고, 이에 따라, 상기 소켓형 유체 분배 장치(100)를 통해 반응기 본체(200) 최상단의 중앙부로 반응물을 투입할 수 있어, 종래의 유체 분배 장치를 사용할 때, 반응물이 단위 반응기 내벽을 타고 흐르면서 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)는 후술할 혼합 유로(20)에 형성되는 흐름 제어부(70)를 통해 종래의 다관형 트리클-베트 반응기의 단위 반응기마다 촉매의 충진에 의한 차압이 발생할 경우 반응물의 균등한 분배가 이루어지기 어려운 문제점을 해결할 수 있다.
상기 소켓형 유체 분배 장치(100)는 병렬로 배치된 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기에 구비된 각 반응기 본체(200)에 삽입 고정하기 위하여, 동일 선상에 구비된 복수 개의 몸체부(10)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 몸체부(10)는 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기들에 대응되는 위치에 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 몸체부(10)는 반응기 본체(200)의 최상단에 삽입 고정 가능하게 구성되면 되고, 그 구체적인 구조 및 방식에는 제한이 없다. 예를 들어, 상기 몸체부(10)의 외경은 반응기 본체(200)의 내경과 동일하여, 몸체부(10)가 반응기 본체(200)의 최상단에 삽입 고정될 수 있다.
또한, 상기 몸체부(10)의 하단으로부터 임의의 높이까지 반응기 본체(200)의 상단에 삽입 고정될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응기 본체(200)의 최상단은 촉매 투입을 위한 개구부가 존재하고, 상기 개구부에 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)의 몸체부(10)의 일부 영역을 삽입 고정함으로써, 반응기 본체부(200)와 결착시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)는 반응기 본체(200)와 결착 작업이 용이하고, 각 반응기 본체(200) 최상단의 중앙부에 혼합 유로(20)가 위치할 수 있다.
상기 소켓형 유체 분배 장치(100)는 몸체부(10)의 외주면 일 측에 형성되는 걸림용 돌출부(12)를 포함할 수 있다. 상기 걸림용 돌출부(12)는 소켓형 유체 분배 장치(100) 전체가 길이 방향에 따라 반응기 본체(200) 내부로 완전히 삽입되는 것을 방지하기 위해, 몸체부(10)의 하단으로부터 임의의 높이까지 반응기 본체(200)의 상단에 삽입된 경우 반응기 본체(200)에 걸리도록 형성되어 있다.
구체적으로, 상기 걸림용 돌출부(12)를 기준으로, 그 하부 영역은 반응기 본체(200)에 몸체부가 삽입되는 소정 영역, 즉 삽입 영역(b)일 수 있고, 상기 걸림용 돌출부(12)를 기준으로, 그 상부 영역은 반응기 본체(200)로 삽입되지 않은 소켓형 유체 분배 장치(100)의 소정 영역, 즉 미삽입 영역(a)일 수 있다.
상기 몸체부(10)의 구체적인 구조나 크기가 제한은 없으나, 예를 들어, 상기 몸체부(10)는 원통 형태인 경우, 상기 반응기 본체의 내경(T내경) 대비 상기 미삽입 영역(a)의 길이(a/T내경)는 0.5 내지 1일 수 있고, 상기 원통의 내경(T내경) 대비 상기 삽입 영역(b)의 길이(b/T내경)는 0.5 이상 및 2 미만일 수 있다.
상기 a/T내경의 수치를 상기 범위로 제어함으로써, 반응기 본체에 체류하는 액체 반응물의 적체 허용량 기준(적체 액상 부피 = 반응기 본체 횡단면 총 면적 * a)을 형성하여 각 단위 반응기마다 반응물의 균등한 분배가 용이한 효과가 있고, 상기 b/T내경의 수치를 상기 범위로 제어함으로써, 기체 및 액체가 혼합된 혼합 반응물이 분사되는 구간에 각 단위 반응기별 촉매 충진에 의한 차압 상쇄 효과를 제공할 수 있다.
상기 삽입 영역(b)은 반응기 본체(200) 내 촉매 충진부의 최상단 층과 소정 거리 이격되거나, 상기 촉매 충진부의 최상단 층과 맞닿아 있거나, 또는 상기 촉매 충진부 내부로 삽입된 형태로 삽입 고정될 수 있다.
상기 몸체부(10)는 반응기 본체(200)의 상단으로부터 탈착이 가능한 구조일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)는 필요에 따라, 몸체부(10)를 반응기 본체(200)의 상단에 삽입하여 결착시키거나, 반응기 본체(200)의 상단으로부터 탈착시키는 것이 용이할 수 있다. 따라서, 반응기 본체(200) 내 촉매를 교환하거나, 반응기 본체(200)를 세척하는 등의 경우에는 반응기 본체(200)로부터 몸체부(10)를 용이하게 탈착시킬 수 있다.
상기 소켓형 유체 분배 장치(100)는 상기 몸체부(10) 하단의 외주면을 따라 형성되는 실링부(14)를 포함할 수 있다. 상기 실링부(14)는 소켓형 유체 분배 장치(100)를 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기에 구비된 각 반응기 본체(200)에 고정시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 실링부(14)는 소켓형 유체 분배 장치(100)를 이용하여 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기에 구비된 각 반응기 본체(200)에 기체 반응물 및 액체 반응물을 공급할 때, 소켓형 유체 분배 장치(100)를 통하지 않는 영역, 즉, 상기 반응기 본체(200)와 소켓형 유체 분배 장치(100) 사이의 영역으로 반응물이 이동하지 못하도록 기밀하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 유로(20)는 몸체부(10)의 중심부에 형성되며, 몸체부(10)를 관통하여 형성될 수 있다. 이와 같이, 몸체부(10)의 중심부에 몸체부(10)를 관통하여 형성된 혼합 유로(20)에서, 후술할 기체 유로(40) 및 액체 유로(60)를 통해 공급되는 기체 반응물과 액체 반응물이 혼합될 수 있다.
상기 혼합 유로(20)에서 기체 반응물과 액체 반응물이 혼합된 혼합 반응물은 소켓형 유체 분배 장치(100)의 상부에서 하부로 이동할 수 있다. 구체적으로, 상기 기체 반응물과 액체 반응물은 혼합 유로(20)에서 혼합되어 소켓형 유체 분배 장치(100)의 상부에서 하부로 흐르게 되며, 상기 혼합 유로(20)의 최하단을 통해 배출되어 반응기 본체(200)의 중앙부로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기체 반응물 투입부(30)는 몸체부(10)의 상부에 배치되며, 기체 유로(40)가 형성되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 기체 반응물 투입부(30)는 몸체부(10)의 상부에 형성되며, 상기 기체 반응물 투입부(30)의 중심부에 기체 반응물 투입부(30)를 관통하여 기체 유로(40)가 형성될 수 있다.
상기 기체 유로(40)는 혼합 유로(20)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 기체 반응물은 상기 기체 유로(40)를 따라 상부에서 하부로 흐를 수 있으며, 상기 기체 유로(40)를 통과하여 혼합 유로(20)로 공급될 수 있다.
상기 기체 유로(40)의 전단에는, 기체 반응물을 기체 유로(40)까지 공급하는 배관을 포함할 수 있고, 상기 기체 유로(40)로 기체 반응물을 공급하는데 있어, 기체 반응물의 공급 유량을 조절하기 위한 밸브 및 펌프 등의 추가적인 장치가 설치될 수 있다.
상기 기체 유로(40)를 통해 공급되는 기체 반응물의 유량은 25 ml/min 내지 5000 ml/min일 수 있다. 예를 들어, 상기 기체 유로(40)를 통해 혼합 유로(20)로 이송되는 기체 반응물의 유량은 25 ml/min 내지 4000 ml/min 또는 500 ml/min 내지 3000 ml/min일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 액체 유로(60)로 공급되는 액체 반응물의 유량이 10 내지 25 ml/min으로 고정되어 있을 때, 기체 유로(40)를 통해 공급되는 기체 반응물의 유량이 1000 ml/min 내지 2500 ml/min인 경우, 혼합 유로(20)에서 기체 반응물과 액체 반응물이 혼합되어 형성된 혼합 반응물은 분무 형태일 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 기체 유로(40)를 통해 공급되는 기체 반응물의 유량이 2500 ml/min 내지 5000 ml/min인 경우, 혼합 유로(20)에서 기체 반응물과 액체 반응물이 혼합되어 형성된 혼합 반응물은 기류 형태일 수 있다.
또 다른 하나의 예로서, 상기 기체 유로(40)를 통해 공급되는 기체 반응물의 유량이 25 ml/min 내지 1000 ml/min인 경우, 혼합 유로(20)에서 기체 반응물과 액체 반응물이 혼합되어 형성된 혼합 반응물은 액적 형태일 수 있다. 상기 범위 내에서 기체 반응물의 유량을 조절하는 경우, 혼합 반응물의 액적 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 기체 유로(40)를 통해 공급되는 기체 반응물의 유량이 25 ml/min 내지 250 ml/min인 경우, 혼합 반응물 내 액적의 평균 크기는 10 mm3 내지 17 mm3일 수 있고, 상기 기체 유로(40)를 통해 공급되는 기체 반응물의 유량이 300 ml/min 내지 500 ml/min인 경우, 혼합 반응물 내 액적의 평균 크기는 3 mm3 내지 10 mm3일 수 있으며, 상기 기체 유로(40)를 통해 공급되는 기체 반응물의 유량이 500 ml/min 내지 1000 ml/min인 경우, 혼합 반응물 내 액적의 평균 크기는 0.6 mm3 내지 3 mm3일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액체 반응물 투입부(50)는 몸체부(10)와 기체 반응물 투입부(30) 사이에 배치되며, 액체 유로(60)가 형성되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 액체 반응물 투입부(50)는 몸체부(10)와 기체 반응물 투입부(30) 사이의 영역에 일정 높이로 형성되며, 상기 액체 반응물 투입부(50)의 외측면에 액체 유로(60)가 형성될 수 있다.
상기 액체 유로(60)는 액체 반응물 투입부(50)의 외측면을 따라 일정 간격을 두고 복수의 홀 형태로 형성되거나, 액체 반응물 투입부(50)의 외측면으로부터 혼합 유로(20)로 연결되는 배관 형태로 형성될 수 있다.
상기 액체 유로(60)는, 다관형 트리클-베드 반응기 내 액체 반응물로 이루어진 액면보다 낮은 위치에 형성되어 액체 반응물이 액체 유로(60)를 따라 흐를 수 있도록 할 수 있다.
상기 액체 유로(60)는 액체 반응물 투입부(50)의 외측면을 따라서 복수 개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 액체 유로(60)가 액체 반응물 투입부(50)의 외측면을 따라서 일정 간격을 두고 복수 개로 형성될 수 있으며, 상기 액체 유로(60)의 개수는 혼합 유로(20)로 공급되는 액체 반응물의 유량에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
상기 액체 유로(60)를 통해 혼합 유로(20)로 이송되는 액체 반응물의 유량은 0.25 ml/min 내지 250 ml/min일 수 있다. 예를 들어, 상기 액체 유로(60)를 통해 혼합 유로(20)로 이송되는 액체 반응물의 유량은 0.25 ml/min 내지 2.5 ml/min, 2.5 ml/min 내지 50 ml/min 또는 50 ml/min 내지 250 ml/min일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액체 유로(60)를 통해 공급되는 액체 반응물의 유량 대비 기체 유로(40)를 통해 공급되는 기체 반응물의 유량은 1 내지 100일 수 있다. 예를 들어, 상기 액체 반응물의 유량 대비 기체 반응물의 유량은 10 내지 100, 20 내지 100 또는 40 내지 100일 수 있다. 액체 반응물의 유량 대비 기체 반응물의 유량을 상기 범위로 제어함으로써, 혼합 유로(20)에서 기체 반응물과 액체 반응물이 혼합되어 형성된 혼합 반응물의 형태를 요구에 따라서 분무, 기류 또는 액적 형태로 조절할 수 있다.
이와 같이, 기체 반응물 투입부(30)와 액체 반응물 투입부(50)를 별도로 구성하여, 소켓형 유체 분배 장치(100) 내부의 혼합 유로(20)에서 혼합되는 혼합 반응물은 액체 반응물의 유량 대비 기체 반응물의 유량에 따라 일정 크기 이상의 액적, 기류 또는 분무 형태로 다관형 트리클-베드 반응기의 단위 반응기들의 각 반응기 본체(200)로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흐름 제어부(70)는 혼합 유로(20)의 임의의 영역에 형성되어, 혼합 유로(20)에서 기체 반응물 및 액체 반응물이 혼합된 혼합 반응물의 압력을 증가시키도록 구성될 수 있다.
상기 흐름 제어부(70)는, 흐름 제어부(70)를 통과한 혼합 반응물의 압력이 촉매 충진부(미도시)에서 발생하는 차압보다 크게 되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 다관형 트리클-베드 반응기에 있어서, 복수의 단위 반응기 내의 각 반응기 본체(200)에 촉매를 충진하는 경우, 각각의 촉매 총진부 마다 다르게 발생하는 촉매 충진에 의한 차압이 발생하게 된다. 구체적으로, 촉매 충진부에 촉매를 충진하는 경우, 상기 촉매 충진부를 통과하는 스트림에 대한 흐름 저항으로 인해 차압이 발생하게 된다. 또한, 상기 촉매 충진부에 충진된 촉매들의 미세한 크기 차이 또는 충진되는 밀도, 형태 등에 따라서 차압이 발생하게 된다. 이에 대해 본 발명에 따른 소켓형 유체 분배 장치(100)는 혼합 반응물의 압력을 촉매 충진부에서 발생하는 차압보다 크게 되도록 구성함으로써, 촉매 충진부 마다 다르게 발생하는 촉매 충진에 의한 차압을 상쇄할 수 있어, 반응물 분배의 불균등을 야기하는 촉매 충진 차압에 의한 영향을 해소할 수 있다.
상기 흐름 제어부(70)는, 혼합 유로(20)의 길이 방향을 따라서, 혼합 유로(20)의 직경이 좁아지는 제1 경사부(72); 직경이 유지되는 유지부(74); 및 혼합 유로의 직경이 넓어지는 제2 경사부(76)를 포함할 수 있다.
상기 제1 경사부(72)의 각도, 유지부(74)의 길이, 제2 경사부(76)의 각도 등의 구체적인 수치는, 흐름 제어부(70)를 통과한 혼합 반응물의 압력이 촉매 충진에 의한 차압을 상쇄할 수 있기에 충분히 큰 압력 증가가 발생될 수 있도록 설정될 수 있다. 제1 경사부(72) 및 제2 경사부(76)의 각도 조절 및 유지부(74)의 길이에 따라, 다양한 형상의 흐름 제어부(70)가 형성될 수 있다.
상기 제1 경사부(72)의 경사도는 0° 내지 90°이고, 유지부(74)의 길이는 1 mm 내지 20 mm이며, 제2 경사부(76)의 경사도는 0° 내지 90°일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 경사부(72)의 경사도는 10° 내지 90°, 30° 내지 90° 또는 30° 내지 45°일 수 있다. 상기 범위 내로 제1 경사부(72)의 경사도를 조절함으로써, 혼합 유로(20) 전단에서 인위적인 흐름 저항을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 유지부(74)의 길이는 1 mm 내지 15 mm, 5 mm 내지 15 mm 또는 10 mm 내지 15 mm일 수 있다. 상기 범위 내로 유지부(74)의 길이를 조절함으로써, 혼합 반응물의 흐름성을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2 경사부(76)의 경사도는 10° 내지 90°, 30°내지 90° 또는 30° 내지 45°일 수 있다. 상기 범위 내로 제2 경사부(76)의 경사도를 조절함으로써, 혼합 반응물이 혼합 유로(20)를 통과한 후 기체와 액체 혼합 상의 비산 차이를 만들 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 몸체부
12 걸림용 돌출부
14 실링부
20 혼합 유로
30 기체 반응물 투입부
40 기체 유로
50 액체 반응물 투입부
60 액체 유로
70 흐름 제어부
72 제1 경사부
74 유지부
76 제2 경사부
100 소켓형 유체 분배 장치
200 반응기 본체

Claims (12)

  1. 기체 및/또는 액체의 반응물을 반응기 본체 내로 분배 공급하기 위한 소켓형 유체 분배 장치로서,
    상기 반응기 본체에 삽입되는 삽입 영역 및 상기 반응기 본체에 삽입되지 않는 미삽입 영역을 포함하는 몸체부;
    상기 몸체부의 중심부에 형성되며, 몸체부를 관통하여 형성되는 혼합 유로;
    상기 몸체부의 상부에 배치되며, 기체 유로가 형성된 기체 반응물 투입부;
    상기 몸체부와 상기 기체 반응물 투입부 사이에 배치되며, 액체 유로가 형성된 액체 반응물 투입부; 및
    상기 혼합 유로에 형성되는 흐름 제어부를 포함하고,
    상기 흐름 제어부는, 상기 혼합 유로의 길이방향을 따라서, 상기 혼합 유로의 직경이 좁아지는 제1 경사부, 직경이 유지되는 유지부, 및 상기 혼합 유로의 직경이 넓어지는 제2 경사부를 포함하며,
    상기 제1 경사부는 상기 미삽입 영역에, 상기 제2 경사부는 상기 삽입 영역에 구비되고,
    상기 몸체부는 원통 형태이고, 상기 반응기 본체의 내경 대비 상기 미삽입 영역의 길이의 비는 0.5 내지 1이고, 상기 반응기 본체의 내경 대비 상기 삽입 영역의 길이의 비는 0.5 이상 및 2 미만인 소켓형 유체 분배 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소켓형 유체 분배 장치는, 상기 몸체부의 외주면 일 측에 형성되는 걸림용 돌출부를 더 포함하는 소켓형 유체 분배 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소켓형 유체 분배 장치는, 상기 몸체부 하단의 외주면을 따라 형성되는 실링부를 더 포함하는 소켓형 유체 분배 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소켓형 유체 분배 장치는, 동일 선상에 구비된 복수 개의 몸체부를 포함하는 것인 소켓형 유체 분배 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기체 반응물과 액체 반응물은 상기 혼합 유로에서 혼합되어 이동하는 것인 소켓형 유체 분배 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 유로에서 혼합되는 혼합 반응물은, 상기 액체 반응물의 유량 대비 기체 반응물의 유량에 따라 상기 반응기 본체 내로 공급되는 혼합 반응물의 형태가 제어되는 것인 소켓형 유체 분배 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 액체 반응물의 유량 대비 기체 반응물의 유량은 1 내지 100인 소켓형 유체 분배 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 액체 반응물의 유량은 0.25 ml/min 내지 250 ml/min인 소켓형 유체 분배 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흐름 제어부는, 상기 혼합 유로에서 혼합되는 혼합 반응물의 압력을 증가시키도록 구성되는 소켓형 유체 분배 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소켓형 유체 분배 장치는 상기 반응기 본체 내부에 위치하며 고체 촉매들로 이루어진 촉매 충진부를 포함하고,
    상기 흐름 제어부는, 상기 흐름 제어부를 통과한 혼합 반응물의 압력이 상기 촉매 충진부에서 발생하는 차압보다 크게 되도록 구성되는 소켓형 유체 분배 장치.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 경사부의 경사도는 0° 내지 90°이고, 유지부의 길이는 1 mm 내지 20 mm이며, 제2 경사부의 경사도는 0° 내지 90°인 소켓형 유체 분배 장치.
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