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KR100934716B1 - 반응장치 및 반응방법 - Google Patents

반응장치 및 반응방법 Download PDF

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KR100934716B1
KR100934716B1 KR1020047015198A KR20047015198A KR100934716B1 KR 100934716 B1 KR100934716 B1 KR 100934716B1 KR 1020047015198 A KR1020047015198 A KR 1020047015198A KR 20047015198 A KR20047015198 A KR 20047015198A KR 100934716 B1 KR100934716 B1 KR 100934716B1
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아토베히토시
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

외부 케이싱(6)에 둘러싸인 열교환기(5)와, 히터(2)를 구비한 반응기(1)를 포함하는 반응장치로서, 상기 열교환기(5)의 상단은 상기 반응기(1)에 접속되고, 상기 열교환기(5)의 타단부와 상기 외부 케이싱(6)의 저면은 플랜지(4)에 의해 서로 고정되며, 처리될 가스를 도입하고 처리된 가스를 배출하는 이중 배관(7)이 상기 열교환기(5)의 타단부에 접속되어, 상기 가스가 상기 이중 배관(7)의 내부관과 외부관 중 하나를 통해 도입되어 나머지 다른 관을 통해 가스가 배출되기까지의 공정 중에 상기 가스가 열교환기(5), 반응기(1), 및 열교환기(5)를 차례로 통과하고, 상기 장치를 이용하는 반응방법이 제공된다. 본 발명의 장치를 이용하면, 반응기 내부의 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있고 에너지 재생효율이 향상된다.

Description

반응장치 및 반응방법{REACTION APPARATUS AND REACTION METHOD}
본 발명은 반응장치 및 그 장치를 이용하는 반응방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 열교환기 일체형 반응장치 및 고온에서 고체촉매 또는 고체 반응제로 반응이 수행되는 장치를 이용하는 반응방법에 관한 것이다.
열교환기와 촉매반응기가 일체화된 종래의 장치로 다음과 같은 예가 알려져 있다.
(1) 일본특허출원 JP-A-64-51126호(여기서 사용된 "JP-A"는 "일본특허출원 공개공보"를 의미함)에 기재된 고온 촉매장치, 및
(2) 벌집구조상에 촉매가 도포되는, 일본특허출원 JP-A-54-126671호에 기재된 촉매산화장치.
(1)의 고온촉매장치의 경우에 있어서, 장치 자체는 비교적 소형으로 만들어질 수도 있지만, 처리 전후의 가스들이 별도의 유동경로를 이용하기 때문에, 복수의 가스용 파이프가 필요하고 장치는 주위에 공간을 필요로 한다. 또한, 반응기에 채워진 촉매층을 통과한 후의 처리된 가스는 열교환기를 통과하기 전에 반응기와 열교환기의 접속부와 접촉하게 되어, 접속부가 고온으로 가열될 수도 있기 때문에, 접속부와 열교환기를 밀봉하는 패킹 등의 구조재는 고내열성을 가지는 재료를 선택 해야한다. 또한, (1)의 고온촉매장치는 플랜지부가 소성된다는 문제점을 가진다.
벌집구조상에 촉매가 피복되는 (2)의 촉매산화장치의 경우에는, 열교환부가 촉매로 덮여있기 때문에 열효율은 향상되지만, 촉매를 교체할 때 장치 전체를 분해해야하고 이는 비용 및 유지보수의 관점에서 문제점을 일으킨다.
또한, 전기로 등의 히터를 열원으로 이용하면, 촉매 또는 반응제로 채워진 층은 처리가스 유동 방향으로 온도 분포가 발생하는 현상을 겪는다. 예열기를 구비한 경우에도, 이러한 현상을 개선하고 온도 분포를 효과적으로 제거하기가 어려워, 반응기에 채워진 촉매 또는 반응제를 효율적으로 사용할 수 없다.
이러한 상황하에서, 본 발명의 목적은 반응기의 온도 분포를 가스 유동 방향으로 균일하게 유지할 수 있고, 열에너지 재생효율을 개선할 수 있고, 장치의 플랜지부가 과열되는 것을 방지할 수 있으며, 통상의 저온 구조재로 이루어진 밀봉재를 플랜지에 사용할 수 있는 소형의 열교환기 일체형 반응장치를 제공하는 것이고, 또한 그 장치를 이용하는 반응방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위해 광범위한 연구를 행한 결과, 본 발명자들은 외부 케이싱에 둘러싸여 있고, 열교환기의 상단은 반응기에 접속되어 있고, 열교환기의 타단부(하단)와 외부 케이싱의 저면은 플랜지에 의해 고정되어 있으며, 처리될 가스를 도입하고 처리된 가스를 배출하기 위한 이중 파이프가 열교환기의 하단부에 접속되어 있는 열교환기 및 히터를 구비한 반응기를 포함하는 반응장치를 이용함으로써 목적을 이룰 수 있다는 것을 알아냈다. 본 발명은 이러한 연구결과에 기초하 여 이루어진 것이다.
상세하게는, 본 발명은 다음과 같은 반응장치 및 반응방법에 관한 것이다.
1. 외부 케이싱에 둘러싸인 열교환기와, 히터를 구비한 반응기를 포함하는 반응장치로서, 상기 열교환기의 상단은 상기 반응기에 접속되고, 상기 열교환기의 타단부와 상기 외부 케이싱의 저면은 플랜지에 의해 서로 고정되며, 처리될 가스를 도입하고 처리된 가스를 배출하는 이중 배관이 상기 열교환기의 타단부에 접속되어, 상기 가스가 상기 이중 배관의 내부관과 외부관 중 하나를 통해 도입되어 나머지 다른 관을 통해 가스가 배출되기까지의 공정 중에 상기 가스가 열교환기, 반응기, 및 열교환기를 차례로 통과하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
2. 상기 1항에 있어서, 상기 열교환기는 원통다관형 열교환기인 것을 특징으로 하는 반응장치.
3. 상기 1항에 있어서, 상기 외부 케이싱의 천정부에 아이볼트 고정부가 구비되어 상기 외부 케이싱을 탈착할 수 있는 것을 특징으로 하는 반응장치.
4. 상기 1항에 있어서, 상기 반응기의 내부에 휜(fin)이 구비되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
5. 상기 1항에 있어서, 상기 휜은 상기 이중 배관의 내부관 내측 및/또는 상기 이중 배관의 내부관과 외부관 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
6. 상기 1항에 있어서, 처리될 가스가 상기 내부관을 통해 도입되고 상기 외부관을 통해 배출되는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
7. 상기 6항에 있어서, 상기 이중 배관의 상기 외부관은 방열판을 가지는 것 을 특징으로 하는 반응장치.
8. 상기 1항에 있어서, 상기 반응장치를 수평으로 설치되고, 상기 히터를 구비한 반응기와 상기 열교환기는 서로에 대해 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
9. 처리될 가스를 이중 배관의 내부관과 외부관중 하나의 관, 열교환기, 히터를 구비한 반응기, 열교환기, 및 상기 이중 배관의 나머지 다른 관의 순서로 순차적으로 통과시키는 단계, 및 상기 처리될 가스가 상기 반응기 내에 도입되기 전에 상기 처리될 가스를 상기 히터로 가열하여, 상기 반응기 내부의 가스 유동 방향으로의 온도차를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응방법.
10. 상기 9항에 있어서, 상기 처리될 가스를 상기 이중 배관의 내부관을 통해 도입하여 상기 외부관을 통해 배출하는 것을 특징으로 하는 반응방법.
11. 상기 9항 또는 10항에 있어서, 상기 온도차를 50℃ 이하로 조정하는 것을 특징으로 하는 반응방법.
도 1의 (a)는 본 발명의 열교환기 일체형 반응장치의 일례를 나타내는 개략 종단면도, 도 1의 (b)는 본 발명의 장치의 일례를 나타내는 개략 횡단면도;
도 2는 외부 가열시스템을 이용하는 종래의 반응장치의 일례를 나타내는 개략도;
도 3은 가스의 유속이 바뀌었을 때 본 발명의 반응장치의 열교환기 일체형 반응장치의 온도 분포의 일례를 나타내는 그래프;
도 4는 설정온도가 바뀌었을 때 본 발명의 열교환기 일체형 반응장치의 온도 분포의 일례를 나타내는 그래프; 및
도 5는 외부 가열 시스템을 이용하는 종래의 반응장치에서의 반응제 또는 촉매의 온도 분포의 일례를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 반응장치 및 반응방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 반응장치는 외부 케이싱(6)에 둘러싸인 열교환기(5)와, 히터(2)를 구비한 반응기(1)를 포함하고, 이 반응장치에 있어서, 열교환기(5)의 일단부(일반적으로, 상단부)는 반응기(1)에 접속되고, 열교환기(5)의 타단부(일반적으로, 하단부)와 외부 케이싱(6)의 일단부(일반적으로, 하단부)는 플랜지(4)에 의해 고정되며, 처리될 가스를 도입하고 처리된 가스를 배출하는 이중 배관(7)은 열교환기(5)의 단부(일반적으로, 하단부)에 접속된다.
본 발명의 반응장치는, 예를 들면, 반도체 장치, 액정 디스플레이 장치 등을 제조하는 공정에서 배출된 건식 에칭 또는 클리닝 가스를 분해처리하는 고체 반응제 또는 고체 촉매를 이용하는 반응에서 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 반응장치는 캐비닛(cabinet)의 퍼지 가스 라인(purge gas line) 또는 수술실에서 배출되는 폐마취가스(waste anesthetic gas)에 포함된 일산화질소를 고체 촉매를 이용하여 분해함으로써 제거하는 반응에 이용될 수 있다.
도 1의 (a)는 본 발명의 열교환기 일체형 반응장치의 일례를 나타내는 개략 종단면도이고, 도 1의 (b)는 개략 횡단면도이다. 도 1은 본 발명의 열교환기 일체 형 반응장치의 일례를 수직 배향으로 나타내고 있지만, 열교환기(5)의 상단은 반응기(1)에 접속되어 있고, 열교환기(5)의 하단부와 외부 케이싱(6)의 저면은 플랜지(4)에 의해 고정되어 있어서, 장치를 수평 배향으로 사용할 수 있고, 본 발명은 그 실시예를 포함한다.
도 1에 도시된 반응장치는 히터(2)가 접촉하는 측벽과 촉매가 도포되어 있는 펀칭금속판(punching metal plate)(3)으로 이루어지는 반응기(1)와, 반응기의 하단에 접속되는 원통다관형 열교환기(5)를 포함한다.
외부 케이싱(6)의 저면부와 열교환기의 하단부는 플랜지(4)에 의해 서로 고정되어 있다.
원통다관형 열교환기(5)는 다수의 소구경 직선 파이프(관(12))가 그것들의 양단을 2개의 디스크내에 삽입함으로써 고정되고 1개의 셸에 수용되는 열교환기를 의미하고, 이 열교환기는 작은 체적에 넓은 열전달면이 수용될 수 있는 것을 특징으로 한다. 열교환기의 저면부의 디스크면에는 열교환기 내에 도입되기 전의 가스용 내부관(7a)과 처리 후 시스템의 외부로 배출되는 가스용 외부관(7b)으로 이루어지는 이중 배관(7)이 접속되어 있다.
외부 케이싱(6)의 천정과 측벽부는 일체로 형성되거나, 또는 외부 케이싱은 천정과 측벽부가 일체로 결합된 일체형 구조를 가진다. 외부 케이싱은 천정부에 아이볼트(eyebolt) 고정부(9)를 가져서, 외부 케이싱(6)이 덮고 있는 열교환기(5)와 반응기(1)로부터 외부 케이싱(6)이 탈착가능하여, 고체 반응제 또는 촉매를 용이하고 원활하게 교체할 수 있다.
본 발명의 반응장치에 있어서, 열교환기로서 반대 방향의 가스 유동으로 열을 교환하는 일반형을 사용할 수도 있지만, 원통다관형 열교환기를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
도 1에 도시된 반응장치에 있어서, 내부관(7a) 및 외부관(7b)으로 이루어지는 이중 배관(7)에서, 처리될 가스가 내부관 또는 외부관 중 하나를 통해 원통다관형 열교환기(5) 내에 도입된 후 반응기 내에 도입된다. 반응 후, 반응이 이루어진 가스는 원통다관형 열교환기(5)를 다시 통과하여 이중 배관(7)의 나머지 다른 관을 통해 배출된다. 처리될 가스는 내부관(7a)을 통해 도입되고, 반응 후의 가스는 외부관(7b)을 통해 배출되는 것이 바람직하다.
처리될 가스는 원통다관형 열교환기(5)의 중앙부로부터 들어가서 셸의 배플(baffle)(10)에 의해 구획된 유로를 통해 원통형 열교환기의 외측을 향해 흐르고, 다시 중앙부로 흐른다. 도 1에서, 화살표는 가스의 유동을 나타낸다. 열교환기(5) 내의 이러한 가스 유동을 반복함으로써, 도 1에서, 처리될 가스가 열교환기(5) 내에서 지그재그 유동으로 반응기(1)를 향해 점차 올라간다. 이 때, 처리 전의 가스(처리될 가스)는 반응기(1)에서 히터(2)에 의해 열처리된 후의 고온 가스가 흐르는 소구경 직선관(12)의 벽면과 접촉되므로, 지그재그로 흐르는 처리 전의 가스(처리될 가스)가 반응기(1)에 도달할 때까지 처리 전후의 가스들 간에 열이 점차 교환된다.
처리 전의 가스(처리될 가스)는 셸에서 배플(10)에 의해 구획된 유로를 통해 외측으로부터 중앙부를 향해 지그재그로 흘러 열교환이 이루어진 후, 열교환기(5) 와 반응기(1) 사이에 존재하는 유동 포트(flow port)(8)를 통해 반응기(1)를 향해 이동한다. 가스는 반응기에 존재하는 히터(2)와 외부 케이싱 사이의 공간(반응기(1)의 외측의 공간)을 통해 흐르는 동안 더 가열되고, 반응기(1)의 천정부상에 존재하는 펀칭금속판(3)으로부터 반응기(1) 내로 들어가서, 반응기(1)에 미리 채워진 고체 촉매 또는 반응제(11)에 의해 반응처리된다. 처리된 후의 가스는 반응기(1)로부터 나와서 열교환기(5)의 관(12)을 통해 수직 저면을 향해 흘러 내려가고 이러한 유동 중에 상술한 바와 같이 처리 전의 가스와 열교환된다. 온도가 낮아진 후, 가스는 이중 배관(7)의 외부관(7b) 내에 들어가고, 내부관(7a)에 흐르는 처리 전의 가스(처리될 가스)와 열교환된 후, 시스템 외부로 배출된다.
본 발명의 반응장치를 이용함으로써, 처리된 가스의 상기 유동으로 인해 처리 전후의 가스들 간에 열교환이 효율적으로 수행될 수 있어서, 예를 들면, 반응기(1)에 채워진 촉매층이 종래의 반응기와 비교하여 처리된 가스의 유동 방향으로의 온도 분포에 있어서 크게 향상될 수 있고, 촉매층의 온도차가 50℃ 이하로 유지될 수 있다.
반응기(1)에 채워진 반응제(촉매)가 유동 방향으로의 온도 분포에 있어서 50℃ 이하의 온도차를 균일하게 유지하기 위해서는 고효율의 열교환이 중요하지만, 본 발명의 반응장치를 이용함으로써 더욱 효율적인 열교환이 실현될 수 있고, 그 이유는 예를 들면 다음과 같다.
(ⅰ) 열교환기(5)와 반응기(1) 내에 가스가 도입되기 전에, 처리될 가스가 이중 배관(7)에서 미리 열교환될 수 있다.
(ⅱ) 열교환기(5)와 반응기(1)는 일체화되기 때문에, 반응기(1)에서의 반응(처리) 전후의 가스들 간의 열교환이 원활하고 효율적으로 이루어진다.
(ⅲ) 반응기(1)는 히터(2)를 가지고, 처리될 가스는 반응기(1) 내에 가스가 도입되기 전에 히터(2)와 직접 접촉할 수 있어서, 처리될 가스가 반응기(1)에 설정된 온도에 가까워지며 반응기(1) 내에 도입될 수 있다.
반응기(1)는 열전도영역을 넓히기 위해 그 내부에 휜(13)을 가지는 것이 바람직하고, 중앙부를 향해 배치된 휜(13)은 반응기를 채우는 반응제 또는 촉매의 온도를 더욱 균일하게 만드는 데 기여한다. 사용조건에 따라 다르지만, 특히, 반응기의 직경이 10㎝를 넘을 때 그 효과가 크다.
이중 배관(7)은 내부관(7a)과 외부관(7b)으로 이루어진다. 이중 배관 구조는 단지 열효율을 상승시키기 위한 것 뿐만 아니라 반응기의 주변 공간을 절약하여, 예를 들면, 예열을 수행하기 위한 예열기 등을 불필요하게 하기 위한 매우 중요한 요소이다.
열교환 효율이 더욱 향상될 수 있도록 내부관(7a)과 외부관(7b) 사이에 휜이 구비되는 것이 바람직하다.
처리 후의 가스가 흐르는 이중 배관(7)의 외부관(7b)에는 열 방출 효율을 높이고 시스템에서 배출된 가스의 온도를 더욱 낮출 수 있도록 방열판을 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 반응장치에 따르면, 반응기의 온도 분포가 균일해질 수 있어서, 반응기를 채우는 촉매 또는 반응제의 목표 온도를 넓은 범위에 걸쳐 선택할 수 있 고 이는 촉매 또는 반응제의 효율적인 이용을 향상시키고, 반응비를 상승시키며, 비용을 절감할 수 있게 한다.
히터(2)를 가지는 반응기(1)의 하부에 열교환기(5)가 접속되는 일체형 구조의 수직 저면에는 플랜지(4)를 가지는 외부 케이싱(6)이 구비되어 있어서, 반응기(1)가 플랜지(4)로부터 떨어져서 배치될 수 있고 플랜지(4)에서의 가열이 억제될 수 있다. 예를 들면, 반응온도가 450℃정도로 높은 경우에도, 플랜지(4)는 100℃ 이하의 온도로 유지될 수 있다.
종래의 장치에서는, 반응부 부근의 플랜지가 소성되어 문제가 되었지만, 본 발명의 열교환기 일체형 반응장치를 이용함으로써 그러한 문제가 방지될 수 있다. 따라서, 카본이나 금속 패킹 등의 특별한 밀봉재료(패킹)가 불필요하고, Viton(제품명, DuPont Dow Elastomers L.L.C.사 제조)의 O링 등의 100℃ 부근의 온도에서 일반적으로 사용할 수 있는 저온 밀봉재료(패킹)를 사용할 수 있다.
외부 케이싱(6)의 저면에 플랜지(4)가 구비된 본 발명의 반응장치는 저온 밀봉재료를 선택할 수 있다는 것 뿐만 아니라 외부 케이싱에 고정되는 단열재를 원활하게 탈착 또는 제거할 수 있다는 점에서 이점이 있기 때문에, 유지보수가 용이하다. 또한, 천정부와 일체화된 외부 케이싱(6)의 천정부에 구비된 아이볼트 고정부(9)에 아이볼트를 나사고정함으로써 열교환기(5)와 일체화된 반응기(1)로부터 외부 케이싱(6)의 결합이 풀릴 수 있으므로, 반응제 또는 촉매를 원활하게 교체할 수 있다.
히터를 가지는 반응기(1)의 사용온도는 50℃∼700℃, 바람직하게는 100℃∼ 500℃, 더욱 바람직하게는 250℃∼450℃의 범위로 설정될 수 있지만, 이 온도는 반응의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
반응기(1)에 채워지는 촉매 또는 반응제(필러)는 반응의 종류에 따라 자유롭게 선택될 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 필러의 양과 반응기 및 열교환기의 길이 또는 직경은 특별히 한정되지 않고 반응 조건에 따라 자유롭게 선택될 수 있다. 반응기(1)를 채우는 반응제의 중앙부의 온도를 균일하게 만들기 위해, 히터를 가지는 부분으로부터의 열을 반응기(1)의 중앙을 향해 전달하도록 구비된 휜이 온도 분포를 균일하게 만드는데 기여한다. 휜의 수와 그 길이는 특별히 한정되지 않고 반응 조건에 따라 자유롭게 선택될 수 있다.
본 발명의 반응방법은 처리될 가스를 이중 배관(7)의 내부관(7a)과 외부관(7b) 중 하나, 열교환기(5), 히터(2)를 구비한 반응기(1), 열교환기(5)와 이분 배관(7)의 내부관(7a)과 외부관(7b) 중 나머지 다른 관내에 순차적으로 통과시키고, 반응기(1) 내에 처리될 가스가 도입되기 전에 처리될 가스를 히터(2)에 의해 가열함으로써, 반응기 내부의 가스 유동 방향의 온도차를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반응방법에 따르면, 반응기에 촉매/반응제로 채워진 층의 가스 유동 방향에 대한 온도 분포의 온도차를 50℃ 이하로 균일하게 유지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 반응방법은 반응온도를 균일하게 제어할 필요가 있는 다양한 분해반응과 합성반응에 이용될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 반응장치를 이용했을 때 히터를 일정 온도 로 설정하면서 가스의 양을 변화시킴으로써 반응기 내부의 온도 분포를 측정한 결과를 나타낸다. 장치에 있어서, 반응기(1)의 하부에서 플랜지(4)로부터 펀칭금속판(3a)까지의 거리는 대략 190㎜이고, 펀칭금속판(3a) 윗부분은 알루미나 캐리어로 채워져 있다. 반응기에 복수의 휜(13)이 구비된 40L 열교환기 일체형 반응장치(외경: 300㎜φ)에, 고체 반응제(11)로서 알루미나 및 탄산칼슘의 혼합물을 채우고, 가열기를 600℃의 일정 온도로 설정하고, N2가스의 유속을 40, 80, 100L/min으로 변화시키고, 외부 케이싱의 저면의 플랜지부를 0㎜지점이라 가정하여 반응기 내부의 수직방향으로의 온도 분포를 측정했다. 반응기의 수평 중앙부에서 온도(내부온도)를 측정했다. 도 3에 도시된 바와 같이, 반응기 내부의 수직방향으로의 온도 분포는 각 유속마다 균일했다.
도 4는 가스 사용량을 일정하게 유지하면서 히터 온도를 변화시킴으로써 반응기 내부의 온도 분포를 측정한 결과를 나타낸다. 도 3의 경우에서와 같이, 도 1에 도시된 본 발명의 반응장치를 이용했고, 플랜지로부터 반응기까지의 거리는 약 190㎜이고 반응제가 상기 부분 위에 채워진다. 반응기의 수평 중앙부에서 온도(내부온도)를 측정했다. 반응장치에, 반응제를 채우고, N2가스의 유속은 80L/min으로 일정하게 하고, 히터의 온도를 450℃∼600℃로 변화시키고, 외부 케이싱의 저면에서 플랜지부를 0㎜지점이라 가정하여 반응기 내부의 수직방향으로의 온도 분포를 측정하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 반응기 내부의 수직방향으로의 온도 분포는 균일했다.
비교를 위해, 도 2에 도시된 바와 같은 외부 가열시스템을 가지는 40L용의 종래의 반응장치에 대해, 온도 분포의 측정을 수행하였다. 도 2의 반응장치는 크게 반응기(1), 히터(2), 펀칭금속판(3), 및 플랜지(4)로 구성된다.
도 5는 반응제를 채우고, 히터 온도를 600℃로 설정하고, 예열기에서 500℃로 가열된 유동 가스를 80L/min의 N2가스 유속으로 통과시키고, 반응기 저면부에서 펀칭금속판(3)을 0㎜지점이라고 가정했을 때 반응기 내부의 온도 분포를 측정한 결과를 나타낸다. 반응기의 수평 중앙부에서 온도를 측정하여 온도분포를 결정했다. 얻어진 반응기의 온도 분포 최대값이 펀칭금속판(3a)으로부터 약 200㎜ 부근에 나타나는 일반적인 온도 분포이고, 입구 및 출구 온도가 낮다는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 히터를 구비한 반응기와 원통다관형 열교환기가 일체화된 구조를 포함하는 장치를 제공하고, 상기 장치는 반응장치에서 가스를 통과시키는 배관이 처리 전과 처리 후의 가스를 반대 방향으로 통과시키는 내부관과 외부관으로 이루어지는 이중 배관 구조를 가지는 구조를 가진다.
본 발명의 장치를 이용함으로써, 열교환 효율이 향상된다. 또한, 히터를 가지는 반응기는 반응기 내부의 가스 유동 방향으로의 온도 분포를 균일하게 만드는데 유용하다. 반응기를 채우는 촉매 또는 반응제는 목표 온도를 넓은 범위에 걸쳐 유지할 수 있고 온도 제어를 소망하는 촉매 반응 등에서 촉매 등을 효과적으로 사용할 수 있다. 또한, 히터를 구비한 반응기와 원통다관형 열교환기가 일체화되고 반응장치에서 가스를 통과시키는 배관이 처리 전과 처리 후의 가스를 반대 방향으로 통과시키는 내부관과 외부관으로 이루어지는 이중 배관 구조를 가지기 때문에, 반응장치를 소형화할 수 있고 반응장치 주변의 공간을 절약할 수 있다.

Claims (11)

  1. 외부 케이싱(6)에 둘러싸인 열교환기(5)와, 히터(2)를 구비한 반응기(1)를 포함하는 반응장치로서,
    상기 열교환기(5)의 상단은 상기 반응기(1)에 접속되고, 상기 열교환기(5)의 타단부와 상기 외부 케이싱(6)의 저면은 플랜지(4)에 의해 서로 고정되며, 처리될 가스를 도입하고 처리된 가스를 배출하는 이중 배관(7)이 상기 열교환기(5)의 타단부에 접속되어, 상기 가스가 상기 이중 배관(7)의 내부관(7a)과 외부관(7b) 중 하나를 통해 도입되어 나머지 다른 관을 통해 가스가 배출되기까지의 공정 중에 상기 가스가 열교환기(5), 반응기(1), 및 열교환기(5)를 차례로 통과하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열교환기(5)는 원통다관형 열교환기인 것을 특징으로 하는 반응장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외부 케이싱(6)의 천정부에 아이볼트 고정부(9)가 구비되어 상기 외부 케이싱(6)을 탈착할 수 있는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응기(1)의 내부에 휜(13)이 구비되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이중 배관(7)의 내부관(7a) 내측 및 상기 이중 배관(7)의 내부관(7a)과 외부관(7b) 사이 중 하나 이상에 휜을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  6. 제1항에 있어서, 처리될 가스가 상기 내부관(7a)을 통해 도입되고 상기 외부관(7b)을 통해 배출되는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이중 배관(7)의 상기 외부관(7b)은 방열판을 가지는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반응장치를 수평으로 설치되고, 상기 히터(2)를 구비한 반응기(1)와 상기 열교환기(5)는 서로에 대해 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  9. 처리될 가스를 이중 배관(7)의 내부관(7a)과 외부관(7b)중 하나의 관, 열교환기(5), 히터(2)를 구비한 반응기(1), 열교환기(5), 및 상기 이중 배관(7)의 나머지 다른 관의 순서로 순차적으로 통과시키는 단계; 및
    상기 처리될 가스가 상기 반응기(1) 내에 도입되기 전에 상기 처리될 가스를 상기 히터(2)로 가열하여, 상기 반응기(1) 내부의 가스 유동 방향으로의 온도차를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 처리될 가스를 상기 이중 배관(7)의 내부관(7a)을 통해 도입하여 상기 외부관(7b)을 통해 배출하는 것을 특징으로 하는 반응방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 온도차를 50℃ 이하로 조정하는 것을 특징으로 하는 반응방법.
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