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KR102858818B1 - Reactor with micro-channel - Google Patents

Reactor with micro-channel

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KR102858818B1
KR102858818B1 KR1020220173864A KR20220173864A KR102858818B1 KR 102858818 B1 KR102858818 B1 KR 102858818B1 KR 1020220173864 A KR1020220173864 A KR 1020220173864A KR 20220173864 A KR20220173864 A KR 20220173864A KR 102858818 B1 KR102858818 B1 KR 102858818B1
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KR
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reaction
reactor
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fischer
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한승주
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정성우
박명준
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한국화학연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 피셔-트롭쉬 반응을 촉진하는 복수 개의 촉매층; 복수 개의 촉매층에 의해 정의되는 일 방향으로 연장된 복수 개의 반응 유로; 상기 촉매층 중간에 적어도 하나 제공되어 서로 인접한 상기 반응 유로를 연결하는 서브 이동로를 포함하고, 피셔-트롭쉬 반응의 반응물은 상기 반응 유로를 통해 이동하고, 상기 반응 유로의 일부 영역이 막혔을 때 상기 반응물은 상기 서브 이동로를 통해 인접한 상기 반응 유로로 이동하는, 마이크로 채널 반응기가 제공된다. 본 출원에 따르면 반응기 내 코킹 또는 소결이 발생해도 안정적으로 반응 공정을 이어나갈 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a microchannel reactor is provided, comprising: a plurality of catalyst layers that promote a Fischer-Tropsch reaction; a plurality of reaction channels extending in one direction defined by the plurality of catalyst layers; and at least one sub-channel provided in the middle of the catalyst layers to connect adjacent reaction channels, wherein a reactant of a Fischer-Tropsch reaction moves through the reaction channels, and when a portion of the reaction channels is blocked, the reactant moves to an adjacent reaction channel through the sub-channel. According to the present application, even if coking or sintering occurs within the reactor, the reaction process can be stably continued.

Description

마이크로 채널 반응기{Reactor with micro-channel}Reactor with micro-channel

본 발명은 반응기 내 물질의 흐름을 개선하여 반응기 내 막힘 현상을 방지할 수 있는 마이크로 채널 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a microchannel reactor capable of preventing clogging within the reactor by improving the flow of materials within the reactor.

피셔-트롭쉬(Fischer-Tropach, F-T) 반응은 합성가스(synthesis gas, CO+H2)로부터 합성유를 제조하는 반응이며, 합성가스는 주로 석탄의 가스화 또는 천연가스의 리포밍에 의해 제조된다.The Fischer-Tropach (F-T) reaction is a reaction that produces synthetic oil from synthesis gas (CO+H2), and synthesis gas is mainly produced by coal gasification or natural gas reforming.

CO + 2H2 → CnH2n + H2O, △H298 = -160 kJ/molCO + 2H 2 → C n H 2n + H 2 O, △H 298 = -160 kJ/mol

상기 식과 같이 피셔-트롭쉬 반응은 강한 발열반응으로서, 반응열 제어가 매우 중요한 요소중 하나이다. 반응열 제어가 안될 경우 반응기 온도가 급격히 상승하여 반응공정의 안전에 심각한 문제를 초래할 뿐 아니라 C5+ 선택도가 급격히 감소하기 때문에 이를 제어할 효과적인 해결책이 필요하다.As shown in the equation above, the Fischer-Tropsch reaction is a strongly exothermic reaction, making heat of reaction control a critical factor. Failure to control the heat of reaction not only leads to a rapid rise in reactor temperature, which poses serious safety risks to the reaction process, but also a sharp decline in C5+ selectivity. Therefore, an effective solution is needed to control this phenomenon.

통상 마이크로 채널 반응기는 플레이트(plate)가 적층된 구조로서, 촉매층이 있는 층은 상-하에 냉매층을 가지고 있으며 촉매층은 수 밀리미터 정도의 두께를 가지고 있다. 마이크로 채널 반응기는 기존의 전통적인 튜브 형태의 고정상 촉매 반응기에 비해 열전달 면적이 10~100배 이상 크기 때문에 열교환 성능이 뛰어나 강한 발열반응이나 흡열반응의 반응기로서 주목 받아왔다. 현재 마이크로채널 반응기는 강한 발열반응인 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응의 컴팩트 반응기로서 상업화가 진행 중에 있다.Typically, microchannel reactors are structured with stacked plates, with the catalyst layer having refrigerant layers above and below it, and the catalyst layer having a thickness of several millimeters. Compared to traditional tube-shaped fixed-bed catalytic reactors, microchannel reactors have a heat transfer surface area 10 to 100 times larger, offering superior heat exchange performance and attracting attention as reactors for either highly exothermic or endothermic reactions. Currently, microchannel reactors are being commercialized as compact reactors for the highly exothermic Fischer-Tropsch reaction.

마이크로 채널 반응기는 상술한 것과 같이 열교환 성능이 우수하다는 장점이 있으나, 반응중간에 촉매의 표면에 탄소가 쌓여 반응성을 낮추는 코킹(coking) 현상과 나노입자가 서로 뭉치게 되는 소결(sintering) 현상, 그리고 이로 인해 반응기 압력이 증가하여 생기는 안전상의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 마이크로 채널 반응기에 대하여 코킹, 소결 현상을 방지할 수 있는 개선된 구조가 필요하다.Microchannel reactors, as described above, offer the advantage of superior heat exchange performance. However, they can also pose safety risks, such as coking, where carbon accumulates on the catalyst surface during the reaction, reducing reactivity. Furthermore, sintering, where nanoparticles clump together, can also lead to increased reactor pressure. Therefore, an improved structure is needed to prevent coking and sintering in microchannel reactors.

본 발명의 하나의 목적은 마이크로 채널 반응기 내 반응 유로의 형태를 개선하여, 코킹, 소결 현상이 나타나도 안정적으로 반응 공정을 수행할 수 있는 반응기를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a reactor capable of stably performing a reaction process even when coking and sintering phenomena occur by improving the shape of a reaction path in a microchannel reactor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 피셔-트롭쉬 반응을 촉진하는 복수 개의 촉매층; 복수 개의 촉매층에 의해 정의되는 일 방향으로 연장된 복수 개의 반응 유로; 상기 촉매층 중간에 적어도 하나 제공되어 서로 인접한 상기 반응 유로를 연결하는 서브 이동로를 포함하고, 피셔-트롭쉬 반응의 반응물은 상기 반응 유로를 통해 이동하고, 상기 반응 유로의 일부 영역이 막혔을 때 상기 반응물은 상기 서브 이동로를 통해 인접한 상기 반응 유로로 이동하는, 마이크로 채널 반응기가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a microchannel reactor is provided, comprising: a plurality of catalyst layers that promote a Fischer-Tropsch reaction; a plurality of reaction channels extending in one direction defined by the plurality of catalyst layers; and at least one sub-channel provided in the middle of the catalyst layers to connect adjacent reaction channels, wherein a reactant of a Fischer-Tropsch reaction moves through the reaction channel, and when a portion of the reaction channel is blocked, the reactant moves to the adjacent reaction channel through the sub-channel.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매층 각각에 대하여 상기 서브 이동로는 2개 이상 10개 이하의 개수로 제공되는, 마이크로 채널 반응기가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a microchannel reactor is provided in which the sub-movement paths are provided in a number of 2 to 10 for each of the catalyst layers.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매층과 인접하여 제공된 냉매층을 더 포함하는, 마이크로 채널 반응기가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a microchannel reactor is provided, further comprising a refrigerant layer provided adjacent to the catalyst layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응 유로는 1 mm 내지 100 mm 크기의 직경을 갖는, 마이크로 채널 반응기가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a microchannel reactor is provided, wherein the reaction path has a diameter of 1 mm to 100 mm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서브 이동로는 1 mm 내지 10 mm의 폭을 갖는, 마이크로 채널 반응기가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a microchannel reactor is provided, wherein the sub-channel has a width of 1 mm to 10 mm.

본 발명에 따르면, 마이크로 채널 반응기 내 반응 유로의 형태를 개선하여, 코킹, 소결 현상이 나타나도 안정적으로 반응 공정을 수행할 수 있다.According to the present invention, by improving the shape of the reaction path in a microchannel reactor, a reaction process can be stably performed even when coking and sintering phenomena occur.

또한, 반응기 내부에서 반응물과 생성물의 흐름이 우수하여, 마이크로 채널 반응기 효율이 향상될 수 있다.In addition, the flow of reactants and products inside the reactor is excellent, so the efficiency of the microchannel reactor can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 마이크로 채널 반응기의 사시도 및 단면도이다.
도 2a는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하지 않은 정상 상태에서의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 분석한 결과이다. 도 2b는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하지 않은 정상 상태에서의 유로 내 흐름 속도 분석 결과이다. 도 2c는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하지 않은 정상 상태에서의 유로 내 온도 분포 분석 결과이다.
도 3a는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하였을 때의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 분석한 결과이다. 도 3b는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 흐름 속도 분석 결과이다. 도 3c는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 온도 분포 분석 결과이다.
도 4a는 실시예와 비교예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 분석한 결과이다. 도 4b는 실시예와 비교예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 흐름 속도 분석 결과이다. 도 4c는 실시예와 비교예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 온도 분포 분석 결과이다.
도 5a는 실시예와 비교예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 분석한 결과이다. 도 5b는 실시예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 흐름 속도 분석 결과이다. 도 5c는 실시예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 온도 분포 분석 결과이다.
FIG. 1 is a perspective view and a cross-sectional view of a microchannel reactor according to one embodiment of the present invention.
Figure 2a shows the results of analyzing the Fischer-Tropsch reaction efficiency at steady state without blockage in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 2b shows the results of analyzing the flow velocity within the flow path at steady state without blockage in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 2c shows the results of analyzing the temperature distribution within the flow path at steady state without blockage in the reactors of the examples and comparative examples.
Figure 3a shows the results of analyzing the Fischer-Tropsch reaction efficiency when blockage occurred in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 3b shows the results of analyzing the flow velocity within the flow path when blockage occurred in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 3c shows the results of analyzing the temperature distribution within the flow path when blockage occurred in the reactors of the examples and comparative examples.
Figure 4a shows the results of analyzing the Fischer-Tropsch reaction efficiency when multiple channels were blocked in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 4b shows the results of analyzing the flow velocity within the channels when multiple channels were blocked in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 4c shows the results of analyzing the temperature distribution within the channels when multiple channels were blocked in the reactors of the examples and comparative examples.
Figure 5a shows the results of analyzing the Fischer-Tropsch reaction efficiency when multiple channels were blocked in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 5b shows the results of analyzing the flow velocity within the channels when multiple channels were blocked in the reactor of the examples. Figure 5c shows the results of analyzing the temperature distribution within the channels when multiple channels were blocked in the reactor of the examples.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings and the contents described in the attached drawings, but the present invention is not limited or restricted by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing embodiments only and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, the terms "comprises" and/or "comprising" do not exclude the presence or addition of one or more other components, steps, operations, and/or elements.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.The terms “embodiment,” “example,” “aspect,” “example,” and the like as used herein are not to be construed as implying that any aspect or design described is better or advantageous over other aspects or designs.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the following description have been selected as common and universal in the relevant technical fields. However, other terms may be used depending on technological developments and/or changes, customs, and the preferences of technicians. Therefore, the terms used in the following description should not be construed as limiting the technical concepts, but rather as exemplary terms used to describe the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Additionally, in certain cases, the applicant may arbitrarily select terms, in which case their detailed meanings will be described in the relevant description. Therefore, the terms used in the following description should be understood not simply as names, but based on their inherent meaning and the overall context of the specification.

한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.While terms like "first" and "second" can be used to describe various components, the components themselves are not limited by these terms. These terms are used solely to distinguish one component from another.

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.Additionally, when a part such as a film, layer, area, or component request is said to be "on top" or "over" another part, this includes not only cases where it is directly on top of the other part, but also cases where there are other films, layers, areas, components, etc. intervening therebetween.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in the same sense as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Furthermore, terms defined in commonly used dictionaries shall not be interpreted ideally or excessively unless explicitly and specifically defined otherwise.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, when describing the present invention, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, such detailed description will be omitted. Furthermore, the terminology used in this specification is intended to appropriately express embodiments of the present invention and may vary depending on the intent of the user or operator, or the practices of the field to which the present invention pertains. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 반응기는 서로 인접한 반응 유로를 연결하는 서브 이동로를 포함하여, 반응 유로 일부 영역에 코킹, 소결이 발생해도 안정적으로 공정을 이어나갈 수 있다.A microchannel reactor according to one embodiment of the present invention includes a sub-channel connecting adjacent reaction channels, so that a process can be stably continued even if coking or sintering occurs in a part of the reaction channel.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 반응기의 사시도 및 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view and a cross-sectional view of a microchannel reactor according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 반응기는 피셔-트롭쉬 반응을 촉진하는 복수 개의 촉매층(100); 복수 개의 촉매층(100)에 의해 정의되는 일 방향으로 연장된 복수 개의 반응 유로(110); 상기 촉매층(100) 중간에 적어도 하나 제공되어 서로 인접한 상기 반응 유로(110)를 연결하는 서브 이동로(120)를 포함하고, 피셔-트롭쉬 반응의 반응물은 상기 반응 유로(110)를 통해 이동하고, 상기 반응 유로(110)의 일부 영역이 막혔을 때 상기 반응물은 상기 서브 이동로(120)를 통해 인접한 상기 반응 유로(110)로 이동하도록 구성된다.Referring to FIG. 1, a microchannel reactor according to one embodiment of the present invention comprises: a plurality of catalyst layers (100) that promote a Fischer-Tropsch reaction; a plurality of reaction channels (110) extending in one direction defined by the plurality of catalyst layers (100); and at least one sub-channel (120) provided in the middle of the catalyst layers (100) to connect adjacent reaction channels (110), wherein a reactant of a Fischer-Tropsch reaction moves through the reaction channel (110), and when a portion of the reaction channel (110) is blocked, the reactant is configured to move to the adjacent reaction channel (110) through the sub-channel (120).

촉매층(100)은 피셔-트롭쉬 반응을 촉진하기 위한 촉매를 포함하며, 반응물이 공급되어 반응이 일어나는 장소를 의미한다. 촉매층(100)에는 상술한 피셔-트롭쉬 반응을 촉진할 수 있는 촉매가 제공된다. 촉매는 피셔-트롭쉬 반응의 활성화 에너지를 낮추어 반응이 더 빠르게 일어날 수 있도록 한다. 이를 위해 촉매층(100)에는 철계 촉매 또는 코발트계 촉매가 제공될 수 있다. 다만, 상술한 촉매의 종류는 예시적인 것에 불과하며, 필요에 따라서는 피셔-트롭쉬 반응에 대한 활성이 우수한 물질로 촉매층(100)을 구성할 수 있다. 또한, 촉매는 다공성 촉매, 분자체, 모노리스 촉매, 담지 촉매 등 다양한 형태일 수 있다.The catalyst layer (100) includes a catalyst for promoting the Fischer-Tropsch reaction, and refers to a place where reactants are supplied and the reaction occurs. A catalyst capable of promoting the above-described Fischer-Tropsch reaction is provided in the catalyst layer (100). The catalyst lowers the activation energy of the Fischer-Tropsch reaction so that the reaction can occur more quickly. For this purpose, an iron-based catalyst or a cobalt-based catalyst may be provided in the catalyst layer (100). However, the types of catalysts described above are merely exemplary, and the catalyst layer (100) may be composed of a material having excellent activity for the Fischer-Tropsch reaction, if necessary. In addition, the catalyst may be in various forms, such as a porous catalyst, a molecular sieve, a monolithic catalyst, or a supported catalyst.

촉매층(100)에 촉매를 제공하는 형태에는 제한이 없다. 예를 들어, 입자상 촉매가 장입되어 촉매층(100)을 형성할 수도 있고, 반응기 내벽에 촉매가 코팅되는 등 다양한 형태로 촉매가 제공될 수 있다.There is no limitation on the form in which the catalyst is provided to the catalyst layer (100). For example, the catalyst may be provided in various forms, such as by loading a particulate catalyst to form the catalyst layer (100), or by coating the inner wall of the reactor with the catalyst.

촉매층(100)은 촉매가 제공된 반응 유로(110)를 정의한다. 구체적으로, 촉매층(100)에 의해 둘러싸여 반응물이 지나가고 반응할 수 있는 빈 공간을 반응 유로(110)로 정의할 수 있다. 상기 반응 유로(110) 내에서는 반응물이 유입되어 발열 반응에 의해 반응 생성물로 전환될 수 있다. 즉, 반응 유로(110)는 반응물과 반응 생성물이 흐를 수 있는 배관 형태로 제공될 수 있으며, 촉매는 배관(반응 유로(110))의 벽면에 코팅되거나 벽면에 충진된 형태로 제공될 수 있다.The catalyst layer (100) defines a reaction path (110) in which a catalyst is provided. Specifically, an empty space surrounded by the catalyst layer (100) through which reactants can pass and react can be defined as the reaction path (110). Within the reaction path (110), reactants can be introduced and converted into reaction products through an exothermic reaction. That is, the reaction path (110) can be provided in the form of a pipe through which reactants and reaction products can flow, and the catalyst can be provided in the form of being coated on the wall surface of the pipe (reaction path (110)) or filled on the wall surface.

반응 유로(110)는 일 방향으로 연장된 형태를 갖는다. 이때 일 방향으로 연장된 형태라는 것은 반응 유로(110)의 전체적인 형상이 일 방향으로 길게 뻗어 있는 모습을 나타냄을 의미한다. 즉, 반응 유로(110)는 반드시 직선 형태여야 하는 것은 아니며, 곡선 형태일 수 있고, 반응 유로(110)에 하나 이상의 코너가 제공될 수도 있다. 반응 유로(110)의 형태는 반응물이 반응 유로(110) 내부로 유입되어 촉매층(100)과 만나면서 흐르는 구조를 갖고, 이에 따라 반응물이 흐르면서 피셔-트롭쉬 반응이 발생할 수 있다면 제한이 없다.The reaction path (110) has a shape that extends in one direction. Here, the shape that extends in one direction means that the overall shape of the reaction path (110) shows a shape that extends long in one direction. In other words, the reaction path (110) does not necessarily have to be a straight line, and may have a curved shape, and one or more corners may be provided in the reaction path (110). There is no limitation on the shape of the reaction path (110) as long as it has a structure in which the reactants flow into the reaction path (110) and meet the catalyst layer (100) and thus the Fischer-Tropsch reaction can occur as the reactants flow.

반응 유로(110)는 복수 개 제공된다. 예를 들어, 반응 유로(110)는 복수 개가 병렬적으로 제공된 것일 수 있다. 복수 개의 반응 유로(110)는 서로 이격되어 제공된다. 이때 촉매층(100)은 표면의 촉매 코팅과 촉매 코팅 아래에 제공된 버퍼층으로 구성될 수 있다. 따라서, 반응 유로를 정의하는 촉매층(100)은 버퍼층과 버퍼층의 양 면에 제공된 촉매 코팅으로 구성될 수 있다. A plurality of reaction channels (110) are provided. For example, a plurality of reaction channels (110) may be provided in parallel. The plurality of reaction channels (110) are provided spaced apart from each other. In this case, the catalyst layer (100) may be composed of a catalyst coating on the surface and a buffer layer provided under the catalyst coating. Accordingly, the catalyst layer (100) defining the reaction channel may be composed of a buffer layer and a catalyst coating provided on both sides of the buffer layer.

반응 유로(110)는 1 mm 내지 100 mm 크기의 직경을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기는 마이크로 채널 반응기일 수 있다. 마이크로 채널을 이용한 반응기(이하, 마이크로 채널 반응기라 함)는 마이크로 채널이 구비된 다수의 단위 반응기를 결합한 구조로서, 피셔 트롭시 반응과 같은 화학반응을 수행하기에 매우 효과적인 컴팩트 반응기이다. 특히, 기존의 고정층 반응기에 비해 물질 및 열교환이 원활히 이루어져 촉매의 성능을 극대화할 수 있는 구조를 가지므로 소형 연료전지의 수소공급장치, 천연가스로부터 합성석유를 제조하는 GTL(gas to liquid) 공정, 해상환경에 적용 가능한 GTL-FPSO 공정, 석유화학공정, 정밀화학공정 및 에너지 환경 공정 등에 효과적인 것으로 평가되고 있다.The reaction path (110) may have a diameter of 1 mm to 100 mm. Therefore, the reactor according to one embodiment of the present invention may be a microchannel reactor. A reactor using microchannels (hereinafter referred to as a microchannel reactor) is a compact reactor that is very effective in performing chemical reactions such as the Fischer-Tropsch reaction, having a structure that combines a plurality of unit reactors equipped with microchannels. In particular, compared to a conventional fixed-bed reactor, it has a structure that allows smooth material and heat exchange to maximize the performance of the catalyst, and therefore is evaluated to be effective in a hydrogen supply device for a small fuel cell, a GTL (gas to liquid) process for producing synthetic oil from natural gas, a GTL-FPSO process applicable to a marine environment, a petrochemical process, a fine chemical process, and an energy and environmental process.

마이크로 채널 반응기는 반응을 촉진시키기 위해 각종 유체가 흐르게 되는 미세 폭의 마이크로 채널(반응 유로(110))이 내부에 구비되는 바, 이러한 마이크로 채널은 금속 박판의 표면에 정밀 기계가공이나 화학적 식각, 엑스-선 식각, 도금 및 주조 등을 혼용한 리가(LIGA) 공법 등에 의해 만들어질 수 있다.A microchannel reactor is provided with micro-wide microchannels (reaction channels (110)) inside through which various fluids flow to promote reactions. These microchannels can be made by a LIGA method that combines precision machining, chemical etching, X-ray etching, plating, and casting on the surface of a metal sheet.

상기와 같은 마이크로 채널(반응 유로(110))은 폭이 좁으면서 폭에 비해 깊이가 깊어야 촉매반응이나 열교환 측면에서 바람직하며, 단위 반응기의 용량을 증가시키기 위해 마이크로 채널이 형성된 다수의 마이크로 채널 박판을 적층시켜 반응기로 공급된 유체가 반응기를 구성하는 각 박판의 마이크로 채널로 분배되어 흐르도록 구성될 수 있다. 이때 각 마이크로 채널(반응 유로(110))는 독립된 반응 공간을 구성하는 것이 일반적이다. The above microchannel (reaction path (110)) should be narrow in width and deep in relation to its width, which is desirable in terms of catalytic reaction or heat exchange. In order to increase the capacity of a unit reactor, a plurality of microchannel plates having microchannels formed thereon may be stacked so that the fluid supplied to the reactor is distributed and flows through the microchannels of each plate constituting the reactor. In this case, it is common for each microchannel (reaction path (110)) to constitute an independent reaction space.

그러나, 상술한 것과 같이 마이크로 채널(반응 유로(110))의 폭을 줄일 경우, 반응중간에 촉매의 표면에 탄소가 쌓여 반응성을 낮추는 코킹(coking) 현상과 나노입자가 서로 뭉치게 되는 소결(sintering) 현상으로 반응 유로(110)가 막힐 우려가 있다. 그리고 이로 인해 반응기 압력이 증가하여 생기는 안전상의 문제가 발생할 수 있다.However, as described above, if the width of the microchannel (reaction path (110)) is reduced, there is a risk that the reaction path (110) may be blocked due to coking, in which carbon accumulates on the surface of the catalyst during the reaction, lowering the reactivity, and sintering, in which nanoparticles clump together. This may also lead to safety issues caused by increased reactor pressure.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면, 촉매층(100) 중간에 서로 인접한 반응 유로(110)를 연결하기 위한 서브 이동로(120)가 적어도 하나 이상 제공된다. 서브 이동로(120)는 촉매층(100)의 일부 영역이 제거된 개구(hole)를 의미한다.To solve this problem, according to the present invention, at least one sub-movement path (120) is provided in the middle of the catalyst layer (100) to connect adjacent reaction paths (110). The sub-movement path (120) means an opening (hole) from which a portion of the catalyst layer (100) is removed.

서브 이동로(120)는 서로 인접한 반응 유로(110)를 연결함으로써, 특정 반응 유로(110)가 코킹 및/또는 소결에 의해 막혔을 때 반응물이 다른 인접한 반응 유로(110)로 흐를 수 있도록 한다.The sub-channels (120) connect adjacent reaction channels (110) so that when a particular reaction channel (110) is blocked by coking and/or sintering, the reactants can flow to another adjacent reaction channel (110).

서브 이동로(120)는 복수 개 제공될 수 있는데, 일 실시예에 따르면 2개 이상 10개 이하의 개수로 제공될 수 있다. 서브 이동로(120)의 개수가 2개 미만일 때에는 서브 이동로(120)에 의한 반응 유로(110) 연결 효과가 미미할 수 있다. 반대로, 서브 이동로(120)가 10개보다 많이 제공될 때에는 반응 유로(110)를 흐르는 가스가 일 방향으로 흐르는 것이 아니라 서브 이동로(120)로 계속 빠지기 때문에 반응물의 흐름성이 저하될 수 있다. 이에 따라 반응 효율이 저하될 수 있다. 서브 이동로(120)의 개수는 반응기의 크기, 반응물의 양 등을 고려하여 설계할 수 있다. 서브 이동로(120)가 2개 이상 10개 이하 개수로 제공되었을 때, 반응 유로(110)를 흐르는 반응물의 유속을 적절히 감소시키고, 이에 따라 피셔-트롭쉬 반응량을 증가시킬 수 있다.A plurality of sub-movement paths (120) may be provided, and in one embodiment, the number may be 2 or more and 10 or less. When the number of sub-movement paths (120) is less than 2, the effect of connecting the reaction path (110) by the sub-movement paths (120) may be minimal. Conversely, when more than 10 sub-movement paths (120) are provided, the gas flowing through the reaction path (110) does not flow in one direction but continues to fall into the sub-movement paths (120), which may reduce the flowability of the reactants. Accordingly, the reaction efficiency may be reduced. The number of sub-movement paths (120) may be designed in consideration of the size of the reactor, the amount of reactants, etc. When the number of sub-movement paths (120) is 2 or more and 10 or less, the flow rate of the reactants flowing through the reaction path (110) can be appropriately reduced, thereby increasing the Fischer-Tropsch reaction amount.

서브 이동로(120)는 반응 유로(110)의 중간 영역에 제공될 수 있다. 이때 중간 영역이란 반응 유로(110)의 입구 영역, 출구 영역을 제외한 영역을 의미할 수 있다. 서브 이동로(120)는 반응 중 반응 유로(110)가 막혔을 때 반응물의 흐름을 개선하기 위해 제공되는 부재이다. 반응 유로(110)의 입구 영역에서는 아직 피셔-트롭쉬 반응이 많이 일어나지 않았기 때문에 반응에 의해 반응 유로(110)가 막힐 우려가 거의 없다. 따라서, 반응 유로(110)의 입구 영역에 서브 이동로(120)를 제공할 경우 반응 유로(110) 폐색시 우회 효과는 미미하고, 오히려 서브 이동로(120)가 디퓨저(diffuser)와 같이 반응물을 퍼뜨려 반응물이 하나의 반응 유로(110)를 따라 흐르는 것을 방해할 수 있다. 또한, 서브 이동로(120)가 반응 유로(110)의 출구 영역에 제공된 경우에도, 이미 반응이 대부분 완료된 후 반응 생성물의 이동에만 영향을 주기 때문에 반응 유로(110) 폐색시 반응물의 우회 효과는 미미하다.A sub-movement path (120) may be provided in the middle region of the reaction path (110). In this case, the middle region may mean an area excluding the inlet region and the outlet region of the reaction path (110). The sub-movement path (120) is a member provided to improve the flow of reactants when the reaction path (110) is blocked during a reaction. Since the Fischer-Tropsch reaction has not yet occurred significantly in the inlet region of the reaction path (110), there is little concern that the reaction path (110) will be blocked by the reaction. Therefore, if the sub-movement path (120) is provided in the inlet region of the reaction path (110), the bypass effect when the reaction path (110) is blocked is minimal, and rather, the sub-movement path (120) may spread the reactants like a diffuser, thereby hindering the reactants from flowing along one reaction path (110). In addition, even if the sub-movement path (120) is provided in the outlet area of the reaction path (110), the effect of diversion of the reactants when the reaction path (110) is blocked is minimal because it only affects the movement of the reaction products after the reaction is mostly completed.

서브 이동로(120)가 복수 개 제공될 경우, 복수 개의 서브 이동로(120)는 서로 이격되어 제공될 수 있다. 서브 이동로(120)가 인접하여 뭉쳐있을 경우, 반응물이 반응 유로(110)를 따라 흐르기 보다는 서브 이동로(120)로 빠지는 양이 많아 반응물의 흐름성 및 반응 효율이 떨어질 수 있기 때문이다.When multiple sub-movement paths (120) are provided, the multiple sub-movement paths (120) may be provided spaced apart from each other. This is because when the sub-movement paths (120) are adjacent and clustered together, the amount of reactants falling into the sub-movement paths (120) rather than flowing along the reaction path (110) may be large, which may reduce the flowability of the reactants and the reaction efficiency.

서브 이동로(120)는 1 mm 내지 10 mm의 폭을 가질 수 있다. 상술한 범위의 폭을 가짐으로써 1 mm 내지 100 mm 크기의 직경을 갖는 마이크로 채널(반응 유로(110))와 함께 사용되었을 때, 반응 유로(110)를 따르는 반응물의 흐름을 방해하지 않으면서도, 반응 유로(110)에 폐색이 발생했을 때 우회로를 제공할 수 있다.The sub-channel (120) may have a width of 1 mm to 10 mm. By having a width in the above-described range, when used with a microchannel (reaction channel (110)) having a diameter of 1 mm to 100 mm, it is possible to provide a bypass when a blockage occurs in the reaction channel (110) without impeding the flow of reactants along the reaction channel (110).

한편, 촉매층(100)의 일 측에는 반응물이 제공되는 촉매층 유입구가 제공되며, 타 측에는 생성물이 배출되는 촉매층 배출구가 제공될 수 있다. 촉매층 유입구와 촉매층 배출구는 촉매가 충진된 영역을 사이에 두고 서로 반대되는 위치에 제공될 수 있다. 촉매층(100)의 유입구와 촉매층(100)의 배출구는 충분한 거리를 두고 떨어져 제공될 수 있다. 이에 따라, 반응물이 모두 발열 반응에 의해 반응 생성물로 전환되고, 반응 생성물이 배출될 수 있다. Meanwhile, a catalyst layer inlet through which reactants are supplied may be provided on one side of the catalyst layer (100), and a catalyst layer outlet through which products are discharged may be provided on the other side. The catalyst layer inlet and the catalyst layer outlet may be provided at opposite positions with a region filled with catalyst therebetween. The catalyst layer (100) inlet and the catalyst layer (100) outlet may be provided at a sufficient distance apart from each other. Accordingly, all reactants may be converted into reaction products through an exothermic reaction, and the reaction products may be discharged.

또한, 촉매층(100)과 인접하여 냉매층이 제공될 수 있다. 냉매층은 복수 개 제공될 수 있는데 이 경우 냉매층은 촉매층(100)을 사이에 두고 마주보는 형태로 제공될 수 있다. 냉매층은 피셔-트롭쉬 반응에서 발생한 열을 제거할 수 있다.Additionally, a refrigerant layer may be provided adjacent to the catalyst layer (100). A plurality of refrigerant layers may be provided, and in this case, the refrigerant layers may be provided facing each other with the catalyst layer (100) interposed therebetween. The refrigerant layer can remove heat generated in the Fischer-Tropsch reaction.

한편, 반응기의 외측면에는 안전판넬이 더 제공될 수 있다. 안전판넬은 반응기의 양 측면에 제공될 수 있다. 안전판넬은 외부 충격으로부터 반응기 내에 제공된 냉매층 또는 촉매층(100)을 보호하기 위해 제공될 수 있다. 안전판넬은 외부 충격을 방지할 수 있는 한에서 다양한 두께, 형태 및 소재로 제공될 수 있다.Meanwhile, additional safety panels may be provided on the outer surface of the reactor. The safety panels may be provided on both sides of the reactor. The safety panels may be provided to protect the refrigerant layer or catalyst layer (100) provided within the reactor from external impacts. The safety panels may be provided in various thicknesses, shapes, and materials as long as they can prevent external impacts.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기, 반응기에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 실시예와 비교예 반응기의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 비교하여 본 발명에 따른 반응기의 우수한 효과를 확인한다.The above describes a reactor according to one embodiment of the present invention. Below, the Fischer-Tropsch reaction efficiency of the reactors of the embodiment and comparative examples is compared to confirm the superior effectiveness of the reactor according to the present invention.

이하 실시예와 비교예에서 8개의 촉매층이 제공되고 촉매층 사이사이 및 촉매층과 외부패널 사이에 반응 유로가 제공된(반응 유로 총 9개) 마이크로 채널 반응기가 개시되어 있다. 비교예의 매이크로 채널 반응기는 인접한 반응 유로를 연결하는 서브 이동로가 제공되지 않는다. 실시예 1의 반응기는 각 촉매층에 폭 30 mm의 서브 이동로가 2개씩 제공된다. 실시예 2의 반응기는 각 촉매층에 폭 15 mm의 서브 이동로가 4개씩 제공된다. 실시예 3의 반응기는 각 촉매층에 폭 10 mm의 서브 이동로가 6개씩 제공된다.In the following examples and comparative examples, a microchannel reactor is disclosed in which eight catalyst layers are provided and reaction channels are provided between the catalyst layers and between the catalyst layers and the outer panel (a total of nine reaction channels). The macrochannel reactor of the comparative example does not provide sub-channels connecting adjacent reaction channels. The reactor of Example 1 is provided with two sub-channels each having a width of 30 mm for each catalyst layer. The reactor of Example 2 is provided with four sub-channels each having a width of 15 mm for each catalyst layer. The reactor of Example 3 is provided with six sub-channels each having a width of 10 mm for each catalyst layer.

실시예와 비교예의 반응기로 피셔-트롭쉬 반응을 수행하였는데, 이때 반응기의 입구 온도는 233 ℃로, 반응기 내 압력은 22 bar로 유지했다. 반응기 내에 몰 비(molar ratio)로 H2 0.57, CO 0.28, CO2 0.09, Ar 0.06 비율로 구성된 반응 가스를 5921.4 mL/g-cat/h 속도(CO+H2 기준)로 주입하며 반응시켰다.The Fischer-Tropsch reaction was performed in the reactors of the examples and comparative examples, at which time the inlet temperature of the reactor was maintained at 233°C and the pressure inside the reactor was maintained at 22 bar. The reaction gas composed of a molar ratio of H 2 0.57, CO 0.28, CO 2 0.09, and Ar 0.06 was injected into the reactor at a rate of 5921.4 mL/g-cat/h (based on CO+H 2 ) and the reaction was performed.

도 2a는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하지 않은 정상 상태에서의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 분석한 결과이다. 도 2b는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하지 않은 정상 상태에서의 유로 내 흐름 속도 분석 결과이다. 도 2c는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하지 않은 정상 상태에서의 유로 내 온도 분포 분석 결과이다.Figure 2a shows the results of analyzing the Fischer-Tropsch reaction efficiency at steady state without blockage in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 2b shows the results of analyzing the flow velocity within the flow path at steady state without blockage in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 2c shows the results of analyzing the temperature distribution within the flow path at steady state without blockage in the reactors of the examples and comparative examples.

도 2a를 참고하면, 반응기 내 폐색(channeling)이 발생하지 않은 경우, 피셔-트롭쉬 반응에 따라 비교예에서는 66.815%의 CO 전환율을 보였으며, 실시예 1에서는 68.311%, 실시예 2에서는 68.402%, 실시예 3에서는 68.907%의 CO 전환율을 보였다. 실시예에 따른 반응기는 서브 이동로가 제공된 구간에서 유속이 감소하면서 반응량이 증가하였고, 이에 따라 피셔-트롭쉬 반응에 따른 CO 전환율이 비교예에 비해 2% 가량 증가한 것으로 파악된다.Referring to Fig. 2a, when no channeling occurred in the reactor, the comparative example showed a CO conversion rate of 66.815%, Example 1 showed a CO conversion rate of 68.311%, Example 2 showed a CO conversion rate of 68.402%, and Example 3 showed a CO conversion rate of 68.907% according to the Fischer-Tropsch reaction. In the reactor according to the example, the reaction amount increased as the flow rate decreased in the section where the sub-movement path was provided, and accordingly, it was found that the CO conversion rate according to the Fischer-Tropsch reaction increased by about 2% compared to the comparative example.

도 2b를 참고하면, 실시예 1, 2, 3에서 서브 이동로가 제공된 영역에서 반응물의 유속이 큰 폭으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 서브 이동로를 제공함으로써 적절히 반응물의 유속을 감소시키고 피셔-트롭쉬 반응량을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 다만, 서브 이동로가 제공된 영역에서 반응물의 유속이 크게 감소하기 때문에 서브 이동로가 지나치게 많아지면 반응물의 이동속도가 저하되어 원활한 반응이 어려울 수 있음도 알 수 있다.Referring to Fig. 2b, it can be confirmed that the flow rate of the reactants is significantly reduced in the areas where sub-pathways are provided in Examples 1, 2, and 3. Therefore, it can be seen that by providing sub-pathways, the flow rate of the reactants can be appropriately reduced and the Fischer-Tropsch reaction amount can be increased. However, since the flow rate of the reactants is significantly reduced in the areas where sub-pathways are provided, it can also be seen that if there are too many sub-pathways, the movement speed of the reactants may be reduced, making it difficult to achieve a smooth reaction.

도 2c를 참고하면, 반응 유로 폐색이 없는 경우, 반응에 따른 온도 분포는 실시예와 비교예 유사하게 나타난 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 2c, it can be confirmed that when there is no reaction path blockage, the temperature distribution according to the reaction is similar to that of the example and comparative example.

다음으로, 반응 유로에 폐색이 발생하였을 때의 반응물의 이동 및 반응 형태에 대하여 살펴보았다.Next, we examined the movement of reactants and the reaction pattern when a blockage occurred in the reaction path.

도 3a는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하였을 때의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 분석한 결과이다. 도 3b는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 흐름 속도 분석 결과이다. 도 3c는 실시예와 비교예 반응기에서 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 온도 분포 분석 결과이다.Figure 3a shows the results of analyzing the Fischer-Tropsch reaction efficiency when blockage occurred in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 3b shows the results of analyzing the flow velocity within the flow path when blockage occurred in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 3c shows the results of analyzing the temperature distribution within the flow path when blockage occurred in the reactors of the examples and comparative examples.

도 3a 내지 도 3c에서는 5번째 반응 유로에서 폐색(channeling)이 발생하였을 때의 반응 효율, 흐름 속도 및 온도 거동을 분석하였다.In Figures 3a to 3c, the reaction efficiency, flow rate, and temperature behavior when channeling occurred in the fifth reaction path were analyzed.

도 3a를 참고하면 1개 반응 유로에서 폐색이 발생하였을 때, 비교예에서는 폐색이 발생한 유로에서는 반응이 원활하게 일어나지 않기 때문에 CO 전환율이 62.806%로 폐색이 없을 때(66.815%)에 비해 크게 감소한 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 실시예 1 내지 3의 경우 CO 전환율은 각각 67.825%, 68.236%, 69.065%로 폐색이 발생하지 않았을 때와 유사한 정도로 나타났다. 특히, 실시예 1 내지 3을 비교하면 서브 이동로간 거리가 상대적으로 짧은 실시예 3에서 폐색의 영향이 줄어들고 이에 따라 CO 전환율이 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 3a, when a blockage occurs in one reaction path, it can be confirmed that in the comparative example, the CO conversion rate was 62.806%, which was significantly reduced compared to when there was no blockage (66.815%) because the reaction did not proceed smoothly in the blocked path. In contrast, in the cases of Examples 1 to 3, the CO conversion rates were 67.825%, 68.236%, and 69.065%, respectively, which were similar to when there was no blockage. In particular, when comparing Examples 1 to 3, it can be confirmed that in Example 3, where the distance between sub-movement paths is relatively short, the effect of the blockage was reduced, and accordingly, the CO conversion rate increased.

도 3b와 도 3c를 참고해도, 폐색이 발생한 영역에서 반응물이 흐르지 않고 반응이 일어나지 않는 것을 확인할 수 있는데, 실시예 3과 같이 서브 이동로간 거리가 짧은 경우 폐색이 발생한 영역의 크기가 줄어든 것을 확인할 수 있다.Referring to Figures 3b and 3c, it can be confirmed that the reactants do not flow and the reaction does not occur in the area where the blockage occurs, and in the case where the distance between the sub-movement paths is short, as in Example 3, it can be confirmed that the size of the area where the blockage occurs is reduced.

다음으로, 복수 개의 반응 유로에 폐색이 발생하였을 때의 반응물의 이동 및 반응 형태에 대하여 살펴보았다.Next, we examined the movement of reactants and the reaction patterns when occlusion occurred in multiple reaction channels.

도 4a는 실시예와 비교예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 분석한 결과이다. 도 4b는 실시예와 비교예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 흐름 속도 분석 결과이다. 도 4c는 실시예와 비교예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 온도 분포 분석 결과이다.Figure 4a shows the results of analyzing the Fischer-Tropsch reaction efficiency when multiple channels were blocked in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 4b shows the results of analyzing the flow velocity within the channels when multiple channels were blocked in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 4c shows the results of analyzing the temperature distribution within the channels when multiple channels were blocked in the reactors of the examples and comparative examples.

도 4a 내지 도 4c에서는 1번째와 5번째 반응 유로에서 폐색(channeling)이 발생하였을 때의 반응 효율, 흐름 속도 및 온도 거동을 분석하였다.In Figures 4a to 4c, the reaction efficiency, flow rate, and temperature behavior when channeling occurred in the first and fifth reaction channels were analyzed.

도 4a를 참고하면 2개 반응 유로에서 폐색이 발생하였을 때, 비교예에서는 2개 반응 유로가 반응에 참여하지 않으며, CO 전환율이 58.238%로 큰 폭으로 감소한 것을 확인할 수 있다. 그러나, 실시예 1 내지 3의 경우 CO 전환율은 각각 66.829%, 67.692%, 68.993%로 폐색이 2개 유로에서 발생하여도 크게 감소하지 않은 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 3의 경우 서브 이동로간 거리가 상대적으로 짧아 폐색의 영향이 줄어들고 이에 따라 CO 전환율이 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 4a, when blockage occurred in two reaction channels, in the comparative example, two reaction channels did not participate in the reaction, and it can be confirmed that the CO conversion rate decreased significantly to 58.238%. However, in the case of Examples 1 to 3, the CO conversion rate was 66.829%, 67.692%, and 68.993%, respectively, confirming that it did not decrease significantly even when blockage occurred in two channels. In particular, in the case of Example 3, it can be confirmed that the distance between the sub-movement paths was relatively short, so the effect of blockage was reduced, and accordingly, the CO conversion rate increased.

도 4b와 도 4c를 참고해도, 폐색이 발생한 영역에서 반응물이 흐르지 않고 반응이 일어나지 않는 것을 확인할 수 있는데, 실시예 3과 같이 서브 이동로간 거리가 짧은 경우 폐색이 발생한 영역의 크기가 줄어든 것을 확인할 수 있다.Referring to Figures 4b and 4c, it can be confirmed that the reactants do not flow and the reaction does not occur in the area where the blockage occurs, and in the case where the distance between the sub-movement paths is short, as in Example 3, it can be confirmed that the size of the area where the blockage occurs is reduced.

마지막으로, 반응 유로 내에서 랜덤 하게 여러 영역에서 폐색이 발생하였을 때의 반응물의 이동 및 반응 형태에 대하여 살펴보았다.Finally, we examined the movement of reactants and the reaction patterns when occlusions occurred randomly in multiple regions within the reaction channel.

도 5a는 실시예와 비교예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 피셔-트롭쉬 반응 효율을 분석한 결과이다. 도 5b는 실시예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 흐름 속도 분석 결과이다. 도 5c는 실시예 반응기에서 복수 개의 유로에 폐색이 발생하였을 때의 유로 내 온도 분포 분석 결과이다.Figure 5a shows the results of analyzing the Fischer-Tropsch reaction efficiency when multiple channels were blocked in the reactors of the examples and comparative examples. Figure 5b shows the results of analyzing the flow velocity within the channels when multiple channels were blocked in the reactor of the examples. Figure 5c shows the results of analyzing the temperature distribution within the channels when multiple channels were blocked in the reactor of the examples.

비교예와 실시예 3을 비교하면, 실시예 3에서는 폐색이 발생한 영역을 회피하여 반응물이 흐르기 때문에 CO 전환율이 크게 저하되지 않는 것을 확인할 수 있다. 특히, 도면을 참고하면 폐색 구간이 반응기 앞쪽(입구 가까운 쪽)에 위치하였을 때, 폐색이 일어난 구간 뒤에서 다시 반응물이 유입되면서 피셔-트롭쉬 반응이 일어나는 것을 확인할 수 있다.Comparing the comparative example with Example 3, it can be confirmed that in Example 3, the CO conversion rate is not significantly reduced because the reactants flow while avoiding the area where the blockage occurred. In particular, referring to the drawing, it can be confirmed that when the blockage area is located at the front of the reactor (close to the inlet), the Fischer-Tropsch reaction occurs as the reactants flow again behind the area where the blockage occurred.

이에 비해 비교예에서는 폐색이 발생한 반응 유로에서는 반응이 발생하지 않고, 이에 따라 CO 전환율이 절반 수준으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.In contrast, in the comparative example, it can be seen that no reaction occurs in the reaction path where blockage occurs, and thus the CO conversion rate is reduced to half.

이상의 설명으로부터, 본 출원이 속하는 기술분야의 당업자는 본 출원이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 출원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, those skilled in the art will understand that the present application can be implemented in other specific forms without altering its technical concept or essential characteristics. In this regard, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of this application should be interpreted to include all changes or modifications derived from the meaning and scope of the following claims and their equivalents, rather than the detailed description above.

Claims (5)

(a)피셔-트롭쉬 반응을 촉진하는 복수 개의 촉매층;
(b)상기 촉매층과 인접하여 제공된 냉매층;
(c)복수 개의 촉매층에 의해 정의되는 일 방향으로 연장된 복수 개의 1 mm 내지 10 mm 크기의 직경을 갖는 반응 유로;
(d)상기 촉매층 중간에 적어도 하나 제공되어 서로 인접한 상기 반응 유로를 연결하는 2개 이상 10개 이하의 개수의 서브 이동로를 포함하고,
피셔-트롭쉬 반응의 반응물은 상기 반응 유로를 통해 이동하고, 상기 반응 유로의 일부 영역이 막혔을 때 상기 반응물은 상기 서브 이동로를 통해 인접한 상기 반응 유로로 이동하는, 마이크로 채널 반응기.
(a) multiple catalyst layers promoting the Fischer-Tropsch reaction;
(b) a refrigerant layer provided adjacent to the catalyst layer;
(c) a plurality of reaction channels having a diameter of 1 mm to 10 mm extending in one direction defined by a plurality of catalyst layers;
(d) at least one sub-movement path is provided in the middle of the catalyst layer and includes two or more and ten or less sub-movement paths connecting the adjacent reaction paths,
A microchannel reactor in which the reactants of the Fischer-Tropsch reaction move through the reaction channel, and when a part of the reaction channel is blocked, the reactants move through the sub-channel to the adjacent reaction channel.
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