KR101364691B1 - High-pressure reaction apparatus - Google Patents

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채호정
홍종팔
이희완
최경례
이중원
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한국화학연구원
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Abstract

Disclosed is a high-pressure reaction apparatus. The disclosed high-pressure reaction apparatus comprises a first reactant compositional factor accommodation part for accommodating a first reactant compositional factor formed of one among solid, gaseous and liquid phases; a first reactant compositional factor transfer pump for transferring the first reactant compositional factor of the first reactant compositional factor accommodation part by pumping the first reactant compositional factor with high pressure; a second reactant compositional factor accommodation part for accommodating a second reactant compositional factor in a liquid phase; a second reactant compositional factor transfer pump for transferring the second reactant compositional factor of the second reactant compositional factor accommodation part by pumping the second reactant compositional factor with high pressure; and a high-pressure reactor for introducing, with pressure, the first reactant compositional factor and the second reactant compositional factor being transferred by the first and second reactant compositional factor transfer pumps together and compressing the introduced first and second reactant compositional factors with high pressure while mixing the introduced first and second reactant compositional factors.

Description

고압 반응장치{High-pressure reaction apparatus}High-pressure reaction apparatus

본 발명은 고압 반응장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high pressure reactor.

더 상세하게는 복잡하고 고가의 승압수단의 구성없이도 압축기능을 수행할 수 있으므로 구성의 단순화를 이룰 수 있고, 가스 및 물의 주입을 원활하게 하고 테일러 흐름을 이용한 미세혼합을 활용함으로써 가스 하이드레이트의 생성속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 연속적으로 가스 하이드레이트를 제조할 수 있는 고압 반응장치에 관한 것이다.
More specifically, since the compression function can be performed without the configuration of complicated and expensive boosting means, the configuration can be simplified, and the gas hydrate formation rate is facilitated by facilitating the injection of gas and water and utilizing the micromixing using the taylor flow. The present invention relates to a high pressure reactor capable of improving gas hydrates as well as continuously producing gas hydrates.

가스 하이드레이트(gas hydrate)는 낮은 온도와 높은 압력에서 가스와 물이 결합되어 형성된 고체 에너지로서, 해저의 고압 저온 상태에서 물분자 간의 수소 결합으로 형성되는 3차원 격자 구조로 형성되어 있으며, 격자 구조 내의 빈 공간에 메탄, 에탄, 프로판, 이산화탄소, 수소 등 작은 가스 분자가 화학 결합이 아닌 물리적으로 결합한 것이다. 따라서 상온, 상압 상태에서는 바로 물과 가스로 분리된다. 1㎥ 가스 하이드레이트 안에는 약 170㎥의 가스가 함유되어 있기 때문에 불을 붙이면 불꽃을 내며 탄다고 해서 일명 '불타는 얼음'으로 불린다. 매장량이 많고 공해가 없어 차세대 에너지로 관심이 높다.Gas hydrate is a solid energy formed by combining gas and water at low temperature and high pressure, and is formed in a three-dimensional lattice structure formed by hydrogen bonds between water molecules at high pressure and low temperature of a seabed. Small gas molecules such as methane, ethane, propane, carbon dioxide, and hydrogen are physically bonded instead of chemical bonds. Therefore, at room temperature and normal pressure, water and gas are separated. Since 1 cubic meter of gas hydrate contains about 170 cubic meters of gas, it is called 'burning ice' because it burns when it is lit. There is a lot of reserves and no pollution, so the interest is high as next generation energy.

이러한 가스 하이드레이트에 포획될 수 있는 게스트 분자는 현재까지 약 130여 종이 알려져 있으며, 그 예시로서 CH4, C2H6, C3H8, CO2, H2, SF6 등이 있다. 또한 가스 하이드레이트 결정구조들은 수소결합으로 이루어진 물분자에 의해 형성된 다면체의 공동(cavity)으로 구성되어 있으며 가스분자의 종류와 생성조건에 따라 체심 입방 구조, 다이아몬드형 입방구조와 육방구조의 결정구조로 이루어져 있다. 상기 체심입방구조와 다이아몬드형 입방구조는 객체분자의 크기에 의해 결정되며, 육방구조에서는 객체분자의 크기와 형태가 중요한 요소가 된다.Guest molecules that can be trapped in these gas hydrate is from about 130 W of paper is known to date, and the like exemplified as the CH 4, C2H 6, C3H 8 , CO 2, H 2, SF 6. In addition, the gas hydrate crystal structures are composed of polyhedral cavities formed by water molecules made of hydrogen bonds, and consist of body-centered cubic, diamond-shaped cubic, and hexagonal crystals depending on the type and formation conditions of the gas molecules. have. The body-centered cubic structure and the diamond-shaped cubic structure are determined by the size of the object molecule, and in the hexagonal structure, the size and shape of the object molecule become an important factor.

심해와 영구동토지역에 자연적으로 부존하는 가스하이드레이트의 게스트 분자는 대부분 메탄이며 이러한 메탄은 연소시 이산화탄소(CO2) 발생이 적어 친환경적 청정 에너지원으로 각광받고 있다. 구체적으로 가스하이드레이트는 기존 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 사용될 수 있으며, 하이드레이트 구조를 이용한 천연 가스 고체화 저장 및 수송에 사용될 수 있으며, 온난화 방지를 위한 CO2의 격리/저장에 사용될 수 있으며, 가스 또는 수용액의 분리기술로서 특히 해수 담수화 장치로도 사용될 수 있어서 그 활용도는 매우 높다.Most of the gas hydrate guest molecules naturally present in the deep sea and the permafrost region are methane, and these methanes are spotlighted as environmentally friendly clean energy sources because they generate less carbon dioxide (CO 2 ) during combustion. Specifically, gas hydrate can be used as an energy source that can replace the existing fossil fuel, can be used for the storage and transportation of natural gas solidification using the hydrate structure, can be used for the sequestration / storage of CO 2 to prevent warming, As a technique for separating gas or aqueous solution, it can be used especially as a seawater desalination apparatus, and its use is very high.

가스 하이드레이트는 석유 또는 천연가스 저류층 및 석탄층과 인접된 지역이나, 저온 고압의 심해 퇴적층 특히 대륙사면에서 많이 발견된다. 또한, 인위적으로 가스 하이드레이트를 제조할 수도 있는데, 현재까지 알려진 종래의 가스 하이드레이트 제조 장치는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같은 형태를 갖는다.Gas hydrates are found in areas adjacent to petroleum or natural gas reservoirs and coal beds, but in deep sea sediments, especially at continental slopes, at low and high pressure. It is also possible to artificially produce a gas hydrate, which is a conventional gas hydrate manufacturing apparatus known to date generally has the form as shown in FIG.

도 1은 종래 가스 하이드레이트 반응기의 일 예를 도시하고 있다.Figure 1 shows an example of a conventional gas hydrate reactor.

물공급부(1) 및 가스공급부(2)로부터 물과 가스가 공급되며, 혼합챔버(3)에서 공급된 물과 가스가 먼저 혼합된 후 반응기(4)에 유입된다.Water and gas are supplied from the water supply unit 1 and the gas supply unit 2, and the water and gas supplied from the mixing chamber 3 are first mixed and then introduced into the reactor 4.

반응기(4)는 가스 하이드레이트 형성 조건에 따라 다소 상이하나 일반적으로 고압 저온의 분위기로 형성되어야 한다. 여기에서, 반응기(4) 내부의 압력은 가스의 공급에 의해 맞추어지고, 온도는 워터배스(6)의 온도를 조절함으로써 제어된다. 특히, 저온 유지를 위해 워터배스(6)의 온도가 상당히 낮아야만 한다.The reactor 4 is somewhat different depending on the gas hydrate formation conditions but should generally be formed in an atmosphere of high pressure and low temperature. Here, the pressure inside the reactor 4 is adjusted by the supply of gas, and the temperature is controlled by adjusting the temperature of the water bath 6. In particular, the temperature of the water bath 6 must be considerably low for low temperature maintenance.

한편, 가스 하이드레이트 형성을 촉진시키기 위해 교반기(5)가 사용될 수 있으며, 형성된 가스 하이드레이트는 가스 하이드레이트 저장부(7)에 저장된다.
On the other hand, the stirrer 5 can be used to promote the formation of the gas hydrate, and the formed gas hydrate is stored in the gas hydrate storage 7.

상기와 같은 종래의 가스 하이드레이트 반응기는 다음과 같은 문제점을 갖는다.The conventional gas hydrate reactor as described above has the following problems.

도 1에 도시된 종래의 가스 하이드레이트 반응기는 워터배스(6) 내에 반응기(4)가 위치하기에, 가스 하이드레이트가 생성되는 반응기(4) 내측 공간의 정확하고 신속한 온도 제어가 매우 어렵다. 워터배스(6) 내에 물이 채워지는데, 물의 열역학적 관성에 의해 정교한 온도 제어가 어려울 뿐만 아니라, 가사 워터배스(6)의 물의 정교한 온도 제어가 이루어질지라도 반응기(4) 내측의 온도가 워터배스(6) 온도에 간접적인 영향을 받게 되기에 반응기(4) 내측의 신속하고도 정확한 온도 제어로 연결되지 않는다.In the conventional gas hydrate reactor shown in FIG. 1, since the reactor 4 is located in the water bath 6, accurate and rapid temperature control of the space inside the reactor 4 in which the gas hydrate is produced is very difficult. The water is filled in the water bath 6, and the thermodynamic inertia of the water makes it difficult not only to precisely control the temperature, but also to control the temperature of the water in the domestic water bath 6 even though the temperature inside the reactor 4 is increased. It is not linked to rapid and accurate temperature control inside the reactor 4 as it is indirectly affected by temperature.

또한, 반응기 내부는 가스 하이드레이트 생성 조건에 맞추어 고압이 유지되어야 하는데, 이러한 고압의 반응 내에 가스를 주입하는 것이 용이하지 못하다는 문제점, 가스와 물이 반응하는 속도를 빠르게 하지 못함으로 인하여 가스 하이드레이트 생성 속도가 늦춰지게 되는 문제도 존재한다.
In addition, the inside of the reactor must be maintained at a high pressure in accordance with the gas hydrate generation conditions, the problem that it is not easy to inject gas into the reaction of the high pressure, the rate of gas hydrate production rate due to the speed of gas and water reaction is not fast There is also a problem that is slowed down.

본 발명은 고가의 승압수단의 구성없이도 압축기능을 수행할 수 있으므로 구성의 단순화를 이룰 수 있고, 가스 및 물의 주입을 원활하게 하고 테일러 흐름을 이용한 미세혼합을 활용함으로써 가스 하이드레이트의 생성속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 연속적으로 가스 하이드레이트를 제조할 수 있는 고압 반응장치를 제공함에 있다.
The present invention can perform the compression function without the configuration of expensive boosting means, which can simplify the configuration, and facilitate the injection of gas and water and improve the rate of gas hydrate generation by utilizing micromixing using a taylor flow. In addition, the present invention provides a high pressure reactor capable of continuously producing a gas hydrate.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

고상,기상,액상 중 어느 하나로 된 제1 반응물 구성인자가 수용된 제1 반응물 구성인자 수용파트(100); 상기 제1 반응물 구성인자 수용파트(100)의 제1 반응물 구성인자를 고압으로 펌핑하여 압송하는 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200); 액상인 제2 반응물 구성인자가 수용된 제2 반응물 구성인자 수용파트(300); 상기 제2 반응물 구성인자 수용파트(300)의 제2 반응물 구성인자를 고압으로 펌핑하여 압송하는 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400); 및 상기 제1, 2 반응물 구성인자 압송펌프(200,400)에 의해 압송되는 제1 반응물 구성인자 및 제2 반응물 구성인자가 함께 압입되며, 압입된 제1, 2 반응물 구성인자를 혼합하면서 고압으로 압축하는 고압 반응기(500);를 포함하는 고압 반응장치가 제공된다.A first reactant constituent factor receiving part 100 in which a first reactant constituent in any one of a solid phase, a gas phase, and a liquid phase is accommodated; A first reactant constituent factor pump for pumping the first reactant constituent factor of the first reactant constituent factor receiving part 100 at a high pressure and pumping the first reactant constituent factor pump; A second reactant constituent receiving part 300 in which a liquid second reactant constituent is accommodated; A second reactant constituent factor pressure pump 400 for pumping the second reactant constituent factor of the second reactant constituent receiving part 300 at a high pressure; And a first reactant constituent factor and a second reactant constituent that are pressurized by the first and second reactant constituent pressure pumps 200 and 400 are pressed together, and compressed at high pressure while mixing the pressurized first and second reactant constituents. A high pressure reactor including a high pressure reactor 500 is provided.

또한, 본 발명은 상기 고압 반응기(500)와 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200) 사이, 상기 고압 반응기(500)와 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400) 사이에 각각 설치되는 제1 역류방지밸브(810) 및 제2 역류방지밸브(820)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a first backflow prevention respectively installed between the high pressure reactor 500 and the first reactant constituent factor pump pump 200, between the high pressure reactor 500 and the second reactant constituent factor pump pump 400, respectively. It further comprises a valve 810 and the second check valve 820.

또한, 본 발명의 상기 고압 반응기(500)는, 내부에 상기 제1, 2 반응물 구성인자가 함께 압입되는 반응챔버(511)를 가지며, 상부 일측에 상기 반응챔버(511)의 내부로 제1, 2 반응물 구성인자 중 어느 하나가 투입되기 위한 제1 압입구(512)가 형성되고, 하부 일측에 상기 제1, 2 반응물 구성인자 중 다른 하나가 압입되기 위한 제2 압입구(513)가 각각 형성되며, 다른 일측에 상기 제1, 2 반응물 구성인자가 서로 혼합된 혼합물이 배출되는 하나의 배출구(514)를 갖는 실린더(510); 상기 실린더(510) 내에 회전 가능하게 설치되어 제1, 2 반응물 구성인자를 교반시켜서 혼합하여 주는 수평상의 교반축(520); 상기 실린더(510)의 하부에 배치된 채 상기 교반축(520)에 회전동력을 제공하는 교반모터(530); 및 상기 배출구(514) 상에 설치되어 상기 반응챔버(511) 내부의 압력을 조절하기 위한 압력조절밸브(540);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the high-pressure reactor 500 of the present invention has a reaction chamber 511 in which the first and second reactant constituents are press-fitted together, and the first and second reaction chambers 511 are formed in the upper portion of the reaction chamber 511. The first indentation hole 512 for inputting any one of the two reactant constituents is formed, and the second indentation hole 513 for injecting the other one of the first and second reactant constituents is formed on one lower side thereof. A cylinder 510 having one outlet 514 at which the mixture of the first and second reactant components mixed with each other is discharged; A horizontal stirring shaft 520 rotatably installed in the cylinder 510 to stir and mix the first and second reactant components; A stirring motor 530 disposed under the cylinder 510 to provide rotational power to the stirring shaft 520; And a pressure control valve 540 installed on the outlet 514 to control the pressure inside the reaction chamber 511.

또한, 본 발명은 상기 반응챔버의(511) 외곽에 냉매가 순환되는 냉각챔버(515)가 구비되어, 상기 반응챔버(511) 내의 제1, 2 반응물 구성인자의 반응온도를 하향으로 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is provided with a cooling chamber 515 in which the refrigerant is circulated outside the reaction chamber 511, it is possible to control the reaction temperature of the first and second reactant components in the reaction chamber 511 downward. It is characterized by that.

또한, 본 발명은 상기 제1, 2 압입구(512,513)는 상기 고압 반응기의 외부로부터 내부를 향할수록 적어도 그 내경(d)이 점차적으로 작아지는 벤츄리관 형태로 된 것을 특징으로 한다.
In addition, the present invention is characterized in that the first and second indentations (512,513) is formed in the form of a venturi tube that at least its inner diameter (d) is gradually reduced toward the inside from the outside of the high-pressure reactor.

이상의 본 발명은 고압 반응기의 투입 및 배출 측에 각각 설치되는 압송펌프 및 압력조절밸브에 의해 예컨대 가스 하이드레이트와 같은 반응물을 적정압력으로 원활하게 압축할 수 있으면서 동시에 가스 하이드레이트를 이루고 있는 가스 및 물을 용이하게 혼합할 수 있는 장점을 갖는다.The present invention is capable of smoothly compressing the reactants such as, for example, gas hydrates to an appropriate pressure by means of a pressure pump and pressure control valves respectively installed on the inlet and outlet sides of the high pressure reactor, and at the same time, easily forming the gas hydrate. It has the advantage that it can be mixed.

아울러, 압송펌프를 이용함에 따라, 가스 및 물 등 반응물의 구성인자 들을 고압 반응기의 내부로 용이하게 주입할 수 있고, 압력조절밸브가 이용됨에 따라 반응기 내부의 압력을 용이하게 승압시킬 수 있는 장점도 갖는다.
In addition, by using a pressure pump, the components of the reactants such as gas and water can be easily injected into the high-pressure reactor, and the pressure control valve is used to easily boost the pressure inside the reactor. Have

도 1은 종래 반응기의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고압 반응장치의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고압 반응기의 상세 구성도이다.1 is a view showing an example of a conventional reactor.
Figure 2 is a block diagram showing the overall configuration of the high pressure reactor according to the present invention.
3 is a detailed configuration diagram of a high pressure reactor according to the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시예가 개시된다.Embodiments of the present invention are disclosed below.

개시되는 실시예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 본 명세서에서 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제 3의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
The disclosed embodiments are provided so that those skilled in the art can readily understand the spirit of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto. The embodiments of the present invention may be modified in other forms within the scope and spirit of the present invention. As used herein, the term " and / or " is used to include at least one of the preceding and following elements. "On" other elements herein means that other elements are directly located on one element and that the third element is further located on the one element . Although each element or portion of the specification is referred to by using the expressions of the first and second expressions, it is not limited thereto. The thicknesses and relative thicknesses of the components shown in the figures may be exaggerated to clearly illustrate the embodiments of the present invention. In addition, the matters described in the attached drawings may be different from those actually implemented by the schematic drawings to easily describe the embodiments of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 고압 반응장치의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing the overall configuration of the high pressure reactor according to the present invention.

도 2에 따르면, 본 발명의 고압 반응장치는, 반응공정의 순서에 따라 제1 반응물 구성인자 수용파트(100), 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200), 제2 반응물 구성인자 수용파트(300), 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400), 고압 반응기(500), 수분제거파트(600) 및 드라이어(700)를 포함하여 구성된다.
According to Figure 2, the high-pressure reactor of the present invention, the first reactant constituent factor receiving part 100, the first reactant constituent factor pump pump 200, the second reactant constituent factor accommodating part 300 according to the order of the reaction process ), A second reactant constituent pressure pump 400, a high pressure reactor 500, a water removal part 600 and a dryer 700 is configured.

먼저, 상기 구성요소 중 제1 반응물 구성인자 수용파트(100)는 예컨대 반응물이 가스 하이드레이트인 경우에는 물과 가스 중 어느 하나의 반응물 구성인자가 저장되어 있다. 상기 제1 반응물 구성인자 수용파트(100)에 가스가 들어있는 경우에는 가스 누출의 방지를 위해 기밀유지가 필수적이다. 여기서, 상기 제1 반응물 구성인자 수용파트(100)에는 수득하고자 하는 반응물의 종류에 따라 고상의 물질 또는 앞서와 같이 기상의 물질 또는 액상의 물질 중 선택된 어느 하나가 저장될 수 있다.
First, the first reactant constituent receiving part 100 of the components, for example, when the reactant is a gas hydrate, the reactant constituents of any one of water and gas are stored. When gas is contained in the first reactant constituent factor receiving part 100, airtightness is essential to prevent gas leakage. Here, the first reactant constituent factor receiving part 100 may store any one selected from a solid material or a gaseous material or a liquid material as described above according to the kind of the reactant to be obtained.

제1 반응물 구성인자 압송펌프(200)는 상기 제1 반응물 구성인자 수용파트(100) 내의 제1 반응물 구성인자를 고압으로 펌핑하여 상기 고압 반응기(500)의 내부로 압입하는 기능을 한다. 여기서 상기 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200)는 2 기압(bar) 이상의 범위의 압송압력을 가지는 것이 바람직하나, 5 ~ 50기압(bar) 범위의 압송압력을 가지는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200)가 고압의 압송압력을 가짐에 따라 고압 반응기(500)의 내압이 상승하더라도 제1 반응물 구성인자가 고압 반응기(500)의 내부로 유입되지 못하는 기존의 문제점을 해소할 수 있다.
The first reactant constituent factor pressure pump 200 functions to pump the first reactant constituent factor in the first reactant constituent factor receiving part 100 to a high pressure and pressurize it into the high pressure reactor 500. Here, the first reactant constituent factor pump pump 200 preferably has a pumping pressure in the range of 2 bar (bar) or more, but more preferably has a pumping pressure in the range of 5 to 50 bar (bar). As such, even when the internal pressure of the high pressure reactor 500 increases as the first reactant constituent pressure pump 200 has a high pressure feeding pressure, the first reactant constituent factors do not flow into the high pressure reactor 500. Can solve the problem.

제2 반응물 구성인자 수용파트(300)는 예컨대 반응물이 가스 하이드레이트인 경우에는 물과 가스 중 어느 하나의 물질이 저장되어 있다. 상기 제1 반응물 구성인자 수용파트(200)에 가스가 들어있는 경우에 제2 반응물 구성인자 수용파트(300)에는 물이 저장될 수 있다. 여기서, 상기 제1 반응물 구성인자 수용파트(200)에는 고상, 기상, 액상 중 어느 하나의 상이 선택적으로 저장될 수 있으나, 제2 반응물 구성인자 수용파트(300)에는 액상 만이 저장된다.
For example, when the reactant is a gas hydrate, the second reactant constituent receiving part 300 may store any one of water and gas. When gas is contained in the first reactant constituent factor receiving part 200, water may be stored in the second reactant constituent factor receiving part 300. Here, one phase of the solid phase, the gas phase, and the liquid phase may be selectively stored in the first reactant constituent accommodating part 200, but only the liquid phase is stored in the second reactant constituent factor accommodating part 300.

제2 반응물 구성인자 압송펌프(400)는 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200)에서 설명한 바 있듯이, 상기 제2 반응물 구성인자 수용파트(300) 내의 제2 반응물 구성인자를 고압으로 펌핑하여 상기 고압 반응기(500)의 내부로 압입하는 기능을 한다. 여기서 상기 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400)는 2 기압(bar) 이상의 범위의 압송압력을 가지는 것이 바람직하나, 5 ~ 50기압(bar) 범위의 압송압력을 가지는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400)가 고압의 압송압력을 가짐에 따라 고압 반응기(500)의 내압이 상승하더라도 제2 반응물 구성인자가 고압 반응기(500)의 내부로 유입되지 못하는 기존의 문제점을 해소할 수 있다.
As described in the first reactant constituent factor pump 200, the second reactant constituent factor pressure pump 400 pumps the second reactant constituent factor in the second reactant constituent factor accommodating part 300 to a high pressure. It serves to press into the reactor 500. Here, the second reactant constituent factor pump pump 400 preferably has a pumping pressure in the range of 2 bar (bar) or more, but more preferably has a pumping pressure in the range of 5 to 50 bar (bar). As described above, even if the internal pressure of the high pressure reactor 500 increases as the second reactant constituent pressure pump 400 has a high pressure feeding pressure, the second reactant constituent factors cannot be introduced into the high pressure reactor 500. Can solve the problem.

여기서, 상기 고압 반응기(500)와 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200)사이와, 상기 고압 반응기(500)와 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400) 사이에는 제1 역류방지밸브(810)와 제2 역류방지밸브(820)가 각각 설치될 수 있다. 상기 각각의 역류방지밸브(810,820)는 각 반응물이 반응물 구성인자 압송펌프(200,400)로 역류되는 것을 방지하기 위한 일방향 밸브(체크밸브)이다.
Here, between the high pressure reactor 500 and the first reactant constituent factor pump pump 200, and between the high pressure reactor 500 and the second reactant constituent factor pump pump 400, a first backflow check valve 810 and The second check valve 820 may be installed, respectively. Each of the non-return valves 810 and 820 is a one-way valve (check valve) for preventing each reactant from flowing back to the reactant constituent pressure pumps 200 and 400.

고압 반응기(500)는 실린더(510), 교반축(520), 교반모터(530) 및 압력조절밸브(540)를 포함하여 구성된다.The high pressure reactor 500 includes a cylinder 510, a stirring shaft 520, a stirring motor 530, and a pressure control valve 540.

상기 실린더(510)는, 내부에 상기 제1, 2 반응물 구성인자가 함께 압입되는 반응챔버(511)를 가지며, 상부 일측에 상기 반응챔버(511)의 내부로 제1, 2 반응물 구성인자 중 어느 하나가 압입되기 위한 제1 압입구(512)가 형성되고, 하부 일측에 상기 제1, 2 반응물 구성인자 중 다른 하나가 투입되기 위한 제2 압입구(513)가 각각 형성되며, 다른 일측에 상기 제1, 2 반응물 구성인자가 서로 혼합된 혼합물이 배출되는 하나의 배출구(514)가 형성되어 있다.The cylinder 510 has a reaction chamber 511 in which the first and second reactant constituents are press-fitted together, and any one of the first and second reactant constituents inside the reaction chamber 511 on an upper side thereof. One indentation hole 512 is formed to be press-fitted in one side, and a second indentation hole 513 for injecting another one of the first and second reactant constituents is formed at one lower side thereof, and the other side is One outlet 514 is formed through which a mixture of the first and second reactant constituents is mixed with each other.

여기서, 상기 제1, 2 압입구(512,513)는 상기 고압 반응기(500)의 외부로부터 내부를 향해 적어도 그 내경(d)이 점차적으로 작아지게 형성된 벤츄리관 형태로 되는 것이 바람직하다. 이러한 형상을 갖는 이유는 각 압입구(512,513)를 통해 투입되는 제1, 2 반응물 구성인자가 보다 원활하게 반응챔버(511)의 내부로 유입될 수 있도록 도움을 주기 위한 것으로서, 각 압입구(512,513)의 관경이 점차적으로 좁아지게 되면 베르누이의 정리에 의해 유속이 빨라지게 되므로 각 반응물이 보다 원활하게 유입될 수 있는 조건이 된다.Here, the first and second indentations 512 and 513 are preferably in the form of a venturi tube formed such that its inner diameter d gradually decreases from the outside to the inside of the high pressure reactor 500. The reason for having such a shape is to help the first and second reactant components introduced through the respective indents 512 and 513 to be introduced into the reaction chamber 511 more smoothly. If the diameter of) gradually narrows, the flow rate is increased by Bernoulli's theorem, so that each reactant can be introduced more smoothly.

상기 교반축(520)은 상기 실린더(510) 내에 회전 가능하게 설치되어 제1, 2 반응물 구성인자를 교반하여 줄 수 있도록 실린더(510)와 같이 횡방향으로 수평 설치되어 있다.The stirring shaft 520 is rotatably installed in the cylinder 510 so as to stir the first and second reactant constituents in a horizontal direction like the cylinder 510.

상기 교반모터(530)는 상기 교반축(520)과 직결되거나 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 후자의 경우는 상기 교반모터(530)의 동력이 교반축(520)에 전달되도록 교반모터(530)의 축(531)과 교반축(520)의 일단을 상호 연결하는 벨트풀리(550) 및 벨트(560)가 더 구성될 수 있다.The stirring motor 530 may be directly connected to the stirring shaft 520 or indirectly. In the latter case, the belt pulley 550 and the belt which interconnect one end of the shaft 531 and the stirring shaft 520 of the stirring motor 530 so that the power of the stirring motor 530 is transmitted to the stirring shaft 520. 560 may be further configured.

상기 압력조절밸브(540)는 상기 배출구(514) 상에 설치되어 상기 반응챔버(511) 내부의 압력을 조절하는 역할을 한다. 즉, 상기 압력조절밸브(540)는 배출구(514)의 개폐정도를 조절함으로써 반응챔버(511) 내의 압력을 제어하게 되는데, 예를 들어 압력조절밸브(540)의 개방정도를 작게 하거나 밀폐하게 되면 반응챔버(511) 내부의 압력이 커지게 되고, 상대적으로 압력조절밸브(540)의 개방정도를 크게 하면 반응챔버(511) 내부의 압력은 작아지게 된다. The pressure control valve 540 is installed on the outlet 514 serves to adjust the pressure inside the reaction chamber 511. That is, the pressure control valve 540 controls the pressure in the reaction chamber 511 by adjusting the opening and closing degree of the outlet 514, for example, if the opening degree of the pressure control valve 540 is reduced or closed. The pressure inside the reaction chamber 511 is increased, and when the opening degree of the pressure control valve 540 is relatively increased, the pressure inside the reaction chamber 511 is decreased.

한편, 상기 고압 반응기(500)는 반응물이 가스 하이드레이트의 경우, 형성 조건에 따라 다소 상이할 수는 있겠으나, 일반적으로 고압 저온의 분위기로 형성되어야 한다. 여기에서 고압 반응기(500) 내부의 압력은 가스의 공급에 의해 맞추어지고, 온도는 냉각챔버(515)에 의해 이루어진다.On the other hand, the high-pressure reactor 500 may be slightly different depending on the formation conditions, in the case of the reactant gas hydrate, but generally should be formed in a high pressure low temperature atmosphere. Here, the pressure inside the high pressure reactor 500 is adjusted by the supply of gas, and the temperature is achieved by the cooling chamber 515.

즉, 상기 고압 반응기(500)는 반응챔버(511)의 외곽에 냉매가 순환되는 냉각챔버(515)를 형성하여, 상기 반응챔버(511) 내의 제1, 2 반응물 구성인자의 반응온도를 저온으로 제어할 수 있도록 하였다.That is, the high pressure reactor 500 forms a cooling chamber 515 in which the coolant is circulated outside the reaction chamber 511 to lower the reaction temperature of the first and second reactant constituents in the reaction chamber 511. To control.

이러한 고압 반응기(500)는 혼합을 위한 제1, 2 반응물 구성인자를 제1, 2 압입구(512,513)를 통해 반응챔버(511)의 내부로 주입하되, 상기 제1 압입구(512)에는 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200)가 연결되어 제1 반응물 구성인자가 압입되고, 제2 압입구(513)에는 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400)가 연결되어 제2 반응물 구성인자가 압입되며, 반응챔버(511)의 배출구(514)는 압력조절밸브(540)에 의해 개폐정도가 조절됨으로써 반응챔버(511) 내부의 압력이 상승하면서 반응물 구성인자를 압축하게 된다.The high pressure reactor 500 injects the first and second reactant constituents for mixing into the reaction chamber 511 through the first and second indents 512 and 513, and the first inlet 512 is made of 1 reactant constituent factor pump pump 200 is connected to the first reactant component factor is pressed, the second inlet 513 second second reactant constituent factor pump pump 400 is connected to the second reactant component factor is pressurized The opening 514 of the reaction chamber 511 is controlled by the pressure regulating valve 540 to compress the reactant constituents while increasing the pressure inside the reaction chamber 511.

아울러, 반응챔버(511) 내의 반응물 구성인자는 교반축(520)의 회전에 따라 흐름이 형성되는데, 교반축(520)의 각속도가 느린 경우에는 라미나 상태의 테일러 흐름이 생성되는 반면, 각속도가 증가함에 따라 반응물 구성인자가 반응챔버(511)의 내주면을 따라 나가려는 경향 때문에 반응물 구성인자가 불안정해지고 특정 임계 속도 이상에서 테일러 와류가 발생하게 된다. 테일러 와류는 축방향으로 매우 규칙적인 고리모양으로 배열되어 있고, 서로 반대방향으로 회전하기 때문에 축방향으로는 섞이지 않아 균일한 혼합을 유도할 수 있다.In addition, the reactant constituents in the reaction chamber 511 is formed in accordance with the rotation of the stirring shaft 520, when the angular velocity of the stirring shaft 520 is slow, the laminar Taylor flow is generated, while the angular velocity is As it increases, the reactant constituents tend to exit along the inner circumferential surface of the reaction chamber 511, resulting in unstable reactant constituents and Taylor vortices above a certain critical velocity. Taylor vortices are arranged in a very regular ring-like fashion in the axial direction, and rotate in opposite directions, so they do not mix in the axial direction and can induce uniform mixing.

한편, 상기 교반모터(530)는 변속모터여서 그 속도의 조절이 가능하므로 교반축(520)의 회전속도를 용이하게 조절하여 반응시간 동안 반응물 구성인자에 가해주는 전단응력을 조절하여 입자의 크기 조절이 용이하고, 교반의 방법에 비해 고속회전이 가능하기 때문에 큰 전단응력을 전달할 수 있어 반응시간을 단축시킬 수 있다.On the other hand, since the stirring motor 530 is a variable speed motor, the speed can be adjusted, thereby easily controlling the rotation speed of the stirring shaft 520 to control the size of the particles by controlling the shear stress applied to the reactant components during the reaction time. This easy and high-speed rotation is possible compared to the stirring method, so that a large shear stress can be transmitted and the reaction time can be shortened.

상기에서는 연속식 반응기에 한정하여 설명하였으나, 회분식 반응기에도 동일한 방식을 적용할 수 있음은 물론이다.
In the above description, but limited to the continuous reactor, the same method can be applied to the batch reactor, of course.

수분제거파트(600)는 상기 고압 반응기(500) 내의 혼합 및 압축된 반응물이 배출되는 배출구(514) 측에 설치되어, 고압 반응기(500)로부터 배출되는 상기 반응물에 포함된 수분을 제거하는 역할을 하는 것으로, 슬러리 형태의 반응물로부터 여액을 분리할 수 있도록 예컨대 원심탈수기 또는 농축기를 적용할 수 있다.The water removal part 600 is installed at the outlet 514 side through which the mixed and compressed reactants in the high pressure reactor 500 are discharged, and serves to remove water contained in the reactants discharged from the high pressure reactor 500. For example, a centrifugal dehydrator or concentrator may be applied to separate the filtrate from the reactant in the form of a slurry.

상기한 원심탈수기는 주변에 다수의 미세공이 천공된 탈수조에 슬러리 형태의 반응물을 투입한 후, 탈수조를 고속으로 회전시킴에 따라 원심력에 의해 미세공을 통해서 수분은 배출되고, 탈수조의 내부에는 수분이 제거된 상태의 반응물 만이 남도록 하는 장치이다.
The centrifugal dehydrator is a slurry-type reactant into a dehydration tank perforated with a plurality of micropores in the periphery, the water is discharged through the micropores by centrifugal force by rotating the dehydration tank at high speed, the moisture inside the dehydration tank Only the reactants in this removed state remain.

드라이어(700)는 수분제거파트(600)의 배출 측에 설치되어 수분이 제거된 상태의 반응물을 완전하게 건조하는 역할을 하는 것으로, 수분제거파트(600)에 의해 수분이 제거가 완료된 반응물은 그때까지도 함수율이 높기 때문에 예컨대, 열풍 건조기에 의해 반응물에 열풍을 불어줌으로써 함수율을 10%이하로 감쇠시켜서 고순도의 반응물을 도출할 수 있게 된다.
Dryer 700 is installed on the discharge side of the water removal part 600 serves to completely dry the reactants in the water is removed, the reaction product is complete the water removal by the water removal part 600 then Since the water content is high even, for example, by blowing hot air to the reactants with a hot air dryer, the water content can be attenuated to 10% or less to obtain a high purity reactant.

한편, 상기 드라이어(700)의 배출 측에 설치되어 건조가 완료된 반응물질을 원하는 크기로 미세하게 분쇄하기 위한 분쇄파트(900)가 더 설치될 수 있다. 여기서, 상기한 분쇄파트(900)는 예컨대, 2개의 분쇄스크류를 마주하게 설치하고, 이 분쇄스크류가 역방향으로 회전되게 하여, 이 2개의 분쇄스크류 사이로 반응물질을 투입하게 되면 2개의 분쇄스크류 사이에서 혼합물질이 파쇄되도록 하는 구성을 취할 수 있다.
Meanwhile, a grinding part 900 may be further installed on the discharge side of the dryer 700 to finely grind the dried reaction material to a desired size. Here, the grinding part 900 is, for example, installed two grinding screws facing each other, the grinding screw is rotated in the reverse direction, when the reaction material is introduced between the two grinding screws between the two grinding screws. It may take a configuration such that the mixture is crushed.

이러한 본 발명은 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.

100 : 제1 반응물 구성인자 수용파트
200 : 제1 반응물 구성인자 압송펌프
300 : 제2 반응물 구성인자 수용파트
400 : 제2 반응물 구성인자 압송펌프
500 : 고압 반응기
600 : 수분제거파트
700 : 드라이어
810 : 제1 역류방지밸브
820 : 제2 역류방지밸브
900 : 분쇄파트100: first reactant component factor accommodating part
200: first reactant constituent factor pressure pump
300: second reactant component factor accommodating part
400: second reactant constituent factor pressure pump
500: high pressure reactor
600: Moisture Removal Part
700: Dryer
810: first check valve
820: second backflow check valve
900: grinding part

Claims (5)

고상,기상,액상 중 어느 하나로 된 제1 반응물 구성인자가 수용된 제1 반응물 구성인자 수용파트(100);
상기 제1 반응물 구성인자 수용파트(100)의 제1 반응물 구성인자를 고압으로 펌핑하여 압송하는 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200);
액상인 제2 반응물 구성인자가 수용된 제2 반응물 구성인자 수용파트(300);
상기 제2 반응물 구성인자 수용파트(300)의 제2 반응물 구성인자를 고압으로 펌핑하여 압송하는 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400); 및
상기 제1, 2 반응물 구성인자 압송펌프(200,400)에 의해 압송되는 제1 반응물 구성인자 및 제2 반응물 구성인자가 함께 압입되며, 압입된 제1, 2 반응물 구성인자를 혼합하면서 고압으로 압축하는 고압 반응기(500);
를 포함하는 고압 반응장치.
A first reactant constituent factor receiving part 100 in which a first reactant constituent in any one of a solid phase, a gas phase, and a liquid phase is accommodated;
A first reactant constituent factor pump for pumping the first reactant constituent factor of the first reactant constituent factor receiving part 100 at a high pressure and pumping the first reactant constituent factor pump;
A second reactant constituent receiving part 300 in which a liquid second reactant constituent is accommodated;
A second reactant constituent factor pressure pump 400 for pumping the second reactant constituent factor of the second reactant constituent receiving part 300 at a high pressure; And
The first reactant constituent and the second reactant constituent, which are pumped by the first and second reactant constituent pressure pumps 200 and 400, are press-fitted together and compressed at high pressure while mixing the pressurized first and second reactant constituents. Reactor 500;
High pressure reactor comprising a.
제1항에 있어서,
상기 고압 반응기(500)와 제1 반응물 구성인자 압송펌프(200) 사이, 상기 고압 반응기(500)와 제2 반응물 구성인자 압송펌프(400) 사이에 각각 설치되는 제1 역류방지밸브(810) 및 제2 역류방지밸브(820)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 반응장치.
The method of claim 1,
A first non-return valve 810 installed between the high pressure reactor 500 and the first reactant constituent factor pressure pump 200, and between the high pressure reactor 500 and the second reactant constituent factor pressure pump 400, respectively; High pressure reactor further comprises a second check valve (820).
제1항에 있어서,
상기 고압 반응기(500)는,
내부에 상기 제1, 2 반응물 구성인자가 함께 압입되는 반응챔버(511)를 가지며, 상부 일측에 상기 반응챔버(511)의 내부로 제1, 2 반응물 구성인자 중 어느 하나가 투입되기 위한 제1 압입구(512)가 형성되고, 하부 일측에 상기 제1, 2 반응물 구성인자 중 다른 하나가 압입되기 위한 제2 압입구(513)가 각각 형성되며, 다른 일측에 상기 제1, 2 반응물 구성인자가 서로 혼합된 혼합물이 배출되는 하나의 배출구(514)를 갖는 실린더(510);
상기 실린더(510) 내에 회전 가능하게 설치되어 제1, 2 반응물 구성인자를 교반시켜서 혼합하여 주는 수평상의 교반축(520);
상기 실린더(510)의 하부에 배치된 채 상기 교반축(520)에 회전동력을 제공하는 교반모터(530); 및
상기 배출구(514) 상에 설치되어 상기 반응챔버(511) 내부의 압력을 조절하기 위한 압력조절밸브(540);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 반응장치.
The method of claim 1,
The high pressure reactor 500,
The first and second reactant constituents have a reaction chamber 511 to be pressed together therein, the first one for introducing any one of the first and second reactant constituents into the reaction chamber 511 on the upper side The indentation hole 512 is formed, and a second indentation hole 513 for press-fitting the other one of the first and second reactant constituents is formed at one lower side, respectively, and the first and second reactant constituents at the other side. A cylinder 510 having one outlet 514 through which the mixture mixed with each other is discharged;
A horizontal stirring shaft 520 rotatably installed in the cylinder 510 to stir and mix the first and second reactant components;
A stirring motor 530 disposed under the cylinder 510 to provide rotational power to the stirring shaft 520; And
A pressure control valve 540 installed on the outlet 514 to control the pressure inside the reaction chamber 511;
High pressure reactor comprising a.
제3항에 있어서,
상기 반응챔버의(511) 외곽에 냉매가 순환되는 냉각챔버(515)가 구비되어, 상기 반응챔버(511) 내의 제1, 2 반응물 구성인자의 반응온도를 하향으로 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고압 반응장치.
The method of claim 3,
A cooling chamber 515 in which a coolant is circulated is provided outside the reaction chamber 511 to control the reaction temperature of the first and second reactant components in the reaction chamber 511 downward. High pressure reactor.
제3항에 있어서,
상기 제1, 2 압입구(512,513)는 상기 고압 반응기의 외부로부터 내부를 향할수록 적어도 그 내경(d)이 점차적으로 작아지는 벤츄리관 형태로 된 것을 특징으로 하는 고압 반응장치.The method of claim 3,
The first and second indentations (512,513) is a high pressure reactor characterized in that the venturi tube form that at least the inner diameter (d) is gradually reduced toward the inside from the outside of the high pressure reactor.
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