KR101319302B1 - Contactless high pressure micro-channel reacting device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비접촉식 고압 마이크로 채널 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 채널의 확산조립으로 인한 고압에의 취약성을 해소하면서 반응가스와 가압가스가 서로 접촉하지 않는 고압 마이크로 채널 반응장치에 관한 것으로, 일측에 가압가스 공급관이 연통하도록 설치되는 봄베; 및 상기 봄베 내에 배치되는 반응부를 포함하고, 상기 반응부는 상기 봄베 내부의 공간에 격리되고 상기 봄베를 관통하여 공급되는 원료가스가 반응하여 발생되는 반응가스가 흐르는 반응가스유로와, 상기 봄베를 관통하여 공급되고 상기 봄베 외부로 배출되는 열전달가스가 흐르고 상기 반응가스유로 및 상기 봄베 내부의 공간에 대하여 격리되며 상기 반응가스유로와 접하여 열전달이 이루어지는 열전달가스유로를 가진다.The present invention relates to a non-contact high pressure microchannel reactor, and more particularly, to a high pressure microchannel reactor in which the reaction gas and the pressurized gas are not in contact with each other while relieving the vulnerability to high pressure due to diffusion assembly of the microchannel. Bomb installed on one side to communicate with the pressurized gas supply pipe; And a reaction unit disposed in the cylinder, wherein the reaction unit is separated into a space inside the cylinder and reacts with a reaction gas flow through which a reaction gas generated by reacting a source gas supplied through the cylinder flows through the cylinder, The heat transfer gas supplied and discharged to the outside of the bomb flows, is separated from the reaction gas flow path and the space inside the bomb, and has a heat transfer gas flow path in which heat is transferred in contact with the reaction gas flow path.

Description

비접촉식 고압 마이크로 채널 반응장치{Contactless high pressure micro-channel reacting device}Contactless high pressure micro-channel reacting device

본 발명은 비접촉식 고압 마이크로 채널 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 채널의 확산조립으로 인한 고압에의 취약성을 해소하면서 반응가스와 가압가스가 서로 접촉하지 않는 고압 마이크로 채널 반응장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a non-contact high pressure microchannel reactor, and more particularly, to a high pressure microchannel reactor in which the reaction gas and the pressurized gas do not come into contact with each other while relieving the vulnerability to high pressure due to diffusion assembly of the microchannel.

마이크로 채널 촉매반응기(Micro Channel Catalyst Reactor : MCCR)는 열전달, 촉매와 반응물의 접촉효율이 우수하여, 단위 부피당 냉각 또는 가열에 필요한 열 유속이 매우 빠르기 때문에 발열 또는 흡열량이 큰 반응기 구성 기술로 적합하다. 이러한 구성으로, 각종 촉매 반응기에서 소량의 촉매를 사용하면서 다량의 반응물을 처리할 수 있다Micro Channel Catalyst Reactor (MCCR) is excellent in heat transfer, contact efficiency between catalyst and reactant, and is very suitable for the construction of reactors with large heat generation or endotherm because the heat flux required for cooling or heating per unit volume is very fast. With this configuration, it is possible to treat a large amount of reactants while using a small amount of catalyst in various catalytic reactors.

특히, 상기 마이크로 채널 촉매반응기는, 고압 운용시 공간 속도를 더욱 향상 할 수 있기 때문에 가급적 고압운전이 바람직하다. 그러나, 마이크로 채널 반응기를 구성 특성상 다수의 플레이트를 확산접합의 접합방식으로 접합하였기 때문에, 이러한 마이크로 채널 촉매반응기에 고압을 부여할 때 접합부가 망실될 위험이 있다.
In particular, since the micro-channel catalytic reactor can further improve the space velocity during high pressure operation, high pressure operation is preferable. However, since the microchannel reactor is joined to a plurality of plates by the joining method of diffusion bonding due to its configuration, there is a risk that the joint is lost when high pressure is applied to the microchannel catalytic reactor.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 마이크로 채널의 확산조립으로 인한 고압에의 취약성을 해소하면서 반응가스와 가압가스가 서로 접촉하지 않는 고압 마이크로 채널 반응장치를 제공하는 데에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide a high pressure micro channel reaction apparatus in which a reaction gas and a pressurized gas do not come into contact with each other while relieving the vulnerability to high pressure due to diffusion assembly of the micro channel. .

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일측에 가압가스 공급관이 연통하도록 설치되는 봄베; 및 상기 봄베 내에 배치되는 반응부를 포함하고, 상기 반응부는 상기 봄베 내부의 공간에 격리되고 상기 봄베를 관통하여 공급되는 원료가스가 반응하여 발생되는 반응가스가 흐르는 반응가스유로와, 상기 봄베를 관통하여 공급되고 상기 봄베 외부로 배출되는 열전달가스가 흐르고 상기 반응가스유로 및 상기 봄베 내부의 공간에 대하여 격리되며 상기 반응가스유로와 접하여 열전달이 이루어지는 열전달가스유로를 가지는 고압 마이크로 채널 반응장치이다.The present invention for achieving the above object is a cylinder installed to communicate with the pressurized gas supply pipe on one side; And a reaction unit disposed in the cylinder, wherein the reaction unit is separated into a space inside the cylinder and reacts with a reaction gas flow through which a reaction gas generated by reacting a source gas supplied through the cylinder flows through the cylinder, It is a high-pressure micro-channel reactor having a heat transfer gas flow is supplied and discharged to the outside of the cylinder flows, is isolated from the reaction gas flow path and the space inside the cylinder, the heat transfer gas flow path is in contact with the reaction gas flow path.

상기 반응부는, 상기 봄베 내부의 공간과 격리되는 반응채널을 가지는 반응플레이트와, 상기 봄베 내부의 공간과 격리되는 열전달채널을 가지는 열전달플레이트가 교대로 적층되고, 상기 교대로 적층된 반응플레이트와 열전달플레이트의 양단부에는 상단플레이트 및 하단플레이트가 배치되며, 상기 상단플레이트는 상기 봄베를 관통하여 설치되는 열전달가스 공급관과 연결되고, 상기 하단플레이트는 상기 봄베를 관통하여 설치되는 열전달가스 배출관과 연결되며, 상기 상단플레이트 및 상기 하단플레이트 중 일방에는 원료가스가 공급되는 원료가스 공급관과 연결되고, 상기 상단플레이트 및 상기 하단플레이트 중 타방에는 상기 반응플레이트에서 형성되는 반응가스를 배출시키는 반응가스 배출관이 연결되며, 상기 열전달채널의 양단에는 상기 열전달플레이트를 관통하는 열전달가스 관통홀이 형성되고, 상기 반응채널의 양단에는 상기 반응플레이트를 관통하는 반응가스 관통홀이 형성되고, 상기 반응플레이트에는 상기 반응플레이트에 접하는 열전달플레이트의 열전달가스 관통홀과 연결되어 열전달가스를 연통시키는 열전달가스 연통홀이 형성되고, 상기 열전달플레이트에는 상기 열전달플레이트에 접하는 반응플레이트의 반응가스 관통홀과 연결되어 반응가스를 연통시키는 반응가스 연통홀이 형성되고, 상기 반응가스유로는 상기 원료가스 공급관과 상기 봄베 내부공간과 상기 반응채널과 상기 반응가스 연통홀과 상기 반응가스 관통홀과 상기 반응가스 배출관으로 이루어지며, 상기 열전달가스유로는 상기 열전달가스 공급관과 상기 열전달채널과 상기 열전달가스 연통홀과 상기 열전달가스 관통홀과 상기 열전달가스 배출관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The reaction unit may alternately stack a reaction plate having a reaction channel isolated from the space inside the bomb, and a heat transfer plate having a heat transfer channel isolated from the space inside the bomb, and alternately stack the reaction plate and the heat transfer plate. An upper plate and a lower plate are disposed at both ends of the upper plate, and the upper plate is connected to a heat transfer gas supply pipe installed through the cylinder, and the lower plate is connected to a heat transfer gas discharge pipe installed through the cylinder and the upper end. One of the plate and the lower plate is connected to a source gas supply pipe for supplying a source gas, and the other of the upper plate and the lower plate is connected with a reaction gas discharge pipe for discharging the reaction gas formed in the reaction plate, and the heat transfer At both ends of the channel A heat transfer gas through hole penetrating a transfer plate is formed, and a reaction gas through hole penetrates the reaction plate at both ends of the reaction channel, and the heat transfer gas through hole of the heat transfer plate is in contact with the reaction plate. A heat transfer gas communication hole is connected to communicate with the heat transfer gas, and a reaction gas communication hole is connected to the reaction gas through hole of the reaction plate in contact with the heat transfer plate to communicate with the reaction gas. The flow path includes the source gas supply pipe, the bomb inner space, the reaction channel, the reaction gas communication hole, the reaction gas through hole, and the reaction gas discharge pipe, and the heat transfer gas flow path includes the heat transfer gas supply pipe and the heat transfer channel; The heat transfer gas communication hole and the heat That month made of a gas through-hole and the heat transfer gas discharge pipe is characterized.

또, 상기 열전달가스 공급관에는 발열가스 또는 흡열가스가 공급되는 것을 특징으로 한다.In addition, the heat transfer gas supply pipe is characterized in that the exothermic gas or the endothermic gas is supplied.

또, 상기 발열가스가 공급되는 경우, 상기 열전달가스 공급관은 연료가스 공급관과 산소공급관으로 이루어지며, 상기 연료가스 공급관과 상기 산소공급관은 상기 열전달가스유로에 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, when the exothermic gas is supplied, the heat transfer gas supply pipe is composed of a fuel gas supply pipe and an oxygen supply pipe, and the fuel gas supply pipe and the oxygen supply pipe are connected to the heat transfer gas flow path.

또, 상기 반응채널에는 반응촉매가 도포되거나, 입자상의 반응촉매가 충진되는 것을 특징으로 한다.The reaction channel may be coated with a reaction catalyst or filled with a particulate reaction catalyst.

또, 상기 열전달채널에는 연소촉매가 도포되는 것을 특징으로 한다.In addition, a combustion catalyst is applied to the heat transfer channel.

또, 상기 봄베 내부와 상기 반응부 사이의 공간에는 가압가스가 유통가능한 단열재가 충진되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the space between the interior of the bomb and the reaction unit is characterized in that the insulator which can pass the pressurized gas is filled.

본 발명을 통하여, 고압하에서도 안정적으로 반응을 유도할 수 있는 마이크로 채널 반응장치를 구현할 수 있다.Through the present invention, it is possible to implement a micro-channel reactor capable of stably inducing a reaction under high pressure.

특히, 상기 마이크로 채널 반응장치는 흡열반응의 탄화수소개질용 반응기로 사용이 가능하고, 발열반응의 액상탄화수소 합성반응용 반응기로 사용이 가능하다.In particular, the micro-channel reactor can be used as a hydrocarbon reforming reactor of the endothermic reaction, it can be used as a reactor for the liquid hydrocarbon synthesis reaction of the exothermic reaction.

또, 반응가스와 가압가스를 분리시키면서 가압가스로의 열전달을 억제하여, 상기 반응가스의 반응온도 영역을 종래 기술에 따른 마이크로 채널 반응장치에 비하여 비약적으로 증대시킬 수 있다.
In addition, the heat transfer to the pressurized gas can be suppressed while separating the reaction gas and the pressurized gas, and the reaction temperature range of the reaction gas can be dramatically increased compared to the microchannel reaction apparatus according to the prior art.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고압 마이크로 채널 반응장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 고압 마이크로 채널 반응장치의 반응부의 개략도이다.1 is a perspective view of a high pressure micro channel reactor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a reaction unit of the high pressure microchannel reactor of FIG. 1.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components, and the same reference numerals will be used to designate the same or similar components. Detailed descriptions of known functions and configurations are omitted.

본 발명에 따른 고압 마이크로 채널 반응장치(100)의 기본적인 특징은, 봄베(102)라는 압력용기 속에 복수의 플레이트를 확산접합하여 이루어진 반응부(114)를 배치시키는 것에 의해, 상기 반응부(114)의 확산접합부에 걸리는 압력에 대하여 상기 봄베(102)에 공급되는 압력을 외압으로 상쇄시키는 것에 있다.A basic feature of the high-pressure microchannel reactor 100 according to the present invention is that the reaction part 114 is arranged by disposing a reaction part 114 formed by diffusion bonding a plurality of plates in a pressure vessel called a cylinder 102. The pressure supplied to the cylinder 102 is offset by the external pressure against the pressure applied to the diffusion bonding portion of the.

따라서, 상기 고압 마이크로 채널 반응장치(100)는 가압가스가 가압가스 공급관(104)에 의해 공급되는 봄베(102)와, 상기 봄베(102) 내에 배치되는 반응부(114)를 포함하여 이루어진다.Therefore, the high pressure micro channel reactor 100 includes a cylinder 102 in which pressurized gas is supplied by the pressurized gas supply pipe 104, and a reaction unit 114 disposed in the cylinder 102.

상기 봄베(102)의 형상으로는 일반적으로 구형, 또는 상하단에 반구형이 결합된 원통형을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다만, 상기 반응부(114)가 복수의 플레이트를 접합하여 형성되는 것에 의해 일정한 높이를 가지는 단면이 다각형 또는 원형의 기둥형상을 가지기 때문에 도 1에 도시된 바와 같이, 상하단에 반구형이 결합된 원통형을 사용하는 것이 바람직하다.As the shape of the cylinder 102, generally, a spherical shape, or a cylindrical shape with a hemispherical shape coupled to the upper and lower ends may be used, but is not limited thereto. However, since the reaction part 114 is formed by joining a plurality of plates, the cross section having a constant height has a polygonal or circular columnar shape, as shown in FIG. It is preferable to use.

상기 봄베(102) 내에는 단열재(103)가 충진될 수 있다. 메탄개질과 같은 고온 반응시, 상기 반응부(114) 내부의 온도는 800℃ 전후로 올라가게 되며, 이 때 상기 봄베(102) 내부의 가압가스에 의한 열전달로 상기 봄베(102)는 온도가 상승하게 되고, 이 결과 상기 봄베(102)는 온도상승으로 인해 내압(耐壓) 능력이 저하하게 된다. 본 발명에서는, 이러한 문제점을 극복하기 위해 상기 봄베(102)와 상기 반응부(114) 사이의 공간에 단열재(103)를 충진하여 상기 반응부(114)에서 발생하는 열이 상기 봄베(102)의 벽체에 그대로 도달하는 것을 방지하여 상기 봄베(102)의 내압능력을 유지할 수 있도록 한다.Insulating material 103 may be filled in the cylinder 102. In a high temperature reaction such as methane reforming, the temperature inside the reaction unit 114 is raised to about 800 ° C., and at this time, the temperature of the cylinder 102 is increased by heat transfer by pressurized gas inside the cylinder 102. As a result, the cylinder 102 is deteriorated in pressure resistance due to the temperature rise. In the present invention, in order to overcome this problem, the heat generated from the reaction portion 114 by filling the heat insulating material 103 in the space between the cylinder 102 and the reaction portion 114 of the cylinder 102 It is possible to maintain the pressure resistance capacity of the cylinder 102 by preventing it from reaching the wall as it is.

상기 단열재(103)로는 세라믹을 사용할 수 있으며, 특히 내열성이 좋은 세라믹별돌을 사용하는 것이 바람직하다.Ceramic may be used as the heat insulator 103, and in particular, it is preferable to use a ceramic star stone having good heat resistance.

그리고, 상기 가압가스로는 질소 또는 알곤과 같은 불활성가스를 사용해서, 온도가 상승한 상기 반응부(114)의 표면에서 화학반응이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to use an inert gas such as nitrogen or argon as the pressurized gas so that a chemical reaction does not occur on the surface of the reaction part 114 having a raised temperature.

상기 반응부(114)는 상술한 바와 같이 복수의 플레이트를 확산접합하여 이루어질 수 있다. 상기 반응부(114)의 형상은 단면이 다각형 또는 원형의 기둥형상으로 이루어지며, 압력에 대한 취약부를 최소화하기 위해서는 원형의 단면을 가지는 플레이트를 사용하는 것이 바람직하다.The reaction unit 114 may be formed by diffusion bonding a plurality of plates as described above. The shape of the reaction part 114 is made of a polygonal or circular columnar cross section, it is preferable to use a plate having a circular cross section in order to minimize the weak part to the pressure.

상기 반응부(114)에는 기본적으로, 화학반응을 통해 목적하는 산물을 얻기 위한 반응가스가 흐르는 반응가스유로와, 상기 반응가스에 대해 열을 공급하거나 제거하는 열전달가스가 흐르는 상기 반응가스유로와 접촉하는 열전달가스유로를 가진다.Basically, the reaction part 114 is in contact with a reaction gas flow path through which a reaction gas flows to obtain a desired product through a chemical reaction, and a heat transfer gas that supplies or removes heat to the reaction gas. Has a heat transfer gas path.

특히, 상기 봄베(102) 내부공간으로 가압가스를 제공하는 것에 의해 적층되는 플레이트의 개수가 증가해도, 각 플레이트에 균등한 압력으로 가압하는 것이 가능하다. In particular, even if the number of plates to be laminated is increased by providing a pressurized gas into the cylinder 102 internal space, it is possible to pressurize each plate at an equal pressure.

또한, 상기 반응가스유로와 상기 열전달가스유로는 상기 봄베(102) 내부의 공간과는 격리된다. 즉, 상기 반응부(114)는 상기 봄베(102)의 내부공간과 격리되는 반응가스유로와, 마찬가지로 상기 봄베(102)의 내부공간과 격리되는 열전달가스유로를 형성하도록 구성되고, 상기 반응가스유로와 상기 열전달가스유로는 서로 열접촉된다. 이러한 상기 반응부(114)는 상기 봄베(102) 내부의 공간과 격리되는 반응채널(125,145,165)을 가지는 반응플레이트(120,140,160)와, 상기 봄베(102) 내부의 공간과 격리되는 열전달채널(135,155,175)을 가지는 열전달플레이트(130,150,170)가 교대로 적층된다. 그리고, 상기 교대로 적층된 반응플레이트(120,140,160)와 열전달플레이트(130,150,170)의 양단부에는 상단플레이트(116) 및 하단플레이트(118)가 배치된다.In addition, the reaction gas flow path and the heat transfer gas flow path are isolated from the space inside the bomb 102. That is, the reaction unit 114 is configured to form a heat transfer gas flow path separated from the inner space of the cylinder 102 and the reaction gas flow path separated from the inner space of the cylinder 102, and the reaction gas flow path. And the heat transfer gas flow path are in thermal contact with each other. The reaction unit 114 may include reaction plates 120, 140, and 160 having reaction channels 125, 145, and 165 that are isolated from spaces in the cylinder 102, and heat transfer channels 135, 155, and 175 that are isolated from the spaces in the cylinder 102. Branches heat transfer plates (130, 150, 170) are alternately stacked. The upper plate 116 and the lower plate 118 are disposed at both ends of the reaction plates 120, 140, 160 and the heat transfer plates 130, 150, and 170 alternately stacked.

상기 열전달플레이트(130,150,170)는 좌우 양측으로 배치되는 열전달채널(135,155,175)을 가지며, 상기 열전달채널(135,155,175)의 양단에는 열전달가스 관통홀(131,133,151,153,171,173)이 형성된다. 그리고, 상기 열전달플레이트(130,150,170)에는 상기 열전달채널(135,155,175) 및 상기 열전달가스 관통홀(131,133,151,153,171,173)에 대하여 격리되는 반응가스 연통홀(132,134,152,154,172,174)이 배치된다.The heat transfer plates 130, 150, and 170 have heat transfer channels 135, 155, and 175 disposed on both left and right sides, and heat transfer gas through holes 131, 133, 151, 153, 171, and 173 are formed at both ends of the heat transfer channels 135, 155, and 175. The heat transfer plates 130, 150, and 170 are disposed with reaction gas communication holes 132, 134, 152, 154, 172, and 174 that are isolated from the heat transfer channels 135, 155, 175 and the heat transfer gas through holes 131, 133, 151, 153, 171, and 173.

상기 열전달채널(135,155,175)은 열전달가스의 접촉면적을 확보하기 위해 상기 열전달가스 관통홀(131,133,151,153,171,173) 사이에 복수의 오목한 홈으로 형성된다. 상기 열전달채널(135,155,175)에는 연소를 보조하기 위해 연소촉매가 도포될 수 있다.The heat transfer channels 135, 155, and 175 are formed with a plurality of concave grooves between the heat transfer gas through holes 131, 133, 151, 153, 171, and 173 to secure the contact area of the heat transfer gas. A combustion catalyst may be applied to the heat transfer channels 135, 155, and 175 to assist combustion.

다음으로, 상기 반응플레이트(120,140,160)는 좌우 양측으로 상기 열전달플레이트(130,150,170)의 좌우 양측에 형성된 상기 열전달가스 관통홀(131,133,151,153,171,173)과 동일한 위치에 형성되는 열전달가스 연통홀(121,123,141,143,161,163)이 형성된다. 이 때, 상기 열전달가스 관통홀(131,133,151,153,171,173)과, 상기 열전달가스 연통홀(121,123,141,143,161,163)는 동일한 형상 및 단면적을 가지는 것이 열전달 가스의 이동에 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 상기 열전달가스 관통홀(131,133,151,153,171,173)과, 상기 열전달가스 연통홀(121,123,141,143,161,163)는 모두 원호형상의 슬릿으로 형성된다. Next, the reaction plates 120, 140, and 160 are formed at the same position as the heat transfer gas through holes 131, 133, 151, 153, 171, and 173 formed on the left and right sides of the heat transfer plates 130, 150, and 170 on both sides of the reaction plates. In this case, the heat transfer gas through holes 131, 133, 151, 153, 171 and 173 and the heat transfer gas communication holes 121, 123, 141, 143, 161 and 163 have the same shape and cross-sectional area. In the embodiment of the present invention, the heat transfer gas through holes 131, 133, 151, 153, 171 and 173 and the heat transfer gas communication holes 121, 123, 141, 143, 161 and 163 are all formed of arc-shaped slits.

그리고, 상기 반응플레이트(120,140,160)의 상부에는 상하측에 걸쳐 반응채널(125,145,165)이 형성된다. 상기 반응채널(125,145,165)의 양측에는 반응가스 관통홀(122,124,142,144,162,164)가 형성된다.In addition, reaction channels 125, 145, and 165 are formed on upper and lower sides of the reaction plates 120, 140, and 160. Reaction gas through holes 122, 124, 142, 144, 162 and 164 are formed at both sides of the reaction channels 125, 145 and 165.

상기 반응채널(125,145,165)은 반응가스의 접촉면적을 확보하기 위해 반응가스 관통홀(122,124,142,144,162,164)의 사이에서 복수의 오목한 홈으로 형성된다. 또, 상기 반응채널(125,145,165)에는 반응가스의 반응을 보조하기 위해 반응촉매가 도포될 수 있다. 또, 좀 더 촉매와 원료가스 간 접촉면적을 늘리기 위하여, 상기 상기 반응채널(125,145,165)에 입자상의 반응촉매를 충진하는 것도 가능하다.The reaction channels 125, 145, and 165 are formed with a plurality of concave grooves between the reaction gas through holes 122, 124, 142, 144, 162, and 164 to secure a contact area of the reaction gas. In addition, a reaction catalyst may be applied to the reaction channels 125, 145, and 165 to assist the reaction of the reaction gas. In addition, in order to increase the contact area between the catalyst and the source gas, it is also possible to fill the reaction channel (125, 145, 165) with a particulate reaction catalyst.

상기 반응가스 관통홀(122,124,142,144,162,164)은 상기 반응가스 연통홀(132,134,152,154,172,174)과 동일한 위치에 배치된다. 그리고, 이 때, 상기 반응가스 관통홀(122,124,142,144,162,164)과 상기 반응가스 연통홀(132,134,152,154,172,174)은 동일한 형상 및 단면적을 가지는 것이 반응가스의 이동에 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 상기 반응가스 관통홀(122,124,142,144,162,164)과, 상기 반응가스 연통홀(132,134,152,154,172,174)은 모두 원호형상의 슬릿으로 형성된다.The reaction gas through holes 122, 124, 142, 144, 162 and 164 are disposed at the same position as the reaction gas communication holes 132, 134, 152, 154, 172 and 174. At this time, the reaction gas through holes 122, 124, 142, 144, 162 and 164 and the reaction gas communication holes 132, 134, 152, 154, 172 and 174 have the same shape and cross-sectional area. In the embodiment of the present invention, the reaction gas through holes 122, 124, 142, 144, 162 and 164 and the reaction gas communication holes 132, 134, 152, 154, 172 and 174 are all formed of arc-shaped slits.

상기 상단플레이트(116)는 상기 봄베(102)를 관통하여 설치되는 열전달가스 공급관과 연결되고, 상기 하단플레이트(118)는 상기 봄베(102)를 관통하여 설치되는 열전달가스 배출관(112)과 연결된다. 또, 상기 상단플레이트(116) 및 상기 하단플레이트(118) 중 일방에는 상기 반응플레이트(130,150,170,190)에서 형성되는 반응가스를 배출시키는 반응가스 배출관(106)이 연결되고, 상기 상단플레이트(116) 및 상기 하단플레이트(118) 중 타방에는 원료가스를 공급하는 원료가스 공급관(113)이 연결된다.The upper plate 116 is connected to the heat transfer gas supply pipe is installed through the cylinder 102, the lower plate 118 is connected to the heat transfer gas discharge pipe 112 is installed through the cylinder 102. . In addition, one of the upper plate 116 and the lower plate 118 is connected to the reaction gas discharge pipe 106 for discharging the reaction gas formed in the reaction plates (130,150,170,190), the upper plate 116 and the The other of the lower plate 118 is connected to the source gas supply pipe 113 for supplying the source gas.

상기 열전달가스 공급관은 상기 발열가스가 공급되는 경우, 연료가스 공급관(108)과 산소공급관(110)으로 이루어질 수 있다. 또, 상기 열전달가스 공급관은흡열가스가 공급되는 경우에는 하나 이상의 관으로 형성될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 열전달가스 공급관(108,110)으로 형성되는 경우에는 발열반응과 흡열반응 모두에 대해서 적용이 가능하다.The heat transfer gas supply pipe may include a fuel gas supply pipe 108 and an oxygen supply pipe 110 when the exothermic gas is supplied. In addition, the heat transfer gas supply pipe may be formed of one or more pipes when the endothermic gas is supplied. Therefore, as shown in FIG. 2, the two heat transfer gas supply pipes 108 and 110 may be applied to both an exothermic reaction and an endothermic reaction.

본 발명의 실시예에 따른 고압 마이크로 채널 반응장치(100)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이러한 구성을 통해, 상기 반응가스유로는 상기 원료가스 공급관(113)과 상기 반응채널(125,145,165)과 상기 반응가스 연통홀(132,134,152,154,172,174)과 상기 반응가스 관통홀(122,124,142,144,162,164)과 상기 반응가스 배출관(106)으로 이루어진다.The high pressure micro channel reactor 100 according to the embodiment of the present invention is basically configured as described above. Through this configuration, the reaction gas flow path 113, the reaction channel (125, 145, 165), the reaction gas communication hole (132, 134, 152, 154, 172, 174) and the reaction gas through hole (122, 124, 142, 144, 162, 164) and the reaction gas discharge pipe 106 Is done.

그리고, 상기 열전달가스유로는 상기 열전달가스 공급관(108,110)과 상기 열전달채널(135,155,175)과 상기 열전달가스 연통홀(121,123,141,143,161,163)과 상기 열전달가스 관통홀(131,133,151,153,171,173)과 상기 열전달가스 배출관(112)으로 이루어지게 된다.The heat transfer gas flow path may include the heat transfer gas supply pipes 108 and 110, the heat transfer channels 135, 155, 175, the heat transfer gas communication holes 121, 123, 141, 143, 161, 163, the heat transfer gas through holes 131, 133, 151, 153, 171, 173, and the heat transfer gas discharge pipe 112. do.

예를 들어, 상기 고압 마이크로 채널 반응장치(100)로 흡열반응인 탄화수소 개질반응을 하는 경우에는 상기 원료가스 공급관(113)에 탄화수소(HC)와 스팀의 혼합물을 공급하고, 상기 연료가스 공급관(108) 및 상기 산소 공급관(110)에 연료인 탄화수소와 산화제인 산소를 각각 공급한다.For example, in the case of the endothermic hydrocarbon reforming reaction using the high pressure microchannel reactor 100, a mixture of hydrocarbon (HC) and steam is supplied to the source gas supply pipe 113, and the fuel gas supply pipe 108 is used. ) And the oxygen supply pipe 110 supplies a hydrocarbon as a fuel and oxygen as an oxidant, respectively.

따라서, 상기 탄화수소(HC)와 스팀의 혼합물의 압력으로 상기 봄베(102) 내부에 일정한 압력이 부여되고, 탄화수소(HC)와 스팀의 혼합물은 상기 반응채널(125,145,165)과 상기 반응가스 연통홀(124,144,164,184)과 상기 반응가스 관통홀(134,154,174,194)에 의해 형성되는 관형상의 통로를 지나 상기 반응가스 배출관(106)으로 배출된다. 이와 동시에 탄화수소와 산소는 상기 열전달플레이트(130,150,170)를 지나면서 연소돼서, 상하로 접촉된 상기 반응플레이트(120,140,160)에 열을 공급하게 된다. 그리고, 연소된 배가스는 상기 열전달가스 연통홀(121,123,141,143,161,163)과 상기 열전달가스 관통홀(131,133,151,153,171,173)에 의해 형성되는 관형상의 통로를 지나 상기 열전달가스 배출관(112)으로 배출된다.Therefore, a constant pressure is applied to the cylinder 102 by the pressure of the mixture of the hydrocarbon (HC) and steam, and the mixture of the hydrocarbon (HC) and steam is connected to the reaction channels (125, 145, 165) and the reaction gas communication holes (124, 144, 164, 184). ) And the tubular passage formed by the reaction gas through holes 134, 154, 174 and 194 are discharged to the reaction gas discharge pipe 106. At the same time, hydrocarbon and oxygen are burned while passing through the heat transfer plates 130, 150 and 170, thereby supplying heat to the reaction plates 120, 140 and 160 which are in contact with each other. The combusted exhaust gas is discharged to the heat transfer gas discharge pipe 112 through a tubular passage formed by the heat transfer gas communication holes 121, 123, 141, 143, 161 and 163 and the heat transfer gas through holes 131, 133, 151, 153, 171 and 173.

또 다른 예로써, 상기 고압 마이크로 채널 반응장치(100)로 발열반응인 PrOx, WGS, MTN 반응을 수행하는 경우에는, 상기 원료가스 공급관(113)에 원료가스를 공급하고, 상기 연료가스 공급관(108) 및 상기 산소 공급관(110)에 냉각용 열전달가스를 공급한다. 이 때, 상기 산소 공급관(110)은 폐쇄하는 것도 가능하다. 발열반응 역시 원료가스 및 열전달가스의 흐름은 흡열반응과 같으며, 열의 이동이 상기 반응플레이트(120,140,160)에서 상기 열전달플레이트(130,150,170)로 흐른다는 차이가 있다.As another example, when performing the PrOx, WGS, MTN reaction exothermic reaction to the high-pressure micro-channel reactor 100, the raw material gas is supplied to the source gas supply pipe 113, the fuel gas supply pipe 108 And a heat transfer gas for cooling the oxygen supply pipe (110). At this time, the oxygen supply pipe 110 may be closed. Exothermic reaction is also the flow of source gas and heat transfer gas is the same as the endothermic reaction, there is a difference that the movement of heat flows from the reaction plates (120, 140, 160) to the heat transfer plates (130, 150, 170).

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It can be understood that

100: 고압 마이크로 채널 반응장치 102: 봄베
103: 단열재 104: 가압가스 공급관
106: 반응가스 배출관 108: 연료가스 공급관
110: 산소 공급관 112: 열전달가스 배출관
113: 원료가스 공급관 114: 반응부
116: 상단플레이트 118: 하단플레이트
120,140,160: 반응플레이트 130,150,170: 열전달플레이트
121,123,141,143,161,163: 반응가스 관통홀
122,124,142,144,162,164: 열전달가스 연통홀
125,145,165: 반응가스채널
131,133,151,153,171,173: 열전달가스 연통홀
132,134,,152,154,172,174: 반응가스 관통홀
135,155,175: 반응가스채널100: high pressure microchannel reactor 102: cylinder
103: heat insulating material 104: pressurized gas supply pipe
106: reaction gas discharge pipe 108: fuel gas supply pipe
110: oxygen supply pipe 112: heat transfer gas discharge pipe
113: source gas supply pipe 114: reaction unit
116: top plate 118: bottom plate
120,140,160: reaction plate 130,150,170: heat transfer plate
121,123,141,143,161,163: reaction gas through hole
122,124,142,144,162,164: heat transfer gas communication hole
125,145,165: reaction gas channel
131,133,151,153,171,173: heat transfer gas communication hole
132,134,, 152,154,172,174: Reaction gas through hole
135,155,175: reaction gas channel

Claims (7)

일측에 가압가스 공급관이 연통하도록 설치되는 봄베; 및
상기 봄베 내에 배치되는 반응부를 포함하고,
상기 반응부는 상기 봄베 내부의 공간에 격리되고 상기 봄베를 관통하여 공급되는 원료가스가 반응하여 발생되는 반응가스가 흐르는 반응가스유로와, 상기 봄베를 관통하여 공급되고 상기 봄베 외부로 배출되는 열전달가스가 흐르고 상기 반응가스유로 및 상기 봄베 내부의 공간에 대하여 격리되며 상기 반응가스유로와 접하여 열전달이 이루어지는 열전달가스유로를 가지며,
상기 반응부는, 상기 봄베 내부의 공간과 격리되는 반응채널을 가지는 반응플레이트와, 상기 봄베 내부의 공간과 격리되는 열전달채널을 가지는 열전달플레이트가 교대로 적층되고, 상기 교대로 적층된 반응플레이트와 열전달플레이트의 양단부에는 상단플레이트 및 하단플레이트가 배치되며, 상기 상단플레이트는 상기 봄베를 관통하여 설치되는 열전달가스 공급관과 연결되고, 상기 하단플레이트는 상기 봄베를 관통하여 설치되는 열전달가스 배출관과 연결되며, 상기 상단플레이트 및 상기 하단플레이트 중 일방에는 원료가스가 공급되는 원료가스 공급관과 연결되고, 상기 상단플레이트 및 상기 하단플레이트 중 타방에는 상기 반응플레이트에서 형성되는 반응가스를 배출시키는 반응가스 배출관이 연결되며,
상기 열전달채널의 양단에는 상기 열전달플레이트를 관통하는 열전달가스 관통홀이 형성되고, 상기 반응채널의 양단에는 상기 반응플레이트를 관통하는 반응가스 관통홀이 형성되며,
상기 반응플레이트에는 상기 반응플레이트에 접하는 열전달플레이트의 열전달가스 관통홀과 연결되어 열전달가스를 연통시키는 열전달가스 연통홀이 형성되고, 상기 열전달플레이트에는 상기 열전달플레이트에 접하는 반응플레이트의 반응가스 관통홀과 연결되어 반응가스를 연통시키는 반응가스 연통홀이 형성되고,
상기 반응가스유로는 상기 원료가스 공급관과 상기 봄베 내부공간과 상기 반응채널과 상기 반응가스 연통홀과 상기 반응가스 관통홀과 상기 반응가스 배출관으로 이루어지며,
상기 열전달가스유로는 상기 열전달가스 공급관과 상기 열전달채널과 상기 열전달가스 연통홀과 상기 열전달가스 관통홀과 상기 열전달가스 배출관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
Bomb installed on one side to communicate with the pressurized gas supply pipe; And
Including a reaction unit disposed in the bomb,
The reaction unit is separated into a space inside the cylinder and the reaction gas flow path flowing through the reaction gas generated by the reaction of the source gas supplied through the cylinder, and the heat transfer gas supplied through the cylinder and discharged to the outside of the cylinder is Has a heat transfer gas flow path which flows and is isolated from the reaction gas flow path and the space inside the bomb and is in heat transfer in contact with the reaction gas flow path,
The reaction unit may alternately stack a reaction plate having a reaction channel isolated from the space inside the bomb, and a heat transfer plate having a heat transfer channel isolated from the space inside the bomb, and alternately stack the reaction plate and the heat transfer plate. An upper plate and a lower plate are disposed at both ends of the upper plate, and the upper plate is connected to a heat transfer gas supply pipe installed through the cylinder, and the lower plate is connected to a heat transfer gas discharge pipe installed through the cylinder and the upper end. One of the plate and the lower plate is connected to a source gas supply pipe for supplying a source gas, and the other of the upper plate and the lower plate is connected with a reaction gas discharge pipe for discharging the reaction gas formed in the reaction plate.
Heat transfer gas through holes penetrating the heat transfer plate are formed at both ends of the heat transfer channel, and reaction gas through holes penetrating the reaction plate are formed at both ends of the reaction channel.
The reaction plate is connected to the heat transfer gas through hole of the heat transfer plate in contact with the reaction plate is formed a heat transfer gas communication hole for communicating the heat transfer gas, the heat transfer plate is connected to the reaction gas through hole of the reaction plate in contact with the heat transfer plate To form a reaction gas communication hole for communicating the reaction gas,
The reaction gas flow path is composed of the source gas supply pipe, the bomb inner space, the reaction channel, the reaction gas communication hole, the reaction gas through hole and the reaction gas discharge pipe,
And the heat transfer gas flow passage comprises the heat transfer gas supply pipe, the heat transfer channel, the heat transfer gas communication hole, the heat transfer gas through hole, and the heat transfer gas discharge pipe.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 열전달가스 공급관에는 발열가스 또는 흡열가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
The high pressure microchannel reactor according to claim 1, wherein an exothermic gas or an endothermic gas is supplied to the heat transfer gas supply pipe.
제3항에 있어서, 상기 발열가스가 공급되는 경우, 상기 열전달가스 공급관은 연료가스 공급관과 산소공급관으로 이루어지며, 상기 연료가스 공급관과 상기 산소공급관은 상기 열전달가스유로에 연결되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
4. The high pressure of claim 3, wherein the heat transfer gas supply pipe comprises a fuel gas supply pipe and an oxygen supply pipe when the exothermic gas is supplied, and the fuel gas supply pipe and the oxygen supply pipe are connected to the heat transfer gas flow path. Micro Channel Reactor.
제1항에 있어서, 상기 반응채널에는 반응촉매가 도포되거나, 입자상의 반응촉매가 충진되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
The high-pressure microchannel reactor according to claim 1, wherein the reaction channel is coated with a reaction catalyst or filled with a particulate reaction catalyst.
제1항에 있어서, 상기 열전달채널에는 연소촉매가 도포되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
The high pressure microchannel reactor according to claim 1, wherein a combustion catalyst is applied to the heat transfer channel.
제1항에 있어서, 상기 봄베 내부와 상기 반응부 사이의 공간에는 가압가스가 유통가능한 단열재가 충진되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.The high pressure microchannel reactor according to claim 1, wherein a space between the inside of the bomb and the reaction part is filled with a heat insulating material through which pressurized gas can flow.
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JPH0994456A (en) * 1995-04-20 1997-04-08 Tohoku Electric Power Co Inc High-pressure treating device
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