KR102635364B1 - 이동형 화학 작용제 중화 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 전장 환경에서 획득된 1톤 이하의 다양한 화학 작용제의 운송에 따른 누출 사고, 운송 인력 필요, 탈취 등의 문제점을 해결하기 위해, 현장에 운송 수단으로 이동하여 현장에서 다양한 화학 작용제를 중화 처리할 수 있는 이동형 화학 작용제 중화 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치는, 중화제를 저장하는 중화제 용기; 상기 중화제를 이송시키는 중화제 펌프; 및 상기 중화제가 회분식 반응기로 투입되도록 통과하는 스태틱 믹서관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동형 화학 작용제 중화 장치 및 그 동작 방법{Mobile Chemical Reactant Neutralization Device and Its Operating Method}
본 발명은 이동형 화학 작용제 중화 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전장 환경에서 획득한 1톤 이하의 작용제를 현장에서 중화 반응 처리가 가능토록 차량 등으로 운송 가능한 이동형 화학 작용제 중화 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
화학 작용제는 군사적 목적으로 인명의 살상, 피해를 위해 개발된 고독성의 물질이다.
1997년 화학 무기 금지 협약의 발효에 따라 협약 가입국은 기존에 보유하고 있던 화학 작용제를 포함한 화학 무기는 폐기하여야 하고 획득한 화학 무기 또한 신고 후 폐기해야 하는 의무가 발생하였다.
화학 작용제의 폐기 기술로는 크게 소각법과 중화법이 사용되었다.
소각법은 고온의 소각로에 작용제를 투입하여 작용제를 연소시켜 폐기하는 방법으로 초기 작용제 처리에 많이 사용되었다.
하지만 환경 규제의 강화와 소각 시설 인근 주민들의 누출에 대한 우려, 소각시 발생하는 고부식성 물질에 의한 설비 고장 등으로 작용제를 직접 소각하는 기술에 대해 대체할 수 있는 기술들이 요구되었고, 그 결과 중화 방식이 근래에는 사용되고 있다.
중화 방식은 화학 작용제를 반응기 내에서 중화제와 반응시켜 작용제를 독성이 없는 물질로 전환시키는 기술로써, 미국, 러시아, 시리아 등에서 적용되었다.
중화 반응을 위해서는 화학 반응기, 구동 장치, 저장 용기, 각종 관, 밸브 및 펌프 등으로 구성되는 화학 설비들이 요구된다.
화학 작용제는 고독성의 물질로 운송간 누출 사고 발생시 대형 참사를 야기할 수 있기 때문에 미국, 러시아 등에서는 화학 무기 저장 지역 내 폐기 시설을 건설하여 처리를 진행하였는데, 그 결과 미국은 9개 시설을, 러시아는 7개 시설을 건설하여 폐기를 수행한 후 시설을 폐쇄함으로써 막대한 비용이 소요되었다.
시리아의 경우 미국에서 현장에 배치가 가능한 가수분해 장치인 FDHS(Field Deployable Hydrolysis System)을 투입하여 작용제를 처리하였는데 FDHS는 컨테이너 35개로 구성되며, 15일 정도의 배치 및 설치 기간이 소요되고, 대량의 화학 작용제를 처리에 적합한 장치이다.
한편, 전시에는 적이 사용하여 불발탄이 발생하거나 전투에 사용하기 위해 전장에 배치된 화학 무기를 아군이 획득할 수 있다.
이때 화학 무기 획득 장소는 광범위한 지역에 분산됨에 따라 획득 무기를 안전하게 포장하고 폐기 시설로 운송하여 처리하게 된다.
하지만 화학 무기의 운송시 누출에 의한 피해 발생 가능성, 별도의 이송을 위한 인원 필요, 이송간 탈취 가능성 등의 문제점이 있다.
국내 등록특허공보 제10-1484689호
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전장 환경에서 획득된 1톤 이하의 다양한 화학 작용제의 운송에 따른 누출 사고, 운송 인력 필요, 탈취 등의 문제점을 해결하기 위해, 현장에 운송 수단으로 이동하여 현장에서 다양한 화학 작용제를 중화 처리할 수 있는 이동형 화학 작용제 중화 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치는, 중화제를 저장하는 중화제 용기; 상기 중화제를 이송시키는 중화제 펌프; 및 상기 중화제가 회분식 반응기로 투입되도록 통과하는 스태틱 믹서관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치는, 상기 회분식 반응기에 투입된 상기 중화제를 순환시키는 순환 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치는, 화학 작용제를 저장하는 화학 작용제 저장 용기; 및 상기 화학 작용제를 이송시키는 화학 작용제 펌프;를 포함하며, 상기 화학 작용제가 상기 스태틱 믹서관을 통과하여 상기 회분식 반응기로 투입되어 상기 중화제와 상기 화학 작용제가 중화 반응하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치는, 상기 중화제와 상기 화학 작용제를 혼합시키는 회분식 반응기 교반 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치에서, 상기 스태틱 믹서관은 상기 중화제와 상기 화학 작용제를 균일하게 섞어주며, 상기 스태틱 믹서관은 회분식 반응기의 온도를 제어하기 위한 전열 밴드 또는 회분식 반응기에서 온도 조절 유체를 순환시킬 수 있는 자켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치에서, 상기 중화제 용기는 상기 중화제를 가열하여 반응 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치는, 상기 회분식 반응기 내의 기체를 배출시킬 수 있는 기체 배출관에 연결되어 상기 회분식 반응기의 압력을 조절할 수 있는 압력 조절기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치에서, 상기 압력 조절기는 상기 기체 배출관을 통해 넘어온 상기 회분식 반응기의 기체 중 포함될 수 있는 독성의 화학 물질이 대기로 배출되는 것을 방지하기 위해 독성의 화학 물질을 분해시킬 수 있는 용액을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치에서, 상기 용액은 물에 수산화 나트륨 또는 수산화 칼륨을 녹여서 제조되는 독성 물질 분해 용액인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치에서, 상기 압력 조절기는 내부 기체의 대기 배출시 화학 물질 배출을 방지하기 위해 흡착제가 포함된 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법은, 중화제 용기의 중화제가 중화제 펌프에 의해 스태틱 믹서관을 통과하여 회분식 반응기로 투입되는 단계; 상기 중화제의 투입이 종료되면, 순환 펌프에 의해 상기 중화제가 상기 스태틱 믹서관과 상기 회분식 반응기 사이를 순환하는 단계; 상기 중화제가 순환하는 중에 화학 작용제 저장 용기의 화학 작용제가 화학 작용제 펌프에 의해 상기 스태틱 믹서관을 통과하여 상기 회분식 반응기로 투입되어 중화 반응이 진행되는 단계; 및 반응이 종료되면 반응 물질이 폐액 저장부로 이송되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법은, 상기 중화제와 상기 화학 작용제를 혼합시키는 회분식 반응기 교반 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법에서, 상기 스태틱 믹서관은 상기 중화제와 상기 화학 작용제를 균일하게 섞어주며, 상기 스태틱 믹서관은 회분식 반응기의 온도를 제어하기 위한 전열 밴드 또는 회분식 반응기에서 온도 조절 유체를 순환시킬 수 있는 자켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법에서, 상기 중화제 용기는 상기 중화제를 가열하여 반응 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법은, 상기 회분식 반응기 내의 기체를 배출시킬 수 있는 기체 배출관에 연결되어 상기 회분식 반응기의 압력을 조절할 수 있는 압력 조절기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법에서, 상기 압력 조절기는 상기 기체 배출관을 통해 넘어온 회분식 반응기의 기체 중 포함될 수 있는 독성의 화학 물질이 대기로 배출되는 것을 방지하기 위해 독성의 화학 물질을 분해시킬 수 있는 용액을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법에서, 상기 용액은 물에 수산화 나트륨 또는 수산화 칼륨을 녹여서 제조되는 독성 물질 분해 용액인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법에서, 상기 압력 조절기는 내부 기체의 대기 배출시 화학 물질 배출을 방지하기 위해 흡착제가 포함된 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치는, 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법에 의해 동작한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 전장 환경에서 획득된 1톤 이하의 다양한 화학 작용제의 운송에 따른 누출 사고, 운송 인력 필요, 탈취 등의 문제점을 해결하기 위해, 현장에 운송 수단으로 이동하여 현장에서 다양한 화학 작용제를 중화 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 현장에서 발견된 화학 무기를 이송할 필요 없이 현장에서 중화 처리를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 이동형 화학 작용제 중화 장치를 나타내는 도면.
도 2는 압력 조절을 위한 압력 조절기를 나타내는 도면.
도 3는 스태틱 믹서관을 나타내는 도면.
도 4는 전열 밴드가 포함된 스태틱 믹서관을 나타내는 도면.
도 5는 자켓형 스태틱 믹서관을 나타내는 도면.
도 6은 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법의 흐름을 나타내는 플로우 차트.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 이동형 화학 작용제 중화 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치(100)는 회분식 반응기(1)와, 회분식 반응기 교반 장치(2)와, 현장에서 전력 생산을 위한 디젤 발전기(3)와, 중화제 용기(4)와, 중화제 투입을 위한 중화제 펌프(5)와, 회분식 반응기(1)와 스태틱 믹서관(9) 내 공기 공급을 위한 에어 컴프레서(6)와, 화학 작용제의 투입을 위한 화학 작용제 펌프(7)와, 투입된 화학 작용제와 중화제를 순환시키기 위한 순환 펌프(8)와, 유체를 강하게 교반시키기 위한 스태틱 믹서관(9)과, 회분식 반응기(1) 내 압력 조절을 위한 압력 조절기(10)와, 압력 조절기(10) 내 유해 가스 배출 방지를 위한 필터(11)와, 기체 배출관(12)을 포함한다.
본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치(100)가 포함하는 구성 요소들이 운송 수단으로 이동이 가능하도록 NATO 463L 파레트 규격(가로 220 ㎝, 세로 270 ㎝) 내에 배치되도록 한다.
회분식 반응기(1)는 1 ~ 5의 대기압을 견딜수 있도록 형성된다.
이러한 회분식 반응기(1) 재질은 티타늄, 하스텔로이, 인코넬 및 SUS316급을 사용할 수 있다.
회분식 반응기(1)는 100 L ~ 1,000 L 의 내부 용량을 갖는 것을 사용할 수 있다.
또한, SUS316 재질을 사용시에는 부식 방지를 위해 내부에 테프론 등 불소계 코팅을 할 수 있다.
회분식 반응기(1) 상부에는 화학 작용제와 중화제가 투입되는 투입구 1개와 추후 설명하는 가스를 배출할 수 있는 배출구 1개를 포함할 수 있으며, 투입과 배출은 금속 배관을 통해 이루어지게 된다.
회분식 반응기(1) 하부에는 반응물의 배출을 위한 배출구를 포함하며, 금속 배관을 통해 순환 펌프(8)와 연결될 수 있다.
회분식 반응기(1)는 온도 조절을 위해 회분식 반응기(1) 외부에 열 조절을 위한 유체가 연속적으로 흐를 수 있는 자켓(17)을 추가하거나 회분식 반응기(1) 내부로 열 조절 유체가 순환할 수 있는 관, 또는 전열 장치를 더 포함할 수 있다.
회분식 반응기 교반 장치(2)는 회분식 반응기(1) 내 반응물(화학 작용제와 중화제)들의 혼합을 위한 장치로 회분식 반응기(1)에 잠기어 회전하며 섞어주는 임펠러와, 이러한 임펠러를 회전시켜 주기 위한 구동기로 구성될 수 있다.
이러한 구동기는 기계적 모터나 자기력을 이용한 마그네틱 드라이브로 구성할 수 있다.
한편, 회분식 반응기(1) 내 반응물이 후술하는 스태틱 믹서관(9)만으로 충분한 교반 능력을 확보할 시에는 회분식 반응기 교반 장치(2)는 사용하지 않을 수도 있다.
디젤 발전기(3)는 이동형 화학 작용제 중화 장치(100) 내 필요 전력을 생산하는 역할을 수행한다.
디젤 발전기(3)는 10 ㎾ 에서 50 ㎾ 급 용량의 발전기를 사용할 수 있다.
디젤 발전기(3)에서 생산된 전기는 해당 디젤 발전기(3)와 연결된 중화제 용기(4)의 가열 장치와, 회분식 반응기(1)의 가열 장치와, 에어 컴프레서(6)와, 각 펌프와, 회분식 반응기 교반 장치(2)에 각각 전기를 공급하게 된다.
중화제 용기(4)는 SUS316급 재질로 10 L ~ 100 L 의 용기를 사용할 수 있다.
중화제 용기(4)는 50 도 ~ 100 도까지 가열할 수 있고, 내부의 균일한 온도 유지를 위해 중화제 용기(1) 내 교반 기능을 포함할 수 있다.
중화제 펌프(5)는 내염기성 특성을 가지고 있으며, 분당 1 L ~ 100 L 의 중화제를 이송시킬 수 있다.
에어 컴프레서(6)는 장치(회분식 반응기(1)와 스태틱 믹서관(9) 사이의 순환 구조를 갖는 장치) 내 필요한 고압의 공기를 공급할 수 있으며, 2 bar ~ 10 bar 압력의 공기를 공급할 수 있다.
이러한 에어 컴프레서(6)는 중화제와, 화학 작용제가 스태틱 믹서관(9)을 통과하여 회분식 반응기(1)로 투입되는 과정에서, 각각 이동하는 배관에 일부 남아있는 중화제와 화학 작용제를 회분식 반응기(1)로 투입시키는 역할을 수행한다.
화학 작용제 펌프(7)는 내산성의 다이아프램 방식의 펌프를 사용할 수 있으며, 분당 0.1 L ~ 100 L 의 화학 작용제를 이송시킬 수 있다.
순환 펌프(8)는 회분식 반응기(1) 배출구와 후술하는 스태틱 믹서관(9) 사이에 위치하여 반응물들을 회분식 반응기(1)와 스태틱 믹서관(9) 내에서 순환시키는 역할을 수행할 수 있다.
순환 펌프(8)는 분당 10 L ~ 200 L 의 반응물을 순환시킬 수 있다.
스태틱 믹서관(9)은 화학 작용제와 중화제를 균일하게 섞어주는 역할을 할 수 있다.
스태틱 믹서관(9)의 길이는 50 ㎝ ~ 150 ㎝, 내경 2 ㎝ ~ 10 ㎝ 내의 크기를 사용할 수 있다.
스태틱 믹서관(9)은 SUS316급, 하스텔로이, 테프론, 불소계 고분자 재질의 것을 사용할 수 있으며, SUS316급 재질을 사용할 때 내부에는 테프론이나 불소계 고분자 코팅을 할 수 있다.
압력 조절기(10)는 회분식 반응기(1)의 고압으로 인한 문제를 방지하기 위해 회분식 반응기(1) 내 기체를 배출시킬 수 있는 기체 배출관(12)에 연결하여 회분식 반응기(1)의 압력을 조절할 수 있다.
도 2는 압력 조절을 위한 압력 조절기를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상술한 바와 같이 압력 조절기(10)는 회분식 반응기(1)의 고압으로 인한 문제를 방지하기 위해 회분식 반응기(1) 내 기체를 배출시킬 수 있는 기체 배출관(12)에 연결하여 회분식 반응기(1)의 압력을 조절할 수 있다.
압력 조절기(10)에는 기체 배출관(12)을 통해 넘어온 회분식 반응기(1) 내의 기체 중 포함될 수 있는 독성의 화학 물질이 대기로 배출되는 것을 방지하기 위해 화학 물질을 분해시킬 수 있는 용액(13)을 포함하고 있으며, 기체 배출관(12)은 용액(13)에 잠기도록 할 수 있다.
용액(3)은 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 물로 녹여 제조할 수 있다.
압력 조절기(10) 내의 기체가 외부로 배출될 때 화학 물질이 포함되는 것을 방지하기 위해 필터(11)가 장착될 수 있다.
즉, 압력 조절기(10)에 필터(11)를 포함할 수 있다.
필터(11) 내에는 화학 물질을 흡착할 수 있는 흡착제(14)를 포함할 수 있으며, 흡착 물질로는 활성탄, MOF(Metal Organic Frameworks), 제올라이트 등을 사용할 수 있다.
도 3는 스태틱 믹서관을 나타내는 도면이다.
스태틱 믹서관(9) 내부의 스태틱 믹서(15)는 SUS316급, 하스텔로이나 테프론 또는 불소계 고분자 재질의 것을 사용할 수 있다.
이와 같은 스태틱 믹서(15)는 스태틱 믹서관(9) 내에서 스태틱 믹서관(9)의 길이 방향으로 가상의 축을 중심으로 경사진 나사면 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같은 스태틱 믹서(15)의 형상은 다음과 같은 역할을 수행한다.
즉, 회분식 반응기에 투입된 중화제와 화학 작용제가 순환 펌프(8)에 의해, 스태틱 믹서관(9)과 회분식 반응기(1) 사이를 순환하며 반응하도록 배리어 역할을 수행한다.
즉, 순환 펌프(8)의 힘에 의해 순환하는 중화제와 화학 작용제가 배리어 역할을 수행하는 스태틱 믹서(15)에 충돌함으로써 강한 교반이 이루어진다.
이에 의해, 중화제와 화학 작용제의 반응이 이루어지게 된다.
도 4는 전열 밴드가 포함된 스태틱 믹서관을 나타내는 도면이고, 도 5는 자켓형 스태틱 믹서관을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 회분식 반응기(1)의 온도 조절을 위해 스태틱 믹서관(9)에 전열 밴드(16)를 설치할 수 있다.
또는 회분식 반응기(1)의 온도 조절을 위해 온도 조절 유체를 순환시킬 수 있는 자켓(17)을 설치 할 수 있다.
회분식 반응기(1) 내 필요한 온도를 유지하기 위하여 온도 조절을 위한 유체가 순환할 수 있는 자켓(17)을 회분식 반응기(1) 외부에 설치하거나 회분식 반응기 내부에 관형으로 추가할 수 있으며, 가열만이 필요시에는 전열식 막대 등으로 반응물을 직접 가열할 수 있다.
환언하면, 화학 작용제의 현장 처리를 위한 이동형 화학 작용제 중화 장치(100)는 회분식 반응기(1)와, 회분식 반응기(1)의 교반을 위한 모터를 포함한 회분식 반응기 교반 장치(2)와, 가열이 가능한 중화제 용기(4)와, 화학 작용제의 회분식 반응기(1) 내 투입을 위한 화학 작용제 펌프(7)와 중화제 투입을 위한 중화제 펌프(5)와, 회분식 반응기(1) 내에 투입된 작용제와 중화제를 관내에서 섞어줄 수 있는 스태틱 믹서(15)가 포함된 스태틱 믹서관(9)과, 작용제와 중화제를 회분식 반응기(1)와 스태틱 믹서관(9) 사이를 순환시켜줄 수 있는 순환 펌프(8)와, 회분식 반응기(1) 내 압력에 의한 문제를 방지하기 위한 압력 조절기(10)를 포함한다.
본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치(100)는 중화제 용기(4)에 저장되어 있는 중화제가 중화제 펌프(5)에 의해 이송된다.
특히, 중화제 펌프(5)에 의해 이송되는 중화제가 스태틱 믹서관(9)을 통과하여 회분식 반응기(1)로 투입된다.
중화제가 회분식 반응기(1)에 투입된 이후, 순환 펌프(8)에 의해 중화제가 회분식 반응기(1)와 스태틱 믹서(9) 사이를 순환하게 된다.
이후, 화학 작용제 저장 용기에 저장되어 있는 화학 작용제가 화학 작용제 펌프(7)에 의해 이송된다.
특히, 순환 펌프(8)에 의해 중화제가 회분식 반응기(1)와 스태틱 믹서(9) 사이를 순환하고 있는 상황에서 화학 작용제 펌프(7)에 의해 이송되는 중화제가 스태틱 믹서관(9)을 통과하여 회분식 반응기(1)로 투입된다.
이에 의해, 중화제와 화학 작용제가 중화 반응하게 된다.
회분식 반응기(1)는 온도 조절을 위해 회분식 반응기(1) 외부에 열 조절을 위한 유체가 연속적으로 흐를 수 있는 자켓(17)을 추가하거나 회분식 반응기(1) 내부로 열 조절 유체가 순환할 수 있는 관, 또는 전열 장치를 더 포함할 수 있다.
스태틱 믹서(15)가 포함된 스태틱 믹서관(9) 외부에는 열 조절을 위해 전열 밴드(16) 또는 열유체가 흐를수 있는 자켓(17)을 더 포함할 수 있다.
이동형 화학 작용제 중화 장치(100)는 반응 상황을 확인할 수 있도록 전자식 온도계, 압력계 및 pH 미터를 더 포함할 수 있다.
도 6은 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법은 4개의 단계를 포함한다.
제 1 단계(S100)에서는, 중화제 용기(4)의 중화제가 중화제 펌프(5)에 의해 스태틱 믹서관(9)을 통과하여 회분식 반응기(1)로 투입된다.
회분식 반응기(1)는 1 ~ 5의 대기압을 견딜수 있도록 형성된다.
이러한 회분식 반응기(1) 재질은 티타늄, 하스텔로이, 인코넬 및 SUS316급을 사용할 수 있다.
회분식 반응기(1)는 100 L ~ 1,000 L 의 내부 용량을 갖는 것을 사용할 수 있다.
또한, SUS316 재질을 사용시에는 부식 방지를 위해 내부에 테프론 등 불소계 코팅을 할 수 있다.
회분식 반응기(1) 상부에는 화학 작용제와 중화제가 투입되는 투입구 1개와 추후 설명하는 가스를 배출할 수 있는 배출구 1개를 포함할 수 있으며, 투입과 배출은 금속 배관을 통해 이루어지게 된다.
회분식 반응기(1) 하부에는 반응물의 배출을 위한 배출구를 포함하며, 금속 배관을 통해 순환 펌프(8)와 연결될 수 있다.
회분식 반응기(1)는 온도 조절을 위해 회분식 반응기(1) 외부에 열 조절을 위한 유체가 연속적으로 흐를 수 있는 자켓(17)을 추가하거나 회분식 반응기(1) 내부로 열 조절 유체가 순환할 수 있는 관, 또는 전열 장치를 더 포함할 수 있다.
중화제 용기(4)는 SUS316급 재질로 10 L ~ 100 L 의 용기를 사용할 수 있다.
중화제 용기(4)는 50 도 ~ 100 도까지 가열할 수 있고, 내부의 균일한 온도 유지를 위해 중화제 용기(1) 내 교반 기능을 포함할 수 있다.
중화제 펌프(5)는 내염기성 특성을 가지고 있으며, 분당 1 L ~ 100 L 의 중화제를 이송시킬 수 있다.
스태틱 믹서관(9)은 화학 작용제와 중화제를 균일하게 섞어주는 역할을 할 수 있다.
스태틱 믹서관(9)의 길이는 50 ㎝ ~ 150 ㎝, 내경 2 ㎝ ~ 10 ㎝ 내의 크기를 사용할 수 있다.
스태틱 믹서관(9)은 SUS316급, 하스텔로이, 테프론, 불소계 고분자 재질의 것을 사용할 수 있으며, SUS316급 재질을 사용할 때 내부에는 테프론이나 불소계 고분자 코팅을 할 수 있다.
스태틱 믹서관(9) 내부의 스태틱 믹서(15)는 SUS316급, 하스텔로이나 테프론 또는 불소계 고분자 재질의 것을 사용할 수 있다.
이와 같은 스태틱 믹서(15)는 스태틱 믹서관(9) 내에서 스태틱 믹서관(9)의 길이 방향으로 가상의 축을 중심으로 경사진 나사면 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같은 스태틱 믹서(15)의 형상은 다음과 같은 역할을 수행한다.
즉, 회분식 반응기에 투입된 중화제와 화학 작용제가 순환 펌프(8)에 의해, 스태틱 믹서관(9)과 회분식 반응기(1) 사이를 순환하며 반응하도록 배리어 약할을 수행한다.
즉, 순환 펌프(8)의 힘에 의해 순환하는 중화제와 화학 작용제가 배리어 역할을 수행하는 스태틱 믹서(15)에 충돌함으로써 강한 교반이 이루어진다.
이에 의해, 중화제와 화학 작용제의 반응이 이루어지게 된다.
회분식 반응기(1)의 온도 조절을 위해 스태틱 믹서관(9)에 전열 밴드(16)를 설치할 수 있다.
또는 회분식 반응기(1)의 온도 조절을 위해 온도 조절 유체를 순환시킬 수 있는 자켓(17)을 설치 할 수 있다.
회분식 반응기(1) 내 필요한 온도를 유지하기 위하여 온도 조절을 위한 유체가 순환할 수 있는 자켓(17)을 회분식 반응기(1) 외부에 설치하거나 회분식 반응기 내부에 관형으로 추가할 수 있으며, 가열만이 필요시에는 전열식 막대 등으로 반응물을 직접 가열할 수 있다.
제 2 단계(S200)에서는, 중화제의 투입이 종료되면, 순환 펌프(8)에 의해 중화제가 스태틱 믹서관(9)과 회분식 반응기(1) 사이를 순환한다.
순환 펌프(8)는 회분식 반응기(1) 배출구와 후술하는 스태틱 믹서관(9) 사이에 위치하여 반응물들을 회분식 반응기(1)와 스태틱 믹서관(9) 내에서 순환시키는 역할을 수행할 수 있다.
순환 펌프(8)는 분당 10 L ~ 200 L 의 반응물을 순환시킬 수 있다.
제 3 단계(S300)에서는, 중화제가 순환하는 중에 화학 작용제 저장 용기의 화학 작용제가 화학 작용제 펌프(7)에 의해 스태틱 믹서관(9)을 통과하여 회분식 반응기(1)로 투입되어 중화 반응이 진행된다.
화학 작용제 펌프(7)는 내산성의 다이아프램 방식의 펌프를 사용할 수 있으며, 분당 0.1 L ~ 100 L 의 화학 작용제를 이송시킬 수 있다.
제 4 단계(S400)에서는, 반응이 종료되면 반응 물질이 폐액 저장부로 이송된다.
또한, 회분식 반응기 교반 장치(2)는 회분식 반응기(1) 내 반응물(화학 작용제와 중화제)들의 혼합을 위한 장치로 회분식 반응기(1)에 잠기어 회전하며 섞어주는 임펠러와, 이러한 임펠러를 회전시켜 주기 위한 구동기로 구성될 수 있다.
이러한 구동기는 기계적 모터나 자기력을 이용한 마그네틱 드라이브로 구성할 수 있다.
한편, 회분식 반응기(1) 내 반응물이 후술하는 스태틱 믹서관(9)만으로 충분한 교반 능력을 확보할 시에는 회분식 반응기 교반 장치(2)는 사용하지 않을 수도 있다.
디젤 발전기(3)는 이동형 화학 작용제 중화 장치(100) 내 필요 전력을 생산하는 역할을 수행한다.
디젤 발전기(3)는 10 ㎾ 에서 50 ㎾ 급 용량의 발전기를 사용할 수 있다.
디젤 발전기(3)에서 생산된 전기는 해당 디젤 발전기(3)와 연결된 중화제 용기(4)의 가열 장치와, 회분식 반응기(1)의 가열 장치와, 에어 컴프레서(6)와, 각 펌프와, 회분식 반응기 교반 장치(2)에 각각 전기를 공급하게 된다.
에어 컴프레서(6)는 장치(회분식 반응기(1)와 스태틱 믹서관(9) 사이의 순환 구조를 갖는 장치) 내 필요한 고압의 공기를 공급할 수 있으며, 2 bar ~ 10 bar 압력의 공기를 공급할 수 있다.
이러한 에어 컴프레서(6)는 중화제와, 화학 작용제가 스태틱 믹서관(9)을 통과하여 회분식 반응기(1)로 투입되는 과정에서, 각각 이동하는 배관에 일부 남아있는 중화제와 화학 작용제를 회분식 반응기(1)로 투입시키는 역할을 수행한다.
압력 조절기(10)는 회분식 반응기(1)의 고압으로 인한 문제를 방지하기 위해 회분식 반응기(1) 내 기체를 배출시킬 수 있는 기체 배출관(12)에 연결하여 회분식 반응기(1)의 압력을 조절할 수 있다.
압력 조절기(10)에는 기체 배출관(12)을 통해 넘어온 회분식 반응기(1) 내의 기체 중 포함될 수 있는 독성의 화학 물질이 대기로 배출되는 것을 방지하기 위해 화학 물질을 분해시킬 수 있는 용액(13)을 포함하고 있으며, 기체 배출관(12)은 용액(13)에 잠기도록 할 수 있다.
용액(3)은 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 물로 녹여 제조할 수 있다.
압력 조절기(10) 내의 기체가 외부로 배출될 때 화학 물질이 포함되는 것을 방지하기 위해 필터(11)가 장착될 수 있다.
즉, 압력 조절기(10)에 필터(11)를 포함할 수 있다.
필터(11) 내에는 화학 물질을 흡착할 수 있는 흡착제(14)를 포함할 수 있으며, 흡착 물질로는 활성탄, MOF(Metal Organic Frameworks), 제올라이트 등을 사용할 수 있다.
환언하면, 이동형 화학 작용제 중화 장치(100)의 동작은 다음과 같다.
중화제 용기(4)의 중화제가 중화제 펌프(5)를 통해 장치로 투입되면 스태틱 믹서관(9)을 통과하여 회분식 반응기(1)로 투입된다.
중화제 투입이 종료되면 순환 펌프(8)를 작동하여 중화제가 스태틱 믹서관(9)과 회분식 반응기(1) 사이를 순환하도록 한다.
중화제가 순환하는 중에 화학 작용제 펌프(7)를 가동하여 화학 작용제가 스태틱 믹서관(9)을 통과하여 회분식 반응기(1)로 투입된다.
이때 회분식 반응기(1)의 회분식 반응기 교반 장치(2)를 동작시켜 중화제와 작용제를 섞어준다.
화학 작용제 투입이 끝나고 나면 회분식 반응기(1)의 배출구를 열고 순환 펌프(8)을 작동하여 스태틱 믹서관(8), 회분식반응기(1) 사이를 반응물들이 순환하여 반응이 진행된다.
반응이 종료되면 반응 물질들은 폐액 용기로 이송된다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 전장 환경에서 획득된 1톤 이하의 다양한 화학 작용제의 운송에 따른 누출 사고, 운송 인력 필요, 탈취 등의 문제점을 해결하기 위해, 현장에 운송 수단으로 이동하여 현장에서 다양한 화학 작용제를 중화 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 현장에서 발견된 화학 무기를 이송할 필요 없이 현장에서 중화 처리를 구현할 수 있는 효과가 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
1 : 회분식 반응기
2 : 회분식 반응기 교반 장치
3 : 디젤 발전기
4 : 중화제 용기
5 : 중화제 펌프
6 : 에어 컴프레서
7 : 화학 작용제 펌프
8 : 순환 펌프
9 : 스태틱 믹서관
10 : 압력 조절기
11 : 필터
12 : 기체 배출관
13 : 용액
14 : 흡착제
15 : 스태틱 믹서
16 : 전열 밴드
17 : 자켓
100 : 이동형 화학 작용제 중화 장치

Claims (19)

  1. 중화제를 저장하는 중화제 용기;
    상기 중화제를 이송시키는 중화제 펌프;
    상기 중화제가 회분식 반응기로 투입되도록 통과하는 스태틱 믹서관;
    상기 회분식 반응기에 투입된 상기 중화제를 순환시키는 순환 펌프;
    화학 작용제를 저장하는 화학 작용제 저장 용기;
    상기 화학 작용제를 이송시키는 화학 작용제 펌프; 및
    상기 회분식 반응기 내의 기체를 배출시킬 수 있는 기체 배출관에 연결되어 상기 회분식 반응기의 압력을 조절할 수 있는 압력 조절기;를 포함하며,
    상기 화학 작용제가 상기 스태틱 믹서관을 통과하여 상기 회분식 반응기로 투입되어 상기 중화제와 상기 화학 작용제가 중화 반응하며,
    상기 스태틱 믹서관은 상기 중화제와 상기 화학 작용제를 균일하게 섞어주는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중화제와 상기 화학 작용제를 혼합시키는 회분식 반응기 교반 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스태틱 믹서관은 회분식 반응기의 온도를 제어하기 위한 전열 밴드 또는 회분식 반응기에서 온도 조절 유체를 순환시킬 수 있는 자켓을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중화제 용기는 상기 중화제를 가열하여 반응 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 조절기는 상기 기체 배출관을 통해 넘어온 상기 회분식 반응기의 기체 중 포함될 수 있는 독성의 화학 물질이 대기로 배출되는 것을 방지하기 위해 독성의 화학 물질을 분해시킬 수 있는 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 용액은 물에 수산화 나트륨 또는 수산화 칼륨을 녹여서 제조되는 독성 물질 분해 용액인 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 조절기는 내부 기체의 대기 배출시 화학 물질 배출을 방지하기 위해 흡착제가 포함된 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치.
  11. 중화제 용기의 중화제가 중화제 펌프에 의해 스태틱 믹서관을 통과하여 회분식 반응기로 투입되는 단계;
    상기 중화제의 투입이 종료되면, 순환 펌프에 의해 상기 중화제가 상기 스태틱 믹서관과 상기 회분식 반응기 사이를 순환하는 단계;
    상기 중화제가 순환하는 중에 화학 작용제 저장 용기의 화학 작용제가 화학 작용제 펌프에 의해 상기 스태틱 믹서관을 통과하여 상기 회분식 반응기로 투입되어 중화 반응이 진행되는 단계; 및
    반응이 종료되면 반응 물질이 폐액 저장부로 이송되는 단계;를 포함하며,
    상기 회분식 반응기 내의 기체를 배출시킬 수 있는 기체 배출관에 연결되어 상기 회분식 반응기의 압력을 조절할 수 있는 압력 조절기;를 포함하며,
    상기 스태틱 믹서관은 상기 중화제와 상기 화학 작용제를 균일하게 섞어주는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 중화제와 상기 화학 작용제를 혼합시키는 회분식 반응기 교반 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 스태틱 믹서관은 회분식 반응기의 온도를 제어하기 위한 전열 밴드 또는 회분식 반응기에서 온도 조절 유체를 순환시킬 수 있는 자켓을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 중화제 용기는 상기 중화제를 가열하여 반응 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법.
  15. 삭제
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 압력 조절기는 상기 기체 배출관을 통해 넘어온 상기 회분식 반응기의 기체 중 포함될 수 있는 독성의 화학 물질이 대기로 배출되는 것을 방지하기 위해 독성의 화학 물질을 분해시킬 수 있는 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 용액은 물에 수산화 나트륨 또는 수산화 칼륨을 녹여서 제조되는 독성 물질 분해 용액인 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 압력 조절기는 내부 기체의 대기 배출시 화학 물질 배출을 방지하기 위해 흡착제가 포함된 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이동형 화학 작용제 중화 장치의 동작 방법.
  19. 삭제
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