KR20120111702A - 투과형 고압 마이크로 채널 반응장치 - Google Patents

투과형 고압 마이크로 채널 반응장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 채널의 확산조립으로 인한 고압에의 취약성을 해소할 수 있는 투과형 고압 마이크로 채널 반응장치에 관한 것으로, 일측에 원료가스 공급관이 설치되는 봄베; 및 상기 봄베 내에 배치되며, 상기 원료가스 공급관으로부터 공급된 원료가스가 내부로 유통가능한 반응부를 포함하고, 상기 반응부는 상기 반응부와 상기 봄베 내부의 공간에 유통되고 상기 원료가스가 반응하여 발생되는 반응가스가 흐르는 반응가스유로와, 상기 봄베 외부로부터 유입되고 상기 봄베 외부로 배출되는 열전달가스가 흐르고 상기 반응가스유로에 대하여 격리되며 상기 반응가스유로와 접하여 열전달이 이루어지는 열전달유로를 가지며, 상기 반응가스유로에는 개질촉매가 배치되고, 원료가스가 상기 개질촉매의 수직한 방향으로 관통이동하며 접촉되는 것을 특징으로 한다.

Description

투과형 고압 마이크로 채널 반응장치{Penetrating high pressure micro-channel reacting device}
본 발명은 투과형 고압 마이크로 채널 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 채널의 확산조립으로 인한 고압에의 취약성을 해소할 수 있는 투과형 고압 마이크로 채널 반응장치에 관한 것이다.
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 있다
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.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 마이크로 채널의 확산조립으로 인한 고압에의 취약성을 해소할 수 있는 고압 마이크로 채널 반응장치를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일측에 원료가스 공급관이 설치되는 봄베; 및 상기 봄베 내에 배치되며, 상기 원료가스 공급관으로부터 공급된 원료가스가 내부로 유통가능한 반응부를 포함하고, 상기 반응부는 상기 반응부와 상기 봄베 내부의 공간에 유통되고 상기 원료가스가 반응하여 발생되는 반응가스가 흐르는 반응가스유로와, 상기 봄베 외부로부터 유입되고 상기 봄베 외부로 배출되는 열전달가스가 흐르고 상기 반응가스유로에 대하여 격리되며 상기 반응가스유로와 접하여 열전달이 이루어지는 열전달유로를 가지며, 상기 반응가스유로에는 개질촉매가 배치되고, 원료가스가 상기 개질촉매의 수직한 방향으로 관통이동하며 접촉되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치이다.
상기 반응부는, 상기 봄베를 관통하여 설치되는 열전달가스 배출관과 연결되는 하단플레이트의 상측으로, 상기 봄베 내부의 공간과 연통되는 개방반응채널을 상부에 가지는 개방반응플레이트와 상기 봄베 내부의 공간과 격리되는 열전달채널을 상부에 가지는 열전달플레이트가 교대로 적층되되 최상측에 개방반응플레이트가 배치되고, 상기 최상측에 위치하는 개방반응플레이트의 상측으로 개질촉매가 설치되는 개질플레이트가 배치되며, 상기 개질플레이트의 상측으로 상기 개질촉매에 대면하는 역전반응채널이 하부에 형성되는 역전반응플레이트가 배치되고, 상기 역전반응플레이트의 상측에는 상기 봄베를 관통하여 설치되는 열전달가스 공급관 및 반응가스 배출관과 연결되는 상단플레이트가 배치되며, 상기 열전달채널의 양단에는 상기 열전달플레이트를 관통하는 열전달가스 관통홀이 형성되고, 상기 개방반응채널의 일단에는 상기 개방반응플레이트를 관통하는 반응가스 관통홀이 형성되며, 상기 역전반응채널의 양단에는 상기 역전반응플레이트를 관통하는 반응가스 관통홀이 형성되고, 상기 개방반응플레이트, 상기 역전반응플레이트 및 상기 개질플레이트에는 열전달플레이트의 열전달가스 관통홀과 연결되어 열전달가스를 연통시키는 열전달가스 연통홀이 형성되고, 상기 열전달플레이트에는 상기 열전달플레이트에 접하는 개방반응플레이트의 반응가스 관통홀과 연결되어 반응가스를 연통시키는 반응가스 연통홀이 형성되며, 상기 반응가스유로는 상기 원료가스 공급관과 상기 봄베 내부공간과 상기 개방반응채널과 상기 반응가스 연통홀과 상기 반응가스 관통홀과 상기 역전반응플레이트와 상기 반응가스 배출관으로 이루어지며, 상기 열전달가스유로는 상기 열전달가스 공급관과 상기 열전달채널과 상기 열전달가스 연통홀과 상기 열전달가스 관통홀과 상기 열전달가스 배출관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 상단플레이트와 상기 역전반응플레이트 사이에는 하나 이상의 열전달플레이트가 적층되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 상단플레이트와 상기 역전반응플레이트 사이에는 하나 이상의 열전달플레이트와 하나 이상의 폐쇄반응플레이트가 교대로 적층되고, 상기 폐쇄반응플레이트는 상기 봄베 내부의 공간과 격리되는 폐쇄반응채널을 상부에 가지며, 상기 폐쇄반응채널의 양단에는 상기 폐쇄반응플레이트를 관통하는 반응가스 관통홀이 형성되고, 상기 폐쇄반응플레이트에는 열전달플레이트의 열전달가스 관통홀과 연결되어 열전달가스를 연통시키는 열전달가스 연통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 개질플레이트는, 중심부에 개질촉매가 삽입고정되는 개질홀더가 형성되고, 상기 개질플레이트의 하부에는 상기 개질촉매를 지지하도록 상기 개질홀더보다 작은 직경의 지지부가 형성되는 지지플레이트가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 개질홀더에서 상기 개질촉매의 상측으로 믹싱유로블럭이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 열전달공급관에는 발열가스 또는 흡열가스가 공급되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 발열가스가 공급되는 경우, 상기 열전달가스 공급관은 연료가스 공급관과 산소공급관으로 이루어지며, 상기 연료가스 공급관과 상기 산소공급관은 상기 열전달가스유로에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 통하여, 고압하에서도 안정적으로 반응을 유도할 수 있는 마이크로 채널 반응장치를 구현할 수 있다.
특히, 수소 정제공정을 분리막과 연계한 수소 제조 장치로 활용시 수소가 포함된 분리막 미투과 가스를 연료로 활용할 수 있기 때문에 효율이 우수한 수소제조 시스템으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투과형 고압 마이크로 채널 반응장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 고압 마이크로 채널 반응장치의 반응부의 개략도이다.
도 3은 도 2의 반응부의 역전반응플레이트의 사시도이다.
도 4는 도 2의 반응부의 개질플레이트 주변의 단면도이다.
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.
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.
따라서, 상기 고압 마이크로 채널 반응장치(100)는 일측에 원료가스 공급관(104)이 설치되는 봄베(102)와, 상기 봄베(102) 내에 배치되며, 상기 원료가스 공급관(104)으로부터 공급된 원료가스가 내부로 유통가능한 반응부(114)를 포함하여 이루어진다.
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.
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.
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.
특히, 상기 반응가스유로에는 개질촉매(164)가 배치되고, 원료가스가 상기 개질촉매(164)의 수직한 방향으로 관통이동하며 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 봄베(102) 내부공간으로 반응가스(또는 원료가스)를 제공하는 것에 의해 적층되는 플레이트의 개수가 증가하는 경우에 각 플레이트에 균등한 압력으로 반응가스의 분기공급이 가능하며, 일정한 압력의 유지가 가능하다. 따라서, 상기 반응가스유로는 상기 봄베(102) 내부공간과 연통되게 된다. 반대로, 상기 열전달가스유로는 반응가스유로에 대해 격리된다.
이 결과, 상기 반응부(114)는 상기 봄베(102)의 내부공간과 연통되는 반응가스유로와, 상기 봄베(102)의 내부공간과 격리되는 열전달가스유로를 형성하도록 구성된다. 이러한 상기 반응부(114)는 상기 봄베(102)를 관통하여 설치되는 열전달가스 배출관(112)과 연결되는 하단플레이트(118)의 상측으로, 상기 봄베(102) 내부의 공간과 연통되는 개방반응채널(175,195)을 상부에 가지는 개방반응플레이트(170,190)와 상기 봄베(102) 내부의 공간과 격리되는 열전달채널(185,205)을 상부에 가지는 열전달플레이트(180,200)가 교대로 적층되되 최상측에 개방반응플레이트(170)가 배치된다. 그리고, 상기 최상측에 위치하는 개방반응플레이트(170)의 상측으로 개질촉매(164)가 설치되는 개질플레이트(160)가 배치되며, 상기 개질플레이트(160)의 상측으로 상기 개질촉매(164)에 대면하는 역전반응채널(155)이 하부에 형성되는 역전반응플레이트(150)가 배치되고, 상기 역전반응플레이트(150)의 상측에는 상기 봄베(102)를 관통하여 설치되는 열전달가스 공급관 및 반응가스 배출관(106)과 연결되는 상단플레이트(116)가 배치된다.
상기 상단플레이트(116)와 상기 역전반응플레이트(150) 사이에는 하나 이상의 열전달플레이트(120,140)가 적층될 수 있다. 또는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상단플레이트(116)와 상기 역전반응플레이트(150) 사이에는 하나 이상의 열전달플레이트(120,140)와 하나 이상의 폐쇄반응플레이트(130)가 교대로 적층될 수 있다.
상기 열전달플레이트(120,140,180,200)는 좌우 양측으로 배치되는 열전달채널(125,145,185,205)을 가지며, 상기 열전달채널(125,145,185,205)의 양단에는 상기 열전달플레이트(120,140,180,200)를 관통하는 열전달가스 관통홀(121,123,141,143,181,183,201,203)이 형성된다. 그리고, 상기 열전달채널(125,145,185,205) 및 상기 열전달가스 관통홀(121,123,141,143,181,183,201,203)에 대하여 격리되는 반응가스 연통홀(122,124,142,144,182,184,202,204)이 배치된다. 상기 반응가스 연통홀(124,144,164,184)은 상하방향 중 어느 일방에 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 상하 양측에 배치되는 것으로 도시하였다.
상기 열전달채널(125,145,185,205)은 열전달가스의 접촉면적을 확보하기 위해 상기 열전달가스 관통홀(121,123,141,143,181,183,201,203) 사이에 복수의 오목한 홈으로 형성된다. 상기 열전달채널(125,145,185,205)에는 연소를 보조하기 위해 연소촉매가 도포될 수 있다.
다음으로, 상기 개방반응플레이트(170,190)는 좌우 양측으로 상기 열전달플레이트(180,200)의 좌우 양측에 형성된 상기 열전달가스 관통홀(181,183,201,203)과 동일한 위치에 형성되는 열전달가스 연통홀(171,173,191,193)이 형성된다. 이 때, 상기 열전달가스 관통홀(181,183,201,203)과, 상기 열전달가스 연통홀(171,173,191,193)은 동일한 형상 및 단면적을 가지는 것이 열전달 가스의 이동에 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 상기 열전달가스 관통홀(181,183,201,203)과, 상기 열전달가스 연통홀(171,173,191,193)는 모두 원호형상의 슬릿으로 형성된다.
그리고, 상기 개방반응플레이트(170,190)의 상부에는 상하측에 걸쳐 개방반응채널(175,195)가 형성된다. 상기 개방반응채널(175,195)의 상측에는 반응가스 관통홀(134,154,174,194)이 형성되며, 상기 개방반응채널(175,195)의 하측은 상기 봄베(102)의 내부공간과 유통된다.
상기 개방반응채널(175,195)은 반응가스의 접촉면적을 확보하기 위해 상기 반응가스 관통홀(174,194)에서 상기 개방반응플레이트(170,190)의 하단에 걸쳐 복수의 오목한 홈으로 형성된다. 상기 개방반응플레이트(170,190)의 하단까지 상기 개방반응채널(175,195)이 형성되는 것에 의해, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 개방반응플레이트(170,190)와 상기 열전달플레이트(160,180)가 적층된 경우에 외부에서 상기 개방반응채널(175,195)이 노출된다. 이렇게 노출된 상기 개방반응채널(175,195)에 의해 상기 봄베(102) 내의 원료가스가 상기 개방반응플레이트(170,190) 내부로 진입하게 된다. 또, 상기 개방반응채널(175,195)에는 반응가스의 반응을 보조하기 위해 반응촉매가 도포될 수 있다. 또, 상기 반응촉매는 입자상 물질로 상기 개방반응채널(175,195)을 충진하는 것도 가능하다. 따라서, 원료가스가 도포된 반응촉매 또는 입자상 반응촉매에 접촉하는 것에 의해 개질반응이 활성화될 수 있다.
상기 반응가스 관통홀(174,194)은 상기 반응가스 연통홀(184,204)과 동일한 위치에 배치된다. 그리고, 이 때, 상기 반응가스 관통홀(174,194)과 상기 반응가스 연통홀(164,184)은 동일한 형상 및 단면적을 가지는 것이 반응가스의 이동에 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 상기 반응가스 관통홀(174,194)과, 상기 반응가스 연통홀(164,184)은 모두 원호형상의 슬릿으로 형성된다.
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 반응가스유로에서 형성되는 반응가스를 배출시키는 반응가스 배출관(106)이 연결된다.
상기 개질플레이트(160)는, 중심부에 개질촉매(164)가 삽입 고정되는 개질홀더(169)가 형성되고, 상기 개질플레이트(160)의 하부에는 상기 개질촉매(164)를 지지하도록 상기 개질홀더(162)보다 작은 직경의 지지부(169)가 형성되는 지지플레이트(166)가 설치된다.
상기 개질촉매(164)는 니켈파우더(평균입경2.5㎛)를 압력 618 kgf/cm2에서 가압하여 두께 1.2 mm로 성형하였다. 성형체는 수소 가스분위기에서 900℃에서 2시간 소결하여 원형의 디스크를 제작하고, 이를 사각형 형태로 절단하여 제작한다. 상기 개질촉매(164)는 개질원료에 따라서 변화될 수 있다. 메탄, 경유, 휘발유의 경우 니켈 파우더를 사용하여 제조될 수 있고, 에탄올 또는 메탄올을 원료로 사용하여 합성가스 제조를 목표로 할 경우 구리를 주성분으로 하는 미세금속 파우더를 사용하여 제조할 수 있다.
또, 상기 개질홀더(165)에서 상기 개질촉매(164)의 상측으로 믹싱유로블럭(162)이 설치될 수 있다. 상기 믹싱유로블럭(162)은 금속메쉬부재 또는 다공성 금속판으로 이루어질 수 있다.
이러한 개질촉매(164)와 믹싱유로블럭(162)에 의한 개질반응은, 본 출원인의 대한민국 특허 출원 (10-2009-0124091)과 같이 개질가스와 평행한 방향으로 접촉되는 방법보다 많은 개질가스와의 접촉 면적이 크기 때문에 개질성능에서 보다 큰 활성을 나타낸다. 이와 같은 개질촉매(164)와 믹싱유로블럭(162)의 배치로 인하여, 원료가스가 상기 개질촉매(164)의 평면과 수직한 방향으로 이동이 가능하다.
상기 역전반응플레이트(150)의 하부에는 역전반응채널(155)이 형성되고, 상기 역전반응채널(155)의 양단에는 상기 역전반응플레이트(150)를 관통하는 반응가스 관통홀(152,154)이 형성된다.
상기 역전반응플레이트(150), 상기 개질플레이트(160), 및 상기 지지플레이트(166)에는 열전달플레이트의 열전달가스 관통홀과 연결되어 열전달가스를 연통시키는 열전달가스 연통홀(151,153,161,163,167,168)이 형성된다.
그리고, 상기 폐쇄반응플레이트(130)는 상기 봄베(102) 내부의 공간과 격리되는 폐쇄반응채널(135)을 상부에 가지며, 상기 폐쇄반응채널(135)의 양단에는 상기 폐쇄반응플레이트(130)를 관통하는 반응가스 관통홀(132,134)이 형성된다. 그리고, 상기 폐쇄반응플레이트(130)에는 열전달플레이트의 열전달가스 관통홀과 연결되어 열전달가스를 연통시키는 열전달가스 연통홀(131,133)이 형성된다.
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.
본 발명의 실시예에 따른 고압 마이크로 채널 반응장치(100)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이러한 구성을 통해, 상기 반응가스유로는 상기 원료가스 공급관(104)과 상기 봄베(102) 내부공간과 상기 개방반응채널(175,195)과 상기 반응가스 연통홀(124,144,164,184)과 상기 반응가스 관통홀(132,134,152,154,174,194)과 상기 개질촉매(164)와 상기 역전반응채널(155)과 상기 폐쇄반응채널(135)과 상기 반응가스 배출관(106)으로 이루어진다. 여기서, 상기 폐쇄반응채널(135)은 상술한 바와 같이 생략될 수 있다.
그리고, 상기 열전달가스유로는 상기 열전달가스 공급관(108,110)과 상기 열전달채널(125,145,185,205)과 상기 열전달가스 연통홀(131,133,151,153,161,163,167,168,171,173,191,193)과 상기 열전달가스 관통홀(121,123,141,143,181,183,201,203)과 상기 열전달가스 배출관(112)으로 이루어지게 된다.
예를 들어, 상기 고압 마이크로 채널 반응장치(100)로 흡열반응인 탄화수소 개질반응을 하는 경우에는 상기 원료가스 공급관(104)에 탄화수소(HC)와 스팀의 혼합물을 공급하고, 상기 연료가스 공급관(108) 및 상기 산소 공급관(110)에 연료인 탄화수소와 산화제인 산소를 각각 공급한다.
따라서, 상기 탄화수소(HC)와 스팀의 혼합물의 압력으로 상기 봄베(102) 내부에 일정한 압력이 부여되고, 탄화수소(HC)와 스팀의 혼합물은 상기 개방반응채널(175,195)을 통해 상기 개방반응플레이트(170,190) 내부로 유입되고, 상기 반응가스 연통홀(184,204)과 상기 반응가스 관통홀(174,194)에 의해 형성되는 관형상의 통로를 지나 상기 개질촉매(164)를 통과하면서 개질되고, 상기 역전채널(155)을 지나 상기 반응가스 연통홀(122,124,142,144)과 상기 반응가스 관통홀(132,134,152,154)을 경유하여 상기 반응가스 배출관(106)으로 배출된다. 이와 동시에 탄화수소와 산소는 상기 열전달플레이트(120,140,180,200)를 지나면서 연소돼서, 상하로 접촉된 상기 폐쇄반응플레이트(130), 상기 역전반응플레이트(140), 및 상기 개방반응플레이트(170,190)에 열을 공급하게 된다. 그리고, 연소된 배가스는 상기 열전달가스 연통홀(131,133,151,153,161,163,167,168,171,173,191,193)과 상기 열전달가스 관통홀(121,123,141,143,181,183,201,203)에 의해 형성되는 관형상의 통로를 지나 상기 열전달가스 배출관(112)으로 배출된다.
또 다른 예로써, 상기 고압 마이크로 채널 반응장치(100)로 발열반응인 PrOx, WGS, MTN 반응을 수행하는 경우에는, 상기 원료가스 공급관(104)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(130,150,170,190)에서 상기 열전달플레이트(120,140,180,200)로 흐른다는 차이가 있다.
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.
100: 고압 마이크로 채널 반응장치 102: 봄베
104: 원료가스 공급관 106: 반응가스 배출관
108: 연료가스 공급관 110: 산소 공급관
112: 열전달가스 배출관 114: 반응부
116: 상단플레이트 118: 하단플레이트
120,140,180,200: 열전달플레이트
121,123,141,143,181,183,201,203: 열전달가스 관통홀
122,124,142,144,182,184,202,204: 반응가스 연통홀
125,145,185,205: 열전달채널 130: 폐쇄반응플레이트
131,133,151,153,161,163,167,168,171,173,191,193: 열전달가스 연통홀
132,134,152,154,172,174,192,194: 반응가스 관통홀
135: 폐쇄반응채널 150: 역전반응플레이트
155: 역전반응채널 160: 개질플레이트
162: 믹싱유로블럭 164: 개질촉매
165: 촉매홀더 166: 지지플레이트
169: 지지부 170,190: 개방플레이트
175,195: 개방반응채널

Claims (8)

  1. 일측에 원료가스 공급관이 설치되는 봄베; 및
    상기 봄베 내에 배치되며, 상기 원료가스 공급관으로부터 공급된 원료가스가 내부로 유통가능한 반응부를 포함하고,
    상기 반응부는 상기 반응부와 상기 봄베 내부의 공간에 유통되고 상기 원료가스가 반응하여 발생되는 반응가스가 흐르는 반응가스유로와, 상기 봄베 외부로부터 유입되고 상기 봄베 외부로 배출되는 열전달가스가 흐르고 상기 반응가스유로에 대하여 격리되며 상기 반응가스유로와 접하여 열전달이 이루어지는 열전달유로를 가지며,
    상기 반응가스유로에는 개질촉매가 배치되고, 원료가스가 상기 개질촉매의 수직한 방향으로 관통이동하며 접촉되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응부는,
    상기 봄베를 관통하여 설치되는 열전달가스 배출관과 연결되는 하단플레이트의 상측으로, 상기 봄베 내부의 공간과 연통되는 개방반응채널을 상부에 가지는 개방반응플레이트와 상기 봄베 내부의 공간과 격리되는 열전달채널을 상부에 가지는 열전달플레이트가 교대로 적층되되 최상측에 개방반응플레이트가 배치되고,
    상기 최상측에 위치하는 개방반응플레이트의 상측으로 개질촉매가 설치되는 개질플레이트가 배치되며,
    상기 개질플레이트의 상측으로 상기 개질촉매에 대면하는 역전반응채널이 하부에 형성되는 역전반응플레이트가 배치되고,
    상기 역전반응플레이트의 상측에는 상기 봄베를 관통하여 설치되는 열전달가스 공급관 및 반응가스 배출관과 연결되는 상단플레이트가 배치되며,
    상기 열전달채널의 양단에는 상기 열전달플레이트를 관통하는 열전달가스 관통홀이 형성되고, 상기 개방반응채널의 일단에는 상기 개방반응플레이트를 관통하는 반응가스 관통홀이 형성되며, 상기 역전반응채널의 양단에는 상기 역전반응플레이트를 관통하는 반응가스 관통홀이 형성되고,
    상기 개방반응플레이트, 상기 역전반응플레이트 및 상기 개질플레이트에는 열전달플레이트의 열전달가스 관통홀과 연결되어 열전달가스를 연통시키는 열전달가스 연통홀이 형성되고, 상기 열전달플레이트에는 상기 열전달플레이트에 접하는 개방반응플레이트의 반응가스 관통홀과 연결되어 반응가스를 연통시키는 반응가스 연통홀이 형성되며,
    상기 반응가스유로는 상기 원료가스 공급관과 상기 봄베 내부공간과 상기 개방반응채널과 상기 반응가스 연통홀과 상기 반응가스 관통홀과 상기 역전반응플레이트와 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.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상단플레이트와 상기 역전반응플레이트 사이에는 하나 이상의 열전달플레이트가 적층되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 상단플레이트와 상기 역전반응플레이트 사이에는 하나 이상의 열전달플레이트와 하나 이상의 폐쇄반응플레이트가 교대로 적층되고, 상기 폐쇄반응플레이트는 상기 봄베 내부의 공간과 격리되는 폐쇄반응채널을 상부에 가지며, 상기 폐쇄반응채널의 양단에는 상기 폐쇄반응플레이트를 관통하는 반응가스 관통홀이 형성되고, 상기 폐쇄반응플레이트에는 열전달플레이트의 열전달가스 관통홀과 연결되어 열전달가스를 연통시키는 열전달가스 연통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 개질플레이트는, 중심부에 개질촉매가 삽입고정되는 개질홀더가 형성되고, 상기 개질플레이트의 하부에는 상기 개질촉매를 지지하도록 상기 개질홀더보다 작은 직경의 지지부가 형성되는 지지플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 개질홀더에서 상기 개질촉매의 상측으로 믹싱유로블럭이 설치되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 열전달공급관에는 발열가스 또는 흡열가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 고압 마이크로 채널 반응장치.
  8. 제7항에 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.
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