KR100240563B1 - 전기 방전을 이용한 탄화수소계 원료의 개질에 의한 수소 제조방법 및 이에 사용되는 장치 - Google Patents
전기 방전을 이용한 탄화수소계 원료의 개질에 의한 수소 제조방법 및 이에 사용되는 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100240563B1 KR100240563B1 KR1019950069276A KR19950069276A KR100240563B1 KR 100240563 B1 KR100240563 B1 KR 100240563B1 KR 1019950069276 A KR1019950069276 A KR 1019950069276A KR 19950069276 A KR19950069276 A KR 19950069276A KR 100240563 B1 KR100240563 B1 KR 100240563B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hydrocarbon
- hydrogen
- reactor
- anode
- reaction
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명은 전기 방전을 이용하여 탄화수소 계통 연료의 개질에 의해 수소를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것으로, 탄화수소계 원료의 개질 반응이 일어나는 반응기(1), 반응기(1)내에 위치하는 끝부분이 예리한 금속 음극(2), 이에 대치하여 설치된 평판형의 양극(3), 상기 음극(2) 및 양극(3)에 연결되고 이 양 전극에 전압을 인가하는 고전압/저전류 전원(4), 상기 반응기(1)에 연결된 탄화수소계 연료 주입구(5)와 수증기 주입구(6), 및 생성된 수소를 수집하는 수소 수집 용기(8)를 포함하는 탄화수소계 화합물 원료를 개질시켜 수소를 제조하는 장치에 의하면 열화학 반응 대신 전기 방전에 의한 플라즈마 반응으로 필요시에 즉시 수소를 간편하게 제조할 수 있다.
Description
제1도는 탄화수소계 원료와 물의 플라즈마 반응을 통한 수소 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반응기 2 : 음극
3 : 양극 4 : 고전압/저전류 전원
5 : 원료 주입구 6 : 수증기 주입구
7 : CO2제거기 8 : 수소 수집 용기
본 발명은 전기 방전을 이용하여 플라즈마 화학 반응으로 탄화수소계 원료를 개질시켜 수소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
연료 전지의 연료원으로 사용되는 수소는 물을 전기 분해하여 제조한 다음 다른 형태로 저장하여 사용되어 왔다. 그런데 수소 기체는 폭발성이 매우 강한 바, 경제적인 수소 저장 시스템이 아직 개발되지 않았다. 따라서 그 자체는 취급하기에 안전한 재료로부터 필요시 수소를 제공할 수 있는 방법에 대한 연구가 행해져 왔다.
수소 제조에서 가장 많이 사용되는 방법은 메탄 가스나 메탄올과 같은 탄화수소 계통의 화합물을 열화학 반응을 통하여 개질하여 수소를 제조하는 방법이다. 이러한 개질 방법은 200℃ 이상의 온도에서 Cu-Zn과 같은 촉매의 존재하에 행해질 수 있다. 이 개질 반응의 생성물에는 수소 이외에도 CO, CO2와 같은 화합물이 포함된다. 그러나 이 개질 반응은 흡열 반응이고 또한 200℃이상의 고온을 유지하여야 하는데, 이를 위해서는 반응기의 단열이 철저히 이루어져야 한다.
이와 같이 열화학반응을 통한 개질 반응으로 수소를 제조하는 방법은 고온에서 진행되며 또한 흡열반응이므로, 반응기의 단열, 생성 가스의 냉각을 위한 열교환, 가스의 공급, 압력 조정 등에 필요한 여러 보조 장치의 장착 때문에 반응기 시스템의 크기가 거대해지는 단점이 있으며, 특히 개질 반응 장치가 수송 차량에 탑재될 경우에는 이 단점이 두드러지게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자는 열화학 반응 대신 전기 방전을 이용한 플라즈마 반응으로 탄화수소계의 연료를 개질하여 수소를 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명의 목적은 보다 단순화된 시스템으로 간편하게 수소를 필요시에 즉시 제조할 수 있는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 탄화수소계 기체원료와 수증기를 반응기(1)에 주입하는 단계; 반응기(1) 내부에 위치하는 끝부분이 예리한 금속 음극(2)과 평판형의 양극(3)간에 전압을 인가하는 단계; 생성된 수소를 분리하는 단계를 포함하는 전기 방전을 이용하여 탄화수소계 원료를 개질시켜 수소를 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 탄화수소계 원료의 개질 반응이 일어나는 반응기(1), 반응기(1)내에 위치하는 끝부분이 예리한 금속 음극(2), 이에 대치하여 설치된 평판형의 양극(3), 상기 음극(2) 및 양극(3)에 연결되고 이 양 전극에 전압을 인가하는 고전압/저전류 전원(4), 상기 반응기(1)에 연결된 탄화수소계 연료 주입구(5)와 수증기 주입구(6), 및 생성된 수소를 수집하는 수소 수집 용기(8)를 포함하는 탄화수소계 화합물 원료를 개질시켜 수소를 제조하는 장치를 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 메탄올, 메탄 가스와 같은 탄화수소 계통의 원료와 물의 개질 반응을 열화학 반응에 의존하지 않고 비평형 상태에서 유도하게 된다. 비평형 상태에서 개질 반응을 지속시키기 위해서는 활동적인(energetic)전자를 전기 방전에 의하여 발생시키고, 이 전자가 반응장치내에 존재하는 중성의 원료 화합물을 여기시키거나 이온화시켜서 반응을 촉진시킨다. 다시 말하면 음극과 양극간의 전기 방전으로 방출되는 전자가 메탄올 또는 메탄 가스 등의 원료와 물을 여기시키거나 이온화시킴으써 플라즈마 반응으로 수소가 제조된다.
본 발명의 수소 제조 방법에 사용되는 장치는 제1도에 나타낸 바와 같이 반응기(1)내부에 끝부분이 아주 예리한 Cu 또는 Ni등의 금속으로 이루어진 음극(2), 이에 대면하여 평판형의 양극(3), 이들 양쪽에 연결된 고전압/저전류 전원(4), 원료 주입구(5) 및 수증기 주입구(6), CO2제거기(7) 및 수소 수집 용기(8)를 포함한다. 반응기(1) 내부는 수증기와 메탄올 또는 메탄 가스 등의 탄화수소 계통의 원료로 채워지며, 그 비율은 개질 반응의 정량비에 좌우된다. 반응 기체의 전체 압력은 1기압 이하로 한다. 반응물은 액체 상태에서 기체 상태로 변환시켜 사용하게 되며 이에 필요한 에너지는 수소 연료 전지 등의 반응열을 이용할 수 있다. 컨트롤러(9)에 의해 원료 주입구(5)와 수증기 주입구(6)로 공급되는 반응물의 양이 조절된다. 고전압/저전류 전원(4)을 작동시키으로써 이 전극간의 방전이 유도되며 전압을 조절하여 연료 분자와 물분자의 여기 또는 이온 상태의 변환 비율을 조정할 수 있다. 전압은 0.5-30kV, 전류는 1μA-500mA로 조절하는 것이 바람직하다. 양극은 Ni, 스테인레스강 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는 전극의 하나를 촉매물질로 표면처리하거나 반응 전극 주변에 전기 회로에 연결되지 않은 촉매를 위치시킴으로써 화학 촉매에 의한 촉진 효과도 부가적으로 얻을 수 있다. 전극의 표면처리를 위한 촉매 물질로는 Cu-Zn이 바람직하다.
상기와 같은 장치를 이용하여 수소를 제조하기 위해서는 먼저 반응기(1) 내부를 정량비로 혼합된 1기압 이하의 압력을 갖는 반응 화합물(메탄올 또는 메탄 가스 및 수증기)로 채운다음 고전압/저전류 전원(4)을 작동시켜 예리한 음극(2) 끝부분으로부터 전자를 방출시킨다. 이때 반응 화합물의 일부가 여기되거나 이온화되면서 개질 반응이 일어나게 된다. 이 반응에서 얻어지는 수소와 이산화탄소 등은 일단 CO2제거기(7)를 통과하여 CO2를 제거한 다음 수소 수집 용기(8)에 모아진다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
단, 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
Cu로 된 음극과 Cu-Zn 피막이 입혀진 양극이 구비되어 있고 이들 전극 주변에 전기 회로로부터 절연되게 Cu-Zn 촉매가 위치된 반응기의 내부에 메탄가스와 수증기가 1 : 1의 부피비로 혼합된 반응 원료를 1atm이 되도록 반응기 내부에 공급하였다. 양극과 음극 사이에 전압 10kV, 전류 50mA의 전원을 인가하여 전기 방전을 유도함으로써 음극으로부터 전자를 방출시켜 1분 동안 반응을 진행시켰다. CO2제거기를 통하여 CO2등의 가스를 제거하고 수소를 수소 수집 용기에 수집하였다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 수소를 열화학적인 방법에 의존하지 않고 비평형 플라즈마 방법에 의하여 간편하게 제조할 수 있다. 또한 단열장치가 필요없기 때문에 시스템을 소규모로 할 수 있는 이점이 있다.
Claims (9)
- 탄화수소계 원료를 개질시켜 수소를 제조하는 방법에 있어서,(가) 탄화수소계 기체의 수증기를 반응기(1)에 주입하는 단계;(나) 반응기(1) 내부에 위치하는 끝부분이 예리한 금속 음극(2)과 평판형의 양극(3)간에 전압을 인가하여 방전시킴으로써 상기 탄화수소계 기체와 수증기를 여기시켜 수소와 이산화탄소를 생성시키는 단계; 및(다) 생성된 수소와 이산화탄소의 혼합물로부터 이산화탄소를 제거하여 수소를 회수하는 단계를 포함하는, 전기 방전을 이용하는 수소 제조방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소계 기체와 수증기는 연료전지의 반응열을 이용하여 기체화된 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소계 기체와 수증기를 1 : 1의 부피비로 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 탄화수소계 원료가 메탄 또는 메탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
- 탄화수소계 원료의 개질 반응이 일어나는 반응기(1), 반응기(1)내에 위치하는 끝부분이 예리한 금속 음극(2), 상기 음극(2)에 대치하여 설치된 평판형의 양극(3), 상기 음극(2) 및 양극(3)에 연결되고 이 양 전극에 전압을 인가하는 고전압/저전류 전원(4), 상기 반응기(1)의 상부에 연결된 탄화수소계 연료 주입구(5)와 수증기 주입구(6), 및 상기 반응기(1)의 측부에 연결된, 반응생성물 중의 이산화탄소와 수소를 분리하는 이산화탄소 제거기(7) 및 수소수집 용기(8)를 포함하는, 탄화수소계 화합물 원료를 개질시켜 수소를 제조하는 장치.
- 제5항에 있어서, 전원의 전압은 0.5-30kV이고, 전류는 1μ-500mA인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 양극(3) 표면에 Cu-Zn피막을 입힌 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 음극(2)과 양극(3)주변에 촉매를 전기 회로에 접촉되지 않도록 위치시키는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 반응기(1)내의 압력이 1기압 이하로 조절된 것을 특징으로 하는 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950069276A KR100240563B1 (ko) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 전기 방전을 이용한 탄화수소계 원료의 개질에 의한 수소 제조방법 및 이에 사용되는 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950069276A KR100240563B1 (ko) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 전기 방전을 이용한 탄화수소계 원료의 개질에 의한 수소 제조방법 및 이에 사용되는 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR970042258A KR970042258A (ko) | 1997-07-24 |
| KR100240563B1 true KR100240563B1 (ko) | 2000-01-15 |
Family
ID=19448385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019950069276A KR100240563B1 (ko) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 전기 방전을 이용한 탄화수소계 원료의 개질에 의한 수소 제조방법 및 이에 사용되는 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100240563B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100395002B1 (ko) * | 1999-05-27 | 2003-08-19 | 할도르 토프쉐 에이/에스 | 수증기 개질에 의한 합성 가스 제조 |
| KR101277123B1 (ko) * | 2012-09-07 | 2013-06-20 | 한국기초과학지원연구원 | 플라즈마 건식 개질장치 |
-
1995
- 1995-12-30 KR KR1019950069276A patent/KR100240563B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100395002B1 (ko) * | 1999-05-27 | 2003-08-19 | 할도르 토프쉐 에이/에스 | 수증기 개질에 의한 합성 가스 제조 |
| KR101277123B1 (ko) * | 2012-09-07 | 2013-06-20 | 한국기초과학지원연구원 | 플라즈마 건식 개질장치 |
| WO2014038907A1 (ko) * | 2012-09-07 | 2014-03-13 | 한국기초과학지원연구원 | 플라즈마 건식 개질장치 |
| US9731268B2 (en) | 2012-09-07 | 2017-08-15 | Korea Basic Science Institute | Plasma dry reforming apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR970042258A (ko) | 1997-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100516476B1 (ko) | 플라즈마 개질기를 이용한 수소 생산 방법 및 장치 | |
| US3088990A (en) | Energy conversion system | |
| US7628962B1 (en) | Plasma reactor for cracking ammonia and hydrogen-rich gases to hydrogen | |
| US7329290B2 (en) | Fuel reforming apparatus for producing a carbon-monoxide free reformed fuel gas comprising hydrogen | |
| US20090035619A1 (en) | Methods and systems of producing molecular hydrogen using a plasma system in combination with an electrical swing adsorption separation system | |
| Nozaki et al. | Innovative methane conversion technology using atmospheric pressure non-thermal plasma | |
| JP2020015003A (ja) | アンモニア分解方法および燃料電池システム | |
| KR20040012835A (ko) | 탄화수소 및 산소함유화합물의 액상리포밍 방법 및 장치 | |
| CN102993053A (zh) | 负电性等离子体辅助的二氧化碳减排加工方法与设备 | |
| WO2002091505A2 (en) | Microwave activation of fuel cell gases | |
| US20080131360A1 (en) | Methods and systems of producing molecular hydrogen using a plasma system at various pressures | |
| KR100240563B1 (ko) | 전기 방전을 이용한 탄화수소계 원료의 개질에 의한 수소 제조방법 및 이에 사용되는 장치 | |
| KR20150047993A (ko) | 플라즈마-촉매를 이용한 메탄올, 포름알데하이드 및 c2 이상의 탄화수소 중 어느 하나 이상을 생산하는 방법 및 메탄 전환 장치 | |
| KR20010012538A (ko) | 물의 직접열분해에 의한 수소가스의 생성방법 및 그의 장치 | |
| KR101032273B1 (ko) | 개질시스템 및 이를 이용한 고농도 수소 생산방법 | |
| JP6804848B2 (ja) | アンモニア分解方法 | |
| KR102219321B1 (ko) | 액상 플라즈마 반응을 이용하여 탄화수소로부터 수소와 나노탄소를 동시에 생성시키는 방법 | |
| KR0170929B1 (ko) | 물의 플라즈마 분해에 의해 수소 제조 방법 및 이에 사용되는 장치 | |
| KR100861004B1 (ko) | 합성 가스 생성용 글라이드 아크 플라즈마 개질장치 및 연료 개질방법 | |
| CN112250040A (zh) | 一种通过低温等离子体重整有机化合物的制氢装置及制氢方法 | |
| KR101807782B1 (ko) | 플라즈마-촉매를 이용한 c-h 결합 분해 장치 및 수소 및/또는 c2 이상의 탄화수소를 생산하는 방법 | |
| Prieto et al. | A plate-to-plate plasma reactor as a fuel processor for hydrogen-rich gas production | |
| JP5848533B2 (ja) | 水素製造方法 | |
| KR0170928B1 (ko) | 수증기의 글로우 방전 분해에 의한 수소 제조 방법 및 이에 사용되는 장치 | |
| US7776112B2 (en) | Methods for production of hydrogen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| AMND | Amendment | ||
| B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 19990106 Effective date: 19990821 |
|
| S901 | Examination by remand of revocation | ||
| GRNO | Decision to grant (after opposition) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20021029 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |