KR100285165B1 - 개질장치 - Google Patents

개질장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100285165B1
KR100285165B1 KR1019980710994A KR19980710994A KR100285165B1 KR 100285165 B1 KR100285165 B1 KR 100285165B1 KR 1019980710994 A KR1019980710994 A KR 1019980710994A KR 19980710994 A KR19980710994 A KR 19980710994A KR 100285165 B1 KR100285165 B1 KR 100285165B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reforming
unit
section
raw material
shift reaction
Prior art date
Application number
KR1019980710994A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000022546A (ko
Inventor
히토시 구도
노리유키 야마가
미키오 시나가와
Original Assignee
이마이 기요스케
마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=15905796&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR100285165(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 이마이 기요스케, 마츠시다 덴코 가부시키가이샤 filed Critical 이마이 기요스케
Publication of KR20000022546A publication Critical patent/KR20000022546A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100285165B1 publication Critical patent/KR100285165B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0461—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0465—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds the beds being concentric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0476—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more otherwise shaped beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0496—Heating or cooling the reactor
    • 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
    • C01B3/38—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 using catalysts
    • C01B3/384—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 using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • 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
    • C01B3/48—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 followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • 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
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
    • C01B3/583—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction the reaction being the selective oxidation of carbon monoxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • 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
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift 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
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • 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
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • 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
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0816—Heating by flames
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0866—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combination of different heating methods
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1011—Packed bed of catalytic structures, e.g. particles, packing elements
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • 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
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • 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
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • 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
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • 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
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • 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
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C01B2203/1294—Evaporation by heat exchange with hot process stream
    • 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
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • 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
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1604—Starting up the process
    • 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
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • 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
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C01B2203/1619—Measuring the temperature
    • 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
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C01B2203/1623—Adjusting the temperature
    • 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
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1695—Adjusting the feed of the combustion
    • 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
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • 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
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Processing Of Meat And Fish (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본발명에 따른 개질장치는 연료가스의 연소에 의해 발열되는 열원을 포함하고, 이 열원에서 직접 반응열을 받아서 개질원료를 수증기 개질해서 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 생성시키는 원료 개질부와, 이 원료 개질부에서 생성된 개질가스 속에 포함되는 CO를 수성 시프트 반응에 의해 저감시키는 시프트 반응부와, 이 시프트 반응부에서 처리된 후의 개질 가스 속에 포함되는 CO를 산화시켜 더 저감시키는 CO 산화부를 각각 독립된 섹션으로서 일체적으로 구비하고 있다. 그리고 상기 원료 개질부와 시프트반응부와 CO 산화부는, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부가 상기 원료개질부의 열원으로부터의 전열에 의해 간접가열되도록 배치되어 있다. 간접가열하는 수단에는 상기 연소실의 외주로부터 중간체를 통해 전해지는 고체 전열이나 복사열을 이용하는 수법, 상기 연소실에서 나오는 연소배출가스의 열을 이용하는 수법이 있다. 본발명의 개질장치에서는, 상기 3개의 독립된 각 반응부를 일체적으로 구비함으로써 소형화할 수 있고, 열원의 열을 유효하게 이용할 수 있으며, 각 반응부의 온도제어를 양호하게 수행할 수 있다.

Description

개질장치
종래부터, 개질원료를 수증기 개질해서 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 생성시키는 개질장치가 알려져 있다. 상기 개질가스의 이용 용도의 하나로, 연료전지의 발전연료를 들 수 있는데, 이 경우 개질가스 속에 포함되어 있는 일산화탄소(CO)가 연료전지의 전극의 피독(poisoning)물질이 되기 때문에 100ppm 이하 수준으로까지 제거하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 특개평 5-251104호에 개시되어 있는 바와 같이, 개질원료를 수증기 개질하는 공정 후, 여기서 얻어진 개질가스를 수성 시프트 반응시켜서 CO농도를 저감시키는 공정과, CO를 선택적으로 산화시켜 더 저감시키는 공정을 설치해서 CO를 제거할 수 있다. 그러나, 종래에는 상기 3개의 반응 공정을 각각의 장치에서 수행했기 때문에, 개질 시스템이 전체적으로 대형화되었다. 또, 각 반응공정마다 반응열을 공급하기 위한 열원이 각각 필요하기 때문에, 열적 손실도 크다. 따라서, 종래의 개질 장치에서는 열손실 억제, 소형화가 요구되었다.
이에 대해, 소형화를 목적으로 개량된 개질장치의 종래예가 특개평 7-126001호에 개시되어 있다. 이 개질장치에 대해 설명하면, 상기 개질장치는, 연료를 연소시키는 연소부 위에, 개질반응부와 시프트반응부와 CO 산화부가 가스흐름방향을 따라 직렬적으로 순차배열된 평판형 개질처리층과, 연소부에서 나오는 연소가스가 지나는 평판형 연소가스 유로층이 서로 번갈아 배치되는 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 개질장치에서는, 상기 연소가스유로층으로부터 상기 3개의 반응부가 열공급 받으므로, 연소부의 열을 상기 3개의 반응부에서 유효하게 이용할 수 있고, 또 상기 3개의 반응부를 겸비하므로 소형화에도 유효하다.
그러나, 상기 종래예에 따른 개질 장치는, 각 반응부의 온도를 적절히 제어할 수 없다는 결점이 있었다. 즉, 상기 3개의 반응부는 모두 촉매반응으로, 이들 각 반응부에서 이루어지는 반응에는 각각 요구되는 반응온도 범위가 있음이 알려져 있다. 예를들어, 수증기 개질반응의 반응온도범위는 개질원료의 종류에 따라 다른데, 부탄 등의 탄화수소계원료일 때는 약 400-1000℃, 바람직하게는 600-900℃이고, 메탄올원료일 때는 대략 250-400℃이다. 한편, 수성시프트반응과 CO 선택산화반응의 반응온도범위는 개질원료의 종류에 따른 차이는 별로 없다. 즉, 수성시프트 반응에서는 약 200-350℃, 바람직하게는 220-300℃이고, CO 선택산화반응에서는 약 100-250℃, 바람직하게는 120-180℃이다. 대체로, 개질반응부 > 시프트반응부 > CO 산화부와 같이 반응온도대역이 낮아진다. 따라서, 각 반응부는 각각 상기 반응온도 범위에 들어가도록 온도제어될 필요가 있다.
그러나, 상기 종래예에 따른 개질장치에서는, 상기 개질반응부와 시프트반응부가 독립된 섹션이 아니고, 동일 섹션내에서 연속되어 있고, 개질 처리되는 가스가 온도저하됨에 따라 반응형태가 수증기 개질반응에서 수성 시프트반응으로 이행됨으로써 기능적으로 구별되는 것이다. 따라서, 이 개질장치는 개질온도와 시프트 반응온도의 차가 적은 메탄올의 수증기 개질은 효율적으로 수행할 수 있어도, 탄화수소의 수증기 개질에서는 상기 개질반응부에서 시프트 반응부로의 이행 부분에서 요구되는 반응온도범위에서 벗어난다. 그리고, 수증기 개질반응의 반응온도대역이 높은 부탄 등의 탄화수소계 원료예서는 특히 문제가 된다. 또, 상기 개질처리층과 연소가스유로층이 서로 번갈아 배치된 적층 구조로 이루어지므로, 동일 반응부에서도 적층 위치에 따라 온도의 분산이 생기고, 특히 외측표면에 가까운 위치에서는 중심 위치와 비교해서 외기에 의해 냉각되기 때문에 온도차가 커진다. 이 온도 분산은, 특히 반응온도 범위가 좁은 CO 산화부에서 문제가 된다. 이와 같이, 각 반응부에 있어서 부분적으로 반응온도범위에서 벗어나는 부분이 있으면, 얻어지는 개질가스에서 수소함유량의 저하, CO 농도의 감소 수준이 불충분해지는 등의 우려가 있다.
본발명은 메탄올 등의 알코올류, 메탄, 부탄 등의 탄화수소류, 나프타, LNG 등의 화석연료 등을 개질(reforming) 원료로 해서 이것을 수증기 개질하여, 수소를 주성분으로 하는 개질 가스를 제조하는데 사용되는 개질 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수증기 개질후의 개질가스에 포함되는 일산화탄소의 농도를 수 10ppm 정도의 수준으로까지 감소시킬 수 있는 개질장치에 관한 것이다.
도 1 은 본발명의 실시예1에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면사시도이다.
도 2 는 본발명의 실시예2에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 주요부 단면도이다.
도 3 은 본발명의 실시예3에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 주요부 단면도이다.
도 4 는 본발명의 실시예4에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 주요부 단면도이다.
도 5 는 본발명의 실시예5에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 6 은 본발명의 실시예6에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 7 은 본발명의 실시예7에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 주요부 단면도이다.
도 8 은 본발명의 실시예8에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 9 는 본발명의 실시예9에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 10 은 본발명의 실시예10에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 11 은 본발명의 실시예11에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 12 는 본발명의 실시예12에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 13 은 상기 실시예에 따른 개질장치의 사시도이다.
도 14 는 본발명의 실시예13에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 15 는 본발명의 실시예14에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 16 은 본발명의 실시예15에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 17 은 본발명의 실시예16에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 18 은 본발명의 실시예17에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 19 는 본발명의 실시예18에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 20(A), (B)는 각각 상기 실시예에 따른 개질장치의 변형예를 도시한 주요부 단면도이다.
도 21 은 본발명의 실시예19에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 22 는 본발명의 실시예 20에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 23 은 본발명의 실시예21에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도로, (A)는 시동시의 상태를 나타내고, (B)는 정상운전 상태를 나타낸다.
도 24 는 본발명의 실시예22에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 25 는 본발명의 실시예23에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 26 은 본발명의 실시예24에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 27 은 본발명의 실시예25에 따른 개질장치를 모식적으로 도시한 단면도로, (A)는 시동시의 상태를 나타내고, (B)는 정상운전 상태를 나타낸다.
본발명은 상기와 같이 종래예의 과제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은, 개질반응부와 시프트 반응부와 CO 산화부를 일체로 구비함으로써 소형화할 수 있고, 열원의 열을 유효하게 이용할 수 있으며, 각 반응부의 온도제어를 양호하게 수행할 수 있는 개질장치를 제공하는 데 있다.
본발명에 따른 개질장치는, 연료가스의 연소에 의해 발열되는 열원을 포함하고, 이 열원으로부터 직접 반응열을 얻어 개질원료를 수증기 개질해서 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 생성시키는 원료개질부와, 상기 원료개질부에서 생성된 개질가스 내에 함유된 CO를 수성시프트 반응으로 저감시키는 시프트 반응부와, 상기 시프트 반응부에서 처리된 후의 개질가스 속에 포함되는 CO를 산화시켜 더 저감시키는 CO 산화부를 각각 독립된 섹션으로서 일체적으로 구비하고 있다. 그리고, 상기 원료개질부와 시프트반응부와 CO 산화부는, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부가 상기 원료 개질부의 열원으로부터의 전열(heat transmission)에 의해 간접 가열되도록 배치되어 있다.
이 개질장치에서는 상기 3개의 반응부, 즉 원료개질부와 시프트반응부와 CO 산화부를 일체적으로 구비하고 있으므로, 이 장치만으로 CO 제거한 개질 가스를 얻을 수 있다. 따라서, 별도로 CO 제거 공정을 설치할 필요가 없어, 시스템 전체 측면에서 소형화가 가능하다. 또, 이들 각 반응부는 각각 독립된 섹션으로, 상기 원료 개질부에서는 최고온도대역이 요구되는 수증기 개질반응이 열원으로부터의 직접 가열하에서 이루어지는 한편, 이보다 저온대역이 요구되는 시프트 반응부 및 CO 산화부는 상기 열원으로부터의 전열에 의해 간접가열되도록 배치되어 있으므로, 각 반응온도대역에 따른 온도 제어를 할 수 있다.
본발명에서 상기 원료개질부와 시프트반응부와 CO 산화부는 동심형으로 배치되고, 적어도 상기 CO 산화부가 외주측에 배치되면 바람직하다. 즉, 상기 원료개질부와 시프트 반응부와 CO 산화부의 배치관계를 동심형으로 함으로써, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부에 있어서 상기 열원으로부터의 전열량, 외부로의 방열량에 동일 반응부내에서 부분적인 치우침(편중)이 생기기 어렵다. 따라서, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부는, 각각 부분적인 온도의 분산이 작아지고, 요구되는 반응온도대역내에 들어가도록 온도제어하기가 쉬어진다. 그리고, 3개의 반응부 중 최저온도대역으로 온도 제어되어야 하는 상기 CO 산화부를 외주측에 배치함으로써 외부로 방열하기 쉬워지고, 그 결과 저온대역으로 온도제어하기가 쉬워진다. 또, 동심 배치함으로써, 장치 전체의 소형화가 이루어지기 쉽다.
본발명에 있어서, 상기 원료개질부를, 상기 열원으로서 대략 통형상을 이루는 연소실과, 개질원료를 수증기 개질해서 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 생성시키는 개질반응부를 포함해서 구성되는 것으로 했을 때, 상기 개질반응부는 상기 연소실에 대해 직접 가열되도록 동심형으로 배치되고, 한편 상기 시프트 반응부와 상기 CO 산화부는 상기 연소실에 대해 간접 가열되도록 동심형으로 배치되어 있으면 된다. 여기서, 상기 연소실의 대략 통 형상이란, 원통으로 한정하지 않고, 각진 통도 포함하는 것이다. 또, 상기 연소실에서 연료를 연소시키는 연소수단으로는 특별히 한정하지는 않지만, 예를들어 버너나 연소촉매를 사용하는 수법이 있다.
상기 연소실과 개질반응부와의 위치관계에 대해서는 2가지 형태가 있다. 하나는, 상기 개질반응부가 상기 연소실내에 도입되어 배치되는 경우(도 23-27)이고, 다른 하나는 상기 개질반응부가 상기 연소실의 외주에 접해서 설치되는 경우(도 1-22)이다. 이들 2가지 경우의 차이는, 전자의 경우, 상기 개질반응부가 주변에서 가열될 뿐으로 표면으로부터의 방열이 없는데 반해, 후자의 경우 상기 개질반응부의 외주로부터의 방열이 있다는 점이다.
상기 연소실의 중심에는 불연성 코어를 설치하는(도 19, 11, 14-17, 21, 22, 24-26) 것이 바람직하다. 즉 상기 코어를 설치함으로써, 상기 연소실내의 연소 가스의 유로가 좁아지고, 그 결과 연소가스의 유속이 커져서 상기 개질반응부와의 열교환효율이 향상되기 때문이다. 상기 코어로는 상기 연소실의 온도 상승을 방해하지 않는다는 관점에서 열용량이 작은 것이 바람직한데, 예를들어 중공체가 예시된다.
또, 본발명에 있어서는, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부를 간접 가열하는 수단으로, (1) 상기 연소실의 외주로부터 중간체를 통해 전해지는 고체 전열이나 복사열을 이용하는 수법(도 1-7, 27)과, (2) 상기 연소실에서 나오는 연소배출가스의 열을 이용하는 수법(도 8-27)이 예로 들어진다.
상기 (1)의 수법으로 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부를 간접 가열하는 개질장치의 일예로, 상기 연소실의 외주에 접해서 설치된 상기 개질반응부의 외주에 상기 시프트반응부 및 CO 산화부가 설치된 것이 있다.
상기 개질장치에서, 상기 개질반응부는 상기 중간체로서의 역할을 수행하는 것으로, 상기 연소실에서 나온 열이 상기 개질반응부를 거치면서 감소된 후, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부로 전달된다. 특히, 상기 개질반응부에서 이루어지는 수증기 개질반응은 흡열반응이므로, 상기 연소실로부터의 열은 상기 개질반응부에서 소비되어 감소된 다음, 상기 시프트반응부 및 CO 산화부로 전해지게 된다. 또, 상기 구성에 있어서는, 상기 연소실을 중심으로 그 주위에 상기 개질반응부, 시프트 반응부, CO 산화부가 배치되므로, 높이 방향의 소형화에 유리하다.
또, 상기 개질반응부와 상기 시프트반응부 및 CO 산화부와의 사이에는, 전열조절기능을 가지는 격벽을 설치하는 것이 바람직하다. 여기서, 전열조절기능을 가지는 격벽이란, 상기 개질반응부의 여열(remaining heat)이 필요 이상으로 고온인 채로 그 외측에 위치하는 상기 시프트반응부 및 CO 산화부에 직접 전달되지 않도록, 어느정도 전열량을 감소시켜 시프트반응부 및 CO 산화부에서 요구되는 온도대역으로까지 전열온도를 조절하는 기능을 가지는 격벽을 의미한다. 상기 격벽에는, 예를들어 단열재, 공기층 등이 있고, 그 재질이나 두께를 적절히 조절하는 것으로 가장 적합한 전열조절효과를 얻을 수 있다. 상기 개질 장치에서는 상기 전열조절기능을 가지는 격벽에 의해 상기 개질반응부로부터의 전열량을 조절할 수 있으므로, 시프트 반응부 및 CO 산화부의 온도제어를 쉽게 할 수 있다.
또, 상기 개질반응부와 상기 시프트 반응부를 접속하는 유로는 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부의 외측으로 우회되어 있을 수도 있다. 상기 개질반응부에서 나온 직후의 개질가스는 통상 상기 시프트반응부의 반응온도대역보다 고온이지만, 상기 개질반응부와 상기 시프트반응부를 접속하는 유로를 외측으로 우회시킴으로써 방열할 수 있어, 적당한 온도대역으로까지 조절할 수 있다.
또, 상기 개질반응부의 온도분포에 대응시켜서 해당 개질반응부의 고온측에 상기 시프트반응부를 배치하고, 저온측에 상기 CO 산화부를 배치하는 것이 바람직하다(도 2참조).
본발명에 있어서, 상기 (2)의 수법에 의해 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부를 간접가열하도록 한 개질장치의 일예로, 상기 연소실에서 나오는 연소배출가스가 직접 흐르는 배기공간을 상기 연소실의 동축 상방에 인접하게 구비하고, 이 배기공간의 주위에 상기 시프트반응부가 설치되고, 이 시프트반응부의 주위에 상기 CO 산화부가 설치된 구성을 가지는 것이 있다(도 8-26 참조).
이 개질장치에서는, 상기 배기공간은 연소배출가스에 의해 가열되고, 상기 시프트반응부로는 상기 배기공간의 주위에서 전열되고, 그리고 이 시프트반응부에서 상기 CO 산화부로 전열된다. 이때, 상기 연소배출가스의 온도는 상기 연소실의 온도보다 낮으므로, 상기 시프트반응부의 가열온도는 상기 개질반응부보다 낮은 온도로 온도제어되고, 외측에 위치하는 상기 CO 산화부의 가열온도는 상기 시프트반응부보다 더 저온으로 온도제어된다. 따라서, 각 반응부를 각각의 반응온도대역에 맞게 온도제어할 수 있다.
이 경우, 상기 연소실과 상기 배기공간 사이에 외기를 받아들이기 위한 공기도입부를 설치하는(도 12) 것이 바람직하다. 즉, 상기 연소실에서 나온 직후의 연소배출가스는 상기 연소실에 가까울수록 고온이므로, 상기 공기도입구로부터 외기를 도입해서 연소배출가스의 온도를 적당히 식혀서 온도 조절한 후에 상기 배기공간으로 보내는 것으로 상기 시프트반응부의 가열온도를 조절할 수 있기 때문이다.
또 이 경우, 상기 배기공간을 가열하는 보조가열수단(도 16, 17)을 설치하는 것이 바람직하다. 상기 보조가열수단은, 상기 시프트반응부의 가열온도가 낮을 때 상기 배기공간을 가열하는데 사용할 수 있고, 또 개질가스의 생성처리를 하는 초기 단계에서 상기 시프트 반응부를 미리 예열(preheat)하는데도 사용할 수 있다.
또, 이 경우, 상기 배기공간내의 연소배출가스를 외부로 배출하는 배기구에 개폐수단이 설치되는 한편, 상기 시프트반응부와 상기 CO 산화부 사이에 상기 배기공간과 분기해서 연통되는 제1덕트가 설치되고, 상기 CO 산화부의 주위에 상기 제1덕트와 연통하는 제2덕트가 설치된 구성으로 되어 있어도 된다(도 21). 이 개질장치에서는, 상기 개폐수단으로 상기 배기구를 닫음으로써, 상기 배기공간내의 연소배출가스는 상기 제1덕트로 흐르고, 그리고 제2덕트로 흐르므로, 이때 상기 시프트반응부와 CO 산화부는 제1덕트 및 제2덕트를 흐르는 연소배출가스에 의해서도 가열되게 된다. 한편, 상기 배기구를 열면, 상기 배기공간의 연소배출가스는 해당 배기구에서 외부로 배출되고, 제1덕트 및 제2덕트에는 거의 흐르지 않게 된다. 따라서, 상기 개폐수단에 의해 상기 배기구를 개폐하는 것에 의해, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부의 온도조절을 자유롭게 할 수 있는 것이다.
상기 제2덕트에는 외기를 도입하기 위한 공기도입구를 설치하는 것이 바람직하다(도 22). 이 공기도입구를 설치함으로써, 상기 개폐수단으로 배기구를 닫았을 경우, 상기 제2덕트내에 외기를 도입해서 이곳을 흐르는 연소배출가스의 온도만을 식힐 수 있으므로, 상기 CO 산화부의 온도를 보다 양호하게 온도제어할 수 있게 된다.
또, 상기 배기공간의 중심에는 불연성 코어를 설치하는 것이 바람직하다(도 10, 11, 14, 15). 이 경우, 상술한 상기 연소실내의 코어의 경우와 동일한 효과를 상기 배기공간에서도 얻을 수 있다.
본발명에 따른 개질장치에서는, 상기 개질반응부, 시프트반응부, CO 산화부 중 적어도 어느 한 표면에, 해당 표면을 구성하는 재료보다 열전도율이 높은 전열재를 설치하는 것이 바람직하다(도 15). 즉, 상기 각 반응부는 가스흐름방향을 따라 온도차를 발생시키는 경향이 있는데, 예를들어 상기 개질반응부에서는 흡열반응이므로 바람 하측이 온도저하되고, 상기 시프트반응부 및 CO 산화부에서는 발열반응이므로 바람 하측이 온도상승하는 경향이 있다. 상기 반응부의 표면에 설치한 상기 전열재는 이 온도차를 균일화하는 역할을 수행한다.
또, 본발명에 따른 개질장치에서는, 상기 CO 산화부의 외측표면에 방열 핀(fin)을 설치할 수도 있다(도 19, 20). 상기 방열핀이 설치되어 있으면, 상기 CO 산화부에 상기 연소실로부터 간접적으로 공급되는 전열량이 과잉이 될 경우, 해당 방열핀에서 방열되어 해당 CO 산화부의 온도를 반응온도대역에 들어가도록 온도 제어할 수 있다.
본발명에 있어서, 상기 (2)의 수법으로 상기 시프트반응부 및 CO 산화부를 간접 가열하도록 한 개질장치의 다른 예로는, 상기 연소실에서 나오는 연소배출가스가 직접 흐르는 메인배기공간과, 이 메인배기공간내의 연소배출가스를 외부로 직접배출하는 메인배기구와, 이 메인배기구를 개폐하는 개폐수단을 구비하는 한편, 이 메인배기공간과 분기해서 연통되고, 해당 메인배기공간의 주위에 설치된 제1덕트와, 이 제1덕트와 연통해서 그 주위에 설치된 제2덕트를 구비하고 있고, 상기 제1덕트내에는 상기 시프트반응부가 배치되고, 상기 제2덕트내에는 상기 CO산화부가 배치된 구성을 가지는 것이 있다(도 23-26).
이 개질장치에서는, 상기 개폐수단으로 상기 메인배기구를 닫으면, 상기 연소실로부터의 연소배출가스는 상기 제1덕트에 흐르고, 그리고 제2 덕트에 흐른다. 이 연소배출가스에 의해 상기 제1덕트내의 상기 시프트반응부, 및 상기 제2덕트내의 상기 CO 산화부가 가열된다. 한편, 상기 메인배기구를 열면, 상기 연소실로부터의 연소배출가스는 주로 상기 메인배기공간을 거쳐 상기 메인배기구에서 배출되고, 상기 제1덕트 및 제2덕트에는 거의 흐르지 않게 된다. 이때, 상기 시프트반응부 및 CO 산화부는 주로 상기 메인배기공간으로부터 전해지는 복사열이나 고체전열, 그것과 그들의 내부를 흐르는 개질가스 자신이 가지는 열에 의해 가열됨으로써, 상기 개질반응부에 비해 충분히 낮은 온도대역으로 온도제어된다. 따라서, 이 개질장치에서는, 개질가스의 생성을 수행하기 전인 운전 초기에, 미리 상기 개폐수단으로 상기 메인배기구를 닫은 상태에서 상기 연소실에서 연소를 수행하여 상기 개질반응부뿐만 아니라 상기 시프트반응부 및 CO 산화부도 예열할 수 있고, 정상운전시에는 상기 메인배기구를 열어놓은 상태에서 각 반응부의 양호한 온도제어를 수행할 수 있다.
이 개질장치에 있어서, 상기 제1덕트에 내부의 연소배출가스를 외부로 배출하는 서브배기구와 이 서브배기구를 개폐하는 개폐수단을 설치할 수도 있다(도 21-26). 이 경우, 상기 메인배기구를 열어놓은 상태에서 상기 서브배기구를 열어두면, 상기 메인배기공간과의 분기 부분에서 상기 제1덕트로는 약간의 연소배출가스가 흐르고 상기 서브배기구에서 배출되게 된다. 그리고, 이 제1덕트 내를 약간 흐르는 연소배출가스는, 상기 시프트반응부를 상기 CO 산화부보다 얼마쯤 높은 온도대역으로 가열하는 작용을 한다. 따라서, 각 반응부의 온도제어를 보다 양호하게 수행할 수 있게 된다.
또, 상기 시프트반응부, CO 산화부 중 적어도 하나는 코일형태로 형성되는 것이 바람직하다(도 23-26). 이 경우, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부가 코일형태이면 연소배출가스에 의해 가열할 때에 열교환효율이 양호해진다.
또, 상기 제2덕트에는 외기를 받아들이기 위한 공기공급로를 설치하는(도 23-26) 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제2덕트에 상기 공기공급로로부터 외기를 도입해서 상기 CO 산화부의 온도를 조절할 수 있다.
본발명에 따른 개질장치에서는, 상기 원료개질부에 개질원료 및 수증기를 공급하는 원료공급로의 적어도 일부를, 상기 원료개질부 열원으로부터의 열에 의해 예열되는 위치에 배치하는 것이 바람직하다(도 3-27).
즉, 상기 원료공급로에서 상기 원료개질부로는 최종적으로는 개질원료 및 수증기의 혼합기 상태로 공급되지만, 상기 원료공급로를 예열할 수 있게 되면, 상기 원료공급로내에서 물에서 수증기를 발생시키는 것이 가능해지므로, 상기 원료공급로로의 공급원에서는 수증기가 아닌 물 상태로 공급할 수도 있게 된다. 따라서, 별도로 수증기 발생장치 등을 설치하지 않아도 되고, 그 결과 개질시스템 전체 측면에서 소형화를 꾀할 수 있다. 또, 상기 원료공급로를 예열해서 미리 개질원료 및 수증기를 수증기 개질반응의 반응온도대역에 가까운 온도로 만들어 둘 수 있으므로, 상기 원료개질부에서의 초기상태에서 개질촉매의 온도를 낮추지 않고 곧바로 개질반응을 개시할 수 있다.
이 경우, 상기 원료공급로를 예열하는 수법으로는, 특별히 한정하지 않는데, 예를들어 상기 원료공급로의 적어도 일부가 상기 3개의 반응부 중 적어도 어느 한 표면에 접해서 배치될 수도 있고(도 3-6, 8-24, 26), 상기 원료개질부의 열원으로부터의 연소배출가스와 접하는 위치에 배치될 수도(도 7), 또는 상기 원료개질부의 열원에 의해 직접가열되는 위치에 배치될 수도 있다(도 25, 27).
또 본발명에 따른 개질장치에 있어서는, 상기 원료개질부의 열원이 촉매연소에 의해 발열하는 것일 경우, 해당 열원의 연소촉매를 예열하기 위한 예열 수단을 설치하는 것이 바람직하다(도 18). 상기 열원이 촉매연소에 의한 것일 경우, 연소촉매의 온도가 어느정도까지 올라가지 않으면 연소반응이 일어나지 않으므로, 상기 예열수단에 의해 미리 연소촉매를 예열해 둠으로써 연소개시 초기에 곧바로 연소개시할 수 있게 된다.
본발명에 따른 개질장치는, 수증기 개질반응의 반응온도범위가 고온대역인 개질원료의 경우에 특히 유효하다. 예를들어, 개질원료로서 부탄을 사용할 경우, 상기 개질반응부는 400-1000℃로, 상기 시프트반응부는 200-350℃로, 상기 CO 산화부는 100-250℃로 온도 제어되어야 한다. 이와 같이 상기 개질반응부의 반응온도대역이 고온대역이 되면, 상기 시프트반응부 및 CO 산화부와의 온도 갭이 커져서 그 온도제어가 어려워진다. 그러나 본발명에 따른 개질장치는, 상술한 바와 같이, 상기 3개의 반응부가 각각 독립된 섹션으로 이루어져 있고, 상기 개질반응부는 열원으로부터 직접 가열되므로 고온대역으로 온도제어하기 쉬운 한편, 상기 시프트 반응부 및 CO 반응부는 열원으로부터의 전열에 의해 간접가열되므로 저온대역으로 온도제어하기도 쉽기 때문이다.
이하, 본발명에 따른 개질장치의 실시형태에 대해 설명한다. 여기서는 설명의 편의상, 개질장치의 상하방향을 도면 지면의 상하방향과 일치시켜서 각 구성을 설명한다.
(실시예1)
먼저, 본발명의 실시예1에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 여기서, 실시예 1-7의 그룹에는, 주요부분에 동일 구성을 가지는 개질장치가 도시되어 있고, 실시예1은 이들의 기본형이 된다.
실시예 1에 따른 개질장치는, 도 1에서와 같이, 열원으로서 대략 통형상의 연소실(1)을 구비하고, 그 주위에는 개질원료를 수증기 개질해서 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 생성시키는 개질반응부(2)가 인접 설치되어 있다. 상기 개질반응부(2)의 주위에는, 이 개질반응부(2)에서 생성한 개질가스 속에 포함된 CO를 수성 시프트반응으로 저감시키는 시프트반응부(3)와, 이 시프트반응부(3)에서 처리된 후의 개질가스 속에 포함되는 CO를 산화시켜 더 저감시키는 CO 산화부(4)가 배치되어 있다. 상기 개질반응부(2), 시프트반응부(3), CO 산화부(4)는 각각 독립된 섹션으로 동심 배치되어 있다.
상기 연소실(1)은 대략 원통형으로 형성되어 있고, 해당 개질장치의 중심부에 배치되어 있다. 연소실(1)은 축방향을 상하로 해서 상방으로 개구하고, 하방에는 연소수단(9)으로 버너(9a)를 구비하고 있다. 연소실(1)은 원통형으로 한정되지 않고, 각이 진 통 형상일 수도 있다. 또, 연소수단(9)으로는 달리 촉매 연소 등의 수단을 이용할 수도 있다.
상기 개질반응부(2)는, 연소실(1)의 외주를 따라 환상 층을 이루는 가스유로내에 개질촉매를 충진해서 형성된 것으로, 연소실(1)에서 직접 가열되도록 이루어져 있다. 또, 개질반응부(2)에는 개질원료 및 수증기를 공급하기 위한 원료공급로(6)가 설치되어 있다. 실시예1에서는, 원료공급로(6)가 개질반응부(2)의 하단에 접속되어 있다.
상기 개질촉매는, 개질원료와 수증기의 혼합기를 고온하에서 접촉시키는 것으로 수소를 주성분으로 하는 개질 가스를 생성시키는 이른바 수증기 개질반응을 일으키는 것으로, 예를들어 Ni, Rh, Ru 등의 금속을 알루미나나 이산화지르코늄등으로 이루어진 담체(carrier)에 담지시킨 것을 이용할 수 있다. 개질반응부(2)에서는, 개질촉매의 입자간의 간격이 개질원료 및 수증기의 혼합기가 빠져 나갈 수 있도록 되어 있고, 이때 상기 혼합기가 개질촉매에 접촉함으로써 수증기 개질반응이 이루어지고, 수소를 주성분으로 하는 개질가스가 생성된다. 이 개질가스에는 수소 외에 이산화탄소나 일산화탄소, 메탄 등이 혼합되어 있다. 이 수증기 개질반응은 흡열반응으로, 연소실(1)의 열에 의해 직접 가열되어 반응열이 공급되는 것이다. 이와 관련해서, 이 수증기 개질반응은 개질원료로 탄화수소계 가스를 사용했을 경우, 일반적으로 반응온도를 약 500℃ 이상으로 하면 양호한 반응을 수행할 수 있다. 상기 개질원료로는, 기체인 메탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소계 가스나, 상온에서 액체인 알코올류나 가솔린, 등유, 나프타 등을 이용할 수 있다. 이와 관련해서, 원료가스로 부탄을 사용했을 경우, 상기 수증기 개질반응에 의해 수소가 약 70%, 이산화탄소가 약 15%, 일산화탄소가 약 10%, 그외 메탄 등이 수 %의 농도로 혼합된 개질가스가 얻어진다. 이 개질반응부(2)의 가열온도는 연소실(1) 버너(9a)의 불꽃 크기 등을 적당히 조절하는 것으로 제어할 수 있다.
시프트 반응부(3) 및 CO 산화부(4)는, 격벽(8)을 통해 개질반응부(2)의 외주를 따라 설치되어 있다. 시프트 반응부(3)는 개질반응부(2)와 연통되고 개질반응부(2)의 외주를 따라 환상 층을 이루는 가스유로 중 바람 상측에 시프트 촉매를 충진해서 형성된 것이고, 한편 CO 산화부(4)는 상기 가스유로 중 바람 하측에 상기 시프트반응부(3)와는 간격을 두고 CO 촉매를 충진해서 형성된 것이다. 시프트반응부(3)와 CO 산화부(4)를 접속시키는 접속 부분에는 공기를 도입하기 위한 공기도입로(5)가 설치되어 있다. 실시예 1에서는, 시프트 반응부(3)는 개질반응부(2)의 상방측 외주에 배치되어 그들 상단끼리 연통되어 있고, 한편 CO 산화부(4)는 개질반응부(2)의 하방측 외주에 배치되어 상단이 시프트 반응부(3)의 하단과 접속되어 있다. CO 산화부(4)의 하단에는 CO 제거된 개질가스가 송출되는 개질가스송출로(7)가 설치되어 있다.
상기 시프트 촉매는, 개질반응부(2)에서 생성된 개질가스 속에 포함되는 CO를 수성 시프트 반응에 의해 저감시키는 것으로, 예를들어 Cu, Zn, Fe, Cr 등을 알루미나나 이산화지르코늄 등으로 이루어진 담체에 담지시킨 것을 이용할 수 있다. 시프트 반응부(3)에서는, 개질반응부(2)에서 생성된 개질 가스가 시프트 촉매에 접촉함으로서, 개질가스 속에 포함되는 일산화탄소와 수증기가 반응해서 수소와 이산화탄소가 되는 시프트 반응이 이루어지고, 이로 인해 개질가스 속의 일산화탄소의 대부분이 제거되어 농도에서 1% 정도로까지 감소된다. 여기서, 상기 시프트반응은 발열반응으로, 개질반응부(2)에서의 수증기 개질반응보다 낮은 온도에서 반응이 일어난다. 이와 관련해서, 이 시프트 반응의 원료가스로 탄화수소계 가스를 이용했을 경우, 반응온도는 약 200-350℃, 바람직하게는 220-300℃의 반응온도에서 이루어진다.
한편, CO 산화 촉매는, 시프트 반응부(3)에서 처리된 후의 개질가스에 잔존하는 CO를 선택적으로 산화시켜 저감시키는 것으로, 예를들어 Pt, Ru 등을 알루미나나 이산화지르코늄 등으로 이루어진 담체에 담지시킨 것을 사용할 수 있다. CO 산화부(4)에서는, 시프트반응부(3)에 의해 CO가 감소된 개질가스가 공기공급로(5)로부터 도입된 공기(산소)와 혼합된 후 상기 CO 산화촉매와 접촉해서 CO가 선택적으로 산화되어 이산화탄소가 되어 제거된다. 여기서는, 개질가스 내의 CO농도는 더 감소되고, 100ppm 이하 정도까지 감소된다. 여기서, 상기 CO 산화촉매에 의한 일산화탄소의 산화 반응은 발열반응으로, 상기 시프트 반응보다 낮은 온도대역에서 반응이 이루어지는 것이고, 따라서 그 반응온도는 약 100-250℃, 바람직하게는 120-180℃의 범위가 된다.
개질반응부(2)와 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)와의 사이에 설치된 격벽(8)은 전열조절기능을 가지는 것으로, 즉 고온인 개질반응부(2)의 여열이 필요이상으로 고온 상태로 그 외측에 위치하는 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)에 직접 전달되지 않도록, 어느정도 전열을 차단해서 시프트반응부(3) 및 CO산화부(4)의 반응온도대역까지 개질반응부(2)로부터의 전열 온도를 조절하는 역할을 하는 것이다. 이 전열 조절기능을 가지는 격벽(5)으로는, 예를들어 널리 알려진 단열재나 중공층 등이 있고, 그 재질이나 두께를 적당히 조정하는 것에 의해 가장 적합한 전열 조절효과가 얻어지도록 할 수 있다.
개질장치에서는, 연소실(1)을 중심으로 해서 외측으로 개질반응부(2)와 시프트 반응부(3) 및 CO 산화부(4)를 동심형으로 일체적으로 구비하고 있으므로, CO 제거된 개질가스를 얻는 개질시스템을 전체적으로 소형화할 수 있다. 또, 연소실(1)에서 나오는 열은 고온환경하에서의 흡열반응인 수증기 개질반응이 이루어지는 개질반응부(2)에 의해 소비되고, 그 여열이 외측의 시프트 반응부(3) 및 CO 산화부(4)에 간접적으로 전달되는 것으로, 이와 같이 연소부(1)에서 나오는 열이 개질반응부(2), 시프트반응부(3), 및 CO 산화부(4) 전부에서 유효하게 이용되므로, 열손실을 작게 억제할 수 있다. 특히, 개질반응부(2), 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)는 동심 배치이므로, 열원인 연소실(1)에 대해 부분적으로 치우침(편중)이 생기지 않는 양호한 배치 밸런스를 이루므로, 동일 반응부 내에서의 온도 분산이 작다. 그리고, 개질반응부(2)로부터의 전열은, 격벽(5)에 의해 알맞은 전열 온도로 조절된 후, 개질반응부(2)보다 저온에서 반응이 이루어지는 외측의 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)에 전해지므로, 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)에서는 적절한 반응온도에서 반응을 수행할 수 있다.
(실시예 2)
다음으로 실시예 2에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 실시예2에 따른 개질장치는, 도 2 에서와 같이, 개질반응부(2)와 시프트반응부(3)가 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)의 외측으로 우회하는 우회로(10)에 의해 접속되어 있다는 점에서 실시예1과 다르다. 실시예2에서는, 시프트반응부(3)가 개질반응부(2)의 하방측 외주에 배치되고, CO 산화부(4)가 개질반응부(2)의 상방측 외주에 배치되어 있다. 상기 우회로(10)는 개질반응부(2)의 상단과 시프트 반응부(3)의 하단을 접속시키고, 개질가스 송출로(7)는 CO 산화부(4)의 상단에 설치되어 있다.
상기 실시예 2에 따른 개질장치에서는, 개질반응부(2)에서 나온 고온의 개질가스를, 우회로(10)에서 방열해서 시프트반응부(3)의 반응온도대역으로 만든 다음, 시프트 반응부(3)로 보낼 수 있고, 이에 따라 시프트반응부(3)에서 양호한 반응을 수행할 수 있다.
또, 시프트 반응부(3)가 개질반응부(2)의 하방측 외주에 위치하고, CO 산화부(4)가 개질반응부(2)의 상방측 외주에 위치해 있으므로, 개질반응부(2)의 온도 분포에 대응해서 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)가 위치한 것이 된다. 즉, 개질반응부(2)에서는, 그 하방측은 연소실(1)의 버너(9)에 가까운 위치이므로 고온측이 되고, 상방측은 버너(9)로부터 멀기 때문에 저온측이 된다. 여기서, 전술한 바와 같이, 시프트반응부(3)의 반응온도대역은 CO 산화부(4)의 그것보다 높은 온도대역에 있으므로, 이 경우 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)를 양호한 온도로 제어하기가 쉽다.
(실시예3)
다음으로 실시예3에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 실시예3에 따른 개질장치는, 도 3 에서와 같이, 개질반응부(2)와 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)와의 사이, 즉 격벽(8)내에 원료공급로(6)가 상방에서 하방으로 개재되어 있다는 점에서 실시예1과 다르다.
실시예3에 따른 개질장치에서는, 상기 원료공급로(6)를 지나는 개질원료 및 수증기의 혼합기는, 개질반응부(2)에 의해 예열되고 나서 개질반응부(2)로 공급된다. 따라서, 개질원료 및 수증기의 혼합기는 개질반응부(2)에 들어가면 신속하게 반응온도대역까지 가열되고, 개질반응부(2)에서의 온도제어가 용이하게 이루어진다. 또, 원료공급로(6)에는 개질원료와 함께 물이 공급되고, 해당 원료공급로(6)내에서 수증기를 생성시킬 수 있으므로, 개질장치와는 별도로 수증기 발생장치를 설치할 필요가 없어진다.
(실시예4)
다음으로 실시예 4에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 실시예 4에 따른 개질장치는, 도 4 에서와 같이, 실시예3에서의 개질반응부(2), 시프트반응부(3), CO 산화부(4), 및 원료공급로의 배치를 상하반대로 한 구성으로 되어 있다. 즉, 시프트반응부(3)가 개질반응부(2)의 하방측 외주에 배치되고, CO 산화부(4)가 개질반응부(2)의 상방측 외주에 배치되어 있고, 원료공급로(6)가 격벽(8)내에서 하방에서 상방으로 개재되어 개질반응부(2) 상단에 접속되어 있다.
상기 개질장치에서는, 실시예 3과 마찬가지로 개질반응부(2)의 열에 의해 원료공급로(6)를 예열할 수 있고, 또 실시예2와 마찬가지로 개질반응부(2)의 온도분포에 대응해서 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)가 위치된 것이다. 따라서, 상기 개질장치에서는 각 반응부의 온도제어를 보다 양호하게 수행할 수 있다.
(실시예5)
다음으로 실시예 5에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 실시예5에 따른 개질장치는, 도 5 에서와 같이, 실시예3에서 격벽(8)내에 개재된 원료공급로(6)를 개질반응로(2)의 주위에 코일형태로 감은 구성으로 되어 있다. 이 경우, 원료공급로(6)의 예열을 충분히 행할 수 있다. 또, 격벽(8)과 마찬가지로 전열을 조절하는 역할을 하는 것으로, 즉 내부를 흐르는 개질원료 및 수증기의 혼합기가 개질반응부(2)로부터의 과잉 전열을 흡수함으로써, 시프트 반응부(3) 및 CO 산화부(4)로 전해지는 전열 온도가 조절된다.
(실시예6)
다음으로 실시예6에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 실시예6에 따른 개질장치는, 도 6 에서와 같이, 실시예1에 있어서 원료공급로(6)를 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)의 외주에 코일형태로 감은 구성으로 되어 있다. 이 경우, 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)의 열에 의해 원료공급로(6)를 예열할 수 있고, 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)에서 외부로 방출되는 폐열을 원료공급로(6)의 예열에 이용할 수 있으므로, 열원의 열을 유효하게 이용하고, 열손실이 적은 것이다.
(실시예7)
다음으로 실시예7에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 실시예7에 따른 개질장치는, 도 7 에서와 같이, 실시예 1에 있어서, 개질반응부(2), 시프트반응부(3), CO 산화부(4)의 배치를 상하반대로 하고, 원료공급로(6)의 일부를 코일형태로 해서 연소실(1)내의 상단부 근방에 도입함과 동시에 개질반응부(2)의 상단부에 접속한 구성으로 되어 있다. 이 경우, 연소실(1)의 연소배출가스에 의해 원료공급로(6)를 예열할 수 있고, 연소실(1)에서 연소배출가스와 함께 배출되는 폐열을 원료공급로(6)의 예열에 이용할 수 있으므로, 열원의 열을 유효하게 이용하고, 열손실이 적다.
(실시예 8)
다음으로 실시예8에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 여기서, 실시예8-20의 그룹에는 주요부분에 동일한 구성을 가지는 개질장치가 개시되어 있고, 실시예8은 이들의 기본형이 된다.
실시예8에 따른 개질장치는, 도 8 에서와 같이, 중심부에 원통형 연소실(1)이 축방향을 상하로 해서 배치되고, 그 주위에 접해서 개질반응부(2)가 설치되어 있다. 연소실(1)의 상방에는 해당 연소실(1)로부터의 연소배출가스가 상방으로 흐르는 배기공간(14)이 연소실(1)과 동축상에 인접 설치되어 있다. 이 배기공간(14)의 주위에는 시프트반응부(3)가 접해서 설치되고, 시프트반응부(3)의 주위에는 공극층(15)을 지나 CO 산화부(4)가 설치되어 있다.
개질반응부(2)의 하단에는 원료공급로(6)가 접속되어 있다. 이 원료공급로(6)는 개질원료만이 공급되는 원료용 파이프(6a)와, 수증기(물)가 공급되는 수증기 파이프(6b)가 도중에 합류되어 구성되어 있다. 상기 수증기 파이프(6b)는, 그 일부가 개질반응부(2)의 외주에 접해서 설치되어 있어, 개질반응부(2)의 열에 의해 예열될 수 있다.
또, 개질반응부(2)의 상단과 시프트반응부(3)의 하단은 접속관(12)에 의해 접속되어 있다. 시프트반응부(3)의 상단과 CO 산화부(4)의 상단은 접속관(13)에 의해 접속되어 있다. 이 접속관(13)에는 CO 산화부(4)에서 필요로 하는 공기를 도입하기 위한 공기공급로(5)가 설치되어 있다. CO 산화부(4)의 하단에는 개질가스 송출로(7)가 설치되어 있다.
연소실(1)의 내부에는 연소수단(9)으로서 연소촉매(9b)가 충진되어 있다. 상기 연소촉매(9b)로는, Pt, Ru, Pd, Rh 등을 담체에 담지시킨 것 등을 사용할 수 있다. 또, 연소실(1)의 하단에는 연료가스와 연소용 공기를 공급하기 위한 연료공급로(11)가 접속되어 있다. 상기 연료공급로(11)는 연소실(1)의 입구와 접하는 위치에 홀(11a)을 구비하고 있어, 연소실(1)내에 균일하게 연료가스를 보내줄 수 있도록 이루어져 있다. 연소실(1)에서는, 연소수단(9)으로 버너를 사용할 수도 있다.
해당 개질장치의 동작에 대해 설명한다. 연료공급로(11)로부터 연료가스와 공기가 연소실(1)에 공급되고, 연소촉매(9b)와 접촉해서 연소 발열된다. 이 연소실(1)에서 연소된 후의 배출가스는 배기공간(14)을 통해 외부로 배출된다. 한편, 원료공급로(6)에서는 개질원료와 수증기의 혼합기가 개질반응로(2)에 공급된다. 이때, 수증기 파이프(6b)에는 물의 상태로 공급되지만, 이 물은 중간에 개질반응부(2)의 열에 의해 예열되어 수증기가 되어 개질원료와 혼합된다. 개질원료는 개질반응부(2)에서 CO를 포함하는 개질가스가 되고, 그리고 시프트 반응부(3), CO 산화부(4)로 순차통과함에 따라 CO가 제거된 개질가스가 되어, 개질가스 송출부(7)에서 송출된다. 이때, 개질반응부(2)는 연소실(1)에서 직접 가열되어 최고온도로 온도제어되고, 시프트반응부(3)는 연소배출가스가 흐르는 배기공간(14)에서 가열되어 개질반응부(2)보다 저온대역으로 온도제어되고, CO 산화부(4)는 시프트반응로(3)로부터의 전열에 의해 가열되어 시프트반응부보다 저온대역으로 온도제어된다. 이와 같이 개질반응부(2)를 직접가열하고, 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)를 간접가열하는 것에 의해 양호한 온도제어를 할 수 있는 것이고, 또 이들 반응부는 동심배치되어 있으므로 온도 분산이 적다. 또, CO 산화부(4)에는 외측에 설치되는 팬 등에 의해 냉각바람을 맞게 해서 한층 더 온도제어를 용이하게 수행할 수 있다.
(실시예9)
다음으로 실시예9에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 9 에서와 같이, 실시예8에 있어서 연소실(1)내의 중심부에 불연성 코어(16)가 설치된 구성으로 되어 있다. 상기 코어(16)는 중공으로 되어 있고, 열용량이 작다. 이 코어(16)를 설치함으로써, 연소실(1)내의 연소가스의 유로는 좁아지고, 그 결과 연소가스의 유속이 커져서 개질반응부(2)와의 열교환효율이 향상된다. 또, 개질반응부(2)가 가열되는 것은 주로 연소실(1)의 내주 부근을 흐르는 연소가스에 의한 것으로, 연소실(1)의 중심부를 흐르는 연소가스는 개질반응부(2)의 가열에 그다지 기여하지 않고 연소실(1)로부터 배출될 개연성이 높다. 따라서, 상기 코어(16)가 연소실(1)의 중심부를 차지해서 연소가스의 흐름을 연소실(1)의 내주 부근으로 보내는 것은 열손실을 저감시키는 것도 된다.
(실시예10)
다음으로 실시예 10에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 10 에서와 같이, 실시예8에 있어서 배기공간(14)내의 중심부에 불연성 코어(17)가 설치된 구성으로 되어 있다. 상기 코어(17)는 중공으로 이루어져 있고, 열용량이 작다. 상기 코어(17)의 역할은 상기 실시예9에서 설명한 것과 같고, 배기공간(14)내의 연소배출가스의 유로를 좁히고, 그 결과 연소가스의 유속을 크게해서 시프트반응부(3)와의 열교환 효율을 향상시키는 작용을 한다. 또, 시프트반응부(3)의 가열에 대해 기여가 적은 배기공간(14)의 중심부에 연소가스가 흐르지 않게 해서 열손실을 저감시키는 것이다.
(실시예11)
다음으로 실시예11에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 11 에서와 같이, 실시예8에 있어서, 연소실(1) 및 배기공간(14)의 중심부에 각각 코어(16, 17)를 설치한 구성으로 되어 있다. 이 개질장치에서는, 실시예 9와 실시예10에서 설명한 상승효과를 얻을 수 있다.
(실시예12)
다음으로 실시예12에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 12, 도 13 에서와 같이, 실시예 8에 있어서, 연소실(1)과 배기공간(14) 사이에 외기를 도입하기 위한 공기도입부(18)가 설치된 구성으로 되어 있다. 상세히 설명하면, 상기 공기도입구(18)는 연소실(1)과 배기공간(14)의 접속부의 주위에 환상 유로(18b)와, 상기 접속부에 환상으로 복수 형성된 개구부(18a)를 가지고 있다. 공기도입부(18)로부터 도입된 공기는 환상 유로(18b)에서 상기 접속부의 주위 전 둘레를 돌아 환상으로 복수 형성된 각 개구부(18a)에서 균일하게 연소배출가스의 유로로 도입된다. 이 경우, 연소실(1)에서 나온 직후의 고온의 연소배출가스를, 공기도입구(18)로부터 외기를 받아들여 연소배출가스의 온도를 적당히 식혀서 온도 조절한 후 배기공간(14)으로 보내는 것으로, 시프트 반응부(3)의 가열온도를 조절할 수 있다. 또, 도 13의 사시도에 있어서, (11b)는 연료공급로(11)에 연료가스만을 도입하는 연료파이프, (11c)는 연료공급로(11)에 연소용 공기를 도입하기 위한 공기관이다. 또, (50)은 개질반응부(2)에 열전쌍 등의 온도검지수단을 삽입하기 위한 삽입구, (51)은 CO 산화부(4)에 열전쌍 등의 온도검지수단을 삽입하기 위한 열전쌍삽입구, (52)는 시프트 반응부(3)에 열전쌍 등의 온도검지수단을 삽입하기 위한 열전쌍 삽입구, (53)은 개질촉매 충진구이다.
(실시예13)
다음으로 실시예13에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 14 에서와 같이, 실시예12 에 있어서 연소실(1) 및 배기공간(14)의 중심부에 각각 코어(16, 17)를 설치한 구성으로 이루어져 있다. 이 경우, 실시예 11과 실시예12에서 서술한 상승효과를 얻을 수 있다.
(실시예14)
다음으로 실시예14에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 15에서와 같이, 실시예11에 있어서 개질반응부(2), 시프트 반응부(3), CO 산화부(4)의 표면에, 상기 표면을 구성하는 재료보다 열전도율이 높은 전열재(19)가 각각 설치된 구성으로 되어 있다. 상기 전열재(19)는 각 반응부에 있어서 가스 흐름 방향의 온도분포를 균일화하는 작용을 하는 것이다. 즉, 상기 각 반응부는 가스흐름 방향을 따라 온도차를 발생시키는 경향이 있다. 예를들어, 개질반응부(2)에서는 흡열반응이므로 바람 하측이 온도저하되고, 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)에서는 발열반응이므로 바람 하측이 온도 상승하는 경향이 있다. 상기 반응부의 표면에 설치한 전열재(19)는 이 온도차를 열전도에 의해 균일화하는 역할을 수행하는 것이다. 상기 반응부의 표면 재료는, 그 자신이 고열전도율이면 되긴 하지만, 가열하에서 사용되므로 내열성이 요구되고, 그외에 내식성이나 내구성도 요구된다. 따라서, 이들을 종합적으로 감안해서 예를들어 스텐레스 등이 사용되고, 이에 대해 전열재(19)로는 구리나 알루미늄 등이 사용된다. 이들은 스텐레스보다 내열성과 강도에서 떨어지지만, 열전도율이 우수하다.
(실시예15)
다음으로 실시예15에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 16에서와 같이, 실시예12에 있어서 연소실(1)내의 중심부에 코어(16)가 설치되고, 연소실(1)과 배기공간(14)의 접속부내에는 배기공간(14)을 가열하는 보조가열수단으로 버너(20)가 설치된 구성으로 되어 있다. 도면에서 (21)은 버너(20)의 발화장치이다. 상기 버너(20)는 시프트반응부(3)의 가열온도가 낮을 때에 배기공간(14)을 가열하는데 사용할 수 있고, 또 개질가스를 생성하는 초기단계에서 시프트반응부(3)를 미리 예열하는데 사용할 수도 있다.
(실시예16)
다음으로 실시예16에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 17 에서와 같이, 실시예15에 있어서 배기공간(14)내에 연소촉매(22)의 충진부를 더 구비하고, 배기공간(14)의 입구에 연소촉매로 이루어진 촉매 네트(23)가 설치된 구성으로 되어 있다. 이 개질장치에서는, 버너(20)를 실시예15와 동일한 사용방법으로 사용할 수 있고, 그 외에 버너(20)의 불꽃에 의해 촉매 네트(23)와 연소촉매(22)를 초기가열해 두어서 이것을 배기공간(14)의 보조가열수단으로 사용할 수 있다. 또, 연소촉매(22)에서의 연소에는, 버너(20), 공기도입구(18)에서 공급되는 연료와 연소실(1)로부터의 연소배출가스 속에 잔존하는 산소, 공기도입부(18)로부터 도입되는 공기가 사용된다.
(실시예17)
다음으로 실시예17에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 18 에서와 같이, 실시예 8에 있어서, 연소실(1)내의 연소촉매(9b)를 예열하기 위한 예열 수단으로서 연소실(1)의 입구에 연소촉매로 이루어진 촉매 네트(25)가 설치되고, 연료공급로(6)에 발화 장치(24)가 설치된 구성으로 되어 있다. 연소실(1)의 발열원이 촉매연소에 의한 것일 경우, 연소촉매(9b)의 온도가 어느정도까지 올라가지 않으면 연소반응은 일어나지 않으므로, 상기 발화장치(24)에 의해 연료가스에 불을 붙여 비교적 가열되기 쉬운 촉매 네트(25)에 의해 연소반응을 개시해서 미리 연소촉매(9b)를 예열해 둠으로써 연소개시 초기에 곧바로 연소 개시할 수 있게 된다.
(실시예18)
다음으로 실시예18에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 19 에서와 같이, 실시예8에 있어서, CO 산화부(4)의 외주에 냉각핀(26)이 설치된 구성으로 되어 있다. 이 경우, 각 반응부 중 최저온도대역의 반응온도가 요구되는 CO 산화부(4)의 온도제어를, 상기 냉각핀(26)에서의 방열에 의해 수행할 수 있다. 이때, 냉각 핀(26)으로부터의 방열량은 핀의 수나 길이, 또는 냉각바람을 맞는 방법 등으로 조절할 수 있다. 또, 도 20(A), (B)에서와 같이, 냉각핀(26)의 높이를 CO 산화부(4)의 가스흐름 방향을 따라 변화시킴으로써, CO 산화부(4)내의 온도 분포를 시정할 수도 있다.
(실시예19)
다음으로 실시예19에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 21에서와 같이, 실시예12에 있어서, 배기공간(14)내의 연소배출가스를 외부로 배출하는 배기구(27)에 개폐수단으로서 뚜껑(28)이 설치되고, 한편 시프트반응부(3)와 CO 산화부(4) 사이에 배기공간(14)과 분기해서 연통되는 제1덕트(29)가 설치되고, CO 산화부(4)의 주위에 제1덕트(29)와 연통되는 제2덕트(30)가 설치된 구성으로 되어 있다. 제1덕트(29)는 배기공간(14)의 상단부와 연통해 있고, 제2덕트(30)의 하단부가 제1덕트(29)의 하단부와 연통해 있다. 제2덕트(30)의 상단은 외부로 개구되어 배기할 수 있게 되어 있다.
이 개질장치에서는, 뚜껑(28)으로 배기구(27)를 닫음으로써, 배기공간(14)내의 연소배출가스는 제1덕트(29)로 흐르고, 그리고 제2덕트(30)로 흐르는 것으로, 이때 시프트반응부(3)와 CO 산화부(4)는 제1덕트(29) 및 제2덕트(30)를 흐르는 연소배출가스에 의해서도 가열되게 된다. 한편, 뚜껑(28)을 열어 배기구(27)를 개방하면, 배기공간(14)의 연소배출가스는 해당 배기구(27)에서 외부로 배출되어, 제1덕트(29) 및 제2덕트(30)에는 거의 흐르지 않게 된다. 따라서, 뚜껑(28)으로 배기구(27)를 개폐하는 것에 의해, 시프트 반응부(3) 및 CO 산화부(4)의 온도를 자유자재로 조절할 수 있게 된다.
(실시예 20)
다음으로 실시예20에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 22 에서와 같이, 실시예 19에 있어서, 제2덕트(30)에 외기를 도입하기 위한 공기도입부(31)가 설치된 구성으로 되어 있다. 이 공기 도입부(31)는 제1덕트(29)와 제2덕트(30)의 연통 부분에 개구해서 외기를 공급할 수 있게 된다. 이 경우, 공기도입부(31)에서 외기를 제2덕트(30)로 도입해서 흐르게 함으로써 CO 산화부(4)를 냉각하여 그 온도제어를 수행할 수 있다.
(실시예21)
다음으로 실시예21에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 여기서, 실시예21-24의 그룹에는 주요부분에 동일한 구성을 가지는 개질장치가 개시되어 있고, 실시예21은 이들의 기본형이다.
실시예21에 따른 개질장치는, 도 23(A), (B)에서와 같이, 원통형 연소실(1)이 축방향을 상하로 해서 배치되고, 이 연소실(1)내에 코일형태로 형성된 개질반응부(2)가 동심형으로 도입되어 있다. 연소실(1)의 상방에는 해당 연소실(1)에서 나오는 연소배출가스를 직접 외부로 직접배출하는 메인 배기구(36)가 설치되고, 이 메인 배기구(36)에는 개폐수단으로서 제1뚜껑(37)이 설치되어 있다. 메인 배기공간(32)의 주위에는 메인배기공간(32)과 분기해서 연통되는 제1덕트(33)가 설치되고, 이 제1덕트(33)의 주위에는 제1덕트(33)와 연통되는 제2덕트(34)가 설치되어 있다. 제1덕트(33)내에는 시프트반응부(3)가 배치되고, 제2덕트(34)내에는 CO 산화부(4)가 배치된 구성으로 되어 있다.
연소실(1)의 내부에는 연소수단(9)으로서 연소촉매(9b)가 충진되어 있다. 또, 연소실(1)의 하단에는 연료가스와 연소용 공기를 공급하기 위한 연료공급로(11)가 접속되어 있다. 상기 연료공급로(11)는 연소실(1)의 입구와 접하는 위치에 홀(11a)을 구비하고 있고, 연소실(1)내에 균일하게 연료가스를 보내줄 수 있도록 되어 있다. 연소실(1)에 있어서는 연소수단(9)으로 버너를 사용할 수도 있다.
개질반응부(2)는 코일형태로 형성된 파이프내에 개질촉매를 충진해서 형성되어 있고, 개질반응부(2)의 상측 단부가 연소실(1) 상부로부터 외부로 도출되어, 원료공급로(6)와 접속되어 있다. 상기 원료공급로(6)는 개질원료만이 공급되는 원료용 파이프(6a)와, 수증기(물)가 공급되는 수증기 파이프(6b)가 도중에 합류해서 구성되어 있다. 상기 수증기 파이프(6b)는 그 일부가 연소실(1)의 외주에 접해서 설치되어 있어, 연소실(1)의 열에 의해 예열될 수 있도록 되어 있다. 또, 개질반응부(2)의 하측단부는 연소실(1) 하부에서 외부로 도출되어, 상기 개질반응부(2)와 시프트반응부(3)를 연결하는 접속관(12)에 접속되어 있다.
시프트반응부(3)는 코일형태로 형성된 파이프내에 시프트촉매를 충진해서 형성되어 있고, 제1덕트(33)내에 아래에서 위로 감아올리도록 도입되어 있다. 상기 접속관(12)과는 시프트반응부(3)의 하측단부가 접속되어 있다.
CO 산화부(4)는 코일형태로 형성된 파이프내에 CO 산화촉매를 충진해서 형성되어 있고, 제2덕트(34)내에 위에서 아래로 감아내리도록 도입되어 있다. CO 산화부(4)의 상측단부는 시프트반응부(3)의 상측단부와 접속관(13)에 의해 접속되어 있다. 이 접속관(13)에는 CO 산화부(4)에서 필요로 하는 공기를 도입하기 위한 공기공급로(5)가 설치되어 있다. CO 산화부(4)의 하측 단부는 외부로 도출된 개질가스송출부(7)와 접속되어 있다.
제1덕트(33)는 그 하단부에서 메인 배기공간(32)과 연통되고, 상단부에서 제2덕트(34)와 연통되어 있다. 또, 제1덕트(33)의 상단에는 내부의 연소배출가스를 외부로 배출하는 서브배기구(39)가 설치되어 있다. 제2덕트(34)의 외주에는 제3덕트(35)가 더 형성되어 있고, 제2덕트(34)와 제3덕트(35)는 하단부에서 연통되어 있다. 이들 제2덕트(34) 및 제3덕트(35)는 동시에 상단이 개구되어 있다. 제2덕트(34)의 하단에는 외기를 도입하기 위한 공기공급로(40)가 설치되어 있다.
메인배기공간(32) 상단의 메인 배기구(36)는, 상기 제1-제3덕트의 상단보다 한 단계 낮게 되어 있다. 또, 해당 개질장치의 상단에는 메인배기구(36)의 상방을 포함해서 상기 제1 및 제2덕트의 상단에 걸쳐서 개폐가능하게 봉하는 제2뚜껑(38)이 설치되어 있다.
이 개질장치에서는, 도 23(A) 에서와 같이, 제1뚜껑(37) 및 제2뚜껑(38)을 동시에 봉함으로써, 메인배기구(36), 서브배기구(39) 및 제2덕트(34) 상단의 개구부가 막힌다. 이 상태에서 연소실(1)내를 연소시키면, 연소실(1)에서 나온 연소배출가스가 제1덕트(33)로 들어와 아래에서 위로 흐르고, 제1덕트(33)의 상단부에서 제2덕트(34)로 들어가 아래쪽으로 흐르며, 그리고 제2덕트(34)의 하단부에서 제3덕트로 들어가 위쪽으로 흘러 외부로 배출된다. 이때, 개질반응부(2)는 연소실(1)내에서 고온인 연소가스에 의해 가열되고, 이 연소실(1)에서 나온 연소배출가스에 의해 제1덕트(33)내의 시프트 반응부(3), 및 제2 덕트(34)내의 CO 산화부(4)가 가열된다. 이렇게 해서 각 반응부는 예열된다.
다음으로, 도 23(B)에서와 같이, 제1뚜껑(37) 및 제2뚜껑(38)을 열어서 메인배기구(36), 서브 배기구(39), 및 제2덕트(34) 상단의 개구부를 개방하면, 연소실(1)에서 나오는 연소배출가스는 주로 메인배기공간(32)을 통해 메인배기구(36)에서 배출되고, 제1덕트(33)에는 상기 연소배출가스가 약간 흘러 서브 배기구(39)에서 배출되며, 제2덕트(34)에는 거의 흐르지 않게 된다. 이때, 시프트 반응부(3)는, 약간 흐르는 연소배출가스와, 메인배기공간(32)에서 전해지는 복사열이나 고체 전열, 그것과 그 내부를 흐르는 개질가스 자신이 가지는 열에 의해 가열되게 된다. 따라서, 시프트 반응부(3)는 개질반응부(2)보다 저온 대역으로 온도조절된다. 한편, CO 산화부(4)는 시프트반응부(3)로부터 전해지는 복사열이나 고체 전열, 그것과 그들의 내부를 흐르는 개질가스 자신이 가지는 열에 의해 가열되게 된다. 이 CO 산화부(4)는 연소배출가스에 의해 가열되지 않는데다가 상기 복사열이나 고체 전열도 약하므로, 시프트반응부(3)보다 저온대역으로 온도조절된다. 상기 CO 산화부(4)를 더 저온대역으로 온도조절하고 싶을 때에는, 공기공급로(40)에서 외기를 받아들여 제2덕트(34)에 흘리면 된다. 또, 제1뚜껑(37), 제2뚜껑(38)의 개폐 타이밍은 임의로 설정할 수 있다.
이와 같이, 상기 개질장치에서는, 개질가스를 생성하기 전인 운전 초기에, 미리 제1뚜껑(37) 및 제2뚜껑(38)을 닫은 상태에서 연소실(1)에서 연소를 수행함으로써, 개질반응부(2)뿐만 아니라 시프트반응부(3) 및 CO 산화부(4)도 예열할 수 있고, 정상 운전시에는 제1뚜껑(37) 및 제2뚜껑(38)을 연 상태로 둠으로써 각 반응부의 양호한 온도제어를 수행할 수 있다.
(실시예22)
다음으로 실시예22에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는, 도 24 에서와 같이, 실시예 21에 있어서 연소실(1)내의 중심부에 불연성 코어(16)가 설치된 구성으로 되어 있다. 상기 코어(16)의 존재로 인해, 연소실(1)내의 가스유로가 좁아져서 유속이 증가하고, 개질반응부(2)와 연소가스와의 열교환효율이 향상된다. 또, 연소실(1)에 있어서는, 연소촉매(9b)가 하측부분에만 충진되어 있다. 즉, 연소실(1) 전체에 연소촉매(9b)를 충진하지 않아도 연소 반응이 충분히 진행되는 것으로, 과잉의 연소 촉매(9b)를 없애서 연소가스의 압력 손실을 줄일 수 있는 것이다.
(실시예23)
다음으로 실시예23에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는 도 25 에서와 같이, 실시예21에 있어서 연소실(1)내의 중심부에 중공의 코어(16)가 설치되고, 상기 코어(16)내를 원료공급로(6)로 해서 개질반응부(2)에 개질원료와 수증기를 공급할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이 경우, 개질원료와 수증기를 코어(16)내에서 예열할 수 있고, 또 코어(16)내에서 수증기 발생시킬 수도 있다.
(실시예24)
다음으로 실시예24에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는 도 26에서와 같이, 실시예22에 있어서, 코어(16)내를 연료공급로(11)로 해서 연료 및 연소용 공기를 연소실(1)의 연소촉매(9b)에 공급할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이 경우, 연료 및 연소용 공기를 예열하고 나서 연소실(1)의 연소촉매(9b)에 공급할 수 있으므로, 연소촉매(9)에 의한 연소 반응을 보다 양호하게 수행할 수 있다.
(실시예25)
다음으로 실시예 25에 따른 개질장치에 대해 설명한다. 이 개질장치는 도 27(A), (B)에서와 같이, 원통형 연소실(1)이 축방향을 상하로 해서 배치되고, 이 연소실(1)내에 코일형태로 형성된 개질반응부(2)가 동심형으로 도입되어 있다. 연소실(1)의 상방에는 연소실(1)에서 나온 연소배출가스를 직접 외부로 직접 배출하는 메인배기구(41)가 설치되고, 이 메인 배기구(41)에는 개폐수단으로서 뚜껑(42)이 설치되어 있다. 연소실(1)의 주위에는 연소실(1)의 측벽 상부에서 연통되는 제1덕트(43)가 설치되고, 이 제1덕트(43)의 주위에는 제1덕트(43)의 하단부와 연통되는 제2덕트(44)가 설치되어 있다. 제1덕트(43) 내에는 코일형태의 시프트반응부(3)가 배치되고, 제2덕트(44)내에는 코일형태의 CO 산화부(4)가 배치된 구성으로 되어 있다.
연소실(1)의 내부에는 연소수단(9)으로서 연소 촉매(9b)가 충진되어 있다. 또, 연소실(1)의 하단에는 연료가스와 연소용 공기를 공급하기 위한 연료공급로(11)가 접속되어 있다. 이 연료공급로(11)는 연소실(1)의 입구와 접하는 위치에 홀(11a)을 구비하고 있고, 연소실(1)내에 균일하게 연료가스를 보내줄 수 있도록 되어 있다. 또, 연소실(1)에서는, 연소 수단(9)으로 버너를 사용할 수도 있다.
개질반응부(2)는 코일형태로 형성된 파이프내에 개질촉매를 충진해서 형성되어 있고, 개질반응부(2)의 상측단부가 연소실(1) 상부에서 외부로 도출되어, 원료공급로(6)와 접속되어 있다. 이 원료 공급로(6)는 개질원료만이 공급되는 원료용 파이프(6a)와, 수증기(물)가 공급되는 수증기 파이프(6b)가 도중에 합류해서 구성되어 있다. 상기 수증기 파이프(6b)는 그 일부가 연소실(1)의 외주에 접해서 설치되어 있어, 연소실(1)의 열에 의해 예열될 수 있다. 또, 개질반응부(2)의 하측단부는 연소실(1)의 중심부를 통해 연소실(1)의 상측에서 도출되는 접속관에 의해 시프트 반응부(3)의 상부와 접속되어 있다.
시프트반응부(3)는 코일형태로 형성된 파이프내에 시프트 촉매를 충진해서 형성되어 있고, 제1덕트(43)내에 위에서 아래로 감아내리도록 도입되어 있다.
CO 산화부(4)는 코일형태로 형성된 파이프내에 CO 산화촉매를 충진해서 형성되어 있고, 제2덕트(44)내에 아래에서 위로 감아올리도록 도입되어 있다. CO 산화부(4)의 하측단부는 시프트반응부(3)의 하측단부와 접속관에 의해 접속되어 있다. 상기 접속관에는 CO 산화부(4)에서 필요로 하는 공기를 도입하기 위한 공기공급로(5)가 설치되어 있다. CO 산화부(4)의 상측단부는 외부로 도출된 개질가스 송출부(7)에 접속되어 있다.
제2덕트(44)의 하단에는 외기를 도입하기 위한 공기공급로(45)가 설치되어 있다.
이 개질장치에서는, 도 27(A)에서와 같이, 뚜껑(42)을 닫아서 메인 배기구(41)를 닫으면, 이 상태에서 연소실(1)내를 연소시키면, 연소실(1)에서 나오는 연소배출가스는 제1덕트(43)로 들어가 위에서 아래로 흐르고, 그리고 제2덕트(44)로 들어가 위쪽을 향해 흘러서 외부로 배출된다. 이때, 개질반응부(2)는 연소실(1)내에서 고온의 연소가스에 의해 가열되고, 이 연소실(1)에서 나온 연소배출가스에 의해 제1덕트(43)내의 시프트 반응부(3), 및 제2덕트(44)내의 CO 산화부(4)가 가열된다. 이렇게 해서 각 반응부는 예열된다.
다음으로 도 27(B) 에서와 같이, 뚜껑(42)을 열어서 배기구(41)를 개방하면, 연소실(1)에서 나오는 연소배출가스는 주로 메인 배기구(41)에서 배출되고, 제1덕트(43) 및 제2덕트(44)에는 거의 흐르지않게 된다. 이때, 시프트 반응부(3)는 연소실(1)에서 전해지는 복사열이나 고체 전열, 그것과 그 내부를 흐르는 개질가스 자신이 가지는 열에 의해 가열되게 된다. 따라서, 시프트 반응부(3)는 개질반응부(2)보다 저온대역으로 온도제어된다. 한편, CO 산화부(4)는 시프트 반응부(3)와 제1덕트(43)에서 전해지는 복사열이나 고체 전열, 그것과 그 내부를 흐르는 개질가스 자신이 가지는 열에 의해 가열되게 된다. 상기 CO 산화부(4)는, 시프트반응부(3)보다 상기 복사열이나 고체 전열이 약해지므로, 시프트 반응부(3)보다 저온 대역으로 온도 제어된다. 상기 CO 산화부(4)를 더 저온대역으로 온도 제어하고 싶을 때에는 공기 공급로(45)에서 외기를 받아들여 제2덕트(44)로 흐르게 하면 된다.
이렇게, 상기 개질 장치에서는, 개질가스를 생성하기 전인 운전 초기에, 미리 제1뚜껑(41)을 닫은 상태에서 연소실(1)에서 연소를 함으로써, 개질반응부(2) 뿐만 아니라 시프트 반응부(3) 및 CO 산화부(4)도 예열할 수 있고, 정상 운전시에는 제1뚜껑(41)을 연 상태로 두어 각 반응부의 양호한 온도제어를 수행할 수 있다.
본발명에 따른 개질장치는, 예를들어 연료전지의 발전연료로서 개질가스를 제공하는데 유용하다. 즉, 상기 개질장치에서는, 각 반응부의 온도제어를 양호하게 수행할 수 있으므로 CO 농도가 충분히 감소된 양호한 개질 가스를 제조할 수 있기 때문이다. 특히, 각 반응부를 일체적으로 구비함으로써 소형화하는 설계가 용이하고, 연료전지 시스템의 소형화에 효과가 있다.

Claims (30)

  1. 연료가스의 연소에 의해 발열되는 열원을 포함하고, 이 열원에서 직접 반응열을 받아서 개질원료를 수증기 개질해서 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 생성시키는 원료 개질부와, 이 원료 개질부에서 생성한 개질가스 속에 포함되는 CO를 수성 시프트 반응에 의해 저감시키는 시프트 반응부와, 이 시프트 반응부에서 처리된 후의 개질 가스 속에 포함되는 CO를 산화시켜 더 저감시키는 CO 산화부를 각각 독립된 섹션으로서 일체적으로 구비하고 있고, 상기 원료 개질부와 시프트반응부와 CO 산화부는, 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부가 상기 원료개질부의 열원으로부터의 전열에 의해 간접가열되도록 배치되어 있는 개질장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료 개질부와 시프트 반응부와 CO 산화부는 동심형으로 배치되어 있고, 적어도 상기 CO 산화부가 외주측에 배치되어 있는 개질장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 원료개질부는, 상기 열원으로 대략 통 형상인 연소실과, 개질원료를 수증기 개질해서 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 생성시키는 개질반응부를 포함해서 구성되어 있고, 상기 개질반응부, 상기 시프트 반응부, 및 상기 CO 산화부는 상기 연소실과 동심형으로 배치되어 있는 개질장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개질반응부가 상기 연소실내에 도입되어 동심형으로 배치되어 있는 개질장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 개질반응부가 상기 연소실의 외주에 접해서 설치되어 있는 개질장치.
  6. 제 3 내지 5 항의 어느 항에 있어서,
    상기 연소실의 중심에 불연성 코어가 설치되어 있는 개질장치.
  7. 제 5 또는 6 항에 있어서,
    상기 개질반응부의 외주에 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부가 설치되어 있는 개질장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 개질반응부와 상기 시프트 반응부 및 CO 산화부와의 사이에 전열 조절기능을 가지는 격벽이 설치되어 있는 개질장치.
  9. 제 7 또는 8 항에 있어서,
    상기 개질반응부와 상기 시프트 반응부를 접속하는 유로가 상기 시프트 반응부 및 상기 CO 산화부의 외측으로 우회하고 있는 개질장치.
  10. 제 7 내지 9 항의 어느 항에 있어서,
    상기 개질반응부의 온도 분포에 대응시켜서, 상기 개질반응부의 고온측에 상기 시프트반응부가 배치되고, 저온측에 상기 CO 산화부가 배치되어 있는 개질장치.
  11. 제 1 내지 6 항의 어느 항에 있어서,
    상기 원료개질부의 열원에서 나오는 연소배출가스에 의해 가열되는 위치에, 상기 시프트 반응부와 CO 산화부가 각각 배치되어 있는 개질장치.
  12. 제 3 내지 6 항의 어느 항에 있어서,
    상기 연소실에서 나오는 연소배출가스가 직접 흐르는 배기공간을 상기 연소실의 동축 상방에 인접하게 구비하고 있고, 이 배기공간의 주위에 상기 시프트 반응부가 설치되고, 이 시프트 반응부의 주위에 상기 CO 산화부가 설치되어 있는 개질장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 연소실과 상기 배기공간과의 사이에 외기를 도입하기 위한 공기 도입부가 설치되어 있는 개질장치.
  14. 제 12 또는 13 항에 있어서,
    상기 배기공간을 가열하는 보조가열수단이 설치되어 있는 개질장치.
  15. 제 12 내지 14 항의 어느 항에 있어서,
    상기 배기공간 내의 연소배출가스를 외부로 배출하는 배기구와 상기 배기구를 개폐하는 개폐 수단을 설치하는 한편, 상기 배기공간으로부터 분기되어 시프트 반응부와 CO 산화부 사이에 개재되는 제1덕트와, 이 제1덕트와 연통되고 상기 CO 산화부의 주위에 설치된 제2덕트를 구비하는 개질장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1덕트에 외기를 도입하기 위한 공기도입부가 설치되어 있는 개질장치.
  17. 제 12 내지 16 항의 어느 항에 있어서,
    상기 배기공간의 중심에 불연성 코어가 설치되어 있는 개질장치.
  18. 제 3 내지 17 항의 어느 항에 있어서,
    상기 개질반응부, 시프트 반응부, CO 산화부 중 적어도 어느 한 표면에, 해당 표면을 구성하는 재료보다 열전도율이 높은 전열재가 설치되어 있는 개질장치.
  19. 제 3 내지 18 항의 어느 항에 있어서,
    상기 CO 산화부의 외측표면에 방열핀이 설치되어 있는 개질장치.
  20. 제 3 내지 6 항의 어느 항에 있어서,
    상기 연소실에서 나오는 연소배출가스가 직접 흐르는 메인 배기 공간과, 이 메인 배기공간내의 연소배출가스를 외부로 직접 배출하는 메인배기구와, 이 메인 배기구를 개폐하는 개폐 수단을 구비하는 한편, 이 메인 배기 공간과 분기되어 연통되고 해당 메인 배기공간의 주위에 설치된 제1덕트와, 이 제1덕트와 연통해서 그 주위에 설치된 제2덕트를 구비하고 있고, 상기 제1덕트내에는 상기 시프트 반응부가 배치되고, 상기 제2덕트내에는 상기 CO 산화부가 배치되어 있는 개질장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1덕트에 내부의 연소배출가스를 외부로 배출하는 서브 배기구와 이 서브 배기구를 개폐하는 개폐수단이 설치되어 있는 개질장치.
  22. 제 20 또는 21 항에 있어서,
    상기 개질반응부, 시프트 반응부, CO 산화부 중 적어도 하나는 코일형태로 형성되어 있는 개질장치.
  23. 제 20 내지 22 항의 어느 항에 있어서,
    상기 제2덕트에 외기를 도입하기 위한 공기공급로가 설치되어 있는 개질장치.
  24. 제 1 내지 23 항의 어느 항에 있어서,
    상기 원료 개질부에 개질원료 및 수증기를 공급하는 원료공급로의 적어도 일부가, 상기 원료개질부 열원으로부터의 열에 의해 예열되는 위치에 배치되어 있는 개질장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 원료공급로의 적어도 일부가, 상기 원료 개질부, 시프트 반응부, CO 산화부의 적어도 어느 한 표면에 접해서 배치되어 있는 개질장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 원료공급로의 적어도 일부가, 상기 원료 개질부 열원으로부터의 연소배출가스와 접하는 위치에 배치되어 있는 개질장치.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 원료공급로의 적어도 일부가, 상기 원료개질부의 열원에 의해 직접 가열되는 위치에 배치되어 있는 개질장치.
  28. 제 1 내지 27 항의 어느 항에 있어서,
    상기 원료개질부의 열원에 연료를 공급하는 연료공급로의 적어도 일부는, 해당 열원의 열에 의해 예열되는 위치에 배치되어 있는 개질장치.
  29. 제 1 내지 28 항의 어느 항에 있어서,
    상기 원료개질부의 열원은 촉매연소에 의해 발열되는 것으로, 해당 열원의 연소촉매를 예열하기 위한 예열수단이 설치되어 있는 개질장치.
  30. 연료가스의 연소에 의해 발열되는 연소부와, 개질원료를 수증기 개질해서 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 생성시키는 개질반응부와, 이 원료개질부에서 생성된 개질가스 속에 포함되는 CO를 수성 시프트 반응에 의해 저감시키는 시프트 반응부와, 이 시프트 반응부에서 처리된 후의 개질가스 속에 포함되는 CO를 산화시켜 더 감소시키는 CO 산화부를 각각 독립된 섹션으로서 일체적으로 구비하고 있고, 상기 연소부의 직접 가열에 의해 상기 개질반응부가 400-1000℃가 되도록 가열 제어되는 한편, 상기 연소부로부터의 전열에 의한 간접 가열에 의해 상기 시프트 반응부는 200-350℃가 되도록 가열제어되며, 상기 CO 산화부는 100-250℃가 되도록 가열제어되는 개질장치.
KR1019980710994A 1996-06-28 1997-06-30 개질장치 KR100285165B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8/170483 1996-06-28
JP17048396 1996-06-28
PCT/JP1997/002265 WO1998000361A1 (fr) 1996-06-28 1997-06-30 Appareil de modification

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000022546A KR20000022546A (ko) 2000-04-25
KR100285165B1 true KR100285165B1 (ko) 2001-09-22

Family

ID=15905796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980710994A KR100285165B1 (ko) 1996-06-28 1997-06-30 개질장치

Country Status (10)

Country Link
US (2) US6413479B1 (ko)
EP (1) EP0922666B1 (ko)
JP (1) JP3403416B2 (ko)
KR (1) KR100285165B1 (ko)
CN (1) CN1094465C (ko)
AT (1) ATE275529T1 (ko)
AU (1) AU3277097A (ko)
CA (1) CA2259386C (ko)
DE (1) DE69730608T2 (ko)
WO (1) WO1998000361A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101125650B1 (ko) * 2004-12-10 2012-03-27 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템, 개질기 및 버너

Families Citing this family (96)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10240953A1 (de) * 2002-09-02 2004-03-18 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
US6183895B1 (en) 1996-07-02 2001-02-06 Matsushita Electric Works, Ltd. Fuel-cell power generating system
DE19832386A1 (de) * 1998-07-18 2000-01-27 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Reformierungsreaktor mit katalytischer Brennereinheit
JP3473900B2 (ja) 1999-05-24 2003-12-08 松下電器産業株式会社 水素発生装置
NL1013478C2 (nl) * 1999-05-27 2000-11-28 Plug Power Inc Brandstofprocessor voor het produceren van waterstof en inrichting geschikt voor gebruik in een dergelijke processor voor het uit een eerste en tweede gasstroom genereren van een derde en vierde gasstroom.
US7658776B1 (en) * 1999-08-25 2010-02-09 Pearson Larry E Biomass reactor for producing gas
DE19953233A1 (de) * 1999-11-04 2001-05-10 Grigorios Kolios Autotherme Reaktorschaltungen zur direkten Kopplung endothermer und exothermer Reaktionen
CN1310829C (zh) * 1999-12-28 2007-04-18 大金工业株式会社 转化装置
EP1256545A4 (en) * 1999-12-28 2005-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd DEVICE FOR PRODUCING HYDROGEN
US6911187B2 (en) 2000-03-03 2005-06-28 Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd. Apparatus for internal heating type reformation by oxidation
CA2405927A1 (en) * 2000-04-17 2001-10-25 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Fuel processor
JP3646625B2 (ja) * 2000-06-01 2005-05-11 日産自動車株式会社 燃料改質装置
US7081312B1 (en) * 2000-09-26 2006-07-25 General Motors Corporation Multiple stage combustion process to maintain a controllable reformation temperature profile
CA2357960C (en) * 2000-10-10 2007-01-30 Tokyo Gas Co., Ltd. Single-pipe cylinder type reformer
US6887285B2 (en) * 2000-12-12 2005-05-03 Texaco Inc. Dual stack compact fuel processor for producing hydrogen rich gas
US6773684B2 (en) * 2001-01-26 2004-08-10 Utc Fuel Cells, Llc Compact fuel gas reformer assemblage
US7922781B2 (en) * 2001-03-02 2011-04-12 Chellappa Anand S Hydrogen generation apparatus and method for using same
US7867300B2 (en) 2001-03-02 2011-01-11 Intelligent Energy, Inc. Ammonia-based hydrogen generation apparatus and method for using same
AU2002335499A1 (en) 2001-03-02 2002-09-19 Mesosystems Technology, Inc. Ammonia-based hydrogen generation apparatus and method for using same
JP2002274810A (ja) * 2001-03-19 2002-09-25 Aisin Seiki Co Ltd 燃料改質装置のｃｏ変成部構造
DE10119083C1 (de) * 2001-04-19 2002-11-28 Joachim Alfred Wuenning Kompakt-Dampf-Reformer
CA2445615C (en) * 2001-04-23 2011-06-14 Mesosystems Technology, Inc. Hydrogen generation apparatus and method for using same
ITMI20011016A1 (it) * 2001-05-17 2002-11-17 Enichem Spa Sintesi diretta di acqua ossigenata in un nuovo sitema solvente multicomponente
US7367996B2 (en) 2001-05-30 2008-05-06 Nuvera Fuel Cells, Inc. Heat transfer optimization in multi shelled reformers
WO2002098790A1 (fr) * 2001-06-04 2002-12-12 Tokyo Gas Company Limited Unite de reformage a vapeur d'eau cylindrique
US7182921B2 (en) * 2001-06-04 2007-02-27 Tokyo Gas Co., Ltd. Cylindrical steam reforming unit
DE10142999B4 (de) * 2001-09-03 2006-07-06 Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT Duisburg GmbH Hocheffiziente, kompakte Reformereinheit zur Wasserstofferzeugung aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen im kleinen Leistungsbereich
AU2002367247A1 (en) * 2001-12-21 2003-07-15 Nuvera Fuel Cells, Inc. Fuel processor modules integration into common housing
AU2003213342A1 (en) 2002-03-15 2003-09-29 Matsushita Electric Works, Ltd. Reforming device and method for operation thereof
WO2003080505A1 (de) * 2002-03-25 2003-10-02 Viessmann Werke Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur erzeugung von wasserstoff
US8172913B2 (en) * 2002-04-23 2012-05-08 Vencill Thomas R Array of planar membrane modules for producing hydrogen
CA2428548C (en) * 2002-05-14 2011-05-10 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government Methanol-steam reformer
US20040241513A1 (en) * 2003-05-29 2004-12-02 General Electric Company Integrated recupreator and burner for fuel cells
US7635399B2 (en) * 2003-06-27 2009-12-22 Ebara Corporation Fuel reformer
US7824455B2 (en) * 2003-07-10 2010-11-02 General Motors Corporation High activity water gas shift catalysts based on platinum group metals and cerium-containing oxides
DE10359205B4 (de) * 2003-12-17 2007-09-06 Webasto Ag Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
WO2005077822A1 (ja) * 2004-02-12 2005-08-25 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. 燃料改質装置及び該燃料改質装置の起動方法
CN100460311C (zh) * 2004-02-17 2009-02-11 松下电器产业株式会社 氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统
WO2005080259A1 (en) * 2004-02-17 2005-09-01 Modine Manufacturing Company Integrated fuel processor for distributed hydrogen production
DE102004010910B4 (de) 2004-03-06 2006-10-26 Ws Reformer Gmbh Kompaktdampfreformer
US7238333B2 (en) * 2004-03-18 2007-07-03 General Motors Corporation High activity water gas shift catalysts with no methane formation
KR100599687B1 (ko) 2004-06-29 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
JP4009285B2 (ja) * 2004-11-24 2007-11-14 アイシン精機株式会社 改質装置
KR101127688B1 (ko) * 2004-12-07 2012-03-23 에스케이이노베이션 주식회사 원통형 소형 개질 장치
DE202004020319U1 (de) 2004-12-10 2005-04-21 European Fuel Cell Gmbh Brennstoffzellenheizgerät
DE102004063151A1 (de) * 2004-12-22 2006-07-06 Webasto Ag Reformer für eine Brennstoffzelle
JP2006176375A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Matsushita Electric Works Ltd 燃料電池用改質器
KR20060081728A (ko) * 2005-01-10 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템, 개질기 및 버너
KR100711893B1 (ko) * 2005-06-24 2007-04-25 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 개질 장치
KR100748363B1 (ko) * 2005-10-21 2007-08-09 삼성에스디아이 주식회사 점화장치를 갖는 연료개질 시스템
KR101240704B1 (ko) 2006-01-17 2013-03-07 삼성에스디아이 주식회사 이동가능한 열원을 갖는 연료개질 시스템 및 이를 구비한연료전지 시스템
US20070175094A1 (en) * 2006-01-30 2007-08-02 Reinke Michael J Integrated autothermal reformer recuperator
US9605522B2 (en) * 2006-03-29 2017-03-28 Pioneer Energy, Inc. Apparatus and method for extracting petroleum from underground sites using reformed gases
US7506685B2 (en) 2006-03-29 2009-03-24 Pioneer Energy, Inc. Apparatus and method for extracting petroleum from underground sites using reformed gases
DE102006019409B4 (de) * 2006-04-23 2010-02-04 Zentrum für Brennstoffzellen-Technik GmbH Reformer-Reaktor, seine Verwendung und Verfahren zum Betrieb des Reformers
KR100790850B1 (ko) * 2006-05-26 2008-01-02 삼성에스디아이 주식회사 이동가능한 버너를 구비한 연료개질기와 그 구동방법 및연료전지 시스템
DE102006039118B4 (de) * 2006-08-21 2010-09-23 Enerday Gmbh Reformer
US8257668B2 (en) * 2006-09-05 2012-09-04 Panasonic Corporation Hydrogen generator and fuel cell system
KR100859940B1 (ko) * 2006-11-02 2008-09-23 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 개질장치
JP5177998B2 (ja) * 2006-11-27 2013-04-10 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 改質装置及びその運転方法
WO2008126686A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Reforming system
PL2155248T3 (pl) * 2007-04-12 2015-12-31 Brigham & Womens Hospital Inc Celowanie w ABCB5 w terapii nowotworowej
US8616294B2 (en) * 2007-05-20 2013-12-31 Pioneer Energy, Inc. Systems and methods for generating in-situ carbon dioxide driver gas for use in enhanced oil recovery
US7918906B2 (en) * 2007-05-20 2011-04-05 Pioneer Energy Inc. Compact natural gas steam reformer with linear countercurrent heat exchanger
GR20070100315A (el) * 2007-05-25 2008-12-19 . Υψηλα θερμικα ολοκληρωμενος επεξεργαστης καυσιμουγια παραγωγη υδρογονου
JP5111040B2 (ja) * 2007-09-27 2012-12-26 三洋電機株式会社 燃料電池用改質装置
US8178062B2 (en) 2007-09-27 2012-05-15 Sanyo Electric Co., Ltd. Reforming apparatus for fuel cell
KR100968541B1 (ko) * 2008-07-09 2010-07-08 지에스퓨얼셀 주식회사 연료전지시스템의 연료변환장치
US8450536B2 (en) * 2008-07-17 2013-05-28 Pioneer Energy, Inc. Methods of higher alcohol synthesis
KR101008402B1 (ko) * 2008-12-19 2011-01-14 삼성에스디아이 주식회사 개질장치
JP5604309B2 (ja) * 2009-01-19 2014-10-08 パナソニック株式会社 水素生成装置、燃料電池システム、及び水素生成装置の停止方法
EP2228122B1 (en) 2009-02-25 2012-08-15 K.M.W.E. Management B.V. Process and reactor for removingVOC from gas flows
JP5315108B2 (ja) * 2009-03-27 2013-10-16 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 灯油用改質器
US7937948B2 (en) * 2009-09-23 2011-05-10 Pioneer Energy, Inc. Systems and methods for generating electricity from carbonaceous material with substantially no carbon dioxide emissions
KR20130004320A (ko) * 2010-03-04 2013-01-09 파나소닉 주식회사 수소 생성 장치 및 연료 전지 발전 시스템
JP5600460B2 (ja) * 2010-03-30 2014-10-01 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 水素製造装置及び燃料電池システム
JP5610812B2 (ja) * 2010-03-30 2014-10-22 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 水素製造装置及び燃料電池システム
KR101194244B1 (ko) 2010-09-01 2012-10-29 (주)알티아이엔지니어링 수증기 개질기
DE102011013026A1 (de) * 2011-03-04 2012-09-06 Dbi - Gastechnologisches Institut Ggmbh Freiberg Verfahren und Anordnung zur Dampfreformierung kohlenwasserstoffhaltiger Gase
WO2012164816A1 (ja) * 2011-05-27 2012-12-06 パナソニック株式会社 水素生成装置及び燃料電池システム
KR101350665B1 (ko) * 2011-12-29 2014-01-10 세종공업 주식회사 프록스 촉매 급속승온장치 및 이를 이용한 연료전지 시스템 운영 방법
US11607657B2 (en) 2012-02-06 2023-03-21 Helbio S.A. Heat integrated reformer with catalytic combustion for hydrogen production
CA2862527C (en) 2012-02-06 2021-06-29 Helbio Societe Anonyme Hydrogen And Energy Production Systems Heat integrated reformer with catalytic combustion for hydrogen production
CA3137624C (en) 2012-03-08 2023-06-20 Helbio Societe Anonyme Hydrogen And Energy Production Systems Catalytically heated fuel processor with replaceable structured supports bearing catalyst for fuel cell
JP5677513B2 (ja) * 2013-06-05 2015-02-25 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 灯油用改質器
US10479680B2 (en) * 2015-01-14 2019-11-19 Raven Sr, Llc Electrically heated steam reforming reactor
KR101518204B1 (ko) * 2015-01-30 2015-05-11 주식회사 한중엔시에스 예열기가 병합된 연료전지용 다채널 직립형 개질기
KR101771303B1 (ko) * 2015-02-16 2017-08-24 한국가스공사 연료처리장치
KR20160137183A (ko) * 2015-05-22 2016-11-30 에이치앤파워(주) 연료전지용 프록스 반응장치
WO2017215789A1 (en) * 2016-06-14 2017-12-21 L'AIR LIQUIDE Société Anonyme pour l'Etude et l' Exploitation des Procédés Georges Claude Reactor for generating synthesis gas by steam reforming
KR20190093477A (ko) * 2018-02-01 2019-08-09 주식회사 하이낸드 열 교환 장치
US10787363B2 (en) * 2018-12-27 2020-09-29 Automotive Research & Testing Center Hydrogen producing apparatus with emulsifier
FR3093101B1 (fr) * 2019-02-21 2021-03-05 Naval Group Dispositif integre pour realiser une reaction du gaz a l'eau et une oxydation catalytique, installation integrant un tel dispositif et plateforme navale integrant une telle installation
KR20210000640A (ko) * 2019-06-25 2021-01-05 비비에이치 주식회사 개질기
FR3113612B1 (fr) * 2020-08-27 2024-01-12 Commissariat Energie Atomique Réacteur- échangeur intégré à deux étages de lits fixes et procédé associé
CN114933280B (zh) * 2022-05-20 2023-05-23 大连大学 一种自脱除co的甲醇制氢装置及其使用方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA859580B (en) 1985-04-25 1986-08-27 Westinghouse Electric Corp Apparatus for hydrocarbon fuel processing
JP2646101B2 (ja) * 1988-01-12 1997-08-25 株式会社日立製作所 燃料改質装置
JPH0764521B2 (ja) * 1988-05-07 1995-07-12 富士電機株式会社 燃料改質装置
JPH03232703A (ja) 1989-12-26 1991-10-16 Tokyo Electric Power Co Inc:The 炭化水素の改質装置
JP2752242B2 (ja) * 1990-11-02 1998-05-18 株式会社東芝 燃料改質器
DE4131309A1 (de) 1991-09-20 1993-03-25 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur erzeugung von wasserstoff aus einem rohgas aus der vergasung fester, fluessiger oder gasfoermiger brennstoffe
JPH05251104A (ja) 1992-03-09 1993-09-28 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電システム
GB9225188D0 (en) 1992-12-02 1993-01-20 Rolls Royce & Ass Combined reformer and shift reactor
JPH06219704A (ja) * 1993-01-21 1994-08-09 Toshiba Corp 改質装置
JPH07126001A (ja) * 1993-10-29 1995-05-16 Aqueous Res:Kk 燃料改質装置
JPH08106914A (ja) 1994-09-30 1996-04-23 Aisin Aw Co Ltd 燃料電池発電装置
US6183895B1 (en) 1996-07-02 2001-02-06 Matsushita Electric Works, Ltd. Fuel-cell power generating system
AU2003213342A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-29 Matsushita Electric Works, Ltd. Reforming device and method for operation thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101125650B1 (ko) * 2004-12-10 2012-03-27 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템, 개질기 및 버너

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000022546A (ko) 2000-04-25
EP0922666B1 (en) 2004-09-08
EP0922666A4 (en) 1999-12-15
USRE39675E1 (en) 2007-06-05
ATE275529T1 (de) 2004-09-15
US6413479B1 (en) 2002-07-02
DE69730608D1 (de) 2004-10-14
DE69730608T2 (de) 2005-09-15
EP0922666A1 (en) 1999-06-16
WO1998000361A1 (fr) 1998-01-08
JP3403416B2 (ja) 2003-05-06
CN1223622A (zh) 1999-07-21
CA2259386C (en) 2002-06-25
CN1094465C (zh) 2002-11-20
AU3277097A (en) 1998-01-21
CA2259386A1 (en) 1998-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100285165B1 (ko) 개질장치
US6481207B2 (en) Single-pipe cylinder type reformer and method of operating the same
CA2356220C (en) Method and apparatus for reforming fuel
JP3808743B2 (ja) 単管円筒式改質器
JP4909488B2 (ja) 固体高分子型燃料電池の燃料改質装置
KR20030036155A (ko) 통합 반응기
US9012098B2 (en) Hydrogen production apparatus and fuel cell system
JP4854037B2 (ja) 燃料改質装置及びその駆動方法、並びに燃料電池システム
US7700053B2 (en) Reforming device
JP3921477B2 (ja) 単管円筒式改質器およびその運転方法
JP4641115B2 (ja) Ｃｏ除去器
JP5584022B2 (ja) 燃料電池システム及びその起動方法
JP2006036634A (ja) 単管円筒式改質器
JP2004010411A (ja) 改質器の起動運転方法
JP2006282471A (ja) 水素燃料供給システム
JP2013234076A (ja) 水素生成装置
CA2475795C (en) Method and apparatus for reforming fuel
JP6270507B2 (ja) 水素含有ガス生成装置の起動運転方法及び水素含有ガス生成装置
JP2003212511A (ja) 改質器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121203

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131202

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141203

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151118

Year of fee payment: 16

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161123

Year of fee payment: 17