KR101183460B1

KR101183460B1 - 수증기 개질기

Info

Publication number: KR101183460B1
Application number: KR1020100035995A
Authority: KR
Inventors: 신장식; 한상철
Original assignee: (주)알티아이엔지니어링
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2012-09-17
Also published as: KR20110116533A

Abstract

본 발명은 수증기 개질기에 관한 것으로, 내부가 중공을 이루는 하우징; 상기 하우징의 내부로 원료가스 및 수증기를 공급하기 위한 원료 공급부; 상기 원료가스 및 수증기가 유입되며 촉매 반응을 통해 생성가스를 발생시키는 촉매 반응관; 상기 촉매 반응관과 열교환을 이루기 위한 연소가스를 상기 하우징 내부로 공급하는 연소가스 공급관; 상기 촉매 반응관의 촉매 반응에 의해 발생된 생성가스를 상기 하우징 외부로 배출하기 위한 생성가스 배출부; 및 상기 촉매 반응관과 열교환된 상기 연소가스를 상기 하우징 외부로 배출하기 위한 연소가스 배출부; 를 포함한다. 본 발명에 따르면, 단일 튜브 형태의 촉매 반응관과, 관 형태의 연소가스 공급관을 적용하여 수증기 개질의 전체적인 구조를 단순화하고, 소형화를 이룰 수 있게 된다.

Description

수증기 개질기{Steam reformer}

본 발명은 천연가스를 이용하여 수소가스를 생성할 수 있는 수증기 개질기 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컴팩트한 구조를 가지며 고효율을 이룰 수 있는 수증기 개질기에 관한 것이다.

수소는 그 자원이 풍부하며 연소생성물이 환경친화적이라는 점에서, 최근 화석연료의 대체 에너지원으로서 연구가 활발히 진행되고 있다. 수소생산기술은 다양한 방법으로 연구되고 있으나, 현재는 천연가스를 이용한 수소생산기술이 널리 사용되고 있다. 천연가스를 이용한 수소생산기술은 크게 수증기개질법과 부분산화법으로 나눌 수 있는데, 생산비용이 염가이며 이산화탄소 발생율이 낮은 수증기개질법이 가장 많이 사용되고 있다.

수증기개질법은 천연가스가 먼저 반응식 1과 같이 개질촉매 상에서 과잉의 수증기와 반응(수증기 개질반응, SR)하며, 다음으로 반응식 2와 같은 전환반응(수성가스화 반응, 수성가스 전환반응)의 연속적인 반응에 의해서 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되어 생성가스의 일산화탄소 농도가 줄어든다.

[반응식 1]

CH4 + H20 → CO + 3H2 ΔHㅀ298 = 206.1 KJ/mol

[반응식 2]

CO + H20 → CO2 + H2 ΔHㅀ298 = -41.16 KJ/mol

상기 반응식 1과 같은 수증기 개질반응은 높은 흡열반응이며 보통 상압～40기압의 압력과 700-900℃의 온도범위에서 일어나고, 개질촉매로는 Ni/Al2O3 가 주로 사용된다.

상기 반응식 2와 같은 수성가스전환반응은 보통 고온전환반응(HTS) 및 저온전환반응(LTS)으로 이루어진다. 고온전환반응은 보통 약 330-530℃의 온도범위에서 Fe 촉매 상에서 반응이 일어나며, 저온전환반응은 보통 약 180-260℃범위의 온도에서 Cu 촉매 상에서 일산화탄소와 물이 반응하여 이산화탄소와 수소로 전환된다.

수성가스전환반응을 통하여 일산화탄소가 제거된 수소 혼합가스에는 이산화탄소와 소량의 미반응 메탄과 일산화탄소가 포함되며, 대부분의 이산화탄소는 이산화탄소 제거공정을 거치면서 고순도의 수소로 정제된다. 이산화탄소 제거공정으로는 주로 PSA(pressure swing adsorption)공정이 사용된다.

이상과 같은 수증기개질법에 의한 종래 개질장치는 스팀발생기, 개질반응기, 고온전환반응기, 열교환기, 저온전환반응기 등이 각각 독립적으로 구성되어 있어 전체적으로 개질장치가 복잡하여 컴팩트한 구성이 어려운 단점이 있었다.

이를 개선하기 위하여, 최근에는 컴팩트한 소형 개질기들이 개발되고 있으며, 국제공개번호 WO 00/63114 및 WO 02/98790호에는 복수의 원형통체를 동심형상으로 배치하여 통체 사이의 틈을 통하여 연소가스를 배기시켜 인접한 반응층에 반응열을 전달하는 방식의 원통형 수증기개질기가 개시되어 있다.

도 1은 WO 02/98790호에 개시된 수증기개질기의 구성을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 수증기개질기는 복수의 원형 통체를 동심 형상으로 간격을 두고 배치한 복사통(1, 2, 3, 4)과, 복사통(1, 2, 3, 4)의 중심에 배치된 버너로 이루어져 있다.

또한, 제 1 통체(1)와 제 2 통체(2)에 의해 구획된 틈에 개질촉매층(15)을 구비하고, 제 2 통체(2) 및 제 3 통체(3) 사이의 틈에 CO변성촉매층(16) 및 CO제거촉매층(19)을 구비하고 있다.

또한, 제 3 통체(3)의 바깥둘레에 전열관(냉각관)(26)을 배치하고, 전열관(26)내에 물을 유통시킴으로써, 개질용 수증기를 생성함과 동시에, CO변성촉매층(16) 및 CO제거촉매층(19)을 냉각하도록 구성되어 있다.

그러나 상기 수증기 개질기는 소형 경량화를 위해 내부에 냉각기구 등을 개재시키지 않고, 개질촉매층, CO변성촉매층 및 CO제거촉매층을 일체화하였으나, 다음과 같은 문제점들이 있다.

첫째, 연소가스는 개질반응에만 직접적으로 열전달을 하고, 수성가스전환반응은 냉각관이나 단열재를 이용해 반응조건을 형성함으로써, 시동시간을 단축시키는데는 한계가 있었다.

둘째, 연소배기가스, 원료가스 및 개질가스가 통과하는 공간을 다수의 복사통(1, 2, 3, 4)을 이용하여 구획하는 방식이므로, 다수의 복사통(1, 2, 3, 4)을 설치하기 위한 공간이 확보되어야 함에 따라 수증기 개질기를 소형화하는데는 한계가 있었다.

셋째, 제 1 통체(1)와 제 2 통체(2)에 의해 구획된 틈에 개질촉매층(15)을 구비하고, 제 2 통체(2) 및 제 3 통체(3) 사이의 틈에 CO변성촉매층(16) 및 CO제거촉매층(19)을 구비하고 있어서, 개질촉매층(15) 및 CO변성촉매층(16) 그리고 CO제거촉매층(19)을 충진하기가 어려운 문제가 있었다.

이상에서와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전체적인 구조를 개선하여 보다 소형이면서 컴팩트한 개질기를 제공하는데 목적이 있다.

또한 개질촉매층과 연소가스의 직접적인 열전달을 통해 개질촉매층의 반응조건을 형성함으로써, 열전달 효율이 향상되고 시동시간이 보다 단축된 수증기 개질기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 촉매 반응이 일어나는 부분의 구조를 개선하여 촉매의 충진을 용이하게 이룰 수 있는 수증기 개질기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수증기 개질기는, 내부가 중공을 이루는 하우징; 상기 하우징의 내부로 원료가스 및 수증기를 공급하기 위한 원료 공급부; 상기 원료가스 및 수증기가 유입되며 촉매 반응을 통해 생성가스를 발생시키는 촉매 반응관; 상기 촉매 반응관과 열교환을 이루기 위한 연소가스를 상기 하우징 내부로 공급하는 연소가스 공급관; 상기 촉매 반응관의 촉매 반응에 의해 발생된 생성가스를 상기 하우징 외부로 배출하기 위한 생성가스 배출부; 및 상기 촉매 반응관과 열교환된 상기 연소가스를 상기 하우징 외부로 배출하기 위한 연소가스 배출부; 를 포함한다.

그리고 상기 촉매 반응관의 일측면에는 상기 원료 공급부와 연통되는 원료 유입홀이 형성되고, 상기 촉매 반응관의 타측면에는 상기 생성가스 배출부와 연통되는 생성가스 배출홀이 형성되되 상기 원료 유입홀 및 상기 생성가스 배출홀은 상기 하우징의 내부에 위치한다.

또한 상기 촉매 반응관은 일단이 상기 하우징의 일단부 외측에 위치하고, 타단이 상기 하우징의 내부를 관통하여 상기 하우징의 타단부 외측에 위치하도록 배치된다.

여기서 상기 촉매 반응관의 일단에는 촉매를 주입하기 위한 촉매주입구가 형성되고, 상기 촉매주입구는 제 1커버부재에 의해 개폐되며, 상기 촉매 반응관의 타단에는 촉매를 배출하기 위한 촉매배출구가 형성되고, 상기 촉매배출구는 제 2커버부재에 의해 개폐된다.

아울러 반응 용량에 따라 상기 촉매주입구에 주입되는 촉매 충진량을 조절할 수 있다.

한편 상기 원료가스 공급부는 상기 하우징의 일단부에 형성되고, 상기 연소가스 공급관은 일단이 상기 하우징의 타단부를 관통하여 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 원료가스 공급부와 상기 연소가스 공급관은 차단벽에 의해 서로 차폐된다.

그리고 상기 원료 공급부로 유입된 원료가스 및 수증기는 상기 차단벽을 통해 상기 연소가스 공급관에서 배출된 연소가스와 열교환을 이루게 된다.

여기서 상기 연소가스 공급관의 일단에는 상기 연소가스를 측방향으로 배출하기 위한 분배부가 형성될 수 있다.

또한 상기 생성가스 배출부와 상기 연소가스 배출부 사이를 차폐하기 위하여 상기 하우징 내부를 구획하는 차폐벽을 더 포함한다.

상기 촉매 반응관은 복수개로 마련되어 상기 하우징의 내벽과 상기 연소가스 공급관의 사이에 배치되되 상기 촉매 반응관들은 상기 연소가스 공급관의 중심축으로부터 일정 간격을 이루도록 배치된다.

한편 상기 연소가스 공급관 내부에는 상기 연소가스를 가열하기 위한 버너가 설치되며, 상기 버너는 상기 원료 공급부와의 간격을 조절할 수 있도록 이동 가능하게 설치된다.

또한 상기 하우징의 내벽과 상기 연소가스 공급관의 외면 중 적어도 어느 하나에는 상기 연소가스의 흐름을 가이드하기 위한 베플이 마련된다.

상술한 본 발명에 따른 수증기 개질기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 따르면, 단일 튜브 형태의 촉매 반응관과, 관 형태의 연소가스 공급관을 적용하여 수증기 개질의 전체적인 구조를 단순화하고, 소형화를 이룰 수 있게 된다.

둘째, 본 발명에 따르면, 개질촉매층과 연소가스의 직접적인 열전달을 통해 각 촉매층의 반응조건을 형성함으로써, 열전달 효율이 향상되고 시동시간을 보다 단축시킬 수 있게 된다.

셋째, 본 발명에 따르면, 촉매 반응관의 일단이 하우징의 일단부 외측에 위치하고, 타단이 하우징의 내부를 관통하여 하우징의 타단부 외측에 위치하도록 배치함과 동시에 촉매 반응관의 일단에 촉매를 주입하기 위한 촉매주입구를 형성함으로써 촉매의 충진을 용이하게 이룰 수 있게 된다.

넷째, 본 발명에 따르면, 원료 공급부로 유입된 원료가스 및 수증기를 차단벽을 이용하여 연소가스 공급관에서 배출된 연소가스와 열교환을 이루도록 함으로써 원료가스 및 수증기를 700~800℃의 적정 온도로 예열할 수 있게 된다.

다섯째, 본 발명에 따르면, 촉매 반응관의 촉매주입구가 하우징의 외부에 위치하기 때문에 반응 용량에 따라 촉매 충진량을 조절할 수 있게 된다.

여섯째, 본 발명에 따르면, 다수의 베플판을 이용하여 연소가스가 지그재그 방향으로 이동하도록 함으로써 연소가스의 체류시간이 연장되어 연소가스와 촉매 반응관 간의 열전달 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

일곱째, 본 발명에 따르면, 버너와 원료 공급부와의 간격을 조절할 수 있기 때문에 버너의 배치 위치에 따라 반응 용량을 조절할 수 있게 된다.

여덟째, 본 발명에 따르면, 촉매 반응관 내부의 온도 편차를 최소화할 수 있게 됨에 따라 촉매 반응관이 열팽창에 의해 휘어지는 현상을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래 수증기 개질기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수증기 개질기를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수증기 개질기의 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수증기 개질기에 있어서 도 3의 Ⅰ-Ⅰ 선에 따른 단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수증기 개질기에 있어서 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 수증기 개질기에 있어서 도 3의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 수증기 개질기에 있어서 가스의 흐름을 도시한 작동도이다.

이하 본 발명에 따른 수증기 개질기에 대한 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 수증기 개질기를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수증기 개질기의 측단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 수증기 개질기(100)는 하우징(110), 원료 공급부(120), 촉매 반응관(130), 연소가스 공급관(140), 생성가스 배출부(150), 연소가스 배출부(160)를 포함한다.

하우징(110)은 전체적으로 원통 형상을 가지며, 하우징(110)의 일단부와 타단부는 밀폐를 이루도록 형성된다. 여기서 하우징(110)의 일단부는 도면상에서 하우징(110)의 상단부를 말하며, 하우징(110)의 타단부는 하우징(110)의 하단부를 말한다.

원료 공급부(120)는 하우징(110)의 내부로 천연가스 등과 같은 원료가스 및 수증기를 공급하기 위한 것으로, 하우징(110)의 일단부에 형성된 원료 유입구(121)와, 원료 유입구(121)와 연통을 이루는 원료 공급관(122)을 포함하여 구성될 수 있으며, 원료 공급관(122)은 원료가스 및 수증기를 하우징(110)의 외부로부터 원료 유입구(121)로 안내하는 기능을 수행한다.

촉매 반응관(130)은 단일 튜브 형태를 가지며 내부에 촉매가 충진되도록 마련되는 것으로, 일측면에 원료 유입구(121)와 연통되는 원료 유입홀(131)이 형성되고, 타측면에 촉매 반응에 의해 생성된 수소가스 등과 같은 생성가스를 배출하기 위한 생성가스 배출홀(132)이 형성된다.

여기서 원료 유입홀(131) 및 생성가스 배출홀(132)은 하우징(110)의 내부에 위치하되 생성가스 배출홀(132)이 원료 유입홀(131)의 하측, 즉 하우징(110)의 타단부 측에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 구성을 통해 원료 유입홀(131)을 통해 촉매 반응관(130)의 내부로 유입된 원료가스 및 수증기는 촉매 반응관(130) 내부에 충진된 개질촉매층(RC)을 통과하면서 촉매 반응을 일으키게 되고, 촉매 반응을 통해 발생된 생성가스는 생성가스 배출홀(132)을 통해 촉매 반응관(130)의 외부로 배출되게 된다.

이러한 촉매 반응관(130)은 복수개로 마련될 수 있으며, 촉매 반응관들(130)은 하우징(110)의 내벽과 연소가스 공급관(140)의 사이에 배치되되 연소가스 공급관의 중심축으로부터 일정 간격을 이루도록 배치될 수 있다.

또한 촉매 반응관(130)은 그 일단이 하우징(110)의 일단부 외측에 위치하고, 타단이 하우징(110)의 내부를 관통하여 하우징(110)의 타단부 외측에 위치하도록 배치될 수 있다.

그리고 촉매 반응관(130)의 일단에는 촉매를 주입하기 위한 촉매주입구(133)가 형성되고, 촉매 반응관(130)의 타단에는 촉매를 배출하기 위한 촉매배출구(134)가 형성된다.

여기서 촉매주입구(133)는 제 1커버부재(미도시)에 의해 개폐되고, 촉매배출구(134)는 제 2커버부재(미도시)에 의해 개폐될 수 있는데, 제 1커버부재 및 제 2커버부재는 촉매주입구(133) 및 촉매배출구(134)를 각각 막는 마개 등의 형태로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 촉매는 촉매 반응관(130)의 일단에서부터 채워지는 개질촉매층(RC)을 형성하며, 개질촉매층(RC)의 양은 반응실험을 통해 최적조건으로 정해지는 것이 바람직하다.

개질촉매로는 Ni/Al2O3가 주로 사용되며, 촉매의 구성은 내열성 담체(α-알루미나 혹은 칼슘-알루미네이트)에 환원된 니켈이 담지되어 있는 형태로서 표면적은 10㎡/g 이하가 바람직하며, 일반적으로 ICI 25-4와 ICI 57-4가 주로 사용된다.

연소가스 공급관(140)은 연소가스를 하우징(110) 내부로 공급하기 위한 것으로, 그 일단이 하우징(110)의 타단부를 관통하여 하우징(110)의 내부에 위치하도록 설치되며, 그 중심축이 하우징(110)의 중심축과 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다.

그리고 연소가스 공급관(140)의 일단에는 연소가스를 측방향으로 배출하기 위한 분배부(141)가 형성될 수 있다.

또한 연소가스 공급관(140)의 내부에는 연소가스를 가열하기 위한 버너(142)가 설치될 수 있으며, 이러한 버너(142)는 원료 공급부(120)와의 간격을 조절할 수 있도록 이동 가능하게 설치될 수 있다.

생성가스 배출부(150)는 촉매 반응관(130)의 촉매 반응에 의해 발생된 생성가스를 하우징(110) 외부로 배출하기 위한 것으로, 촉매 반응관(130)의 생성가스 배출홀(132)과 연통을 이루도록 마련된다.

이러한 생성가스 배출부(150)는 하우징(110)의 측면에 형성된 생성가스 배출구(151)와, 생성가스 배출구(151)와 연통을 이루는 생성가스 배출관(152)을 포함하여 구성될 수 있으며, 생성가스 배출관(152)은 생성가스를 하우징(110)의 외부로 안내하는 기능을 수행하게 된다.

연소가스 배출부(160)는 촉매 반응관(130)과 열교환된 연소가스를 하우징(110) 외부로 배출하기 위한 것으로, 하우징(110)의 측면에 형성된 연소가스 배출구(161)와, 연소가스 배출구(161)와 연통을 이루는 연소가스 배출관(162)을 포함하여 구성될 수 있으며, 연소가스 배출관(162)은 연소가스를 하우징(110)의 외부로 안내하는 기능을 수행하게 된다.

여기서 생성가스 배출부(150)는 연소가스 배출부(160)의 하측, 즉 하우징(110)의 타단부 측에 형성되는 바람직하다.

한편 본 발명에 따른 수증기 개질기(100)는 원료 공급부(120)와 연소가스 공급관(140) 사이를 차폐하기 위하여 하우징(110) 내부를 구획하는 차단벽(170)을 더 구비할 수 있다.

이러한 차단벽(170)을 통해 하우징(110) 내부가 구획되게 됨에 따라 차단벽(170)을 기준으로 하우징(110)의 원료 공급부(120) 측 내부공간에는 원료가스 및 수증기의 흐름이 존재하게 되고, 차단벽(170)을 기준으로 하우징(110)의 연소가스 공급관(140) 측 내부공간에는 연소가스의 흐름이 존재하게 된다.

여기서 차단벽(170)은 분배부(141)의 상단면, 즉 분배부(141)의 원료 공급부(120)와 마주보는 면과 일체로 형성될 수 있다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 차단벽(170)은 촉매 반응관들(130)이 통과하는 다수의 통과공(171)들을 구비할 수 있으며, 촉매 반응관(130)과 통과공(171) 사이에는 기밀을 위한 별도의 실링부재(미도시)가 마련될 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 수증기 개질기(100)는 생성가스 배출부(150)와 연소가스 배출부(160) 사이를 차폐하기 위하여 하우징(110) 내부를 구획하는 차폐벽(180)을 더 구비할 수 있다.

이러한 차폐벽(180)을 통해 하우징(110) 내부가 구획되게 됨에 따라 차폐벽(180)을 기준으로 하우징(110)의 생성가스 배출부(150) 측 내부공간에는 생성가스의 흐름이 존재하게 되고, 차폐벽(180)을 기준으로 하우징(110)의 연소가스 배출부(160) 측 내부공간에는 연소가스의 흐름이 존재하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 차폐벽(180)은 촉매 반응관들(130)이 통과하는 다수의 관통공(181)들을 구비할 수 있으며, 촉매 반응관(130)과 관통공(181) 사이에는 기밀을 위한 별도의 실링부재가 마련될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 수증기 개질기(100)는 하우징(110)의 내벽과 연소가스 공급관(140)의 외면 중 적어도 어느 하나에는 연소가스의 흐름을 가이드하기 위한 베플(190)을 더 포함할 수 있다.

도 6를 참조하여 설명하면, 베플(190)은 원판 형태를 갖는 것으로, 연소가스 공급관(140)의 외면에 형성되는 제 1베플판(191)과, 하우징(110)의 내벽에 형성되어서 제 1베플판(191)과 함께 연소가스가 통과할 수 있는 통로를 형성하는 제 2베플판(192)과, 하우징(110)의 내벽에 형성되며 제 1베플판(191) 보다 큰 폭을 갖는 제 3베플판(193)으로 마련될 수 있다.

이러한 제 1베플판(191)과, 제 2베플판(192) 및 제 3베플판(193)을 통해 연소가스가 지그재그 방향으로 이동할 수 있게 되며, 이에 따라 연소가스의 체류시간이 연장되어 연소가스와 촉매 반응관(130) 간의 열전달 효율이 향상된다.

이와 같은 본 발명에 따른 수증기 개질기(100)는 시간당 7.5N㎥의 수소를 제조할 수 있는 용량을 가지고, 수소와 일산화탄소가 2:1 정도의 비율을 갖는 생성가스를 생성할 수 있게 됨으로써 Fischer-Tropsch 반응(액체석유 제조 반응)용 합성가스를 제조하는데 적용될 수 있다.

다음은 도 7를 참조하여 본 발명에 따른 수증기 개질기의 작동을 설명하기로 한다. (여기서, 도 7의 점선은 연소가스의 흐름을 나타낸 것이고, 일점쇄선은 원료가스 및 수증기의 흐름을 보인 것이며, 이점쇄선은 생성가스의 흐름을 나타낸 것이다.)

도 7에 도시된 바와 같이, 원료 공급부(120)를 통해 하우징(110)의 내부로 유입된 원료가스 및 수증기는 촉매 반응관(130)의 원료 유입홀(131)을 통해 촉매 반응관(130) 내부로 유입된다.

계속해서, 원료가스 및 수증기는 촉매 반응관(130) 내부의 개질촉매층(RC) 을 통과하게 된다.

이때 원료가스 및 수증기와 촉매 간의 수증기 개질반응을 통해 고순도의 수소 즉, 생성가스가 발생하게 된다.

그리고 생성가스는 촉매 반응관(130)의 생성가스 배출홀(132)과, 생성가스 배출부(150)를 순차적으로 통과하면서 하우징(110)의 외부로 배출되게 된다.

한편, 연소가스 공급관(140)은 연소가스를 하우징(110) 내부로 공급하기 위한 것으로, 그 일단이 하우징(110)의 타단부를 관통하여 하우징(110)의 내부에 위치하게 되는데, 이러한 연소가스 공급관(140)의 타단으로 유입된 연소가스는 버너(142)에 의해 가열되면서 1100~1200℃도의 온도를 유지하게 된다.

계속해서 연소가스는 연소가스 공급관(140) 내부를 통과하면서 연소가스 공급관(140)의 일단에 형성된 분배부(141)를 통해 연소가스 공급관(140) 외부로 배출되게 된다.

이때 원료 공급부(120)로 유입된 원료가스 및 수증기는 연소가스 공급관(140)의 분배부(141)나 차단벽(170)을 통해 연소가스 공급관(140)에서 배출된 연소가스와 열교환을 이루게 되며, 이를 통해 원료가스 및 수증기는 700~800℃의 적정 온도로 예열된다.

이후 연소가스는 촉매 반응관(130)과 지속적인 열교환을 이루며 600~650℃의 온도상태로 연소가스 배출부(160)를 통해 외부로 배출된다.

이와 같이 본 발명에 따른 수증기 개질기(100)는 내부에 개질촉매층(RC)이 배치되고 연소가스의 직접적인 열전달을 통해 개질촉매층(RC)의 반응조건을 형성함으로써, 열전달 효율을 향상시키고 시동시간을 보다 단축시킬 수 있게 된다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 수증기 개질기 110 : 하우징
120 : 원료 공급부 130 : 촉매 반응관
140 : 연소가스 공급관 150 : 생성가스 배출부
160 : 연소가스 배출부 170 : 차단벽
180 : 차폐벽 190 : 베플
RC : 개질촉매층

Claims

내부가 중공을 이루는 하우징;
상기 하우징의 내부로 원료가스 및 수증기를 공급하기 위한 원료 공급부;
상기 원료가스 및 수증기가 유입되며 촉매 반응을 통해 생성가스를 발생시키는 촉매 반응관;
상기 촉매 반응관과 열교환을 이루기 위한 연소가스를 상기 하우징 내부로 공급하는 연소가스 공급관;
상기 촉매 반응관의 촉매 반응에 의해 발생된 생성가스를 상기 하우징 외부로 배출하기 위한 생성가스 배출부; 및
상기 촉매 반응관과 열교환된 상기 연소가스를 상기 하우징 외부로 배출하기 위한 연소가스 배출부; 를 포함하되,
상기 하우징의 내벽과 상기 연소가스 공급관의 외면 중 적어도 어느 하나에는 상기 연소가스의 흐름을 가이드하기 위한 베플이 마련되는 수증기 개질기.
제 1항에 있어서,
상기 촉매 반응관의 일측면에는 상기 원료 공급부와 연통되는 원료 유입홀이 형성되고, 상기 촉매 반응관의 타측면에는 상기 생성가스 배출부와 연통되는 생성가스 배출홀이 형성되되 상기 원료 유입홀 및 상기 생성가스 배출홀은 상기 하우징의 내부에 위치하는 수증기 개질기.
제 2항에 있어서,
상기 촉매 반응관은 일단이 상기 하우징의 일단부 외측에 위치하고, 타단이 상기 하우징의 내부를 관통하여 상기 하우징의 타단부 외측에 위치하도록 배치되는 수증기 개질기.
제 3항에 있어서,
상기 촉매 반응관의 일단에는 촉매를 주입하기 위한 촉매주입구가 형성되고, 상기 촉매주입구는 제 1커버부재에 의해 개폐되며,
상기 촉매 반응관의 타단에는 촉매를 배출하기 위한 촉매배출구가 형성되고, 상기 촉매배출구는 제 2커버부재에 의해 개폐되는 수증기 개질기.
제 4항에 있어서,
반응 용량에 따라 상기 촉매주입구에 주입되는 촉매 충진량을 조절할 수 있는 수증기 개질기.
제 2항에 있어서,
상기 원료가스 공급부는 상기 하우징의 일단부에 형성되고,
상기 연소가스 공급관은 일단이 상기 하우징의 타단부를 관통하여 상기 하우징의 내부에 배치되며,
상기 원료가스 공급부와 상기 연소가스 공급관은 차단벽에 의해 서로 차폐되는 수증기 개질기.
제 6항에 있어서,
상기 원료 공급부로 유입된 원료가스 및 수증기는 상기 차단벽을 통해 상기 연소가스 공급관에서 배출된 연소가스와 열교환을 이루는 수증기 개질기.
제 6항에 있어서,
상기 연소가스 공급관의 일단에는 상기 연소가스를 측방향으로 배출하기 위한 분배부가 형성되는 수증기 개질기.
제 2항에 있어서,
상기 생성가스 배출부와 상기 연소가스 배출부 사이를 차폐하기 위하여 상기 하우징 내부를 구획하는 차폐벽을 더 포함하는 수증기 개질기.
제 1항에 있어서,
상기 촉매 반응관은 복수개로 마련되어 상기 하우징의 내벽과 상기 연소가스 공급관의 사이에 배치되되 상기 촉매 반응관들은 상기 연소가스 공급관의 중심축으로부터 일정 간격을 이루도록 배치되는 수증기 개질기.
제 1항에 있어서,
상기 연소가스 공급관 내부에는 상기 연소가스를 가열하기 위한 버너가 마련되며, 상기 버너는 상기 원료 공급부와의 간격을 조절할 수 있도록 이동 가능하게 설치되는 수증기 개질기.
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