KR101311747B1 - Reactor with Hydrogen Permselective Membrane - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 수소 분리막에 있어서 촉매와 수소 분리막을 적절하게 이격되게 배치함과 동시에 분리막에서의 수소 투과도를 최대화하여 생산성을 극대화하는 수소 분리막 반응기를 제공함에 있다.
본 발명의 수소 분리막 반응기는, 수소 분리막을 구비하는 온라인 반응기로서, 상기 반응기는 촉매 플레이트에서의 수소 생성 반응과 동시에 상기 수소 분리막에 의한 수소의 선택적 분리가 가능하도록, 수소 분리막으로부터 상측으로 이격된 위치에 상기 촉매 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 한다.It is an object of the present invention to provide a hydrogen separation reactor that maximizes productivity by maximizing hydrogen permeability in the separation membrane while simultaneously disposing the catalyst and the hydrogen separation membrane in a hydrogen separation membrane.
Hydrogen separator reactor of the present invention is an on-line reactor having a hydrogen separator, wherein the reactor is spaced upwardly from the hydrogen separator to enable selective separation of hydrogen by the hydrogen separator at the same time as the hydrogen production reaction in the catalyst plate It characterized in that the catalyst plate is provided.
Description
본 발명은 수소 분리막 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen separation reactor.
수소 혼합가스로부터 수소를 얻기 위해서는 분리 장치가 필요하며, PSA(pressure swing adsorption), 심냉, 분리막, 게터(getter)를 사용한 다양한 분 리 공정을 사용하여 수소의 정제가 가능하다. 수소 정제 기술 중에서 팔라듐계 분리 막을 사용한 공정을 구성하면 에너지 효율이 높은 장점이 있어 이 분야에 많은 연 구가 진행되고 있다. Separation equipment is required to obtain hydrogen from the hydrogen gas mixture, and hydrogen can be purified using various separation processes using pressure swing adsorption (PSA), deep cooling, membranes, and getters. Among the hydrogen purification technologies, a process using a palladium-based separation membrane has an advantage of high energy efficiency. Therefore, many studies have been conducted in this field.
분리막의 성능은 수소 플럭스와 선택도가 중요한 성능지표로서 이의 성능향 상을 위한 국내 및 해외에서 많은 연구와 노력을 하고 있다. 특히, 수소 투과량은 분리막 층의 두께에 의해서 결정되기 때문에 미세기공이 없는 치밀질의 초 박막을 코팅하기 위한 연구가 진행되고 있다. Membrane performance is an important performance index for hydrogen flux and selectivity. Much research and efforts have been made in Korea and overseas to improve its performance. In particular, since the amount of hydrogen permeation is determined by the thickness of the membrane layer, studies are being conducted to coat dense ultrathin films without micropores.
팔라듐계 합금이 초 박막화 될 때, 열에 대한 안전성과 공정 중에 유입될 수 있는 오염물 (촉매 파티클 등)의 부착으로 분리막의 망실 내지는 조성 변화 영향이 더욱 크게 나타난다. 즉, 10㎛ 두께의 코팅 분리막 표면에 1㎛ 직경의 오염물질이 부착될 때, 최대 10％ 조성 변화를 예상할 수 있는 반면, 1㎛ 코팅막에 1㎛ 직경의 입자상 오 염물질이 부착될 경우 최대 50％ 조성 변화를 예상할 수 있다. 따라서, 분리막이 박막화 될수록 오염물에 의한 영향 정도는 더욱 증가되는 것은 자명한 현상이다. When the palladium-based alloy is ultra thin, the effect of the loss or composition of the separator is further increased due to heat safety and adhesion of contaminants (catalyst particles, etc.) that may be introduced during the process. That is, when a 1 μm diameter contaminant is attached to the surface of a 10 μm thick coating membrane, a maximum 10% composition change can be expected, while a 1 μm diameter particulate contaminant adheres to a maximum thickness of 50 μm. % Composition change can be anticipated. Therefore, as the separator becomes thinner, it is obvious that the influence of the pollutant is further increased.
또한, 최근 반응기 내부에 수소 분리막을 구비하여 반응분리 동시공정을 구 성하고자 많은 시도가 있다. 특히, 천연가스를 이용한 수소 제조공정 개발 이 주된 목적으로 생성물인 수소를 제거함으로써 평현전환율을 정방향으로 촉진하는 역할을 하게 된다(반응식 1, 2 참고). 이러한 반응과 분리를 연속적으로 진행하여 에너지효율을 극대화하기 위한 다양한 연구가 진행 중이다(참고문헌: A. Carrara, A. Perdichizzi, G. Barigozzi, Pd-Ag dense membrane application to improve the energetic efficiency of a hydrogen production industrial plant, Int. J. Hydrogen Energ. 36 (2011) 5311-5320). 캐나다 MRT사에서는 유동층 반응기 내부에 팔라듐계 치밀분리막을 장착하여 열 및 물질전달이 효과적인 분리막 반응기를 구성한 바 있다. 하지만 분리막 측면에서 촉매 입자는 오염물로 작용할 수 있다. 즉, 이와 같은 반응기 구성에서는 촉매입자의 운동에너지에 의한 물리적 손상 및 촉매입자와 금속분리막 사이의 화학반응에 의한 화학적 손상을 방지하기 위하여 분리막과 입자상의 접촉을 억제하는 것이 절대적인 필요조건이다. In addition, there have been many attempts to construct a reaction separation simultaneous process by providing a hydrogen separation membrane in the reactor. In particular, the development of a hydrogen production process using natural gas serves to promote the Hyeonseo conversion in the forward direction by removing the hydrogen product (see Schemes 1 and 2). Various studies are being conducted to maximize energy efficiency by continuously performing these reactions and separations (Ref. A. Carrara, A. Perdichizzi, G. Barigozzi, Pd-Ag dense membrane application to improve the energetic efficiency of a hydrogen production industrial plant, Int. J. Hydrogen Energ. 36 (2011) 5311-5320). Canadian MRT has installed a palladium-based dense membrane inside the fluidized bed reactor to form a membrane reactor effective for heat and mass transfer. However, catalyst particles may act as contaminants in the membrane side. That is, in such a reactor configuration, it is an absolute requirement to suppress contact between the separator and the particles in order to prevent physical damage caused by the kinetic energy of the catalyst particles and chemical damage caused by the chemical reaction between the catalyst particles and the metal separator.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 ΔR H°298K = 206kJ/mol CH 4 + H 2 O ↔ CO + 3H 2 Δ R H ° 298K = 206kJ / mol
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔR H°298K = -41kJ/mol CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 Δ R H ° 298K = -41kJ / mol
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구자들은 분리막 표면에 다공성 세라믹 물질을 코팅함으로써 입자상 오염물질로부터 분리막을 보호하기 위한 보호층을 형성하도록 하는 특허를 출원한 바 있다(수소 분리막 보호층 및 이의 코팅방법, 대한민국특허출원 제10-2010-0011963호). In order to solve this problem, the present inventors have applied for a patent to form a protective layer for protecting the separator from particulate contaminants by coating a porous ceramic material on the separator surface (hydrogen separator protective layer and coating method thereof, Korea Patent Application No. 10-2010-0011963).
그런데, 이와 같이 분리막 표면에 보호층이 코팅되도록 할 경우 분리막과 촉매를 적당한 간격으로 이격시키면서 분리막으로 촉매 물질이 접촉하지 않도록 보호하는 효과는 커지는 대신 수소가 투과하기 어려워지는 문제가 있어, 생산성이 저하되는 문제가 있다.
However, when the protective layer is coated on the surface of the separator as described above, the effect of protecting the catalytic material from contact with the separator while separating the membrane and the catalyst at appropriate intervals is increased, but it is difficult to permeate hydrogen, thereby decreasing productivity. There is a problem.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 수소 분리막에 있어서 촉매와 수소 분리막을 적절하게 이격되게 배치함과 동시에 분리막에서의 수소 투과도를 최대화하여 생산성을 극대화하는 수소 분리막 반응기를 제공함에 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to maximize the hydrogen permeability in the membrane while at the same time the catalyst and the hydrogen separation membrane in the hydrogen separation membrane as appropriately arranged By providing a hydrogen membrane reactor to maximize productivity.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수소 분리막 반응기는, 수소 분리막을 구비하는 반응기로서, 상기 반응기는 촉매 플레이트에서의 수소 생성 반응과 동시에 상기 수소 분리막에 의한 수소의 선택적 분리가 가능하도록, 수소 분리막으로부터 상측으로 이격된 위치에 상기 촉매 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 한다.Hydrogen separation membrane reactor of the present invention for achieving the above object is a reactor having a hydrogen separation membrane, the reactor is capable of selective separation of hydrogen by the hydrogen separation membrane at the same time as the hydrogen production reaction in the catalyst plate, The catalyst plate is provided at a position spaced upward from the hydrogen separation membrane.
이 때, 상기 촉매 플레이트는 촉매를 코팅 또는 담지한 플레이트인 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 촉매 플레이트는 다공성 플레이트인 것을 특징으로 한다.At this time, the catalyst plate is characterized in that the plate coated or supported with a catalyst. At this time, the catalyst plate is characterized in that the porous plate.
또는, 상기 촉매 플레이트는 상기 수소 분리막이 배치되는 위치 상측의 상기 반응기 내부 벽면에 코팅된 촉매 층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the catalyst plate may be formed of a catalyst layer coated on the inner wall of the reactor above the position where the hydrogen separation membrane is disposed.
또는, 상기 수소 분리막 반응기(100)는 반응물이 유입되는 유입관(111) 및 잔류물이 배출되는 배출관(112)이 형성되는 상부 용기(110); 상기 상부 용기(110)가 상측에 덮여져 밀폐되도록 형성되는 수용부(121), 상기 수용부(121) 내에 구비되는 수소 분리막(122), 상기 수소 분리막(122)과 상기 수용부(121) 바닥 사이에 배치되어 상기 수소 분리막(122)를 지지하는 지지체(123), 상기 수소 분리막(122)을 투과한 수소를 배출하는 적어도 하나 이상의 수소 배출관(124)를 포함하여 이루어지는 하부 용기(120); 를 포함하여 이루어지되, 상기 수소 분리막(122)이 배치된 위치와 대응되는 위치의 상기 상부 용기(110)의 내측면에 촉매 플레이트(113)가 상기 수소 분리막(122)과 이격되게 구비되는 것을 특징으로 한다.
Alternatively, the hydrogen
본 발명에 의하면, 종래에 수소 분리막층과 접하게 촉매를 충진하는 방식으로 분리막 반응기를 구성하여 분리막과 촉매간의 물리적 마찰 혹은 화학적 반응에 의하여 분리막 수명을 단축시키는 문제가 있었다. 이를 방지하기 위하여 본 발명의 발명자들은 분리막 표면에 보호층을 코팅함으로써 촉매 물질과 수소 분리막을 근접하게 두면서도 분리막에 입자상 오염물질이 접촉하지 않도록 보호할 수 있었으나, 대신 이러한 보호층 때문에 생산된 수소 투과도가 감소하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명에서는 이러한 분리막과 촉매의 접촉에 의한 분리막 수명단축 및 분리막 보호층에 의한 수소투과도 감소를 동시에 해결하는 효과가 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명에서는 수소 분리막과 이격된 상부에 촉매 플레이트를 수소 분리막과 근접하게 배치되도록 하여 원활한 반응을 얻어냄과 동시에, 수소 분리막 자체에는 보호층 코팅 등이 전혀 이루어져 있지 않도록 하여 수소 투과도를 최대화할 수 있으며, 궁극적으로는 수소의 생산성을 극대화하는 효과가 있는 것이다.
According to the present invention, there is a problem in that the membrane life is shortened by physical friction or chemical reaction between the membrane and the catalyst by configuring the membrane reactor in a manner of filling the catalyst in contact with the hydrogen membrane layer. In order to prevent this, the inventors of the present invention could protect the separator from contact with particulate contaminants while keeping the catalyst material and the hydrogen separator close by coating a protective layer on the surface of the separator, but instead, the hydrogen permeability produced by the protective layer was prevented. There was a problem to decrease. Therefore, in the present invention, it is possible to simultaneously reduce the membrane life due to the contact between the membrane and the catalyst and to reduce the hydrogen permeability due to the membrane protective layer. More specifically, in the present invention, the catalyst plate is disposed in close proximity with the hydrogen separation membrane in the upper part spaced apart from the hydrogen separation membrane to obtain a smooth reaction, and at the same time the hydrogen separation membrane itself does not have a protective layer coating at all. The permeability can be maximized, and ultimately the effect of maximizing hydrogen productivity.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 따른 수소 정제 분리막 모듈의 결합 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a hydrogen purification membrane module according to an embodiment of the present invention.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 수소 분리막 반응기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the hydrogen separation membrane reactor according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
수소 분리 공정에 있어서 분리막으로서 금속계 분리막이 널리 사용되고 있으며, 그 중에서도 금속계 분리막 중에서는 팔라듐계 분리막이 상용적으로 널리 사용되고 있다. 분리막의 형태는 포일(foil) 또는 다공성 지지체에 박막 코팅한 형태로 상용되고 있다. 아이다텍(미국)에서는 밀링/식각에 의한 Pd-Cu 포일형 분리막과 이를 이용한 모듈 개발을 진행 중에 있으며, 일본의 미쓰비씨 중공업에서는 아이다텍과 공동으로 포일형 분리막을 이용한 모듈 개발 진행 중에 있다. 또한 미국과 중국의 다수 대학에서, 다공성 지지 체에 팔라듐 코팅에 의한 분리막 개발 진행 중에 있다. 본 출원인 또한 치밀질의 코팅막을 개발하기 위한 많은 노력을 진행하였으며(한국특허 제0679341, 한국특허 제0622988, 한국특허 제0614974, 미국특허 US 7,524,361 B2), 현재는 이를 이용한 시스템 개발 방향으로 연구를 추진하고 있다(S.-K. Ryi, J.-S. Park, S.-H. Kim, D.-W. Kim, B.-I. Woo, J.R. Grace, Devolopment of a hydrogen purifier with Pd-based composite membrane, Korean J. Chem. Eng. 27 (2010) 235-240).Metal-based separators are widely used as separators in hydrogen separation processes, and among them, palladium-based separators are widely used commercially. The separator is commonly used in the form of a thin film coated on a foil or a porous support. Idatech (USA) is developing Pd-Cu foil type membranes and modules using milling / etching, and Mitsubishi Heavy Industries in Japan is developing modules using foil type membranes in collaboration with Aidatech. In addition, many universities in the United States and China are in the process of developing separators by coating palladium on porous supports. The present applicant has also made a lot of efforts to develop a dense coating film (Korean Patent No. 0679341, Korean Patent No. 0622988, Korean Patent No. 0614974, US Patent No. 7,524,361 B2), and is currently pursuing research toward developing a system using the same. (S.-K. Ryi, J.-S. Park, S.-H. Kim, D.-W. Kim, B.-I. Woo, JR Grace, Devolopment of a hydrogen purifier with Pd-based composite membrane , Korean J. Chem. Eng. 27 (2010) 235-240).
현재까지, 분리막의 대부분은 고순도 수소 정제 장치에 활용되고 있다. 이 과 정에서 고온부의 수소 분리막 표면에 타 물질과 접촉은 수소 분리막의 성능저하 및 수명저하의 원인이다. 특히, 최근 메탄을 이용한 수소 제조 공정(반응식 1 참조)에서 수소 분리막을 이용하여 생성된 수소를 지속적으로 제거할 경우 보다 낮은 온도에서도 동일한 메탄전환율을 확보할 수 있다. 즉, 기존 개질반응이 800℃ 이상 고온에서 진행하는 반면 분리막 반응기를 사용할 경우 550℃ 수준의 저온에서 진행할 수 있다. 그러나 상기 공정 구성 시, 수소 분리막과 촉매를 가급적 가까운 위치가 될 수 있도록 시스템을 구성함과 동시에 상호 접촉이 되지 않도록 공간 유지에 어려움이 따르는 문제점이 있었다. 또한, 수소 분리막과 촉매가 접촉되지 않도록 하기 위하여 수소 분리막 위에 보호를 위한 코팅층을 구성할 경우, 수소 분리막을 통한 수소의 투과가 원활하게 이루어지지 못하여 생산성이 떨어지게 되는 문제가 있었다.
To date, most of the separators have been utilized in high purity hydrogen purification apparatus. In this process, contact with other substances on the surface of the hydrogen separation membrane of the high temperature part is the cause of deterioration and lifespan of the hydrogen separation membrane. In particular, in the recent hydrogen production process using methane (see Scheme 1), the same methane conversion can be secured even at lower temperatures when hydrogen is continuously removed using a hydrogen separation membrane. In other words, while the existing reforming reaction proceeds at a high temperature of 800 ° C. or higher, the membrane reactor can be used at a low temperature of 550 ° C. However, in the process configuration, there is a problem in that it is difficult to maintain the space so as not to be in contact with each other while configuring the system so that the hydrogen separation membrane and the catalyst as close as possible. In addition, when a coating layer for protection is formed on the hydrogen separation membrane so that the hydrogen separation membrane and the catalyst do not come into contact with each other, there is a problem that the productivity of the hydrogen permeation through the hydrogen separation membrane is not made smoothly.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 수소 분리막 반응기의 내부에 촉매 플레이트가 구비되도록 하여, 수소 분리막과 촉매 플레이트 간의 이격 간격을 적절하게 유지하면서, 생성된 수소가 분리막을 통하여 원활하게 투과될 수 있도록 한다.In order to solve this problem, the present invention is provided with a catalyst plate inside the hydrogen separation reactor, so that the hydrogen generated in the hydrogen separation membrane and the catalyst plate can be permeated smoothly through the separation membrane while maintaining a proper separation interval do.
즉, 본 발명에 의한 수소 분리막 반응기는, 수소 분리막을 구비하는 반응기로서, 상기 반응기는 촉매 플레이트에서의 수소 생성 반응과 동시에 상기 수소 분리막에 의한 수소의 선택적 분리가 가능하도록, 상기 수소 분리막으로부터 상측으로 이격된 위치에 상기 촉매 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 한다.That is, the hydrogen separation membrane reactor according to the present invention is a reactor having a hydrogen separation membrane, and the reactor is upward from the hydrogen separation membrane so as to enable selective separation of hydrogen by the hydrogen separation membrane simultaneously with the hydrogen generation reaction in the catalyst plate. The catalyst plate is characterized in that provided at a spaced position.
이러한 수소 분리막 반응기의 구체적인 한 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하여 보면, 수소 분리막의 상측에 촉매 플레이트가 구비되되, 수소 분리막이 배치되는 하부 용기와 촉매 플레이트가 구비되는 상부 용기가 분리되어 있음으로써, 수소 분리막과 촉매 플레이트의 이격 거리를 안정적으로 확보할 수 있게 됨을 알 수 있다.One specific embodiment of such a hydrogen separation reactor is shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, a catalyst plate is provided on an upper side of the hydrogen separation membrane, and a lower container in which the hydrogen separation membrane is disposed and an upper container having the catalyst plate are separated, thereby stably separating the separation distance between the hydrogen separation membrane and the catalyst plate. It can be seen that it can be secured.
도 1에 도시된 실시예를 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 수소 분리막 반응기(100)는 도시된 바와 같이 상부 용기(110) 및 하부 용기(120)를 포함하여 이루어진다.The embodiment shown in FIG. 1 will be described in more detail as follows. In the embodiment shown in FIG. 1, the
상기 상부 용기(110)에는 반응물이 유입되는 유입관(111) 및 잔류물이 배출되는 배출관(112)이 형성된다. 반응식 1을 참조할 때, 상기 유입관(111)으로 유입되는 반응물로는 CH4, H2O 등이 될 수 있을 것이며, 상기 배출관(112)으로 배출되는 잔류물은 반응이 완료됨으로써 생성되는 CO, CO2 및 반응이 다 이루어지지 못한 CH4, H2O나, 수소 분리막(122)을 투과하지 못하고 잔류된 H2 등이 될 수 있을 것이다.The
상기 하부 용기(120)에는 도시된 바와 같이 상기 상부 용기(110)가 상측에 덮여져 밀폐되도록 함몰된 형태로서 수용부(121)가 형성된다. 상기 하부 용기(120)의 상기 수용부(121) 내에 바로 상기 수소 분리막(122)이 구비되는데, 상술한 바와 같이 상기 수소 분리막(122)은 일반적으로 포일(foil) 또는 다공성 지지체 상에 박막 코팅한 형태로 이루어지는 바, 상기 수소 분리막(122)의 하부에는 상기 수소 분리막(122)과 상기 수용부(121) 바닥 사이에 배치되어 상기 수소 분리막(122)를 지지하는 지지체(123)가 배치됨이 당연하다. 또한, 상기 하부 용기(120)에는 상기 수소 분리막(122)을 투과한 수소를 배출하는 적어도 하나 이상의 수소 배출관(124)이 포함되게 된다.As shown in the
이 때 본 발명의 수소 분리막 반응기(100)의 특징은, 바로 상기 수소 분리막(122)이 배치된 위치의 대응되는 위치의 상기 상부 용기(110)의 내측면에 촉매 플레이트(113)가 상기 수소 분리막(122)과 이격되게 구비되는 것이다. 상기 수소 분리막(122)과 상기 촉매 플레이트(113) 간 간격은, 상기 촉매 플레이트(113) 자체의 두께를 적절히 조절하거나 또는 상기 상부 용기(110)의 하부면에 돌출 구조를 형성하는 등의 방법을 통해, 설계자의 목적이나 의도 등에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 또한, 상기 촉매 플레이트(113)는 상기 상부 용기(110)의 내측면에 고정 구비되기 때문에, 이러한 상기 수소 분리막(122)와 상기 촉매 플레이트(113) 간의 이격 거리는 상기 상부 용기(110) 및 상기 하부 용기(120)의 형상적 구조에 의하여 안정적으로 유지 및 지지될 수 있다.
At this time, the hydrogen
상기 촉매 플레이트에 대하여 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다.More detailed description of the catalyst plate is as follows.
상기 촉매 플레이트는 물론 그 자체가 촉매 활성 물질로 이루어진 플레이트일 수도 있다.The catalyst plate may, of course, also be a plate made of a catalytically active material per se.
또는, 상기 촉매 플레이트는 촉매를 코팅 또는 담지한 플레이트가 되도록 하여도 된다. 이 경우에는 상기 촉매 플레이트를 구성하는 베이스 플레이트는 촉매의 코팅 또는 담지가 효과적으로 이루어지도록 다공성 재질로 이루어지거나 혹은 다수의 돌기가 형성되는 것이 바람직하다.Alternatively, the catalyst plate may be a plate coated or supported with a catalyst. In this case, it is preferable that the base plate constituting the catalyst plate is made of a porous material or a plurality of protrusions are formed so as to effectively coat or support the catalyst.
또는, 상기 촉매 플레이트는 독립적인 플레이트로서 이루어져 상기 상부 용기 내측면에 부착 구비되는 것이 아니라, 상기 반응기 내부 벽면에 코팅된 촉매 층으로 이루어지도록 하여도 된다. 보다 상세히 설명하자면, 상기 촉매 플레이트는 상기 수소 분리막이 배치되는 위치 상측의 상기 반응기 내부 벽면에 코팅된 촉매 층으로 이루어지도록 할 수 있다. (즉 도 1의 실시예에서 보자면 상기 상부 용기의 하부면, 즉 내부 벽면 상에 촉매가 코팅됨으로써 상기 촉매 플레이트가 형성되도록 하는 것이다.)
Alternatively, the catalyst plate may be configured as an independent plate and not attached to the inner side of the upper vessel, but may be formed of a catalyst layer coated on the inner wall of the reactor. In more detail, the catalyst plate may be made of a catalyst layer coated on the inner wall of the reactor above the position where the hydrogen separation membrane is disposed. (I.e., in the embodiment of FIG. 1, the catalyst plate is formed by coating the catalyst on the lower surface of the upper vessel, ie the inner wall.)
상술한 바와 같은 본 발명의 수소 분리막 반응기의 한 실시예를 이용한 실험을 수행한 결과는 다음과 같다.
As a result of performing the experiment using one embodiment of the hydrogen membrane reactor of the present invention as described above are as follows.
[실시예][Example]
촉매 플레이트의 재질, 형상 등을 다음과 같이 한 본 발명의 수소 분리막 반응기에서 상기 반응식 2(아래 반응식과 같음)에 따른 일산화탄소 수성전이반응을 진행하였다.In the hydrogen separation membrane reactor according to the present invention, the material, shape, and the like of the catalyst plate were subjected to the carbon monoxide aqueous transition reaction according to Scheme 2 (as shown in the following reaction formula).
CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔR H°298K = -41kJ/mol
CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 Δ R H ° 298K = -41kJ / mol
촉매 플레이트 : 칼륨(K)이 담지된 니켈(Ni) 플레이트Catalyst plate: Nickel (Ni) plate loaded with potassium (K)
촉매와 분리막 간의 간격 : 0.4 mmGap between catalyst and separator: 0.4 mm
Feed : CO=208 ml/min, H2=138 ml/min, H2O=416ml/min(as steam)Feed: CO = 208 ml / min, H 2 = 138 ml / min, H 2 O = 416ml / min (as steam)
온도 : 400도
Temperature: 400 degrees
위와 같은 조건 하에서의 실험 결과는 다음과 같다.The experimental results under the above conditions are as follows.
비교예로서 동일한 촉매 및 동일한 조건으로 분리막을 통한 수소 분리가 없을 경우의 결과는 다음과 같다.As a comparative example, the result when there is no hydrogen separation through the separator under the same catalyst and under the same conditions is as follows.
위의 실험 결과로서, 분리막을 통하여 수소를 지속적으로 제거할 경우 CO 전환율이 증가됨을 확인할 수 있다. 또한 압력을 증가시켜 수소를 더욱 많이 제거할 경우 CO 전환율 또한 증가함을 확인할 수 있다.
As a result of the above experiment, it can be seen that the CO conversion rate is increased when hydrogen is continuously removed through the separator. In addition, it can be seen that the CO conversion also increases when the pressure is increased to remove more hydrogen.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
100: (본 발명의) 수소 분리막 반응기
110: 상부 용기 111: 유입관
112: 배출관 113: 촉매 플레이트
120: 하부 용기 121: 수용부
122: 수소 분리막 123: 지지체
124: 수소 배출관100: hydrogen separation membrane reactor (of the present invention)
110: upper container 111: inlet pipe
112: discharge pipe 113: catalyst plate
120: lower container 121: receiving portion
122: hydrogen separation membrane 123: support
124: hydrogen discharge pipe
Claims (6)
상기 수소 분리막 반응기(100)는
반응물이 유입되는 유입관(111) 및 잔류물이 배출되는 배출관(112)이 형성되는 상부 용기(110);
상기 상부 용기(110)가 상측에 덮여져 밀폐되도록 형성되는 수용부(121), 상기 수용부(121) 내에 구비되는 수소 분리막(122), 상기 수소 분리막(122)과 상기 수용부(121) 바닥 사이에 배치되어 상기 수소 분리막(122)를 지지하는 지지체(123), 상기 수소 분리막(122)을 투과한 수소를 배출하는 적어도 하나 이상의 수소 배출관(124)를 포함하여 이루어지는 하부 용기(120);
를 포함하여 이루어지되,
상기 수소 분리막(122)이 배치된 위치의 대응되는 위치의 상기 상부 용기(110)의 내측면에 촉매 플레이트(113)가 상기 수소 분리막(122)과 이격되게 구비되는 것을 특징으로 하는 수소 분리막 반응기.
A reactor having a hydrogen separation membrane, wherein the reactor is provided with the catalyst plate at a position spaced upwardly from the hydrogen separation membrane to enable selective separation of hydrogen by the hydrogen separation membrane at the same time as the hydrogen production reaction in the catalyst plate,
The hydrogen separation reactor 100 is
An upper vessel 110 in which an inlet tube 111 into which a reactant is introduced and an outlet tube 112 from which residues are discharged are formed;
Receiving part 121 is formed so that the upper container 110 is covered and sealed on the upper side, the hydrogen separation membrane 122 provided in the receiving portion 121, the hydrogen separation membrane 122 and the bottom of the receiving portion 121 A lower container (120) disposed between the support (123) for supporting the hydrogen separation membrane (122) and at least one hydrogen discharge pipe (124) for discharging hydrogen passing through the hydrogen separation membrane (122);
, ≪ / RTI >
The hydrogen separation membrane reactor, characterized in that the catalyst plate 113 is provided on the inner side of the upper vessel (110) at a position corresponding to the position where the hydrogen separation membrane (122) is spaced apart from the hydrogen separation membrane (122).
촉매를 코팅 또는 담지한 플레이트인 것을 특징으로 하는 수소 분리막 반응기.
The method of claim 1, wherein the catalyst plate
Hydrogen separator reactor, characterized in that the plate coated or supported with a catalyst.
다수의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 수소 분리막 반응기.
The method of claim 2, wherein the catalyst plate
Hydrogen separator reactor, characterized in that formed a plurality of projections.
다공성인 것을 특징으로 하는 수소 분리막 반응기.
The method of claim 2, wherein the catalyst plate
Hydrogen separator reactor, characterized in that the porous.
상기 수소 분리막이 배치되는 위치 상측의 상기 반응기 내부 벽면에 코팅된 촉매 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 분리막 반응기.
The method of claim 1, wherein the catalyst plate
And a catalyst layer coated on the inner wall of the reactor above the position where the hydrogen separator is disposed.
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2011
- 2011-06-15 KR KR1020110058029A patent/KR101311747B1/en active IP Right Grant
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