KR101377077B1 - 하이브리드형 수소가스 생산장치 및 이를 이용한 수소가스 생산방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드형 수소가스 생산장치 및 이를 이용한 수소가스 생산방법에 관한 것으로서, 구체적으로 제1급수기; 상기 제1급수기로부터 공급된 물을 전기분해하여 수소가스 및 산소가스를 생산하는 전기분해기;및 상기 전기분해기로부터 공급된 산소가스를 화석연료 가스화장치에 공급하고, 상기 화석연료 가스화장치에 공급된 산소가스를 회수하는 가스분배부로 구성되는 가스발생장치와 기화된 탄화수소연료를 생산하는 연료공급부; 상기 연료공급부로부터 공급된 기화된 탄화수소연료 및 상기 가스분배부로부터 공급된 산소가스로부터 혼합가스를 생산하는 혼합기; 상기 혼합기로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 합성가스 생성부; 및 상기 합성가스 생성부로부터 공급된 합성가스를 정제하여 수소가스를 분리하는 수소분리기로 구성되는 화석연료 가스화장치로 구성되는 하이브리드형 수소가스 생산장치 및 이를 이용한 수소가스 생산방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치는 종래 물 전기분해장치에 비하여 전력당 수소생산 효율이 높고, 종래 고온촉매탑방법 및 압력흡착방식을 이용하는 화석연료 가스화장치에 비하여 획기적으로 장치의 크기를 감소시킬 수 있으며 수소가스의 즉시 제조가 가능한 장점이 있다.
Description
본 발명은 하이브리드형 수소가스 생산장치 및 이를 이용한 수소가스 생산방법에 관한 것으로서, 전기분해장치로부터 생산된 고압의 산소가스를 탄화수소연료의 플라즈마 부분산화공정 및 수소가스분리공정에 공급하여 시간당 약 10 ㎥ 의 수소가스를 생산하는 장치 및 이를 이용한 수소가스 생산방법에 관한 것이다.
청정에너지원인 수소에너지는 현재 식품, 화학, 금속, 조명, 용접 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 이러한, 수소에너지는 물의 전기분해나 화석연료의 개질, 정제를 통해 생산된다.
물을 전기분해하여 수소에너지를 제조하는 방법은 일반적으로 백금전극 또는 수소이온통과고분자막(Proton Exchange Membrane, 이하 PEM)을 사용하여 수소에너지를 생산하는 방법이 상용화되어있다. 그러나, 상기 백금전극 및 수소이온통과고분자막은 매우 고가이므로 수소에너지의 제조단가가 높다.
한 편, 물을 전기분해하여 수소에너지를 얻는 또 다른 방법은 니켈을 전극으로 사용하는 알칼리 전기분해 방법이다. 상기 알칼리 전기분해 방법은 물의 전기분해의 효율을 향상시키기 위하여 고표면적을 갖는 니켈전극을 필요로 한다. 그러나, 상기 고표면적을 갖는 니켈전극 역시 저가의 제품이 시장에 보급되지 않아, 이 역시 수소에너지의 제조단가가 높은 문제가 있다.
상기 물의 전기분해를 이용한 수소에너지 생산은 전력에 의해 경제성이 좌우된다. 그러나, 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 방법은 아직 실용화되지 않아 아직까지는 특수용도에만 사용되는 소규모 장치에 주로 의존하고 있는 실정이다.
또한, 수소에너지를 제조하는 방법은 물의 전기분해 방법 외에도 석유, 석탄, 천연가스 등과 같은 화석연료를 개질하는 화석연료의 가스화 방법이 있다. 상기 방법은 다단계의 공정으로 구성되어 전체공정을 통합할 경우 장치의 소형화, 수소에너지의 즉시 제조가 어려운 문제가 있다.
예를 들면, 첫번째 공정은 화석연료를 개질하는 공정이다. 구체적으로, 상기 화석연료를 개질하는 공정은 화석연료를 수증기와 반응시켜 수소, 이산화탄소 등의 혼합가스를 제조하는 공정이다. 상기 공정은 700 ℃ 이상으로 유지시킨 촉매층으로 상기 수증기 및 기화된 화석연료를 흘려야 한다. 따라서, 상기 공정은 촉매층의 선예열 등의 단계가 선행되어야 하기 때문에 혼합가스의 제조가 어려운 문제가 있다.
또한, 두번째 공정은 상기 첫번째 공정에서 생산된 혼합가스로부터 수소가스를 분리시키는 공정이다. 상기 공정은 일반적으로 압력흡착방식(Pressure Swing Adsorption, 이하 PSA)을 사용하여 상기 혼합가스로부터 수소가스를 분리시킨다. 그러나, 상기 압력흡착방식을 통해 분리되는 수소가스의 순도를 향상시키기 위해서는 흡착 및 탈착과정이 수차례 반복되어야 하고, 이에 따라 장치의 대형화를 피하기 어렵다.
이처럼, 물 전기분해를 이용하여 수소에너지를 생산하는 방법은 장치의 소형화가 가능하지만, 저가의 전극 및 전기 공급원이 없는 한 경제적이지 못하다. 화석연료의 개질을 통해 수소에너지를 생산하는 방법은 공정이 다단계로 구성되어, 장치의 소형화 및 수소에너지를 즉시 생산하는데 한계가 있다. 이러한 근본적인 한계성 때문에 저가의 수소에너지를 생산하는데 한계가 있고, 수소에너지를 즉시 제조할 수 있는 장치의 소형화가 용이하지 않다.
대한민국등록특허 제10-0897203호(등록일:2009.05.06)는 물의 전기분해를 이용한 수소가스 및 산소가스 생산장치 및 상기 가스의 생산방법에 관한 것이다(특허문헌 1). 구체적으로, 상기 특허문헌에서는 종래 물 전기분해장치에 진동교반수단을 도입시킴으로써 수소가스 및 산소가스의 생산 효율이 향상됨을 나타내었다.
대한민국등록특허 제10-1069532호(등록일:2011.09.26)는 물의 전기분해를 이용한 수소가스 생산장치에 관한 것이다(특허문헌 2). 구체적으로, 상기 특허문헌에서는 고온전기분해장치에 장치에서 발생하는 고온열을 회수하는 열회수 방식을 적용시킴으로써 에너지 효율이 향상되었음을 나타내었다.
대한민국공개특허 제10-2012-0050908호(공개일:2012.05.21)는 메탄올로부터 수소가스를 생산하기 위한 장치에 관한 것이다(특허문헌 3). 구체적으로, 상기 특허문헌에서는 가스화된 원료물질을 산소를 포함하는 가스를 반응시켜 이로부터 생성된 반응가스로부터 수소가스를 정제하는 방법을 개시한다.
그러나, 상기 문헌들에서는 물 전기분해를 통해 생산된 산소가스를 탄화수소연료의 부분산화 및 이로부터 생성되는 합성가스로부터 수소가스를 분리하기 위한 고압원으로 재사용하는 수소생산장치에 대해서는 개시하고 있지 않다.
이에, 본 발명자들은 수소에너지의 생산효율이 높은 소형수소가스생산장치를 개발하던 중, 전기분해장치로부터 생산된 고압의 산소가스를 탄화수소연료의 플라즈마 부분산화공정 및 수소가스분리공정에 이용하는 장치는 종래 물 전기분해장치에 비하여 전력당 수소생산 효율이 높고 종래 화석연료 가스화장치에 비하여 장치의 소형화 및 수소가스의 즉시 제조가 가능하다는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 물을 전기분해하여 생산된 산소가스를 화석연료 가스화장치에 공급 및 회수하는 가스발생장치와;
상기 가스발생장치로부터 공급받은 산소가스와 탄화수소연료를 플라즈마 반응시켜 생성된 합성가스로부터 수소가스를 생산하는 화석연료 가스화장치로 구성된 하이브리드형 수소가스 생산장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 하이브리드형 수소가스 생산장치를 이용하여 수소가스를 생산하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은,
제1급수기;
상기 제1급수기로부터 공급된 물을 전기분해하여 수소가스 및 산소가스를 생산하는 전기분해기;및
상기 전기분해기로부터 공급된 산소가스를 화석연료 가스화장치에 공급하고, 상기 화석연료 가스화장치에 공급된 산소가스를 회수하는 가스분배부;
로 구성되는 가스발생장치와
기화된 탄화수소연료를 생산하는 연료공급부;
상기 연료공급부로부터 공급된 기화된 탄화수소연료 및 상기 가스분배부로부터 공급된 산소가스로부터 혼합가스를 생산하는 혼합기;
상기 혼합기로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 합성가스 생성부;및
상기 합성가스 생성부로부터 공급된 합성가스를 정제하여 수소가스를 분리하는 수소분리기;
로 구성되는 화석연료 가스화장치로 구성되는 하이브리드형 수소가스 생산장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드형 수소가스 생산장치를 이용하여 수소가스를 생산하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치는 전기분해기에서 생산된 고압의 산소가스를 탄화수소연료의 플라즈마 부분산화공정 및 이로부터 생산되는 합성가스로부터 수소가스를 분리시키는 공정에 이용함으로써 종래 물 전기분해장치에 비하여 전력당 수소생산 효율이 높고, 종래 고온촉매탑방법 및 압력흡착방식을 이용하는 화석연료 가스화장치에 비하여 획기적으로 장치의 크기를 감소시킬 수 있으며 수소가스의 즉시 제조가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 가스분배부의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 왕복식피스톤기의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 연료공급부의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 합성가스 생성부의 상세도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 플라즈마 반응기의 상세도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 수소분리기의 상세도이다.
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치의 전기분해기의 성능을 측정한 결과이다.
도 9는 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 플라즈마 반응기에 있어서, 탄화수소연료로서 디메틸에테르를 기화시켜 공급하고, 상기 전기분해기에서 생성된 산소가스를 각각 1:1의 비율로 혼합하여 플라즈마 상태에서 반응시켜, 이로부터 생성되는 합성가스 및 상기 합성가스를 구성하는 가스들의 부피분율을 온도의 함수로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 수소분리기에 있어서, 합성가스 생성부에서 생산된 합성가스를 수소분리기에 유입시켜, 상기 수소분리기에서 배출되는 수소가스의 투과율을 상기 수소분리기의 온도의 함수로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 가스분배부의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 왕복식피스톤기의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 연료공급부의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 합성가스 생성부의 상세도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 플라즈마 반응기의 상세도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 수소분리기의 상세도이다.
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치의 전기분해기의 성능을 측정한 결과이다.
도 9는 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 플라즈마 반응기에 있어서, 탄화수소연료로서 디메틸에테르를 기화시켜 공급하고, 상기 전기분해기에서 생성된 산소가스를 각각 1:1의 비율로 혼합하여 플라즈마 상태에서 반응시켜, 이로부터 생성되는 합성가스 및 상기 합성가스를 구성하는 가스들의 부피분율을 온도의 함수로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 내 수소분리기에 있어서, 합성가스 생성부에서 생산된 합성가스를 수소분리기에 유입시켜, 상기 수소분리기에서 배출되는 수소가스의 투과율을 상기 수소분리기의 온도의 함수로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소는 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치의 모식도이다. 또한, 도 2 내지 도 7은 상기 하이브리드형 수소가스 생산장치를 구성하는 각 장치들의 상세도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치는,
제1급수기(100);
상기 제1급수기(100)로부터 공급된 물을 전기분해시켜 수소가스 및 산소가스를 생산하는 전기분해기(200);및
상기 전기분해기(200)로부터 공급된 산소가스를 화석연료 가스화장치(B)에 공급하고, 상기 화석연료 가스화장치(B)에 공급된 산소가스를 회수하는 가스분배부(300)
로 구성되는 가스발생장치(A)와
기화된 탄화수소연료를 생산하는 연료공급부(400);
상기 연료공급부(400)로부터 공급된 기화된 탄화수소연료 및 상기 가스분배부(300)로부터 공급된 산소가스로부터 혼합가스를 생산하는 혼합기(500);
상기 혼합기(500)로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 합성가스 생성부(600); 및
상기 합성가스 생성부(600)로부터 공급된 합성가스를 정제하여 수소가스를 분리하는 수소분리기(700)
로 구성되는 화석연료 가스화장치(B)로 구성된다.
본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치에 있어서, 상기 가스발생장치(A)는 물을 전기분해시켜 수소가스 및 산소가스를 생산하며, 상기 생산된 산소가스를 화석연료 가스화장치(B)에 공급한다.
상기 가스발생장치(A)는,
전기분해의 원료물질로서, 전기분해기(200)에 물을 공급하는 제1급수기(100);
상기 제1급수기(100)로부터 공급된 물을 전기분해시켜 수소가스 및 산소가스를 생산하는 전기분해기(200);및
상기 전기분해기(200)로부터 공급된 산소가스를 화석연료 가스화장치(B)에 공급하는 가스분배부(300)로 구성된다.
상기 전기분해기(200)는 제1급수기(100)로부터 공급된 물을 전기분해시켜 수소가스 및 산소가스를 생산한다.
상기 전기분해기(200)는 1 - 100 기압하에서 작동되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치에 있어서, 상기 전기분해기(200)로는 고압의 산소가스를 생산할 수 있는 전기분해기(200)라면 이에 제한하지 않는다. 예를 들면, 상기 전기분해기(200)로는 알칼리 전기분해기 또는 백금촉매 및 양자교환막(proton exchange membrane)을 사용하는 전기분해기 등이 설치될 수 있다.
이때, 상기 전기분해기(200)가 알칼리 전기분해기인 경우에는 니켈전극(미도시)이 설치될 수 있다.
상기 알칼리 전기분해기(200) 내부에 니켈전극이 설치되는 경우에는, 니켈전극 사이에 다공성 고분자막(미도시)이 배치되고, 상기 다공성 고분자막이 설치된 니켈전극의 각각의 배면에는 집전체가 배치된다. 이때, 상기 다공성 고분자막은 니켈전극 사이에 이온 또는 물을 수송하고, 상기 집전체는 전기전도체 판으로써, 상기 니켈전극에 전기를 공급한다.
상기 니켈전극은 니켈분말을 포함한 상태로 가압성형된 다공성 니켈지지체를 포함하며, 상기 다공성 니켈지지체 표면에 니켈박막 또는 니켈합금박막이 형성된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 니켈전극은 니켈분말을 포함한 상태로 가압성형된 니켈폼(니켈성형체)을 포함하며, 상기 니켈성형체 표면에 니켈박막 또는 니켈합금박막이 형성된 것일 수 있다. 따라서, 상기 니켈전극은 니켈분말, 니켈폼과 같은 저렴한 원료물질을 사용한 것으로서 저가의 수소가스의 생산을 위한 목적을 달성할 수 있다.
상기 전기분해기(200)는 물의 전기분해를 통해 생산된 수소가스 및 산소가스를 외부로 배출시킨다. 구체적으로, 상기 전기분해기(200)에는 상기 생성가스들의 배출을 위해 복수의 배출관(미도시)이 구비되어 있다. 따라서, 전기분해기(200)는 별도의 배출관을 통해 수소가스를 사용처로 배출시키고, 또 다른 배출관(미도시)을 통해 산소가스를 가스분배부(300)에 공급한다.
다음으로, 상기 가스분배부(300)는 상기 전기분해기(200)로부터 공급된 산소가스를 화석연료 가스화장치(B)에 공급하고, 상기 화석연료 가스화장치(B)에 공급된 산소가스를 회수한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 가스분배부(300)는 고압가스저장용기(310) 및 왕복식피스톤기(320)로 구성된다.
상기 고압가스저장용기(310)는 상기 전기분해기(200)로부터 공급된 산소가스(10)를 혼합기(500) 및 수소분리기(700)에 각각 공급한다. 이때, 상기 혼합기(500)에 공급된 산소가스는 탄화수소연료를 산화시키는 용도로서 사용되고, 수소분리기(700)에 공급된 산소가스는 화석연료 가스화장치(B)에서 생산된 합성가스로부터 수소가스를 분리시키기 위한 고압원으로서 사용된다.
상기 왕복식피스톤기(320)는 수소분리기(700)에서 배출되는 산소가스를 회수하여, 상기 회수된 산소가스를 혼합기(500)기에 재공급한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 왕복식피스톤기(320)는,
제1저장용기(321);
제2저장용기(322); 및
상기 용기 내부에 각각 구비되고 모터(325)에 의해 작동되는 크랭크축(326)에 각각 이격되어 결합된 제1왕복피스톤(323) 및 제2왕복피스톤(324)로 구성된다.
상기 왕복식피스톤기(320)는 다음과 같이 구동된다. 왕복식피스톤기(320)의 제1저장용기(321) 또는 제2저장용기(322)에는 상기 수소분리기(700)에서 고압원으로 사용된 산소가스가 회수되어 공급된다. 단, 도 3은 상기 회수된 산소가스가 제1저장용기(321)로 공급되는 것에 한정하여 나타내고 있으나, 이는 왕복식피스톤기(320)의 구동원리를 설명하기 위한 것이므로 상기 도면에 한정되지 않는 것에 유의해야한다.
상기 제1저장용기(321)에 상기 수소분리기(700)로부터 배출된 산소가스가 공급되면, 제1왕복피스톤(323)이 팽창방향으로 움직인다. 상기 제1왕복피스톤(323)이 팽창방향으로 움직임에 따라, 크랭크축(326)은 회전하고, 상기 크랭크축(326)과 결합된 제2왕복피스톤(324)이 압축방향으로 움직인다. 상기 제2왕복피스톤(324)이 압축방향으로 움직임에 따라 제2저장용기(322)내의 산소가스를 압축시켜 혼합기(500)로 고압으로 배출시킨다.
본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치에 있어서, 상기 가스발생장치(A)와 결합된 화석연료 가스화장치(B)는 탄화수소연료 및 상기 가스발생장치(A)로부터 공급된 산소가스를 플라즈마 상태에서 반응시켜 합성가스를 생성하고, 상기 합성가스로부터 수소가스를 분리시킨다.
상기 화석연료 가스화장치(B)는,
기화된 탄화수소연료를 생산하는 연료공급부(400);
상기 연료공급부(400)로부터 공급된 기화된 탄화수소연료 및 상기 가스분배부(300)로부터 공급된 산소가스로부터 혼합가스를 생산하는 혼합기(500);
상기 혼합기(500)로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 합성가스 생성부(600); 및
상기 합성가스 생성부(600)로부터 공급된 합성가스를 정제하여 수소가스를 분리하는 수소분리기(700)로 구성된다.
상기 연료공급부(400)는 기화된 탄화수소연료를 생산한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 연료공급부(400)는,
탄화수소연료를 저장하는 연료저장용기(410);
상기 연료저장용기(410)로부터 공급된 탄화수소연료를 기화시키는 기화기(420); 및
상기 혼합기(500)에 공급되는 기화된 탄화수소연료의 유량을 조절하는 유량계(430)로 구성된다.
이때, 상기 연료저장용기(410)에 저장되는 탄화수소연료는 산소가스와 반응하여 수소가스, 일산화탄소, 이산화탄소 등을 생성하는 탄화수소연료라면 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 탄화수소연료는 디메틸에테르(dimethyl ether), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 메탄가스 등 중 1종 이상일 수 있다.
상기 기화기(420)는 연료저장용기(410)로부터 공급된 탄화수소연료를 기화시켜 유량계(430)로 배출시킨다. 상기 유량계(430)는 상기 기화기(420)로부터 공급된 기화된 탄화수소연료의 유량을 조절하여 혼합기(500)로 배출시킨다.
다음으로, 상기 혼합기(500)는 상기 연료공급부(400)로부터 공급된 기화된 탄화수소연료 및 상기 가스분배부(300)로부터 공급된 산소가스로부터 혼합가스를 생산하여 합성가스 생성부(600)에 공급한다.
다음으로, 상기 합성가스 생성부(600)는 상기 혼합기(500)로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산한다.
상기 합성가스 생성부(600)는 기화된 탄화수소연료 및 산소가스를 플라즈마 처리, 즉, 대기압 플라즈마 방전처리하여 수소가스, 일산화탄소, 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 생산한다. 또한, 상기 생산된 합성가스를 수증기와 반응시켜 합성가스 내의 일산화탄소로부터 수소가스 및 이산화탄소를 생산한다.
또한, 상기 합성가스 생성부(600)에는 탄화수소연료를 플라즈마 반응시키기 위하여 상기 가스발생장치(A)에서 생산된 산소가스가 공급된다. 따라서, 종래 탄화수소연료를 플라즈마 반응시키기 위해 공기 및 질소가스의 혼합가스가 공급되는 장치에 비하여, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소가스와 같이 화학적으로 단순한 생성물로 구성되는 합성가스를 생산할 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 합성가스 생성부(600)는,
상기 혼합기(500)로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생성하는 플라즈마 반응기(610);
상기 플라즈마 반응기(610)에서 미반응된 기화된 탄화수소연료로부터 합성가스를 생성하는 제2반응기(620);및
상기 제2반응기(620)로부터 공급된 합성가스 내의 일산화탄소로부터 수소가스 및 이산화탄소를 생성하는 전이반응기(630)로 구성된다.
상기 플라즈마 반응기(610)는 상기 혼합기(500)로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 수소가스, 일산화탄소, 이산화탄소를 포함하는 합성가스를 생산한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 플라즈마 반응기(610)는,
플라즈마 반응기(610)에 전력을 공급하는 전원부(611); 및
상기 전원부(611)로부터 공급받은 전력에 의해 점화되는 전극(612)을 포함한다.
이때, 상기 전원부(611)는,
0.1 - 50 ㎸의 전압을 공급하고,
10 - 2000 W의 전력을 공급하고,
펄스의 폭이 0.01 - 10 μS이고,
펄스간의 폭은 1 - 1000 μS이고,
교류전원의 주파수는 50 ㎐ - 50 ㎓인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2반응기(620)는 상기 플라즈마 반응기(610)에서 미반응된 기화된 탄화수소연료를 체류시켜 합성가스를 생산한다. 이때, 상기 제2반응기(620)는 300 ℃이상으로 유지되는 것이 바람직하며, 300 - 800 ℃로 유지되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 제2반응기(620)의 내부에는 플라즈마 반응기(610)에서 공급되는 합성가스를 정제하기 위한 수소분리막(621)이 설치된다. 상기 제2반응기(620)는 상기 수소분리막(621)을 투과한 수소가스를 별도의 배출관(미도시)를 통해 외부로 배출시키고, 나머지 합성가스를 전이반응기(630)에 공급한다. 상기 제2반응기(620)에서 수소가스를 외부로 배출시킴에 따라, 상기 전이반응기(630)에 공급되는 합성가스 내의 수소가스의 양을 감소시킨다. 따라서, 상기 제2반응기(620)는 전이반응기(630)에서 생산되는 생성물의 양을 감소시킴으로써 전이반응기(630)에서의 반응을 더욱 촉진시킬 수 있다.
또한, 상기 제2반응기(620)의 내부에는,
제1급수기(100) 및 전이반응기(630)와 연결되고, 상기 제1급수기(100)에서 공급된 물로부터 수증기를 생산하여 전이반응기(630)에 공급하는 제1열교환기(622);및
상기 전이반응기(630) 및 수소분리기(700)와 연결되고, 상기 전이반응기(630)로부터 공급된 합성가스를 수소분리기(700)에 공급하는 제2열교환기(623)가 설치된다.
나아가, 상기 전이반응기(630)는 상기 제2반응기(620)로부터 공급된 합성가스를 상기 제1열교환기(622)로부터 공급된 수증기와 반응시켜 합성가스 내의 일산화탄소로부터 수소가스 및 이산화탄소를 생산한다.
상기 전이반응기(630)의 내부에는 상기 합성가스와 수증기를 반응시키기 위한 촉매칼럼(미도시)이 설치된다. 예를 들면, 상기 전이반응기(630) 내부에는 구리/산화아연 등을 촉매로 사용하는 촉매칼럼이 설치된다. 상기 전이반응기(630)의 온도는 200 ℃ 이상으로 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전이반응기(630)로부터 배출되는 합성가스(73)는 상기 제2열교환기(623)를 통해 수소분리기(700)로 배출된다.
다음으로, 상기 수소분리기(700)는 상기 합성가스 생성부(600)로부터 공급된 합성가스를 정제하여 수소가스를 분리시킨다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 수소분리기(700)는 수소분리막(702) 및 상기 전이반응기(630)로부터 공급된 합성가스를 압축하는 피스톤(701)을 포함하며,
상기 수소분리막(702)은,
상기 피스톤(701)의 압축방향에 구비되어, 압축된 합성가스로부터 수소가스를 분리시켜 사용처로 직접 배출시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 수소분리기(700)는 다음과 같은 과정으로 수소가스를 분리시킨다.
상기 전이반응기(630)로부터 수소분리막(702) 및 피스톤(701)의 사이 공간으로 합성가스가 유입된다. 이때, 상기 피스톤(701)은 상기 가스분배부(300)로부터 공급된 산소가스에 의해 팽창방향으로 이동한다. 따라서, 상기 피스톤(701)의 압축방향에 구비된 수소분리막(702)은 상기 피스톤(701)의 이동에 따라 압축된 합성가스로부터 수소가스를 분리시켜 사용처로 직접 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 수소분리기(700)는 별도의 배출구(미도시)를 구비하여 상기 수소가스가 분리된 합성가스, 즉 이산화탄소를 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 수소분리기(700)는 피스톤(701) 및 수소분리막(702)을 포함하는 복수개의 단위장치가 직렬로 연결된 스택(stack)형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 수소분리기(700)가 복수개의 단위장치가 직렬로 연결된 스택(stack)형태를 가질 경우에는, 최상단의 단위장치에 상기 전이반응기로부터 공급된 합성가스가 공급되고, 바로 하단의 단위장치에 상기 최상단의 단위장치의 수소분리막을 통과하지 못한 합성가스가 공급된다. 또한, 상기와 같은 동작이 반복 수행되면서, 최종적으로 최하단의 단위장치에서 고순도의 이산화탄소를 외부로 배출시킬 수 있다. 따라서, 수소분리기(700)가 피스톤(701) 및 수소분리막(702)을 포함하는 복수개의 단위장치가 직렬로 이루어진 스택(stack)형태를 가질 경우에는 수소가스의 분리효율 역시 향상시킬 수 있다.
상기 수소분리기(700)에는 별도의 촉매반응기(미도시) 또는 소형의 전이반응기(미도시)가 추가로 설치될 수 있다.
상기 수소분리기(700)에서 배출되는 이산화탄소에는 미량의 메탄가스 또는 일산화탄소가 포함될 수 있다. 따라서, 상기 수소분리기에 촉매반응기 및 소형전이반응기를 추가로 설치하여 배출되는 이산화탄소의 순도를 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 수소분리기(700)의 이산화탄소 배출구(미도시)에 백금 또는 로듐 등의 촉매로 충진된 소형의 관상형 촉매반응기 및 소형전이반응기를 각각 직렬로 설치할 수 있다. 또한, 상기 소형전이반응기에서 배출되는 합성가스는 별도의 관을 통해 상기 수소분리기(700)에 재유입되어, 수소가스의 생산효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 수소분리기(700)는 상기 가스분배부(300)로부터 공급된 산소가스를 가스분배부(300)로 배출시킨다.
구체적으로, 상기 수소분리기(700)는 상기 산소가스의 공급구(미도시)를 열고, 배출구(미도시)를 닫아 수소분리기(700)에 산소가스를 유입시켜 피스톤(701)을 팽창방향으로 이동시킨다. 또한, 상기 합성가스의 압축이 완료된 후, 수소분리기(700)는 산소가스의 공급구(미도시)를 닫고, 배출구(미도시)를 열어 산소가스를 가스분배부(300)로 배출시킨다.
나아가, 상기 전이반응기(630)로부터 공급되는 합성가스의 유량을 조절하기 위해서, 상기 전이반응기(630)와 수소분리기(700)간에 밸브(미도시)를 배치시키고, 가스분배부(300)로부터 공급되는 산소가스의 유량을 조절하기 위하여 상기 가스분배부(300)와 상기 수소분리기(700)간에 개폐식밸브(미도시)를 배치시키며, 중앙제어기(미도시)를 통해 상기 밸브의 개폐를 조절할 수 있다.
상기에 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치는 전기분해기에서 생산된 수소가스 및 산소가스 중 상기 생산된 고압의 산소가스를 탄화수소연료의 플라즈마 부분산화공정 및 수소가스분리공정에 이용함으로써 종래 화석연료 가스화장치에 비하여 획기적으로 장치의 크기를 감소시킬 수 있으며, 종래 물 전기분해장치에 비하여 수소생산효율이 우수한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 하이브리드형 수소가스 생산장치를 이용한 수소가스의 생산방법을 제공한다.
이하, 상기 수소가스의 생산방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치를 이용한 수소가스 제조방법은,
물을 전기분해시켜 수소가스 및 산소가스를 생산하는 단계(단계 1);
탄화수소연료를 기화시키는 단계(단계 2);
상기 단계 1에서 생산된 산소가스 및 기화된 탄화수소연료를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 단계(단계 3);및
상기 단계 3에서 생산된 합성가스로부터 수소가스를 분리시키는 단계(단계 4)를 포함한다.
상기 단계 1은 물을 전기분해시켜 수소가스 및 산소가스를 생산하는 단계이다.
제1급수기(100)에서 공급된 물은 전기분해기(200)에서 예를 들면, 알칼리 전기분해를 통해 산소가스 및 수소가스로 변환된다.
상기 전기분해기(200)에서 변환된 산소가스 및 수소가스는 각각 외부로 배출된다. 이때, 수소가스는 별도의 배출관을 통해 외부, 즉 사용처로 직접 배출될 수 있고, 상기 산소가스는 가스분배부(300)로 배출된다.
상기 산소가스는 가스분배부(300)를 통해 일부는 탄화수소연료의 산화를 위한 연로로서 혼합기(500)에 공급되고, 나머지 산소가스는 상기 합성가스 생성부(600)에서 생성되는 합성가스로부터 수소가스를 분리시키기 위한 고압원으로서 수소분리기(700)에 공급된다.
다음으로, 상기 단계 2는 탄화수소연료를 기화시키는 단계이다.
상기 탄화수소연료는 연료공급부(400)에서 기화되어 혼합기(500)에 공급되고, 상기 혼합기(500)에서 가스분배부(300)로부터 공급되는 산소가스와 혼합되어 합성가스 생성부(600)로 이송된다.
상기 단계 3은 상기 단계 1에서 생산된 산소가스 및 기화된 탄화수소연료의 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 단계이다.
상기 혼합기(500)로부터 공급되는 혼합가스는 합성가스 생성부(600)에서 플라즈마 처리를 통해 합성가스로 변환되고, 상기 합성가스로부터 산소가스 및 이산화탄소는 각각 배출된다.
구체적으로, 상기 혼합기(500)에서 배출되는 혼합가스는 플라즈마 반응기(610)에서 수소가스, 일산화탄소, 이산화탄소를 포함하는 합성가스로 변환된다. 또한, 상기 합성가스에는 미반응된 기화된 탄화수소연료가 포함되어있다.
상기 합성가스 내의 미반응된 기화된 탄화수소연료는 제2반응기(620)에서 체류됨으로써 상기 합성가스로 변환되어 전이반응기(630)로 이동된다. 이때, 상기 제2반응기(620)내의 합성가스 중 제2반응기(620)내에 설치된 수소분리막(621)에 의해 정제된 수소가스는 분리되어 외부로 배출된다.
상기 전이반응기(630)에 공급된 합성가스는 전이반응기(630)내에 설치된 촉매칼럼(미도시)에서 수증기와 반응하여, 상기 합성가스 내의 일산화탄소는 수소가스 및 이산화탄소로 변환되고 수소분리기(700)로 이송된다.
다음으로, 상기 단계 4는 상기 단계 3에서 생산된 합성가스로부터 수소가스를 분리시키는 단계이다.
상기 수소분리기(700)로 이송된 합성가스는 상기 가스분배부(300)에서 공급된 고압의 산소가스에 의해 압축되고, 수소분리기(700)내 수소분리막(702)에 의해 정제됨으로써 수소가스가 분리된다. 상기 수소분리막(702)을 투과한 수소가스는 외부, 즉 사용처로 배출되고, 수소분리막(702)을 투과하지 못한 이산화탄소는 별도의 배출구(미도시)를 통해 외부로 배출되어 회수된다. 또한, 상기 합성가스의 압축원으로 사용된 산소가스는 다시 가스분배부(300)로 배출되어 혼합기(500)로 재공급된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치 및 이를 이용한 수소가스 생산방법을 예시된 도면을 참조로하여 설명하였으나, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
<실험예 1> 하이브리드형 수소가스 생산장치의 성능 평가 실험
본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치의 성능을 평가하기 위하여, 상기 장치를 구성하는 각 구성요소들의 성능을 측정하여, 도 8 내지 도 10에 나타내었다.
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치의 전기분해기의 성능을 측정한 결과이다.
도 8을 참조하면, 전기분해기에서 생산되는 수소가스 및 산소가스의 양은 상기 전기분해기를 구성하는 단위장치의 전류, 전압, 단위장치의 수 및 단위장치의 표면적에 의해 결정된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전기분해기를 구성하는 단위장치의 전류 및 전압이 각각 300 ㎃/㎝-2 및 1.8 V이고, 단위장치의 수가 30 개이고, 단위장치의 표면적이 300 ㎃/㎝-2라면, 전기분해기에서 생산할 수 있는 수소가스 및 산소가스의 양은 각각 250 ℓ/㎾ 및 125 ℓ/㎾ 이다.
도 9는 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치의 플라즈마 반응기의 성능을 측정한 결과이다. 구체적으로, 상기 도 9는 탄화수소연료로서 디메틸에테르를 기화시켜 공급하고, 상기 전기분해기에서 생성된 산소가스를 각각 1:1의 비율로 혼합하여 플라즈마 반응시켜, 이로부터 생성되는 합성가스 및 상기 합성가스를 구성하는 가스들의 부피분율을 온도의 함수로 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 상기 플라즈마 반응을 통해 생성된 합성가스는 주로 수소가스 및 이산화탄소를 포함하고, 미량의 메탄가스 및 이산화탄소가 포함하는 것을 알 수 있다. 이로부터, 디메틸에테르 및 산소가스로부터 수소가스 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생산하는 데 필요한 반응기의 크기는 0.5 ℓ이며, 상기 플라즈마 반응에 필요한 전력은 100 W를 초과하지 않는다.
이로부터, 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치는 장치의 크기가 획기적으로 감소됨과 동시에 종래 화석연료 가스화장치 수준의 합성가스 생성효율을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 생산장치의 수소분리기의 성능을 측정한 결과이다. 특히, 상기 도 10은 합성가스 생성부에서 생산된 합성가스를 수소분리기에 유입시켜, 상기 수소분리기에서 배출되는 수소가스의 투과율을 상기 수소분리기의 온도의 함수로 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, 상기 수소분리기에서 배출되는 수소가스는 상기 수소분리기의 온도에 영향을 받으며, 온도가 높아질수록 수소가스의 투과율이 향상되는 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 결과로부터 본 발명에 따른 하이브리드형 수소가스 발생장치는 종래 화석연료 가스화장치에 비해 장치의 크기를 소형화시킬 수 있고, 종래 물의 전기분해 장치에 비해 수소가스 생산효율도 우수하여, 종래 특정화된 곳에서만 사용되던 수소가스 생산장치가 더욱 보편화되어 사용될 수 있음을 기대할 수 있다.
100 : 제1급수기
200 : 전기분해기
300 : 가스분배부
310 : 고압가스저장용기
320 : 왕복식피스톤기
321 : 제1저장용기
322 : 제2저장용기
323 : 제1왕복피스톤
324 : 제2왕복피스톤
325 : 모터
326 : 크랭크축
400 : 연료공급부
410 : 연료저장용기
420 : 기화기
430 : 유량계
500 : 혼합기
600 : 합성가스 생성부
610 : 플라즈마 반응기
611 : 전원부
612 : 전극
620 : 제2반응기
621 : 수소분리막
622 : 제1열교환기
623 : 제2열교환기
630 : 전이반응기
700 : 수소분리기
701 : 피스톤
702 : 수소분리막
200 : 전기분해기
300 : 가스분배부
310 : 고압가스저장용기
320 : 왕복식피스톤기
321 : 제1저장용기
322 : 제2저장용기
323 : 제1왕복피스톤
324 : 제2왕복피스톤
325 : 모터
326 : 크랭크축
400 : 연료공급부
410 : 연료저장용기
420 : 기화기
430 : 유량계
500 : 혼합기
600 : 합성가스 생성부
610 : 플라즈마 반응기
611 : 전원부
612 : 전극
620 : 제2반응기
621 : 수소분리막
622 : 제1열교환기
623 : 제2열교환기
630 : 전이반응기
700 : 수소분리기
701 : 피스톤
702 : 수소분리막
Claims (21)
- 제1급수기;
상기 제1급수기로부터 공급된 물을 전기분해시켜 수소가스 및 산소가스를 생산하는 전기분해기;및
상기 전기분해기로부터 공급된 산소가스를 화석연료 가스화장치에 공급하고, 상기 화석연료 가스화장치에 공급된 산소가스를 회수하는 가스분배부
로 구성되는 가스발생장치와
기화된 탄화수소연료를 생산하는 연료공급부;
상기 연료공급부로부터 공급된 기화된 탄화수소연료 및 상기 가스분배부로부터 공급된 산소가스로부터 혼합가스를 생산하는 혼합기;
상기 혼합기로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 합성가스 생성부; 및
상기 합성가스 생성부로부터 공급된 합성가스를 정제하여 수소가스를 분리하는 수소분리기
로 구성되는 화석연료 가스화장치로 구성되는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전기분해기는 1 - 100 기압하에서 작동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전기분해기는 알칼리 전기분해기인 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제3항에 있어서, 상기 알칼리 전기분해기는 니켈전극이 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제4항에 있어서,
상기 니켈전극은,
니켈분말을 포함한 상태로 가압성형된 다공성 니켈지지체를 포함하며,
상기 다공성 지지체는,
표면에 니켈박막 또는 니켈합금박막이 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제1항에 있어서,
상기 가스분배부는,
상기 전기분해기로부터 공급된 산소가스를 상기 화석연료 가스화장치에 공급하는 고압가스저장용기; 및
상기 화석연료 가스화장치에 공급된 산소가스를 회수하여 상기 화석연료 가스화장치에 재공급하는 왕복식피스톤기
로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제6항에 있어서,
상기 고압가스저장용기는 전기분해기로부터 공급된 산소가스를 혼합기 및 수소분리기에 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제6항에 있어서,
상기 왕복식피스톤기는 수소분리기로부터 배출되는 산소가스를 회수하여, 상기 회수된 산소가스를 혼합기에 재공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제8항에 있어서,
상기 왕복식피스톤기는,
제1저장용기;
제2저장용기; 및
상기 용기 내부에 각각 구비되고, 모터에 의해 작동되는 크랭크축에 각각 이격되어 결합된 제1왕복피스톤 및 제2왕복피스톤으로 구성되며,
제1저장용기에 공급된 산소가스에 의해 제1왕복피스톤이 팽창방향으로 움직이고, 상기 제1왕복피스톤에 의해 크랭크축이 회전하고, 상기 크랭크축의 회전에 의해 크랭크축과 결합된 제2왕복피스톤이 압축방향으로 움직여, 제2저장용기에 잔류하는 산소가스를 압축시켜 혼합기로 배출시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제1항에 있어서,
상기 연료공급부는,
탄화수소연료를 저장하는 연료저장용기;
상기 연료저장용기로부터 공급된 탄화수소연료를 기화시키는 기화기; 및
상기 혼합기에 공급되는 기화된 탄화수소연료의 유량을 조절하는 유량계;
로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제10항에 있어서,
상기 연료저장용기에 저장되는 탄화수소연료는 디메틸에테르(dimethyl ether), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol) 및 메탄가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제1항에 있어서,
상기 합성가스 생성부는,
상기 혼합기로부터 공급된 혼합가스를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 플라즈마 반응기;
상기 플라즈마 반응기에서 미반응된 탄화수소연료로부터 합성가스를 생성하는 제2반응기;및
상기 제2반응기로부터 공급된 합성가스 내의 일산화탄소로부터 수소가스 및 이산화탄소를 생성하는 전이반응기;
로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제12항에 있어서,
상기 플라즈마 반응기는,
플라즈마 반응기에 전력을 공급하는 전원부; 및
상기 전원부로부터 공급받은 전력에 의해 점화되는 전극;
으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제13항에 있어서,
상기 전원부는,
0.1 - 50 ㎸의 전압을 공급하고,
10 - 2000 W의 전력을 공급하고,
펄스의 폭이 0.01 - 10 μS이고,
펄스간의 폭은 1 - 1000 μS이고,
교류전원의 주파수는 50 ㎐ - 50 ㎓인 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제12항에 있어서,
상기 제2반응기는,
300 - 800 ℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제12항에 있어서,
상기 제2반응기는, 내부에
제1급수기 및 전이반응기와 연결되고, 상기 제1급수기로부터 공급된 물로부터 수증기를 생성하여 전이반응기에 공급하는 제1열교환기;및
상기 전이반응기 및 수소분리기와 연결되고, 상기 전이반응기로부터 공급된 합성가스를 수소분리기에 공급하는 제2열교환기가 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제12항에 있어서,
상기 전이반응기는 내부에 촉매칼럼이 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수소분리기는,
수소분리막 및 상기 합성가스 생성부로부터 생성된 합성가스를 압축하는 피스톤을 포함하며,
상기 수소분리막은,
상기 피스톤의 압축방향에 구비되어, 압축된 합성가스로부터 수소가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제18항에 있어서,
상기 수소분리기는,
상기 피스톤 및 수소분리막을 포함하는 단위장치들이 직렬로 연결된 스택(stack)형태를 갖고,
최상단의 단위장치에는 상기 합성가스 생성부로부터 공급된 합성가스가 공급되고, 바로 하단의 단위장치에는 상기 최상단의 단위장치의 수소분리막을 통과하지 못한 합성가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 제19항에 있어서,
상기 수소분리기는,
수소분리기 내에 최하단에 위치한 단위장치와 직렬연결된 촉매반응기 및 상기 촉매반응기와 직렬연결된 전이반응기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 수소가스 생산장치.
- 물을 전기분해시켜 수소가스 및 산소가스를 생산하는 단계(단계 1);
탄화수소연료를 기화시키는 단계(단계 2);
상기 단계 1에서 생산된 산소가스 및 기화된 탄화수소연료를 플라즈마 상태에서 처리하여 합성가스를 생산하는 단계(단계 3);및
상기 단계 3에서 생산된 합성가스로부터 수소가스를 분리시키는 단계(단계 4)를 포함하는 제1항의 하이브리드형 수소가스 생산장치를 이용한 수소가스 생산방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020120083108A KR101377077B1 (ko) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | 하이브리드형 수소가스 생산장치 및 이를 이용한 수소가스 생산방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
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2012
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