KR101426698B1 - 액상 개질 반응기를 포함하는 수소 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액상 개질 반응을 이용한 수소 제조 장치에 관한 것으로서, 액상탄화수소와 물을 포함하는 원료를 사용하여 저렴한 비용으로 수소를 제조할 수 있는 효율적인 수소 제조 장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 탄화수소의 액상 개질 반응에 의해 수소를 제조하는 장치에 있어서, 액상탄화수소와 물을 포함하는 액상탄화수소 화합물을 공급하는 원료 공급부와; 상기 원료 공급부에 연결되고, 원료 공급부에 의해 공급된 액상탄화수소 화합물의 액상 개질 반응을 수행하는 APR 반응기와; 상기 APR 반응기에 연결되고, APR 반응기 내의 액상 개질 반응에 의해 생성된 기체 생성물 중 수소를 분리하는 수소 분리기;를 포함하여 구성되는 수소 제조 장치가 개시된다.

Description

액상 개질 반응기를 포함하는 수소 제조 장치{Hydrogen Production System Comprising Aqueous Phase Reformer}
본 발명은 수소 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액상탄화수소의 액상 개질(Aqueous Phase Reforming, APR) 반응을 이용하여 수소를 제조하는 장치에 관한 것이다.
최근 급격한 유가 상승으로 인한 고유가 시대를 맞이하여 대체 에너지에 대한 관심이 날로 높아가고 있으며, 특히 수소스테이션이나 연료전지용 개질기에 적용하기 위한 수소 제조 장치(Hydrogen Production System)의 중요성이 부각되고 있다.
수소 가스를 제조하기 위한 개질 공정은 그 개질 방식에 따라 여러 가지로 나뉠 수 있는데, 특히 글리세롤을 이용한 개질 방법은 크게 수증기 개질반응법, 부분 산화법, 자열 개질반응법 및 액상 개질반응법(APR) 등으로 구분된다.
수증기 개질법(Steam Reforming, SR)은 촉매 하에서 글리세롤과 수증기가 직접 접촉함에 의해 일어나는 반응을 이용하는 것으로, 반응의 결과로 수소와 이산화탄소가 제조되는 방식이다.
이러한 수증기 개질법의 화학 반응식은 반응식 (1)과 같다.
C3H8O3 + 3 H2O → 7 H2 + 3 CO2 (1)
이와 같은 수증기 개질법에서는 상기 화학 반응식에 나타낸 흡열반응이 일어나도록 하기 위해서 외부로부터 별도의 열에너지를 공급해야 한다.
부분 산화법(Partial Oxidation)은 수증기 개질법과는 달리 산소를 공급하여 합성가스를 제조하는 방식으로, 촉매의 유무에 따라 무촉매부분산화법(Non-catalytic Partial Oxidation)과 촉매부분산화법(Catalyst Partial Oxidation)으로 분류된다.
부분 산화법에서는 공정의 특성상 산소가 필요하므로 공기분리플랜트(Air Separation Unit, ASU)의 설비 투자비가 증가하는 문제점이 있다.
부분 산화법의 화학 반응식은 반응식 (2)와 같다.
C3H8O3 + 3/2 O2 → 4 H2 + 3 CO2 (2)
자열 개질 반응법(Autothermal Reforming)은 수증기 개질 반응과 부분 산화 개질 반응이 동시에 일어나는 반응을 이용하는 것으로, 화학 반응식은 반응식 (3)과 같다.
C3H8O3 + 3/4 O2 + 3/2 H2O → 11/2 H2 + 3 CO2 (3)
이러한 반응들을 이용하는 수소 제조 설비는 전체 플랜트에서 투자 비용이 많이 소요되는 설비이므로, 원료나 설비 규모, 그 밖의 여러 기술적 사항 등을 고려하여 투자비를 최소화할 수 있는 적절한 수소 제조 공정을 선택해야 한다.
이러한 관점에서 볼 때 저온 액상 개질(Aqueous Phase Reforming, APR) 반응은 운전비를 최소화할 수 있는 공정으로, 글리세롤 분해 반응(Glycerol Decomposition Reaction)(하기 반응식 (4) 참조)과 수성 가스 전환 반응(Water Gas Shift Reaction)(하기 반응식 (5) 참조)으로 구성된다.
C3H8O3 → 4 H2 + 3 CO (4)
3 CO + 3 H2O → 3 CO2 + 3 H2 (5)
반응식 (4)는 글리세롤이 분해되는 단계로 H2와 CO가 생성되고, 여기서 CO는 다시 반응식 (5)의 WGS(Water Gas Shift) 반응에 의해 H2와 CO2로 전환된다.
위의 반응식 (4)와 반응식 (5)가 합쳐지면 총괄반응식 (1)(상기 반응식 (1)과 같음)이 얻어진다.
C3H8O3 + 3 H2O → 7 H2 + 3 CO2 (1)
여기서 생성된 H2, CO, CO2는 메탄화 반응(Methanation Reaction)(하기 반응식 (6) 참조)과 피셔-트롭쉬 반응(Fischer-Tropsch Reaction)(하기 반응식 (7) 참조)에 참여하게 된다.
CO + 3 H2 → CH4 + H2O (6)
n CO + 2n H2 → CnH2n +2 + n H2O (7)
그러나, 위의 메탄화 반응과 피셔-트롭쉬 반응은 원하는 H2 생성물의 수율을 낮추기 때문에, 이러한 반응이 억제될 수 있도록 촉매와 반응조건을 적절히 조절해 주어야 한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 액상탄화수소와 물을 포함하는 원료를 사용하여 더욱 저렴하고 효율적으로 수소를 제조할 수 있는 수소 제조 장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 탄화수소의 액상 개질 반응에 의해 수소를 제조하는 장치에 있어서, 액상탄화수소와 물을 포함하는 액상탄화수소 화합물을 공급하는 원료 공급부와; 상기 원료 공급부에 연결되고, 원료 공급부에 의해 공급된 액상탄화수소 화합물의 액상 개질 반응을 수행하는 APR 반응기와; 상기 APR 반응기에 연결되고, APR 반응기 내의 액상 개질 반응에 의해 생성된 기체 생성물 중 수소를 분리하는 수소 분리기;를 포함하여 구성되는 수소 제조 장치를 제공한다.
여기서, 상기 APR 반응기 내의 온도가 150 ~ 400℃의 온도로 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 APR 반응기와 수소 분리기 사이에 설치되어 APR 반응기에서 배출되는 배출물 중 기체 생성물을 미반응물인 액상탄화수소 및 물과 분리하여 수소 분리기로 보내는 기액 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기액 분리기는 기체 생성물과 분리된 액상의 미반응물을 APR 반응기로 재순환시키기 위한 재순환관을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 APR 반응기와 기액 분리기에는 전처리 가스를 투입하여 APR 반응기와 기액 분리기 내의 압력을 공정 압력으로 조성하기 위한 압축기가 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 압축기는 압축된 전처리 가스를 투입함으로써 APR 반응기와 기액 분리기 내의 압력을 10 ~ 60 bar로 조성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기액 분리기와 수소 분리기 사이의 배관에 반응 공정 동안 기액 분리기 내의 압력을 조절하기 위한 후 압력 조절기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 후 압력 조절기가 반응 공정 동안 기액 분리기 내의 압력을 10 ~ 40 bar로 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기액 분리기와 수소 분리기 사이에 기액 분리기를 통해 나온 기체 생성물 중 이산화탄소를 제거하기 위한 이산화탄소 제거기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 수소 분리기에 연결되어 수소 분리기로부터 수소가 분리되고 남은 잔여 가스를 공급받아 연소하는 연소기가 설치되고, 상기 연소기가 연소시 발생하는 연소열을 APR 반응기에 공급하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 수소 제조 장치에 의하면, 액상탄화수소와 물을 원료로 사용하여 보다 저렴하고 효율적으로 수소를 제조할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 수소 제조 장치에서는 기존의 수증기 개질(SR) 반응에 비해 저온 고압(예를 들면, 200 ~ 250 ℃, 35 bar)에서 액상 개질 반응이 수행되므로 수성 가스 전환(WGS) 반응이 동시에 진행될 수 있다.
따라서, 별도의 수성 가스 전환 반응기를 설치할 필요가 없고, 기존의 수증기 개질 공정에 비해 초기 투자 비용과 원천 비용을 절감할 수 있어 저렴한 비용으로 수소를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소 제조 장치를 나타내는 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 액상탄화수소와 물을 포함하는 원료를 사용하여 저렴한 비용으로 수소를 제조할 수 있는 효율적인 수소 제조 장치에 관한 것으로서, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소 제조 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수소 제조 장치는, 액상탄화수소와 물을 포함하는 원료를 공급하는 원료 공급부(10)와, 상기 원료 공급부(10)에 연결되어 원료 공급부(10)에 의해 공급되는 원료의 액상 개질(Aqueous Phase Reforming, APR) 반응이 수행되는 APR 반응기(20)와, 상기 APR 반응기(20)의 출구측에 연결되어 APR 반응기(20)의 출구를 통해 배출되는 배출물에서 액상 개질 반응에 의해 생성된 수소를 분리하는 수소 분리기(50)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성에서 원료 공급부(10)는 APR 반응기(20)의 입구측에 연결되어 액상탄화수소와 물을 포함하는 원료를 APR 반응기(20)에 공급하는 구성부이다.
이때, 원료 공급부(10)를 통해 액상탄화수소 내 탄소와 물의 중량비가 1 : 5 ~ 80인 액상탄화수소가 원료로 공급될 수 있다. 더욱 바람직하게는 원료 공급부(10)에 의해 액상탄화수소 내 탄소와 물의 중량비가 1 : 10 ~ 50인 액상탄화수소가 공급되도록 할 수 있다.
상기 액상탄화수소란 구체적으로 -OH기를 포함하는 탄화산소 화합물로서, -OH기가 1개 붙은 알콜(메탄올, 에탄올 등), -OH기가 2개 이상 붙은 알콜(에틸렌글리콜 등), -OH기가 3개 이상 붙은 알콜(글리세롤 등) 등의 폴리올, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 원료 공급부(10)는 APR 반응기(20)에 공급되는 원료에서 유기물, 무기물 등의 불순물을 제거하는 불순물 제거기(11)를 포함하는 구성이 될 수 있다.
상기 불순물 제거기(11)는 원료 공급부(10)의 원료 공급관(12)에 설치되며, 원료 공급관(12)을 통해 공급되는 원료가 불순물 제거기(11)를 통과하도록 함으로써, 불순물이 제거된 상태의 원료가 APR 반응기(20)에 공급될 수 있게 된다.
상기 APR 반응기(20)는 공급되는 원료의 액상 개질 반응을 수행하게 되는데, 액상 개질(APR) 반응(반응식 (1) 참조)은 글리세롤 분해 반응(반응식 (4) 참조) 및 수성 가스 전환 반응(반응식 (5) 참조)을 통해 이루어지게 된다.
또한 액상 개질 반응 외에도 메탄화 반응(반응식 (6) 참조), 피셔-트롭쉬 반응(반응식 (7) 참조) 등이 동시에 일어나며, 이를 액상탄화수소의 일 예인 글리세롤을 원료로 하는 반응식으로 표현하면 다음과 같다.
C3H8O3 + 3 H2O → 7 H2 + 3 CO2 (1)
C3H8O3 → 4 H2 + 3 CO (4)
3 CO + 3 H2O → 3 CO2 + 3 H2 (5)
CO + 3 H2 → CH4 + H2O (6)
n CO + 2n H2 → CnH2n +2 + n H2O (7)
상기 반응 중, 반응식 (1), (4) 및 (5)의 반응은 수소 제조에 있어 유용한 반응이나, 반응식 (6) 및 (7)의 반응은 수소 제조 공정에 있어서 바람직하지 않은 부반응이 된다.
따라서, 반응식 (1), (4) 및 (5)의 반응은 촉진하고, 반응식 (6) 및 (7)의 반응은 억제하기 위하여, APR 반응기(20) 내에 충진되는 글리세롤의 액상 개질 반응 촉매로는 VIII족 전이금속 또는 귀금속으로 촉진된 Ni계 담지 촉매가 사용될 수 있다.
또한 APR 반응기(20)의 내부는 150 ~ 400 ℃의 온도와 10 ~ 60 bar의 공정 압력으로 조절되는 것이 바람직하며, 이러한 온도 및 압력 범위에서 수소의 수율이 높아질 수 있게 된다.
반응온도가 150 ℃ 미만이면 글리세롤 전환율이 감소하고, 400 ℃를 초과하면 메탄화 반응이 발생하여 수소의 수율이 감소하므로 바람직하지 않다. 또한 반응압력이 10 bar 미만이면 글리세롤의 전환율이 감소하고, 60 bar를 초과하면 피셔-트롭쉬 반응 등이 발생하여 수소의 수율이 감소하므로 바람직하지 않다.
상기 수소 분리기(50)는 수소와 그 밖의 반응 생성물을 분리하는 장치로, 이는 APR 반응기(20)에서 액상 개질 반응에 의해 생성된 후 배관(21)을 통해 배출되는 기체 생성물 중에 수소를 압력순환흡착(Pressure Swing Adsorption, PSA) 공정을 통해 분리하는 가스 분리기가 될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 APR 반응기(20)의 출구와 수소 분리기(50)의 입구 사이를 연결하는 배관(21)에는 기액 분리기(30)가 설치될 수 있으며, 상기 기액 분리기(30)는 APR 반응기(20) 내에서 반응하지 아니한 액상탄화수소 및 물을 기체 생성물과 분리하는 장치이다.
기액 분리기(30)는 APR 반응기(20)의 출구와 배관(21)을 통해 연결되어, 이 배관(21)을 통해 APR 반응기(20)의 출구로부터 배출되는 배출물을 유입 받도록 되어 있다.
또한 기액 분리기(30)의 하단에 위치한 배출구에는 재순환관(31)이 연결되는데, 재순환관(31)은 원료 공급부(10)의 배관, 예컨대 불순물 제거기(11)의 출구와 APR 반응기(20)의 입구 사이를 연결하는 원료 공급관(12)으로 연결될 수 있다.
이로써 기액 분리기(30) 내에서 APR 반응기(20)의 생성 가스와 분리된 액상의 미반응물, 즉 액상탄화수소와 물이 재순환관(31)을 통해 원료 공급부(10)로 재순환될 수 있으며, 재순환되는 액상탄화수소와 물은 불순물 제거기(11)를 통과한 신규의 원료와 함께 APR 반응기(20)로 재공급되어 액상 개질 반응의 원료로 다시 사용된다.
또한 기액 분리기(30) 상단의 가스 출구에 연결된 배관(21)은 수소 분리기(50)의 입구로 최종 연결되며, 이에 액상의 미반응 원료가 제거된 가스가 상기 배관(21)을 통해 수소 분리기(50)로 이동될 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 APR 반응기(20)와 수소 분리기(50) 사이에 기액 분리기(30)를 설치하여, APR 반응기(20)에서 배출된 액상의 미반응 원료를 기액 분리기(30)에서 분리한 뒤 APR 반응기(20)로 재순환시킴으로써 수소의 수율을 증가시킬 수 있게 된다.
본 발명에서 기액 분리기(30)의 경우 반응 공정 동안 85 ~ 95 ℃의 온도로 유지하는 것이 바람직한데, 만약 기액 분리기(30)의 온도가 95 ℃를 초과하면 액상으로 변환되어야 할 H2O가 기상으로 되어 공정 라인에 수분이 함유되는 문제가 있게 된다. 또한 85 ℃ 미만이면 온도를 낮추기 위한 운전 비용이 추가로 필요하기 때문에 적합하지 않다.
기액 분리기(30)의 압력은 APR 반응기(20)와 마찬가지로 10 ~ 60 bar의 압력으로 유지될 수 있는데, 본 발명의 바람직한 실시예에서, APR 반응기(20)와 기액 분리기(30)의 공정 압력을 상기 범위로 조성하기 위해, APR 반응기(20)의 출구에 연결된 배관(21)에 압축가스 공급관(41)을 연결하는 동시에, 이 압축가스 공급관(41)에는 전처리 가스(예, 질소(N2)나 아르곤(Ar) 등)를 압축하여 공급하는 압축기(43)를 설치하는 것이 가능하다.
이에 따라 압축기(43)를 구동하여 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 전처리 가스를 공급함으로써 APR 반응기(20) 및 기액 분리기(30) 내 압력을 10 ~ 60 bar로 조성할 수 있다.
도 1에서 도면부호 42는 압축가스 공급관(41)에 압축기 후단으로 설치되는 제1밸브이고, 도면부호 22는 APR 반응기(20)와 기액 분리기(30) 사이를 연결하는 배관(21)에 설치되는 제2밸브이다.
공정 개시 전에 제1밸브(42) 및 제2밸브(22)를 열고 압축기(43)를 구동하여 APR 반응기(20) 및 기액 분리기(30)의 압력을 10 ~ 60 bar로 유지시킨다.
또한 공정 동안에는 제1밸브(42)를 닫고 압축기(43)의 구동을 중지한 상태에서 제2밸브(22)를 열어 APR 반응기(20)에서 배출되는 배출물(생성물 및 미반응물의 혼합물임)이 기액 분리기(30)로 유입될 수 있도록 한다.
더욱 바람직하게는 효과적인 기액 분리를 위해 반응 공정 동안의 기액 분리기(30) 내 압력은 10 ~ 40 bar의 압력으로 유지해주는 것이 좋다.
이를 위해 기액 분리기(30)의 가스 출구와 수소 분리기(50)의 입구 사이를 연결하는 배관(21)에서 기액 분리기(30)의 후단으로 후 압력 조절기(Back Pressure Regulator, BPR)(44)가 설치될 수 있는데, 상기 후 압력 조절기(44)를 이용하는 경우 기액 분리기(30)의 압력은 10 ~ 40 bar로 유지하는 것이 가능해진다.
그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 기액 분리기(30)와 수소 분리기(50) 사이를 연결하는 배관(21)에 이산화탄소 제거기(CO2 Remover)(45)가 더 설치될 수 있다.
이에 따라 APR 반응기(20)에서 액상 개질 반응에 의해 생성된 뒤 기액 분리기(30)에서 액상의 미반응물이 분리되고 난 가스가 후 압력 조절기(44)를 거쳐 이산화탄소 제거기(45)로 보내지게 된다.
상기 이산화탄소 제거기(45)는 수소 분리기(50)에서 수소를 분리하기 이전에 이산화탄소(CO2)를 제거해줌으로써 순수한 수소를 보다 효율적으로 얻을 수 있게 해준다.
또한 본 발명의 수소 제조 장치는 수소 분리기(50)로부터 수소가 분리되고 남은 메탄(CH4), 일산화탄소(CO) 등의 잔여 가스를 공급받아 연소시키는 연소기(60)를 더 포함할 수 있다.
상기 연소기(60)는 액상 개질 반응에 필요한 열에너지를 APR 반응기(20)에 제공하도록 구비되는 장치로, APR 반응기(20)에서 배출된 생성 가스 중 수소가 분리된 잔여 가스를 연소시켜 그 연소열로 반응에 필요한 열에너지를 제공하게 된다.
이를 위해 연소기(60)는 잔여 가스를 공급받도록 수소 분리기(50)에 연결되는 동시에 잔여 가스의 연소시 발생하는 연소열을 APR 반응기(20)에 전달할 수 있게 구비된다.
즉 연소기(60)는 잔여 가스가 배출되는 수소 분리기(50)의 출구측에 연결되며, 예시된 바와 같이 잔여 가스가 배출되는 수소 분리기(50)의 출구로부터 연소기(60)의 가스 입구 사이를 연결하는 가스 공급관(61)이 설치될 수 있다.
또한 연소기(60)에 공기를 공급하기 위한 공기 공급관(62)이 연결될 수 있고, 연소가스가 배출되는 연소기(60)의 출구에는 APR 반응기(20)로 연결되는 연소가스 배관(63)이 설치된다.
이에 연소기(60)가 가스 공급관(61)과 공기 공급관(62)을 통해 잔여 가스와 공기를 공급받을 수 있으며, 잔여 가스의 연소시에 발생하는 연소가스가 연소가스 배관(63)을 통해 APR 반응기(20)로 전달될 수 있다.
상기 연소가스 배관(63)은 APR 반응기(20)를 통과하도록 설치되며, 연소가스 배관(63)을 통과하는 연소가스의 열이 APR 반응기(20)에 전달되면서 액상 개질 반응에 필요한 열을 APR 반응기(20)가 제공받을 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 액상 개질 반응을 통해 생성된 가스 중에 수소가 분리된 잔여 가스를 연소기(60)에서 연소시켜 액상 개질 반응에 필요한 열에너지로 제공하는바, 연소기(60)에서 발생한 연소열이 열교환을 통해 APR 반응기(20)에 공급될 수 있도록 함으로써 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하며, 하기의 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해하여만 할 것이다.
실시예
도 1에 나타낸 본 발명의 수소 제조 장치에서 액상의 글리세롤과 물을 원료 공급부(10)를 통해 각각 0.0102 g/min과 0.0918 g/min의 유속으로 공급하였다. 이때, APR 반응기(20)에는 APR 촉매를 충전하되, APR 촉매가 충전된 APR 반응기(20)를 225 ℃, 20 bar로 유지하였다. 또한 기액 분리기(30)는 90 ℃, 20 bar로 유지하였고, 이때 기체는 0.0128 g/min이, 액체는 0.0892 g/min이 분리되었다. 또한 분리된 기체 중에서 이산화탄소 제거기(45)를 통해 0.0074 g/min의 이산화탄소를 제거하였으며, 다시 수소 분리기(50)에서 압력순환흡착 공정에 의해 0.0009 g/min의 수소를 분리하였다. 수소 분리기(50)에서 수소와 분리된 나머지 기체는 연소기(60)에 공급되도록 하여 연소시켰고, 연소된 가스를 APR 반응기(20)로 통과시켜 그 연소열이 APR 반응기(20)로 제공될 수 있게 하였다.
상기 수소 제조 장치에 0.102 g/min의 유속으로 원료를 투입한 후, APR 반응기(20)를 통과한 액상물질은 포집하고, 기상물질은 가스크로마토그래피 방법으로 분석하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112012091266494-pat00001
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 압축기 11 : 불순물 제거기
12 : 원료 공급관 20 : APR 반응기
21 : 배관 22 : 제2밸브
30 : 기액 분리기 31 : 재순환관
41 : 압축가스 공급관 42 : 제1밸브
43 : 압축기 44 : 후 압력 조절기
45 : 이산화탄소 제거기 50 : 수소 분리기
60 : 연소기 61 : 가스 공급관
62 : 공기 공급관 63 : 연소가스 배관

Claims (12)

  1. 탄화수소의 액상 개질 반응에 의해 수소를 제조하는 장치에 있어서,
    액상탄화수소와 물을 포함하는 액상탄화수소 화합물을 공급하는 원료 공급부(10)와;
    상기 원료 공급부(10)에 연결되고, 원료 공급부(10)에 의해 공급된 액상탄화수소 화합물의 액상 개질 반응을 수행하는 APR 반응기(20)와;
    상기 APR 반응기(20)에 연결되고, APR 반응기(20) 내의 액상 개질 반응에 의해 생성된 기체 생성물 중 수소를 분리하는 수소 분리기(50);
    상기 APR 반응기(20)와 수소 분리기(50) 사이에 설치되어 APR 반응기(20)에서 배출되는 배출물 중 기체 생성물을 미반응물인 액상탄화수소 및 물과 분리하여 수소 분리기(50)로 보내는 기액 분리기(30);
    를 포함하고,
    상기 APR 반응기(20)와 기액 분리기(30)에는 전처리 가스를 투입하여 APR 반응기(20)와 기액 분리기(30) 내의 압력을 공정 압력으로 조성하기 위한 압축기(43)가 연결되는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 APR 반응기(20) 내의 온도가 150 ~ 400℃의 온도로 조절되는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 기액 분리기(30)는 기체 생성물과 분리된 액상의 미반응물을 APR 반응기(20)로 재순환시키기 위한 재순환관(31)을 가지는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 압축기(43)에 의해 압축된 전처리 가스를 투입하기 위한 압축가스 공급관(41)이 APR 반응기(20)와 기액 분리기(30) 사이를 연결하는 배관(21)에 연결되는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 압축기(43)는 압축된 전처리 가스를 투입함으로써 APR 반응기(20)와 기액 분리기(30) 내의 압력을 10 ~ 60 bar로 조성하는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서, 상기 기액 분리기(30)와 수소 분리기(50) 사이의 배관(21)에 반응 공정 동안 기액 분리기(30) 내의 압력을 조절하기 위한 후 압력 조절기(44)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 후 압력 조절기(44)가 반응 공정 동안 기액 분리기(30) 내의 압력을 10 ~ 40 bar로 유지하는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 기액 분리기(30)와 수소 분리기(50) 사이에 기액 분리기(30)를 통해 나온 기체 생성물 중 이산화탄소를 제거하기 위한 이산화탄소 제거기(45)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 수소 분리기(50)에 연결되어 수소 분리기(50)로부터 수소가 분리되고 남은 잔여 가스를 공급받아 연소하는 연소기(60)가 설치되고, 상기 연소기(60)가 연소시 발생하는 연소열을 APR 반응기(20)에 공급하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연소기(60)로부터 잔여 가스의 연소로 인해 생성되는 연소가스가 배출되는 연소가스 배관(63)이 연소열의 전달이 가능하도록 APR 반응기(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.
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