KR101693714B1 - 가스 연료 개질기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 연료 개질기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반응로의 온도 및 반응로에서 생성되는 합성가스의 농도에 근거하여 반응로 및 순산소버너에 공급되는 LNG와 같은 가스 연료의 유량 및 순산소버너에 공급되는 산소 유량을 조절함으로써, 촉매를 사용할 필요없이 부분산화반응을 유도하여 합성가스를 생성할 수 있는 가스 연료 개질기에 관한 것이다.

Description

가스 연료 개질기{Gas fuel reformer}
본 발명은 가스 연료 개질기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반응로의 온도 및 반응로에서 생성되는 합성가스의 농도에 근거하여 반응로 및 순산소버너에 공급되는 LNG와 같은 가스 연료의 유량 및 순산소버너에 공급되는 산소 유량을 조절함으로써, 촉매를 사용할 필요없이 부분산화반응을 유도하여 합성가스를 생성할 수 있는 가스 연료 개질기에 관한 것이다.
합성가스는 주로 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 이루어진 혼합 가스로서, 보통 석탄과 같은 고체 연료를 가스화하는 과정을 거쳐 생산된다. 생산된 합성가스는 기존의 보일러에 연료로서 이용되거나 가스 엔진을 통해 전기를 생산하는데 사용될 수 있다. 그러나 합성가스를 가장 고부가가치화하는 방법은 이후 업그레이딩(upgrading) 과정을 거쳐 액체 연료를 생산하는 것이다.
본 발명에서 제시하는 LNG(Liquefied Natural Gas)와 같은 가스 연료의 경우, 이를 개질하여 합성가스를 만들게 되면 현재 매장량이 한정되어 있는 액체 연료의 생산도 가능하다. LNG와 같은 가스 연료에서 합성가스를 제조하는 방법으로는 수증기 개질법(steam reforming), 이산화탄소 개질법(CO2 reforming), 부분산화 개질법(partial oxidation reforming) 등이 있다.
수증기 개질법은 주로 수소를 생산하기 위해 상용화된 기술로써 메탄과 고온의 수증기를 혼합하여 촉매 반응기에서 반응하는 시스템으로 높은 흡열반응이며 일정량의 탄화수소에서 다량의 수소를 얻을 수 있는 장점을 갖는 기술이다. 반면에 반응기가 크고 반응속도가 상대적으로 느리며 강한 흡열반응으로 높은 온도와 압력이 요구되어지며, 수소 전환율을 높이기 위해 촉매가 사용되는데 이는 황이나 질소에 의해 오염되어 수명이 짧아지는 문제점을 가지고 있다.
이산화탄소 개질법은 수증기 개질에 비해 보다 격렬한 흡열 반응으로 생성물로 수소뿐만 아니라 높은 함량의 일산화탄소를 동시에 얻을 수 있는 특징을 가지고 있고 8족 전이금속 촉매를 사용할 때 높은 활성이 나타난다.
부분산화 개질법은 연료의 불완전 연소를 통한 개질을 의미하며, 부분산화공정은 높은 발열반응으로 반응기의 온도를 매우 높은 상태로 유지시킨다. 이러한 부분산화 개질법은 수증기 개질법이나 이산화탄소 개질법과 달리 부분산화에서 발생하는 열로 인해 에너지 비용을 현격히 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 수증기 개질법과 이산화탄소 개질법은 반응을 활성화시키기 위하여 촉매가 필수적이지만 부분산화 개질법은 촉매가 없는 무촉매 상태에서도 고온에서 반응을 일으킨다. 이러한 부분산화 개질의 핵심은 반응에 필요한 열원의 공급방법과 LNG와 산화제의 양을 제어하여 부분산화반응을 활성화시키고 양질의 합성가스를 획득하는 것이다. 그렇기 때문에 순산소버너와 LNG 공급장치를 이용하여 LNG와 산소의 유량을 제어하는 시스템이 필요한 것이다.
그러나 반응이 고온이기 때문에 연료와 매체 가스의 화학 반응 양론 및 유체 역학적 특성을 잘 고려해서 고온 영역을 피해야 하고, 특히 LNG의 공급위치, 부분산화반응이 충분히 일어나도록 산화제와 LNG의 혼합을 유도해야 하는 문제점이 남아 있는 실정이다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반응로의 온도 및 반응로에서 생성되는 합성가스의 농도에 근거하여 반응로 및 순산소버너에 공급되는 LNG와 같은 가스 연료의 유량 및 순산소버너에 공급되는 산소 유량을 조절함으로써, 촉매를 사용할 필요없이 부분산화반응을 유도하여 합성가스를 생성할 수 있는 가스 연료 개질기를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 반응로에 공급되는 LNG와 같은 가스 연료를 순산소버너와 수직한 방향으로 제공함으로써 가스 연료가 반응로 내에서 충분히 체류하고 혼합될 수 있고 그로 인해 부분산화반응을 촉진하고 보다 효과적으로 합성가스를 생성할 수 있는 가스 연료 개질기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 가스 연료 개질기는 부분산화반응을 수행하여 합성가스를 생성할 수 있는 반응로; 상기 반응로에 일측에 제공되어 상기 반응로에 열을 공급하는 순산소버너; 상기 순산소버너에 산소를 공급할 수 있는 산소 공급 배관; 상기 순산소버너 및 상기 반응로에 가스 연료를 공급할 수 있는 하나 이상의 연료 공급 배관; 상기 반응로의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 센서; 및 상기 온도 측정 센서에 의해 측정된 상기 반응로의 온도에 따라 상기 반응로 및 상기 순산소버너에 공급되는 가스 연료의 유량 및 상기 순산소버너에 공급되는 산소의 유량 중 어느 하나 이상을 제어할 수 있는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반응로에 가스 연료를 공급하는 연료 공급 배관은 상기 순산소버너와 수직하거나 수직에 가까운 비스듬한 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가스 연료 개질기는, 상기 반응로에서 생성된 합성가스 중의 수증기를 응축할 수 있는 칠러(chiller); 및 상기 칠러를 통과한 합성가스의 농도를 측정하기 위한 가스 분석 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 가스 분석 장치에 의해 측정된 상기 합성가스의 농도에 따라 상기 반응로 및 상기 순산소버너에 공급되는 가스 연료의 유량 및 상기 순산소버너에 공급되는 산소의 유량 중 어느 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가스 연료 개질기는, 상기 반응로와 상기 칠러 사이에 수성-가스 전환 반응기(Water Gas Shift Reactor)를 더 포함하고, 상기 수성-가스 전환 반응기는 상기 합성가스 내의 일산화탄소를 수소로 변환시켜 수소를 획득할 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가스 연료 개질기는, 상기 합성가스를 이송하여 외부로 배출시킬 수 있는 ID 팬을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 ID 팬의 회전속도를 조절하여 상기 반응로의 부분산화반응의 반응시간을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 순산소버너는 동축 버너 형태로 구성되며, 상기 산소 공급 배관의 단부에는 선회기(Swirl Generator)가 제공되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가스 연료는 LPG, LNG 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반응로의 온도 및 반응로에서 생성되는 합성가스의 농도에 근거하여 반응로 및 순산소버너에 공급되는 LNG와 같은 가스 연료의 유량 및 순산소버너에 공급되는 산소 유량을 조절함으로써, 촉매를 사용할 필요없이 부분산화반응을 유도하여 양질의 합성가스를 용이하게 생성할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 반응로에 공급되는 LNG와 같은 가스 연료를 순산소버너와 수직한 방향으로 제공함으로써 가스 연료가 반응로 내에서 충분히 체류하고 혼합될 수 있고 그로 인해 부분산화반응을 촉진하고 보다 효과적으로 합성가스를 생성할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 합성가스 제조 방법보다 대량의 합성가스를 간단한 장치구성으로 만들 수 있고 무엇보다도 촉매를 쓰지 않으면서도 고온에서 수소의 농도가 높은 합성가스를 만들 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따라 생성된 합성가스는 F-T (Fisher-Tropsch) 공정 또는 기타 업그레이딩 공정을 통하여 액체 연료로의 전환이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 연료 개질기(100)를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 연료 개질기(100)를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3의 (a)는 가스 연료의 유량을 일정하게 유지하고 산소의 화학 양론비(Stoichiometry Ratio, SR)를 변경한 경우에 합성가스 내의 CO 및 CO2의 농도를 도시한 그래프이며,
도 3의 (b)는 가스 연료의 유량을 일정하게 유지하고 산소의 화학 양론비를 변경한 경우에 합성가스 내의 H2 및 CH4의 농도를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 가스 연료 개질기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
<실시예>
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 연료 개질기(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스 연료 개질기(100)는 반응로(110), 순산소버너(120), 산소 공급 배관(130), 연료 공급 배관(140), 칠러(chiller)(150), 가스 분석 장치(160) 및 제어부(170)을 포함할 수 있다.
반응로(110)는 화학반응이 일어날 수 있는 일반적인 중공 형상의 노(furnace)이며, 화학반응에 의해 발생되는 고온의 열을 견딜 수 있는한 그 재질은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서 반응로(110)는 후술되는 순산소버너(120)로부터 열을 공급받고 LNG와 같은 가스 연료 및 산소를 적절하게 제어하여 부분산화반응을 활성화시켜 합성가스를 생성하는 역할을 한다. 한편, 반응로(110)는 화학반응이 이루어질 수 있는 모든 형태의 시스템을 포함하는 개념으로서, 반드시 그 명칭에 한정되는 것이 아님을 유의한다.
순산소버너(120)는 반응로(110)의 일측 다시 말하면, 반응로(110)의 입구측에 제공되어 반응로(110)에 열을 공급하는 역할을 한다. 구체적으로 살펴보면 순산소버너(120)는 반응로(110) 내에 화염을 만들어 반응로(110)를 승온시켜 부분산화반응을 유도하는 장치이다.
이러한 순산소버너(120)는 동축 버너 형태로 구성되며, 화염의 안정성을 확보할 수 있고 화염의 길이를 단축시킬 수 있도록 산소 공급 배관(130)의 단부에는 선회기(Swirl Generator)(도시 안됨)가 제공될 수 있다. 한편 순산소버너(120) 및 선회기는 일반적으로 사용되는 구성을 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
산소 공급 배관(130)은 산소공급장치에 연결되고, 순산소버너(120)에 산소를 공급하는 역할을 한다. 산소 공급 배관(130)은 원형의 파이프로 구성될 수 있으며 순산소버너(120)에 산소를 공급할 수 있는 한 그 구성은 특별히 제한되지 않는다. 산소 공급 배관(130)을 통해 순산소버너(120)에 공급되는 산소의 유량은 후술되는 제어부(170)에 의해 조절될 수 있으며 이에 대해서는 후술하기로 한다.
연료 공급 배관(140)은 가스연료공급장치에 연결되고, 순산소버너(120) 및 반응로(110)에 가스 연료를 공급하는 역할을 한다. 연료 공급 배관(140)은 원형의 파이프로 구성될 수 있으며 순산소버너(120) 및 반응로(110)에 각각 가스 연료를 공급할 수 있도록 복수개의 배관으로 이루어질 수 있다. 연료 공급 배관(140)을 통해 순산소버너(120) 및 반응로(110)에 공급되는 가스 연료의 유량은 후술되는 제어부(170)에 의해 조절될 수 있으며 이에 대해서는 후술하기로 한다.
이러한 산소 공급 배관(130) 및 연료 공급 배관(140) 중 순산소버너(120)에 연결되는 배관은 동축의 파이프로 구성된다.
한편, 반응로(110)에 가스 연료를 공급하는 연료 공급 배관(140)은 순산소버너와 수직하거나 수직에 가까운 비스듬한 방향으로 배치되게 된다. 상기와 같이 반응로(110) 측면에서 가스 연료를 여러 방향으로 공급함으로써 반응로(110) 내에서 충분히 체류하고 혼합될 수 있게 된다. 본 발명의 실시예에서는 2개의 연료 공급 배관(140)이 순산소버너(120)와 수직한 방향으로 반응로(110)에 각각 연결되어 있으나, 연료 공급 배관(140)의 개수는 1개 또는 2개 이상이 될 수도 있으며, 순산소버너(120)와 일정한 각도를 주어 연결될 수도 있음을 유의한다.
연료 공급 배관(140)을 통해 순산소버너(120) 및 반응로(110)에 공급되는 가스 연료는 LPG, LNG 중 어느 하나일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 가스 연료로서 LNG를 이용한다.
칠러(chiller)(150)는 반응로(110)와 연결되며, 열교환을 통해 반응로(110)에서 생성된 합성가스 중의 수증기를 응축하는 역할을 한다. 칠러(150)는 수냉식 또는 공랭식 등 어느 형태를 사용할 수도 있으며, 합성가스 중의 수증기를 응축할 수 있는 한, 칠러(150)의 종류 및 구성은 제한되지 않음을 유의한다.
가스 분석 장치(160)는 칠러(150)를 통과한 합성가스의 농도를 측정하는 역할을 한다. 보다 구체적으로 가스 분석 장치(160)는 합성가스 내의 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 메탄의 농도를 측정하는 역할을 하며, 검출된 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 메탄의 농도에 관한 정보를 후술되는 제어부(170)로 송신한다.
제어부(170)는 가스 분석 장치(160)에 의해 측정된 합성가스 내의 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 메탄의 농도에 따라 반응로(110) 및 순산소버너(120)에 공급되는 가스 연료의 유량 및/또는 순산소버너(120)에 공급되는 산소의 유량을 제어하는 역할을 한다.
이러한 구성으로 인하여 본 발명에 따르면, 반응로(110) 및 순산소버너(120)에 공급되는 가스 연료의 유량 및/또는 순산소버너(120)에 공급되는 산소의 유량을 조절하여 반응로(110) 내에서 부분산화반응이 최대화 될 수 있도록 하여 양질의 합성가스를 제조하고 대량의 합성가스가 필요한 곳에 실시간으로 공급할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 가스 연료 개질기(200)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가스 연료 개질기(200)는 반응로(210), 순산소버너(220), 산소 공급 배관(230), 연료 공급 배관(240), 칠러(250), 가스 분석 장치(260), 제어부(270) 및 온도 측정 센서(280)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 가스 연료 개질기(200)는 도 1에 도시된 가스 연료 개질기(100)와 비교했을 때, 온도 측정 센서(280), 수성-가스 전환 반응기(290) 및 ID 팬(300)를 더 포함한다는 점을 제외하고는 동일한 구성요소를 가지므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
온도 측정 센서(280)는 반응로(210) 측면 내부에 설치되어 반응로(210)의 온도를 측정하는 역할을 하며, 측정된 반응로(210) 내부의 온도에 관한 정보를 제어부(270)로 송신한다. 본 발명의 실시예에서는 4개의 온도 측정 센서(280)가 사용되었지만 개수의 제한이 있는 것은 아니며 사용자의 의도에 따라 변경될 수 있음을 유의한다.
한편, 제어부(270)는 온도 측정 센서(280)에 의해 측정된 반응로(210) 내부의 온도에 따라 반응로(210) 및 순산소버너(220)에 공급되는 가스 연료의 유량 및/또는 순산소버너(220)에 공급되는 산소의 유량을 제어하는 역할을 한다.
즉, 도 2에 도시된 가스 연료 개질기(200)에서는 반응로(210) 내부의 온도 및 가스 분석 장치(260)에 의해 측정된 합성가스 내의 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 메탄의 농도에 따라 반응로(210) 및 순산소버너(220)에 공급되는 가스 연료의 유량 및/또는 순산소버너(220)에 공급되는 산소의 유량을 제어하게 된다.
이러한 구성으로 인해 본 발명에 따르면 반응로(210) 내에서 부분산화반응이 최대화 될 수 있도록 하여 양질의 합성가스를 제조하고 대량의 합성가스가 필요한 곳에 실시간으로 공급할 수 있게 된다.
한편, 가스 연료 개질기(200)는 수성-가스 전환 반응기(Water Gas Shift Reactor)(290) 및 ID 팬(300)을 더 포함할 수 있다
수성-가스 전환 반응기(290)는 반응로(210)와 칠러(250) 사이에 제공되며, 반응로(210)에서 생성된 합성가스 내의 일산화탄소를 수소로 변환시켜 고농도의 수소를 획득하는 역할을 한다. 이러한 수성-가스 전환 반응기(290)는 아래의 수성-가스 전환 반응을 이용하여 일산화탄소를 수소로 변환하게 된다.
[반응식 1]
CO + H2O → CO2 + H2
이러한 구성으로 인해 가스 연료 개질기(200)는 고농도의 수소만을 획득할 수 있게 된다. 한편, 이러한 수성-가스 전환 반응기(290)는 일반적으로 사용되는 구성을 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
ID 팬(300)은 칠러(250)의 후단에 제공되며, 반응로(210)에서 생성된 합성가스를 이송하여 외부로 배출시키는 역할을 한다. 한편, 제어부(270)는 ID 팬(300)의 회전속도를 조절하여 반응로(210)의 부분산화반응의 반응시간을 제어할 수도 있다. 이러한 ID 팬(300) 역시 일반적으로 사용되는 구성을 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3의 (a)는 가스 연료의 유량을 일정하게 유지하고 산소의 화학 양론비(Stoichiometry Ratio, SR)를 변경한 경우에 합성가스 내의 CO 및 CO2의 농도를 도시한 그래프이며, 도 3의 (b)는 가스 연료의 유량을 일정하게 유지하고 산소의 화학 양론비를 변경한 경우에 합성가스 내의 H2 및 CH4의 농도를 도시한 그래프이다.
구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 가스 연료 개질기(200)에 공급되는 LNG의 유량을 700 ℓ/min로 유지하고, 공급되는 산소의 유량을 조절함으로써 산소의 화학 양론비를 변경하였다, 이때, LNG의 완전 연소를 위해 필요한 최소 산소 요구량을 1로 설정하였다.
이 경우, 산소의 화학 양론비가 0.6인 경우에 CH4가 거의 분해되고 CO 약 30%, H2가 약 43%인 양질의 합성가스가 생성됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 가스 연료 개질기(200)의 실시예에서는 공급되는 LNG의 유량이 650 내지 750 ℓ/min인 경우 산소의 화학 양론비는 0.5 내지 0.7일 때 양질의 합성가스가 생성됨을 알 수 있다.
이러한 방식으로, 본 발명에 따른 가스 연료 개질기는 촉매를 사용하지 않고도, 온도 측정 센서에 의해 검출되는 반응로의 온도 및 가스 분석 장치에 의해 검출되는 합성가스의 농도에 근거하여 반응로 및 순산소버너에 공급되는 가스 연료의 유량 및/또는 순산소버너에 공급되는 산소의 유량을 조절함으로써 반응로 내에서의 부분산화반응을 향상시키고, 그로 인해 양질의 합성가스를 제조하고 대량의 합성가스가 필요한 곳에 실시간으로 공급할 수 있게 된다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
100: 가스 연료 개질기 110: 반응로
120: 순산소버너 130: 산소 공급 배관
140: 연료 공급 배관 150: 칠러(chiller)
160: 가스 분석 장치 170: 제어부
200:가스 연료 개질기 210: 반응로
220: 순산소버너 230: 산소 공급 배관
240: 연료 공급 배관 250: 칠러
260: 가스 분석 장치 270: 제어부
280: 온도 측정 센서 290: 수성-가스 전환 반응기
300: ID 팬

Claims (8)

  1. 부분산화반응을 수행하여 합성가스를 생성할 수 있는 반응로;
    상기 반응로에 일측에 제공되어 상기 반응로에 열을 공급하는 순산소버너;
    상기 순산소버너에 산소를 공급할 수 있는 산소 공급 배관;
    상기 순산소버너 및 상기 반응로에 가스 연료를 공급할 수 있는 하나 이상의 연료 공급 배관;
    상기 반응로에서 생성된 합성가스 중의 수증기를 응축할 수 있는 칠러(chiller);
    상기 칠러를 통과한 합성가스의 농도를 측정하기 위한 가스 분석 장치; 및
    상기 가스 분석 장치에 의해 측정된 상기 합성가스의 농도에 따라 상기 반응로 및 상기 순산소버너에 공급되는 가스 연료의 유량 및 상기 순산소버너에 공급되는 산소의 유량 중 어느 하나 이상을 제어할 수 있는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    가스 연료 개질기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응로에 가스 연료를 공급하는 연료 공급 배관은 상기 순산소버너와 수직한 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    가스 연료 개질기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 연료 개질기는,
    상기 반응로의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    가스 연료 개질기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 측정 센서에 의해 측정된 상기 반응로의 온도 및 상기 가스 분석 장치에 의해 측정된 상기 합성가스의 농도에 따라, 상기 반응로 및 상기 순산소버너에 공급되는 가스 연료의 유량 및 상기 순산소버너에 공급되는 산소의 유량 중 어느 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    가스 연료 개질기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가스 연료 개질기는,
    상기 반응로와 상기 칠러 사이에 수성-가스 전환 반응기(Water Gas Shift Reactor)를 더 포함하고,
    상기 수성-가스 전환 반응기는 상기 합성가스 내의 일산화탄소를 수소로 변환시켜 수소를 획득할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    가스 연료 개질기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스 연료 개질기는,
    상기 합성가스를 이송하여 외부로 배출시킬 수 있는 ID 팬을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 ID 팬의 회전속도를 조절하여 상기 반응로의 부분산화반응의 반응시간을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    가스 연료 개질기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 순산소버너는 동축 버너 형태로 구성되며,
    상기 산소 공급 배관의 단부에는 선회기(Swirl Generator)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    가스 연료 개질기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 연료는 LPG, LNG 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
    가스 연료 개질기.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001085039A (ja) 1999-09-10 2001-03-30 Daikin Ind Ltd 燃料電池システム
JP2007112644A (ja) 2005-10-18 2007-05-10 Idemitsu Kosan Co Ltd Co除去装置,燃料改質装置及び燃料電池システム
JP2008500941A (ja) 2004-05-28 2008-01-17 ハイラディックス,インク. 部分酸化/蒸気改質法を用いた水素の発生方法
US20090121191A1 (en) 2007-11-14 2009-05-14 Texyn Hydrocarbon, Llc System and method for high pressure synthesis gas processing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001085039A (ja) 1999-09-10 2001-03-30 Daikin Ind Ltd 燃料電池システム
JP2008500941A (ja) 2004-05-28 2008-01-17 ハイラディックス,インク. 部分酸化/蒸気改質法を用いた水素の発生方法
JP2007112644A (ja) 2005-10-18 2007-05-10 Idemitsu Kosan Co Ltd Co除去装置,燃料改質装置及び燃料電池システム
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