KR102139434B1 - 일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치 - Google Patents
일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102139434B1 KR102139434B1 KR1020190059756A KR20190059756A KR102139434B1 KR 102139434 B1 KR102139434 B1 KR 102139434B1 KR 1020190059756 A KR1020190059756 A KR 1020190059756A KR 20190059756 A KR20190059756 A KR 20190059756A KR 102139434 B1 KR102139434 B1 KR 102139434B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat exchanger
- heat
- passes
- synthesis gas
- gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/001—Controlling catalytic processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/508—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by selective and reversible uptake by an appropriate medium, i.e. the uptake being based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
- C01B2203/0425—In-situ adsorption process during hydrogen production
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
- C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
- C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
Abstract
본 발명은 일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 리폼 천연 가스 및 스팀이 혼합된 제1 혼합 스팀 천연 가스와, 개질기를 통과한 1차 합성 가스가 열교환되는 제1 열교환기;
상기 1차 합성 가스가 제1 열교환기를 통과하여 2차 합성 가스가 되고, 2차 합성 가스가 공기와 열교환되는 제2 열교환기;
상기 제2 열교환기의 외부에 구비되고, 상기 2차 합성 가스가 제2 열교환기를 통과하여 3차 합성 가스가 되며, 3차 합성 가스가 통과되는 전환반응기;
개질기내에서 나오는 배기 가스가 통과되고, 물이 통과하여 스팀을 발생시키는 스팀 제너레이터;
상기 스팀 제너레이터의 외부에 마련되고, 상기 3차 합성 가스가 전환반응기를 통과하여 4차 합성 가스가 되며, 상기 4차 합성 가스가 통과되고, 물이 통과되어 열교환이 이루어지는 제3 열교환기
상기 개질기 내에서 나오는 상기 배기 가스가 상기 스팀 제너레이터를 통과하고, 상온의 물이 통과되면서 열교환이 이루어지는 제4 열교환기를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 일체형 복합 열교환 장치가 구비되는 소형, 고효율의 수소 제조 장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 리폼 천연 가스 및 스팀이 혼합된 제1 혼합 스팀 천연 가스와, 개질기를 통과한 1차 합성 가스가 열교환되는 제1 열교환기;
상기 1차 합성 가스가 제1 열교환기를 통과하여 2차 합성 가스가 되고, 2차 합성 가스가 공기와 열교환되는 제2 열교환기;
상기 제2 열교환기의 외부에 구비되고, 상기 2차 합성 가스가 제2 열교환기를 통과하여 3차 합성 가스가 되며, 3차 합성 가스가 통과되는 전환반응기;
개질기내에서 나오는 배기 가스가 통과되고, 물이 통과하여 스팀을 발생시키는 스팀 제너레이터;
상기 스팀 제너레이터의 외부에 마련되고, 상기 3차 합성 가스가 전환반응기를 통과하여 4차 합성 가스가 되며, 상기 4차 합성 가스가 통과되고, 물이 통과되어 열교환이 이루어지는 제3 열교환기
상기 개질기 내에서 나오는 상기 배기 가스가 상기 스팀 제너레이터를 통과하고, 상온의 물이 통과되면서 열교환이 이루어지는 제4 열교환기를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 일체형 복합 열교환 장치가 구비되는 소형, 고효율의 수소 제조 장치가 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치에 관한 것이다.
천연가스를 이용하여 수소를 제조하는 수소 제조 장치는 개질기(reformer), 전환 반응기, PSA(Pressure swing adsorption)장치 및 열교환 장치를 포함한다.
개질기에서는 탈황된 천연가스와 수증기가 버너 가열 및 촉매 작용에 의해 개질반응을 일으켜 1차 합성가스가 생성된다.
전환 반응기에서는 수성 전이 반응을 통해 일산화탄소를 제거하여 수소 함량이 더욱 높은 2차 합성가스가 생성된다.
2차 합성가스는 PSA장치로 공급되어 압력스윙흡착 공정에 의해 일산화탄소를 포함한 불순물을 제거하여 고순도의 수소가스를 생산한다.
열교환 장치는 상기 장치들로 천연가스, 물 또는 스팀, 합성가스, 공기(에어), 배기가스가 이동할 때 이들을 상호 열교환 시킴으로써, 각 장치로 유입되는 유체의 온도 조건을 만족시키고, 수소 제조 장치의 에너지 효율을 향상시킨다.
한편, 수소 제조 장치의 열교환 장치는 열교환 효율이 좋지 못하여 각 유체의 반응기 입구 온도 조건을 충족시키지 못하는 경우가 많았다.
특히, 개질기로 공급되는 천연가스와 수증기의 온도가 충분히 상승되지 못하여 개질기의 반응 성능이 저하되고, 이를 만회하기 위해 버너에서 사용되는 연료량이 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 열교환 장치를 이루는 각 열교환기들이 서로 분산 또는 개별 배치되어 있어서, 수소 제조 장치의 설치 면적이 증가하고, 연결 배관량이 증가하므로 유체의 열 손실량이 증가하며, 제작이 복잡하고 점검 및 보수가 불편하다는 문제점이 있었다. 또한, 배관 연결부가 많음에 따라 천연가스, 합성가스 및 수소 등 배관 내의 작동유체의 누설가능성이 커져 점검부위가 증가하고 화재 및 폭발 위험성이 증대되는 문제가 발생한다. 이로 인하여 설비 안전인증기준이 상승되어 설비제작비, 설치비 증가의 원인이 되기도 한다.
본 발명은 수소 제조 장치에 구비되는 복수의 열교환기 및 스팀 제너레이터, 전환반응기를 일체화하여 복수의 열교환기 간의 연결 배관을 간소화하거나 생락함으로서 장치의 크기를 작게 하여 제작비를 경감하고 , 열 손실을 최소화하여 수소 제조 효율을 높일 수 있도록 한 일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 배관 연결부가 급격히 감소함에 따른 혼합가스 및 수소 등 배관 내의 작동유체의 누설가능성을 줄여 점검을 용이하게 하고 화재 및 폭발 위험성을 감소시키는 수소 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결 수단은, 리폼 천연 가스 및 스팀이 혼합된 1차 혼합 스팀 천연 가스와, 개질기를 통과한 1차 합성 가스가 열교환되는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기의 외부에 구비되고, 상기 1차 합성 가스가 제1 열교환기를 통과하여 2차 합성 가스가 되고, 2차 합성 가스가 공기(에어)와 열교환되는 제2 열교환기;
상기 제2 열교환기의 외부에 구비되고, 상기 2차 합성 가스가 제2 열교환기를 통과하여 3차 합성 가스가 되며, 3차 합성 가스가 통과되는 전환반응기;
개질기내에서 나오는 배기 가스가 U자관을 통과하고, 그 외부에 물이 공급되어 스팀을 발생시키는 스팀 제너레이터;
상기 스팀 제너레이터의 외부에 마련되고, 상기 3차 합성 가스가 전환반응기를 통과하여 4차 합성 가스가 되며, 상기 4차 합성 가스가 코일관 외부로 통과되고, 코일관 내로 물이 통과되어 열교환이 이루어지는 제3 열교환기;
상기 개질기 내에서 나오는 상기 배기 가스가 상기 스팀 제너레이터를 지나 코일관 외부로 통과되고 코일관 내로 상온의 물이 통과되면서 열교환이 이루어지는 제4 열교환기를 포함하는 일체형 복합 열교환 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 일체형 복합 열교환 장치가 구비되는 수소 제조 장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 복수의 열교환기 및 스팀 제너레이터, 전환반응기를 일체화하여 복수의 열교환기 간의 배관을 없앰으로서 장치의 크기를 축소하여 제작 단가를 줄이고, 누설부를 줄여 안전성을 향상시키며, 열손실을 최소화하여 수소제조효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일체형 복합 열교환 장치를 갖는 수소제조 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 도1의 제 1모듈(상부모듈)의 A-A 단면도이다. 수직형 전열관이 환형으로 이루어지고 내부에서 외부로 1차 열교환기, 2차 열교환기, 전환반응기 로 구성된다.
도 2는 도1의 제 1모듈(상부모듈)의 A-A 단면도이다. 수직형 전열관이 환형으로 이루어지고 내부에서 외부로 1차 열교환기, 2차 열교환기, 전환반응기 로 구성된다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시 도면에 의거 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일체형 복합 열교환 장치를 갖는 수소제조 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 복합 열교환 장치(100)는 제1 열교환기(110), 제1 열교환기(110)의 둘레에 마련되는 제2 열교환기(120)를 포함할 수 있다.
제2 열교환기(120)의 둘레에는 전환반응기(200)를 갖출 수 있다.
또한, 복합 열교환 장치(100)는 스팀 제너레이터(steam generator)(300)와, 스팀 제너레이터(300)의 둘레에 각각 제3 열교환기(130)와 제4 열교환기(140)를 포함할 수 있다.
개질용 천연 가스(NG)는 천연 가스 압축기를 통과하여 압축(9 bar)되고, 리폼(reform) 천연가스가 될 수 있다.
리폼 천연 가스는 스팀 제너레이터(300)에서 공급되는 180도 정도의 스팀과 합해져서 160도 정도의 1차 혼합 스팀천연가스로 되어 제1 열교환기(110)의 전열관 내부를 통과할 수 있고, 개질기(400)를 통해서 나오는 고온(500도 이상)의 1차 합성가스와 열교환하여 400도 ~ 500도로 승온되어서 2차 혼합 스팀천연가스로 되어 개질기(400)로 유입될 수 있다.
연소용 천연가스는 제2 열교환기(120)의 전열관 내부를 통과하는 고온의 공기(air)와 혼합되고, 개질기(400)에 마련되는 버너(410)에 공급될 수 있다.
버너에 공급되는 에어와 혼합된 연소용 천연 가스는 개질기(400)의 촉매를 가열하는 화염을 구성할 수 있다.
상온의 물은 전열관 코일의 내부를 흐르면서 제4 열교환기(140)를 통과하고, 200도 이상의 고온의 배기 가스4(flue gas)와 열교환하여 100도 정도로 승온되어 물1이 될 수 있다.
제 4열교환기에서 1차로 승온된 물1은 전열관 코일의 내부를 흐르면서 제3 열교환기(130)를 통과하고, 이때 전환반응기(200)를 통과하여 약 300도로 되는 4차 합성가스(syngas 4)가 제3 열교환기(130)를 통과할 수 있다.
제3 열교환기(130)에서는 제 4열교환기에서 1차로 승온된 물1과 4차 합성 가스(syngas 4)의 열교환이 이루어질 수 있으며, 열교환된 물은 9기압 180도의 포화 온도의 물로 되고, 이 물은 스팀 제너레이터(300)로 이동할 수 있다.
상기 스팀 제너레이터(300)에 공급되는 180도의 고온의 물은 500도 이상의 고온의 배기 가스 3과 열교환하여 180도의 포화 스팀으로 될 수 있다.
상기 포화 스팀은 스팀제너레이터 상부에서 상기 리폼 천연 가스와 합해져서 제 1열교환기의 전열관 내부를 통과하여 400도 ~ 500도의 고온의 가스가 되어 개질기(400)로 유입될 수 있다.
상기 포화 스팀과 상기 리폼 천연 가스가 혼합되는 상기 혼합 가스를 '제1 혼합 스팀 천연 가스'로 정의하고 제1 열교환기를 통과한 고온의 혼합 가스를 '제2 혼합 스팀 천연 가스'로 정의하면, 제2 혼합 스팀 천연 가스는 개질기(400)로 유입되고, 개질기(400)내의 고온의 촉매층을 통과하며, 수소를 다량 함유한 1차 합성 가스(syngas 1)로 개질될 수 있다.
500도 이상의 1차 합성 가스는 제1 열교환기(110)를 통과하여 350도 정도의 2차 합성 가스(syngas 2)로 될 수 있다.
2차 합성 가스는 제1 열교환기의 외벽 하부에 가공된 다수의 홀(hole)과 연결된 제2 열교환기(120)의 전열관 외벽을 따라 상부로 이동하며 통과하고, 제2 열교환기 전열관 내부를 위에서 아래로 이동하는 상온의 공기와 열교환하여 200도 정도의 3차 합성 가스(syngas 3)로 될 수 있으며, 이 3차 합성 가스는 제 2열교환기 외벽에 가공된 다수의 홀을 따라 전환반응기(200)로 유입될 수 있다.
3차 합성 가스는 전환반응기(200)내의 촉매층을 통과하면서 개질되고, 흡열 반응으로 온도가 약 300도 정도로 상승된 4차 합성 가스(syngas 4)로 되며,
4차 합성 가스는 제 3열교환기의 코일 전열관 외벽을 따라 상에서 하 방향으로 이동하면서 코일전열관 내부를 흐르는 100도 정도의 물1과 열교환하여 150~170도 정도의 5차 합성가스로 되며 냉각수가 순환되는 보조열교환기를 통과하면서 30 ~ 50도 이하의 저온의 6차 합성 가스(syngas 6)로 될 수 있다.
6차 합성 가스는 기액분리기(seperator)로 유입되어 물과 분리되어 7차 합성가스가 될 수 있다.
7차 합성가스는 PSA(500)로 공급되어 고순도의 수소로 정제되어 탱크에 저장될 수 있다.
상온의 공기(에어)는 제2 열교환기(120)로 유입되고, 2차 합성 가스(syngas 2)와 열교환하여 온도가 상승된 상태(hot air)로 연소용 천연 가스와 혼합된 상태로 버너로 유입될 수 있다.
본 발명의 일체형 복합 열교환 장치(100)에는 복수의 열교환기(제1 열교환기(110) 내지 제4 열교환기(140))가 일체로 구성될 수 있고, 열교환기와 열교환기 사이가 이격되지 않아 배관이 필요 없게 될 수 있다.
따라서, 복수의 열교환기를 통과하는 유체(천연 가스, 물, 배기 가스 등)의 열교환 작용시 열 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 하나의 일체형 복합 열교환 장치(100)로 인해 설치 공간을 적게 차지할 수 있다.
또한, 본 발명은 배관연결부를 감소시킴으로서 누설을 최소화 하여 안전한 장치를 만들 수 있다.
본 발명은 일체형 복합 열교환 장치(100)가 구비되는 수소 제조 장치를 마련할 수 있다.
본 발명의 수소 제조 장치는 일페형 복합 열교환 장치(100)가 구비되고, 개질기(400), 천연 가스 압축기, 보조열교환기, 기액분리기 등이 설치될 수 있다.
특히, 열교환기의 조합에 있어 그 열손실을 최소화하고 각각의 열교환기가 상호 보완작용을 하게 함으로써 수소 제조 장치의 모듈화, 고성능화, 고효율화, 원가절감을 도모하는 것이다.
우선 일체형 복합 열교환 장치(100)는 전체가 원통형 형태로써 저온의 하부 모듈 (제 2모듈)과 고온의 상부 모듈 (제 1모듈)로 나뉜다.
하부 모듈(제 2모듈)은 내부에는 스팀제너레이터(300)가 위치하고 그 외부에 저온의 물을 가열하는 제 3열교환기(130)와 제 4열교환기(140)가 상하로 위치하며 제 3열교환기(130) , 제 4열교환기(140)는 물을 가열하는 열교환기로써 혼합가스열교환기인 제 1열교환기(110) , 제 42열교환기(120)에 비하여 동일한 열교환량을 기준으로 하면 일반적으로 1/3 이하의 적은 전열면적을 갖는다. 상대적으로 낮은 온도에서 작동되는 열교환기가 외부에 위치함으로써 외부 단열의 두께를 줄일 수 있다. 또한 내부의 스팀제너레이터(300)와 제 3열교환기(130) ,제 4열교환기(140)사이에는 온도분포가 유사할 뿐만 아니라 제 3열교환기(130)의 4차 합성가스 및 제 4열교환기(140)의 배기가스4가 스팀 제너레이터(300) 내의 스팀 및 물과 일부 열교환하여도 결국 물을 가열하는 것이므로 전체적인 시스템의 효율향상에 기여한다. 그러므로 스팀제너레이터(300)와 제 3열교환기와 제 4열교환기 사이에는 단열의 필요성이 없다. 이것은 제작의 용이성 및 제작비 절감에 기여한다. 또한 물은 혼합가스에 비해 체적이 작으므로 제 3열교환기(130), 제 4열교환기(140)는 물이 코일형의 전열관 내를 직렬로 이동하게하거나 작은 전열관을 여러개 수직 도는 수평으로 배치하여 제작할 수 있다.
상대적으로 고온인 상부 모듈(제 1모듈)은 제 1열교환기(110), 제 2열교환기(120), 전환반응기(200)로 구성된다. 제 1열교환기(110)는 스팀제너레이터(300)의 상부에 위치하여 스팀제너레이터(300)에서 발생한 스팀이 연결 배관없이 제 1열교환기(110)의 전열관 내를 통과하면서 1차 합성가스와 열교환하여 개질기로 이동한다. 또한 2차 합성가스는 제 1열교환기(110) 외벽 하부의 원주방향으로 가공된 여러 개의 원형 또는 타원형 홀(Hole)을 통해 제 2열교환기(120)로 이동하며 전열관 내를 흐르는 상온의 공기와 열교환 한 후 3차 합성가스로 되어 제2 열교환기(120) 외벽 상부에 원주방향으로 가공된 여러 개의 원형 또는 타원형 홀(Hole)을 통해 전환반응기(200)로 이동한다. 전환반응기(200)에서는 촉매와 반응하여 4차 합성가스가 되어 하부 모듈(제2 모듈)의 제3 열교환기(130)로 이동한다. 이 경우 제 1열교환기(110),제 2열교환기(120) 및 전환반응기(200) 사이의 격벽에 단열재를 하지 않거나 개별적으로 제작된 열교환기의 경우에 비하여 현저히 얇은 단열재를 사용할 수 있다. 또한 상대적으로 낮은 온도의 전환반응기가 외부에 위치함으로써 외부 단열의 두께를 줄일 수 있다.
상기 일체형 복합열교환장치(100)는 상기 언급한 적층형 구조를 갖음으로서 열교환기 간 배관 및 단열재의 사용을 최소화 하고 소형화 모듈화되어 원가절감이 가능하고 생산이 용이하여 기존 장치와 비교하여 시장 경쟁력을 갖을 수 있다. 또한 열손실을 최소화하여 열교환 장치의 고효율화가 가능하여 수소제조장치의 생산효율 극대화할 뿐만아니라 장치의 안전성도 증대시킬 수 있다.
100 : 일체형 복합 열교환 장치 110 : 제1 열교환기
120 : 제2 열교환기 130 : 제3 열교환기
140 : 제4 열교환기 150 : 보조열교환기
160 : 기액분리기 200 : 전환반응기
300 : 스팀 제너레이터 400 : 개질기
410 : 버너 500: PSA
120 : 제2 열교환기 130 : 제3 열교환기
140 : 제4 열교환기 150 : 보조열교환기
160 : 기액분리기 200 : 전환반응기
300 : 스팀 제너레이터 400 : 개질기
410 : 버너 500: PSA
Claims (3)
- 리폼 천연 가스 및 스팀이 혼합된 제1 혼합 스팀 천연 가스와, 개질기를 통과한 1차 합성 가스가 열교환되는 제1 열교환기;
상기 1차 합성 가스가 제1 열교환기를 통과하여 2차 합성 가스가 되고, 2차 합성 가스가 공기와 열교환되는 제2 열교환기;
상기 제2 열교환기의 외부에 구비되고, 상기 2차 합성 가스가 제2 열교환기를 통과하여 3차 합성 가스가 되며, 3차 합성 가스가 통과되는 전환반응기;
개질기내에서 나오는 배기 가스가 통과되고, 물이 통과하여 스팀을 발생시키는 스팀 제너레이터;
상기 스팀 제너레이터의 외부에 마련되고, 상기 3차 합성 가스가 전환반응기를 통과하여 4차 합성 가스가 되며, 상기 4차 합성 가스가 통과되고, 물이 통과되어 열교환이 이루어지는 제3 열교환기
상기 개질기 내에서 나오는 상기 배기 가스가 상기 스팀 제너레이터를 통과하고, 상온의 물이 통과되면서 열교환이 이루어지는 제4 열교환기;
를 포함하는 일체형 복합 열교환 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 열교환기, 제2 열교환기 및 전환반응기가 서로 밀착되는 제1 모듈이라고 정의하고,
상기 스팀 제너레이터, 제3 열교환기 및 제4 열교환기가 서로 밀착되는 제2 모듈이라고 정의할 때,
상기 제1 모듈과 제2 모듈은 상하 일체로 형성되는 일체형 복합 열교환 장치.
- 상기 제1 항 내지 제2 항중 어느 한 항에 기재된 일체형 복합 열교환 장치가 구비되고,
개질용 천연 가스를 압축하여 리폼 천연 가스가 되도록 하는 천연 가스 압축기와;
상기 전환반응기를 통과하여 형성되는 5차 합성 가스와 냉각수가 순환되는 보조열교환기에서 열교환이 이루어져서 6차 합성 가스가 되며, 상기 6차 합성 가스가 유입되는 기액분리기;
를 포함하는 수소 제조 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190059756A KR102139434B1 (ko) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190059756A KR102139434B1 (ko) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102139434B1 true KR102139434B1 (ko) | 2020-07-29 |
Family
ID=71893474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190059756A KR102139434B1 (ko) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102139434B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002212566A (ja) * | 2001-01-17 | 2002-07-31 | Nippon Steel Corp | コークス乾式消火装置およびこれを利用した消火方法 |
| KR100783004B1 (ko) * | 2005-04-22 | 2007-12-07 | (주)오선텍 | 금속단일체형 촉매체가 내장된 수증기 개질장치 |
| KR20090044811A (ko) * | 2007-11-01 | 2009-05-07 | 에스케이에너지 주식회사 | 용이한 초기 구동, 운전 안정성 및 높은 열효율을 갖는수소발생 장치 |
| KR20180022041A (ko) * | 2016-08-23 | 2018-03-06 | 한국가스공사 | 개질 시스템 |
-
2019
- 2019-05-21 KR KR1020190059756A patent/KR102139434B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002212566A (ja) * | 2001-01-17 | 2002-07-31 | Nippon Steel Corp | コークス乾式消火装置およびこれを利用した消火方法 |
| KR100783004B1 (ko) * | 2005-04-22 | 2007-12-07 | (주)오선텍 | 금속단일체형 촉매체가 내장된 수증기 개질장치 |
| KR20090044811A (ko) * | 2007-11-01 | 2009-05-07 | 에스케이에너지 주식회사 | 용이한 초기 구동, 운전 안정성 및 높은 열효율을 갖는수소발생 장치 |
| KR20180022041A (ko) * | 2016-08-23 | 2018-03-06 | 한국가스공사 | 개질 시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106413873B (zh) | 陶瓷氧输送膜片阵列重整反应器 | |
| US7494516B2 (en) | Highly integrated fuel processor for distributed hydrogen production | |
| CA2578622C (en) | Catalytic reactor | |
| WO2016119224A1 (zh) | 一种等温低温变换炉及变换工艺 | |
| KR100968541B1 (ko) | 연료전지시스템의 연료변환장치 | |
| JP2008535766A (ja) | 熱交換器用の一体型かつ円筒状の水蒸気改質装置 | |
| JP4718910B2 (ja) | 水素製造装置および水素製造方法 | |
| PT1425244E (pt) | Unidade de reformação compacta papa produção de hidrogénio a partir de hidrocarbonetos em estado gasoso na gama de baixa potência. | |
| CN110114923B (zh) | 燃料处理装置 | |
| KR102139434B1 (ko) | 일체형 복합 열교환 장치 및 이를 구비하는 수소 제조 장치 | |
| JP2004175581A (ja) | 内熱式水蒸気改質装置 | |
| JPS59217605A (ja) | 水素発生装置 | |
| JPH07320758A (ja) | 一体型燃料電池発電装置 | |
| KR101089932B1 (ko) | 연료전지시스템의 연료변환장치 | |
| KR101695160B1 (ko) | 수소 제조 장치 | |
| KR100475587B1 (ko) | 연료전지를 위한 평판형 연료개질기 | |
| KR101205538B1 (ko) | 고체 산화물 연료 전지 시스템 | |
| KR101335504B1 (ko) | 단일 물 배출 포트가 구비되는 연료전지 장치 | |
| CA2685284C (en) | Highly heat integrated fuel processor for hydrogen production | |
| JP4295061B2 (ja) | 蒸発器 | |
| KR20120074401A (ko) | 연료 전지용 연료 변환 장치 | |
| JP2023134282A (ja) | 燃料電池システムのホットモジュール | |
| KR102453177B1 (ko) | 연료전지 장치 | |
| JP2023134283A (ja) | 燃料電池システムのホットモジュール | |
| JP2024046541A (ja) | 燃料電池システムのホットモジュール |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |