KR102153130B1 - Methanol Reformer with enhanced heat transfer ability and Method for manufacturing the same - Google Patents
Methanol Reformer with enhanced heat transfer ability and Method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102153130B1 KR102153130B1 KR1020200045124A KR20200045124A KR102153130B1 KR 102153130 B1 KR102153130 B1 KR 102153130B1 KR 1020200045124 A KR1020200045124 A KR 1020200045124A KR 20200045124 A KR20200045124 A KR 20200045124A KR 102153130 B1 KR102153130 B1 KR 102153130B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal foam
- reformer
- jig
- catalyst
- tube
- Prior art date
Links
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 84
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 85
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 claims description 99
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 7
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001651 catalytic steam reforming of methanol Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006328 Styrofoam Polymers 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000008261 styrofoam Substances 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
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
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
- B01J8/0449—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
- B01J8/0453—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
-
- B01J35/026—
-
- 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
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
-
- 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
- C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/326—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents characterised by the catalyst
-
- 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
- B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
-
- 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
- B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
- B01J2208/023—Details
- B01J2208/024—Particulate material
-
- 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
- B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
- B01J2208/023—Details
- B01J2208/027—Beds
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
-
- 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
-
- 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
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
- C01B2203/1029—Catalysts in the form of a foam
-
- 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
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1082—Composition of support materials
-
- 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
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1217—Alcohols
- C01B2203/1223—Methanol
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 개질기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 메탄올 연료로부터 촉매 반응으로 수소를 획득할 수 있는 열전달이 개선된 개질기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a reformer, and more particularly, to a reformer with improved heat transfer capable of obtaining hydrogen by a catalytic reaction from methanol fuel, and a method for producing the same.
개질 반응기는 반응물인 메탄올과 수증기를 공급받아, 수증기 개질 반응을 통해 수소가 다량 함유된 개질가스를 생산할 수 있다. 이때 메탄올과 수증기 개질 반응은 흡열 반응으로서, 외부에서 생성되는 열이 촉매 반응이 일어나는 촉매까지 지속적으로 공급되어야지 반응이 지속될 수 있다.The reforming reactor receives methanol and steam as reactants, and can produce a reformed gas containing a large amount of hydrogen through a steam reforming reaction. At this time, the methanol and steam reforming reaction is an endothermic reaction, and the reaction can be continued only when heat generated from the outside is continuously supplied to the catalyst where the catalytic reaction occurs.
일반적인 메탄올 수증기 개질기용 촉매는 구리, 아연, 백금, 팔라듐 등의 원소를 사용하여 펠렛 혹은 모노리쓰 형태로 존재한다. 펠렛은 지지체와 촉매원소가 분말형태로 제조된 후, 프레싱하여 작은 원기둥 형태로 제조된다. A catalyst for a general methanol steam reformer exists in the form of pellets or monoliths using elements such as copper, zinc, platinum, and palladium. Pellets are prepared in the form of small cylinders by pressing the support and catalyst elements in powder form.
모노리쓰는 격자형으로 압출된 알루미나 지지체에 필요한 촉매원소가 얇은 막으로 코팅되어 제조된다. 일반적으로 상기의 펠렛이나 모노리쓰 촉매는 모두 같은 조성의 원소로 구성되어 있다.Monolith is produced by coating a thin film with a catalyst element required for an alumina support extruded in a lattice shape. In general, all of the above pellets and monolithic catalysts are composed of elements of the same composition.
메탄올 개질 반응기에서는 펠렛 타입의 촉매를 튜브형 반응기 내부에 넣어 운전하는 것이 일반적이다. 즉, 튜브 내부에는 펠렛 타입의 촉매가 존재하고, 튜브 외부에는 열을 지속적으로 공급되는 형태로 개질기가 설계 및 제작된다.In a methanol reforming reactor, a pellet-type catalyst is generally operated by putting it inside a tubular reactor. That is, a pellet-type catalyst is present inside the tube, and a reformer is designed and manufactured in a form in which heat is continuously supplied to the outside of the tube.
이러한 메탄올 수증기 개질기의 경우, 개질기 용량이 작아 촉매가 담기는 튜브의 직경이 작을 때는 유용하다. 왜냐하면 개질기 내부에는 다수의 튜브가 사용되고, 그 튜브의 직경이 작으면 전체적인 열전달 면적이 증가하기 때문이다. In the case of such a methanol steam reformer, it is useful when the reformer capacity is small and the diameter of the tube containing the catalyst is small. This is because a number of tubes are used inside the reformer, and when the diameter of the tube is small, the overall heat transfer area increases.
하지만, 개질기의 용량이 증가할 경우에는 촉매가 담기는 튜브의 직경이 필연적으로 증가할 수밖에 없다. 튜브의 직경이 증가하면 전체적인 열전달 면적이 감소할 뿐만 아니라 튜브 외부에서 전달되어지는 열이 튜브 중심에 위치한 촉매까지 들어오기가 힘들어 진다. 따라서 튜브 외곽에 위치한 촉매만 흡열반응과 외부 열공급이 균형을 맞춰 제대로 동작할 뿐, 튜브 중심에 위치한 촉매는 온도가 낮아져 촉매의 성능이 떨어질 수 있다. However, when the capacity of the reformer increases, the diameter of the tube containing the catalyst inevitably increases. As the diameter of the tube increases, the overall heat transfer area decreases, and it is difficult for the heat transferred from the outside of the tube to enter the catalyst located at the center of the tube. Therefore, only the catalyst located outside the tube operates properly in a balance between the endothermic reaction and the external heat supply, and the catalyst located in the center of the tube lowers the temperature and thus the performance of the catalyst may decrease.
이러한 펠렛 타입의 촉매의 또 다른 문제는 진동과 충격에 약하다는 것이다. 수소 충전소(수소 스테이션)와 같이 대부분의 민수용 개질기는 지상에 고정되어 있는 정치형 타입이다. 이를 보여주는 도면이 도 1 및 도 2에 도시된다. 따라서 개질기는 운용 중에 진동이나 충격 환경에 노출될 가능성이 거의 희박하다. Another problem with these pellet-type catalysts is that they are susceptible to vibration and shock. Most civil reformers, such as hydrogen filling stations (hydrogen stations), are stationary types fixed on the ground. A view showing this is shown in FIGS. 1 and 2. Therefore, the reformer is unlikely to be exposed to vibration or impact environments during operation.
이에 반해 잠수함과 같이 무기체계에 적용되는 개질기는 훨씬 가혹한 기계적 환경에 노출된다. 펠렛 타입의 촉매가 진동과 충격환경에 노출되면 촉매가 담겨있던 구조가 무너질 수 있다. 즉, 펠렛끼리 충돌에 의한 파쇄(도 2의 210) 및 공동(void) 공간(도 2의 220)으로 펠렛 이동 등으로 인하여 분말 가루가 생성되거나 촉매의 전체 부피 감소가 발생될 수 있다. 위의 상황과 같이 촉매의 구조가 무너지게 되면 개질기의 차압이 증가하며, 촉매의 파쇄가 가속화되는 문제점이 있다.On the other hand, reformers applied to weapons systems such as submarines are exposed to a much harsher mechanical environment. When the pellet-type catalyst is exposed to vibration and impact environments, the structure containing the catalyst may collapse. That is, due to the crushing (210 of FIG. 2) and movement of the pellets into the void space (220 of FIG. 2) due to collision between the pellets, powdery powder may be generated or the total volume of the catalyst may be reduced. If the structure of the catalyst is collapsed as in the above situation, the differential pressure of the reformer increases, and there is a problem that the crushing of the catalyst is accelerated.
특히, 펠렛 타입의 촉매는 생산하기도 쉽고, 취급도 용이하므로 튜브 반응기에 펠렛형 촉매를 사용하는 것은 타당한 접근 방식이다. 다만 펠렛 타입의 촉매가 진동이나 충격에 의해 이동/분쇄하기 쉽고, 튜브의 직경이 증가할수록 튜브 중심에 존재하는 촉매까지 열전달이 되지 않는다는 단점이 있다.In particular, since the pellet type catalyst is easy to produce and handle, it is a reasonable approach to use a pellet type catalyst in a tube reactor. However, there is a disadvantage in that the pellet-type catalyst is easy to move/crush by vibration or impact, and as the diameter of the tube increases, heat does not transfer to the catalyst existing in the center of the tube.
또한, 기존 개질기에서는 펠렛 촉매를 지지하기 위하여 독립적인 구조물(예를 들어 메쉬망이 용접된 상태)이 존재해야 하는 단점이 있다.In addition, in the conventional reformer, there is a disadvantage that an independent structure (for example, a mesh net is welded) must exist to support the pellet catalyst.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 메탄올 연료로부터 촉매 반응으로 수소를 획득할 수 있는 열전달이 개선된 개질기 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the problems according to the above background, and an object thereof is to provide a reformer with improved heat transfer capable of obtaining hydrogen through a catalytic reaction from methanol fuel and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 펠렛 타입의 촉매가 진동이나 충격에 의해 이동/분쇄되기 쉽지 않는 열전달이 개선된 개질기 및 이의 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a reformer with improved heat transfer and a method for producing the same, in which the pellet-type catalyst is not easily moved/crushed by vibration or impact.
또한, 본 발명은 튜브의 직경이 증가함에도 튜브 중심에 존재하는 촉매까지 열전달이 가능한 개질기 및 이의 제조 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, it is another object of the present invention to provide a reformer capable of transferring heat to a catalyst existing in the center of the tube even though the diameter of the tube is increased, and a method of manufacturing the same.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 메탄올 연료로부터 촉매 반응으로 수소를 획득할 수 있는 열전달이 개선된 개질기를 제공한다.The present invention provides a reformer with improved heat transfer capable of obtaining hydrogen through a catalytic reaction from methanol fuel in order to achieve the problems presented above.
상기 개질기는,The reformer,
메탄올 개질기에 있어서,In the methanol reformer,
다수개의 펠렛 형태 혹은 타블렛 형상의 촉매; A plurality of pellet-shaped or tablet-shaped catalysts;
상기 촉매가 내부에 담지되는 K(K는 정수)개의 메탈폼 컵;K (K is an integer) number of metal foam cups on which the catalyst is supported;
K개의 상기 메탈폼 컵이 튜브내에서 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the K metal foam cups are sequentially stacked in the tube.
또한, K개의 상기 메탈폼 컵이 상기 튜브내에서 적층 후, 압착에 의해 소성 변형되는 것을 특징으로 한다.In addition, the K metal foam cups are laminated in the tube and then plastically deformed by compression.
또한, 상기 압착은 지그를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the compression is characterized in that it is made using a jig.
또한, 상기 지그는, K개의 상기 메탈폼 컵 중 최하단면 및 최상단면을 각각 지지하는 하부 지그 및 상부 지그;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the jig may include a lower jig and an upper jig respectively supporting a lowermost end surface and an uppermost end surface of the K metal foam cups.
또한, 상기 하부 지그는 제 1 가로 부재와 상기 제 1 가로 부재에 수직으로 형성되는 제 1 세로 부재로 이루어지며, 상기 제 1 세로 부재의 직경은 상기 메탈폼 컵의 외경과 동일하고, 상기 상부 지그는 제 2 가로 부재와 상기 제 2 가로 부재에 수직으로 형성되는 제 2 세로 부재로 이루어지며, 상기 제 2 세로 부재는 제 1 단과 상기 제 1 단에 단차를 두고 형성되는 제 2 단으로 이루어지며, 상기 제 2 단의 직경은 K개의 상기 메탈폼 컵의 내경과 동일하거나 작은 것을 특징으로 한다.In addition, the lower jig is composed of a first horizontal member and a first vertical member formed perpendicular to the first horizontal member, the diameter of the first vertical member is the same as the outer diameter of the metal foam cup, the upper jig Is composed of a second horizontal member and a second vertical member formed perpendicular to the second horizontal member, the second vertical member is composed of a first end and a second end formed with a step difference between the first end, The diameter of the second stage is characterized in that the same or smaller than the inner diameter of the K number of the metal foam cups.
또한, K개의 상기 메탈폼 컵은 각각 시트 형상의 메탈폼(metal foam)을 소성 가공하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, each of the K metal foam cups is characterized in that they are formed by plastic processing a sheet-shaped metal foam.
또한, 상기 메탈폼의 재질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag) 및 Fe 계열의 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the material of the metal foam is any one of nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr), tin (Sn), gold (Au), silver (Ag), and Fe-based metal It is characterized by being.
또한, 상기 메탈폼은 기공을 갖는 구조인 것을 특징으로 하며, 바람직하게 N(N>M)개(N은 정수임)의 기공을 갖는 구조일 수 있다.In addition, the metal foam is characterized in that it has a structure having pores, and may preferably have a structure having N (N>M) pores (N is an integer).
또한, K개의 상기 메탈폼 컵의 직경은 상기 튜브의 직경 보다 0.1 내지 0.5mm가 작은 것을 특징으로 한다.In addition, the diameter of the K number of metal foam cups is characterized in that 0.1 to 0.5 mm smaller than the diameter of the tube.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 시트 형상의 메탈폼(metal foam)을 소성 가공하여 K개(K는 정수)의 메탈폼(metal foam) 컵을 제작하는 단계; (b) 다수개의 펠렛 형태 혹은 타블렛 형상의 촉매를 K개의 상기 메탈폼(metal foam) 컵에 담지하는 단계; 및 (c) K개의 상기 메탈폼 컵을 튜브 내 순차적으로 삽입 적층하는 단계; (d) 지그를 이용하여 압착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 메탄올 개질기의 제조 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention, (a) plastic processing a sheet-shaped metal foam (metal foam) to produce K (K is an integer) metal foam (metal foam) cup; (b) supporting a plurality of pellet-shaped or tablet-shaped catalysts on the K metal foam cups; And (c) sequentially inserting and stacking the K metal foam cups in a tube. It provides a method of manufacturing a methanol reformer with improved heat transfer, comprising: (d) compressing using a jig.
본 발명에 따르면, 기존의 개질기 구조 대비 뛰어난 열전달 효과를 가진다.According to the present invention, it has an excellent heat transfer effect compared to the conventional reformer structure.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 튜브의 직경이 전달하더라도 튜브 중심에 위치한 촉매까지 열전달이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, even if the diameter of the tube is transferred, it is possible to transfer heat to the catalyst located in the center of the tube.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 열의 분배가 개선되어 촉매의 성능이 증가한다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that the distribution of heat is improved, thereby increasing the performance of the catalyst.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 메탈폼의 소성변형에 의해서 메탈폼이 벽면과 밀착 혹은 메탈폼과 촉매가 밀착되어 있으므로 열저항이 감소하며, 효과적으로 열전달이 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, since the metal foam is in close contact with the wall surface or the metal foam and the catalyst are in close contact with each other due to plastic deformation of the metal foam, heat resistance is reduced, and heat transfer is possible effectively.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 층층마다 메탈폼이 촉매를 견고히 잡아주고 있으므로 기계적 환경에 노출되더라도 촉매가 움직이지 않는다는 점을 들 수 있다. 부연하면, 메탈 폼이 촉매 지지만의 역할이 아닌 촉매를 지지함과 동시에 열전달을 증가시키는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 개질기 구조 및 제작 방법이 간단하지만, 더 효과적인 촉매 담지가 가능하다. In addition, another effect of the present invention is that the catalyst does not move even when exposed to a mechanical environment, since the metal foam holds the catalyst firmly for each layer. Incidentally, the metal foam can simultaneously play a role of increasing heat transfer while supporting the catalyst, not just the catalyst support. Therefore, although the structure and manufacturing method of the reformer are simple, more effective catalyst support is possible.
도 1은 일반적으로 지상에 고정되어 있는 정치형 타입의 개질기 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 촉매 반응 카본 포메이션의 화면예시이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 반응기를 제작하는 과정을 담은 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 개질기의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지그를 이용하여 메탈폼 컵을 적층하는 개념도이다.
도 6은 도 5에 따른 메탈폼 컵들이 적층됨에 따라 완성된 개질기의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 메탈폼 컵을 제작하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 도 7의 흐름도에 따라 제작된 메탈폼 컵을 적층하여 개질기를 제작하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 1 is a conceptual diagram of a fixed type reformer generally fixed on the ground.
2 is a screen example of the catalytic reaction carbon formation shown in FIG. 1.
3 is a conceptual diagram showing a process of manufacturing a tube reactor according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a reformer according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram of stacking a metal foam cup using a jig according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a reformer completed as the metal foam cups according to FIG. 5 are stacked.
7 is a flow chart showing a process of manufacturing a metal foam cup according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a reformer by stacking a metal foam cup manufactured according to the flowchart of FIG. 7.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the embodiments. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged to clearly express various layers and regions. The same reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only "directly above" the other part, but also the case where there is another part in between. Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle. In addition, when a part is "overall" formed on another part, it means that it is not only formed on the entire surface (or the entire surface) of the other part, but is not formed on a part of the edge.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 반응기를 제작하는 과정을 담은 개념도이다. 도 3을 참조하면, 메탈폼(310)을 재단 및 소성 가공을 통하여 메탈폼 컵(320)을 제조한다. 메탈폼(310)은 다수(N)의 기공을 가지는 구조로 스티로폼과 형태가 유사하다. 여기서 다수는 복수를 포함하는 개념이다. 또한, 메탈폼 컵(320)은 K개로 이루어 질 수 있다. 여기서, K,N은 정수이다.3 is a conceptual diagram showing a process of manufacturing a tube reactor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, a
또한, 메탈폼(310)의 재질로는 니켈(Ni)이 주로 사용되나, 이에 한정되지는 않으며, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), Fe 계열의 금속 등이 사용될 수 있다. 부연하면, 압착에 의해 소성변형이 가능하고 메탈폼으로 제작이 가능한 금속 계통의 재질이면 모두 사용이 가능하다. 또한, 메탈폼(310)의 두께는 약 0.5mm ~ 1.5mm이다.In addition, nickel (Ni) is mainly used as the material of the
이때, 중요한 것은 메탈폼 컵(320)의 직경이 튜브(340)의 직경보다 0.1 ~ 0.5mm이내 수준으로 작다. 또한, 메탈폼 컵(320)의 기공 사이즈가 압력에 의해 작아지지 않도록 한다.At this time, it is important that the diameter of the
기공(pore) 사이즈는 펠렛 사이즈의 1/10 ~ 1/20 수준이 될 수 있다. 또한, 가해지는 압력은 7 ~ 10 kg/cm2 정도가 될 수 있다.The pore size may be 1/10 to 1/20 of the pellet size. In addition, the applied pressure may be about 7 to 10 kg/cm 2 .
이 메탈폼 컵(320) 내에 촉매(321)가 삽입된다. 메탈폼 컵(320)은 튜브 반응기내에 삽입될 수 있을 정도의 직경을 갖는다. 촉매(321)의 재질로는 아연(Zn), 구리(Cu)가 주로 사용되나, 나노 촉매, 백금(Pt) 등이 될 수 있다. 촉매의 갯수는 M(N>M>K)개 이다. 여기서, M은 정수이다. 따라서, K개의 메탈폼 컵(320)에 M개의 촉매가 동일하게 삽입될 수 있다.The
메탈 폼 컵(320)은 전체 촉매(321)의 양을 모두 담을 수 있을 정도의 개수(K)만큼 제작된다. 전체 촉매량은 촉매의 공간 속도를 기준으로 계산될 수 있다.The
하기 표 1은 개질기 반응기에서 촉매의 패킹 방식 및 촉매의 공간 속도에 따른 메탄올의 전환율을 비교하고자 촉매 사용량 및 촉매의 공간 속도 조건를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the amount of catalyst used and the space velocity conditions of the catalyst to compare the conversion rate of methanol according to the packing method of the catalyst and the space velocity of the catalyst in the reformer reactor.
여기서, Flow condition은 유량 조건으로서 촉매 사용량 및 촉매의 공간 속도 조건이고, MLCS는 muli-layer cup structure으로 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 반응기에서 패킹 방식이고, CS-W는 MLCS에서 사용한 촉매와 동일한 무게로 삽입하여 MLCS와 WHSV(weight hourly space velocity)가 유사하도록 제작한 촉매의 패킹 방식이고, CS-G는 MLCS와 동일한 부피로 촉매를 삽입하여 GHSV(Gas hourly space velocity)가 유사하도록 제작한 촉매의 패킹 방식이다. 메탄올 수증기 개질 반응에서 반응물인 메탄올과 물(H2O) 공급량은 촉매의 공간 속도가 표 1에서의 F1, F2, F3 조건으로 공급한 후, 개질 후 생성 가스의 조성과 분율을 가스크로마토그래피(Micro-GC 490, Agilnt)을 통해 확인하여 메탄올 전환율(MeOH conversion)을 계산하였다.Here, the flow condition is the amount of catalyst used as the flow rate condition and the space velocity condition of the catalyst, MLCS is a packing method in the tube reactor according to an embodiment of the present invention with a muli-layer cup structure, and CS-W is the catalyst used in the MLCS and It is a packing method of a catalyst made to have similar MLCS and WHSV (weight hourly space velocity) by inserting it with the same weight, and CS-G is made to have similar gas hourly space velocity (GHSV) by inserting the catalyst in the same volume as MLCS. This is the packing method of the catalyst. Methanol and water (H2O), which are reactants in the methanol steam reforming reaction, were supplied under the conditions of F1, F2, and F3 in Table 1 as the space velocity of the catalyst. GC 490, Agilnt), and methanol conversion (MeOH conversion) was calculated.
메탄올 수증기 개질 반응에서 메탄올 전환율은 아래 수학식 1에 의해 계산할 수 있다. 여기서 분모는 공급된 반응물질 내 메탄올의 몰(mole)이고, 분자는 생성된 생성물 내의 각 생성가스인 CO, CO2, CH4의 몰(mole)이다.The methanol conversion rate in the methanol steam reforming reaction can be calculated by Equation 1 below. Here, the denominator is the mole (mole) of methanol in the supplied reactant, and the numerator is the mole (mole) of each product gas, CO, CO 2 , and CH 4 in the produced product.
MLCS와 동일한 촉매 무게를 삽입하여 패킹한 CS-W는 MLCS보다 반응물 공급 유량인 공간속도가 F1 기준 조건에서 약 61%정도 높게 나타나지만 메탄올 전환율을 살펴보았을 때 MLCS가 CS-W 대비 메탄올 전환율이 향상된 개질 성능을 나타내었으며, MLCS와 동일한 부피로 촉매를 추가로 삽입하여 패킹한 CS-G은 MLCS 대비 촉매 무게는 F1 기준조건에서 67%정도 증가되었지만 메탄올 전환율은 거의 동일한 개질 성능을 나타내었다. 결론적으로 본 발명의 튜브 반응기에서 패킹 방식인 MLCS는 CS-W와 동일한 촉매량(무게 기준)을 사용했음에도 불구하고, 촉매를 67%(무게기준) 정도 더 사용한 CS-G와 유사한 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.CS-W, which is packed with the same catalyst weight as MLCS, has a space velocity of about 61% higher than that of MLCS under the F1 standard condition, but when looking at the methanol conversion rate, MLCS has improved methanol conversion rate compared to CS-W. CS-G, which was packed by adding a catalyst in the same volume as MLCS, increased the weight of the catalyst by 67% under the F1 reference condition compared to MLCS, but showed almost the same reforming performance in methanol conversion. In conclusion, it was found that the MLCS, which is a packing method in the tube reactor of the present invention, shows similar performance to CS-G, which uses 67% more catalyst (based on weight), even though the same catalyst amount (based on weight) as CS-W was used. I can.
또한, 본 발명의 도면에 도시되지 않았으나 MLCS, CS-W, CS-G 모든 패킹 방식에서 반응물 유량인 공간 속도가 증가할수록 메탄올 전환율은 감소되는 것으로 확인하였다. 이는 본 발명에 따른 튜브 반응기에서 메탈 폼 컵을 이용한 MLCS 패킹방식이라 하더라도 해당 운전온도의 반응속도로 인하여 촉매당 개질할 수 있는 반응물의 유량의 한계가 있으므로, 촉매의 공간속도 및 포화온도 등을 고려하여 적정량의 촉매량을 투입해야 한다.In addition, although not shown in the drawings of the present invention, it was confirmed that the methanol conversion rate decreased as the space velocity, which is the flow rate of the reactant, increased in all packing methods of MLCS, CS-W, and CS-G. This is because even in the MLCS packing method using a metal foam cup in the tube reactor according to the present invention, the flow rate of the reactants that can be reformed per catalyst is limited due to the reaction rate of the operating temperature, so the space velocity and the saturation temperature of the catalyst are considered. Therefore, an appropriate amount of catalyst should be added.
도 3을 계속 참조하면, 촉매(321)가 담긴 메탈폼 컵(320)은 적층될 수 있으며, 예시는 제 1 내지 제 10 메탈폼 컵(320-1 내지 320-10)이 적층되는 상태이다. 메탈폼 컵(320)의 높이는 약 50mm가 되며, 이를 적층하면 약 6cm가 될 수 있다. 물론, 이는 예시이며 메탈폼 컵(320)의 높이는 약 40mm 내지 60mm가 될 수 있다.With continued reference to FIG. 3, the
이러한 메탈폼 컵(320)이 튜브(340) 내에 삽입된다. 튜브(340)는 금속 재질의 철(Fe) 등이 될 수 있다. 튜브(340)는 양단에 모두 개방되는 중공 형상이다. 또한, 튜브(340)는 중공을 갖는 몸체관(341), 이 몸체관(341)의 양단에 양단부(342)가 형성된다. 양단부(342)는 몸체관(341)과 단차를 두고 형성된다.This
도 4는 본 발명의 일실시예에 개질기의 단면도이다. 도 4는 튜브(340)내에 2개의 메탈폼 컵(320)이 적층된 구조를 보여주는 도면이다. 즉, 메탈폼 컵(320)이 튜브 벽(410)내에 삽입되어 고정되는 형태를 보여준다.4 is a cross-sectional view of a reformer according to an embodiment of the present invention. 4 is a view showing a structure in which two
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지그(500)를 이용하여 메탈폼 컵(320))을 적층하는 개념도이다. 도 5를 참조하면, 지그(500)는 튜브 벽(410)내에 삽입된 메탈폼 컵(320)의 하단면을 지지하는 하부 지그(510)와, 메탈폼 컵(320)내에 삽입된 촉매(321)를 압착하는 상부 지그(520)로 구성된다.5 is a conceptual diagram of stacking a
하부 지그(510)는 가로 부재(511)와 세로 부재(512)가 수직으로 일체 형성된다. 세로 부재(512)의 직경은 튜브(340)의 내경보다 작다. 즉, 메탈폼 컵(320)의 외경과 동일하다. 물론, 세로 부재(512)가 튜브(340)의 내경에 삽입되어 안정적으로 메탈폼 컵(320)의 하단면을 지지하기 위해서는 세로 부재(512)의 외주면과 튜브 벽(410)의 내주면 사이에 틈이 최소화되어야 한다. In the
상부 지그(520)는 가로 부재(521)와 세로 부재(522)가 수직으로 일체 형성된다. 세로 부재(522)는 제 1 단(522-1)와, 제 1 단(522-1)에 단차를 두고 형성되는 제 2 단(522-2)로 이루어진다. 제 1 단(522-1)의 직경은 튜브(340)의 내경과 동일하며, 제 2 단(522-2)의 직경은 메탈폼 컵(320)의 내경과 동일하다. 즉, 상부 지그(520)의 말단에 형성되는 제 2 단(522-2)의 직경은 하부 지그(510)의 세로 부재(512)의 직경보다 작다.In the
도 6은 도 5에 따른 메탈폼 컵(320)들이 적층됨에 따라 완성된 개질기의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 도 5에 도시된 지그(500)를 통해 메탈폼 컵(320)에 담지된 촉매(321)가 압착됨에 따라 촉매(321)간 공극이 줄면서 메탈폼 컵(320)에 소성변형이 일어나게 된다. 이에 따라, 메탈폼 컵(320)의 외면이 늘어나게 되어 튜브벽(410)에 밀착된다. 도 5에 도시된 구조를 여러차례 반복시행하게 되면, 도 6에 되시된 바와 같이, 다수의 메탈폼 컵(320)이 아래서부터 순차적으로 적층된다. 즉, 적층형 개질기가 구성된다.6 is a cross-sectional view of a reformer completed as the
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 메탈폼 컵(320)을 제작하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 시트 형상의 메탈폼(310)을 준비하여, 이를 재단 및 소성 가공을 통해 메탈폼 컵(320)을 제작한다(단계 S710 내지 S730).7 is a flowchart showing a process of manufacturing a
이후, 이 메탈폼 컵(320)에 촉매(321)를 담지한다(단계 S740). 이때, 메탈폼 컵(320)마다 최대한 동일한 양(무게)의 촉매를 담지한다.Thereafter, the
이후, 촉매(321)가 담지된 메탈폼 컵(320)에 약한 진동을 가하여 촉매(321)들사이에 존재하는 빈 공간을 제거한다(단계 S740,S750).Thereafter, a weak vibration is applied to the
도 8은 도 7의 흐름도에 따라 제작된 메탈폼 컵(230)을 적층하여 개질기를 제작하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 중공이 형성된 튜브(도 3의 340) 및 하부 지그(도 5의 510)를 준비하고, 이 튜브(340) 내측에 메탈폼 컵(320)을 삽입한다(단계 S810,S820). 물론, 메탈폼 컵(230)을 튜브(340)에 삽입하기 전에 하부 지그(510)를 미리 튜브(340)에 삽입하는 단계가 진행된다. 즉, 촉매가 담겨진 메탈폼 컵(320)을 튜브(340)의 위에서 아랫방향으로 삽입한다.8 is a flowchart showing a process of manufacturing a reformer by stacking the metal foam cup 230 manufactured according to the flowchart of FIG. 7. Referring to FIG. 8, a hollow tube (340 in FIG. 3) and a lower jig (510 in FIG. 5) are prepared, and a
이후, 상부 지그(520)를 튜브(340)에 삽입하여 메탈폼 컵(320)을 압착하여 소성 변형이 발생하도록 한다(단계 S830). 부연하면, 메탈폼 컵(320)이 튜브(340) 안에 들어오면 상부 지그(520)로 메탈폼 컵(320)을 누른다. 물론, 상부 지그(520) 끝부분의 외경은 메탈폼 컵(320)의 내경(촉매가 존재하는 부분)이 되도록 제작되고, 상부 지그 중간부분의 외경은 튜브 외경에 맞춰 제작된다.Thereafter, the
상부 지그(520)를 눌러 메탈폼 컵(320)이 아래로 내려오게 되면 하부 지그(510)와 만나게 된다. 이때 상부 지그(520)를 더 압축하여 메탈폼 컵(320)을 소성변형이 되도록 한다. 이때 상부 지그(520)의 압력은 촉매의 파괴 강도이하로 한다. 메탈폼 컵(320)은 촉매 파괴 강도 이하 조건에서 소성변형이 일어난다.When the
상부 지그(520)로 압력을 가한 상태에서 일정시간이 경과한 후, 상부 지그(520)를 제거한다.After a certain period of time has elapsed while pressure is applied to the
이후의 메탈폼 컵(320)도 순차적으로 단계 S820 내지 S830를 반복하여 진행한다(단계 S840).Subsequently, the
이후, 촉매가 담겨진 마지막 메탈폼 컵(320)이 설치가 완료되면, 덮개의 개념으로 촉매가 존재하지 않는 메탈폼 컵을 구조물의 최상단에 장착한다(단계 S850). 또한, 촉매가 담지된 구조물을 진동시켜 내부에 존재하는 촉매가 흔들리는지 확인하는 과정을 추가로 진행할 수 있다. Thereafter, when the installation of the last
310: 메탈 폼(metal foam)
320: 메탈폼 컵
321: 촉매
340: 튜브
410: 튜브벽
500: 지그
510: 하부 지그
520: 상부 지그310: metal foam
320: metal foam cup
321: catalyst
340: tube
410: tube wall
500: jig
510: lower jig
520: upper jig
Claims (10)
다수개의 펠렛 혹은 타블렛 형상의 촉매(321); 및
상기 촉매(321)가 내부에 담지되는 K(K는 정수)개의 메탈폼 컵(320); 을 포함하고,
K개의 상기 메탈폼 컵(320)이 튜브(340)내에서 순차적으로 적층되어, 지그(500)를 이용하여 상하 방향에서 압착되고,
상기 지그(500)는, 상기 메탈폼 컵(320)의 최하단면을 지지하는 하부 지그(510)와, 및 상기 메탈폼 컵(320)의 최상단면에 대응하여 지지하고 가압하는 상부 지그(520)를 포함하고,
상기 하부 지그(510)는 제 1 가로 부재(511)와 상기 제 1 가로 부재(511)에 수직으로 형성되는 제 1 세로 부재(512)를 포함하며,
상기 상부 지그(520)는 제 2 가로 부재(521)와 상기 제 2 가로 부재(521)에 수직으로 형성되는 제 2 세로 부재(522)를 포함하고,
상기 제 2 세로 부재(522)는 제 1 단(522-1)과 상기 제 1 단(522-1)에 단차를 두고 형성되는 제 2 단(522-2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 메탄올 개질기.
In the methanol reformer,
A plurality of pellets or tablet-shaped catalyst 321; And
K (K is an integer) number of metal foam cups 320 on which the catalyst 321 is supported therein; Including,
The K metal foam cups 320 are sequentially stacked in the tube 340 and pressed in the vertical direction using a jig 500,
The jig 500 includes a lower jig 510 supporting the lowermost end surface of the metal foam cup 320, and an upper jig 520 supporting and pressing corresponding to the uppermost end surface of the metal foam cup 320 Including,
The lower jig 510 includes a first horizontal member 511 and a first vertical member 512 formed perpendicular to the first horizontal member 511,
The upper jig 520 includes a second horizontal member 521 and a second vertical member 522 formed perpendicular to the second horizontal member 521,
The second vertical member 522 includes a first end 522-1 and a second end 522-2 formed with a step difference between the first end 522-1 and the first end 522-1. Improved methanol reformer.
K개의 상기 메탈폼 컵(320)은 상기 지그(500)의 압착작동에 의해 소성 변형되는 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 메탄올 개질기.
The method of claim 1,
Methanol reformer with improved heat transfer, characterized in that the K number of the metal foam cups 320 are plastically deformed by the compression operation of the jig 500.
상기 하부 지그(510)의 상기 제 1 세로 부재(512)의 직경은 상기 메탈폼 컵(320)의 외경과 동일하고,
상기 상부 지그(520)에서 상기 제 2 세로 부재(522)의 상기 제 2 단(522-2)의 직경은 K개의 상기 메탈폼 컵(320)의 내경과 동일한 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 메탄올 개질기.
The method of claim 1,
The diameter of the first vertical member 512 of the lower jig 510 is the same as the outer diameter of the metal foam cup 320,
Methanol with improved heat transfer, characterized in that the diameter of the second end 522-2 of the second vertical member 522 in the upper jig 520 is the same as the inner diameter of the K metal foam cups 320 Reformer.
K개의 상기 메탈폼 컵(320)은 각각 시트 형상의 메탈폼(metal foam)(310)을 소성 가공하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 메탄올 개질기.
The method of claim 1,
Methanol reformer with improved heat transfer, characterized in that the K number of metal foam cups 320 are formed by plastic processing each sheet-shaped metal foam 310.
상기 메탈폼(310)의 재질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag) 및 Fe 계열의 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 개질기.
The method of claim 6,
The material of the metal foam 310 is any one of nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr), tin (Sn), gold (Au), silver (Ag), and Fe-based metals. A reformer with improved heat transfer, characterized in that one.
상기 메탈폼(310)은 기공을 갖는 구조인 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 개질기.
The method of claim 7,
The metal foam 310 is a reformer having improved heat transfer, characterized in that the structure having pores.
K개의 상기 메탈폼 컵(320)의 직경은 상기 튜브(340)의 내경과 동일한 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 개질기.
The method of claim 2,
A reformer with improved heat transfer, characterized in that the diameter of the K number of metal foam cups 320 is the same as the inner diameter of the tube 340.
(b) 다수개의 펠렛 형태 혹은 타블렛 형상의 촉매(321)를 K개의 상기 메탈폼 컵(320)에 담지하는 단계; 및
(c) K개의 상기 메탈폼 컵(320)을 튜브(340)내 순차적으로 삽입 적층하는 단계;
(d) 삽입 적층된 K개의 상기 메탈폼 컵(320)을 지그(500)를 이용하여 상하 압착하는 단계;를 포함하고,
상기 지그(500)는, 상기 메탈폼 컵(320)의 최하단면을 지지하는 하부 지그(510)와, 및 상기 메탈폼 컵(320)의 최상단면에 대응하여 지지하고 가압하는 상부 지그(520)를 포함하고,
상기 하부 지그(510)는 제 1 가로 부재(511)와 상기 제 1 가로 부재(511)에 수직으로 형성되는 제 1 세로 부재(512)를 포함하며,
상기 상부 지그(520)는 제 2 가로 부재(521)와 상기 제 2 가로 부재(521)에 수직으로 형성되는 제 2 세로 부재(522)를 포함하고,
상기 제 2 세로 부재(522)는 제 1 단(522-1)과 상기 제 1 단(522-1)에 단차를 두고 형성되는 제 2 단(522-2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달이 개선된 메탄올 개질기의 제조 방법.(a) plastic-processing the sheet-shaped metal foam 310 to produce K metal foam cups 320 (K is an integer);
(b) supporting a plurality of pellet-shaped or tablet-shaped catalysts 321 on the K metal foam cups 320; And
(c) sequentially inserting and stacking the K metal foam cups 320 in the tube 340;
(d) vertically pressing the K number of metal foam cups 320 that are inserted and stacked using a jig 500; including,
The jig 500 includes a lower jig 510 supporting the lowermost end surface of the metal foam cup 320, and an upper jig 520 supporting and pressing corresponding to the uppermost end surface of the metal foam cup 320 Including,
The lower jig 510 includes a first horizontal member 511 and a first vertical member 512 formed perpendicular to the first horizontal member 511,
The upper jig 520 includes a second horizontal member 521 and a second vertical member 522 formed perpendicular to the second horizontal member 521,
The second vertical member 522 includes a first end 522-1 and a second end 522-2 formed with a step difference between the first end 522-1 and the first end 522-1. Method for producing an improved methanol reformer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200045124A KR102153130B1 (en) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Methanol Reformer with enhanced heat transfer ability and Method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200045124A KR102153130B1 (en) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Methanol Reformer with enhanced heat transfer ability and Method for manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102153130B1 true KR102153130B1 (en) | 2020-09-08 |
Family
ID=72471793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200045124A KR102153130B1 (en) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Methanol Reformer with enhanced heat transfer ability and Method for manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102153130B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102280650B1 (en) | 2021-01-21 | 2021-07-22 | 국방과학연구소 | Methanol reformer comprising pellet catalyst and method for manufacturing the same |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090089530A (en) * | 2008-02-19 | 2009-08-24 | 삼성전기주식회사 | Manufacturing method of ceramic substrate |
| JP4908846B2 (en) | 2002-10-31 | 2012-04-04 | 三星電子株式会社 | Carbon nanotube-containing fuel cell electrode |
| KR20140092702A (en) * | 2013-01-16 | 2014-07-24 | 주식회사 알란텀 | Preparing method of porous catalytic membrane |
| KR20170077379A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 한국에너지기술연구원 | Manufacturing method of porous metallic foam housing structured catalysts and porous metallic foam housing structured catalysts thereof |
-
2020
- 2020-04-14 KR KR1020200045124A patent/KR102153130B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4908846B2 (en) | 2002-10-31 | 2012-04-04 | 三星電子株式会社 | Carbon nanotube-containing fuel cell electrode |
| KR20090089530A (en) * | 2008-02-19 | 2009-08-24 | 삼성전기주식회사 | Manufacturing method of ceramic substrate |
| KR20140092702A (en) * | 2013-01-16 | 2014-07-24 | 주식회사 알란텀 | Preparing method of porous catalytic membrane |
| KR20170077379A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 한국에너지기술연구원 | Manufacturing method of porous metallic foam housing structured catalysts and porous metallic foam housing structured catalysts thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| J Mater Sci (2018) 53:479-491* * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102280650B1 (en) | 2021-01-21 | 2021-07-22 | 국방과학연구소 | Methanol reformer comprising pellet catalyst and method for manufacturing the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2488443C2 (en) | Moulded heterogeneous catalysts | |
| JP4868741B2 (en) | Processes that perform equilibrium-restricted chemical reactions in a single-stage process channel | |
| JP5551365B2 (en) | Alcohol synthesis from CO or CO2 | |
| Porosoff et al. | Catalytic reduction of CO 2 by H 2 for synthesis of CO, methanol and hydrocarbons: challenges and opportunities | |
| CN106215959B (en) | A kind of method that O- alkylations produce aromatic ether special-purpose catalyst and produce aromatic ether | |
| US7790776B2 (en) | Process and catalyst for hydrogenation of carbon oxides | |
| KR102153130B1 (en) | Methanol Reformer with enhanced heat transfer ability and Method for manufacturing the same | |
| US4366093A (en) | Cylindrical molded catalyst | |
| JP5474508B2 (en) | Method and apparatus for obtaining high production rates of thermal chemical reactions | |
| JP2002521192A5 (en) | ||
| JP5139277B2 (en) | Method for converting carbon monoxide to C2 + hydrocarbons | |
| CN103752315A (en) | Metal-phase carrier loaded catalyst as well as preparation method and application | |
| MXPA04008857A (en) | Steam-reforming catalytic structures. | |
| Hirunsit et al. | Cu–Cr, Cu–Mn, and Cu–Fe spinel-oxide-type catalysts for reforming of oxygenated hydrocarbons | |
| CA2341056A1 (en) | A method for catalytic conversion of carbon monoxide in a hydrogen-containing gas mixture | |
| CA2381221A1 (en) | Catalyst structure and method of fischer-tropsch synthesis | |
| JP2019530571A (en) | Method for activating a catalyst fixed bed comprising or consisting of a monolithic catalyst shaped body | |
| JP2010131591A5 (en) | ||
| EP1604739A1 (en) | Process for producing aldehyde by oxidative dehydrogenation of the corresponding alcohol | |
| US20200009535A1 (en) | Silver catalyst system having a reduced pressure drop for the oxidative dehydrogenation of alcohols | |
| KR102075627B1 (en) | Pd-based metal dense hydrogen permeation membrane using a Ni-based porous support with methanation catalyst function | |
| CN102574103A (en) | Porous catalytic object for decomposing hydrocarbon and process for producing same, process for producing hydrogen-containing mixed reformed gas from hydrocarbon, and fuel cell system | |
| JP2005511278A5 (en) | ||
| Zhu et al. | Bimetallic Cu/Rh catalyst for preferential oxidation of CO in H2: a DFT study | |
| Han et al. | A DFT study and microkinetic analysis of CO oxidation to dimethyl oxalate over Pd stripe and Pd single atom-doped Cu (111) surfaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |