KR102177145B1 - 전해조 및 연료전지 연계 액상화합물 기반 수소저장(lohc) 시스템 및 이의 운전 방법 - Google Patents

전해조 및 연료전지 연계 액상화합물 기반 수소저장(lohc) 시스템 및 이의 운전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수전해조 및 연료전지 연계 액상화합물 기반 수소저장(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC) 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 기반 수소저장 시스템은 수소를 저장하도록 형성되는 제1액상화합물을 수용하도록 형성되는 액상화합물 탱크; 수소를 상기 제1액상화합물과 반응시켜, 상기 제1액상화합물을 수소 저장된 제2액상화합물로 전환되도록 형성되는 수소화 반응기; 상기 제2액상화합물에 저장된 수소를 방출하도록 형성되는 탈수소화 반응기; 및 상기 제2액상화합물에서 방출된 수소를 상기 연료전지에 안정적으로 공급하도록 형성된 완충 수소탱크를 포함한다. 나아가, 상기 제1액상화합물에 저장되는 수소는 수소를 생산하도록 형성되는 수전해조로부터 공급받고, 상기 수소와 반응기는 상기 수전해조 및 액상화합물 탱크와 연장 연결되고, 상기 수소화 반응기, 탈수소화 반응기 및 완충 수소탱크는 순차적으로 연장 연결되어 수소를 상기 연료전지에 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

전해조 및 연료전지 연계 액상화합물 기반 수소저장(LOHC) 시스템 및 이의 운전 방법{Liquid organic hydrogen carrier (LOHC) based hydrogen storage system for integration with electrolyzer and fuel cell and method for operating the same}
본 발명은 수전해조 및 연료전지 연계 액상화합물 기반 수소저장(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC) 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 상용 가능한 액상화합물 기반 수소저장기술을 제안하여 수전해조 및 연료전지와 연계될 수 있도록 형성된 시스템 및 운전 방법에 관한 것이다.
액상화합물 기반 수소저장(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC) 기술은 벤젠고리 기반의 유기화합물을 수소와 반응시켜 수소를 저장하고 저장된 수소를 방출하는 기술이다. 유기화합물에 수소를 저장하기 위해서는 10 내지 50 bar 수준의 압력을 인가하여 벤젠고리의 이중결합을 깨뜨리며 수소원자를 저장시킬 수 있다. 한편, 저장된 수소의 방출은 상압 조건에서 이루진다.
액상화합물 기반 수소저장기술은 종래의 리튬이온 배터리와 비교하여 4배 이상의 저장 용량(storage capacity)을 가지며, 압축 수소 방식에 비하여 2배 이상의 저장 용량을 가지는 것으로 알려져 있다.
이에, 최근 신재생에너지로부터 생산된 수소를 액상화합물 기반 수소저장기술을 이용 및 저장하는 에너지 저장장치로 활용하고자 하는 연구가 수행되고 있다. 종래의 액상화합물 기반 수소저장기술의 경우, 수소저장을 위한 액상화합물 개발과 수소화 및 탈수소화 반응을 위한 촉매 개발에 치우쳐져 있으므로 실험실 수준의 소형 액상화합물 기반 수소저장 시스템을 활용한 특성 평가가 주로 이루어졌다. 다시 말해, 액상화합물 기반 수소저장기술을 이용한 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 상용화와 관련된 연구는 많이 이루어지지 않았다.
따라서, 신재생 에너지를 활용하는 수소 생산 수전해조 및 수소를 사용하여 전기를 생산하는 연료전지와 연계된 상용화 가능한 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 특히, 상용화 가능한 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 개발으로 실험실 수준의 소형 액상화합물 기반 수소저장 시스템에서는 고려되지 못한 다양한 기술적 이슈들에 대하여 검토 및 해결이 필수적이다.
신재생 에너지를 활용하는 수소 생산 수전해조 및 수소를 사용하여 전기를 생산하는 연료전지와 연계된 실험실 수준의 소형 액상화합물 기반 수소저장 시스템에서 상용화 시스템에서 고려되지 못하는 한계점들이 존재한다.
첫번째로, 신재생에너지 연계 수전해조의 경우, 연속적으로 수소를 생산하여 이를 액상화합물 기반 수소저장장치로 이송하는 것이 필수적이다. 하지만, 액상화합물 기반 수소저장장치의 경우 느린 수소저장 반응으로 인하여 플러그 흐름 반응기의 적용이 제한되며, 이에 따라 배치 반응기의 적용이 필요한 실정이다. 하지만 배치 반응기를 적용하는 경우에는 용량의 제한이 발생하기 때문에, 일정량의 수소를 저장한 이후 액상화합물을 교체해주어야 하여 연속적인 수소저장이 어렵다는 한계가 있다.
두번째로, 연료전지의 경우, 연속적으로 일정량의 수소가 안정적으로 공급되어야만 고성능 고내구성으로 연료전지 운전이 가능하다. 하지만, 액상화합물 기반 수소저장장치의 경우 앞서 느린 수소저장 반응과 마찬가지로 느린 수소방출 반응을 보이며, 이에 따라 효율적 액상화합물의 이용을 위해서는 배치 반응기가 적합하다. 하지만, 배치 반응기 적용 시 액상화합물의 수소방출 반응 속도가 시간이 지남에 따라 느려지는 특성을 보이며, 실시간으로 수소 방출량을 제어하는 것이 어려운 한계가 있다. 즉, 반응기 설계의 복잡성 및 비용이 증가하며 연료전지에 공급되는 수소량을 제어하는 것이 어렵다는 한계가 존재한다.
세번째로, 연료전지에 공급되는 수소의 경우, 높은 순도가 반드시 요구된다. 하지만 액상화합물에서 수소를 방출하는 경우, 상당한 고온에서 반응이 발생하게 되어 상당량의 액상화합물이 기화하여 수소와 같이 방출된다. 따라서, 액상화합물의 벤젠고리를 포함하는 유기화합물이 연료전지 전극 표면에 탄소침적을 일으키고, 이에 따라 성능 저감 및 고장을 발생시키는 한계가 있다.
이에, 본 발명에서 전술된 실험실 수준의 소형 액상화합물 기반 수소저장 시스템에서 상용화 시스템의 한계점을 극복할 수 있는 상용화 가능한 액상화합물 기반 수소저장 시스템 및 이의 운전 방법에 대하여 제시한다.
본 발명의 일 목적은 수전해조가 연계된 액상화합물 기반 수소저장 시스템에서 연속적으로 수소를 생산하여 이를 액상화합물 기반 수소저장장치로 이송 및 연속적인 수소저장 가능한 액상화합물 기반 수소저장 시스템 및 운전 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 연료전지가 연계된 액상화합물 기반 수소저장 시스템에서 연료전지에 공급되는 수소량을 실시간으로 제어되는 액상화합물 기반 수소저장 시스템 및 운전 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 탈수소화반응으로 액상화합물에서 수소를 방출하는 경우, 기화되어 연료전지 전극 표면에 탄소침적을 일으키는 불순물을 저감하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템 및 운전 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 수전해조 및 연료전지 연계 액상화합물 기반 수소저장(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC) 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 기반 수소저장 시스템은 수소를 저장하도록 형성되는 제1액상화합물을 수용하도록 형성되는 액상화합물 탱크; 수소를 상기 제1액상화합물과 반응시켜, 상기 제1액상화합물을 수소 저장된 제2액상화합물로 전환되도록 형성되는 수소화 반응기; 상기 제2액상화합물에 저장된 수소를 방출하도록 형성되는 탈수소화 반응기; 및 상기 제2액상화합물에서 방출된 수소를 상기 연료전지에 안정적으로 공급하도록 형성된 완충 수소탱크를 포함한다. 나아가, 상기 제1액상화합물에 저장되는 수소는 수소를 생산하도록 형성되는 수전해조로부터 공급받고, 상기 수소와 반응기는 상기 수전해조 및 액상화합물 탱크와 연장 연결되고, 상기 수소화 반응기, 탈수소화 반응기 및 완충 수소탱크는 순차적으로 연장 연결되어 수소를 상기 연료전지에 공급하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 수소화 반응기는 복수개의 배치 타입으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 수소화 반응기는, 수소화 반응에서 발생하는 반응온도를 실시간 제어하도록 형성되는 냉각라인 및 가열장치; 상기 제1액상화합물을 수소를 공급하도록 형성되는 하나 이상의 가스공급부; 수소화 반응을 수행하도록 형성되는 촉매를 분리하기 위한 촉매 거름판; 상기 제1액상화합물 및 상기 촉매가 균일하게 혼합되도록 형성되는 임펠러; 및 상기 수소화 반응기의 압력제어를 위한 니들 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 수소화 반응기는, 안전성을 향상하기 위한 릴리프 밸브, 압력계 및 온도계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 복수개의 배치 타입의 상기 수소화 반응기는, 제1수소화 반응기; 및 제2수소화 반응기를 포함하고, 상기 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기는 상기 수전해조에서 생산된 수소와 제1액상화합물을 상기 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기의 각각에 공급하도록 형성되는 다방향 밸브와 연결되고, 상기 다방향 밸브의 작동으로 상기 제1수소화 반응기와 상기 제2수소화 반응기는 순차적으로 수소화 반응이 수행되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 다방향 밸브의 작동으로 상기 제1수소화 반응기와 상기 제2수소화 반응기는 순차적으로 작동하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 다방향 밸브는 상기 제1수소화 반응기 내부에 수용된 상기 제1액상화합물의 수소 수용치가 소정 수준으로 도달할 때까지 상기 제1수소화 반응기에 수소를 공급하고, 순차적으로 상기 다방향 밸브의 작동하여 상기 제2수소화 반응기에 수소를 공급하는 것으로 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 다방향 밸브는 밸브 제어장치를 구비하고, 상기 밸브 제어장치의 동작으로 상기 다방향 밸브가 작동하여 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기에 수소를 공급하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 탈수소화 반응기는, 탈수소화 반응에서 발생하는 반응온도를 실시간 제어하도록 형성되는 가열장치; 상기 제2액상화합물을 질소를 공급하도록 형성되는 하나 이상의 질소 퍼징 가스라인; 탈수소화 반응을 수행하도록 형성되는 촉매를 분리하기 위한 촉매 거름판; 및 상기 제2액상화합물 및 상기 촉매가 균일하게 혼합되도록 형성되는 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 탈수소화 반응기는, 안전성을 향상하기 위한 릴리프 밸브, 압력계 및 온도계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전을 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 제어장치는 다수의 펌프, 레귤레이터, 니들밸브, 체크밸브, 볼밸브 및 다방향 밸브에 제어라인으로 연결되어 작동을 제어하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 탈수소화 반응기에 연장 연결된 상기 완충 수소탱크는, 상기 연료전지에 수소를 공급하도록 형성되는 레귤레이터; 및 상기 연료전지에 공급되는 수소의 양을 제어하는 제어장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 탈수소화 반응기와 상기 완충 수소탱크 사이에 휘발된 제1액상화합물 또는 제2액상화물을 회수하도록 형성되는 응축기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서 상기 응축기는, 상기 탈수소화 반응기로부터 방출된 수소의 온도를 낮춰주는 냉각부; 및 응축된 제1액상화합물 또는 제2액상화물을 회수하도록 형성되는 회수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 응축기의 후단에 저탄화수소를 제거하도록 형성되는 흡착기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 흡착기는, 탄화수소 흡착제; 및 상기 탄화수소 흡착제가 연료전지로 공급되는 것을 방지하기 위한 방진필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전 방법에 대한 것이다. 상세하게, 수소화 반응기에서 수전해조로부터 수소를 공급받고, 제1액상화합물 탱크로부터 제1액상화합물을 공급받아 수소화 반응을 수행하여 수소가 저장된 제2액상화합물로 전환하는 수소 저장 단계; 상기 수소화 반응기의 수소가 저장된 제2액상화합물을 제2액상화합물 탱크로 이송하는 단계; 상기 제2액상화합물을 탈수소화 반응기로 이송하여 수소를 방출하는 수소 방출 단계; 상기 탈수소화 반응기에서 방출된 수소를 완충 수소탱크에 저장하는 단계; 및 상기 완충 수소탱크에 수용된 수소를 연료전지로 공급하는 수소 공급 단계를 포함하고, 상기 수소 저장 단계의 상기 수소화 반응기는 복수개의 배치 타입으로 순차적으로 수소를 저장하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 복수개의 배치 타입의 상기 수소화 반응기는, 제1수소화 반응기; 및 제2수소화 반응기를 포함하고, 상기 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기는 상기 수전해조에서 생산된 수소와 제1액상화합물을 상기 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기의 각각에 공급하도록 형성되는 다방향 밸브와 연결되고, 상기 수소 저장 단계에서 상기 다방향 밸브의 작동으로 상기 제1수소화 반응기와 상기 제2수소화 반응기는 순차적으로 수소화 반응이 수행되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 수소 저장 단계에서, 상기 다방향 밸브는 상기 제1수소화 반응기 내부에 수용된 상기 제1액상화합물의 수소 수용치가 소정 수준으로 도달할 때까지 상기 제1수소화 반응기에 수소를 공급하고, 순차적으로 상기 다방향 밸브의 작동하여 대기 상태의 상기 제2수소화 반응기에 수소를 공급하는 것으로 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 제2액상화합물을 제2액상화합물 탱크로 이송하는 단계의 수행으로 비워진 상기 수소화 반응기에 제1액상화합물을 다시 수용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 수소 공급 단계에서 상기 연료전지에 필요한 수소 공급량을 확인하여 완충 수소탱크에 구비된 레귤레이터를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 액상화합물 기반 수소저장 시스템 및 운전 방법은 수소저장을 위한 복수개의 수소화 반응기를 구비하고, 수전해조에서 생산된 수소 및 제1액상화합물을 복수개의 수소화 반응기 각각에 순차적으로 공급하도록 형성되는 다방향 밸브를 구비하여 수소저장이 연속적으로 가능하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템 및 운전 방법은 고순도 수소를 완충 수소탱크에 임시로 저장하도록 형성되어 연료전지의 출력에 따라 필요로 하는 수소 가스의 양을 실시간으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템 및 운전 방법은 응축기 및 흡착기를 구비하여 탈수소화 반응이 수행될 때 수소와 함께 휘발된 액상화합물을 회수하고, 액상화합물이 제거된 수소가스는 흡착기를 통하여 메탄, 벤젠과 같은 저탄화수소가 제거될 수 있다. 이에, 연료전지 전극 표면에 탄소침적을 일으키는 불순물을 저감할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)의 수소 저장 및 방출의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 포함하는 에너지 저장 기술별 저장 특성을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 이용한 재생 에너지의 저장 및 운송을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템에 포함된 수소화 반응기의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템에 포함된 탈수소화 반응기의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 포함하는 에너지 저장 기술별 질량저장밀도 특성을 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)의 에너지 부하이전 을 도시한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 1은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)의 수소 저장 및 방출의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)은 벤젠고리 기반의 유기화합물을 수소와 반응시켜 수소를 저장 및 방출하는 기술이다. 수소 저장 및 방출을 위하여 벤젠고리의 이중결합이 깨어지며 6개의 수소 원자가 저장될 수 있다. 액상화합물에 포함된 벤젠고리의 이중결합을 깨면서 수소 원자를 저장하는 수소화반응이 수행되기 위해서는 10 내지 50 bar 수준의 압력이 요구된다. 한편, 액상화합물에 저장된 수소가 방출되는 탈수소화 반응은 상압 조건에서 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 포함하는 에너지 저장 기술별 저장 특성을 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)은 리튬이온 배터리와 비교하여 4배 이상의 에너지 저장 특성을 가진다. 나아가, 액상화합물 기반 수소저장기술은 압축 수소 방식에 비해서도 2배 이상의 에너지 저장 특성을 가지는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 액상화합물 기반 수소저장기술은 높은 에너지 저장 특성을 가지는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 이용한 재생 에너지의 저장 및 운송을 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 전술한 액상화합물 기반 수소저장기술은 높은 에너지 저장 특성을 바탕으로 하여 신재생에너지로부터 생산된 수소를 액상화합물 기반 수소저장 시스템에 연계하여 저장하는 에너지 저장장치로 활용할 수 있다.
다시 말해, 신재생에너지로 생산된 전력으로 전해조에서 수소를 생산하고, 액상화합물 기반 수소저장(LOHC) 시스템에서 수소의 충전 및 방전을 수행하고, 연료전지와 같은 수소 이용장치에 수소를 사용하도록 시스템을 꾸밀 수 있다. 즉, 전해조 및 연료전지가 연계된 액상화합물 기반 수소저장(LOHC) 시스템의 구현이 가능하다.
도 4는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)은 실험실 수준의 소형 액상화합물 기반 수소저장 시스템이 가지는 문제점을 해결할 수 있는 상용화 가능한 액상화합물 기반 수소저장 시스템을 제안하기 위한 개념도이다.
액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)은 수전해조(100) 및 연료전지(1000)와 연계된 시스템을 구비하여 운전된다. 전력을 이용하는 물 분해 방법으로 수전해조(100)에서 생산된 수소는 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)에서 저장 및 방출될 수 있다. 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)에서 방출되는 수소는 연료전지(1000)에 공급된다.
이때, 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)에서 수소의 저장 및 방출은 전술된 액상화합물을 가압 또는 가열에 의하여 수행될 수 있다. 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)에서 수소의 저장은 수소화 반응기(310, 320)의 설명에서 후술한다. 또한, 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)에서 수소의 방출은 탈수소화 반응기(500)의 설명에서 후술한다.
액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)은 제1액상화합물 탱크(200), 수소화 반응기(310, 320), 제2액상화합물 탱크(400), 탈수소화 반응기(500), 응축기(600), 흡착기(700), 완충 수소탱크(800) 및 제어장치(900)를 포함한다. 또한, 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)은 가스 및 LOHC 라인, 냉각 라인, 제어 라인을 포함하여 액상화합물에 수소의 저장 및 방출을 수행하도록 형성된다.
상기 가스 및 LOHC 라인과 냉각 라인 상에는 시스템 운전을 제어하는 제어장치(900) 및 제어라인에 연결되어 작동하는 다수의 펌프(10, 11, 12, 13, 14), 레귤레이터(20,21,22), 니들밸브(30, 31, 32), 체크밸브(40, 41,42, 43), 볼밸브(50, 51) 및 다방향 밸브(60, 61)가 구비될 수 있다.
액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)은 제1액상화합물 탱크(200), 수소화 반응기(310, 320), 제2액상화합물 탱크(400), 탈수소화 반응기(500), 응축기(600), 흡착기(700) 및 완충 수소탱크(800)가 순차적으로 연장 연결될 수 있다.
제1액상화합물 탱크(200)는 수소를 저장할 수 있는 액상화합물을 수용하도록 형성된다. 제1액상화합물 탱크(200)에는 수소를 저장할 수 있는 상태의 액상화합물인 제1액상화합물이 수용될 수 있다.
덧붙여 상기 액상화합물에 대해서 설명하자면, 본 발명의 설명에서 수소를 저장할 수 있는 상태의 액상화합물은 제1액상화합물로 명명될 수 있다. 한편, 수소가 저장된 상태의 액상화합물은 제2액상화합물로 명명될 수 있다. 상기의 제1액상화합물 및 제2액상화합물은 동일한 물질에서 수소의 저장 상태에 따라 가역적으로 변화하는 화합물의 형태로 본 발명의 액상화합물을 임의로 구분하여 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 서수에 의하여 액상화합물의 종류를 구분하거나 한정되지는 않는다.
수소화 반응기(310, 320)는 제1액상화합물을 수소화 반응시켜 수소가 저장된 제2액상화합물로 전환시킨다. 상세하게, 수소화 반응기(310, 320)는 제1액상화합물 탱크(200)로 부터 제1액상화합물을 공급받는다. 또한, 수소화 반응기(310, 320)는 수전해조(100)에서 생성된 수소를 공급받는다. 이에, 100 내지 200℃의 작동 온도, 10 내지 50 bar의 압력 및 촉매 환경 하에서 제1액상화합물과 수소가 수소화 반응을 거쳐 제1액상화합물에 수소가 저장되며 제2액상화합물로 전환될 수 있다.
나아가, 수소화 반응기(310, 320)는 도시와 같이 복수개의 배치 타입으로 구비될 수 있다. 상세하게, 수소화 반응기(310, 320)는 제1수소화 반응기(310) 및 제2수소화 반응기(320)으로 명명될 수 있다.
제1수소화 반응기(310) 및 제2수소화 반응기(320)는 수전해조(100)에서 생산된 수소와 제1액상화합물을 각각의 수소화 반응기에 공급하도록 형성되는 다방향 밸브(60, 61)와 연결된다. 다방향 밸브(60, 61)는 제어장치(1000)에 의하여 작동이 제어될 수 있다.
상세하게, 제1액상화합물 탱크(200)에 연장 연결된 다방향밸브(60)의 작동이 수행되면서 제1수소화 반응기(310) 또는 제2수소화 반응기(320)에 선택적으로 제1액상화합물이 공급된다. 나아가, 수전해조(100)에 연장 연결된 다방향밸브(61)의 작동이 수행되면서 제1수소화 반응기(310) 또는 제2수소화 반응기(320)에 선택적으로 수소 및 질소가 공급된다. 여기서 질소는 수소 가스의 균일한 공급을 위한 캐리어 가스의 일종일 수 있다.
또한, 제1수소화 반응기(310)와 제2수소화 반응기(320)는 다방향 밸브(60, 61) 순차적으로 작동하여 수소화 반응이 수행되도록 형성될 수 있다. 이에, 수소화 반응기의 용량이 증가하여 연속적으로 수소화 반응이 수행될 수 있다.
다시 말해, 제1수소화 반응기(310)에 제1액상화합물 및 수소를 공급하여 제1액상화합물의 수소 수용치가 소정 수준에 도달한 제2액상화합물을 형성할 때까지 제1수소화 반응기(310)에서 수소화 반응을 수행한다. 이어서, 순차적으로 제2수소화 반응기(320)로 다방향 밸브(60, 61)를 통하여 수소 및 제1액상화합물을 공급하여 제1액상화합물의 수소 수용치가 소정 수준에 도달할 때까지 제2수소화 반응기(320)에서 수소화 반응을 수행한다.
상세하게, 전술된 소정 수준의 수소 수용치는 제1액상화합물의 최대 수소 저장 용량 대비 수소가 50 내지 100% 수준일 수 있다. 상기 소정 수준의 수소 수용치는 본 발명의 시스템의 구성에 따라 유연성 있게 설계될 수 있다.
또한, 수소화 반응기(310, 320)에서 연속적으로 수소화 반응이 수행되도록 하기 위해서, 제2수소화 반응기(320)에서 소정 수준의 수소 수용치에 도달한 제1액상화합물의 수소화 반응을 종료시킨다. 이후, 다방향 밸브(60, 61)의 작동이 전환될 수 있다. 이에, 제1수소화 반응기(310)에 수전해조(100)에서 생산된 수소가 저장되고, 수소의 저장이 완료된 다음 제1수소화 반응기(310)에 제1액상화합물이 투입되어 다시 수소화 반응이 수행될 수 있다.
덧붙여, 수소화 반응기(310, 320)에서 수소화 반응이 종료되면 릴리프 밸브(312, 322)를 통하여 잔여 가스를 배출하고, 수소가 저장된 제2액상화합물은 제2액상화합물 탱크(400)로 이동될 수 있다. 나아가, 수소가 저장된 제2액상화합물은 펌프(12)의 작동을 동력으로 하여 제2액상화합물 탱크(400)로 이동되면 수소화 반응기(310, 320)에 수소 및 제1액상화합물이 투입되어 다시 수소화 반응이 수행될 수 있다.
즉, 제2액상화합물을 제2액상화합물 탱크(400)로 이송하여 비워진 수소화 반응기(310, 320)에 제1액상화합물을 다시 수용하여 연속적으로 수소화 반응을 수행할 수 있다.
바람직하게, 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)은 수소저장을 위한 복수개의 수소화 반응기(310, 320)를 구비하고, 수전해조(100)에서 생산된 수소 및 제1액상화합물을 복수개의 수소화 반응기(310, 320) 각각에 순차적으로 공급하도록 형성되는 다방향 밸브(60, 61)를 구비하여 수소저장이 연속적으로 가능하다는 효과에 이를 수 있다.
그 밖에, 수소화 반응기(310, 320)는 임펠러(311, 321), 니들밸브(313, 323), 볼밸브(314, 324)가 구비될 수 있다. 임펠러(311, 321), 니들밸브(313, 323), 볼밸브(314, 324)는 잘 알려진 기술 또는 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
탈수소화 반응기(500)는 제2액상화합물 탱크(400)에 연장 연결될 수 있다. 탈수소화 반응기(500)는 수소가 저장된 제2액상화합물을 펌프(13)의 동력으로 공급받아 저장된 수소를 방출하도록 형성될 수 있다. 탈수소화 반응기(500)의 경우, 250 내지 350℃의 작동 온도, 1 내지 5 bar의 압력 및 촉매 환경 하에서 흡열반응인 탈수소화 반응을 거쳐 제2액상화합물에서 수소가 방출되며 다시 제1액상화합물로 전환될 수 있다.
탈수소화 반응기(500)는 임펠러(501), 릴리프 밸브(502) 및 가열봉(503)을 포함할 수 있다. 가열봉(503)에서 발생하는 열에 의하여 탈수소화 반응기(500) 내부의 온도가 상승하고, 임펠러(501)가 제2액상화합물과 촉매를 휘저으며 혼합시켜주며 수소의 방출 반응이 진행될 수 있다.
방출된 수소는 완충 수소탱크(800)에 공급되어 연료전지(1000)에 안정적으로 공급될 수 있다. 덧붙여, 완충 수소탱크(800)는 연료전지(1000)에 수소를 공급하도록 형성되는 레귤레이터(미도시)를 구비할 수 있다. 레귤레이터(미도시)는 제어장치의 제어에 의하여 연료전지(1000)에 공급되는 수소가 조절될 수 있다. 다시 말해, 방출된 수소를 완충 수소탱크(800)에 임시로 저장하도록 형성되어 연료전지(1000)의 출력에 따라 필요로 하는 수소 가스의 양을 실시간으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 탈수소화 반응기(500)에 연장 연결된 체크밸브(43)를 통하여 방출된 수소가 이동될 수 있다. 탈수소화 반응이 수행되는 환경에서 제1액상화합물 또는 제2액상화합물이 휘발될 수 있으며, 열에 의하여 생성된 불순물 또한 함께 휘발되어 수소와 함께 이동될 수 있다. 상기 열에 의하여 생성된 불순물은 메탄, 벤젠과 같은 저탄화수소일 수 있다. 나아가, 수소와 혼합된 휘발된 제1액상화합물, 제2액상화합물 또는 저탄화수소는 연료전지 전극 표면에 탄소침적을 일으켜 연료전지의 성능을 저하시키는 문제를 유발할 수 있다.
이에, 고순도의 수소를 연료전지(1000)에 공급하기 위해서 탈수소화 반응기(500)와 완충 수소탱크(800) 사이에 응축기(600)가 구비될 수 있다. 응축기(600)는 탈수소화 반응기(500)에서 방출되는 수소, 휘발된 제1액상화합물, 제2액상화합물의 응축 온도 이하로 낮추어 제1액상화합물, 제2액상화합물을 1차적으로 회수하도록 형성된다.
상세하게, 응축기(600)는 온도를 낮춰주는 냉각부 및 응축된 제1액상화합물 및 제2액상화물을 회수하도록 형성되는 회수부를 구비한다. 상기 회수부는 펌프(14)의 작동을 동력으로 하여 회수된 제1액상화합물 및 제2액상화물을 제1액상화합물 탱크(200)로 재순환시키도록 형성될 수 있다.
응축기(600)의 작동으로 휘발된 제1액상화합물 및 제2액상화물을 회수한다고 할지라도 액상화합물의 증기압에 따라 응축기(600)만으로는 고순도의 수소를 확보하는 것이 어려울 수 있으며, 또한 액상화합물의 열분해 등으로 발생한 불순물인 저탄화수소가 잔류하게 되므로, 저탄화수소를 제거하기 위해서는 응축기(600) 후단에 흡착기(700)를 구비하여 저탄화수소를 제거할 수 있다.
상세하게, 흡착기(700)는 탄화수소 흡착제 및 방진필터를 포함할 수 있다. 탄화수소 흡착제는 일 실시예에서 활성탄일 수 있으며, 활성탄은 메탄 벤젠과 같은 저탄화수소를 흡착하여 제거할 수 있다. 나아가, 흡착기(700)는 상기 방진필터를 포함하여 상기 탄화수소 흡착제가 연료전지로 공급되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 탈수소화 반응기(500)에서 방출된 수소는 응축기(600) 및 흡착기(700)를 거쳐 고순도의 수소로 정제되어 완충 수소탱크(800)에 저장될 수 있다. 이에, 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)의 연료전지(1000)는 탄소침적에 대한 성능의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
다시 도 4를 참조하면, 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)에 의한 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전 방법은 수소 저장 단계, 제2액상화합물을 제2액상화합물 탱크로 이송하는 단계, 수소 방출 단계, 수소를 완충 수소탱크에 저장하는 단계 및 수소 공급 단계를 거쳐 수행될 수 있다.
상기 수소 저장 단계는 수소화 반응기(310, 320)에서 수전해조(100)로부터 수소를 공급받고, 제1액상화합물 탱크(200)로부터 제1액상화합물을 공급받아 수소화 반응을 수행하여 수소가 저장된 제2액상화합물로 전환시킬 수 있다. 상기 수소 저장 단계를 수행하는 수소화 반응기(310, 320)는 복수개의 배치 타입일 수 있다. 다시 말해, 수소화 반응기(310, 320)는 각각 제1수소화 반응기(310) 및 제2수소화 반응기(320)으로 구분될 수 있으며, 이들은 순차적으로 작동하여 제1액상화합물에 수소를 저장하도록 형성될 수 있다. 이는 전술된 제어장치(900)에 의한 다방향 밸브(60, 61)가 순차적으로 작동하여 수행될 수 있다. 이에, 수소화 반응기의 용량이 증가하여 연속적으로 수소화 반응이 수행될 수 있다.
다시 말해, 제1수소화 반응기(310)에 제1액상화합물 및 수소를 공급하여 제1액상화합물의 수소 수용치가 소정 수준에 도달한 제2액상화합물을 형성할 때까지 제1수소화 반응기(310)에서 수소화 반응을 수행한다. 이어서, 순차적으로 제2수소화 반응기(320)로 다방향 밸브(60, 61)를 통하여 수소 및 제1액상화합물을 공급하여 제1액상화합물의 수소 수용치가 소정 수준에 도달할 때까지 제2수소화 반응기(320)에서 수소화 반응을 수행한다.
상세하게, 전술된 소정 수준의 수소 수용치는 제1액상화합물의 최대 수소 저장 용량 대비 수소가 50 내지 100% 수준일 수 있다. 상기 소정 수준의 수소 수용치는 본 발명의 시스템의 구성에 따라 유연성 있게 설계될 수 있다.
또한, 수소화 반응기(310, 320)에서 연속적으로 수소화 반응이 수행되도록 하기 위해서, 제2수소화 반응기(320)에서 소정 수준의 수소 수용치에 도달한 제1액상화합물의 수소화 반응을 종료시킨다. 이후, 다방향 밸브(60, 61)의 작동이 전환될 수 있다. 이에, 제1수소화 반응기(310)에 수전해조(100)에서 생산된 수소가 저장되고, 수소의 저장이 완료된 다음 제1수소화 반응기(310)에 제1액상화합물이 투입되어 다시 수소화 반응이 수행될 수 있다.
상기 제2액상화합물을 제2액상화합물 탱크로 이송하는 단계는 수소가 저장된 제2액상화합물이 펌프와 같은 외부의 동력에 의하여 제2액상화합물 탱크(400)로 이송하는 단계이다. 이때, 상기 제2액상화합물을 제2액상화합물 탱크로 이송하는 단계의 수행으로 비원진 수소화 반응기(310, 320)에 제1액상화합물을 다시 수용하는 단계가 수행될 수 있다.
상기 수소 방출 단계는 제2액상화합물을 탈수소화 반응기(500)로 이송하고 탈수소화 반응을 수행하여 수소를 방출하는 단계이다.
상기 수소를 완충 수소탱크에 저장하는 단계는 제2액상화합물로부터 방출된 수소를 펌프와 같은 외부의 동력에 의하여 완충 수소탱크(800)로 이송하는 단계이다.
상기 수소 공급 단계는 완충 수소탱크(800)에 수용된 고순도의 수소를 연료전지(1000)에 공급하는 단계이다. 상기 수소 공급 단계는 제어장치(900)에 의해 연료전지(1000)에 필요한 수소 공급량을 확인하여 완충 수소탱크(800)에 구비된 레귤레이터(미도시)를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)에 포함된 수소화 반응기(310, 320)의 개념도이다.
도 5를 참조하여, 수소화 반응기(310, 320)을 설명할 수 있다. 제1수소화 반응기(310)와 제2수소화 반응기(320)는 동일한 구성을 가질 수 있으므로 제1수소화 반응기(310)의 설명으로 제2수소화 반응기(320)의 설명을 갈음할 수 있다.
제1수소화 반응기(310)는 배치타입의 반응기이고, 임펠러(311), 릴리프 밸브(312), 니들밸브(313), 제2액상화합물 배출용 볼밸브(314), 가열장치(315), 냉각라인(316), 촉매 거름판(317), 온도계(318), 압력계(319), 제1액상화합물 공급용 볼밸브(60') 및 가스공급부(61')를 포함한다.
임펠러(311)는 공급된 수소, 제1액상화합물 및 촉매를 휘저으며 혼합시켜 수소화 반응을 도와준다. 제1수소화 반응기(310)에 공급되는 수소는 가스공급부(61')를 통해 공급될 수 있으며, 가스공급부(61')를 통해서 수소 및 질소가 공급될 수 있다.
이때, 수소화 반응에 의한 급격한 발열반응에 따른 온도 상승을 제어하게 위해 실시간으로 온도계(318)로 온도를 측정하여 가열장치(315) 및 냉각라인(316)으로 반응온도를 제어할 수 있다. 덧붙여 가열장치(315)는 열선(315a)을 구비할 수 있다.
촉매 거름판(317)은 수소화 반응을 수행하도록 도와주는 촉매가 제2액상화합물 배출용 볼밸브(314)를 통과하지 못하도록 하는 용도이다. 릴리프 밸브(312), 니들밸브(313)는 수소화 반응기의 압력을 조절하기 위한 구성이다. 부가적으로, 제1수소화 반응기(310)는 안전성을 향상하기 위한 릴리프 밸브(312), 압력계(319) 및 온도계(318)를 구비할 수 있다.
도 6은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템(1)에 포함된 탈수소화 반응기(500)의 개념도이다.
도 6를 참조하면, 탈수소화 반응기(500)를 설명할 수 있다. 탈수소화 반응기(500)는 배치타입의 반응기이고, 임펠러(501), 릴리프 밸브(502), 가열봉(503), 가열장치(504), 촉매 거름판(505), 온도계(506), 압력계(507), 제2액상화합물 공급용 볼밸브(51'), 제1액상화합물 배출용 볼밸브(14'), 질소공급부(42') 및 수소 방출용 체크밸브(43)를 포함한다.
임펠러(501)는 제2액상화합물 및 촉매를 휘저으며 혼합시켜 탈수소화 반응을 도와준다. 제2액상화합물 공급용 볼밸브(51')를 통해 제2액상화합물이 공급되고, 질소공급부(42')를 통해 질소가 공급되어 질소퍼지가 될 수 있다. 탈수소화 반응이 이루어진 다음 제2액상화합물은 다시 수소를 저장할 수 있는 제1액상화합물로 전환되고, 이때 제1액상화합물은 제1액상화합물 배출용 볼밸브(14')를 통해 방출될 수 있다. 촉매 거름판(505)은 수소화 반응을 수행하도록 도와주는 촉매가 제1액상화합물 배출용 볼밸브(14')를 통과하지 못하도록 하는 용도이다.
탈수소화 반응은 흡열 반응으로 온도를 상승시킬 수 있는 가열봉(503) 및 가열장치(504)를 구비하고, 가열장치(504)는 열선(504a)을 구비할 수 있다. 덧붙여 급격한 온도 상승을 제어하게 위해 실시간으로 온도계(506)로 온도를 측정하여 반응온도를 제어할 수 있다. 부가적으로, 탈수소화 반응기(500)는 안전성을 향상하기 위한 릴리프 밸브(502), 압력계(507) 및 온도계(506)를 구비할 수 있다.
도 7은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 포함하는 에너지 저장 기술별 질량저장밀도 특성을 도시한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 기반으로 하는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 도입으로 재생에너지의 간헐적인 전력 생산 및 이에 따른 전력 수요 및 공급의 불균형을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
도 8은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)의 에너지 부하이전 을 도시한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 기반으로 하는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 도입으로 기존의 배터리 기반 전력 저장 기술에 비해 높은 부피 및 중량 대비 전력저장 밀도를 확보할 수 있다.
또한, 액상화합물의 경우, 기존의 수소저장 탱크 등에 비해 수소의 저장 및 운송이 용이하며, 화석연료의 인프라를 활용할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해, 잉여 전력을 액상화합물의 형태로 저장하여 전력이 부족한 곳이나 수소스테이션, 수소전기자동차 등에 공급할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
덧붙여, 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 기반으로 하는 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 도입으로 실험실 수준의 소재 및 특성을 평가하는 수준에서 벗어나 수소저장 시스템의 대형화 및 수전해조 및 연료전지 연계 시스템을 상용화할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템은 수전해 시스템과 연료전지 시스템과의 연계운전까지 고려한 통합 시스템 설계를 제안하는 것으로 향후 본 기술의 상용화를 위해 필수적인 핵심기술로서 역할을 할 수 있다.
발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
나아가, 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장 시스템은 수소 저장 및 방출 속도가 느리며, 휘발성이 높은 다양한 수소저장을 위한 액상화합물에 대해 적용이 가능하다.
또한, 수소저장 목적이 아니더라도, 화학반응의 속도가 느려서 플러그 흐름 반응기 대신 배치 반응기를 적용하여야 하며 일정량의 유체를 연속적으로 공급하고 방출하는 시스템에 적용이 가능하다.
다시 말해, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1: 액상화합물 기반 수소저장 시스템
100: 수전해조
200: 제1액상화합물 탱크
310, 320: 수소화 반응기
400: 제2액상화합물 탱크
500: 탈수소화 반응기
600: 응축기
700: 흡착기
800: 완충 수소탱크
900: 제어장치
1000: 연료전지
10, 11, 12, 13, 14: 펌프
20, 21, 22: 레귤레이터
30, 31, 32: 니들밸브
40, 41,42, 43: 체크밸브
50, 51: 볼밸브
60, 61: 다방향 밸브

Claims (20)

  1. 수전해조 및 연료전지 연계 액상화합물 기반 수소저장(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC) 시스템에 있어서,
    수소를 저장하도록 형성되는 제1액상화합물을 수용하도록 형성되는 액상화합물 탱크;
    수소를 상기 제1액상화합물과 반응시켜, 상기 제1액상화합물을 수소 저장된 제2액상화합물로 전환되도록 형성되는 수소화 반응기;
    상기 제2액상화합물에 저장된 수소를 방출하도록 형성되는 탈수소화 반응기; 및
    상기 제2액상화합물에서 방출된 수소를 상기 연료전지에 안정적으로 공급하도록 형성된 완충 수소탱크를 포함하고,
    상기 제1액상화합물에 저장되는 수소는 수소를 생산하도록 형성되는 수전해조로부터 공급받고,
    상기 수소화 반응기는 상기 수전해조 및 액상화합물 탱크와 연장 연결되고,
    상기 수소화 반응기, 탈수소화 반응기 및 완충 수소탱크는 순차적으로 연장 연결되어 수소를 상기 연료전지에 공급하며,
    상기 수소화 반응기는 복수개의 배치타입으로 구비되고,
    복수개의 배치 타입의 상기 수소화 반응기는,
    제1수소화 반응기; 및
    제2수소화 반응기를 포함하고,
    상기 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기는 상기 수전해조에서 생산 된 수소와 제1액상화합물을 상기 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기의 각각에 공급하도록 형성되는 다방향 밸브와 연결되고,
    상기 다방향 밸브의 작동으로 상기 제1수소화 반응기와 상기 제2수소화 반응기는 순차적으로 수소화 반응이 수행되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소화 반응기는,
    수소화 반응에서 발생하는 반응온도를 실시간 제어하도록 형성되는 냉각라인 및 가열장치;
    상기 제1액상화합물을 수소를 공급하도록 형성되는 하나 이상의 가스공급부;
    수소화 반응을 수행하도록 형성되는 촉매를 분리하기 위한 촉매 거름판;
    상기 제1액상화합물 및 상기 촉매가 균일하게 혼합되도록 형성되는 임펠러; 및
    상기 수소화 반응기의 압력제어를 위한 니들 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수소화 반응기는,
    안전성을 향상하기 위한 릴리프 밸브, 압력계 및 온도계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다방향 밸브의 작동으로 상기 제1수소화 반응기와 상기 제2수소화 반응기는 순차적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다방향 밸브는 상기 제1수소화 반응기 내부에 수용된 상기 제1액상화합물의 수소 수용치가 소정 수준으로 도달할 때까지 상기 제1수소화 반응기에 수소를 공급하고,
    순차적으로 상기 다방향 밸브의 작동하여 상기 제2수소화 반응기에 수소를 공급하는 것으로 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다방향 밸브는 밸브 제어장치를 구비하고, 상기 밸브 제어장치의 동작으로 상기 다방향 밸브가 작동하여 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기에 수소를 공급하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탈수소화 반응기는,
    탈수소화 반응에서 발생하는 반응온도를 실시간 제어하도록 형성되는 가열장치;
    상기 제2액상화합물을 질소를 공급하도록 형성되는 하나 이상의 질소 퍼징 가스라인;
    탈수소화 반응을 수행하도록 형성되는 촉매를 분리하기 위한 촉매 거름판; 및
    상기 제2액상화합물 및 상기 촉매가 균일하게 혼합되도록 형성되는 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탈수소화 반응기는,
    안전성을 향상하기 위한 릴리프 밸브, 압력계 및 온도계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전을 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 제어장치는 다수의 펌프, 레귤레이터, 니들밸브, 체크밸브, 볼밸브 및 다방향 밸브에 제어라인으로 연결되어 작동을 제어하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 탈수소화 반응기와 상기 완충 수소탱크 사이에 휘발된 제1액상화합물 또는 제2액상화물을 회수하도록 형성되는 응축기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  13. 제12항에 있어서
    상기 응축기는,
    상기 탈수소화 반응기로부터 방출된 수소의 온도를 낮춰주는 냉각부; 및
    응축된 제1액상화합물 또는 제2액상화물을 회수하도록 형성되는 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 응축기의 후단에 저탄화수소를 제거하도록 형성되는 흡착기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 흡착기는,
    탄화수소 흡착제; 및
    상기 탄화수소 흡착제가 연료전지로 공급되는 것을 방지하기 위한 방진필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템.
  16. 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전 방법에 있어서,
    수소화 반응기에서 수전해조로부터 수소를 공급받고, 제1액상화합물 탱크로부터 제1액상화합물을 공급받아 수소화 반응을 수행하여 수소가 저장된 제2액상화합물로 전환하는 수소 저장 단계;
    상기 수소화 반응기의 수소가 저장된 제2액상화합물을 제2액상화합물 탱크로 이송하는 단계;
    상기 제2액상화합물을 탈수소화 반응기로 이송하여 수소를 방출하는 수소 방출 단계;
    상기 탈수소화 반응기에서 방출된 수소를 완충 수소탱크에 저장하는 단계; 및
    상기 완충 수소탱크에 수용된 수소를 연료전지로 공급하는 수소 공급 단계를 포함하고,
    상기 수소 저장 단계의 상기 수소화 반응기는 복수개의 배치 타입으로 순차적으로 수소를 저장하도록 형성되며,
    복수개의 배치 타입의 상기 수소화 반응기는,
    제1수소화 반응기; 및
    제2수소화 반응기를 포함하고,
    상기 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기는 상기 수전해조에서 생산 된 수소와 제1액상화합물을 상기 제1수소화 반응기 및 상기 제2수소화 반응기의 각 각에 공급하도록 형성되는 다방향 밸브와 연결되고,
    상기 수소 저장 단계에서 상기 다방향 밸브의 작동으로 상기 제1수소화 반응기와 상기 제2수소화 반응기는 순차적으로 수소화 반응이 수행되는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전 방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 수소 저장 단계에서,
    상기 다방향 밸브는 상기 제1수소화 반응기 내부에 수용된 상기 제1액상화합물의 수소 수용치가 소정 수준으로 도달할 때까지 상기 제1수소화 반응기에 수소를 공급하고,
    순차적으로 상기 다방향 밸브의 작동하여 대기 상태의 상기 제2수소화 반응기에 수소를 공급하는 것으로 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    제2액상화합물을 제2액상화합물 탱크로 이송하는 단계의 수행으로 비워진 상기 수소화 반응기에 제1액상화합물을 다시 수용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 수소 공급 단계에서 상기 연료전지에 필요한 수소 공급량을 확인하여 완충 수소탱크에 구비된 레귤레이터를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 운전 방법.
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