KR102198569B1 - Multipurpose module type compact reformer - Google Patents

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Abstract

개질가스 생산 용량 변화 및 운전 합리화 관점에서 능동적, 가변적으로 동작할 수 있는 자기 축열식 버너를 이용한 다목적 모듈형 콤팩트 개질기가 개시된다. 본 발명에 따른 다목적 모듈형 콤팩트 개질기는, 내화재로 둘러싸인 반응공간을 갖춘 개질로, 개질로의 중심부에 설치되며 반응공간의 상부에 위치하는 화염 토출부를 구비하는 버너, 각각에 형성된 촉매 반응부가 개질로 내에서 화염 토출부를 둘러싸도록 구비되는 다수의 개질기를 포함하는 단위 개질 유닛을 기본 구성으로 하며, 단위 개질 유닛의 개질로 측면부와 이웃하는 단위 개질 유닛의 개질로 측면부가 서로 맞닿도록 적어도 둘 이상의 단위 개질 유닛을 연접시켜 하나의 모듈을 이루도록 구성한 것을 특징으로 한다.Disclosed is a multi-purpose modular compact reformer using a self-heating type burner capable of actively and variably operating from the viewpoint of a reformed gas production capacity change and operational rationalization. The multi-purpose modular compact reformer according to the present invention is a reforming furnace with a reaction space surrounded by refractory materials, a burner installed in the center of the reforming furnace and having a flame discharge part located at the top of the reaction space, and a catalytic reaction part formed in each reforming furnace. The basic configuration is a unit reforming unit including a plurality of reformers provided to surround the flame discharge part within, and at least two unit reforming so that the reforming furnace side portion of the unit reforming unit and the reforming furnace side portion of the neighboring unit reforming unit abut each other. It is characterized in that it is configured to form one module by connecting units.

Description

다목적 모듈형 콤팩트 개질기{Multipurpose module type compact reformer}Multipurpose module type compact reformer

본 발명은 탄화수소 계열의 원료를 고온환경에서 개질하여 수소를 생성하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기에 관한 것으로, 특히 개질가스 생산 용량 변화 및 운전 합리화 관점에서 능동적, 가변적으로 동작할 수 있는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-purpose modular compact reformer that generates hydrogen by reforming a hydrocarbon-based raw material in a high-temperature environment.In particular, a multi-purpose modular compact reformer that can operate actively and variably from the viewpoint of change in reformed gas production capacity and operational rationalization. It is about.

정유 공정(Refinery)에 사용되는 대형의 수소 제조 설비들은 주로 안정적인 수증기 공급을 위해 별도의 스팀보일러를 사용하여 왔으나, 연료전지 시스템(연료전지 자동차, 가정용, 분산 발전용 등)과 같은 중, 소형 규모(1~1,000Nm3/h)의 수소 제조의 경우에는 높은 열 효율 및 소형화를 위해 자체 열 회수를 통한 수증기 공급이 필요하다. Large-scale hydrogen production facilities used in the refinery have mainly used a separate steam boiler to supply stable steam, but medium and small scale such as fuel cell systems (fuel cell vehicles, households, distributed power generation, etc.) In the case of hydrogen production of (1~1,000Nm 3 /h), it is necessary to supply water vapor through its own heat recovery for high thermal efficiency and miniaturization.

중ㅇ소형의 수소제조설비의 수증기 개질(Steam Reforming) 공정에서는 수증기와 탄화수소의 비율을 일정하게 가져가는 것이 안정적 운전의 핵심이며, 물이 완전히 기화되지 않은 상태에서 2상 흐름(Two Phase Stream)이 생성될 경우 변동이 발생해 유량 및 조성 등의 변화가 초래되고 전체적으로 시스템 운전이 불안정해질 수 있다. In the steam reforming process of small and medium-sized hydrogen manufacturing facilities, it is the key to stable operation to keep the ratio of steam and hydrocarbons constant, and the two phase stream is not completely vaporized. When generated, fluctuations occur, resulting in changes in flow rate and composition, and overall system operation may become unstable.

이에 따라 중ㅇ소형의 수소 제조 설비에서는, 설비의 전반적인 에너지 효율을 높이고 수증기의 안정적인 공급을 위하여, 탄화수소 개질에 있어서 버너 연소 후 배출되는 배기가스로 수증기를 생성하고, 개질 반응 후 개질로 밖으로 배출되는 개질 가스의 열을 혼합물(탄화수소+수증기)의 예열에 필요한 열로 활용할 수 있도록 수소 제조 설비를 구축하고 있다.Accordingly, in small and medium-sized hydrogen production facilities, in order to increase the overall energy efficiency of the facility and to provide a stable supply of steam, steam is generated as exhaust gas discharged after burner combustion in hydrocarbon reforming, and is discharged out of the reforming furnace after the reforming reaction. A hydrogen production facility is being built so that the heat of the reformed gas can be used as heat required for preheating the mixture (hydrocarbon + steam).

그러나 종래 수조 제조 설비에 적용되는 핵심 구성인 개질장치 대부분은, 개질장치의 용량에 따라 단위 시간당 생산할 수 있는 개질가스의 용량이 어느 정도 정해져 있다. 때문에 수소 저장 시설의 저장 용량이나 후처리 시설의 처리 용량 등을 고려한 개질가스의 생산 용량 변화 요구에 유연하게 대응하지 못하는 문제가 있다. However, in most of the reforming devices, which are the core components applied to conventional water tank manufacturing facilities, the capacity of the reformed gas that can be produced per unit time is determined to some extent according to the capacity of the reforming device. Therefore, there is a problem in that it cannot flexibly respond to the demand for a change in the production capacity of the reformed gas in consideration of the storage capacity of the hydrogen storage facility or the treatment capacity of the post-treatment facility.

또한, 개질 반응 후 개질장치 밖으로 배출되는 배기가스 중의 열을 회수하도록 장치를 구성하고는 있으나, 열의 회수율이 낮아 전체적인 설비의 열효율이 떨어지고, 여전히 고온의 활용 가능한 열에너지가 그대로 방출되어 폐기됨에 따라 대기 환경에도 악영향을 미치는 문제가 있다.In addition, the device is configured to recover heat from the exhaust gas discharged out of the reforming device after the reforming reaction, but the heat recovery rate is low, so the overall thermal efficiency of the facility decreases, and the available heat energy at high temperature is still discharged and discarded. There is also a problem that adversely affects.

일본공개특허 제2007-501178호(공개일자 2007. 01. 25)Japanese Patent Publication No. 2007-501178 (Publication date 2007. 01. 25)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 개질가스 생산 용량 변화 요구에 능동적, 가변적으로 대응 가능한 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 제공하고자 하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a multi-purpose modular compact reformer capable of actively and variably responding to a demand for a change in a reformed gas production capacity.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 수소 생산 설비나 수소 충전 설비 등 수소 관련 설비에 다목적으로 사용 가능하면서도 적용 환경 변화에도 공간적인 제약을 크게 받지 않는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 제공하고자 하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a multi-purpose modular compact reformer that can be used for multiple purposes in hydrogen-related facilities such as hydrogen production facilities or hydrogen filling facilities, but is not significantly limited in space even when applied environment changes.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 배기가스에 포함된 열의 회수율을 극대화시켜 고효율을 달성할 수 있는 모듈형 콤팩트 개질기를 제공하고자 하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a modular compact reformer capable of achieving high efficiency by maximizing the recovery rate of heat contained in exhaust gas.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면, According to an embodiment of the present invention as a means for solving the problem,

내화재로 둘러싸인 반응공간을 갖춘 개질로;A reforming furnace with a reaction space surrounded by refractory materials;

상기 개질로의 중심부에 설치되며, 상기 반응공간의 상부에 위치하는 화염 토출부를 구비하는 버너;A burner installed in the center of the reforming furnace and having a flame discharge unit positioned above the reaction space;

각각에 형성된 촉매 반응부가 개질로 내에서 상기 화염 토출부를 둘러싸도록 구비되는 다수의 개질기;를 포함하는 단위 개질 유닛으로 이루어지며,It consists of a unit reforming unit including; a plurality of reformers provided to surround the flame discharge portion in the catalytic reaction unit formed in each reformer,

단위 개질 유닛의 개질로 측면부와 이웃하는 단위 개질 유닛의 개질로 측면부가 서로 맞닿도록 적어도 둘 이상의 단위 개질 유닛을 연접시켜 하나의 모듈을 이루도록 구성한 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 제공한다.It provides a multi-purpose modular compact reformer, characterized in that it is configured to form one module by connecting at least two or more unit reforming units so that the reforming furnace side portion of the unit reforming unit and the reforming furnace side portion of the neighboring unit reforming unit contact each other.

여기서, 상기 반응공간은 원통 모양이고, 상기 개질로의 평면상의 모양은 직사각형일 수 있다.Here, the reaction space may have a cylindrical shape, and a planar shape of the reforming furnace may be a rectangle.

바람직하게는, 상기 다목적 모듈형 콤팩트 개질기는 둘 이상의 단위 개질 유닛을 가로로 연접시켜 이루어진 구성일 수 있다.Preferably, the multipurpose modular compact reformer may be configured by horizontally connecting two or more unit reforming units.

바람직한 다른 예로서, 상기 다목적 모듈형 콤팩트 개질기는 둘 이상의 단위 개질 유닛을 세로로 연접시켜 이루어진 구성일 수 있다. As another preferred example, the multi-purpose modular compact reformer may be configured by vertically connecting two or more unit reforming units.

바람직한 또 다른 예로서, 상기 다목적 모듈형 콤팩트 개질기는 복수의 단위 개질 유닛을 매트릭스(Metrix) 형태로 연접시킨 구성일 수 있으며, 이 경우 상기 복수의 단위 개질 유닛을 가로, 세로 3*3의 매트릭스(Metrix) 배열로 연접시켜 하나의 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 구성할 수도 있다.As another preferred example, the multi-purpose modular compact reformer may have a configuration in which a plurality of unit reforming units are connected in a matrix form, and in this case, the plurality of unit reforming units are connected to each other in a matrix ( Metrix) array can also be connected to form one multi-purpose modular compact reformer.

또한 상기 단위 개질 유닛은, 상기 버너의 화염 토출부와 동축 정렬되는 구조로 상기 반응공간의 중심부에 세로로 배치되어, 상기 버너가 반응공간에 발생시킨 화염 및 연소가스를 상기 반응공간의 하부영역으로 유도하는 연소튜브;를 더 포함할 수 있다. In addition, the unit reforming unit is arranged vertically in the center of the reaction space in a structure coaxially aligned with the flame discharge part of the burner, and the flame and combustion gas generated by the burner in the reaction space are transferred to the lower region of the reaction space. It may further include a combustion tube to induce.

이때 상기 연소튜브는 개질로의 내부 바닥 중앙에 고정되는 하단 측면부에 하향 이동된 연소가스를 반경방향으로 확산시켜 반응공간에 도입시키는 연소가스 확산홀을 구비하며, 상단 개방부가 상기 화염 토출부의 노즐 주변을 에워쌀 수 있는 높이로 형성될 수 있다.At this time, the combustion tube has a combustion gas diffusion hole that diffuses downwardly moved combustion gas in a radial direction and introduces it into the reaction space at a lower side portion fixed at the center of the inner bottom of the reforming furnace, and the upper opening portion around the nozzle of the flame discharge unit It can be formed to a height that can enclose.

또한 본 발명의 실시 예에 적용된 상기 개질기는, 상기 반응공간에 위치하는 촉매 반응부와, 상기 개질로의 상부면 외측으로 노출되는 헤더부로 구성되며, 상기 헤더부는, 탄화수소 원료가 투입되고 반응수 유입관이 연결된 원료 투입관과, 상기 촉매 반응부에서 생성된 개질가스의 외부 배출을 위한 개질가스 배출관을 포함하는 구성일 수 있다.In addition, the reformer applied to the embodiment of the present invention is composed of a catalytic reaction unit located in the reaction space and a header unit exposed to the outside of the upper surface of the reforming furnace, and the header unit, a hydrocarbon raw material is introduced and the reaction water is introduced. It may be configured to include a raw material input pipe to which the pipe is connected, and a reformed gas discharge pipe for discharging the reformed gas generated in the catalytic reaction unit to the outside.

이때 상기 촉매 반응부는, 상기 원료 투입관과 연결되는 막대 모양의 다공성 내측 튜브와, 상기 내측 튜브를 동심 구조로 에워싸는 외측 튜브를 포함하며, 상기 내측 튜브는 개질 촉매로 채워지고, 상기 내측 튜브와 외측 튜브 사이에는 상기 개질가스 배출관과 연결되는 개질가스 통로가 형성된 구성일 수 있다.At this time, the catalytic reaction unit includes a rod-shaped porous inner tube connected to the raw material input pipe, and an outer tube concentrically surrounding the inner tube, wherein the inner tube is filled with a reforming catalyst, and the inner tube and the outer tube are A reformed gas passage connected to the reformed gas discharge pipe may be formed between the tubes.

바람직하게는, 상기 개질 촉매는 루테늄(ruthenium) 또는 니켈을 알루미나(alumina), 실리카(silica) 등의 담체에 담지시킨 것일 수 있다.Preferably, the reforming catalyst may be one in which ruthenium or nickel is supported on a carrier such as alumina or silica.

또한, 상기 버너는 상기 반응공간에 고온의 화염을 분출하고, 분출된 화염에 의한 배기가스의 열을 축열부에서 축적하고, 축열부에 축적된 열로 외부에서 유입되는 연소공기를 예열하는 자기 축열식 버너일 수 있다.In addition, the burner is a self-heating type burner that ejects a high-temperature flame into the reaction space, accumulates heat of exhaust gas from the ejected flame in a heat storage unit, and preheats combustion air introduced from the outside with the heat accumulated in the heat storage unit. Can be

여기서 상기 자기 축열식 버너는 바람직하게, 반응공간에 화염을 분출하는 상기 화염 토출부를 갖는 버너 본체와, 개질로의 외부에서 상기 버너 본체에 결합되며, 버너 본체를 중심으로 대향 배치되는 제1 축열실과 제2 축열실을 구성한 축열부와, 상기 제1 축열실과 제2 축열실을 교대로 흡기와 배기 측에 절환하는 흡배기 절환부를 포함하며, 상기 개질로의 상부 벽체 중앙에는 상기 버너 본체의 일부가 상기 반응공간에 위치하도록 부착되는 버너 장착부가 형성될 수 있다.Here, the self-heating burner preferably includes a burner body having the flame discharge portion for ejecting a flame into the reaction space, and a first heat storage chamber and a first heat storage chamber coupled to the burner body outside the reforming furnace and disposed opposite the burner body. 2 A heat storage unit constituting a heat storage chamber, and an intake/exhaust switching unit for alternately switching the first heat storage chamber and the second heat storage chamber to the intake and exhaust sides, and a part of the burner body is in the center of the upper wall of the reforming furnace. A burner mounting portion attached to be positioned in the space may be formed.

또한, 상기 버너 장착부의 내부에 단열체가 설치되며, 상기 단열체와 버너 본체 사이에 반응공간 내 연소가스 배출을 위한 배출통로가 형성되고, 상기 화염 토출부에서부터 단열체로 둘러싸인 구간에 걸쳐 상기 버너 본체의 외면에는 복수의 열교환핀이 구비될 수 있다.In addition, a heat insulator is installed inside the burner mounting part, and a discharge passage for discharging combustion gas in the reaction space is formed between the heat insulator and the burner body, and the burner body over a section surrounded by the heat insulator from the flame discharge part A plurality of heat exchange fins may be provided on the outer surface.

또한, 상기 둘 이상의 단위 개질 유닛은 일괄 또는 개별 제어될 수 있다. In addition, the two or more unit reforming units may be collectively or individually controlled.

과제 해결을 위한 다른 실시 예로서 본 발명은, 전술한 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 포함하는 수소 제조 설비를 제공한다.As another embodiment for solving the problem, the present invention provides a hydrogen production facility including the above-described multipurpose modular compact reformer.

과제 해결을 위한 다른 실시 예로서 본 발명은, 전술한 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 포함하는 수소 충전 설비를 제공한다.As another embodiment for solving the problem, the present invention provides a hydrogen filling facility including the above-described multipurpose modular compact reformer.

본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 콤팩트 개질기에 의하면, 개별 제어 가능한 둘 이상의 단위 개질 유닛으로 구성됨으로써, 개질가스 생산 용량 변화 요구에 맞춰 능동적, 가변적으로 동작이 가능하다. 즉 개질가스 생산 용량 변화 요구에 유연하게 대응할 수 있다.According to the modular compact reformer according to an embodiment of the present invention, since it is composed of two or more unit reforming units that can be individually controlled, it is possible to actively and variably operate in response to a change in reformed gas production capacity demand. In other words, it can flexibly respond to the demand for change in the production capacity of reformed gas.

또한, 둘 이상의 단위 개질 유닛을 모듈화한 구성으로서, 수소 생산 설비나 수소 충전 설비 등 수소 관련 설비에 다목적으로 사용 가능하면서도, 제한된 공간에 큰 제약 없이 설치가 가능하며, 모듈화된 구성만큼이나 유지 보수가 용이하여 설비 운용비를 절감시킬 수 있다. In addition, as a modular configuration of two or more unit reforming units, it can be used for multiple purposes in hydrogen-related facilities such as hydrogen production facilities and hydrogen filling facilities, but can be installed in a limited space without significant restrictions, and maintenance is as easy as a modular configuration. Thus, it is possible to reduce the facility operation cost.

또한, 열교환핀과 축열부를 갖춘 자기 축열식 버너의 사용으로, 배출 배기가스에 포함된 열에너지의 회수율을 극대화할 수 있고 개질로 바깥으로 최종 배출되는 배기가스의 온도를 크게 낮출 수 있다. 결과적으로, 고효율화를 달성할 수 있고, 고온 배기가스 배출로 인한 대기 환경 문제도 해소할 수 있다.In addition, by using a self-heating type burner equipped with a heat exchange fin and a heat storage unit, it is possible to maximize the recovery rate of the heat energy contained in the exhaust gas and greatly reduce the temperature of the exhaust gas finally discharged to the outside of the reformer. As a result, high efficiency can be achieved, and atmospheric environmental problems caused by high-temperature exhaust gas emission can also be solved.

도 1은 본 발명에 따른 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 구성하는 단위 개질 유닛의 종 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 단위 개질 유닛을 A-A선 방향에서 바라본 평 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 단위 개질 유닛들로 구성되는 본 발명에 따른 다목적 모듈형 콤팩트 개질기의 바람직한 실시 예를 도시한 측면 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 다목적 모듈형 콤팩트 개질의 평면 구성도.
도 5는 단위 개질 유닛에 설치되는 개질기의 개략 단면도.
도 6은 단위 개질 유닛에 설치되는 버너의 바람직한 실시 예를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 버너의 횡 단면도.
도 8은 버너 장착 전 개질로의 종 단면도.1 is a longitudinal sectional view of a unit reforming unit constituting a multipurpose modular compact reformer according to the present invention.
FIG. 2 is a plan sectional view of the unit reforming unit shown in FIG. 1 as viewed in the direction of line AA.
3 is a side view showing a preferred embodiment of a multi-purpose modular compact reformer according to the present invention composed of unit reforming units shown in FIG. 1.
Figure 4 is a plan configuration diagram of the multi-purpose modular compact modification shown in Figure 3;
5 is a schematic cross-sectional view of a reformer installed in a unit reforming unit.
6 is a view showing a preferred embodiment of a burner installed in the unit reforming unit.
Figure 7 is a cross-sectional view of the burner shown in Figure 6;
8 is a longitudinal sectional view of the reforming furnace before the burner is mounted.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 살펴보기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 공지된 구성에 대한 부연설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in a number of different forms, and therefore is not limited to the exemplary embodiments described herein. Further, in the drawings, further explanations on known configurations will be omitted to clarify the gist of the present invention.

명세서 전반에 걸쳐 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것으로 해석되어야 한다. The term "connected" throughout the specification includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. In addition, it should be construed that other components may be further provided, rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary that a certain part "includes" a certain component.

도 1은 본 발명에 따른 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 구성하는 단위 개질 유닛의 종 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 단위 개질 유닛을 A-A선 방향에서 바라본 평 단면도이다. 그리고 도 3은 도 1에 도시된 단위 개질 유닛들로 구성되는 본 발명에 따른 다목적 모듈형 콤팩트 개질기의 바람직한 실시 예를 도시한 측면 구성도며, 도 4는 도 3에 도시된 다목적 모듈형 콤팩트 개질의 평면 구성도이다. 1 is a vertical cross-sectional view of a unit reforming unit constituting a multi-purpose modular compact reformer according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the unit reforming unit shown in FIG. 1 in the direction of line A-A. And Figure 3 is a side configuration diagram showing a preferred embodiment of a multi-purpose modular compact reformer according to the present invention consisting of the unit reforming units shown in Figure 1, Figure 4 is a multi-purpose modular compact reforming shown in Figure 3 It is a plan configuration diagram of.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 모듈형 콤팩트 개질기(1)는 구성이 동일한 적어도 둘 이상의 단위 개질 유닛(10)들로 구성된다. 하나의 단위 개질 유닛(10)은 내화재(122)로 둘러싸인 반응공간(124)을 갖춘 개질로(12)와, 상기 개질로(12)의 중심부에 설치되며 상기 반응공간(124)의 상부에 위치하는 화염 토출부(147)를 구비하는 버너(14)를 포함한다.1 to 4, the multi-purpose modular compact reformer 1 according to an embodiment of the present invention is composed of at least two or more unit reforming units 10 having the same configuration. One unit reforming unit 10 is a reforming furnace 12 having a reaction space 124 surrounded by a refractory material 122, and is installed in the center of the reforming furnace 12 and located above the reaction space 124 It includes a burner 14 having a flame discharge portion 147 to.

개질로(12)는 상기 내화재(122)를 외부에서 하우징(120)이 둘러싸는 구성일 수 있으며, 각각의 단위 개질 유닛(10)에 설치되는 버너(14)는 하나의 메인 제어기의 통제로 일괄 제어되거나, 각각에 대응하여 구비되는 개별 제어기의 통제를 받아 개별 제어 가능하도록 구성됨으로써, 개질가스 생산 용량 변화 요구에 맞춰 능동적, 가변적으로 동작될 수 있다. The reforming furnace 12 may be configured to surround the refractory material 122 from the outside, and the burners 14 installed in each unit reforming unit 10 are collectively controlled by one main controller. It is controlled or configured to be individually controlled under the control of an individual controller provided corresponding to each, so that it can be operated actively and variably in accordance with the demand for a change in the production capacity of reformed gas.

각각의 단위 개질 유닛(10)에는 다수의 개질기(16)가 포함된다. 하나의 단위 개질 유닛(10)에 포함되는 다수의 개질기(16) 각각은, 개질로(12)의 상기 반응공간(124)에 위치하는 촉매 반응부(164)와 개질로(12)의 상부 외측으로 노출되는 헤더부(160)로 구성될 수 있으며, 각각에 형성된 상기 촉매 반응부(164)가 개질로(12) 내에서 버너(14)의 상기 화염 토출부(147)를 균등 간격에 걸쳐 둘러싸도록 개질로(12)에 설치될 수 있다.Each unit reforming unit 10 includes a plurality of reformers 16. Each of the plurality of reformers 16 included in one unit reforming unit 10 includes a catalytic reaction unit 164 located in the reaction space 124 of the reforming furnace 12 and the upper outer side of the reforming furnace 12 It may be composed of a header portion 160 exposed to, and the catalytic reaction portion 164 formed in each surrounds the flame discharge portion 147 of the burner 14 in the reforming furnace 12 over equal intervals. It may be installed in the reforming furnace 12 so that it is possible.

도 2의 평 단면도에서는 6개의 개질기(16)가 반응공간(124)의 버너(14)를 중심으로 균등 간격에 걸쳐 원호상으로 배열된 구성, 즉 버너(14)를 중심으로 60도 간격으로 이격 배치되는 구성을 예를 들어 도시하고 있으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 바림직한 실시 예일뿐, 하나의 단위 개질 유닛(10)에 포함되는 개질기(16)의 개수가 6개로 국한되는 것은 아니다. In the plan view of FIG. 2, six reformers 16 are arranged in an arc shape over equal intervals around the burner 14 of the reaction space 124, that is, spaced at intervals of 60 degrees around the burner 14 Although the arrangement is shown as an example, this is only one preferred embodiment for describing the present invention, and the number of reformers 16 included in one unit reforming unit 10 is not limited to six. .

각각의 개질로(12)에 형성되는 반응공간(124)은 원통 모양일 수 있으며, 상기 개질로(12)의 평면상의 모양은 직사각형일 수 있다. 그리고 도 3 및 도 4의 예시와 같이, 둘 이상의 단위 개질 유닛(10)은 개질로(12) 측면부와 이웃하는 단위 개질 유닛(10)의 개질로(12) 측면부가 서로 맞닿도록 연접 배치시켜 본 발명의 실시 예에 따른 하나의 모듈형 콤팩트 개질기(1)를 이루도록 구성될 수 있다. The reaction space 124 formed in each reforming furnace 12 may have a cylindrical shape, and a planar shape of the reforming furnace 12 may be a rectangular shape. And, as illustrated in FIGS. 3 and 4, two or more unit reforming units 10 are connected to each other so that the side portions of the reforming furnace 12 and the side portions of the reforming furnace 12 of the neighboring unit reforming unit 10 contact each other. It may be configured to form one modular compact reformer 1 according to an embodiment of the present invention.

다목적 모듈형 콤팩트 개질기(1)는 설치 환경에 따라, 둘 이상의 단위 개질 유닛(10)을 가로로 연접시켜 가로로 길게 구성하거나, 둘 이상의 단위 개질 유닛(10)을 세로로 연접시켜 세로로 길게 구성할 수도 있으며, 충분한 개질 처리 용량과 공간 활용도를 고려한다면, 도 2의 예시와 같이 가로, 세로 3*3 매트릭스(Metrix) 구조로 연접 배열시킨 구성이 바람직하다.Depending on the installation environment, the multipurpose modular compact reformer 1 is configured vertically by connecting two or more unit reforming units 10 horizontally or by connecting two or more unit reforming units 10 vertically. It may be possible, and in consideration of sufficient reforming processing capacity and space utilization, it is preferable to have a configuration in which the structure is connected in a horizontal and vertical 3*3 matrix structure as illustrated in FIG. 2.

도 1에서 도면부호 18은 화염의 방향성과 안정적인 연소를 유도하는 연소튜브로서, 각각의 단위 개질 유닛(10)에는 연소튜브(18)가 구비될 수 있다. 연소튜브(18)는 버너(14)의 화염 토출부(147)와 동축 정렬되는 구조로 상기 반응공간(124)의 중심부에 세로로 배치될 수 있으며, 상기 버너(14)가 반응공간(124)에 발생시킨 화염 및 연소가스를 상기 반응공간(124)의 하부영역으로 유도하는 역할을 겸한다.In FIG. 1, reference numeral 18 denotes a combustion tube for inducing a directional and stable combustion of a flame, and a combustion tube 18 may be provided in each unit reforming unit 10. The combustion tube 18 has a structure coaxially aligned with the flame discharge part 147 of the burner 14 and may be vertically disposed in the center of the reaction space 124, and the burner 14 is the reaction space 124 It also serves to guide the flame and combustion gas generated in the reaction space to the lower region of the reaction space (124).

연소튜브(18)는 바람직하게, 그 하단부가 개질로(12)의 내부 바닥 중앙에 고정될 수 있으며, 상단 개방부(184)가 상기 화염 토출부(147)의 노즐 주변을 에워쌀 수 있을 정도의 높이로 형성될 수 있다. 이때 개질로(12)에 고정되는 연소튜브(18)의 하단 측면부에는 이 연소튜브(18)를 따라 하향 이동된 연소가스를 반경방향으로 확산시켜 반응공간(124)에 도입시키는 연소가스 확산홀(182)이 형성된다.The combustion tube 18 may preferably have its lower end fixed to the center of the inner bottom of the reforming furnace 12, and the upper opening 184 may surround the nozzle of the flame discharge unit 147 It can be formed to the height of. At this time, in the lower side of the combustion tube 18 fixed to the reforming furnace 12, the combustion gas diffusion hole ( 182) is formed.

이와 같은 구성에 의하여, 버너(14)가 반응공간(124)에 발생시킨 화염 및 연소가스는 연소튜브(18) 내부의 유로를 따라 위에서 아래로 이동하면서도 1차적으로 반응공간(124)에 개질 반응에 필요한 열을 전달하고, 상기 가스 확산홀(182)을 통해 연소튜브(18)의 반경방향으로 확산된 뒤 대류현상에 의해 반응공간(124) 아래에서 위쪽으로 다시 이동하면서 반응공간(124)에 재차 열을 가한다.With this configuration, the flame and combustion gas generated by the burner 14 in the reaction space 124 are primarily reformed in the reaction space 124 while moving from top to bottom along the flow path inside the combustion tube 18. It transfers the heat required for the gas diffusion hole 182 and diffuses in the radial direction of the combustion tube 18 through the gas diffusion hole 182, and then moves from the bottom of the reaction space 124 upward to the reaction space 124 by convection. Apply heat again.

도 5는 단위 개질 유닛에 설치되는 개질기의 개략 단면도이다. 5 is a schematic cross-sectional view of a reformer installed in a unit reforming unit.

개질기(16)는 도 5의 예시와 같이, 개질로(12)의 반응공간(124)에 위치하도록 구비되는 촉매 반응부(164)와, 개질로(12)의 상부면 외측으로 노출되는 헤더부(160)로 구성될 수 있다. The reformer 16 includes a catalytic reaction unit 164 provided to be located in the reaction space 124 of the reforming furnace 12, and a header part exposed outside the upper surface of the reforming furnace 12, as illustrated in FIG. 5. It may consist of 160.

이때 헤더부(160)를 통해 촉매 반응부(164)로 개질 반응의 원료가 되는 혼합물(탄화수소 원료+반응수(물))이 공급되고, 버너(14)가 발생시킨 고온의 열과 개질 촉매(C)에 의해 상기 촉매 반응부(164)에서 실질적인 수증기 개질 반응이 일어난다.At this time, a mixture (hydrocarbon raw material + reaction water (water)) as a raw material for the reforming reaction is supplied to the catalytic reaction unit 164 through the header unit 160, and the high-temperature heat generated by the burner 14 and the reforming catalyst (C ), a substantial steam reforming reaction occurs in the catalytic reaction unit 164.

헤더부(160)는 탄화수소 원료가 투입되고 반응수 유입관(162)이 연결된 원료 투입관(161)과, 상기 촉매 반응부(164)에서 생성된 개질가스의 외부 배출을 위한 개질가스 배출관(163)을 포함하며, 촉매 반응부(164)는 상기 원료 투입관(161)과 연결되는 막대 모양의 다공성 내측 튜브(165)와, 상기 내측 튜브(165)를 동심 구조로 에워싸도록 구비되는 외측 튜브(168)로 이루어진 구성일 수 있다.The header unit 160 includes a raw material input pipe 161 to which a hydrocarbon raw material is input and the reaction water inlet pipe 162 is connected, and a reformed gas discharge pipe 163 for external discharge of the reformed gas generated in the catalytic reaction unit 164. ), and the catalytic reaction unit 164 includes a rod-shaped porous inner tube 165 connected to the raw material input pipe 161 and an outer tube provided to concentrically surround the inner tube 165 It may be a configuration consisting of (168).

내측 튜브(165)의 내부는 개질 촉매(C)로 채워져 있으며, 상기 내측 튜브(165)와 외측 튜브(168) 사이에는 상기 개질가스 배출관(163)과 연결되는 개질가스 통로(166)가 형성된다. 이때 내측 튜브(165)의 내부에 채워지는 상기 개질 촉매는 바람직하게, 루테늄(ruthenium) 또는 니켈을 알루미나(alumina), 실리카(silica) 등의 담체에 담지시킨 것일 수 있다.The inside of the inner tube 165 is filled with a reforming catalyst (C), and a reformed gas passage 166 connected to the reformed gas discharge pipe 163 is formed between the inner tube 165 and the outer tube 168. . At this time, the reforming catalyst filled in the inner tube 165 may preferably be one in which ruthenium or nickel is supported on a carrier such as alumina or silica.

원료인 탄화수소와 반응수는 헤더부(160)의 상기 반응수 유입관(162)과 원료 투입관(161)을 통해 각각의 개질기(16) 내부로 공급된다. 그 중 반응수는 버너(14)의 화염과 연소가스에 의해 고온으로 유지되는 개질로(12) 내부 환경에 의해 투입과 동시에 수증기로 상전환되며, 내측 튜브(165) 내에서의 수증기와 개질 촉매에 의한 수증기 개질 반응에 의해 탄소수소로부터 개질가스(수소)가 생성된다.The raw material hydrocarbon and the reaction water are supplied to the inside of each reformer 16 through the reaction water inlet pipe 162 and the raw material input pipe 161 of the header unit 160. Among them, the reaction water is introduced and converted into water vapor at the same time by the internal environment of the reforming furnace 12 maintained at a high temperature by the flame of the burner 14 and the combustion gas, and the water vapor and the reforming catalyst in the inner tube 165 Reforming gas (hydrogen) is produced from carbon hydrogen by steam reforming reaction by

내측 튜브(165)에서 생성된 개질가스는 내측 튜브(165)와 외측 튜브(168) 사이의 개질가스 통로(166)를 유동하여 상기 개질가스 배출관(163)을 통해 개질로(12) 밖으로 배출된다. The reformed gas generated in the inner tube 165 flows through the reformed gas passage 166 between the inner tube 165 and the outer tube 168 and is discharged out of the reforming furnace 12 through the reformed gas discharge pipe 163 .

이때 개질가스 생성을 위한 탄화수소 원료로는 LNG를 비롯해 LPG, Naphtha, 휘발유, 등유 등을 포함한 기상 혹은 액상인 탄화수소 또는 오ㅇ폐수나 음식물 쓰레기 처리과정에 발생하는 메탄(CH4) 가스가 사용될 수 있다. At this time, gaseous or liquid hydrocarbons including LNG, LPG, Naphtha, gasoline, kerosene, etc., or methane (CH 4 ) gas generated in the process of treating wastewater or food waste may be used as a hydrocarbon raw material for generating reformed gas. .

참고로, 탈황된 탄화수소 원료에 대해 상기 개질기(16)에서 일어나는 수증기 개질 반응을 통한 개질가스(수소)의 생성은 다음의 화학식으로 표현될 수 있다. 메탄가스를 원료로 사용하는 경우를 예로 든다.For reference, the generation of reformed gas (hydrogen) through the steam reforming reaction occurring in the reformer 16 for the desulfurized hydrocarbon raw material may be expressed by the following formula. Take the case of using methane gas as a raw material.

[수증기 개질 반응][Steam reforming reaction]

CH4 + H2O ↔ CO + 3H2CH4 + H2O ↔ CO + 3H2

한편, 개질로(12) 내부는 상기 버너(14)에 의한 가열과 촉매 반응에 수반하는 반응열에 의해 고온 환경으로 유지된다. 이때 개질로(12)의 온도는 수증기 개질 반응을 최대한 이끌어내 수소 생성율을 극대화시킬 수 있는 온도인 500∼800℃가 바람직하다. On the other hand, the inside of the reforming furnace 12 is maintained in a high-temperature environment by heating by the burner 14 and reaction heat accompanying the catalytic reaction. At this time, the temperature of the reforming furnace 12 is preferably 500 to 800°C, which is a temperature capable of maximizing the hydrogen generation rate by maximizing the steam reforming reaction.

다른 한편, 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 모듈형 콤팩트 개질기(1)의 단위 개질 유닛(10) 각각에 설치되는 상기 버너(14)는, 전술한 개질로(12)의 반응공간(124)에 고온의 화염을 분출하고, 분출된 화염에 의한 배기가스의 열을 축열부(140)에서 축적하며, 축열부(140)에 축적된 열로 외부에서 유입되는 연소공기를 예열하는 구성의 자기 축열식 버너일 수 있다.On the other hand, the burners 14 installed in each of the unit reforming units 10 of the multipurpose modular compact reformer 1 according to the embodiment of the present invention are located in the reaction space 124 of the reforming furnace 12 described above. A self-heating burner having a configuration in which a high-temperature flame is ejected, the heat of the exhaust gas by the ejected flame is accumulated in the heat storage unit 140, and the combustion air introduced from the outside is preheated with the heat accumulated in the heat storage unit 140 I can.

도 6은 단위 개질 유닛에 설치되는 버너의 바람직한 실시 예를 도시한 도면이며, 도 7은 도 6에 도시된 버너의 횡 단면도이다.6 is a view showing a preferred embodiment of the burner installed in the unit reforming unit, Figure 7 is a cross-sectional view of the burner shown in FIG.

도 6과 도 7을 참조하면, 자기 축열식 버너(14)는, 반응공간(124)에 화염을 분출하는 화염 토출부(147)를 갖는 버너 본체(146)와, 개질로(12)의 외부에서 상기 버너 본체(146)에 결합되는 축열부(140), 그리고 흡배기 절환부(143, 144)를 포함한다. 6 and 7, the self-heating burner 14 includes a burner body 146 having a flame discharge portion 147 for ejecting a flame into the reaction space 124, and from the outside of the reforming furnace 12. It includes a heat storage unit 140 coupled to the burner body 146, and intake and exhaust switching units 143 and 144.

축열부(140)는 버너 본체(146)를 중심으로 대향 배치되는 제1 축열실(141)과 제2 축열실(142)를 포함하며, 흡배기 절환부(143, 144)는 제1 축열실(141)과 제2 축열실(142)을 교대로 흡기와 배기 측에 절환한다.The heat storage unit 140 includes a first heat storage chamber 141 and a second heat storage chamber 142 disposed opposite the burner body 146, and the intake and exhaust switching parts 143 and 144 are the first heat storage chambers ( 141 and the second heat storage chamber 142 are alternately switched between the intake and exhaust sides.

이와 같은 구성의 자기 축열식 버너(14)는 동일 출원인의 선행 특허인 대한민국 특허등록 제10-1742282호의 '풀타임 축열연소식 단일 라디안트 튜브 버너'와 동일한 구성일 수 있으며, 따라서 이에 대한 더 이상의 구체적인 설명은 이하 생략하기로 한다. The self-heating burner 14 having such a configuration may have the same configuration as the'full-time regenerative combustion single radiant tube burner' of Korean Patent Registration No. 10-1742282, which is a prior patent of the same applicant, and thus no more specific Description will be omitted below.

도 6에서 도면부호 145는 상기 버너(14)를 후술하는 개질로(12)의 버너 장착부(126)에 결합시키기 위해 구비되는 결합부로서, 결합부(145)는 버너 장착부(126)와 플랜지 결합을 위한 플랜지(146)를 구비하고 버너 본체(146)의 외면 일부를 둘러싸는 단열체(부호 생략)를 포함하며, 일측에 상기 축열부(140)를 향해 연소가스를 배출하는 배출구멍(149)이 형성된다.In FIG. 6, reference numeral 145 is a coupling portion provided to couple the burner 14 to the burner mounting portion 126 of the reforming furnace 12 to be described later, and the coupling portion 145 is a flange coupling with the burner mounting portion 126 A discharge hole 149 for discharging combustion gas toward the heat storage unit 140 and including a heat insulating body (not shown) surrounding a part of the outer surface of the burner body 146 and provided with a flange 146 for Is formed.

도 8은 버너 장착 전 개질로의 종 단면도이다.8 is a longitudinal sectional view of the reforming furnace before the burner is mounted.

도 8과 앞선 도 1을 함께 참조하면, 개질로(12)의 상부 벽체 중앙에는 상기 버너 본체(146)의 일부가 상기 반응공간(124)에 위치하도록 부착되는 버너 장착부(126)가 형성될 수 있다. 버너 장착부(126)는 플랜지(122)를 구비하는 버너 하우징(121)과 그 내부에 설치되는 단열체(127)를 포함한다. Referring to FIG. 8 and FIG. 1 together, a burner mounting portion 126 may be formed at the center of the upper wall of the reforming furnace 12 so that a part of the burner body 146 is positioned in the reaction space 124. have. The burner mounting portion 126 includes a burner housing 121 having a flange 122 and a heat insulating body 127 installed therein.

버너 장착부(126)에 형성된 상기 플랜지(122)와 전술한 결합부(145)의 플랜지(146)가 상호 플랜지 결합됨으로써 버너 장착부(126)에 버너(14)가 안정적으로 장착 고정될 수 있으며, 단열체(127)와 버너 본체(146) 사이에는 반응공간(124) 내 연소가스(배기가스) 배출을 위한 배출통로(129, 도 1 참조)가 형성된다.The flange 122 formed on the burner mounting portion 126 and the flange 146 of the above-described coupling portion 145 are flange-coupled to each other, so that the burner 14 can be stably mounted and fixed to the burner mounting portion 126, and thermal insulation Between the sieve 127 and the burner body 146, a discharge passage 129 (see FIG. 1) for discharging combustion gas (exhaust gas) in the reaction space 124 is formed.

또한, 화염 토출부(147)에서부터 상기 단열체(127)로 둘러싸인 구간에 걸쳐 상기 버너 본체(146)의 외면에는, 배출통로(129)를 거쳐 반응공간(124) 밖으로 배출되는 연소가스로부터 열을 회수하고, 회수한 열이 상기 축열부(140)를 거쳐 외부에서 도입되는 연소공기를 예열하는데 필요한 에너지로 사용될 수 있도록 상기 연소가스와 연소공기 사이에서 열교환 작용을 하는 다수의 열교환핀(148)이 구비될 수 있다.In addition, from the flame discharge part 147 to the outer surface of the burner body 146 over the section surrounded by the heat insulator 127, heat from the combustion gas discharged out of the reaction space 124 through the discharge passage 129 A plurality of heat exchange fins 148 exchanging heat between the combustion gas and the combustion air so that the recovered and recovered heat can be used as energy required to preheat the combustion air introduced from the outside through the heat storage unit 140 It can be provided.

이와 같은 구성에 따라, 버너(14)에서 분출되는 연료가스 및 예열된 연소공기의 대부분은 연소튜브(18) 내에서 연소되며, 이때 발생된 고온의 연소가스는 개질기(16)를 매우 효과적으로 감싸면서 반응공간(124) 아래에서 위쪽으로 이동한다. 이 과정에서 개질 촉매로의 열전달이 효과적으로 일어나 원료인 탄화수소에 대한 개질 반응 및 개질 가스 생성율이 극대화될 수 있다. According to this configuration, most of the fuel gas and preheated combustion air ejected from the burner 14 are burned in the combustion tube 18, and the high-temperature combustion gas generated at this time surrounds the reformer 16 very effectively. It moves upward from the bottom of the reaction space 124. In this process, heat transfer to the reforming catalyst occurs effectively, so that the reforming reaction for the raw material hydrocarbon and the reforming gas generation rate can be maximized.

개질 반응에 필요한 열 에너지를 공급하고도 여전히 고온인 연소가스(배기가스)는 상기 배출통로(129)를 거쳐 반응공간(124) 밖으로 배출된다. 이 과정에서 상기 열교환핀(148)을 통한 연소공기와의 열교환 작용으로 1차적으로 연소가스의 열이 회수되고, 이후 버너(14)의 축열부(140)를 구성하는 축열체와의 열교환 작용으로 열이 추가적으로 회수된다. Even though heat energy required for the reforming reaction is supplied, the combustion gas (exhaust gas) that is still hot is discharged out of the reaction space 124 through the discharge passage 129. In this process, heat of the combustion gas is primarily recovered through the heat exchange action with the combustion air through the heat exchange fins 148, and thereafter, the heat exchange action with the heat storage body constituting the heat storage unit 140 of the burner 14 Additional heat is recovered.

즉 열교환핀(148)과 축열체를 통한 2단에 걸친 열교환 작용으로 높은 열 회수율이 달성될 수 있는 것이며, 특히 상기 열교환핀(148)과 축열체에 의한 유동 저항에 의하여 고온의 연소가스는 보다 긴 시간 동안 상기 개질로(12) 내 반응공간(124)에 체류하면서 개질 반응에 필요한 열을 제공함으로써 장치의 전반적인 열효율이 극대화될 수 있다.That is, a high heat recovery rate can be achieved by a heat exchange action over two stages through the heat exchange fins 148 and the heat storage body. In particular, the high temperature combustion gas is more prevented by flow resistance by the heat exchange fins 148 and the heat storage body. The overall thermal efficiency of the apparatus can be maximized by providing heat necessary for the reforming reaction while staying in the reaction space 124 in the reforming furnace 12 for a long time.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 콤팩트 개질기에 의하면, 개별 제어 가능한 둘 이상의 단위 개질 유닛으로 구성됨으로써, 개질가스 생산 용량 변화 요구에 맞춰 능동적, 가변적으로 동작이 가능하다. 즉 개질가스 생산 용량 변화 요구에 유연하게 대응할 수 있다.According to the modular compact reformer according to the embodiment of the present invention described above, since it is composed of two or more unit reforming units that can be individually controlled, it is possible to actively and variably operate according to the demand for a change in reformed gas production capacity. In other words, it can flexibly respond to the demand for change in the production capacity of reformed gas.

또한, 둘 이상의 단위 개질 유닛을 모듈화한 구성으로서, 수소 생산 설비나 수소 충전 설비 등 수소 관련 설비에 다목적으로 사용 가능하면서도, 제한된 공간에 큰 제약 없이 설치가 가능하며, 모듈화된 구성만큼이나 유지 보수가 용이하여 설비 운용비를 절감시킬 수 있다. In addition, as a modular configuration of two or more unit reforming units, it can be used for multiple purposes in hydrogen-related facilities such as hydrogen production facilities and hydrogen filling facilities, but can be installed in a limited space without significant restrictions, and maintenance is as easy as a modular configuration. Thus, it is possible to reduce the facility operation cost.

또한, 열교환핀과 축열부를 갖춘 자기 축열식 버너의 사용으로, 배출 배기가스에 포함된 열에너지의 회수율을 극대화할 수 있고 개질로 바깥으로 최종 배출되는 배기가스의 온도를 크게 낮출 수 있다. 결과적으로, 고효율화를 달성할 수 있고, 고온 배기가스 배출로 인한 대기 환경 문제도 해소할 수 있다.In addition, by using a self-heating type burner equipped with a heat exchange fin and a heat storage unit, it is possible to maximize the recovery rate of the heat energy contained in the exhaust gas and greatly reduce the temperature of the exhaust gas finally discharged to the outside of the reformer. As a result, high efficiency can be achieved, and atmospheric environmental problems caused by high-temperature exhaust gas emission can also be solved.

이상의 본 발명의 실시 예에 따른 다목적 모듈형 콤팩트 개질기는 수소 제조 설비나 수소 충전 설비를 비롯하여, 다양한 수소 관련 설비에 다양한 양태로 적용될 수 있다.The multi-purpose modular compact reformer according to the embodiment of the present invention can be applied in various ways to various hydrogen-related facilities, including hydrogen production facilities or hydrogen filling facilities.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the above detailed description of the present invention, only special embodiments according thereto were described. However, it should be understood that the present invention is not limited to a particular form mentioned in the detailed description, but rather, it is understood to include all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. Should be.

1 : 모듈형 콤팩트 개질기 10 : 단위 개질 유닛
12 : 개질로 14 : 버너
16 : 개질기 18 : 연소튜브
120 : 하우징 121 : 버너 하우징
122 : 내화재 124 : 반응공간
126 : 버너 장착부 127 : 단열체
129 : 배출통로 140 : 축열부
141 : 제1 축열실 142 : 제2 축열실
143, 144 : 흡배기 절환부 146 : 버너 본체
147 : 화염 토출부 148 : 열교환핀
160 : 헤더부 161 : 원료 투입관
162 : 반응수 유입관 163 : 개질가스 배출관
164 : 촉매 반응부 165 : 다공성 내측 튜브
166 : 외측 튜브 166 : 개질가스 통로
182 : 연소가스 확산홀1: modular compact reformer 10: unit reforming unit
12: reforming furnace 14: burner
16: reformer 18: combustion tube
120: housing 121: burner housing
122: refractory material 124: reaction space
126: burner mounting portion 127: insulation
129: discharge passage 140: heat storage unit
141: first heat storage chamber 142: second heat storage chamber
143, 144: intake and exhaust switching part 146: burner body
147: flame discharge part 148: heat exchange fin
160: header part 161: raw material input pipe
162: reaction water inlet pipe 163: reformed gas discharge pipe
164: catalyst reaction unit 165: porous inner tube
166: outer tube 166: reformed gas passage
182: combustion gas diffusion hole

Claims (17)

내화재로 둘러싸인 반응공간을 갖춘 개질로;
상기 개질로의 중심부에 설치되며, 상기 반응공간의 상부에 위치하는 화염 토출부를 구비하는 버너; 및
각각에 형성된 촉매 반응부가 개질로 내에서 상기 화염 토출부를 둘러싸도록 구비되는 다수의 개질기;로 구성된 단위 개질 유닛을 포함하며,
상기 단위 개질 유닛의 개질로 측면부와 이웃하는 단위 개질 유닛의 개질로 측면부가 서로 맞닿도록 적어도 둘 이상의 단위 개질 유닛을 연접시켜 하나의 모듈을 이루도록 구성되고,
각 단위 개질 유닛의 개질로 상부 벽체 중앙에는 상기 버너를 구성하는 버너 본체의 일부가 상기 반응공간에 위치하도록 버너가 결합되는 버너 장착부가 형성되고, 상기 버너 본체에는 상기 버너 장착부에 결합되는 결합부가 구성되되,
상기 버너 장착부 내부의 단열체와 버너 본체 사이에 배출통로가 형성되고, 상기 결합부는 상기 버너 장착부와 플랜지 결합을 위한 플랜지와, 상기 버너 본체의 외면 일부를 소정의 간격을 두고 둘러싸는 단열체와, 상기 배출통로와 통하고 버너의 축열부를 향해 연소가스를 배출하는 배출구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
A reforming furnace with a reaction space surrounded by refractory materials;
A burner installed in the center of the reforming furnace and having a flame discharge unit positioned above the reaction space; And
It includes a unit reforming unit consisting of; a plurality of reformers provided to surround the flame discharge portion in the catalytic reaction portion formed in each reformer,
It is configured to form one module by connecting at least two or more unit reforming units so that the reforming furnace side portion of the unit reforming unit and the reforming furnace side portion of the neighboring unit reforming unit contact each other
In the center of the upper wall of the reforming furnace of each unit reforming unit, a burner mounting portion is formed to which a burner is coupled so that a part of the burner body constituting the burner is located in the reaction space, and a coupling portion coupled to the burner mounting portion is formed in the burner body. Do it,
A discharge passage is formed between the heat insulating body inside the burner mounting portion and the burner body, and the coupling portion includes a flange for coupling the burner mounting portion and the flange, and a heat insulating body surrounding a portion of the outer surface of the burner body at a predetermined interval, Multi-purpose modular compact reformer, characterized in that the discharge hole is formed to communicate with the discharge passage and discharge the combustion gas toward the heat storage unit of the burner.
 제 1 항에 있어서,
상기 반응공간은 원통 모양이고,
상기 개질로의 평면상의 모양이 직사각형인 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 1,
The reaction space has a cylindrical shape,
A multipurpose modular compact reformer, characterized in that the shape of the reforming furnace is rectangular.
 제 1 항에 있어서,
둘 이상의 단위 개질 유닛을 가로로 연접시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 1,
A multipurpose modular compact reformer, characterized in that it is constructed by connecting two or more unit reforming units horizontally.
 제 1 항에 있어서,
둘 이상의 단위 개질 유닛을 세로로 연접시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 1,
A multipurpose modular compact reformer, characterized in that it is constructed by vertically connecting two or more unit reforming units.
 제 1 항에 있어서,
복수의 단위 개질 유닛을 매트릭스(Metrix) 형태로 연접시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 1,
Multipurpose modular compact reformer, characterized in that it is configured by connecting a plurality of unit reforming units in a matrix form.
 ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 6 was abandoned upon payment of the set registration fee. 제 5 항에 있어서,
상기 복수의 단위 개질 유닛을 가로, 세로 3*3의 매트릭스(Metrix) 배열로 연접시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 5,
Multi-purpose modular compact reformer, characterized in that configured by connecting the plurality of unit reforming units in a horizontal and vertical 3*3 matrix arrangement.
 제 1 항에 있어서,
상기 단위 개질 유닛은,
상기 버너의 화염 토출부와 동축 정렬되는 구조로 상기 반응공간의 중심부에 세로로 배치되어, 상기 버너가 반응공간에 발생시킨 화염 및 연소가스를 상기 반응공간의 하부영역으로 유도하는 연소튜브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 1,
The unit reforming unit,
A combustion tube arranged vertically in the center of the reaction space in a structure coaxially aligned with the flame discharge part of the burner to guide the flame and combustion gas generated in the reaction space by the burner to a lower region of the reaction space; Multipurpose modular compact reformer, characterized in that it comprises.
 ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 8 was abandoned upon payment of the set registration fee. 제 7 항에 있어서,
상기 연소튜브는 개질로의 내부 바닥 중앙에 고정되는 하단 측면부에 하향 이동된 연소가스를 반경방향으로 확산시켜 반응공간에 도입시키는 연소가스 확산홀을 구비하며, 상단 개방부가 상기 화염 토출부의 노즐 주변을 에워쌀 수 있는 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 7,
The combustion tube has a combustion gas diffusion hole that diffuses downwardly moved combustion gas in a radial direction and introduces it into the reaction space at a lower side portion fixed at the center of the inner bottom of the reforming furnace, and the upper opening portion is formed around the nozzle of the flame discharge unit. Multi-purpose modular compact reformer, characterized in that formed to a height that can be enclosed.
 제 1 항에 있어서,
상기 개질기는,
상기 반응공간에 위치하는 촉매 반응부와,
상기 개질로의 상부면 외측으로 노출되는 헤더부로 구성되며,
상기 헤더부는,
탄화수소 원료가 투입되고 반응수 유입관이 연결된 원료 투입관과,
상기 촉매 반응부에서 생성된 개질가스의 외부 배출을 위한 개질가스 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 1,
The reformer,
A catalytic reaction unit located in the reaction space,
It consists of a header portion exposed to the outside of the upper surface of the reforming furnace,
The header part,
A raw material input pipe to which a hydrocarbon raw material is introduced and the reaction water inlet pipe is connected,
A multi-purpose modular compact reformer comprising a reformed gas discharge pipe for external discharge of the reformed gas generated in the catalytic reaction unit.
 ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 10 was abandoned upon payment of the set registration fee. 제 9 항에 있어서,
상기 촉매 반응부는,
상기 원료 투입관과 연결되는 막대 모양의 다공성 내측 튜브와,
상기 내측 튜브를 동심 구조로 에워싸는 외측 튜브를 포함하며,
상기 내측 튜브는 개질 촉매로 채워지고,
상기 내측 튜브와 외측 튜브 사이에는 상기 개질가스 배출관과 연결되는 개질가스 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 9,
The catalytic reaction unit,
A rod-shaped porous inner tube connected to the raw material input pipe,
It includes an outer tube surrounding the inner tube in a concentric structure,
The inner tube is filled with a reforming catalyst,
A multipurpose modular compact reformer, characterized in that a reformed gas passage connected to the reformed gas discharge pipe is formed between the inner tube and the outer tube.
 ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 11 was abandoned upon payment of the set registration fee. 제 10 항에 있어서,
상기 개질 촉매는 루테늄(ruthenium) 또는 니켈을 알루미나(alumina), 실리카(silica) 등의 담체에 담지시킨 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 10,
The reforming catalyst is a multi-purpose modular compact reformer, characterized in that ruthenium or nickel is supported on a carrier such as alumina or silica.
 제 1 항에 있어서,
상기 버너는 상기 반응공간에 고온의 화염을 분출하고, 분출된 화염에 의한 배기가스의 열을 축열부에서 축적하고, 축열부에 축적된 열로 외부에서 유입되는 연소공기를 예열하는 자기 축열식 버너인 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 1,
The burner is a self-heating type burner that ejects a high-temperature flame into the reaction space, accumulates heat of exhaust gas by the ejected flame in a heat storage unit, and preheats combustion air introduced from the outside with heat accumulated in the heat storage unit. Multi-purpose modular compact reformer characterized by.
 ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 13 was abandoned upon payment of the set registration fee. 제 12 항에 있어서,
상기 자기 축열식 버너는,
반응공간에 화염을 분출하는 상기 화염 토출부를 갖는 버너 본체와,
개질로의 외부에서 상기 버너 본체에 결합되며, 버너 본체를 중심으로 대향 배치되는 제1 축열실과 제2 축열실을 구성한 축열부와,
상기 제1 축열실과 제2 축열실을 교대로 흡기와 배기 측에 절환하는 흡배기 절환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 12,
The self-heating burner,
A burner body having the flame discharge portion for ejecting a flame into the reaction space,
A heat storage unit that is coupled to the burner body from the outside of the reforming furnace and constitutes a first heat storage chamber and a second heat storage chamber disposed opposite to the burner body,
And an intake/exhaust switch for switching the first heat storage chamber and the second heat storage chamber alternately between the intake and exhaust sides.
 ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 14 was abandoned upon payment of the set registration fee. 제 13 항에 있어서,
상기 화염 토출부에서부터 단열체로 둘러싸인 구간에 걸쳐 상기 버너 본체의 외면에는 복수의 열교환핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 13,
A multi-purpose modular compact reformer, characterized in that a plurality of heat exchange fins are provided on an outer surface of the burner body over a section from the flame discharge portion to the heat insulator.
 제 1 항에 있어서,
상기 둘 이상의 단위 개질 유닛은 일괄 또는 개별 제어 가능한 것을 특징으로 하는 다목적 모듈형 콤팩트 개질기.
The method of claim 1,
The multi-purpose modular compact reformer, characterized in that the two or more unit reforming units are collectively or individually controllable.
 제 1 항에 기재된 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 포함하는 수소 제조 설비.
A hydrogen production facility comprising the multipurpose modular compact reformer according to claim 1.
 제 1 항에 기재된 다목적 모듈형 콤팩트 개질기를 포함하는 수소 충전 설비.A hydrogen filling facility comprising the multipurpose modular compact reformer according to claim 1.
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