KR102323731B1 - 수소 생산용 다연료 개질 시스템 - Google Patents

수소 생산용 다연료 개질 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통합 열교환 시스템을 포함한 수소 생산용 다연료 개질기에 관한 것으로, 열에너지를 발생시키는 열원부와, 외부로부터 공급되는 두종류의 원료가스를 수소가스가 풍부한 합성가스로 전환하기 위한 스팀 개질반응기와 상기 스팀 개질기 일측에 설치되며 두 종류의 원료가스를 공급하기 위한 원료가스 공급관과 상기 스팀 개질반응기의 제 1 예열 영역과 제 1 반응 영역인 Pre-Reforming 반응기 및 제 2 예열 영역의 열교환기가 하단에 포함되어 스팀 개질기의 폐열을 효율적으로 활용할 수 있는 On-Site 수소 생산용 다연료 개질 시스템.

Description

수소 생산용 다연료 개질 시스템{Multi-fuels Reforming system for hydrogen production}
본 발명은 수소 생산 시스템의 개질기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료가스에서 수소를 얻기 위해 유입되는 연료가스를 개질시키는 경우에 있어 스팀 개질기 열원부에서 사용된 폐열을 활용하여 연료가스의 예열 및 Pre-Reforming에 수행하여 폐열을 최소화하는 Blue 수소 생산을 위한 개질기로서, 단일 개질기를 통해 공급 가스의 예열과 Pre-Reforming 및 개질을 동시에 수행할 수 있는 수소 생산용 개질기에 관한 것이다.
최근 지구환경에 대한 위기감 고조로 인하여 친화적인 에너지 공급 시스템의 개발 요구에 부응하여 에너지 효율이 높고, 배출 가스가 적다는 점에서 수소연료전지 자동차 등 수소를 연료로 하는 시스템이 각광을 받고 있다.
그 중에서도 수소연료전지 자동차에서의 수소 공급 방법으로는 압축 또는 액화와 같은 형태로 직접 수소를 공급하는 방법 외에, 천연가스 등의 탄화수소계 연료의 수증기 개질(Steam Reforming)에 의한 수소의 생성은 기존의 주유소와 같은 연료 공급 인프라를 이용할 수 있고, 종합적인 에너지 효율이 높다는 점 등에 있어서 많이 이용되고 있다.
한국 등록 특허 10-0209989호에서는 이중 천연가스나 액화석유가스 등의 탄화수소계 연료가스의 개질에 의해 수소를 생산하기 위한 통상의 수소 생산 시스템이 개시되어 있다.
한국 공개특허 10-2014-0120070호 에서는 수소개질 시스템의 개질기에 관한 것으로, 하우징과, 상기 하우징 내에 구비되고, 열에너지를 발생시키는 열원부와, 상기 하우징 내에 구비되고, 외부로부터 공급되는 연료가스를 수소가스가 풍부한 합성가스로 개질시키기 위한 개질관과, 상기 하우징의 일측에 설치되며, 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급관과, 상기개질관의 개구된 일단부를 개폐하는 개폐수단과, 상기 개질관에 연결되며, 개질된 합성가스를 배출하기 위한 합성가스 배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한국 등록특허 10-1943856호 에서는 일 면(aspect)에 따른 개질기는 하판에 형성되는 제1 홀을 포함하는 상부 하우징; 상판에 형성되는 제2 홀과, 측판에 형성되는 제3 내지 제5 홀을 포함하고, 상기 하우징의 아래에 배치되는 하부 하우징; 상기 상부 하우징의 안에 배치되는 가열기; 외부관과, 상기 외부관의 안에 배치되는 내부관을 포함하고, 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징의 안에 배치되고 적어도 일부가 상기 제1 홀과 상기 제2 홀을 관통하는 개질관; 상기 하부 하우징에 배치되고 상기 외부관과 연결되는 분배기; 상기 분배기와 연결되고 상기 제3 홀을 관통하는 유입 가스관; 상기 내부관과 연결되고 상기 제4 홀을 관통하는 배출 가스관; 및 상기 제5 홀을 관통하는 연도가스 배출관을 포함한다.
이러한 종래의 수소 생산 시스템은 연료가스에 함유된 황을 흡착하기 위한 탈황기, 탈황기를 거친 연료가스를 개질시켜 풍부한 수소가스가 함유된 합성가스를 생성하기 위한 개질기와, 수소가 풍부한 가스로의 개질에 필요한 수증기를 얻기 위한 증기 발생기, 배기가스에서 물을 분리하는 기액분리기를 포함한다. 상기 개질기(Reformer)는 개질반응을 통해 천연가스와 같은 원료(이하 "원료가스"라고 한다)로부터 수소를 생성하는 장치이다.
대한민국 등록특허공보 10-0209989 "천연가스형 수소발생장치 (Natural gas type hydrogen generator.)" 대한민국 공개특허공보 10-2014-0120070 "수소개질 시스템의 개질기"
본 발명은 수소 개질 공정에 있어서 연소열을 활용하여 공급가스의 예열과 Pre-Reforming에 활용하는 것을 첫 번째 목적으로 한다.
또한, 기존 수소 개질공정에서 발생하는 다량의 폐열을 원료가스의 예열, Pre-Reforming 및 열원이 필요한 수성가스 전환공정등의 이후 유닛에 제공하며 에너지의 공급을 최소화하여 개질 효율을 극대화하는 것을 두 번째 목적으로 한다.
더욱이, 하나의 개질기를 이용하여 원료가스의 예열과 Pre-Reforming 및 Reforming을 동시에 수행할 수 있는 수소 생산용 개질 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 수소 생산용 개질 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 원료가스를 주입하고, 가열공기가 유입되도록 구성되는 하우징; 상기 하우징 내측으로 가열된 연소가스를 유입하도록 구성되는 가열부; 제 1유입구를 통해 유입된 공급가스가 가열부와 마주하도록 구성되는 제 1 예열영역; 제 2유입구를 통해 유입된 공급가스가 가열부와 마주하도록 구성되고, 제 1 예열 영역 상단에 위치하도록 구성되는 제 2 예열 영역; 상기의 제 1예열영역을 통과한 공급가스가 전-개질기(Pre-Reformer)에서 메탄으로 전환하는 제 1 반응 영역; 제 2 예열영역을 거쳐 예열된 공급가스와 제 1 반응영역의 전-개질기의 후단가스가 혼합되어 메탄 스팀개질 반응에 의해 합성가스를 생산하는 제 2 반응 영역; 상기 제 1반응 영역과 상기 제 2반응 영역을 통해 배출되는 합성가스가 혼합되어 가열부와 마주하도록 구성되고, 제 2 반응 영역을 통해 생성된 합성가스를 배출하도록 구성되는 배출부 및 제 1 반응 영역과 제 2 반응 영역에 열원을 공급해주는 가열부와 가열챔버를 포함하는 수소 개질 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제 1유입구와 제 2유입구는 환형으로 구성되고, 각각 제 1반응 영역 및 제 2반응 영역에 반응가스를 공급하여 연결되도록 구성되는 수소 생산용 개질 시스템을 포함한다.
또한, 제 1반응 영역 또는 제 2반응 영역에는 적어도 하나 이상의 니플을 포함하도록 구성되는 수소 생산용 개질 시스템을 포함한다.
또한, 상기 가열부는, 상기 제 1반응 영역 및 제 2반응 영역을 통과하도록 구성되는 가열도관; 상기 제 1 과 제 2 반응 영역으로 열을 제공하도록 구성되는 가열챔버;를 포함하도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제 1반응 영역과 상기 제 2반응 영역은 분리판을 통해 서로 분리 되거나 또는 일체형으로 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제 1 반응 영역의 배출부는 제 2 반응 영역과 유기적으로 연결되도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제 2 반응 영역을 형성하는 반응 도관의 하단은 제 1반응 영역과 유체 연결되도록 구성되고, 상기 반응 도관의 중단은 상기 제 2 예열 영역과 유체 연결되로록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제 1반응 영역 및 제 2반응 영역은 상기 원료가스의 반응온도에 대응하여 예열을 수행하도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제 3반응 영역은, 상기 제 1반응 영역과 유체 연결되는 Pre-Reforming 도관; 상기 제 2반응 영역 및 Pre-Reforming 도관의 배출단과 유체 연결되도록 구성되는 Reforming 도관;을 포함하도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 다연료 개질을 위한 연소열은 반응원료 가스 공급관의 예열, Pre-Reforming 및 Reforming을 위한 열원으로 사용되고, 상기 연소가스의 폐열은 고순도 수소 가스의 기타 정제에 필요한 열원을 공급하는 공정에 제공됨으로써, 다연료 개질공정에서 발생되는 다량의 연소가스의 폐열을 최소화 할 수 있어 개질기의 개질 효율을 극대화 시키는 효과가 있다.
또한, 하나의 개질기를 통해 통합된 다연료 개질공정을 수행할 수 있는바, 설비상의 단순화(Compact)가 가능하고 정비 편의성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 하나의 개질기를 제공하는 On-Site 수소 생산용 다연료 개질 시스템을 통해 Compact한 개질기의 설계가 가능하기 때문에 On-Site에 수소스테이션을 건설시 공간적 활용도가 높은 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 일 실시예로서, 폐열을 최소화하기 위한 수소 개질 시스템의 측 단면도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 공정 도면과 함께 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로나 과도하게 해석되지 않는 방향으로 후술을 하였다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 이해를 돕기 위하여 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다 및/또는 포함하는은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
가열 도관이 이루어지는 Steam Reforming 도관(제 2 반응 영역)(400), 상기 Reforming 도관(400)으로부터의 합성가스는 일산화탄소의 수성가스 전환반응(Water Gas Shift reaction, WGS)을 위한 수성가스 전환부, 기체-액체 분리부 및 수소 분리를 위한 PSA부 (Pressure Swing Adsorption)를 포함하는 수증기 개질에 의한 고순도 수소 생산 장치를 제공한다.
더 바람직하게, 스팀 개질 반응을 통해 개질된 합성가스는 다연료 개질 시스템의 합성가스 배출부(450)을 통해 WGS부, 기액분리부 및 PSA부로 연계되도록 구성된다.
탄화수소 공급 원료로는 본 예에서 LNG 사용되었으나 이에 한정되지 않고, 상기 원료는 LNG, LPG 및 Biogas와 같은 기상 탄화수소나 Naphtha, 휘발유, 디젤 등을 포함한 액상인 탄화수소가 사용될 수 있다. 상기의 기상연료는 원료(Feed) 및 연료(Fuel)의 두 부분으로 나뉘어져, 반응원료는 탈황부를 거친 다음 개질기에 제공되며, 연료는 가열부(200)에 제공된다. 상기의 액상 탄화수소는 연소가스의 폐열을 활용하여 기화 후에 기상으로 공급될 수 있다.
본 발명에서는 원료 탄화수소의 탈황 방법으로 유황 화합물을 수첨 탈황 후 흡착탑에서 제거하거나 혹은 직접 흡착탑에서 흡착시켜 제거하는 방법이 사용될 수 있다. 이 경우에는 흡착제로서, 예를 들어, 코발트, 아연, 동 등의 금속이나 그 산화물, 또는 유화물, 나아가 제올라이트나 활성탄 등이 사용될 수 있다.
제올라이트나 활성탄을 이용하여 상온에서 흡착 제거할 수 있으며, 공급 원료나 조건에 따라 300 내지 400
Figure 112019136160517-pat00001
의 온도에서 고온 수첨탈황을 통해 제거할 수도 있다.
이렇게 선택적으로 탈황된 공급 원료는 본 발명의 제 1 유입구 또는 제 2 유입구에 공급된 다음 Reforming 반응에 부합하도록 제 1 예열 영역과 제 2 예열 영역의 열교환기를 통해 450 내지 500
Figure 112019136160517-pat00002
의 온도까지 예열되도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서는 개질기 반응에 부합하도록 제 1 예열 영역(800)과 제 2 예열 영역(700)을 통해 반응원료 가스의 승온을 수행하도록 구성되는바, 가열부(200)에 의해 가열된 배기가스가 제 1 예열 영역(800)과 제 2 예열 영역(700)을 관통하여 외부로 배출되도록 배기가스 배출부(550)으로 구성된다.
더 바람직하게, 가열부(200)는 제 1 예열 영역(800) 및 제 2 예열 영역(700)을 관통하도록 구성되는 가열 도관 및 제 1 반응 영역의 적어도 일부와 마주하도록 구성되는 가열 챔버(900)로 구성된다. 또한, 가열 챔버(900)는 제 2 반응 영역의 Reforming 도관(400)과 마주하도록 구성될 수 있다.
가열 챔버(900)는 가열부(200)의 열원이 직 간접적으로 전달되도록 구성되는바, 본 발명의 일 실시예에서는 하우징 양측면에 위치하는 배출부(410)를 감싸도록 구성되는 측면 격벽, 가열도관(500)과 가열부(200) 사이에 위치하는 수직 격벽을 포함하여 구성될 수 있다.
측면 격벽 및 수직 격벽을 통해 가열부(200)의 열원이 우회하여 제 2 반응 영역(400), 제 1 예열 영역(800) 및 제 2 예열 영역(700)에 알맞은 온도의 열을 제공하도록 구성된다.
2 반응 영역(Reforming 반응기)로 유입되는 반응 대상 연료는 단일 도관 또는 이중 도관으로 구성될 수 있으며, 그 형태는 한정되지 않는다.
제 2 반응 영역(Reforming 반응기)로 유입되는 반응 대상 연료는 단일 도관 또는 이중 도관으로 구성될 수 있으며, 그 형태는 한정되지 않는다.
또한, 제 2반응 영역(Reforming 반응기)은 유입된 공급 원료가 하우징의 상방으로 이동되도록 구성되고, 반전되어 하향 이동하여 배출되도록 구성된다.
상기와 같이 열 교환에 의한 승온을 수행하여 반응원료 혼합물질 내에 포함된 원료 수분은 액상과 기상의 2개의 상으로 분리된 상태로 수소 개질 시스템(100)에 유입되지 않고, 충분히 기화된 후 증기 상태의 단일상을 유지하면서 개질 반응에 도입될 수 있게 되는데, 이러한 수분의 단일상 성립과 유지는 제 1 예열 영역(800) 및 제 2 예열 영역(700)으로 도입되는 수분의 압력 및 상기 압력에서의 수분의 기화온도를 고려한 열교환기의 적절 한 설계를 통해서 가능하게 된다.
즉, 수분에 가하여진 압력과 상기 압력에서의 기화점보다 높은 온도로 승온할 수 있는 열량을 연소 후 배기 가스로부터 공급해 줄 수 있는 도관이 하우징 내부에 구비되고, 적절한 양의 배기 가스가 공급되는 경우에는 지속적인 수증기의 단일상이 유지될 수 있다.
상기 개질기로 유입되는 원료는 개질기(하우징)으로 공급되기 이전에 탈황 공정을 거칠 수 있다.
개질부(Reforming 도관(400))는 상기 반응 원료의 혼합물을 개질 촉매에 접촉시키고 수증기 개질하는 것으로, 고농도 수소 함유 가스를 제조한다. 개질부의 상부에는 개질부 내측으로 열을 전달하도록 구성되는 가열부(200) 마련되어 있다.
개질 촉매로는 니켈 또는 루테늄(ruthenium) 등의 금속을 알루미나(alumina), 실리카(silica), 마그네슘 알루미네이트(Magnesium Aluminate) 등의 담체에 담지시킨 것 등을 들 수 있다. 개질부에서의 탈황된 탄화수소의 수증기 개질은 다음의 반응식으로 행하여진다.
CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O --- (Steam Reforming, SR)
CO + H2O ↔ CO2 + H2 --- (Water Gas Shift, WGS)
하우징 상단에 위치하는 가열부(200)를 통해 개질기 내부의 열원이 공급되도록 구성되며, 더 바람직하게, 제 2 예열 영역(700) 및 제 1 예열 영역(800)을 경유하여 가열부(200)에 의해 연소된 연료의 배기가스가 배기가스 배출부(550)를 통해 하우징 외측으로 배출되도록 구성된다.
배출된 배기가스는 열교환기에 의해 폐열은 최대한 회수한 다음에, CO2 회수장치와 유체 연결되도록 구성될 수 있으며, 불연소 탄화수소 기체를 가열부(200)로 재순환되도록 구성될 수 있다.
하우징의 하면에는 환형 도관 형태로 구성되는 원료가스 유입부(600)를 포함하고, 상기 원료가스 유입부(600)로 유입된 연료가스는 제 1 예열 영역(800)과 제 2 예열 영역(700)으로 유입되도록 구성된다.
더 바람직하게, 원료가스의 온도 등의 조건에 따라 유입구의 일단에 위치하는 밸브의 공급량을 제어할 수 있는바, 제 1 예열 영역(800)과 제 2 예열 영역(700)으로 유입되는 원료가스의 유량을 제어할 수 있다.
더욱이, 제 1예열 영역(800)과 제 2 예열 영역(700)으로 서로 다른 연료가스를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 제 1 예열 영역(800) 및 제 2 예열 영역(700)은 원료가스의 반응전 상태의 온도를 상승하도록 예열을 수행하는 영역으로 구분될 수 있다.
또한, 제 1 예열 영역(800)의 배출단과 마주하여 원료가스의 Pre-reforming을 수행하는 제 1 반응 영역(300)으로 구분될 수 있다.
즉, 제 1반응 영역(800)은 연료가스 유입부(600)의 환형 도관의 외측으로 유입되는 원료가스가 인입되도록 구성되고, 다수의 니플을 통해서 가열기의 배출가스 도관을 경유하여 제 1 반응 영역인 Pre-Reforming 반응기(300)로 유동되도록 구성된다. 하지만, 상기 Pre-Reforming 반응기는 원료 탄화수소가스의 종류에 따라 필요한 경우 촉매가 충진 될 수 있으며, 그렇지 않은 경우에는 예열된 가스의 이동경로로 구성이 포함되는 수소 개질 시스템을 포함한다.
더 바람직하게, 연료가스 유입부(600)외 환형 도관 외측은 제 1 원료가스 유입부(610)로서, Pre-reforming이 필요한 LPG, 가솔린, 디젤 및 글리세롤 등의 연료가 유입되어 제 1 반응 영역인 Pre-Reforming 반응기(300)로 인입되도록 구성된다.
제 2 예열 영역(700)은 원료가스 유입부(600)의 환형 도관 중앙부를 통해 유입되는 원료가스가 인입되도록 제 1 예열 영역(800) 상단에 위치하고, 적어도 하나 이상의 니플을 통해 유입된 원료가스의 경로를 설정하도록 구성된다.
제 2 원료 영역(700)을 경유한 원료가스는 Pre-Reforming 반응기(300)와 Reforming 반응기(400)가 마주하는 일단으로 유동되도록 구성되어 Reforming 도관(400)을 따라 수증기 개질반응을 수행하도록 구성된다.
더 바람직하게, 연료가스 유입부(600)외 도관 중앙부는 제 2 원료가스 유입부(620)로서 메탄계 가스(NG, CNG, LNG 및 반응기 Off gas)가 유입되도록 구성되어, Reforming 반응기(400)로 유입되도록 구성된다.
뿐만 아니라, Pre-Reforming이 요구되지 않는 반응원료는 제 1 연료가스 유입부(610) 및 제 2 연료가스 유입부(620)를 통해 제 1 예열 영역(800) 및 제 2 예열 영역(700)으로 유입될 수 있으며, Pre-Reforming이 요구되는 반응연료는 제 1 예열영역(800)으로 유입될 수 있도록 제 1 연료가스 유입부(610)를 통해 유입되도록 구성된다.
Pre-Reforming 반응기(300)와 Reforming 반응기(400)는 제 1 반응 영역과 제 2 반응 영역에 위치하도록 구성되는바, 각각의 Pre-Reforming 반응기(300)와 Reforming 반응기(400)는 촉매가 충진되어 개질반응이 일어나도록 구성된다.
더 바람직하게, 수증기 개질 촉매로는 니켈 또는 루테늄(Ruthenium) 등의 금속을 알루미나(Alumina), 실리카(Silica) 및 마그네슘 알루미네이트(Magnesium Aluminate) 등의 담체에 담지시킨 것 등을 들 수 있다.
제 2 반응 영역(400)은 상대적으로 제 1 반응 영역(300), 제 1 예열 영역(800) 및 제 2 예열 영역(700)보다 고온의 열원과 인접하도록 구성되며, 더 바람직하게, 제 2 반응 영역의 Reforming 도관(400)은 하우징의 상단을 따라 길이 방향으로 형성되어 열원으로부터 인가되는 온도는 Reforming 도관(400)의 최상단에서 최대값을 갖도록 구성될 수 있다.
더 바람직하게, 가열 챔버내에 위치하는 격벽에 의해 두 영역으로 분리되도록 구성되고, Reforming 도관(400)이 위치하는 영역으로 열원이 간접적으로 유입될 수 있도록 구성된다.
따라서, Reforming 도관(400)을 통해 반응된 합성가스는 하우징 양측면에 적어도 하나 이상으로 구성되는 배출부(410)를 통해 배출될 수 있다.
이렇게 배출된 합성가스는 일산화탄소의 수성가스 전환반응(Water Gas Shift reaction, WGS)을 위한 수성가스 전환부, 기체-액체 분리부 및 수소 분리를 위한 PSA부 중 적어도 하나 이상을 통해 고순도 수소를 저장할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서 Reforming 반응기(400)에 전달되는 열원의 온도는 750 내지 900
Figure 112019136160517-pat00003
를 갖도록 구성될 수 있다.
정리하면, 제 1 예열 영역(800)과 제 2 예열 영역(700)을 통과한 연료가스가 Pre-Reforming 또는 Reforming을 수행하는 제 1 반응 영역(300)과 제 2 반응 영역(400)을 포함하도록 구성되는바, 제 2 반응 영역은 원료가스의 수증기 개질이 수행되는 주된 반응 영역으로 구성된다.
제 2 반응 영역은 제 1 예열 영역(800)과 제 2 예열 영역(700) 상단에 위치하여 제 1 예열 영역(800)의 후단에 위치한 Pre-Reforming을 위한 제 1 반응 영역(300)과 제 2 예열 영역(700)으로부터 배출되는 예열된 원료가스를 수용하여, 수증기 개질 반응이 수행되도록 구성된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 내용들은 모든 면에서 예시적인 것이며 특정하여 구술된 것이 아닌 것으로 이해해야 한다.
100: 수소 생산용 다연료 개질 시스템
200: 가열부
300: 제 1 반응 영역: Pre-Reforming 반응기
400: 제 2 반응 영역: Reforming 반응기
450: 합성가스 배출부
500: 가열 도관
550: 배기가스 배출부
600: 반응원료가스 유입부
610: 제 1 원료가스 유입부
620: 제 2 원료가스 유입부
700: 제 2 예열 영역
800: 제 1 예열 영역
900: 가열 챔버

Claims (10)

  1. On-site 수소 생산용 원료가스를 주입하고, 연료가스와 공기가 유입되도록 구성되는 다원료 개질용 하우징;
    상기 하우징 내측으로 가열된 원료가스가 유입하도록 구성되는 가열부;
    제 1 원료유입구를 통해 유입된 원료가스가 가열부와 마주하도록 구성되는 제 1 예열 영역;
    제 2 원료유입구를 통해 유입된 원료가스가 가열부와 마주하도록 구성되고, 제 1 예열 영역 상단에 위치하도록 구성되는 제 2 예열 영역;
    상기 하우징에 위치하여, 상기 제 1 연료유입구 및 상기 제 2 연료유입구를 포함하고, 상기 제 1 예열 영역과 제 2 예열 영역으로 상기 연료가스가 동시에 유입되도록 구성되는 유입부; 및
    상기 제 1 예열 영역을 통해 Pre-reforming 반응이 진행되는 제 1 반응 영역의 반응가스와 상기 제 2 예열 영역을 통해 배출되는 원료가스가 혼합되어 가열부와 마주하도록 구성되고, 제 2 반응 영역에서 가열부를 통해 스팀 개질 반응에 의해 합성된 합성가스를 배출하는 배출부 및 개질된 합성가스는 WGS부, 기액분리부 및 PSA부와 연계되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 원료유입구와 제 2 원료유입구는 환형으로 구성되고, 각각 제 1 예열 영역 및 제 2 예열 영역과 유체 연결되도록 구성되는 수소 생산용 개질 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 1 예열 영역 또는 제 2 예열 영역에는 적어도 하나 이상의 니플을 포함하도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 제 1 예열 영역 및 제 2 예열 영역을 통과하도록 구성되는 가열 도관;
    상기 제 1 반응 영역과 제 2 반응 영역으로 열을 제공하도록 구성되는 가열 챔버;를 포함하도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 예열 영역과 상기 제 2 예열 영역은 분리판을 통해 서로 분할되도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 예열 영역의 배출부는 제 1 반응 영역으로 공급된 다음에 제 2 반응 영역과 유체 연결되도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 반응 영역을 형성하는 스팀 개질기의 끝단은 제 1 예열 영역에서 예열된 원료가스가 제 1반응 영역과 유체 연결되도록 구성되고,
    상기 스팀 개질 반응기의 입구는 상기 제 2 예열 영역과 제 1 반응 영역과 혼합되는 유체 연결되도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 예열 영역 및 제 2 예열 영역은 상기 원료가스의 개질 반응 온도에 대응하여 예열을 수행하도록 구성되는 수소 생산용 다연료 개질 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 반응 영역은,
    상기 제 1 예열 영역과 유체 연결되는 Pre-Reforming 반응기;
    상기 제 2 예열 영역 및 Pre-Reforming 반응기의 배출단과 유체 연결되도록 구성되는 스팀 Reforming 반응기;를 포함하도록 구성되는 다연료 개질 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기의 스팀 개질기의 하우징에서 배출되는 합성가스는 WGS부, 기액분리부 및 PSA부를 거쳐 고순도 수소생산용 다연료 개질시스템.

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