KR102334163B1 - Methane procuding apparatus and controlling method thereof - Google Patents

Methane procuding apparatus and controlling method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102334163B1
KR102334163B1 KR1020200011230A KR20200011230A KR102334163B1 KR 102334163 B1 KR102334163 B1 KR 102334163B1 KR 1020200011230 A KR1020200011230 A KR 1020200011230A KR 20200011230 A KR20200011230 A KR 20200011230A KR 102334163 B1 KR102334163 B1 KR 102334163B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor
methane
refrigerant
temperature
catalyst
Prior art date
Application number
KR1020200011230A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210097476A (en
Inventor
김수현
유영돈
최광순
Original Assignee
고등기술연구원연구조합
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고등기술연구원연구조합 filed Critical 고등기술연구원연구조합
Priority to KR1020200011230A priority Critical patent/KR102334163B1/en
Publication of KR20210097476A publication Critical patent/KR20210097476A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102334163B1 publication Critical patent/KR102334163B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/02—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C9/00—Aliphatic saturated hydrocarbons
    • C07C9/02—Aliphatic saturated hydrocarbons with one to four carbon atoms
    • C07C9/04—Methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/08—Production of synthetic natural gas

Abstract

본 발명은 메탄 생성 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급받아서 메탄을 생성하고, 상기 원료가스로부터 메탄을 생성하는 반응을 위한 촉매가 내부에 충진된 촉매 튜브가 내부에 제공되는 제1 반응기, 상기 제1 반응기와 연결되어 냉매를 공급하는 냉매 공급 탱크, 상기 제1 반응기와 상기 냉매 공급 탱크를 연결하는 냉매 공급 라인 상에 제공되는 유량 조절 밸브, 상기 냉매 공급 탱크에 연결되어 상기 냉매 공급 탱크 내에서 상기 냉매가 증발되어 발생된 기체를 상기 냉매 공급 탱크의 외부로 배출하는 기체 배출 라인 상에 제공되는 압력 조절 밸브, 상기 제1 반응기의 후단에 제공되고, 상기 원료가스가 상기 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 온도 센서, 및 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 상기 유량 조절 밸브 및 상기 압력 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는, 메탄 생성 장치 및 이를 제어하는 방법이 제공될 수 있다.The present invention relates to a methane generating device and a method for controlling the same. Specifically, according to an embodiment of the present invention, a catalyst tube is provided inside which is supplied with a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to generate methane, and a catalyst for the reaction of generating methane from the source gas is filled therein. a first reactor, a refrigerant supply tank connected to the first reactor to supply a refrigerant, a flow rate control valve provided on a refrigerant supply line connecting the first reactor and the refrigerant supply tank, and connected to the refrigerant supply tank A pressure control valve provided on a gas discharge line for discharging gas generated by evaporation of the refrigerant in the refrigerant supply tank to the outside of the refrigerant supply tank, is provided at the rear end of the first reactor, and the source gas is A temperature sensor for measuring the temperature of the primary conversion gas containing methane produced by reaction with the catalyst, and a control unit for controlling the flow rate control valve and the pressure control valve according to the temperature measured by the temperature sensor, methane A generating device and a method of controlling the same may be provided.

Description

메탄 생성 장치 및 이의 제어 방법{METHANE PROCUDING APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}Methane generating device and its control method

본 발명은 메탄 생성 장치 및 이의 제어 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a methane generating device and a method for controlling the same.

천연가스는 발전용, 난방용 및 자동차 등의 연료용으로서 가장 청정한 연료로 분류되고 있으며, 그로 인하여 이용가치가 크다. 그러나 자연적으로 얻어지는 천연가스는 한정되어 있기 때문에, 천연가스를 합성하는 공정은 부가가치가 높은 산업이 되고 있다.Natural gas is classified as the cleanest fuel for power generation, heating, and automobile fuel, and therefore has great use value. However, since natural gas obtained naturally is limited, the process of synthesizing natural gas has become an industry with high added value.

한편, 최근에는 지구 온난화 기체로 주목받고 있는 이산화탄소를 제거하거나 재활용을 목적으로 이산화탄소를 이용하는 다양한 합성방법에 대한 연구가 주목받고 있다. 특히, 이러한 기술은 이산화탄소 제거에 따른 지구 온난화 감소와 친환경 기술에 대한 기여가 가능하다는 점에서 각광받고 있는 추세이다.Meanwhile, research on various synthetic methods using carbon dioxide for the purpose of removing or recycling carbon dioxide, which is attracting attention as a global warming gas, has recently attracted attention. In particular, these technologies are in the spotlight in that they can reduce global warming due to carbon dioxide removal and contribute to eco-friendly technologies.

이러한 견지에서, 일산화탄소(CO, Carbon Monoxide) 또는 이산화탄소(CO2, Carbon Dioxide)와 수소를 혼합하여 메탄(CH4, Methane)과 같은 탄화수소(Hydrocarbon) 화합물을 합성함으로써, 탄소 배출로 인한 환경 문제를 저감하면서도 친환경 에너지인 천연가스를 생산할 수 있는 기술이 주목받고 있으며, 그러한 기술의 하나로서 재생에너지로부터 수소를 생산하고, 이렇게 생산된 수소를 이산화탄소와 합성하여 메탄을 생성하는 기술이 있다.From this point of view, by synthesizing hydrocarbon compounds such as methane (CH4, Methane) by mixing carbon monoxide (CO, Carbon Monoxide) or carbon dioxide (CO 2 , Carbon Dioxide) and hydrogen, environmental problems caused by carbon emissions are reduced A technology capable of producing natural gas, which is an eco-friendly energy, is attracting attention, and as one of such technologies, there is a technology for producing hydrogen from renewable energy and synthesizing the produced hydrogen with carbon dioxide to generate methane.

수소와 이산화탄소를 이용하여 메탄 가스를 생성하는 공정의 주요 반응식 및 반응열은 다음과 같다. The main reaction formula and heat of reaction of the process of generating methane gas using hydrogen and carbon dioxide are as follows.

CO2+4H2→ CH4+2H2O(반응열: 165 kJ/mol)CO 2 +4H 2 → CH 4 +2H 2 O (heat of reaction: 165 kJ/mol)

이렇게 이산화탄소와 수소를 합성하여 메탄으로 전환시키는 반응은 통상적으로 니켈(Ni)계 촉매를 사용하며, 발열반응이 수반되므로, 반응열의 효과적인 추출 및 제어가 공정의 수율 향상에 있어서 가장 중요한 요소이다. 일반적으로 메탄 생성 반응에서 반응열을 제어하기 위해 1차 또는 2차 반응기 후단에서 배출되는 전환 가스 중 일부를 재순환 압축기(recycle compressor)를 사용하여 1차 반응기 유입 측으로 재순환하여 1차 반응기에서의 반응열을 제어하거나, 복수의 반응기를 직렬로 연계하여 각각의 반응기에 분기된 유입가스를 공급하는 방법이 적용된다. 이러한 종래의 반응열 제어를 하기 위한 메탄 생성 시스템의 일 예가 도 1에 도시된다.The reaction of synthesizing carbon dioxide and hydrogen and converting it to methane typically uses a nickel (Ni)-based catalyst and is accompanied by an exothermic reaction, so effective extraction and control of reaction heat is the most important factor in improving the yield of the process. In general, in order to control the heat of reaction in the methane generation reaction, a part of the conversion gas discharged from the rear end of the first or second reactor is recycled to the inlet side of the first reactor using a recycle compressor to control the heat of reaction in the first reactor Alternatively, a method of supplying branched inlet gas to each reactor by connecting a plurality of reactors in series is applied. An example of a methane generation system for controlling the conventional heat of reaction is shown in FIG. 1 .

그러나 이러한 종래의 방식은 재순환 시스템, 합성가스 분기 시스템 등으로 구성되어 시스템 구성이 복잡하다는 문제가 있다. However, this conventional method is composed of a recirculation system, a syngas branch system, etc., there is a problem in that the system configuration is complicated.

또한, 제어를 위한 구성이 복잡하고 비효율적이어서 발열 반응에서의 반응 온도를 실시간으로 효율적으로 제어하기가 어렵다는 문제가 있다.In addition, there is a problem in that it is difficult to efficiently control the reaction temperature in the exothermic reaction in real time because the configuration for the control is complicated and inefficient.

본 발명의 실시예들은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 시스템 구성이 단순하고 직관적이며, 발열 반응에서의 반응 온도를 실시간으로 효율적으로 제어할 수 있는 메탄 생성 장치 및 이의 제어 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention have been devised to solve the above-described problems in the prior art, and provide a methane generating device capable of efficiently controlling the reaction temperature in an exothermic reaction in real time and having a simple and intuitive system configuration and a control method thereof. want to

본 발명의 일 측면에 따르면, 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급받아서 메탄을 생성하고, 상기 원료가스로부터 메탄을 생성하는 반응을 위한 촉매가 내부에 충진된 촉매 튜브가 내부에 제공되는 제1 반응기; 상기 제1 반응기와 연결되어 냉매를 공급하는 냉매 공급 탱크; 상기 제1 반응기와 상기 냉매 공급 탱크를 연결하는 냉매 공급 라인 상에 제공되는 유량 조절 밸브; 상기 냉매 공급 탱크에 연결되어 상기 냉매 공급 탱크 내에서 상기 냉매가 증발되어 발생된 기체를 상기 냉매 공급 탱크의 외부로 배출하는 기체 배출 라인 상에 제공되는 압력 조절 밸브; 상기 제1 반응기의 후단에 제공되고, 상기 원료가스가 상기 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 상기 유량 조절 밸브 및 상기 압력 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a catalyst tube is provided inside which is supplied with a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to generate methane, and a catalyst for a reaction for generating methane from the source gas is provided therein. reactor; a refrigerant supply tank connected to the first reactor to supply a refrigerant; a flow rate control valve provided on a refrigerant supply line connecting the first reactor and the refrigerant supply tank; a pressure control valve connected to the refrigerant supply tank and provided on a gas discharge line for discharging gas generated by evaporation of the refrigerant in the refrigerant supply tank to the outside of the refrigerant supply tank; a temperature sensor provided at the rear end of the first reactor and measuring the temperature of the primary conversion gas containing methane produced by reacting the raw material gas with the catalyst; and a control unit for controlling the flow rate control valve and the pressure control valve according to the temperature measured by the temperature sensor, the methane generating device may be provided.

또한, 상기 제1 반응기는, 상기 제1 반응기의 내부를 상부 챔버와 냉각 챔버로 구분하는 상부 격판; 및 상기 제1 반응기의 내부를 상기 냉각 챔버와 하부 챔버로 구분하는 하부 격판을 더 포함하고, 상기 촉매 튜브의 양 단이 상기 상부 격판과 상기 하부 격판에 각각 연결되고, 상기 상부 챔버 측으로 투입되는 상기 원료가스가 상기 촉매 튜브를 통과하면서 상기 촉매 튜브 내에 충진된 촉매와 접촉되어 반응을 일으키면서 메탄을 생성하고, 상기 1차 전환가스가 상기 하부 챔버 측으로 배출되는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.In addition, the first reactor may include an upper diaphragm dividing the interior of the first reactor into an upper chamber and a cooling chamber; and a lower diaphragm dividing the interior of the first reactor into the cooling chamber and the lower chamber, wherein both ends of the catalyst tube are connected to the upper diaphragm and the lower diaphragm, respectively, and are introduced into the upper chamber As the source gas passes through the catalyst tube, it comes into contact with the catalyst filled in the catalyst tube to generate methane, and the primary conversion gas is discharged to the lower chamber side.

또한, 상기 제1 반응기 내에서 상기 냉매가 상기 촉매 튜브와 열교환 후 다시 상기 냉매 공급 탱크로 회수되기 위한 냉매 회수 라인이 상기 제1 반응기와 상기 냉매 공급 탱크 사이에서 연결되고, 상기 냉매 공급 라인과 상기 냉매 회수 라인은 상기 냉각 챔버와 연결되는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.In addition, a refrigerant recovery line for recovering the refrigerant back to the refrigerant supply tank after heat exchange with the catalyst tube in the first reactor is connected between the first reactor and the refrigerant supply tank, and the refrigerant supply line and the refrigerant supply tank A refrigerant recovery line may be provided with a methane generating device connected to the cooling chamber.

또한, 상기 제1 반응기에서 상기 원료가스가 상기 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스를 전달받아서 메탄 생성 반응을 일으키는 제2 반응기를 더 포함하는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.In addition, in the first reactor, the source gas reacts with the catalyst to receive the primary conversion gas containing methane, and further comprising a second reactor for generating a methane reaction may be provided. .

또한, 상기 제1 반응기와 연결된 1차 전환가스 공급 라인과 연결되어 상기 1차 전환가스를 전달받아서 냉각시키는 제1 냉각기; 및 상기 제2 반응기와 연결된 2차 전환가스 공급 라인과 연결되어 상기 제2 반응기로부터 배출되는 2차 전환가스를 전달받아서 냉각시키는 제2 냉각기를 더 포함하는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.In addition, the first cooler is connected to the primary conversion gas supply line connected to the first reactor to receive the first conversion gas to be cooled; and a second cooler connected to the secondary conversion gas supply line connected to the second reactor to receive and cool the secondary conversion gas discharged from the second reactor, the methane generating device may be provided.

또한, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도량이 증가되도록 제어하고, 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도량이 감소되도록 제어하는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.In addition, the control unit, when the temperature measured by the temperature sensor is higher than a preset temperature, controls the opening degree of the pressure control valve to increase, and when the temperature measured by the temperature sensor is lower than the preset temperature, the pressure control valve A methane generating device may be provided that controls the opening amount of the to be reduced.

또한, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 증가시켜서 상기 제1 반응기 내에서의 상기 냉매의 수위가 높아지도록 제어하고, 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 감소시켜서 상기 제1 반응기 내에서의 상기 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.In addition, when the temperature measured by the temperature sensor is higher than a preset temperature, the controller increases the opening degree of the flow control valve to control the level of the refrigerant in the first reactor to increase, and the temperature sensor When the measured temperature is lower than a preset temperature, a methane generating device may be provided for controlling the level of the refrigerant in the first reactor to be lowered by reducing the opening amount of the flow control valve.

또한, 상기 제어부는, 운전 초기에 메탄 생성 반응을 촉진시기 위해 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 소정량 이하로 제한하여 상기 제1 반응기 내의 상기 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하고, 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 완전 개방하여 상기 냉매가 상기 냉각 챔버 내에서 자유순환되도록 제어하는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.In addition, the control unit controls the level of the refrigerant in the first reactor to be lowered by limiting the opening amount of the flow control valve to a predetermined amount or less in order to promote the methane generation reaction at the initial stage of operation, measured by the temperature sensor When the set temperature is higher than a preset temperature, a methane generating device may be provided that completely opens the opening amount of the flow control valve to control the refrigerant to freely circulate in the cooling chamber.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 반응기 내에서 메탄 생성 반응이 진행되어 상기 온도 센서에서 측정되는 온도가 점차 증가하는 경우, 이에 비례하여 상기 유량 조절 밸브의 개도량이 점차 증가되도록 제어하는, 메탄 생성 장치가 제공될 수 있다.In addition, when the temperature measured by the temperature sensor gradually increases as the methane generation reaction proceeds in the first reactor, the control unit controls the opening amount of the flow control valve to gradually increase in proportion to this, the methane generating device may be provided.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 메탄 생성 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 메탄 생성 장치의 제1 반응기에 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급하는 단계; 상기 제1 반응기에서 상기 원료가스가 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 1차 전환가스의 온도에 따라 상기 제1 반응기에 냉매를 공급하는 냉매 공급 탱크로부터 배출되는 기체의 압력을 조절하는 압력 조절 밸브의 개도량을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 개도량을 제어하는 단계에서, 상기 1차 전환가스의 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우, 상기 압력 조절 밸브의 개도량이 증가되도록 제어하고, 상기 1차 전환가스의 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도량이 감소되도록 제어하는, 메탄 생성 장치의 제어 방법이 제공될 수 있다.Meanwhile, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a methane generating device, the method comprising: supplying a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to a first reactor of the methane generating device; Measuring the temperature of the primary conversion gas containing methane produced by the reaction of the raw material gas with the catalyst in the first reactor; and controlling an opening amount of a pressure regulating valve for regulating the pressure of a gas discharged from a refrigerant supply tank that supplies a refrigerant to the first reactor according to the temperature of the primary conversion gas, and controlling the opening amount In the step of, when the temperature of the primary switching gas is higher than a preset temperature, control to increase the opening degree of the pressure control valve, and when the temperature of the primary switching gas is lower than the preset temperature, the pressure control valve A control method of the methane generating device, controlling the opening amount to be reduced, may be provided.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 메탄 생성 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 메탄 생성 장치의 제1 반응기에 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급하는 단계; 상기 제1 반응기에서 상기 원료가스가 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 1차 전환가스의 온도에 따라 상기 제1 반응기로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브의 개도량을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 개도량을 제어하는 단계에서, 상기 1차 전환가스의 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우, 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 증가시켜서 상기 제1 반응기 내에서의 상기 냉매의 수위가 높아지도록 제어하고, 상기 1차 전환가스의 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 감소시켜서 상기 제1 반응기 내에서의 상기 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하는, 메탄 생성 장치의 제어 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a methane generating device, the method comprising: supplying a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to a first reactor of the methane generating device; Measuring the temperature of the primary conversion gas containing methane produced by the reaction of the raw material gas with the catalyst in the first reactor; and controlling an opening degree of a flow control valve for controlling the flow rate of the refrigerant supplied to the first reactor according to the temperature of the primary switching gas, in the step of controlling the opening amount, the primary switching When the temperature of the gas is higher than the preset temperature, the amount of opening of the flow control valve is increased to control the level of the refrigerant in the first reactor to increase, and the temperature of the primary conversion gas is higher than the preset temperature. When it is low, the control method of the methane generating device may be provided for controlling the level of the refrigerant in the first reactor to be lowered by reducing the opening amount of the flow control valve.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 메탄 생성 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 메탄 생성 장치의 제1 반응기에 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급하는 단계; 상기 제1 반응기에서 상기 원료가스가 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 1차 전환가스의 온도에 따라 상기 제1 반응기로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브의 개도량을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 개도량을 제어하는 단계에서, 운전 초기에 메탄 생성 반응을 촉진시기 위해 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 소정량 이하로 제한하여 상기 제1 반응기 내의 상기 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하고, 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 완전 개방하여 상기 냉매가 상기 냉각 챔버 내에서 자유순환되도록 제어하는, 메탄 생성 장치의 제어 방법이 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a methane generating device, the method comprising: supplying a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to a first reactor of the methane generating device; Measuring the temperature of the primary conversion gas containing methane produced by the reaction of the raw material gas with the catalyst in the first reactor; and controlling an opening amount of a flow control valve for adjusting the flow rate of the refrigerant supplied to the first reactor according to the temperature of the primary conversion gas, wherein in the controlling of the opening amount, methane is initially operated In order to promote the generation reaction, the amount of opening of the flow control valve is limited to a predetermined amount or less to control the level of the refrigerant in the first reactor to be lowered, and when the temperature measured by the temperature sensor is higher than a preset temperature, the A control method of a methane generating device may be provided for controlling the refrigerant to freely circulate in the cooling chamber by completely opening the opening amount of the flow control valve.

또한, 상기 개도량을 제어하는 단계에서, 상기 제1 반응기 내에서 메탄 생성 반응이 진행되어 상기 1차 전환가스의 온도가 점차 증가하는 경우, 이에 비례하여 상기 유량 조절 밸브의 개도량이 점차 증가되도록 제어하는, 메탄 생성 장치의 제어 방법이 제공될 수 있다.In addition, in the step of controlling the opening amount, when the temperature of the primary conversion gas gradually increases due to the methane generating reaction proceeding in the first reactor, the control so that the opening amount of the flow control valve is gradually increased in proportion to this A method for controlling a methane generating device may be provided.

본 발명의 실시예들에 따르면, 시스템 구성이 단순하고 직관적이며, 발열 반응에서의 반응 온도를 실시간으로 효율적으로 제어할 수 있다는 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, the system configuration is simple and intuitive, and there is an effect that the reaction temperature in the exothermic reaction can be efficiently controlled in real time.

도 1은 종래의 메탄 생성 시스템의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄 생성 장치의 계통도이다.
도 3은 도 2의 각 밸브를 제어하기 위한 제어부를 도시한 계통도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄 생성 장치의 제어 방법을 설명하는 플로우 차트이다.1 is a schematic diagram of a conventional methane generating system.
2 is a schematic diagram of a methane generating device according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a control unit for controlling each valve of FIG. 2 .
4 is a flowchart illustrating a method for controlling a methane generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments for implementing the spirit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '결합', '고정', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합, 고정, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is said that a component is 'coupled', 'fixed', or 'contacted' to another component, it may be directly coupled, fixed, or contacted to the other component, but it is understood that other components may exist in the middle. it should be

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 본 명세서에서 일 측, 타 측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.In addition, in the present specification, expressions of one side, the other side, etc. are described with reference to the drawings, and it is to be noted in advance that if the direction of the corresponding object is changed, it may be expressed differently. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.As used herein, the meaning of 'comprising' specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄 생성 장치 및 이의 제어 방법의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. Hereinafter, a detailed configuration of a methane generating apparatus and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄 생성 장치 (1)는 수소와 이산화탄소로부터 메탄이 주성분인 가스를 수득하기 위해 제공된다. 이때 수소와 이산화탄소를 이용하여 메탄 가스를 생성하는 공정의 주요 반응식 및 반응열은 다음과 같다. 2 to 3, the methane generating apparatus 1 according to an embodiment of the present invention is provided to obtain a gas containing methane as a main component from hydrogen and carbon dioxide. At this time, the main reaction formula and heat of reaction of the process of generating methane gas using hydrogen and carbon dioxide are as follows.

CO2+4H2→ CH4+2H2O(반응열: 165 kJ/mol)CO 2 +4H 2 → CH 4 +2H 2 O (heat of reaction: 165 kJ/mol)

위와 같이 수소와 이산화탄소를 합성하여 메탄 가스를 얻는 반응은 강한 발열을 수반하는 발열 반응에 해당되고, 반응시의 압력이 증가할수록, 그리고 온도가 낮을수록 메탄 수율이 높아지는 반응에 해당된다. 따라서, 이러한 반응시 발생되는 반응열을 적절히 제어하여 적절한 반응 온도 범위를 유지하는 것은 메탄 수율을 높이는데 있어서 매우 중요하다. As described above, the reaction of synthesizing hydrogen and carbon dioxide to obtain methane gas corresponds to an exothermic reaction accompanied by strong exotherm, and corresponds to a reaction in which the methane yield increases as the pressure during the reaction increases and the temperature decreases. Therefore, maintaining an appropriate reaction temperature range by appropriately controlling the reaction heat generated during this reaction is very important in increasing the methane yield.

메탄 생성 반응시 촉매가 사용되는데, 이때 사용되는 촉매로는 일 예로 니켈(Ni) 계열의 촉매가 사용될 수 있다. 촉매의 활성을 안정적으로 장기간 유지하기 위해서는 메탄 생성을 위한 반응기의 최저 온도는 250℃ 이상, 최고 온도는 사용되는 촉매에 따라 상이하지만 일반적으로 낮게 유지할수록 유리하다. Catalysts are used in the methanogenesis reaction, and as a catalyst used in this case, for example, a nickel (Ni)-based catalyst may be used. In order to stably maintain the activity of the catalyst for a long period of time, the minimum temperature of the reactor for methane production is 250° C. or more, and the maximum temperature varies depending on the catalyst used, but in general, it is advantageous to keep it lower.

수소와 이산화탄소로부터 메탄으로의 전환률을 높게 유지하면서 안정적으로 장기간 사용하기 위해, 메탄 생성 장치 (1)는 제1 반응기(10)와 제2 반응기(20)를 포함하는 2차 반응 시스템으로 구성될 수 있다. For stable long-term use while maintaining a high conversion rate from hydrogen and carbon dioxide to methane, the methane generating device 1 may be composed of a secondary reaction system including a first reactor 10 and a second reactor 20 . have.

제1 반응기(10)는 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급받아서 메탄을 생성한다. 이를 위해, 원료가스 공급부(11)가 제1 반응기(10)에 연결될 수 있으며, 원료가스 공급부(11)와 제1 반응기(10)는 원료가스 공급 라인(12)을 통해 연결될 수 있다. 또한, 원료가스로부터 메탄을 생성하는 반응을 위한 촉매가 내부에 충진된 촉매 튜브(100)가 제1 반응기(10)의 내부에 제공될 수 있다. The first reactor 10 is supplied with a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to generate methane. To this end, the source gas supply unit 11 may be connected to the first reactor 10 , and the source gas supply unit 11 and the first reactor 10 may be connected through the source gas supply line 12 . In addition, a catalyst tube 100 filled therein with a catalyst for a reaction for generating methane from the source gas may be provided in the first reactor 10 .

이러한 제1 반응기(10)는 내부에 중공을 갖는 쉘 형상으로 구비되어, 쉘의 내부에 복수의 촉매 튜브(100)가 배치되는 구조를 가질 수 있다. 이때, 촉매 튜브(100)는 내부에 메탄 생성 반응시 사용되는 촉매가 충진된 상태로 제공될 수 있다. 또한, 촉매 튜브(100)는 양 단이 개구된 파이프 형상으로 제공될 수 있다.The first reactor 10 may have a structure in which a plurality of catalyst tubes 100 are disposed inside the shell by being provided in a shell shape having a hollow inside. At this time, the catalyst tube 100 may be provided in a state in which the catalyst used in the methane generation reaction is filled therein. In addition, the catalyst tube 100 may be provided in the form of a pipe having both ends open.

또한, 제1 반응기(10)의 내부 공간은 상부 챔버(130), 하부 챔버(140) 및 냉각 챔버(150)로 구획될 수 있으며, 이를 위해 제1 반응기(10)의 내부에는 상부 격판(110)과 하부 격판(120)이 제공될 수 있다. 상부 격판(110)은 제1 반응기(10)의 내부를 상부 챔버(130)와 냉각 챔버(150)로 구분하고, 하부 격판(120)은 제1 반응기(10)의 내부를 냉각 챔버(150)와 하부 챔버(140)로 구분하도록 제공될 수 있다. 이때, 제1 반응기(10)의 상부 챔버(130)에는 원료가스 공급 라인(12)이 연결되고, 하부 챔버(140)에는 1차 전환가스 공급 라인(13)이 연결될 수 있다.In addition, the inner space of the first reactor 10 may be divided into an upper chamber 130 , a lower chamber 140 , and a cooling chamber 150 , and for this purpose, the upper diaphragm 110 is located inside the first reactor 10 . ) and the lower diaphragm 120 may be provided. The upper diaphragm 110 divides the inside of the first reactor 10 into an upper chamber 130 and a cooling chamber 150 , and the lower diaphragm 120 divides the inside of the first reactor 10 into a cooling chamber 150 . and a lower chamber 140 may be provided. In this case, the source gas supply line 12 may be connected to the upper chamber 130 of the first reactor 10 , and the primary conversion gas supply line 13 may be connected to the lower chamber 140 .

또한, 촉매 튜브(100)의 양 단이 상부 격판(110)과 하부 격판(120)에 각각 연결될 수 있으며, 촉매 튜브(100)의 양 단에 형성된 개구가 연통되는 복수의 구멍이 상부 격판(110)과 하부 격판(120)에 각각 형성될 수 있다. 이에 따라, 원료가스 공급부(11)로부터 원료가스 공급 라인(12)을 통해 상부 챔버(130) 측으로 원료가스가 투입될 수 있다. 이렇게 투입된 원료가스는 촉매 튜브(100)를 통과하면서 촉매 튜브(100) 내에 충진된 촉매와 접촉되어 반응을 일으키면서 메탄을 생성할 수 있다. 이렇게 촉매 튜브(100)를 통과하면서 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스가 하부 챔버(140) 측으로 1차 전환가스 공급 라인(13)을 통해 배출될 수 있다.In addition, both ends of the catalyst tube 100 may be respectively connected to the upper diaphragm 110 and the lower diaphragm 120 , and a plurality of holes through which openings formed at both ends of the catalyst tube 100 communicate are formed in the upper diaphragm 110 . ) and the lower diaphragm 120 may be respectively formed. Accordingly, the source gas may be introduced from the source gas supply unit 11 to the upper chamber 130 through the source gas supply line 12 . As the source gas thus introduced passes through the catalyst tube 100 , it comes into contact with the catalyst filled in the catalyst tube 100 to cause a reaction to generate methane. In this way, the primary conversion gas including methane generated while passing through the catalyst tube 100 may be discharged to the lower chamber 140 through the primary conversion gas supply line 13 .

또한, 제1 반응기(10)의 냉각 챔버(150)에는 냉매 공급 라인(14)과 냉매 회수 라인(18)이 연결될 수 있다. 이때, 냉매 공급 라인(14)은 냉각 챔버(150)의 하부에 연결되고, 냉매 회수 라인(18)은 냉각 챔버(150)의 상부에 연결될 수 있다. 또한, 냉매 공급 라인(14)은 냉매 공급 탱크(30)와 연결되어 냉매 공급 탱크(30)에 저장된 냉매가 냉각 챔버(150)로 전달될 수 있도록 안내한다. 이때, 냉매 공급 탱크(30)에 저장되는 냉매는 일 예로 냉각수일 수 있다. In addition, a refrigerant supply line 14 and a refrigerant recovery line 18 may be connected to the cooling chamber 150 of the first reactor 10 . In this case, the refrigerant supply line 14 may be connected to the lower portion of the cooling chamber 150 , and the refrigerant recovery line 18 may be connected to the upper portion of the cooling chamber 150 . In addition, the refrigerant supply line 14 is connected to the refrigerant supply tank 30 to guide the refrigerant stored in the refrigerant supply tank 30 to be delivered to the cooling chamber 150 . In this case, the refrigerant stored in the refrigerant supply tank 30 may be, for example, cooling water.

또한, 냉매 공급 라인(14) 상에는 유량 조절 밸브(16)가 제공될 수 있으며, 냉매 공급 라인(14)을 통해 공급되는 냉매의 유량을 조절함으로써 냉각 챔버(150) 내의 냉매 수위를 조절하는데 이용될 수 있다. 이러한 유량 조절 밸브(16)는 후술할 제어부(70)에 의해 그 개도량이 제어될 수 있다.In addition, a flow rate control valve 16 may be provided on the refrigerant supply line 14 , and may be used to adjust the refrigerant level in the cooling chamber 150 by adjusting the flow rate of the refrigerant supplied through the refrigerant supply line 14 . can The opening amount of the flow control valve 16 may be controlled by a control unit 70 to be described later.

한편, 냉매 공급 탱크(30)에 저장되어 냉매 공급 라인(14)을 통해 공급되는 냉매는 액상일 수 있으며, 냉각 챔버(150) 내에 충진되어 촉매 튜브(100)와 접촉될 수 있다. 촉매 튜브(100) 내에서 일어나는 메탄 생성 반응에 의해 발생되는 반응열은 냉각 챔버(150) 내에 충진된 냉매로 전달되며, 냉매의 온도를 높임과 동시에 촉매 튜브(100)의 온도는 반응열에 의해 과도하게 높아지지 않고, 메탄 수율을 극대화할 수 있는 적정 온도 범위 내로 유지될 수 있다. Meanwhile, the refrigerant stored in the refrigerant supply tank 30 and supplied through the refrigerant supply line 14 may be in a liquid state, and may be filled in the cooling chamber 150 to be in contact with the catalyst tube 100 . Reaction heat generated by the methane-generating reaction occurring in the catalyst tube 100 is transferred to the refrigerant charged in the cooling chamber 150 , and at the same time increasing the temperature of the refrigerant, the temperature of the catalyst tube 100 is excessively caused by the heat of reaction Without increasing, it can be maintained within an appropriate temperature range to maximize the methane yield.

또한, 냉매 회수 라인(18)은 냉매 공급 탱크(30)와 연결될 수 있으며, 냉매 공급 라인(14)이 냉매 공급 탱크(30)의 하부에 연결되고, 냉매 회수 라인(18)은 냉매 공급 탱크(30)의 상부에 연결될 수 있다. 또한, 제1 반응기(10) 내에서 촉매 튜브(100)와 열교환된 냉매의 일부는 기화될 수 있으며, 일 예로 포화증기의 형태로 기화될 수 있다. 이렇게 기화된 냉매는 냉매 회수 라인(18)을 통해 냉매 공급 탱크(30)로 회수될 수 있다. 이렇게 회수된 냉매는 다시 액화되어 냉각 챔버(150)로 재공급되거나, 냉매 공급 탱크(30)와 연결된 기체 배출 라인(34)을 통해 외부로 배출될 수 있다. In addition, the refrigerant recovery line 18 may be connected to the refrigerant supply tank 30 , the refrigerant supply line 14 is connected to the lower portion of the refrigerant supply tank 30 , and the refrigerant recovery line 18 is connected to the refrigerant supply tank ( 30) can be connected to the upper part. In addition, a portion of the refrigerant heat-exchanged with the catalyst tube 100 in the first reactor 10 may be vaporized, for example, may be vaporized in the form of saturated vapor. The refrigerant vaporized in this way may be recovered to the refrigerant supply tank 30 through the refrigerant recovery line 18 . The recovered refrigerant may be liquefied again and re-supplied to the cooling chamber 150 , or may be discharged to the outside through the gas discharge line 34 connected to the refrigerant supply tank 30 .

이때, 기체 배출 라인(34) 상에는 압력 조절 밸브(36)가 제공될 수 있으며, 기체 배출 라인(34)을 통해 배출되는 기체의 유량을 조절함으로써 냉매 공급 탱크(30) 내의 압력을 조절하는데 이용될 수 있다. 이러한 압력 조절 밸브(36)는 후술할 제어부(70)에 의해 그 개도량이 제어될 수 있다.At this time, a pressure control valve 36 may be provided on the gas discharge line 34 , and may be used to adjust the pressure in the refrigerant supply tank 30 by adjusting the flow rate of the gas discharged through the gas discharge line 34 . can The opening amount of the pressure control valve 36 may be controlled by the control unit 70 to be described later.

또한, 냉매 공급 탱크(30)에는 냉매 보충 라인(32)이 연결될 수 있으며, 냉매 보충 라인(32)은 도시하지 않은 냉매 공급처와 연결될 수 있다. 예를 들어, 이러한 냉매 공급처는 수도 계통일 수 있다. In addition, a refrigerant replenishment line 32 may be connected to the refrigerant supply tank 30 , and the refrigerant replenishment line 32 may be connected to a refrigerant supply source not shown. For example, such a refrigerant supply source may be a water system.

한편, 제1 반응기(10)의 하부 챔버(140)에는 1차 전환가스 공급 라인(13)이 연결될 수 있으며, 촉매 튜브(100)를 거쳐서 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스가 1차 전환가스 공급 라인(13)을 통해 제1 반응기(10)로부터 배출될 수 있다. 또한, 제1 반응기(10)의 후단에는 온도 센서(160)가 제공될 수 있으며, 이러한 온도 센서(160)는 1차 전환가스 공급 라인(13)을 통해 배출되는 1차 전환가스의 온도를 측정하기 위해 제공될 수 있다. 다만, 이는 일 예에 불과하며, 온도 센서(160)는 제1 반응기(10) 내부의 촉매 튜브(100)와 직접적으로 연결되어 반응 온도를 측정하도록 변형되어 실시되는 것도 가능하다. 또한, 온도 센서(160)는 후술할 제어부(70)와 연결되어 실시간으로 또는 일정 시간 간격으로 측정되는 온도를 제어부(70)로 송신할 수 있다.On the other hand, a primary conversion gas supply line 13 may be connected to the lower chamber 140 of the first reactor 10 , and the primary conversion gas including methane generated through the catalyst tube 100 is converted to the primary conversion gas. It may be discharged from the first reactor 10 through the gas supply line 13 . In addition, a temperature sensor 160 may be provided at the rear end of the first reactor 10 , and this temperature sensor 160 measures the temperature of the primary conversion gas discharged through the primary conversion gas supply line 13 . may be provided for. However, this is only an example, and the temperature sensor 160 is directly connected to the catalyst tube 100 inside the first reactor 10 to be modified and implemented to measure the reaction temperature. In addition, the temperature sensor 160 may be connected to the controller 70 to be described later and transmit the temperature measured in real time or at regular time intervals to the controller 70 .

1차 전환가스 공급 라인(13)은 제1 냉각기(40)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 1차 전환가스 공급 라인(13)을 따라 1차 전환가스가 제1 반응기(10)로부터 제1 냉각기(40)로 전달될 수 있다. 이렇게 제1 냉각기(40)로 전달된 1차 전환가스는 냉각된 후 제2 반응기(20)로 전달될 수 있다. 이때, 제1 반응기(10)에서 배출되는 1차 전환가스의 온도는 일 예로 300 내지 350℃ 정도일 수 있으며, 1차 전환가스가 제1 냉각기(40)를 거치면서 250 내지 300℃ 정도까지 냉각될 수 있다. The primary conversion gas supply line 13 may be connected to the first cooler 40 . Accordingly, the primary conversion gas may be transferred from the first reactor 10 to the first cooler 40 along the primary conversion gas supply line 13 . In this way, the primary conversion gas transferred to the first cooler 40 may be cooled and then transferred to the second reactor 20 . At this time, the temperature of the primary conversion gas discharged from the first reactor 10 may be, for example, about 300 to 350 ℃, the primary conversion gas is cooled to about 250 to 300 ℃ while passing through the first cooler 40. can

이를 위해, 제1 냉각기(40)에는 제1 냉매 투입 라인(410)과 제1 냉매 배출 라인(420)이 연결될 수 있으며, 제1 냉매 투입 라인(410)을 통해 투입되는 냉매는 일 예로 냉각수일 수 있다. 또한, 제1 냉매 투입 라인(410)과 제1 냉매 배출 라인(420) 상에는 냉매의 유동을 제어하기 위한 밸브 부재와 펌프 부재 등이 필요에 따라 구비될 수 있다.To this end, a first refrigerant input line 410 and a first refrigerant discharge line 420 may be connected to the first cooler 40 , and the refrigerant introduced through the first refrigerant input line 410 is, for example, cooling water. can In addition, a valve member and a pump member for controlling the flow of the refrigerant may be provided on the first refrigerant input line 410 and the first refrigerant discharge line 420 as necessary.

또한, 제1 냉각기(40)에서 1차 전환가스가 냉각되는 과정에서, 1차 전환가스의 일부가 응축될 수 있으며, 이렇게 발생되는 응축물은 응축물 배출 라인(42)을 통해 외부로 배출될 수 있다.In addition, in the process in which the primary conversion gas is cooled in the first cooler 40 , a part of the primary conversion gas may be condensed, and the condensate generated in this way may be discharged to the outside through the condensate discharge line 42 . can

제1 냉각기(40)에서 냉각된 1차 전환가스는 냉각된 1차 전환가스 공급 라인(44)을 통해 제2 반응기(20)로 전달될 수 있다. 이를 위해, 냉각된 1차 전환가스 공급 라인(44)이 제1 냉각기(40)와 제2 반응기(20)에 연결될 수 있다. 제2 반응기(20)로 전달된 1차 전환가스는 추가적으로 메탄 생성 반응을 일으켜서 메탄 순도가 높아질 수 있다. 이를 위해, 제2 반응기(20) 내부에는 메탄 생성 반응을 위해 필요한 촉매가 충진될 수 있으며, 이러한 촉매는 일 예로 니켈 계열의 촉매일 수 있다.The primary conversion gas cooled in the first cooler 40 may be transferred to the second reactor 20 through the cooled primary conversion gas supply line 44 . To this end, the cooled primary conversion gas supply line 44 may be connected to the first cooler 40 and the second reactor 20 . The primary conversion gas transferred to the second reactor 20 may additionally cause a methane production reaction to increase the methane purity. To this end, the inside of the second reactor 20 may be filled with a catalyst necessary for the methanogenesis reaction, and this catalyst may be, for example, a nickel-based catalyst.

제1 반응기(10)를 통해 배출되는 1차 전환가스에는 일부 미 전환된 수소와 이산화탄소가 포함되어 있으며, 이들 미 전환가스를 메탄으로 완전히 전환시키기 위하여 제2 반응기(20)에서 2차적으로 메탄 생성 반응이 이루어질 수 있다. 이때, 제2 반응기(20)는 제1 반응기(10)에서 원료가스에 함유된 대부분의 수소와 이산화탄소가 메탄으로 이미 전환된 상태에서, 일부 미 전환된 수소와 이산화탄소만을 보충적으로 메탄으로 전환하기 위한 것이므로, 메탄 생성시 발생되는 반응열이 크지 않게 된다. 이에 따라, 제2 반응기(20)는 제1 반응기(10)와 같이 자체적으로 냉각을 할 수 있는 구조가 아닌 단열 반응기 형태로 구비될 수 있다. 다만, 이는 일 예에 불과하며, 제2 반응기(20) 또한 제1 반응기(10)와 마찬가지로 냉각을 위한 구성이 추가로 구비되는 것이 가능하다. The primary conversion gas discharged through the first reactor 10 contains some unconverted hydrogen and carbon dioxide, and the second reactor 20 produces methane secondarily in order to completely convert these unconverted gases into methane. The reaction may take place. At this time, in the state in which most of the hydrogen and carbon dioxide contained in the source gas in the first reactor 10 have already been converted to methane, the second reactor 20 is used to supplementally convert only some unconverted hydrogen and carbon dioxide into methane. Therefore, the heat of reaction generated during methane production is not large. Accordingly, the second reactor 20 may be provided in the form of an adiabatic reactor rather than a structure capable of cooling itself like the first reactor 10 . However, this is only an example, and it is possible that the second reactor 20 is additionally provided with a cooling configuration like the first reactor 10 .

제2 반응기(20)에서 2차적으로 메탄 생성 반응을 거쳐 배출되는 2차 전환가스는 2차 전환가스 공급 라인(22)을 통해 제2 냉각기(50)로 전달될 수 있다. 이렇게 제2 냉각기(50)로 전달된 2차 전환가스는 일 예로 상온까지 냉각될 수 있다. 이를 위해, 제2 냉각기(50)에는 제2 냉매 투입 라인(510)과 제2 냉매 배출 라인(520)이 연결될 수 있으며, 제2 냉매 투입 라인(510)을 통해 투입되는 냉매는 일 예로 냉각수일 수 있다. 또한, 제2 냉매 투입 라인(510)과 제2 냉매 배출 라인(520) 상에는 냉매의 유동을 제어하기 위한 밸브 부재와 펌프 부재 등이 필요에 따라 구비될 수 있다.The secondary conversion gas discharged from the second reactor 20 through the methanogenesis reaction may be transferred to the second cooler 50 through the secondary conversion gas supply line 22 . In this way, the secondary conversion gas transferred to the second cooler 50 may be cooled to room temperature, for example. To this end, a second refrigerant input line 510 and a second refrigerant discharge line 520 may be connected to the second cooler 50 , and the refrigerant introduced through the second refrigerant input line 510 is, for example, cooling water. can In addition, a valve member and a pump member for controlling the flow of the refrigerant may be provided on the second refrigerant input line 510 and the second refrigerant discharge line 520 as necessary.

제2 냉각기(50)에서 냉각된 2차 전환가스는 냉각된 2차 전환가스 공급 라인(52)을 통해 기액분리기(60)로 전달될 수 있다. 이를 위해, 냉각된 2차 전환가스 공급 라인(52)이 제2 냉각기(50)와 기액분리기(60)에 연결될 수 있다. 기액분리기(60)로 전달된 2차 전환가스는 기액 분리되어 최종적으로 생성가스가 생성될 수 있다. 이렇게 최종 생성된 생성가스는 순도 98% 이상의 메탄 성분을 가진 천연가스로서, 생성가스 배출 라인(62)을 통해 배출될 수 있으며, 도시하지 않은 천연가스 저장 탱크 등에 저장되어 천연가스의 사용처로 공급될 수 있다. 또한, 기액분리기(60)에서 분리된 액체는 액체 배출 라인(64)을 통해 배출될 수 있다.The secondary conversion gas cooled in the second cooler 50 may be transferred to the gas-liquid separator 60 through the cooled secondary conversion gas supply line 52 . To this end, the cooled secondary conversion gas supply line 52 may be connected to the second cooler 50 and the gas-liquid separator 60 . The secondary conversion gas transferred to the gas-liquid separator 60 may be gas-liquid separated to finally produce a product gas. The finally generated gas is natural gas having a methane component with a purity of 98% or more, and may be discharged through the generated gas discharge line 62, and stored in a natural gas storage tank (not shown) to be supplied to a place of use of natural gas. can Also, the liquid separated in the gas-liquid separator 60 may be discharged through the liquid discharge line 64 .

한편, 제어부(70)는 온도 센서(160)를 통해 측정된 반응 온도에 따라 유량 조절 밸브(16) 및 압력 조절 밸브(36)를 제어하도록 제공될 수 있다. 이러한 제어부(70)는 예컨대 소형 내장형 컴퓨터로 이루어질 수 있고, 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비할 수 있다. 이러한 프로그램은, 온도 센서(160)로부터 신호를 받아서 이를 토대로 유량 조절 밸브(16)와 압력 조절 밸브(36)의 개도량 제어를 위한 알고리즘을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터 기억 매체 예컨대 플렉시블 디스크, 컴팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크) 등의 메모리에 저장되어서 제어부(70)에 인스톨될 수 있다.Meanwhile, the control unit 70 may be provided to control the flow rate control valve 16 and the pressure control valve 36 according to the reaction temperature measured through the temperature sensor 160 . The control unit 70 may include, for example, a small built-in computer, and may include a program, a memory, and a data processing unit composed of a CPU. Such a program may include an algorithm for controlling the opening degree of the flow control valve 16 and the pressure control valve 36 based on a signal received from the temperature sensor 160 . In addition, such a program may be stored in a memory such as a computer storage medium, such as a flexible disk, a compact disk, a hard disk, an MO (magneto-optical disk), and installed in the control unit 70 .

구체적으로, 제어부(70)는 온도 센서(160)에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 압력 조절 밸브(36)의 개도량이 증가되도록 제어하고, 온도 센서(160)에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 압력 조절 밸브(36)의 개도량이 감소되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(70)는 온도 센서(160)에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 유량 조절 밸브(16)의 개도량을 증가시켜서 제1 반응기(10) 내에서의 냉매의 수위가 높아지도록 제어하고, 온도 센서(160)에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 유량 조절 밸브(16)의 개도량을 감소시켜서 제1 반응기(10) 내에서의 냉매의 수위가 낮아지도록 제어할 수 있다.Specifically, when the temperature measured by the temperature sensor 160 is higher than the preset temperature, the controller 70 controls the opening degree of the pressure control valve 36 to increase, and the temperature measured by the temperature sensor 160 is set When the temperature is lower than the temperature, the opening degree of the pressure control valve 36 may be controlled to be reduced. In addition, when the temperature measured by the temperature sensor 160 is higher than the preset temperature, the control unit 70 increases the opening amount of the flow control valve 16 so that the level of the refrigerant in the first reactor 10 is increased. control, and when the temperature measured by the temperature sensor 160 is lower than the preset temperature, the amount of opening of the flow control valve 16 is decreased to control the level of the refrigerant in the first reactor 10 to be lowered. .

또는, 제어부(70)는 메탄 생성 장치(1)의 운전 초기에 메탄 생성 반응을 촉진시기 위해 유량 조절 밸브(16)의 개도량을 소정량 이하로 제한하여 제1 반응기(10) 내의 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하고, 온도 센서(160)에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 유량 조절 밸브(16)의 개도량을 완전 개방하여 냉매가 냉각 챔버(150) 내에서 자유 순환되도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부(70)는 제1 반응기(10) 내에서 메탄 생성 반응이 진행되어 온도 센서(160)에서 측정되는 온도가 점차 증가하는 경우, 이에 비례하여 유량 조절 밸브(16)의 개도량이 점차 증가되도록 제어할 수 있다.Alternatively, the control unit 70 limits the opening amount of the flow control valve 16 to a predetermined amount or less to promote the methane generation reaction at the initial stage of operation of the methane generating device 1 to limit the level of the refrigerant in the first reactor 10 . is controlled to decrease, and when the temperature measured by the temperature sensor 160 is higher than the preset temperature, the opening degree of the flow control valve 16 is fully opened to control the refrigerant to freely circulate in the cooling chamber 150 . have. At this time, when the temperature measured by the temperature sensor 160 gradually increases as the methane generation reaction proceeds in the first reactor 10 , the controller 70 gradually increases the opening degree of the flow control valve 16 in proportion to this. can be controlled as much as possible.

이와 같이, 제어부(70)는 온도 센서(160)를 통해 측정되는 제1 반응기(10)의 반응 온도를 제어하기 위해 유량 조절 밸브(16)와 압력 조절 밸브(36)의 개도량을 적절히 조절할 수 있으며, 유량 조절 밸브(16)와 압력 조절 밸브(36)중 어느 하나만을 제어하거나, 둘 모두를 제어하여 제1 반응기(10)의 반응 온도를 조절하는 것이 가능하다. As such, the control unit 70 may appropriately adjust the opening degrees of the flow control valve 16 and the pressure control valve 36 in order to control the reaction temperature of the first reactor 10 measured through the temperature sensor 160 . In addition, it is possible to control the reaction temperature of the first reactor 10 by controlling either one of the flow control valve 16 and the pressure control valve 36 , or both.

이하에서는, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 메탄 생성 장치(1)의 작용 및 효과에 대하려 설명한다.Hereinafter, the operation and effect of the methane generating device 1 according to the present embodiment having the configuration as described above will be described.

도 4를 참조하면, 메탄 생성 장치(1)를 이용하여 메탄을 생성하기 위해, 먼저 제1 반응기(10)에 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스가 공급될 수 있다(S10). 이렇게 공급된 원료가스는 제1 반응기(10) 내의 촉매 튜브(100)를 통과하면서 촉매 튜브(100) 내에 충진된 촉매와 반응하여 메탄을 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정할 수 있다(S20). 이때, 1차 전환가스 공급 라인(13) 상에 제공되는 온도 센서(160)를 통해 1차 전환가스의 온도가 측정될 수 있다. Referring to FIG. 4 , in order to generate methane using the methane generating device 1 , a raw material gas including hydrogen and carbon dioxide may be supplied to the first reactor 10 first ( S10 ). The supplied raw material gas may react with the catalyst filled in the catalyst tube 100 while passing through the catalyst tube 100 in the first reactor 10 to generate methane. It is possible to measure the temperature of the primary conversion gas containing the generated methane (S20). At this time, the temperature of the primary conversion gas may be measured through the temperature sensor 160 provided on the primary conversion gas supply line 13 .

이를 통해 측정된 1차 전환가스의 온도는 촉매 튜브(100) 내의 반응 온도를 산출하는데 사용될 수 있으며, 온도 센서(160)에서 측정된 온도 신호가 제어부(70)로 전달되어 제어부(70) 내에서 반응 온도가 산출될 수 있다. 다만, 이는 일 예에 불과하며, 온도 센서(160)에서 자체적으로 1차 전환가스의 온도를 반응 온도로 변환한 후에 변환된 온도를 제어부(70)로 전달하도록 구성되는 것도 가능하다.The temperature of the primary conversion gas measured through this may be used to calculate the reaction temperature in the catalyst tube 100 , and the temperature signal measured by the temperature sensor 160 is transmitted to the control unit 70 , and within the control unit 70 . The reaction temperature can be calculated. However, this is only an example, and the temperature sensor 160 itself converts the temperature of the primary conversion gas to a reaction temperature and then it is also possible to transmit the converted temperature to the control unit 70 .

제어부(70)는 온도 센서(160)로부터 수신한 온도 신호를 기반으로 압력 조절 밸브(36) 및/또는 유량 조절 밸브(16)의 개도량을 제어할 수 있다(S30). 이때, 제어부(70)를 통해 수행되는 개도량의 제어 매커니즘은 상술한 바와 같다.The control unit 70 may control the opening amount of the pressure control valve 36 and/or the flow rate control valve 16 based on the temperature signal received from the temperature sensor 160 ( S30 ). In this case, the control mechanism of the opening degree performed through the control unit 70 is as described above.

이러한 반응 온도의 제어를 통해, 제1 반응기(10) 내에서의 반응 온도를 저온으로 효과적으로 유지할 수 있으므로, 촉매 튜브(100) 내의 촉매의 소결(sintering) 방지, 탄소 침착 방지 등을 통해 촉매의 활성 유지와 수명 연장이 가능하다.By controlling the reaction temperature, the reaction temperature in the first reactor 10 can be effectively maintained at a low temperature, so that the catalyst is activated by preventing sintering of the catalyst in the catalyst tube 100 and preventing carbon deposition. Maintenance and life extension are possible.

또한, 수소와 이산화탄소로부터 메탄으로 전환하는 반응은 온도가 낮을수록 메탄 수율이 높은 반응이기 때문에, 제1 반응기(10) 내의 온도를 저온으로 유지하면 수소와 이산화탄소로부터 메탄으로의 전환률을 높일 수 있으므로, 제1 반응기(10) 출구에서의 메탄 농도가 높아짐에 따라 제2 반응기(20)를 소형화하는 것이 가능하고, 제1 반응기(10) 내에서 대부분의 수소와 이산화탄소가 메탄으로 전환되므로, 제2 반응기(20)는 별도의 냉각 구조가 필요 없는 단열 반응기로서 구비될 수 있어 구조가 단순해질 수 있다. 이는 설비 투자 비용의 절감으로 이어질 수 있다.In addition, since the reaction of converting hydrogen and carbon dioxide to methane is a reaction in which the yield of methane is higher as the temperature is lower, the conversion rate from hydrogen and carbon dioxide to methane can be increased by maintaining the temperature in the first reactor 10 at a low temperature, As the methane concentration at the outlet of the first reactor 10 increases, it is possible to downsize the second reactor 20, and since most of hydrogen and carbon dioxide are converted into methane in the first reactor 10, the second reactor (20) can be provided as an adiabatic reactor that does not require a separate cooling structure, so that the structure can be simplified. This can lead to a reduction in equipment investment costs.

또한, 반응열의 제어를 위한 재순환 시스템, 공급가스 분리 공급 시스템 등이 필요하지 않아 메탄 생성 장치(1)의 운전이 종래보다 더 효율적으로 이루어질 수 있다는 효과가 달성될 수 있다.In addition, since a recirculation system for controlling the heat of reaction, a feed gas separation supply system, etc. are not required, the effect that the operation of the methane generating device 1 can be performed more efficiently than in the prior art can be achieved.

이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.Although the embodiments of the present invention have been described as specific embodiments, these are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and should be construed as having the widest scope according to the basic idea disclosed herein. A person skilled in the art may implement a pattern of a shape not indicated by combining/substituting the disclosed embodiments, but this also does not depart from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.

1: 메탄 생성 장치 10: 제1 반응기
100: 촉매 튜브 110: 상부 격판
120: 하부 격판 130: 상부 챔버
140: 하부 챔버 150: 냉각 챔버
160: 온도 센서 11: 원료가스 공급부
12: 원료가스 공급 라인 13: 1차 전환가스 공급 라인
14: 냉매 공급 라인 16: 유량 조절 밸브
18: 냉매 회수 라인 20: 제2 반응기
22: 2차 전환가스 공급 라인 30: 냉매 공급 탱크
32: 냉매 보충 라인 34: 기체 배출 라인
36: 압력 조절 밸브 40: 제1 냉각기
410: 제1 냉매 투입 라인 420: 제1 냉매 배출 라인
42: 응축물 배출 라인 44: 냉각된 1차 전환가스 공급 라인
50: 제2 냉각기 510: 제2 냉매 투입 라인
520: 제2 냉매 배출 라인 52: 냉각된 2차 전환가스 공급 라인
60: 기액분리기 62: 생성가스 배출 라인
64: 액체 배출 라인 70: 제어부1: methane generating device 10: first reactor
100: catalyst tube 110: upper diaphragm
120: lower diaphragm 130: upper chamber
140: lower chamber 150: cooling chamber
160: temperature sensor 11: source gas supply unit
12: source gas supply line 13: primary conversion gas supply line
14: refrigerant supply line 16: flow control valve
18: refrigerant recovery line 20: second reactor
22: secondary conversion gas supply line 30: refrigerant supply tank
32: refrigerant replenishment line 34: gas exhaust line
36: pressure regulating valve 40: first cooler
410: first refrigerant input line 420: first refrigerant discharge line
42: condensate discharge line 44: cooled primary conversion gas supply line
50: second cooler 510: second refrigerant input line
520: second refrigerant discharge line 52: cooled secondary conversion gas supply line
60: gas-liquid separator 62: off-gas discharge line
64: liquid discharge line 70: control

Claims (13)

수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급받아서 메탄을 생성하고, 상기 원료가스로부터 메탄을 생성하는 반응을 위한 촉매가 내부에 충진된 복수의 촉매 튜브가 내부에 제공되는 제1 반응기;
상기 제1 반응기와 연결되어 냉매를 공급하는 냉매 공급 탱크;
상기 제1 반응기와 상기 냉매 공급 탱크를 연결하는 냉매 공급 라인 상에 제공되는 유량 조절 밸브;
상기 냉매 공급 탱크에 연결되어 상기 냉매 공급 탱크 내에서 상기 냉매가 증발되어 발생된 기체를 상기 냉매 공급 탱크의 외부로 배출하는 기체 배출 라인 상에 제공되는 압력 조절 밸브;
상기 제1 반응기의 후단에 제공되고, 상기 원료가스가 상기 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서에서 측정된 온도에 따라 상기 유량 조절 밸브 및 상기 압력 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제1 반응기는,
상기 제1 반응기의 내부를 상부 챔버와 냉각 챔버로 구분하는 상부 격판; 및
상기 제1 반응기의 내부를 상기 냉각 챔버와 하부 챔버로 구분하는 하부 격판을 더 포함하며,
상기 촉매 튜브의 일 단부와 타 단부는 각각 상기 상부 격판과 상기 하부 격판에 연결되고,
상기 촉매 튜브의 일 단부와 타 단부 사이는 상기 냉각 챔버에 배치되며,
상기 냉각 챔버 내로 공급되는 냉매가 상기 복수의 상기 촉매 튜브와 접촉되어 상기 복수의 상기 촉매 튜브의 메탄 생성 반응열과 열교환되는,
메탄 생성 장치.a first reactor provided with a plurality of catalyst tubes filled therein with a catalyst for generating methane by receiving a source gas containing hydrogen and carbon dioxide and generating methane from the source gas;
a refrigerant supply tank connected to the first reactor to supply a refrigerant;
a flow rate control valve provided on a refrigerant supply line connecting the first reactor and the refrigerant supply tank;
a pressure control valve connected to the refrigerant supply tank and provided on a gas discharge line for discharging gas generated by evaporation of the refrigerant in the refrigerant supply tank to the outside of the refrigerant supply tank;
a temperature sensor provided at the rear end of the first reactor and measuring the temperature of the primary conversion gas including methane produced by reacting the raw material gas with the catalyst; and
A control unit for controlling the flow rate control valve and the pressure control valve according to the temperature measured by the temperature sensor,
The first reactor is
an upper diaphragm dividing the interior of the first reactor into an upper chamber and a cooling chamber; and
Further comprising a lower diaphragm dividing the inside of the first reactor into the cooling chamber and the lower chamber,
One end and the other end of the catalyst tube are respectively connected to the upper diaphragm and the lower diaphragm,
Between one end and the other end of the catalyst tube is disposed in the cooling chamber,
The refrigerant supplied into the cooling chamber is in contact with the plurality of catalyst tubes to exchange heat with the methane generation reaction heat of the plurality of catalyst tubes,
Methane generator. 제1 항에 있어서,
상기 상부 챔버 측으로 투입되는 상기 원료가스가 상기 촉매 튜브를 통과하면서 상기 촉매 튜브 내에 충진된 촉매와 접촉되어 반응을 일으키면서 메탄을 생성하고,
상기 1차 전환가스가 상기 하부 챔버 측으로 배출되는,
메탄 생성 장치.According to claim 1,
While the raw material gas introduced into the upper chamber passes through the catalyst tube, it comes into contact with the catalyst filled in the catalyst tube to generate methane and cause a reaction,
The primary conversion gas is discharged to the lower chamber side,
Methane generator. 제2 항에 있어서,
상기 제1 반응기 내에서 상기 냉매가 상기 촉매 튜브와 열교환 후 다시 상기 냉매 공급 탱크로 회수되기 위한 냉매 회수 라인이 상기 제1 반응기와 상기 냉매 공급 탱크 사이에서 연결되고,
상기 냉매 공급 라인과 상기 냉매 회수 라인은 상기 냉각 챔버와 연결되는,
메탄 생성 장치.3. The method of claim 2,
A refrigerant recovery line for recovering the refrigerant back to the refrigerant supply tank after heat exchange with the catalyst tube in the first reactor is connected between the first reactor and the refrigerant supply tank,
The refrigerant supply line and the refrigerant recovery line are connected to the cooling chamber,
Methane generator. 제1 항에 있어서,
상기 제1 반응기에서 상기 원료가스가 상기 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스를 전달받아서 메탄 생성 반응을 일으키는 제2 반응기를 더 포함하는,
메탄 생성 장치.According to claim 1,
In the first reactor, the raw material gas further comprises a second reactor that receives the primary conversion gas containing methane produced by reacting with the catalyst to cause a methane production reaction,
Methane generator. 제4 항에 있어서,
상기 제1 반응기와 연결된 1차 전환가스 공급 라인과 연결되어 상기 1차 전환가스를 전달받아서 냉각시키는 제1 냉각기; 및
상기 제2 반응기와 연결된 2차 전환가스 공급 라인과 연결되어 상기 제2 반응기로부터 배출되는 2차 전환가스를 전달받아서 냉각시키는 제2 냉각기를 더 포함하는,
메탄 생성 장치.5. The method of claim 4,
a first cooler connected to the primary conversion gas supply line connected to the first reactor to receive and cool the primary conversion gas; and
Further comprising a second cooler connected to the secondary conversion gas supply line connected to the second reactor to receive and cool the secondary conversion gas discharged from the second reactor,
Methane generator. 제1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도량이 증가되도록 제어하고,
상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도량이 감소되도록 제어하는,
메탄 생성 장치.According to claim 1,
The control unit is
When the temperature measured by the temperature sensor is higher than a preset temperature, controlling the opening degree of the pressure control valve to increase,
When the temperature measured by the temperature sensor is lower than a preset temperature, controlling the opening degree of the pressure control valve to decrease,
Methane generator. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 증가시켜서 상기 제1 반응기 내에서의 상기 냉매의 수위가 높아지도록 제어하고,
상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 감소시켜서 상기 제1 반응기 내에서의 상기 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하는,
메탄 생성 장치.7. The method of claim 1 or 6,
The control unit is
When the temperature measured by the temperature sensor is higher than a preset temperature, the amount of opening of the flow control valve is increased to control the level of the refrigerant in the first reactor to increase,
When the temperature measured by the temperature sensor is lower than a preset temperature, by decreasing the opening amount of the flow control valve to control the level of the refrigerant in the first reactor to be lowered,
Methane generator. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
상기 제어부는,
운전 초기에 메탄 생성 반응을 촉진시기 위해 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 소정량 이하로 제한하여 상기 제1 반응기 내의 상기 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하고,
상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 완전 개방하여 상기 냉매가 상기 냉각 챔버 내에서 자유순환되도록 제어하는,
메탄 생성 장치.7. The method of claim 1 or 6,
The control unit is
Controlling the level of the refrigerant in the first reactor to be lowered by limiting the opening amount of the flow control valve to a predetermined amount or less in order to promote the methane generation reaction at the initial stage of operation,
When the temperature measured by the temperature sensor is higher than a preset temperature, the amount of opening of the flow control valve is completely opened to control the refrigerant to freely circulate in the cooling chamber,
Methane generator. 제8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 반응기 내에서 메탄 생성 반응이 진행되어 상기 온도 센서에서 측정되는 온도가 점차 증가하는 경우, 이에 비례하여 상기 유량 조절 밸브의 개도량이 점차 증가되도록 제어하는,
메탄 생성 장치.9. The method of claim 8,
The control unit is
When the methanogenesis reaction proceeds in the first reactor and the temperature measured by the temperature sensor gradually increases, controlling the opening amount of the flow control valve to gradually increase in proportion to this,
Methane generator. 메탄 생성 장치를 제어하는 방법에 있어서,
상기 메탄 생성 장치의 제1 반응기에 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급하는 단계;
상기 제1 반응기에서 상기 원료가스가 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 1차 전환가스의 온도에 따라 상기 제1 반응기에 냉매를 공급하는 냉매 공급 탱크로부터 배출되는 기체의 압력을 조절하는 압력 조절 밸브의 개도량을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 개도량을 제어하는 단계에서,
상기 1차 전환가스의 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우, 상기 압력 조절 밸브의 개도량이 증가되도록 제어하고,
상기 1차 전환가스의 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도량이 감소되도록 제어하고,
상기 제1 반응기의 내부에는 상기 원료가스로부터 상기 메탄을 생성하는 반응을 위한 촉매가 내부에 충진된 복수의 촉매 튜브가 제공되고,
상기 제1 반응기는,
상기 제1 반응기의 내부를 상부 챔버와 냉각 챔버로 구분하는 상부 격판; 및
상기 제1 반응기의 내부를 상기 냉각 챔버와 하부 챔버로 구분하는 하부 격판을 더 포함하며,
상기 촉매 튜브의 일 단부와 타 단부는 각각 상기 상부 격판과 상기 하부 격판에 연결되고,
상기 촉매 튜브의 일 단부와 타 단부 사이는 상기 냉각 챔버에 배치되며,
상기 냉각 챔버 내로 공급되는 냉매가 상기 복수의 상기 촉매 튜브와 접촉되어 상기 복수의 상기 촉매 튜브의 메탄 생성 반응열과 열교환되는,
메탄 생성 장치의 제어 방법.A method for controlling a methane generating device, comprising:
supplying a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to the first reactor of the methane generating device;
Measuring the temperature of the primary conversion gas containing methane produced by the reaction of the raw material gas with the catalyst in the first reactor; and
Controlling the opening degree of a pressure control valve for regulating the pressure of the gas discharged from the refrigerant supply tank for supplying the refrigerant to the first reactor according to the temperature of the primary conversion gas,
In the step of controlling the opening degree,
When the temperature of the primary switching gas is higher than a preset temperature, controlling the opening amount of the pressure control valve to increase,
When the temperature of the primary switching gas is lower than a preset temperature, controlling the opening degree of the pressure control valve to decrease,
A plurality of catalyst tubes filled therein with a catalyst for the reaction of generating the methane from the raw material gas are provided in the first reactor,
The first reactor is
an upper diaphragm dividing the interior of the first reactor into an upper chamber and a cooling chamber; and
Further comprising a lower diaphragm dividing the inside of the first reactor into the cooling chamber and the lower chamber,
One end and the other end of the catalyst tube are respectively connected to the upper diaphragm and the lower diaphragm,
Between one end and the other end of the catalyst tube is disposed in the cooling chamber,
The refrigerant supplied into the cooling chamber is in contact with the plurality of catalyst tubes to exchange heat with the methane generation reaction heat of the plurality of catalyst tubes,
A method of controlling a methane generator. 메탄 생성 장치를 제어하는 방법에 있어서,
상기 메탄 생성 장치의 제1 반응기에 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급하는 단계;
상기 제1 반응기에서 상기 원료가스가 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 1차 전환가스의 온도에 따라 상기 제1 반응기로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브의 개도량을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 개도량을 제어하는 단계에서,
상기 1차 전환가스의 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우, 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 증가시켜서 상기 제1 반응기 내에서의 상기 냉매의 수위가 높아지도록 제어하고,
상기 1차 전환가스의 온도가 기 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 감소시켜서 상기 제1 반응기 내에서의 상기 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하고,
상기 제1 반응기의 내부에는 상기 원료가스로부터 상기 메탄을 생성하는 반응을 위한 촉매가 내부에 충진된 복수의 촉매 튜브가 제공되고,
상기 제1 반응기는,
상기 제1 반응기의 내부를 상부 챔버와 냉각 챔버로 구분하는 상부 격판; 및
상기 제1 반응기의 내부를 상기 냉각 챔버와 하부 챔버로 구분하는 하부 격판을 더 포함하며,
상기 촉매 튜브의 일 단부와 타 단부는 각각 상기 상부 격판과 상기 하부 격판에 연결되고,
상기 촉매 튜브의 일 단부와 타 단부 사이는 상기 냉각 챔버에 배치되며,
상기 냉각 챔버 내로 공급되는 냉매가 상기 복수의 상기 촉매 튜브와 접촉되어 상기 복수의 상기 촉매 튜브의 메탄 생성 반응열과 열교환되는,
메탄 생성 장치의 제어 방법.A method for controlling a methane generating device, comprising:
supplying a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to the first reactor of the methane generating device;
Measuring the temperature of the primary conversion gas containing methane produced by the reaction of the raw material gas with the catalyst in the first reactor; and
Controlling the amount of opening of a flow control valve for adjusting the flow rate of the refrigerant supplied to the first reactor according to the temperature of the primary conversion gas,
In the step of controlling the opening degree,
When the temperature of the primary conversion gas is higher than a preset temperature, by increasing the opening degree of the flow control valve to control the level of the refrigerant in the first reactor to increase,
When the temperature of the primary conversion gas is lower than a preset temperature, the amount of the opening of the flow control valve is decreased to control the level of the refrigerant in the first reactor to be lowered,
A plurality of catalyst tubes filled therein with a catalyst for the reaction of generating the methane from the raw material gas are provided in the first reactor,
The first reactor is
an upper diaphragm dividing the interior of the first reactor into an upper chamber and a cooling chamber; and
Further comprising a lower diaphragm dividing the inside of the first reactor into the cooling chamber and the lower chamber,
One end and the other end of the catalyst tube are respectively connected to the upper diaphragm and the lower diaphragm,
Between one end and the other end of the catalyst tube is disposed in the cooling chamber,
The refrigerant supplied into the cooling chamber is in contact with the plurality of catalyst tubes to exchange heat with methane production reaction heat of the plurality of catalyst tubes,
A method of controlling a methane generator. 메탄 생성 장치를 제어하는 방법에 있어서,
상기 메탄 생성 장치의 제1 반응기에 수소와 이산화탄소를 포함하는 원료가스를 공급하는 단계;
상기 제1 반응기에서 상기 원료가스가 촉매와 반응하여 생성된 메탄을 포함하는 1차 전환가스의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 1차 전환가스의 온도에 따라 상기 제1 반응기로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브의 개도량을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제1 반응기의 내부에는 상기 원료가스로부터 상기 메탄을 생성하는 반응을 위한 촉매가 내부에 충진된 복수의 촉매 튜브가 제공되고,
상기 제1 반응기는,
상기 제1 반응기의 내부를 상부 챔버와 냉각 챔버로 구분하는 상부 격판; 및
상기 제1 반응기의 내부를 상기 냉각 챔버와 하부 챔버로 구분하는 하부 격판을 더 포함하고,
상기 촉매 튜브의 일 단부와 타 단부는 각각 상기 상부 격판과 상기 하부 격판에 연결되고,
상기 촉매 튜브의 일 단부와 타 단부 사이는 상기 냉각 챔버에 배치되며,
상기 냉각 챔버 내로 공급되는 냉매가 상기 복수의 상기 촉매 튜브와 접촉되어 상기 복수의 상기 촉매 튜브의 메탄 생성 반응열과 열교환되고,
상기 개도량을 제어하는 단계에서,
운전 초기에 메탄 생성 반응을 촉진시기 위해 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 소정량 이하로 제한하여 상기 제1 반응기 내의 상기 냉매의 수위가 낮아지도록 제어하고,
상기 온도 센서에서 측정된 온도가 기 설정된 온도보다 높을 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도량을 완전 개방하여 상기 냉매가 상기 냉각 챔버 내에서 자유순환되도록 제어하는,
메탄 생성 장치의 제어 방법.A method for controlling a methane generating device, comprising:
supplying a source gas containing hydrogen and carbon dioxide to the first reactor of the methane generating device;
Measuring the temperature of the primary conversion gas containing methane produced by the reaction of the raw material gas with the catalyst in the first reactor; and
Controlling the amount of opening of a flow control valve for adjusting the flow rate of the refrigerant supplied to the first reactor according to the temperature of the primary conversion gas,
A plurality of catalyst tubes filled therein with a catalyst for the reaction of generating the methane from the raw material gas are provided in the first reactor,
The first reactor is
an upper diaphragm dividing the interior of the first reactor into an upper chamber and a cooling chamber; and
Further comprising a lower diaphragm dividing the inside of the first reactor into the cooling chamber and the lower chamber,
One end and the other end of the catalyst tube are respectively connected to the upper diaphragm and the lower diaphragm,
Between one end and the other end of the catalyst tube is disposed in the cooling chamber,
The refrigerant supplied into the cooling chamber is in contact with the plurality of catalyst tubes to exchange heat with methane production reaction heat of the plurality of catalyst tubes,
In the step of controlling the opening degree,
Controlling the level of the refrigerant in the first reactor to be lowered by limiting the opening amount of the flow control valve to a predetermined amount or less in order to promote the methane generation reaction at the initial stage of operation,
When the temperature measured by the temperature sensor is higher than a preset temperature, the amount of opening of the flow control valve is completely opened to control the refrigerant to freely circulate in the cooling chamber,
A method of controlling a methane generator. 제12 항에 있어서,
상기 개도량을 제어하는 단계에서,
상기 제1 반응기 내에서 메탄 생성 반응이 진행되어 상기 1차 전환가스의 온도가 점차 증가하는 경우, 이에 비례하여 상기 유량 조절 밸브의 개도량이 점차 증가되도록 제어하는,
메탄 생성 장치의 제어 방법.
13. The method of claim 12,
In the step of controlling the opening degree,
When the methane generation reaction proceeds in the first reactor and the temperature of the primary conversion gas gradually increases, controlling the opening amount of the flow control valve to gradually increase in proportion to this,
A method of controlling a methane generator.
KR1020200011230A 2020-01-30 2020-01-30 Methane procuding apparatus and controlling method thereof KR102334163B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200011230A KR102334163B1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Methane procuding apparatus and controlling method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200011230A KR102334163B1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Methane procuding apparatus and controlling method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210097476A KR20210097476A (en) 2021-08-09
KR102334163B1 true KR102334163B1 (en) 2021-12-01

Family

ID=77313476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200011230A KR102334163B1 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Methane procuding apparatus and controlling method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102334163B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5793325B2 (en) * 2011-03-30 2015-10-14 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 Temperature control system, hydrocarbon synthesis reactor, hydrocarbon synthesis reaction system
JP2019142806A (en) 2018-02-20 2019-08-29 株式会社豊田中央研究所 Methane production apparatus and methane production method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11189552A (en) * 1997-12-25 1999-07-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Methanation reaction of carbon dioxide and apparatus therefor
FR3038908A1 (en) * 2015-07-16 2017-01-20 Gdf Suez DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS
KR102080092B1 (en) * 2018-06-28 2020-02-24 한국에너지기술연구원 Production method of Methane with two-step fluidized bed reactor for improving conversion

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5793325B2 (en) * 2011-03-30 2015-10-14 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 Temperature control system, hydrocarbon synthesis reactor, hydrocarbon synthesis reaction system
JP2019142806A (en) 2018-02-20 2019-08-29 株式会社豊田中央研究所 Methane production apparatus and methane production method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210097476A (en) 2021-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2006222723B2 (en) Fuel processing method and system
CN113993816A (en) Use of renewable energy in ammonia synthesis
CN101830775B (en) Co-production of methanol and ammonia
WO2008069251A1 (en) Apparatus and process for production of liquid fuel from biomass
CN104411625A (en) Process for reforming hydrocarbons
CN110177772B (en) Combined production of methanol, ammonia and urea
KR20210103677A (en) Hydrogen Reforming System
Zhu et al. Comparative exergy analysis between liquid fuels production through carbon dioxide reforming and conventional steam reforming
CN102381717B (en) Method for converting natural gas to produce ammonia
KR20180030679A (en) Apparatus and method for producing syngas
CN112897462A (en) Reforming system and reforming method using exhaust gas as cooling medium
KR20210114231A (en) Hydrogen Reforming System
Mion et al. Electrified methane reforming decarbonises methanol synthesis
KR101328697B1 (en) Apparatus and method for producing synthetic natural gas
KR102334163B1 (en) Methane procuding apparatus and controlling method thereof
Park et al. Techno-economic analysis of green and blue hybrid processes for ammonia production
KR101494796B1 (en) System and method for transforming synthesis gas
JP5676317B2 (en) Hydrogen production method and hydrogen production system
JPH02188405A (en) Water cooled carbon monoxide conversion reactor of fuel cell
JP2022012436A (en) Method for manufacturing methanol and methane in combination, and apparatus for manufacturing methanol and methane in combination
GB2546867A (en) Methanol process
EA005458B1 (en) Method for increasing the production in an existing plant and a processing plant
KR102255606B1 (en) Methane gas manufacturing system including methanation system and gasification system using renewable energy and methane gas manufacturing method using the same
KR102193200B1 (en) Thermochemical upgrading system of bio-gas
WO2023218794A1 (en) Power-generating system

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant