KR102486171B1 - 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치 - Google Patents

개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102486171B1
KR102486171B1 KR1020200175550A KR20200175550A KR102486171B1 KR 102486171 B1 KR102486171 B1 KR 102486171B1 KR 1020200175550 A KR1020200175550 A KR 1020200175550A KR 20200175550 A KR20200175550 A KR 20200175550A KR 102486171 B1 KR102486171 B1 KR 102486171B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
pipe
heat exchange
raw material
reactor
Prior art date
Application number
KR1020200175550A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220085466A (ko
Inventor
김성훈
이현준
김태완
백순욱
김태령
Original Assignee
주식회사 원익홀딩스
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 주식회사 원익홀딩스 filed Critical 주식회사 원익홀딩스
Priority to KR1020200175550A priority Critical patent/KR102486171B1/ko
Publication of KR20220085466A publication Critical patent/KR20220085466A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102486171B1 publication Critical patent/KR102486171B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • C01B3/047—Decomposition of ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/148—Details of the flowsheet involving a recycle stream to the feed of the process for making hydrogen or synthesis gas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

본 발명은, 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열 효율이 우수한 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치에 관한 것이다.
본 발명은, 내부에 고온환경을 조성하여 공급받는 원료가스를 개질하여 고온의 개질가스를 생성하는 리액터(100)와; 상기 리액터(100)에 상기 원료가스를 전달하고 상기 리액터(100)로부터 상기 개질가스를 배출하며, 저온의 상기 원료가스와 고온의 상기 개질가스 사이에 열교환을 유도하여 상기 원료가스를 예열하는 예열부(200)를 포함하는 가스생성장치를 개시한다.

Description

개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치{Gas generator apparatus having pre-heater for supplying heat source of input gas to reformer}
본 발명은, 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효율이 우수한 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치에 관한 것이다.
최근 화석연료의 무분별한 사용에 따른 지구온난화 문제가 대두되고 있다. 이에 청정에너지원으로서 수소(H2)의 생산 및 활용에 대한 다양한 연구가 활발히 진행중이다.
수소를 활용하여 연료전지를 운전하는 경우 기존 내연기관의 2~3배에 이르는 에너지 전환 효율을 기대할 수 있고, 향후 수소는 연료전지를 통한 전기 생산, 자동차 분야, 선박 분야 등 다양한 분야에 적용될 것으로 예상되고 있다.
한편, 수소를 생산하는 기술은 화석연료 기반의 부생수소, 추출수소, 재생에너지 기반의 수전해 수소가 대표적이다.
먼저, 화석연료를 바탕으로 얻어지는 추출수소의 대표적인 방법은 수증기 개질 반응을 활용하여 H2와 CO의 혼합가스를 생산하고 이를 분리 정제하여 H2를 생산하는 방법이 있으나, 장기적인 관점에서 탈탄소화 정책에 부합하지 않는 문제점이 있다.
반면, 암모니아(NH3)는 분해 시 N2와 H2만으로 분해가 가능하나, 화석연료의 분해를 통한 수소 생산에 비해 기체선택도, 내구성, 제작성, 및 반응성과 관련하여 추가적인 연구가 필요한 상황이다.
또한, 생성된 H2/N2 혼합가스에서 고순도 H2를 분리하기 위해서는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 등과 같은 추가적인 분리 정제 공정이 필수적이다.
한편, 종래 암모니아 개질을 이용하여 수소를 생성하는 경우, 낮은 온도의 암모니아가 공급됨으로써, 리액터 내부의 도입부에서 암모니아의 온도가 충분히 상승할 때까지 반응이 일어나지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위해서 종래 리액터로 공급되는 암모니아의 온도를 예열하는 프리히터를 구비하였으나, 리액터 이외의 별도의 장치가 추가되고 프리히터를 가동하는 과정에서 에너지 소모가 발생하는 등의 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 별도의 프리히터 없이 공급되는 암모니아를 예열할 수 있는 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 내부에 고온환경을 조성하여 공급받는 원료가스를 개질하여 고온의 개질가스를 생성하는 리액터(100)와; 상기 리액터(100)에 상기 원료가스를 전달하고 상기 리액터(100)로부터 상기 개질가스를 배출하며, 저온의 상기 원료가스와 고온의 상기 개질가스 사이에 열교환을 유도하여 상기 원료가스를 예열하는 예열부(200)를 포함하는 가스생성장치를 개시한다.
상기 리액터(100)는, 상기 원료가스가 도입되는 가스도입부(322)와, 상기 개질가스가 배출되는 가스배출부(321)를 포함할 수 있다.
상기 예열부(200)는, 상기 리액터(100)의 외측에 일체로 형성될 수 있다.
상기 예열부(200)는, 저온의 상기 원료가스가 이동하는 공급유로(S1)와, 상기 공급유로(S1)와 인접하여 고온의 상기 개질가스가 이동하는 배출유로(S2)를 형성하는 열교환부(210)와; 상기 열교환부(210)와 상기 리액터(100) 및 외부를 각각 연결하는 배관부(220)를 포함할 수 있다.
상기 배관부(220)는, 일단이 상기 열교환부(210)와 상기 공급유로(S1)가 연통하도록 연결되고, 타단이 상기 가스도입부(322)에 연결되어, 예열된 상기 원료가스를 상기 리액터(100)에 공급하는 재순환공급라인(222)과; 일단이 상기 열교환부(210)와 상기 배출유로(S2)가 연통하도록 연결되고, 타단이 상기 가스배출부(321)에 연결되어, 고온의 상기 개질가스를 전달받은 재순환배출라인(224)을 포함할 수 있다.
상기 배관부(220)는, 일단이 외부의 가스공급장치(10)에 연결되고, 타단이 상기 열교환부(210)와 상기 공급유로(S1)가 연통하도록 연결되어, 저온의 상기 원료가스를 상기 열교환부(210)에 전달하는 공급라인(226)과; 상기 열교환부(210)와 상기 배출유로(S2)가 연통하도록 연결되어, 열교환이 완료된 상기 개질가스를 외부로 배출하는 배출라인(228)을 포함할 수 있다.
상기 열교환부(210)는, 상기 배관부(220)에 대하여 병렬로 복수개 구비될 수 있다.
상기 열교환부(210)는, 일단에 제1도입구(232)가 형성되고 타단 측면에 제1배출구(234)가 형성되어 내부에 배출유로(S2)를 형성하는 제1배관(230)과; 상기 제1배관(230) 중 타단에서 적어도 일부가 삽입되도록 결합하여 상기 제1배관(230)과의 사이에서 공급유로(S1)를 형성하며, 일단 측면에 제2도입구(242)가 형성되고 타단에 제2배출구(244)가 형성되는 제2배관(240)을 포함할 수 있다.
상기 열교환부(210)는, 상기 공급유로(S1)가 상기 제1배관(230)의 외주면과 상기 제2배관(240)의 내주면 사이에서 상기 제1배관(230)의 내부를 거쳐 상기 제2배출구(244)까지 연장되도록, 상기 제1배관(230)의 타단에서 상기 1배관(230) 내부에 삽입되어 설치되는 분리부(250)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가스생성장치는, 배출되는 가스의 열을 이용하여 공급되는 암모니아의 온도를 예열함으로써, 별도의 프리히터 없이 공급되는 암모니아를 반응온도까지 상승시킬 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 가스생성장치는, 배출되는 가스의 열을 이용하여 공급되는 암모니아를 반응온도까지 충분히 예열함으로써, 리액터 내에 공급됨과 동시에 반응이 일어나 효율이 증대되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스생성장치는, 별도의 프리히터가 설치되지 않으므로 장치 전반이 컴팩트하고 풋프린트를 감소할 수 있으며 에너지 효율이 뛰어난 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스생성장치는, 배출되는 가스와 공급되는 암모니아 사이의 열교환 면적을 넓혀 열교환 효율이 증가하며, 배출되는 가스를 적정 온도 수준으로 낮추고 공급되는 암모니아를 반응온도 수준까지 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 가스생성장치의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2는, 도 1에 따른 가스생성장치 중 예열부의 모습을 보여주는 측면도이다.
도 3은, 도 1에 따른 가스생성장치 중 예열부의 모습을 보여주는 평면도이다.
도 4는, 도 1에 따른 가스생성장치 중 열교환부의 내부 모습을 보여주는 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 가스생성장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 고온환경을 조성하여 공급받는 원료가스를 개질하여 고온의 개질가스를 생성하는 리액터(100)와; 상기 리액터(100)에 원료가스를 전달하고 리액터(100)로부터 개질가스를 배출하며, 저온의 원료가스와 고온의 개질가스 사이에 열교환을 유도하여 원료가스를 예열하는 예열부(200)를 포함한다.
여기서 본 발명에 따른 가스생성장치는, 종래 개시된 원료가스로부터 개질을 통해 개질가스를 생성하기 위한 대상이 되는 가스면 어떠한 가스도 적용 가능하다.
예를 들면, 본 발명에 따른 가스생성장치는, 원료가스를 암모니아(NH3, 이하 화학기호 생략)를 적용하여 암모니아를 이용해 타겟가스인 수소(H2)를 생산하기 위한 구성이며, 이 과정에서 부산물가스로 질소(N2)가 함께 생성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 가스생성장치는, 2개의 암모니아 분자를 이용하여 1개의 질소분자와 3개의 수소분자를 생성함으로써, 암모니아 가스를 이용해 수소가스를 생성하기 위한 시스템일 수 있다.
이에 대한 반응식으로 2NH3 → N2 + 3H2 이 적용될 수 있다.
한편 전술한 예시와 달리 원료가스의 개질을 통해 개질가스를 생성 가능한 가스면 어떠한 가스도 적용 가능하다.
상기 리액터(100)는, 내부에 고온환경을 조성하여 공급받는 원료가스를 개질하여 고온의 개질가스를 생성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 리액터(100)는, 내부공간을 형성하며 상부에 개방구가 형성되는 챔버와; 챔버의 상단에서 결합하여 원료가스를 공급받아 반응을 통해 개질가스를 생성하고 외부로 배출하는 반응관모듈과; 챔버에 구비되어 내부공간을 가열하여 반응온도를 형성하는 가열부(400)를 포함한다.
상기 챔버는, 내부공간을 형성하며 상부에 개방구가 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 챔버는, 가열부(400)를 통해 내부공간에 불꽃이 점화될 수 있으며, 이로써 내부공간이 원료가스의 반응을 위해 충분히 가열될 수 있다.
이 경우, 내부공간에서의 점화를 위해 외부공간과 격리되도록 벽면이 형성될 수 있으며, 가열부(400)가 하측면에 구비될 수 있다.
이 과정에서 점화되는 불꽃에 의해 내부공간 및 챔버가 손상되는 것을 방지하기 위하여 가열부(400)가 위치하는 높이까지는 내측면에 별도의 보호재가 구비될 수 있으며, 바닥부 또한 보호재가 구비될 수 있다.
상기 개방구는, 후술하는 반응관모듈이 일체로 탈착가능하도록 결합하기 위한 구성으로서, 챔버의 상부 중 일부에 형성되어 반응관모듈이 탈착되도록 할 수 있다.
이 과정에서 상기 개방구에 반응관모듈이 결합되고 챔버의 상부에 반응관모듈 일부가 간섭되어 지지됨으로써 반응관모듈이 간편하게 결합 및 분리될 수 있다.
한편, 상기 챔버의 상부 전체가 개방되고 반응관모듈이 챔버의 리드역할을 수행하도록 탈착되는 실시예 또한 적용 가능하다.
상기 반응관모듈은, 챔버의 상단에서 결합하여 원료가스를 공급받아 반응을 통해 개질가스를 생성하고 외부로 배출하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 반응관모듈은, 개방구에 탈착가능하도록 결합되는 결합부와, 원료가스가 이동하면서 반응을 통해 개질가스를 생성하는 반응관을 포함할 수 있다.
즉, 상기 반응관모듈은, 결합부와 반응관의 일체형의 컴팩트한 구성으로서, 플레이트 형태의 결합부에 결합부를 관통하는 반응관을 설치하여 챔버로부터 비교적 자유롭게 탈착가능하도록 형성될 수 있다.
더 나아가, 상기 반응관모듈은, 결합부로부터 반응관 또한 쉽게 탈착가능하도록 구비되어 반응관의 오염, 손상 등에 따른 유지보수 필요시 반응관모듈을 챔버로부터 분리한 상태에서 반응관을 분리하여 쉽게 교체 및 유지보수할 수 있다.
한편, 상기 반응관모듈은, 복수개로 구비될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버의 상측에 나란히 2개가 구비될 수 있다.
상기 결합부는, 개방구에 탈착가능하도록 결합되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 결합부는, 일종의 플레이트 형태로서 반응관이 관통하여 결합함으로써, 반응관을 정위치에 고정결합할 수 있다.
또한, 상기 결합부 자체도 챔버의 정위치에 고정결합함으로써, 손쉽게 조립하면서도 반응관이 가열부(400)와의 관계에서 정위치에서 안정적인 반응이 일어나도록 할 수 있다.
상기 반응관은, 원료가스가 이동하면서 반응을 통해 개질가스를 생성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 반응관은, 원료가스가 도입되는 가스도입부(322)와, 개질가스가 배출되는 가스배출부(321)가 챔버 외부에 노출되도록 결합부를 관통하여 설치될 수 있다.
즉, 상기 반응관은, 챔버에 외부에 가스도입부(322)와 가스배출부(321)가 노출되도록 결합부를 관통하여 설치될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 반응관은, 일단에 가스도입부(322)가 형성되며 타단이 폐쇄되는 제1반응관과, 제1반응관과 동일한 크기로서 일단에 가스배출부(321)가 형성되며 타단이 폐쇄되는 제2반응관과, 제1반응관과 제2반응관이 서로 연통하도록 연결하는 브릿지관을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1반응관은, 챔버의 외부로 노출되는 가스도입부(322)가 일단에 형성되고, 'U'자 형태로서 타단이 폐쇄되며 내부에 가스가 이동하는 유로가 형성될 수 있다.
이 경우 타단은 폐쇄되며 필요에 따라 결합부의 상측으로 노출되는 노출부분(329)을 포함하며, 사용자가 반응관모듈을 챔버로부터 탈착하기 위한 손잡이 등으로 활용될 수 있다.
한편, 상기 제2반응관는, 전술한 제1반응관과 동일한 구성으로서, 동일한 높이에 설치되어 챔버의 내부공간에서 가열부(400)에 의해 제1반응관과 동일한 온도를 유지하도록 할 수 있다.
이때, 상기 제2반응관은, 제1반응관과 동일한 구성인 바, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 브릿지관은, 제1반응관과 제2반응관이 서로 연통하도록 연결하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 제1반응관과 제2반응관이 나란히 설치된 상태에서 제1반응관과 제2반응관 사이를 연결하여 서로 연통하도록 할 수 있으며, 이로써, 제1반응관에 구비된 가스도입부(322)를 통해 도입된 원료가스가 제1반응관 및 제2반응관(234)을 거쳐 개질되고, 개질가스가 제2반응관(234)에 구비된 가스배출구(222)를 통해 배출될 수 있다.
한편, 상기 브릿지관은, 제1반응관과 제2반응관의 적절한 높이에서 수평으로 형성될 수 있으며, 다른 예로서 제1반응관으로부터 제2반응관 측으로 기울어지도록 설치될 수도 있다.
또한, 상기 반응관은, 상측으로부터 하측으로 일직선으로 형성되는 제1직선부와, 하측에서 상측으로 일직선으로 형성되는 제2직선부와, 제1직선부와 제2직선부을 하측에서 연결하는 만곡부를 포함할 수 있다.
즉, 상기 반응관은, 전체적으로 'U'자 형태를 가지며, 서로 평행하게 형성되는 제1직선부와 제2직선부를 하측에서 만곡부로 연결한 구성일 수 있다.
이때, 만곡부는, 반응관의 최하측에 위치하는 구성으로서, 챔버 내의 내부공간에서도 후술하는 가열부(400)와 최근거리에 위치할 수 있다.
즉, 상기 만곡부는, 반응관에 원료가스의 반응을 촉매하기 위하여 충진되는 촉매제를 가열부(400)로부터 보호하기 위하여 별도의 충진제가 충진되는 공간일 수 있다.
보다 구체적으로, 반응관의 최하부에 위치하는 만곡부에 촉매제를 가열부(400)로부터 보호하기 위한 충진제를 충진하고, 제1직선부 및 제2직선부에 촉매제를 투입함으로써, 촉매제의 손상을 보호하면서도 원료가스의 반응이 원활하게 일어날 수 있도록 유도할 수 있다.
즉, 상기 반응관은, 전술한 바와 같이 내부에 원료가스로부터 개질가스로의 반응을 촉매하기 위한 촉매제가 투입될 수 있다.
이 경우, 만곡부에 촉매제를 보호하기 위한 충진제가 투입될 수 있으나, 다른 예로서, 반응관의 최하단으로부터 적어도 일부 높이까지는 촉매제를 보호하기 위한 충진제가 투입될 수 있다.
이때, 충진제가 충진되는 높이는 가열부(400)의 점화수준 및 가열온도, 원료가스의 용량 등에 따라 달라질 수 있다.
상기 가열부(400)는, 챔버에 구비되어 내부공간을 가열하여 반응온도를 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 가열부(400)는, 원료가스가 반응하도록 적정온도를 형성하기 위한 구성으로서, 챔버의 하측면에 구비되어 내부공간을 향해 점화하여 반응관을 가열할 수 있다.
예를 들면, 상기 가열부(400)는, 챔버의 하측면에 구비되어 내부공간을 가열하기 위하여 점화하는 점화부(410)와, 점화부(410)와 연결되어 점화부(410)에 점화가스를 공급하는 점화가스공급부(420)와, 챔버의 하측면에 구비되어 내부공간에 가열된 배출가스를 배기하는 가스배기부(430)를 포함할 수 있다.
상기 점화부(410)는, 챔버의 하측면에 구비되어 내부공간을 가열하기 위하여 점화하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 점화부(410)는, 후술하는 점화가스공급부(420)를 통해 공급받은 점화가스를 통해 내부공간을 향하여 점화할 수 있다.
상기 점화가스공급부(420)는, 점화부(410)와 연결되어 외부로부터 점화부(410)에 점화가스를 공급하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 점화가스공급부(420)는, 점화부(410)에 연결되어 외부로부터 연료가스를 공급받아 전달하는 연료가스공급라인과, 점화부(410)에 연결되어 외부로부터 연소가스를 공급받아 전달하는 연소가스공급라인을 각각 포함할 수 있다.
즉, 상기 점화가스공급부(420)는, 외부로부터 점화부(410)에 연료가스를 전달하는 연료가스공급라인을 포함할 수 있으며, 이때 연료가스공급라인에는 별도의 밸브를 구비하여 공급되는 연료가스의 양을 적절히 제어할 수 있다.
또한, 상기 점화가스공급부(420)는, 점화에 필요한 연소가스를 공급하기 위한 연소가스공급라인을 포함할 수 있으며, 연소가스공급라인에 별도의 밸브를 구비하여 공급되는 연소가스의 양을 적절히 제어함으로써, 점화정도를 조절할 수 있다.
상기 가스배기부(430)는, 챔버의 하측면에 구비되어, 내부공간에 가열된 배출가스를 배기하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
특히, 상기 가스배기부(430)는, 점화부(410)에 인접하도록 배치되어 배기되는 가열된 상태의 배출가스를 통해 점화부(410) 및 점화가스를 가열할 수 있다.
즉, 점화부(410)의 열효율을 증대하고 배기되는 배출가스의 열을 재활용하기 위하여, 점화부(410)에 인접하도록 배치되어 배기되는 가열된 배출가스를 통해 점화부(410) 또는 점화부(410)에 공급되는 점화가스를 예열하도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 가스배기부(430)는, 점화부(410)를 둘러싸며, 내부에 가열된 배출가스가 배기되는 배출가스배기유로가 형성되는 배출가스배기본체와, 배출가스배기유로에 연결되어 배출가스를 외부로 배기하는 배출가스배기라인을 포함할 수 있다.
이를 통해 내부공간에 점화부(410)를 통해 점화되어 분사된 고온의 배출가스가 별도의 챔버에 구비되는 배기부를 통해 배기되지 않고 점화부(410)를 둘러싸고 형성되는 가스배기부(430)를 통해 배출되면서, 공급되는 점화가스와 열교환을 수행할 수 있다.
이로써, 공급되는 점화가스가 예열될 수 있고, 점화부(410)의 전체 열효율을 증대시킬 수 있다.
상기 예열부(200)는, 리액터(100)에 원료가스를 전달하고 리액터(100)로부터 개질가스를 배출하며, 저온의 원료가스와 고온의 개질가스 사이에 열교환을 유도하여 원료가스를 예열하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 예열부(200)는, 리액터(100)에 원료가스를 전달하고 개질된 개질가스를 리액터(100)로부터 전달받아 외부로 배출하는 구성이다.
이 과정에서 상기 예열부(200)는, 리액터(100)에 원료가스를 전달하고 배출하는 과정에서 새롭게 공급되는 저온의 원료가스를 배출되는 고온의 개질가스와 열교환을 수행하도록 함으로써 예열할 수 있다.
이때, 상기 예열부(200)는, 리액터(100)의 외측에 일체로 형성됨으로써, 컴팩트한 구성으로 구비될 수 있으며, 프리히터와 같이 별도의 장치로서 설치되어 풋프린트의 증가 등의 문제를 방지할 수 있으며, 공간 활용도가 증대되는 이점이 있다.
한편, 상기 예열부(200)는, 리액터(100)를 중심으로 반응관모듈의 수에 대응되어 양 측면에 각각 형성될 수 있다.
이때 상기 예열부(200)는, 저온의 원료가스가 이동하는 공급유로(S1)와, 공급유로(S1)와 인접하여 고온의 개질가스가 이동하는 배출유로(S2)를 형성하는 열교환부(210)와, 열교환부(210)와 리액터(100) 및 외부를 각각 연결하는 배관부(220)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 열교환부(210)는, 배관부(220)에 대하여 병렬로 복수개 구비될 수 있으며, 필요에 따라 복수개를 모두 개방하여 열교환이 일어나도록 하거나 부분적으로 개방하여 일부만 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환부(210)는, 투입되는 원료가스의 양 및 반응온도를 고려하여 복수개를 모두 개방하거나 부분적으로 개방하여 운용될 수 있다.
한편, 상기 열교환부(210)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 일단에 제1도입구(232)가 형성되고 타단 측면에 제1배출구(234)가 형성되어 내부에 배출유로(S2)를 형성하는 제1배관(230)과; 상기 제1배관(230) 중 타단에서 적어도 일부가 삽입되도록 결합하여 상기 제1배관(230)과의 사이에서 공급유로(S1)를 형성하며, 일단 측면에 제2도입구(242)가 형성되고 타단에 제2배출구(244)가 형성되는 제2배관(240)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 열교환부(210)는, 공급유로(S1)가 제1배관(230)의 외주면과 제2배관(240)의 내주면 사이에서 제1배관(230)의 내부를 거쳐 제2배출구(244)까지 연장되도록, 제1배관(230)의 타단에서 제1배관(230) 내부에 삽입되어 설치되는 분리부(250)를 포함할 수 있다.
상기 제1배관(230)은, 일단에 고온의 개질가스가 도입되기 위한 제1도입구(232)가 형성되고 타단 측면에 열교환이 완료된 개질가스가 배출되는 제1배출구(234)가 형성되며, 내부에 배출유로(S2)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 제1배관(230)은, 제1도입구(232)에 후술하는 배관부(220)의 재순환배출라인(224)이 연결되어 리액터(100)를 통해 고온의 개질가스가 공급될 수 있다.
상기 제2배관(240)은, 제1배관(230) 중 타단에서 적어도 일부가 삽입되도록 결합하여 제1배관(230)과의 사이에서 공급유로(S1)를 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 제2배관(240)은, 일단 측면에 제2도입구(242)가 형성되고 타단에 제2배출구(244)가 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로는 제1배관(230) 측 일단 측면에 공급유로(S1)와 연통되는 제2도입구(242)가 형성되고, 제1배관(230) 반대측 타단에 공급유로(S1)와 연통되는 제2배출구(244)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2배관(240)은, 제2도입구(242)가 형성되는 부분의 전단부(246)와 제2배출구(244)가 형성되는 부분의 후단부(248)가 각각 형성될 수 있으며, 전단부(246)와 후단부(248)를 유동가능한 소재의 연결부(249)를 통해 결합할 수 있다.
이로써, 상기 제2배관(240)은, 제1배관(230)의 다양한 길이에도 적정길이를 확보하여 결합함으로써 범용성이 뛰어나도, 고온의 가스 투입에 따른 열변형에도 적절한 길이변형으로 대응이 가능하여 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이로써, 상기 제2배관(240)은, 제2도입구(242)를 통해 도입되어 공급유로(S1)를 통해 이동하는 저온의 원료가스가 배출유로(S2)의 고온의 개질가스와 열교환을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제2배관(240)은, 열교환이 완료된 고온의 원료가스를 제2배출구(244)를 통해 배출하여 가스도입부(322)에 예열이 완료된 고온의 원료가스를 공급할 수 있다.
상기 분리부(250)는, 공급유로(S1)가 배출유로(S2)를 중심으로 연장되도록 공급유로(S1)와 배출유로(S2)를 서로 인접하면서 분리하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 분리부(250)는, 공급유로(S1)가 제1배관(230)의 외주면과 제2배관(240)의 내주면 사이에서 제1배관(230)의 내부를 거쳐 제2배출구(244)까지 연장되도록, 제1배관(230)의 타단에서 제1배관(230)의 내부에 삽입되어 설치될 수 있다.
즉, 상기 분리부(250)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1배관(230)의 내부에 삽입되어 설치되어 제1배관(230)의 내주면과의 사이에서 배출유로(S2)를 형성하고 내부에 공급유로(S1)가 연장형성되도록 하는 제1분리부(251)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리부(250)는, 제1분리부(251)의 내부에서 중공을 가지고 설치되며 끝단이 제2배출구(240)를 관통하도록 형성되어 공급유로(S1)를 연장형성하고 예열이 완료된 원료가스가 제2배출구(240)를 통해 배출되도록 하는 제2분리부(252)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2분리부(252)는, 제2배출구(240) 측 끝단에서 제2배출구(240)에 형성되는 관통구(244)를 관통하여 설치될 수 있도록 내경이 줄어는 관통부분(253)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1분리부(251)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 일단이 폐쇄되어 제1배관(230) 내부에 삽입될 수 있으며, 타단에 플랜지가 형성되어 제1분리부(251)와 제1배관(230) 사이 공간이 폐쇄되도록 할 수 있다.
이로써, 상기 제1분리부(251)는, 제1배관(230)의 외주면과 제2배관(240)의 내주면 사이에 형성되는 공급유로(S1)가 제1분리부(251)의 내부공간으로 연장되고 제1분리부(251)와 제1배관(230) 사이 공간으로 원료가스가 흐르지 못하도록 할 수 있다.
더 나아가, 상기 제1분리부(251)는, 내주면과 제2분리부(252)의 외주면 사이에 공급유로(S1)가 연장형성되어 원료가스가 제1도입구(232) 측으로 흐르도록 할 수 있으며, 끝단에서 제2분리부(252)의 중공을 통해 재차 제2배출구(244) 측으로 흐르도록 할 수 있다.
한편, 이 과정에서 고온의 개질가스는 제1도입구(232)를 통해 투입되어, 제1분리부(251)의 외주면과 제1배관(230) 내주면 사이에 형성되는 배출유로(S2)를 통해 이동하고, 제2배관(240)을 관통하여 제1배관(230)의 타단 측면에 형성되는 제1배출구(234)를 통해 열교환이 완료된 개질가스를 배출할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100: 리액터 200: 예열부
300: 반응관모듈 400: 가열부

Claims (9)

  1. 내부에 고온환경을 조성하여 공급받는 원료가스를 개질하여 고온의 개질가스를 생성하는 리액터(100)와;
    상기 리액터(100)에 상기 원료가스를 전달하고 상기 리액터(100)로부터 상기 개질가스를 배출하며, 저온의 상기 원료가스와 고온의 상기 개질가스 사이에 열교환을 유도하여 상기 원료가스를 예열하는 예열부(200)를 포함하며,
    상기 예열부(200)는,
    저온의 상기 원료가스가 이동하는 공급유로(S1)와, 상기 공급유로(S1)와 인접하여 고온의 상기 개질가스가 이동하는 배출유로(S2)를 형성하는 열교환부(210)와;
    상기 열교환부(210)와 상기 리액터(100) 및 외부를 각각 연결하는 배관부(220)를 포함하며,
    상기 열교환부(210)는,
    일단에 제1도입구(232)가 형성되고 타단 측면에 제1배출구(234)가 형성되어 내부에 배출유로(S2)를 형성하는 제1배관(230)과;
    상기 제1배관(230) 중 타단에서 적어도 일부가 삽입되도록 결합하여 상기 제1배관(230)과의 사이에서 공급유로(S1)를 형성하며, 일단 측면에 제2도입구(242)가 형성되고 타단에 제2배출구(244)가 형성되는 제2배관(240)을 포함하며,
    상기 열교환부(210)는,
    상기 공급유로(S1)가 상기 제1배관(230)의 외주면과 상기 제2배관(240)의 내주면 사이에서 상기 제1배관(230)의 내부를 거쳐 상기 제2배출구(244)까지 연장하며, 상기 제1배관(230)의 타단에서 상기 제1배관(230) 내부에 삽입되어 설치되는 분리부(250)를 포함하며,
    상기 분리부(250)는,
    외주면과 상기 제1배관(230) 내주면 사이에 상기 배출유로(S2)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가스생성장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리액터(100)는,
    상기 원료가스가 도입되는 가스도입부(322)와, 상기 개질가스가 배출되는 가스배출부(321)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스생성장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 예열부(200)는,
    상기 리액터(100)의 외측에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스생성장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 배관부(220)는,
    일단이 상기 열교환부(210)와 상기 공급유로(S1)가 연통하도록 연결되고, 타단이 상기 가스도입부(322)에 연결되어, 예열된 상기 원료가스를 상기 리액터(100)에 공급하는 재순환공급라인(222)과;
    일단이 상기 열교환부(210)와 상기 배출유로(S2)가 연통하도록 연결되고, 타단이 상기 가스배출부(321)에 연결되어, 고온의 상기 개질가스를 전달받은 재순환배출라인(224)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스생성장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배관부(220)는,
    일단이 외부의 가스공급장치(10)에 연결되고, 타단이 상기 열교환부(210)와 상기 공급유로(S1)가 연통하도록 연결되어, 저온의 상기 원료가스를 상기 열교환부(210)에 전달하는 공급라인(226)과;
    상기 열교환부(210)와 상기 배출유로(S2)가 연통하도록 연결되어, 열교환이 완료된 상기 개질가스를 외부로 배출하는 배출라인(228)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스생성장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환부(210)는,
    상기 배관부(220)에 대하여 병렬로 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 가스생성장치.

  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020200175550A 2020-12-15 2020-12-15 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치 KR102486171B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200175550A KR102486171B1 (ko) 2020-12-15 2020-12-15 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200175550A KR102486171B1 (ko) 2020-12-15 2020-12-15 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220085466A KR20220085466A (ko) 2022-06-22
KR102486171B1 true KR102486171B1 (ko) 2023-01-09

Family

ID=82216495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200175550A KR102486171B1 (ko) 2020-12-15 2020-12-15 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102486171B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004175630A (ja) * 2002-11-28 2004-06-24 Babcock Hitachi Kk 水素製造装置とその起動方法および運転方法
KR101089932B1 (ko) * 2009-02-17 2011-12-05 지에스칼텍스 주식회사 연료전지시스템의 연료변환장치
JP5457395B2 (ja) 2005-04-18 2014-04-02 インテリジェント エナジー インコーポレイテッド 水素発生装置及び水素発生方法
CN111137855A (zh) 2020-03-03 2020-05-12 大连海事大学 一种基于液氨载氢-制氢的能量储存及转换系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004175630A (ja) * 2002-11-28 2004-06-24 Babcock Hitachi Kk 水素製造装置とその起動方法および運転方法
JP5457395B2 (ja) 2005-04-18 2014-04-02 インテリジェント エナジー インコーポレイテッド 水素発生装置及び水素発生方法
KR101089932B1 (ko) * 2009-02-17 2011-12-05 지에스칼텍스 주식회사 연료전지시스템의 연료변환장치
CN111137855A (zh) 2020-03-03 2020-05-12 大连海事大学 一种基于液氨载氢-制氢的能量储存及转换系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220085466A (ko) 2022-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4955885B2 (ja) 吸熱反応の実施方法およびその装置
CN109193009B (zh) 固体氧化物燃料电池复合系统及使用方法
JP4073960B2 (ja) 炭化水素の水蒸気改質方法
JP3830854B2 (ja) コンパクト型水蒸気改質装置
CN100457252C (zh) 紧凑型蒸汽重整器
JP2003525115A5 (ko)
JP2005325337A5 (ko)
CA2445615A1 (en) Hydrogen generation apparatus and method for using same
JP2001527501A (ja) 接触式改質装置用バーナーの排気ガス捕集アセンブリ
WO2021031894A1 (zh) 一种一体化中小型天然气水蒸汽重整反应器及重整反应工艺
US20080219901A1 (en) Cylindrical Steam Reformer Having Integrated Heat Exchanger
KR100286620B1 (ko) 수증기개질형 수소생산방법 및 수소생산장치
US20030131533A1 (en) Apparatus and method for production of synthesis gas using radiant and convective reforming
CN111344249A (zh) 氢产生装置
KR102486172B1 (ko) 가스생성장치
KR102486171B1 (ko) 개질기 투입가스 열원 공급을 위한 프리히터를 포함하는 가스생성장치
CN210656142U (zh) 一种辅助氨燃烧的热裂解制氢装置
KR970704252A (ko) 연료 셀 발전소 노
CN107940461A (zh) 重整加热炉燃料气预热方法及重整装置
KR102513906B1 (ko) 가스생성시스템
KR102513905B1 (ko) 가스생성시스템
KR101832136B1 (ko) 축열식 연소 방식의 고효율 컴팩트 수증기 개질 장치
JP4326078B2 (ja) 固体電解質型燃料電池モジュール
CN111732973A (zh) 辐射传热式气化炉
JPH04322739A (ja) 燃料電池用燃料改質器

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