KR102486532B1 - System and method for producing hydrogen using exhaust gas and heat energy recovery - Google Patents

System and method for producing hydrogen using exhaust gas and heat energy recovery Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온의 천연가스를 수소로 개질하는 과정에서 발생하는 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집 및 회수하여 가스정(gas well)에 재공급함으로써 천연가스 생산 효율을 높이는 것은 물론, 천연가스 생산 및 수소 액화 과정에서 발생되는 폐열을 회수하여 수소 생산 과정에 활용함으로써 고온 환경에서 작동하는 개질기의 에너지 소모율을 획기적으로 감소시키고, 유해가스를 배출시키지 않으면서 고효율의 수소를 생성할 수 있도록 하는 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템, 이를 이용한 수소생산 방법에 관한 것이다.The present invention collects and recovers carbon dioxide from exhaust gas generated in the process of reforming high-temperature natural gas into hydrogen, and resupplies it to a gas well to increase natural gas production efficiency, as well as natural gas production and hydrogen liquefaction. By recovering waste heat generated in the process and using it in the hydrogen production process, the energy consumption rate of the reformer operating in a high-temperature environment is drastically reduced, and exhaust gas and heat energy recovery enable high-efficiency hydrogen production without emitting harmful gases. It relates to a hydrogen production system using a, and a hydrogen production method using the same.

Description

배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템, 이를 이용한 수소생산 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN USING EXHAUST GAS AND HEAT ENERGY RECOVERY}Hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery, and hydrogen production method using the same {SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN USING EXHAUST GAS AND HEAT ENERGY RECOVERY}

본 발명은 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템, 이를 이용한 수소생산 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 고온의 천연가스를 수소로 개질하는 과정에서 발생하는 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집 및 회수하여 가스정(gas well)에 재공급함으로써 천연가스 생산 효율을 높이는 것은 물론, 천연가스 생산 및 수소 액화 과정에서 발생되는 폐열을 회수하여 수소 생산 과정에 활용함으로써 고온 환경에서 작동하는 개질기의 에너지 소모율을 획기적으로 감소시키고, 유해가스를 배출시키지 않으면서 고효율의 수소를 생성할 수 있도록 하는 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템, 이를 이용한 수소생산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery, and a hydrogen production method using the same, and more specifically, to capture and recover carbon dioxide from exhaust gas generated in the process of reforming high-temperature natural gas into hydrogen. By re-supplying it to the gas well, the efficiency of natural gas production is increased, and waste heat generated in the process of natural gas production and hydrogen liquefaction is recovered and used in the hydrogen production process. It relates to a hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery, which can be reduced to 100% and generate high-efficiency hydrogen without emitting harmful gases, and a hydrogen production method using the same.

최근, 전 세계적으로 탈탄소화 및 온실가스 감축, 미세먼지 저감 등 환경적 가치의 영향이 커짐에 따라 친환경 에너지에 대한 기대가 커지고 있으며, 그중 발전 시 온실가스를 대기 중으로 배출하지 않는 수소가 가장 주목받고 있다.Recently, expectations for eco-friendly energy are growing as the impact of environmental values such as decarbonization, greenhouse gas reduction, and fine dust reduction are growing worldwide. there is.

현재는 다량의 수소생산을 위해 천연가스를 개질하여 수소를 얻는 SMR(Steam Methane Reforming) 방법이 주로 활용되고 있다. 하지만, 이는 공정 중 많은 양의 유해가스를 배출하며 동시에 많은 에너지를 사용하게 되는데, 수소에너지가 궁극적인 친환경 에너지로 활용되기 위해서는 수소 역시 친환경적으로 생산되어야 한다는 점에서, 환경오염을 발생시키지 않으면서도 수소를 대량으로 발생시켜 에너지를 저감할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.Currently, a steam methane reforming (SMR) method of obtaining hydrogen by reforming natural gas is mainly used to produce a large amount of hydrogen. However, it emits a large amount of harmful gases during the process and uses a lot of energy at the same time. In order for hydrogen energy to be used as the ultimate eco-friendly energy, hydrogen must also be produced in an eco-friendly way, so hydrogen does not cause environmental pollution. There is a need for a technology capable of generating a large amount of energy to reduce energy.

한국등록특허 제10-2141970호Korean Patent Registration No. 10-2141970

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 고온의 천연가스를 수소로 개질하는 과정에서 발생하는 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집 및 회수하여 가스정(gas well)에 재공급함으로써 천연가스 생산 효율을 높이는 것은 물론, 천연가스 생산 및 수소 액화 과정에서 발생되는 폐열을 회수하여 수소 생산 과정에 활용함으로써 고온 환경에서 작동하는 개질기의 에너지 소모율을 획기적으로 감소시키고, 유해가스를 배출시키지 않으면서 고효율의 수소를 생성할 수 있도록 하는 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템, 이를 이용한 수소생산 방법을 제공하고자 한다.The present invention was derived to solve the above-mentioned problems, and captures and recovers carbon dioxide from exhaust gas generated in the process of reforming high-temperature natural gas into hydrogen and supplies it back to a gas well, thereby increasing natural gas production efficiency. By recovering waste heat generated in the process of natural gas production and hydrogen liquefaction and using it in the hydrogen production process, the energy consumption rate of the reformer operating in a high-temperature environment is drastically reduced, and high-efficiency hydrogen without emitting harmful gases It is intended to provide a hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery to generate a hydrogen production method using the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템은 가스정(gas well)으로부터 천연가스를 생산하며, 천연가스를 필터링하여 천연가스 내 불순물을 제거하는 가스 유입부, 상기 가스 유입부를 거친 천연가스 내 수분을 제거하고 산성을 중화시키는 가스 처리부, 상기 가스 처리부를 거친 천연가스가 임시 저장되는 버퍼 탱크, 상기 버퍼 탱크와 연결되며, 상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 천연가스를 개질하여 수소를 생산하는 개질기, 상기 개질기를 통해 생산되는 수소를 액화하는 수소 액화기, 상기 수소 액화기를 통해 액화된 액화수소가 저장되는 하나 이상의 수소 저장탱크 및 상기 가스 유입부 및 상기 가스 처리부로부터 발생되는 배출가스를 회수한 후 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소를 제외한 나머지 배출가스를 외부로 배출시키고, 포집된 이산화탄소를 상기 가스정으로 재공급하는 탄소 포집저장부(CCS)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery according to an embodiment of the present invention produces natural gas from a gas well, and includes a gas inlet for filtering the natural gas to remove impurities in the natural gas, and the gas inlet. A gas processing unit that removes moisture and neutralizes acidity in the natural gas that has passed through the unit, a buffer tank in which the natural gas that has passed through the gas processing unit is temporarily stored, connected to the buffer tank, and reforming the natural gas supplied from the buffer tank to produce hydrogen. A reformer that produces, a hydrogen liquefier that liquefies hydrogen produced through the reformer, one or more hydrogen storage tanks in which liquefied hydrogen liquefied through the hydrogen liquefier is stored, and exhaust gas generated from the gas inlet and the gas treatment unit It may be characterized in that it includes a carbon capture and storage unit (CCS) that collects carbon dioxide from the exhaust gas after recovering it, discharges the remaining exhaust gas except for the carbon dioxide to the outside, and resupplies the captured carbon dioxide to the gas well.

일 실시예에서, 상기 가스 유입부는 상기 천연가스를 필터링하여 불순물을 제거하는 슬러그 포집기(slug catcher)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the gas inlet may include a slug catcher filtering the natural gas to remove impurities.

일 실시예에서, 상기 가스 처리부는 상기 천연가스를 필터링하여 수분을 제거하는 글리콜 접촉기(glycol contactor)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the gas treatment unit may be characterized in that it includes a glycol contactor (glycol contactor) for removing moisture by filtering the natural gas.

일 실시예에서, 상기 가스 유입부와 상기 가스 처리부 사이에는 상기 천연가스로부터 열을 회수하는 제1 열회수기가 마련되고, 상기 수소 액화시에는 천연가스가 액화수소로 액화되는 과정에서 발생되는 열을 회수하는 제2 열회수기가 마련되며, 상기 제1 및 제2 열회수기는 회수된 열을 상기 개질기에 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, a first heat recovery device for recovering heat from the natural gas is provided between the gas inlet and the gas processing unit, and when the hydrogen is liquefied, heat generated in the process of liquefying natural gas into liquefied hydrogen is recovered. A second heat recoverer is provided, and the first and second heat recoverers supply recovered heat to the reformer.

일 실시예에서, 본 발명은 상기 버퍼 탱크와 연결되며, 상기 버퍼 탱크로부터 일부 공급되는 천연가스를 이용하여 전력을 생산하는 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the present invention is connected to the buffer tank, it may be characterized in that it further comprises a generator for generating electric power using natural gas supplied in part from the buffer tank.

일 실시예에서, 상기 가스 유입부, 상기 가스 처리부 및 상기 발전기 각각에서 발생되는 배출가스는 회수배관을 통해 회수되어 상기 탄소 포집저장부로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, exhaust gas generated from each of the gas inlet, the gas processing unit, and the generator may be recovered through a recovery pipe and supplied to the carbon capture and storage unit.

일 실시예에서, 상기 가스정과 상기 탄소 포집저장부 사이에는 상기 탄소 포집저장부를 통해 포집되는 이산화탄소를 상기 가스정 방향으로 가압 공급하는 석유회수증진(EOR) 펌프가 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, it may be characterized in that an oil recovery enhancement (EOR) pump is provided between the gas well and the carbon capture and storage unit to pressurize and supply carbon dioxide captured through the carbon capture and storage unit in the direction of the gas well.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 방법은 가스 유입부를 통해 가스정(gas well)으로부터 천연가스를 생산하며, 생산된 천연가스를 필터링하여 천연가스 내 불순물을 제거하는 단계, 가스 처리부를 통해 천연가스 내 수분을 제거하고 산성을 중화시키는 단계, 상기 가스 처리부를 거친 천연가스를 버퍼 탱크에 임시 저장하는 단계, 상기 버퍼 탱크와 연결된 개질기를 통해, 상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 천연가스를 개질하여 수소를 생산하는 단계, 상기 개질기를 통해 생산되는 수소를 수소 액화기를 통해 액화하는 단계, 액화된 액화수소를 하나 이상의 수소 저장탱크에 저장하는 단계 및 탄소 포집저장부를 통해 상기 가스 유입부 및 상기 가스 처리부로부터 발생되는 배출가스를 회수한 후 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소를 제외한 나머지 배출가스를 외부로 배출시키고, 포집된 이산화탄소를 상기 가스정으로 재공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A method for producing hydrogen using exhaust gas and thermal energy recovery according to another embodiment of the present invention includes the steps of producing natural gas from a gas well through a gas inlet and filtering the produced natural gas to remove impurities in the natural gas. , removing moisture in natural gas and neutralizing acid through a gas processing unit, temporarily storing natural gas that has passed through the gas processing unit in a buffer tank, through a reformer connected to the buffer tank, natural gas supplied from the buffer tank Reforming the gas to produce hydrogen, liquefying the hydrogen produced through the reformer through a hydrogen liquefier, storing the liquefied liquefied hydrogen in one or more hydrogen storage tanks, and the gas inlet through a carbon capture storage unit. and recovering the exhaust gas generated from the gas processing unit, collecting carbon dioxide from the exhaust gas, discharging the remaining exhaust gas except for the carbon dioxide to the outside, and resupplying the captured carbon dioxide to the gas well. can do.

본 발명의 일 측면에 따르면, 고온의 천연가스를 수소로 개질하는 과정에서 발생하는 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집 및 회수하여 가스정(gas well)에 재공급함으로써 천연가스 생산 효율을 높이는 것은 물론, 천연가스 생산 및 수소 액화 과정에서 발생되는 폐열을 회수하여 수소 생산 과정에 활용함으로써 고온 환경에서 작동하는 개질기의 에너지 소모율을 획기적으로 감소시키고, 유해가스를 배출시키지 않으면서 고효율의 수소를 생성할 수 있는 이점을 가진다.According to one aspect of the present invention, by collecting and recovering carbon dioxide from the exhaust gas generated in the process of reforming high-temperature natural gas into hydrogen, and resupplying it to a gas well, natural gas production efficiency is increased, as well as natural gas production. By recovering waste heat generated in the process of gas production and hydrogen liquefaction and using it in the hydrogen production process, the energy consumption rate of the reformer operating in a high-temperature environment can be drastically reduced, and high-efficiency hydrogen can be produced without emitting harmful gases. have

특히 본 발명의 일 측면에 따르면, 공정 내 폐열 및 이산화탄소 회수를 통해 온실가스를 대기 중으로 배출하지 않고 수소생산에 들어가는 에너지를 저감할 수 있는 이점을 가진다.In particular, according to one aspect of the present invention, it has the advantage of reducing the energy required for hydrogen production without discharging greenhouse gases into the atmosphere through the recovery of waste heat and carbon dioxide in the process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 및 에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 및 제2 열회수기(180, 190)를 통해 회수된 열이 개질기(140)에 공급됨에 따라 개질기(140)가 가열되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 배출가스 및 에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템(100)을 통해 수소를 생산하는 전 과정을 순서대로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production system 100 using exhaust gas and energy recovery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a state in which the reformer 140 is heated as the heat recovered through the first and second heat recoverers 180 and 190 shown in FIG. 1 is supplied to the reformer 140 .
FIG. 3 is a diagram sequentially showing the entire process of producing hydrogen through the hydrogen production system 100 using exhaust gas and energy recovery shown in FIG. 1 .

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid understanding of the present invention. However, the following examples are only provided to more easily understand the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 및 에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production system 100 using exhaust gas and energy recovery according to an embodiment of the present invention.

도 1을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 및 에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템(100)은 크게 가스 유입부(110), 가스 처리부(120), 버퍼 탱크(130), 개질기(140), 수소 액화기(150), 하나 이상의 수소 저장탱크(160), 탄소 포집저장부(CCS, 170), 제1 및 제2 열회수기(180, 190), 발전기(200) 및 석유회수증진(EOR) 펌프(210)를 포함하여 구성된다.1, a hydrogen production system 100 using exhaust gas and energy recovery according to an embodiment of the present invention includes a gas inlet 110, a gas processing unit 120, a buffer tank 130, and a reformer 140. ), a hydrogen liquefier 150, one or more hydrogen storage tanks 160, a carbon capture storage unit (CCS, 170), first and second heat recoverers 180 and 190, a generator 200 and oil recovery enhancement ( EOR) pump 210.

먼저, 가스 유입부(110)(Gas Inlet System)는 육상 혹은 해상의 가스정(gas well)으로부터 고온의 천연가스를 생산하여 끌어올리는 역할과, 끌러올린 천연가스를 필터링하여 천연가스 내 불순물을 제거하는 역할을 한다. 이를 위해, 가스 유입부(110)는 고온의 천연가스를 필터링하여 천연가스 내 불순물을 제거하는 슬러그 포집기(slug catcher, 111)을 포함하여 구성될 수 있다.First, the gas inlet 110 (Gas Inlet System) plays a role of producing and raising high-temperature natural gas from a land or sea gas well, and filters the raised natural gas to remove impurities in the natural gas. play a role To this end, the gas inlet 110 may include a slug catcher 111 that removes impurities in the natural gas by filtering the high-temperature natural gas.

가스 유입부(110)는 가스 처리부(120)와 연결되며, 가스 유입부(110)에 의해 불순물이 제거된 천연가스는 가스 처리부(120)로 전달된다.The gas inlet 110 is connected to the gas processing unit 120, and the natural gas from which impurities are removed by the gas inlet 110 is delivered to the gas processing unit 120.

이때, 가스 유입부(110)와 가스 처리부(120) 사이에는 제1 열 회수기(180)가 마련된다. 제1 열회수기(180)는 가스 유입부(110)를 거쳐 가스 처리부(120)로 전달되는 고온의 천연가스로부터 열을 회수하여 후술되는 개질기(140)에 전달하는 역할을 한다. 가스 유입부(110)를 통해 생산되는 천연가스는 섭씨 600도 이상의 고온의 열을 방출하기 때문에, 제1 열회수기(180)에서는 이러한 열을 회수한 후 개질기(140)에 공급함으로써 개질기(140)의 개질 과정에서 열을 이용하게 된다.At this time, the first heat recovery device 180 is provided between the gas inlet 110 and the gas processing unit 120 . The first heat recovery unit 180 serves to recover heat from the high-temperature natural gas delivered to the gas processing unit 120 through the gas inlet 110 and transfer it to a reformer 140 to be described later. Since the natural gas produced through the gas inlet 110 emits high-temperature heat of 600 degrees Celsius or higher, the first heat recovery unit 180 recovers this heat and supplies it to the reformer 140, thereby reducing the cost of the reformer 140. Heat is used in the reforming process.

이때, 가스 유입부(110)의 천연가스 생산 과정에서 이산화탄소(CO2)를 포함하는 배출가스가 발생하게 되는데, 발생된 배출가스는 가스 유입부(110)와 연결된 회수배관을 통해 후술되는 탄소 포집저장부(170)로 포집되게 된다.At this time, exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ) is generated in the natural gas production process of the gas inlet 110, and the generated exhaust gas is collected through a recovery pipe connected to the gas inlet 110 to capture carbon, which will be described later. It is collected in the storage unit 170.

가스 처리부(Gas Treatment System, 120)는 가스 유입부(110) 및 제1 열회수기(180)를 거쳐 전달되는 천연가스 내 수분을 제거하고 산성을 중화시키는 역할을 한다.The gas treatment system 120 serves to remove moisture from the natural gas delivered through the gas inlet 110 and the first heat recovery unit 180 and neutralize acidity.

보다 구체적으로 가스 처리부(120)는 천연가스를 필터링하여 수분을 제거하는 글리콜 접촉기(glycol contactor, 121)를 포함하여 구성되며, 수분이 제거된 천연가스는 버퍼 탱크(buffer tank, 130)에 저장된다.More specifically, the gas processing unit 120 is configured to include a glycol contactor 121 that removes moisture by filtering natural gas, and the natural gas from which moisture is removed is stored in a buffer tank 130 .

이때, 가스 처리부(120)의 수분 제거 과정에서 이산화탄소(CO2)를 포함하는 배출가스가 발생하게 되는데, 발생된 배출가스는 가스 처리부(120)와 연결된 회수배관을 통해 후술되는 탄소 포집저장부(170)로 포집되게 된다.At this time, an exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ) is generated in the process of removing moisture by the gas processing unit 120, and the generated exhaust gas is passed through a recovery pipe connected to the gas processing unit 120 to a carbon capture storage unit (described below). 170) will be captured.

버퍼 탱크(130)는 가스 처리부(120)에 의해 수분이 제거된 천연가스가 임시 저장되는 공간을 의미하며, 이때 저장된 천연가스 중 일부는 발전기(200)에 공급되어 발전기(200)를 통한 전력 생산에 이용될 수 있다. 이때, 발전기(200)의 전력 생산 과정에서 발생되는 배출가스는 발전기(200)와 연결된 회수배관을 통해 후술되는 탄소 포집저장부(170)로 포집되게 된다. 버퍼 탱크(130)에 임시 저장된 천연가스는 개질기(140)로 전달된다.The buffer tank 130 refers to a space in which natural gas from which moisture is removed by the gas processing unit 120 is temporarily stored, and at this time, some of the stored natural gas is supplied to the generator 200 to generate power through the generator 200. can be used for At this time, the exhaust gas generated during the power generation process of the generator 200 is captured by the carbon capture and storage unit 170 to be described later through a recovery pipe connected to the generator 200. Natural gas temporarily stored in the buffer tank 130 is delivered to the reformer 140.

개질기(Reformer, 140)는 버퍼 탱크(130)로주터 전달되는 천연가스를 개질하여 수소를 생산하는 역할을 한다.The reformer (Reformer, 140) serves to produce hydrogen by reforming the natural gas delivered from the buffer tank (130).

이때, 개질기(140)는 개질 과정에서 섭씨 800도 이상의 고온을 필요로 하기 때문에, 앞서 살펴본 제1 열회수기(180)와, 후술되는 수소 액화기(150)에 마련된 제2 열회수기(190)를 통해 회수된 열이 개질기(140)에 공급될 수 있다. 관련하여 살펴보면 다음과 같다.At this time, since the reformer 140 requires a high temperature of 800 degrees Celsius or more in the reforming process, the first heat recovery unit 180 described above and the second heat recovery unit 190 provided in the hydrogen liquefier 150 described later Heat recovered through may be supplied to the reformer 140 . In relation to this, it is as follows.

도 2는 도 1에 도시된 제1 및 제2 열회수기(180, 190)를 통해 회수된 열이 개질기(140)에 공급됨에 따라 개질기(140)가 가열되는 상태를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view showing a state in which the reformer 140 is heated as the heat recovered through the first and second heat recoverers 180 and 190 shown in FIG. 1 is supplied to the reformer 140 .

도 2를 살펴보면, 개질기(140)는 기본적으로 섭씨 800도 이상의 고온 환경에서 작동하여 개질을 진행하게 되는데, 개질기(140)를 별도의 가열 장치(Heater)를 통해 지속해서 가열하기 위해서는 다량의 에너지 및 연료가 소모되어야 한다.Referring to FIG. 2, the reformer 140 basically operates in a high-temperature environment of 800 degrees Celsius or more to perform reforming. In order to continuously heat the reformer 140 through a separate heater, a large amount of energy and fuel must be consumed.

하지만, 본원발명에서는 가열 장치를 통한 가열 과정을 최소화하되, 제1 및 제2 열회수기(180), 190)를 통해 회수되는 열을 지속적으로 개질기(140)로 공급함으로써 개질기(140)의 온도를 섭씨 800도 이상의 고온 환경으로 만들 수 있게 된다.However, in the present invention, while minimizing the heating process through the heating device, the temperature of the reformer 140 is increased by continuously supplying heat recovered through the first and second heat recoverers 180 and 190 to the reformer 140. It can be made in a high-temperature environment of over 800 degrees Celsius.

다시 도 1로 돌아와서, 수소 액화기(150)는 개질기(140)를 통해 생성된 수소를 액화하는 역할을 하는데, 이때 수소 액화기(150)에 연결된 제2 열회수기(190)는 수소의 액화 과정에서 발생되는 열을 회수하여 개질기(140)로 공급하게 된다. 수소 액화기(150)에 의해 액화된 액화 수소는 하나 이상의 수소 저장탱크(160)에 저장되며, 각 수소 저장탱크(160)는 트럭 혹은 선박을 통해 하역되게 된다. 이러한 수소 저장탱크(160)의 수는 제한되지 않는다.Returning to FIG. 1, the hydrogen liquefier 150 serves to liquefy the hydrogen generated through the reformer 140. The heat generated in is recovered and supplied to the reformer 140. Liquefied hydrogen liquefied by the hydrogen liquefier 150 is stored in one or more hydrogen storage tanks 160, and each hydrogen storage tank 160 is unloaded through a truck or ship. The number of these hydrogen storage tanks 160 is not limited.

탄소 포집저장부(Carbon capture and storage, 170)는 회수배관을 통해 회수되는 배출가스 내에서 이산화탄소(CO2)를 포집하고, 이를 다시 가스정(gas well)로 재공급하는 역할을 한다.The carbon capture and storage unit 170 serves to capture carbon dioxide (CO 2 ) from the exhaust gas recovered through the recovery pipe and supply it back to the gas well.

보다 구체적으로, 앞서 살펴본 가스 유입부(110), 가스 처리부(120), 발전기(200) 각각으로 배출되는 배출가스는 하나로 연결된 회수배관을 통해 탄소 포집저장부(170)로 공급되며, 탄소 포집저장부(170)에서는 이러한 배출가스 중에서 이산화탄소(CO2)를 별도 분리 포집한 후 가스정으로 재공급함으로써 가스 유입부(110)를 통한 천연가스 생산 효율을 높이게 된다.More specifically, the exhaust gas discharged to each of the gas inlet 110, gas processing unit 120, and generator 200 described above is supplied to the carbon capture and storage unit 170 through a recovery pipe connected to one, and carbon capture and storage The unit 170 separates and collects carbon dioxide (CO 2 ) from these exhaust gases, and then supplies it back to the gas well, thereby increasing natural gas production efficiency through the gas inlet 110.

이때, 탄소 포집저장부(170)와 가스정 사이에는 탄소 포집저장부(170)를 통해 포집되는 이산화탄소를 가스정 방향으로 가압 공급하기 위한 석유회수증진(EOR) 펌프(210)가 마련된다. EOR 펌프(210)는 EOR(Enhanced Oil Recovery) 방법을 이용하여 이산화탄소를 가스정 방향으로 가압 공급하게 되며, 이를 통해 천연가스 생산 효율이 극대화될 수 있다.At this time, an oil recovery enhancement (EOR) pump 210 is provided between the carbon capture and storage unit 170 and the gas well to pressurize and supply carbon dioxide captured through the carbon capture and storage unit 170 toward the gas well. The EOR pump 210 pressurizes and supplies carbon dioxide in the direction of a gas well using an EOR (Enhanced Oil Recovery) method, and through this, natural gas production efficiency can be maximized.

다음으로는, 도 3을 통해 이러한 배출가스 및 열에너지 회수를 통해 수소를 효율적으로 생산하는 과정을 일련의 순서대로 살펴보기로 한다.Next, with reference to FIG. 3 , a process of efficiently producing hydrogen through the recovery of the exhaust gas and thermal energy will be described in a series order.

도 3은 도 1에 도시된 배출가스 및 에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템(100)을 통해 수소를 생산하는 전 과정을 순서대로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram sequentially showing the entire process of producing hydrogen through the hydrogen production system 100 using exhaust gas and energy recovery shown in FIG. 1 .

도 3을 살펴보면, 먼저 가스 유입부를 통해 가스정(gas well)으로부터 천연가스를 생산하며, 생산된 천연가스를 필터링하여 천연가스 내 불순물을 제거하고(S301), 가스 처리부를 통해 천연가스 내 수분을 제거하고 산성을 중화시킨 후(S302), 가스 처리부를 거친 천연가스를 버퍼 탱크에 임시 저장한다(S303).Referring to FIG. 3, first, natural gas is produced from a gas well through a gas inlet, and impurities in the natural gas are removed by filtering the produced natural gas (S301), and moisture in the natural gas is removed through a gas processing unit. And after neutralizing the acid (S302), the natural gas that has passed through the gas processing unit is temporarily stored in a buffer tank (S303).

다음으로, 버퍼 탱크와 연결된 개질기를 통해, 상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 천연가스를 개질하여 수소를 생산하고(S304), 개질기를 통해 생산되는 수소를 수소 액화기를 통해 액화시킨 후 액화된 액화수소를 하나 이상의 수소 저장탱크에 저장하게 된다(S305).Next, through a reformer connected to the buffer tank, the natural gas supplied from the buffer tank is reformed to produce hydrogen (S304), the hydrogen produced through the reformer is liquefied through a hydrogen liquefier, and then the liquefied liquefied hydrogen is produced as one It is stored in the above hydrogen storage tank (S305).

다음으로, 탄소 포집저장부를 통해 상기 가스 유입부 및 상기 가스 처리부로부터 발생되는 배출가스를 회수한 후 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소를 제외한 나머지 배출가스를 외부로 배출시키고, 포집된 이산화탄소를 상기 가스정으로 재공급함으로써, 천연가스 생산 효율을 높이게 된다(S306).Next, after recovering the exhaust gas generated from the gas inlet and the gas processing unit through the carbon capture storage unit, carbon dioxide is captured in the exhaust gas, and the remaining exhaust gas except for the carbon dioxide is discharged to the outside, and the captured carbon dioxide is transferred to the outside. By resupplying the gas well, the natural gas production efficiency is increased (S306).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.

100: 배출가스 및 에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템
110: 가스 유입부
111: 슬러그 포집기
120: 가스 처리부
121: 글리콜 접촉기
130: 버퍼 탱크
140: 개질기
150: 수소 액화기
160: 수소 저장탱크
170: 탄소 포집저장부
180: 제1 열회수기
190: 제2 열회수기
200: 발전기
210: EOR 펌프100: Hydrogen production system using exhaust gas and energy recovery
110: gas inlet
111: slug catcher
120: gas processing unit
121: glycol contactor
130: buffer tank
140: reformer
150: hydrogen liquefier
160: hydrogen storage tank
170: carbon capture storage unit
180: first heat recovery unit
190: second heat recovery unit
200: generator
210: EOR pump

Claims (8)

가스정(gas well)으로부터 천연가스를 생산하며, 천연가스를 필터링하여 천연가스 내 불순물을 제거하는 가스 유입부;
상기 가스 유입부를 거친 천연가스 내 수분을 제거하고 산성을 중화시키는 가스 처리부;
상기 가스 처리부를 거친 천연가스가 임시 저장되는 버퍼 탱크;
상기 버퍼 탱크와 연결되며, 상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 천연가스를 개질하여 수소를 생산하는 개질기;
상기 개질기를 통해 생산되는 수소를 액화하는 수소 액화기;
상기 수소 액화기를 통해 액화된 액화수소가 저장되는 하나 이상의 수소 저장탱크; 및
상기 가스 유입부 및 상기 가스 처리부로부터 발생되는 배출가스를 회수한 후 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소를 제외한 나머지 배출가스를 외부로 배출시키고, 포집된 이산화탄소를 상기 가스정으로 재공급하는 탄소 포집저장부(CCS);를 포함하며,
상기 가스 유입부와 상기 가스 처리부 사이에는 상기 가스 유입부를 통해 생산되는 섭씨 600도 이상의 천연가스로부터 열을 회수하는 제1 열회수기가 마련되고, 상기 수소 액화시에는 천연가스가 액화수소로 액화되는 과정에서 발생되는 열을 회수하는 제2 열회수기가 마련되며,
상기 제1 및 제2 열회수기는 회수된 열을 상기 개질기에 공급하여 상기 개질기가 개질 과정에서 섭씨 800도 이상의 환경에서 개질이 진행되도록 하는 것을 특징으로 하는, 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템.
A gas inlet for producing natural gas from a gas well and filtering the natural gas to remove impurities in the natural gas;
a gas processing unit that removes moisture and neutralizes acidity in the natural gas that has passed through the gas inlet;
a buffer tank in which the natural gas that has passed through the gas processing unit is temporarily stored;
a reformer connected to the buffer tank and producing hydrogen by reforming natural gas supplied from the buffer tank;
a hydrogen liquefier for liquefying hydrogen produced through the reformer;
One or more hydrogen storage tanks in which liquid hydrogen liquefied through the hydrogen liquefier is stored; and
After recovering the exhaust gas generated from the gas inlet and the gas processing unit, carbon dioxide is captured in the exhaust gas, the remaining exhaust gas except for the carbon dioxide is discharged to the outside, and the captured carbon dioxide is re-supplyed to the gas well. Contains (CCS);
A first heat recovery device for recovering heat from natural gas of 600 degrees Celsius or higher produced through the gas inlet and the gas processing unit is provided between the gas inlet and the gas treatment unit, and in the process of liquefying natural gas into liquefied hydrogen when hydrogen is liquefied. A second heat recovery device for recovering generated heat is provided,
The first and second heat recoverers supply the recovered heat to the reformer so that the reformer proceeds with reforming in an environment of 800 degrees Celsius or more during the reforming process, using exhaust gas and thermal energy recovery. Hydrogen production system.
 제1항에 있어서,
상기 가스 유입부는,
상기 천연가스를 필터링하여 불순물을 제거하는 슬러그 포집기(slug catcher);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템.
According to claim 1,
The gas inlet,
A hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery, characterized in that it comprises a; slug catcher for filtering the natural gas to remove impurities.
 제1항에 있어서,
상기 가스 처리부는,
상기 천연가스를 필터링하여 수분을 제거하는 글리콜 접촉기(glycol contactor);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템.
According to claim 1,
The gas processing unit,
A hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery, characterized in that it comprises a; glycol contactor for filtering the natural gas to remove moisture.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 버퍼 탱크와 연결되며, 상기 버퍼 탱크로부터 일부 공급되는 천연가스를 이용하여 전력을 생산하는 발전기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템.
According to claim 1,
A hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery, characterized in that it further comprises; a generator connected to the buffer tank and generating electric power using natural gas supplied in part from the buffer tank.
 제5항에 있어서,
상기 가스 유입부, 상기 가스 처리부 및 상기 발전기 각각에서 발생되는 배출가스는 회수배관을 통해 회수되어 상기 탄소 포집저장부로 공급되는 것을 특징으로 하는, 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템.
According to claim 5,
The gas inlet, the gas processing unit, and the exhaust gas generated in each of the generators are recovered through a recovery pipe and supplied to the carbon capture and storage unit, a hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery.
 제1항에 있어서,
상기 가스정과 상기 탄소 포집저장부 사이에는,
상기 탄소 포집저장부를 통해 포집되는 이산화탄소를 상기 가스정 방향으로 가압 공급하는 석유회수증진(EOR) 펌프;가 마련되는 것을 특징으로 하는, 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 시스템.
According to claim 1,
Between the gas well and the carbon capture and storage unit,
A hydrogen production system using exhaust gas and thermal energy recovery, characterized in that provided; an oil recovery enhancement (EOR) pump for pressurizing and supplying carbon dioxide collected through the carbon capture storage unit toward the gas well.
 가스 유입부를 통해 가스정(gas well)으로부터 천연가스를 생산하며, 생산된 천연가스를 필터링하여 천연가스 내 불순물을 제거하는 단계;
가스 처리부를 통해 천연가스 내 수분을 제거하고 산성을 중화시키는 단계;
상기 가스 처리부를 거친 천연가스를 버퍼 탱크에 임시 저장하는 단계;
상기 버퍼 탱크와 연결된 개질기를 통해, 상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 천연가스를 개질하여 수소를 생산하는 단계;
상기 개질기를 통해 생산되는 수소를 수소 액화기를 통해 액화하는 단계;
액화된 액화수소를 하나 이상의 수소 저장탱크에 저장하는 단계; 및
탄소 포집저장부를 통해 상기 가스 유입부 및 상기 가스 처리부로부터 발생되는 배출가스를 회수한 후 배출가스 내에서 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소를 제외한 나머지 배출가스를 외부로 배출시키고, 포집된 이산화탄소를 상기 가스정으로 재공급하는 단계;를 포함하며,
상기 가스 유입부와 상기 가스 처리부 사이에는 상기 가스 유입부를 통해 생산되는 섭씨 600도 이상의 천연가스로부터 열을 회수하는 제1 열회수기가 마련되고, 상기 수소 액화시에는 천연가스가 액화수소로 액화되는 과정에서 발생되는 열을 회수하는 제2 열회수기가 마련되며,
상기 제1 및 제2 열회수기는 회수된 열을 상기 개질기에 공급하여 상기 개질기가 개질 과정에서 섭씨 800도 이상의 환경에서 개질이 진행되도록 하는 것을 특징으로 하는, 배출가스 및 열에너지 회수를 이용한 수소생산 방법.producing natural gas from a gas well through a gas inlet and filtering the produced natural gas to remove impurities in the natural gas;
removing moisture in natural gas and neutralizing acidity through a gas processing unit;
Temporarily storing the natural gas that has passed through the gas processing unit in a buffer tank;
producing hydrogen by reforming natural gas supplied from the buffer tank through a reformer connected to the buffer tank;
liquefying hydrogen produced through the reformer through a hydrogen liquefier;
storing liquefied liquefied hydrogen in one or more hydrogen storage tanks; and
After recovering the exhaust gas generated from the gas inlet and the gas processing unit through the carbon capture storage unit, carbon dioxide is captured in the exhaust gas, and the remaining exhaust gas except for the carbon dioxide is discharged to the outside, and the captured carbon dioxide is returned to the gas well. Including; supplying;
A first heat recovery device for recovering heat from natural gas of 600 degrees Celsius or higher produced through the gas inlet and the gas processing unit is provided between the gas inlet and the gas treatment unit, and in the process of liquefying natural gas into liquefied hydrogen when hydrogen is liquefied. A second heat recovery device for recovering generated heat is provided,
The first and second heat recoverers supply the recovered heat to the reformer so that the reformer proceeds in an environment of 800 degrees Celsius or more during the reforming process.
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