KR102535227B1 - 수소 정제용 산소 제거 촉매제 및 이를 포함하는 수소 정제 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 정제용 산소 제거 촉매제를 제공하며, 상기 산소 제거 촉매제를 포함하는 촉매 반응기를 제공한다. 또한, 상기 촉매 반응기 및 수분 흡착기를 포함하는 복수의 반응 모듈을 결합함으로써 수소 정제와 수분 흡착 공정이 모두 반응 모듈 내에서 이루어지도록 하며, 상기 반응 모듈을 복수 개 포함하는 고순도 수소 정제 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 수소 정제용 산소 제거 촉매제 및 이를 포함하는 수소 정제 장치에 관한 것이다.
최근, 지구상에서 가장 대중적인 에너지원인 화석연료의 고갈 가능성 및 환경오염 문제가 급부상하면서 이를 대체할 에너지원에 관한 연구가 다방면으로 진행되고 있다.
그중에서도 수소는 연료 또는 연료전지로 사용하는 경우 물이 부산물로 나오며, 오염원으로 작용하는 물질을 전혀 배출하지 않기 때문에 청정에너지로써 주목받으며, 반도체, 광섬유, 약품 제조 등에 사용되고 있으며, 그 사용량이 해마다 증가하는 추세이다. 특히, 차후 연료전지를 본격적으로 주 발전원으로 사용하는 시기에 접어들면 대량의 고순도 수소가 필요하여, 고순도의 수소를 저비용으로 대량 생산할 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다.
현재 수소의 대량 생산 방법으로는 물을 전기분해하는 방법 및 탄화수소를 개질하는 방법이 있다. 그중 화석자원을 사용하지 않으며 태양광 발전으로 얻은 전기를 사용한 물을 전기분해하는 방법이 환경 보호 및 보존적 관점에서 지지를 얻고 있다.
현재 재생에너지 연계형 수전해 시스템은 본질적으로 재생에너지의 간헐성에 기인한 성능과 안전성에 취약점이 있다. 대표적인 사례로는 2019년 강릉 산업단지 수소저장탱크 폭발사고를 들 수가 있는데, 해당 사고는 신재생에너지원을 이용하여 수전해 설비를 통해 수소를 생산하는 공정을 개발하는 과정에서 발생한 것이다.
구체적으로, 상기 사례는 낮은 부하의 전력이 공급되는 조건에서 분리막 가스 교차 현상, 가스 센서 측정 시간 지연 및 수소 내 산소 농도를 제한 범위 이하로 통제하기 위한 장치의 종합적인 부재로 일어난 폭발사고로 규명되었다. 특히, 상기 사례에서는 산소 제거 설비와 같은 기술의 부재가 핵심적인 폭발사고의 발생 원인이었기에, 차후 재생에너지 연계형 수전해 시스템의 상용화를 위해서는 상기한 사례와 같은 폭발사고를 방지하기 위해 안전성 확보를 위한 기술 개발이 필수적으로 수반되어야 한다.
일반적으로, 수소 내 산소의 폭발 한계 농도는 4%로 알려져 있으며, 안전성을 위해 이러한 범위를 준수하도록 권고하고 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 수소와 산소를 분리하는 분리막에서부터 가스 교차 현상이 일어나는 등 수전해 시스템으로부터 분리해낸 수소 가스에는 필연적으로 미량의 산소가 존재한다.
생산된 수소가 에너지원으로써 다양한 연료전지 시스템에 적용되기 위해서는 다양한 경로로 유입된 O2, N2, CO, CO2 및 탄화수소 등의 각종 불순물의 농도가 수소 국제 규격(International Organization for Standardization, ISO)에서 정하는 수치를 만족하여야 한다. 상기한 불순물 중 산소의 경우 차량용 연료전지의 동력원으로 쓰이는 경우 5ppm 이하여야 하고, 그 외 전자기기 연료전지의 동력원으로 쓰이는 경우 200ppm 이하로 그 농도를 유지하여야 한다.
이와 같은 조건을 만족하기 위한 수소 정제 기술로는 극저온 분리(Cryogenic separation), 고분자 분리막(polymer membrane), 팔라듐 분리막(palladium membrane), 금속 수소화물(metal hydride), 압력변동흡착(pressure swing adsorption), 고분자 전해법(polymer electrolyte membrane electrolysis), 및 촉매적 정제(catalytic purification)를 이용한 분리 기술이 대표적인 기술로 제시되고 있다. 일정 규모 이상의 재생에너지 연계형 수전해 시스템을 안전하게 운용하기 위해서는 상기한 기술 중 적어도 두 가지 이상의 기술이 적용되어야만 예상치 못한 상황으로 산소의 농도가 증가할 가능성을 차단하면서 최종 생산되는 수소의 규격을 안정적으로 만족할 수 있다.
상기한 기술 중 수소 순도 및 시스템 적용의 용이성 측면에서 유리한 기술은 분리막, 압력변동흡착, 그리고 촉매적 정제를 이용한 수소 정제 기술이다. 앞의 두 기술은 물리적 수소 정제 기술이며 제거 대상 물질이 산소에 국한되지 않고 수분, CO, CO2, N2 등의 불순물을 포괄적으로 포함한다.
수소 투과 합금을 사용한 수소 정제법이 있으나, 수소로 인한 금속 취화 경향은 완벽하게 해결하지 못하여 내구성 및 지속성의 문제가 있으며, 소모성인 합금 부재의 단가가 비싸다는 단점이 있다.
반면, 촉매적 정제는 수소와 산소의 재결합 반응을 이용한 화학적 수소 정제 기술로 분류되며 산소만을 선택적으로 이론상 0에 가깝게 제거할 수 있는 기술이다. 또한, 촉매적 정제는 다른 기술들과는 달리 부하변동 또는 압력변화와 같은 외부 요인에 큰 영향을 받지 않고 안정적으로 수소 내 산소를 제거할 수 있는 기술로, 고안전성 수소생산공정의 상용화를 위해서 필수적인 기술이라 할 수 있다.
한편, 수전해에 의한 수소생산 시스템의 또 다른 부산물인 수분의 제거 방법으로, 수처리 시스템을 통해 물을 응축함으로써 수분을 제거하며, 산소 및 가스 처리 시스템을 통해 산소 흡착 반응을 제거하는 시스템을 차용하고 있다. 그러나 이러한 시스템은 효율이 매우 낮고, 정제 시스템의 처리 용량이 낮아 대량 정제는 어렵다는 단점이 있어 기술의 개선이 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 성능이 우수한 수소 정제용 산소 제거 촉매제 및 이를 포함하는 고순도 수소 정제 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 불순물을 포함하는 수소 혼합 가스로부터 산소를 제거하는 산소 제거 촉매제에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 산소 제거 촉매제는 전이금속 원소 및 알루미늄 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 전이금속 원소는 Pd, Pt, Ni, Ag, Au 및 Cu 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 복수의 반응 모듈을 포함하는 수소 가스 정제 장치에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 반응 모듈은 상기 산소 제거 촉매제를 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 반응 모듈은 상기 산소 제거 촉매제를 포함하는 촉매 반응기; 제습제를 포함하는 수분 흡착기; 및 울(Wool) 부재를 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 복수의 반응 모듈은 임의로 정하는 순서에 따라 교번적으로 동작하며, 일부의 반응 모듈이 동작하는 동안 나머지 반응 모듈은 촉매제의 재생 반응을 수행하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 반응 모듈을 구성하는 상기 촉매 반응기와 수분 흡착기에 있어서, 상기 촉매 반응기의 하단과 수분 흡착기의 상단에 각각 서로 맞물리는 체결부를 갖는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 울 부재는 상기 촉매 반응기와 수분 흡착기의 양단부에 충진되는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 반응 모듈의 측면에 각 반응 모듈 내부를 가열하는 히팅 부재를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 수소 가스 정제 장치 외부에 재생가스 저장소; 재생가스 저장소로부터 상기 반응 모듈로 재생가스를 공급하는 재생가스 공급관; 상기 반응 모듈 중 하나가 동작하는 동안 동작하는 반응 모듈로의 유로를 차단하며, 나머지 반응 모듈로 재생가스를 공급하도록 유로를 연결하는 유로 제어 장치를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 유로 제어 장치는,
반응 모듈이 교대로 동작하도록 제어하는 신호 분배기;
동작 중인 반응 모듈로의 수소 공급 유로를 활성화하며 나머지 반응 모듈로의 수소 공급 유로를 차단하는 제1 밸브;
동작 중인 반응 모듈로부터 수소 배출 유로를 활성화하며 나머지 반응 모듈로부터의 수소 배출 유로를 차단하는 제2 밸브;
동작 중인 반응 모듈로의 재생가스 공급 유로를 차단하며 나머지 반응 모듈로의 재생가스 공급 유로를 활성화하는 제3 밸브; 및
동작 중인 반응 모듈로부터의 재생가스 배출 유로를 차단하며 나머지 반응 모듈로부터 재생가스 배출 유로를 활성화하는 제4 밸브;
를 포함하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어서, 상기 제1 내지 제4 밸브는 상기 신호 분배기의 신호로 제어되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 산소 제거 촉매제를 사용한 수소 정제 장치는 수소가 주성분인 혼합 가스 내에서 산소를 선택적으로 제거하는 효과가 매우 뛰어나며, 산소의 제거로 인해 발생하는 수분을 반응과 동시에 흡착하여 제거함으로써 고순도 수소를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 산소 제거 촉매를 사용하여 산소 제거 반응 도중 수소 및 산소의 검출량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에서 제공하는 수분 흡착기를 통과하는 가스의 수분 함량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 수분 흡착기를 통과하나, 제습제를 사용하지 않는 가스의 수분 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에서 제공하는 수소 정제 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명에서 제공하는 반응 모듈의 개략도이다.
도 2는 본 발명에서 제공하는 수분 흡착기를 통과하는 가스의 수분 함량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 수분 흡착기를 통과하나, 제습제를 사용하지 않는 가스의 수분 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에서 제공하는 수소 정제 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명에서 제공하는 반응 모듈의 개략도이다.
이하 본 발명에 따른 산소 제거 촉매제 및 수소 가스 정제 장치에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개하는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로써 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 본 발명에서 사용하는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 불순물을 포함하는 수소 혼합 가스로부터 산소를 제거하는 산소 제거 촉매제를 제공하며, 이를 이용하는 수소 정제 장치를 통해 고순도 수소를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 산소 제거 촉매제는 전이금속 원소 및 알루미늄 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 전이금속 원소는 Pd, Pt, Ni, Ag, Au 및 Cu 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 이때, Pd, Pt, Ni 및 Cu를 사용하는 것이 높은 효율을 가져 바람직하며, Pd를 사용하는 것이 효율이 가장 높아 더욱 바람직하다. 특히, 산소 제거 촉매제에 Pd 및 Cu를 동시에 포함하는 경우 각각을 단일 사용하는 경우보다 월등히 높은 효과를 얻을 수 있어 바람직하다.
상기 산소 제거 촉매제는 상기 알루미늄 산화물 담체에 상기 전이금속 원소를 담지함으로써 형성하는 것일 수 있다.
상기 산소 제거 촉매제에 있어서, 상기 전이금속 원소는 상기 알루미늄 산화물 담체의 100 중량부 대비 0.1 내지 2.0wt% 포함되는 것일 수 있다. 이때, 전이금속 원소를 0.2 내지 1.5wt% 포함하는 것이 바람직하며, 0.3 내지 1.2wt%를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 범위 내에서 전이금속 원소의 함량을 조절함으로써 촉매제의 표면적이 극대화되며 내구성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공하는 수소 가스 정제 장치는 복수의 반응 모듈을 포함하는 것일 수 있다.
상기 반응 모듈은 상기 산소 제거 촉매제를 포함하는 촉매 반응기; 제습제를 포함하는 수분 흡착기; 및 울(Wool) 부재를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 수분 흡착기는 촉매 반응기의 하단에 위치하는 것일 수 있다.
상기 촉매 반응기는 상기 산소 제거 촉매제를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 촉매 반응기는 반응기로 유입되는 수소 혼합 가스에 존재하는 산소를 제거하는 장치로써, 상기 산소 제거 촉매 상에서 산소 제거 반응이 일어나는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 산소 제거 반응은 하기의 화학 반응식에 따른 것일 수 있다.
[화학 반응식]
상기 산소 제거 반응에서 발생하는 수분은 중력에 의한 이동 및 농도차에 의한 확산으로 촉매 반응기의 하단으로 이동하며, 울 부재를 거쳐 수분 흡착기에 도달하여 제습제에 의해 제거되는 것일 수 있다.
상기 복수의 반응 모듈은 임의로 정하는 순서에 따라 교번적으로 동작하며, 일부의 반응 모듈이 동작하는 동안 나머지 반응 모듈은 촉매제의 재생 반응을 수행하는 것일 수 있다.
상기 반응 모듈을 구성하는 상기 촉매 반응기와 수분 흡착기에 있어서, 상기 촉매 반응기의 하단과 수분 흡착기의 상단에 각각 서로 맞물리는 체결부를 갖는 것일 수 있다. 이러한 체결부는 촉매 또는 제습제 소모 시 촉매 반응기 또는 수분 흡착기를 교환하기 위한 용도일 수 있다.
상기 제습제는 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한받지는 않는다. 예를 들어 분자 체(molecular sieve), 실리카 겔, 제올라이트 또는 규조토와 같은 제습제를 사용하는 것일 수 있다.
상기 울 부재는 섬유상의 소재를 뭉쳐 형성한 것으로, 석영, 유리 및 아크릴 섬유와 같은 소재를 사용하는 것일 수 있다. 이때, 상기 울 부재는 상기 촉매 반응기와 수분 흡착기의 양단부에 충진되는 것일 수 있다.
상기 반응 모듈은 측면에 각 반응 모듈 내부를 가열하는 히팅 부재를 더 포함하는 것일 수 있다. 반응 모듈의 내부를 가열함으로써 촉매 반응이 더욱 활발하게 일어나는 것일 수 있다.
본 발명은 상기 수소 가스 정제 장치 외부에 재생가스 저장소; 재생가스 저장소로부터 상기 반응 모듈로 재생가스를 공급하는 재생가스 공급관; 상기 반응 모듈 중 하나가 동작하는 동안 동작하는 반응 모듈로의 유로를 차단하며, 나머지 반응 모듈로 재생가스를 공급하도록 유로를 연결하는 유로 제어 장치를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 유로 제어 장치는.
반응 모듈이 교대로 동작하도록 제어하는 신호 분배기;
동작 중인 반응 모듈로의 수소 공급 유로를 활성화하며 나머지 반응 모듈로의 수소 공급 유로를 차단하는 제1 밸브;
동작 중인 반응 모듈로부터 수소 배출 유로를 활성화하며 나머지 반응 모듈로부터의 수소 배출 유로를 차단하는 제2 밸브;
동작 중인 반응 모듈로의 재생가스 공급 유로를 차단하며 나머지 반응 모듈로의 재생가스 공급 유로를 활성화하는 제3 밸브; 및
동작 중인 반응 모듈로부터의 재생가스 배출 유로를 차단하며 나머지 반응 모듈로부터 재생가스 배출 유로를 활성화하는 제4 밸브;
를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 내지 제4 밸브는 반응 모듈의 사용 개수에 따라 삼방 밸브 또는 멀티웨이 밸브 중 선택하여 사용하는 것일 수 있다. 반응 모듈이 2개인 경우 삼방 밸브를 사용하는 것이 바람직하며, 반응 모듈이 3개 이상인 경우 멀티웨이 밸브를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제1 내지 제4 밸브는 상기 신호 분배기의 신호로 제어되는 것일 수 있다. 이때, 신호 분배기는 시간, 유량 및 습도와 같은 물리량을 기반으로 신호를 내보내는 것일 수 있다.
상기 재생가스는 산화된 촉매를 환원하기 위한 것으로, 일반적으로 환원 분위기를 조성하는 가스라면 그 종류에 특별히 제한받지는 않는다. 예를 들어, 압축 천연가스와 같은 혼합 가스이거나, 정제된 메탄일 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 수소 정제용 산소 제거 촉매제 및 이를 포함하는 수소 정제 장치에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1]
PdCl2를 염산과 증류수에 녹인 후 용액을 Al2O3 담체에 함침시켰다. 이때, 담지되는 Pd의 양이 담체인 Al2O3 대비 0.5wt%가 되도록 양을 조절하고, 담지된 촉매제를 110℃의 건조기에서 24시간 동안 건조한 후, 350℃에서 3시간 동안 소성하여 Pd/Al2O3 촉매를 제조하여 촉매 반응기에 넣고 수소 정제 장치를 가동하였다.
[실시예 2]
Cu(NO3)2ㆍ3H2O를 Pd 전구체와 함께 첨가하여 담지되는 전이 금속의 함량이 담체인 Al2O3 대비 1.0wt%가 되도록 제조하였고, 그 외의 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1의 PdCl2를 PtCl2로 대체하여 촉매제 합성 반응을 수행한 것 외에 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1의 PdCl2를 Cu(NO3)2ㆍ3H2O로 대체하며 염산을 사용하지 않고 촉매제 합성 반응을 수행한 것 외에 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 1의 PdCl2를 Ni(NO3)2ㆍ6H2O로, 염산을 라우릴 산으로 대체하며, 2-부틸알콜을 추가적인 용매로 사용하여 촉매제 합성 반응을 수행한 것 외에 모든 과정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
[특성평가방법]
A. 촉매 성능 평가
촉매 종류에 따른 산소환원 반응(Oxygen reduction reaction, ORR)의 활성도를 조사하기 위하여, 수소 98.5sccm 및 산소 1.5sccm을 공급하며 4가지의 온도 조건에서 촉매반응을 거친 후 제습제를 통과시킨 다음 배출된 가스를 포집하여 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography)로 나타난 산소의 peak area를 적분하여 산소의 농도를 구하였다.
| 산소 농도 (vol.%) | ||||
| 25℃ | 50℃ | 100℃ | 150℃ | |
| 실시예 1 | 0.0012 | 0.0013 | 0.0011 | 0.0011 |
| 실시예 2 | 0.0005 미만 | 0.0005 미만 | 0.0005 미만 | 0.0005 미만 |
| 실시예 3 | 0.38 | 0.36 | 0.37 | 0.03 |
| 실시예 4 | 1.23 | 1.22 | 1.22 | 1.21 |
| 실시예 5 | 1.78 | 1.57 | 1.26 | 0.38 |
실시예 1의 경우 모든 온도 범위에서 잔류 산소 농도가 약 0.001 vol.% (10ppm) 정도로 나타났으며, 실시예 2는 모든 온도 범위에서 잔류 산소 농도가 0.0005 vol.% (5ppm) 미만으로 가장 바람직했다. 실시예 3은 25, 50 및 100℃에서 반응 시 잔류 산소 농도가 약 0.37 vol.% 내외였으나, 150℃에서 반응 시 잔류 산소 농도가 0.1 vol.% 미만으로 바람직하였다. 실시예 4는 모든 온도 범위에서 잔류 산소 농도가 약 1.22 vol.% 내외로, 산소 농도가 소폭 감소하는 효과가 있었다. 마지막으로 실시예 5는 25℃, 50℃에서 각각 1.78 vol.%, 1.57 vol.%로 산소 농도가 오히려 증가하였으나, 100℃에서 실시예 4와 유사한 수준의 효과를 보였으며, 150℃에서 산소 농도가 0.38 vol.%로 준수한 촉매 성능을 보여주었다.
도 1을 참조하면, 실시예 1을 사용하는 경우 사이클 수가 증가함에 따라 수소 농도가 증가하고 산소 농도가 감소하는 것을 알 수 있다.
B. 제습 성능 평가
수분을 흡착기 내의 제습제의 유무에 따라 배출되는 가스의 습도를 측정하였다.
도 2를 참조하면, 제습제가 존재하는 경우 반응 시작 후 25분 이내에 습도가 2.5% 미만으로 감소하는 것을 알 수 있다. 반면, 도 3을 참조하면, 제습제를 갖추지 않는 경우 25분 이내에 습도가 95% 이상으로 증가하며 포화하는 것을 알 수 있다. 또한, 제습제의 유무와 관계없이 수소 및 산소의 가스 크로마토그래피 데이터는 동일한 면적을 나타내어, 제습제는 반응에 영향을 주지 않고 수분만을 제거하는 것을 알 수 있다.
또한, 제습 작용의 유지 및 보수를 원활하게 하기 위한 장치로써, 도 5를 참조하면, 본 발명에서 제공하는 반응 모듈은 내부 부재인 산소 제거 촉매제, 제습제 및 울 부재를 개별적으로 교환할 수 있도록 구성하였으며, 촉매 반응기 또는 수분 흡착기 전체를 각각 교환하는 것 역시 가능하다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1:반응 모듈
11:촉매 반응기
111:산소 제거 촉매
112:촉매 반응기 체결부
12:수분 흡착기
121:제습제
122:수분 흡착기 체결부
13:울 부재
21:제1 밸브
22:제2 밸브
23:제3 밸브
24:제4 밸브
3:수소 혼합 가스 공급원
4:재생 가스 공급원
5:신호 분배기
11:촉매 반응기
111:산소 제거 촉매
112:촉매 반응기 체결부
12:수분 흡착기
121:제습제
122:수분 흡착기 체결부
13:울 부재
21:제1 밸브
22:제2 밸브
23:제3 밸브
24:제4 밸브
3:수소 혼합 가스 공급원
4:재생 가스 공급원
5:신호 분배기
Claims (9)
- 삭제
- 삭제
- 복수의 반응 모듈을 포함하는 수소 가스 정제 장치에 있어서,
상기 반응 모듈은 알루미늄 산화물 담체에 Pd 및 Cu를 동시에 포함하되, 상기 알루미늄 산화물 담체 100 중량부 대비 상기 Pd 및 Cu를 0.3 내지 1.2 중량부 함유하는 산소 제거 촉매제를 포함하는 촉매 반응기; 제습제를 포함하는 수분 흡착기; 및 울(Wool) 부재;를 포함하는 것으로서,
상기 울 부재는 상기 촉매 반응기와 수분 흡착기의 양단부에 충진되고,
상기 복수의 반응 모듈은 임의로 정하는 순서에 따라 교번적으로 동작하며, 일부의 반응 모듈이 동작하는 동안 나머지 반응 모듈은 촉매제의 재생 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 수소 가스 정제 장치. - 삭제
- 제3항에 있어서,
상기 반응 모듈을 구성하는 상기 촉매 반응기와 수분 흡착기에 있어서, 상기 촉매 반응기의 하단과 수분 흡착기의 상단에 각각 서로 맞물리는 체결부를 갖는 것인 수소 가스 정제 장치. - 삭제
- 제3항에 있어서,
상기 반응 모듈의 측면에 각 반응 모듈 내부를 가열하는 히팅 부재를 더 포함하는 것인 수소 가스 정제 장치. - 제3항에 있어서,
상기 수소 가스 정제 장치 외부에 재생가스 저장소; 재생가스 저장소로부터 상기 반응 모듈로 재생가스를 공급하는 재생가스 공급관; 상기 반응 모듈 중 하나가 동작하는 동안 동작하는 반응 모듈로의 유로를 차단하며, 나머지 반응 모듈로 재생가스를 공급하도록 유로를 연결하는 유로 제어 장치를 더 포함하는 것인 수소 가스 정제 장치. - 제8항에 있어서,
상기 유로 제어 장치는,
반응 모듈이 교대로 동작하도록 제어하는 신호 분배기;
동작 중인 반응 모듈로의 수소 공급 유로를 활성화하며 나머지 반응 모듈로의 수소 공급 유로를 차단하는 제1 밸브;
동작 중인 반응 모듈로부터 수소 배출 유로를 활성화하며 나머지 반응 모듈로부터의 수소 배출 유로 를 차단하는 제2 밸브;
동작 중인 반응 모듈로의 재생가스 공급 유로를 차단하며 나머지 반응 모듈로의 재생가스 공급 유로를 활성화하는 제3 밸브; 및
동작 중인 반응 모듈로부터의 재생가스 배출 유로를 차단하며 나머지 반응 모듈로부터 재생가스 배출 유로를 활성화하는 제4 밸브;
를 포함하며, 상기 제1 내지 제4 밸브는 상기 신호 분배기의 신호로 제어되는 것인 수소 가스 정제 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020210111677A KR102535227B1 (ko) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | 수소 정제용 산소 제거 촉매제 및 이를 포함하는 수소 정제 장치 |
| PCT/KR2022/012610 WO2023027486A1 (ko) | 2021-08-24 | 2022-08-24 | 수소 정제용 산소 제거 촉매제 및 이를 포함하는 수소 정제 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20230029319A KR20230029319A (ko) | 2023-03-03 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210111677A KR102535227B1 (ko) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | 수소 정제용 산소 제거 촉매제 및 이를 포함하는 수소 정제 장치 |
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| KR (1) | KR102535227B1 (ko) |
| WO (1) | WO2023027486A1 (ko) |
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| A supported Pd-Cu/Al2O3 membrane from solvated metal atoms for hydrogen separation/purification, Fuel Processing Technology, 2019. 7. 12. 발행, 106141 |
| Activity and deactivation of Pd/Al2O3 catalysts in hydrogen and oxygen recombination reaction, INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, 2015. 10. 28. 발행, 16127쪽부터 16136쪽* |
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