KR102598843B1 - An ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료를 연소시키거나 산화제와 반응시켜 생성물을 생성하는 후단 반응기, 내부에 수용된 액체금속과 외부로부터 공급되는 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제1 분해장치 및 후단 반응기로부터 이송되는 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 액체금속과 열교환시키는 열교환기를 포함하고, 액체금속은 폐열을 반응열로 열저장하고, 암모니아를 분해 시 암모니아로 반응열을 열전달하며, 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 제공한다.The present invention relates to a back-end reactor that produces a product by burning fuel or reacting with an oxidizing agent, a first decomposition device that reacts the liquid metal contained therein with ammonia supplied from the outside and decomposes it into hydrogen and nitrogen, and a product transferred from the back-end reactor. It includes a heat exchanger that recovers the waste heat contained in and exchanges heat with the liquid metal. The liquid metal stores the waste heat as reaction heat, transfers the reaction heat to ammonia when decomposing ammonia, and acts as a catalyst to decompose ammonia. An ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal is provided.
Description
본 발명은 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체금속을 이용하여 암모니아를 열화학적으로 분해하여 질소와 수소를 생산함과 동시에 반응과정 또는 연계공정에서 나오는 폐열을 효과적으로 활용하여 반응열을 공급하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal. More specifically, the present invention relates to a system for thermochemically decomposing ammonia using liquid metal to produce nitrogen and hydrogen, while simultaneously dissipating waste heat from the reaction process or linked processes. It is about an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal that effectively utilizes and supplies reaction heat.
암모니아(NH3)는 무탄소 연료로 상온에서 압축시킬 경우 쉽게 액화시킬 수 있어 수소 캐리어(Carrier)로 활용될 수 있는 유리한 조건을 가진다. Ammonia (NH 3 ) is a carbon-free fuel that can be easily liquefied when compressed at room temperature, so it has favorable conditions for being used as a hydrogen carrier.
암모니아를 에너지화하는 방식은 크게 직접 연소하는 방식과 암모니아에서 수소를 추출하여 활용하는 방식이 있다.There are two main ways to convert ammonia into energy: direct combustion and extracting and utilizing hydrogen from ammonia.
직접 연소하는 방식은 추가설비 없이 암모니아를 이용할 수 있는 장점이 있으나 주로 연소에 국한된 형태로 이용해야 하는 한계가 있고, 연소시 발생되는 녹스(NOx)의 제어가 필수적이다.The direct combustion method has the advantage of being able to use ammonia without additional equipment, but it has the limitation that it must be used primarily for combustion, and control of NOx generated during combustion is essential.
한편, 암모니아에서 수소를 추출하여 활용하는 방식은 암모니아를 분해하여 수소를 추출하는 설비가 필요하지만 순수한 수소는 연소시스템뿐만 아니라 연료전지를 포함한 보다 광범위한 에너지 시스템에 활용이 가능한 장점이 있다. Meanwhile, the method of extracting and utilizing hydrogen from ammonia requires equipment to decompose ammonia and extract hydrogen, but pure hydrogen has the advantage of being able to be used not only in combustion systems but also in a wider range of energy systems, including fuel cells.
암모니아의 분해를 위해서는 주로 열화학적인 전환 방식이 많이 활용되어 왔으며, 암모니아의 부분산화를 활용한 자열개질(Auto-thermal reforming), 전이금속, 알칼리 금속, 내열성 산화물 및 금속원소를 활용한 고체 촉매가 주로 활용되어 왔다.For the decomposition of ammonia, thermochemical conversion methods have been widely used, and auto-thermal reforming using partial oxidation of ammonia, solid catalysts using transition metals, alkali metals, heat-resistant oxides, and metal elements are mainly used. It has been utilized.
그러나, 자열개질의 경우 암모니아 분해를 위해 높은 온도가 필요하고 부분산화 시 발생되는 NOx 및 생성가스에 질소 함량이 높은 문제를 해결할 필요가 있다.However, in the case of autothermal reforming, a high temperature is required to decompose ammonia, and there is a need to solve the problem of high nitrogen content in NOx and product gas generated during partial oxidation.
또한, 고체 촉매에 기반한 기술의 경우 고정층 형태의 반응기 특성상 채널링(channeling) 및 균일한 반응조건을 구현하기가 어렵기 때문에 미반응된 암모니아 누출 (ammonia slip) 등이 문제로 작용해 왔다.In addition, in the case of technologies based on solid catalysts, it is difficult to implement channeling and uniform reaction conditions due to the nature of the fixed bed type reactor, so unreacted ammonia slip has been a problem.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-2247197호(2021.04.27.)(Patent Document 1) Registered Patent Publication No. 10-2247197 (2021.04.27.)
(특허문헌 2) 공개특허공보 제0-2020-0036865호(2020.04.07.)(Patent Document 2) Public Patent Publication No. 0-2020-0036865 (2020.04.07.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 폐열을 반응열로 열저장하고 암모니아를 분해 시 암모니아로 반응열을 열전달하며 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 액체금속을 이용하여 암모니아를 열화학적으로 분해하여 질소와 수소를 생산하고, 고체촉매장치 및 자열반응장치 중 어느 하나를 선택적으로 동작시켜 미반응 암모니아 및 녹스 중 적어도 어느 하나를 제거하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention to solve the above problems is to thermally store waste heat as reaction heat, transfer the reaction heat to ammonia when decomposing ammonia, and thermochemically convert ammonia using liquid metal, which acts as a catalyst for decomposing ammonia. Providing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal to produce nitrogen and hydrogen by decomposing and selectively operating either a solid catalyst device or an autothermal reaction device to remove at least one of unreacted ammonia and nox. will be.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 연료를 연소시키거나 산화제와 반응시켜 생성물을 생성하는 후단 반응기; 내부에 수용된 액체금속과 외부로부터 공급되는 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제1 분해장치; 및 상기 후단 반응기로부터 이송되는 상기 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 상기 액체금속과 열교환시키는 열교환기;를 포함하고, 상기 액체금속은 상기 폐열을 반응열로 열저장하고, 상기 암모니아를 분해 시 상기 암모니아로 상기 반응열을 열전달하며, 상기 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 제공한다.The configuration of the present invention to achieve the above object includes a rear reactor that generates a product by burning fuel or reacting with an oxidizing agent; A first decomposition device that reacts the liquid metal contained therein with ammonia supplied from the outside to decompose it into hydrogen and nitrogen; And a heat exchanger that recovers the waste heat contained in the product transferred from the rear reactor and exchanges heat with the liquid metal, wherein the liquid metal stores the waste heat as reaction heat and converts the ammonia into ammonia when decomposing the ammonia. An ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal is provided, characterized in that it transfers the reaction heat and acts as a catalyst for decomposing the ammonia.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 연료를 연소시키거나 산화제와 반응시켜 생성물을 생성하는 후단 반응기; 외부로부터 공급되는 암모니아를 자열 개질시키거나 촉매반응시켜 미반응 암모니아 및 녹스 중 적어도 어느 하나를 제거하는 잔류물 제거장치; 내부에 수용된 액체금속과 상기 잔류물 제거장치로부터 공급되는 상기 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제1 분해장치; 및 상기 후단 반응기로부터 이송되는 상기 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 상기 액체금속과 열교환시키는 열교환기;를 포함하고, 상기 액체금속은 상기 폐열을 반응열로 열저장하고, 상기 암모니아를 분해 시 상기 암모니아로 상기 반응열을 열전달하며, 상기 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 제공한다.In addition, the configuration of the present invention to achieve the above object includes a rear reactor that generates a product by burning fuel or reacting with an oxidizing agent; A residue removal device that removes at least one of unreacted ammonia and NOx by autothermally reforming or catalyzing ammonia supplied from the outside; a first decomposition device that decomposes the liquid metal contained therein into hydrogen and nitrogen by reacting the ammonia supplied from the residue removal device; And a heat exchanger that recovers the waste heat contained in the product transferred from the rear reactor and exchanges heat with the liquid metal, wherein the liquid metal stores the waste heat as reaction heat and converts the ammonia into ammonia when decomposing the ammonia. An ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal is provided, characterized in that it transfers the reaction heat and acts as a catalyst for decomposing the ammonia.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 연료를 연소시키거나 산화제와 반응시켜 생성물을 생성하는 후단 반응기; 내부에 수용된 제1 액체금속과 외부로부터 공급되는 제1 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제1 분해장치; 내부에 수용된 제1 액체금속과 외부로부터 공급되는 제2 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제2 분해장치; 상기 제1 분해장치와 상기 제2 분해장치를 연통시키고 상기 제1 암모니아와 상기 제1 액체금속이 반응하거나 상기 제2 암모니아와 상기 제1 액체금속이 반응할 시, 잔류하는 미반응 암모니아 및 녹스 중 적어도 어느 하나를 제거하는 잔류물 제거장치; 상기 후단 반응기로부터 이송되는 상기 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 상기 액체금속과 열교환시키는 열교환기;를 포함하고, 상기 액체금속은 상기 폐열을 반응열로 열저장하고, 상기 암모니아를 분해 시 상기 암모니아로 상기 반응열을 열전달하며, 상기 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 제공한다.In addition, the configuration of the present invention to achieve the above object includes a rear reactor that generates a product by burning fuel or reacting with an oxidizing agent; a first decomposition device that decomposes the first liquid metal contained therein into hydrogen and nitrogen by reacting the first ammonia supplied from the outside; a second decomposition device that decomposes the first liquid metal contained therein into hydrogen and nitrogen by reacting the second ammonia supplied from the outside; When the first decomposition device and the second decomposition device are connected and the first ammonia and the first liquid metal react or the second ammonia and the first liquid metal react, among the remaining unreacted ammonia and NOx A residue removal device that removes at least one of the residues; A heat exchanger that recovers the waste heat contained in the product transferred from the rear reactor and exchanges heat with the liquid metal, wherein the liquid metal stores the waste heat as reaction heat and converts the ammonia into ammonia when the ammonia is decomposed. An ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal is provided, which transfers reaction heat and acts as a catalyst for decomposing ammonia.
본 발명의 실시예에 있어서, 내부에 고체촉매가 수용되고, 상기 액체금속과 상기 암모니아의 반응 시 잔류하는 미반응 암모니아를 상기 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a solid catalyst device is accommodated therein, and a solid catalyst device is used to remove unreacted ammonia remaining during the reaction between the liquid metal and the ammonia using the solid catalyst. can do.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 잔류물 제거장치는 내부에 고체촉매가 수용되고, 상기 액체금속과 상기 암모니아의 반응 시, 잔류하는 상기 미반응 암모니아를 상기 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the residue removal device is a solid catalyst device in which a solid catalyst is accommodated therein, and when the liquid metal reacts with the ammonia, the remaining unreacted ammonia is removed using the solid catalyst. It can be characterized as:
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 잔류물 제거장치는 상기 암모니아의 자열 개질시 발생되는 상기 미반응 암모니아 및 상기 녹스를 제거하는 자열반응장치인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the residue removal device may be an autothermal reaction device that removes the unreacted ammonia and the rust generated during autothermal reforming of the ammonia.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 잔류물 제거장치는 내부에 고체촉매가 수용되고, 상기 제1 암모니아와 상기 액체금속이 반응하거나 상기 제2 암모니아와 상기 액체금속이 반응할 시, 잔류하는 상기 미반응 암모니아를 상기 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the residue removal device accommodates a solid catalyst therein, and when the first ammonia and the liquid metal react or the second ammonia and the liquid metal react, the residue remaining. It may be characterized as a solid catalyst device that removes reactive ammonia using the solid catalyst.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 잔류물 제거장치는 상기 암모니아의 자열 개질 시 잔류하는 상기 미반응 암모니아 및 상기 녹스를 제거하는 자열반응장치인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the residue removal device may be an autothermal reaction device that removes the unreacted ammonia and the rust remaining during autothermal reforming of the ammonia.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 액체금속은 주석인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the liquid metal may be tin.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 후단 반응기는 상기 연료와 공기를 혼합하여 상기 연료를 연소시키는 연소기 및 상기 연료와 상기 산화제를 반응시키는 연료전지 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the rear reactor may be one of a combustor that mixes the fuel and air to combust the fuel, and a fuel cell that reacts the fuel and the oxidizing agent.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 폐열을 반응열로 열저장하고 암모니아를 분해 시 암모니아로 반응열을 열전달하며 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 액체금속을 이용하여 암모니아를 열화학적으로 분해하여 질소와 수소를 생산하고, 고체촉매장치 및 자열반응장치 중 어느 하나를 선택적으로 동작시켜 미반응 암모니아 및 녹스 중 적어도 어느 하나(=오염물질)를 환원하여 제거하며, 종래기술에 비하여 균일한 반응 조건에서 암모니아를 분해하는 동시에 반응과정 또는 연계공정에서 나오는 폐열을 효과적으로 활용하여 반응열을 공급함에 따라 에너지효율을 향상시킬 수 있다.The effect of the present invention according to the above configuration is to thermally store waste heat as reaction heat, transfer reaction heat to ammonia when decomposing ammonia, and thermochemically convert ammonia using liquid metal, which plays the role of a catalyst for decomposing ammonia. It decomposes to produce nitrogen and hydrogen, and selectively operates either a solid catalyst device or an autothermal reaction device to reduce and remove at least one of unreacted ammonia and nox (= pollutants), and achieves a uniform effect compared to the prior art. Energy efficiency can be improved by decomposing ammonia under reaction conditions and supplying reaction heat by effectively utilizing waste heat from the reaction process or linked processes.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에서 고체촉매장치 및 자열반응장치의 유무에 따라 암모니아를 분해하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에서 액체금속을 주석으로 사용하였을 경우 반응 특성에 대한 해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 통한 반응온도에 따른 녹스와 이산화황의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에서 액체금속을 주석으로 사용할 경우, 주석과 녹스의 화학반응식, 주석과 이산화황의 화학반응식을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a conceptual diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first embodiment of the present invention.
Figures 3 (a), (b), (c), and (d) show the solid catalyst device and the autothermal reaction device in the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention. This is a conceptual diagram showing the decomposition of ammonia depending on its presence or absence.
Figure 4 is a block diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a second embodiment of the present invention.
Figure 5 is a conceptual diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a third embodiment of the present invention.
Figure 6 is a block diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a third embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing analysis results of reaction characteristics when liquid metal is used as tin in the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention.
Figure 8 shows the removal rate of NOx and sulfur dioxide according to reaction temperature through the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention. It's a graph.
Figure 9 shows the difference between tin and Nox when liquid metal is used as tin in the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention according to the first to third embodiments of the present invention. This is a diagram showing the chemical reaction equation of tin and sulfur dioxide.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
1. 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템(1개의 분해장치에 수용된 액체금속으로 암모니아를 열분해)1. Ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal (thermal decomposition of ammonia with liquid metal contained in one decomposition device)
이하, 도 1 내지 도 3의 (a), (b)를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 설명하도록 한다.Hereinafter, an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 (a) and (b).
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 개념도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 블록도이다.Figure 1 is a conceptual diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a first embodiment of the present invention. Figure 2 is a block diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템은 후단 반응기(100), 열교환기(200) 및 제1 분해장치(300)를 포함한다.1 and 2, the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first embodiment of the present invention includes a
후단 반응기(100)는 연료를 연소시키거나 산화제와 반응시켜 생성물을 생성한다. 이때, 생성물은 산화 반응 후 발생되는 폐열을 포함할 수 있다.The
구체적으로 후단 반응기(100)는 연료와 고압공기를 혼합하여 연료를 연소시키는 연소기 및 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시키는 연료전지 중 어느 하나일 수 있다.Specifically, the
상기한 후단 반응기(100)는 연소 과정 또는 반응 과정을 통해 획득된 생성물을 열교환기(200)로 공급한다.The
열교환기(200)는 후단 반응기(100)로부터 이송되는 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 액체금속과 열교환시킨다.The
이를 위한 열교환기(200)는 후단 반응기(100) 및 제1 분해장치(300)와 연통한다.The
또한, 열교환기(200)에는 도 1에 도시된 바와 같이 열교환기(200)와 제1 분해장치(300)를 연결하여 액체금속을 순환시키는 순환유로가 형성된다.In addition, as shown in FIG. 1, a circulation passage is formed in the
상기한 순환유로를 통하여 액체금속이 순환되면서 열교환기(200)에서 회수한 폐열이 액체금속과 열교환된다.As the liquid metal circulates through the above-mentioned circulation passage, the waste heat recovered from the
이와 같은 과정을 통하여 액체금속은 열전달된 폐열을 추후 암모니아를 분해시키기 위한 반응열로 활용함에 따라 에너지효율을 향상시킬 수 있다.Through this process, liquid metal can improve energy efficiency by using the transferred waste heat as reaction heat to decompose ammonia later.
즉, 액체금속은 폐열을 반응열로 열저장하고, 암모니아를 분해 시 암모니아로 반응열을 열전달하며, 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행한다.In other words, the liquid metal stores waste heat as reaction heat, transfers the reaction heat to ammonia when decomposing ammonia, and acts as a catalyst for decomposing ammonia.
이를 위한 액체금속은 예시적으로 주석일 수 있다.The liquid metal for this may be tin, for example.
도 3의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에서 고체촉매장치 및 자열반응장치의 유무에 따라 암모니아를 분해하는 것을 나타낸 개념도이다.Figures 3 (a), (b), (c), and (d) show the solid catalyst device and the autothermal reaction device in the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention. This is a conceptual diagram showing the decomposition of ammonia depending on its presence or absence.
제1 분해장치(300)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 내부에 수용된 액체금속과 외부로부터 공급되는 암모니아(2NH3)를 반응시켜 수소(3H2)와 질소(N2)로 분해하며, 상기한 제1 분해장치(300)에서 암모니아(2NH3)가 분해되는 화학반응식은 다음과 같다.As shown in (a) of FIG. 3, the
<화학반응식 1><
2NH3 -> 3H2 + N2 2NH 3 -> 3H 2 + N 2
(여기서, △H°=46 kJ/mol)(where, △H°=46 kJ/mol)
한편, 추가적으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템은 변형예로서, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 내부에 고체촉매가 수용되고, 상기 액체금속과 상기 암모니아의 반응 시 잔류하는 미반응 암모니아를 상기 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치(500)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first embodiment of the present invention is a modified example in which a solid catalyst is accommodated therein, as shown in (b) of FIG. 3, and the liquid metal and It may further include a
본 변형예에서는 암모니아가 제1 분해장치(300)에 수용된 액체금속에 의해 열분해되면서 미반응 암모니아가 발생되면, 고체촉매장치(500)가 잔류하는 미반응 암모니아를 제거한다.In this modification, when ammonia is thermally decomposed by the liquid metal contained in the
상기한 제1 분해장치(300)에서 암모니아가 분해된 후 고체촉매장치(500)에 의해 미반응 암모니아가 제거되는 화학반응식은 전술한 <화학반응식 1>과 같으며, 이때 암모니아는 승온하게 된다.The chemical equation for removing unreacted ammonia by the
2. 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템(촉매반응 또는 자열반응 후 1개의 분해장치에 수용된 액체금속으로 암모니아를 열분해)2. Ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal (thermal decomposition of ammonia with liquid metal contained in one decomposition device after catalytic reaction or autothermal reaction)
이하, 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 설명하도록 한다.Hereinafter, an ammonia decomposition and hydrogen production system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 4.
제1 실시예에 따른 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템은 암모니아가 제1 분해장치에 수용된 액체금속과 먼저 반응하는 반면, 이하에서 설명될 제2 실시예에 따른 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템은 고체촉매장치 및 자열반응장치를 포함하는 잔류물 제거장치가 먼저 암모니아를 반응시킨 후 제1 분해장치에 수용된 액체금속이 암모니아와 반응하는 차이점이 있다.While in the ammonia decomposition and hydrogen production system according to the first embodiment, ammonia first reacts with the liquid metal contained in the first decomposition device, the ammonia decomposition and hydrogen production system according to the second embodiment to be described below includes a solid catalyst device and There is a difference in that the residue removal device including the autothermal reaction device first reacts ammonia, and then the liquid metal contained in the first decomposition device reacts with ammonia.
따라서, 이하에서는 제1 실시예와 공통적인 구성요소에 대한 설명은 간략히 하고 제1 실시예와 다른 구성요소에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.Therefore, in the following, the description of components common to the first embodiment will be brief and the components different from the first embodiment will be described in detail.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 블록도이다.Figure 4 is a block diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a second embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템은 후단 반응기(100), 열교환기(200), 제1 분해장치(300) 및 잔류물 제거장치(500, 600)를 포함하고, 잔류물 제거장치(500, 600)에 포함된 고체촉매장치(500) 및 자열반응장치(600) 중 어느 하나가 선택적으로 동작됨에 따라 미반응 암모니아 및 녹스 중 적어도 어느 하나를 제거하는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 4, the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the second embodiment of the present invention includes a
후단 반응기(100)는 연료를 연소시키거나 산화제와 반응시켜 생성물을 생성하고, 이러한 후단 반응기(100)는 연료와 고압공기를 혼합하여 연료를 연소시키는 연소기 및 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시키는 연료전지 중 어느 하나일 수 있으며, 구체적인 설명은 전술한 바를 참고하도록 한다.The
열교환기(200)는 후단 반응기(110)로부터 이송되는 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 액체금속과 열교환시킨다.The
구체적으로 열교환기(200)의 일측은 후단 반응기(100)와 연통하고, 열교환기(200)의 타측은 고체촉매장치(500) 및 자열반응장치(600)에 각각 연통한다.Specifically, one side of the
제1 분해장치(300)는 내부에 수용된 액체금속과 잔류물 제거장치로부터 공급되는 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해한다.The
여기서, 액체금속은 폐열을 반응열로 열저장하고, 암모니아를 분해 시 암모니아로 반응열을 열전달하며, 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 주석일 수 있다.Here, the liquid metal may be tin, which stores waste heat as reaction heat, transfers reaction heat to ammonia when decomposing ammonia, and acts as a catalyst for decomposing ammonia.
보다 상세하게 잔류물 제거장치는 외부로부터 공급되는 암모니아를 자열 개질시키거나 촉매반응시켜 미반응 암모니아(NH3) 및 녹스(NOx) 중 적어도 어느 하나를 제거한다.More specifically, the residue removal device removes at least one of unreacted ammonia (NH 3 ) and NOx by autothermal reforming or catalytic reaction of ammonia supplied from the outside.
여기서, 잔류물 제거장치는 고체촉매장치(500) 및 자열반응장치(600)를 포함하고, 고체촉매장치(500) 및 자열반응장치(600) 중 어느 하나가 선택적으로 동작할 수 있다.Here, the residue removal device includes a
우선, 잔류물 제거장치는 암모니아의 자열 개질시 발생되는 미반응 암모니아 및 녹스를 제거하는 자열반응장치(600)일 수 있다.First, the residue removal device may be an
상기한 경우는 자열반응장치(600)가 미동작하고 고체촉매장치(500)가 동작하는 경우로서, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같으며, 상기한 과정에 대한 화학반응식은 다음과 같다.The above case is a case where the
<화학반응식 2><Chemical equation 2>
xNH3 + yO2 -> zH2 + wN2 + NH3 + NOx -> zH2 + wN2 xNH 3 + yO 2 -> zH 2 + wN 2 + NH 3 + NOx -> zH 2 + wN 2
(여기서, x, y, z, w는 자연수)(where x, y, z, w are natural numbers)
한편, 잔류물 제거장치는 내부에 고체촉매가 수용되고, 액체금속과 암모니아의 반응 시, 잔류하는 미반응 암모니아를 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치일 수 있다.Meanwhile, the residue removal device may be a solid catalyst device that accommodates a solid catalyst therein and removes the remaining unreacted ammonia using the solid catalyst when the liquid metal reacts with ammonia.
상기한 경우는 고체촉매장치(500)가 미동작하고 자열반응장치(600)가 동작하는 경우로서, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같으며, 상기한 과정에 대한 화학반응식은 다음과 같다.The above case is a case where the
<화학반응식 3><Chemical equation 3>
2NH3 -> xH2 + yN2 + NH3 -> 3H2 + N2 2NH 3 -> xH 2 + yN 2 + NH 3 -> 3H 2 + N 2
(여기서, x, y는 자연수)(where x, y are natural numbers)
3. 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템(2개의 분해장치에 수용된 액체금속으로 암모니아를 열분해)3. Ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal (thermal decomposition of ammonia with liquid metal contained in two decomposition devices)
이하, 도 1, 도 3, 도 5 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 설명하도록 한다.Hereinafter, an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 5 to 6.
제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템은 제2 실시예에서 제2 분해장치가 더 포함되는 차이점이 있으므로 이하에서는 제2 실시예와 공통적인 구성요소에 대한 설명은 간략히 하고 다른 구성요소에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.Since the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the third embodiment differs from the second embodiment in that a second decomposition device is further included, the following briefly describes the components common to the second embodiment. Other components will be explained in detail.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 개념도이다. 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 나타낸 블록도이다.Figure 5 is a conceptual diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a third embodiment of the present invention. Figure 6 is a block diagram showing an ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to a third embodiment of the present invention.
후단 반응기(100)는 연료를 연소시키거나 산화제와 반응시켜 생성물을 생성한다.The
구체적으로 후단 반응기(100)는 전술한 바와 같이 연료와 고압공기를 혼합하여 연료를 연소시키는 연소기 및 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시키는 연료전지 중 어느 하나일 수 있다. Specifically, as described above, the
이러한 후단 반응기(100)는 제1, 2 실시예의 후단 반응기(100)와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 전술한 바를 참고하도록 한다.Since this rear-
열교환기(200)는 후단 반응기(100)로부터 이송되는 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 액체금속과 열교환시킨다.The
이때, 액체금속은 폐열을 반응열로 열저장하고, 암모니아를 분해 시 암모니아로 반응열을 열전달하며, 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 주석일 수 있다.At this time, the liquid metal may be tin, which stores waste heat as reaction heat, transfers reaction heat to ammonia when decomposing ammonia, and acts as a catalyst for decomposing ammonia.
구체적으로 열교환기(200)의 일측은 후단 반응기(100)와 연통하고, 열교환기(200)의 타측은 제2 분해장치(400)와 연통한다.Specifically, one side of the
제1 분해장치(300)는 도 5의 좌측에 도시된 바와 같이 내부에 수용된 제1 액체금속과 외부로부터 공급되는 제1 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하며, 상기한 반응 과정에 대한 화학반응식은 다음과 같다.As shown on the left side of FIG. 5, the
<화학반응식 4><Chemical equation 4>
2NH3 -> xH2 + yN2 2NH 3 -> xH 2 + yN 2
(여기서, x, y는 자연수)(where x, y are natural numbers)
제2 분해장치(400)는 도 5의 우측에 도시된 바와 같이 내부에 수용된 제1 액체금속과 외부로부터 공급되는 제2 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하하며, 상기한 반응 과정에 대한 화학반응식은 다음과 같다.As shown on the right side of FIG. 5, the
<화학반응식 5><
2NH3 -> zH2 + wN2 2NH 3 -> zH 2 + wN 2
(여기서, z, w는 자연수)(where z, w are natural numbers)
잔류물 제거장치(500, 600)는 제1 분해장치(300)와 제2 분해장치(400)를 연통시키고 제1 암모니아와 액체금속이 반응하거나 제2 암모니아와 액체금속이 반응할 시, 잔류하는 미반응 암모니아 및 녹스(NOx) 중 적어도 어느 하나를 제거한다.The
상기한 잔류물 제거장치는 고체촉매장치(500) 및 자열반응장치(600)를 포함하고, 고체촉매장치(500) 및 자열반응장치(600) 중 어느 하나가 선택적으로 동작할 수 있다.The above-mentioned residue removal device includes a
우선, 잔류물 제거장치는 암모니아의 자열 개질 시 잔류하는 미반응 암모니아 및 녹스를 제거하는 자열반응장치(600)일 수 있다.First, the residue removal device may be an
상기한 경우는 고체촉매장치(500)가 미동작하고 자열반응장치(600)가 동작하는 경우이다.The above case is a case where the
자열반응장치(600)는 제1 액체금속에 의해 제1 암모니아가 자열 개질되거나 제2 액체금속에 의해 제2 암모니아가 자열 개질될 시 잔류하는 미반응 암모니아 및 녹스를 제거한다.The
한편, 잔류물 제거장치는 도 5에 도시된 바와 같이 내부에 고체촉매가 수용되고, 제1 암모니아와 제1 액체금속이 반응하거나 제2 암모니아와 제2 액체금속이 반응할 시, 잔류하는 미반응 암모니아를 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치일 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, the residue removal device accommodates a solid catalyst inside, and when the first ammonia and the first liquid metal react or the second ammonia and the second liquid metal react, the remaining unreacted device is removed. It may be a solid catalyst device that removes ammonia using a solid catalyst.
상기한 경우는 자열반응장치(600)가 미동작하고 고체촉매장치(500)가 동작하는 경우이다.The above case is a case where the
고체촉매장치(500)는 제1 액체금속에 의해 제1 암모니아가 분해거나 제2 액체금속에 의해 제2 암모니아가 분해되는 과정에서 발생되는 미반응 암모니아를 제거한다.The
다른 한편, 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에서는 고체촉매장치(500) 또는 자열반응장치(600)가 미동작하고, 제1, 2 액체금속에 의해서만 암모니아가 열분해될 수도 있다.On the other hand, in the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the third embodiment, the
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 통한 효과를 설명한다.Hereinafter, the effects of the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
도 7은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에서 액체금속을 주석으로 사용하였을 경우 반응 특성에 대한 해석 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 7 is a graph showing analysis results of reaction characteristics when liquid metal is used as tin in the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention.
도 7에서는 액체금속을 주석(5Sn)으로 하여 촉매로 사용하였고, 그에 따른 반응 특성에 대한 해석을 도시한다.In Figure 7, the liquid metal tin (5Sn) was used as a catalyst, and the analysis of the reaction characteristics accordingly is shown.
도 7에 도시된 바와 같이 300 ℃ 이상에서 암모니아(NH3)가 질소(N2)와 수소(H2)로 100% 전환됨을 확인할 수 있으며, 종래기술에 따른 자열개질 및 고체촉매를 활용한 전환조건 대비 낮은 온도에서 활용할 수 있음을 확인하였다.As shown in Figure 7, it can be confirmed that ammonia (NH 3 ) is 100% converted to nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) above 300 ℃, and the conversion conditions using autothermal reforming and solid catalyst according to the prior art. It was confirmed that it can be used at lower temperatures.
또한, 종래기술에 따른 공정과 연계하는데 있어 온도의 제약이 없는 장점도 있다.In addition, there is an advantage that there are no temperature restrictions in linking with the process according to the prior art.
도 8은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템을 통한 반응온도에 따른 녹스와 이산화황의 제거율을 나타낸 그래프이다. 도 9는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템에서 액체금속을 주석으로 사용할 경우, 주석과 녹스의 화학반응식, 주석과 이산화황의 화학반응식을 나타낸 도면이다.Figure 8 shows the removal rate of NOx and sulfur dioxide according to reaction temperature through the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention. It's a graph. Figure 9 shows the difference between tin and Nox when liquid metal is used as tin in the ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal according to the first to third embodiments of the present invention according to the first to third embodiments of the present invention. This is a diagram showing the chemical reaction equation of tin and sulfur dioxide.
도 8을 참조하면, 반응온도(Reaction temperature)가 317℃에서 668℃까지 올라갈수록 이산화황(SO2)가 제거되는 비율(%)은 17.6%에서 73.2%까지 크게 상승하는 반면, 산화질소(SO)가 제거되는 비율(%)은 83.4%에서 87.4%로 소폭 상승하였다.Referring to FIG. 8, as the reaction temperature increases from 317°C to 668°C, the percentage of sulfur dioxide (SO 2 ) removed increases significantly from 17.6% to 73.2%, while nitrogen oxide (SO) increases significantly. The removal rate (%) slightly increased from 83.4% to 87.4%.
이때, 주석(Sn)과 산화질소(SO)의 화학반응식, 주석(Sn)과 이산화황(SO2)의 화학반응식이 도 9에 도시되어 있다.At this time, the chemical reaction equation of tin (Sn) and nitric oxide (SO) and the chemical reaction equation of tin (Sn) and sulfur dioxide (SO 2 ) are shown in Figure 9.
도 8에 도시된 바로부터 본 발명은 300℃ 이상에서 암모니아(NH3)가 질소(N2)와 수소(H2)로 100% 전환되고, 넓은 반응온도에서 산화질소(NO)와 이산화황(SO2)를 선택적으로 제거할 수 있다.As shown in FIG. 8, the present invention converts ammonia (NH 3 ) to nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) 100% above 300°C, and nitrogen oxide (NO) and sulfur dioxide (SO 2 ) at a wide reaction temperature. can be selectively removed.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 후단 반응기
200: 열교환기
300: 제1 분해장치
400: 제2 분해장치
500: 고체촉매장치
600: 자열반응장치100: back-end reactor
200: heat exchanger
300: first decomposition device
400: Second decomposition device
500: Solid catalyst device
600: Autothermal reaction device
Claims (10)
내부에 수용된 액체금속과 외부로부터 공급되는 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제1 분해장치; 및
상기 후단 반응기로부터 이송되는 상기 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 상기 액체금속과 열교환시키는 열교환기;를 포함하고,
상기 후단 반응기는 상기 연료와 공기를 혼합하여 상기 연료를 연소시키는 연소기 및 상기 연료와 상기 산화제를 반응시키는 연료전지 중 어느 하나이며,
상기 액체금속은 상기 폐열을 반응열로 열저장하고, 상기 암모니아를 분해 시 상기 암모니아로 상기 반응열을 열전달하며, 상기 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
A back-end reactor that generates products by burning fuel or reacting it with an oxidizer;
A first decomposition device that reacts the liquid metal contained therein with ammonia supplied from the outside to decompose it into hydrogen and nitrogen; and
It includes a heat exchanger that recovers waste heat contained in the product transferred from the rear reactor and exchanges heat with the liquid metal,
The rear reactor is one of a combustor that mixes the fuel and air to combust the fuel and a fuel cell that reacts the fuel and the oxidant,
The liquid metal stores the waste heat as reaction heat, transfers the reaction heat to the ammonia when decomposing the ammonia, and serves as a catalyst for decomposing the ammonia. Decomposition of ammonia using liquid metal, and Hydrogen production system.
외부로부터 공급되는 암모니아를 자열 개질시키거나 촉매반응시켜 미반응 암모니아 및 녹스 중 적어도 어느 하나를 제거하는 잔류물 제거장치;
내부에 수용된 액체금속과 상기 잔류물 제거장치로부터 공급되는 상기 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제1 분해장치; 및
상기 후단 반응기로부터 이송되는 상기 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 상기 액체금속과 열교환시키는 열교환기;를 포함하고,
상기 후단 반응기는 상기 연료와 공기를 혼합하여 상기 연료를 연소시키는 연소기 및 상기 연료와 상기 산화제를 반응시키는 연료전지 중 어느 하나이며,
상기 액체금속은 상기 폐열을 반응열로 열저장하고, 상기 암모니아를 분해 시 상기 암모니아로 상기 반응열을 열전달하며, 상기 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
A back-end reactor that generates products by burning fuel or reacting it with an oxidizer;
A residue removal device that removes at least one of unreacted ammonia and NOx by autothermally reforming or catalyzing ammonia supplied from the outside;
a first decomposition device that decomposes the liquid metal contained therein into hydrogen and nitrogen by reacting the ammonia supplied from the residue removal device; and
It includes a heat exchanger that recovers waste heat contained in the product transferred from the rear reactor and exchanges heat with the liquid metal,
The rear reactor is one of a combustor that mixes the fuel and air to combust the fuel and a fuel cell that reacts the fuel and the oxidant,
The liquid metal stores the waste heat as reaction heat, transfers the reaction heat to the ammonia when decomposing the ammonia, and serves as a catalyst for decomposing the ammonia. Decomposition of ammonia using liquid metal, and Hydrogen production system.
내부에 수용된 제1 액체금속과 외부로부터 공급되는 제1 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제1 분해장치;
내부에 수용된 제1 액체금속과 외부로부터 공급되는 제2 암모니아를 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 제2 분해장치;
상기 제1 분해장치와 상기 제2 분해장치를 연통시키고 상기 제1 암모니아와 상기 제1 액체금속이 반응하거나 상기 제2 암모니아와 상기 제1 액체금속이 반응할 시, 잔류하는 미반응 암모니아 및 녹스 중 적어도 어느 하나를 제거하는 잔류물 제거장치;
상기 후단 반응기로부터 이송되는 상기 생성물에 포함된 폐열을 회수하여 상기 액체금속과 열교환시키는 열교환기;를 포함하고,
상기 액체금속은 상기 폐열을 반응열로 열저장하고, 상기 암모니아를 분해 시 상기 암모니아로 상기 반응열을 열전달하며, 상기 암모니아를 분해시키기 위한 촉매의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
A back-end reactor that generates products by burning fuel or reacting it with an oxidizer;
a first decomposition device that decomposes the first liquid metal contained therein into hydrogen and nitrogen by reacting the first ammonia supplied from the outside;
a second decomposition device that decomposes the first liquid metal contained therein into hydrogen and nitrogen by reacting the second ammonia supplied from the outside;
When the first decomposition device and the second decomposition device are connected and the first ammonia and the first liquid metal react or the second ammonia and the first liquid metal react, among the remaining unreacted ammonia and NOx A residue removal device that removes at least one of the residues;
It includes a heat exchanger that recovers waste heat contained in the product transferred from the rear reactor and exchanges heat with the liquid metal,
The liquid metal stores the waste heat as reaction heat, transfers the reaction heat to the ammonia when decomposing the ammonia, and serves as a catalyst for decomposing the ammonia. Decomposition of ammonia using liquid metal, and Hydrogen production system.
내부에 고체촉매가 수용되고, 상기 액체금속과 상기 암모니아의 반응 시 잔류하는 미반응 암모니아를 상기 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
According to claim 1,
A solid catalyst device containing a solid catalyst therein and removing unreacted ammonia remaining during the reaction between the liquid metal and the ammonia using the solid catalyst; ammonia decomposition using liquid metal, characterized in that it further comprises Hydrogen production system.
상기 잔류물 제거장치는 내부에 고체촉매가 수용되고, 상기 액체금속과 상기 암모니아의 반응 시, 잔류하는 상기 미반응 암모니아를 상기 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치인 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
According to clause 2,
The residue removal device is a solid catalyst device that accommodates a solid catalyst therein and removes the remaining unreacted ammonia using the solid catalyst when the liquid metal reacts with the ammonia. Ammonia decomposition and hydrogen production system using.
상기 잔류물 제거장치는 상기 암모니아의 자열 개질시 발생되는 상기 미반응 암모니아 및 상기 녹스를 제거하는 자열반응장치인 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
According to clause 2,
The ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal, characterized in that the residue removal device is an autothermal reaction device that removes the unreacted ammonia and the rust generated during autothermal reforming of the ammonia.
상기 잔류물 제거장치는 내부에 고체촉매가 수용되고, 상기 제1 암모니아와 상기 액체금속이 반응하거나 상기 제2 암모니아와 상기 액체금속이 반응할 시, 잔류하는 상기 미반응 암모니아를 상기 고체촉매를 이용하여 제거하는 고체촉매장치인 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
According to clause 3,
The residue removal device accommodates a solid catalyst therein, and when the first ammonia and the liquid metal react or the second ammonia and the liquid metal react, the remaining unreacted ammonia is removed using the solid catalyst. Ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal, characterized in that it is a solid catalyst device that removes ammonia.
상기 잔류물 제거장치는 상기 암모니아의 자열 개질 시 잔류하는 상기 미반응 암모니아 및 상기 녹스를 제거하는 자열반응장치인 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
According to clause 3,
The ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal, characterized in that the residue removal device is an autothermal reaction device that removes the unreacted ammonia and the rust remaining during autothermal reforming of the ammonia.
상기 액체금속은 주석인 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.
According to any one of claims 1 to 3,
Ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal, characterized in that the liquid metal is tin.
상기 후단 반응기는 상기 연료와 공기를 혼합하여 상기 연료를 연소시키는 연소기 및 상기 연료와 상기 산화제를 반응시키는 연료전지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템.According to clause 3,
The rear reactor is a combustor that mixes the fuel and air to combust the fuel, and a fuel cell that reacts the fuel and the oxidant.
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