KR20040088687A - Method of producing hydrogen gas - Google Patents
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Abstract
Description
[산업상 이용 분야][Industrial use]
본 발명은 수소가스의 생산 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 공정을 이용하여 경제적으로 수소가스를 생산할 수 있는 수소가스의 생산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing hydrogen gas, and more particularly to a method for producing hydrogen gas that can produce hydrogen gas economically using a simple process.
[종래 기술][Prior art]
현재 산업체에서 수소의 사용은 해를 거듭하면서 증가하고 있고, 연료 전지 자동차와 수소 발전소 등의 청정 에너지원으로서의 수소의 이용이 점차 상용화되면서 수소 공급이 기하급수적으로 증가될 전망에 있다. 이와 같이 청정 에너지로서의 수소의 가치가 높아지고 대량의 수소를 일정하게 공급할 수 있는 방안을 생각하게 되면서 수소를 생산하는 방법에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.Currently, the use of hydrogen in the industry is increasing year by year, and the hydrogen supply is expected to increase exponentially as the use of hydrogen as a clean energy source such as fuel cell vehicles and hydrogen power plants is gradually commercialized. As such, the value of hydrogen as a clean energy increases and a plan to supply a large amount of hydrogen constantly has been actively researched on how to produce hydrogen.
수소를 생산하는 종래 일반적인 방법은 탄화수소가 함유된 에너지원들을 이용하는 방법이다. 원유만큼 많이 매장되어 있어 차세대 에너지원인 천연가스, 원유로부터 정제된 LPG, 바이오매스나 도시폐기물의 열분해에 의해 생기는 열분해가스, 철강이나 석유 화학 공업 등 각종 산업체에서 발생되는 부생가스나 폐가스 등이 탄화수소를 많이 포함하고 있는 가스들이다. 이들 중 부생가스나 폐가스 중의 일부 그리고 열분해가스에는 탄화수소 이외에 수소가스를 많이 포함하고 있기 때문에 이들로부터 수소가스만 추출해서 쓸 수가 있다. 수소가스와 탄화수소의 포함 정도에따라 PSA(Pressure Swing Adsorption, 압력 변동 흡착) 방법, 멤브레인(Membranes)이나 극저온 방법(Cryogenics) 등을 이용하여 수소가스를 정제할 수 있다. PSA 방법이나 멤브레인 방법은 가스에 포함된 수소만 정제한 후 나머지 가스는 대기 방출시키는 가장 간단한 수소가스 제조 방법이다. 이들 중 가장 비용이 많이 드는 극저온 방법은 가스에 포함된 수소 이외의 탄화수소가스들의 정제가 효용가치가 있을 때 사용하는 방법이다.A conventional general method of producing hydrogen is to use hydrocarbon-containing energy sources. As much as oil is buried, natural gas, the next generation energy source, LPG purified from crude oil, pyrolysis gas generated by thermal decomposition of biomass or urban waste, by-product gas and waste gas generated from various industries such as steel and petrochemical industry It contains a lot of gases. Since some of the by-product gas, waste gas, and pyrolysis gas contain hydrogen gas in addition to hydrocarbons, only hydrogen gas can be extracted and used. Hydrogen gas can be purified using PSA (Pressure Swing Adsorption), Membranes or Cryogenics, depending on the degree of hydrogen gas and hydrocarbon content. The PSA method or the membrane method is the simplest method for producing hydrogen gas in which only hydrogen contained in the gas is purified and the remaining gas is released to the atmosphere. The most expensive of these is the cryogenic method when the purification of hydrocarbon gases other than hydrogen contained in the gas is useful.
수소를 생산하는 또 하나의 방법은 탄화수소 분자를 구성하는 수소원자들을 분리시켜 수소가스로 만드는 것이다. 이러한 분리 기술로서 일반적인 방법은 탄화수소를 개질하는 것이다. 주로 수증기, 이산화탄소 또는 산소가 탄화수소를 개질하기 위하여 탄화수소에 첨가된 후 800℃~1400℃ 고온 속에서 반응이 이루어지면 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기를 포함하는 합성가스가 만들어진다. 이러한 합성가스는 주성분이 수소와 일산화탄소이다. 합성가스를 만든 후 촉매를 이용하여 350℃ 부근에서 하기 반응식 1과 같이 일산화탄소 전환반응(water gas shift reaction)으로 유도하여 수소를 보다 많이 함유하도록 한 후 PSA 정제 방법을 이용하여 수소를 분리해낸다.Another way to produce hydrogen is to separate the hydrogen atoms that make up the hydrocarbon molecules into hydrogen gas. A common method as this separation technique is to reform hydrocarbons. When steam, carbon dioxide, or oxygen is added to the hydrocarbon to reform the hydrocarbon, the reaction is carried out at 800 ° C. to 1400 ° C. at high temperature, thereby producing a synthesis gas including hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor. Such syngas is composed mainly of hydrogen and carbon monoxide. After the synthesis gas was produced, the catalyst was used to induce a carbon monoxide conversion reaction (water gas shift reaction) at 350 ° C. in the vicinity of 350 ° C. to further contain hydrogen, and then hydrogen was separated using PSA purification.
[반응식 1]Scheme 1
CO + H2O ---> H2+ CO2 CO + H 2 O ---> H 2 + CO 2
PSA 정제 방법은 제올라이트(Zeolite), 활성탄(Activated Carbon) 및 분자체(Molecular-Sieve)등의 흡착제를 용기 내부에 충진시킨 후 가스를 유입시켜 가스 중의 일부는 포획하고 일부는 통과시켜 가스를 선택적으로 분리해내는 것이다. 흡착제가 가스를 포획할 수 있는 이유는 흡착제 표면에 무수히 많은 기공이 있기 때문이다. 수소가스 정제에 쓰이는 흡착제에 있는 기공은 수소가스에 대해서는 잘 통과시키지만 수소가스 이외의 다른 가스들은 붙잡아 두는 역할을 한다.In the PSA purification method, adsorbents such as zeolite, activated carbon, and molecular sieve are filled into a vessel, and then a gas is introduced to capture some of the gas and some of the gas to selectively pass the gas. To separate. The reason why the adsorbent can trap gas is because there are a myriad of pores on the surface of the adsorbent. The pores in the adsorbent used to purify the hydrogen gas pass through the hydrogen gas well, but hold the gas other than the hydrogen gas.
PSA 공정은 보통 5기압 내지는 20기압 정도의 가압 상태에서 진행이 되는데, 일정 시간 운전 후 잔류 중인 불순물들을 제거하기 위하여 용기의 압력을 상압으로 낮추어주면 불순물들이 흡착제의 기공 사이에서 탈착, 배출되어 흡착제가 다시 깨끗한 상태로 돌아가게 된다. 이러한 회복과정 중에도 가스의 정제를 연속적으로 하기 위해 용기를 두 개 이상 장치한다.The PSA process is usually carried out at a pressure of 5 to 20 atm, and after a certain period of time, if the pressure in the vessel is lowered to atmospheric pressure to remove residual impurities, the impurities are desorbed and discharged between the pores of the adsorbent. You will be returned to a clean state. In this recovery process, two or more vessels are installed to continuously purify the gas.
현행 수소가스 정제 분야에 쓰이는 PSA 공정은 40% 이상의 수소를 포함하는 혼합가스에 적용이 가능하며, 수소를 회수하는 수율은 70% 정도이고 순도는 약 99.9% 이상을 유지한다.The PSA process used in the current hydrogen gas refining field is applicable to a mixed gas containing 40% or more of hydrogen, and the yield of hydrogen recovery is about 70% and the purity is about 99.9% or more.
PSA 공정에서 흡착제를 재생할 때 배출되는 가스에는 다량의 이산화탄소와 수소가스 그리고 소량의 일산화탄소 등이 혼합되어 있어 이용이 불가능하므로 대기로 방출된다. 배출가스를 재활용하기도 하는데, 탄화수소를 개질시킬 때 고온을만드는 연료원으로 배출가스를 연소시키거나 수소가스를 한번 더 정제하기 위해 배출가스를 유입가스에 넣어 재순환 시킨 후 배출시킨다. 하지만 이때도 배출가스에 섞인 수소나 일산화탄소 때문에 다량 포함되어 있는 이산화탄소를 이용하지 못하고 대기로 방출시키게 된다.When regenerating the adsorbent in the PSA process, the emitted gas is mixed with a large amount of carbon dioxide, hydrogen gas, and a small amount of carbon monoxide, and is released to the atmosphere because it cannot be used. The exhaust gas is also recycled, and the hydrocarbons are reformed by recycling the exhaust gas into the inlet gas to burn the exhaust gas as a hot fuel source or to purify the hydrogen gas once more. However, even at this time, due to the hydrogen or carbon monoxide mixed in the exhaust gas, the carbon dioxide contained in a large amount is not used and is released to the atmosphere.
이와 같이 합성가스로부터 수소를 정제하는 종래의 방법은 촉매를 사용한 일산화탄소 전환반응과 PSA 정제 공정의 두 단계 공정을 순차적으로 거쳐야 하는 복잡성을 안고 있을 뿐만 아니라, PSA 정제 공정시의 고압에 필요한 에너지 비용 또한 경제적이지 못하며, 정제 후의 나머지 배출가스가 혼합가스인 관계로 이를 이용하지 못하고 대기로 방출시킬 수 밖에 없는 문제점을 안고 있다. 대기로 방출되는 이산화탄소는 지구온난화의 주범인 대표적인 온실가스로서 그 처리에 있어서 전 세계적인 골칫거리로 대두되어 있어 대기방출을 조절해야할 시점에 와있다.As described above, the conventional method of purifying hydrogen from syngas has not only the complexity of going through the two-stage process of the carbon monoxide conversion reaction using the catalyst and the PSA purification process, but also the energy cost required for the high pressure during the PSA purification process. It is not economical, and since the remaining exhaust gas after purification is a mixed gas, there is a problem in that it cannot be used and released to the atmosphere. Carbon dioxide released into the atmosphere is a representative greenhouse gas that is the main culprit of global warming, and it has emerged as a global headache in its treatment, and it is time to regulate air emissions.
본 발명의 목적은 합성가스로부터 수소를 생산하고 정제하는 기존의 두 단계 공정, 즉, 일산화탄소 전환반응과 PSA 정제 공정이 갖는 복잡성을 단일 공정으로 단순화하여 경제적인 수소가스의 생산 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an economical method for producing hydrogen gas by simplifying the complexity of the existing two-step process of producing and purifying hydrogen from syngas, that is, a carbon monoxide conversion reaction and a PSA purification process into a single process.
본 발명의 다른 목적은 형성되는 이산화탄소를 대기로 방출시키지 않는 환경 친화적인 수소가스의 생산 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing environmentally friendly hydrogen gas that does not release carbon dioxide formed into the atmosphere.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일산화탄소를 포함하는 원료가스를 알칼리 금속 하이드록사이드가 충진된 관을 통과시키는 공정을 포함하는 수소가스의 생산 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing hydrogen gas comprising a step of passing a raw material gas containing carbon monoxide through a tube filled with alkali metal hydroxide.
이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
수소는 대기 중에서는 가스로 존재하고 다른 물질과의 반응성이 낮으나 보통 압력과 높은 온도에서는 산소 또는 산화물과 반응하여 환원제 역할을 하며, 매우 높은 열전도성(thermal conductivity)을 가지므로 이를 이용하고자 하는 다양한 분야에 널리 사용할 수 있다. 수소는 암모니아와 메탄올 합성에 주로 사용되며, 화학공업, 석유공업, 식품공업에서의 수소화 공정 등 다양한 분야에 사용될 수 있다. 수 년 내에 연료전지 차량의 운행이 현실화되면 대체에너지로서의 수소의 수요는 기하급수적으로 늘어날 것이다.Hydrogen exists as a gas in the atmosphere and has low reactivity with other materials, but reacts with oxygen or oxide at normal pressure and high temperature to act as a reducing agent, and has a very high thermal conductivity. Can be widely used in Hydrogen is mainly used for the synthesis of ammonia and methanol, and can be used in various fields such as hydrogenation in chemical industry, petroleum industry, and food industry. If fuel cell vehicles become operational within a few years, the demand for hydrogen as an alternative energy will grow exponentially.
본 발명은 이와 같이 최근 사용이 증가되고 있는 수소가스를 일산화탄소를 포함하는 원료가스로부터 생산하는 새로운 수소가스의 생산 방법에 관한 것이다. 이 생산 방법은 종래 일산화탄소 전환반응과 PSA 정제 공정으로 생산되는 복잡한 공정을 하나의 단일 공정으로 단순화할 수 있어 경제적으로 이득이 있는 방법이다.The present invention relates to a new hydrogen gas production method for producing hydrogen gas, which has been recently increased in use, from a source gas containing carbon monoxide. This production method is economically advantageous because it can simplify the complex process produced by the conventional carbon monoxide conversion reaction and PSA purification process into one single process.
본 발명의 수소 생산 방법은 일산화탄소를 포함하는 원료가스를 알칼리 금속 하이드록사이드가 충진되어 있는 반응관으로 통과시키는 공정을 포함한다. 상기 원료가스는 일산화탄소만을 포함하는 가스일 수도 있고, 또한 일산화탄소 이외에 탄화수소의 개질에 의해 생산되는 수소(H2), 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O)가 임의 비율로 혼합되어 있는 가스일 수도 있다.The hydrogen production method of the present invention includes a step of passing a source gas containing carbon monoxide through a reaction tube filled with alkali metal hydroxide. The source gas may be a gas containing only carbon monoxide, or a gas in which hydrogen (H 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and water vapor (H 2 O) produced by reforming of hydrocarbons in addition to carbon monoxide are mixed in an arbitrary ratio. It may be.
상기 원료가스로 일산화탄소만 포함하는 가스를 사용할 경우에는, 일산화탄소와 알칼리 금속 하이드록사이드가 반응하여 알칼리 금속 하이드록사이드는 고체 생성물인 알칼리 금속 탄산염으로 전환되면서 수소가스가 발생한다.When using a gas containing only carbon monoxide as the source gas, carbon monoxide and alkali metal hydroxide react to convert the alkali metal hydroxide into an alkali metal carbonate, which is a solid product, to generate hydrogen gas.
상기 반응을 알칼리 금속 하이드록사이드로 수산화마그네슘을 사용하였을 경우를 예로 들어보면 다음 반응식 2와 같다.For example, in the case of using magnesium hydroxide as the alkali metal hydroxide, the reaction is shown in Scheme 2 below.
[반응식 2]Scheme 2
Mg(OH)2+ CO ---> MgCO3+ H2+ 열Mg (OH) 2 + CO ---> MgCO 3 + H 2 + Heat
상기 반응은 마치 상기 반응식 1의 일산화탄소 전환반응과 유사하다. Mg(OH)2의 H2O가 MgO 주변에 있다가 CO와 만나서 반응하여 H2와 CO2가 되면서 CO2는 MgO에 잡혀 고체상태의 알칼리 금속 탄산염 MgCO3가 되어 반응관에 남고 기체상태의 H2가스는 반응관을 빠져 나오게 된다. 이 반응은 CO2가 생성되는 동시에 포획되어 수소가스만이 반응관을 빠져 나오므로 종래의 PSA 수소 정제 공정이 따로 필요 없다.The reaction is similar to the carbon monoxide conversion reaction of Scheme 1. H 2 O of Mg (OH) 2 is around MgO and then reacts with CO to form H 2 and CO 2. CO 2 is trapped in MgO and becomes a solid alkali metal carbonate MgCO 3 . H 2 gas exits the reaction tube. This reaction is captured at the same time as CO 2 is generated, so that only hydrogen gas exits the reaction tube, thus eliminating the need for a conventional PSA hydrogen purification process.
상기 반응은 온도가 650℃를 초과하는 경우에는 MgCO3의 분해반응이 다음 반응식 3과 같이 일어나므로 650℃ 이하에서 실시해야하며, 이 반응을 실시할 수 있는 최저 온도는 50℃ 이상이 좋다.When the temperature exceeds 650 ° C, the decomposition reaction of MgCO 3 occurs as in the following Reaction Formula 3, so it should be carried out at 650 ° C or lower, and the minimum temperature at which the reaction can be performed is preferably 50 ° C or higher.
[반응식 3]Scheme 3
MgCO3+ 열 ---> MgO + CO2 MgCO 3 + Heat ---> MgO + CO 2
또한, 상기 원료가스로 탄화수소의 개질에 의해 생산되는 일산화탄소(CO),이산화탄소(CO2), 수소(H2)가 임의 비율로 혼합되어 있는 가스를 사용할 경우에는, 일산화탄소가 상기 반응식 2와 같은 반응에 의해 수소를 생산하고 포획되므로 이산화탄소를 포획하는 것이 문제가 된다. 그러나 본 발명에서는, 반응관 내부에 충진되어 있는 알칼리 금속 하이드록사이드가 일산화탄소뿐만 아니라 이산화탄소와도 반응하여 이산화탄소를 포획할 수 있다. 즉, 상기 원료가스가 알칼리 금속 하이드록사이드가 충진된 관을 통과할 때, 일산화탄소는 상기 반응식 2와 같이 반응하고 이산화탄소는 하기 반응식 4와 같이 Mg(OH)2와 반응하여 MgCO3와 H2O로 전환된다.In addition, when using a gas in which carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), and hydrogen (H 2 ) are mixed in an arbitrary ratio as the raw material gas, carbon monoxide reacts as in Scheme 2 above. The production and capture of hydrogen by means of capturing carbon dioxide is a problem. However, in the present invention, the alkali metal hydroxide filled in the reaction tube can react with carbon dioxide as well as carbon monoxide to capture carbon dioxide. That is, when the source gas is passed through the tube filled with alkali metal hydroxide, carbon monoxide reacts as shown in Scheme 2, and carbon dioxide reacts with Mg (OH) 2 as shown in Scheme 4 below, so that MgCO 3 and H 2 O Is switched to.
[반응식 4]Scheme 4
Mg(OH)2+ CO2---> MgCO3+ H2O + 열Mg (OH) 2 + CO 2 ---> MgCO 3 + H 2 O + Heat
결과적으로, 상기 원료가스가 유입되면 일산화탄소와 이산화탄소는 MgCO3와 같은 알칼리 금속 탄산염의 형태로 반응관에 남게되고, 반응관을 통과하여 나오는 가스는 수소가스와 수증기뿐이므로 이때 수증기를 분리하면 수소가스를 얻어낼 수 있다.As a result, when the source gas is introduced, carbon monoxide and carbon dioxide remain in the reaction tube in the form of an alkali metal carbonate such as MgCO 3, and the only gas flowing through the reaction tube is hydrogen gas and water vapor. You can get
아울러, 상기 원료가스로 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 이외에 수증기를 더욱 포함하는 원료가스를 사용할 경우, 수증기는 반응관 내부에 충진된 Mg(OH)2와 반응하지 않기 때문에 반응관을 그대로 빠져 나오게 되어 상기의 일산화탄소, 이산화탄소, 수소를 포함하는 원료가스의 경우와 같이 수소를 생산하고 일산화탄소와 이산화탄소를 포획할 수 있다.In addition, in the case of using a source gas further comprising steam in addition to carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen as the source gas, steam does not react with Mg (OH) 2 charged in the reaction tube, thus leaving the reaction tube as it is. As in the case of a source gas containing carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen, hydrogen may be produced and the carbon monoxide and carbon dioxide may be captured.
Mg(OH)2는 350℃ 부근에서 하기 반응식 5와 같은 H2O 분해반응이 일어나서 MgO가 생성된다. 상기 원료가스에 포함되어 있는 수증기가 350℃ 부근 이하로 유입될 때는 하기 반응식 5의 역반응이 진행되어 Mg(OH)2를 생성시키게 되므로 반응식 2와 같은 반응에 도움을 주게 된다.Mg (OH) 2 generates a H 2 O decomposition reaction in the vicinity of 350 ° C. as shown in Scheme 5 to generate MgO. When water vapor contained in the raw material gas flows below 350 ° C., a reverse reaction of Reaction Scheme 5 proceeds to generate Mg (OH) 2 , thereby helping the reaction as in Scheme 2.
[반응식 5]Scheme 5
Mg(OH)2+ 열 ---> MgO + H2OMg (OH) 2 + Heat ---> MgO + H 2 O
상기 원료가스에 포함되어 있는 수증기가 350℃ 부근 이상으로 유입될 때는 하기 반응식 6과 같은 반응이 일어나서 상기 반응식 2와 마찬가지로 일산화탄소를 포획하고 수소를 생산하게 된다. 이 반응 역시 MgCO3가 분해되지 않도록 650℃ 이내에서 수행되어야한다.When water vapor contained in the raw material gas flows into the vicinity of 350 ° C., a reaction occurs as shown in Scheme 6 below, thereby capturing carbon monoxide and producing hydrogen in the same manner as in Scheme 2. This reaction must also be carried out within 650 ° C. in order not to decompose MgCO 3 .
[반응식 6]Scheme 6
MgO + H2O + CO ---> MgCO3+ H2+ 열MgO + H 2 O + CO ---> MgCO 3 + H 2 + Heat
본 발명의 수소가스 생산 공정에서, 일산화탄소를 포함하는 원료가스가 알칼리 금속 하이드록사이드가 충진된 관을 통과하면서 발생되는 탄산마그네슘은 650℃ 이상 가열되면 상기 반응식 3과 같이 산화마그네슘 MgO와 CO2로 분해된다. 산화마그네슘은 고체상태로 남고 이산화탄소는 기체상태로 반응관을 빠져나가 분리된다. 남아있는 산화마그네슘에 스팀 분위기를 조성하면 상기 반응식 5의 역반응과 같은 발열반응에 의해 Mg(OH)2가 생성되어 이를 재활용할 수 있게 된다.In the hydrogen gas production process of the present invention, the magnesium carbonate generated while the source gas containing carbon monoxide is passed through an alkali metal hydroxide-filled tube is heated to magnesium oxide MgO and CO 2 as shown in Scheme 3 above. Decompose Magnesium oxide remains solid and carbon dioxide exits the reaction tube in a gaseous state and is separated. If a steam atmosphere is formed on the remaining magnesium oxide, Mg (OH) 2 may be generated by the exothermic reaction such as the reverse reaction of Scheme 5, and may be recycled.
상기 알칼리 금속 하이드록사이드는 재생을 위해 상기 순환 반응을 진행할 수 있는 것들이어야 하며, 형성되는 탄산염의 분해 온도가 낮을수록 경제적이므로 바람직하다. 또한, 알칼리 금속 하이드록사이드가 물에 용해되지 않을수록 소모율이 적을 것이므로 바람직하다. 이러한 조건을 만족하는 알칼리 금속 하이드록사이드로는 Mg(OH)2와 Ca(OH)2가 바람직하며, Mg(OH)2가 Ca(OH)2보다 물에 대한 용해도가 낮고, CaCO3의 분해 온도가 800℃ 부근으로 MgCO3보다 높아 Mg(OH)2를 사용하는 것이 보다 바람직하다.The alkali metal hydroxides should be those capable of undergoing the circulating reaction for regeneration, and the lower the decomposition temperature of the carbonate formed, the more economical it is desirable. It is also preferred that the less the alkali metal hydroxide is dissolved in water, the lower the consumption will be. Alkali metal hydroxides satisfying these conditions are preferably Mg (OH) 2 and Ca (OH) 2 , and Mg (OH) 2 has a lower solubility in water than Ca (OH) 2 and decomposes CaCO 3 . It is more preferable to use Mg (OH) 2 because the temperature is higher than MgCO 3 around 800 ° C.
본 발명에서 알칼리 금속 하이드록사이드를 이용하여 원료가스로부터 수소가스를 생산하고 정제하는 방법은 이에 대한 기존의 두 단계 공정인 일산화탄소 전환반응과 PSA 정제 공정을 하나의 단일 공정으로 대체해서 수소가스를 생산하고 정제하는 효율적인 방법이다. 아울러, 원료가스 내의 탄소성분을 알칼리 금속 탄산염 형태로 고정화시킴으로써 이산화탄소를 바로 대기 방출시키지 않을 수 있으며, 또한 이 탄산염을 열분해시켜 이산화탄소를 분리 회수해냄과 동시에 알칼리 금속 하이드록사이드를 재생하여 다시 사용할 수 있다.In the present invention, a method of producing and purifying hydrogen gas from source gas using an alkali metal hydroxide is used to produce hydrogen gas by replacing the existing two-step process of carbon monoxide conversion and PSA purification with one single process. And is an efficient way to purify. In addition, by immobilizing the carbon component in the source gas in the form of an alkali metal carbonate, carbon dioxide may not be immediately released to the atmosphere, and the carbon dioxide may be thermally decomposed to recover and recover carbon dioxide, and at the same time, the alkali metal hydroxide may be regenerated and used again. .
기후변화에 심각한 영향을 주고 있는 지구온난화 가스의 방출은 지구적인 문제로서 인류가 봉착한 최대의 난제이다. 지구온난화 가스 중의 핵심 요소인 이산화탄소는 인류가 사용하는 모든 에너지 활동의 최종 결과물로 배출되는 가스이다. 현재 그것의 처리와 활용에 모든 연구가 집중되고 있으며, 배출에 대한 국제적인 제재 조치가 취해질 시점에 와있다. 본 발명에서 청정에너지원인 수소를 얻음과동시에 이산화탄소의 대기 방출을 조절할 수 있게됨은 지구적인 문제뿐만 아니라 경제적인 면에서도 커다란 이점이다.The release of global warming gas, which has a serious impact on climate change, is a global problem and the biggest challenge facing humanity. Carbon dioxide, a key component of global warming gases, is the gas emitted as the end result of all energy activities used by humanity. All research is currently focused on its treatment and utilization, and it is time for international sanctions on emissions. In the present invention, obtaining hydrogen as a clean energy source and controlling the emission of carbon dioxide at the same time is a huge advantage in terms of economics as well as global problems.
현재 이산화탄소는 탄산음료, 냉각제, 용접가스, 요소비료나 탄산염 제조 등에 이용되고 있으며, 화력발전소, 석유화학공장, 제철소 등에서 배출되는 배출가스에서 정제하여 얻는다.Currently, carbon dioxide is used in carbonated beverages, coolants, welding gases, urea fertilizers or carbonates, and is purified from exhaust gases emitted from thermal power plants, petrochemical plants, and steel mills.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
CO : H2: CO2가 30 : 40 : 30 부피%의 양으로 포함된 원료가스를 수산화마그네슘이 높이 30cm로 충진된 반응관을 4cm/초의 속도로 통과시켰다. 이 반응관의 바로 하단에서 합성가스의 유입온도는 300℃ 정도였고 기압은 상압에서 반응이 진행되었다. 상온의 배출 가스에서 H2가스가 99 부피%로 높은 수율로 얻어졌으며, 약간의 부생성물(CO 0.5 부피% 및 CO20.5 부피%)이 미량 얻어졌다.A source gas containing CO: H 2 : CO 2 in an amount of 30: 40: 30% by volume was passed through a reaction tube filled with magnesium hydroxide at a height of 30 cm at a rate of 4 cm / sec. At the bottom of the reaction tube, the inlet temperature of the syngas was about 300 ° C., and the reaction proceeded at atmospheric pressure. H 2 gas was obtained in a high yield of 99% by volume in the exhaust gas at room temperature, and a slight amount of byproducts (0.5% by volume of CO and 0.5% by volume of CO 2 ) was obtained.
본 발명의 수소가스 생산 방법은 기존의 두 단계 공정을 한 단계 공정으로 단순화시킴으로써 수소가스를 경제적으로 생산할 뿐만 아니라, 수소가스 생산 후 혼합가스에 섞여 배출되는 이산화탄소를 고정화함으로써 이산화탄소의 대기 방출을 조절할 수 있다. 다가올 지구온난화 가스의 대기 방출에 대한 국제적인 제재는 그가스를 배출하는 만큼 생산품의 생산단가를 올리게 될 뿐만 아니라, 청정에너지의 사용을 고취시키게 될 것이므로, 본 발명의 수소가스 생산 방법은 여러 면에서 커다란 경제적인 이득을 제공할 수 있다.The hydrogen gas production method of the present invention not only economically produces hydrogen gas by simplifying the existing two-step process, but also controls the emission of carbon dioxide by fixing the carbon dioxide discharged from the mixed gas after hydrogen gas production. have. The international sanctions on the upcoming emissions of global warming gases will not only increase the production cost of the product as he emits gas, but also inspire the use of clean energy, so the hydrogen gas production method of the present invention is in many ways large. Can provide economic benefits.
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