KR20060106778A - Hydrogen generating apparatus and hydrogen generating method using the hydrogen generating apparatus - Google Patents

Hydrogen generating apparatus and hydrogen generating method using the hydrogen generating apparatus Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소촉매 및/또는 개질촉매들이 코팅되어 이루어지는 마이크로채널을 포함하는 단위반응장치들을 포함하여 이루어져 메탄올 등의 알코올을 연료로 하여 연료전지시스템 등에 수소를 공급하되, 높은 열효율과 높은 수소전환율로 수소를 생산할 수 있도록 고안된 수소생산장치 및 이를 이용하는 수소생산방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수소생산장치는 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치(11)를 포함하여 이루어지되, 상기 판조립체들이 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합되도록 함으로써 구성되며, 상기 연소용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 연소촉매들을 포함하고, 상기 개질용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 개질촉매들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention includes a unit reaction apparatus including a microchannel in which a combustion catalyst and / or a reforming catalyst are coated to supply hydrogen to a fuel cell system using alcohol such as methanol as a fuel, but with high thermal efficiency and high hydrogen conversion rate. A hydrogen production apparatus designed to produce hydrogen and a method for producing hydrogen using the same, the hydrogen production apparatus according to the present invention includes a plate assembly for combustion including a combustion catalyst and a reforming plate assembly including a reforming catalyst. At least one combustion / modification combined first unit reactor (11), wherein the plate assemblies face a pair of microchannel plates having microchannels formed on one surface thereof. By coupling to each other, For the plate assembly is the reforming plate assembly, comprising a combustion catalyst within the microchannel is characterized in yirueojim including the reforming catalyst within the microchannel.

수소생산, 개질반응, 소형화, 마이크로채널, 전환율, 개질촉매, 연소촉매 Hydrogen Production, Reforming Reaction, Miniaturization, Microchannel, Conversion Rate, Reforming Catalyst, Combustion Catalyst

Description

수소생산장치 및 이를 이용하는 수소생산방법 {Hydrogen generating apparatus and Hydrogen generating method using the hydrogen generating apparatus}Hydrogen generating apparatus and hydrogen producing method using same {Hydrogen generating apparatus and Hydrogen generating method using the hydrogen generating apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 수소생산장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically showing the overall configuration of a hydrogen production apparatus according to the present invention.

도 2는 도 1의 수소생산장치에서 사용되는 단위반응장치를 분해하여 도시한 분해사시도이다.FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the decomposition of a unit reaction apparatus used in the hydrogen production apparatus of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 수소생산장치의 하나의 구체적인 실시예를 분해하여 촬영한 사진이다.3 is an exploded photograph of one specific embodiment of a hydrogen production apparatus according to the present invention.

도 4는 도 2의 단위반응장치를 구성하는 판조립체들 만을 분해하여 도시한 분해사시도이다.FIG. 4 is an exploded perspective view showing only the plate assemblies constituting the unit reaction device of FIG.

도 5는 도 4의 판조립체들을 구성하는 마이크로채널판의 평면도이다.5 is a plan view of a microchannel plate constituting the plate assemblies of FIG.

도 6은 본 발명에 따른 단위반응장치를 구성하는 판조립체에 사용되는 개스킷의 평면도이다.6 is a plan view of a gasket used in the plate assembly constituting the unit reaction apparatus according to the present invention.

도 7은 도 2의 단위반응장치를 구성하는 판조립체의 측단면도이다.7 is a side cross-sectional view of the plate assembly constituting the unit reaction device of FIG.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing

11 : 제1단위반응장치 12 : 제3단위반응장치11: first unit reactor 12: third unit reactor

13 : 제2단위반응장치 14 : 프리퍼런셜 산화반응기13: second unit reactor 14: primary oxidation reactor

15 : 제4단위반응장치15: fourth unit reaction device

21 : 수소공급원 22 : 제1산소공급원21: hydrogen supply source 22: primary oxygen supply source

23 : 유로변경밸브 24 : 제1연료공급원23: flow path change valve 24: primary fuel supply source

25 : 제2산소공급원 26 : 제2연료공급원25: second oxygen supply source 26: second fuel supply source

27 : 원료공급원 28 : 제3산소공급원27: raw material supply source 28: third oxygen supply source

*31 : 필터* 31: Filter

41 : 단위반응장치 41´ : 연소용 판조립체41: unit reaction device 41´: plate assembly for combustion

41˝ : 개질용 판조립체 42, 42´ : 상, 하케이스41˝: Modified plate assembly 42, 42´: Upper, lower case

43 : 연소기 입구 43´ : 연소기 출구43: combustor inlet 43´: combustor outlet

44 : 개질기 입구 44´ : 개질기 출구44: reformer inlet 44´: reformer outlet

45, 45´ : 마이크로채널판 46, 46´ : 입구45, 45´: Microchannel plate 46, 46´: Entrance

47, 47´ : 출구 48, 48´ : 제1연결구47, 47´: Exit 48, 48´: First connector

49, 49´ : 제2연결구49, 49´: Second connector

51, 51´ : 마이크로채널 52, 52´ : 격벽51, 51´: Microchannel 52, 52´: Bulkhead

53, 53´ : 차단벽 54, 54´ : 수렴홈53, 53´: blocking wall 54, 54´: Converging groove

55, 55´ : 수렴돌기55, 55´: convergence protrusion

61 : 개스킷 62 : 개구61: gasket 62: opening

63 : 관통홀63: through hole

71 : 채널형성공간 72 : 촉매코팅부71: channel formation space 72: catalyst coating

본 발명은 수소생산장치 및 이를 이용하는 수소생산방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 연소촉매 및/또는 개질촉매들이 코팅되어 이루어지는 마이크로채널을 포함하는 단위반응장치들을 포함하여 이루어져 메탄올 등의 알코올을 연료로 하여 연료전지시스템 등에 수소를 공급하되, 높은 열효율과 높은 수소전환율로 수소를 생산할 수 있도록 고안된 수소생산장치 및 이를 이용하는 수소생산방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method using the same. More specifically, the present invention includes a unit reaction apparatus including a microchannel in which a combustion catalyst and / or a reforming catalyst are coated to supply hydrogen to a fuel cell system using alcohol such as methanol as fuel, and high thermal efficiency and The present invention relates to a hydrogen production apparatus designed to produce hydrogen at a high hydrogen conversion rate and a hydrogen production method using the same.

최근 환경문제에 대한 관심이 커져가면서 수소를 연료로 하는 청정연료에 대한 관심과 수요가 증가하고 있는 실정이다.Recently, as interest in environmental problems increases, the interest and demand for clean fuels using hydrogen are increasing.

기존 가솔린기관 및 화석연료발전에 대한 대안으로 연료전지 등에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 연료전지의 활용성을 높이기 위해서는 원료로 사용되는 수소의 생산 및/또는 공급을 원활히 할 수 있는 제반 여건이 갖추어져야 한다. 수소는 기체 중 가장 가볍고, 공기 중에서 쉽게 폭발할 수 있는 등 그 저장 및 취급이 매우 까다롭다. 따라서 단순히 대용량의 수소저장탱크 등을 이용하여 수소를 공급하는 것이 현재까지의 기술수준이며, 이러한 수소저장탱크로는 앞서의 문제점을 완전히 해결하기 어렵다는 단점이 있으며, 또한 대용량의 수소저장탱크의 개발 및 보다 큰 용량의 수소저장소 등을 준비하여야 하는 등 초기 설비투자가 막대하게 소요된다는 단점이 있으며, 국가적인 차원의 기반구조(infrastructure)로 논해야 할 정도로 방대한 사업이 될 수 밖에 없다.As an alternative to the existing gasoline engine and fossil fuel power generation, research on fuel cells is being actively conducted. In order to increase the utilization of fuel cells, conditions for smooth production and / or supply of hydrogen used as raw materials should be provided. Hydrogen is very difficult to store and handle, as it is the lightest gas and can easily explode in air. Therefore, simply supplying hydrogen using a large capacity hydrogen storage tank and the like is the state of the art to date, such a hydrogen storage tank has the disadvantage that it is difficult to completely solve the above problems, and also the development and development of a large capacity hydrogen storage tank There is a drawback in that initial facility investment is enormous, such as the need to prepare a larger capacity hydrogen storage, etc., and it is a large-scale business that needs to be discussed as a national infrastructure.

따라서 수소를 생산하는 수소생산장치를 소형화하여 중량과 부피를 줄이는 것은 상기한 거대 설비투자를 필요로 하지 않고도 수소를 청정연료로 사용할 수 있도록 한다는 점에서 매우 바람직하다고 할 수 있다. Therefore, miniaturization of the hydrogen production apparatus that produces hydrogen to reduce the weight and volume can be said to be very desirable in that hydrogen can be used as a clean fuel without the need for the large-scale equipment investment described above.

또한 소형화된 수소생산장치로부터 생산되는 수소를 직접 연료전지 등에 공급하기 위해서는 연료전지의 음극의 활성을 저해하는 일산화탄소(CO)의 함량을 최소한으로 낮추어야 한다.In addition, in order to directly supply hydrogen produced from the miniaturized hydrogen production apparatus to a fuel cell, the content of carbon monoxide (CO) that inhibits the activity of the anode of the fuel cell must be reduced to a minimum.

메탄올로부터 수소를 생산하는 방법의 하나로 메탄올 수증기 개질방법이 이미 개발되어 있으며, 널리 사용되어 왔다.As a method of producing hydrogen from methanol, a methanol steam reforming method has already been developed and widely used.

메탄올 수증기 개질반응이 진행되기 위해서는 먼저 액체상태인 메탄올과 물의 혼합물을 기화시키기 위한 기화기, 개질반응기에 열을 공급하기 위한 연소기, 연소용 액체연료를 기화시키기 위한 기화기가 요구되며, 생성되는 수소 중에 포함되는 일산화탄소의 농도를 낮추기 위한 프리퍼런셜 산화반응기(preferential oxidation reactor)가 별도로 요구된다.In order to proceed with the methanol steam reforming reaction, a vaporizer for vaporizing a mixture of methanol and water in a liquid state, a combustor for supplying heat to the reforming reactor, and a vaporizer for vaporizing liquid fuel for combustion are included. There is a separate need for a differential oxidation reactor to lower the concentration of carbon monoxide.

메탄올의 수증기 개질반응에 일어나는 반응을 하기 반응식 1에 나타내었다.The reaction occurring in steam reforming of methanol is shown in Scheme 1 below.

CH3OH + H2O = CO2 + 3H2 ΔH = 49.4kJ/mol (1)CH 3 OH + H 2 O = CO 2 + 3H 2 ΔH = 49.4 kJ / mol (1)

CH3OH = CO + 2H2 ΔH = 90.5kJ/mol (2)CH 3 OH = CO + 2H 2 ΔH = 90.5 kJ / mol (2)

CO + H2O = CO2 + H2 ΔH = -41.1kJ/mol (3)CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ΔH = -41.1 kJ / mol (3)

상기한 바와 같은 메탄올 수증기 개질반응은 상기 반응식 1의 (1) 반응으로 진행되면서 메탄올 직접 분해반응인 상기 반응식 1의 (2) 반응도 고온에서 부분적으로 발생한다. 상기 반응식 1의 (1) 반응과 반응식 1의 (2) 반응은 흡열반응으로서 이들 반응들이 진행되기 위해서는 외부에서 지속적으로 열을 공급해주어야만 한다.As described above, the methanol steam reforming reaction proceeds partially to reaction (1) of Scheme 1, and reaction (2) of Scheme 1, which is a methanol direct decomposition reaction, occurs partially at a high temperature. Reaction (1) of reaction scheme 1 and reaction (2) of reaction scheme 1 are endothermic reactions, and in order for these reactions to proceed, heat must be continuously supplied from the outside.

메탄올 수증기 개질반응은 300℃ 부근에서 최적으로 진행된다고 알려져 있다. 이보다 온도가 높을 경우, 메탄올 직접 분해반응과 위의 (3)의 반응의 역반응이 진행되어 생성물 중의 일산화탄소의 농도가 높아지게 된다. 일산화탄소의 농도를 낮추기 위해서는 상기 반응식 1의 (3) 반응인 물-가스 전이반응(water-gas shift reaction)이 필요하며, 따라서 생성물 중의 일산화탄소 농도를 낮추기 위해서는 개질기의 온도를 정확하게 유지하여야만 한다.Methanol steam reforming is said to proceed optimally at around 300 ° C. If the temperature is higher than this, the direct reaction of methanol direct decomposition reaction and the reaction of (3) above proceeds, and the concentration of carbon monoxide in the product is increased. In order to lower the concentration of carbon monoxide, water-gas shift reaction, which is the reaction (3) of Scheme 1, is required, and therefore, the temperature of the reformer must be maintained accurately to lower the concentration of carbon monoxide in the product.

대한민국 등록특허 제0314829호에는 개질기의 온도를 일정하게 유지시키기 위해 이중튜브방식으로 구성되는 메탄올 개질장치가 기술되어 있다. 이는 내부튜브에 하니콤 연소촉매를 일정간격으로 배치하고, 외부튜브에 개질촉매를 충진하여 개질반응을 진행시키도록 구성되어 있다. 이렇게 함으로써, 개질기의 국부적인 온도 상승을 방지하고, 200 내지 300℃의 범위에서 온도를 일정하게 유지하도록 하였 다. 그러나 이러한 구성의 반응기를 사용하는 것으로서는 개질기를 소형화시키기에는 한계가 있다는 단점이 있다.Republic of Korea Patent No. 0314829 describes a methanol reformer configured in a double tube method to maintain a constant temperature of the reformer. It is configured to arrange the honeycomb combustion catalyst at regular intervals in the inner tube and to carry out the reforming reaction by filling the reforming catalyst in the outer tube. By doing so, the local temperature rise of the reformer was prevented and the temperature was kept constant in the range of 200 to 300 ° C. However, the use of the reactor of such a configuration has a disadvantage in that there is a limit to downsizing the reformer.

퍼시픽 노드 내셔널 라보레토리(Pacific North National Laboratory)의 논문 J. of Power source, 108 (2002) 21-27에는 메탄올을 연소연료와 개질원료로 동시에 사용하는 소형 메탄올 수증기 개질장치가 기술되어 있다. 그러나 이는 200㎽ 정도의 낮은 출력을 가지고 있고, 반응온도를 유지하기 위해 연소기에 들어가는 연료로서의 메탄올 양이 많아 전체 열효율이 5 내지 10%로 매우 낮다는 단점이 있다.Paper J. of Power source, 108 (2002) 21-27, of the Pacific North National Laboratory, describes a small methanol steam reformer that uses methanol simultaneously as a combustion fuel and as a reformate. However, it has a low output of about 200 kPa, and has a disadvantage in that the total thermal efficiency is very low as 5 to 10% due to the large amount of methanol entering the combustor to maintain the reaction temperature.

따라서 중량 및 크기의 면에서 소형이면서도 열효율과 수소로의 전환율이 높고, 그러면서도 다량의 수소를 생산할 수 있는 수소생산장치의 개발에 대한 필요성은 여전히 높다고 할 수 있다.Therefore, the need for the development of a hydrogen production apparatus capable of producing a large amount of hydrogen while being small in size and high in thermal efficiency and hydrogen in terms of weight and size is still high.

본 발명의 목적은 연소촉매 및/또는 개질촉매들이 코팅되어 이루어지는 마이크로채널을 포함하는 단위반응장치들을 포함하여 이루어져 메탄올 등의 알코올을 연료로 하여 연료전지시스템 등에 수소를 공급하되, 높은 열효율과 높은 수소전환율로 수소를 생산할 수 있도록 고안된 수소생산장치 및 이를 이용하는 수소생산방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention comprises a unit reaction apparatus including a microchannel in which a combustion catalyst and / or a reforming catalyst is coated to supply hydrogen to a fuel cell system using alcohol such as methanol as fuel, and high thermal efficiency and high hydrogen. It is to provide a hydrogen production apparatus designed to produce hydrogen at a conversion rate and a hydrogen production method using the same.

본 발명에 따른 수소생산장치는, 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치를 포함하여 이루어지되, 상기 판조립체들이 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합되도록 함으로써 구성되며, 상기 연소용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 연소촉매들을 포함하고, 상기 개질용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 개질촉매들을 포함하여 이루어진다.The hydrogen production apparatus according to the present invention comprises a combustion unit comprising a combustion catalyst and at least one first unit reaction apparatus for both combustion and reforming comprising a reforming plate assembly including a reforming catalyst. Wherein the plate assemblies are configured by coupling a pair of microchannel plates having microchannels formed on a surface of one side to each other such that the microchannels face each other, the plate assembly for combustion being burned in the microchannel. And a catalyst, wherein the reforming plate assembly comprises reforming catalysts in the microchannel.

본 발명에 따른 수소생산장치는, 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치와, 적어도 하나 이상의 기화용의 제2단위반응장치 및 적어도 하나 이상의 열교환용의 제3단위반응장치들을 포함하여 이루어지되, 상기 제1단위반응장치가 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제2단위반응장치가 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제3단위반응장치가 열교환용의 판조립체들을 포함하여 이루어지며, 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체가 상기 제3단위반응장치의 열교환용 판조립체들 중 어느 하나에 연결되고, 상기 3단위반응장치의 다른 하나의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치의 상기 연소용 판조립체에 연결되고, 상기 제2단위반응장치의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체에 연결되어 이루어진다.The hydrogen production apparatus according to the present invention includes at least one combustion / modification combined first unit reactor, at least one second unit reactor for vaporization, and at least one third unit reactor for heat exchange. Wherein, the first unit reactor comprises a combustion plate assembly comprising a combustion catalyst, and the reforming plate assembly comprising a reforming catalyst, the second unit reaction device for the heat exchange plate assembly and the heat exchange A plate assembly, wherein the third unit reactor includes plate assemblies for heat exchange, and the combustion plate assembly of the first unit reactor includes heat exchange plate assemblies of the third unit reactor. Connected to any one of, the other heat exchanger plate assembly of the three unit reactor is connected to the combustion plate assembly of the first unit reactor, and The plate assembly for heat exchange of the second unit reactor is connected to the reforming plate assembly of the first unit reactor.

본 발명에 따른 수소생산장치를 이용하는 수소생산방법은, 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치를 포함하여 이루어지 되, 상기 판조립체들이 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합되도록 함으로써 구성되며, 상기 연소용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 연소촉매들을 포함하고, 상기 개질용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 개질촉매들을 포함하여 이루어지는 수소생산장치를 이용하여 수소를 생산함에 있어서, (1) 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 함께 공급하여 상기 연소용 판조립체 내에서 연소시키고, 그 열을 이용하여 상기 연소용 판조립체에 인접하는 개질용 판조립체를 가열시키는 제1연소단계; 및 (2) 상기 가열된 개질용 판조립체에 메탄올과 물의 혼합물로 이루어지는 개질원료를 공급하여 개질시켜 수소를 생산하는 개질단계;들을 포함하여 이루어진다.The hydrogen production method using the hydrogen production apparatus according to the present invention, the first unit reaction of at least one combined combustion / reforming comprising a combustion plate assembly comprising a combustion catalyst and a reforming plate assembly comprising a reforming catalyst And the apparatus, wherein the plate assemblies are configured by coupling a pair of microchannel plates having microchannels formed on a surface of one side thereof so that the microchannels face each other so as to be bonded to each other. Is a combustion catalyst in the microchannels, and the reforming plate assembly is configured to produce hydrogen using a hydrogen production device comprising reforming catalysts in the microchannels. The combustion plate assembly by supplying a gaseous fuel and an oxidant together to the plate assembly for A first combustion step of burning inside and heating the reforming plate assembly adjacent to the combustion plate assembly using the heat; And (2) a reforming step of supplying and reforming the reformed raw material consisting of a mixture of methanol and water to the heated reforming plate assembly to produce hydrogen.

본 발명에 따른 수소생산장치를 이용하는 수소생산방법은, 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치와, 적어도 하나 이상의 기화용의 제2단위반응장치 및 적어도 하나 이상의 열교환용의 제3단위반응장치들을 포함하여 이루어지되, 상기 제1단위반응장치가 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제2단위반응장치가 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제3단위반응장치가 열교환용의 판조립체들을 포함하여 이루어지며, 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체가 상기 제3단위반응장치의 열교환용 판조립체들 중 어느 하나에 연결되고, 상기 3단위반응장치의 다른 하나의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치의 상기 연소용 판조립체에 연결되고, 상기 제2단위반응장치의 열교환용 판조립체가 상 기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체에 연결되어 이루어지는 수소생산장치를 이용하여 수소를 생산함에 있어서, (1) 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 공급하여 연소시키는 제1연소단계; (2) 상기 제1연소단계에서 상기 연소용 판조립체로부터 배출되는 배가스를 상기 제3단위반응장치의 어느 하나의 열교환용 판조립체를 경유하여 배출시켜 상기 제3단위반응장치를 80 내지 100℃의 온도범위로 예열시키는 제1예열단계; (3) 상기 제3단위반응장치의 다른 하나의 열교환용 판조립체를 경유하여 액상의 연료를 공급, 기화시켜 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체로 공급하고, 동시에 산화제를 함께 공급하여 연소시켜 상기 제1단위반응장치를 260 내지 320℃로 가열시키는 제2연소단계; (4) 상기 제2단위반응장치의 상기 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 공급하여 연소시켜 상기 제2단위반응장치를 110 내지 200℃로 가열시키는 제3연소단계; (5) 상기 제2단위반응장치의 상기 열교환용 판조립체에 개질을 위한 원료로서의 메탄올과 물의 혼합물을 통과시키는 것에 의해 기화시켜 상기 제1단위반응장치의 상기 개질용 판조립체로 공급하는 기화단계; 및 (6) 상기 기화단계에서 기화된 원료를 상기 제1단위반응장치의 상기 개질용 판조립체에 통과시켜 수소로 개질시키는 개질단계;들을 포함하여 이루어진다.The hydrogen production method using the hydrogen production apparatus according to the present invention includes at least one combustion / reforming combined first unit reactor, at least one second unit reactor for vaporization, and at least one third unit for heat exchange. It comprises a reactor, wherein the first unit reactor comprises a combustion plate assembly comprising a combustion catalyst, and a reforming plate assembly including a reforming catalyst, the second unit reaction device for combustion It comprises a plate assembly and a heat exchange plate assembly, wherein the third unit reactor comprises a plate heat exchanger, the combustion plate assembly of the first unit reactor is the third unit of the reactor Is connected to any one of the heat exchanger plate assembly, the other heat exchanger plate assembly of the three unit reaction apparatus for the combustion of the first unit reaction apparatus In the production of hydrogen using a hydrogen production device is connected to the assembly, the heat exchange plate assembly of the second unit reactor is connected to the reforming plate assembly of the first unit reaction device, (1) A first combustion step of supplying gaseous fuel and oxidant to the combustion plate assembly of the one-unit reactor for combustion; (2) exhausting the exhaust gas discharged from the combustion plate assembly in the first combustion step via any one heat exchanger plate assembly of the third unit reaction device to discharge the third unit reaction device at 80 to 100 ° C. A first preheating step of preheating to a temperature range; (3) A liquid fuel is supplied and vaporized through another heat exchange plate assembly of the third unit reactor to the combustion plate assembly of the first unit reactor, and at the same time, an oxidant is supplied together to burn the fuel. A second combustion step of heating the first unit reactor to 260 to 320 ° C; (3) a third combustion step of heating the second unit reactor to 110 to 200 ° C. by supplying gaseous fuel and an oxidant to the combustion plate assembly of the second unit reactor to burn the fuel; (5) vaporizing the vaporized by passing a mixture of methanol and water as a raw material for reforming through the heat exchanger plate assembly of the second unit reactor and supplying it to the reforming plate assembly of the first unit reactor; And (6) a reforming step of passing the raw material vaporized in the vaporization step through the reforming plate assembly of the first unit reaction device and reforming it with hydrogen.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수소생산장치는, 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치(11)를 포함하여 이루 어지되, 상기 판조립체들이 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합되도록 함으로써 구성되며, 상기 연소용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 연소촉매들을 포함하고, 상기 개질용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 개질촉매들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에서는 개질을 위한 열을 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체와 인접하게 위치하는 연소용 판조립체로부터 얻을 수 있도록 함으로써 개질반응을 최적의 온도에서 수행할 수 있도록 함으로써 열효율을 높임과 동시에 수소로의 전환율을 높일 수 있도록 한 점에 특징이 있는 것이다. 또한 연소반응이 일어나는 연소기의 기능을 연소용 판조립체로 구성하고, 이 연소용 판조립체에서의 연소반응이 마이크로채널 내에서 수행되도록 함으로써 종래의 수소발생장치에서의 연소기의 기능을 수행하면서도 소형화가 가능하도록 한 점 및 개질반응이 일어나는 개질기의 기능을 개질용 판조립체로 구성하고, 이 개질용 판조립체에서의 개질반응이 마이크로채널 내에서 수행되도록 함으로써 종래의 수소발생장치에서의 개질기의 기능을 수행하면서도 소형화가 가능하도록 한 점에 특징이 있는 것이다. 더욱이 본 발명에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 연소용 판조립체(41´)와 개질용 판조립체(41˝)를 포함하여 이루어지는 상기 제1단위반응장치(11)를 상기 연소용 판조립체(41´)와 개질용 판조립체(41˝)들이 서로 교대로 위치하여 적층되도록 함으로써 연소열을 최대한 개질반응에서 활용할 수 있도록 하였다. 상기에서 제1단위반응장치(11)에서의 제1이라는 표현은 연소촉매와 개질촉매를 모두 포함하는 단위반응장치를 구별하여 표시하기 위한 것이다. 상 기에서 연소촉매로는 백금(platinum), 로듐(rhodium), 루테늄(ruthenium), 오스뮴(osmium), 이리듐(iridium), 팔라듐(palladium) 등과 같은 백금족 원소, 금, 은, 동 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 것이 될 수 있다. 특히, 상기 연소촉매는 촉매지지체에 담지되어 사용될 수 있다. 상기 연소촉매의 담지는 촉매지지체를 먼저 코팅하고, 상기 연소촉매의 수용액을 연소촉매의 양이 상기 촉매지지체 대비 0.1 내지 5중량%가 되도록 첨가한 후, 건조 및 소성처리하는 것으로 이루어진다. 상기에서 촉매지지체로는 산화알루미늄, α-산화알루미늄, 산화지르코늄(ZrO2), 실리카(silica ; SiO2) 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 α-산화알루미늄이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 달리 탄화수소나 알코올 등의 산화를 촉진시키는데 사용될 수 있는 다른 촉매들 역시 본 발명에서 사용될 수 있음은 당연히 이해될 수 있는 것이다.As shown in FIG. 1, the apparatus for producing hydrogen according to the present invention includes at least one combustion / modification combined agent comprising a combustion plate assembly including a combustion catalyst and a reforming plate assembly including a reforming catalyst. 1 unit reaction apparatus 11, wherein the plate assemblies are configured by coupling a pair of microchannel plates having microchannels formed on a surface of one side thereof so that the microchannels face each other and are coupled to each other. The combustion plate assembly includes combustion catalysts in the microchannels, and the reforming plate assembly includes reforming catalysts in the microchannels. Therefore, in the present invention, the heat for reforming can be obtained from the combustion plate assembly positioned adjacent to the reforming plate assembly including the reforming catalyst, thereby allowing the reforming reaction to be carried out at an optimum temperature, thereby increasing the thermal efficiency and hydrogen. One of the features is that it can increase the conversion rate. In addition, the combustor in which the combustion reaction occurs is composed of a combustion plate assembly, and the combustion reaction in the combustion plate assembly is performed in a microchannel, thereby miniaturizing the function of the combustor in the conventional hydrogen generator. The reformer plate assembly is composed of the reforming plate assembly and the reformer in which the reforming reaction takes place, and the reforming reaction in the reforming plate assembly is performed in a microchannel, while performing the function of the reformer in the conventional hydrogen generator. It is characterized by the fact that miniaturization is possible. Furthermore, according to the present invention, as shown in FIG. 2, the combustion unit includes the first unit reactor 11 comprising the combustion plate assembly 41 'and the reforming plate assembly 41'. The assembly 41 'and the reforming plate assembly 41' are alternately positioned and stacked so that the heat of combustion can be utilized in the reforming reaction as much as possible. In the above description, the first expression in the first unit reaction apparatus 11 is for distinguishing and displaying a unit reaction apparatus including both a combustion catalyst and a reforming catalyst. The combustion catalyst is a platinum group element such as platinum, rhodium, ruthenium, osmium, iridium, palladium, gold, silver, copper, or two of them. It may be selected from the group consisting of the above mixture. In particular, the combustion catalyst may be supported on the catalyst support. The supporting of the combustion catalyst is first coated with a catalyst support, and the aqueous solution of the combustion catalyst is added so that the amount of the combustion catalyst is 0.1 to 5% by weight relative to the catalyst support, followed by drying and calcining. The catalyst support may be selected from the group consisting of aluminum oxide, α-aluminum oxide, zirconium oxide (ZrO 2 ), silica (SiO 2 ) or a mixture of two or more thereof, preferably α-oxidation Aluminum can be used. However, it is to be understood that the present invention is not limited thereto, and other catalysts that may be used to promote oxidation of hydrocarbons or alcohols may also be used in the present invention.

상기에서 개질촉매로는 구리/산화세륨/산화지르코늄(Cu/CeO2/ZrO2)의 합성물, 구리/산화아연/산화알루미늄(Cu/ZnO2/Al2O3)의 합성물, 구리/산화세륨/산화알루미늄(Cu/CeO2/Al2O3)의 합성물, 구리/산화지르코늄/산화알루미늄(Cu/ZrO2/Al2O3)의 합성물, 구리-아연-알루미늄 산화물 고용체(solid-solution CuZnAl oxide) 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 구리 : 아연 : 알루미늄 산화물을 3 내지 5 : 3 내지 5 : 1 내지 3의 중량비로 하여 공침법으로 합성한 것을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 달리 탄화수소나 알코올 등을 개질시켜 수 소를 생산하는데 사용될 수 있는 다른 촉매들 역시 본 발명에서 사용될 수 있음은 당연히 이해될 수 있는 것이다.As the reforming catalyst, a composite of copper / cerium oxide / zirconium oxide (Cu / CeO 2 / ZrO 2 ), a composite of copper / zinc oxide / aluminum oxide (Cu / ZnO 2 / Al 2 O 3 ), and copper / cerium oxide / Composite of aluminum oxide (Cu / CeO 2 / Al 2 O 3 ), composite of copper / zirconium oxide / aluminum oxide (Cu / ZrO 2 / Al 2 O 3 ), copper-zinc-aluminum oxide solid solution (solid-solution CuZnAl oxide) and the like, and preferably copper: zinc: aluminum oxide may be synthesized by coprecipitation using a weight ratio of 3 to 5: 3 to 5: 1 to 3. However, the present invention is not limited thereto, and it is naturally understood that other catalysts that may be used to produce hydrogen by reforming hydrocarbons or alcohols may also be used in the present invention.

상기 제1단위반응장치(11)를 구성하는 단위반응장치(41)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 2개의 금속블럭들로 이루어지는 케이스들(42, 42´)을 포함하며, 상기 케이스들(42, 42´) 사이에 상기 연소용 판조립체(41´)와 개질용 판조립체(41˝)들이 다수 서로 교대로 적층되어 고정된다. 상기 케이스들(42, 42´) 중 상케이스(42)에는, 예를 들어, 연소기출구(43´)와 개질기출구(44´)가 형성되며, 하케이스(42´)에는 연소기입구(43)와 개질기입구(44)가 형성된다. 그러나 이들 인용부호들은 단지 참고를 위한 것이며, 그 역으로도 가능하게 기능할 수 있음은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다. 그러나 이들 인용부호들은 단지 참고를 위한 것이며, 그 역으로도 가능하게 기능할 수 있음은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다. 상기 단위반응장치의 하나의 구체적인 예를 부분적으로 분해하여 촬영한 사진을 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 실제의 구성의 한 예에서는, 상기 마이크로채널판(45)의 두께는 약 0.3㎜이고, 마이크로채널의 깊이는 10 내지 150㎛로 형성시켰다. 채널은 평행사변형 형태로 금속판 상에 형성되고, 금속판의 각 꼭지점들에는 유체의 흐름을 가능하게 하는 구멍들이 형성된다.As shown in FIG. 2, the unit reaction device 41 constituting the first unit reaction device 11 includes cases 42 and 42 ′ formed of two metal blocks. The combustion plate assembly 41 'and the reforming plate assembly 41' are alternately stacked and fixed to each other between 42 and 42 '. The upper case 42 of the cases 42 and 42 ', for example, is formed with a combustion outlet 43' and a reformer outlet 44 ', and the lower case 42' with a combustion inlet 43. And a reformer inlet 44 is formed. However, it is obvious to those skilled in the art that these quotation marks are for reference only and vice versa. However, it is obvious to those skilled in the art that these quotation marks are for reference only and vice versa. 3 shows a photograph taken by partially decomposing one specific example of the unit reaction apparatus. In one example of the actual configuration shown in FIG. 3, the thickness of the microchannel plate 45 was about 0.3 mm, and the depth of the microchannel was formed to be 10 to 150 mu m. Channels are formed on the metal plate in the form of parallelograms, and at each vertex of the metal plate holes are formed to enable the flow of fluid.

상기 단위반응장치(41)를 구성하는 상기 판조립체들은, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 공통적으로 일측의 표면 상에 마이크로채널들(51, 51´)이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들(45, 45´)을 상기 마이크로채널들(51, 51´)이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합되도록 함으로써 구성되며, 상기 연소용 판 조립체(41´)는 상기 마이크로채널들(51, 51´) 내에 연소촉매들을 포함하고, 상기 개질용 판조립체(41˝)는 상기 마이크로채널들(51, 51´) 내에 개질촉매들을 포함하여 이루어진다. 상기 케이스와 마이크로채널판들은 모두 금속으로 성형될 수 있으며, 바람직하게는 스테인레스스틸 등과 같이 내식성과 내열성이 우수한 재질로 성형될 수 있다. 상기 마이크로채널판들(45, 45´) 사이에는 도 6에 도시한 바와 같은 개스킷(61)이 개재될 수 있다. 상기 개스킷(61)은 바람직하게는 구리판으로 이루어질 수 있으며, 상기 마이크로채널판들(45, 45´) 사이에 일정한 공간을 형성하기 위한 개구(62)와 관통홀(63)들이 형성되어 이루어진다. 따라서 상기 판조립체들은, 도 2에 일례를 들어 나타낸 바와 같이, 연소용 판조립체(41´)와 개질용 판조립체(41˝) 등과 같이 2개 이상이 서로 적층되어 이루어질 수 있으며, 필요에 따라, 즉 생산하고자 하는 수소의 양 등에 따라 상기 연소용 판조립체(41´)와 개질용 판조립체(41˝)들의 적층 갯수를 증감할 수 있다. 각 판조립체들의 내부에는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 다수의 채널형성공간(71)들이 형성되며, 그 내부벽들이 상기한 연소용 촉매 또는 개질용 촉매 등과 같은 촉매들이 코팅되는 촉매코팅부(72)로 기능한다. As shown in FIGS. 2, 4, and 5, the plate assemblies constituting the unit reactor 41 have a pair of microchannels 51, 51 ′ formed on a surface of one side in common. The microchannel plates 45 and 45 'are configured such that the microchannels 51 and 51' face each other and are coupled to each other, and the combustion plate assembly 41 'is connected to the microchannels ( 51, 51 ') and combustion catalysts, and the reforming plate assembly 41' comprises reforming catalysts in the microchannels 51, 51 '. Both the case and the microchannel plate may be formed of a metal, and preferably, may be formed of a material having excellent corrosion resistance and heat resistance, such as stainless steel. A gasket 61 as illustrated in FIG. 6 may be interposed between the microchannel plates 45 and 45 ′. The gasket 61 may be preferably made of a copper plate, and may include an opening 62 and through holes 63 for forming a predetermined space between the microchannel plates 45 and 45 '. Therefore, the plate assembly, as shown in FIG. 2 as an example, may be formed by stacking two or more of each other, such as a combustion plate assembly 41 'and a reforming plate assembly 41', and, if necessary, That is, the stacking number of the combustion plate assembly 41 ′ and the reforming plate assembly 41 ′ may be increased or decreased according to the amount of hydrogen to be produced. In each of the plate assemblies, as shown in FIG. 7, a plurality of channel forming spaces 71 are formed, and the inner walls of the catalyst coating unit 72 are coated with catalysts such as a catalyst for combustion or a reforming catalyst. Function as.

상기 마이크로채널판들(45, 45´) 중 상마이크로채널판(45)은, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 하나의 입구(46)와 하나의 출구(47)가 서로에 대해 대각선 방향으로 위치하고, 제1연결구(48)와 제2연결구(49)가 역시 서로에 대해 대각선 방향으로 위치하며, 상기 입구(46)와 출구(47) 사이가 이들 입구(46)와 출구(47)들을 포함하여 표면으로부터 일정 깊이로 파여진 홈으로 형성되고, 상기 홈의 벽이 상기 마이크로채널(51)들을 통과하는 연료 또는 원료의 흐름 방향을 제한하는 차단벽(53)으로 기능한다. 상기 홈 내에서 상기 마이크로채널(51)들은 격벽(52)들에 의해 구분되어 다수개로 형성된다. 상기 입구(46)와 출구(47) 근처에는 이들 입구(46) 또는 출구(47)로부터 다수의 마이크로채널(51)들로 연료 또는 원료들을 확산시키거나 또는 이들 입구(46) 또는 출구(47)들에로 연료 또는 원료들이 수집되도록 이들 연료 또는 원료들의 흐름을 제한하는 수렴홈(54)들 및 수렴돌기(55)들이 다수 형성된다. 상기 마이크로채널판들(45, 45´) 중 하마이크로채널판(45´)은 상기 상마이크로채널판(45)과 동일하나, 거울상으로 대칭되는 구조를 가지며, 따라서 동일한 부호를 인용하며, 단지 부호(´)로 구분하여 표시하였다.Among the microchannel plates 45 and 45 ', the upper microchannel plate 45 has one inlet 46 and one outlet 47 in a diagonal direction with respect to each other, as shown in FIGS. 4 and 5. And the first connector 48 and the second connector 49 are also positioned diagonally with respect to each other, and between the inlet 46 and the outlet 47 are connected to the inlet 46 and the outlet 47. It is formed as a groove which is dug to a predetermined depth from the surface, the wall of the groove functions as a barrier wall 53 for restricting the flow direction of fuel or raw material passing through the microchannels (51). The microchannels 51 are separated by the partitions 52 in the groove, and a plurality of the microchannels 51 are formed. Near the inlet 46 and the outlet 47, diffuse fuel or raw materials from these inlets 46 or outlets 47 into the plurality of microchannels 51 or these inlets 46 or outlets 47. Many converging grooves 54 and converging protrusions 55 are formed to restrict the flow of these fuels or raw materials so that fuel or raw materials are collected into the field. The lower microchannel plate 45 'of the microchannel plates 45 and 45' is the same as the upper microchannel plate 45, but has a mirror-symmetrical structure, and therefore, refers to the same reference numeral, And separated by (´).

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 2개 이상의 연소용 판조립체(41´)와 개질용 판조립체(41˝)들이 서로에 대해 교대로 적층되어 있는 경우에서도 연료의 흐름과 원료의 흐름이 서로 교차되지 않게 된다. 도 2를 기준으로 볼 때, 하케이스(42´)의 연소기입구(43)로 유입된 연료의 일부는 그 상방에 위치하는 제1개질용 판조립체(41˝)의 제2연결구(49)를 통과한 후, 제1연소용 판조립체(41´)의 입구(46)로 유입되어 상기 제1연소용 판조립체(41´)의 내부의 마이크로채널들을 통과하면서 연소된 후, 제1연소용 판조립체(41´)의 출구(47)를 통하여 방출된 후, 그 상방에 위치하는 제2개질용 판조립체(41˝)의 제2연결구(49) 및 제2연소용 판조립체(41´)의 출구(47)를 통과하여 상케이스(42)의 연소기 연소기출구(43´)를 통하여 배출된다. 한편, 하케이스(42´)의 연소기입구(43)로 유입되어 그 상방에 위치하는 제1개질용 판조립체(41˝)의 제2연결구(49)를 통과한 연 료의 다른 일부는 제1연소용 판조립체(41´)의 입구(46) 및 제2개질용 판조립체(41˝)의 제1연결구(48)를 통과하여 제2연소용 판조립체(41´)의 입구(46)로 유입되어 상기 제2연소용 판조립체(41´)의 내부의 마이크로채널들을 통과하면서 연소된 후, 제2연소용 판조립체(41´)의 출구(47)를 통하여 방출된 후, 상케이스(42)의 연소기 연소기출구(43´)를 통하여 배출된다. 이는 개질용 판조립체(41˝)에 대한 원료의 흐름에서도 동일한 방법으로 적용되며, 그에 따라 연료와 원료가 그 흐름이 서로 구분되어 흐를 수 있게 된다.In addition, as shown in Fig. 2, according to the present invention, at least two or more combustion plate assemblies 41 'and reforming plate assemblies 41' are alternately stacked with respect to each other. The flow of raw materials does not cross each other. Referring to FIG. 2, a portion of the fuel introduced into the combustion inlet 43 of the lower case 42 ′ is connected to the second connector 49 of the first reforming plate assembly 41 ′ located above. After passing through, it enters the inlet 46 of the first combustion plate assembly 41 'and burns while passing through the microchannels inside the first combustion plate assembly 41', and then burns the first combustion plate. After being discharged through the outlet 47 of the assembly 41 ', the second connector 49 and the second combustion plate assembly 41' of the second reforming plate assembly 41 'positioned above it. Passing through the outlet 47 is discharged through the combustor combustor outlet 43 'of the upper case 42. On the other hand, the other part of the fuel flowing into the combustion inlet 43 of the lower case 42 ′ and passed through the second connector 49 of the first reforming plate assembly 41 ′ located above is the first portion. Pass through the inlet 46 of the combustion plate assembly 41 'and the first connector 48 of the second reforming plate assembly 41' to the inlet 46 of the second combustion plate assembly 41 '. After entering and burning while passing through the microchannels inside the second burning plate assembly 41 ', after being discharged through the outlet 47 of the second burning plate assembly 41', the upper case 42 Is discharged through the combustor combustor outlet 43 '. The same applies to the flow of the raw material for the reforming plate assembly 41 ', so that the fuel and the raw material can flow separately from each other.

상기 연소기입구(43)을 경유하여 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)를 수소공급원(21)과 제1산소공급원(22)에 연결하여 기상의 연료, 바람직하게는 수소를 공급하면서 동시에 산화제, 바람직하게는 산소 또는 공기를 공급하여 상기 연소용 판조립체(41´) 내에서 연소시키는 것에 의해 연소열을 발생시키고, 이를 이용하여 그에 인접하는 개질용 판조립체(41˝)에 열을 공급하고, 상기 개질용 판조립체(41˝)를 원료공급원(27)에 연결하여 개질을 위한 메탄올과 물의 혼합물인 개질원료를 공급하여 메탄올을 수소로 전환시켜 수소를 생산할 수 있게 된다. 상기 제1단위반응장치(11)의 상기 연소용 판조립체(41´)에는 연소열을 이용하는 대신 그 내부로 열유체를 통과시키는 것에 의해서도 개질반응을 일으키는 것이 가능하며, 주로 폐열이 많이 발생하는 장소에서는 이러한 폐열을 갖는 열유체를 이용할 수도 있음은 당업자에게는 당연히 이해될 수 있는 것이다. 이 경우, 상기 연소용 판조립체(41´)의 내부에는 연소촉매를 포함하지 않을 수 있다.The combustion plate assembly 41 'of the first unit reactor 11 is connected to the hydrogen supply source 21 and the first oxygen supply source 22 via the combustor inlet 43. The combustion heat is generated by simultaneously supplying hydrogen and supplying an oxidant, preferably oxygen or air, and burning it in the combustion plate assembly 41 ′, and using this to modify the adjacent plate assembly 41. ) To supply heat and to the reforming plate assembly (41) to the raw material supply source (27) to supply a reforming material, which is a mixture of methanol and water for reforming, to convert methanol into hydrogen to produce hydrogen. . Instead of using combustion heat, the reforming plate assembly 41 'of the first unit reactor 11 can generate a reforming reaction by passing a heat fluid therein. It is obvious to those skilled in the art that a thermofluid having such waste heat may be used. In this case, the combustion catalyst may not be included in the combustion plate assembly 41 ′.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 제1단위반응장치(11)에는 제3단위반응장치(12)가 더 연결될 수 있다. 상기 제3단위반응장치(12)는 열교환용 판조립체들을 포함하여 이루어지고, 상기 열교환용 판조립체들은 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합시켜서 이루어진다. 상기 열교환용 판조립체들은 연소촉매 또는 개질촉매 등과 같은 촉매들을 전혀 포함하지 않으며, 단지 상기한 마이크로채널을 통하여 유체들이 통과하도록 하며, 그에 의해 인접한 판조립체들을 통과하는 유체들 간에 열교환이 이루어지도록 기능하는 것을 제외하고는 상기한 바의 연소용 판조립체 또는 개질용 판조립체와 동일 또는 유사한 구조를 갖는 것으로 이해될 수 있다. 상기에서 제3단위반응장치(12)에서의 제3이라는 표현은 연소촉매 또는 개질촉매를 모두 포함하지 않는 단위반응장치를 구별하여 표시하기 위한 것이다. 상기 제3단위반응장치(12)는 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)에 연결되되, 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)의 출구에 상기 제3단위반응장치(12)의 어느 하나의 열교환용 판조립체의 입구에 연결될 수 있다. 따라서 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)로부터 방출되는 배가스가 상기 제3단위반응장치(12)의 어느 하나의 열교환용 판조립체를 통과하면서 그에 인접하는 다른 하나의 열교환용 판조립체를 가열시켜, 그 내부를 통과하는 유체를 가열할 수 있게 된다. 이때, 상기 다른 하나의 열교환용 판조립체에 제1연료공급원(24)을 여결하고, 이로부터 공급되는 액상의 연료를 상기 다른 하나의 열교환용 판조립체에 통과시키면, 이 액상의 연료가 기화되게 되고, 이 기화된 연료가 다시 상기 제1 단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)로 연결되어 연소반응이 계속되도록 할 수 있다. 따라서, 초기 예열 동안에 기상의 연료를 사용하여 상기 제1단위반응장치(11)와 상기 제3단위반응장치(12)를 소정의 온도, 예를 들어, 상기 제1단위반응장치(11)는 260 내지 320℃의 온도범위로, 그리고 상기 제3단위반응장치(12)는 80 내지 100℃의 온도범위로 예열시킨 후, 기상의 연료를 차단하고, 상기 제3단위반응장치(12)에 의해 기화된 연료를 사용하여 연소반응을 지속시키면서 개질반응을 계속하도록 할 수 있다. 이는 소형화된 수소발생장치를 운전함에 있어서, 취급 및 보관이 불편한 기상의 연료의 사용을 최소화하고, 보다 취급 및 보관이 간편한 액상의 연료를 사용하도록 할 수 있다. 상기 액상의 연료로는 바람직하게는 메탄올이 될 수 있다. 상기한 바와 같은 구성에 의하여 적어도 상기 제1단위반응장치(11)로부터 발생되는 배가스의 폐열을 이용하여 액상의 연료를 기화시켜 연료로 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 것을 가능하게 한다.As shown in FIG. 1, a third unit reaction device 12 may be further connected to the first unit reaction device 11. The third unit reaction device 12 includes heat exchanger plate assemblies, and the heat exchanger plate assemblies allow the microchannels to face each other with a pair of microchannel plates having microchannels formed on one surface thereof. By combining them with each other. The heat exchanger plate assemblies do not contain any catalysts such as combustion catalysts or reforming catalysts, and only function to allow fluids to pass through the microchannel, thereby allowing heat exchange between fluids passing through adjacent plate assemblies. Except that it can be understood to have the same or similar structure as the burning plate assembly or reforming plate assembly as described above. In the above, the third expression in the third unit reaction device 12 is for distinguishing and displaying unit reaction devices that do not include both the combustion catalyst or the reforming catalyst. The third unit reactor 12 is connected to the combustion plate assembly 41 'of the first unit reactor 11, and the combustion plate assembly 41' of the first unit reactor 11 is carried out. It may be connected to the inlet of any one heat exchange plate assembly of the third unit reactor 12 at the outlet of. Therefore, the exhaust gas discharged from the combustion plate assembly 41 ′ of the first unit reaction device 11 passes through one of the heat exchanger plate assemblies of the third unit reaction device 12 and the other one adjacent thereto. By heating the plate assembly for heat exchange, it becomes possible to heat the fluid passing through the inside. At this time, when the first fuel supply source 24 is circulated to the other heat exchange plate assembly, and the liquid fuel supplied therefrom passes through the other heat exchange plate assembly, the liquid fuel is vaporized. In addition, the vaporized fuel may be connected to the combustion plate assembly 41 ′ of the first unit reaction device 11 to continue the combustion reaction. Thus, during the initial preheating, the first unit reactor 11 and the third unit reactor 12 are operated at a predetermined temperature, for example, using the gaseous fuel. To a temperature range of 320 ° C., and the third unit reaction device 12 is preheated to a temperature range of 80 to 100 ° C., after which the gaseous fuel is shut off and vaporized by the third unit reaction device 12. The spent fuel can be used to continue the reforming reaction while continuing the combustion reaction. This can minimize the use of gaseous fuels, which are inconvenient to handle and store, while operating the miniaturized hydrogen generator, and allow the use of liquid fuel that is easier to handle and store. The liquid fuel may preferably be methanol. The configuration as described above makes it possible to vaporize the liquid fuel using at least the waste heat of the exhaust gas generated from the first unit reactor 11 so that it can be efficiently used as fuel.

상기 제1단위반응장치(11)에는 제2단위반응장치(13)가 더 연결될 수 있다. The second unit reaction device 13 may be further connected to the first unit reaction device 11.

상기 제2단위반응장치(13)는 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어진다. 상기 제2단위반응장치(13)는 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41´)에 연결되되, 상기 제2단위반응장치의 열교환용 판조립체의 출구가 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체의 입구에 연결될 수 있다. 상기에서 제2단위반응장치(13)의 연소용 판조립체는 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)와 동일 또는 유사한 구성을 갖는 것으로 이해될 수 있다. 또한 상기 제2 단위반응장치(13)의 열교환용 판조립체는 상기 제3단위반응장치(12)의 열교환용 판조립체와 동일 또는 유사한 구성을 갖는 것으로 이해될 수 있다. 상기에서 제2단위반응장치(13)에서의 제2라는 표현은 연소촉매 만을 포함하는 단위반응장치를 구별하여 표시하기 위한 것이다. 상기 제2단위반응장치(13)는 상기 제1단위반응장치(11)에 공급되는 원료로서의 메탄올과 물의 혼합물을 가열, 기화시켜, 상기 제1단위반응장치(11)에서의 개질반응을 촉진시키는 기능을 한다. 즉, 상기 제2단위반응장치(13)의 연소용 판조립체에 수소공급원(21)과 제2산소공급원(25)을 연결하여 기상의 연료와 산화제를 함께 공급하여 연소시켜 그 연소열로 상기 제2단위반응장치(13) 내의 연소용 판조립체에 인접하는 열교환용 판조립체를 가열시키고, 상기 열교환용 판조립체에 원료공급원(27)을 연결하여 원료가 그 내부를 통과하도록 하여 원료로서의 메탄올과 물의 혼합물을 통과시켜 기화시키고, 기화된 원료를 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41´)에 공급하여 개질시키도록 한다. 상기 제2단위반응장치(13)는 예를 들어 110 내지 200℃의 온도범위로 유지될 수 있다.The second unit reaction device 13 includes a plate assembly for combustion and a plate assembly for heat exchange. The second unit reaction device 13 is connected to the reforming plate assembly 41 'of the first unit reaction device 11, and the outlet of the heat exchange plate assembly of the second unit reaction device is the first unit. It may be connected to the inlet of the reforming plate assembly of the reactor. In the above description, the combustion plate assembly of the second unit reaction device 13 may be understood to have the same or similar configuration as the combustion plate assembly 41 'of the first unit reaction device 11. In addition, the plate assembly for heat exchange of the second unit reactor 13 may be understood to have the same or similar configuration as the plate assembly for heat exchange of the third unit reactor 12. In the above description, the second expression in the second unit reaction device 13 is used to distinguish and display a unit reaction device including only a combustion catalyst. The second unit reactor (13) heats and vaporizes a mixture of methanol and water as raw materials supplied to the first unit reactor (11) to promote the reforming reaction in the first unit reactor (11). Function That is, the hydrogen supply source 21 and the second oxygen supply source 25 are connected to the combustion plate assembly of the second unit reaction device 13 to supply the gaseous fuel and the oxidant together to burn the second fuel as the combustion heat. The heat exchanger plate assembly adjacent to the combustion plate assembly in the unit reaction apparatus 13 is heated, and a raw material source 27 is connected to the heat exchanger plate assembly so that the raw material passes therethrough, so that the mixture of methanol and water as a raw material. It passes through and vaporizes, and the vaporized raw material is supplied to the reforming plate assembly 41 'of the first unit reactor 11 to be reformed. The second unit reaction device 13 may be maintained at a temperature range of, for example, 110 to 200 ° C.

상기 제2단위반응장치(13)와 상기 제1단위반응장치(11) 사이에 제4단위반응장치(15)가 더 연결될 수 있다. 상기 제4단위반응장치(15)는 열교환용 판조립체들을 포함하여 이루어진다. 상기에서 제4단위반응장치(15)에서의 제4이라는 표현은 연소촉매 또는 개질촉매를 모두 포함하지 않는 단위반응장치를 구별하여 표시하기 위한 것이다. 즉, 상기 제2단위반응장치(13)의 상기 연소용 판조립체의 입구에는 제4단위반응장치(15)의 열교환용 판조립체들 중 어느 하나의 열교환용 판조립체의 출구가 연결되고, 동시에 그 열교환용 판조립체의 입구에는 액상의 연료공급원인 제2연료공급원(26)이 연결되고, 상기 제4단위반응장치(15)의 다른 하나의 열교환용 판조립체의 입구에는 상기 제1단위반응장치(11)의 상기 개질용 판조립체(41˝)의 출구가 연결시키는 것에 의해, 그로부터 방출되는 생성물 흐름의 열을 이용하여 상기 액상의 연료를 기화시켜 상기 제2단위반응장치(13)의 상기 연소용 판조립체에 공급하여 연소반응이 일어나도록 할 수 있다. 이에 의해, 상기 수소공급원(21)으로부터 공급되는 기상의 연료를 차단하고, 상기 제4단위반응장치(15)에 의해 기화된 연료를 사용하여 연소반응을 지속시킬 수 있다. 이는 소형화된 수소발생장치를 운전함에 있어서, 취급 및 보관이 불편한 기상의 연료의 사용을 최소화하고, 보다 취급 및 보관이 간편한 액상의 연료를 사용하도록 할 수 있다. 상기 액상의 연료로는 바람직하게는 메탄올이 될 수 있다. 상기한 바와 같은 구성에 의하여 적어도 상기 제1단위반응장치(11)로부터 발생되는 생성물 흐름의 폐열을 이용하여 액상의 연료를 기화시켜 연료로 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 것을 가능하게 한다.A fourth unit reaction device 15 may be further connected between the second unit reaction device 13 and the first unit reaction device 11. The fourth unit reactor 15 includes plate assemblies for heat exchange. In the above description, the fourth expression in the fourth unit reaction device 15 is for distinguishing and displaying unit reaction devices that do not include both the combustion catalyst or the reforming catalyst. That is, the inlet of the heat exchanger plate assembly of the heat exchanger plate assembly of the fourth unit reactor 15 is connected to the inlet of the combustion plate assembly of the second unit reactor 13, and at the same time A second fuel supply 26, which is a liquid fuel supply source, is connected to an inlet of the heat exchanger plate assembly, and an inlet of the other heat exchanger plate assembly of the fourth unit reactor 15 is connected to the first unit reaction device ( By connecting the outlet of the reforming plate assembly 41 'of 11), the liquid fuel is vaporized using the heat of the product flow discharged therefrom for the combustion of the second unit reactor 13 The plate assembly may be supplied to allow combustion reactions to occur. As a result, the gaseous fuel supplied from the hydrogen supply source 21 can be shut off, and the combustion reaction can be continued by using the fuel vaporized by the fourth unit reactor 15. This can minimize the use of gaseous fuels, which are inconvenient to handle and store, while operating the miniaturized hydrogen generator, and allow the use of liquid fuel that is easier to handle and store. The liquid fuel may preferably be methanol. The configuration as described above makes it possible to vaporize the liquid fuel using at least the waste heat of the product stream generated from the first unit reactor 11 so that it can be efficiently used as fuel.

상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41˝)의 출구에는 프리퍼런셜 산화반응기(14)가 연결될 수 있다. 상기 프리퍼런셜 산화반응기(14)는 상기 제1단위반응장치(11)에 의해 개질되어 생산되는 생성물로서의 수소 중에 포함될 수 있는 일산화탄소를 제거하는 일산화탄소 산화반응을 수행하는 기능을 하며, 그에 의해, 별도의 정제 과정 없이, 본 발명에 따른 수소발생장치에서 생산되는 수소를 직접 연료전지 등에 공급하여 사용함에 있어서 연료전지의 전극에 영향을 줄 수 있는 일산화탄소를 최대한 제거하여 직접 연결하여 사용하는 것을 가능하게 한다. 상기 프리퍼런셜 산화반응기(14) 역시 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 판조립체들이 사용되고 있으며, 단지 앞서 설명한 바와 같은 연소용 판조립체의 연소촉매 또는 개질용 판조립체의 개질촉매 대신 프리퍼런셜 산화반응촉매를 더 포함하여 이루어지는 것을 제외하고는 상기 판조립체와 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있다. 상기 프리퍼런셜 산화반응기(14)에는 일산화탄소의 산화를 위한 산소 또는 공기를 공급하기 위한 제3산소공급원(28)이 연결된다. A primary oxidation reactor 14 may be connected to an outlet of the reforming plate assembly 41 ′ of the first unit reactor 11. The primary oxidation reactor 14 functions to perform a carbon monoxide oxidation reaction to remove carbon monoxide that may be included in hydrogen as a product produced by the first unit reaction apparatus 11 and is produced separately. In the process of supplying hydrogen produced in the hydrogen generating apparatus according to the present invention directly to the fuel cell without refining process, it is possible to directly remove and use carbon monoxide that may affect the electrode of the fuel cell. . The primary oxidation reactor 14 is also used as a plate assembly according to the present invention as described above, and instead of the combustion catalyst of the combustion plate assembly as described above or the reforming catalyst of the reforming plate assembly as described above. It may have the same or similar structure as the plate assembly except that it further comprises a catalyst. The primary oxidation reactor 14 is connected to a third oxygen source 28 for supplying oxygen or air for oxidation of carbon monoxide.

또한, 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41˝)와 상기 프리퍼런셜 산화반응기(14) 사이에 필터(31)가 연결될 수 있다. 상기 필터(31)는 통상의 기계식 필터가 될 수 있다.In addition, a filter 31 may be connected between the reforming plate assembly 41 ′ of the first unit reactor 11 and the primary oxidation reactor 14. The filter 31 may be a conventional mechanical filter.

본 발명에 따른 수소생산장치는, 도 1 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치(11)와, 적어도 하나 이상의 기화용의 제2단위반응장치(13) 및 적어도 하나 이상의 열교환용의 제3단위반응장치(12)들을 포함하여 이루어지되, 상기 제1단위반응장치(11)가 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체(41´)와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체(41˝)를 포함하여 이루어지고, 상기 제2단위반응장치(13)가 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제3단위반응장치(12)가 열교환용의 판조립체들을 포함하여 이루어지며, 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)가 상기 제3단위반응장치(12)의 열교환용 판조립체들 중 어느 하나에 연결되고, 상기 3단위반응장치(12)의 다른 하나의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치(11)의 상기 연소용 판조립체(41´)에 연결되고, 상기 제2단위반응장치(13)의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41˝)에 연결되어 이루어짐을 특징으로 한다.As shown in FIGS. 1 to 7, the hydrogen production apparatus according to the present invention includes at least one combustion / reforming combined first unit reactor 11 and at least one vaporization second unit reactor 13. ) And at least one third unit reactor 12 for heat exchange, wherein the first unit reactor 11 includes a combustion plate assembly 41 ′ comprising a combustion catalyst and a reforming catalyst. A reforming plate assembly (41˝) is included, and the second unit reactor (13) comprises a combustion plate assembly and a heat exchange plate assembly, and the third unit reaction device (12) And plate assembly for heat exchange, wherein the combustion plate assembly 41 ′ of the first unit reactor 11 is disposed on any one of the plate assemblies for heat exchange of the third unit reactor 12. Connected to another heat exchanger of the 3-unit reactor 12 An assembly is connected to the combustion plate assembly 41 ′ of the first unit reactor 11, and the heat exchange plate assembly of the second unit reactor 13 is connected to the first unit reactor 11. It is characterized in that it is made connected to the reforming plate assembly (41˝).

상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)에는 유로변경밸브(23)가 연결되며, 이 유로변경밸브(23)에는 수소공급원(21)이 연결된다. 상기 유로변경밸브(23)는 바람직하게는 4-웨이밸브가 될 수 있으며, 그에 의해 이에 연결된 수소공급원으로부터 공급되는 수소를 환원용으로서 먼저 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)에 주입하고, 이후 개질용 판조립체(41˝)에 환원용으로 주입하고, 마지막으로 제2반응장치(13)의 연소용 판조립체에 순차적으로 공급하도록 할 수 있다. 그에 의해, 상기 수소를 연료로 사용하는 것에 의해 상기 제1반응장치(11) 및 그에 연결된 상기 제3반응장치(12)의 온도가 연료로서의 메탄올의 끓는점 이상으로 올라가면 연료를 수소에서 메탄올로 대체하고, 계속되는 메탄올의 연소반응에 의해 상기 제1반응장치(11)의 온도를 환원온도(약 300℃)까지 상승시킨 후, 수소에 의해 상기 개질용 판조립체(41˝) 내의 개질촉매를 환원시킬 수 있다A flow path change valve 23 is connected to the combustion plate assembly 41 ′ of the first unit reactor 11, and a hydrogen supply source 21 is connected to the flow path change valve 23. The flow path changing valve 23 may preferably be a four-way valve, whereby the first plate reactor for combustion of the first unit reactor 11 is used for reducing hydrogen supplied from the hydrogen supply source connected thereto. 41 '), and then to the reforming plate assembly (41') for reduction, and finally supplied to the combustion plate assembly of the second reactor (13) sequentially. Thereby, if the temperature of the first reactor 11 and the third reactor 12 connected thereto by using the hydrogen rises above the boiling point of methanol as fuel, the fuel is replaced by hydrogen to methanol. After raising the temperature of the first reactor 11 to a reduction temperature (about 300 ° C.) by subsequent combustion of methanol, the reforming catalyst in the reforming plate assembly 41 can be reduced by hydrogen. have

상기한 바와 같은 구성에 의해, 본 발명에 따르면 연소반응을 마이크로채널을 포함하는 단위반응장치의 연소용 판조립체에서 수행하고, 그에 인접하게 개질용 판조립체를 적층하여 위치시키는 것에 의해, 개질반응이 일어나는 개질용 판조립체를 안정적인 운전온도를 유지하도록 함으로써 높은 메탄올 전환율과 생성물 중 수소의 조성을 높이고, 일산화탄소의 함량을 낮출 수 있어 높은 열효율과 높은 수소 생산성을 발휘할 수 있으며, 소형화가 가능하고, 일산화탄소 함량이 낮아 직접 연료전지 등에 부착되어 수소를 공급할 수 있도록 하는 장점을 제공한다. 또한, 프리퍼런셜 산화반응기를 더 포함하여 일산화탄소를 가능한 한 제거함으로써 연료전지의 전극의 활성저하 없이 연료전지를 운전하도록 할 수 있는 장점도 제공한다.According to the configuration as described above, according to the present invention, the reforming reaction is carried out by carrying out the combustion reaction in the combustion plate assembly of the unit reaction apparatus including the microchannel, and placing the reforming plate assembly adjacent thereto. By maintaining a stable operating temperature of the resulting reforming plate assembly can increase the high methanol conversion and the composition of hydrogen in the product, lower the content of carbon monoxide can exhibit high thermal efficiency and high hydrogen productivity, miniaturization, carbon monoxide content Low, it is directly attached to the fuel cell, etc. provides the advantage of supplying hydrogen. In addition, by further removing the carbon monoxide as possible by including a primary oxidation reactor, the fuel cell can be operated without deactivation of the electrode of the fuel cell.

본 발명에 따른 수소생산장치를 이용하는 수소생산방법은, 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치(11)를 포함하여 이루어지되, 상기 판조립체들이 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합되도록 함으로써 구성되며, 상기 연소용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 연소촉매들을 포함하고, 상기 개질용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 개질촉매들을 포함하여 이루어지는 수소생산장치를 이용하여 수소를 생산함에 있어서, (1) 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)에 기상의 연료와 산화제를 함께 공급하여 상기 연소용 판조립체(41´) 내에서 연소시키고, 그 열을 이용하여 상기 연소용 판조립체(41´)에 인접하는 개질용 판조립체(41˝)를 가열시키는 제1연소단계; 및 (2) 상기 가열된 개질용 판조립체(41˝)에 메탄올과 물의 혼합물로 이루어 지는 개질원료를 공급하여 개질시켜 수소를 생산하는 개질단계;들을 포함하여 이루어진다. 상기 제1연소단계에서 발생하는 연소열을 이용하여 개질용 판조립체(41˝)에 열을 공급하고, 이 열을 이용하여 개질반응을 수행할 수 있도록 한다. 따라서 연소반응을 마이크로채널을 포함하는 단위반응장치의 연소용 판조립체(41´)에서 수행하고, 그에 인접하게 개질용 판조립체(41˝)를 적층하여 위치시키는 것에 의해, 개질반응이 일어나는 개질용 판조립체(41˝)를 안정적인 운전온도인 260 내지 320℃의 온도범위로 일정하게 유지하도록 함으로써 높은 메탄올 전환율과 생성물 중 수소의 조성을 높이고, 일산화탄소의 함량을 낮출 수 있어 높은 열효율과 높은 수소 생산성을 발휘할 수 있도록 한 점에 특징이 있는 것이다. 상기에서 제1단위반응장치(11)의 온도가 260℃ 미만인 경우, 개질반응의 온도가 낮아 수소로의 전환율이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 320℃를 초과하는 경우, 생성물 중 일산화탄소의 함량이 높아져서 후속되는 프리퍼런셜 산화반응에 의해서도 일산화탄소의 농도를 충분히 낮추지 못하게 되고, 수소의 생산량이 저하되는 문제점이 있을 수 있다. 일산화탄소의 농도가 상대적으로 높아지게 되면 생성물로서의 수소를 연료전지의 원료로 직접 도입시키지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다.The hydrogen production method using the hydrogen production apparatus according to the present invention, the first unit reaction of at least one combined combustion / reforming comprising a combustion plate assembly comprising a combustion catalyst and a reforming plate assembly comprising a reforming catalyst Device 11, wherein the plate assemblies are configured by coupling a pair of microchannel plates having microchannels formed on a surface of one side with the microchannels facing each other so as to be bonded to each other. The plate assembly includes combustion catalysts in the microchannels, and the reforming plate assembly includes hydrogen in a hydrogen production apparatus including reforming catalysts in the microchannels. The combustion plate assembly 41 'of (11) is supplied with a gaseous fuel and an oxidant together for the combustion. A first combustion step of burning in the plate assembly 41 'and using the heat to heat the reforming plate assembly 41' adjacent to the combustion plate assembly 41 '; And (2) a reforming step of supplying a reformed raw material consisting of a mixture of methanol and water to the heated reforming plate assembly (41˝) to produce hydrogen by reforming. Using the heat of combustion generated in the first combustion step to supply heat to the reforming plate assembly (41), it is possible to perform the reforming reaction using this heat. Therefore, the combustion reaction is carried out in the combustion plate assembly 41 'of the unit reaction apparatus including the microchannel, and the reforming plate assembly 41' is placed adjacent to the stacking element. By maintaining the plate assembly (41˝) at a constant operating temperature range of 260 to 320 ° C., high methanol conversion and hydrogen composition in the product, and carbon monoxide content can be lowered, resulting in high thermal efficiency and high hydrogen productivity. It is characterized by one point. When the temperature of the first unit reactor 11 is less than 260 ° C., there may be a problem in that the conversion rate to hydrogen is lowered due to a low temperature of the reforming reaction. On the contrary, when the temperature exceeds 320 ° C., the content of carbon monoxide in the product This may cause a problem that the concentration of carbon monoxide is not sufficiently lowered even by the subsequent primary oxidation reaction, and the yield of hydrogen is lowered. When the concentration of carbon monoxide becomes relatively high, there may be a problem that hydrogen as a product cannot be directly introduced into a fuel cell material.

상기 (1)의 제1연소단계와 상기 (2)의 개질단계 사이에서, 열교환용 판조립체들을 포함하여 이루어지고, 상기 열교환용 판조립체들은 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합시켜서 이루어지는 제3단위반응장치(12)를 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)에 연결하되, 상기 제1단위반응장 치(11)의 연소용 판조립체(41´)의 출구에 상기 제3단위반응장치(12)의 어느 하나의 열교환용 판조립체의 입구에 연결시키는 제1연결단계; 및 상기 제1단위반응장치(11)의 연소용 판조립체(41´)에서 배기되는 배가스를 상기 제3단위반응장치(12)의 어느 하나의 열교환용 판조립체에 연결하고, 다른 하나의 열교환용 판조립체에 액상의 연료를 공급하여 기화시키는 제1기화단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 제1연결단계에 의해 상기 제3단위반응장치(12)를 상기 제1단위반응장치(11)에 연결하여, 상기 제1단위반응장치(11)로 부터 방출되는 배가스를 이용하여 액상의 연료를 기화시키고, 이 기화된 연료를 다시 상기 제1단위반응장치(11)에 공급하여 연료로 사용토록 함으로써 일단 운전이 개시되어 상기 제3단위반응장치가 소정의 온도, 바람직하게는 80 내지 100℃의 온도범위에 이르게 되면, 더 이상 기상의 연료의 사용을 중단하고, 액상의 연료를 사용할 수 있도록 함으로써 보관 및 취급이 불편한 기상의 연료의 사용을 최소화하고, 보관 및 취급이 보다 간편한 액상의 연료를 사용할 수 있도록 하는 점에 특징이 있다. 상기 제3단위반응장치의 온도가 80℃ 미만으로 되는 경우, 충분한 양의 액상의 연료가 기화되지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 실제로 공정 운전 시, 100℃를 초과하는 경우는 없다.Between the first combustion step of (1) and the reforming step of (2), the heat exchanger plate assembly includes a pair of microchannels in which microchannels are formed on a surface of one side. A third unit reactor 12 is connected to the combustion plate assembly 41 ′ of the first unit reactor 11 by coupling the plates to each other so that the microchannels face each other. A first connection step of connecting the inlet of any one heat exchanger plate assembly of the third unit reactor 12 to the outlet of the combustion plate assembly 41 'of the unit reaction device 11; And connecting exhaust gas exhausted from the combustion plate assembly 41 ′ of the first unit reactor 11 to one of the heat exchanger plate assemblies of the third unit reactor 12, and the other heat exchanger. A first vaporization step of vaporizing by supplying a liquid fuel to the plate assembly may further include. The third unit reactor 12 is connected to the first unit reactor 11 by the first connection step, and the liquid fuel is discharged using the exhaust gas discharged from the first unit reactor 11. And vaporize the gas and supply the vaporized fuel to the first unit reactor 11 to be used as fuel to start operation once the third unit reactor is a predetermined temperature, preferably 80 to 100 ° C. When it reaches the temperature range of, the gaseous fuel is no longer used and the liquid fuel can be used to minimize the use of gaseous fuel, which is inconvenient to store and handle, and the liquid fuel which is easier to store and handle. It is characterized in that it can be used. If the temperature of the third unit reaction apparatus is less than 80 ℃, there may be a problem that a sufficient amount of liquid fuel is not vaporized, in practice, the process does not exceed 100 ℃.

상기 (1)의 제1연소단계와 상기 (2)의 개질단계 사이에서, 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어지는 제2단위반응장치(13)를 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41˝)에 연결하되, 상기 제2단위반응장치(13)의 열교환용 판조립체의 출구가 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41˝)의 입구에 연결하는 제2연결단계와; 상기 제2단위반응장치(13)의 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 함께 공급하여 상기 연소용 판조립체 내에서 연소시키고, 그 열을 이용하여 상기 연소용 판조립체에 인접하는 열교환용 판조립체를 가열시키는 제2연소단계와; 상기 제2단위반응장치(13)의 열교환용 판조립체에 메탄올과 물의 혼합물로 이루어지는 개질원료를 공급하여 기화시키는 제2기화단계; 및 상기 제2기화단계에서 기화된 개질원료를 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41˝)에 공급하는 제1공급단계;들을 더 포함할 수 있다. 상기 제2연결단계에 의해 상기 제2단위반응장치(13)를 상기 제1단위반응장치(11)에 연결하고, 상기 제2단위반응장치(13)의 상기 연소용 판조립체 내에서의 연소반응에 의한 연소열을 이용하여 상기 제1단위반응장치(11) 내로 유입되어 개질되는 원료를 먼저 기화시켜 개질반응이 원활하게 일어날 수 있도록 함으로써 열효율과 수소로의 전환율을 높일 수 있다.Between the first combustion step of (1) and the reforming step of (2), the first unit reaction device 11 includes a second unit reaction device 13 including a combustion plate assembly and a heat exchange plate assembly. Is connected to a reforming plate assembly (41˝), and the outlet of the heat exchanger plate assembly of the second unit reaction device (13) is connected to the reforming plate assembly (41˝) of the first unit reaction device (11). A second connecting step of connecting to the inlet; A gaseous fuel and an oxidant are supplied together to the combustion plate assembly of the second unit reactor 13 to burn in the combustion plate assembly, and the heat exchange plate is adjacent to the combustion plate assembly using the heat. A second combustion step of heating the assembly; A second vaporization step of supplying and reforming a reforming material consisting of a mixture of methanol and water to the heat exchange plate assembly of the second unit reactor 13; And a first supplying step of supplying the reformed raw material vaporized in the second vaporization step to the reforming plate assembly 41 'of the first unit reaction device 11. The second unit reaction device 13 is connected to the first unit reaction device 11 by the second connecting step, and the combustion reaction in the combustion plate assembly of the second unit reaction device 13 is performed. By using the heat of combustion by vaporizing the raw material to be introduced into the first unit reactor 11 to be reformed first so that the reforming reaction can occur smoothly, the thermal efficiency and the conversion rate to hydrogen can be increased.

상기 (1)의 제1연소단계와 상기 (2)의 개질단계 사이에서, 열교환용 판조립체들을 포함하여 이루어지는 제4단위반응장치(15)를 상기 제2단위반응장치(13)의 연소용 판조립체에 연결하되, 상기 제4단위반응장치(15)의 어느 하나의 열교환용 판조립체의 출구가 상기 제2단위반응장치(13)의 연소용 판조립체의 입구에 연결하고, 상기 열교환용 판조립체의 입구를 액상의 연료공급원과 연결하는 제3연결단계와; 상기 제4단위반응장치(15)의 다른 하나의 열교환용 판조립체의 입구를 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체의 출구에 연결하고, 상기 열교환용 판조립체의 출구를 생성물 수집기에 연결하는 제4연결단계; 및 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체에서 방출되는 생성물 흐름이 가지고 있는 열을 이용하여 상기 제2 단위반응장치(13)에 공급되는 액상의 연료를 기화시키는 제3기화단계;들을 포함할 수 있다. 따라서 상기 제2단위반응장치(13)가 소정의 온도, 바람직하게는 110 내지 200℃의 온도범위에 도달되고, 상기 제4단위반응장치(15)가 상기 제1단위반응장치(11)로부터 방출되는 생성물 흐름에 의해 충분히 예열될 때까지는 기상의 연료, 즉 수소를 사용하여 운전하고, 상기 제2단위반응장치(13)가 소정의 온도, 바람직하게는1110 내지 200℃의 온도범위에 도달한 후에는 상기 제4단위반응장치(15)에 액상의 연료, 즉 메탄올을 공급하고, 이를 상기 제4단위반응장치(15)에서 기화시키고, 이 기화된 연료를 상기 제2단위반응장치(13)에로 공급하여 더 이상 기상의 연료를 사용하지 않고, 액상의 연료를 기화시켜 사용할 수 있도록 함으로써 보관 및 취급이 불편한 기상의 연료의 사용을 최소화하고, 보관 및 취급이 보다 간편한 액상의 연료를 사용할 수 있도록 하는 점에 특징이 있다. 상기 제3단위반응장치의 온도가 110℃ 미만으로 되는 경우, 충분한 양의 액상의 연료가 기화되지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 실제로 공정 운전 시, 200℃를 초과하는 경우는 없다.Between the first combustion step of (1) and the reforming step of (2), a combustion unit of the second unit reaction device 13 includes a fourth unit reaction device 15 including plate assembly for heat exchange. Connected to an assembly, wherein an outlet of the heat exchanger plate assembly of the fourth unit reactor 15 is connected to an inlet of the combustion plate assembly of the second unit reactor 13, and the heat exchanger plate assembly A third connection step of connecting an inlet of the liquid phase to a fuel supply source; The inlet of the other heat exchanger plate assembly of the fourth unit reactor 15 is connected to the outlet of the reforming plate assembly of the first unit reactor 11 and the outlet of the heat exchanger plate assembly is a product collector. A fourth connection step of connecting to the; And a third vaporization step of vaporizing a liquid fuel supplied to the second unit reactor 13 by using the heat of the product stream discharged from the reforming plate assembly of the first unit reactor 11. Can include them. Accordingly, the second unit reaction device 13 reaches a predetermined temperature, preferably a temperature range of 110 to 200 ° C., and the fourth unit reaction device 15 is discharged from the first unit reaction device 11. Operate using gaseous fuel, i.e., hydrogen, until it is sufficiently preheated by the resulting product stream, and after the second unit reactor 13 reaches a predetermined temperature, preferably 1110 to 200 ° C. Supplies a liquid fuel, that is, methanol, to the fourth unit reactor 15, and vaporizes it in the fourth unit reactor 15, and converts the vaporized fuel into the second unit reactor 13. It is possible to minimize the use of gaseous fuel, which is inconvenient to store and handle, and to use liquid fuel, which is easier to store and handle, by supplying it so that it can vaporize liquid fuel without using gaseous fuel anymore. To point There is a characteristic. When the temperature of the third unit reaction apparatus is less than 110 ° C, there may be a problem that a sufficient amount of liquid fuel is not vaporized, and actually does not exceed 200 ° C during process operation.

본 발명에 따른 수소생산장치를 이용하는 수소생산방법은, 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치와, 적어도 하나 이상의 기화용의 제2단위반응장치 및 적어도 하나 이상의 열교환용의 제3단위반응장치들을 포함하여 이루어지되, 상기 제1단위반응장치가 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체와, 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제2단위반응장치가 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제3단위반응장치가 열 교환용의 판조립체들을 포함하여 이루어지며, 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체가 상기 제3단위반응장치의 열교환용 판조립체들 중 어느 하나에 연결되고, 상기 3단위반응장치의 다른 하나의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치의 상기 연소용 판조립체에 연결되고, 상기 제2단위반응장치의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체에 연결되어 이루어지는 수소생산장치를 이용하여 수소를 생산함에 있어서, (1) 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 공급하여 연소시키는 제1연소단계; (2) 상기 제1연소단계에서 상기 연소용 판조립체로부터 배출되는 배가스를 상기 제3단위반응장치의 어느 하나의 열교환용 판조립체를 경유하여 배출시켜 상기 제3단위반응장치를 80 내지 100℃의 온도범위로 예열시키는 제1예열단계; (3) 상기 제3단위반응장치의 다른 하나의 열교환용 판조립체를 경유하여 액상의 연료를 공급, 기화시켜 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체로 공급하고, 동시에 산화제를 함께 공급하여 연소시켜 상기 제1단위반응장치를 260 내지 320℃로 가열시키는 제2연소단계; (4) 상기 제2단위반응장치의 상기 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 공급하여 연소시켜 상기 제2단위반응장치를 110 내지 200℃로 가열시키는 제3연소단계; (5) 상기 제2단위반응장치의 상기 열교환용 판조립체에 개질을 위한 원료로서의 메탄올과 물의 혼합물을 통과시키는 것에 의해 기화시켜 상기 제1단위반응장치의 상기 개질용 판조립체로 공급하는 기화단계; 및 (6) 상기 기화단계에서 기화된 원료를 상기 제1단위반응장치의 상기 개질용 판조립체에 통과시켜 수소로 개질시키는 개질단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The hydrogen production method using the hydrogen production apparatus according to the present invention includes at least one combustion / reforming combined first unit reactor, at least one second unit reactor for vaporization, and at least one third unit for heat exchange. A first unit reaction apparatus includes a reforming plate assembly including a reforming catalyst, and a combustion plate assembly including a combustion catalyst, and the second unit reaction apparatus includes a combustion unit. It comprises a plate assembly and a heat exchange plate assembly, the third unit reactor comprises a plate assembly for heat exchange, the combustion plate assembly of the first unit reactor is the third unit reactor Is connected to any one of the heat exchanger plate assemblies, and the other heat exchanger plate assembly of the three unit reactor is used for the combustion of the first unit reactor. In producing hydrogen using a hydrogen production apparatus connected to the assembly, wherein the heat exchange plate assembly of the second unit reactor is connected to the reforming plate assembly of the first unit reactor (1) the first A first combustion step of supplying a gaseous fuel and an oxidant to the combustion plate assembly of the unit reactor for combustion; (2) exhausting the exhaust gas discharged from the combustion plate assembly in the first combustion step via any one heat exchanger plate assembly of the third unit reaction device to discharge the third unit reaction device at 80 to 100 ° C. A first preheating step of preheating to a temperature range; (3) A liquid fuel is supplied and vaporized through another heat exchange plate assembly of the third unit reactor to the combustion plate assembly of the first unit reactor, and at the same time, an oxidant is supplied together to burn the fuel. A second combustion step of heating the first unit reactor to 260 to 320 ° C; (3) a third combustion step of heating the second unit reactor to 110 to 200 ° C. by supplying gaseous fuel and an oxidant to the combustion plate assembly of the second unit reactor to burn the fuel; (5) vaporizing the vaporized by passing a mixture of methanol and water as a raw material for reforming through the heat exchanger plate assembly of the second unit reactor and supplying it to the reforming plate assembly of the first unit reactor; And (6) a reforming step of passing the raw material vaporized in the vaporization step through the reforming plate assembly of the first unit reaction device and reforming it with hydrogen.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 수소생산장치를 이용하여 수소를 생산함에 있어서 최적의 실시예로는 앞서의 방법이 사용될 수 있다. The above method may be used as an optimal embodiment in producing hydrogen using the hydrogen production apparatus according to the present invention as described above.

즉, 개질반응을 개시하기 위해서는 먼저 수소와 공기 또는 산소의 혼합기체를 상기 제1단위반응장치(11)에 공급하여 상기 연소용 판조립체(41´) 내에서 연소시키고, 이때 발생한 열은 배가스와 함께 제3단위반응장치(12)를 경유하여 배기되고, 상기 제3단위반응장치(12)에는 액상의 연료인 메탄올을 공급하여 메탄올을 기화시킨 후, 이를 다시 상기 제1단위반응장치(11)에로 공급하여 연소반응을 지속시킨다. 여기에서 메탄올에 의한 연소반응이 개시되면 기상의 연료인 수소는 그 공급을 중단시키고, 수소를 공기 또는 산소의 혼합기체와 함께 상기 제2단위반응장치(13)에로 전환, 공급시킨다. 한편, 상기 제1단위반응장치(11)의 온도가 260 내지 320℃에 다다를 때까지 메탄올의 주입양을 조절하여 연소반응을 지속시키고, 상기 온도에 다다르면, 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41˝)에 원료로서 메탄올과 물의 혼합물을 공급하여 개질반응을 진행시키고, 그 생성물 흐름인 수소의 흐름을 상기 제4단위반응장치(15)에로 공급한다. 상기 제4단위반응장치(15)에서는 역시 액상의 연료로서의 메탄올을 기화시켜 상기 제2단위반응장치(13)에 공급한다. 상기 제2단위반응장치(13)에서 역시 연소반응이 이루어지고, 그 온도가 110 내지 200℃에 다다르면 본 발명에 따른 수소생산장치의 운전개시단계가 종료되고, 지속적으로 액상의 연료인 메탄올 만을 사용하면서 상기 제1단위반응장치(11)와 제2단위반응장치(13)에서 연소반응을 지속시키고, 상기 제1단위반응장치(11)의 개질용 판조립체(41˝) 내에서 원료로서의 메탄올과 물의 혼합물을 개질시켜 수소 를 지속적으로 생산하게 된다.That is, in order to start the reforming reaction, first, a mixed gas of hydrogen and air or oxygen is supplied to the first unit reactor 11 to combust in the combustion plate assembly 41 ′, and the heat generated at this time is exhaust gas and Together with the third unit reactor 12, the exhaust is exhausted, and the third unit reactor 12 is supplied with methanol as a liquid fuel to vaporize the methanol, and then again the first unit reactor 11 Supply it to the furnace to sustain the combustion reaction. Here, when the combustion reaction by methanol is started, hydrogen, which is a gaseous fuel, is stopped, and hydrogen is converted into the second unit reactor 13 together with air or oxygen mixed gas. On the other hand, the combustion reaction is continued by adjusting the injection amount of methanol until the temperature of the first unit reactor (11) reaches 260 to 320 ° C, and when the temperature reaches the temperature, the first unit reactor (11) A reforming reaction is carried out by supplying a mixture of methanol and water as a raw material to the reforming plate assembly 41 ', and a flow of hydrogen, which is a product flow thereof, is supplied to the fourth unit reactor 15. The fourth unit reactor 15 also vaporizes methanol as a liquid fuel and supplies it to the second unit reactor 13. In the second unit reactor 13, the combustion reaction is also performed, and when the temperature reaches 110 to 200 ° C, the operation start step of the hydrogen production apparatus according to the present invention ends, and only methanol, which is a liquid fuel, is continuously used. While the combustion reaction is continued in the first unit reactor 11 and the second unit reactor 13, methanol as a raw material in the reforming plate assembly 41k of the first unit reactor 11 The mixture of water is reformed to produce hydrogen continuously.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.The following examples are intended to illustrate the invention and should not be understood as limiting the scope of the invention.

실시예Example 1 One

개질촉매로서 구리/아연/알루미늄산화물을 4/4/2의 중량비로 하여 공침법으로 합성한 것을 사용하여 제1단위반응장치의 개질용 판조립체의 마이크로채널판 하나 당 0.6g의 양으로 코팅하여 개질용 판조립체를 구성하고, 연소촉매로서 α-산화알루미늄을 마이크로채널판에 먼저 코팅하고, 백금의 양이 α-산화알루미늄 대비 약 3중량%가 되도록 하여 백금 수용액을 첨가한 후, 건조 및 소성시킨 것을 사용하여 연소용 판조립체를 구성하였다. 이렇게 구성된 개질용 판조립체 6개와 연소용 판조립체 5개를 서로 교대로 적층하여 상기 제1단위반응장치를 구성하고, 프리퍼런셜 산화반응기를 부착하지 않은 상태에서, 상기 제1단위반응장치가 약 300℃가 되도록 조절하여 운전을 개시하고, 개질반응을 수행시켰다. 이때, 개질원료로서의 메탄올과 물의 혼합비는 50 : 50으로 하였으며, 상기 제1단위반응장치 내로 공급되는 개질원료의 흐름속도는 3㏄/min으로 조절하였고, 연료로서의 메탄올의 흐름속도는 1.1㏄/min으로 조절하였다. 이러한 운전조건에서 상기 제1단위반응장치가 상기한 온도에 다다를 때까지의 시간은 대략 90분 정도 소요되었다. 상기 제1단위반응장치가 300℃로 운전될 때, 개질 후 생성물의 조성비는 수분을 제거한 건조 중량 기준으로 수소 74.8%, 이산화탄소 24.4% 그리고 일산화탄소 0.84%로 분석되었다. The reforming catalyst was synthesized by coprecipitation at a weight ratio of 4/4/2 of copper / zinc / aluminum oxide, and coated in an amount of 0.6 g per microchannel plate of the reforming plate assembly of the first unit reactor. A reforming plate assembly is constructed, and α-aluminum oxide is first coated on the microchannel plate as a combustion catalyst, and the amount of platinum is about 3% by weight relative to α-aluminum oxide, followed by the addition of an aqueous platinum solution, followed by drying and firing. The burned plate assembly was used to construct the burned plate assembly. Six reforming plate assemblies and five combustion plate assemblies are alternately stacked to form the first unit reaction device, and the first unit reaction device is about weak in the state where no primary oxidation reactor is attached. The operation was started by adjusting to 300 ° C., and the reforming reaction was performed. At this time, the mixing ratio of methanol and water as a reforming material was 50:50, the flow rate of the reforming material supplied into the first unit reactor was adjusted to 3 kW / min, and the flow rate of methanol as fuel was 1.1 kW / min. Adjusted to. Under these operating conditions, the time required for the first unit reactor to reach the above temperature was approximately 90 minutes. When the first unit reactor was operated at 300 ° C., the composition ratio of the product after the reforming was analyzed to be 74.8% hydrogen, 24.4% carbon dioxide, and 0.84% carbon monoxide based on the dry weight of water removed.

개질반응에 참여한 메탄올의 양을 기준으로 볼 때, 메탄올의 전환율은 99.5%이었다.Based on the amount of methanol involved in the reforming reaction, the conversion of methanol was 99.5%.

운전효율을 가름하는 열효율은 하기 수학식 1로 계산하였다. 하기 수학식 1은 본 발명에서 선행기술로 언급한 소형 메탄올 수증기 개질장치를 기술한 퍼시픽 노드 내셔널 라보레토리(Pacific North National Laboratory)의 논문 J. of Power source, 108 (2002) 21-27에 기재된 것을 기준으로 하여 객관적으로 대비되도록 하였다.The thermal efficiency to determine the operating efficiency was calculated by the following equation. Equation 1 is described in the paper J. of Power source, 108 (2002) 21-27 of the Pacific North National Laboratory, which describes a small methanol steam reformer referred to as prior art in the present invention. Based on this, objective preparation was made.

운전효율 = (ΔHc H2)/(ΔHc total CH3OH)Operating efficiency = (ΔH c H 2 ) / (ΔH c total CH 3 OH)

CH3OH(액체) + 1.5O2 = CO2 + 2H2O(액체) ΔH = -726kJ/molCH 3 OH (Liquid) + 1.5O 2 = CO 2 + 2H 2 O (Liquid) ΔH = -726 kJ / mol

H2 + 0.5O2 = H2O(기체) ΔH = -242kJ/molH 2 + 0.5 O 2 = H 2 O (gas) ΔH = -242 kJ / mol

상기 식에서, ΔHc H2는 생성된 수소의 총 엔탈피이고, ΔHc total CH3OH는 개질반응과 연소반응에 참여한 메탄올 전체의 총 엔탈피이다.Where ΔH c H 2 is the total enthalpy of hydrogen produced and ΔH c total CH 3 OH is the total enthalpy of the methanol involved in the reforming and combustion reactions.

상기 식에 의거하여 계산한 결과, 본 발명에 따른 수소생산장치의 열효율은 59.5% 이었다. 또한, 프리퍼런셜 산화반응기를 연결한 후, 생성물인 수소 중의 일산화탄소 함량은 70ppm까지 저하됨을 확인할 수 있었다. 이때의 열효율은 프리퍼런셜 산화반응 중 일부 수소도 같이 반응하게 되여 56.7%로 저하되어 나타남을 확인할 수 있었다.As a result of the calculation, the thermal efficiency of the hydrogen production apparatus according to the present invention was 59.5%. In addition, after connecting the primary oxidation reactor, it was confirmed that the carbon monoxide content in the hydrogen product is lowered to 70ppm. At this time, the thermal efficiency was shown to be reduced to 56.7% due to the reaction of some hydrogen during the primary oxidation reaction.

본 발명에 따라 연소촉매 및/또는 개질촉매들이 코팅되어 이루어지는 마이크로채널을 포함하는 단위반응장치들을 포함하여 이루어지는 수소생산장치와 이를 이용하는 수소생산방법에 의하면, 마이크로채널 상에 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체와 역시 마이크로채널 상에 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체를 포함하는 단위반응장치를 이용하여, 이들을 서로에 대해 인접하게 적층하고, 연소반응 및 개질반응을 수행시켜 개질반응이 일정한 온도범위로 유지되면서 진행되고, 연소반응이 개질반응이 일어나는 곳에 인접하게 구성되어 있어 연소반응에서 발생한 열이 빠르게 개질반응으로 전달되고, 마이크로채널 내에서 높은 반응속도를 유지하면서 연소반응과 개질반응이 이루어지도록 하여 99% 이상의 메탄올 전환율과, 59.5% 이상의 높은 열효율로 수소를 생산하는 것을 가능하게 하는 효과가 있다. 또한, 마이크로채널을 이용하여 연소반응과 개질반응이 모두 가능하게 되고, 열교환에 의한 기화 등이 가능하게 하여 수소생산장치 자체를 극히 소형화할 수 있어 메탄올 등의 알코올을 연료로 하여 연료전지시스템 등에 수소를 공급하되, 높은 열효율과 높은 수소전환율로 수소를 생산할 수 있도록 고안된 수소생산장치 및 이를 이용하는 수소생산방법를 제공하는 효과가 있다. 거기에 더해, 연소용 판조립체와 개질용 판조립체들을 단위체로 구성함으로써 이들 판조립체들의 적층수를 조절하는 것만으로 수소의 생산량을 임의로 조절할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is provided a hydrogen production apparatus including a unit reaction apparatus including a microchannel on which a combustion catalyst and / or a reforming catalyst is coated, and a hydrogen production method using the same, for reforming including a reforming catalyst on a microchannel. Using a unit reaction apparatus including a plate assembly and a plate assembly for combustion, which also includes a combustion catalyst on a microchannel, they are stacked adjacent to each other, and a combustion reaction and a reforming reaction are performed to carry out a reforming reaction in a constant temperature range. It proceeds while maintaining the combustion reaction, and the combustion reaction is configured to be adjacent to the reforming reaction so that the heat generated from the combustion reaction is transferred to the reforming reaction quickly, and the combustion reaction and the reforming reaction are performed while maintaining a high reaction rate in the microchannel. Methanol conversion of more than 99%, higher than 59.5% In efficiency it has an effect of making it possible to produce hydrogen. In addition, both combustion and reforming reactions are possible using microchannels, and the hydrogen production apparatus itself can be extremely miniaturized by allowing evaporation by heat exchange, etc., and using hydrogen such as methanol as fuel as fuel. Supplying, but has an effect of providing a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method using the same designed to produce hydrogen with high thermal efficiency and high hydrogen conversion rate. In addition, by configuring the combustion plate assembly and the reforming plate assembly in units, there is an effect of arbitrarily controlling the amount of hydrogen produced by simply controlling the number of stacked sheets of these plate assemblies.

Claims (29)

연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치를 포함하여 이루어지되, 상기 판조립체들이 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합되도록 함으로써 구성되며, 상기 연소용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 연소촉매들을 포함하고, 상기 개질용 판조립체는 상기 마이크로채널 내에 개질촉매들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.At least one combustion / reforming combined unit unit comprising at least one combustion plate assembly including a combustion catalyst and a reforming plate assembly including a reforming catalyst, wherein the plate assemblies have one surface And a pair of microchannel plates having microchannels formed thereon so that the microchannels face each other so as to be coupled to each other, wherein the combustion plate assembly includes combustion catalysts in the microchannel, and the reforming plate And the assembly comprises reforming catalysts in the microchannels. 제 1 항에 있어서, 상기 연소용 판조립체와 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지는 상기 제1단위반응장치가 상기 연소용 판조립체와 개질용 판조립체들이 서로 교대로 위치하여 적층되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.The method of claim 1, wherein the first unit reactor comprising the combustion plate assembly and the reforming plate assembly is characterized in that the combustion plate assembly and the reforming plate assembly are alternately positioned to be laminated to each other. Hydrogen production equipment. 제 1 항에 있어서, 상기 연소촉매가 백금(platinum), 로듐(rhodium), 루테늄(ruthenium), 오스뮴(osmium), 이리듐(iridium), 팔라듐(palladium) 등과 같은 백금족 원소, 금, 은, 동 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 수소생산장치.The method of claim 1, wherein the combustion catalyst is a platinum group element such as platinum, rhodium, ruthenium, osmium, iridium, palladium, gold, silver, copper or the like. Hydrogen production apparatus, characterized in that selected from the group consisting of two or more of these mixtures. 제 3 항에 있어서, 상기 연소촉매가 촉매지지체를 먼저 코팅하고, 연소촉매를 연소촉매의 양이 상기 촉매지지체 대비 0.1 내지 5중량%가 되도록 첨가한 후, 건조 및 소성처리하여 담지시켜서 형성된 것 임을 특징으로 하는 수소생산장치.The method according to claim 3, wherein the combustion catalyst is formed by first coating the catalyst support, adding the combustion catalyst so that the amount of the combustion catalyst is 0.1 to 5% by weight relative to the catalyst support, and then drying and calcining the supported catalyst. Hydrogen production apparatus characterized in that. 제 4 항에 있어서, 상기 촉매지지체가 산화알루미늄, α-산화알루미늄, 산화지르코늄(ZrO2), 실리카(silica ; SiO2) 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 수소생산장치.5. The hydrogen production apparatus according to claim 4, wherein the catalyst support is selected from the group consisting of aluminum oxide, α-aluminum oxide, zirconium oxide (ZrO 2 ), silica (SiO 2 ) or a mixture of two or more thereof. . 제 1 항에 있어서, 상기 개질촉매가 구리/산화세륨/산화지르코늄(Cu/CeO2/ZrO2)의 합성물, 구리/산화아연/산화알루미늄(Cu/ZnO2/Al2 O3)의 합성물, 구리/산화세륨/산화알루미늄(Cu/CeO2/Al2 O3)의 합성물, 구리/산화지르코늄/산화알루미늄(Cu/ZrO2/Al2O3)의 합성물, 구리-아연-알루미늄 산화물 고용체(solid-solution CuZnAl oxide) 들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 수소생산장치.The method of claim 1, wherein the reforming catalyst is a composite of copper / cerium oxide / zirconium oxide (Cu / CeO 2 / ZrO 2 ), a composite of copper / zinc oxide / aluminum oxide (Cu / ZnO 2 / Al 2 O 3 ), Composite of copper / cerium oxide / aluminum oxide (Cu / CeO 2 / Al 2 O 3 ), composite of copper / zirconium oxide / aluminum oxide (Cu / ZrO 2 / Al 2 O 3 ), copper-zinc-aluminum oxide solid solution Hydrogen production apparatus, characterized in that selected from the group consisting of solid-solution CuZnAl oxide). 제 6 항에 있어서, 상기 개질촉매가 구리 : 아연 : 알루미늄산화물을 3 내지 5 : 3 내지 5 : 1 내지 3의 중량비로 하여 공침법으로 합성한 것임을 특징으로 하는 수소생산장치.7. The hydrogen production apparatus according to claim 6, wherein the reforming catalyst is synthesized by a coprecipitation method with a weight ratio of 3: 5: 3-5: 1-3 of copper: zinc: aluminum oxide. 제 1 항에 있어서, 상기 제1단위반응장치를 구성하는 단위반응장치가 2개의 금속블럭들로 이루어지는 케이스들을 포함하며, 상기 케이스들 사이에 상기 연소용 판조립체와 개질용 판조립체들이 다수 서로 교대로 적층되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생상장치.The unit reaction apparatus of claim 1, wherein the unit reaction apparatus constituting the first unit reaction apparatus includes a case composed of two metal blocks, and the combustion plate assembly and the reforming plate assembly alternate between each other. Hydrogen generator characterized in that the stack is made of. 제 8 항에 있어서, 상기 단위반응장치를 구성하는 상기 판조립체들이 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합시켜서 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.The method of claim 8, wherein the plate assembly constituting the unit reaction device is made by combining a pair of microchannel plate formed with microchannels on the surface of one side so that the microchannels face each other and bonded to each other Hydrogen production equipment. 제 8 항에 있어서, 구리판으로 이루어지는 개스킷을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.9. The hydrogen production apparatus according to claim 8, further comprising a gasket made of a copper plate. 제 9 항에 있어서, 상기 마이크로채널판들이 하나의 입구와 하나의 출구가 서로에 대해 대각선 방향으로 위치하고, 제1연결구와 제2연결구가 역시 서로에 대해 대각선 방향으로 위치하며, 상기 입구와 출구 사이가 이들 입구와 출구들을 포함하여 표면으로부터 일정 깊이로 파여진 홈으로 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.10. The apparatus of claim 9, wherein the microchannel plates are positioned at one inlet and one outlet in a diagonal direction with respect to each other, and a first connector and a second connector are also at a diagonal direction with respect to each other, and between the inlet and the outlet. Hydrogen production apparatus characterized in that it is formed by forming a groove to the predetermined depth from the surface including these inlet and outlet. 제 11 항에 있어서, 상기 입구와 출구 근처에 이들 입구 또는 출구로부터 다수의 마이크로채널들로 연료 또는 원료들을 확산시키거나 또는 이들 입구 또는 출구들에로 연료 또는 원료들이 수집되도록 이들 연료 또는 원료들의 흐름을 제한하는 수렴홈들 및 수렴돌기들이 다수 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.The flow of these fuels or raw materials in accordance with claim 11 wherein the fuels or raw materials are diffused from these inlets or outlets to the plurality of microchannels near the inlets and outlets or the fuel or raw materials are collected at these inlets or outlets. Hydrogen production apparatus characterized in that a plurality of converging grooves and converging protrusions are formed to limit the. 제 1 항에 있어서, 상기 제1단위반응장치에 제3단위반응장치(12)가 더 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein a third unit reaction device (12) is further connected to the first unit reaction device. 제 13 항에 있어서, 상기 제3단위반응장치가 열교환용 판조립체들을 포함하여 이루어지고, 상기 열교환용 판조립체들은 일측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합시켜서 이루어지며, 상기 열교환용 판조립체들은 연소촉매 또는 개질촉매 등과 같은 촉매들을 포함하지 않도록 구성됨을 특징으로 하는 수소생산장치.The apparatus of claim 13, wherein the third unit reactor comprises plate assemblies for heat exchange, and the plate assemblies for heat exchange comprise a pair of microchannel plates having microchannels formed on one surface thereof. It is made by coupling to each other to face each other, wherein the heat exchange plate assembly is characterized in that it is configured not to include catalysts such as combustion catalyst or reforming catalyst. 제 1 항에 있어서, 상기 제1단위반응장치에 제2단위반응장치가 더 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.The hydrogen production apparatus of claim 1, wherein a second unit reaction device is further connected to the first unit reaction device. 제 15 항에 있어서, 상기 제2단위반응장치가 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.16. The hydrogen production apparatus according to claim 15, wherein the second unit reaction device comprises a combustion plate assembly and a heat exchange plate assembly. 제 15 항에 있어서, 상기 제2단위반응장치와 상기 제1단위반응장치 사이에 제4단위반응장치가 더 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.16. The hydrogen production apparatus according to claim 15, wherein a fourth unit reactor is further connected between the second unit reactor and the first unit reactor. 제 17 항에 있어서, 상기 제4단위반응장치가 열교환용 판조립체들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.18. The hydrogen production apparatus according to claim 17, wherein the fourth unit reactor comprises plate assemblies for heat exchange. 제 1 항에 있어서, 상기 제1단위반응장치에 프리퍼런셜 산화반응기가 더 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.The hydrogen production apparatus of claim 1, wherein a primary oxidation reactor is further connected to the first unit reactor. 제 19 항에 있어서, 상기 제1단위반응장치와 상기 프리퍼런셜 산화반응기 사이에 필터가 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.20. The hydrogen production apparatus according to claim 19, wherein a filter is connected between the first unit reactor and the primary oxidation reactor. 적어도 하나 이상의 연소/개질 겸용의 제1단위반응장치와, 적어도 하나 이상의 기화용의 제2단위반응장치 및 적어도 하나 이상의 열교환용의 제3단위반응장치들을 포함하여 이루어지되, 상기 제1단위반응장치가 연소촉매를 포함하는 연소용 판조립체와, 개질촉매를 포함하는 개질용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제2단위반응장치가 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어지고, 상기 제3단위반응장치가 열교환용의 판조립체들을 포함하여 이루어지며, 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체가 상기 제3단위반응장치의 열교환용 판조립체들 중 어느 하나에 연결되고, 상기 3단위반응장치의 다른 하나의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치의 상기 연소용 판조립체에 연결되고, 상기 제2단위반응장치의 열교환용 판조립체가 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체에 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산장치.The first unit reactor comprising at least one combustion / reformation combined first unit reactor, at least one second unit reactor for vaporization and at least one third unit reactor for heat exchange; And a plate assembly for combustion including a combustion catalyst and a plate assembly for reforming including a reforming catalyst, wherein the second unit reactor includes a plate assembly for combustion and a plate assembly for heat exchange. The third unit reactor includes a plate assembly for heat exchange, the combustion plate assembly of the first unit reactor is connected to any one of the plate assembly for heat exchange of the third unit reactor, The other heat exchange plate assembly of the unit reactor is connected to the combustion plate assembly of the first unit reactor, and the heat exchange plate of the second unit reactor is Hydrogen producing apparatus, characterized by yirueojim connected to the lip body is modified plate assembly of the first reactor unit. 제 1 항의 수소생산장치를 이용하여 수소를 생산함에 있어서, In producing hydrogen using the hydrogen production apparatus of claim 1, (1) 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 함께 공급하여 상기 연소용 판조립체 내에서 연소시키고, 그 열을 이용하여 상기 연소용 판조립체에 인접하는 개질용 판조립체를 가열시키는 제1연소단계; 및 (1) A reforming plate adjacent to the combustion plate assembly using the heat by supplying a gaseous fuel and an oxidant to the combustion plate assembly of the first unit reaction apparatus together and burning them in the combustion plate assembly. A first combustion step of heating the assembly; And (2) 상기 가열된 개질용 판조립체에 메탄올과 물의 혼합물로 이루어지는 개질원료를 공급하여 개질시켜 수소를 생산하는 개질단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산방법.(2) a reforming step of producing hydrogen by supplying a reforming raw material comprising a mixture of methanol and water to the heated reforming plate assembly; 제 22 항에 있어서, 상기 제1단위반응장치를 260 내지 320℃의 온도범위로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 수소생산방법.23. The method of claim 22, wherein the first unit reactor is kept constant in the temperature range of 260 to 320 ℃. 제 22 항에 있어서, 상기 (1)의 제1연소단계와 상기 (2)의 개질단계 사이에서, 열교환용 판조립체들을 포함하여 이루어지고, 상기 열교환용 판조립체들은 일 측의 표면 상에 마이크로채널들이 형성된 한 쌍의 마이크로채널판들을 상기 마이크로채널들이 서로 마주하도록 하여 서로에 대해 결합시켜서 이루어지는 제3단위반응장치를 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체에 연결하되, 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체의 출구에 상기 제3단위반응장치의 어느 하나의 열교환용 판조립체의 입구에 연결시키는 제1연결단계; 및 23. The method of claim 22, wherein between the first combustion step of (1) and the reforming step of (2), the plate assemblies for heat exchange are comprised, wherein the plate assemblies for heat exchange are microchannels on a surface of one side. A pair of microchannel plates on which the plurality of microchannel plates are formed are coupled to each other so that the microchannels face each other, and the third unit reactor is connected to the combustion plate assembly of the first unit reactor, wherein the first unit reactor A first connection step of connecting the inlet of any one heat exchanger plate assembly of the third unit reactor to the outlet of the combustion plate assembly of the first unit reaction apparatus; And 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체에서 배기되는 배가스를 상기 제3단위반응장치의 어느 하나의 열교환용 판조립체에 연결하고, 다른 하나의 열교환용 판조립체에 액상의 연료를 공급하여 기화시키는 제1기화단계;를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산방법.The exhaust gas exhausted from the combustion plate assembly of the first unit reactor is connected to one of the heat exchange plate assemblies of the third unit reactor, and the liquid is supplied to the other heat exchange plate assembly to vaporize the liquid. A first hydrogenation step; Hydrogen production method characterized in that it further comprises. 제 24 항에 있어서, 상기 제3단위반응장치를 80 내지 100℃의 온도범위로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 수소생산방법.25. The method of claim 24, wherein the third unit reactor is kept constant in the temperature range of 80 to 100 ℃. 제 22 항에 있어서, 상기 (1)의 제1연소단계와 상기 (2)의 개질단계 사이에서, 연소용 판조립체와 열교환용 판조립체를 포함하여 이루어지는 제2단위반응장치를 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체에 연결하되, 상기 제2단위반응장치의 열교환용 판조립체의 출구가 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체의 입구에 연결하는 제2연결단계와; 23. The first unit reaction according to claim 22, wherein between the first combustion step of (1) and the reforming step of (2), a second unit reaction device comprising a plate assembly for combustion and a plate assembly for heat exchange is performed. A second connection step connected to the reforming plate assembly of the apparatus, wherein an outlet of the heat exchanger plate assembly of the second unit reactor connects to an inlet of the reforming plate assembly of the first unit reactor; 상기 제2단위반응장치의 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 함께 공급하여 상기 연소용 판조립체 내에서 연소시키고, 그 열을 이용하여 상기 연소용 판조립체에 인접하는 열교환용 판조립체를 가열시키는 제2연소단계와; A gaseous fuel and an oxidant are supplied together to the combustion plate assembly of the second unit reactor to combust in the combustion plate assembly, and the heat exchanger plate assembly adjacent to the combustion plate assembly is heated using the heat. A second combustion step of making; 상기 제2단위반응장치의 열교환용 판조립체에 메탄올과 물의 혼합물로 이루어지는 개질원료를 공급하여 기화시키는 제2기화단계; 및 A second vaporization step of vaporizing and supplying a reforming material consisting of a mixture of methanol and water to the heat exchange plate assembly of the second unit reactor; And 상기 제2기화단계에서 기화된 개질원료를 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체에 공급하는 제1공급단계;들을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산방법.And a first supplying step of supplying the reforming raw material vaporized in the second vaporization step to the reforming plate assembly of the first unit reaction apparatus. 제 22 항에 있어서, 상기 (1)의 제1연소단계와 상기 (2)의 개질단계 사이에서, 열교환용 판조립체들을 포함하여 이루어지는 제4단위반응장치를 상기 제2단위반응장치의 연소용 판조립체에 연결하되, 상기 제4단위반응장치의 어느 하나의 열교환용 판조립체의 출구가 상기 제2단위반응장치의 연소용 판조립체의 입구에 연결하고, 상기 열교환용 판조립체의 입구를 액상의 연료공급원과 연결하는 제3연결단계와; 23. The combustion plate of claim 22, wherein the fourth unit reactor including the heat exchange plate assemblies between the first combustion step of (1) and the reforming step of (2). A heat exchange plate outlet of the fourth unit reactor connected to an inlet of the combustion plate assembly of the second unit reactor, and an inlet of the heat exchanger plate assembly to a liquid fuel A third connecting step for connecting with a source; 상기 제4단위반응장치의 다른 하나의 열교환용 판조립체의 입구를 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체의 출구에 연결하고, 상기 열교환용 판조립체의 출구를 생성물 수집기에 연결하는 제4연결단계; 및 A fourth connection connecting the inlet of the other heat exchanger plate assembly of the fourth unit reactor to the outlet of the reforming plate assembly of the first unit reactor and the outlet of the heat exchanger plate assembly to the product collector step; And 상기 제1단위반응장치의 개질용 판조립체에서 방출되는 생성물 흐름이 가지 고 있는 열을 이용하여 상기 제2단위반응장치에 공급되는 액상의 연료를 기화시키는 제3기화단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산방법.And a third vaporization step of vaporizing a liquid fuel supplied to the second unit reactor by using the heat of the product stream discharged from the reforming plate assembly of the first unit reactor. Hydrogen production method 제 27 항에 있어서, 상기 제2단위반응장치를 110 내지 200℃의 온도범위로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 수소생산방법.28. The method of claim 27, wherein the second unit reactor is maintained at a constant temperature range of 110 to 200 ° C. 제 21 항의 수소생산장치를 이용하여 수소를 생산함에 있어서, In producing hydrogen using the hydrogen production apparatus of claim 21, (1) 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 공급하여 연소시키는 제1연소단계; (1) a first combustion step of supplying a gaseous fuel and an oxidant to the combustion plate assembly of the first unit reactor for combustion; (2) 상기 제1연소단계에서 상기 연소용 판조립체로부터 배출되는 배가스를 상기 제3단위반응장치의 어느 하나의 열교환용 판조립체를 경유하여 배출시켜 상기 제3단위반응장치를 80 내지 100℃의 온도범위로 예열시키는 제1예열단계; (2) exhausting the exhaust gas discharged from the combustion plate assembly in the first combustion step via any one heat exchanger plate assembly of the third unit reaction device to discharge the third unit reaction device at 80 to 100 ° C. A first preheating step of preheating to a temperature range; (3) 상기 제3단위반응장치의 다른 하나의 열교환용 판조립체를 경유하여 액상의 연료를 공급, 기화시켜 상기 제1단위반응장치의 연소용 판조립체로 공급하고, 동시에 산화제를 함께 공급하여 연소시켜 상기 제1단위반응장치를 260 내지 320℃로 가열시키는 제2연소단계; (3) A liquid fuel is supplied and vaporized through another heat exchange plate assembly of the third unit reactor to the combustion plate assembly of the first unit reactor, and at the same time, an oxidant is supplied together to burn the fuel. A second combustion step of heating the first unit reactor to 260 to 320 ° C; (4) 상기 제2단위반응장치의 상기 연소용 판조립체에 기상의 연료와 산화제를 공급하여 연소시켜 상기 제2단위반응장치를 110 내지 200℃로 가열시키는 제3연 소단계; (4) a third combustion step of heating the second unit reactor to 110 to 200 ° C. by supplying a gaseous fuel and an oxidant to the combustion plate assembly of the second unit reactor to burn the fuel; (5) 상기 제2단위반응장치의 상기 열교환용 판조립체에 개질을 위한 원료로서의 메탄올과 물의 혼합물을 통과시키는 것에 의해 기화시켜 상기 제1단위반응장치의 상기 개질용 판조립체로 공급하는 기화단계; 및 (5) vaporizing the vaporized by passing a mixture of methanol and water as a raw material for reforming through the heat exchanger plate assembly of the second unit reactor and supplying it to the reforming plate assembly of the first unit reactor; And (6) 상기 기화단계에서 기화된 원료를 상기 제1단위반응장치의 상기 개질용 판조립체에 통과시켜 수소로 개질시키는 개질단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수소생산방법.(6) a hydrogen production method comprising: a reforming step of passing the raw material vaporized in the vaporization step through the reforming plate assembly of the first unit reactor to be reformed with hydrogen.
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