KR20110096270A - Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit - Google Patents
Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110096270A KR20110096270A KR1020100015623A KR20100015623A KR20110096270A KR 20110096270 A KR20110096270 A KR 20110096270A KR 1020100015623 A KR1020100015623 A KR 1020100015623A KR 20100015623 A KR20100015623 A KR 20100015623A KR 20110096270 A KR20110096270 A KR 20110096270A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pipe
- ignition
- reforming
- plate
- gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
- C01B2203/0816—Heating by flames
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
- C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기동시 연료와 공기의 혼합 가스를 미세유로 개질장치의 외부에 기동장치와 연결된 도관 측으로 흐름을 유도하여 연료 착화를 진행하고, 착화 후에 개질촉매 및 개질 가스의 가열을 위해서 반응기 내부 방향으로 흐름 방향을 전환하는 기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater having a starting device. More specifically, fuel ignition is performed by inducing a flow of fuel and air mixed gas into the conduit connected to the starter outside of the reformer at the start of the reformer and starting the ignition of the reforming catalyst and the reformed gas after ignition. The present invention relates to a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater having a starting device for switching the flow direction.
각종 산업의 발전으로 온사이트(on-site) 또는 온보드(on-board)용 소형 수소제조장치 수요가 증가될 전망에 있다. 상용화된 대형 수소 제조공정은 도 1과 같다. 즉, 탄화수소류를 개질기(10)에서 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 전환시키고, 일산화탄소수성반응기(20)에서 수성전환(WGS, Water Gas Shift)시킨 후, 수소분리장치(30)에서 촉매 또는 분리막 등을 이용하여 개질가스로부터 일산화탄소를 제거하여 수소를 생성한다. 이 때, 개질기(10)에서 필요로 하는 반응열은, 수소분리장치(30)에서 생성된 수소의 일부를 연소기(40)에서 연소시켜 발생하는 연소열로 활용한다. The development of various industries is expected to increase the demand for on-site or on-board small hydrogen production equipment. Commercialized large-scale hydrogen production process is shown in FIG. That is, the hydrocarbons are converted to a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide in the
탄화수소를 이용한 수소의 생성 반응을 보면 반응식 1 내지 반응식 3과 같이 다양한 반응을 이용한 진행이 가능하다. Looking at the reaction of generating hydrogen using a hydrocarbon it is possible to proceed using a variety of reactions, such as
[반응식 1]
CH4 + H2O → CO + 3H2, 반응열 : +206kJ/molCH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 , reaction heat: + 206kJ / mol
[반응식 2]
CO2 + CH4 → 2CO + 2H2, 반응열 : +247kJ/molCO 2 + CH 4 → 2CO + 2H 2 , Reaction heat: + 247kJ / mol
[반응식 3]
CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2, 반응열 : -36kJ/molCH 4 + 1 / 2O 2 → CO + 2H 2 , heat of reaction: -36kJ / mol
이 중에서 생성물 중 수소 농도가 가장 높은 반응식 1에 따른 스팀개질(steam reforming)반응이 주목을 받고 있다. 그러나 스팀개질반응의 경우 배우 큰 흡열 반응으로, 촉매 층 외부에서 반응에 필요한 열 공급이 필요하다. 스팀개질 반응의 경우 반응온도 750℃이상에서 탄화수소(메탄)의 전환율을 95%이상을 얻을 수 있기 때문에 고온의 유지와 함께 반응열을 공급하기 위하여 각고의 노력을 필요로 한다. 상기 반응식 1에 필요한 반응열은 반응식 4와 같이 탄화수소의 연소(촉매산화 또는 연소)를 통하여 생성한다.Among these, the steam reforming reaction according to
[반응식 4]Scheme 4
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 반응열 : -801kJ/molCH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O, heat of reaction: -801kJ / mol
반응식 4의 과정에서 열전달을 효과적으로 이루기 위하여 높은 온도차(△T), 넓은 접촉면적(A), 높은 열전달계수(k)를 갖는 물질을 필요로 한다. In order to effectively achieve heat transfer in Scheme 4, a material having a high temperature difference (ΔT), a large contact area (A), and a high heat transfer coefficient (k) is required.
그러나, 온도차를 얻기 위하여 가열에 필요한 화염의 온도를 무한정 올리는 것은 불가능 할 뿐더러 구성 재질의 문제점이 있고. 또한 열전달계수 역시 구성 재료의 고유한 값으로 결정되는 한계성이 있다. However, it is impossible to raise the temperature of the flame necessary for heating indefinitely in order to obtain the temperature difference, and there is a problem of the material of construction. In addition, the heat transfer coefficient is also limited by the inherent value of the constituent material.
따라서, 반응기 구성시 조절 가능한 항목으로서 열전달면적(A)의 확대 방향으로 귀결된다.Therefore, as an adjustable item in the reactor configuration, it results in an enlarged direction of the heat transfer area A.
이러한 용도의 반응기로, 금속 박판에 미세유로를 갖는 반응기를 이용하고자 하는 시도를 볼 수 있다. 특히, 본 발명의 출원인은 한국특허등록 제10-0719486호(마이크로 연소/개질반응기), 한국특허출원 제10-2009-0124091호 (미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치)를 개발하였고, 상기 발명에서는 연소촉매를 통한 빠른 기동은 갖는 마이크로 연소/개질반응기를 개시하고 있다.As a reactor for this use, an attempt is made to use a reactor having a microchannel in a metal sheet. In particular, the applicant of the present invention has developed Korean Patent Registration No. 10-0719486 (Micro Combustion / Reforming Reactor), Korean Patent Application No. 10-2009-0124091 (Hydrogen Reformer using a micro-flow heater), Rapid startup via combustion catalysts discloses having a micro combustion / reforming reactor.
반응열 생성에 필요한 탄화수소(NG, LPG, 알콜류)의 연소반응은 매우 큰 발열량을 생성하는 격렬한 반응으로 촉매연소 또는 무촉매 연소를 통하여 진행할 수 있다. The combustion reaction of hydrocarbons (NG, LPG, alcohols) necessary to generate the heat of reaction may be carried out through catalytic combustion or non-catalytic combustion in a violent reaction that generates a very large calorific value.
상기 촉매산화는 산화반응을 시작할 수 있는 온도대역까지 촉매층의 예열과 함께, 미세유로 내부에 코팅시 장시간 고열에 노출될 때 이의 내구성에 문제가 있다. 즉, 산화촉매의 경우 연소장치가 운용되는 모든 시간에 고열에 노출될 때 이의 산화활성 유지가 어렵기 때문에 실용화에 한계점으로 작용되고 있다. 또한, 무촉매 연소에서는, 착화 불꽃이 확장될 수 있는 공간이 필요하기 때문에 컴팩트한 미세유로 반응기에 적용은 불가능하다.The catalytic oxidation has a problem in its durability when it is exposed to high heat for a long time when coating the inside of the micro flow path with the preheating of the catalyst layer up to a temperature range where the oxidation reaction can start. That is, in the case of an oxidation catalyst, it is difficult to maintain its oxidative activity when exposed to high heat at all times when a combustion apparatus is operated, which is a limitation in practical use. In addition, in non-catalytic combustion, it is not possible to apply to a compact microfluidic reactor because a space for ignition flame can be expanded.
미세유로 반응기를 이용한 탄화수소 개질장치의 기동장치를 통해, 컴팩트한 미세유로 반응기의 구성이 가능하며, 초기 기동에 필요한 열 공급을 용이하게 하여 반응기 가열 시스템을 단순화 할 수 있다. 또한 연소장치가 운용되는 중 고열에 장시간 노출되지 않아 촉매의 산화활성을 유지할 수 있어 실용화에 한층 더 접근할 수 있다. 본 발명과 같이 미세유로 반응기에 적용하기 위해서 이의 특성과 잘 연계될 수 있도록 반응기 구성이 필요하다.
The starter of the hydrocarbon reformer using a microfluidic reactor enables the construction of a compact microfluidic reactor and facilitates the heat supply required for initial startup, thereby simplifying the reactor heating system. In addition, since the combustion apparatus is not exposed to high heat for a long time, the oxidative activity of the catalyst can be maintained, thereby further approaching practical use. In order to apply to the microfluidic reactor as in the present invention, a reactor configuration is necessary so that it can be well connected with its characteristics.
상기 문제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 미세유로 반응기를 이용한 탄화수소 개질장치의 기동에 필요한 가열용 연료는 수소 또는 수소와 탄화수소의 혼합물을 사용하고, 기동시 연료와 공기의 혼합 가스는 기동장치와 연결된 도관 측으로 흐름을 유도하여 연료 착화를 진행하고, 착화 후에 개질촉매 및 개질 가스의 가열을 위해서 반응기 내부 방향으로 흐름 방향을 전환하는 기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치를 제공하는 데에 있다.
An object of the present invention devised to solve the above problems, the heating fuel required for the start of the hydrocarbon reformer using a micro-flow reactor uses a mixture of hydrogen or hydrogen and hydrocarbon, and the mixture of fuel and air when starting Provides a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater having a starter which induces flow to the conduit connected to the starter and proceeds fuel ignition and changes the flow direction in the reactor direction for heating the reforming catalyst and the reformed gas after the ignition. It's there.
본 발명은 반응식 5와 같은 수소 산화반응은 귀금속 촉매표면에서 상온부터 개시될 수 있음에 착안하여 완성하였다. The present invention was completed in the light of the fact that the hydrogen oxidation reaction as in
[반응식 5]
H2 + 1/2O2 → H2O + 생성열 : 56kJ/molH 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O + Generated heat: 56kJ / mol
즉, 반응기 기동초기에 수소를 사용하여 일정온도까지 가열하고 메탄을 공급하여 주 열원을 생산하도록 운용할 수 있다. 또는, 반응기 기동 초기부터 수소와 기타 탄화수소의 혼합가스를 사용하여 상온부터 착화될 수 있도록 할 수 있다.That is, the reactor can be operated to produce a main heat source by heating to a certain temperature using hydrogen and supplying methane at the beginning of the reactor. Alternatively, it can be complexed from room temperature using a mixed gas of hydrogen and other hydrocarbons from the start of the reactor.
이와 같이 착화성이 좋은 수소를 단독사용 또는 탄화수소와 혼합사용할 때 반응기 가열시스템을 단순화 할 수 있기 때문에, 미세유로 반응기 같이 컴팩트형 반응기의 경쟁력을 강화할 수 있다.Thus, since the reactor heating system can be simplified when using hydrogen having good ignition alone or mixed with hydrocarbons, the competitiveness of a compact reactor like a microfluidic reactor can be enhanced.
기동장치에서 착화를 위한 공기 및 연료의 최초 착화 포인트를 연료공급원과 연결되어 있는 연료공급관의 외부에 산화촉매 코팅 물질을 위치한다. 연료공급관과 산화촉매 사이에는 온오프(on/off) 밸브를 두어 초기 착화 후 밸브를 닫고 가스 흐름을 바꾸는 것을 특징으로 한다. In the starter, an oxidation catalyst coating material is placed outside of the fuel supply line which connects the initial ignition point of air and fuel for ignition to the fuel supply. An on / off valve is provided between the fuel supply pipe and the oxidation catalyst to close the valve after the initial ignition and change the gas flow.
따라서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공기와 연료가스를 공급하여 발생되는 연소열과의 열교환 및 개질촉매와의 접촉에 의해 원료가스를 개질하도록 미세유로가 형성된 복수의 가열플레이트 및 개질플레이트가 교호적으로 적층되는 탄화수소 개질기; 및 상기 탄화수소 개질기에 연결되어 연료가스를 공급하고, 시동시 연료가스를 착화시키는 시동장치를 포함하고, 상기 시동장치는, 일측이 상기 탄화수소 개질기와 연결되는 연결관; 연료공급원과 상기 연결관을 연통시키는 연료관; 상기 연결관의 타측에 설치되고 내부에 착화부를 가지는 착화관; 및 상기 착화관과 상기 연결관 사이에 배치되는 온오프밸브를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치이다.Accordingly, the present invention for achieving the above object, a plurality of heating plates and reforming plate in which a fine flow path is formed to reform the raw material gas by heat exchange with combustion heat generated by supplying air and fuel gas and contact with a reforming catalyst. A hydrocarbon reformer in which is alternately stacked; And a starter connected to the hydrocarbon reformer to supply fuel gas, and igniting the fuel gas at startup, the starter comprising: a connecting pipe connected to one side of the hydrocarbon reformer; A fuel pipe communicating with a fuel supply source and said connection pipe; An ignition tube installed on the other side of the connection tube and having an ignition portion therein; And an on / off valve disposed between the ignition pipe and the connection pipe.
또 다른 발명은, 공기공급원과 연결되어 공기가 공급되는 공기공급관과, 연료공급원과 연결되는 시동장치와 연결되는 연료공급관과, 발생된 개질가스 배출관이 형성되는 상부플레이트; 및 원료공급원과 연결되어 원료가스가 공급되는 원료공급관과, 발생된 배기가스 배출관이 형성되는 하부플레이트; 상기 상부플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 공기공급관으로부터 공급된 공기를 개질가스의 잔열에 의해 예열시켜 착화된 연료에 혼합연소시키는 가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 적층된 공기예열부; 상기 공기예열부의 하측에 설치되어서 연소된 배기가스와 개질가스 만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 배기가스의 연소열을 전도하는 가열플레이트와, 상기 가열플레이트의 하측에 접하며 개질촉매가 하측으로 노출되도록 설치되는 촉매홀더 플레이트와, 상기 촉매홀더 플레이트의 하부에 설치되어서 원료가스를 상기 개질촉매에 수평한 방향으로 접촉시키는 개질플레이트를 가지는 개질반응부; 상기 개질반응부의 하측에 설치되어서 개질반응부를 통과한 배기가스와 예열된 원료가스만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 및 상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 원료가스를 상기 개질반응부를 통과한 배기가스로 예열시키는가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 배치되는 개질예열부를 포함하고, 상기 가열플레이트와 상기 개질플레이트의 상면에는 각각 미세유로가 형성되며, 상기 시동장치는, 일측이 상기 연료공급관과 연결되는 연결관; 연료공급원과 상기 연결관을 연통시키는 연료관; 상기 연결관의 타측에 설치되고 내부에 착화부를 가지는 착화관; 및 상기 착화관과 상기 연결관 사이에 배치되는 온오프밸브를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치이다.Another invention, the upper plate is formed with an air supply pipe connected to the air supply is supplied with air, a fuel supply pipe connected to the starter is connected to the fuel supply source, the generated reformed gas discharge pipe; And a lower plate connected to the raw material supply source to supply a raw material gas and a generated exhaust gas discharge pipe. An air preheating unit installed at a lower portion of the upper plate and alternately stacking a heating plate and a reforming plate for pre-heating the air supplied from the air supply pipe by the residual heat of the reforming gas and mixing and combusting the complexed fuel; An upper flow passage isolation plate installed below the air preheating unit and passing only the exhaust gas and the reformed gas; A heating plate disposed below the upper flow passage isolation plate, the heating plate conducting combustion heat of the exhaust gas, a catalyst holder plate in contact with the lower side of the heating plate, and installed to expose a reforming catalyst to the lower side; and a lower portion of the catalyst holder plate. A reforming reaction unit installed in the reforming reaction unit and having a reforming plate for contacting the raw material gas in a horizontal direction with the reforming catalyst; An upper flow path separation plate installed below the reforming reaction unit and configured to pass only the exhaust gas and the preheated raw material gas passing through the reforming reaction unit; And a reforming preheater installed at a lower portion of the upper flow path isolation plate to alternately arrange a heating plate and a reforming plate for preheating the raw material gas into exhaust gas passing through the reforming reaction unit, wherein the heating plate and the reforming plate are alternately disposed. Fine passages are formed on the upper surface of the plate, respectively, and the starter includes: a connection pipe having one side connected to the fuel supply pipe; A fuel pipe communicating with a fuel supply source and said connection pipe; An ignition tube installed on the other side of the connection tube and having an ignition portion therein; And an on / off valve disposed between the ignition pipe and the connection pipe.
상기 연료가스는 수소 및 탄화수소 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이며, 이를 통해 상온착화가 가능하다.The fuel gas is any one of hydrogen and a hydrocarbon or a mixture thereof, thereby allowing room temperature ignition.
또, 상기 착화부는 상기 착화관 내에 설치되는 착화촉매 또는 상기 착화관에 설치되는 전기 점화장치인 것을 특징으로 한다.
The ignition unit may be an ignition catalyst installed in the ignition pipe or an electric ignition device installed in the ignition pipe.
본 발명을 통하여 산화촉매의 망실 위험이 작고 초기 기동성이 좋은 미세유로 탄화수소 개질기의 제공으로 중소형의 컴팩트한 수소 제조장치의 활용성이 기대된다. 특히, 수소 정제공정을 분리막과 연계한 수소 제조 장치로 활용시 수소가 포함된 분리막 미투과 가스를 연료로 활용할 수 있기 때문에 효율이 우수한 수소제조 시스템으로 활용할 수 있다.Through the present invention, the utilization of a small and medium-sized compact hydrogen production apparatus is expected by providing a micro-channel hydrocarbon reformer having a low risk of loss of oxidation catalyst and good initial maneuverability. In particular, when the hydrogen purification process is used as a hydrogen production apparatus in conjunction with the separator, the membrane can be used as a fuel because it can utilize the non-permeable gas containing the hydrogen as a fuel.
또한, 본 시스템은 오프가스(off gas)중 수소가 포함된 폐가스가 존재하는 각종 연료전지와 연계시 좋은 효과를 얻을 수 있다.
In addition, the present system can achieve a good effect in connection with various fuel cells in which off-gas waste gas containing hydrogen is present.
도 1은 종래기술에 따른 수소제조의 블럭공정도이다.
도 2는 탄화수소 개질장치의 조립된 모습의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄화수소 개질기의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기동장치를 구동하여 수소를 이용한 반응기 가열 패턴이다.1 is a block process diagram of the hydrogen production according to the prior art.
2 is a perspective view of the assembled state of the hydrocarbon reformer.
3 is an exploded perspective view of a hydrocarbon reformer according to the present invention.
4 is a reactor heating pattern using hydrogen by driving the starter according to the present invention.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.
본 발명의 실시예에 따른 탄화수소 개질장치(3000)는 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 플레이트를 적층하여 구성되고, 이를 확산접합, 전기용접 또는 아크용접 등의 방법으로 접합시켜 컴팩트한 형태로 되는 탄화수소 개질기(2000)와, 상기 탄화수소 개질기(2000)와 연결되는 초기 착화를 위한 기동장치(2100)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 3, the
먼저, 상기 탄화수소 개질기(2000)에 대하여 설명한다.First, the
상기 탄화수소 개질기(2000)는 상부플레이트(100)와 하부플레이트(250)가 최상측과 최하측에 배치된다. In the
상기 탄화수소 개질기(2000)는 상부플레이트(100)와 하부플레이트(260)가 최상측과 최하측에 배치된다.In the
그리고, 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200) 사이에 공기 또는 연료를 가열하기 위한 공기예열플레이트(110,130)와 개질가스의 배출온도를 강하시키는 개질가스 냉각플레이트(120,140)이 교대로 적층되는 공기예열부와, 상기 예열된 연료 및 공기를 연소시키는 연소열교환플레이트(160,170)와 원료가스를 개질시켜 개질가스를 발생시키는 촉매플레이트(180) 및 개질반응플레이트(190)가 적층되는 개질반응부와, 원료가스를 예열하기 위한 개질예열플레이트(220,240)와 연소배기가스의 잔열을 회수하는 폐열회수플레이트(210,230)가 교대로 적층되는 개질예열부가 순서대로 위치하는 것을 주요한 특징으로 한다. 그리고, 공기, 연료, 개질가스, 및 원료가스의 흐름 제어를 위해 상기 공기예열부와 상기 개질반응부 사이에 상측유로 격리플레이트(150)가 배치되고, 상기 개질반응부와 상기 개질예열부 사이에 하측유로 격리플레이트(200)가 배치된다.In addition, air between the
상기 탄화수소 개질장치(2000)는 단면형상이 기본적으로 직사각형으로 형성시켜서 유로의 형성을 대각선방향으로 하는 것이 제작의 용이성 및 단위면적당 효율을 고려할 때 용이하다.In the
상기 상부플레이트(100)의 외측으로는 공기 공급관(101), 개질가스 배출관(102), 연료공급관(103), 및 개질가스 온도측정관(104)이 배치된다. 상기 공기공급관(101)과 상기 연료공급관(103)은 대각선방향으로 대향되고, 상기 개질가스 배출관(102)과 상기 개질가스 온도측정관(104)은 대각선 방향으로 대향된다.An
상기 상부플레이트(100)의 하측에는 공기예열부에 해당하는, 공기예열플레이트(110,130)과 개질가스 냉각플레이트(120,140)가 교호적으로 배치된다. 상기 공기예열플레이트(110,130)는 유입되는 공기를 연소에 용이하도록 예열시키며, 예열에 필요한 열량은 배출되는 개질가스로부터 흡수한다. 또, 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)는 개질가스에 포함된 열을 회수하여 에너지효율을 높일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 공기예열플레이트(110,130)과 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)가 각각 2개씩 사용되었으나, 그 개수를 증가시키는 것도 가능하다. 다만, 전체적인 두께 증가 및 제조비용 등을 고려하여야 한다.The
상기 공기예열플레이트(110,130)와 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)는, 각각 상기 공기공급관(101)과 연통되는 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)과, 상기 개질가스 배출관(102)에 연통되는 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)과, 상기 연료공급관(103)과 연통되는 제1 내지 제4 연소홀(113,123,133,143)과, 상기 개질가스 온도측정관(104)에 연통되는 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)이 형성된다.The
그리고, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)의 상부에는 각각 제1 내지 제4 미세유로(115,125,135,145)가 오목하게 형성된다. 상기 제1 미세유로(115)는 상기 제1공기공급홀(111)과 상기 제1연소홀(113)을 서로 연통하며, 상기 제1 개질가스 배출홀(112)과 상기 제1 개질가스 유통홀(114)을 서로 격리시킨다. 상기 제2 미세유로(125)는 상기 제2 개질가스 배출홀(122)과 상기 제2 개질가스 유통홀(124)을 서로 연통시키고, 상기 제1공기공급홀(121)과 상기 제2연소홀(123)을 서로 격리시킨다. 상기 제3 미세유로(135)는 상기 제3공기공급홀(131)과 상기 제1연소홀(133)을 서로 연통하며, 상기 제3 개질가스 배출홀(132)과 상기 제3 개질가스 유통홀(134)을 서로 격리시킨다. 상기 제4 미세유로(145)는 상기 제4 개질가스 배출홀(142)과 상기 제4 개질가스 유통홀(144)을 서로 연통시키고, 상기 제1공기공급홀(141)과 상기 제2연소홀(143)을 서로 격리시킨다.In addition, first to
상기 공기예열부의 하측에는 상기 공기공급관(101)과 상기 개질가스 배출관(102)과의 연통을 차단하도록 상측유로 격리플레이트(150)가 배치된다. 상기 상측유로 격리플레이트(150)에는 상기 개질가스 온도측정관(104)과 상기 연료공급관(103)에 각각 연통되도록 제5 개질가스 유통홀(154)과 제5 연소홀(153)이 형성된다.An upper flow
상기 상측유로 격리플레이트(150)의 하측에는 개질반응부가 배치되며, 상기 개질반응부에는 연소열교환플레이트(160,170)와, 촉매홀더플레이트(180)와, 개질반응플레이트(190)가 포함된다.A reforming reaction unit is disposed below the upper flow
상기 상측유로 격리플레이트(150)의 하측에 접하여 상기 연소열교환플레이트(160,170)가 배치된다. 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다. 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 형상은 대략 상기 예열플레이트(110,130)와 유사하다. 즉, 상기 연소열교환플레이트(160,170)는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제6 및 제7 배기가스유통홀(161,171)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)에 대응되는 위치에 제6 및 제7 아이들홀(162,172)과, 상기 제1 내지 제5 연소홀(113,123,133,143,153)과 연통되는 제6 및 제7 연소홀(163,173)과, 상기 제1 내지 제5 개질가스 유통홀(114,124,124,134,144)과 연통되는 제6 및 제7 개질가스 유통홀(164,174)이 형성된다.The combustion
그리고, 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 상부에는 각각 제6 및 제7 미세유로(165,175)가 오목하게 형성된다. 상기 제6 및 제7 미세유로(165,175)는 상기 제6 및 제7 배기가스유통홀(161,171)과 상기 제6 및 제7 연소홀(163,173)을 서로 연통하며, 상기 제6 및 제7 아이들홀(162,172)과 상기 제6 및 제7 개질가스 유통홀(164,174)을 서로 격리시킨다.In addition, sixth and
상기 제6 및 제7 아이들홀(162,172)은 상기 연소열교환플레이트(160,170)에 형성되지 않아도 된다. 다만, 제작의 편리성을 위해 공기예열플레이트(110,130)과 동일하게 형성된다.The sixth and seventh
또, 상기 제6 및 제7 미세유로(165,175)에는 연소를 보조하기 위하여, 백금 등의 연소촉매를 설치하는 것도 가능하다.In addition, in the sixth and
상기 연소열교환플레이트(160,170)의 하측에는 촉매홀더플레이트(180)가 설치된다. 상기 촉매홀더플레이트(180)는 중심에는 개질촉매(185)가 상면과 하면이 노출되도록 설치된다. 따라서, 상기 개질촉매(185)의 저면은 하기(下記)하는 개질반응플레이트(190)와 대향하게 된다. 상기 개질촉매(185)의 두께는 상기 촉매홀더플레이트(180)와 동일하게 형성시킨다. 그러므로, 상기 개질촉매(185)는 바로 위의 연소열교환플레이트(170)의 저면과 개질반응플레이트(190)의 상면 사이에서 지지되므로, 고압에도 견딜 수 있다. 또, 상기 개질촉매(185)의 면적은 제9 미세유로(195)를 커버할 수 있도록 상기 제9 미세유로(195)보다 큰 것이 개질반응을 위해 효과적이다. 위와 같은 구성으로 인하여, 상기 개질촉매(185)와 제9 미세유로(195) 사이의 공간에서 원료가스가 상기 개질촉매(185)의 평면과 평행한 방향으로 이동이 가능하다.A
그리고, 상기 촉매홀더플레이트(180)에는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제8 배기가스 배출홀(181)과, 상기 제1 내지 제5 개질가스 유통홀(114,124,124,134,144)과 연통되는 제8 개질가스 유통홀(184)이 형성된다. 또한, 상기 촉매홀더플레이트(180)에서 상기 제1 내지 제4 개질가스배출홀(112,122,132,142)과 대응되는 위치와 상기 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)와 대응되는 위치는 폐쇄돼서, 기체의 유통이 이루어지지 않으며, 상기 제8 배기가스 배출홀(181)과 상기 제8 개질가스 유통홀(184)은 서로 격리된다.In addition, the
상기 개질촉매(185)는 니켈파우더(평균입경1.0㎛)를 압력 618 kgf/cm2에서 가압하여 두께 1.2 mm로 성형하였다. 성형체는 수소 가스분위기에서 700℃에서 2시간 소결하여 원형의 디스크를 제작하고, 이를 사각형 형태로 절단하여 제작한다.The reforming
상기 개질촉매(185)는 개질원료에 따라서 변화될 수 있다. 메탄, 경유, 휘발유의 경우 니켈 파우더를 사용하여 제조될 수 있고, 에탄올 또는 메탄올을 원료로 사용하여 합성가스 제조를 목표로 할 경우 구리를 주성분으로 하는 미세금속 파우더를 사용하여 제조할 수 있다.The reforming
다음으로, 상기 촉매홀더플레이트(180)의 하측에는 개질반응플레이트(190)가 배치된다. 상기 개질반응플레이트(190)의 형상은 대략 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)와 유사하다. 즉, 상기 개질반응플레이트(190)는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제9 배기가스유통홀(191)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)에 대응되는 위치에 제9 원료가스 유통홀(192)과, 상기 제1 내지 제5 연소홀(113,123,133,143,153)에 대응되는 위치에 제9 아이들홀(193)과, 상기 제1 내지 제5 개질가스 유통홀(114,124,124,134,144)에 대응되는 위치에 제9 개질가스 유통홀(194)이 형성된다.Next, a reforming
그리고, 상기 개질반응플레이트(190)의 상부에는 제9 미세유로(195)가 오목하게 형성된다. 상기 제9 미세유로(195)는 상기 제9 원료가스 유통홀(192)과 상기 제9 개질가스 유통홀(194)를 서로 연통시키고, 상기 제9 배기가스유통홀(191)과 상기 제9 아이들홀(193)을 서로 격리시킨다.In addition, a
상기 제9 아이들홀(193)은 상기 개질반응플레이트(190)에 형성되지 않아도 된다. 다만, 제작의 편리성을 위해 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)과 동일하게 형성된다. The ninth
또, 상기 제9 미세유로(195)에는 개질반응을 보조하기 위하여, 니켈 등의 개질촉매를 설치하는 것도 가능하다.In addition, a reforming catalyst such as nickel may be provided in the
상기 개질반응부의 하측에는 상기 개질반응플레이트(190)의 제9 아이들홀(193)과 상기 제9 개질가스 유통홀과의 연통을 차단하도록 하측유로 격리플레이트(200)가 배치된다. 상기 하측유로 격리플레이트(200)에는 제9 배기가스 유통홀(191)과 제9 원료가스 유통홀(192)이 각각 연통되도록 제10 배기가스 유통홀(201)과 제10 원료가스 유통홀(202)이 형성된다.The lower flow
상기 하측유로 격리플레이트(200)의 하측으로는 개질예열부가 배치된다. 상기 개질배열부는 폐열회수플레이트(210,230)와 개질예열플레이트(220,240)가 교호적으로 배치된다. 상기 개질예열플레이트(220,240)는 유입되는 원료가스를 개질반응에 용이하도록 예열시키며, 예열에 필요한 열량은 배출되는 배기가스로부터 흡수한다. 또, 상기 폐열회수플레이트(210,230)는 배기가스에 포함된 열을 회수하여 에너지효율을 높일 수 있다. 본 발명의 실시예 에서는 상기 폐열회수플레이트(210,230)와 상기 개질예열플레이트(220,240)가 각각 2개씩 사용되었으나, 그 개수를 증가시키는 것도 가능하다. 다만, 전체적인 두께 증가 및 제조비용 등을 고려하여야 한다.A reforming preheating unit is disposed below the lower flow
상기 폐열회수플레이트(210,230)와 상기 개질예열플레이트(220,240)는, 각각 상기 제10 배기가스 유통홀(201)과 연통되는 제11 내지 제14 배기가스 유통홀(211,221,231,241)과, 상기 제10 원료가스 유통홀(202)에 연통되는 제11 내지 제14 원료가스 유통홀(212,222,232,242)와, 상기 제1 내지 제7 연소홀(113,123,133,143,153,163,173)에 대응되는 위치에 제11 내지 제14 배기가스 배출홀(213,223,233,243)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)에 대응되는 위치에 제11 내지 제14 원료가스 공급홀(214,224,234,244)이 형성된다.The waste
그리고, 상기 폐열회수플레이트(210,230)와 상기 개질예열플레이트(220,240)의 상부에는 각각 제11 내지 제14 미세유로(215,225,235,245)가 오목하게 형성된다. 상기 제11 미세유로(215)는 상기 제11 배기가스 유통홀(211)과 상기 제11 배기가스 배출홀(213)을 서로 연통하며, 상기 제11 원료가스 유통홀(212)과 상기 제11 원료가스 공급홀(214)을 서로 격리시킨다. 상기 제12 미세유로(225)는 상기 제12 원료가스 유통홀(222)과 상기 제12 원료가스 공급홀(224)을 서로 연통시키고, 상기 제12 배기가스 유통홀(221)과 상기 제12 배기가스 배출홀(223)을 서로 격리시킨다. 상기 제13 미세유로(235)는 상기 제13 배기가스 유통홀(231)과 상기 제13 배기가스 배출홀(233)을 서로 연통하며, 상기 제13 원료가스 유통홀(232)과 상기 제13 원료가스 공급홀(234)을 서로 격리시킨다. 상기 제14 미세유로(245)는 상기 제14 원료가스 유통홀(242)과 상기 제14 원료가스 공급홀(244)을 서로 연통시키고, 상기 제14 배기가스 유통홀(241)과 상기 제14 배기가스 배출홀(243)을 서로 격리시킨다.In addition, eleventh to fourteenth
상기 개질예열부의 하측에는 상기 하부플레이트(250)가 배치된다. 상기 하부플레이트에는 상기 제10 내지 제14 원료가스 유통홀(212,222,232,242)과 연통하는 원료가스 온도측정관(252)과, 상기 제11 내지 제14 배기가스 배출홀(213,223,233,243)과 연통하는 배기가스 배출관(253)과, 상기 제11 내지 제14 원료가스 공급홀(214,224,234,244)와 연통하는 원료가스 공급관(254)이 일체로 형성된다.The
그리고, 상기 상부플레이트(100)의 개질가스 온도측정관(104)과 상기 하부플레이트의 원료가스 온도측정관(252)에는 각각 도시되지 않은 열전대가 설치되어, 배출되는 개질가스와 공급되는 원료가스의 온도를 측정할 수 있다.The reformed gas
또, 상기 미세유로(115,125,135,145,165,175,195,215,225,235,245)는 바로 위에 존재하는 플레이트의 저면과의 사이에서 밀폐된 유로를 형성하게 된다. 또한, 상기 미세유로(115,125,135,145,165,175,195,215,225,235,245)는 주위의 홀들에 비해 단면적이 커서 공기, 원료가스, 배기가스, 및 개질가스의 유동속도를 저하시켜 열전달효율을 증가시키는 역할을 한다.In addition, the
그리고, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 연소열교환플레이트(160,170)와 상기 폐열회수플레이트(210,230)은 동일한 가열플레이트에 해당한다. 그리고, 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)와 상기 개질반응플레이트(190)와 상기 개질예열플레이트(220,240)은 동일한 개질플레이트에 해당한다. 그리고, 상기 가열플레이트를 180도 위상변화시키면(180도 회전시키면) 상기 개질플레이트와 동일하다. 따라서, 본 발명은 동일한 부품을 사용할 수 있어서 제조원가를 크게 감소시킬 수 있다.
The
다음으로, 상기 기동장치(2100)에 대하여 설명한다.Next, the starting
상기 기동장치(2100)는 상기 탄화수소 개질기(2000)의 연료공급관(103)과 연결되는 연결관(310)과, 상기 연결관(310)에 단부에 설치되는 온오프밸브(300)와, 상기 온오프밸브(300)에서 상기 연결관(310)의 타측에 설치되는 착화관(316)과, 상기 연결관(310)에 연료를 공급하는 연료관(312)을 포함한다.The starting
따라서, 상기 연결관(310)은 상기 착화관(316)과 상기 연료관(312)에 각각 연결되며, 상기 연결관(310)과 상기 착화관(316)의 사이에는 상기 온오프밸브(300)가 배치하게 된다.Thus, the
상기 착화관(316)은 대기와 접한 상태이다. 따라서, 상기 온오프밸브(300)를 온상태로 한 경우, 상기 연료관(312)으로부터 공급되는 연료가스는 대기압보다 높은 압력을 가지고 있고, 상기 탄화수소 개질기(2000)의 연료공급관(103) 측은 미세유로 등으로 인하여 연료가스의 진입이 상기 착화관(316)보다 곤란하므로, 상기 연료가스는 상기 연료공급관(103) 쪽으로 유입되지 못하고, 상기 착화관(316)으로 이동하게 된다.The
상기 착화관(316)에는 착화부가 설치되며, 상기 착화부로는 상기 착화관(316)의 내벽면에 설치되는 착화코팅(314) 또는 공지의 전기 점화장치(미도시)를 사용할 수 있다.An ignition unit is installed in the
본 발명의 실시예에서는, 상기 착화관(316)의 내벽면에 유입되는 연료가스를 착화시키기 위한 착화촉매(314)가 코팅된다. 따라서, 상기 착화관(316) 내로 상기 연료가스가 유입되면 착화가 일어나게 되며, 이러한 착화상태는 상기 연료관(312) 측으로 전파된다.In the embodiment of the present invention, the
상기 착화촉매(314)는 FeCrAlloy 섬유 직조울의 표면에 ZrO2를 졸겔 방법으로 언더코팅하고, 900℃에서 10시간 소성하여 촉매 성분의 지지체를 형성하고, 이의 상부에 백금 0.1중량%를 담지, 건조, 소성(공기분위기 800℃, 10시간)하여 제조하였다. The
이러한 착화촉매(314)를 착화관(316)의 내벽면에 코팅하는 것에 의해 연료 중에 수소가 미량 포함된 가스를 사용할 때, 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 제6 및 제7 미세유로(165,175)의 표면에 산화촉매 코팅 과정을 생략할 수 있다.When the
특히, 본 발명에 따른 착화촉매(314)를 착화관(316)에 배치시키는 효과, 즉 착화포인트의 위치설정에 대한 효과는 착화 촉매를 배기가스 배출구(253)에 위치하는 구성과는 전혀 다른 결과를 보인다. 즉, 배기가스 배출구(253) 내에 착화촉매가 위치할 때 착화포인트가 연료와 공기의 최초 혼합지점으로 이동하기 위해서는 착화프레임의 냉각을 방지하기 위하여 플레이트(160, 170, 210, 230) 표면에 단일 미세유로의 크기가 일정수준(quenching distance) 이상이 되어야 하기 때문에 열전달 면적의 감소는 불가피하다. 따라서, 열전달 효율의 극대화를 위해서 착화포인트를 본 발명과 같이 착화관(316)에 위치시키고, 미세유로의 홈 관경을 더욱 작게 유지하는 것이 바람직하다.In particular, the effect of arranging the
상기 착화촉매(314)의 지지체는 입자, 튜브, 막대 형태의 세라믹을 사용하여 제조되어도 무방하다.
The support of the
본 발명의 실시예에 따른 상기 탄화수소 개질장치(3000)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하, 상기 탄화수소 개질장치(3000)의 작동모습에 대해 설명한다.The
상기 탄화수소 개질기(2000)에 원료가스 공급원 및 공기공급원을 상기 원료공급관(254) 및 상기 공기공급관(101)에 각각 연결하고, 연료가스 공급원을 상기 시동장치(2100)의 연료관(312)에 연결하며, 상기 개질가스 온도측정관(104) 및 상기 원료가스 온도측정관(252)에 열전대(미도시)를 설치하여 반응기 가열 및 개질반응을 진행하였다.The source gas supply source and the air supply source are respectively connected to the
먼저, 공기의 이동경로는 다음과 같다. 상기 공기공급관(101)로 유입된 공기는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)이 형성하는 공기유입관 내로 공급된다. 그리고, 상기 공기유입관 내의 공기는 상기 공기예열플레이트(110,130)의 제1 및 제3 미세유로(115,135)를 지나 제1 내지 제7 연소홀(113,123,133,143,153,163,173)이 형성하는 연소관으로 공급되어서 연료와 혼합된다. 이 때, 상기 공기유입관의 하부는 상기 상측유로 격리플레이트(150)에 의해 폐쇄된다. 특히, 공기는 상기 제1 및 제3 미세유로(115,135)를 지나는 동안, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 교호적으로 적층된 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)로부터 전도되는 열에 의해 예열된다.First, the movement path of air is as follows. The air introduced into the
다음으로, 연료의 이동경로는 다음과 같다. 연료공급원으로부터 공급되는 연료가스는 상기 연료관(312)을 통해 상기 연결관(310)에 공급된다. 이 때 공급되는 연료가스는 수소, 탄화수소, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이러한 연료가스로 인해 상온에서 착화가 가능하다.Next, the fuel path is as follows. Fuel gas supplied from a fuel supply source is supplied to the
시동상태에서는 상기 온오프밸브(300)가 개방되므로, 상술한 바와 같이 연료가스는 상기 착화관(316)으로 이동하여 착화촉매(314)에 의해 착화된다. 연료가스의 착화는 상기 연결관(310) 내부까지 전파되며, 이 상태에서 상기 온오프밸브(300)는 폐쇄된다. 이 후에 상기 연료관(312) 및 상기 연결관(310)을 통해 상기 연료공급관(103)으로 공급된 기체상태의 연료는 상기 연료공급관(103) 내에 코팅된 착화촉매(105)에 의해 착화된 상태에서 상기 연소관을 통해 연소되면서 통과하여 결과물인 배기가스 상태로 상기 연소열교환플레이트(160,170)까지 도달한다. 연소에 의해 연소열을 포함하고 있는 고온의 배기가스는 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 제6 및 제7 미세유로(165,175)를 통해 상기 제6 내지 제14 배기가스 유통홀(161,171,181,191,201,211,221,231,241)이 형성하는 배기가스 공급관을 통과하여, 상기 폐열회수플레이트(210,230)의 제11 및 제13 미세유로(215,235)를 지나서 상기 제11 내지 제14 배기가스 배출홀(213,223,233,243)이 형성하는 배기가스 유통관을 지나 상기 하부플레이트(250)의 배기가스 배출관(253)으로 배출된다. 상기 배기가스 공급관은 상기 상부유로 격리플레이트(150)에 의해 상부가 폐쇄되고, 상기 하부플레이트(250)의 상면에 의해 하부가 폐쇄된다.Since the on-off
그리고, 원료가스 및 개질가스의 이동경로는 다음과 같다. 먼저, 상기 원료공급관(254)을 통해 원료가스가 공급되고, 상기 원료가스는 상기 제11 내지 제14 원료가스 공급홀(214,224,234,244)가 형성하는 원료가스 유입관을 통해 상기 개질예열플레이트(220,240)의 제12 및 제14 미세유로(225,245)를 지나면서 예열된다. 이 때, 원료가스의 예열은 상기 제 12 및 제14 미세유로(225,245)를 지나는 원료가스는 상기 폐열회수플레이트(210,230)의 제11 및 제13 미세유로(215,235)를 지나는 배기가스의 잔열을 열전도를 통해 공급받아 이루어진다. 상기 지나 상기 제9 내지 제14 원료가스 유통홀(192,202,212,222,232,242)가 형성하는 원료가스 유통관을 통해 상기 제9 미세유로(195)로 공급된다. 상기 상기 원료가스 유입관은 상기 하측유로 격리플레이트(200)에 의해 상측이 폐쇄되고, 상기 원료가스 유통관은 상기 촉매홀더플레이트(190)에 의해 상측이 폐쇄된다.In addition, the movement paths of the source gas and the reformed gas are as follows. First, raw material gas is supplied through the raw
상기 제9 미세유로(195)는 상기 개질촉매(185)와 접하여 있기 때문에, 상기 제9 미세유로(195)와 상기 개질촉매(185)가 형성하는 공간에서 개질반응을 통한 개질가스가 형성된다. 발생된 개질가스는 상기 제1 내지 제9 개질가스 유통홀(114,124,134,144,154,164,174,184,194)가 형성하는 개질가스 유통관을 통해 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)의 제2 및 제4 미세유로(125,145)를 지난다. 상기 제2 및 제4 미세유로(125,145)를 지나면서 냉각된 개질가스는 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)가 형성하는 개질가스 유출홀을 지나 상기 상부플레이트(100)의 개질가스 배출관(102)으로 배출된다. 상기 개질가스 유통관의 하측은 상기 하측유로 격리플레이트(200)에 의해 폐쇄되고, 상기 개질가스 유출관의 하측은 상기 상측유로 격리플레이트(150)에 의해 폐쇄된다.Since the
그리고, 상기 개질가스 온도측정관(104)은 상기 개질가스 유통관과 연통되므로 내부에 도시되지 않은 열전대에 의해 냉각되기 전의 개질가스의 온도를 측정할 수 있다. 상기 개질가스 온도 측정관(104)은 폐쇄되어 있으므로, 상기 개질가스 온도측정관(104)을 통한 개질가스의 누출은 없다.In addition, since the reformed gas
또, 상기 원료가스 온도측정관(252)은 상기 원료가스 유통관과 연통되므로 내부에 도시되지 않은 열전대에 의해 예열된 후의 원료가스의 온도를 측정할 수 있다. 상기 원료가스 온도측정관(252)은 폐쇄되어 있으므로, 상기 원료가스 온도 측정관(252)을 통한 개질가스의 누출은 없다.In addition, since the source gas
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
As described above, it has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
[실험예][Experimental Example]
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치(3000)의 가열실험에 대하여 설명한다. Hereinafter, a heating experiment of a
공기 2000㎖/min과 수소 800㎖/min을 공급하면서 반응기 각 위치별 온도 변화를 측정하였다. 초기 착화는 상기 착화관(316) 측으로 연료가스인 수소와 공기의 혼합가스가 공급되도록 상기 온오프밸브(300)를 개방하여 수소와 공기의 혼합가스가 착화촉매(3145)와 접촉시켜 수소를 착화시키기고, 이어서 상기 온오프밸브(300)를 폐쇄하여 혼합가스의 흐름 방향을 상기 탄화수소 개질기(2000) 쪽으로 향하도록 전환하여 탄화수소 개질기(2000)를 가열하였다.The temperature change at each position of the reactor was measured while supplying 2000 ml / min of air and 800 ml / min of hydrogen. In the initial ignition, the on-off
연료 공급시간에 따라서 반응기 각 위치별 온도 변화는 도 4와 같이, 초기 1시간 동안 온도 상승이 급격하게 나타났고, 연료 공급 후 2시간에 정상상태의 온도에 도달 되었다. 연소 배출가스 중에 수소 농도를 측정(가스크로마토그래피)하여 연소 효율을 분석한 결과, 수소의 연소 효율은 99.99% 으로 나타났다. 이와 같이 반응기에 별도의 연료 연소 촉매를 코팅하지 않은 구성을 통하여, 수소의 안정적인 산화반응을 진행할 수 있었다. 더욱 급속한 가열을 위해서, 공기와 수소의 초기 공급량을 증가 시키고, 일정 시간 후에 점차적으로 줄이는 컨트롤 기법(PID제어) 활용할 때 더욱 신속한 가열을 진행할 수 있다. 또한, 반응기 최종 온도를 낮추거나 높이기 위해서 최종 연료 공급량의 가감을 통해서 조절 할 수 있다.
According to the fuel supply time, the temperature change for each position of the reactor was rapidly increased in temperature during the initial 1 hour, as shown in FIG. As a result of analyzing the combustion efficiency by measuring the hydrogen concentration (gas chromatography) in the combustion exhaust gas, the combustion efficiency of hydrogen was 99.99%. In this way, a stable oxidation reaction of hydrogen was able to proceed through the structure in which a separate fuel combustion catalyst was not coated in the reactor. For faster heating, faster heating can be achieved by increasing the initial supply of air and hydrogen, and then using a control technique (PID control) that gradually reduces after a period of time. In addition, it can be adjusted through the addition or subtraction of the final fuel supply to lower or increase the reactor final temperature.
10: 개질기 20: 일산화탄소수성반응기
30: 수소분리장치 40: 연소기
100: 상부플레이트 101: 공기공급관
102: 개질가스 배출관 103: 연료공급관
104: 개질가스 온도측정관
110,130: 공기예열플레이트 111: 제1 공기공급홀
112: 제1 개질가스 배출홀 113: 제1 연소홀
114: 제1 개질가스 유통홀 115: 제1 미세유로
120,140: 개질가스 냉각플레이트 121: 제2 공기공급홀
122: 제2 개질가스 배출홀 123: 제2 연소홀
124: 제2 개질가스 유통홀 125: 제2 미세유로
131: 제3 공기공급홀 132: 제3 개질가스 배출홀
133: 제3 연소홀 134: 제3 개질가스 유통홀
135: 제3 미세유로 141: 제4 공기공급홀
142: 제4 개질가스 배출홀 143: 제4 연소홀
144: 제4 개질가스 유통홀 145: 제4 미세유로
150: 상측유로 격리플레이트 153: 제5 연소홀
154: 제5 개질가스 유통홀 160,170: 연소열교환플레이트
161: 제6 배기가스유통홀 162: 제6 아이들홀
163: 제6 연소홀 164: 제 6 개질가스 유통홀
165: 제6 미세유로 171: 제7 배기가스유통홀
172: 제7 아이들홀 173: 제7 연소홀
174: 제7 개질가스 유통홀 175: 제7 미세유로
180: 촉매플레이트 181: 제8 배기가스유통홀
184: 제8 개질가스 유통홀 185: 개질촉매
190: 개질반응플레이트 191: 제9 배기가스유통홀
192: 제9 원료가스 유통홀 193: 제9 아이들홀
194: 제9 개질가스 유통홀 200: 하측유로 격리플레이트
201: 제10 배기가스유통홀 202: 제10 원료가스 유통홀
210,230: 폐열회수플레이트 211: 제11 배기가스유통홀
212: 제11 원료가스 유통홀 213: 제11 배기가스 배출홀
214: 제11 원료가스 공급홀 215: 제11 미세유로
220,240: 개질예열플레이트 221: 제12 배기가스유통홀
222: 제12 원료가스 유통홀 223: 제12 배기가스 배출홀
224: 제12 원료가스 공급홀 225: 제12 미세유로
231: 제13 배기가스유통홀 232: 제13 원료가스 유통홀
233: 제13 배기가스 배출홀 234: 제13 원료가스 공급홀
235: 제13 미세유로 241: 제14 배기가스유통홀
242: 제14 원료가스 유통홀 243: 제14 배기가스 배출홀
244: 제14 원료가스 공급홀 245: 제14 미세유로
250: 하부플레이트 252: 원료가스 온도측정관
253: 배기가스 배출관 254: 원료가스 공급관
300: 온오프밸브 310: 연결관
312: 연료관 314: 착화촉매
316: 착화관10: reformer 20: carbon monoxide aqueous reactor
30: hydrogen separation device 40: combustor
100: upper plate 101: air supply pipe
102: reforming gas discharge pipe 103: fuel supply pipe
104: reforming gas temperature measuring tube
110,130: air preheating plate 111: first air supply hole
112: first reformed gas discharge hole 113: first combustion hole
114: first reformed gas distribution hall 115: first micro-channel
120, 140: reforming gas cooling plate 121: second air supply hole
122: second reformed gas discharge hole 123: second combustion hole
124: second reformed gas distribution hole 125: the second micro-channel
131: third air supply hole 132: third reformed gas discharge hole
133: third combustion hole 134: third reformed gas distribution hole
135: third fine flow path 141: fourth air supply hole
142: fourth reformed gas discharge hole 143: fourth combustion hole
144: fourth reformed gas distribution hall 145: fourth micro-channel
150: upper flow path isolation plate 153: fifth combustion hole
154: fifth reformed
161: sixth exhaust gas distribution hole 162: sixth idle hole
163: sixth combustion hole 164: sixth reforming gas distribution hole
165: sixth minute flow path 171: seventh exhaust gas distribution hole
172: seventh idle hole 173: seventh combustion hole
174: seventh reformed gas distribution hall 175: seventh minute flow path
180: catalyst plate 181: eighth exhaust gas distribution hole
184: 8th reforming gas distribution hall 185: reforming catalyst
190: reforming reaction plate 191: 9th exhaust gas distribution hole
192: ninth source gas distribution hole 193: ninth idle hole
194: 9th reforming gas distribution hall 200: lower flow path isolation plate
201: 10th exhaust gas distribution hole 202: 10th source gas distribution hole
210,230: waste heat recovery plate 211: 11th exhaust gas distribution hole
212: 11th source gas distribution hole 213: 11th exhaust gas discharge hole
214: Eleventh source gas supply hole 215: Eleventh minute flow path
220,240: reforming preheating plate 221: 12th exhaust gas distribution hole
222: 12th source gas distribution hole 223: 12th exhaust gas discharge hole
224: 12th source gas supply hole 225: 12th micro-channel
231: 13th exhaust gas distribution hole 232: 13th source gas distribution hole
233: thirteenth exhaust gas discharge hole 234: thirteenth raw material gas supply hole
235: thirteenth minute flow path 241: fourteenth exhaust gas distribution hole
242: 14th source gas distribution hole 243: 14th exhaust gas discharge hole
244: 14th source gas supply hole 245: 14th fine flow path
250: lower plate 252: raw material gas temperature measuring tube
253: exhaust gas discharge pipe 254: raw material gas supply pipe
300: on-off valve 310: connector
312: fuel line 314: ignition catalyst
316: ignition tube
Claims (5)
상기 탄화수소 개질기에 연결되어 연료가스를 공급하고, 시동시 연료가스를 착화시키는 시동장치를 포함하고,
상기 시동장치는,
일측이 상기 탄화수소 개질기와 연결되는 연결관;
연료공급원과 상기 연결관을 연통시키는 연료관;
상기 연결관의 타측에 설치되고 내부에 착화부를 가지는 착화관; 및
상기 착화관과 상기 연결관 사이에 배치되는 온오프밸브를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
A hydrocarbon reformer in which a plurality of heating plates and reforming plates having a fine flow path are formed to be reformed by heat exchange with combustion heat generated by supplying air and fuel gas and contact with a reforming catalyst; And
A starter connected to the hydrocarbon reformer to supply fuel gas and ignite the fuel gas at startup;
The starting device,
A connecting tube having one side connected to the hydrocarbon reformer;
A fuel pipe communicating with a fuel supply source and said connection pipe;
An ignition tube installed on the other side of the connection tube and having an ignition portion therein; And
Hydrocarbon reformer using a micro-channel heater comprising an on-off valve disposed between the ignition pipe and the connecting pipe.
원료공급원과 연결되어 원료가스가 공급되는 원료공급관과, 발생된 배기가스 배출관이 형성되는 하부플레이트;
상기 상부플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 공기공급관으로부터 공급된 공기를 개질가스의 잔열에 의해 예열시켜 착화된 연료에 혼합연소시키는 가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 적층된 공기예열부;
상기 공기예열부의 하측에 설치되어서 연소된 배기가스와 개질가스 만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트;
상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 배기가스의 연소열을 전도하는 가열플레이트와, 상기 가열플레이트의 하측에 접하며 개질촉매가 하측으로 노출되도록 설치되는 촉매홀더 플레이트와, 상기 촉매홀더 플레이트의 하부에 설치되어서 원료가스를 상기 개질촉매에 수평한 방향으로 접촉시키는 개질플레이트를 가지는 개질반응부;
상기 개질반응부의 하측에 설치되어서 개질반응부를 통과한 배기가스와 예열된 원료가스만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 및
상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 원료가스를 상기 개질반응부를 통과한 배기가스로 예열시키는가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 배치되는 개질예열부를 포함하고,
상기 가열플레이트와 상기 개질플레이트의 상면에는 각각 미세유로가 형성되며,
상기 시동장치는,
일측이 상기 연료공급관과 연결되는 연결관;
연료공급원과 상기 연결관을 연통시키는 연료관;
상기 연결관의 타측에 설치되고 내부에 착화부를 가지는 착화관; 및
상기 착화관과 상기 연결관 사이에 배치되는 온오프밸브를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
An upper plate having an air supply pipe connected to an air supply source to supply air, a fuel supply pipe connected to a starter connected to the fuel supply source, and a generated reformed gas discharge pipe; And
A lower plate connected to a raw material supply source and configured to supply a raw material gas and a generated exhaust gas discharge pipe;
An air preheating unit installed at a lower portion of the upper plate and alternately stacking a heating plate and a reforming plate for pre-heating the air supplied from the air supply pipe by the residual heat of the reforming gas and mixing and combusting the complexed fuel;
An upper flow passage isolation plate installed below the air preheating unit and passing only the exhaust gas and the reformed gas;
A heating plate disposed below the upper flow passage isolation plate, the heating plate conducting combustion heat of the exhaust gas, a catalyst holder plate in contact with the lower side of the heating plate, and installed to expose a reforming catalyst to the lower side; and a lower portion of the catalyst holder plate. A reforming reaction part installed at the reforming reaction part having a reforming plate for contacting the raw material gas in a horizontal direction with the reforming catalyst;
An upper flow path separation plate installed below the reforming reaction unit and configured to pass only the exhaust gas and the preheated raw material gas passing through the reforming reaction unit; And
A reforming preheating unit installed at a lower portion of the upper flow passage isolation plate and preheating the source gas to exhaust gas passing through the reforming reaction unit and a reforming preheating unit alternately arranged;
Fine flow paths are formed on the heating plate and the upper surface of the reforming plate, respectively.
The starting device,
A connection pipe having one side connected to the fuel supply pipe;
A fuel pipe communicating with a fuel supply source and said connection pipe;
An ignition tube installed on the other side of the connection tube and having an ignition portion therein; And
Hydrocarbon reformer using a micro-channel heater comprising an on-off valve disposed between the ignition pipe and the connecting pipe.
The hydrocarbon reformer of claim 1 or 2, wherein the fuel gas is any one of hydrogen and a hydrocarbon or a mixture thereof.
3. The hydrocarbon reformer of claim 1 or 2, wherein the ignition unit is a ignition catalyst installed in the ignition pipe.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100015623A KR101207834B1 (en) | 2010-02-22 | 2010-02-22 | Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100015623A KR101207834B1 (en) | 2010-02-22 | 2010-02-22 | Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110096270A true KR20110096270A (en) | 2011-08-30 |
KR101207834B1 KR101207834B1 (en) | 2012-12-04 |
Family
ID=44931532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020100015623A KR101207834B1 (en) | 2010-02-22 | 2010-02-22 | Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101207834B1 (en) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100719486B1 (en) | 2005-05-16 | 2007-05-18 | 한국에너지기술연구원 | Micro combusting/reforming device |
KR100898855B1 (en) | 2006-07-21 | 2009-05-21 | 주식회사 엘지화학 | Micro channel reactor for reforming including heat exchanger |
-
2010
- 2010-02-22 KR KR1020100015623A patent/KR101207834B1/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101207834B1 (en) | 2012-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5485472B2 (en) | Hydrocarbon reformer using microchannel heater | |
US11141692B2 (en) | Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices | |
JP5785659B2 (en) | Laminated hydrocarbon reformer using microchannel heater | |
JP4736298B2 (en) | Partial oxidation reformer | |
EP2969132B1 (en) | Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices | |
NO322074B1 (en) | Reforming device and method for reforming a reactant for reaction compounds | |
CA2839722A1 (en) | Method and apparatus for producing synthesis gas | |
JP2015517175A (en) | Catalytically heated fuel processor including a replaceable structured support for supporting a catalyst for a fuel cell | |
JP4562775B2 (en) | Fine channel heater for uniform heating | |
US9873101B2 (en) | Catalytic microchannel reformer | |
Hwang et al. | Novel micro-channel methane reformer assisted combustion reaction for hydrogen production | |
KR101136859B1 (en) | hydrocarbon reforming device using micro channel heater | |
KR101136867B1 (en) | hydrocarbon reforming device using micro channel heater | |
KR101207834B1 (en) | Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit | |
US10081543B2 (en) | Integrated reformer and purifier | |
KR101608855B1 (en) | CO gas reformer and manufacturing method for CO gas using the same | |
JP3763092B2 (en) | Hydrogen production equipment for fuel cells | |
KR20180045299A (en) | Internal reforming-fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151130 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161107 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171107 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180918 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190909 Year of fee payment: 8 |