KR20120128467A - 알칼리 수전해용 수소 정제장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알칼리 수전해 장치에서 공급되는 불순물 포함된 원료 가스를 촉매 반응시키고, 수분이 포함된 촉매 반응 가스에 대한 수분 흡착 반응과 흡착된 수분을 탈착하는 재생 반응을 복수의 흡착 반응기에서 교번적으로 실시함으로써, 수소 가스 정제 효율을 향상시킬 수 있는 알칼리 수전해용 수소 정제장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 알칼리 수전해용 수소 정제장치는 알칼리 수전해 장치로부터 유입되는 수소 가스에 포함된 산소를 촉매 반응시켜 수분을 생성하도록 내부에 촉매층이 설치된 촉매 반응기, 촉매 반응기의 후단에 병렬적으로 설치되고, 촉매반응된 가스에 포함된 수분을 흡착하는 복수의 흡착 반응기를 포함하되, 복수의 흡착 반응기는 교번적으로 동작하여 하나의 흡착 반응기가 흡착 반응하는 동안 나머지 흡착 반응기는 재생 반응이 이루어지도록 한다.

Description

알칼리 수전해용 수소 정제장치{HYDROGEN PURIFICATION APPARATUS FOR ALKALI WATER ELECTROLYSIS}
본 발명은 수소 정제장치에 관한 것으로서, 특히 알칼리 수전해 장치에서 공급되는 불순물 포함된 원료 가스를 촉매 반응시키고, 수분이 포함된 촉매 반응 가스에 대한 수분 흡착 반응과 흡착된 수분을 탈착하는 재생 반응을 복수의 흡착 반응기에서 교번적으로 실시함으로써, 수소 가스 정제 효율을 향상시킬 수 있는 알칼리 수전해용 수소 정제장치에 관한 것이다.
석탄, 석유 및 천연 가스와 같은 탄소 기반의 화석연료 다량의 환경오염 물질을 배출할 뿐만 아니라, 고갈될 수밖에 없는 유한한 자원이다. 이에 최근에는 수소를 이용하여 전기에너지를 생산하는 연료전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 연료전지가 개발되기 전까지 수소는 단지 산업의 원료로 이용되거나 공정 열을 얻기 위한 연료로 사용되었을 뿐 그 에너지원으로서의 큰 의미를 갖지 못했으나, 최근 연료전지의 실용화 추세에 따라 청정에너지원으로서 가치가 부각되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 수소 제조 시스템 구성도로서, 수증기 개질기(100), CO 전환기(110), PSA (Pressure Swing Adsorption,120)를 포함한다.
여기서, 수증기 개질기(100)는 700~800℃에서 개질 반응을 진행하여 수소농도 70~80%와 CO 10%를 갖는 개질 가스를 생성하고, CO 전환기(110)는 300℃에서 CO가 CO2로 1%까지 전환되도록 하며, PSA(120)는 수소 이외의 성분을 압력 흡착 방식으로 제거하여 순수소를 생성한다.
한편, 물을 전기분해하여 수소를 제조하는 공정 중 유일하게 상용화 수준에 있는 공정이 알칼리 수전해 공정이다.
도 2는 종래 기술에 따른 알칼리 수전해 공정을 이용한 수소 제조 시스템 구성도로서, 알칼리 수전해 장치(200)와, 수처리 시스템(210) 및 산소 및 부생 가스 처리 시스템(220)을 포함한다.
여기서, 알칼리 수전해 장치(200)는 반응실 내부에 설치된 애노드(202)와 캐소드(204), 애노드(202)와 캐소드(204) 사이에 이온(OH-)만을 통과시키도록 설치된 다공질 격막(206) 및 반응실에 주입되며 전해액으로 이용되는 고동도 KOH 수용액 등의 알칼리 수용액을 포함한다.
이러한 구성에 따라, 알칼리 수전해 장치(200)에 전기를 가하면 애노드(202)에서 물이 분해되어 수소가 생성되고, 분해된 OH-는 전해질을 통해 캐소드(204)로 이동하여 캐소드(204)에서 산소와 물이 생성된다.
그런데, 수소스테이션 등 산업용으로 사용하기 위해서는 99.9%이상의 순도가 확보되어야 하는데, 알칼리 수전해 공정에서 발생되는 수소의 농도는 대략 99.5%정도의 순도를 갖는 문제가 있다.
이에 따라, 알칼리 수전해 공정 후단의 수처리 시스템(210)에서 응축 반응을 진행하고, 산소 및 부생 가스 처리 시스템(220)에서 흡착 반응을 진행하여 수소농도에 포함되어 있는 불순물(산소, 수분 등)을 제거한다.
그러나 이 경우 시스템의 효율이 낮을 뿐만 아니라 처리 용량이 증가할수록 정제 시스템에 과부하가 걸려 운영이 어려운 단점이 있다.
이러한 단점을 개선하기 위하여 PSA(Pressure Swing Adsorption)의 적용 시도가 이루어지고 있으나, PSA(Pressure Swing Adsorption) 장치는 고가이며 PSA 공정 도입시 알칼리 수전해 장치 이외의 별도의 컨트롤러가 장착되어 장비 운영의 이원화를 초래하는 단점이 있다.
배경기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 촉매 반응기의 후단에 한쌍의 흡착 반응기를 병렬적으로 설치하고, 복수의 흡착 반응기가 교번적으로 동작하여 하나의 흡착 반응기가 흡착 반응하는 동안 나머지 흡착 반응기는 재생 반응이 이루어지도록 하여 고순도 수소 정제 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 알칼리 수전해용 수소 정제장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 알칼리 수전해 장치로부터 공급되는 99.5%의 수소 농도를 갖는 원료 가스에 포함된 산소를 촉매 반응시키고, 촉매 반응된 수분을 흡착 반응기에서 흡착시킴으로써 99.999%의 수도 농도를 갖도록 정제할 수 있도록 하는 알칼리 수전해용 수소 정제장치를 제공함에 있다.
과제를 해결하기 위한 본 발명의 알칼리 수전해용 수소 정제장치는 알칼리 수전해 장치로부터 유입되는 수소 가스에 포함된 산소를 촉매 반응시켜 수분을 생성하도록 내부에 촉매층이 설치된 촉매 반응기, 촉매 반응기의 후단에 병렬적으로 설치되고, 촉매반응된 가스에 포함된 수분을 흡착하는 복수의 흡착 반응기를 포함하되, 복수의 흡착 반응기는 교번적으로 동작하여 하나의 흡착 반응기가 흡착 반응하는 동안 나머지 흡착 반응기는 재생 반응이 이루어지도록 한다.
여기서, 본 발명의 실시예는 각각의 흡착 반응기의 일측에 설치되어 각 흡착 반응기 내부를 가열하는 히팅 부재가 더 포함될 수 있다.
또한, 본 발명은 외부로부터 재생가스가 공급되는 재생가스 공급관과, 촉매 반응된 가스가 상기 하나의 흡착 반응기로 유입되는 동안 상기 재생가스 공급관으로부터 공급되는 재생가스를 나머지 흡착 반응기로 유입되도록 유로를 제어하고, 하나의 흡착 반응기에서 정제된 수소 가스가 배기되는 동안 나머지 흡착 반응기에서 재생 반응된 재생 가스가 배기되도록 유로를 제어하는 유로 변경수단이 더 포함될 수 있다.
이때, 유로 변경수단은 제 1 흡착 반응기와 제 2 흡착 반응기 내부로의 촉매 반응 가스 유입이 교번적으로 이루어지도록 하는 1 삼방 밸브와, 제 1 흡착 반응기와 제 2 흡착 반응기로부터 재생 완료 가스 배기가 교번적으로 이루어지도록 하는 제 2 삼방 밸브와, 제 1 흡착 반응기와 제 2 흡착 반응기 내부로의 재생 가스 유입이 교번적으로 이루어지도록 하는 제 3 삼방 밸브 및 제 1 흡착 반응기와 제 2 흡착 반응기로부터 고순도 수소 가스 배기가 교번적으로 이루어지도록 하는 제 4 삼방 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 촉매 반응기는 반응실이 형성된 촉매 반응기 본체와, 촉매 반응기 본체 내부에 충진되는 촉매층과, 총매층의 양단부에 충진되는 촉매층 고정부재 및 촉매 반응기 본체의 양단에 착탈 가능하게 체결되며 가스 유출입을 위한 중공부가 형성된 캡을 포함한다.
또한, 흡착 반응기는 반응실이 형성된 흡착 반응기 본체와, 흡착 반응기 본체 내부에 충진되는 흡착층과, 흡착층의 양단부 충진되는 흡착층 고정부재 및 흡착 반응기 본체의 양단에 착탈 가능하게 체결되며 가스 유출입을 위한 중공부가 형성된 캡을 포함할 수 있다.
본 발명은 복수의 흡착 반응기에서 흡착 반응과 재생 반응이 교번적으로 이루어지도록 장비를 구성함으로써, 흡착 반응기와 탈착 반응기를 별도로 구비하지 않아도 되므로 장비가 간소화되고, 한쌍의 흡착 반응기가 교번적으로 작동하여 흡착 반응과 탈착 반응이 연속적으로 이루어짐으로써 고순도 수소 정제 생산 수율을 향상되는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 알칼리 수전해 장치로부터 공급되는 99.5%의 수소 농도를 갖는 원료 가스에 포함된 산소와, 촉매 반응된 수분만을 제거하는 공정만으로도 99.999% 수소 농도를 갖는 고순도 수소를 생성함으로써, 다량의 불순물을 처리하는 일반적인 PSA 장치보다 우수한 생산성 및 및 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 수소 제조 시스템 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 알칼리 수전해 공정을 이용한 수소 제조 시스템 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 알칼리 수전해용 수소 정제장치 구성도.
도 4는 도 3의 촉매 반응기 단면도.
도 5는 도 3의 흡착 반응기 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 알칼리 수전해용 수소 정제장치를 이용한 수분 흡착 성능과 탈착 성능을 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 알칼리 수전해용 수소 정제장치 구성도이고, 도 4는 도 3의 촉매 반응기 단면도이며, 도 5는 도 3의 흡착 반응기 단면도로서, 본 발명은 정제기 본체(1)와 정제기 본체(1) 내부에 설치되는 촉매 반응기(2), 복수의 흡착 반응기(3), 재생 가스 공급관(4), 재생 가스 배기관(5)과, 고순도 수소 가스 배기관(6), 유로 변경 수단(7) 및 히팅 부재(8)를 포함한다.
촉매 반응기(2)는 촉매 반응기 본체(21), 촉매층(22), 촉매층 고정부재(23), 상부 캡(24) 및 하부 캡(25)을 포함한다. 여기서, 촉매 반응기 본체(21)는 내부에 촉매층(22)이 충진되는 반응실이 형성된 몸체로서, 촉매 반응기(2) 내부에 충진된 촉매층(22)은 Cu, Ni, Fe, Zn, Al, Zr, Si 등과 같이 산화 능력을 갖는 물질을 포함하는 촉매 물질이 이용된다. 또한, 촉매층 고정부재(23)는 촉매층(22)의 상하부에 충진되어 촉매를 고정시키는 부재의 하나로서, 부직포와 같은 형상의 세라믹울(Ceramic wool)이 이용될 수 있다. 그리고, 상부 캡(24)과 하부 캡(25)은 가스 유출입이 이루어지도록 상하부를 관통하는 중공부(241,251)가 각각 형성된 몸체로서, 촉매 반응기 본체(21)의 상하부에 오링(26)을 개재하여 착탈 가능하게 결합된다. 이때, 촉매 반응기(2)의 상부 캡(24)는 알칼리 수전해 장치의 후단과 연결되고, 하부 캡(24)은 촉매 반응 가스 공급관(27)에 연결된다.
이에 따라, 알칼리 수전해 장치로부터 99.5%의 수소 농도를 갖는 원료 가스가 촉매 반응기(2)로 유입되고, 유입된 원료 가스에 포함된 산소가 촉매층(22)에서 촉매 반응됨으로써 수분이 생성되고, 수분을 포함하는 촉매 반응 가스는 촉매 반응 가스 공급관(27)을 통해 후단의 흡착 반응기(3)로 공급된다.
그리고, 복수의 흡착 반응기(3)는 촉매 반응기의 후단에 병렬적으로 설치되어, 촉매 반응 가스 공급관(27)으로부터 유입되는 촉매반응된 가스에 포함된 수분을 흡착한다. 이때, 복수의 흡착 반응기(3)는 교번적으로 동작하여 어느 하나의 흡착 반응기가 흡착 반응하는 동안 나머지 흡착 반응기들은 재생 반응이 이루어지도록 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 편의상 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명하도록 한다.
흡착 반응기(3)는 흡착 반응기 본체(31)와, 흡착층(32), 흡착층 고정부재(33), 상부 캡(34) 및 하부 캡(35)을 포함한다. 흡착 반응기 본체(31)는 내부에 반응실이 형성된 몸체로서, 흡착층(32)은 흡착 반응기 본체(31) 내부에 충진되고, 흡착층 고정부재(33)는 흡착층(32)의 상하부에 충진되어 흡착층 고정 및 흡착재의 비산을 방지하는 부재의 하나로서, 부직포와 같은 형상의 세라믹울(Ceramic wool)이 이용될 수 있다. 이때, 흡착층(32)은 실리카겔, 제올라이트와 같은 수분 흡착 가능한 물질이 이용된다.
그리고, 상부 캡(34)과 하부 캡(35)은 가스 유출입이 이루어지도록 상하부를 관통하는 중공부(341,351)가 각각 형성된 몸체로서, 흡착 반응기 본체(31)의 상하부에 오링(36)을 개재하여 착탈 가능하게 결합된다. 이때, 흡착 반응기(3)의 상부 캡(34)를 통해서는 촉매 반응 가스 유입 또는 재생 반응 완료 가스 배기가 이루어지고, 하부 캡(35)을 통해서는 재생 가스 유입 또는 고순도 수소 가스 배기가 이루어진다.
한편, 재생 가스 공급관(4)은 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)의 하부 캡(35)에 선택적으로 연통되도록 연결되어, 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)에 재생 가스를 공급하도록 구성된다. 이때, 재생 가스 공급관(4)은 알칼리 수전해 장치의 후단에 연결되어 수소 가스가 포함된 원료 가스의 일부를 재생 가스로 이용하도록 하거나, 수소나 질소 또는 공기를 공급하는 별도의 재생 가스 공급 장치에 연결되어 외부 가스를 재생 가스로 이용할 수 있도록 할 수 있다.
재생 가스 배기관(5)은 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)의 상부 캡(34)에 선택적으로 연통되도록 연결되어, 제 1 흡착 반응기(3a) 또는 제 2 흡착 반응기(3b)에서 재생 반응 완료된 가스가 선택적으로 배기되도록 한다.
고순도 수소 가스 배기관(6)은 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)의 하부 캡(35)에 선택적으로 연통되도록 연결되어, 제 1 흡착 반응기(3a) 또는 제 2 흡착 반응기(3b)로부터 생산되는 고순도 수소 가스가 선택적으로 배기되도록 한다.
유로 변경 수단(7)은 솔레노이드 타입의 제 1 삼방 밸브(71), 제 2 삼방 밸브(72), 제 3 삼방 밸브(73) 및 제 4 삼방 밸브(74)로 구성된다.
이때, 제 1 삼방 밸브(71)는 촉매 반응 가스 공급관(27)에 설치되어 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)로의 촉매 반응 가스 유입이 교번적으로 이루어지도록 하고, 제 2 삼방 밸브(72)는 재생 가스 배기관(5)에 설치되어 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)로부터의 재생이 완료된 가스 배기가 교번적으로 이루어지도록 한다. 또한, 제 3 삼방 밸브(73)는 재생 가스 공급관(4)에 설치되어 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)로의 재생 가스 유입이 교번적으로 이루어지도록 하고, 제 2 삼방 밸브(72)는 고순도 수소 가스 배기관(6)에 연결되어 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)로부터의 고순도 수소 가스 가스 배기가 교번적으로 이루어지도록 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)의 외주면에는 재생 반응시에 각각의 흡착 반응기 내부를 가열하기 위한 히팅 부재(8 : 81,82)가 설치된다.
또한, 본 발명은 정제기 본체(1) 내부의 열을 외부로 배출하기 위해 정제기 본체(1)의 상단과 하단에 설치되는 송풍팬(9)과, 온도, 압력, 유량 정보와 같은 동작 상태를 디스플레이하도록 정제기 본체(1)의 전면에 설치되는 디스플레이장치(D) 및 온도 제어, 유로 변경 수단 제어 등을 위한 제어장치(C)를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 알칼리 수전해용 수소 정제장치의 작용을 설명하도록 한다.
우선, 알칼리 수전해 장치로부터 불순물이 포함된 원료 가스를 촉매 반응기(2) 내부로 유입시켜 원료 가스에 포함된 산소가 산화 촉매 반응됨으로써 수분이 생성되도록 한다.
그리고, 제 1 삼방 밸브(71)를 제어하여 촉매 반응 가스 공급관(27)과 제 1 흡착 반응기(3a) 사이의 유로를 개방하고, 제 4 삼방 밸브(74)를 제어하여 제 1 흡착 반응기(3a)와 고순도 수소 가스 배기관(6) 사이에 유로를 개방하며, 제 1 흡착 반응기(3a) 외주에 설치된 히팅 부재(81)를 구동시켜 제 1 흡착 반응기(3a) 내부 온도를 상승시킨다. 이에 따라, 제 1 흡착 반응기(3a) 내부로 수분이 포함된 촉매 반응 가스가 유입되고, 유입된 가스에 포함된 수분이 흡착층(32)에서 흡착되며, 흡착 반응을 통해 수분이 제거된 고순도의 수소 가스는 고순도 수소 가스 배기관(6)으로 배기된다.
이와 동시에, 제 3 삼방 밸브(73)를 제어하여 재생 가스 공급관(4)과 제 2 흡착 반응기(3b) 사이의 유로를 개방하고, 제 2 삼방 밸브(72)를 제어하여 재생 가스 배기관(5)과 제 2 흡착 반응기(3b) 사이의 유로를 개방하며, 제 2 흡착 반응기(3b) 외주면에 설치된 히팅 부재(82)를 구동시켜 제 2 흡착 반응기(3b) 내부 온도를 상승시킨다. 이에 따라, 내부의 온도가 상승된 제 2 흡착 반응기(3b) 내부로 재생 가스가 유입되어 흡착층(32)에 흡착된 수분이 탈착되는 재생 반응이 이루어진다. 이때, 재생 반응은 고온으로 가열된 제 2 흡착 반응기(3b) 내부에서 재생 가스와 열에 의해 수분이 탈착되도록 하는 것으로서, 재생 반응이 완료된 가스가 재생 가스 배기관(5)으로 배기된다. 또한, 제 1 흡착 반응기(3a) 내부로 유입되는 촉매 반응 가스의 양이 제 2 흡착 반응기(3b) 내부로 유입되는 재생 가스 양보다 많을 경우 흡착 반응 속도는 빠른 반면에 재생 반응 속도가 느려지므로, 흡착 반응과 재생 반응 속도를 균등하게 하기 위해서는 재생 반응 온도를 높이는 것이 바람직하다.
이러한 공정을 연속적으로 진행하여 제 1 흡착 반응기(3b) 내부의 흡착층이 포화 상태가 되면, 제 3 삼방 밸브(71)를 제어하여 재생 가스 공급관(4)과 제 1 흡착 반응기(3a) 사이의 유로를 개방하고, 제 2 삼방 밸브(72)를 제어하여 제 1 흡착 반응기(3a)와 재생 가스 배기관(5) 사이의 유로를 개방하며, 제 1 흡착 반응기(3a) 외주면에 설치된 히팅 부재(81)를 구동시켜 제 1 흡착 반응기(3a) 내부 온도를 상승시킨다. 이에 따라, 내부의 온도가 상승된 제 1 흡착 반응기(3a) 내부로 재생 가스가 유입되어 흡착층(32)에 흡착된 수분이 탈착되는 재생 반응이 이루어지며, 재생 반응이 완료된 가스가 재생 가스 배기관(5)으로 배기된다.
이와 동시에, 제 3 삼방 밸브(73)를 제어하여 촉매 반응 가스 공급관(27)과 제 2 흡착 반응기(3b) 사이의 유로를 개방하고, 제 4 삼방 밸브(74)를 제어하여 고순도 수소 가스 배기관(6)과 제 2 흡착 반응기(3b) 사이의 유로를 개방하며, 제 2 흡착 반응기(3b) 외주면에 설치된 히팅 부재(82)를 구동시켜 제 2 흡착 반응기(3b) 내부 온도를 상승시킨다. 이에 따라, 제 2 흡착 반응기(3a) 내부로 수분이 포함된 촉매 반응 가스가 유입되고, 유입된 가스에 포함된 수분이 흡착층(32)에서 흡착되며, 흡착 반응을 통해 수분이 제거된 고순도의 수소 가스는 고순도 수소 가스 배기관(6)으로 배기된다.
이후, 제 1 흡착 반응기(3a)와 제 2 흡착 반응기(3b)에서 흡착 반응과 재생 반응이 교번적으로 이루어지도록 하는 과정을 반복한다.
본 발명의 실시예에서는 흡착 반응기를 2개로 예시로 설명하였으나, 흡착 반응을 위해 공급되는 가스가 재생 반응을 위해 공급되는 가스보다 많아 재생 반응 속도가 흡착 반응 속도에 비하여 현저히 느릴 경우 정제 효율이 저하될 수 있다. 이를 위해서, 본 발명은 복수의 흡착 반응기를 설치하고 하나의 흡착 반응기가 흡착 반응하는 동안 나머지 흡착 반응기들에서 재생 반응이 이루어지도록 하고, 하나의 흡착 반응기가 포화되면 해당 흡착 반응기에서 재생 반응이 이루어지도록 하고, 나머지 흡착 반응기 중 재생 반응이 가장 많이 이루어진 흡착 반응기에서 흡착 반응이 이루어지도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 알칼리 수전해용 수소 정제장치를 이용한 수분 흡착 성능과 탈착 성능을 나타낸 그래프로서, (a)는 수분 탈착 파과 곡선이고, (b)는 수분 흡착 파과 곡선이다. 이때, 실험 조건은 흡착온도를 25℃로, 원료 가스를 Flow를 1L/min으로 주입하고, 재생 가스를 1L/min으로 주입하였으며, 탈착 온도를 150℃로 하였다. 도 6에서 보는 바와 같이 수분 흡착 파과 곡선(b)에서 수분은 약 120분 동안 배출되지 않았으며, 흡착이 다된 후에 탈착 실험을 진행한 결과인 수분 탁착 파과 곡선(a)에서는 약 60분 정도에서 모두 탈착되는 것을 볼 수 있었다.
상술한 바와 같이 본 발명은 복수의 흡착 반응기에서 흡착 반응과 재생 반응을 교번적으로 실시함으로써, 흡착 반응의 휴지기 없이 연속적인 고농도 수소 생산이 가능하다. 또한, 본 발명은 알칼리 수전해 장치로부터 공급되는 수소 가스를 정제함으로써 간단한 장비를 이용하여 안정적으로 고순도의 수소를 생성할 수 있다. 즉, 일반적인 PSA 장치에서는 메탄 개질 가스에 포함된 다양한 불순물을 정제해야 하므로 주변 장치가 복잡해지는 단점이 있으나, 본 발명과 같이 알칼리 수전해 장치로부터 공급되는 가스는 불순물로서 산소와 수분만 포함하고 있어, 산소와 수분만 제거하면 되므로 장치 구성이 간단하고, 정제 효율도 높일 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 정제 장치 2 : 촉매 반응기
21 : 촉매 반응기 본체 22 : 촉매층
23 : 촉매층 고정부재 24 : 상부캡
25 : 하부 캡 26 : 오링
3 : 흡착 반응기 31 : 흡착 반응기 본체
32 : 흡착층 33 : 흡착층 고정부재
34 : 상부 캡 35 : 하부 캡
36 : 오링 4 : 재생 가스 공급관
5 : 재생 가스 배기관 6 : 고순도 수소 가스 배기관
7 : 유로 변경수단 8 : 히팅 부재

Claims (6)

  1. 알칼리 수전해 장치로부터 유입되는 수소 가스에 포함된 산소를 촉매 반응시켜 수분을 생성하도록 내부에 촉매층이 설치된 촉매 반응기;
    상기 촉매 반응기의 후단에 병렬적으로 설치되고, 촉매반응된 가스에 포함된 수분을 흡착하는 복수의 흡착 반응기를 포함하되,
    상기 복수의 흡착 반응기는 교번적으로 동작하여 하나의 흡착 반응기가 흡착 반응하는 동안 나머지 흡착 반응기는 재생 반응이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 알칼리 수전해용 수소 정제장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 흡착 반응기 일측에 설치되어 상기 각 흡착 반응기 내부를 가열하는 히팅 부재가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 알칼리 수전해용 수소 정제장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    외부로부터 재생가스가 공급되는 재생가스 공급관;
    상기 촉매 반응된 가스가 상기 하나의 흡착 반응기로 유입되는 동안 상기 재생가스 공급관으로부터 공급되는 재생가스를 상기 나머지 흡착 반응기로 유입되도록 유로를 제어하고, 상기 하나의 흡착 반응기에서 정제된 수소 가스가 배기되는 동안 나머지 흡착 반응기에서 재생 반응된 재생 가스가 배기되도록 유로를 제어하는 유로 변경수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 알칼리 수전해용 수소 정제장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유로 변경수단은
    상기 제 1 흡착 반응기와 제 2 흡착 반응기 내부로의 촉매 반응 가스 유입이 교번적으로 이루어지도록 하는 1 삼방 밸브;
    상기 제 1 흡착 반응기와 제 2 흡착 반응기로부터 재생 완료 가스 배기가 교번적으로 이루어지도록 하는 제 2 삼방 밸브;
    상기 제 1 흡착 반응기와 제 2 흡착 반응기 내부로의 재생 가스 유입이 교번적으로 이루어지도록 하는 제 3 삼방 밸브; 및
    상기 제 1 흡착 반응기와 제 2 흡착 반응기로부터 고순도 수소 가스 배기가 교번적으로 이루어지도록 하는 제 4 삼방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리 수전해용 수소 정제장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응기는
    반응실이 형성된 촉매 반응기 본체;
    상기 촉매 반응기 본체 내부에 충진되는 촉매층;
    상기 촉매층의 양단부에 충진되는 촉매층 고정부재; 및
    상기 촉매 반응기 본체의 양단에 착탈 가능하게 체결되며 가스 유출입을 위한 중공부가 형성된 캡을 포함함을 특징으로 하는 알칼리 수전해용 수소 정제장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착 반응기는
    반응실이 형성된 흡착 반응기 본체;
    상기 흡착 반응기 본체 내부에 충진되는 흡착층;
    상기 흡착층의 양단부에 충진되는 흡착층 고정부재; 및
    상기 흡착 반응기 본체의 양단에 착탈 가능하게 체결되며 가스 유출입을 위한 중공부가 형성된 캡을 포함함을 특징으로 하는 알칼리 수전해용 수소 정제장치.
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