KR20160133752A - Membrane reactor for hydride and hydrogen supplying system of submarine having the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a membrane reactor for hydride and a hydrogen supplying system of a submarine having the same. According to an aspect of the present invention, the membrane reactor used for the submarine or a land and ocean plant required for an air independent propulsion (AIP) system includes: a dehydrogenation catalyst filling unit filled therein with dehydrogenation catalyst to generate dehydrogenation catalyst reaction by receiving hydride; a combustion catalyst filling unit arranged to face the dehydrogenation catalyst filling unit and filled therein with combustion catalyst to be combusted and to generate a heat source by receiving the hydride and oxygen; and a hydrogen membrane arranged at an opposite side of the combustion catalyst filling unit interposed therebetween with the dehydrogenation catalyst filling unit, to separate the hydrogen generated from the dehydrogenation catalyst filling unit.

Description

수소화합물용 멤브레인 리액터 및 이를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템{MEMBRANE REACTOR FOR HYDRIDE AND HYDROGEN SUPPLYING SYSTEM OF SUBMARINE HAVING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a membrane reactor for a hydrogen compound and a hydrogen supply system for a submarine including the membrane reactor.

본 발명의 실시예는 수소화합물용 멤브레인 리액터 및 이를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템으로서, 더욱 상세하게는 수소화합물, H2O, O2를 일체화된 구조의 멤브레인 리액터(Membrane Reactor)에 공급함으로써, Dehydrogenation 반응과 H2 분리를 동시에 수행함으로써 설치 공간 감소 및 각종 비용을 줄일 수 있으며, 열효율을 향상시킬 수 있는 수소화합물용 멤브레인 리액터 및 이를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention by supplying to a hydrogen supply system of the submarine, including and this membrane reactor for hydrogen compound, membrane reactors (Membrane Reactor) of the more particularly to integrating a hydride, H 2 O, O 2 structure, The present invention relates to a membrane reactor for a hydrogen compound and a hydrogen supply system for a submarine including the same, which can reduce installation space and various costs by simultaneously performing dehydrogenation reaction and H 2 separation and improve thermal efficiency.

최근, 잠수함 AIP(Air Independent Propulsion) 시스템으로 연료전지를 활용하는 기술이 개발되었다. In recent years, technologies have been developed that utilize fuel cells as submarine air independent propulsion (AIP) systems.

현재까지 알려진 방식으로서, 연료전지에 수소를 공급하는 방식은 금속수소화물을 이용한 물리적 수소생산방법과 개질 반응 혹은 수소화합물의 탈 수소반응을 이용한 화학적 수소생산방법이 이용되고 있다.As a method known to date, hydrogen is supplied to a fuel cell by a physical hydrogen production method using a metal hydride and a chemical hydrogen production method using a reforming reaction or a dehydrogenation reaction of a hydrogen compound.

그 중에서, 금속수소화물을 활용한 물리적 수소생산방법은 수소의 무게밀도가 낮고 사용횟수가 제안적이라는 단점이 있어 화학적 수소생산방법에 대한 관심이 고조되고 있다. Among them, physical hydrogen production methods utilizing metal hydrides have a disadvantage that the weight density of hydrogen is low and the number of times of use is proposal, so that there is a growing interest in chemical hydrogen production methods.

한편, 개질 반응에 이용할 Hydro-carbon류 연료는 고온의 리포밍(Reforming)을 하기 위하여 버너(Burner)가 필요하다. 그리고 리포밍(Reforming) 이후에 H2의 양을 증가시키고 연료전지 스택(stack)에 악영향을 끼치는 CO의 함량을 줄이기 위해 여러 공정이 필요하다.On the other hand, the hydro-carbon fuel used for the reforming reaction requires a burner for reforming at a high temperature. And several processes are needed to increase the amount of H 2 after reforming and to reduce the amount of CO that adversely affects the fuel cell stack.

이와 달리, 수소화합물의 탈 수소반응을 이용한 수소생성 반응은 비교적 낮은 온도에서 반응과 반응 후, 수소의 순도가 높다는 장점이 있다. 하지만, 개질 반응에 비해 반응장치의 크기는 작지만 장치의 크기를 줄이고 효율을 높여야 할 부분은 여전히 존재한다.
In contrast, the hydrogen production reaction using the dehydrogenation reaction of the hydrogen compound is advantageous in that the hydrogen purity is high after the reaction and the reaction at a relatively low temperature. However, the size of the reactor is smaller than that of the reforming reaction, but there is still a part that needs to be reduced in size and efficiency.

도 1은 종래의 수소화합물의 탈 수소공정을 간략히 도시한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram briefly showing a dehydrogenation process of a conventional hydrogen compound.

도 1을 참조하면, 수소화합물(A)은 탈 수소장치(20)에서 탈 수소반응을 거친 후, 잠수함(1)의 연료전지에서 사용될 H2를 선택적으로 뽑아내기 위해 멤브레인(30)을 사용하고 있다. 그리고 상기 탈 수소장치(20)에서 필요한 열원은 수소화합물(A)과 O2의 혼합물을 버너(Burner)(40)에 공급함으로써, 불완전 연소반응을 통해 생성된 열원을 이용하고 있다. 1, the hydrogen compound (A) is subjected to a dehydrogenation reaction in the dehydrogenation device (20), and then the membrane (30) is used to selectively extract H 2 to be used in the fuel cell of the submarine have. The heat source necessary for the dehydrogenation unit 20 uses a heat source generated through an incomplete combustion reaction by supplying a mixture of hydrogen compound (A) and O 2 to a burner (40).

하지만, 이 같은 수소화합물의 탈 수소공정을 이용한 장치의 경우에도, 설치 공간의 제약성을 고려하여 장치의 사이즈를 줄일 수 있으며, 이와 함께 열효율을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
However, even in the case of a device using the dehydrogenation process of the hydrogen compound, it is necessary to develop a technique capable of reducing the size of the device in consideration of the space constraint of the installation space and improving the thermal efficiency.

잠수함의 연료전지 시스템(대한민국 공개특허공보 제10-2014-0036508호)Fuel cell system of submarine (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0036508)

본 발명은 상세하게는 수소화합물, H2O, O2를 일체화된 구조의 멤브레인 리액터(Membrane Reactor)에 공급함으로써, Dehydrogenation 반응과 H2 분리를 동시에 수행할 수 있어 비용을 절감할 수 있는 수소화합물용 멤브레인 리액터 및 이를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템을 제공하고자 한다.
Specifically, the present invention provides a membrane reactor (membrane reactor) having a monolithic structure of a hydrogen compound, H 2 O, and O 2 to perform dehydrogenation reaction and H 2 separation at the same time, And to provide a hydrogen supply system for a submarine including the membrane reactor.

또한, 본 발명은 종전 대비 열효율을 향상시킬 수 있는 수소화합물용 멤브레인 리액터 및 이를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템을 제공하고자 한다.
The present invention also provides a membrane reactor for a hydrogen compound and a hydrogen supply system for a submarine including the membrane reactor.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned here will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, AIP(Air Independent Propulsion) 시스템이 요구되는 잠수함 또는 육상 해상 플랜트까지 사용 가능한 멤브레인 리액터로서, 수소화합물을 공급받아 탈 수소반응을 일으키도록, 탈 수소 촉매가 충진 되는 탈 수소 촉매 충진부; 상기 탈 수소 촉매 충진부에 마주하여 배치되며, 수소화합물과 산소를 공급받아 연소되어 열원을 발생시키도록, 연소 촉매가 충진 되는 연소 촉매 충진부; 및 상기 탈 수소 촉매 충진부를 사이에 두고 상기 연소 촉매 충진부의 반대 편에 배치되며, 상기 탈 수소 촉매 충진부로부터 발생된 수소를 분리하는 수소 멤브레인;을 포함하는 멤브레인 리액터를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a membrane reactor capable of using a submarine or an offshore plant requiring an AIP (Air Independent Propulsion) system. The membrane reactor includes a dehydrogenation reactor A catalyst filling part; A combustion catalyst filling part disposed to face the dehydrogenation catalyst filling part and filled with a combustion catalyst so as to generate a heat source by being supplied with a hydrogen compound and oxygen; And a hydrogen membrane disposed on the opposite side of the combustion catalyst loading unit with the dehydrogenation catalyst loading unit interposed therebetween, the hydrogen membrane separating the hydrogen generated from the dehydrogenation catalyst loading unit.

이때, 상기 수소화합물은, MgH2, NaSi, NaBH4, NH3BH3, NH3, N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane, CH3C6H11(MCH) 중 하나 이상일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. At this time, the hydrogen compound may be at least one of MgH 2 , NaSi, NaBH 4 , NH 3 BH 3 , NH 3 , N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane, and CH 3 C 6 H 11 (MCH).

또한, 상기 수소 멤브레인은, 상기 탈 수소 촉매 충진부에서의 탈 수소반응에 의해 실시간으로 발생되는 수소를 선택적으로 분리하여 상기 연료전지 또는 수소스테이션에 공급할 수 있다. In addition, the hydrogen membrane may selectively remove hydrogen generated in real time by a dehydrogenation reaction in the dehydrogenation catalyst charging unit and supply the separated hydrogen to the fuel cell or the hydrogen station.

또한, 상기 연소 촉매 충진부는, 상기 탈 수소 촉매 충진부의 상부 층에 형성되고, 상기 수소 멤브레인은, 상기 탈 수소 촉매 충진부의 하부 층에 형성될 수 있다. The combustion catalyst filling part may be formed in an upper layer of the dehydrogenation catalyst filling part, and the hydrogen membrane may be formed in a lower layer of the dehydrogenation catalyst filling part.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 잠수함 내에 구비되며, 수소화합물을 공급받아 탈 수소반응을 일으키도록, 탈 수소 촉매가 충진 되는 탈 수소 촉매 충진부와, 상기 탈 수소 촉매 충진부에 마주하여 배치되며, 수소화합물과 산소를 공급받아 연소되어 열원을 발생시키도록, 연소 촉매가 충진 되는 연소 촉매 충진부와, 상기 탈 수소 촉매 충진부를 사이에 두고 상기 연소 촉매 충진부의 반대 편에 배치되며, 상기 탈 수소 촉매 충진부로부터 발생된 수소를 분리하는 수소 멤브레인을 포함하는 멤브레인 리액터; 및 상기 잠수함 내에 구비되며, 상기 멤브레인 리액터로부터 분리된 수소를 공급받아 사용하는 연료전지 또는 수소스테이션을 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템을 제공할 수 있다. . According to another aspect of the present invention, there is provided a dehydrogenation catalyst, comprising: a dehydrogenation catalyst filling unit provided in a submarine and filled with a dehydrogenation catalyst so as to cause a dehydrogenation reaction by receiving a hydrogen compound; A combustion catalyst filling portion filled with a combustion catalyst so as to generate a heat source by being supplied with a hydrogen compound and oxygen, and a combustion catalyst filling portion disposed on the opposite side of the combustion catalyst filling portion with the dehydrogenation catalyst filling portion interposed therebetween, A membrane reactor including a hydrogen membrane for separating hydrogen generated from the hydrogen-filled unit; And a fuel cell or a hydrogen station provided in the submarine for supplying and using hydrogen separated from the membrane reactor. .

이때, 상기 멤브레인 리액터는, 상기 잠수함의 압력선체 내, 외부 중 어느 하나에 형성될 수 있다. At this time, the membrane reactor may be formed in any one of the inside and the outside of the pressure vessel of the submarine.

그리고 상기 수소화합물은, MgH2+H2O, NaSi+H2O, NaBH4+(N2H4)2SO4+H2O, NH3BH3, NH3, N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane, CH3C6H11(MCH) 중 하나 이상일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.And the hydrogen compounds, MgH 2 + H 2 O, NaSi + H 2 O, NaBH 4 + (N 2 H 4) 2 SO 4 + H 2 O, NH 3 BH 3, NH 3, N-ethylcarbazole, BN- methylcyclopentane, CH3C6H11 (MCH), but is not limited thereto.

또한, 상기 수소 멤브레인은, 상기 탈 수소 촉매 충진부에서의 탈 수소반응에 의해 실시간으로 발생되는 수소를 선택적으로 분리하여 상기 연료전지 또는 수소스테이션에 공급할 수 있다. In addition, the hydrogen membrane may selectively remove hydrogen generated in real time by a dehydrogenation reaction in the dehydrogenation catalyst charging unit and supply the separated hydrogen to the fuel cell or the hydrogen station.

또한, 상기 연소 촉매 충진부는, 상기 탈 수소 촉매 충진부의 상부 층에 형성되고, 상기 수소 멤브레인은, 상기 탈 수소 촉매 충진부의 하부 층에 형성될 수 있다.
The combustion catalyst filling part may be formed in an upper layer of the dehydrogenation catalyst filling part, and the hydrogen membrane may be formed in a lower layer of the dehydrogenation catalyst filling part.

본 발명인 수소화합물용 멤브레인 리액터 및 이를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 가질 수 있다. The membrane reactor for hydrogen compounds according to the present invention and the hydrogen supply system for a submarine including the membrane reactor can have the following effects.

첫째, 탈 수소반응(Dehydrogenation)과 동시에 H2가 분리되기 때문에 장치 비용을 줄일 수 있으며, 장치의 소형화를 도모할 수 장점이 있다. First, since H 2 is separated at the same time as the dehydrogenation reaction, the device cost can be reduced and the device can be miniaturized.

둘째, 멤브레인 리액터(Membrane Reactor)의 한쪽에 수소 멤브레인을 설치하여 반응 후 생성되는 H2를 바로 분리시켜 반응속도를 향상시킬 수 장점이 있다. Second, a hydrogen membrane may be provided on one side of a membrane reactor to separate H 2 produced after the reaction, thereby improving the reaction rate.

셋째, 반응기 상단에 연소촉매가 충진 된 연소 시스템을 붙임으로써 열 이동 시 생성되는 손실을 최소화 할 수 있다. 또한, 연소촉매를 활용한 완전연소이기 때문에 연소 후 불순물(CO 등)이 없고 원료의 최적 공급이 가능한 장점이 있다.Thirdly, by adding a combustion system filled with a combustion catalyst at the top of the reactor, the loss generated during heat transfer can be minimized. In addition, since it is a complete combustion using a combustion catalyst, there is an advantage that there is no post-combustion impurities (CO, etc.) and an optimum supply of raw materials is possible.

넷째, 기존 대비 장치의 설치 공간이 줄어들며, 운전 측면의 자본적 지출(OPEX)가 줄어드는 장점이 있다. Fourth, there is an advantage that the installation space of the existing apparatus is reduced and the capital expenditure (OPEX) on the operation side is reduced.

다섯째, 장치의 콤팩트 모듈(Compact module)화가 가능한 장점이 있다.
Fifth, there is an advantage that a compact module of the apparatus can be obtained.

또한, 상기와 같은 효과로 인하여 AIP(Air Independent Propulsion) 시스템 이 요구되는 잠수함뿐만 아니라 육상 해상 플랜트까지 그 사용범위가 확장될 수 있다.
In addition, due to the above-mentioned effects, the use range can be extended not only to a submarine requiring an AIP (Air Independent Propulsion) system but also to an offshore plant.

도 1은 종래의 수소화합물의 탈 수소공정을 간략히 도시한 모식도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수소화합물을 이용한 잠수함의 수소 공급 시스템을 간략히 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 리액터를 간략히 도시한 구성도. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional dehydrogenation process of a hydrogen compound. FIG.
2 is a conceptual view briefly showing a hydrogen supply system for a submarine using a hydrogen compound according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of a membrane reactor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수소화합물용 멤브레인 리액터 및 이를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
Hereinafter, a membrane reactor for a hydrogen compound according to an embodiment of the present invention and a hydrogen supply system for a submarine including the membrane reactor will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도면에서, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수소화합물을 이용한 잠수함의 수소 공급 시스템을 간략히 도시한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 리액터를 간략히 도시한 구성도이다.
FIG. 2 is a conceptual view briefly showing a hydrogen supply system for a submarine using a hydrogen compound according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view illustrating a membrane reactor according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 이에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 시스템(100)은 멤브레인 리액터(110), 그리고 연료전지(또는 수소스테이션(130)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3, a submarine hydrogen supply system 100 according to an embodiment of the present invention shown therein may include a membrane reactor 110, and a fuel cell (or a hydrogen station 130).

본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 리액터(110)는 기존의 탈 수소반응 공정에 여러 공정 단계가 필요하였던 것과 달리, 탈 수소반응 즉, Dehydrogenation 반응과 수소(H2) 분리가 동시에 이루어져 반응속도가 향상되며, 장치의 부피가 혁신적으로 감소될 수 있는 장점이 있다. The membrane reactor 110 according to the embodiment of the present invention requires dehydrogenation reaction, ie, dehydrogenation reaction and hydrogen (H 2 ) separation at the same time as the conventional dehydrogenation reaction process, And the volume of the device can be innovatively reduced.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 리액터(110)의 경우 연소 촉매를 활용하여 기존의 불완전 연소와 달리 완전연소가 이루어져 열원이 공급되므로, 열효율이 향상되는 장점이 있다. In the case of the membrane reactor 110 according to the embodiment of the present invention, unlike the incomplete combustion using the combustion catalyst, complete combustion is performed and the heat source is supplied, thereby improving the thermal efficiency.

도 3을 참조하면, 이에 도시된 상기 멤브레인 리액터(110)는 탈 수소 촉매 충진부(113), 연소 촉매 충진부(111), 그리고 수소 멤브레인(115)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the membrane reactor 110 includes a dehydrogenation catalyst loading unit 113, a combustion catalyst loading unit 111, and a hydrogen membrane 115.

탈 수소 촉매 충진부(113)는 수소화합물(A)을 공급받아 멤브레인 리액터(110) 내부에서 탈 수소반응을 일으킬 수 있는데, 이를 위해 탈 수소 촉매가 도시된 형태와 같이 충진 될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.The dehydrogenation catalyst 113 may receive the hydrogen compound A and cause a dehydrogenation reaction inside the membrane reactor 110. For this purpose, the dehydrogenation catalyst may be filled in the form shown in the figure, It does not.

그리고 여기서의 수소화합물(A)은 MgH2+H2O, NaSi+H2O, NaBH4+(N2H4)2SO4+H2O, NH3BH3, NH3, N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane, CH3C6H11(MCH) 중 어느 하나(또는 하나 이상)일 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않으며 다른 수소화합물이 이용되어도 무방하다. And hydrogen compound wherein (A) is MgH 2 + H 2 O, NaSi + H 2 O, NaBH 4 + (N 2 H 4) 2 SO 4 + H 2 O, NH3BH3, NH3, N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane , And CH3C6H11 (MCH). However, the present invention is not limited thereto and other hydrogen compounds may be used.

연소 촉매 충진부(111)는 상기 탈 수소 촉매 충진부(113)에 마주하여 배치될 수 있다. 바람직한 예로서, 상기 연소 촉매 충진부(111)는 상기 탈 수소 촉매 충진부(113)의 상부 층에 형성될 수 있다. The combustion catalyst filling portion 111 may be arranged to face the dehydrogenation catalyst filling portion 113. As a preferable example, the combustion catalyst filling portion 111 may be formed on the upper layer of the dehydrogenation catalyst filling portion 113.

상기 연소 촉매 충진부(111)는 상기 탈 수소 촉매 충진부(113)의 상부 층에 마주하여 배치되는데, 상기 탈 수소 촉매 충진부(113)의 탈 수소반응에 필요한 열원을 공급하는 역할을 한다. The combustion catalyst filling part 111 is arranged to face the upper layer of the dehydrogenation catalyst filling part 113 and supplies the heat source necessary for the dehydrogenation reaction of the dehydrogenation catalyst filling part 113.

이를 위해, 상기 연소 촉매 충진부(111)는 수소화합물(A)과 산소를 공급받아 연소 촉매를 활용한 완전 연소를 일으켜 상기 탈 수소 촉매 충진부(113)에 열원을 공급한다. 따라서, 기존의 버너를 이용한 불완전 연소에 비해 열효율 측면이 월등히 우수한 효과를 가져올 수 있다. To this end, the combustion catalyst charging unit 111 supplies the hydrogen compound (A) and oxygen to the combustion catalyst 112 and supplies the heat source to the dehydrogenation catalyst charging unit 113 through complete combustion using the combustion catalyst. Therefore, the thermal efficiency can be greatly improved as compared with the incomplete combustion using the conventional burner.

수소 멤브레인(115)은 상기 탈 수소 촉매 충진부(113)를 사이에 두고 상기 연소 촉매 충진부(111)의 반대 편에 배치될 수 있다. 바람직한 예로서, 상기 수소 멤브레인(115)은 상기 탈 수소 촉매 충진부(113)의 하부 층에 형성될 수 있다. The hydrogen membrane 115 may be disposed on the opposite side of the combustion catalyst loading section 111 with the dehydrogenation catalyst loading section 113 interposed therebetween. As a preferred example, the hydrogen membrane 115 may be formed in the lower layer of the dehydrogenation catalyst loading part 113.

이에 따라, 상기 탈 수소 촉매 충진부(113)에서 실시간으로 발생되는 수소를 선택적으로 분리할 수 있다. Accordingly, hydrogen generated in real time in the dehydrogenation catalyst loading unit 113 can be selectively separated.

이때, 상기 수소 멤브레인(115)에서 선택적으로 분리된 수소는 연료전지(또는 수소스테이션)(130)에 공급되어 사용될 수 있다. At this time, the hydrogen selectively separated from the hydrogen membrane 115 may be supplied to the fuel cell (or the hydrogen station) 130 and used.

이와 같이 구성된 멤브레인 리액터(110)는 잠수함(1, 도 2 참조)의 압력선체(10, 도 2 참조)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있으며, 특정의 설치 장소에 제한되지 않는다. The membrane reactor 110 thus constructed can be installed inside or outside the pressure hull 10 (see FIG. 2) of the submarine 1 (see FIG. 2) and is not limited to a specific installation site.

이와 같이 구성된 멤브레인 리액터(110)는 기존의 탈 수소반응 공정에 여러 공정 단계가 필요하였던 것에서 벗어나, 탈 수소반응 즉, Dehydrogenation 반응과 수소(H2) 분리가 동시에 이루어질 수 있다. 이 때문에, 반응속도가 기존 대비 향상될 수 있으며, 장치의 부피가 감소되어 설치 공간의 제약 및 장치 비용을 절감할 수 있다. The membrane reactor 110 thus constructed can be dehydrogenated, ie, dehydrogenation reaction and hydrogen (H 2 ) separation, at the same time, away from the conventional dehydrogenation process requiring several process steps. Therefore, the reaction rate can be improved compared with the conventional method, and the volume of the apparatus can be reduced, thereby reducing the installation space and the apparatus cost.

이와 함께, 기존에 버너를 사용하여 열원을 공급하였던 방식에서 벗어나 연소 촉매에 의한 완전연소를 통해 탈 수소반응에 필요한 열원을 안정적으로 공급할 수 있어 열효율이 향상될 수 있다.
In addition, it is possible to stably supply the heat source required for the dehydrogenation reaction through the complete combustion by the combustion catalyst, away from the conventional method of supplying the heat source by using the burner, and the thermal efficiency can be improved.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 다음과 같은 효과를 가질 수 있다. As described above, according to the configuration and operation of the present invention, the following effects can be obtained.

첫째, 탈 수소반응(Dehydrogenation)과 동시에 H2가 분리되기 때문에 장치 비용을 줄일 수 있으며, 장치의 소형화를 도모할 수 장점이 있다. First, since H 2 is separated at the same time as the dehydrogenation reaction, the device cost can be reduced and the device can be miniaturized.

둘째, 멤브레인 리액터(Membrane Reactor)의 한쪽에 수소 멤브레인을 설치하여 반응 후 생성되는 H2를 바로 분리시켜 반응속도를 향상시킬 수 장점이 있다. Second, a hydrogen membrane may be provided on one side of a membrane reactor to separate H 2 produced after the reaction, thereby improving the reaction rate.

셋째, 반응기 상단에 연소촉매가 충진 된 연소 시스템을 붙임으로써 열 이동 시 생성되는 손실을 최소화 할 수 있다. 또한, 연소촉매를 활용한 완전연소이기 때문에 연소 후 불순물(CO 등)이 없고 원료의 최적 공급이 가능한 장점이 있다.Thirdly, by adding a combustion system filled with a combustion catalyst at the top of the reactor, the loss generated during heat transfer can be minimized. In addition, since it is a complete combustion using a combustion catalyst, there is an advantage that there is no post-combustion impurities (CO, etc.) and an optimum supply of raw materials is possible.

넷째, 기존 대비 장치의 설치 공간이 줄어들며, 운전 측면의 자본적 지출(Capex)가 줄어드는 장점이 있다. Fourth, there is an advantage that the installation space of existing equipment is reduced and the capex of operation side is reduced.

다섯째, 장치의 콤팩트 모듈(Compact module)화가 가능한 장점이 있다. Fifth, there is an advantage that a compact module of the apparatus can be obtained.

또한, 상기와 같은 효과로 인하여 AIP(Air Independent Propulsion) 시스템 이 요구되는 잠수함뿐만 아니라 육상 해상 플랜트까지 그 사용범위가 확장될 수 있다.
In addition, due to the above-mentioned effects, the use range can be extended not only to a submarine requiring an AIP (Air Independent Propulsion) system but also to an offshore plant.

지금까지 본 발명인 수소화합물용 멤브레인 리액터 및 이를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템에 관하여 구체적으로 설명하였다. The membrane reactor for a hydrogen compound and the hydrogen supply system for a submarine including the membrane reactor according to the present invention have been described in detail.

전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The foregoing embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims rather than the foregoing description. It is intended that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are to be embraced within their scope.

1: 잠수함
10: 압력선체
100: 수소 공급 시스템
110: 멤브레인 리액터
111: 연소 촉매 충진부
113: 탈 수소 촉매 충진부
115: 수소 멤브레인
130: 연료전지1: Submarine
10: Pressure hull
100: hydrogen supply system
110: Membrane reactor
111: Combustion catalyst filling part
113: Dehydrogenation catalyst filling part
115: hydrogen membrane
130: Fuel cell

Claims (9)

AIP(Air Independent Propulsion) 시스템이 요구되는 잠수함 또는 육상 해상 플랜트까지 사용 가능한 멤브레인 리액터로서,
수소화합물을 공급받아 탈 수소반응을 일으키도록, 탈 수소 촉매가 충진 되는 탈 수소 촉매 충진부;
상기 탈 수소 촉매 충진부에 마주하여 배치되며, 수소화합물과 산소를 공급받아 연소되어 상기 탈 수소 촉매 충진부에서 필요한 열원을 발생시키도록, 연소 촉매가 충진 되는 연소 촉매 충진부; 및
상기 탈 수소 촉매 충진부를 사이에 두고 상기 연소 촉매 충진부의 반대 편에 배치되며, 상기 탈 수소 촉매 충진부로부터 발생된 수소를 분리하는 수소 멤브레인;을 포함하는 멤브레인 리액터.
As membrane reactors that can be used on submarines or onshore plants requiring AIP (Air Independent Propulsion) systems,
A dehydrogenation catalyst filling part filled with a dehydrogenation catalyst so as to cause dehydrogenation reaction by receiving a hydrogen compound;
A combustion catalyst filling part which is arranged to face the dehydrogenation catalyst filling part and is filled with a combustion catalyst so as to generate a necessary heat source in the dehydrogenation catalyst filling part by being burned by supplying hydrogen compound and oxygen; And
And a hydrogen membrane disposed on the opposite side of the combustion catalyst filling part with the dehydrogenation catalyst filling part interposed therebetween, for separating hydrogen generated from the dehydrogenation catalyst filling part.
제1항에 있어서,
상기 수소화합물은,
MgH2+H2O, NaSi+H2O, NaBH4+(N2H4)2SO4+H2O, NH3BH3, NH3, N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane, CH3C6H11(MCH) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 멤브레인 리액터.
The method according to claim 1,
The hydrogen-
MgH 2 + H 2 O, NaSi + H 2 O, NaBH 4 + (N 2 H 4) 2 SO 4 + H 2 O, NH 3 BH 3, NH 3, N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane, CH3C6H11 (MCH) ≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 수소 멤브레인은,
상기 탈 수소 촉매 충진부에서의 탈 수소반응에 의해 실시간으로 발생되는 수소를 선택적으로 분리하여 상기 연료전지 또는 수소스테이션에 공급하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 리액터.
The method according to claim 1,
The hydrogen membrane comprises:
Wherein hydrogen generated in real time by the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation catalyst charging unit is selectively separated and supplied to the fuel cell or the hydrogen station.
제1항에 있어서,
상기 연소 촉매 충진부는, 상기 탈 수소 촉매 충진부의 상부 층에 형성되고,
상기 수소 멤브레인은, 상기 탈 수소 촉매 충진부의 하부 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 리액터.
The method according to claim 1,
The combustion catalyst filling portion is formed in an upper layer of the dehydrogenation catalyst filling portion,
Wherein the hydrogen membrane is formed in a lower layer of the dehydrogenation catalyst loading part.
잠수함 내에 구비되며, 수소화합물을 공급받아 탈 수소반응을 일으키도록, 탈 수소 촉매가 충진 되는 탈 수소 촉매 충진부와, 상기 탈 수소 촉매 충진부에 마주하여 배치되며, 수소화합물과 산소를 공급받아 연소되어 상기 탈 수소 촉매 충진부에서 필요한 열원을 발생시키도록, 연소 촉매가 충진 되는 연소 촉매 충진부와, 상기 탈 수소 촉매 충진부를 사이에 두고 상기 연소 촉매 충진부의 반대 편에 배치되며, 상기 탈 수소 촉매 충진부로부터 발생된 수소를 분리하는 수소 멤브레인을 포함하는 멤브레인 리액터; 및
상기 잠수함 내에 구비되며, 상기 멤브레인 리액터로부터 분리된 수소를 공급받아 사용하는 연료전지를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템.
A dehydrogenation catalyst filling part provided in the submarine and filled with a dehydrogenation catalyst so as to cause a dehydrogenation reaction by receiving a hydrogen compound; A dehydrogenation catalyst loading unit disposed at the opposite side of the dehydrogenation catalyst loading unit with the dehydrogenation catalyst loading unit interposed therebetween, A membrane reactor including a hydrogen membrane for separating hydrogen generated from the filling portion; And
And a fuel cell that is provided in the submarine and receives and uses hydrogen separated from the membrane reactor.
제5항에 있어서,
상기 멤브레인 리액터는,
상기 잠수함의 압력선체 내, 외부 중 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 수소 공급 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the membrane reactor comprises:
Wherein the submarine is formed at any one of the inside and outside of the pressure vessel of the submarine.
제5항에 있어서,
상기 수소화합물은,
MgH2+H2O, NaSi+H2O, NaBH4+(N2H4)2SO4+H2O, NH3BH3, NH3, N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane, CH3C6H11(MCH) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 잠수함의 수소 공급 시스템.
6. The method of claim 5,
The hydrogen-
MgH 2 + H 2 O, NaSi + H 2 O, NaBH 4 + (N 2 H 4) 2 SO 4 + H 2 O, NH 3 BH 3, NH 3, N-ethylcarbazole, BN-methylcyclopentane, CH3C6H11 (MCH) Of the submarine. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제5항에 있어서,
상기 수소 멤브레인은,
상기 탈 수소 촉매 충진부에서의 탈 수소반응에 의해 실시간으로 발생되는 수소를 선택적으로 분리하여 상기 연료전지 또는 수소스테이션에 공급하는 것을 특징으로 하는 잠수함의 수소 공급 시스템.
6. The method of claim 5,
The hydrogen membrane comprises:
Wherein hydrogen generated in real time by the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation catalyst filling part is selectively separated and supplied to the fuel cell or the hydrogen station.
제5항에 있어서,
상기 연소 촉매 충진부는, 상기 탈 수소 촉매 충진부의 상부 층에 형성되고,
상기 수소 멤브레인은, 상기 탈 수소 촉매 충진부의 하부 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 잠수함의 수소 공급 시스템.6. The method of claim 5,
The combustion catalyst filling portion is formed in an upper layer of the dehydrogenation catalyst filling portion,
Wherein the hydrogen membrane is formed in a lower layer of the dehydrogenation catalyst loading part.
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