KR20170001262A - 액체연료 연료처리기를 위한 액체연료와 개질산화제 혼합기, 및 연료 개질 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체연료 연료처리기를 위한 액체연료와 개질산화제 혼합기 및 연료 개질 방법에 관한 것으로, 상세하게는 고온의 개질산화제를 혼합기에 주입하는 방식을 통해 액체연료를 기화시키고 액체연료와 개질산화제의 혼합도를 향상시키는 기술이다.

Description

액체연료 연료처리기를 위한 액체연료와 개질산화제 혼합기, 및 연료 개질 방법{Mixing Technology of Liquid Fuel and Gaseous Reforming Agents for Liquid Fuel Processor, and Reforming Method}
본 발명은 액체연료 연료처리기를 위한 액체연료와 개질산화제 혼합기 및 연료 개질 방법에 관한 것으로, 상세하게는 고온의 개질산화제를 혼합기에 주입하는 방식을 통해 액체연료를 기화시키고 액체연료와 개질산화제의 혼합도를 향상시키는 기술이다.
연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기에너지를 발생시키는 친환경적 미래형 에너지 기술이다.
상기 연료전지는 지구온난화와 환경오염 문제를 야기하지 않으면서도, 에너지효율이 우수하여 내연기관을 대체할 것으로 예상되며 이에 따라 세계적으로 활발히 연구되고 있다.
더욱 상세하게는, 상기 연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 연료가스인 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생산한다.
이 때, 연료가스가 되는 수소의 안정적인 공급은 대단히 중요한 요소이며, 상기 연료전지에 수소를 공급하는 방법으로 수소 자체를 보관하는 방법도 초기에 제안되었으나 안전상의 이유로 이용이 쉽지 않고, 최근에는 수소를 함유하는 연료를 개질하여 수소를 생산해 내는 연료개질법이 주로 이용되고 있다.
연료개질법에 의한 수소 생산 방법으로는 자열개질(Autothermal Reforming, ATR), 부분산화개질(Partial Oxidation, POX) 및 수증기 개질 (Steam Reforming, SR) 방법 등이 알려져 있고, 천연가스, 메탄올, 가솔린, 디젤과 같은 연료를 촉매 층에서 수소로 생산하는 장치를 연료처리기(Fuel Processor)라 한다.
상기 연료처리기로 유입되는 탄화수소 연료 중에서 가솔린, 디젤과 같은 연료는 상온에서 액체 상태이다.
상기 연료처리기로 유입되는 개질산화제(Reforming Agent)는 산소, 수증기, 이산화탄소 등이 알려져 있고, 상온에서 기체 상태이다.
이 때, 상기 연료와 상기 개질산화제가 적절하게 혼합되어야 상기 연료처리기의 내구성 및 효율을 높일 수 있으므로, 상기 연료와 상기 개질산화제를 혼합하고 연료처리기 촉매 층으로 공급하기 위한 수단이 요구되고 있다.
일본공개특허 제2010-219002호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 액체연료를 이용한 연료처리기의 내구성 및 효율을 높이기 위한 액체연료 및 개질산화제의 혼합기 및 혼합방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 액체연료의 효과적인 기화와 기체 상태의 반응물과의 효율적인 혼합을 위해 액체연료를 분무하는 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 액체연료 연료처리기와 같이 액체 및 기체 상태의 반응물을 이용하는 연료처리기에서 액체 상태의 반응물을 기화하는 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 혼합기에서는 연료처리기 내부 촉매의 열화를 방지하고, 촉매반응의 효율을 높이기 위해 반응물을 예열하는 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 액체연료 연료처리기는 연료의 기화 및 상기 기화된 연료와 개질산화제의 혼합물이 생성되는 혼합 및 기화부, 촉매반응부가 형성되어 상기 혼합 및 기화부에서 생성된 혼합물의 개질 반응이 일어나는 개질부, 상기 혼합 및 기화부로 연료 및 개질산화제를 공급하는 분무장치, 상기 혼합 및 기화부로 개질산화제를 공급하는 개질산화제 유입구, 상기 개질산화제 유입구로 개질산화제를 이송하는 제2유로, 상기 제2유로에 이송되는 개질산화제의 공급량을 제어하는 제2유로 공급제어부, 상기 제2유로의 온도를 조절하는 제2유로 온도조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연료 개질 방법은,
분무장치를 통해 연료 또는 연료와 개질산화제를 공급하는 단계;
개질 산화제 유입구를 통해 개질산화제를 공급하는 단계;
혼합 및 기화부에서 연료를 기화하고, 상기 기화된 연료와 개질산화제를 혼합하는 단계;
상기 혼합하는 단계에서 생성된 혼합물을 촉매반응 시켜 개질하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 촉매반응부 이전에 연료와 개질산화제의 적절한 혼합물이 형성되도록 함으로써 연료처리기의 내구성 및 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료처리기의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 개질 방법의 단계도.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료처리기의 개략도를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 연료처리기(1000)는 크게 혼합 및 기화부(100), 제1유로(320), 제2유로(510), 제3유로(710)로 구성되며, 촉매반응부(210)가 형성되어 상기 혼합 및 기화부에서 생성된 혼합물의 개질 반응이 일어나는 개질부(200)와 개질산화제를 공급하기 위한 개질산화제 유입구(400), 개질산화제 및 연료를 공급하기 위한 분무장치(600)를 더 포함하고 있다.
상기 분무장치(600)는 상기 혼합 및 기화부(100), 상기 제1유로(320), 상기 제3유로(710)와 연결되고, 그 단부가 상기 혼합 및 기화부(100) 내부에 형성되어 연료 또는 개질산화제를 분사한다.
상기 혼합 및 기화부(100) 내부의 가장 효과적인 분무높이는 달라질 수 있으므로, 본 발명의 연료처리기(1000)는 상기 분무장치(600)의 길이가 조절 가능하도록 형성된다.
상기 분무장치(600)는 상기 제3유로(710)와 연결되지 않을 수도 있으며, 상기 제3유로(710)로 이송되는 개질산화제의 유입여부와 관계없이 연료를 미립화 시킬 수 있다.
상기 혼합 및 기화부(100)에는 적정 온도로 가열하는 혼합 및 기화부 온도조절수단(110)이 형성되며, 상기 도 1에는 혼합 및 기화부 온도조절수단(110)이 상기 혼합 및 기화부(100)를 감싸는 형태로 형성된 예를 도시하였으나 이는 일실시예로 다양하게 형성될 수 있다.
상기 촉매반응부(210)의 개질반응은 고온이 필수적이므로 상기 개질부(200)에는 적정 온도로 가열하는 개질부 온도 조절수단(220)이 형성되며, 상기 도 1에는 개질부 온도 조절수단(220)이 상기 개질부(200)를 감싸는 형태로 형성된 예를 도시하였으나 이는 일실시예로 다양하게 형성될 수 있다.
상기 제1유로(320)는 반응 연료가 저장되는 연료저장부(310)에 저장된 연료를 이송하며, 상기 이송되는 연료의 공급량을 제어하는 제1유로 공급제어부(330)와 연결되어 있다.
상기 제2유로(510)는 상기 개질산화제 유입구(400)에 공급되는 개질산화제를 이송하며, 상기 제2유로(510)에 이송되는 개질산화제의 공급량을 제어하는 제2유로 공급제어부(520)와 상기 제2유로(510)의 온도를 조절하는 제2유로 온도조절수단(540)이 구비된다.
상기 제2유로 온도조절수단(540)으로 가열된 개질산화제가 상기 개질산화제 유입구(400)로 공급되고, 이로 인해 상기 분무장치(600)로부터 유입되는 연료가 상기 혼합 및 기화부(100)에서 기화된다.
상기 개질산화제 유입구(400)를 통해 유입되는 개질산화제는 상기 제2유로 온도조절수단(540)을 통해 적절한 온도로 가열되어 공급되며 유동을 형성하게 되는데, 상기 유동은 상기 혼합 및 기화부(100) 내부에서 연료가 빠르게 기화하는데 효과적이며 상기 혼합 및 기화부(100) 내부에서 기화된 연료와 개질산화제의 혼합도를 향상시킨다.
상기 도 1에서는 개질 산화제 유입구(400)가 하나인 형태로 형성된 예를 도시하였으나 이는 일실시예로 연료 및 개질산화제의 혼합 효율을 높이기 위해 상기 개질 산화제 유입구(400)가 여러 개인 형태로 형성될 수 있으며, 개질 산화제 유입구(400)가 다양한 위치에 형성 될 수 있다.
상기 제3유로(710)는 분무장치(600)에 공급되는 개질산화제를 이송하며, 상기 제3유로(710)로 이송되는 개질산화제의 공급량을 제어하는 상기 제3유로 공급제어부(720)가 구비된다.
상기 제2유로(510)와 상기 제3유로(710)에는 개질산화제의 공급 압력을 조절하는 레귤레이터(530, 730)가 각각 더 구비될 수 있다.
상기 제3유로(710)는 상기 제2유로(510)로 공급되는 개질산화제의 유량을 조절하기 위해 설치되는 것으로, 개질산화제의 유량이 일정 기준 이상일 때는 상기 제2유로(510)와 상기 제3유로(710)에서 개질산화제가 공급되며 개질산화제의 유량이 일정 기준 미만일 때는 상기 제2유로(510)로만 개질산화제가 공급되어 시스템에 필요한 개질산화제의 유량에 따라 상기 제3유로(710)의 설치가 결정될 수 있다.
개질산화제의 유량은 개질 운전조건인 O/C(Oxygen to carbon ratio)와 S/C(Steam to carbon ratio)에 따라 결정된다.
상기 혼합 및 기화부(100)로 공급되는 액적의 사이즈 또는 액적이 촉매에 도달하는 시간은 상기 제2유로(510)로 공급되는 개질산화제의 유량에 의해 결정될 수도 있다.
상기 도1에는 제1유로(320)로 유입되는 연료와 제3유로(710)로 유입되는 개질산화제가 분무장치(600)로 공급되는 형태로 형성된 예를 도시하였으나, 이는 일실시예로 상기 제3유로(710)와 제3유로 공급제어부(720)는 상기 연료처리기(1000)에 포함되지 않을 수도 있으며, 상기 분무장치(600)는 다른 형태의 분무기로 대체하도록 구성될 수 있다.
또한 상기 제1유로 공급제어부(330)와 제2유로 공급제어부(520) 및 제3유로 공급제어부(720)가 다른 위치에 형성되고 각각의 구동수단과 연동되도록 구성될 수 있으며, 상기 구동수단으로 상기 제1유로(320)에는 연료 펌프와 밸브가 더 구비될 수 있고, 상기 제2유로(510)와 제3유로(710)에는 기체 공급 밸브가 더 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 개질 방법의 단계도를 도시하고 있다.
본 발명의 연료 개질 방법은,
상기 분무장치를 통해 연료 또는 연료와 개질산화제를 공급하는 단계(S100);
상기 개질 산화제 유입구를 통해 개질산화제를 공급하는 단계(S200);
상기 혼합 및 기화부에서 연료를 기화하고, 상기 기화된 연료와 개질산화제를 혼합하는 단계(S300);
상기 (S300)단계에서 생성된 혼합물을 촉매반응 시켜 개질하는 단계(S400);를 포함한다.
S300단계인 혼합 및 기화부에서 연료가 기화하고 상기 기화된 연료와 개질산화제의 혼합물이 형성되게 함으로써 상기 연료처리기(1000)의 내구성 및 효율을 높일 수 있으며, 개질산화제 유입구(400) 형태를 최적화함으로써 개질 효율을 높일 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 본 발명에 따른 연료처리기
100: 혼합 및 기화부
110: 혼합 및 기화부 온도조절수단
200: 개질부
210: 촉매반응부
220: 개질부 온도조절수단
310: 연료저장부
320: 제1유로
330: 제1유로 공급제어부
400: 개질산화제 유입구
510: 제2유로
520: 제2유로 공급제어부
530: 레귤레이터
540: 제2유로 온도조절수단
600: 분무장치
710: 제3유로
720: 제3유로 공급제어부
730: 레귤레이터

Claims (13)

  1. 합성가스 생산을 위한 액체연료 연료처리기에 있어서,
    연료의 기화 및 상기 기화된 연료와 개질산화제의 혼합물이 생성되는 혼합 및 기화부;
    촉매반응부가 형성되어 상기 혼합 및 기화부에서 생성된 혼합물의 개질 반응이 일어나는 개질부;
    상기 혼합 및 기화부로 연료 및 개질산화제를 공급하는 분무장치;
    상기 혼합 및 기화부로 개질산화제를 공급하는 개질산화제 유입구;
    상기 개질산화제 유입구로 개질산화제를 이송하는 제2유로;
    상기 제2유로에 이송되는 개질산화제의 공급량을 제어하는 제2유로 공급제어부;
    상기 제2유로의 온도를 조절하는 제2유로 온도조절수단을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 및 기화부에는 혼합 및 기화부 온도조절수단이 형성되며, 상기 개질부에는 개질부 온도 조절수단이 형성되는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분무장치는 상기 혼합 및 기화부, 제1유로, 제3유로와 연결되고, 상기 분무장치의 단부가 상기 혼합 및 기화부 내부에 형성되어 연료 또는 개질산화제를 분사하는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분무장치의 길이는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분무장치는 상기 제3유로와 연결되지 않을 수도 있으며, 상기 제3유로로 이송되는 개질산화제의 유입여부와 관계없이 연료를 미립화 시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1유로는 반응 연료가 저장되는 연료저장부에 저장된 연료를 이송하며, 상기 이송되는 연료의 공급량을 제어하는 제1유로 공급제어부와 연결되는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제3유로는 상기 분무장치에 공급되는 개질산화제를 이송하며, 상기 제3유로로 이송되는 개질산화제의 공급량을 제어하는 제3유로 공급제어부와 연결되는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1유로에는 연료 펌프와 밸브가 더 형성될 수 있고, 상기 제2유로와 상기 제3유로에는 기체 공급 밸브가 더 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제2유로와 제3유로에는 개질산화제의 공급 압력을 조절하는 레귤레이터가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 및 기화부와 상기 촉매반응부 사이가 안쪽으로 오목한 모래시계 형상인 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    개질산화제의 유량이 일정 기준 이상일 때는 상기 제2유로와 상기 제3유로에서 개질산화제가 공급되며 개질산화제의 유량이 일정 기준 미만일 때는 상기 제2유로에서만 개질산화제가 공급되어 시스템에 필요한 개질산화제의 유량에 따라 상기 제3유로의 설치가 결정되는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 혼합 및 기화부로 공급되는 액적의 사이즈 또는 액적이 촉매에 도달하는 시간은 상기 제2유로로 공급되는 개질산화제의 유량에 의해 결정될 수도 있는 것을 특징으로 하는 개질산화제 혼합기.
  13. 합성가스 생산을 위한 액체연료 연료처리기의 연료 개질 방법에 있어서,
    분무장치를 통해 연료 또는 연료와 개질산화제를 공급하는 단계;
    개질 산화제 유입구를 통해 개질산화제를 공급하는 단계;
    혼합 및 기화부에서 연료를 기화하고, 상기 기화된 연료와 개질산화제를 혼합하는 단계;
    상기 혼합하는 단계에서 생성된 혼합물을 촉매반응 시켜 개질하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 연료 개질 방법.
KR1020150090994A 2015-06-26 2015-06-26 액체연료 연료처리기를 위한 액체연료와 개질산화제 혼합기, 및 연료 개질 방법 KR20170001262A (ko)

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