KR20170022345A - Catalyst reactor for hydrocarbon steam reforming with excellent reaction efficiency - Google Patents
Catalyst reactor for hydrocarbon steam reforming with excellent reaction efficiency Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170022345A KR20170022345A KR1020150117177A KR20150117177A KR20170022345A KR 20170022345 A KR20170022345 A KR 20170022345A KR 1020150117177 A KR1020150117177 A KR 1020150117177A KR 20150117177 A KR20150117177 A KR 20150117177A KR 20170022345 A KR20170022345 A KR 20170022345A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat source
- raw material
- reforming
- reforming reaction
- unit
- Prior art date
Links
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 37
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 35
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims description 44
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 38
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 title description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 38
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 15
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 claims description 2
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- -1 hydrocarbon hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 abstract description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/2415—Tubular reactors
- B01J19/242—Tubular reactors in series
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/75—Cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/755—Nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/065—Feeding reactive fluids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/067—Heating or cooling the reactor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
본 발명은 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기에 관한 것으로서, 내측관 및 외측관으로 이루어진 이중원통형 구조로 설치되고, 내측관 및 외측관 사이에 형성된 유로를 구비하고, 유로의 일부에 촉매가 충진되어 개질반응에 의해 탄화수소계 원료 및 수증기로 부터 수소를 생성시키는 하나 이상의 개질반응부, 유로에서 상기 개질반응부와 순차적으로 반복하여 배치되고 촉매가 충진되지 않는 하나 이상의 온도회복부 및 내측관으로 고온의 가스를 공급하여 개질반응부 및 온도회복부에 반응열을 전달하는 열원공급부를 포함한다.
본 발명에 따른 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기는 복수의 개질반응부와 온도회복부가 순차적으로 반복하여 배치되어, 원료 가스의 반복적인 열회복으로 온도가 균일하게 분포되어 촉매 반응 효율이 우수한 장점을 가진다. The present invention relates to a catalytic reactor for reforming hydrocarbon steam, which comprises a double cylindrical structure composed of an inner tube and an outer tube, and a flow path formed between the inner tube and the outer tube, At least one reforming reaction unit for generating hydrogen from the hydrocarbon-based feedstock and water vapor by means of the reforming reaction unit and at least one temperature recovery unit and inner pipe which are sequentially and repeatedly arranged in the reforming reaction unit, And a heat source supply unit for supplying reaction heat to the reforming reaction unit and the temperature recovery unit.
The hydrocarbon reactor for reforming hydrocarbon steam according to the present invention is advantageous in that a plurality of reforming reactors and a temperature recovery unit are sequentially and repeatedly arranged to uniformly distribute the temperature due to repetitive heat recovery of the raw material gas,
Description
본 발명은 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기에 관한 것으로서, 상세하게는원료 가스의 반복적인 열회복으로 온도가 균일하게 분포되어 촉매 반응 효율이 우수한 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a catalytic reactor for hydrocarbon steam reforming, and more particularly, to a catalytic reactor for reforming hydrocarbon steam which is uniformly distributed in temperature due to repeated thermal recovery of a raw material gas, and thus has excellent catalytic reaction efficiency.
탄화수소 수증기 개질은 수소생산방법 중 가장 염가의 방법으로 여겨지고 있으며, 이 방법으로 세계 총 수소생산의 거의 절반이 생산되고 있다. 이러한 탄화수소 수증기 개질방법은 메탄을 주성분으로 하는 탄화수소를 수증기와 함께 촉매 존재하에서 반응시켜 수소를 얻는 것으로서, 이때 진행되는 반응은 주반응인 개질반응과 부반응인 수성가스 전이반응 2가지이며 반응식은 아래와 같다.Hydrocarbon steam reforming is considered to be the cheapest method of producing hydrogen, and nearly half of the world's total hydrogen production is produced by this method. This hydrocarbon steam reforming process is a process for producing hydrogen by reacting a hydrocarbon containing methane as a main component together with steam in the presence of a catalyst. In this case, there are two reforming reactions as a main reaction and a water gas shift reaction as a side reaction. .
반응식 1
CH4 + H2O → CO + 3H2 <20> ΔH = +497kcal/molCH 4 + H 2 O? CO + 3H 2 ? 20 =? 497 kcal / mol
CO + H2O → CO2 + H2 ΔH = -10kcal/molCO + H 2 O? CO 2 + H 2 ? H = -10 kcal / mol
상기 반응식 1에서 보는 바와 같이 수소는 메탄과 물 모두에서 분리되어 생산되기 때문에 높은 수소 생산수율이 가능하다. 그러나, 상기 개질반응은 강한 흡열반응이며 고온 및 저압 조건에 의하여 정반응의 진행이 유리하므로, 대부분 수증기와 메탄을 700∼1,100℃의 촉매반응기에서 0∼40bar의 압력하에서 공간속도 3,000∼50,000hr-1정도로 공급하면서 반응시켜 수소를 얻고 있다. 반면에 전이반응은 온화한 발열반응으로서 저온이 유리하며 압력은 거의 영향을 미치지 않는다.As shown in the
상기한 바와 같이 수증기 개질반응은 많은 반응열을 공급해야 하는 흡열반응이므로 촉매에 반응열이 효율적으로 공급되면 단위 촉매당 반응활성이 늘어나 반응기의 크기를 줄일 수 있음은 물론 수율을 높일 수 있게 된다. 촉매의 이용효율 제고 측면에서는 입자크기를 작게 하면 활성이 높아지게 되지만 압력손실이 높아지게 되므로 이를 고려하여 통상 직경이 2∼10mm 정도의 크기인 펠릿형 촉매를 사용하고 있다. 아울러 촉매는 통상의 내열성 담체(α-알루미나 혹은 칼슘-알루미네이트)에 5∼12중량% 정도의 니켈이나 코발트, 백금족 원소 또는 이들의 혼합물이 담지된 형태를 사용한다. 즉, 펠릿형 촉매는 니켈이나 코발트, 백금족 원소 또는 이들의 혼합물 등의 활성금속이 함유된 용액에 내열성 담체를 침적한 후 건조하면 용이하게 제조될 수 있으며, 필요에 따라서는 건조 후 열처리 과정을 수행하기도 한다.As described above, since the steam reforming reaction is an endothermic reaction requiring a large amount of reaction heat, if the reaction heat is efficiently supplied to the catalyst, the reaction activity per unit catalyst is increased so that the size of the reactor can be reduced and the yield can be increased. In terms of increasing the utilization efficiency of the catalyst, a smaller particle size results in higher activity but a higher pressure loss. Therefore, a pellet type catalyst having a diameter of about 2 to 10 mm is generally used. In addition, the catalyst uses a form in which about 5 to 12% by weight of nickel, cobalt, a platinum group element or a mixture thereof is supported on a conventional heat-resistant carrier (a-alumina or calcium-aluminate). That is, the pellet type catalyst can be easily produced by immersing the heat resistant carrier in a solution containing an active metal such as nickel, cobalt, platinum group elements or a mixture thereof, and drying the resultant. If necessary, It is also said.
도 1a는 종래의 촉매반응기의 측단면도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A 단면도이다. 펠릿형 촉매를 이용하는 일반적인 수증기 개질에 사용되는 공정은 관형반응기에 펠릿 형태의 촉매를 충전한 다음 관 외부로 연료의 연소에 의해 발생되는 고온의 배기가스를 공급하여 관내부의 펠릿이 반응에 필요한 열을 공급받도록 한 구조를 갖는다. 즉, 탄화수소 수증기 개질에 사용되는 반응기는 탄화수소와 수증기가 공급되어 내부에 충전된 촉매와의 접촉에 의해 탄화수소 수증기 개질반응이 일어나는 반응부와, 상기 반응부에 고온의 반응열을 전달하는 연도부로 이루어진다.1A is a side cross-sectional view of a conventional catalytic reactor, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1A. The process used for general steam reforming using a pellet type catalyst is a process in which a pellet type catalyst is filled in a tubular reactor and then a high temperature exhaust gas generated by the combustion of fuel is supplied to the outside of the tube, And the like. That is, the reactor used for hydrocarbon steam reforming is composed of a reaction part in which hydrocarbon steam reforming reaction occurs by contact with a catalyst filled with hydrocarbon and water vapor, and a flue part which transfers high-temperature reaction heat to the reaction part.
이러한 반응기에 충전되는 펠릿형 촉매는 제조단가가 매우 낮은 이점은 있으나, 연도부를 통과하는 배기가스에서 반응열로 공급되는 비율이 매우 적다는 문제점을 가지고 있다. The pellet type catalyst packed in such a reactor has an advantage that the manufacturing cost is very low, but has a problem that the ratio of the exhaust gas passing through the flue gas to the reaction heat is very small.
이에 따라 도 1a 및 도 1b와 같이, 이중관 구조로 내부에 고온의 반응열을 전달하는 구조가 제시되고 있으나, 반응기에 충전된 펠릿형 촉매는 서로 간의 접촉 면적이 매우 작아 촉매간의 열전달이 원활하게 이루어지지 않을 뿐만 아니라 흡열반응으로 인하여 연료 배기가스가 주입되는 부분에서 멀리 떨어진 곳의 펠릿형 촉매의 온도는 매우 낮아 탄화수소 수소개질 반응에 필요한 충분한 열원을 공급받지 못하여 반응수율이 현저하게 떨어져 수소의 생산성이 저하되는 문제점이 있다.Accordingly, as shown in FIGS. 1A and 1B, a structure in which a high-temperature reaction heat is transferred to the inside of a double tube structure is proposed. However, since the contact area between the pellet type catalyst packed in the reactor is very small, The temperature of the pellet-type catalyst far from the portion where the fuel exhaust gas is injected due to the endothermic reaction is very low, the sufficient heat source necessary for the hydrogen-hydrogen reforming reaction is not supplied and the reaction yield is remarkably decreased, .
이러한 문제점을 해소하기 위하여 촉매 자체의 열전도도를 향상시켜 열전달 특성을 늘리는 방안으로 금속지지체에 촉매를 코팅하는 방법이 개시된 바 있다. 국내 공개특허 2003-55252호 및 국내 공개특허 제2006-78943호에서는 얇은 금속판으로 벌집형태의 금속모노리스를 만들어 니켈 등의 활성금속을 코팅한 형태의 금속모노리스 촉매를 개시하고 있으며, 이 경우 열전도도가 높아서 모노리스 금속 촉매의 온도가 균일하게 유지되어 우수한 반응수율을 얻을 수 있다는 이점이 있다. 통상 펠릿형 촉매만을 사용한 경우 97% 정도의 메탄전환율을 얻을 수 있으나 금속모노리스 촉매를 사용한 경우 99% 정도의 매우 높은 메탄전환율을 얻을 수 있다. 그러나 금속모노리스 촉매의 경우 제조단가가 높을 뿐만 아니라 제조가 용이하지 못하여 생산성이 떨어진다는 단점을 가지고 있다.In order to solve this problem, a method of coating a catalyst on a metal support as a method of improving the thermal conductivity of the catalyst itself and increasing the heat transfer property has been disclosed. Korean Patent Publication No. 2003-55252 and Korean Patent Publication No. 2006-78943 disclose a metal monolith catalyst in which a honeycomb-shaped metal monolith is formed of a thin metal plate and coated with an active metal such as nickel. In this case, So that the temperature of the monolithic metal catalyst can be uniformly maintained and an excellent reaction yield can be obtained. Methane conversion of about 97% can be obtained by using only pellet type catalyst, but very high methane conversion of about 99% can be obtained by using metal monolith catalyst. However, metal monolith catalysts have a disadvantage that they are not only expensive to produce, but also are not easy to produce, resulting in poor productivity.
상술한 바와 같이 펠릿형 촉매는 금속모노리스 촉매에 비하여 생산성이 높고 제조단가가 월등하게 낮음에도 불구하고, 반응수율이 떨어지는 문제점을 극복하지 못하여 점차 제조단가가 높으면서도 생산성 낮은 금속모노리스 촉매로 대체되어져 가고 있는 실정이다. 이에 기존의 펠릿형 촉매를 활용하여 제조단가를 낮추면서도 반응 효율이 우수한 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기에 관한 기술이 필요한 실정이다.As described above, the pellet type catalyst is superior to the metal monolith catalyst in productivity and the production cost is low. However, since the pellet type catalyst can not overcome the problem of low reaction yield, it is gradually replaced with a metal monolith catalyst having high production cost and low productivity In fact. Therefore, there is a need for a technology for a hydrocarbon reactor for reforming hydrocarbon steam, which is excellent in reaction efficiency while lowering the manufacturing cost by using a conventional pellet type catalyst.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로서, 원료 가스의 반복적인 열회복으로 온도가 균일하게 분포되어 촉매 반응 효율이 우수한 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a catalytic reactor for reforming hydrocarbon steam, which is uniformly distributed in temperature due to repeated thermal recovery of a raw material gas and is excellent in catalytic reaction efficiency.
본 발명에 따른 반응 효율이 우수한 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기는 내측관 및 외측관으로 이루어진 이중원통형 구조로 설치되고, 상기 내측관 및 외측관 사이에 형성된 유로를 구비한 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기에 있어서, 상기 유로의 일부에 촉매가 충진되어 개질반응에 의해 탄화수소계 원료 및 수증기로 부터 수소를 생성시키는 하나 이상의 개질반응부, 상기 유로에서 상기 개질반응부와 순차적으로 반복하여 배치되고 상기 촉매가 충진되지 않는 하나 이상의 온도회복부 및 상기 내측관으로 고온의 가스를 공급하여 상기 개질반응부 및 온도회복부에 반응열을 전달하는 열원공급부를 포함할 수 있다.The catalytic reactor for reforming hydrocarbon steam with excellent reaction efficiency according to the present invention is a catalytic reactor for reforming hydrocarbon steam having a double cylindrical structure composed of an inner tube and an outer tube and having a flow path formed between the inner tube and the outer tube At least one reforming reaction part which is filled with a catalyst in a part of the flow path to generate hydrogen from a hydrocarbon-based feedstock and steam by a reforming reaction, and a reforming reaction part which is arranged repeatedly in succession from the reforming reaction part in the flow path, And a heat source supply unit for supplying a high temperature gas to the inner tube to transfer the reaction heat to the reforming reaction unit and the temperature recovery unit.
본 발명의 일 실시예로 상기 유로는 상기 내측관 및 외측관 사이에 구획판이 엇갈리게 하나 이상 배치되어 지그재그 형태로 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the flow path may be formed in a zigzag shape by disposing at least one partition plate between the inner tube and the outer tube.
본 발명의 일 실시예로 상기 원료가 상기 개질반응부에서 하향으로 이동하고 상기 온도회복부에서 상향으로 이동하도록 상기 유로의 구획판이 세로로 배열될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the partition plate of the flow path may be vertically arranged so that the raw material moves downward in the reforming reaction unit and moves upward in the temperature recovery unit.
본 발명의 일 실시예로 상기 유로가 하나 이상의 층으로 적층되되 서로 연결되어, 상기 원료가 상기 유로를 따라 이동할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the flow paths are stacked as one or more layers, but are connected to each other, so that the raw materials can move along the flow path.
본 발명의 일 실시예로 상기 이중원통형 구조의 상부면에 접하여 배치되고, 스크류 형태의 원료 공급유로를 구비하여, 주입된 액체 원료의 일부 또는 전부가 상기 열원공급부의 열원에 의하여 기화되어 상기 개질반응부에 공급하는 원료공급부를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a raw material supply passage, which is disposed in contact with the upper surface of the double cylindrical structure and has a screw shape, is provided, and a part or all of the injected liquid raw material is vaporized by the heat source of the heat source supply portion, And a raw material supply unit for supplying the raw material supply unit.
본 발명의 일 실시예로 상기 원료공급부는 개질반응에 필용한 원료의 양을 산정하여 순차적으로 유입되도록 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the raw material supply unit may calculate the amount of raw materials consumed in the reforming reaction and sequentially introduce the raw materials.
본 발명의 일 실시예로 상기 열원공급부는, 상기 이중원통형 구조의 하부면에 접하여 배치되고, 유입된 고온의 가스가 일정하게 분포하도록 하는 열원가스 분배판, 원통 형태로 상기 열원가스 분배판과 연결되고, 상기 이중원통형 구조의 내측관의 내부에 이격되게 삽입 설치되는 열원가스 흐름관 및 기 열원가스 흐름관의 내부와 연결되는 열원가스 배출구를 포함하여, 상기 열원가스 분배판에 유입된 가스는 상기 내측관과 상기 열원가스 흐름관의 사이 간격으로 상향 이동한 후, 상기 열원가스 흐름관의 내부에서 하향 이동하여 열원가스 배출구를 통하여 배출될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat source supply unit includes a heat source gas distribution plate disposed in contact with a lower surface of the double cylindrical structure and distributing the introduced high temperature gas uniformly, And a heat source gas flow pipe connected to the inside of the gas source gas flow pipe and spaced apart from the inside of the inner tube of the double cylindrical structure, It may be moved upwards at an interval between the inner tube and the heat source gas flow tube and then moved downward within the heat source gas flow tube and discharged through the heat source gas outlet.
본 발명의 일 실시예로 상기 열원공급부의 가스는 폐쇄식 연소반응에 발생한 고온의 가스를 이용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas of the heat source supply unit may use a high-temperature gas generated in a closed combustion reaction.
본 발명의 일 실시예로 상기 원료는 탄화수소 1몰당 수증기 2 내지 5몰의 비율로 혼합하여 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the raw materials can be prepared by mixing 2 to 5 moles of water vapor per mole of hydrocarbon.
본 발명의 일 실시예로 상기 촉매는 내열성 담체에 니켈이나 코발트, 백금족 원소 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 활성금속을 5∼12중량% 함유하도록 담지하여 제조될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the catalyst may be prepared by impregnating the heat-resistant support with 5-12 wt% of an active metal selected from nickel, cobalt, platinum group elements or a mixture thereof.
본 발명의 일 실시예로 상기 온도회복부는 철, 스테인리스 스틸 또는 철-크롬 합금에서 선택된 금속을 이용한 허니컴(honeycomb) 형태의 열교환부를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the temperature recovery unit may further include a honeycomb type heat exchange unit using a metal selected from iron, stainless steel or an iron-chromium alloy.
본 발명의 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기는 복수의 개질반응부와 온도회복부가 순차적으로 반복하여 배치되어, 원료 가스의 반복적인 열회복으로 온도가 균일하게 분포되어 촉매 반응 효율이 우수한 장점을 가진다. The hydrocarbon reactor for reforming steam reforming according to the present invention is advantageous in that a plurality of reforming reactors and a temperature recovery unit are sequentially and repeatedly arranged to uniformly distribute the temperature due to repetitive heat recovery of the raw material gas,
또한, 반응열의 원활한 공급을 도모하여 금속모노리스 촉매를 사용하는 것에 비하여 가격 대비 수소 생산성의 증대는 물론 반응효율을 극대화할 수 있다.In addition, it is possible to maximize the reaction efficiency as well as increase the hydrogen productivity in comparison with the use of the metal monolith catalyst by supplying the reaction heat smoothly.
도 1a는 종래의 촉매반응기의 측단면도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 측단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 개질반응부 및 온도회복부의 사시도이다.
도 3b는 도 3a에서 유체흐름을 나타낸 전개도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 2층으로 형성된 개질반응부 및 온도회복부의의 사시도이다.
도 4b는 도 4a에서 유체흐름을 나타낸 전개도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 원료공급부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 열원공급부의 사시도이다.1A is a side cross-sectional view of a conventional catalytic reactor.
1B is a cross-sectional view taken along the line AA in Fig. 1A.
2A is a perspective view of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention.
2B is a side cross-sectional view of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention.
3A is a perspective view of a reforming reaction unit and a temperature recovery unit of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3B is a developed view of fluid flow in Figure 3A.
4A is a perspective view of a reforming reaction unit and a temperature recovery unit formed of two layers of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4B is a developed view of the fluid flow in FIG. 4A. FIG.
5 is a perspective view of a raw material supply portion of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view of a heat source supplying part of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것은 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings illustrate only the essential features for the sake of clarity of the invention and are not to be construed as limiting the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기를 나타낸 도면이고, 도 3은 촉매반응기의 개질반응부 및 온도회복부를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view showing a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a reforming reaction unit and a temperature recovery unit of a catalytic reactor.
본 발명에 따른 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기(1)는 내측관(220) 및 외측관(210)으로 이루어진 이중원통형 구조(200)로 설치되고, 상기 내측관(220) 및 외측관(210) 사이에 형성된 유로(230)를 구비할 수 있으며, 개질반응부(232), 온도회복부(233) 및 열원공급부(300)를 포함한다. 상기 내측관(220) 및 외측관(211)은 주지된 내열 및 내산화 재료인 석영관이나 스테인리스 스틸이나 철-크롬 합금과 같은 금속이 사용될 수 있다.The
상기 개질반응부(232)는 상기 유로(230)의 일부에 촉매가 충진되어 개질반응에 의해 탄화수소계 원료 및 수증기로 부터 수소를 생성시키며 하나 이상 포함할 수 있다. The reforming
상기 원료는 탄화수소 1몰당 수증기 2 내지 5몰의 비율로 혼합하여 제조할 수 있다. 공급되는 탄화수소와 수증기는 촉매와 접촉하면서 탄화수소 수증기 개질반응이 일어나는데, 공지된 범위내에서 탄화수소와 수증기를 혼합하여 공급할 수 있으며, 탄화수소 역시 주지된 바와 같이 메탄을 주성분으로 하는 것을 사용할 수 있다. The raw materials can be prepared by mixing 2 to 5 moles of water vapor per mole of hydrocarbon. The hydrocarbons and water vapor supplied are brought into contact with the catalyst to cause a hydrocarbon steam reforming reaction. Hydrocarbons and water vapor can be mixed and supplied in a known range, and hydrocarbons having methane as a main component can also be used as is well known.
예를 들어 상기 개질반응부(232)에는 메탄 1몰당 수증기 2 내지 5몰의 비율로 혼합하여 공급하면서, 0∼40bar의 압력하에서 공간속도 3,000∼50,000hr-1 정도로 공급하면 촉매와 접촉하면서 탄화수소 수증기 개질반응에 의해 수소가 생산된다.For example, when the reforming
상기 촉매는 내열성 담체에 니켈이나 코발트, 백금족 원소 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 활성금속을 5∼12중량% 함유하도록 담지하여 제조될 수 있다. 예를 들어 내열성 담체는 α-알루미나 칼슘-알루미네이트에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 담지시 활성금속은 5∼12중량% 함유되도록 하면 되고, 직경은 2∼10mm 정도의 크기를 갖도록 하면 된다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 담체와 활성금속의 함량 및 직경 변화가 가능하다.The catalyst may be prepared by impregnating the heat-resistant support with 5 to 12 wt% of an active metal selected from nickel, cobalt, platinum group elements or a mixture thereof. For example, the heat-resistant support may be selected from? -Alumina calcium-aluminate. The support metal may be contained in an amount of 5 to 12% by weight and may have a diameter of 2 to 10 mm. However, the present invention is not limited thereto, and it is possible to vary the content and the diameter of the carrier and the active metal, if necessary.
상기 온도회복부(233)는 상기 유로(230)에서 상기 개질반응부(232)와 순차적으로 반복하여 배치되고 상기 촉매가 충진되지 않으며 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 개질반응부(232) 및 온도회복부(233) 순차적으로 반복하여 배치되어,, 탄화수소 수증기 개질반응에 필요한 충분한 열원이 개질반응부(232)에 원활하게 공급되어 반응효율성이 높아지고 수소 생산성도 증대시킬 수 있게 된다.The
상기 온도회복부(233)는 철, 스테인리스 스틸 또는 철-크롬 합금에서 선택된 금속을 이용한 허니컴(honeycomb) 형태의 열교환부를 더 포함할 수 있다. 택된 금속을 이용한 허니컴(honeycomb) 형태의 열교환부를 더 포함할 수 있다. 특히, 철, 스테인리스 스틸 또는 철-크롬 합금에서 선택된 금속을 이용하여 면적의 제곱인치당 200 내지 1,200개의 평행한 미세 기체 유동 채널을 갖도록 제조된 허니컴(honeycomb) 형태인 것을 사용할 수 있다. 열교환부는 촉매가 충진된 개질반응부(232) 사이사이에 위치하여 충분한 열원을 촉매 전달하기 위하여 형성될 수 있다. 내열성 및 내산화성 금속을 사용할 수 있으며, 유입되는 탄화수소와 수증기 및 수소를 포함한 생성물의 이동이 가능하도록 기체유동 통로를 가지고 있는 허니컴(honeycomb) 형태를 갖는 것을 적용할 수 있다. The
상기 열원공급부(300)는 상기 내측관(220)으로 고온의 가스를 공급하여 상기 개질반응부(232) 및 온도회복부(233)에 반응열을 전달할 수 있다. 상기 촉매반응기(1)의 내부로 고온의 가스를 공급하는 구조로 고온 가스의 온도 조절이 가능하며, 열원이 내부에 위치하여 히팅 자켓 대비 열손실이 감소하는 효과를 가질 수 있다.The heat
이때 상기 열원공급부(300)의 가스는 폐쇄식 연소반응에 발생한 고온의 가스를 이용할 수 있다. 이로ㅆ 적은 연료를 사용하여 고온의 가스를 제조할 수 있다. 또한, 상기 개질반응부(232)의 적정 반응온도가 600∼900℃임을 감안하여 배기가스는 주지된 바와 같이 700∼1,100℃의 고온으로 흘려보내 주게 된다. At this time, the gas of the heat
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 측단면도이다. FIG. 2A is a perspective view of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a side cross-sectional view of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 개질반응부 및 온도회복부의 사시도이고, 도 3b는 도 3a에서 유체흐름을 나타낸 전개도이다. FIG. 3A is a perspective view of a reforming reaction unit and a temperature recovery unit of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an exploded view illustrating fluid flow in FIG. 3A.
상기 유로(230)는 상기 내측관(220) 및 외측관(210) 사이에 구획판이 엇갈리게 하나 이상 배치되어 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 상기 구획판에 의해 구획된 상기 유로(230)에 상기 개질반응부(232)와 상기 온도회복부(233)가 순차적으로 반복하여 배치될 수 있다.The
상기 원료가 상기 개질반응부(232)에서 하향으로 이동하고 상기 온도회복부(233)에서 상향으로 이동하도록 상기 유로(230)의 구획판이 세로로 배열될 수 있다.The partition plate of the
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 2층으로 형성된 개질반응부 및 온도회복부의의 사시도이고, 도 4b는 도 4a에서 유체흐름을 나타낸 전개도이다. 상기 유로(230)가 하나 이상의 층으로 적층되되 서로 연결되어, 상기 원료가 상기 유로(230)를 따라 이동할 수 있다.FIG. 4A is a perspective view of a reforming reaction unit and a temperature recovery unit formed as two layers of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a development view showing a fluid flow in FIG. 4A. The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 원료공급부의 사시도이다. 본 발명에 따른 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기(1)는 원료공급부(100)를 더 포함할 수 있다. 상기 원료공급부(100)는 상기 이중원통형 구조(200)의 상부면에 접하여 배치되고, 스크류 형태의 원료 공급유로(120)를 구비하여, 주입된 액체 원료의 일부 또는 전부가 상기 열원공급부(300)의 열원에 의하여 기화되어 상기 개질반응부(232)에 공급한다. 또한, 상기 원료공급부(100)는 개질반응에 필용한 원료의 양을 산정하여 순차적으로 유입되도록 할 수 있다. 상기 스크류 형태의 원료 공급유로(120)를 통해 체류 시간을 조절할 수 있으며, 열원공급부(100)에 의해 액체 연료를 빠르게 기화할 수 있다.5 is a perspective view of a raw material supply portion of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention. The catalytic reactor (1) for reforming hydrocarbon steam according to the present invention may further include a raw material supply unit (100). The raw
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매반응기의 열원공급부의 사시도이다. 상기 열원공급부(300)는 열원가스 분배판(320), 열원가스 흐름관(330) 및 열원가스 배출구(340)를 포함할 수 있다. 6 is a perspective view of a heat source supply unit of a catalytic reactor according to an embodiment of the present invention. The heat
상기 열원가스 분배판(320)은 상기 이중원통형 구조(200)의 하부면에 접하여 배치되고, 유입된 고온의 가스가 일정하게 분포하도록 하고, 상기 열원가스 흐름관(330)은 원통 형태로 상기 열원가스 분배판(320)과 연결되고, 상기 이중원통형 구조(200)의 내측관(220)의 내부에 이격되게 삽입 설치된다. The heat source
또한, 상기 열원가스 배출구(340)는 상기 열원가스 흐름관(330)의 내부와 연결되어, 상기 열원가스 분배판(320)에 유입된 고온의 가스는 상기 내측관(220)과 상기 열원가스 흐름관(330)의 사이 간격으로 상향 이동한 후, 상기 열원가스 흐름관(330)의 내부에서 하향 이동하여 열원가스 배출구(340)를 통하여 배출될 수 있다.The heat
위와 같이, 상기 열원공급부(300)는 고온이 가스를 촉매반응기(1)의 내부로 보내 열손실을 최대한 줄이고 열효율을 최대한 높일 수 있도록 외부에 노출되는 부부을 최소화하는 구조로 형성된다,As described above, the heat
이와 같이, 본 발명의 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기(1)는 복수의 개질반응부(232)와 온도회복부(233)가 순차적으로 반복하여 배치되어, 원료 가스의 반복적인 열회복으로 온도가 균일하게 분포되어 촉매 반응 효율이 우수한 장점을 가진다. As described above, in the hydrocarbon / steam reforming catalytic reactor (1) of the present invention, a plurality of reforming reaction parts (232) and a temperature recovery part (233) are sequentially and repeatedly arranged, And the catalytic reaction efficiency is excellent.
또한, 원료공급부(100), 개질반응부(232)와 온도회복부(233)를 포함하는 이중원통형 구조(200) 및 열원공급부(300)가 분리되어 제조되고 결합하여 사용함으로써 제작 및 사용의 편의성을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.The dual
본 발명에 따른 촉매반응기(1)의 효과를 확인하기 위하여 다음과 같이 제조실시예를 제시하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것이므로, 본 발병이 이에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다.In order to confirm the effect of the
<제조실시예><Manufacturing Example>
두께가 1mm이고, 내경이 23mm인 스테인리스 스틸로 된 내측관(220)과, 두께가 3mm이고, 내경이 39mm인 스테인리스 스틸로 된 외측관(230)으로 이루어지는 이중원통형 구조(200)에서 내측관(220)과 외측관(230)사이에 형성된 유로(230)에 촉매가 충진된 개질반응부(232)와 촉매가 충진되지 않은 온도회복부(233)를 순차적으로 배치하여 제조하되, 온도회복부(233)가 2구간, 3구간 및 4구간의 촉매반응기(1)를 제조하였다. In a double
촉매는 알루미나에 니켈이 5중량%가 되도록 담지한 직경 2.5ㅁ0.5mm 크기의 촉매를 사용하여 충진하였다.The catalyst was packed using a catalyst having a diameter of 2.5 mm and 0.5 mm, which was supported on alumina so that nickel was 5% by weight.
이후 분당 1.8L의 메탄과 분당 18L의 공기를 혼합된 기체를 버너로 공급하여 연소시키면서 그 배기가스를 내측관(220)의 하부로 공급하였다. 이와 함께 원료 유입부(100)에는 메탄과 수증기를 1:3의 몰비로 혼합하여 9,000hr-1의 공간속도로 공급하였다.Then, the mixed gas of 1.8 L of methane per minute and 18 L of air per minute was supplied to the burner, and the exhaust gas was supplied to the lower portion of the
<제조비교예>≪ Production Comparative Example &
제조실시예와 동일한 방법으로 촉매반응기(1)를 제조하되, 내측관(220)과 외측관(230)사이에 온도회복부(233)를 구비하지 않고 개질반응부(232)만을 사용하여 제조 하였다.The
이후 이후 제조실시예와 동일하게 분당 1.8L의 메탄과 분당 18L의 공기를 혼합된 기체를 버너로 공급하여 연소시키면서 그 배기가스를 내측관(220)의 하부로 공급하였다. 이와 함께 원료 유입부(100)에는 메탄과 수증기를 1:3의 몰비로 혼합하여 9,000hr-1의 공간속도로 공급하였다.Thereafter, the mixed gas of 1.8 L of methane per minute and 18 L of air per minute was supplied to the burner, and the exhaust gas was supplied to the lower portion of the
<실험예><Experimental Example>
제조실시예에서 제조한 촉매반응기(1) 각각의 개질가스 배출구(234)에서 메탄 양을 측정하여 원료 유입부(100)의 메탄 양 대비로 메탄 전환율을 산출하고, 수소 수율을 확인하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.The methane conversion rate was calculated based on the amount of methane in the
상기 표 1에서 보는 바와 같이 4구간의 온도회복부를 개질반응부와 순차적으로 반복하여 배치한 본 발명에 따른 촉매반응기의 메탄 전환율을 99.92%로 온도회복구간없이 형성한 제조비교예의 촉매반응기에 비하여 매우 높은 반응효율을 보여주고 있다. 이러한 메탄 전환율은 종래 모노리스금속 촉매를 사용한 경우에 얻어지는 99%에 비하여 동등한 결과를 나타내는 것이다. 따라서 본 발명은 저가의 펠릿형 촉매를 사용하면서도 현저하게 상승된 반응효율을 기대할 수 있으며, 특히 가격이 저렴한 펠릿형 촉매를 사용하면서도 우수한 수소수율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, compared with the catalytic reactor of the comparative example in which the temperature recovery section of four sections was repeatedly arranged in sequence with the reforming section, the methane conversion of the catalytic reactor of the present invention was 99.92% High reaction efficiency. This methane conversion rate is equivalent to the 99% obtained using the conventional monolithic metal catalyst. Therefore, the present invention can expect a remarkably enhanced reaction efficiency while using a low-cost pellet type catalyst, and it can be confirmed that excellent hydrogen yield can be obtained even when using a pellet type catalyst which is inexpensive.
이상에서는 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
1: 촉매반응기 100: 원료공급부
110: 원료 공급구 120: 원료 공급유로
130: 원료 배출구 200: 이중원통형 구조
210: 외측관 220: 내측관
230: 유로 231: 원료 유입구
232: 개질반응부 233: 온도회복부
234: 개질가스 배출구 300: 열원공급부
310: 열원가스 유입구 320: 열원가스 분배판
330: 열원가스 흐름관 340: 열원가스 배출구1: Catalytic reactor 100: Feedstock
110: feedstock feeder 120: feedstock feeder
130: Material outlet 200: Double cylindrical structure
210: outer tube 220: inner tube
230: EURO 231: Raw material inlet
232: reforming reaction unit 233: temperature recovery unit
234: reformed gas outlet 300: heat source supply part
310: heat source gas inlet 320: heat source gas distribution plate
330: heat source gas flow tube 340: heat source gas outlet
Claims (11)
상기 유로의 일부에 촉매가 충진되어 개질반응에 의해 탄화수소계 원료 및 수증기로 부터 수소를 생성시키는 하나 이상의 개질반응부;
상기 유로에서 상기 개질반응부와 순차적으로 반복하여 배치되고 상기 촉매가 충진되지 않는 하나 이상의 온도회복부; 및
상기 내측관으로 고온의 가스를 공급하여 상기 개질반응부 및 온도회복부에 반응열을 전달하는 열원공급부를 포함하는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
1. A catalytic reactor for reforming hydrocarbon steam, which is installed in a double cylindrical structure composed of an inner tube and an outer tube and has a flow path formed between the inner tube and the outer tube,
One or more reforming reaction units which are filled with a catalyst in a part of the flow path to generate hydrogen from hydrocarbon-based raw materials and steam by a reforming reaction;
At least one temperature recovery unit disposed in the flow path in sequence with the reforming reaction unit and not being filled with the catalyst; And
And a heat source supply unit for supplying a high-temperature gas to the inner tube to transfer reaction heat to the reforming reaction unit and the temperature recovery unit.
상기 유로는 상기 내측관 및 외측관 사이에 구획판이 엇갈리게 하나 이상 배치되어 지그재그 형태로 형성되는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the flow path is formed in a zigzag shape by partitioning one or more partition plates between the inner tube and the outer tube.
상기 원료가 상기 개질반응부에서 하향으로 이동하고 상기 온도회복부에서 상향으로 이동하도록 상기 유로의 구획판이 세로로 배열되는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
3. The method of claim 2,
Wherein a partition plate of the flow path is vertically arranged so that the raw material moves downward in the reforming reaction unit and moves upward in the temperature recovery unit.
상기 유로가 하나 이상의 층으로 적층되되 서로 연결되어, 상기 원료가 상기 유로를 따라 이동하는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
3. The method of claim 2,
Wherein the flow paths are stacked as one or more layers and are connected to each other so that the raw material moves along the flow path.
상기 이중원통형 구조의 상부면에 접하여 배치되고, 스크류 형태의 원료 공급유로를 구비하여, 주입된 액체 원료의 일부 또는 전부가 상기 열원공급부의 열원에 의하여 기화되어 상기 개질반응부에 공급하는 원료공급부를 더 포함하는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
The method according to claim 1,
A raw material supply portion which is disposed in contact with the upper surface of the double cylindrical structure and has a screw-shaped raw material supply passage and in which a part or all of the injected liquid raw material is vaporized by the heat source of the heat source supply portion and supplied to the reforming reaction portion Further comprising a catalytic reactor for reforming hydrocarbon hydrocarbons.
상기 원료공급부는 개질반응에 필용한 원료의 양을 산정하여 순차적으로 유입되도록 하는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
6. The method of claim 5,
Wherein the raw material supply unit estimates the amount of the raw material consumed in the reforming reaction and sequentially flows the raw material.
상기 이중원통형 구조의 하부면에 접하여 배치되고, 유입된 고온의 가스가 일정하게 분포하도록 하는 열원가스 분배판;
원통 형태로 상기 열원가스 분배판과 연결되고, 상기 이중원통형 구조의 내측관의 내부에 이격되게 삽입 설치되는 열원가스 흐름관; 및
상기 열원가스 흐름관의 내부와 연결되는 열원가스 배출구를 포함하여,
상기 열원가스 분배판에 유입된 가스는 상기 내측관과 상기 열원가스 흐름관의 사이 간격으로 상향 이동한 후, 상기 열원가스 흐름관의 내부에서 하향 이동하여 열원가스 배출구를 통하여 배출되는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
The heat pump according to claim 1,
A heat source gas distribution plate disposed in contact with a lower surface of the double cylindrical structure and distributing the introduced high temperature gas uniformly;
A heat source gas flow pipe connected to the heat source gas distribution plate in a cylindrical shape and inserted and installed inside the inner tube of the double cylindrical structure; And
And a heat source gas outlet connected to the inside of the heat source gas flow pipe,
The gas introduced into the heat source gas distribution plate is moved upward at an interval between the inner tube and the heat source gas flow tube and then flows downward in the heat source gas flow tube and is discharged through the heat source gas outlet. Catalytic reactor.
상기 열원공급부의 가스는 폐쇄식 연소반응에 발생한 고온의 가스를 이용하는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the gas in the heat source supply unit uses a high-temperature gas generated in a closed-type combustion reaction.
상기 원료는 탄화수소 1몰당 수증기 2 내지 5몰의 비율로 혼합하여 제조하는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the raw material is prepared by mixing 2 to 5 mol of steam per 1 mol of hydrocarbon.
상기 촉매는 내열성 담체에 니켈이나 코발트, 백금족 원소 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 활성금속을 5∼12중량% 함유하도록 담지하여 제조된 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst is supported on a heat-resistant support so as to contain 5 to 12 wt% of an active metal selected from nickel, cobalt, platinum group elements or a mixture thereof.
상기 온도회복부는 철, 스테인리스 스틸 또는 철-크롬 합금에서 선택된 금속을 이용한 허니컴(honeycomb) 형태의 열교환부를 더 포함하는 탄화수소 수증기 개질용 촉매반응기.The method according to claim 1,
Wherein the temperature recovery section further comprises a honeycomb type heat exchange section using a metal selected from iron, stainless steel or an iron-chromium alloy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150117177A KR101785484B1 (en) | 2015-08-20 | 2015-08-20 | Catalyst reactor for hydrocarbon steam reforming with excellent reaction efficiency |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150117177A KR101785484B1 (en) | 2015-08-20 | 2015-08-20 | Catalyst reactor for hydrocarbon steam reforming with excellent reaction efficiency |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170022345A true KR20170022345A (en) | 2017-03-02 |
| KR101785484B1 KR101785484B1 (en) | 2017-10-16 |
Family
ID=58427128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150117177A KR101785484B1 (en) | 2015-08-20 | 2015-08-20 | Catalyst reactor for hydrocarbon steam reforming with excellent reaction efficiency |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101785484B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200065544A (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 한국전력공사 | A burner integrated reformer and a fuel cell system comprising the same |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102286494B1 (en) | 2019-11-22 | 2021-08-05 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Catalytic Converter for Toxic Gas Processing |
| KR102315289B1 (en) | 2019-12-18 | 2021-10-20 | 에이치앤파워(주) | Steam Reformer with Multi Reforming Reactor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080060871A1 (en) | 2006-09-07 | 2008-03-13 | Englert Mark H | Reduced dust acoustic panel |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3706611B2 (en) * | 2002-11-21 | 2005-10-12 | 三洋電機株式会社 | Hydrogen generator for fuel cell |
-
2015
- 2015-08-20 KR KR1020150117177A patent/KR101785484B1/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080060871A1 (en) | 2006-09-07 | 2008-03-13 | Englert Mark H | Reduced dust acoustic panel |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200065544A (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 한국전력공사 | A burner integrated reformer and a fuel cell system comprising the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101785484B1 (en) | 2017-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11305250B2 (en) | Catalytically heated fuel processor with replaceable structured supports bearing catalyst for fuel cell | |
| KR101127688B1 (en) | Small-sized reformer of cylinder type | |
| JP4554359B2 (en) | Catalytic oxidative dehydrogenation process and microchannel reactor therefor | |
| EP2812278B1 (en) | Heat integrated reformer with catalytic combustion for hydrogen production | |
| CA2442491C (en) | Process for the production of synthesis gas | |
| EP1899046A1 (en) | Compact reforming reactor | |
| Alipour-Dehkordi et al. | O2, H2O or CO2 side-feeding policy in methane tri-reforming reactor: The role of influencing parameters | |
| EP3421121A1 (en) | Reaction apparatus and reaction system | |
| RU2220901C2 (en) | Production of a synthesis gas by the vapor reforming with use of the catalyzed equipment | |
| EP1899266A2 (en) | Compact reforming reactor | |
| KR101401355B1 (en) | A micro channel reactor for hydrocarbon reforming | |
| JP2022506005A (en) | Steam reforming or dry reforming of hydrocarbons | |
| CN109694041A (en) | The method of reforming hydrogen-preparation reactor and reburner, reformation hydrogen production reaction | |
| KR101785484B1 (en) | Catalyst reactor for hydrocarbon steam reforming with excellent reaction efficiency | |
| KR100693261B1 (en) | Process and apparatus using plate apparatus for heating and preheating the reactants | |
| US20130032762A1 (en) | Apparatus and method for adiabatic methane conversion | |
| KR101846376B1 (en) | Catalyst reactor for hydrocarbon steam reforming with increasing heat exchanging surface | |
| KR20080060871A (en) | Equipped with metal monolith heat exchanger for hydrocarbon steam reforming | |
| KR20060078943A (en) | Compact steam reforming structure catalyst using metal monolith catalyst and method for producing hydrogen using the same | |
| CN101723324B (en) | Method for preparing synthetic gas by utilizing thermal coupling fixed bed device | |
| RU113729U1 (en) | PROCESSOR FOR CONVERSION OF HYDROCARBON FUELS IN SYNTHESIS-GAS FOR APPLICATION IN SOLID-OXIDE FUEL ELEMENTS | |
| CN106582468B (en) | A kind of axial direction microchannel coupled reactor and application | |
| EP1321185A1 (en) | Steam reforming reactor | |
| KR102110351B1 (en) | Microchannel catalytic reactor with mirror-image cooling structure and use thereof | |
| Chen | Designs and operations of heat integrated reactors for thermochemically producing hydrogen from methanol by steam reforming |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20150820 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20170322 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20170831 |
|
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20170929 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20170929 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200928 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210817 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20220830 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230925 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240902 Start annual number: 8 End annual number: 8 |