KR20180117951A - Apparatus and method for producing high purity hydrogen and carbon monoxide using methane pyrolysis with liquid metal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 액체금속을 이용해 메탄을 열분해 하여 수소를 생산하고 열분해 과정에서 생성되는 탄소를 이용하여 일산화탄소를 생산하기 위한 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for producing methane pyrolysis and high purity hydrogen and carbon monoxide using liquid metal, and more particularly, to a method and apparatus for producing hydrogen by pyrolyzing methane by using a high temperature liquid metal, And a method and apparatus for producing high purity hydrogen and carbon monoxide using liquid metal for producing methane.
탄화수소 연료의 이용 시 발생되는 이산화탄소 배출 문제 해결과 함께 고효율 연료전지의 수요가 늘어남에 따라 경제성 있는 수소 생산 기술 확보의 중요성이 커지고 있다. 또한 고순도 일산화탄소는 초산을 비롯한 다양한 화학물질의 원료로써 최근 그 수요가 크게 증가하고 있다. 그동안 수소와 일산화탄소는 천연가스 또는 석유를 열분해 가스화 하여 생산하거나 석탄, 바이오매스 등을 가스화 하여 생산하는 것이 일반적인 방법으로 기상으로 생성된 수소와 일산화탄소를 포함한 복수개의 가스에서 고순도 수소 또는 일산화탄소를 분리하기 위해 멤브레인, 흡착제 등을 포함한 가스 분리기술을 활용하는 것이 일반적이다. As the demand for high-efficiency fuel cells increases along with the solution of carbon dioxide emissions caused by the use of hydrocarbon fuels, it is becoming more important to secure economical hydrogen production technology. In addition, high purity carbon monoxide is a raw material for a variety of chemical substances including acetic acid, and the demand thereof is greatly increasing recently. In the meantime, hydrogen and carbon monoxide are produced by pyrolysis of natural gas or petroleum gas, or gasification of coal, biomass, etc. to produce high purity hydrogen or carbon monoxide from a plurality of gases including hydrogen and carbon monoxide It is common to utilize gas separation techniques, including membranes, adsorbents, and the like.
최근 메탄의 직접 열분해를 통한 수소생산 기술이 제안된 바 있으나 촉매를 사용할 경우 메탄 열분해 시 발생되는 고상 탄소에 의한 침착 문제로 인해 연속운전에 어려움이 있다.Recently, hydrogen production technology through direct pyrolysis of methane has been proposed. However, when the catalyst is used, there is difficulty in continuous operation due to deposition problem due to solid carbon generated during methane pyrolysis.
이를 해결하기 위하여 고온에서 유동성을 가지는 액체금속, 용융염 등을 열분해 매체로 이용하는 방안을 고려할 수 있으며 이 경우 메탄의 열분해 과정에서 발생되는 수소는 별도의 분리장치 없이 기상으로 포집하면 메탄을 이용해 이산화탄소 배출 없이 수소를 생산할 수 있으며 고상으로 발생되는 탄소를 적절히 이용할 경우 전체 시스템의 경제성을 크게 높일 수 있다.In order to solve this problem, it is possible to consider using liquid metal, molten salt, etc. having high fluidity at high temperature as a thermal decomposition medium. In this case, hydrogen generated in the pyrolysis process of methane is captured by the vapor without separate separation device, Hydrogen production can be achieved without the use of carbon, and the use of carbon generated in the solid phase can greatly improve the overall economy of the system.
따라서, 액체금속을 이용하여 메탄을 개질해 수소를 생산하는 동시에 부산물인 탄소를 이용하여 고순도 일산화탄소를 제조하는 기술을 통해 경제성을 극대화 할 수 있는 메탄 열분해 및 생산물 이용 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for methane pyrolysis and product utilization methods that can maximize the economic efficiency through the technology of producing hydrogen by reforming methane using liquid metal and producing high purity carbon monoxide using by-product carbon.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 메탄의 열분해 과정에서 수소를 생산하고 이때 부산물로 생성되는 탄소를 이용하여 고순도 일산화탄소를 생산하기 위한 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a process for producing hydrogen from pyrolysis of methane, and a method for producing methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide using liquid metal for producing high purity carbon monoxide And a method thereof.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 용융된 액체금속이 수용되는 메탄열분해로; 상기 메탄열분해로에 메탄(CH4)을 공급하는 메탄공급부; 상기 액체금속에 의해 메탄이 열분해되어 생성된 탄소 및 액체금속을 수용하는 탄소회수로; 및 상기 탄소회수로에 산소(O2) 또는 이산화탄소(CO2)를 공급하는 산화제주입부를 포함하며, 상기 탄소회수로에서 상기 탄소와 상기 산소가 반응하여 일산화탄소(CO)가 추출되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a methane pyrolysis furnace in which molten liquid metal is accommodated; Methane supply section for supplying a methane (CH 4) to said methane pyrolysis; A carbon recovery furnace for containing carbon and liquid metal produced by pyrolyzing methane by the liquid metal; And an oxidant injector for supplying oxygen (O 2 ) or carbon dioxide (CO 2 ) to the carbon recovery furnace, wherein carbon is reacted with oxygen in the carbon recovery furnace to extract carbon monoxide (CO) It provides pyrolysis methane and high purity hydrogen and carbon monoxide production equipment using liquid metal.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메탄열분해로는, 녹는점 이상으로 가열되어 용융된 액체금속을 수용하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the methane pyrolysis furnace may be characterized in that the molten liquid metal is heated by heating to a melting point or more.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메탄열분해로에 마련되는 수소저장부를 더 포함하며, 상기 수소저장부는, 상기 메탄열분해로에서 상기 메탄이 열분해되어 생성된 고순도의 수소(H2)를 저장하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen storage unit may further include a hydrogen storage unit provided in the methane thermal decomposition furnace, wherein the hydrogen storage unit stores high purity hydrogen (H 2 ) produced by pyrolyzing the methane in the methane pyrolysis furnace .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메탄공급부는, 상기 수소저장부를 향해 이송되는 고순도의 상기 수소(H2) 중 기설정된 필요량을 제공받아 상기 메탄열분해로에 더 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the methane supply unit may further supply the methane pyrolysis furnace to the methane pyrolysis furnace by receiving a predetermined amount of the high-purity hydrogen (H2) transferred toward the hydrogen storage unit.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄소회수로는, 상기 산화제주입부의 상측에 마련되는 필터를 포함하며, 상기 필터는 상기 탄소회수로 내에서 탄소가 제거된 상기 액체금속만 통과시키도록 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the carbon recovery path includes a filter provided on the upper side of the oxidant injection unit, and the filter is provided so as to pass only the carbon-removed liquid metal in the carbon recovery path .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄소회수로 내에서 상기 탄소와 산소를 반응시켜 추출된 일산화탄소를 저장하는 일산화탄소저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the apparatus may further include a carbon monoxide storage unit for storing extracted carbon monoxide by reacting the carbon with oxygen in the carbon recovery furnace.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄소회수로는, 상기 액체금속의 온도를 액체금속 자체의 산화 미발생 온도로 제어한 상태에서, 상기 산화제 주입부에 의해 산소가 주입되도록 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the carbon recovery furnace is characterized in that oxygen is injected by the oxidant injector in a state in which the temperature of the liquid metal is controlled to the oxidation-free temperature of the liquid metal itself .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메탄열분해로의 상기 액체금속 및 고상의 상기 탄소를 상기 탄소회수로로 이송하는 이송관을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the apparatus may further comprise a transfer pipe for transferring the liquid metal in the methane thermal decomposition furnace and the carbon in the solid phase to the carbon recovery furnace.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄소회수로 내에서 상기 액체금속과 산소가 반응하여 발생한 금속산화물을 상기 메탄열분해로에 제공하는 회수부를 더 포함하며, 상기 금속산화물은 상기 메탄열분해로에서 메탄, 탄소 및 수소에 의해 환원되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the apparatus may further include a recovery unit for providing a metal oxide generated by the reaction of the liquid metal and oxygen in the carbon recovery furnace to the methane pyrolysis furnace, wherein the metal oxide is methane, And is reduced by carbon and hydrogen.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 열분해장치에 적용되는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법에 있어서, a) 메탄열분해로에 용융된 액체금속을 제공하는 단계; b) 상기 메탄열분해로에 메탄을 공급하여 열분해하는 단계; c) 상기 액체금속과 상기 메탄이 반응하여 발생한 탄소를 탄소회수로로 배출하는 단계; 및 d) 상기 탄소회수로에 산소 또는 이산화탄소를 주입하여 배출된 상기 탄소와 상기 산소를 반응시키는 단계를 포함하며, 상기 d) 단계에서, 상기 탄소와 상기 산소가 반응하여 일산화탄소가 추출되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for producing methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide production equipment using liquid metal, which is applied to a pyrolysis apparatus, comprising the steps of: a) providing molten liquid metal in a methane pyrolysis furnace step; b) pyrolyzing the methane by supplying methane to the methane pyrolysis furnace; c) discharging carbon generated by the reaction of the liquid metal and the methane to a carbon recovery furnace; And d) injecting oxygen or carbon dioxide into the carbon recovery furnace to react the discharged carbon with the oxygen. In the step d), the carbon reacts with the oxygen to extract carbon monoxide. The present invention provides a method for producing methane pyrolysis and high purity hydrogen and carbon monoxide production equipment using liquid metal.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 메탄열분해로는, 녹는점 이상으로 가열되여 용융된 액체금속을 수용하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, in the step a), the methane thermal decomposition furnace may be heated to a melting point or more to house the molten liquid metal.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 상기 메탄은 고순도의 수소 및 탄소로 열분해되며, 고순도의 상기 수소는 수소저장부에 저장되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, in step b), the methane is thermally decomposed into high purity hydrogen and carbon, and the high purity hydrogen is stored in the hydrogen storage part.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계 이후에, e) 상기 탄소회수로 내에서 상기 액체금속과 산소가 반응하여 생성된 금속산화물을 상기 메탄열분해로에 제공하여 환원시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the method further comprises: after step d), e) providing metal oxide produced by the reaction of oxygen with the liquid metal in the carbon recovery furnace to the methane pyrolysis furnace to reduce it . ≪ / RTI >
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계에서, 상기 수소저장부를 향해 이송되는 고순도의 상기 수소 중 상기 금속산화물을 환원시키는데 필요한 양의 고순도의 수소를 상기 메탄열분해로에 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, in the step (e), high purity hydrogen in an amount necessary for reducing the metal oxide in the high purity hydrogen transferred toward the hydrogen storage part is supplied to the methane thermal decomposition furnace .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계에서, 상기 산소는, 상기 액체금속의 온도를 산화 미발생 온도로 제어한 상태에서 상기 탄소회수로에 주입되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the step d), the oxygen is injected into the carbon recovery furnace while the temperature of the liquid metal is controlled to the non-oxidizing temperature.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치를 적용한 열분해장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pyrolysis apparatus using methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide production apparatus using liquid metal.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법을 적용한 열분해장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pyrolysis apparatus using methane pyrolysis using liquid metal and a production method of high purity hydrogen / carbon monoxide production apparatus.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 고순도의 수소 및 일산화탄소를 생산할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 열용량 및 열전달 계수가 큰 액체금속을 열매체로 하고, 비교적 낮은 온도에서 보다 효과적인 열분해 조건을 조성하여 고순도의 일산화탄소를 얻을 수 있으며, 이와 동시에 고상으로 생성되는 탄소를 산화시켜 고순도의 일산화탄소를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기존 탄화수소 열분해 공정에 비해 에너지 효율이 높고, 탄소 침착 문제를 해결할 수 있으며, 고순도의 일산화탄소를 이산화탄소의 배출 없이 생산할 수 있다.The effect of the present invention according to the above configuration can produce hydrogen and carbon monoxide of high purity. Specifically, the present invention can provide high purity carbon monoxide by forming a liquid metal having a large heat capacity and a large heat transfer coefficient as a heating medium and more effectively forming pyrolysis conditions at a relatively low temperature, and at the same time, Carbon monoxide can be produced. Accordingly, the present invention has higher energy efficiency, solves the problem of carbon deposition, and can produce high purity carbon monoxide without discharging carbon dioxide, compared with conventional hydrocarbon pyrolysis processes.
또한, 본 발명은 회수부를 통해 금속산화물을 환원시켜 재사용 하도록 마련되기 때문에 경제적이다.Further, the present invention is economical because the metal oxide is reduced and reused through the recovery unit.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동관의 내부를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법의 순서도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법의 열교환부를 제어하는 단계의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 예시도이다.FIG. 1 is an exemplary view showing a configuration of a pyrolysis methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide production apparatus using liquid metal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a method for producing methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide production apparatus using liquid metal according to an embodiment of the present invention.
3 is an illustration of an apparatus for flowing liquid metal for high temperature corrosion prevention according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exemplary view showing the inside of a flow pipe of liquid metal for preventing high-temperature corrosion according to an embodiment of the present invention.
5 is a flow chart of a method of operating a liquid metal flow apparatus for high temperature corrosion prevention according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart of steps of controlling a heat exchanger of a method for operating a liquid metal flow apparatus for preventing high-temperature corrosion according to an embodiment of the present invention.
7 is an illustration of an apparatus for flowing liquid metal for high temperature corrosion prevention according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to 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. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" (connected, connected, coupled) with another part, it is not only the case where it is "directly connected" "Is included. Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액체금속(M)을 이용한 일산화탄소 생산장치의 구성을 나타낸 예시도이다.FIG. 1 is a view showing a configuration of a carbon monoxide production device using a liquid metal M according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 것처럼, 액체금속(M)을 이용한 일산화탄소 생산장치(1)는, 가열로(10), 메탄열분해로(20), 메탄공급부(30), 수소저장부(40), 이송관(50), 탄소회수로(60), 산화제주입부(70), 일산화탄소저장부(80) 및 회수부(90)를 포함한다.1, the carbon
상기 가열로(10)는 금속을 녹는점 이상으로 가열하여 용융시켜 액체금속(M)을 생성하며, 생성된 액체금속(M)을 수용한다.The heating furnace 10 heats and melts more than the melting point of the metal to produce a liquid metal M, and receives the generated liquid metal M.
상기 메탄열분해로(20)는 상기 가열로(10)로부터 용융된 액체금속(M)을 제공받아 수용할 수 있다. 여기서, 상기 액체금속(M)은 주석(Sn)일 수 있다. 단, 상기 액체금속(M)의 종류를 상기 주석(Sn)으로 한정하는 것은 아니다. 그리고, 상기 메탄열분해로(20)는 상기 가열로(10)의 하측에 마련될 수 있다.The
상기 메탄열분해로(20)는 상기 가열로(10)로부터 상기 액체금속(M)을 제공받을 때, 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)를 통해서 제공받을 수 있다. 상기 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)는 유동관(110) 및 열교환부(120)를 포함한다. 상기 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)의 상세한 설명은 도 3 내지 도 7과 함께 후술하도록 한다.The
상기 메탄공급부(30)는 상기 메탄열분해로(20)에 메탄(CH4, 31) 및 고순도의 수소를 공급할 수 있다. 이때, 상기 메탄공급부(30)는 고순도의 수소는 상기 수소저장부(40)를 향해 이송되는 고순도의 상기 수소 중 기설정된 필요량을 제공받아 상기 메탄열분해로(20)에 제공할 수 있다.The
그리고, 상기 메탄공급부(30)에 의해 상기 메탄열분해로(20)에 공급된 상기 메탄(31)은 용융된 상기 액체금속(M)의 열에 의하여 열분해 될 수 있다. 구체적으로, 상기 메탄(31)은 액체금속(M)에 의해 열분해되어 고순도의 수소(H2)와 탄소(C, 32)로 분리될 수 있다. 이때, 상기 탄소(32)는 고체상일 수 있다. 즉, 상기 메탄열분해로(20)에서 일어나는 주 반응은 아래와 같다.The
CH4 -> C + 2H2 CH 4 - > C + 2H 2
열분해되어 생성된 고순도의 상기 수소는 상기 메탄열분해로(20)의 일측에 결합된 수소저장부(40)에 저장될 수 있다. 이때, 상기 수소저장부(40)를 향해 이송되는 고순도의 상기 수소는 제1 수분응축기(45)를 통과할 수 있다. 상기 제1 수분응축기(45)는 고온의 메탄열분해로(20)에서 발생한 수증기가 고순도의 상기 수소와 함께 상기 수소저장부(40)로 이송되지 않도록 수증기를 포집하여 제거할 수 있다. 즉, 상기 수소저장부(40)에는 순수하게 고순도의 상기 수소만 저장될 수 있다.The high purity hydrogen generated by pyrolysis can be stored in the
상기 탄소회수로(60)는 상기 액체금속(M)에 의해 상기 메탄(31)이 열분해되어 생성된 상기 탄소(32)를 상기 메탄열분해로(20)로부터 제공받아 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 메탄열분해로(20)와 상기 탄소회수로(60) 사이에는 이송관(50)이 마련될 수 있다.The
상기 이송관(50)은 상기 액체금속(M)과 고상의 상기 탄소(32)를 상기 탄소회수로(60)로 이송할 수 있도록 마련될 수 있으며, 기체 상태의 수소가 통과하지 못하도록 상기 메탄열분해로(20)에 수용된 액체금속(M)의 수위보다 낮은 위치에 연결될 수 있다.The
상기 산화제주입부(70)는 상기 탄소회수로(60)에 산소를 공급할 수 있으며, 더욱 상세하게는, 상기 산화제주입부(70)는, 상기 탄소(32)와 산소(O2)가 반응 하도록 산소 또는 이산화탄소(CO2)를 상기 탄소회수로(60)에 공급할 수 있다. 이처럼 공급된 상기 산소는 상기 탄소(32)와 반응하여 일산화탄소를 생성할 수 있다. The
먼저, 상기 산화제주입부(70)는, 상기 탄소회수로(60)내의 온도를 상기 액체금속(M)이 산화되지 않도록 하는 온도로 제어한 상태에서, 상기 산화제주입부(70)에 의해 산소가 주입되도록 마련될 수 있다. 일 예로, 상기 액체금속(M)이 주석인 경우, 상기 주석은 550도 이상에서 산화된다. 따라서, 상기 액체금속(M)이 주석인 경우에는 상기 액체금속(M)의 온도를 550도 미만이 되도록 제어한 상태에서 산소를 주입할 수 있다.The oxidizing
즉, 상기 산화제주입부(70)에 산소를 주입할 경우, 탄소회수로(60)에서 일어나는 주 반응은 아래와 같다.That is, when oxygen is injected into the
C + O2 -> COC + O 2 -> CO
또한, 상기 산화제주입부(70)에 이산화탄소를 주입하여 일산화탄소를 생성하고자 하는 경우에는 탄소와 이산화탄소의 반응을 통해 일산화탄소를 생성시키는 부다 반응(Bouduard reaction)을 이용한다. 이때, 이산화탄소는 주석보다 탄소와의 반응이 우세하기 때문에 상기 부다 반응을 촉진하기 위해 상기 액체금속(M)의 온도를 산화 발생 온도보다 높게 할 수 있다. In addition, when carbon dioxide is injected into the oxidizing
특히, 일반적인 차(char) 또는 탄소의 경우, 이산화탄소 가스화 반응시에 차의 크기 및 공극(pore)의 조건에 따라, 온도, 차 내부로의 반응가스의 확산 및 생성된 일산화탄소 가스의 외부로의 확산에 의해 반응률이 좌우된다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 액체금속의 열분해 과정에서 상기 메탄(31)이 열분해되어 생성되는 상기 탄소(32)의 경우, 원자 단위의 미세한 탄소로 극대화된 표면적을 가진다. 따라서, 상기 탄소(32)는 일반적인 차(char)에 비해 그 크기가 매우 작아 확산의 영향에서 자유롭고, 산소 및 일산화탄소와의 반응성이 매우 좋으며, 온도에 비례하여 반응성이 매우 커지는 장점이 있다. 따라서, 이산화탄소를 이용하여 일산화탄소를 생성하고자 하는 경우에는, 산화의 발생 가능성이 거의 없기 때문에 상기 액체금속(M)의 온도를 산화 발생 온도 이상으로 가열하는 것이 효율적이다. 일 예로, 상기 액체금속(M)이 주석일 경우에는 1000도 이상에서 우수한 반응성을 갖기 때문에, 액체금속(M)의 온도를 1000도 이상으로 제어할 수 있다.Particularly, in the case of a general char or carbon, the temperature, the diffusion of the reaction gas into the interior of the vehicle, and the diffusion of the generated carbon monoxide gas to the outside, in accordance with the size of the vehicle and the conditions of the pore during the carbon dioxide gasification reaction The reaction rate depends on the reaction rate. However, as in the present invention, in the case of the
즉, 상기 산화제주입부(70)에 이산화탄소를 주입할 경우, 탄소회수로(60)에서 일어나는 주 반응은 아래와 같다.That is, when carbon dioxide is injected into the
C + CO2 -> 2COC + CO 2 - > 2CO
한편, 상기 탄소회수로(60)는 상기 산화제주입부(70)의 상측에 마련되는 필터(65)를 포함한다. 상기 필터(65)는 상기 탄소회수로(60) 내에서 탄소가 제거된 상기 액체금속(M)만 통과시키도록 마련된다. 여기서, 상기 필터(65)는 금속 또는 세라믹 소재로 마련될 수 있으나, 상기 필터(65)의 소재를 이에 한정하는 것은 아니다.Meanwhile, the
이처럼 마련된 상기 산화제주입부(70) 및 상기 필터(65)는 상기 탄소회수로(60)로 유입된 고상의 상기 탄소(32)를 산소 또는 이산화탄소가 주입되면서 발생하는 압력에 의해 물리적으로 분리될 수 있다. 그리고, 이와 동시에 상기 탄소(32)는 상기 산소 또는 상기 이산화탄소와 반응하여 일산화탄소가 생성될 수 있다. 이처럼, 필터(65)와 인접한 위치에서 상기 탄소(32)가 제거된 액체금속(M)은 상기 필터(65)를 통과하여 상기 가열로(10)를 향해 이동될 수 있다.The
상기 일산화탄소저장부(80)는 상기 탄소회수로(60)와 결합되어 상기 탄소회수로(60) 내에서 상기 탄소(32)와 산소를 반응시켜 추출된 일산화탄소를 저장할 수 있다. 이때, 상기 일산화탄소저장부(80)를 향해 이송되는 고순도의 상기 일산화탄소는 제2 수분응축기(85)를 통과할 수 있다. 상기 제2 수분응축기(85)는 고온의 탄소회수로(60)에서 발생한 수증기가 고순도의 상기 일산화탄소와 함께 상기 일산화탄소저장부(80)로 이송되지 않도록 수증기를 포집하여 제거할 수 있다. 즉, 상기 일산화탄소저장부(80)에는 순수하게 고순도의 상기 일산화탄소만 저장될 수 있다.The carbon
그리고, 상기 일산화탄소저장부(80)로 이송되는 고순도의 일산화탄소 중 일부는 기설정된 필요량만큼 상기 산화제주입부(70)로 이동되며, 이산화탄소의 형태로 상기 탄소회수로(60)에 재주입되어 활용될 수도 있다.Some of the high-purity carbon monoxide transferred to the carbon
상기 회수부(90)는 상기 탄소회수로(60) 내에서 상기 액체금속(M)과 산소가 반응하여 발생한 금속산화물을 상기 메탄열분해로(20)에 제공할 수 있다. 그리고, 상기 금속산화물은 상기 메탄열분해로(20)에서 메탄, 탄소 및 수소에 의해 환원되는 것을 특징으로 할 수 있다.The
일 예로, 상기 상기 탄소(32)가 상기 액체금속(M)과 상기 산소가 산화반응을 통해 산화제1주석(SnO) 및 산화제2주석(SnO2)을 생성할 수 있다. 상기 회수부(90)는 상기 탄소회수로(60)의 일측에 결합되어, 상기 탄소회수로(60)에서 생성된 상기 산화제1주석 및 상기 산화제2주석을 제공받을 수 있다. 그리고, 상기 회수부(90)는 제공받은 상기 산화제1주석 및 상기 산화제2주석을 상기 메탄열분해로(20)로 이송시켜 상기 메탄열분해로(20)에서 환원될 수 있도록 할 수 있다.For example, the
이처럼, 상기 회수부(90)는 순수한 액체금속(M)을 다시 상기 가열로(10)에 제공하고, 금속산화물은 상기 메탄열분해로(20)에서 환원되도록 할 수 있다. 이처럼, 상기 회수부(90)는 상기 액체금속을 재활용 할 수 있도록 마련되어 경제적이다.Thus, the
또한, 전술한 바와 같이 마련된, 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치(1)는 열용량 및 열전달 계수가 큰 상기 액체금속(M)을 열매체로 하고, 비교적 낮은 온도에서 보다 효과적인 열분해 조건을 조성하여 고순도의 일산화탄소를 얻을 수 있으며, 이와 동시에 고상으로 생성되는 탄소를 산소와 반응시켜 고순도의 일산화탄소를 생산하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기존 탄화수소 열분해 공정에 비해 에너지 효율이 높고, 고순도의 일산화탄소를 이산화탄소의 배출 없이 생산할 수 있는 효과가 있다.The
또한, 본 발명의 상기 메탄열분해로(20) 및 상기 탄소회수로(60)에는 필요할 경우, 고상 촉매를 사용할 수 있다. 이때, 본 발명은 액체금속(M)에 수용되기 때문에 상기 탄소(32)가 상기 고상 촉매의 표면에 침착되지 않는 장점이 있다.Further, in the
전술한 바와 같이 마련된 액체금속(M)을 이용한 일산화탄소 생산장치(1)는 열분해장치에 적용될 수 있다.The carbon
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액체금속(M)을 이용한 일산화탄소 생산장치의 생산방법의 순서도이다.2 is a flowchart of a production method of a carbon monoxide production apparatus using a liquid metal (M) according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 액체금속(M)을 이용한 일산화탄소 생산장치의 생산방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a production method of the carbon monoxide production device using the liquid metal (M) will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
액체금속(M)을 이용한 일산화탄소 생산장치의 생산방법은 먼저, 메탄열분해로(20)에 용융된 액체금속(M)을 제공하는 단계(S10)를 수행할 수 있다.The production method of the carbon monoxide production device using the liquid metal M may firstly perform the step S10 of providing the molten liquid metal M to the
상기 메탄열분해로(20)에 용융된 액체금속(M)을 제공하는 단계(S10)에서, 상기 메탄열분해로(20)는 상기 가열로(10)로부터 녹는점 이상으로 가열되어 용융된 상기 액체금속(M)을 제공받을 수 있다. 이때, 용융된 상기 액체금속(M)은 용융된 주석일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
다음으로, 상기 메탄열분해로(20)에 메탄(31)을 공급하여 열분해하는 단계(S20)를 수행할 수 있다. 상기 메탄열분해로(20)에 메탄을 공급하여 열분해하는 단계(S20)에서 상기 메탄(31)은 고순도의 수소 및 고상의 상기 탄소(32)로 열분해되며, 고순도의 상기 수소는 수소저장부(40)에 저장될 수 있다.Next, the
다음으로, 상기 액체금속(M)과 상기 메탄(31)이 반응하여 발생한 탄소(32)를 탄소회수로(60)로 배출하는 단계(S30)를 수행할 수 있다. 상기 액체금속(M)과 상기 메탄(31)이 반응하여 발생한 탄소(32)를 탄소회수로(60)로 배출하는 단계(S30)에서, 상기 메탄(31)은 수소 및 탄소로 열분해되며, 상기 수소는 수소저장부(40)에 저장되고, 상기 탄소(32) 및 액체금속(M)은 상기 이송관(50)에 의해 탄소회수로(60)로 이동된다. 이 때, 상기 탄소회수로(60)를 향해 상기 탄소(32)을 배출하는 상기 이송관(50)은 스테인레스스틸 또는 세라믹 소재로 마련될 수 있다. 단, 상기 이송관(50)의 소재를 이에 한정하는 것은 아니며, 고온의 환경에서도 부식이 발생하지 않는 소재를 모두 포함한다. 이를테면, 몰리브덴 소재로 마련될 수도 있다.Next, the
다음으로, 상기 탄소회수로(60)에 산소 또는 이산화탄소를 주입하여, 배출된 상기 탄소(32)와 상기 산소를 반응시키는 단계(S40)를 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소회수로(60)에 상기 산화제주입부(70)를 이용하여 산소 또는 이산화탄소를 주입하면, 상기 탄소(32)와 상기 산소가 반응하여 일산화탄소가 추출될 수 있다. 이처럼 추출된 고순도의 상기 일산화탄소는 상기 일산화탄소저장부(80)에 저장될 수 있다. 이때, 상기 탄소회수로(60)에 산소 또는 이산화탄소를 주입하여, 배출된 상기 탄소(32)와 상기 산소를 반응시키는 단계(S40)에서, 상기 산소는, 상기 액체금속(M)의 온도를 산화 미발생 온도로 제어한 상태에서 상기 탄소회수로(60)에 주입될 수 있다.Next, oxygen or carbon dioxide may be injected into the
그리고, 이처럼, 생산된 상기 일산화탄소는 환원반응을 통해 탄소를 분리해낼 수도 있다. 그리고, 상기 수소저장부(40)에 생산된 고순도의 수소와 상기 일산화탄소저장부(80)에 저장된 고순도의 일산화탄소는 연료전지, 정유 및 연료개질 등의 수소관련 산업, 화학약품 제조 산업등에 활용이 가능함으로 경제적이다.As described above, the produced carbon monoxide can also separate carbon through a reduction reaction. The high purity hydrogen produced in the
다음으로, 상기 탄소회수로(60) 내에서 상기 액체금속(M)과 산소가 반응하여 생성된 금속산화물을 상기 메탄열분해로(20)에 제공하여 환원시키는 단계(S50)를 더 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 회수부(90)는 일부 산소와 액체금속이 산화하여 발생한 금속산화물을 제공받으며, 제공받은 금속산화물을 상기 메탄열분해로(20)로 이송할 수 있다.Next, the metal oxide produced by the reaction of the liquid metal M with oxygen in the
상기 메탄공급부(30)는 상기 메탄열분해로(20)로 이송된 상기 금속산화물을 환원시키는데 필요한 양의 고순도의 수소를 상기 수소저장부(40)로부터 제공받아 상기 메탄열분해로(20)에 공급할 수 있다. 이처럼 공급된 상기 고순도의 수소는 환원제로서, 상기 금속산화물을 환원시킬 수 있다.The
일 예로, 상기 회수부(90)는 상기 탄소회수로(60)에서 생성된 산화제1주석 및 산화제2주석을 제공받으며, 제공받은 산화제1주석 및 산화제2주석을 상기 메탄열분해로(20)에 제공할 수 있다. 그리고, 상기 메탄열분해로(20)에서 상기 산화제1주석 및 산화제2주석은 환원반응을 통해 주석과 산소로 분리될 수 있다. For example, the
이처럼, 상기 회수부(90)는 상기 액체금속을 재활용할 수 있도록 마련되어 경제적이다.As described above, the
전술한 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법은 열분해장치에 적용될 수 있다.The above-described production method of methane pyrolysis and high purity hydrogen and carbon monoxide production equipment using liquid metal can be applied to a pyrolysis apparatus.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치의 예시도이다.3 is an illustration of an apparatus for flowing liquid metal M for high temperature corrosion prevention according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)는 유동관(110) 및 열교환부(120)를 포함한다.3, the
상기 유동관(110)은 하나 이상으로 마련되며, 고온의 액체금속(M)이 통과하도록 중공 형성될 수 있다.The
상기 유동관(110)은, 일측에 결합된 가열로(10)에서 용융된 액체금속을 타측에 결합된 메탄열분해로(20)로 이송하도록 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 액체금속은 주석(Sn) 또는 용융염(Molten salt)일 수 있으며, 상기 가열로(10)에서 고온부식 유발온도 이상으로 가열된 상태일 수 있다. 단, 상기 액체금속을 주석(Sn)으로 한정하는 것은 아니다.The
또한, 상기 유동관(110)은, 세라믹 코팅이 된 스테인레스 스틸(Stainless steel), 세라믹(ceramic) 또는 몰리브덴 이나 텅스텐 등으로 형성되어 고온의 상기 액체금속에 의해 부식되는 것을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 상기 유동관(110)의 소재는 이에 한정되지 않으며, 고온의 액체금속에 의해 부식이 발생하지 않는 소재라면 모두 일실시예에 포함될 수 있다.The
일실시예에 따른 상기 유동관(110)은, 두 개 이상으로 마련되었을 때, 서로 다른 직경을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 1에는 상기 유동관(110)이 3개로 도시되어 있으나, 상기 유동관(110)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 열교환부(120)는 상기 유동관(110)에 결합되며, 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 제어할 수 있다. 구체적으로, 일실시예에 따른 상기 열교환부(120)는, 상기 유동관(110)의 개수와 동일하게 마련되어 각각의 상기 유동관(110)에 결합될 수 있으며, 각각의 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 개별적으로 제어할 수 있다.The
그리고, 상기 열교환부(120)는 상기 액체금속을, 녹는점 이상으로 가열하여 유동시키거나, 녹는점 미만으로 급냉하여 유동을 정지시켜 유량을 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 액체금속이 주석(Sn)일 경우, 녹는점은 232℃이다. 따라서, 상기 열교환부(120)는 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속을 232℃ 이상으로 가열하여 상기 유동관(110)을 통과하도록 할 수 있고, 반대로, 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속을 232℃ 미만으로 급속 냉각하여 상기 유동관(110)을 통과하지 못하도록 할 수 있다.The
그리고, 액체금속은 온도에 따라 점도가 변화하므로 이를 이용하여 유량을 제어할 수 있다.Since the viscosity of the liquid metal changes with temperature, it is possible to control the flow rate by using it.
상기 열교환부(120)는, 상기 액체금속을 가열 및 냉각할 수 있는 열전소자로 마련될 수 있다. 단, 상기 열교환부(120)가 상기 열전소자로 한정되는 것은 아니며, 상기 액체금속을 가열 및 급냉할 수 있는 구성을 모두 포함한다. 일 예로, 상기 열교환부(120)는 300℃ 고온의 열매유와 액체질소를 투입하여 급속 냉각시키는 구성으로 마련될 수도 있다.The
또한, 상기 메탄열분해로(20)에는 잔여 용량을 부피 또는 무게 형태로 확인할 수 있도록 잔여량측정센서(미도시)가 마련될 수 있으며, 상기 열교환부(120)에는 제어유닛이 더 마련될 수 있다.In addition, the
상기 잔여량측정센서는 상기 메탄열분해로(20)의 잔여 용량을 측정하여 상기 제어유닛에 제공하며, 상기 제어유닛은 제공받은 상기 메탄열분해로(20)의 잔여 용량을 바탕으로 상기 유동관(110)을 통과할 상기 액체금속의 유량을 설정할 수 있다. 그리고, 상기 제어유닛은 상기 열교환부(120)가 상기 유동관(110)을 통해 설정된 액체금속의 유량을 통과시키도록 제어할 수 있다.The remaining amount measuring sensor measures the remaining capacity of the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동관의 내부를 나타낸 예시도이다. 그리고, 도 4의 (a)는 제1 전열핀이 마련된 유동관을 나타낸 것이며, 도 4의 (b)는 제2 전열핀이 마련된 유동관을 나타낸 것이다.FIG. 4 is an exemplary view showing the inside of a flow pipe of liquid metal for preventing high-temperature corrosion according to an embodiment of the present invention. 4 (a) shows the flow tube provided with the first heat conductive fins, and Fig. 4 (b) shows the flow tube provided with the second heat conductive fins.
먼저, 도 4의 (a)를 참조하면, 제1 전열핀(114)은 상기 유동관(110)의 내부에 마련되며, 상기 유동관(110)의 내측면에서 상기 유동관(110)의 중심을 향해 연장된 배플(baffle) 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전열핀(114)은 상기 유동관(110)의 내측면의 원주 방향으로 하나 이상으로 마련될 수 있다. 도 4의 (a)에서는 상기 제1 전열핀(114)의 개수를 8개로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 하나 이상으로 마련되는 경우를 일실시예로 모두 포함한다.4 (a), the first
이처럼 마련된 상기 제1 전열핀(114)은 상기 유동관(110)의 직경이 큰 경우, 상기 유동관(110)의 내부 중심측에 위치한 상기 액체금속에 온도가 더욱 잘 전달되도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 유동관(110)의 내부 중심측에 위치한 액체금속일수록 상기 열교환부(120)로부터 거리가 멀어지기 때문에 유동관(110)의 내측면에 인접한 액체금속에 비해 열교환이 원활하게 이루어지지 못할 수 있다. 따라서 상기 제1 전열핀(114)은 상기 유동관(110)의 중심측에 위치한 액체금속에게도 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 하여 열 효율을 높일 수 있다.When the diameter of the
다음으로, 도 4의 (b)를 참조하면, 제2 전열핀(115)은 상기 유동관(110)의 내부에 마련되며, 허니컴(honeycomb) 형태로 마련될 수 있다. 이처럼 마련된 상기 제2 전열핀(115)은 상기 유동관(110)의 직경이 큰 경우에도 상기 유동관(110)의 내부 중심측까지 원활하게 열교환이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 제2 전열핀(115)은 상기 유동관(110)의 직경이 커서 상기 제1 전열핀(114)이 휘어지거나 변형될 우려가 있을 경우, 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전열핀(115)은 상기 유동관의 직경이 클수록 길이가 길어지게 되고, 이 때, 세장비가 커지기 때문에 상기 액체금속의 유동에 따라 휘어지거나 변형될 가능성이 있다. 이러한 경우, 안정성을 높이기 위해 상기 유동관(110) 내부에 상기 제2 전열핀(115)을 마련할 수 있다.Next, referring to FIG. 4 (b), the second heat
전술한 바와 같이 구성된 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)의 구체적인 작동방법을 하기 도면과 함께 설명하도록 한다.A concrete operation method of the liquid metal (M)
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치의 작동방법의 순서도이다.5 is a flow chart of a method of operating a flow apparatus for liquid metal M for high temperature corrosion prevention according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)의 작동방법은, 상기 유동관(110)을 통과할 액체금속(M)의 유량을 설정하는 단계(S110), 설정된 상기 액체금속(M)의 유량에 대응하도록 상기 열교환부(120)를 제어하는 단계(S120) 및 제어된 상기 열교환부(120)에 의해 설정된 상기 액체금속(M)의 유량이 상기 유동관(110)을 통해 이송되는 단계(S130)를 포함한다.3 to 5, a method of operating a liquid metal (M)
상기 유동관(110)을 통과할 액체금속의 유량을 설정하는 단계(S110)는 상기 가열로(10)의 액체금속 양을 일정하게 유지시킬 필요가 있거나, 상기 유동관(110)에 의해 이송된 상기 액체금속이 수용되는 메탄열분해로(20)가 수용할 수 있는 잔여용량에 대응하도록 하기 위해 실시간으로 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 상기 메탄열분해로(20)에 수용 가능한 용량보다 더 많은 양의 상기 액체금속이 이송될 경우, 상기 메탄열분해로(20)의 수용 불가로 기계적인 고장이 발생하거나, 액체금속이 넘치게되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 메탄열분해로(20)가 수용 가능한 잔여용량에 따라 상기 액체금속의 이송 유량을 설정함이 바람직하다. The step S110 of setting the flow rate of the liquid metal to be passed through the
상기 열교환부(120)에는 제어유닛이 마련되며, 상기 메탄열분해로(20)에는 잔여량측정센서가 마련될 수 있다. 그리고, 상기 잔여량측정센서는 상기 열교환부(120)의 상기 제어유닛에 상기 메탄열분해로(20)의 잔여용량을 실시간으로 전송할 수 있다. 상기 제어유닛은 상기 메탄열분해로(20)의 잔여용량 정보를 수신하고, 상기 유동관(110)을 통과할 액체금속(M)의 유량을 연산 및 설정할 수 있다.A control unit is provided in the
상기 잔여량측정센서와 함께 제어대상 액체금속의 온도 정보도 유동제어에 매우 중요하다. 액체금속의 온도를 통해 상기 유동관(110)을 통과하는 액체금속의 유량이 제어 되므로 원하는 유량을 제어하기 위해 액체금속의 온도정보가 상기 제어유닛에 제공된다. 상기 제어유닛은 상기 가열로(10)의 액체금속의 양과 온도 정보를 이용해 유량제어를 실시 할 수 있다.The temperature information of the liquid metal to be controlled together with the remaining amount measuring sensor is also very important for the flow control. As the flow rate of the liquid metal passing through the
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치의 작동방법의 열교환부를 제어하는 단계의 순서도이다.6 is a flowchart of steps of controlling the heat exchanger of the method of operating the flow apparatus of liquid metal M for high temperature corrosion prevention according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 6에 도시된 것처럼, 상기 유동관(110)을 통과할 액체금속(M)의 유량을 설정하는 단계(S110) 이후에는, 설정된 상기 액체금속(M)의 유량에 대응하도록 상기 열교환부(120)를 제어하는 단계(S120)를 수행할 수 있다.3 to 6, after the step S110 of setting the flow rate of the liquid metal M to be passed through the
그리고, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 열교환부(120)를 제어하는 단계(S120)는 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121) 및 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 액체금속은 냉각하는 단계(S122)를 포함한다.The step S120 of controlling the
먼저, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121)를 설명하기에 앞서, 설명의 편의를 위해 도 1의 상기 유동관(110)은 제1 유동관(111), 제2 유동관(112), 제3 유동관(113)으로 구분하여 명명하고, 상기 열교환부(120)는 제1 열교환부(121), 제2 열교환부(122), 제3 열교환부(123)로 구분하여 명명한다.Before describing the step S121 of selecting the
그리고, 상기 제1 열교환부(121)는 상기 제1 유동관(111)과 결합되고, 상기 제2 열교환부(122)는 상기 제2 유동관(112)과 결합되며, 상기 제3 열교환부(123)는 상기 제3 유동관(113)과 결합되어 개별적으로 제어될 수 있으며, 상기 제1 유동관(111)의 유량은 1m3/sec, 상기 제2 유동관(112)의 유량은 2m3/sec 상기 제3 유동관(113)의 유량은 3m3/sec인 것으로 가정한다. The first heat exchanging unit 121 is coupled to the
상기와 같이 마련된, 상기 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)는 전 단계에서 설정된 유량이 6m3/sec일 경우, 제1 유동관(111), 제2 유동관(112), 제3 유동관(113)이 모두 선택되도록 할 수 있다. 또한, 전 단계에서 설정된 유량이 5 m3/sec일 경우, 제2 유동관(112), 제3 유동관(113)이 선택되도록 할 수 있다. 상술한, 상기 유동관(110)의 개수 및 유량과, 상기 열교환부(120)의 개수는 일실시예에 한정되는 것이 아니며, 이해를 돕기 위한 예시이다.When the flow rate set in the previous step is 6 m 3 / sec, the
이처럼, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121)는 전 단계에서 설정된 유량에 따라 상기 액체금속이 통과할 유동관(110)을 선택할 수 있다.In the step S121 of selecting the
설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121) 이후에는, 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 냉각하는 단계(S122)를 수행할 수 있다. 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 냉각하는 단계(S122)에서, 상기 열교환부(120)는, 상기 선택된 유동관(110)을 통과하는 액체금속을 녹는점 이상으로 가열하고, 선택되지 않은 유동관(110)을 통과하는 액체금속은 녹는점 미만으로 냉각하는 것을 특징으로 할 수 있다.After the step S121 of selecting the
일 예로, 설정된 유량이 3m3/sec일 경우, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121)는 제1 유동관(111) 및 제2 유동관(112)을 선택하게 된다. 따라서, 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 냉각하는 단계(S122)는, 선택된 상기 제1 유동관(111) 및 상기 제2 유동관(112)을 통과하는 상기 액체금속을 녹는점 이상으로 가열시켜, 상기 액체금속이 통과하도록 할 수 있다. For example, when the set flow rate is 3 m 3 / sec, the step S 121 of selecting the
반대로, 선택되지 않은 상기 제3 유동관(113)을 통과하는 상기 액체금속(M)은 녹는점 미만으로 급냉시켜 유동하지 못하도록 할 수 있다. 이처럼 제어된 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)는 상기 제1 유동관(111) 및 상기 제2 유동관(112)을 통해서만 상기 액체금속(M)이 통과하도록 하여 기설정되었던 유량인 3m3/sec가 이송되도록 할 수 있다.Conversely, the liquid metal M passing through the unselected
또한, 상기 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 냉각하는 단계(S122)에서, 상기 열교환부(120)는, 상기 선택된 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 조절하기 위해, 상기 액체금속의 온도를 변화시켜 점성을 제어할 수도 있다.In addition, in the step S122 in which the liquid metal passing through the selected
설정된 상기 액체금속(M)의 유량에 대응하도록 상기 열교환부(120)를 제어하는 단계(S120) 이후에는, 제어된 상기 열교환부(120)에 의해 설정된 상기 액체금속(M)의 유량이 상기 유동관(110)을 통해 이송되는 단계(S130)를 수행할 수 있다.The flow rate of the liquid metal M set by the controlled
전술한 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)의 작동방법은 실시간으로 순차 반복 수행될 수 있다. The operation method of the
이처럼 마련된 본 발명은, 상기 열교환부(120)를 이용하여 복수의 상기 유동관(110)을 동시에 제어할 수 있다. 구체적으로, 종래의 기술은 관이 직경이 일정 크기를 초과하면, 밸브를 이용한 유량 제어가 불가능하다. 따라서, 종래에는 관을 복수개 구비하여 각각에 밸브를 구비하고 개별적으로 유량을 제어하였다. 그러나, 이처럼 밸브를 구비할 경우, 동시에 모든 관의 밸브를 개폐할 수 없다는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명은 상기 열교환부(120)를 이용하여 복수의 상기 유동관(110)을 동시에 제어하는 것이 가능하다. According to the present invention as described above, the plurality of
또한, 본 발명의 상기 유동관(110)은 저가의 세라믹 코팅 금속, 세라믹 등의 저가의 부식 방지용 소재를 이용하여 제작이 가능하고, 몰리브덴 및 텅스텐 등 내식성이 강한 고가 소재를 사용할 경우에도 단순한 구조로 최소한의 재질을 사용할 수 있어 경제적이며 액체금속의 유동은 상기 열교환부(120)를 이용하여 제어하기 때문에 경제적이다.In addition, the
또한, 본 발명은 서로 다른 직경을 갖는 상기 유동관(110)을 구비하고, 설정된 유량에 따라 선택적으로 각 상기 유동관(110)의 액체금속의 통과여부를 제어하기 때문에 실시간으로 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 그리고, 본 발명은 동일한 직경을 갖는 관의 경우에도 액체금속의 온도에 따른 점성의 변화를 이용하여 유량을 조절할 수 있기 때문에 보다 정밀하고 연속적인 유량제어가 가능하다.In addition, the present invention includes the
또한, 본 발명은 기밀성이 뛰어나다. 구체적으로, 종래에는 밸브와 유동관 사이에 기밀부재가 고온의 액체금속(M)에 의해 손상되어 기밀성이 훼손되었으나, 본 발명은 기밀부재가 마련되지 않으며, 상기 유동관(110)을 따라 이송되는 액체금속(M)을 녹는점 미만으로 급속 냉각시켜 유동을 제어함으로써, 누수가 발생하지 않도록 할 수 있다.Further, the present invention is excellent in airtightness. Specifically, in the related art, the hermetic member is damaged by the high-temperature liquid metal (M) between the valve and the flow tube to degrade airtightness. However, the present invention is not provided with a hermetic member, (M) is cooled to a temperature less than the melting point so as to control the flow, thereby preventing leakage of water.
이처럼 마련된, 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)와 이의 작동방법은 열분해장치에 적용될 수 있다.The
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치의 예시도이다.7 is an illustration of an apparatus for flowing liquid metal M for high temperature corrosion prevention according to another embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 것처럼, 다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(200)는 유동관(210) 및 열교환부(220)를 포함한다.As shown in FIG. 7, a
도 7에서, 복수의 상기 유동관(210)은 동일한 직경을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 서로 다른 직경을 갖는 것도 가능하다.In Fig. 7, the plurality of
그리고, 상기 열교환부(220)는 하나 이상의 상기 유동관(210)을 통과하는 상기 액체금속(M)의 유량을 동시에 제어하도록 하나 이상의 상기 유동관(210)을 모두 감싸도록 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이처럼 마련된 상기 열교환부(220)는 모든 상기 유동관(210)을 동일하게 제어하도록 할 수 있으며, 각 유동관(210)을 개별적으로 제어하여 정밀한 유량제어가 필요하지 않을 때, 적용 가능하다.The
다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(200)는 일실시에에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(100)와 상술한 열교환부(220)의 특징을 제외한 기술적 구성이 동일하다. 따라서, 이하, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.The
다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속(M)의 유동장치(200)도 열분해장치에 적용될 수 있다.The
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
1: 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치
10: 가열로
20: 메탄열분해로
30: 메탄공급부
31: 메탄
32: 탄소
45: 제1 수분응축기
40: 수소저장부
50: 이송관
60: 탄소회수로
65: 필터
70: 산화제주입부
80: 일산화탄소저장부
85: 제2 수분응축기
90: 회수부
100, 200: 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치
110, 210: 유동관
111: 제1 유동관
112: 제2 유동관
113: 제3 유동관
120, 220: 열교환부
121: 제1 열교환부
122: 제2 열교환부
123: 제3 열교환부1: Methane pyrolysis and high purity hydrogen and carbon monoxide production equipment using liquid metal
10: heating furnace 20: methane pyrolysis furnace
30: methane supply part 31: methane
32: carbon 45: first moisture condenser
40: hydrogen storage part 50: transfer pipe
60: Carbon recovery furnace 65: Filter
70: oxidant injection unit 80: carbon monoxide storage unit
85: second moisture condenser 90:
100, 200: Flow of liquid metal to prevent high temperature corrosion
110, 210: flow tube 111: first flow tube
112: second flow tube 113: third flow tube
120, 220: heat exchanger 121: first heat exchanger
122: second heat exchanger 123: third heat exchanger
Claims (17)
상기 메탄열분해로에 메탄(CH4)을 공급하는 메탄공급부;
상기 액체금속에 의해 메탄이 열분해되어 생성된 탄소 및 액체금속을 수용하는 탄소회수로; 및
상기 탄소회수로에 산소(O2) 또는 이산화탄소(CO2)를 공급하는 산화제주입부를 포함하며,
상기 탄소회수로에서 상기 탄소와 상기 산소가 반응하여 일산화탄소(CO)가 추출되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.A methane pyrolysis furnace in which molten liquid metal is received;
Methane supply section for supplying a methane (CH 4) to said methane pyrolysis;
A carbon recovery furnace for containing carbon and liquid metal produced by pyrolyzing methane by the liquid metal; And
And an oxidant injector for supplying oxygen (O 2 ) or carbon dioxide (CO 2 ) to the carbon recovery furnace,
Wherein carbon is reacted with oxygen in the carbon recovery furnace to extract carbon monoxide (CO).
상기 메탄열분해로는,
녹는점 이상으로 가열되어 용융된 액체금속을 수용하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.The method according to claim 1,
In the methane pyrolysis furnace,
Wherein the molten metal is heated by a temperature higher than a melting point of the molten metal to thereby obtain a molten liquid metal, and the pyrolysis methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide production apparatus using the liquid metal.
상기 메탄열분해로에 마련되는 수소저장부를 더 포함하며,
상기 수소저장부는,
상기 메탄열분해로에서 상기 메탄이 열분해되어 생성된 고순도의 수소(H2)를 저장하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a hydrogen storage part provided in the methane pyrolysis furnace,
The hydrogen storage unit includes:
And the high-purity hydrogen (H2) produced by pyrolyzing the methane in the methane pyrolysis furnace is stored in the methane pyrolysis furnace.
상기 메탄공급부는,
상기 수소저장부를 향해 이송되는 고순도의 상기 수소(H2) 중 기설정된 필요량을 제공받아 상기 메탄열분해로에 더 공급하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.The method of claim 3,
The methane-
Wherein a predetermined amount of the hydrogen (H 2 ) having a high purity transferred to the hydrogen storage unit is supplied to the methane pyrolysis furnace, and further supplied to the methane pyrolysis furnace, thereby producing methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide using the liquid metal.
상기 탄소회수로는,
상기 산화제주입부의 상측에 마련되는 필터를 포함하며,
상기 필터는 상기 탄소회수로 내에서 탄소가 제거된 상기 액체금속만 통과시키도록 마련되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.The method according to claim 1,
In the carbon recovery furnace,
And a filter provided on the upper side of the oxidant injection unit,
Wherein the filter is provided to pass only the liquid metal from which carbon has been removed in the carbon recovery furnace.
상기 탄소회수로 내에서 상기 탄소와 산소를 반응시켜 추출된 일산화탄소를 저장하는 일산화탄소저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a carbon monoxide storage unit for storing the extracted carbon monoxide by reacting the carbon with oxygen in the carbon recovery furnace.
상기 탄소회수로는,
상기 액체금속의 온도를 산화 미발생 온도로 제어한 상태에서, 상기 산화제주입부에 의해 산소가 주입되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.The method according to claim 1,
In the carbon recovery furnace,
Wherein the oxygen is injected by the oxidant injecting part in a state where the temperature of the liquid metal is controlled to a non-oxidizing temperature.
상기 메탄열분해로의 상기 액체금속 및 고상의 상기 탄소를 상기 탄소회수로로 이송하는 이송관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.The method according to claim 1,
And a transfer pipe for transferring the liquid metal and the solid carbon in the methane pyrolysis furnace to the carbon recovery furnace. The apparatus for producing methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide using liquid metal.
상기 탄소회수로 내에서 상기 액체금속과 산소가 반응하여 발생한 금속산화물을 상기 메탄열분해로에 제공하는 회수부를 더 포함하며,
상기 금속산화물은 상기 메탄열분해로에서 메탄, 탄소 및 수소에 의해 환원되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a recovery unit for providing a metal oxide generated by the reaction of the liquid metal and oxygen in the carbon recovery furnace to the methane pyrolysis furnace,
Wherein the metal oxide is reduced by methane, carbon and hydrogen in the methane pyrolysis furnace.
a) 메탄열분해로에 용융된 액체금속을 제공하는 단계;
b) 상기 메탄열분해로에 메탄을 공급하여 열분해하는 단계;
c) 상기 액체금속과 상기 메탄이 반응하여 발생한 탄소를 탄소회수로로 배출하는 단계; 및
d) 상기 탄소회수로에 산소 또는 이산화탄소를 주입하여 배출된 상기 탄소와 상기 산소를 반응시키는 단계를 포함하며,
상기 d) 단계에서, 상기 탄소와 상기 산소가 반응하여 일산화탄소가 추출되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법.A production method of methane pyrolysis and high purity hydrogen and carbon monoxide production apparatus using liquid metal applied to a pyrolysis apparatus,
a) providing a molten liquid metal in a methane pyrolysis furnace;
b) pyrolyzing the methane by supplying methane to the methane pyrolysis furnace;
c) discharging carbon generated by the reaction of the liquid metal and the methane to a carbon recovery furnace; And
d) injecting oxygen or carbon dioxide into the carbon recovery furnace to react the discharged carbon with the oxygen,
The method for producing methane pyrolysis and high-purity hydrogen / carbon monoxide using the liquid metal according to claim 1, wherein in step (d), the carbon reacts with oxygen to extract carbon monoxide.
상기 a) 단계에서,
상기 메탄열분해로는,
녹는점 이상으로 가열되어 용융된 액체금속을 수용하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법.11. The method of claim 10,
In the step a)
In the methane pyrolysis furnace,
Wherein the molten metal is heated to a temperature higher than the melting point to contain the molten liquid metal, and a method for producing methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide production apparatus using the liquid metal.
상기 b) 단계에서,
상기 메탄은 고순도의 수소 및 탄소로 열분해되며,
고순도의 상기 수소는 수소저장부에 저장되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법.11. The method of claim 10,
In the step b)
The methane is pyrolyzed to high purity hydrogen and carbon,
Wherein the high purity hydrogen is stored in a hydrogen storage part. The method for producing methane pyrolysis and high purity hydrogen / carbon monoxide using the liquid metal.
상기 d) 단계 이후에,
e) 상기 탄소회수로 내에서 상기 액체금속과 산소가 반응하여 생성된 금속산화물을 상기 메탄열분해로에 제공하여 환원시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법.13. The method of claim 12,
After the step d)
and e) providing a metal oxide produced by the reaction of oxygen with the liquid metal in the carbon recovery furnace to the methane pyrolysis furnace, thereby reducing the methane pyrolysis and high purity hydrogen carbon monoxide Production method of production equipment.
상기 e) 단계에서,
상기 수소저장부를 향해 이송되는 고순도의 상기 수소 중 상기 금속산화물을 환원시키는데 필요한 양의 고순도의 수소를 상기 메탄열분해로에 공급하는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법.14. The method of claim 13,
In the step e)
Wherein the high-purity hydrogen supplied to the methane thermal decomposition furnace is supplied to the methane thermal decomposition furnace in an amount necessary for reducing the metal oxide in the high purity hydrogen transported toward the hydrogen storage section. Production method.
상기 d) 단계에서,
상기 산소는, 상기 액체금속의 온도를 산화 미발생 온도로 제어한 상태에서 상기 탄소회수로에 주입되는 것을 특징으로 하는 액체금속을 이용한 메탄 열분해 및 고순도 수소, 일산화탄소 생산 장치의 생산방법.11. The method of claim 10,
In the step d)
Wherein the oxygen is injected into the carbon recovery furnace while the temperature of the liquid metal is controlled to the non-oxidizing temperature.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230045949A (en) * | 2021-09-29 | 2023-04-05 | 한국생산기술연구원 | A hydrogen and carbon production reactor through methane pyrolysis of regenerative method and combination reactor including same |
KR20230046349A (en) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 한국생산기술연구원 | An ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022203882A1 (en) * | 2022-04-20 | 2023-10-26 | Johann Bergmann Gmbh & Co | Method and device for burning mineral, carbonate raw material as well as exhaust gas utilization process and exhaust gas utilization device therefor |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101165453B1 (en) | 2010-12-22 | 2012-07-12 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Method for preparing high purity lithium carbonate from brines |
KR20160061766A (en) * | 2014-11-24 | 2016-06-01 | 한국과학기술연구원 | Catalyst for preparing synthesis gas by co2 reforming of ch4 and preparation method of synthesis gas using the samw |
KR20160131435A (en) * | 2015-05-07 | 2016-11-16 | 성균관대학교산학협력단 | Preparing method of synthesis gas and carbon monoxide |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101165453B1 (en) | 2010-12-22 | 2012-07-12 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Method for preparing high purity lithium carbonate from brines |
KR20160061766A (en) * | 2014-11-24 | 2016-06-01 | 한국과학기술연구원 | Catalyst for preparing synthesis gas by co2 reforming of ch4 and preparation method of synthesis gas using the samw |
KR20160131435A (en) * | 2015-05-07 | 2016-11-16 | 성균관대학교산학협력단 | Preparing method of synthesis gas and carbon monoxide |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
International Journal of Hydrogen Energy, Vol.40, pp.8020-8033 (2015.05.08.)* * |
청정기술, 제10권, 제4호, 페이지 203-213 (2004.12.)* * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230045949A (en) * | 2021-09-29 | 2023-04-05 | 한국생산기술연구원 | A hydrogen and carbon production reactor through methane pyrolysis of regenerative method and combination reactor including same |
WO2023054754A1 (en) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 한국생산기술연구원 | Reactor for producing hydrogen and carbon through pyrolysis of methane by thermal storage method, and combination reactor comprising same |
KR20230046349A (en) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 한국생산기술연구원 | An ammonia decomposition and hydrogen production system using liquid metal |
KR20230052458A (en) | 2021-10-13 | 2023-04-20 | 한국화학연구원 | Bubble Column Reactor Containing More than two molten layers for Catalytic pyrolysis of Hydrocarbon |
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