KR20200048816A - 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기 - Google Patents

산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 메탄화하기 위한 반응기에 있어서, 내부에 기체가 유동되도록 중공의 관형상으로 형성된 본체부, 상기 본체부의 내부의 하단에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스와 고온의 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 1 챔버, 상기 본체부의 하단에 구비되고, 제 1 챔버의 하단으로 혼합가스를 공급하도록 구비된 공급부, 상기 공급부 및 제 1 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 공급부로부터 공급된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 상기 제 1 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 1 가스분배기, 상기 제 1 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 1 열교환장치, 상기 제 1 열교환장치의 상단에 배치되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 2 챔버, 상기 제 1 열교환장치와 상기 제 2 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 2 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 2 가스분배기, 상기 제 2 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 2 열교환장치, 상기 제 3 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 3 챔버, 상기 제 2 열교환장치와 상기 제 3 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 3 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 3 가스분배기, 상기 제 3 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 3 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 3 열교환장치, 상기 본체부의 상단에 구비되어 상기 제 3 열교환장치의 상부에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소와 촉매의 반응으로 생성된 메탄 및 물이 배출되는 배출부를 포함한다.

Description

산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기{INTEGRATED MULTI-STAGE REACTOR FOR METHANATION OF CARBON OXIDES}
본 발명은 산화탄소의 메탄화를 위한 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 같은 산화탄소를 수소와 반응시켜 메탄을 생산하는 반응기를 다단으로 형성시킴으로써 일체화하여 열교환 효율을 향상시킨 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기에 관한 것이다.
메탄은 산업 현장, 취사 및 연료, 운송 분야에서 매우 중요한 에너지 자원으로 활용되고 있다. 전세계적으로 메탄을 기반한 인프라가 널리 분포하고 있으며, 이는 현대 산업에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다.
현재 사용되는 메탄의 대부분은 화석연료에 기반한 천연가스로부터 얻어지고 있다. 화석연료의 유한성과 기후 변화 등의 문제에 대응하기 위해서 단순히 자원을 소비하는 차원에서 지속가능한 메탄 공급 방법에 대한 논의가 활발하다. 특히, 메탄을 연소할 때 발생하는 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 산화탄소로부터 메탄을 생산하기 위한 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
메탄 생산은 혼합 탱크 반응기 등에서 진행되는 70℃ 이하의 저온반응과 촉매를 이용한 고정층 반응기에서 진행되는 250℃ 이상의 반응으로 나눌 수 있다. 저온반응은 반응 수율이 낮고 반응속도가 낮아, 촉매를 이용한 고정층 반응기에 대한 연구가 주를 이루고 있다. 촉매를 이용한 메탄화 반응은 일산화탄소를 이용한 반응과 이산화탄소를 이용한 반응으로 나눌 수 있으며, 각각의 반응식은 하기와 같다.
CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O(g) -206kJ/mol (at 298K)
CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O(g) -164kJ/mol (at 298K)
상기 반응은 모두 발열반응으로서 공통적으로 물이 생성된다. 촉매를 이용하여 상기 반응을 진행할 경우 400℃ 내지 500℃의 고온에서 진행되는 경우가 많고 반응이 빠르게 진행되나, 생성되는 반응열에 의해서 전환율이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 복수의 반응기의 경우 반응기의 과열을 방지하기 위해 복수의 열교환기와 가스 재순환부품을 포함하는 복잡한 장비가 필요하고, 이에 따라 반응기의 부피가 필요 이상 커지는 문제가 발생되었다.
공개특허공보 제 10- 2007-0015564호(2007.02.05.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 일산화탄소 또는 이산화탄소와 같은 산화탄소를 수소와 반응시켜 메탄을 생산하는 반응기를 다단으로 형성시킴으로써 일체화하여 메탄화과정에서 발생되는 반응열을 효과적으로 제거하고, 이에 따른 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기를 제공하는 것이다.
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.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기는 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 메탄화하기 위한 반응기에 있어서, 내부에 기체가 유동되도록 중공의 관형상으로 형성된 본체부, 상기 본체부의 내부의 하단에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스와 고온의 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 1 챔버, 상기 본체부의 하단에 구비되고, 제 1 챔버의 하단으로 혼합가스를 공급하도록 구비된 공급부, 상기 공급부 및 제 1 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 공급부로부터 공급된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 상기 제 1 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 1 가스분배기, 상기 제 1 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 1 열교환장치, 상기 제 1 열교환장치의 상단에 배치되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 2 챔버, 상기 제 1 열교환장치와 상기 제 2 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 2 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 2 가스분배기, 상기 제 2 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 2 열교환장치, 상기 제 3 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 3 챔버, 상기 제 2 열교환장치와 상기 제 3 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 3 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 3 가스분배기, 상기 제 3 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 3 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 3 열교환장치, 상기 본체부의 상단에 구비되어 상기 제 3 열교환장치의 상부에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소와 촉매의 반응으로 생성된 메탄 및 물이 배출되는 배출부를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 열교환장치는 상기 제 1 챔버로부터 유동된 혼합가스 및 촉매의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 냉매가 유입되는 제 1 유입구가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 1 배출구가 구비된 가 구비된 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 2 열교환장치는 상기 제 2 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 상기 제 1 배출구로부터 냉매가 유입되는 제 2 유입구가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 2 배출구가 구비된 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 3 열교환장치는 상기 제 3 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 상기 제 2 배출구로부터 냉매가 유입되는 제 3 유입구가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 3 배출구가 구비된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 챔버는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 혼합가스 및 촉매가 전환반응이 일어나고, 상기 제 1 열교환장치에서 혼합가스가 일차적으로 냉각되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 2 챔버는 상기 제 1 열교환장치에 의해 냉각된 혼합가스 및 촉매가 350℃ 내지 400℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 2 열교환장치에서 혼합가스가 이차적으로 냉각되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 3 챔버는 상기 제 2 열교환장치에 의해 냉각된 혼합가스가 250℃ 내지 350℃의 온도에서 촉매와 함께 전환반응이 일어나고, 상기 제 3 열교환장치에서 혼합가스가 삼차적으로 냉각되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 챔버, 제 2 챔버 및 제 3 챔버를 통과한 혼합가스는 상기 제 1열교환장치, 제 2 열교환장치 및 제 3 열교환장치로 인해 순차적으로 냉각되어 점차 온도가 낮아지는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 냉매는 제 3열교환장치를 시작으로 제 2 열교환장치와 제 1 열교환장치의 순으로 유동되어 상기 제 3 챔버, 제 2 챔버 및 제 1 챔버에 의해 순차적으로 가열되어 점차 온도가 상승되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소는 신재생에너지를 통해 생산된 잉여 전기로 수전해를 통해 산소와 수소를 분리하여 공급하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 일산화탄소 또는 이산화탄소는 온실가스를 통해 배출된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포집하여 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 열교환장치는 상기 제 1 챔버를 냉각시켜 온도가 상승된 냉매를 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 생성된 물을 가열시켜 스팀을 생산하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기는 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 생성된 메탄을 생산하도록 메탄화 공정에 적용된 일체형 다단 반응기가 적용된 메탄화 공정일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 같은 산화탄소를 수소와 반응시켜 메탄을 생산하는 반응기를 다단으로 형성시킴으로써 일체화하여 메탄화과정에서 발생되는 반응열을 효과적으로 제거하고, 이에 따른 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기가 적용된 메탄화 공정의 구상도이다.
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.
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.
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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기가 적용된 메탄화 공정의 구상도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기(100)는 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 메탄화하기 위한 반응기에 있어서, 내부에 기체가 유동되도록 중공의 관형상으로 형성된 본체부(110), 상기 본체부(110)의 내부의 하단에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스와 고온의 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 1 챔버(121), 상기 본체부(110)의 하단에 구비되고, 제 1 챔버(121)의 하단으로 혼합가스를 공급하도록 구비된 공급부(131), 상기 공급부(131) 및 제 1 챔버(121)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 공급부(131)로부터 공급된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 상기 제 1 챔버(121)에 균일하게 분배하도록 구비된 제 1 가스분배기(141), 상기 제 1 챔버(121)의 상부와 연결되고, 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 1 열교환장치(151), 상기 제 2 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 2 챔버(122), 상기 제 1 열교환장치(151)와 상기 제 2 챔버(122)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 2 챔버(122)에 균일하게 분배하도록 구비된 제 2 가스분배기(142), 상기 제 2 챔버(122)의 상부와 연결되고, 상기 제 2 챔버(122)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 2 열교환장치(161), 상기 제 3 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 2 챔버(122)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 3 챔버(123), 상기 제 2 열교환장치(161)와 상기 제 3 챔버(123)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 2 챔버(122)로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 3 챔버(123)에 균일하게 분배하도록 구비된 제 3 가스분배기(143), 상기 제 3 챔버(123)의 상부와 연결되고, 상기 제 3 챔버(123)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 3 열교환장치(171), 상기 본체부(110)의 상단에 구비되어 상기 제 3 열교환장치(171)의 상부에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소와 촉매의 반응으로 생성된 메탄 및 물이 배출되는 배출부(132)를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 내부에 기체가 유동되도록 중공의 관형상으로 형성된 본체부(110)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 본체부(110)는 내부에 일산화탄소 또는 이산화탄소 등과 같은 산화탄소와 수소가 유동되도록 중공의 긴 관형상으로 형성된다. 따라서, 산화탄소와 수소가 상기 본체부(110)의 내부에 유동되며 반응하여 메탄이 생성된다.
또한, 상기 본체부(110)의 내부의 하단에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스와 고온의 촉매 전환 반응이 일어나도록 제 1 챔버(121)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 챔버(121)는 상기 본체부(110)의 내부의 하단에 배치되고, 외부로부터 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 공급받아 고온의 촉매 전환 반응을 통해 메탄이 생산된다.
이때, 촉매 전환 반응은 고온에서 전환 반응이 일어나고, 이때 내부 흐름은 고속유동층(fast fluidized bed) 영역이고, 상기 촉매는 일반적으로 니켈계 촉매가 사용되나, 상기 산화탄소와 수소의 반응을 촉진시켜 메탄을 생산할 수 있다면 크게 제한되지 않는다.
또한, 본체부(110)의 하단에 구비되고, 제 1 챔버(121)의 하단으로 혼합가스를 공급하도록 공급부(131)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 공급부(131)는 상기 본체부(110)의 하단에 구비되어 외부로부터 공급된 산화탄소 및 수소로 구성된 혼합가스를 상기 제 1 챔버(121)로 공급한다. 따라서, 상기 공급부(131)는 관과 같은 수단에 의해 상기 본체부(110)와 연결되어 상기 제 1 챔버(121)로 공급할 수 있다.
또한, 공급부(131) 및 제 1 챔버(121)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 공급부(131)로부터 공급된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 상기 제 1 챔버(121)에 균일하게 분배하도록 제 1 가스분배기(141)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 가스분배기(141)는 상기 본체부(110)의 내부에서 상기 공급부(131) 및 제 1 챔버(121)의 하단의 사이에 배치되어 상기 공급부(131)로부터 공급된 혼합가스를 상기 제 1 챔버(121)에 균일하게 분배하도록 구비된다. 따라서, 상기 제 1 가스분배기(141)는 상기 혼합가스를 균일하게 분배하여 촉매 전환 반응이 효과적으로 이루어지도록 한다.
또한, 제 1 챔버(121)의 상부와 연결되고, 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 제 1 열교환장치(151)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 열교환장치(151)는 혼합가스를 냉각시키도록 상기 본체부(110)의 내부에서 상기 제 1 챔버(121)의 상부와 연결되어 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환됨으로써 냉각시키게 된다.
이때, 상기 냉매는 상기 혼합가스를 냉각시킬 수 있다면 크게 제한되지 않으나 바람직하게는 물을 사용하는 것이다. 따라서, 상기 메탄화공정을 통해 생산된 메탄과 물 중 물을 냉매로 다시 투입하는 것도 가능하다.
또한, 상기 제 1 열교환장치(151)의 상단에 배치되고, 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 제 2 챔버(122)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 챔버(122)는 상기 본체부(110)의 내부에서 상기 제 1 열교환장치(151)의 상단에 배치되고, 상기 제 1 열교환장치(151)를 통해 냉각된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응을 통해 메탄이 생산된다.
즉, 상기 제 2 챔버(122)는 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 상기 제 1 열교환장치(151)를 통해 냉각되고, 이와 함께 촉매를 통해 촉매 전환 반응이 일어나게 된다.
또한, 제 1 열교환장치(151)와 상기 제 2 챔버(122)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 2 챔버(122)에 균일하게 분배하도록 제 2 가스분배기(142)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 가스분배기(142)는 상기 본체부(110)의 내부에서 상기 제 1 열교환장치(151)와 제 2 챔버(122)의 하단의 사이에 배치되어 상기 제 1 열교환장치(151)로부터 유동된 혼합가스를 상기 제 2 챔버(122)에 균일하게 분배하도록 구비된다. 따라서, 상기 제 2 가스분배기(142)는 상기 혼합가스를 균일하게 분배하여 촉매 전환 반응이 효과적으로 이루어지도록 한다.
또한, 제 2 챔버(122)의 상부와 연결되고, 상기 제 2 챔버(122)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 제 2 열교환장치(161)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 열교환장치(161)는 혼합가스의 온도를 냉각시키도록 상기 본체부(110)의 내부에서 상기 제 2 챔버(122)의 상부와 연결되어 상기 제 2 챔버(122)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환됨으로써 냉각시키게 된다.
또한, 제 3 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 2 챔버(122)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 제 3 챔버(123)가 구비된다.
상기 제 3 챔버(123)는 상기 본체부(110)의 내부에서 상기 제 2 열교환장치(161)의 상단에 배치되고, 상기 제 2 열교환장치(161)를 통해 냉각된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응을 통해 메탄이 생산된다.
또한, 제 2 열교환장치(161)와 상기 제 3 챔버(123)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 2 챔버(122)로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 3 챔버(123)에 균일하게 분배하도록 제 3 가스분배기(143)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 3 가스분배기(143)는 상기 본체부(110)의 내부에서 상기 제 2 열교환장치(161)와 제 3 챔버(123)의 하단의 사이에 배치되어 상기 제 2 열교환장치(161)로부터 유동된 혼합가스를 상기 제 3 챔버(123)에 균일하게 분배하도록 구비된다. 따라서, 상기 제 3 가스분배기(143)는 상기 혼합가스를 균일하게 분배하여 촉매 전환 반응이 효과적으로 이루어지도록 한다.
또한, 제 3 챔버(123)의 상부와 연결되고, 상기 제 3 챔버(123)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 제 3 열교환장치(171)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 3 열교환장치(171)는 혼합가스의 온도를 냉각시키도록 상기 본체부(110)의 내부에서 상기 제 3 챔버(123)의 상부와 연결되어 상기 제 3 챔버(123)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환됨으로써 냉각시키게 된다.
또한, 본체부(110)의 상단에 구비되어 상기 제 3 열교환장치(171)의 상부에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소와 촉매의 반응으로 생성된 메탄 및 물이 배출되는 배출부(132)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 본체부(110)의 하단에 구비된 공급부(131)를 통해 유입된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 제 1 챔버(121), 제 2 챔버(122) 및 제 3 챔버(123)를 지나 촉매와 반응되어 메탄과 물이 생성되고, 상기 본체부(110)의 상단에 형성된 배출부(132)를 통해서 배출된다.
이때, 상기 배출부(132)는 상기 본체부(110)의 상단과 관과 같은 수단에 의해 연결되어 메탄 및 물을 배출한다.
또한, 제 3 열교환장치(171)는 상기 제 3 챔버(123)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 냉매가 유입되는 제 1 유입구(152)가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 1 배출구(153)가 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 3 열교환장치(171)는 코일형상의 긴관으로 형성되어 내부에 냉매가 유동되고, 상기 냉매에 의해서 상기 제 3 열교환장치(171)는 상기 제 3 챔버(123)로부터 상기 배출부(132)로 유동되는 혼합가스를 열교환에 의해서 냉각시키게 된다.
따라서, 상기 제 3 열교환장치(171) 일측 끝단에는 외부로부터 냉매가 유입되는 제 1 유입구(152)가 구비되고, 상기 제 1 유입구(152)를 통해 유입된 냉매가 코일형상으로 형성된 관을 지남으로써, 상기 제 3 열교환장치(171)의 외부를 지나가는 혼합가스를 냉각시키고, 열교환이 수행된 후 타측 끝단의 제 1 배출구(153)를 통해 배출된다.
또한, 제 2 열교환장치(161)는 상기 제 2 챔버(122)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 상기 제 1 배출구(153)로부터 냉매가 유입되는 제 2 유입구(162)가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 2 배출구(163)가 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 열교환장치(161)는 코일형상의 긴관으로 형성되어 내부에 냉매가 유동되고, 상기 냉매에 의해서 상기 제 2 열교환장치(161)는 상기 제 2 챔버(122)로부터 상기 제 3 챔버(123)로 유동되는 혼합가스를 열교환에 의해서 냉각시키게 된다.
따라서, 상기 제 2 열교환장치(161) 일측 끝단에는 상기 제 1 배출구(153)와 연결되어 제 1 배출구(153)로부터 냉매가 유입되는 제 2 유입구(162)가 구비되고, 상기 제 2 유입구(162)를 통해 유입된 냉매가 코일형상으로 형성된 관을 지남으로써, 상기 제 2 열교환장치(161)의 외부를 지나가는 혼합가스를 냉각시키고, 열교환이 수행된 후 타측 끝단에 구비된 제 2 배출구(163)를 통해 냉매가 배출된다.
또한, 제 1 열교환장치(151)는 상기 제 1 챔버(121)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 상기 제 2 배출구(163)로부터 냉매가 유입되는 제 3 유입구(172)가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 3 배출구(173)가 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 열교환장치(151)는 코일형상의 긴관으로 형성되어 내부에 냉매가 유동되고, 상기 냉매에 의해서 상기 제 1 열교환장치(151)는 상기 제 1 챔버(121)로부터 상기 제 2 챔버(122)로 유동되는 혼합가스를 열교환에 의해서 냉각시키게 된다.
따라서, 상기 제 1 열교환장치(151) 일측 끝단에는 상기 제 2 배출구(163)와 연결되어 제 2 배출구(163)로부터 냉매가 유입되는 제 3 유입구(172)가 구비되고, 상기 제 3 유입구(172)를 통해 유입된 냉매가 코일형상으로 형성된 관을 지남으로써, 상기 제 1 열교환장치(151)의 외부를 지나가는 혼합가스를 냉각시키고, 열교환이 수행된 후 타측 끝단에 구비된 제 3 배출구(173)를 통해 냉매가 배출된다.
또한, 제 1 챔버(121)는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 1 열교환장치(151)에서 혼합가스가 일차적으로 냉각될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 챔버(121)는 공급부(131)를 통해 유입된 혼합가스 및 촉매가 반응속도를 높이기 위해 400℃ 내지 500℃의 고온에서 촉매전환반응이 일어나고, 가열된 혼합가스가 상기 제 1 열교환장치(151)에 의해서 일차적으로 냉각된다. 따라서, 상기 제 1 챔버(121)는 고온에서 촉매전환반응이 실행되어 효율적으로 메탄을 생산할 수 있다.
또한, 상기 제 2 챔버(122)는 상기 제 1 열교환장치(151)에 의해 냉각된 혼합가스 및 촉매가 350℃ 내지 400℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 2 열교환장치(161)에서 혼합가스 및 촉매가 이차적으로 냉각될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 챔버(122)는 상기 제 1 챔버(121)를 통해 유입된 혼합가스 및 촉매가 350℃ 내지 400℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 1 챔버(121)보다 낮은 온도에서 전환반응이 일어남으로써, 반응속도보다 높은 평형 전환율을 달성할 수 있으며, 가열된 혼합가스가 상기 제 2 열교환장치(161)에 의해서 이차적으로 냉각되어 효율적으로 메탄을 생산할 수 있다.
또한, 제 3 챔버(123)는 상기 제 2 열교환장치(161)에 의해 냉각된 혼합가스 및 촉매가 250℃ 내지 350℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 3 열교환장치(171)에서 혼합가스가 삼차적으로 냉각될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 3 챔버(123)는 상기 제 2 챔버(122)를 통해 유입된 혼합가스 및 촉매가 250℃ 내지 350℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 2 챔버(122)보다 낮은 온도에서 전환반응이 일어남으로써, 반응속도보다 높은 평형 전환율을 달성할 수 있으며, 가열된 혼합가스가 상기 제 3 열교환장치(171)에 의해서 삼차적으로 냉각되어 효율적으로 메탄을 생산할 수 있다.
또한, 제 1 챔버(121), 제 2 챔버(122) 및 제 3 챔버(123)를 통과한 혼합가스는 상기 제 1열교환장치, 제 2 열교환장치(161) 및 제 3 열교환장치(171)로 인해 순차적으로 냉각되어 점차 온도가 낮아질 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 챔버(121), 제 2 챔버(122) 및 제 3 챔버(123)는 상기 본체부(110)의 내부에 순차적으로 배치되고, 상기 제 1 챔버(121)와 제 2 챔버(122)의 사이에는 제 1열교환장치가 배치되고, 제 2 챔버(122)의 제 3 챔버(123) 사이에는 제 2열교환장치가 배치되며, 상기 제 3 챔버(123)의 상부에는 제 3열교환장치가 배치되고, 혼합가스가 상기 제 1 챔버(121), 제 2 챔버(122) 및 제 3 챔버(123)를 순차적으로 통과하며 촉매와 함께 촉매전환반응이 수행됨으로써, 상기 제 1열교환장치, 제 2 열교환장치(161) 및 제 3 열교환장치(171)를 통해 상기 혼합가스가 순차적으로 냉각된다.
따라서, 초기의 고온의 조건에서 촉매전환반응을 수행하여 높은 반응속도를 갖고 순차적으로 낮은온도에서 촉매전환반응을 수행하여 높은 평형 전환율을 갖게 되어 효율적으로 메탄을 생산할 수 있다.
또한, 냉매는 제 3열교환장치를 시작으로 제 2 열교환장치(161)와 제 1 열교환장치(151)의 순으로 유동되어 상기 제 3 챔버(123), 제 2 챔버(122) 및 제 1 챔버(121)에 의해 순차적으로 가열되어 점차 온도가 상승될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 3 열교환장치(171), 제 2 열교환장치(161) 및 제 3 열교환장치(171)가 서로 연결되어 냉매가 순차적으로 유동하고, 냉매는 제 3 챔버(123), 제 2 챔버(122) 및 제 1 챔버(121) 순으로 냉각됨에 따라 냉매의 온도가 점차 상승하게 된다.
즉, 상기 혼합가스는 상기 본체를 기준으로 하단으로 공급되어 상단으로 이동될수록 온도가 감소하게 되고, 상기 냉매는 상기 본체부(110)를 기준으로 상단에서 하단으로 이동될수록 온도가 상승하게 된다.
또한, 수소는 신재생에너지를 통해 생산된 잉여 전기로 수전해를 통해 산소와 수소를 분리하여 공급할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 수소는 물을 전기분해하여 산소와 수소를 분리하여 공급하는 것으로, 신재생에너지 또는 발전소를 통해 생산된 잉여전기를 통해 얻을 수 있다.
하나의 예로, 섬과 같은 독립된 공간에 풍력발전이나 태양광발전을 통해 발생되는 잉여에너지를 통해 물을 전기분해하여 산소와 수소를 분리하고, 생산된 산소는 판매하고, 나머지 수소를 통해 산화탄소를 메탄화하여 에너지로 사용할 수 있다.
또한, 일산화탄소 또는 이산화탄소는 온실가스를 통해 배출된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포집하여 공급할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 일산화탄소 또는 이산화탄소 등과 같은 산화탄소를 자동차의 매연이나 화석연료의 사용을 통해 손쉽게 얻을 수 있고, 이러한 산화탄소를 포집하여 메탄화할 수 있다.
또한, 제 1 열교환장치(151)는 상기 제 1 챔버(121)를 냉각시켜 온도가 상승된 냉매를 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 생성된 물을 가열시켜 스팀을 생산할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 챔버(121)는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 혼합가스 및 촉매가 전환반응이 일어나고, 상기 제 1 열교환장치(151)가 이를 냉각시키게 된다.
따라서, 상기 제 1 열교환장치(151)의 냉매는 높은 온도를 유지하고 있으므로, 이를 통해 물을 가열시킴으로써 스팀을 얻을 수 있고, 이를 통해 생산된 스팀을 판매하거나 또는 이를 발전시켜 전기를 생산할 수 있다.
또한, 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기(100)는 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 생성된 메탄을 생산하도록 메탄화 공정에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기에서 촉매는 혼합가스와 고정층이 아닌 유동층으로 반응함으로써, 반응과 동시에 열회수 및 촉매 고열(반응열)을 방지할 수 있는데 제 1 가스분배기, 제 2 가스분배기 및 제 3 가스분배기를 통한 촉매의 투입에 따른 최소유동화속도 계산식인
Figure pat00001
는 아래의 계산식을 따른다.
Figure pat00002
Figure pat00003
= minimum fluidizing condition,
Figure pat00004
= screen size
Figure pat00005
= gas density
Figure pat00006
= coefficient of viscosity
Figure pat00007
= bed voidage
Figure pat00008
= (
Figure pat00009
) of same volume
Figure pat00010
(sheres), 0<
Figure pat00011
<1(all other particle shapes)
Figure pat00012
= particle density or catalyst density
Figure pat00013
= gravitational acceleration
또한, 상기 제 1 가스분배기, 제 2 가스분배기 및 제 3 가스분배기를 통해 투입되는 촉매입자의 크기, 밀도를 제어함으로써, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소의 유량 및 속도를 제어할 수 있다.
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.
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.
100: 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기
110: 본체부
121: 제 1 챔버
122: 제 2 챔버
123: 제 3 챔버
131: 공급부
132: 배출부
141: 제 1 가스분배기
142: 제 2 가스분배기
143: 제 3 가스분배기
151: 제 1 열교환장치
152: 제 1 유입구
153: 제 1 배출구
161: 제 2 열교환장치
162: 제 2 유입구
163: 제 2 배출구
171: 제 3 열교환장치
172: 제 3 유입구
173: 제 3 배출구

Claims (13)

  1. 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 메탄화하기 위한 반응기에 있어서,
    내부에 기체가 유동되도록 중공의 관형상으로 형성된 본체부;
    상기 본체부의 내부의 하단에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스와 고온의 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 1 챔버;
    상기 본체부의 하단에 구비되고, 제 1 챔버의 하단으로 혼합가스를 공급하도록 구비된 공급부;
    상기 공급부 및 제 1 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 공급부로부터 공급된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 상기 제 1 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 1 가스분배기;
    상기 제 1 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 1 열교환장치;
    상기 제 1 열교환장치의 상단에 배치되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 2 챔버;
    상기 제 1 열교환장치와 상기 제 2 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 1 챔버로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 2 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 2 가스분배기;
    상기 제 2 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 2 열교환장치;
    상기 제 3 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 3 챔버;
    상기 제 2 열교환장치와 상기 제 3 챔버의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 2 챔버로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 3 챔버에 균일하게 분배하도록 구비된 제 3 가스분배기;
    상기 제 3 챔버의 상부와 연결되고, 상기 제 3 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 3 열교환장치;
    상기 본체부의 상단에 구비되어 상기 제 3 열교환장치의 상부에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소와 촉매의 반응으로 생성된 메탄 및 물이 배출되는 배출부;
    를 포함하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열교환장치는 상기 제 1 챔버로부터 유동된 혼합가스 및 촉매의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 냉매가 유입되는 제 1 유입구가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 1 배출구가 구비된 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 열교환장치는 상기 제 2 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 상기 제 1 배출구로부터 냉매가 유입되는 제 2 유입구가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 2 배출구가 구비된 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 열교환장치는 상기 제 3 챔버로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 상기 제 2 배출구로부터 냉매가 유입되는 제 3 유입구가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 3 배출구가 구비된 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 챔버는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 혼합가스 및 촉매가 전환반응이 일어나고, 상기 제 1 열교환장치에서 혼합가스가 일차적으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 챔버는 상기 제 1 열교환장치에 의해 냉각된 혼합가스 및 촉매가 350℃ 내지 400℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 2 열교환장치에서 혼합가스가 이차적으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 3 챔버는 상기 제 2 열교환장치에 의해 냉각된 혼합가스가 250℃ 내지 350℃의 온도에서 촉매와 함께 전환반응이 일어나고, 상기 제 3 열교환장치에서 혼합가스가 삼차적으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 챔버, 제 2 챔버 및 제 3 챔버를 통과한 혼합가스는 상기 제 1열교환장치, 제 2 열교환장치 및 제 3 열교환장치로 인해 순차적으로 냉각되어 점차 온도가 낮아지는 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 제 3열교환장치를 시작으로 제 2 열교환장치와 제 1 열교환장치의 순으로 유동되어 상기 제 3 챔버, 제 2 챔버 및 제 1 챔버에 의해 순차적으로 가열되어 점차 온도가 상승되는 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  10. 제 1 항에 따른, 상기 수소는 신재생에너지를 통해 생산된 잉여 전기로 수전해를 통해 산소와 수소를 분리하여 공급하는 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  11. 제 1 항에 따른, 상기 일산화탄소 또는 이산화탄소는 온실가스를 통해 배출된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포집하여 공급하는 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  12. 제 1 항에 따른, 상기 제 1 열교환장치는 상기 제 1 챔버를 냉각시켜 온도가 상승된 냉매를 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 생성된 물을 가열시켜 스팀을 생산하는 것을 특징으로 하는 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기.
  13. 제 1 항에 따른, 상기 산화탄소의 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기는 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 생성된 메탄을 생산하도록 메탄화 공정에 적용된 것을 특징으로 하는 일체형 다단 반응기가 적용된 메탄화 공정.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20070015564A (ko) 2004-04-06 2007-02-05 퓨얼 셀 에너지, 인크 복수 반응기를 이용하는 메탄화 어셈블리
KR20130071618A (ko) * 2011-12-21 2013-07-01 재단법인 포항산업과학연구원 합성가스로부터 메탄 제조 방법 및 메탄 합성 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070015564A (ko) 2004-04-06 2007-02-05 퓨얼 셀 에너지, 인크 복수 반응기를 이용하는 메탄화 어셈블리
KR20130071618A (ko) * 2011-12-21 2013-07-01 재단법인 포항산업과학연구원 합성가스로부터 메탄 제조 방법 및 메탄 합성 장치

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