KR20200049995A - 부유식 수소공급장치 - Google Patents

부유식 수소공급장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20200049995A
KR20200049995A KR1020180130969A KR20180130969A KR20200049995A KR 20200049995 A KR20200049995 A KR 20200049995A KR 1020180130969 A KR1020180130969 A KR 1020180130969A KR 20180130969 A KR20180130969 A KR 20180130969A KR 20200049995 A KR20200049995 A KR 20200049995A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
ammonia
supply line
liquid
hydrogen
Prior art date
Application number
KR1020180130969A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102516703B1 (ko
Inventor
성용욱
김재관
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020180130969A priority Critical patent/KR102516703B1/ko
Publication of KR20200049995A publication Critical patent/KR20200049995A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102516703B1 publication Critical patent/KR102516703B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • C01B3/047—Decomposition of ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
    • C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C01B2203/0425—In-situ adsorption process during hydrogen production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

부유식 수소공급장치가 개시된다. 본 실시 예에 의한 부유식 수소공급장치는 액상 암모니아 및 이의 증발가스를 저장하는 저장탱크, 상술한 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 압축기가 마련되고, 상술한 제1 압축기에 의해 가압된 증발가스를 공급하는 증발가스 공급라인, 상술한 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하는 제1 가압펌프가 마련되고, 상술한 제1 펌프에 의해 가압된 액상 암모니아를 공급하는 암모니아 공급라인, 상술한 증발가스 공급라인 및 암모니아 공급라인으로부터 공급받은 암모니아를 반응시키는 암모니아 반응라인, 및 상술한 반응에 의해 생성된 수소를 육상의 수요처로 공급하는 수소 공급라인을 포함하고, 상술한 암모니아 반응라인은 상술한 증발가스 공급라인 및 암모니아 공급라인으로부터 공급된 암모니아를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리시키는 제1 기액분리기와, 상술한 제1 기액분리기의 기체성분 및 액체성분 중 적어도 어느 하나를 공급받아 혼합유체를 생성하는 반응기와, 상술한 제1 기액분리기의 기체성분을 상술한 반응기로 공급하는 기체성분 공급라인과, 상술한 제1 기액분리기의 액체성분을 상술한 반응기로 공급하는 액체성분 공급라인을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

부유식 수소공급장치{FLOATING DEVICE FOR SUPPLYING HYDROGEN}
본 발명은 부유식 수소공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수요처의 공급조건에 맞게 암모니아를 처리하고 수소를 공급하는 부유식 수소공급장치에 관한 것이다.
암모니아는 상온에서도 조금만 가압하여 쉽게 액체로 존재하기 때문에 기존의 LPG 충전인프라를 그대로 활용할 수 있어, 최근 각종 수요처의 에너지원으로 활용하고자 하는 개발이 이루어지고 있다.
한편, 암모니아는 독성을 가지고 있기 때문에 역치 이상 포함된 경우에는 이를 처리할 필요가 있다. 따라서, 종래부터 여러가지 암모니아 처리방법이 검토되어 왔다. 예를 들어, 암모니아를 질소와 수소로 분해하는 방법 등이 제안되어 왔다.
그러나, 암모니아 처리 설비를 육상에 마련할 경우, 상술한 암모니아의 독성 때문에 각종 민원 발생 및 위험 요소가 존재한다는 문제점이 존재한다. 이에, 암모니아를 처리하고 이로부터 수소를 생산하는 설비를 해상의 플랫폼에 마련할 필요성이 제기된다.
대한민국 공개특허공보 10-2008-0016805 호(2008. 02. 22. 공개)
본 발명의 실시 예는 육상의 각 수요처에 안정적으로 수소를 공급하는 부유식 수소공급장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있는 부유식 수소공급장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 수소 제조공정의 생산성 및 효율을 향상시킬 수 있는 부유식 수소공급장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 암모니아 처리 공정의 신뢰성을 도모할 수 있는 부유식 수소공급장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 열 공급 효율을 향상시킬 수 있는 부유식 수소공급장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액상 암모니아 및 이의 증발가스를 저장하는 저장탱크, 상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 압축기가 마련되고, 상기 제1 압축기에 의해 가압된 증발가스를 공급하는 증발가스 공급라인, 상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하는 제1 가압펌프가 마련되고, 상기 제1 펌프에 의해 가압된 액상 암모니아를 공급하는 암모니아 공급라인, 상기 증발가스 공급라인 및 암모니아 공급라인으로부터 공급받은 암모니아를 반응시키는 암모니아 반응라인, 및 상기 반응에 의해 생성된 수소를 육상의 수요처로 공급하는 수소 공급라인을 포함하고, 상기 암모니아 반응라인은 상기 증발가스 공급라인 및 암모니아 공급라인으로부터 공급된 암모니아를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리시키는 제1 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 기체성분 및 액체성분 중 적어도 어느 하나를 공급받아 혼합유체를 생성하는 반응기와, 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 상기 반응기로 공급하는 기체성분 공급라인과, 상기 제1 기액분리기의 액체성분을 상기 반응기로 공급하는 액체성분 공급라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 기체성분 공급라인은 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 가압하여 고온, 고압으로 변환시키는 제2 압축기를 구비하여 제공될 수 있다.
상기 액체성분 공급라인은 상기 제1 기액분리기의 액체성분을 가압시키는 제2 가압펌프와, 상기 제2 가압펌프에 의해 가압된 액체성분을 예열시키는 예열히터를 구비하여 제공될 수 있다.
연료를 연소시키는 버너가 마련되고, 상기 버너의 연소반응에 의해 발생된 열을 상기 반응기로 공급하는 열 공급라인, 상기 가압된 증발가스 및 상기 제1 기액분리기의 기체성분의 일부를 혼합시키는 믹서가 마련되고 상기 믹서에 의해 혼합된 암모니아를 연료로 하여 상기 버너에 공급하는 연료 공급라인, 상기 가압된 증발가스를 상기 믹서로 공급하는 제1 연료 공급라인과, 상기 기체성분을 상기 믹서로 공급하는 제2 연료 공급라인을 더 포함하되, 상기 제2 압축기 및 예열히터는 상기 반응기로 공급되는 열을 보충하도록 마련될 수 있다.
상기 증발가스 공급라인은 상기 제1 압축기에 의해 가압된 증발가스를 냉각시키는 제1 쿨러를 더 포함하고, 상기 암모니아 공급라인은 상기 제1 가압펌프에 의해 가압된 액상 암모니아를 가열시키는 히터를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 수소 공급라인은 상기 반응기에 의해 생성된 혼합유체로부터 수소를 분리시키는 수소 분리부와, 상기 수소 분리부로부터 분리된 수소를 상기 수요처로 공급하는 수요처 공급라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 수소 분리부는 상기 혼합유체를 냉각시키는 제2 쿨러와, 상기 제2 쿨러에 의해 냉각된 혼합유체를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리시키는 제2 기액분리기와, 상기 제2 기액분리기의 기체성분으로부터 수소를 분리하는 필터부를 포함하고, 상기 필터부는 상기 혼합기체로부터 암모니아 기체를 제거하는 암모니아 제거부와, 상기 암모니아 기체가 제거된 혼합기체로부터 상기 수소만을 정제하는 수소 정제부를 포함하고, 상기 암모니아 반응라인은 상기 제2 기액분리기의 액체성분을 상기 제1 기액분리기 전단으로 공급하는 액체성분 회수라인을 포함하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 부유식 수소공급장치는 육상의 각 수요처에 수소를 효율적으로 공급할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 부유식 수소공급장치는 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 부유식 수소공급장치는 수소 제조 공정의 생산성 및 효율이 향상되는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 부유식 수소공급장치는 암모니아 처리 공정의 신뢰성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 부유식 수소공급장치는 암모니아 반응에 있어서 열 공급 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 암모니아 운반선, 부유식 수소공급장치 및 수요처와의 관계를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 부유식 수소공급장치의 구성요소를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 암모니아 운반선, 부유식 수소공급장치 및 수요처와의 관계를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 부유식 수소공급장치의 구성요소를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 부유식 수소공급장치(100)은 운반선(10)으로부터 암모니아를 공급받아 저온의 액상 암모니아 및 이의 증발가스를 저장하는 저장탱크(110)을 포함한다. 암모니아 운반선(10)은 대략 ―34℃의 상압의 액상 암모니아를 저장할 수 있으며, 부유식 수소공급장치(100)은 로딩암(미도시) 등 다양한 수단을 통해 암모니아 운반선(10)으로부터 암모니아를 공급받아 저장탱크(110)에 저장한다.
도 2를 참조하면, 부유식 수소공급장치(100)은 저장탱크(110)로부터 공급받은 암모니아로부터 수소를 발생시키고, 육상의 수요처의 요구조건에 맞게 수소를 변환시켜 공급하는 구성들을 포함한다. 즉, 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 제1 압축기(111)가 마련되고, 제1 압축기(111)를 통과하여 가압된 증발가스를 공급하는 증발가스 공급라인(101), 저장탱크(110)의 액상 암모니아를 가압하는 제1 가압펌프(112)가 마련되고, 제1 가압펌프(112)를 통과하여 가압된 암모니아를 공급하는 암모니아 공급라인(102), 증발가스 공급라인(101) 및 암모니아 공급라인(102)으로부터 암모니아를 공급받아 반응시키는 암모니아 반응라인(103), 상술한 반응에 의해 생성된 수소를 육상의 수요처로 공급하는 수소 공급라인(107)을 포함하여 마련될 수 있다. 또한, 부유식 수소공급장치(100)는 후술할 버너(122)를 마련하여 반응기(120)로 열을 공급하는 열 공급라인(140), 버너(122)에 연료를 공급하기 위한 연료 공급라인(104), 가압된 증발가스를 후술할 믹서(121)로 공급하는 제1 연료 공급라인(104a)과, 기체성분을 믹서(121)로 공급하는 제2 연료 공급라인(104b)을 포함하여 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 저온의 액상 암모니아 및 이의 증발가스를 저장한다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액상 암모니아의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)의 내부에는 가압펌프(112)가 마련되어 설정된 압력에 따라 저온의 액상 암모니아를 가압하여 외부로 내보낼 수 있다.
증발가스 공급라인(101) 및 암모니아 공급라인(102)은 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스 및 액상 암모니아를 가압하여 암모니아 반응라인(103)으로 공급하도록 마련될 수 있다. 암모니아 반응라인(103)은 증발가스 공급라인(101)의 제1 압축기(111) 및 및 암모니아 공급라인(102)의 제1 가압펌프(112)로부터 가압된 증발가스 및 액상 암모니아를 공급받아 반응시키도록 마련된다. 여기서, 증발가스 공급라인(101)은 제1 압축기(111) 후단에 마련되어 가압된 증발가스를 냉각시키는 제1 쿨러(114)를 더 구비할 수 있으며, 암모니아 공급라인(102)은 제1 가압 펌프(112)의 후단에 마련되어 가압된 액상 암모니아를 가열시키는 히터(113)를 추가로 구비할 수 있다. 즉, 암모니아 반응라인(103)은 제1 쿨러(114)에 의해 냉각되어 응축된 증발가스를 공급받을 수 있고, 히터(113)에 의해 가열된 액상 암모니아를 공급받을 수 있다. 이를 위해, 증발가스 공급라인(101) 및 암모니아 공급라인(102)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되고, 증발가스 공급라인(101)의 출구 측 단부는 암모니아 공급라인(102)과 합류하여 후술할 제1 기액분리기(123)에 연결되되, 증발가스 공급라인(101)의 중단부에서는 제1 압축기(111)와 제1 쿨러(114)를 경유하고 암모니아 공급라인(102)의 중단부에서는 제1 가압펌프(112)와 히터(113)를 경유하도록 마련될 수 있다.
제1 쿨러(114)는 제1 압축기(111)에 의해 가압된 증발가스를 냉각시키고, 상온의 액상 암모니아로 응축시킨다. 또한, 히터(113)는 제1 가압펌프(112)에 의해 가압된 저온의 액상 암모니아를 가열하여 상온의 액상 암모니아로 변환시킨다. 이때, 가압펌프(112)는 대략 ―34℃의 상압으로 저장된 액상 암모니아를 대략 10bar 이상으로 가압하여 히터(113)로 공급할 수 있다. 히터(113)는 예를 들어, 해수 또는 엔진 및 보일러 등의 폐열을 열 전달매체로 이용하여 저온의 액상 암모니아와 열교환시키는 열교환기로 마련될 수 있다. 구체적으로, 암모니아는 8bar 이상이 되어야 액화가 되므로, 가압펌프(112)를 통해 최소 10bar 이상으로 가압하여 보내주게 된다. 가압펌프(112)에 의해 가압된 저온의 액상 암모니아는 히터(113)를 거쳐 10bar의 상온의 액상 암모니아 상태가 되어 후술할 제1 기액분리기(123)에 공급될 수 있다.
암모니아 반응라인(103)은 증발가스 공급라인 및 암모니아 공급라인으로부터 공급된 암모니아를 기체성분 및 액체성분으로 분리시키는 제1 기액분리기(123)와, 제1 기액분리기(123)에 의해 분리된 액상 및 기상의 암모니아 중 적어도 하나를 공급받아 혼합유체를 생성하는 반응기(120)와, 제1 기액분리기(123)의 기체성분을 반응기(120)로 공급하는 기체성분 공급라인(105)과, 제1 기액분리기(123)의 액체성분을 반응기(120)로 공급하는 액체성분 공급라인(106)을 포함할 수 있다. 이 때, 반응기(120)는 제1 기액분리기(123)에 의해 분리된 액체성분 및 기체성분 중 적어도 하나를 공급받아 이를 수소와 질소로 분리시킨다. 또한, 기체성분 공급라인(105)은 제1 기액분리기(123)의 기체성분을 가압하여 고온, 고압으로 변환시키는 제2 압축기(125)을 구비하며, 액체성분 공급라인(106)은 제1 기액분리기(123)의 액체성분을 가압시키는 제2 가압펌프(124)와 액체성분을 예열시키는 예열히터(126)를 구비할 수 있다.
제1 기액분리기(123)는 증발가스 공급라인 및 암모니아 공급라인으로부터 공급된 암모니아를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리시킨다. 예를 들어, 저장탱크의 증발가스는 제1 압축기(111)에 의해 가압되고 제1 쿨러(114)에 의해 응축되어 상온의 액상 암모니아로 변환되며, 저장탱크(110)의 액상 암모니아는 제1 가압펌프(112)에 의해 가압되고 히터(113)에 의해 가열되어 상온의 액상 암모니아로 변환될 수 있다. 이 때, 제1 기액분리기(123)는 증발가스 공급라인(101) 및 암모니아 공급라인(102)을 통해 공급되는 상술한 상온의 액상 암모니아를 그 내부에 수용함으로써, 암모니아의 온도 및 압력의 변화를 차단시켜 안정적으로 상 분리를 수행할 수 있게 된다.
액체성분 공급라인(106)은 제1 기액분리기(123)에서 분리된 액체성분을 제2 가압펌프(124) 및 예열히터(126)로 공급 및 경유시키도록 마련된다. 이를 위해 액체성분 공급라인(106)의 입구 측 단부는 제1 기액분리기(123)의 내부 하측에 연통되고, 출구 측 단부는 반응기(120)에 연결되되, 중단부에는 가압펌프(124) 및 예열히터(126)를 경유하도록 마련될 수 있다. 만약 액상의 암모니아를 공급받아 반응시킬 경우, 제1 기액분리기(123)에 의해 분리된 액체성분이 제2 가압펌프(124)에 의해 가압되고, 예열히터(126)에 의해 예열된 후 반응기(120)에서 반응이 이루어질 수 있다. 이 때, 예열히터(126)는 예를 들어, 전기히터로 마련될 수 있다.
기체성분 공급라인(105)은 제1 기액분리기(123)에서 분리된 기체성분을 제2 압축기(125)로 공급 및 경유시키도록 마련된다. 이를 위해 기체성분 공급라인(105)의 입구 측 단부는 제1 기액분리기(123)의 내부 상측에 연통되고, 출구 측 단부는 반응기(120)에 연결되되, 중단부에는 제2 압축기(125)를 경유하도록 마련될 수 있다. 만약 제1 기액분리기(123)에 의해 분리된 기체성분을 공급받아 반응시킬 경우, 반응기(120)에 포함된 제2 압축기(125)에 의해 해당 기체성분을 가압시켜 고온, 고압의 상태로 변환시킨 후, 변환된 기체성분이 반응기(120)으로 공급되어 반응이 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 반응기(120)는 제1 기액분리기(123)에 의해 분리된 액상 및 기상의 암모니아 중 적어도 하나를 공급받아 혼합유체를 생성한다. 즉, 액체성분 공급라인(106) 상에 마련된 제2 가압펌프(124) 및 예열히터(126)와, 기체성분 공급라인(105) 상에 마련된 제2 압축기(125)는 반응기(120)에서 반응하는 암모니아의 상태가 액체성분인지 또는 기체성분인지에 따라 선택적으로 사용 가능하다. 이 때, 예열히터(126) 및 제2 압축기(125)에 의해 상술한 액체성분 및 기체성분에 열이 공급될 수 있고, 이는 후술할 버너(122)에 의해 반응기(120)로 공급되는 열을 추가적으로 보충해줄 수 있게 된다. 결과적으로 예열히터(126) 및 제2 압축기(125)에 의해 버너(122)의 용량이 효과적으로 감축될 수 있다.
반응기(120)는 예를 들어, 기상 및 액상의 암모니아 중 적어도 하나를 크래킹 반응시켜 수소와 질소로 분해하는 암모니아 크래커로 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 암모니아 크래커는 반응 촉매를 암모니아에 접촉시킴으로써, 일어나고 75 % 수소 및 나머지 25 % 질소를 함유하는 혼합물로 암모니아를 분해할 수 있다. 이 때 반응 온도는 예를 들어, 500 ℃ 내지 900 ℃의 범위일 수 있다. 상술한 개질 촉매로는 Ni 촉매가 사용될 수 있다. 또한, 반응기(120)는 예를 들어, 개질시켜 수소와 질소로 분해시키는 개질기로 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 반응기(120) 내부의 개질 촉매에 암모니아를 주입시키면 개질 반응이 일어난다. 이때 반응온도는 개질 촉매에 따라 다르지만, 본 발명의 실시 예에서는 300℃ 내지 800℃ 범위일 수 있다. 상술한 개질 촉매로는 Ru 촉매가 사용될 수 있다.
한편, 반응기(120)에서 일어나는 반응은 흡열반응으로서 외부에서 열을 공급해 주어야 한다. 즉, 부유식 수소공급장치(100)는 연료를 연소시키는 버너(122)가 마련되고 버너(122)의 연소반응에 의해 발생된 열을 반응기(120)로 공급하는 열 공급라인(140), 제1 압축기(111)에 의해 가압된 증발가스 및 제1 기액분리기(123)의 기체성분의 일부를 혼합시키는 믹서(121)가 마련되고 믹서(121)에 의해 혼합된 암모니아를 연료로 하여 버너(122)에 공급하는 연료 공급라인(104), 가압된 증발가스를 믹서(121)로 공급하는 제1 연료 공급라인(104a) 및 기체성분을 믹서(121)로 공급하는 제2 연료 공급라인(104b)을 포함하여 마련될 수 있다.
열 공급라인(140)을 통해 버너(122)가 연료를 연소시킴으로써 발생되는 열이 반응기(120)에 공급될 수 있으며, 이 때, 반응기(120)의 반응조건에 맞게 버너(122)를 작동시킴으로써 열 공급을 수행할 수 있다. 이러한 열 공급에 의해 300℃ 내지 800℃ 범위로 반응온도가 유지될 수 있다. 상술한 연료는 예를 들어, 반응기(120)에서 생성된 수소일 수 있다. 또는, 상술한 연료는 예를 들어, 믹서(121)로부터 공급받은 암모니아일 수 있다. 보다 구체적으로, 믹서(121)는 제1 압축기(111)에 의해 가압되어 제1 연료 공급라인(104a)을 통해 공급된 증발가스 및 제1 기액분리기(123)에 의해 분리되어 제2 연료 공급라인(104b)을 통해 공급된 기체성분을 혼합한 암모니아를 제공하고, 버너(122)는 연료 공급라인(104)을 통해 공급받은 상술한 암모니아를 연료로서 사용할 수 있다. 여기서, 제1 연료 공급라인(104a)은 유량 조절기(115)를 추가로 구비하여, 제1 압축기(111)로부터 믹서(121)로 공급되는 가스의 양을 조절할 수 있다.
수소 공급라인(107)은 반응기(120)에 의해 생성된 혼합유체로부터 수소를 분리시키는 수소 분리부(130)와, 분리된 수소를 육상의 수요처로 공급하는 수요처 공급라인(L)을 포함한다. 반응기(120)를 통해 질소와 수소가 생성되고, 질소는 외부로 배출시키되, 수소는 육상의 수요처로 공급하기 위해 수소 분리부(130)에서 분리될 필요가 있다. 즉, 반응기(120)에서 암모니아가 100％ 수소와 질소로 분해되는 것이 아니며, 반응기(120) 후단부에서 질소, 수소 외에 분해되지 않은 암모니아도 포함된 혼합유체로서 존재하게 되고, 혼합유체 내 암모니아를 제거할 필요가 있다.
수소 분리부(130)는 반응기(120)에 의해 생성된 혼합유체를 냉각시키는 제2 쿨러(131)와, 제2 쿨러(131)에 의해 냉각된 혼합유체를 기체성분 및 액체성분으로 분리시키는 제2 기액분리기(133)와, 제2 기액분리기(133)에 의해 분리된 기체상태의 질소 및 수소의 혼합기체에 존재하는 암모니아 기체를 제거하기 위한 암모니아 제거부(135a) 및 수소만을 정제하기 위한 수소 정제부(135b)를 구비한 필터부(135)를 포함한다.
제2 쿨러(131)는 반응기(120)에 의해 생성된 혼합유체를 냉각시킨다. 반응기(120)의 후단부의 온도는 수백도 이상일 수 있으며, 이에 수소 분리부(130)의 제2 쿨러(131)를 통해 냉각을 수행한다. 이를 통해 수십 기압의 개질된 가스의 온도가 떨어지게 되며, 암모니아가 응축된다. 즉, 반응기(120)로 공급되는 20℃, 50bar의 암모니아가 반응기(120) 바로 후단부에서는 수백도의 온도를 가진 50bar의 암모니아 기체 상태가 된다. 이러한 암모니아 기체는 제2 쿨러(131)를 거쳐 수십도의 온도로 조절됨으로써 육상 수요처로의 공급조건을 충족시킬 수 있다. 이때 혼합유체 내부에서 질소와 수소는 그대로 기체상태를 가지고 있고, 암모니아만 액체 상태로 존재하게 된다.
제2 기액분리기(133)는 혼합유체를 기체성분의 질소와 수소 및 액체성분의 암모니아로 분리시킬 수 있다. 한편, 제2 기액분리기(133)에 의해 분리된 액체성분은 액체성분 회수라인(108)을 통해 제1 기액분리기(123)로 재 공급될 수 있다. 이를 위해, 액체성분 회수라인(108)은 그 입구 측 단부가 제2 기액분리기(133)의 내부 하측에 연결되고, 출구 측 단부가 제1 기액분리기(123)의 내부 하측에 연결될 수 있다.
필터부(135)는 제2 기액분리기(133)에 의해 분리된 기체상태의 질소 및 수소의 혼합기체로부터 수소만을 정제하도록 마련된다. 즉, 제2 기액분리기(133)에 의해 분리된 기체상태의 질소 및 수소에도 소량의 암모니아 기체가 존재하므로 암모니아 제거부(135a)에 의해 이를 제거한다. 암모니아 제거부(135a)로는 예를 들어, 흡착제일 수 있다. 보다 구체적으로, 흡착제로서는 MgCl2, CaCl2, SrCl2 중 하나 이상이 사용될 수 있다. 각 흡착제는 작동 온도가 다르며, 제2 쿨러(131) 후단부의 온도에 따라 다르게 선택되어 사용될 수 있다. 구체적으로 MgCl2는 140℃~400℃, CaCl2는 30℃~230℃, SrCl2는 20℃~150℃의 작동 온도를 가지며, 제2 쿨러(131) 후단부의 온도에 따라 선택되어 사용될 수 있다. 또한, 암모니아 제거부(135a)로는 예를 들어, 분리막일 수 있다. 구체적으로, 암모니아 분자 크기가 수소 및 질소 분자보다 작은 것을 이용하여, 상술한 분리막에 혼합기체를 통과시킴으로써 암모니아만을 걸러낼 수 있다.
이후, 암모니아 제거부(135a)를 통과한 혼합기체로부터 수소만을 정제하기 위해, 수소 정제부(135b)가 사용될 수 있다. 수소 정제부(135b)는 예를 들어, 가압스윙흡착(Pressure Swing Adsorption)을 이용한 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 흡착제를 포함하는 흡착베드 내에 암모니아 제거부(135a)를 통과한 혼합유체를 공급하고 흡착베드 내에 흡착된 질소를 대기압 상태에서 탈착, 배축시킴으로써, 수소만을 분리할 수 있다. 또한, 수소 정제부(135b)는 예를 들어, 분리막일 수 있다. 구체적으로, 수소 분자 크기가 질소보다 작은 것을 이용하여, 암모니아 제거부(135a)를 통과한 혼합기체를 상술한 분리막에 통과시킴으로써 수소만을 걸러낼 수 있다.
필터부(135)에 의해 분리된 수소는 수요처 공급라인(L)을 통해 육상의 수요처로 공급된다. 여기서, 도시하지는 않았으나, 수요처의 요구조건에 따라 필터부(135) 후단에 가압부 및 쿨러 등의 수단이 추가적으로 마련될 수 있다. 수요처는 예를 들어, 수요처공급라인(L)을 통해 공급받은 수소를 공기 중 산소와 반응시켜 전기 에너지 등을 생산하는 등 다양하게 이용할 수 있는 설비들을 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 암모니아 운반선 100: 부유식 수소공급장치
101: 증발가스 공급라인 102: 암모니아 공급라인
103: 암모니아 반응라인 104: 연료 공급라인
104a: 제1 연료 공급라인 104b: 제2 연료 공급라인
105: 기체성분 공급라인 106: 액체성분 공급라인
107: 수소 공급라인 108: 액체성분 회수라인
110: 저장탱크 111: 제1 압축기
112: 제1 가압펌프 113: 히터
114: 제1 쿨러 115: 유량조절기
120: 반응기 121: 믹서
122: 버너 123: 제1 기액분리기
124: 제2 가압펌프 125: 제2 압축기
130: 수소 분리부 131: 제2 쿨러
133: 제2 기액분리기 135: 정제부
140: 열 공급라인 L: 수요처공급라인

Claims (7)

  1. 액상 암모니아 및 이의 증발가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 압축기가 마련되고, 상기 제1 압축기에 의해 가압된 증발가스를 공급하는 증발가스 공급라인;
    상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하는 제1 가압펌프가 마련되고, 상기 제1 펌프에 의해 가압된 액상 암모니아를 공급하는 암모니아 공급라인;
    상기 증발가스 공급라인 및 암모니아 공급라인으로부터 공급받은 암모니아를 반응시키는 암모니아 반응라인; 및
    상기 반응에 의해 생성된 수소를 육상의 수요처로 공급하는 수소 공급라인;을 포함하고,
    상기 암모니아 반응라인은
    상기 증발가스 공급라인 및 암모니아 공급라인으로부터 공급된 암모니아를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리시키는 제1 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 기체성분 및 액체성분 중 적어도 어느 하나를 공급받아 혼합유체를 생성하는 반응기와, 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 상기 반응기로 공급하는 기체성분 공급라인과, 상기 제1 기액분리기의 액체성분을 상기 반응기로 공급하는 액체성분 공급라인을 포함하는 부유식 수소공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기체성분 공급라인은
    상기 제1 기액분리기의 기체성분을 가압하여 고온, 고압으로 변환시키는 제2 압축기를 구비하는 부유식 수소공급장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액체성분 공급라인은
    상기 제1 기액분리기의 액체성분을 가압시키는 제2 가압펌프와, 상기 제2 가압펌프에 의해 가압된 액체성분을 예열시키는 예열히터를 구비하는 부유식 수소공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    연료를 연소시키는 버너가 마련되고, 상기 버너의 연소반응에 의해 발생된 열을 상기 반응기로 공급하는 열 공급라인;
    상기 가압된 증발가스 및 상기 제1 기액분리기의 기체성분의 일부를 혼합시키는 믹서가 마련되고, 상기 믹서에 의해 혼합된 암모니아를 연료로 하여 상기 버너에 공급하는 연료 공급라인; 및
    상기 가압된 증발가스를 상기 믹서로 공급하는 제1 연료 공급라인과, 상기 기체성분을 상기 믹서로 공급하는 제2 연료 공급라인; 을 더 포함하되,
    상기 제2 압축기 및 예열히터는
    상기 반응기로 공급되는 열을 보충하도록 마련되는 부유식 수소공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증발가스 공급라인은
    상기 제1 압축기에 의해 가압된 증발가스를 냉각시키는 제1 쿨러를 더 포함하고,
    상기 암모니아 공급라인은
    상기 제1 가압펌프에 의해 가압된 액상 암모니아를 가열시키는 히터를 더 포함하는 부유식 수소공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수소 공급라인은
    상기 반응기에 의해 생성된 혼합유체로부터 수소를 분리시키는 수소 분리부와, 상기 수소 분리부로부터 분리된 수소를 상기 수요처로 공급하는 수요처 공급라인을 포함하는 부유식 수소공급장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수소 분리부는
    상기 혼합유체를 냉각시키는 제2 쿨러와, 상기 제2 쿨러에 의해 냉각된 혼합유체를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리시키는 제2 기액분리기와, 상기 제2 기액분리기의 기체성분으로부터 수소를 분리하는 필터부를 포함하고,
    상기 필터부는
    상기 혼합기체로부터 암모니아 기체를 제거하는 암모니아 제거부와, 상기 암모니아 기체가 제거된 혼합기체로부터 상기 수소만을 정제하는 수소 정제부를 포함하고,
    상기 암모니아 반응라인은
    상기 제2 기액분리기의 액체성분을 상기 제1 기액분리기 전단으로 공급하는 액체성분 회수라인을 포함하는 부유식 수소공급장치.
KR1020180130969A 2018-10-30 2018-10-30 부유식 수소공급장치 KR102516703B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180130969A KR102516703B1 (ko) 2018-10-30 2018-10-30 부유식 수소공급장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180130969A KR102516703B1 (ko) 2018-10-30 2018-10-30 부유식 수소공급장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200049995A true KR20200049995A (ko) 2020-05-11
KR102516703B1 KR102516703B1 (ko) 2023-03-31

Family

ID=70729583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180130969A KR102516703B1 (ko) 2018-10-30 2018-10-30 부유식 수소공급장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102516703B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102315763B1 (ko) * 2020-11-05 2021-10-21 (주)씨이에스 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템
KR20220131425A (ko) * 2021-03-18 2022-09-28 삼성중공업 주식회사 수소 운반선의 가스 관리시스템
JP7414933B1 (ja) 2022-09-06 2024-01-16 コリア インスティテュート オブ エナジー リサーチ アンモニアを用いた高純度水素の製造装置及び製造方法
WO2023244125A3 (en) * 2022-06-15 2024-02-08 Stena Power & Lng Solutions As System for offshore production of fuel
FR3139793A1 (fr) * 2022-09-21 2024-03-22 Louis Dreyfus Armateurs Navire pour la production d’hydrogène
US11970404B2 (en) 2022-06-15 2024-04-30 Stena Power & Lng Solutions As System for offshore production of fuel

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080016805A (ko) 2005-04-18 2008-02-22 인텔리전트 에너지, 인크. 암모니아계 수소 발생 장치 및 이 장치의 사용 방법
JP2015502310A (ja) * 2011-10-21 2015-01-22 ザ サイエンス アンド テクノロジー ファシリティーズ カウンシルＴｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ Ｃｏｕｎｃｉｌ アンモニアから水素を製造する方法
KR20160103684A (ko) * 2015-02-25 2016-09-02 대우조선해양 주식회사 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템 및 방법
JP2017148745A (ja) * 2016-02-25 2017-08-31 ダイハツ工業株式会社 アンモニア分解方法
KR20180012607A (ko) * 2016-07-27 2018-02-06 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
JP2018037213A (ja) * 2016-08-30 2018-03-08 ダイハツ工業株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080016805A (ko) 2005-04-18 2008-02-22 인텔리전트 에너지, 인크. 암모니아계 수소 발생 장치 및 이 장치의 사용 방법
JP2015502310A (ja) * 2011-10-21 2015-01-22 ザ サイエンス アンド テクノロジー ファシリティーズ カウンシルＴｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ Ｃｏｕｎｃｉｌ アンモニアから水素を製造する方法
KR20160103684A (ko) * 2015-02-25 2016-09-02 대우조선해양 주식회사 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템 및 방법
JP2017148745A (ja) * 2016-02-25 2017-08-31 ダイハツ工業株式会社 アンモニア分解方法
KR20180012607A (ko) * 2016-07-27 2018-02-06 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
JP2018037213A (ja) * 2016-08-30 2018-03-08 ダイハツ工業株式会社 燃料電池システム

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102315763B1 (ko) * 2020-11-05 2021-10-21 (주)씨이에스 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템
KR20220131425A (ko) * 2021-03-18 2022-09-28 삼성중공업 주식회사 수소 운반선의 가스 관리시스템
WO2023244125A3 (en) * 2022-06-15 2024-02-08 Stena Power & Lng Solutions As System for offshore production of fuel
US11970404B2 (en) 2022-06-15 2024-04-30 Stena Power & Lng Solutions As System for offshore production of fuel
JP7414933B1 (ja) 2022-09-06 2024-01-16 コリア インスティテュート オブ エナジー リサーチ アンモニアを用いた高純度水素の製造装置及び製造方法
FR3139793A1 (fr) * 2022-09-21 2024-03-22 Louis Dreyfus Armateurs Navire pour la production d’hydrogène
WO2024061751A1 (fr) * 2022-09-21 2024-03-28 Louis Dreyfus Armateurs Navire pour la production d'hydrogène

Also Published As

Publication number Publication date
KR102516703B1 (ko) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102516703B1 (ko) 부유식 수소공급장치
KR102315763B1 (ko) 암모니아 분해 및 수소 생산 시스템
KR20200049933A (ko) 부유식 플랫폼
WO2021257944A9 (en) Ammonia cracking for green hydrogen
AU2007232926B2 (en) Liquid fuel synthesis system
KR102234540B1 (ko) 동력발생장치
JP2009035458A (ja) 水素生成装置
US9340421B2 (en) Hydrogen supply system
KR20230029630A (ko) 수소 생성 방법
TW201446321A (zh) 從氮化鎵系化合物半導體的製造步驟排出之排氣的處理方法
TWI642774B (zh) Hydrogen and synthetic natural gas manufacturing device and manufacturing method
JP4619575B2 (ja) 水素ガスの製造方法および水素ガスの製造設備
JP4910474B2 (ja) 混合ガスからの水素ガス回収方法
JP5348938B2 (ja) 一酸化炭素ガス発生装置および方法
CN110072804A (zh) 氢气工厂中的催化剂还原的方法
KR20240021941A (ko) NOx 제거를 이용한 그린 수소를 위한 암모니아 분해
WO2022265649A1 (en) Ammonia cracking for green hydrogen
JP2004244274A (ja) 水素含有ガス製造装置及びその運転方法
JP5285952B2 (ja) 一酸化炭素ガス発生装置および方法
WO2024013968A1 (ja) メタン合成システム
JP2008266079A (ja) 水素製造装置、水素製造システムおよび水素製造方法
KR20240021940A (ko) 암모니아 분해 프로세스로부터의 재생 가능한 수소 생성물의 회수
KR20240021945A (ko) 암모니아 분해 프로세스
WO2023117940A1 (en) Method for cracking ammonia
WO2008146870A1 (ja) 一酸化炭素ガス発生装置および方法ならびに浸炭用雰囲気ガス発生装置および方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant