KR20210000641A - Fuel processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄화수소를 처리하여 수소를 제공하는 연료처리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel treatment apparatus for treating hydrocarbons to provide hydrogen.
연료처리장치는 탄화수소, 예를 들어 메탄 또는 부탄에서 수소를 추출하는 장치이다. 이 장치의 종래기술로서, 특허등록번호 10-1771303, 연료처리장치가 알려져 있다. Fuel treatment units are units that extract hydrogen from hydrocarbons, such as methane or butane. As a prior art of this device, Patent Registration No. 10-1771303, a fuel processing device, is known.
상기 종래기술은, 다음과 같은 문제점이 있다. The prior art has the following problems.
고온전환반응기를 별도로 설치하여야 하기 때문에, 구성이 복잡해지고 비용이 상승하는 문제가 있다. Since the high-temperature conversion reactor must be separately installed, there is a problem in that the configuration is complicated and the cost is increased.
스팀리액터와 전환반응기가 일관되는 관로로 제공되어, 촉매의 환원이 오래 걸리고, 촉매가 손상되어 촉매 성능 및 수명이 저하되는 문제가 있다.Since the steam reactor and the conversion reactor are provided in a consistent pipeline, reduction of the catalyst takes a long time, and the catalyst is damaged, thereby reducing catalyst performance and life.
연료처리장치의 각 구성이 일체로 제작되어 있기 때문에, 촉매를 개별적으로 분리 및 교체할 수 없는 문제점이 있다. Since each component of the fuel treatment device is integrally manufactured, there is a problem that the catalyst cannot be separated and replaced individually.
공기, 개질연료, 연소연료, 및 물의 주입이 각각 단일의 주입구로 제공되기 때문에, 시동, 및 정지시의 운전에 대응하기가 어려운 문제점이 있다. 특히 급정지 및 급시동 시에는 기기가 파손되거나, 촉매가 손상되는 문제가 있다. 또한, 단일의 주입구로 인하여 각 부분별로 시스템 제어가 불가능하기 때문에, 연료처리효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 각 유체의 제어가 연료처리장치의 정상상태에 맞추어져 있기 때문에, 연료처리장치의 발생 수소량이 일정하게 정해져서 그 출력을 조절할 수 없는 문제점이 있다. Since the injections of air, reformed fuel, combustion fuel, and water are each provided through a single injection port, there is a problem that it is difficult to cope with the operation at the start and stop. In particular, there is a problem in that the device is damaged or the catalyst is damaged during sudden stop and sudden start. In addition, since it is impossible to control the system for each part due to a single injection port, there is a problem in that fuel treatment efficiency is deteriorated. In addition, since the control of each fluid is set to the normal state of the fuel processing device, there is a problem in that the amount of hydrogen generated by the fuel processing device is fixed and its output cannot be adjusted.
스팀 리액터의 촉매반응이 버너의 상부에만 집중되기 때문에, 수용되어 있는 촉매 전체를 사용할 수 없기 때문에, 연료처리효율이 낮아지는 문제점이 있다. Since the catalytic reaction of the steam reactor is concentrated only on the top of the burner, there is a problem in that the fuel treatment efficiency is lowered because the entire stored catalyst cannot be used.
본 발명은 상기되는 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 전환반응기를 단일화하여, 간단한 구성으로 저렴하게 제작할 수 있는 연료처리장치를 제안한다. In order to improve the above-described problems, the present invention proposes a fuel processing apparatus that can be manufactured inexpensively with a simple configuration by unifying a conversion reactor.
본 발명은, 스팀리액터와 전환반응기가 개별적으로 제어되어, 촉매의 손상을 방지하는 연료처리장치를 제안한다. The present invention proposes a fuel treatment apparatus in which a steam reactor and a conversion reactor are individually controlled to prevent damage to the catalyst.
본 발명은, 촉매의 교환이 가능하게 함으로서, 촉매를 교환하는 것으로 장시간 사용할 수 있는 연료처리장치를 제안한다. The present invention proposes a fuel processing apparatus that enables a catalyst to be exchanged and thus can be used for a long time by replacing the catalyst.
본 발명은, 모듈화되는 연료처리장치를 제공함으로써, 연료처리장치를 이루는 각 부분품의 공급유체가 개별적으로 제어되도록 하여, 출력조절, 및 열량조절이 제어가능한 연료처리장치를 제안한다. The present invention proposes a fuel processing device capable of controlling output and heat quantity by providing a fuel processing device that is modularized so that the supply fluid of each component constituting the fuel processing device is individually controlled.
본 발명은, 스팀 리액터의 촉매반응이 효율적으로 수행되는 연료처리장치를 제안한다. The present invention proposes a fuel processing apparatus in which a catalytic reaction of a steam reactor is efficiently performed.
본 발명에 따른 연료처리장치에는, 제 1 케이싱으로 둘러싸이고 내부에 스팀리액터가 놓이는 스팀반응모듈; 및 제 2 케이싱으로 둘러싸이고 내부에 전환반응기가 놓이는 전환반응모듈이 포함되어, 각 모듈별로 제어 및 수리가 가능하다. A fuel processing apparatus according to the present invention includes: a steam reaction module surrounded by a first casing and in which a steam reactor is placed; And a conversion reaction module surrounded by the second casing and in which the conversion reactor is placed, and control and repair are possible for each module.
상기 스팀반응모듈에는, 하부에 놓이고 개질연료 및 개질수를 저장하는 제 2 열교환기; 상기 제 2 열교환기의 중앙부에 놓이고 상방으로 화염을 분사하는 버너; 및 상기 화염의 외부에 놓이는 스팀 리액터가 포함되어, 열교환효율을 높일 수 있다. The steam reaction module includes: a second heat exchanger placed at the bottom and storing reformed fuel and reformed water; A burner placed in the center of the second heat exchanger and injecting a flame upward; And a steam reactor placed outside the flame, thereby improving heat exchange efficiency.
상기 전환반응모듈에는, 상기 스팀리액터에서 개질되는 개질가스에서 유해가스를 제거하는 전환반응기; 상기 전환반응기의 적어도 일부를 내부에 수용하고, 외부에서 공급되는 제 1 개질수와 상기 개질가스와 열교환하는 제 4 열교환기가 포함될 수 있다.The conversion reaction module includes: a conversion reactor for removing harmful gases from the reformed gas reformed in the steam reactor; A fourth heat exchanger for accommodating at least a portion of the conversion reactor inside and exchanging heat with the first reformed water supplied from the outside and the reformed gas may be included.
본 발명에 따르면, 구성이 모듈화 단순화됨으로써, 연료처리장치를 저렴하고 간단하게 제작할 수 있다. 예를 들어, 용접작업이 쉬워지는 이점이 있다. According to the present invention, the configuration is modularized and simplified, so that a fuel processing device can be manufactured inexpensively and simply. For example, there is an advantage that the welding operation becomes easy.
본 발명은, 스팀리액터와 전환반응기가 서로 분리되는 구조물로 제공됨으로써, 각 모듈의 개별제어가 가능하여 부품의 손상, 특히, 촉매의 손상이 방지되는 장점이 있다. In the present invention, since the steam reactor and the conversion reactor are provided as a structure separated from each other, individual control of each module is possible, thereby preventing damage to parts, particularly, damage to the catalyst.
본 발명은, 촉매의 교환이 가능하게 됨으로써, 연료처리장치의 사용시간이 길어지는 이점이 있다. According to the present invention, since the catalyst can be exchanged, there is an advantage in that the use time of the fuel treatment device is lengthened.
본 발명은, 각 모듈에 대한 개별 동작 제어가 가능함으로써, 연료처리장치의 출력조절, 및 열량조절이 제어가능한 장점이 있다. The present invention has an advantage in that the output control of the fuel processing device and the heat quantity control can be controlled by enabling individual operation control for each module.
본 발명은, 스팀 리액터의 촉매영역이 전체적으로 반응할 수 있기 때문에, 연료처리효율이 상승하는 이점이 있다. In the present invention, since the catalyst region of the steam reactor can react as a whole, there is an advantage in that the fuel treatment efficiency is increased.
도 1은 실시예에 따른 연료처리장치를 기구적인 구성을 중심으로 보이는 도면
도 2는 실시예에 따른 연료처리장치를 열교환 작용을 중심으로 보이는 도면.
도 3은 실시예에 따른 연료처리장치를 유동 및 제어를 중심으로 보이는 도면. 1 is a view showing a fuel processing apparatus according to an embodiment with a mechanical configuration as the center
2 is a view showing a fuel treatment apparatus according to an embodiment with a heat exchange action as the center.
3 is a view showing a fuel processing apparatus according to an embodiment with a focus on flow and control.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can easily add, change, delete, and add components to other embodiments included within the scope of the same idea. It will be possible to suggest that, but it will be said that this is also included within the scope of the inventive concept.
도 1 및 도 3은 실시예에 따른 연료처리장치의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 1은 기구적인 구성을 중심으로 보이는 도면이고, 도 2는 열교환 작용을 중심으로 보이는 도면이고, 도 3은 유체흐름 및 제어를 중심으로 보이는 도면이다. 각 도면에는 어느 일 도면에는 도시되지 않은 구성이 있을 수 있으나, 전체적인 상호 작용은 서로 동일하다. 경우에 따라서는 동작이 가능한 범위 내에서 체크벨브 등의 간단한 구성은 도시되지 않을 수도 있다.1 and 3 are views showing the configuration of a fuel processing apparatus according to an embodiment, and FIG. 1 is a view showing a mechanical configuration, FIG. 2 is a view showing a heat exchange action, and FIG. 3 is a fluid flow And a view showing the control. Each drawing may have a configuration not shown in any one drawing, but the overall interaction is the same. In some cases, a simple configuration such as a check valve may not be shown within an operable range.
이하에서는 각 도면을 순차적으로 참조하여 연료처리장치의 동작을 설명한다. 이하의 설명에서 도면번호가 지시되는 것은, 해당하는 관로 또는 밸브 또는 관로의 유체를 함께 지시하여 이해를 편리하게 도모할 수 있다. 예를 들어, 제 1 재질수 주입구는 11로 지시되고, 제 1 개질수가 유동하는 제 1 개질수 관로, 제 1 개질수 주입구를 통과하는 제 1 개질수, 및 제 1 재질수 주입구를 제어하는 밸브도 11로 지칭할 수 있다. 다른 부재에 대해서도 마찬가지이다. 상기 밸브는 유량을 제어할 수도 있고, 유동을 온오프로 제어할 수도 있을 것이다. Hereinafter, the operation of the fuel processing apparatus will be described with reference to each drawing sequentially. In the following description, reference numerals indicate that a corresponding pipe or a valve or a fluid in the pipe can be indicated together to facilitate understanding. For example, the first material water inlet is indicated by 11, and a valve that controls the first reformed water pipe through which the first reformed water flows, the first reformed water passing through the first reformed water inlet, and the first material water inlet It may be referred to as FIG. 11. The same is true for other members. The valve may control the flow rate, or may control the flow on and off.
도 1은 실시예에 따른 연료처리장치의 기구적 구성을 보이는 세로 단면도이다. 본 도면은 단면도로서 중심을 기준으로 어느 일측에 표시되는 부재가 다른 일측에는 표시되지 않을 수 있다. 본 도면의 부재는 단면도 중심을 기준으로 속이 빈 원통형으로 구성될 수 있으며, 파이프를 코일형태로 감아 원통형태로 구성할 수도 있다. 또한 여러 개의 파이프를 환상형으로 배치하여 원통형을 구현할 수도 있다.1 is a vertical cross-sectional view showing the mechanical configuration of a fuel processing apparatus according to an embodiment. This drawing is a cross-sectional view, and a member displayed on one side of the center may not be displayed on the other side. The member of this drawing may be configured as a hollow cylinder based on the center of the cross-sectional view, and may be configured in a cylindrical shape by winding a pipe in a coil shape. In addition, it is possible to implement a cylindrical shape by arranging several pipes in an annular shape.
실시예에 따른 연료처리장치는, 스팀반응모듈(1) 및 전환반응모듈(2)이 서로 별도의 케이싱으로 분리되고 다수의 관로에 의해서 서로 연결될 수 있다. 상기 스팀반응모듈(1)에는 적어도 스팀 리액터(4)가 포함되어 탄화수소를 수소로 개질하는 작용이 수행될 수 있다. 상기 전환반응모듈(2)은 적어도 전환반응기(5)가 포함되어 유해가스를 무해하게 전환하는 반응이 수행될 수 있다. In the fuel processing apparatus according to the embodiment, the
상기 스팀반응모듈(1)은 도면과 같이 상하로 적층되는 구성으로 제공할 수도 있으나, 관로의 구성이 연장되거나 굴곡되는 것에 의해서 두 모듈이 서로 좌우로 이격되는 등의 다른 배치방법으로 구성될 수도 있다. 각 부품을 연결하는 관로는 편의상 연료처리장치의 하부에 집중되는 것으로 도시하고 있지만, 이에 제한되지 않고, 연료처리장치의 동작에 방해가 되지 않는 한, 측부 등 다른 장소에 배치될 수도 있을 것이다. The
상기되는 바와 같이, 두 모듈이 서로 별도의 케이싱을 이용하여 분리되어 이격됨으로써, 스팀리액터(4)와 전환반응기(5)는 잠금피팅구조를 적용함으로써 잠금장치가 풀이도록 하는 경우에는, 각각 외부로 드러날 수 있다. 따라서, 촉매의 수명이 다하는 등의 경우에는 스팀리액터(4)와 전환반응기(5) 내부의 촉매를 교환할 수도 있다. As described above, when the two modules are separated and spaced apart from each other using a separate casing, the
상기 두 모듈이 서로 분리됨으로써, 각 모듈의 환원이 서로 개별적으로 수행될 수 있다. 이 경우는 각 모듈의 환원공정이 다른 모듈에 영향을 주지 않기 때문에, 각 모듈의 환원공정이 알맞게 수행될 수 있고, 환원공정시간이 단축됨으로써, 기동/정지, 및 급정지/급시동이 더 빠르게 수행될 수 있다. 또한, 각 모듈에 적합한 환원처리로 촉매의 효율을 올릴 수 있다. 결과적으로 촉매의 손상이 줄어들어 촉매의 수명을 연장시킬 수 있는 것도 물론이다. Since the two modules are separated from each other, reduction of each module can be performed separately from each other. In this case, since the reduction process of each module does not affect other modules, the reduction process of each module can be properly performed, and the reduction process time is shortened, so that start/stop and sudden stop/quick start are performed faster. Can be. In addition, the efficiency of the catalyst can be increased by a reduction treatment suitable for each module. As a result, the damage to the catalyst is reduced, and of course, the life of the catalyst can be extended.
상기 스팀반응모듈(1)의 구성 및 작용을 설명한다. The configuration and operation of the
상기 스팀반응모듈(1)에는, 하부에 놓이고 개질연료 및 개질수를 저장하는 제 2 열교환기(7), 상기 제 2 열교환기(7)의 가운데에 놓이고 상방으로 화염을 분사하는 버너(3), 상기 버너(3)의 화염의 바깥쪽에 놓이는 스팀 리액터(4), 상기 스탬 리액터(4)의 외부에서 상하로 연장되는 놓이는 제 1 열교환기(6)가 포함된다. The steam reaction module (1) includes a second heat exchanger (7) placed at the bottom and storing reformed fuel and reformed water, and a burner (7) placed in the middle of the second heat exchanger (7) and spraying a flame upward ( 3), a
개질의 원료가 되는 개질연료 및 개질수의 이동을 중심으로 설명한다. The explanation will focus on the movement of reformed fuel and reformed water, which are raw materials for reforming.
상기 스팀 리액터(4)에서 촉매반응되는 개질의 원료로서 개질연료 및 개질수는 상기 제 2 열교환기(7)로부터 공급된다. 여기서 상기 개질수는, 제 1 개질수 및 제 2 개질수가 포함될 수 있다. 제 2 개질수는 외부에서 상기 제 2 열교환기(7)로 직접 공급되는 개질수 일 수 있다. 상기 제 1 개질수는, 상기 전환반응모듈(9)에 제공되는 제 3 열교환기(8) 및 제 4 열교환기(9)에서 열을 받아 더워진 개질수 일 수 있다. 여기서, 상기 개질연료는 외부에서 공급되는 연료일 수 있다. 상기 개질연료는 탄화수소를 예시할 수 있고, 천연가스를 사용할 수 있다. 상기 개질연료는 상기 제 2 개질수와 함께 공급될 수 있다. As raw materials for reforming, which is catalytically reacted in the
상기 스팀 리액터(4)는 속이 빈 원통형이나, 적어도 두 개 이상의 파이프가 환상형으로 서로 이격하여 상하로 길게 배치될 수 있다. The
상기 스팀 리액터(4)의 촉매로는 니켈을 사용할 수 있다.Nickel may be used as a catalyst for the
상기 개질연료 및 개질수는 상기 스팀 리액터(4)의 외부에 놓이는 제 1 열교환기(6)를 거쳐서 가열된 후에, 스팀 리액터(4)와 이격되는 스팀반응모듈(1)의 중앙부 빈 공간으로 이송된다. 상기 개질연료 및 개질수는 제 3 개질수주입구(13)를 통하여 주입되는 제3 개질수에 의해서 보충될 수 있다. The reformed fuel and the reformed water are heated through the
각 개질수 주입구(11)(12)(13)를 통하여 유입되는 개질수는 개질수로 약칭한다. 예를 들어 제 3 개질수 주입구(13)를 통하여 주입되는 개질수는 제 3 개질수라고 이름한다. The reformed water flowing through each of the reformed
상기 개질연료 및 개질수는 하방으로 이동하여 버너(3)로부터의 열에 의해서 가열된 후에, 상기 스팀 리액터(4)로 공급될 수 있다. 이와 같이 상기 개질연료 및 상기 개질수가 상기 버너(3)의 화염에 의해서 직접 가열되기 때문에, 개질연료 및 개질수가 충분히 가열될 수 있다. 상기 버너(3)의 화염이 닫고, 개질연료 및 개질수가 저장되는 단지가 추가로 마련될 수 있다. The reformed fuel and the reformed water may move downward and are heated by heat from the
상기 개질연료 및 개질수는는 스팀 리액터(4)에서 개질된 다음에, 제 2 열교환기(7)로 이동한다. 개질된 개질가스는 제 2 열교환기(7)에서 열교환된 다음에, 상기 전환반응모듈(2)로 이동한다. The reformed fuel and reformed water are reformed in the
상기 버너(3)에 제공되는 연소연료 및 공기는, 외부에서 상기 제 2 열교환기(7)의 중앙부에 마련되는 버너(3)로 직접 공급될 수 있다. 상기 연소연료는 연소연료주입구(31), 상기 공기는 공기주입구(32)를 통하여 버너로 공급될 수 있다. Combustion fuel and air provided to the
상기 버너(3)가 상방으로 화염을 분사함으로서, 화염이 역류하여 버너를 가열하는 문제를 개선할 수 있다. 또한, 화염이 스팀 리액터(4)의 상부에 직접 가 닫도록 함으로써, 흡열반응이 주로 일어나는 스팀 리액터(4)의 상부에 부족한 열을 보충하고, 스팀 리액터(4)의 전체 영역에 골고루 촉매반응이 일어나도록 할 수 있다. 스팀 리액터(4)의 상하에서 온도차이가 줄어드는 것도 물론이다. As the
상기되는 바와 같이 개질기 주입구가 세 개로 마련됨으로써, 물의 투입량과 투입위치를 제어하여, 각 유체간의 열교환량을 연료처리장치의 위치별로 최적으로 제어할 수 있을 것이다. As described above, since the reformer inlet is provided with three, it is possible to optimally control the amount of heat exchange between each fluid by controlling the amount of water input and the position of the injection, according to the position of the fuel treatment device.
뿐만 아니라, 스팀반응모듈(1) 및 전환반응모듈(2)의 온도가 서로 분리되어 제어될 수 있기 때문에, 각 모듈의 부하를 조절할 때 두 모듈의 각 공정의 서로 다른 열평형에 적절히 대응할 수 있다. In addition, since the temperatures of the
실시예의 연료처리장치에는, 환원가스흡배출구(41)가 마련되어 스팀리액터(4)의 배출가스인 개질가스가 전환반응기(5)로 유입되지 않도록 외부로 배출할 수 있는 유로를 형성한다. 이를 통하여 스팀리액터의 촉매와 전환반응기의 촉매에 대응하여, 환원공정에서 서로 다른 환원가스의 흐름을 분리하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 스팀리액터의 환원가스는 H2와 H2O 혼합가스이고, 전환반응기의 환원가스는 H2 또는 CH4를 사용할 수 있다. 상기 환원공정은 추후에 더 상세하게 설명한다. In the fuel processing apparatus of the embodiment, a reducing gas intake and discharge
상기 전환반응모듈(2)이 구성 및 작용을 설명한다. The configuration and operation of the
상기 전환반응모듈(2)에는, 제 1 개질수 주입구(11)를 통하여 공급되는 제 1 개질수를 가열하는, 제 4 열교환기(9) 및 제 3 열교환기(8)가 포함된다. 상기 제 4 열교환기(9)는 주로 상기 제 1 개질수와 상기 개질가스 간에 열교환이 수행된다. 상기 제 3 열교환기(8)는 상기 연소가스와 상기 개질가스와 상기 제 1 개질수 간에 열교환이 수행된다. 따라서, 제 3 열교환기(8)는, 상기 제 4 열교환기(9)에 의해서 가열된 제 1 개질수가 추가로 가열될 수 있다. The
상기 연소가스는, 상기 제 3 열교환기(8)를 거치는 제 2 연소가스(34)와 거치지 않는 제 1 연소가스(33)로 분기됨으로써, 열교환의 양이 조절될 수도 있다. 도시되지는 않았으나 밸브 등의 부재를 사용하여 분기유로의 각 유량을 제어할 수도 있을 것이다. 상기 열교환기(8)(9)에 의해서 가열된 제 1 개질수는, 상기 제 2 열교환기(7)로 공급될 수 있다. The combustion gas is branched into the
상기 열교환기(8)(9)의 열교환을 위하여, 상기 스팀반응모듈(1)로부터 공급된 고온의 개질가스는, 제 3, 4 열교환기(8)(9)의 상하로 유동하면서 점진적으로 바깥쪽에서 안쪽으로 이동한 다음에 개질가스출구(21)를 통하여 배출된다. 상기 개질가스의 이동경로에는, 전환반응기(5)가 놓여, 유해가스를 제거할 수 있다. 상기 전환반응기(5)는 속이 빈 원통형이나, 적어도 두 개 이상의 파이프가 환상형으로 서로 이격하여 상하로 길게 배치될 수 있다. For heat exchange between the
상기 개질가스출구(21)는 조금 더 복잡하게 구성되어 있고, 도 3에서 더 상세하게 설명한다. The reformed
상기 전환반응기(5)에서 상기 개질가스가 흡입되는 입구, 즉, 전환반응기(5)의 하부에는 히터(51)가 마련된다. 상기 히터는 시즈히터를 사용할 수 있다. 상기 히터(51)는 상기 흡입되는 개질가스를 직접 가열할 수 있다. 상기 개질가스 및 상기 히터가 전환반응기(5)의 촉매를 가열할 수 있는 것도 물론이다. 이때문에, 종래 전환반응기(5)의 외부표면을 가열하는 방식에 비하여 촉매를 더 신속하게 가열할 수 있고, 촉매 내외부나 상하의 온도편차를 줄일 수 있다. 이에 따라서, 결국, 전환반응기(5)의 급시동이 가능해 질 수 있다. A
상기 전환반응기(5)의 촉매로는 구리를 사용할 수 있다. Copper may be used as a catalyst for the
또한, 상하로 길게 제공되는 상기 전환반응기(5)의 입구를 하부에 배치함으로서, 발열반응인 전환반응기(5)의 열이 상부로 자연스릅게 이동함으로써, 전환반응기(5) 촉매의 상하에서 온도차이를 줄일 수 있다. 이때문에, 전환반응기의 전체 영역이 촉매로서 작용할 수 있다. In addition, by arranging the inlet of the
상기 제 1 개질수는 상기 전환반응모듈(2)의 내부용적을 채우며 상승할 수 있다. 상기 제 1 개질수의 수면은, 상기 제 2 열교환기(7)에까지 이를 수 있다. 이 상태는 연료처리장치의 정상운전상태일 수 있다. The first reformed water may rise while filling the internal volume of the
실시예의 연료처리장치에 따르면, 상기 스팀반응모듈과 전환반응모듈이 서로 분리됨으로써, 가열 및 냉각이 서로 독립하여 이루어질 수 있다. 이와 같이 구성에 따르면, 각 모듈의 열부하가 달라짐으로 인한 효율저하를 방지할 수 있다. According to the fuel processing apparatus of the embodiment, the steam reaction module and the conversion reaction module are separated from each other, so that heating and cooling can be performed independently of each other. According to this configuration, it is possible to prevent a decrease in efficiency due to different heat loads of each module.
예를 들어, 종래기술에 따르면, 스팀리액터와 전환반응기의 온도조절이 서로 연동된다. 즉 스팀반응공정의 남는 열이 전환반응기를 가열하기 때문에 응답성능이 떨이지고. 전환반응기를 냉각시키려면 물을 과량으로 주입하므로 효율이 떨어진다. 따라서 전환반응기의 급격한 과열시, 사실상 공정을 모두 중단하고 정지 운전으로 들어가야 한다. 하지만 이때도 스팀반응공정의 잠열이 남아있어 전환반응기온도가 일부 상승하는 문제가 있다. 이와 같이 스팀리액터와 전환반응기가 서로 연동되어 움직이는 문제를 실시예의 연료처리장치로 해소할 수 있다. For example, according to the prior art, the temperature control of the steam reactor and the conversion reactor are interlocked with each other. That is, since the remaining heat of the steam reaction process heats the conversion reactor, the response performance is poor. In order to cool the conversion reactor, an excessive amount of water is injected, which reduces the efficiency. Therefore, in case of sudden overheating of the conversion reactor, virtually all of the process must be stopped and stop operation must be entered. However, even at this time, there is a problem that the temperature of the conversion reactor partially rises as latent heat of the steam reaction process remains. In this way, the problem of moving the steam reactor and the conversion reactor in association with each other can be solved with the fuel treatment apparatus of the embodiment.
도 2는 실시예에 따른 연료처리장치를 열교환작용을 중심으로 설명하는 도면이다. 2 is a diagram illustrating a fuel treatment apparatus according to an embodiment, focusing on a heat exchange action.
도 2를 참조하여, 상기 스팀반응모듈(1)의 열교환작용을 설명한다. Referring to FIG. 2, the heat exchange action of the
먼저, 제 1, 2 열교환기(6)(7)로 개질연료 및 개질수를 가열하고, 버너(3)에 의해서 추가로 가열될 수 있다. 한편, 상기 제 3 개질수는 가열이 없이 바로 버너에 인접하는 단지로 공급되어 개질연료 및 개질수를 냉각할 수도 있다. 상기 제 3 공정에 따르면, 급정지 및 급시동을 신속하게 수행할 수 있다. First, the reformed fuel and the reformed water are heated by the first and
상기 스팀리액터(4)는 버너(3)의 연소열 및 측면에서 전도되는 열을 흡수하여 흡열반응을 통하여 촉매에 의한 개질작용을 수행할 수 있다. The
상기 제 1 열교환기(6)는 연소가스 및 개질원료(개질연료와 개질수)와 열교환작용을 수행할 수 있다. The
상기 제 2 열교환기(7)는 삼중 열교환기로 마련될 수 있다. 다시 말하면, 연소가스 및 개질가스의 열이, 개질연료 및 개질수로 전달될 수 있다. 이로써, 개질원료를 가열할 수 있다. The
상기 전환반응모듈(2)의 열교환작용을 설명한다. The heat exchange action of the
상기 전환반응모듈(2)로 입력되는 연소가스를 바이패스하여 유량을 조절할 수 있다. 이를 통하여 전환반응모듈(2), 특히, 전환반응기(5)의 공정온도를 제어할 수 있다. The flow rate can be adjusted by bypassing the combustion gas input to the
상기 제 3 열교환기(8)는, 연소가스, 개질가스, 및 제 1 개질수의 삼중열교환작용을 수행한다. 이로써, 개질가스를 충분히 냉각하고, 연소가스의 배열을 회수할 수 있다. The
개질연료 및 제 2 개질수의 유동관로가 전환반응기에 인접하도록 배치되는 경우에는, 가스상태인 개질연료 및 제 2 개질수를 가열하여 공정속도를 조절할 수 있다. When the flow pipe of the reformed fuel and the second reformed water is disposed adjacent to the conversion reactor, the reformed fuel and the second reformed water in gaseous state can be heated to control the process speed.
상기 전환반응기(5)는 발열공정이기 때문에, 제 1 개질수를 이용하여 개질연료, 연소가스, 전환반응기(5)의 열 모두를 냉각시킬 수 있다. 상기 제 3, 4 열교환기(8)(9)가 이 작용을 수행할 수 있다. Since the
도 3은 실시예에 따른 연료처리장치를 제어작용을 중심으로 설명하는 도면이다. 3 is a view for explaining a fuel processing apparatus according to an embodiment, focusing on a control action.
도 3을 참조하여, 실시예에 따른 연료처리장치에서 개질작용이 수행되는 과정을 설명한다. 먼저, 개질연료와 개질수의 공급를 각 주입구(11)(12)(13)를 통하여 수행한다. 이 경우에 제 1 연소가스(33), 제 1 개질가스(411) 제 2 개질가스(412), 환원가스(41)는 모두 그 유동이 차단된다. 이를 통하여 개질을 위한 원료가 유입될 수 있다. Referring to FIG. 3, a process in which the reforming operation is performed in the fuel processing apparatus according to the embodiment will be described. First, the reformed fuel and the reformed water are supplied through the
상기 개질가스는, 상기 개질가스출구(21)를 통하여 배출되거나, 제 2 개질가스 밸브(412)를 제어하여, 개질연료와 함께 버너(3)로 공급되어 연소될 수 있다. The reformed gas may be discharged through the reformed
가열이 필요한 때의 동작을 설명한다. 상기 스팀 리액터(4)는, 연소가스, 공기, 개질가스, 버너에 의해서 가열될 수 있다. 상기 전환반응기(5)는 히터(51) 및 배기가스에 의해서 가열될 수 있다. Describe the operation when heating is required. The
냉각이 필요한 때의 동작을 설명한다. 상기 스팀 리액터(4)는, 제 3 개질수(13), 공기에 의해서 냉각될 수 있다. 상기 전환반응기(5)는 제 1, 2 개질수의 유량 및 비율을 조절하는 것에 의해서 수행될 수 있다. Describe the operation when cooling is required. The
도 3을 참조하여, 상기 스팀 리액터(4)의 촉매를 환원하는 것에 대하여 설명한다. With reference to FIG. 3, reduction of the catalyst of the
먼저 환원연료 흡입은, H2와 H2O 혼합가스가 스팀 리액터(4)에 흡입되도록 개질연료 개질수 주입구 밸브(12)를 개방한다. 물론, 개질연료 및 개질수는 서로 분리되는 관로를 통하여 공급되도록 할 수도 있을 것이다. First, when the reduced fuel is sucked, the reformed fuel reformed
환원가스의 배출은, H2O가 포함된 개질가스가 전환반응기(5)로 들어가지 않도록 하기 위하여, 환원가스 밸브(41)를 열어 개질가스를 배출한다. 그리고 메인 개질가스 밸브와 제 2 개질가스 밸브(412)는 차단한다. 배출되는 개질가스를 연소 연료로 재 사용하려면 환원가스 밸브(41)를 닫고 제 1 개질가스 밸브(411)를 열어 개질가스를 연소시킬 수도 있다. The reducing gas is discharged by opening the reducing
스팀 리액터 가열은. 공기와 연소원료를 공급하고 버너에서의 연소열에 의해서 수행될 수 있다. Steam reactor heating. It can be done by supplying air and raw materials for combustion and by the heat of combustion in the burner.
스팀 리액터의 냉각은, 제 2 개질수와 제 3 개질수의 유량과 비율을 조절하여 공급함으로써, 수행될 수 있다. 또한 공기의 유량을 조절하여 냉각시킬 수 있다.Cooling of the steam reactor may be performed by supplying the second reformed water and the third reformed water by adjusting the flow rate and ratio. In addition, it can be cooled by controlling the flow rate of air.
도 3을 참조하여, 상기 전환 반응기(5)의 촉매를 환원하는 것에 대하여 설명한다. Referring to Fig. 3, the reduction of the catalyst in the
먼저, 환원가스 흡입은, 스팀 리액터의 공정을 정지시키고 환원가스 밸브(41)로 H2 또는 CH4만을 투입한다. 이때 제 1 개질가스 밸브(411), 연소연료밸브(31), 제 1 1, 2, 및 개질수 주입구(11)(12)(13)는 닫혀서, 환원가스는, 전환반응기(5)로 흘러갈 수 있다. 상기 환원가스에는 H2O가 있으면 안된다. First, inhaling the reducing gas, the process of the steam reactor is stopped and only H2 or CH4 is injected into the reducing
환원가스 배출은, 개질가스 밸(21) 열어서 수행될 수 있다. The reducing gas discharge may be performed by opening the reformed
전환반응기의 가열은, 연소연료의 연소열과, 환원연료 흡입부의 히터(51)로 환원연료를 가열하는 것에 의해서 수행될 수 있다. The heating of the conversion reactor may be performed by heating the reduced fuel with the heat of combustion of the combustion fuel and the
전환반응기의 냉각은, 연소라인으로 공기를 순환시켜 냉각시킬 수 있다. 필요하면 제 1 개질수(11)를 냉각수로 주입하고, 수증기의 형태로 제 2 개질수 주입구(12)를 통하여 배출할 수 있다. Cooling of the conversion reactor can be performed by circulating air through the combustion line. If necessary, the first reformed
본 발명에 따르면, 신속한 동작 및 정지가 가능한 개질기를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a reformer capable of quick operation and stop.
1: 스팀반응모듈
2: 전환반응모듈1: Steam reaction module
2: conversion reaction module
Claims (15)
제 2 케이싱으로 둘러싸이고 내부에 전환반응기가 놓이는 전환반응모듈이 포함되고,
상기 스팀반응모듈에는,
하부에 놓이고 개질연료 및 개질수를 저장하는 제 2 열교환기;
상기 제 2 열교환기의 중앙부에 놓이고 상방으로 화염을 분사하는 버너; 및
상기 화염의 외부에 놓이는 스팀 리액터가 포함되고,
상기 전환반응모듈에는,
상기 스팀리액터에서 개질되는 개질가스에서 유해가스를 제거하는 전환반응기;
상기 전환반응기의 적어도 일부를 내부에 수용하고, 외부에서 공급되는 제 1 개질수와 상기 개질가스와 열교환하는 제 4 열교환기가 포함되는 연료처리장치. A steam reaction module surrounded by a first casing and in which a steam reactor is placed; And
A conversion reaction module surrounded by a second casing and in which a conversion reactor is placed is included,
In the steam reaction module,
A second heat exchanger placed below and storing reformed fuel and reformed water;
A burner placed in the center of the second heat exchanger and injecting flame upward; And
A steam reactor placed on the outside of the flame,
In the conversion reaction module,
A conversion reactor for removing harmful gases from the reformed gas reformed in the steam reactor;
A fuel processing apparatus including a fourth heat exchanger that accommodates at least a portion of the conversion reactor therein and heat-exchanges the first reformed water supplied from the outside and the reformed gas.
상기 버너에서 발생된 연소가스는, 상기 제 4 열교환기로 유입되는 양이 조절되는 연료처리장치. The method of claim 1,
A fuel processing device in which an amount of the combustion gas generated from the burner flowing into the fourth heat exchanger is adjusted.
상기 전환반응기의 상하로 연장되고,
상기 전환반응기에 상기 개질가스가 유입되는 입구는 상기 전환반응기의 하측인 연료처리장치. The method of claim 1,
Extending above and below the conversion reactor,
The inlet through which the reformed gas is introduced into the conversion reactor is a lower side of the conversion reactor.
상기 전환반응기의 입구에서 상기 개질가스를 가열하는 히터가 포함되는 연료처리장치. The method of claim 3,
A fuel processing apparatus comprising a heater for heating the reformed gas at an inlet of the conversion reactor.
상기 제 2 열교환기에서 상기 스팀 리액터에 공급되는 개질연료 및 개질수에 개질수를 추가하는 제 3 개질수 주입구가 포함되는 연료처리장치. The method of claim 1,
A fuel processing apparatus including a reformed fuel supplied from the second heat exchanger to the steam reactor and a third reformed water inlet for adding reformed water to the reformed water.
상기 2 열교환기와 상기 제 4 열교환기는 연결되어 제 1 개질수는 상기 제 2 열교환기로 공급되는 연료처리장치. The method of claim 1,
The fuel treatment device is connected to the second heat exchanger and the fourth heat exchanger so that the first reformed water is supplied to the second heat exchanger.
상기 제 2 열교환기와 연결되어, 외부로부터 제 2 개질수 및 개질연료를 공급하는 개질연료 개질수 주입구가 포함되는 연료처리장치. The method of claim 6,
And a reformed fuel reformed water injection port connected to the second heat exchanger to supply the second reformed water and the reformed fuel from the outside.
상기 제 1 개질수는 상기 전환반응기의 외부에서 상기 전환반응모듈의 케이싱 내부를 채우는 연료처리장치. The method of claim 1,
The first reformed water is a fuel treatment device that fills the inside of the casing of the conversion reaction module from the outside of the conversion reactor.
상기 버너의 직근 상방에 마련되어, 상기 스팀 리액터로 공급되는 개질연료 및 개질수를 수용하는 단지가 포함되는 연료처리장치. The method of claim 1,
A fuel processing device provided directly above the burner and including a pot for receiving reformed fuel and reformed water supplied to the steam reactor.
상기 스팀반응모듈 및 상기 전환반응모듈을 연결하고 상기 개질가스가 유동하는 관로에는 환원가스관로가 연결되는 연료처리장치. The method of claim 1,
A fuel processing device that connects the steam reaction module and the conversion reaction module, and a reducing gas pipe is connected to a pipe through which the reformed gas flows.
상기 환원가스관로에는 상기 스팀반응모듈에서 배출되는 개질가스 중의 일부가 상기 버너로 바이패스될 수 있는 제 1 개질가스 관로가 포함되는 연료처리장치. The method of claim 10,
A fuel processing apparatus including a first reformed gas pipe through which a part of the reformed gas discharged from the steam reaction module can be bypassed to the burner in the reducing gas pipe.
상기 제 4 열교환기에서 배출되는 개질가스 중의 일부가 상기 버너로 바이패스 될 수 있는 제 2 개질가스 관로가 포함되는 연료처리장치. The method of claim 11,
A fuel processing apparatus comprising a second reformed gas pipeline through which some of the reformed gas discharged from the fourth heat exchanger can be bypassed to the burner.
제 2 케이싱으로 둘러싸이고 내부에 전환반응기가 놓이는 전환반응모듈이 포함되고,
상기 스팀반응모듈에는,
개질연료 및 개질수와 개질된 개질가스를 열교환하는 제 2 열교환기;
상방으로 화염을 분사하는 버너;
상기 개질연료 및 상기 개질수와 상기 버너의 연소가스가 열교환하는 제 1 열교환기; 및
상기 화염의 외부에 놓이고 상하로 연장되는 스팀 리액터가 포함되고,
상기 전환반응모듈에는,
상기 스팀리액터에서 개질되는 개질가스에서 유해가스를 제거하기 위하여, 상하로 연장되는 하측에 입구를 가지는 전환반응기; 및
상기 전환반응기의 적어도 일부를 내부에 수용하고, 외부에서 공급되는 제 1 개질수와 상기 개질가스와 열교환하는 제 4 열교환기가 포함되는 연료처리장치. A steam reaction module surrounded by a first casing and in which a steam reactor is placed; And
A conversion reaction module surrounded by a second casing and in which a conversion reactor is placed is included,
In the steam reaction module,
A second heat exchanger for exchanging the reformed fuel and the reformed water and the reformed gas;
A burner that injects a flame upward;
A first heat exchanger for exchanging heat between the reformed fuel and the reformed water and the combustion gas of the burner; And
A steam reactor placed on the outside of the flame and extending vertically is included,
In the conversion reaction module,
A conversion reactor having an inlet at a lower side extending up and down to remove harmful gases from the reformed gas reformed in the steam reactor; And
A fuel processing apparatus including a fourth heat exchanger that accommodates at least a portion of the conversion reactor therein and heat-exchanges the first reformed water supplied from the outside and the reformed gas.
상기 제 4 열교환기에는, 상기 제 2 케이싱의 내부와 상기 전환반응기의 외부의 사이 공간에 상기 제 1 개질수가 수용되는 공간이 제공되는 연료처리장치. The method of claim 13,
In the fourth heat exchanger, a space in which the first reformed water is accommodated is provided in a space between the inside of the second casing and the outside of the conversion reactor.
상기 연료처리장치에는, 제 1 개질수에 더하여, 외부에서 개질수를 공급하기 위하여,
상기 스팀반응모듈의 하부에서 개질수를 공급하는 제 2 재질수 주입구, 및
상기 스팀반응모듈의 상부에서 개질수를 공급하는 제 3 개질수 주입구가 포함되는 연료처리장치.
The method of claim 15,
In order to supply the reformed water from the outside in addition to the first reformed water to the fuel processing device,
A second material water injection port for supplying reformed water from the lower portion of the steam reaction module, and
A fuel processing apparatus comprising a third reformed water inlet for supplying reformed water from an upper portion of the steam reaction module.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |