KR20240022980A - 복합 개질기 및 이의 촉매 교체방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서로 다른 온도에서 반응하는 2개 이상의 촉매 튜브를 포함하고 연소가스가 2개 이상의 촉매 튜브에 순차적으로 열을 공급함에 따라 서로 다른 개질반응이 연속적으로 이루어지며, 촉매의 용이한 교체가 가능한 복합 개질기 및 이의 촉매 교체방법을 제공한다.
Description
본 발명은 복합 개질기 및 이의 촉매 교체방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 온도에서 반응하는 2개 이상의 촉매 튜브를 포함하고 연소가스가 2개 이상의 촉매 튜브에 순차적으로 열을 공급함에 따라 서로 다른 개질반응이 연속적으로 이루어지며, 촉매의 용이한 교체가 가능한 복합 개질기 및 이의 촉매 교체방법에 관한 것이다.
종래의 스팀메탄 개질기(SMR; Steam Methane Reforming)는 메탄(CH4)이 주성분이 되는 천연가스를 개질하는 설비로, 탄소수가 높은 탄화수소(CxHy)가 포함된 가스를 개질해야 하는 경우에는 예비 개질기라는 별도의 설비를 추가하여 메탄으로 전환 후 개질해야 하므로 구조 및 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
또한, 바이오가스를 개질해야 하는 경우에도 바이오가스에 포함된 이산화탄소를 제거한 후 스팀메탄 개질기로 공급해야 하므로, 이산화탄소 제거를 위한 별도의 설비가 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명은 서로 다른 온도에서 반응하는 2개 이상의 촉매 튜브를 포함하고 연소가스가 2개 이상의 촉매 튜브에 순차적으로 열을 공급함에 따라 서로 다른 개질반응이 연속적으로 이루어지며, 촉매의 용이한 교체가 가능한 복합 개질기 및 이의 촉매 교체방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
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.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 본체;와, 상기 본체에 설치되고 제1 온도에서 반응하는 하나 이상의 제1 촉매 튜브;와, 상기 본체에 설치되고 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 반응하는 하나 이상의 제2 촉매 튜브;와, 상기 제1 촉매 튜브와 상기 제2 촉매 튜브를 연결하는 하나 이상의 연결 튜브; 및 상기 제1 촉매 튜브 및 상기 제2 촉매 튜브에 열을 공급하기 위한 연소부;를 포함하며, 상기 제1 촉매 튜브의 일부, 상기 제2 촉매 튜브의 일부 및 상기 연결 튜브는 상기 본체의 외부에서 상기 본체에 분리 가능하게 설치되되, 상기 제2 촉매 튜브는, 상기 본체의 내부에 배치되는 제3 튜브부, 상기 본체의 외부에 배치되는 제4 튜브부, 및 상기 제3 튜브부와 제4 튜브부의 내측에 배치되고 상기 제4 튜브부에 고정되는 이너 튜브를 포함하고, 상기 연결 튜브는 상기 제1 촉매 튜브와 상기 이너 튜브를 연결하는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기를 제공한다.
실시 예에 따라, 상기 제1 촉매 튜브는, 상기 본체의 내부에 배치되는 제1 튜브부 및 상기 본체의 외부에 배치되는 제2 튜브부를 포함하고, 상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부, 이너 튜브 및 상기 연결 튜브는 일체로 상기 본체로부터 분리 가능하도록 서로 고정되어 있을 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부 및 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부는 각각 상기 본체에 분리 가능하게 설치될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 이너 튜브는 상기 제4 튜브부를 관통하여 외부로 연장되고 상기 제4 튜브부의 외부에서 상기 연결 튜브와 연결될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 연결 튜브를 통해 상기 제2 촉매 튜브의 이너 튜브 내로 유입된 가스는 상기 제3 튜브부와 이너 튜브 사이의 공간으로 유동된 후 상기 제4 튜브부와 이너 튜브 사이의 공간으로 유동될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부에는 상기 합성가스가 배출되는 합성가스 배출구가 구비될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부는 제1 상단 플랜지를 포함하고, 상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부는 제2 하단 플랜지를 포함하며, 상기 제1 상단 플랜지 및 상기 제2 하단 플랜지는 상기 본체에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제1 상단 플랜지는 상기 본체의 상부 외측면에 결합되고, 상기 제2 하단 플랜지는 상기 제1 상단 플랜지의 상부면에 결합될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 본체의 상부 외측면과 상기 제1 상단 플랜지 사이, 및 상기 제1 상단 플랜지의 상부면과 상기 제2 하단 플랜지 사이에는 실링부가 구비될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 본체의 상부 외측면에는 상기 제1 상단 플랜지에 형성된 제1 결합홀에 삽입되는 제1 나사결합부가 돌출 형성되고, 상기 제1 상단 플랜지의 상부면에는 상기 제2 하단 플랜지에 형성된 제2 결합홀에 삽입되는 제2 나사결합부가 돌출 형성될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제1 상단 플랜지에는 볼트가 관통하는 제1 체결홀이 형성되고 상기 본체의 상부 외측면에는 상기 제1 체결홀과 나란하게 제1 체결홈이 형성되며, 상기 제2 하단 플랜지에는 볼트가 관통하는 제2 체결홀이 형성되고 상기 제1 상단 플랜지의 상부면에는 상기 제2 체결홀과 나란하게 제2 체결홈이 형성될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부는 U자형 튜브이고, 상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부는 상기 U자형 튜브의 배출단부와 연결되는 일자형 튜브일 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 U자형 튜브의 유입단부와 연결되며, 상기 본체에 분리 가능하게 설치되는 유입튜브;를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부는 제3 상단 플랜지를 포함하고, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부는 제4 하단 플랜지를 포함하며, 상기 제3 상단 플랜지 및 상기 제4 하단 플랜지는 상기 본체에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제3 상단 플랜지는 상기 본체의 상부 외측면에 결합되고, 상기 제4 하단 플랜지는 상기 제3 상단 플랜지의 상부면에 결합될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 본체의 상부 외측면과 상기 제3 상단 플랜지 사이, 및 상기 제3 상단 플랜지의 상부면과 상기 제4 하단 플랜지 사이에는 실링부가 구비될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 본체의 상부 외측면에는 상기 제3 상단 플랜지에 형성된 제3 결합홀에 삽입되는 제3 나사결합부가 돌출 형성되고, 상기 제3 상단 플랜지의 상부면에는 상기 제4 하단 플랜지에 형성된 제4 결합홀에 삽입되는 제4 나사결합부가 돌출 형성될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제3 상단 플랜지에는 볼트가 관통하는 제3 체결홀이 형성되고 상기 본체의 상부 외측면에는 상기 제3 체결홀과 나란하게 제3 체결홈이 형성되며, 상기 제4 하단 플랜지에는 볼트가 관통하는 제4 체결홀이 형성되고 상기 제3 상단 플랜지의 상부면에는 상기 제4 체결홀과 나란하게 제4 체결홈이 형성될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 이너 튜브의 외면에는 길이 방향을 따라 핀(fin)이 구비될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부의 외면에는 길이 방향을 따라 핀(fin)이 구비될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 복수의 제1 촉매 튜브에 공급되는 탄화수소가스는 탄소수가 2 이상인 탄화수소를 포함하며, 상기 복수의 제1 촉매 튜브에서는 탄소수가 2 이상인 탄화수소가 스팀과 반응하여 메탄으로 개질되고, 상기 복수의 제2 촉매 튜브에서는 메탄이 스팀과 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 복수의 제1 촉매 튜브에 공급되는 탄화수소가스는 메탄과 이산화탄소를 포함하며, 상기 복수의 제1 촉매 튜브에서는 메탄이 스팀과 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질되고, 상기 복수의 제2 촉매 튜브에서는 메탄이 이산화탄소와 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질될 수 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시 예는, 상기 복합 개질기의 촉매 교체방법으로서, 상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부, 이너 튜브 및 상기 연결 튜브를 상기 본체로부터 분리하는 단계;와, 상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부 및 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부 중 적어도 하나를 상기 본체로부터 분리하는 단계;와, 상기 본체로부터 분리된 상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부 및 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부 중 적어도 하나에서 촉매를 제거하는 단계;와, 상기 본체로부터 분리된 상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부 및 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부 중 적어도 하나를 다시 상기 본체에 결합하는 단계;와, 상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부, 이너 튜브 및 상기 연결 튜브를 다시 상기 본체에 결합하는 단계; 및 촉매가 제거된 상기 제1 촉매 튜브 또는 상기 제2 촉매 튜브에 다시 촉매를 주입하는 단계;를 포함하는, 복합 개질기의 촉매 교체방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 하나의 본체 내에 서로 다른 온도에서 반응하는 2개 이상의 촉매 튜브를 포함하고 연소가스가 2개 이상의 촉매 튜브에 순차적으로 열을 공급함에 따라 서로 다른 개질반응이 연속적으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 열분해가스와 스팀이 공급되는 경우, 탄소수가 2 이상인 탄화수소가 스팀과 반응하여 메탄으로 개질됨과 동시에 메탄이 스팀과 반응하여 합성가스로 개질될 수 있다. 이 경우에는, 예비 개질기를 별도로 설치하지 않아도 되므로 구조 및 공정이 간소화된다. 다른 예로, 바이오가스와 스팀이 공급되는 경우, 메탄이 스팀과 반응하여 합성가스로 개질(습식 개질)됨과 동시에 메탄이 이산화탄소와 반응하여 합성가스로 개질(건식 개질)될 수 있다. 이 경우에는, 바이오가스에서 별도로 이산화탄소를 제거한 후 개질기로 공급하지 않아도 되므로 이산화탄소 제거를 위한 장치가 필요하지 않다.
또한, 제1 촉매 튜브의 일부, 제2 촉매 튜브의 일부 및 연결 튜브가 본체의 외부에서 본체에 분리 가능하게 설치되므로, 촉매 교체를 위해 본체 상부를 열어 촉매튜브 전체를 분리하지 않아도 된다. 즉, 본체 상부를 열지 않고도 제1 촉매 튜브 또는 제2 촉매 튜브만을 별개로 분리할 수 있어 용이하게 촉매를 교체할 수 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 제1 실시 예에 따른 복합 개질기를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 A-A' 단면도,
도 3은 도 1에서 서로 연결된 하나의 제1 촉매 튜브와 하나의 제2 촉매 튜브만 본체에 설치된 상태를 도시한 사시도,
도 4는 도 3의 서로 연결된 하나의 제1 촉매 튜브와 하나의 제2 촉매 튜브를 분리하여 도시한 사시도,
도 5는 도 4의 구성들이 분리된 상태를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 복합 개질기에서 서로 연결된 하나의 제1 촉매 튜브와 하나의 제2 촉매 튜브만 본체에 설치된 상태를 확대하여 도시한 사시도,
도 7은 도 6의 서로 연결된 하나의 제1 촉매 튜브와 하나의 제2 촉매 튜브의 구성들이 분리된 상태를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 복합 개질기의 단면도,
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 복합 개질기의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면도,
도 3은 도 1에서 서로 연결된 하나의 제1 촉매 튜브와 하나의 제2 촉매 튜브만 본체에 설치된 상태를 도시한 사시도,
도 4는 도 3의 서로 연결된 하나의 제1 촉매 튜브와 하나의 제2 촉매 튜브를 분리하여 도시한 사시도,
도 5는 도 4의 구성들이 분리된 상태를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 복합 개질기에서 서로 연결된 하나의 제1 촉매 튜브와 하나의 제2 촉매 튜브만 본체에 설치된 상태를 확대하여 도시한 사시도,
도 7은 도 6의 서로 연결된 하나의 제1 촉매 튜브와 하나의 제2 촉매 튜브의 구성들이 분리된 상태를 확대하여 도시한 분리 사시도,
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 복합 개질기의 단면도,
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 복합 개질기의 단면도이다.
이하, 본 발명의 복합 개질기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 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.
우선, 도 1 내지 5를 참고하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 복합 개질기를 살펴보도록 한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 복합 개질기는 크게 본체(100), 제1 촉매 튜브(200), 연결 튜브(300), 제2 촉매 튜브(400) 및 연소부(500)를 포함한다.
본체(100)는 복합 개질기의 외형을 형성하는 것으로 내부공간을 갖는 원통형으로 형성되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본체(100)에는 서로 다른 온도에서 반응하는 2개 이상의 촉매 튜브가 구비된다. 구체적으로, 제1 온도(T1)에서 반응하는 제1 촉매 튜브(200)와, 제1 온도(T1)보다 높은 제2 온도(T2)에서 반응하는 제2 촉매 튜브(400)가 구비된다. 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)는 제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400)에서 이루어지는 반응에 따라 다르게 설정될 수 있다.
본 실시 예에서는 제1 촉매 튜브(200)에 탄소수가 2 이상인 탄화수소를 포함하는 탄화수소가스와 스팀이 공급되며, 제1 촉매 튜브(200)에서 탄소수가 2 이상인 탄화수소가 스팀과 반응하여 메탄으로 개질되고, 제2 촉매 튜브(400)에서 메탄이 스팀과 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질되는 경우를 기준으로 설명하도록 한다.
제1 촉매 튜브(200)의 반응온도인 제1 온도(T1)는 약 350℃ 내지 550℃일 수 있으며, 탄소수가 2 이상인 탄화수소를 개질하는 촉매가 적용된다. 예를 들어, 제1 촉매 튜브(200)에는 지지체로서 MgO 또는 Al2O3 또는 이들의 조합을 사용하는 니켈계 촉매가 적용될 수 있다. 이로 인해, 제1 촉매 튜브(200)에서는 반응식 (1) 및 (2)를 통해 에탄, 프로판, 부탄 등 탄소수가 2 이상인 고급 탄화수소들이 메탄, 일산화탄소, 수소로 전환될 수 있다.
반응식 (1) ------- CnHm + nH2O → nCO + (n+m/2)H2
반응식 (2) ------- CO + 3H2 → CH4 + H2O
제2 촉매 튜브(400)의 반응온도인 제2 온도(T2)는 약 700℃ 내지 900℃일 수 있으며, 메탄을 개질하는 촉매가 적용된다. 예를 들어, 제2 촉매 튜브(400)에도 니켈계 촉매가 적용될 수 있다. 이로 인해, 제2 촉매 튜브(400)에서는 반응식 (3)을 통해 메탄이 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스(syngas)로 전환될 수 있다.
반응식 (3) ------- CH4 + H2O → CO + 3H2
여기서, 메탄의 습식 개질 반응은 제2 촉매 튜브(400)에서 이루어지는 것으로 기재하였으나, 메탄의 습식 개질 반응은 넓은 온도 범위에서 일어날 수 있으므로 제1 촉매 튜브(200)에서도 일부 이루어질 수 있을 것이다.
제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400)는 연결 튜브(300)를 통해 연결되어, 제1 촉매 튜브(200)로 공급되는 탄화수소가스와 스팀이 제1 촉매 튜브(200)로부터 연결 튜브(300)를 통해 제2 촉매 튜브(400)로 차례로 유동될 수 있다.
이에 따라, 제1 촉매 튜브(200)에 공급되는 탄화수소가스에 탄소수가 2 이상인 탄화수소가 다량 포함되어있다 하더라도, 제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400)를 차례로 유동하며 수증기 개질반응을 통해 합성가스로 개질될 수 있다. 즉, 제1 촉매 튜브(200)에서 탄소수가 2 이상인 고급 탄화수소들이 메탄으로 전환될 수 있으며, 제1 촉매 튜브(200)에서 전환된 메탄이 제2 촉매 튜브(400)로 유입되어 합성가스로 전환될 수 있다. 특히, 제1 촉매 튜브(200)에 공급되는 탄화수소가스는 폐기물의 열분해(pyrolysis)에 의해 생성되는 열분해가스일 수 있다. 예를 들어, 폐플라스틱의 열분해에 의해 생성된 열분해가스일 수 있으며, 이에는 탄소수가 2 이상인 탄화수소가 다량 포함된다.
본체(100)의 상측 중심에는 제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400)에 열을 공급하기 위한 연소부(500)가 설치되고 있으며, 연소부(500)에서는 탄화수소가스가 연소되어 연소가스가 생성된다. 생성된 연소가스는 본체(100)의 중심부로 배출되고 있다.
제2 촉매 튜브(400)는 제1 촉매 튜브(200)보다 높은 온도에서 반응하므로, 연소부(500)에서 배출되는 연소가스는 제2 촉매 튜브(400)에 열을 공급한 후 제1 촉매 튜브(200)에 열을 공급하는 것이 효과적이다. 이를 위해, 제2 촉매 튜브(400)는 제1 촉매 튜브(200)보다 본체(100)의 반경방향 내측에 위치한다. 본 실시 예에서 제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400)는 복수개로 이루어지며, 복수의 제1 촉매 튜브(200)와 복수의 제2 촉매 튜브(400)는 본체(100)의 원주방향을 따라 이격되어 배치된다. 또한, 복수의 제1 촉매 튜브(200)와 복수의 제2 촉매 튜브(400)는 각각 본체(100)의 길이방향을 따라 수직으로 연장된다.
하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 실시 예에 따라 연소가스가 제1 촉매 튜브(200)에 열을 공급한 후 제2 촉매 튜브(400)에 열을 공급하도록, 제1 촉매 튜브(200)가 제2 촉매 튜브(400)보다 본체(100)의 반경방향 내측에 위치할 수도 있을 것이다.
구체적으로 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 10개의 제2 촉매 튜브(400)가 본체(100)의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 이격되어 배치된다. 마찬가지로 10개의 제1 촉매 튜브(200)가 본체(100)의 원주방향을 따라 이격되어 배치되되, 제2 촉매 튜브(400)들을 둘러싸도록 배치된다. 연결 튜브(300) 또한 10개로 이루어져 1개의 제1 촉매 튜브(200)와 1개의 제2 촉매 튜브(400)를 연결한다. 하지만, 촉매 튜브 및 연결 튜브의 개수는 이에 한정되는 것은 아니며 개질기 크기 등에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
본체(100)의 내부에는 연소부(500)에서 배출되는 연소가스의 유동을 가이드하여 제1 촉매 튜브(200) 및 제2 촉매 튜브(400)에 효과적으로 열을 공급하기 위한 제1 벽(120) 및 제2 벽(140)이 구비된다. 제1 벽(120)은 제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400) 사이에 구비되며, 도면상 본체(100)의 하측으로부터 위를 향해 수직으로 연장된다. 또한, 제2 벽(140)은 제2 촉매 튜브(400)의 반경방향 내측에 구비되며, 도면상 본체(100)의 상측으로부터 아래를 향해 수직으로 연장된다. 이에 따라, 연소부(500)에서 배출되는 연소가스가 제1 촉매 튜브(200) 및 제2 촉매 튜브(400)의 길이방향을 따라 지그재그로 유동하여 제1 촉매 튜브(200) 및 제2 촉매 튜브(400)에 충분히 열을 공급할 수 있으며, 반응 온도에 따른 온도 구배를 적용할 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 연소부(500)에서 배출된 연소가스는 아래로 유동되고, 제2 벽(140) 아래의 공간을 통해 제2 촉매 튜브(400) 측으로 넘어간 후 위로 유동되면서 제2 촉매 튜브(400)에 열을 공급한다. 이후, 온도가 일부 낮아진 연소가스는 제1 벽(120) 위의 공간을 통해 제1 촉매 튜브(200) 측으로 넘어간 후 다시 아래로 유동되면서 제1 촉매 튜브(200)에 열을 공급한다. 제1 촉매 튜브(200) 및 제2 촉매 튜브(400)에 열을 공급한 후 연소가스는 본체(100)에 구비되는 연소가스 배출부(미도시)를 통해 외부로 배출된다.
이때, 본 발명에서는 제1 촉매 튜브(200)의 일부, 제2 촉매 튜브(400)의 일부 및 연결 튜브(300)가 본체(100)의 외부에서 본체(100)에 분리 가능하게 설치된다. 또한, 제1 촉매 튜브(200)의 나머지 일부 및 제2 촉매 튜브(400)의 나머지 일부는 본체(100)의 내부에 배치되되 마찬가지로 본체(100)에 분리 가능하게 설치된다.
즉, 제1 촉매 튜브(200)는 본체(100)의 내부에만 배치되는 것이 아니라 본체(100)의 외부로 연장되며, 본체(100)의 내부에 배치되는 제1 튜브부(220)와 본체(100)의 외부에 배치되는 제2 튜브부(240)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 촉매 튜브(400)는 본체(100)의 내부에만 배치되는 것이 아니라 본체(100)의 외부로 연장되며, 본체(100)의 내부에 배치되는 제3 튜브부(420)와 본체(100)의 외부에 배치되는 제4 튜브부(440), 그리고 제3 튜브부(420)와 제4 튜브부(440)의 내측에 배치되고 제4 튜브부(440)에 고정되는 이너 튜브(460)를 포함한다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 본체(100)에는 제1 촉매 튜브(200), 정확하게는 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부(220), 그리고 제2 촉매 튜브(400), 정확하게는 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부(420)가 관통하기 위한 다수의 홀이 형성되고 있다.
이때, 연결 튜브(300)는 본체(100)의 외부에서 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부(240)와 제2 촉매 튜브의 이너 튜브(460)를 연결한다. 본 실시 예에서 이너 튜브(460)는 제4 튜브부(440)를 관통하여 외부로 연장되고 제4 튜브부(440)의 외부에서 연결 튜브(300)와 연결된다. 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부(240)와 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부(440), 이너 튜브(460) 그리고 연결 튜브(300)는 서로 고정되어 일체로 본체(100)로부터 분리 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이너 튜브(460)는 제3 튜브부(420)의 내측에서 길이방향을 따라 연장되되 제3 튜브부(420)의 단부와 맞닿지 않고 그 사이에 일정 공간을 형성한다. 이로 인해, 이너 튜브(460) 내의 가스가 제3 튜브부(420)와 이너 튜브(460) 사이의 공간으로 유동될 수 있다.
제1 촉매 튜브의 제1 튜브부(220) 및 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부(420)는 각각 본체(100)에 분리 가능하게 설치된다.
우선, 제1 촉매 튜브(200)가 본체(100)에 분리 가능하게 설치되는 구조를 살펴보도록 한다. 제1 튜브부(220)는 제1 상단 플랜지(222)를 포함하고, 제2 튜브부(240)는 제2 하단 플랜지(242)를 포함하며, 제1 상단 플랜지(222)와 제2 하단 플랜지(242)는 모두 본체(100)에 탈부착 가능하게 결합된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 상단 플랜지(222)는 본체(100)의 상부 외측면에 결합되고, 제2 하단 플랜지(242)는 제1 상단 플랜지(222)의 상부면에 결합된다. 제1 상단 플랜지(222)는 제2 하단 플랜지(242)보다 큰 면적을 갖는다.
이를 위해, 도 3 및 5에 도시된 바와 같이, 본체(100)의 상부 외측면에는 제1 상단 플랜지(222)에 형성된 제1 결합홀(223)에 삽입되는 제1 나사결합부(160)가 돌출 형성되고, 제1 상단 플랜지(222)의 상부면에는 제2 하단 플랜지(242)에 형성된 제2 결합홀(243)에 삽입되는 제2 나사결합부(224)가 돌출 형성된다. 결과적으로, 제1 나사결합부(160)가 제1 결합홀(223)에 관통 삽입되도록 제1 상단 플랜지(222)가 본체(100)에 안착되고, 제2 나사결합부(224)가 제2 결합홀(243)에 관통 삽입되도록 제2 하단 플랜지(242)가 제1 상단 플랜지(222)에 안착된 후, 각 나사결합부(160, 224)에 너트(nut, 800)가 고정됨으로써 제1 튜브부(220)와 제2 튜브부(240)가 각각 본체(100)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
이때, 본체(100)의 상부 외측면과 제1 상단 플랜지(222) 사이에는 제1 실링부(610)가 구비되고, 제1 상단 플랜지(222)의 상부면과 제2 하단 플랜지(242) 사이에는 제2 실링부(620)가 구비되어 가스 누설이 방지될 수 있다.
다음으로는, 제2 촉매 튜브(400)가 본체(100)에 분리 가능하게 설치되는 구조를 살펴보도록 한다. 제3 튜브부(420)는 제3 상단 플랜지(422)를 포함하고, 제4 튜브부(440)는 제4 하단 플랜지(442)를 포함하며, 제3 상단 플랜지(422)와 제4 하단 플랜지(442)는 모두 본체(100)에 탈부착 가능하게 결합된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제3 상단 플랜지(422)는 본체(100)의 상부 외측면에 결합되고, 제4 하단 플랜지(442)는 제3 상단 플랜지(422)의 상부면에 결합된다. 제3 상단 플랜지(422)는 제4 하단 플랜지(442)보다 큰 면적을 갖는다.
이를 위해, 도 3 및 5에 도시된 바와 같이, 본체(100)의 상부 외측면에는 제3 상단 플랜지(422)에 형성된 제3 결합홀(423)에 삽입되는 제3 나사결합부(170)가 돌출 형성되고, 제3 상단 플랜지(422)의 상부면에는 제4 하단 플랜지(442)에 형성된 제4 결합홀(443)에 삽입되는 제4 나사결합부(424)가 돌출 형성된다. 결과적으로, 제3 나사결합부(170)가 제3 결합홀(423)에 관통 삽입되도록 제3 상단 플랜지(422)가 본체(100)에 안착되고, 제4 나사결합부(424)가 제4 결합홀(443)에 관통 삽입되도록 제4 하단 플랜지(442)가 제3 상단 플랜지(422)에 안착된 후, 각 나사결합부(170, 424)에 너트(nut, 800)가 고정됨으로써 제3 튜브부(420)와 제4 튜브부(440)가 각각 본체(100)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
이때, 본체(100)의 상부 외측면과 제3 상단 플랜지(422) 사이에는 제3 실링부(630)가 구비되고, 제3 상단 플랜지(422)의 상부면과 제4 하단 플랜지(442) 사이에는 제4 실링부(640)가 구비되어 가스 누설이 방지될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부(220)는 U자형 튜브이고, 제2 튜브부(240)는 U자형 튜브의 배출단부와 연결되는 일자형 튜브이다. 제1 튜브부(220)가 U자형 튜브로 이루어짐에 따라 촉매의 반응시간이 길어질 수 있다. 또는 U자형 튜브에 탄화수소가스가 촉매 개질 전 승온되는 승온부와 촉매 개질되는 촉매 개질부가 나뉘어져 구비될 수도 있다. 이때, U자형 튜브의 유턴구간(202)은 본체(100)의 원주방향을 따라 연장되는 것이 바람직하다.
실시 예에 따라, U자형 튜브의 유입단부와 연결되며, 본체(100)에 분리 가능하게 설치되는 유입튜브(700)를 더 포함할 수 있다. 유입튜브(700)를 통해 탄화수소가스와 스팀이 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부(220) 내로 주입될 수 있다. 이때, 유입튜브(700)는 제5 하단 플랜지(720)를 포함하고, 도 1 및 5에 도시된 바와 같이 제5 하단 플랜지(720)는 제1 상단 플랜지(222)의 상부면에 결합된다. 제1 상단 플랜지(222)는 제2 하단 플랜지(242)와 제5 하단 플랜지(720)가 모두 결합될 수 있도록 타원형의 넓은 면적을 갖는다.
이를 위해, 제1 상단 플랜지(222)의 상부면에는 제5 하단 플랜지(720)에 형성된 제5 결합홀(722)에 삽입되는 제5 나사결합부(225)가 돌출 형성된다. 결과적으로, 제5 나사결합부(225)가 제5 결합홀(722)에 관통 삽입되도록 제5 하단 플랜지(720)가 제1 상단 플랜지(222)에 안착된 후, 나사결합부(225)에 너트(nut)가 고정됨으로써 유입튜브(700)가 본체(100)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 유입튜브가 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부와 일체로 형성될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 실시 예에서 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부(420)와 제4 튜브부(440), 이너 튜브(460)는 모두 일자형 튜브이다.
결과적으로, 유입튜브(700)로 주입되는 탄화수소가스와 스팀은 제1 튜브부(220)를 거치면서 1차 개질이 이루어진 후 제2 튜브부(240)와 연결 튜브(300)를 통해 이너 튜브(460) 내로 유입된다. 이후, 1차 개질된 가스와 스팀은 제3 튜브부(420)와 이너 튜브(460) 사이의 공간으로 유동되어 2차 개질이 이루어지고, 제4 튜브부(440)와 이너 튜브(460) 사이의 공간으로 유동된 후 배출될 수 있다. 제4 튜브부(440)에는 합성가스가 배출되기 위한 합성가스 배출구(480)가 구비된다. 합성가스 배출구(480)는 아래의 촉매 교체방법에서 설명하듯 촉매가 주입되는 촉매주입구의 역할을 할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 제2 튜브부(240), 제4 튜브부(440), 이너 튜브(460) 및 연결 튜브(300)가 본체(100)의 외부에서 본체(100)에 분리 가능하게 설치되며, 제1 튜브부(220) 및 제3 튜브부(420)도 본체(100)에 각각 분리 가능하게 설치되므로, 촉매 교체를 위해 본체 상부를 열어 촉매튜브 전체를 분리하지 않아도 된다. 즉, 본체 상부를 열지 않고도 제1 촉매 튜브 또는 제2 촉매 튜브만을 별개로 분리할 수 있어 용이하게 촉매를 교체할 수 있다. 더욱이, 연결 튜브(300)가 본체(100) 외부에 위치되므로 연소가스 유로에서의 차압 손실을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 복합 개질기에 있어서 촉매 교체방법에 관하여 살펴보도록 한다.
우선, 촉매를 교체하기 위해 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부(240), 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부(440), 이너 튜브(460) 및 연결 튜브(300)를 일체로 본체(100)로부터 분리할 수 있다. 그리고, 촉매의 교체가 필요한 촉매 튜브를 분리한다. 예를 들어, 제2 촉매 튜브(400)의 촉매 교체가 필요한 경우에는 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부(420)를 본체(100)로부터 분리한다. 이때, 분리는 상기에서 살펴본 바와 같이 각 나사결합부에 결합된 너트(800)를 풀어줌으로써 이루어진다.
본체(100)로부터 분리된 제3 튜브부(420)에서 촉매를 제거한다. 예를 들어, 제3 튜브부(420)를 거꾸로 뒤집어 촉매를 털어낼 수 있다. 이후, 본체(100)로부터 분리된 제3 튜브부(420)를 다시 본체(100)에 결합하고, 제2 튜브부(240), 제4 튜브부(440), 이너 튜브(460) 및 연결 튜브(300)를 일체로 다시 본체(100)에 결합한다. 이로써 촉매가 제거된 제2 촉매 튜브에 다시 촉매를 주입할 수 있다. 이때, 제4 튜브부(440)에 구비된 합성가스 배출구(480)를 통해 이너 튜브(460)와 제3 튜브부(420) 사이로 용이하게 촉매를 주입할 수 있다.
만약 제1 촉매 튜브(200)의 촉매 교체가 필요한 경우에는 제2 튜브부(240), 제4 튜브부(440), 이너 튜브(460) 및 연결 튜브(300)를 일체로 본체(100)로부터 분리하는 것에 더하여 유입튜브(700)를 본체(100)로부터 분리한 후 제1 튜브부(220)를 분리할 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 촉매 튜브(200)에는 메탄과 이산화탄소를 포함하는 탄화수소가스(일 예로, 바이오가스)와 스팀이 공급될 수도 있다. 아래에서는 제1 촉매 튜브(200)에 바이오가스와 스팀이 공급되는 경우 제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400)에서 이루어지는 개질 반응에 대해 살펴보도록 한다. 개질 반응을 제외한 복합 개질기의 구조는 상기에서 설명한 바와 동일하다. 따라서 촉매 교체방법도 동일하게 적용될 수 있다.
제1 촉매 튜브(200)에 바이오가스와 스팀이 공급되는 경우, 제1 촉매 튜브(200)에서는 반응식 (3)을 통해 메탄이 스팀과 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질되고(습식 개질), 제2 촉매 튜브(400)에서는 반응식 (4)를 통해 메탄이 이산화탄소와 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질될 수 있다(건식 개질).
반응식 (3) ------- CH4 + H2O → CO + 3H2
반응식 (4) ------- CH4 + CO2 → 2CO + 2H2
이 경우, 제1 촉매 튜브(200)의 반응온도인 제1 온도(T1)는 약 450℃ 내지 650℃일 수 있으며, 메탄을 습식 개질하는 촉매가 적용될 수 있다. 제2 촉매 튜브(400)의 반응온도인 제2 온도(T2)는 약 650℃ 내지 850℃일 수 있으며, 메탄을 건식 개질하는 촉매가 적용될 수 있다.
여기서, 메탄의 습식 개질 반응은 제1 촉매 튜브(200)에서 이루어지는 것으로 기재하였으나, 메탄의 습식 개질 반응은 넓은 온도 범위에서 일어날 수 있으므로 제2 촉매 튜브(400)에서도 일부 이루어질 수 있을 것이다.
이와 같이, 탄화수소가스(여기서는, 메탄과 이산화탄소를 포함하는 바이오가스)와 스팀이 제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400)를 차례로 유동하며 습식 개질 반응과 건식 개질 반응을 통해 합성가스로 개질될 수 있다. 상기에서 살펴본 바와 동일하게, 유입튜브(700)로 주입되는 바이오가스와 스팀은 제1 튜브부(220)를 거치면서 1차 개질이 이루어진 후 제2 튜브부(240)와 연결 튜브(300)를 통해 이너 튜브(460) 내로 유입된다. 이후, 1차 개질된 가스와 스팀은 제3 튜브부(420)와 이너 튜브(460) 사이의 공간으로 유동되어 2차 개질이 이루어지고, 제4 튜브부(440)와 이너 튜브(460) 사이의 공간으로 유동된 후 합성가스 배출구(480)를 통해 배출될 수 있다. 이 경우에는, 바이오가스에서 별도로 이산화탄소를 제거한 후 개질기로 공급하지 않아도 되므로 이산화탄소 제거를 위한 장치가 필요하지 않다.
다음으로, 도 6 및 7을 참고하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 복합 개질기를 살펴보도록 한다. 제2 실시 예에 따른 복합 개질기는 제1 실시 예에 따른 복합 개질기와 동일한 구성을 포함하되, 제1 촉매 튜브(200)와 제2 촉매 튜브(400)가 본체(100)에 분리 가능하게 설치되는 구조가 일부 상이하다.
제1 촉매 튜브(200)가 본체(100)에 분리 가능하게 설치되는 구조를 살펴보면, 제1 실시 예와 마찬가지로 제1 튜브부(220)의 제1 상단 플랜지(222)는 본체(100)의 상부 외측면에 결합되고, 제2 튜브부(240)의 제2 하단 플랜지(242)는 제1 상단 플랜지(222)의 상부면에 결합된다. 또한, 제2 촉매 튜브(400)가 본체(100)에 분리 가능하게 설치되는 구조를 살펴보면, 제1 실시 예와 마찬가지로 제3 튜브부(420)의 제3 상단 플랜지(422)는 본체(100)의 상부 외측면에 결합되고, 제4 튜브부(440)의 제4 하단 플랜지(442)는 제3 상단 플랜지(422)의 상부면에 결합된다. 다만, 본체(100)가 제1 실시 예의 제1 나사결합부(160)와 제3 나사결합부(170)를 포함하지 않고, 제1 촉매 튜브(200)가 제1 실시 예의 제1 결합홀(223), 제2 나사 결합부(224), 제5 나사 결합부(225) 및 제2 결합홀(243)을 포함하지 않는다. 또한, 제2 촉매 튜브(400)가 제1 실시 예의 제3 결합홀(423), 제4 나사결합부(424) 및 제4 결합홀(443)을 포함하지 않고, 유입튜브(700)가 제1 실시 예의 제5 결합홀(722)를 포함하지 않는다. 더욱이, 제1 실시 예의 너트(800)를 포함하지 않는다.
본 실시 예에서 제1 상단 플랜지(222)에는 볼트(2900)가 관통하는 제1 체결홀(2226)이 형성되고, 본체(100)의 상부 외측면에는 제1 체결홀(2226)과 나란하게 제1 체결홈(2180)이 형성된다. 또한, 제2 하단 플랜지(242)에는 볼트(2900)가 관통하는 제2 체결홀(2244)이 형성되고, 제1 상단 플랜지(222)의 상부면에는 제2 체결홀(2244)과 나란하게 제2 체결홈(2227)이 형성된다. 결과적으로, 제1 체결홀(2226)과 제1 체결홈(2180)이 나란하게 위치하도록 제1 상단 플랜지(222)가 본체(100)에 안착된 후 볼트(2900)가 제1 체결홀(2226)과 제1 체결홈(2180)에 동시에 체결되고, 제2 체결홀(2244)과 제2 체결홈(2227)이 나란하게 위치하도록 제2 하단 플랜지(242)가 제1 상단 플랜지(222)에 안착된 후 볼트(2900)가 제2 체결홀(2244)과 제2 체결홈(2227)에 동시에 체결됨으로써, 제1 튜브부(220)와 제2 튜브부(240)가 각각 본체(100)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
제3 상단 플랜지(422)에는 볼트(2900)가 관통하는 제3 체결홀(2425)이 형성되고, 본체(100)의 상부 외측면에는 제3 체결홀(2425)과 나란하게 제3 체결홈(2190)이 형성된다. 또한, 제4 하단 플랜지(442)에는 볼트(2900)가 관통하는 제4 체결홀(2444)이 형성되고, 제3 상단 플랜지(422)의 상부면에는 제4 체결홀(2444)과 나란하게 제4 체결홈(2426)이 형성된다. 결과적으로, 제3 체결홀(2425)과 제3 체결홈(2190)이 나란하게 위치하도록 제3 상단 플랜지(422)가 본체(100)에 안착된 후 볼트(2900)가 제3 체결홀(2425)과 제3 체결홈(2190)에 동시에 체결되고, 제4 체결홀(2444)과 제4 체결홈(2426)이 나란하게 위치하도록 제4 하단 플랜지(442)가 제3 상단 플랜지(422)에 안착된 후 볼트(2900)가 제4 체결홀(2444)과 제4 체결홈(2426)에 동시에 체결됨으로써, 제3 튜브부(420)와 제4 튜브부(440)가 각각 본체(100)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
이 밖에, 유입튜브(700)의 제5 하단 플랜지(720)는 제1 상단 플랜지(222)의 상부면에 결합된다. 이를 위해, 제5 하단 플랜지(720)에는 볼트(2900)가 관통하는 제5 체결홀(2724)이 형성되고, 제1 상단 플랜지(222)의 상부면에는 제5 체결홀(2724)과 나란하게 제5 체결홈(2228)이 형성된다. 결과적으로, 제5 체결홀(2724)과 제5 체결홈(2228)이 나란하게 위치하도록 제5 하단 플랜지(720)가 제1 상단 플랜지(222)에 안착된 후 볼트(2900)가 제5 체결홀(2724)과 제5 체결홈(2228)에 동시에 체결됨으로써, 유입튜브(700)가 본체(100)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
다음으로, 도 8을 참고하여 본 발명의 제3 실시 예에 따른 복합 개질기를 살펴보도록 한다. 제3 실시 예에 따른 복합 개질기는 제1 실시 예에 따른 복합 개질기를 동일하게 포함하되, 핀(3470)을 더 포함한다.
본 실시 예에서 핀(3470)은 이너 튜브(460)의 외면에 길이 방향을 따라 구비된다. 핀(3470)은 이너 튜브(460)의 외면에 길이 방향을 따라 감기는 나선형의 핀일 수 있다. 이로 인해, 제2 촉매 튜브의 이너 튜브(460)와 제3 튜브부(420) 사이를 통과하는 가스가 나선형의 핀(3470)을 따라 유동하면서 촉매 반응시간이 길어질 수 있으며, 튜브의 모든 면을 따라 가스가 흐르므로 튜브 내 온도 편차가 감소하게 된다.
마지막으로, 도 9를 참고하여 본 발명의 제4 실시 예에 따른 복합 개질기를 살펴보도록 한다. 제4 실시 예에 따른 복합 개질기는 제1 실시 예에 따른 복합 개질기를 동일하게 포함하되, 핀(4490)을 더 포함한다.
본 실시 예에서 핀(4490)은 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부(420)의 외면에 길이 방향을 따라 구비된다. 핀(4490)은 제3 튜브부(420)의 외면에 길이 방향을 따라 감기는 나선형의 핀일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 튜브부(420)의 외면에 길이 방향을 따라 길게 연장되는 복수 개의 핀이 제3 튜브부(420)의 원주방향을 따라 이격된 상태로 나란하게 구비될 수도 있다. 이로 인해, 연소가스와 열교환하는 제3 튜브부(420)의 전열면이 증가하여 흡열량이 증가할 수 있으며, 연소가스가 나선형의 핀(4490)을 따라 유동하면서 제3 튜브부(420)의 모든 면을 따라 흐르게 되어 튜브 내 온도 편차가 감소하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 본체
120: 제1 벽
140: 제2 벽 160: 제1 나사결합부
170: 제3 나사결합부 200: 제1 촉매 튜브
202: 유턴구간 220: 제1 튜브부
222: 제1 상단 플랜지 223: 제1 결합홀
224: 제2 나사 결합부 225: 제5 나사 결합부
240: 제2 튜브부 242: 제2 하단 플랜지
243: 제2 결합홀 300: 연결 튜브
400: 제2 촉매 튜브 420: 제3 튜브부
422: 제3 상단 플랜지 423: 제3 결합홀
424: 제4 나사결합부 440: 제4 튜브부
442: 제4 하단 플랜지 443: 제4 결합홀
460: 이너튜브 480: 합성가스 배출구
500: 연소부 610: 제1 실링부
620: 제2 실링부 630: 제3 실링부
640: 제4 실링부 700: 유입튜브
720: 제5 하단 플랜지 722: 제5 결합홀
800: 너트
2180: 제1 체결홈 2190: 제3 체결홈
2226: 제1 체결홀 2227: 제2 체결홈
2228: 제5 체결홈 2244: 제2 체결홀
2425: 제3 체결홀 2426: 제4 체결홈
2444: 제4 체결홀 2724: 제5 체결홀
2900: 볼트
3470, 4490: 핀
140: 제2 벽 160: 제1 나사결합부
170: 제3 나사결합부 200: 제1 촉매 튜브
202: 유턴구간 220: 제1 튜브부
222: 제1 상단 플랜지 223: 제1 결합홀
224: 제2 나사 결합부 225: 제5 나사 결합부
240: 제2 튜브부 242: 제2 하단 플랜지
243: 제2 결합홀 300: 연결 튜브
400: 제2 촉매 튜브 420: 제3 튜브부
422: 제3 상단 플랜지 423: 제3 결합홀
424: 제4 나사결합부 440: 제4 튜브부
442: 제4 하단 플랜지 443: 제4 결합홀
460: 이너튜브 480: 합성가스 배출구
500: 연소부 610: 제1 실링부
620: 제2 실링부 630: 제3 실링부
640: 제4 실링부 700: 유입튜브
720: 제5 하단 플랜지 722: 제5 결합홀
800: 너트
2180: 제1 체결홈 2190: 제3 체결홈
2226: 제1 체결홀 2227: 제2 체결홈
2228: 제5 체결홈 2244: 제2 체결홀
2425: 제3 체결홀 2426: 제4 체결홈
2444: 제4 체결홀 2724: 제5 체결홀
2900: 볼트
3470, 4490: 핀
Claims (23)
- 본체;
상기 본체에 설치되고 제1 온도에서 반응하는 하나 이상의 제1 촉매 튜브;
상기 본체에 설치되고 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 반응하는 하나 이상의 제2 촉매 튜브;
상기 제1 촉매 튜브와 상기 제2 촉매 튜브를 연결하는 하나 이상의 연결 튜브; 및
상기 제1 촉매 튜브 및 상기 제2 촉매 튜브에 열을 공급하기 위한 연소부;를 포함하며,
상기 제1 촉매 튜브의 일부, 상기 제2 촉매 튜브의 일부 및 상기 연결 튜브는 상기 본체의 외부에서 상기 본체에 분리 가능하게 설치되되,
상기 제2 촉매 튜브는, 상기 본체의 내부에 배치되는 제3 튜브부, 상기 본체의 외부에 배치되는 제4 튜브부, 및 상기 제3 튜브부와 제4 튜브부의 내측에 배치되고 상기 제4 튜브부에 고정되는 이너 튜브를 포함하고,
상기 연결 튜브는 상기 제1 촉매 튜브와 상기 이너 튜브를 연결하는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 촉매 튜브는, 상기 본체의 내부에 배치되는 제1 튜브부 및 상기 본체의 외부에 배치되는 제2 튜브부를 포함하고,
상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부, 이너 튜브 및 상기 연결 튜브는 일체로 상기 본체로부터 분리 가능하도록 서로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부 및 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부는 각각 상기 본체에 분리 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제1항에 있어서,
상기 이너 튜브는 상기 제4 튜브부를 관통하여 외부로 연장되고 상기 제4 튜브부의 외부에서 상기 연결 튜브와 연결되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제1항에 있어서,
상기 연결 튜브를 통해 상기 제2 촉매 튜브의 이너 튜브 내로 유입된 가스는 상기 제3 튜브부와 이너 튜브 사이의 공간으로 유동된 후 상기 제4 튜브부와 이너 튜브 사이의 공간으로 유동되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제5항에 있어서,
상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부에는 상기 합성가스가 배출되는 합성가스 배출구가 구비되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부는 제1 상단 플랜지를 포함하고, 상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부는 제2 하단 플랜지를 포함하며,
상기 제1 상단 플랜지 및 상기 제2 하단 플랜지는 상기 본체에 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제7항에 있어서,
상기 제1 상단 플랜지는 상기 본체의 상부 외측면에 결합되고, 상기 제2 하단 플랜지는 상기 제1 상단 플랜지의 상부면에 결합되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제8항에 있어서,
상기 본체의 상부 외측면과 상기 제1 상단 플랜지 사이, 및 상기 제1 상단 플랜지의 상부면과 상기 제2 하단 플랜지 사이에는 실링부가 구비되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제8항에 있어서,
상기 본체의 상부 외측면에는 상기 제1 상단 플랜지에 형성된 제1 결합홀에 삽입되는 제1 나사결합부가 돌출 형성되고, 상기 제1 상단 플랜지의 상부면에는 상기 제2 하단 플랜지에 형성된 제2 결합홀에 삽입되는 제2 나사결합부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 상단 플랜지에는 볼트가 관통하는 제1 체결홀이 형성되고 상기 본체의 상부 외측면에는 상기 제1 체결홀과 나란하게 제1 체결홈이 형성되며, 상기 제2 하단 플랜지에는 볼트가 관통하는 제2 체결홀이 형성되고 상기 제1 상단 플랜지의 상부면에는 상기 제2 체결홀과 나란하게 제2 체결홈이 형성되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부는 U자형 튜브이고, 상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부는 상기 U자형 튜브의 배출단부와 연결되는 일자형 튜브인 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제12항에 있어서,
상기 U자형 튜브의 유입단부와 연결되며, 상기 본체에 분리 가능하게 설치되는 유입튜브;를 더 포함하는, 복합 개질기.
- 제3항에 있어서,
상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부는 제3 상단 플랜지를 포함하고, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부는 제4 하단 플랜지를 포함하며,
상기 제3 상단 플랜지 및 상기 제4 하단 플랜지는 상기 본체에 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제14항에 있어서,
상기 제3 상단 플랜지는 상기 본체의 상부 외측면에 결합되고, 상기 제4 하단 플랜지는 상기 제3 상단 플랜지의 상부면에 결합되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제15항에 있어서,
상기 본체의 상부 외측면과 상기 제3 상단 플랜지 사이, 및 상기 제3 상단 플랜지의 상부면과 상기 제4 하단 플랜지 사이에는 실링부가 구비되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제15항에 있어서,
상기 본체의 상부 외측면에는 상기 제3 상단 플랜지에 형성된 제3 결합홀에 삽입되는 제3 나사결합부가 돌출 형성되고, 상기 제3 상단 플랜지의 상부면에는 상기 제4 하단 플랜지에 형성된 제4 결합홀에 삽입되는 제4 나사결합부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제15항에 있어서,
상기 제3 상단 플랜지에는 볼트가 관통하는 제3 체결홀이 형성되고 상기 본체의 상부 외측면에는 상기 제3 체결홀과 나란하게 제3 체결홈이 형성되며, 상기 제4 하단 플랜지에는 볼트가 관통하는 제4 체결홀이 형성되고 상기 제3 상단 플랜지의 상부면에는 상기 제4 체결홀과 나란하게 제4 체결홈이 형성되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제1항에 있어서,
상기 이너 튜브의 외면에는 길이 방향을 따라 핀(fin)이 구비되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부의 외면에는 길이 방향을 따라 핀(fin)이 구비되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 촉매 튜브에 공급되는 탄화수소가스는 탄소수가 2 이상인 탄화수소를 포함하며,
상기 복수의 제1 촉매 튜브에서는 탄소수가 2 이상인 탄화수소가 스팀과 반응하여 메탄으로 개질되고, 상기 복수의 제2 촉매 튜브에서는 메탄이 스팀과 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 촉매 튜브에 공급되는 탄화수소가스는 메탄과 이산화탄소를 포함하며,
상기 복수의 제1 촉매 튜브에서는 메탄이 스팀과 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질되고, 상기 복수의 제2 촉매 튜브에서는 메탄이 이산화탄소와 반응하여 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 개질되는 것을 특징으로 하는, 복합 개질기.
- 제3항에 따른 복합 개질기의 촉매 교체방법으로서,
상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부, 이너 튜브 및 상기 연결 튜브를 상기 본체로부터 분리하는 단계;
상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부 및 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부 중 적어도 하나를 상기 본체로부터 분리하는 단계;
상기 본체로부터 분리된 상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부 및 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부 중 적어도 하나에서 촉매를 제거하는 단계;
상기 본체로부터 분리된 상기 제1 촉매 튜브의 제1 튜브부 및 상기 제2 촉매 튜브의 제3 튜브부 중 적어도 하나를 다시 상기 본체에 결합하는 단계;
상기 제1 촉매 튜브의 제2 튜브부, 상기 제2 촉매 튜브의 제4 튜브부, 이너 튜브 및 상기 연결 튜브를 다시 상기 본체에 결합하는 단계; 및
촉매가 제거된 상기 제1 촉매 튜브 또는 상기 제2 촉매 튜브에 다시 촉매를 주입하는 단계;를 포함하는, 복합 개질기의 촉매 교체방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US18/366,778 US20240050910A1 (en) | 2022-08-12 | 2023-08-08 | Combined reformer and catalyst replacement method thereof |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20220101497 | 2022-08-12 | ||
| KR1020220101497 | 2022-08-12 |
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|---|---|
| KR20240022980A true KR20240022980A (ko) | 2024-02-20 |
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ID=90056788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230079218A KR20240022980A (ko) | 2022-08-12 | 2023-06-20 | 복합 개질기 및 이의 촉매 교체방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240022980A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190112290A (ko) | 2017-01-27 | 2019-10-04 | 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 | 증기 메탄 개질기 내의 천연 가스 이용을 개선하기 위한 시스템 및 방법 |
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2023
- 2023-06-20 KR KR1020230079218A patent/KR20240022980A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190112290A (ko) | 2017-01-27 | 2019-10-04 | 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 | 증기 메탄 개질기 내의 천연 가스 이용을 개선하기 위한 시스템 및 방법 |
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