KR20240030339A - Complex energy system producing clean fuel and hydrogen using reforming process and liquid organic hydrogen carrier - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개질 공정으로 제조된 합성 가스 중 피셔-트롭시 반응에 참가하지 않는 잉여 수소는 액상유기수소운반체(LOHC)로 변환시켜 저장함으로써 H2/CO의 몰비를 제어하고 분리된 수소는 Upgrading 공정에 공급하는 Compact-GTL 공정을 구성할 수 있고, 공정 중 발생하는 탄소 수 1~2의 탄화수소를 개질부의 연료로 공급하고 개질부의 열을 탈수소화 반응부에서 반응열로 사용하여 경제적이며 환경적 유용성을 상당히 높일 수 있는 복합 에너지 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 상기 복합 에너지 시스템은 적어도 탄화수소를 포함하는 원료 가스 중 탄소 수 5 이상의 컨덴세이트(Condensate) 물질을 분리하는 가스/액체 분리부; 원료 가스 중 탄소 수 1~2와 3~4의 물질을 분리하는 가스 분리부; 원료 가스를 공급받아 그 일부에 대해 개질 반응을 일으키는 선개질부(Pre-reformer); 예열된 원료 가스를 공급받아 상기 원료 가스에 포함된 탄화수소의 수증기 개질 반응을 일으키는 개질부(Reformer); 합성 가스 중의 물을 분리한 다음 일정량의 CO2를 분리하는 합성 가스 제어부; 상기 원료 가스 중 일부의 수소는 수소화 반응을 통해 액상유기수소운반체에 저장시켜 H2/CO 몰비를 제어하는 수소화 반응 제어부; 및 상기 액상유기수소운반체에서 수소를 분리시켜 배출하는 탈수소화 반응부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention controls the molar ratio of H 2 /CO by converting and storing excess hydrogen that does not participate in the Fischer-Tropsch reaction in the synthesis gas produced through the reforming process into a liquid organic hydrogen carrier (LOHC), and the separated hydrogen is used in the upgrading process. The Compact-GTL process can be configured to supply hydrocarbons with 1 to 2 carbon atoms generated during the process as fuel in the reforming section, and the heat from the reforming section is used as reaction heat in the dehydrogenation reaction section, making it economical and environmentally useful. It is about complex energy systems that can be significantly increased. Specifically, the complex energy system includes a gas/liquid separation unit that separates condensate material with a carbon number of 5 or more from the raw material gas containing at least hydrocarbons; A gas separation unit that separates substances with carbon numbers of 1 to 2 and 3 to 4 from the raw material gas; A pre-reformer that receives raw material gas and performs a reforming reaction on part of it; A reformer that receives preheated raw material gas and causes a steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the raw material gas; A synthesis gas control unit that separates water in the synthesis gas and then separates a certain amount of CO 2 ; A hydrogenation reaction control unit that stores some of the hydrogen in the raw material gas in a liquid organic hydrogen carrier through a hydrogenation reaction and controls the H 2 /CO molar ratio; and a dehydrogenation reaction unit that separates and discharges hydrogen from the liquid organic hydrogen carrier.

Description

개질 공정과 액상유기수소운반체를 이용한 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지시스템{COMPLEX ENERGY SYSTEM PRODUCING CLEAN FUEL AND HYDROGEN USING REFORMING PROCESS AND LIQUID ORGANIC HYDROGEN CARRIER}Complex energy system for clean fuel and hydrogen production using reforming process and liquid organic hydrogen carrier {COMPLEX ENERGY SYSTEM PRODUCING CLEAN FUEL AND HYDROGEN USING REFORMING PROCESS AND LIQUID ORGANIC HYDROGEN CARRIER}

본 발명은 개질 공정을 이용하여 청정연료를 생산하되, 개질 공정을 통해 제조된 합성 가스 중 잉여 수소를 액상유기수소운반체(LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier)에 저장하여 청정연료 제조를 위한 H2/CO의 몰비를 조절하고, 또한 수소를 생산하는 것을 특징으로 하는 복합 에너지 시스템에 관한 것이다.The present invention produces clean fuel using a reforming process, and stores excess hydrogen in the synthesis gas produced through the reforming process in a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) to produce H 2 /CO for clean fuel. It relates to a complex energy system characterized by controlling the molar ratio and producing hydrogen.

대한민국 등록특허공보 10-2163578 (특허문헌 1)은 수소와 이산화탄소를 반응시켜 메탄을 생산하는 메탄화 반응부와, 상기 메탄화 반응부에서 생산된 메탄 일부를 연소시켜, 발생된 연소 가스로 회전력을 발생하여 전기를 생산하는 발전부와, 수소가 저장된 액상 유기물에서 수소를 분리하는 탈수소화부를 복합하고, 상기 탈수소화부의 필요에 반응열(흡열)을 메탄화 반응부의 반응열(발열)과, 발전부의 연소가스 폐열로 제공하는 메탄화 공정과 탈수소화 공정을 복합한 메탄 생산 병합 발전시스템 및 그 메탄 생산 병합 발전시스템의 운영 방법을 제시하였다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2163578 (Patent Document 1) discloses a methanation reaction unit that produces methane by reacting hydrogen and carbon dioxide, and a methanation reaction unit that burns some of the methane produced in the methanation reaction unit to provide rotational power with the generated combustion gas. It combines a power generation unit that generates electricity and a dehydrogenation unit that separates hydrogen from liquid organic matter in which hydrogen is stored, and the heat of reaction (endotherm) for the needs of the dehydrogenation unit is converted into the heat of reaction (exotherm) of the methanation reaction unit and the combustion of the power generation unit. A methane production combined power generation system combining the methanation process and dehydrogenation process provided by gas waste heat and an operation method of the methane production combined power generation system were presented.

대한민국 공개특허공보 10-2020-0076094 (특허문헌 2)는 이산화탄소(CO2)를 원료로 사용하여 천연가스를 개질한 합성가스(syngas)로부터 수소(H2)와 디메틸에테르(DME)를 동시에 생산하는 분리공정을 제시하였다. H2/CO 몰 비가 1 초과인 합성가스에서 분리막을 통해 고순도 H2를 분리하고, 남은 H2/CO 몰 비 1인 합성 가스로부터 디메틸에테르를 합성함으로써 H2와 디메틸에테르를 동시에 생산할 수 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0076094 (Patent Document 2) simultaneously produces hydrogen (H 2 ) and dimethyl ether (DME) from synthetic gas (syngas) obtained by reforming natural gas using carbon dioxide (CO 2 ) as a raw material. A separation process was presented. H 2 and dimethyl ether can be produced simultaneously by separating high purity H 2 from synthesis gas with an H 2 /CO molar ratio of more than 1 through a separation membrane and synthesizing dimethyl ether from the remaining synthesis gas with a H 2 /CO molar ratio of 1.

대한민국 등록특허공보 제10-2163578호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2163578 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0076094호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0076094

본 발명은 개질 공정을 통해 제조된 합성 가스 중 잉여 수소를 액상유기수소운반체(LOHC)에 저장하여 합성 연료 제조를 위한 H2/CO의 몰비를 제어하고, Upgrading 공정에서 필요로 하는 수소를 동시에 생산이 가능하고, 잉여의 수소는 수소스테이션 등에 공급이 가능하기 때문에 Compact GTL 공정의 구현이 가능하고, 후단부에서 생성물을 업그레이딩하여 목표 산물을 경제적으로 생산할 수 있는 청정 연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention stores excess hydrogen in synthetic gas produced through a reforming process in a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) to control the molar ratio of H 2 /CO for synthetic fuel production and simultaneously produces hydrogen required in the upgrading process. This is possible, and surplus hydrogen can be supplied to hydrogen stations, etc., making it possible to implement a Compact GTL process, and to create a clean fuel and hydrogen production complex energy system that can economically produce the target product by upgrading the product at the back end. The purpose is to provide

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 더욱 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the objects mentioned above. The object of the present invention will become clearer from the following description and may be realized by means and combinations thereof as set forth in the claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 청정연료 및 수소 생산 복합 시스템은 적어도 탄화수소를 포함하는 원료 가스를 탄소 수 1~4인 탄화수소와 탄소 수 5 이상인 탄화수소로 분리하는 가스/액체 분리부; 상기 가스/액체 분리부로부터 탄소 수 1~4인 탄화수소를 공급받고 이를 탄소 수 1~2인 탄화수소와 탄소 수 3~4인 탄화수소로 분리하는 가스 분리부; 상기 가스 분리부로부터 탄소 수 1~2인 탄화수소를 공급받아 수증기와 개질 반응시키는 선개질부; 상기 선개질부의 생성물을 공급받아 추가적인 개질 반응을 일으켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성 가스를 생성하는 개질부; 상기 합성 가스 중물(H2O)을 제거한 다음 일정량의 이산화탄소(CO2)를 제거하는 합성 가스 제어부; 상기 합성 가스 제어부에서 잉여 수소를 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC)에 저장하여 H2/CO 몰비를 제어하는 수소화 반응 제어부; 및 상기 합성 가스 제어부 및 수소화 반응부로부터 H2/CO/CO2 몰비가 조절된 합성 가스를 공급받아 피셔-트롭시 반응을 일으키는 피셔-트롭시 반응부;를 포함할 수 있다.A complex system for clean fuel and hydrogen production according to an embodiment of the present invention includes a gas/liquid separation unit that separates raw material gas containing at least hydrocarbons into hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms and hydrocarbons having 5 or more carbon atoms; A gas separation unit that receives hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms from the gas/liquid separation unit and separates them into hydrocarbons having 1 to 2 carbon atoms and hydrocarbons having 3 to 4 carbon atoms; A pre-reforming unit that receives hydrocarbons having 1 to 2 carbon atoms from the gas separation unit and performs a reforming reaction with steam; A reforming unit that receives the product of the pre-reforming unit and performs an additional reforming reaction to produce a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide; A synthesis gas control unit that removes the synthesis gas heavy matter (H 2 O) and then removes a certain amount of carbon dioxide (CO 2 ); A hydrogenation reaction control unit that controls the H 2 /CO molar ratio by storing excess hydrogen in the synthesis gas control unit in a liquid organic hydrogen carrier (LOHC); and a Fischer-Tropsch reaction unit that receives synthesis gas with an adjusted H 2 /CO/CO 2 molar ratio from the synthesis gas control unit and the hydrogenation reaction unit and causes a Fischer-Tropsch reaction.

상기 원료 가스는 천연가스(Natural Gas), 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG), 액화 석유 가스(Liquefied Petroleum Gas, LPG), C5+의 액상 콘덴세이트(C5+ condensate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The raw material gas is natural gas, liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), liquid condensate of C 5+ (C 5+ condensate), and combinations thereof. It may include at least one selected from the group consisting of

상기 복합 에너지 시스템은 상기 수소화 반응부로부터 공급받은 액상유기수소운반체를 분리/저장하는 액상수소 저장부; 및 상기 액상수소 저장부의 액상유기수소운반체를 공급받고 상기 개질부에서 발생하는 폐열을 이용하여 상기 액상유기수소운반체로부터 수소를 분리하는 탈수소화 반응부;를 더 포함할 수 있다.The complex energy system includes a liquid hydrogen storage unit for separating/storing the liquid organic hydrogen carrier supplied from the hydrogenation reaction unit; and a dehydrogenation reaction unit that receives the liquid organic hydrogen carrier from the liquid hydrogen storage unit and separates hydrogen from the liquid organic hydrogen carrier using waste heat generated in the reforming unit.

상기 복합 에너지 시스템은 상기 가스/액체 분리부로부터 탄소 수 5 이상인 탄화수소를 공급받고, C5+ 콘덴세이트를 분리 후 저장하고, 피셔-트롭시 반응기의 가스/액체/고체 분리부에서 분리된 Wax 성분은 LOHC에서 저장 후 추출된 수소와 반응시켜 청정연료를 생산하는 업그레이드부;를 더 포함할 수 있다.The complex energy system receives hydrocarbons with a carbon number of 5 or more from the gas/liquid separation unit, separates and stores C5+ condensate, and the wax component separated in the gas/liquid/solid separation unit of the Fischer-Tropsch reactor is stored in the LOHC. It may further include an upgrading unit that reacts with the extracted hydrogen after storage to produce clean fuel.

상기 업그레이드부는 상기 피셔-트롭시 반응부의 생성물 중 왁스를 상기 수소화 반응부로부터 공급받은 수소와 반응시켜 원하는 성분의 가솔린, 디젤 및 LPG 등의 청정연료를 생산할 수 있다.The upgrading unit may react wax among the products of the Fischer-Tropsch reaction unit with hydrogen supplied from the hydrogenation reaction unit to produce clean fuels of desired components such as gasoline, diesel, and LPG.

상기 합성 가스 제어부는 개질부로부터 공급받은 합성 가스는 LOHC를 통해서 H2/CO 몰비를 2 또는 1 이하로 조절하고, 그 과정에서 발생하는 잉여 수소는 LOHC에 저장 후 다시 수소로 분리시켜서 Upgrading 공정에 활용하거나 수소차, 연료전지 등에 공급되거나 액체수소 현태로 압축 후 압축 수소로 수요처로 공급될 수 있다.The synthesis gas control unit adjusts the H 2 /CO molar ratio of the synthesis gas supplied from the reforming unit to 2 or less than 2 through LOHC, and stores the excess hydrogen generated in the process in the LOHC and separates it into hydrogen again for the upgrading process. It can be utilized, supplied to hydrogen cars, fuel cells, etc., or compressed into liquid hydrogen and supplied to consumers as compressed hydrogen.

상기 복합 시스템은 상기 피셔-트롭시 반응부의 생성물을 LPG, 가솔린, 중간 유분 및 왁스로 분리하는 가스/액체/고체 분리부를 더 포함할 수 있다.The complex system may further include a gas/liquid/solid separation unit that separates the product of the Fischer-Tropsch reaction unit into LPG, gasoline, middle oil, and wax.

상기 복합 시스템은 상기 LPG를 저장하는 LPG 저장부, 상기 가솔린을 저장하는 가솔린 저장부, 상기 중간 유분을 저장하는 중간 유분 저장부 및 상기 왁스를 저장하는 왁스 저장부를 더 포함할 수 있다.The complex system may further include an LPG storage unit for storing the LPG, a gasoline storage unit for storing the gasoline, an intermediate oil storage unit for storing the intermediate oil, and a wax storage unit for storing the wax.

상기 가스 분리부에서 분리된 탄소 수 3~4인 탄화수소는 상기 LPG 저장부에 저장될 수 있고 탄소수 1~2인 탄화수소는 개질부의 반응온도 유지를 위한 연료(fuels)로 공급될 수 있다.Hydrocarbons with 3 to 4 carbon atoms separated in the gas separation unit can be stored in the LPG storage unit, and hydrocarbons with 1 to 2 carbon atoms can be supplied as fuel to maintain the reaction temperature of the reforming unit.

본 발명에 따른 개질 공정 및 액상유기수소운반체를 이용한 청정연료 및 수소 생산용 복합 에너지 시스템은 수소 가스를 부피가 1/800인 액체유기수소운반체로 변환함으로써 저장 비용을 감소시킬 수 있으며, 개질부의 폐열을 이용하여 탈수소화 공정의 반응열로 공급할 수 있고, 탈수소화 공정에서 생산된 수소는 피셔-트롭시 반응의 왁스 생성물의 업그레이딩 공정에 사용하고, 업그레이딩 공정에서 발생된 탄소수 1~2인 물질은 다시 개질부의 연료로 공급될 수 있어 해당 공정의 경제적 및 환경적 유용성을 상당히 높일 수 있는 차세대 Compact GTL 및 GTL-FPSO 공정의 대안이 될 것으로 판단된다.The complex energy system for clean fuel and hydrogen production using a reforming process and a liquid organic hydrogen carrier according to the present invention can reduce storage costs by converting hydrogen gas into a liquid organic hydrogen carrier with a volume of 1/800, and waste heat from the reformer It can be supplied as reaction heat in the dehydrogenation process, and the hydrogen produced in the dehydrogenation process is used in the upgrading process of the wax product of the Fischer-Tropsch reaction, and the material with 1 to 2 carbon atoms generated in the upgrading process is It is believed to be an alternative to the next-generation Compact GTL and GTL-FPSO processes, which can be supplied as fuel to the reformer and can significantly increase the economic and environmental usefulness of the process.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. The effects of the present invention should be understood to include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템을 도시한 것이다.Figure 1 shows a combined energy system for clean fuel and hydrogen production according to the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged from the actual size for clarity of the present invention. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Additionally, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only being “directly above” the other part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be "underneath" another part, this includes not only being "immediately below" the other part, but also cases where there is another part in between.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 유기물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values and/or expressions used herein expressing amounts of ingredients, reaction conditions, organic matter and formulations mean that such numbers, among other things, are inherently measurements taken to obtain these values. Since they are approximations that reflect various uncertainties, in all cases, they should be understood as being modified by the term “about.” Additionally, where a numerical range is disclosed herein, such range is continuous and, unless otherwise indicated, includes all values from the minimum to the maximum of such range inclusively. Furthermore, when such range refers to an integer, all integers from the minimum value up to and including the maximum value are included, unless otherwise indicated.

도 1은 본 발명에 따른 개질 공정 및 액상유기수소운반체를 이용한 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 복합 시스템은 적어도 탄화수소를 포함하는 원료 가스(10)를 탄소 수 1~4인 탄화수소와 탄소 수 5 이상인 탄화수소로 분리하는 가스/액체 분리부(20), 상기 가스/액체 분리부(20)로부터 탄소 수 1~4인 탄화수소를 공급받고 이를 탄소 수 1~2인 탄화수소와 탄소 수 3~4인 탄화수소로 분리하는 가스 분리부(30), 상기 가스 분리부로부터 탄소 수 1~2인 탄화수소를 공급받고 수증기와 개질 반응시키는 선개질부(40), 상기 선개질부의 생성물을 공급받아 추가적인 개질 반응을 일으켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성 가스를 생성하는 개질부(50), 상기 합성 가스 중의 물(H2O)을 제거한 다음 일정량의 이산화탄소(CO2)를 제거하는 합성 가스 제어부(60), 상기 합성 가스 제어부에서 잉여 수소를 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC)에 저장하여 H2/CO 몰비를 제어하는 수소화 반응 제어부(70), 상기 수소화 반응부로부터 공급받은 액상유기수소운반체를 저장하는 액상수소 저장부(80), 상기 액상수소 저장부의 액상유기수소운반체를 공급받고 상기 개질부의 폐열을 반응열로 이용하여 상기 액상유기수소운반체로부터 수소를 분리하는 탈수소화 반응부(90) 및 상기 합성 가스 제어부 및 수소화 반응 제어부로부터 특정 H2/CO/CO2 몰비로 조절된 합성 가스를 공급받아 피셔-트롭시 반응을 일으켜 청정원료를 생산하는 피셔-트롭시 반응부(100)를 포함한다.Figure 1 schematically shows a clean fuel and hydrogen production complex energy system using a reforming process and a liquid organic hydrogen carrier according to the present invention. With reference to this, the complex system includes a gas/liquid separation unit 20 that separates raw material gas 10 containing at least hydrocarbons into hydrocarbons with a carbon number of 1 to 4 and hydrocarbons with a carbon number of 5 or more, the gas/liquid separation unit A gas separation unit (30) that receives hydrocarbons with a carbon number of 1 to 4 from (20) and separates them into hydrocarbons with a carbon number of 1 to 2 and hydrocarbons with a carbon number of 3 to 4, from the gas separation unit to a hydrocarbon with a carbon number of 1 to 2. A pre-reforming unit 40 that receives phosphorus hydrocarbons and performs a reforming reaction with steam, a reforming unit 50 that receives the products of the pre-reforming unit and performs an additional reforming reaction to produce a synthetic gas containing hydrogen and carbon monoxide, the synthetic gas A synthesis gas control unit 60 that removes water ( H2O ) and then removes a certain amount of carbon dioxide (CO 2 ), and stores excess hydrogen in the synthesis gas control unit in a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) to produce H 2 A hydrogenation reaction control unit 70 that controls the /CO molar ratio, a liquid hydrogen storage unit 80 that stores the liquid organic hydrogen carrier supplied from the hydrogenation reaction unit, and a reforming unit that receives the liquid organic hydrogen carrier from the liquid hydrogen storage unit. Synthetic gas adjusted to a specific H 2 /CO/CO 2 molar ratio is supplied from the dehydrogenation reaction unit 90, which separates hydrogen from the liquid organic hydrogen carrier using waste heat as reaction heat, and the synthesis gas control unit and hydrogenation reaction control unit. It includes a Fischer-Tropsch reaction unit 100 that produces clean raw materials by causing a Fischer-Tropsch reaction.

이하, 상기 복합 에너지 시스템의 각 구성을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each configuration of the complex energy system will be described in detail.

상기 원료 가스(10)는 천연가스(Natural Gas), 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG), 액화 석유 가스(Liquefied Petroleum Gas, LPG) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 원료 가스(10)는 한계가스전에서 보유하고 있는 천연가스(Associated Gas 혹은 Stranded gas)를 사용할 수 있다.The raw material gas 10 may include at least one selected from the group consisting of natural gas, liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), and combinations thereof. You can. In addition, the raw material gas 10 may be natural gas (Associated Gas or Stranded gas) held in a marginal gas field.

상기 원료 가스(10)는 상기 가스/액체 분리부(20) 및 상기 가스 분리부(30)를 거쳐 탄소 수 5 이상의 탄화수소(C5+ condensate), 탄소 수 3~4인 탄화수소(LPG) 및 탄소 수 1~2의 탄화수소(메탄, 에탄)로 분리된다. The raw material gas 10 passes through the gas/liquid separation unit 20 and the gas separation unit 30 to produce hydrocarbons having a carbon number of 5 or more (C 5+ condensate), hydrocarbons having a carbon number of 3 to 4 (LPG), and carbon. It is separated into hydrocarbons of numbers 1 to 2 (methane, ethane).

상기 탄소 수 5 이상의 탄화수소는 액상 컨덴세이트(C5+ condensate)로 저장되고, 상기 탄소 수 3~4인 탄화수소는 후술할 LPG 저장부에 저장되며, 상기 탄소 수 1~2인 탄화수소는 수소의 제조를 위해 상기 선개질부(40)에 제공된다.The hydrocarbons having a carbon number of 5 or more are stored as liquid condensate (C 5+ condensate), the hydrocarbons having a carbon number of 3 to 4 are stored in an LPG storage unit to be described later, and the hydrocarbons having a carbon number of 1 to 2 are used for the production of hydrogen. It is provided in the wire reforming unit 40 for this purpose.

상기 선개질부(40)는 수분 및/또는 수증기를 공급하는 수증기 공급 라인을 포함하고 상기 탄소 수 1~2인 탄화수소 중 일부의 개질 반응을 진행하여 후단의 개질부(50)에서 진행할 때 필요 이상의 수증기의 양과 탄소의 생성을 줄이는데 기여할 수 있다.The pre-reforming unit 40 includes a water vapor supply line that supplies moisture and/or water vapor, and when a reforming reaction of some of the hydrocarbons having 1 to 2 carbon atoms is carried out in the rear reforming unit 50, more than necessary It can contribute to reducing the amount of water vapor and the production of carbon.

상기 개질부(50)는 상기 선개질부(40)의 생성물을 공급받아 하기와 같은 추가적인 탄화수소의 수증기 개질 반응을 일으키는 구성이다. 상기 개질부(50)에서 배출되는 합성 가스는 적어도 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4) 및 수증기(H2O)를 포함할 수 있다.The reforming unit 50 is configured to receive the product of the pre-reforming unit 40 and cause a steam reforming reaction of additional hydrocarbons as described below. The synthesis gas discharged from the reforming unit 50 may include at least hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and water vapor (H 2 O).

CmHn + mH2O → mCO + (m+n)/2H2 --- (1)C m H n + mH 2 O → mCO + (m+n)/2H 2 --- (1)

CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O --- (2)CO + 3H 2 ↔ CH 4 + H 2 O --- (2)

CO + H2O ↔ CO2 + H2 --- (3)CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 --- (3)

상기 개질부(50)는 상기 탄소 수 1~2인 탄화수소를 개질 촉매 상에 접촉시키고 수증기 개질 반응을 일으켜 수소를 고농도로 함유하는 수소 풍부 합성 가스를 생산한다. 상기 개질 촉매는 니켈(Nickel) 또는 루테늄(Ruthenium) 등의 금속을 알루미나(Alumina), 실리카(Silica) 그리고 마그네슘 알루미네이트(Magnesium Aluminate) 등의 특수한 모형 혹은 구형 등의 모형을 가진 담체에 담지한 촉매 등을 포함할 수 있다.The reforming unit 50 contacts the hydrocarbon having 1 to 2 carbon atoms on a reforming catalyst and causes a steam reforming reaction to produce hydrogen-rich synthesis gas containing a high concentration of hydrogen. The reforming catalyst is a catalyst in which a metal such as nickel or ruthenium is supported on a carrier having a special shape such as alumina, silica, and magnesium aluminate or a spherical shape. It may include etc.

상기 탄화수소의 수증기 개질 반응의 수소 생성율을 높이기 위해 상기 개질부(50)의 온도를 600℃ 내지 900℃로 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 합성 가스는 상기 개질부(50)를 통과하였을 때 그 온도가 750℃ 내지 850℃가 바람직하다. In order to increase the hydrogen production rate of the steam reforming reaction of hydrocarbons, it may be desirable to maintain the temperature of the reforming unit 50 at 600°C to 900°C. When the synthesis gas passes through the reforming unit 50, the temperature is preferably between 750°C and 850°C.

상기 합성가스는 열교환기를 통과해 온도를 낮춰서 합성 가스 제어부(60)로 공급되며 열교환기에서 얻은 열은 수소화 반응 제어부(70)와 탈수소화 반응부(90)으로 제공되어 반응열로 사용될 수 있다.The synthesis gas passes through a heat exchanger, lowers its temperature, and is supplied to the synthesis gas control unit 60. The heat obtained from the heat exchanger is provided to the hydrogenation reaction control unit 70 and the dehydrogenation reaction unit 90 and can be used as reaction heat.

상기 선개질부(40)와 상기 개질부(50)는 일체형 구조의 반응기일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 선개질부(40)와 상기 개질부(50)는 물리적으로 분리되어 있는 별도의 장치일 수도 있다.The pre-reforming unit 40 and the reforming unit 50 may be reactors of an integrated structure. However, the present invention is not limited to this, and the pre-reforming unit 40 and the reforming unit 50 may be physically separate devices.

상기 합성 가스 제어부(60)는 피셔-트롭시 반응에 적합하도록 물(H2O)은 제거하고 일정량의 CO2를 제거한 다음 수소화 반응 제어부(70)로 공급하고, 수소화 반응 제어부(70)로부터 H2/CO 몰비가 제어된 합성가스를 받아 피셔-트롭시 반응부(100)에 공급할 수 있다. The synthesis gas control unit 60 removes water (H 2 O) and a certain amount of CO 2 to be suitable for the Fischer-Tropsch reaction and supplies it to the hydrogenation reaction control unit 70, and H from the hydrogenation reaction control unit 70. Synthesis gas with a controlled 2 /CO molar ratio can be received and supplied to the Fischer-Tropsch reaction unit 100.

상기 합성 가스 제어부(60)는 피셔-트롭시 반응에 적합하도록 물(H2O)은 제거하고 일정량의 CO2를 제거한 다음 상기 합성 가스의 H2/CO 몰 비를 0.5 내지 2로 조절할 수도 있다(Fe계 촉매상에서는 0.5~1.5, Co계 촉매상에서는 2). 상기 합성 가스 중 잉여 수소는 수소화 반응 제어부(70)로 유입되고 액상화합물 상태로 변환되어 저장될 수 있다.The synthesis gas control unit 60 may remove water (H 2 O) and a certain amount of CO 2 to suit the Fischer-Tropsch reaction, and then adjust the H 2 /CO molar ratio of the synthesis gas to 0.5 to 2. (0.5~1.5 on Fe-based catalyst, 2 on Co-based catalyst). Excess hydrogen in the synthesis gas may flow into the hydrogenation reaction control unit 70 and be converted to a liquid compound state and stored.

상기 수소화 반응 제어부(70)는 피셔-트롭시 반응을 위한 H2/CO 몰비를 제어하기 위해 잉여 수소는 LOHC 공정을 통해 액상으로 변환하여 분리/저장하여 H2/CO 몰비를 제어하고, 다시 합성 가스 제어부로 보내 피셔-트롭시 반응의 원료로 사용될 수 있다. 액상으로 저장된 수소는 다시 탈수소화 반응을 진행하여 Upgrading 공정에 활용하거나 수소 수요처(수소스테이션, 연료전지, 액상 수소 등)에 공급할 수 있다. 따라서 기존의 PSA 공정에 의한 H2/CO 몰비 제어 공정보다 적은 에너지 비용과 적은 공간에서 수소를 효율적으로 분리하여 H2/CO 몰비를 조절할 수 있고 저장할 수 있다. In order to control the H 2 /CO molar ratio for the Fischer-Tropsch reaction, the hydrogenation reaction control unit 70 converts excess hydrogen into a liquid phase through the LOHC process and separates/stores it to control the H 2 /CO molar ratio, and then synthesizes it again. It can be sent to the gas control unit and used as a raw material for the Fischer-Tropsch reaction. Hydrogen stored in liquid form can undergo a dehydrogenation reaction again and be used in the upgrading process or supplied to hydrogen consumers (hydrogen stations, fuel cells, liquid hydrogen, etc.). Therefore, the H 2 /CO molar ratio can be controlled and stored by efficiently separating hydrogen in less space and with less energy cost than the H 2 /CO molar ratio control process by the existing PSA process.

상기 수소화 반응 제어부(70)에서는 수소를 저장할 수 있는 상태의 액상유기수소운반체(H0LOHC)에 수소 또는 합성가스를 공급하여 수소 수용치가 소정 수준에 도달한 액상유기수소운반체(HnLOHC)가 될 때까지 수소화 반응을 수행하여 H2/CO 몰비를 제어하고 그 이외의 가스는 합성가스 제어부로 순환시킬 수 있다. The hydrogenation reaction control unit 70 supplies hydrogen or synthesis gas to the liquid organic hydrogen carrier (H 0 LOHC) in a state capable of storing hydrogen, so that the liquid organic hydrogen carrier (H n LOHC) whose hydrogen acceptance level has reached a predetermined level is The H 2 /CO molar ratio can be controlled by performing a hydrogenation reaction until it is achieved, and other gases can be circulated to the synthesis gas control unit.

상기 액상유기수소운반체의 수소 수용치는 최대 수소 저장 용량 대비 수소가 50 내지 100% 수준일 수 있다. 상기 소정 수준의 수소 수용치는 본 발명의 시스템의 구성에 따라 유연성 있게 설계될 수 있다.The hydrogen acceptance value of the liquid organic hydrogen carrier may be 50 to 100% of the maximum hydrogen storage capacity. The predetermined level of hydrogen acceptance can be flexibly designed according to the configuration of the system of the present invention.

상기 수소화 반응 제어부(70)에서 수소 수용치가 소정 수준에 도달한 액상유기수소운반체(HnLOHC)는 액상수소 저장부(80)로 이동될 수 있다.The liquid organic hydrogen carrier (H n LOHC) whose hydrogen acceptance value has reached a predetermined level in the hydrogenation reaction control unit 70 may be moved to the liquid hydrogen storage unit 80.

상기 액상수소 저장부(80)에 저장되어 있는 수소를 포함한 액상유기수소운반체는 수소의 수요가 발생할 때 탈수소화 반응부(90)로 유입되어 저장된 수소를 압축한 후 Upgrading 공정에 사용되거나 액상수소 상태로 다른 수요처(수소스테이션, 연료전지발전 및 On-site 발전, 액체수소 plant 등)로 이동될 수 있다.The liquid organic hydrogen carrier containing hydrogen stored in the liquid hydrogen storage unit 80 flows into the dehydrogenation reaction unit 90 when demand for hydrogen occurs, compresses the stored hydrogen, and is then used in the upgrading process or in a liquid hydrogen state. It can be moved to other demand sources (hydrogen station, fuel cell power generation and on-site power generation, liquid hydrogen plant, etc.).

상기 탈수소화 반응부(90)는 250℃ 내지 300℃의 작동 온도, 1 bar 내지 5 bar의 압력 및 촉매 환경하에서 흡열반응인 탈수소화 반응을 일으키는 구성일 수 있다. 상기 탈수소화 반응을 통해 수소를 포함하는 액상유기수소운반체(HnLOHC)에서 수소가 방출되며, 수소를 저장할 수 있는 상태의 액상유기수소운반체(H0LOHC)로 전환될 수 있다.The dehydrogenation reaction unit 90 may be configured to cause an endothermic dehydrogenation reaction under an operating temperature of 250°C to 300°C, a pressure of 1 bar to 5 bar, and a catalytic environment. Through the dehydrogenation reaction, hydrogen is released from the liquid organic hydrogen carrier (H n LOHC) containing hydrogen, and can be converted into a liquid organic hydrogen carrier (H 0 LOHC) capable of storing hydrogen.

또한, 상기 수소화 반응 제어부(70)와 탈수소화 반응부(90)는 반응에 필요한 열을 상기 개질부(50)에서 발생하는 열로부터 제공받을 수 있다. 상기 개질부(50)에서 일어나는 수소와 일산화탄소의 반응은 흡열 반응이기에 탄화수소의 연소반응에 의해 열을 공급하고 폐열을 후자의 반응에 이용할 수 있다. 열 교환의 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 개질부(50)와 수소화 반응 제어부(70) 및 탈수소화 반응부(90)를 공간적으로 인접한 위치에 배치하거나, 양 구성 간에 열을 전달할 수 있는 유체를 사용할 수 있다.In addition, the hydrogenation reaction control unit 70 and the dehydrogenation reaction unit 90 can receive heat necessary for the reaction from the heat generated in the reforming unit 50. Since the reaction between hydrogen and carbon monoxide that occurs in the reforming unit 50 is an endothermic reaction, heat can be supplied through the combustion reaction of hydrocarbons and waste heat can be used for the latter reaction. The method of heat exchange is not particularly limited, and the reforming unit 50, the hydrogenation reaction control unit 70, and the dehydrogenation reaction unit 90 may be placed in spatially adjacent positions, or a fluid capable of transferring heat between the two components may be used. You can use it.

상기 수소화 반응 제어부(70)와 탈수소화 반응부(90)에서 수소화 및 탈수소화에 사용된 금속 함유 촉매는, 다공성 무극성 운반체 상에서 미세하게 분포된 형태의 금속인 팔라듐, 니켈, 백금, 이리듐, 루테늄, 코발트, 로듐, 구리, 금, 레늄, 및 철 중 하나 이상을 포함하는 같거나 서로 다른 고형 촉매이다.The metal-containing catalyst used for hydrogenation and dehydrogenation in the hydrogenation reaction control unit 70 and the dehydrogenation reaction unit 90 includes palladium, nickel, platinum, iridium, ruthenium, which are metals finely distributed on a porous non-polar carrier. The same or different solid catalysts containing one or more of cobalt, rhodium, copper, gold, rhenium, and iron.

상기 피셔-트롭시 반응부(100)는 합성 가스 제어부(60)와 수소화 반응 제어부(70)에서 최적의 H2/CO/CO2 몰 비로 조정된 합성 가스를 제공받아 피셔-트롭시 반응을 일으켜 청정연료를 생산하는 구성이다. The Fischer-Tropsch reaction unit 100 receives synthesis gas adjusted to an optimal H 2 /CO/CO 2 molar ratio from the synthesis gas control unit 60 and the hydrogenation reaction control unit 70, thereby causing a Fischer-Tropsch reaction. It is designed to produce clean fuel.

상기 피셔-트롭시 반응부(100)의 생성물은 가스/액체/고체 분리부(110)에서 최종 생산물로 분리되어 저장 및/또는 특정 수요에 공급된다. 구체적으로 가스/액체/고체 분리부(110)는 상기 생성물을 LPG, 가솔린, 중간 유분 및 왁스로 분리할 수 있다.The products of the Fischer-Tropsch reaction unit 100 are separated into final products in the gas/liquid/solid separation unit 110 and stored and/or supplied to specific needs. Specifically, the gas/liquid/solid separation unit 110 can separate the product into LPG, gasoline, middle oil, and wax.

또한, 상기 복합 에너지 시스템은 상기 가스/액체/고체 분리부(110)로부터 배출되는 LPG를 저장하는 LPG 저장부(120), 상기 가솔린을 저장하는 가솔린 저장부(130), 상기 중간 유분을 저장하는 중간 유분 저장부(150) 및 상기 왁스를 저장하는 왁스 저장부(170)를 포함할 수 있다.In addition, the combined energy system includes an LPG storage unit 120 for storing LPG discharged from the gas/liquid/solid separation unit 110, a gasoline storage unit 130 for storing the gasoline, and a storage unit for storing the intermediate oil. It may include an intermediate oil storage unit 150 and a wax storage unit 170 for storing the wax.

상기 LPG 저장부(120)에는 상기 가스/액체/고체 분리부(110)에서 유입된 LPG뿐 아니라 전술한 가스 분리부(30)에서 분리된 탄소 수 3~4인 탄화수소도 공급받아 저장할 수 있다.The LPG storage unit 120 can receive and store not only LPG flowing in from the gas/liquid/solid separation unit 110 but also hydrocarbons having 3 to 4 carbon atoms separated in the above-mentioned gas separation unit 30.

상기 가솔린 저장부(130)에 저장된 가솔린은 주유소(140) 등의 수요처로 공급될 수 있고, 상기 중간 유분 저장부(150)에 저장된 중간 유분은 고부가가치 제품(160)을 생산하기 위한 원료로 사용될 수 있다.Gasoline stored in the gasoline storage unit 130 can be supplied to demand sources such as gas stations 140, and the middle oil stored in the middle oil storage unit 150 can be used as a raw material for producing high value-added products 160. You can.

상기 복합 에너지 시스템은 상기 피셔-트롭시 반응부(100)의 생성물 중 왁스를 상기 왁스 저장부(170)로부터 공급받고, 상기 탈수소화 반응부(90)로부터 공급받은 수소와 반응시켜 LPG, 가솔린 및 중질유 등의 청정연료를 생산하는 업그레이드부(180)를 포함할 수 있다.The combined energy system receives wax among the products of the Fischer-Tropsch reaction unit 100 from the wax storage unit 170 and reacts it with hydrogen supplied from the dehydrogenation reaction unit 90 to produce LPG, gasoline, and It may include an upgrading unit 180 that produces clean fuel such as heavy oil.

상기 업그레이드부(180)에서 배출되는 청정연료들은 각 저장부(120, 130, 150, 170)에 저장될 수 있다. 이때, 탄소 수 1~2의 탄화수소는 개질부(50)의 반응온도 유지를 위한 연료로 사용될 수 있다.Clean fuel discharged from the upgrading unit 180 may be stored in each storage unit (120, 130, 150, and 170). At this time, hydrocarbons having 1 to 2 carbon atoms can be used as fuel to maintain the reaction temperature of the reforming unit 50.

상기 복합 에너지 시스템을 통해 청정연료와 수소를 생산 및 저장하는 전체적인 과정을 원료 가스(10)의 흐름으로 설명하면 다음과 같다.The overall process of producing and storing clean fuel and hydrogen through the complex energy system is explained in terms of the flow of raw material gas 10 as follows.

원료 가스(10)를 가스/액체 분리부(20)로 공급하여 원료 가스(10)로부터 탄소 수 5 이상의 탄화수소를 분리하고, 가스 분리부(30)을 통해 탄소 수 3~4인 탄화수소를 분리한다. 이에 수증기를 첨가하여 선개질부(40)를 거쳐 일부 탄화수소를 개질 반응에 참여시키고, 그 후 추가 수증기를 첨가하여 개질부(50)로 보내 추가적인 개질 반응을 완료한다. 개질부(50)에서 생산된 합성 가스는 H2/CO 몰 비를 2 또는 1 이하로 조정한 후 피셔-트롭시 반응부(100)에서 피셔-트롭시 반응을 일으켜 청정연료를 생산하고 이들을 저장 및/또는 특정 수요에 공급한다. 그 과정에서 발생하는 잉여 수소는 LOHC에 저장 후 다시 수소로 분리시켜서 Upgrading 공정에 활용하거나 수소차, 연료전지 등에 공급되거나 액체수소 현태로 압축 후 압축 수소로 수요처로 공급될 수 있다. 추가적으로 탈수소화 반응부(90)에서 방출되는 수소를 이용하여 피셔-트롭시 반응의 생성물 중 왁스의 수소첨가분해 반응을 일으켜 이를 청정연료로 Upgrading시킬 수 있다.The raw material gas 10 is supplied to the gas/liquid separation unit 20 to separate hydrocarbons with a carbon number of 5 or more from the raw material gas 10, and the hydrocarbons with a carbon number of 3 to 4 are separated through the gas separation unit 30. . Steam is added to cause some hydrocarbons to participate in the reforming reaction through the pre-reforming unit 40, and then additional steam is added and sent to the reforming unit 50 to complete the additional reforming reaction. The synthesis gas produced in the reforming unit 50 adjusts the H 2 /CO molar ratio to 2 or 1 or less, then causes a Fischer-Tropsch reaction in the Fischer-Tropsch reaction unit 100 to produce clean fuel and store it. and/or supply to specific needs. Excess hydrogen generated in the process can be stored in LOHC and then separated into hydrogen and used in the upgrading process, supplied to hydrogen vehicles, fuel cells, etc., or compressed in liquid hydrogen form and supplied to consumers as compressed hydrogen. Additionally, the hydrogen released from the dehydrogenation reaction unit 90 can be used to cause a hydrogenolysis reaction of wax among the products of the Fischer-Tropsch reaction, thereby upgrading it into clean fuel.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다. As the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and modifications by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following patent claims are made. Improved forms are also included in the scope of the present invention.

10: 원료 가스 20: 가스/액체 분리부 30: 가스 분리부
40: 선개질부 50: 개질부 60: 합성 가스 제어부
70: 수소화 반응 제어부 80: 액상수소 저장부 90: 탈수소화 반응부
100: 피셔-트롭시 반응부 110: 가스/액체/고체 분리부
120: LPG 저장부 130: 가솔린 140: 주유소 150: 중간 유분 저장부
160: 고부가가치 제품 170: 왁스 저장부 180: 업그레이드부
10: Raw material gas 20: Gas/liquid separation unit 30: Gas separation unit
40: pre-reforming unit 50: reforming unit 60: synthesis gas control unit
70: Hydrogenation reaction control unit 80: Liquid hydrogen storage unit 90: Dehydrogenation reaction unit
100: Fischer-Tropsch reaction unit 110: Gas/liquid/solid separation unit
120: LPG storage unit 130: Gasoline 140: Gas station 150: Intermediate oil storage unit
160: High value-added product 170: Wax storage unit 180: Upgrade unit

Claims (10)

적어도 탄화수소를 포함하는 원료 가스를 탄소 수 1~4인 탄화수소와 탄소 수 5 이상인 탄화수소로 분리하는 가스/액체 분리부;
상기 가스/액체 분리부로부터 탄소 수 1~4인 탄화수소를 공급받고 이를 탄소 수 1~2인 탄화수소와 탄소 수 3~4인 탄화수소로 분리하는 가스 분리부;
상기 가스 분리부로부터 탄소 수 1~2인 탄화수소를 공급받고 이의 일부를 수증기와 개질 반응시키는 선개질부;
상기 선개질부의 생성물을 공급받아 추가적인 개질 반응을 일으켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성 가스를 생성하는 개질부;
상기 합성 가스 중의 물을 분리한 다음 H2/CO 몰비를 조절하고 일정량의 이산화탄소(CO2)를 제거하는 합성 가스 제어부;
상기 합성 가스 제어부에서 잉여 수소를 액상유기수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC)에 저장하여 H2/CO 몰비를 조절하는 수소화 반응 제어부; 및
상기 합성 가스 제어부로부터 H2/CO/CO2 몰비가 조절된 합성 가스를 공급받아 피셔-트롭시 반응을 일으키는 피셔-트롭시 반응부;를 포함하는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
A gas/liquid separation unit that separates raw material gas containing at least hydrocarbons into hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms and hydrocarbons having 5 or more carbon atoms;
A gas separation unit that receives hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms from the gas/liquid separation unit and separates them into hydrocarbons having 1 to 2 carbon atoms and hydrocarbons having 3 to 4 carbon atoms;
A pre-reforming unit that receives hydrocarbons having 1 to 2 carbon atoms from the gas separation unit and performs a reforming reaction with a portion of the hydrocarbons with steam;
A reforming unit that receives the product of the pre-reforming unit and performs an additional reforming reaction to produce a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide;
a synthesis gas control unit that separates water from the synthesis gas, then adjusts the H 2 /CO molar ratio and removes a certain amount of carbon dioxide (CO 2 );
A hydrogenation reaction control unit that stores excess hydrogen in the synthesis gas control unit in a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) to control the H 2 /CO molar ratio; and
A clean fuel and hydrogen production complex energy system comprising a Fischer-Tropsch reaction unit that receives synthesis gas with the H 2 /CO/CO 2 molar ratio adjusted from the synthesis gas control unit and causes a Fischer-Tropsch reaction.
제1항에 있어서,
상기 원료 가스는 천연가스(Natural Gas), 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG), 액화 석유 가스(Liquefied Petroleum Gas, LPG), 액상컨덴세이트(C5+ condensate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
According to paragraph 1,
The raw material gas is selected from the group consisting of natural gas, liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), liquid condensate (C 5+ condensate), and combinations thereof. A clean fuel and hydrogen production complex energy system including at least one selected.
제1항에 있어서,
상기 수소화 반응부로부터 공급받은 액상유기수소운반체를 저장하는 액상수소 저장부; 및
상기 액상수소 저장부의 액상유기수소운반체를 공급받고 상기 개질부에서 동반되는 폐열을 이용하여 상기 액상유기수소운반체로부터 수소를 분리하는 탈수소화 반응부;를 더 포함하는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
According to paragraph 1,
a liquid hydrogen storage unit that stores the liquid organic hydrogen carrier supplied from the hydrogenation reaction unit; and
A clean fuel and hydrogen production complex energy system further comprising a dehydrogenation reaction unit that receives the liquid organic hydrogen carrier from the liquid hydrogen storage unit and separates hydrogen from the liquid organic hydrogen carrier using waste heat accompanying the reforming unit.
제3항에 있어서,
상기 탈수소화 반응부로부터 공급받은 수소와 피셔-트롭시 반응의 Wax 생성물을 반응시켜 LPG, 가솔린 및 중간 유분의 청정연료를 생산하는 업그레이드부;를 더 포함하는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
According to paragraph 3,
An upgrading unit that reacts the hydrogen supplied from the dehydrogenation reaction unit with the Wax product of the Fischer-Tropsch reaction to produce clean fuel such as LPG, gasoline, and middle oil. A complex energy system for producing clean fuel and hydrogen, further comprising a.
제1항에 있어서,
상기 합성 가스 제어부는 개질부로부터 공급받은 합성 가스의 H2/CO 몰비를 2 또는 1 이하로 조절하기 위해, 그 과정에서 잉여 수소는 LOHC에 저장시켜서 H2/CO 몰비를 제어하는 수소화 반응 제어부로 제공하는 것을 특징으로 하는 청정연료 및 수소 생산 에너지 복합 시스템.
According to paragraph 1,
The synthesis gas control unit is a hydrogenation reaction control unit that controls the H 2 /CO molar ratio by storing excess hydrogen in LOHC in the process to control the H 2 /CO molar ratio of the synthesis gas supplied from the reforming unit to 2 or 1 or less. A clean fuel and hydrogen production energy complex system characterized by providing.
제1항에 있어서,
상기 피셔-트롭시 반응부의 생성물을 LPG, 가솔린, 중간 유분 및 왁스로 분리하는 가스/액체/고체 분리부를 더 포함하는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
According to paragraph 1,
A clean fuel and hydrogen production complex energy system further comprising a gas/liquid/solid separation unit for separating the products of the Fischer-Tropsch reaction unit into LPG, gasoline, middle oil, and wax.
제6항에 있어서,
상기 LPG를 저장하는 LPG 저장부,
상기 가솔린을 저장하는 가솔린 저장부,
상기 중간 유분을 저장하는 중간 유분 저장부 및
상기 왁스를 저장하는 왁스 저장부를 더 포함하는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
According to clause 6,
An LPG storage unit that stores the LPG,
A gasoline storage unit that stores the gasoline,
An intermediate oil storage unit that stores the intermediate oil and
A clean fuel and hydrogen production complex energy system further comprising a wax storage unit for storing the wax.
제7항에 있어서,
상기 가스 분리부에서 분리된 탄소 수 3~4인 탄화수소는 상기 LPG 저장부에 저장되는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
In clause 7,
A clean fuel and hydrogen production complex energy system in which hydrocarbons with 3 to 4 carbon atoms separated in the gas separation unit are stored in the LPG storage unit.
제1항 또는 제5항에 있어서,
LOHC에서 분리된 수소는 업그레이딩(Upgrading) 공정에 공급되거나 수소 사용처에 공급되어 적용되는 것을 특징으로 하는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
According to claim 1 or 5,
A clean fuel and hydrogen production complex energy system characterized in that hydrogen separated from LOHC is supplied to an upgrading process or supplied to a hydrogen user.
제1항에 있어서,
합성 가스의 H2/CO 몰비는 합성 가스 제어부에서 조절되어 피셔-트롭시 반응부에 공급되고 남은 잉여 수소는 수소화 반응 제어부에서 LOHC로 변환되거나 합성 가스 제어부에서 물과 이산화탄소가 일정량 제거된 합성 가스를 수소화 반응 제어부에서 수소화 반응을 진행하여 일정량의 수소를 액상으로 저장함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 청정연료 및 수소 생산 복합 에너지 시스템.
According to paragraph 1,
The H 2 /CO molar ratio of the synthesis gas is adjusted in the synthesis gas control unit and supplied to the Fischer-Tropsch reaction unit, and the remaining excess hydrogen is converted to LOHC in the hydrogenation reaction control unit or synthesized gas from which a certain amount of water and carbon dioxide has been removed in the synthesis gas control unit. A clean fuel and hydrogen production complex energy system that is controlled by performing a hydrogenation reaction in the hydrogenation reaction control unit and storing a certain amount of hydrogen in liquid form.
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