KR20240033947A - Production apparatus and method for high purity hydrogen using ammonia - Google Patents

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정운호
구기영
박용하
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 암모니아 분해 반응을 통해 암모니아를 분해하고, 상기 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 수소, 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 반응생성물을 배출하는 분해반응부와, 제1 암모니아 공급부로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 상기 분해반응부를 가열하는 연소부와, 제2 암모니아 공급부로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로부터 중간연결라인을 통해 공급된 암모니아를 예열(preheating)시키는 예열기를 구비하는 기화예열부와, 상기 중간연결라인으로 수소를 공급하는 수소공급부와, 상기 반응생성물로부터 고순도 수소를 분리 정제하는 흡착정제부를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 제공한다.One embodiment of the present invention includes a decomposition reaction unit for decomposing ammonia through an ammonia decomposition reaction and discharging reaction products containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction, and a first ammonia supply unit. A combustion unit that burns the supplied ammonia to heat the decomposition reaction unit, a vaporizer that vaporizes the liquid ammonia supplied from the second ammonia supply unit, and a preheater that preheats the ammonia supplied from the vaporizer through an intermediate connection line. Provided is a high-purity hydrogen production device using ammonia, including a vaporization preheating unit, a hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the intermediate connection line, and an adsorption purification unit for separating and purifying high-purity hydrogen from the reaction product.

Description

암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치 및 제조방법{Production apparatus and method for high purity hydrogen using ammonia}{Production apparatus and method for high purity hydrogen using ammonia}

본 발명은 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암모니아를 이용하여 고순도 수소를 제조하기 위한 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method, and more particularly, to a manufacturing apparatus and method for producing high purity hydrogen using ammonia.

암모니아 분해 반응은 2개의 암모니아 분자가 1개의 질소 분자 그리고 3개의 수소 분자로 분해되는 반응(NH3N2+3H2)이며, 흡열반응으로써, 약 46 kJ/mol의 열량을 필요로 한다. 이러한 암모니아 분해 반응을 통한 수소 제조 방식이, 일반 가스관련 산업분야, 또는 반도체 및 LCD 공장에서 필요한 고순도 수소를 제조하기 위해 널리 이용되고 있다.The ammonia decomposition reaction is a reaction in which two ammonia molecules are decomposed into one nitrogen molecule and three hydrogen molecules (NH3) N2+3H2), and as an endothermic reaction, it requires about 46 kJ/mol of heat. This method of producing hydrogen through ammonia decomposition reaction is widely used to produce high-purity hydrogen needed in general gas-related industries or semiconductor and LCD factories.

일반적으로, 암모니아 분해 반응을 통해 수조 제조 시, 상온의 암모니아가 열교환을 통해 고온으로 예열된 후 분해반응기로 공급되는데, 이처럼 가열된 암모니아는, 질화 반응을 통해 금속 재질의 배관 및 분해반응기를 부식시켜 제조장치의 수명이 줄어드는 문제점이 존재한다. 더욱이, 예열기와, 예열기 후단에서 분해반응기까지 연결하는 배관 및 분해반응기가 지속적으로 고온의 암모니아에 노출됨으로써 질화가 진행되는 경우 심각한 부식 문제가 발생할 수 있다.Generally, when manufacturing a water tank through an ammonia decomposition reaction, ammonia at room temperature is preheated to a high temperature through heat exchange and then supplied to the decomposition reactor. The ammonia heated in this way corrodes the metal pipes and decomposition reactor through a nitriding reaction. There is a problem that the lifespan of the manufacturing device is shortened. Moreover, if nitrification progresses as the preheater, the piping connecting the preheater to the decomposition reactor, and the decomposition reactor are continuously exposed to high temperature ammonia, serious corrosion problems may occur.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 암모니아 분해반응을 이용한 수소 생산 공정에서, 고온의 암모니아에 의해, 예열기 및 예열기와 분해반응기를 연결하는 배관의 부식 발생을 방지할 뿐만 아니라, 이러한 배관을 통해 고온의 암모니아가 유입되는 분해반응기에서 발생하는 부식 문제(즉, 분해반응기를 구성하는 금속 재질의 반응기 본체, 분해방응기 내의 충진물 및 촉매 등의 부식)를 해결 가능한, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to not only prevent corrosion of the preheater and the pipes connecting the preheater and the decomposition reactor due to high temperature ammonia in the hydrogen production process using the ammonia decomposition reaction, but also to prevent high temperature ammonia from occurring through these pipes. A device and method for producing high-purity hydrogen using ammonia that can solve corrosion problems occurring in a decomposition reactor into which ammonia flows (i.e., corrosion of the metal reactor body constituting the decomposition reactor, filling materials and catalysts in the decomposition reactor) is to provide.

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.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조 장치는, 암모니아 분해 반응을 통해 암모니아를 분해하고, 상기 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 수소, 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 반응생성물을 배출하는 분해반응부와, 제1 암모니아 공급부로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 상기 분해반응부를 가열하는 연소부와, 제2 암모니아 공급부로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로부터 중간연결라인을 통해 공급된 암모니아를 예열(preheating)시키는 예열기를 구비하는 기화예열부와, 상기 중간연결라인으로 수소를 공급하는 수소공급부와, 상기 반응생성물로부터 고순도 수소를 분리 정제하는 흡착정제부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a high-purity hydrogen production device using ammonia according to an embodiment of the present invention decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction, and produces hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia from the ammonia decomposition reaction. a decomposition reaction unit that discharges a reaction product containing a decomposition reaction unit, a combustion unit that heats the decomposition reaction unit by burning the ammonia supplied from the first ammonia supply unit, a vaporizer that vaporizes the liquid ammonia supplied from the second ammonia supply unit, and A vaporization preheating unit including a preheater for preheating ammonia supplied from the vaporizer through an intermediate connection line, a hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the intermediate connection line, and an adsorption purification unit for separating and purifying high purity hydrogen from the reaction product. May include wealth.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소공급부는, 상기 분해반응부의 후단과, 상기 흡착정제부의 전단 또는 후단과, 분리, 정제된 고순도 수소가 저장된 수소저장부 중 어느 하나에 배치되는 내부공급부 및 상기 반응생성물, 상기 암모니아 및 상기 고순도 수소가 통과하는 연결라인 외부에 배치된 외부공급부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen supply unit includes an internal supply unit disposed at any one of the rear end of the decomposition reaction unit, the front or rear end of the adsorption purification unit, and the hydrogen storage unit where separated and purified high-purity hydrogen is stored. It may include at least one of an external supply unit disposed outside the connection line through which the reaction product, the ammonia, and the high-purity hydrogen pass.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 내부공급부는, 상기 분해반응부로부터 배출된 반응생성물의 일부를, 상기 중간연결라인으로 공급하는 제1 공급부와, 상기 흡착정제부로 공급되는 반응생성물의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제2 공급부와, 상기 흡착정제부에서 분리, 정제되어 배출되는 고순도 수소의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제3 공급부와, 상기 수소저장부에 저장된 고순도 수소의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제4 공급부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the internal supply unit includes a first supply unit that supplies a part of the reaction product discharged from the decomposition reaction unit to the intermediate connection line, and a part of the reaction product supplied to the adsorption purification unit. A second supply part that supplies to the intermediate connection line, a third supply part that supplies a part of the high-purity hydrogen separated, purified and discharged from the adsorption purification unit to the intermediate connection line, and a part of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage part. It may include at least one of the fourth supply units that supply to the intermediate connection line.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소공급부는, 상기 중간연결라인과 상이한 위치에 배치된 수소유입지점으로 수소를 공급할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen supply unit may supply hydrogen to a hydrogen inflow point located at a different location from the intermediate connection line.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소유입지점은 서로 다른 복수개로 구비되며, 상기 수소공급부는, 복수개의 상기 수소유입지점 중 적어도 하나로, 수소를 공급할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen inflow points are provided in a plurality of different ways, and the hydrogen supply unit may supply hydrogen to at least one of the plurality of hydrogen inflow points.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소유입지점은, 상기 제2 암모니아 공급부와 상기 기화기를 연결하는 제1 공급라인과 연결되는 제1 유입지점과, 상기 예열기와 상기 분해반응부를 연결하는 제2 공급라인과 연결되는 제2 유입지점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen inflow point is a first inlet point connected to the first supply line connecting the second ammonia supply part and the vaporizer, and a second supply point connecting the preheater and the decomposition reaction part. It may include at least one of the second inflow points connected to the line.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조 방법은, 기화기가, 제2 암모니아 공급부로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시켜 기상 암모니아를 생성하는 단계와, 수소공급부가, 상기 기화기와 예열기를 연결하는 중간연결라인으로 수소를 공급하는 단계와, 연소부가, 제1 암모니아 공급부로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 상기 분해반응부를 가열하는 단계와, 상기 예열기가, 상기 기상 암모니아를 예열하여 분해반응부로 공급하는 단계와, 상기 분해반응부가, 암모니아 분해 반응을 통해 암모니아를 분해하여 수소, 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 반응생성물을 배출하는 단계와, 흡착정제부가, 상기 반응생성물로부터 질소 및 미반응 암모니아를 흡착 제거하여, 고순도 수소를 분리 정제하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a method for producing high-purity hydrogen using ammonia according to an embodiment of the present invention includes the steps of a vaporizer generating gaseous ammonia by vaporizing liquid ammonia supplied from a second ammonia supply unit, and supplying hydrogen. Additionally, supplying hydrogen to an intermediate connection line connecting the vaporizer and the preheater, a combustion unit burning ammonia supplied from the first ammonia supply unit, and heating the decomposition reaction unit, the preheater comprising: A step of preheating ammonia and supplying it to a decomposition reaction unit, the decomposition reaction unit decomposing ammonia through an ammonia decomposition reaction and discharging a reaction product containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia, and an adsorption purification unit performing the reaction. It may include the step of adsorbing and removing nitrogen and unreacted ammonia from the product to separate and purify high-purity hydrogen.

본 발명의 실시예에 있어서, 내부공급부가, 상기 중간연결라인으로 반응생성물 또는 수소를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the internal supply unit may further include supplying a reaction product or hydrogen to the intermediate connection line.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 내부공급부는, 상기 분해반응부로부터 배출된 반응생성물의 일부를, 상기 중간연결라인으로 공급하는 제1 공급부와, 상기 흡착정제부로 공급되는 반응생성물의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제2 공급부와, 상기 흡착정제부에서 분리, 정제된 고순도 수소의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제3 공급부와, 수소저장부에 저장된 고순도 수소의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제4 공급부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the internal supply unit includes a first supply unit that supplies a part of the reaction product discharged from the decomposition reaction unit to the intermediate connection line, and a part of the reaction product supplied to the adsorption purification unit. A second supply unit supplies a portion of the high-purity hydrogen separated and purified in the adsorption purification unit to the intermediate connection line, and a third supply unit supplies a portion of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage unit to the intermediate connection line. It may include at least one of the fourth supply units that supply to the line.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소공급부가, 상기 중간연결라인과 상이한 위치에 배치된 수소유입지점으로 수소를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen supply unit may further include supplying hydrogen to a hydrogen inflow point located at a different location from the intermediate connection line.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소유입지점은, 상기 제2 암모니아 공급부와 상기 기화기를 연결하는 제1 공급라인과 연결되는 제1 유입지점과, 상기 예열기와 상기 분해반응부를 연결하는 제2 공급라인과 연결되는 제2 유입지점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen inflow point is a first inlet point connected to the first supply line connecting the second ammonia supply part and the vaporizer, and a second supply point connecting the preheater and the decomposition reaction part. It may include at least one of the second inflow points connected to the line.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조 장치는, 암모니아 분해 반응을 통해 암모니아를 분해하고, 상기 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 수소, 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 반응생성물을 배출하는 분해반응부와, 제1 암모니아 공급부로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 상기 분해반응부를 가열하는 연소부와, 제2 암모니아 공급부로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로부터 중간연결라인을 통해 공급된 암모니아를 예열(preheating)시키는 예열기를 구비하는 기화예열부와, 예열된 암모니아 중 일부를 촉매반응을 통해 분해하여, 수소를 생산하는 촉매반응부와, 상기 반응생성물로부터 고순도 수소를 분리, 정제하는 흡착정제부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a high-purity hydrogen production device using ammonia according to another embodiment of the present invention decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction, and produces hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia from the ammonia decomposition reaction. a decomposition reaction unit that discharges a reaction product containing a decomposition reaction unit, a combustion unit that heats the decomposition reaction unit by burning the ammonia supplied from the first ammonia supply unit, a vaporizer that vaporizes the liquid ammonia supplied from the second ammonia supply unit, and A vaporization preheating unit including a preheater for preheating ammonia supplied from the vaporizer through an intermediate connection line, a catalytic reaction unit for decomposing some of the preheated ammonia through a catalytic reaction to produce hydrogen, and the reaction product It may include an adsorption purification unit that separates and purifies high purity hydrogen.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 촉매반응부에서 생산된 수소와 질소는, 미반응 암모니아와 함께 상기 분해반응부로 공급될 수 있다.In an embodiment of the present invention, hydrogen and nitrogen produced in the catalytic reaction unit may be supplied to the decomposition reaction unit along with unreacted ammonia.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 촉매반응은, 상기 예열기에 의해 가열된 암모니아에 포함된 열에너지를 이용하여 진행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the catalytic reaction may be carried out using the heat energy contained in ammonia heated by the preheater.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 촉매반응은, 전기 가열 방식을 이용하여 진행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the catalytic reaction may be carried out using an electric heating method.

본 발명에 실시예들에 따른 고순도 수소 제조 장치 및 제조 방법은, 분해반응부의 후단, 흡착정제부의 전단 또는 후단, 그리고 수소저장부로부터 기화기와 예열기 사이로 수소를 추가 공급함으로써 고온의 기상 암모니아에 의한, 예열기, 분해반응부 및 예열기 후단과 분해반응부를 연결하는 배관의 부식 발생을 억제할 수 있다. 또한, 기화기와 예열기 사이 외에, 수소유입지점들로 수소를 추가 공급함으로써 고온의 기상 암모니아에 의한, 분해반응부의 부식을 방지할 수 있다.The high-purity hydrogen production device and production method according to embodiments of the present invention additionally supplies hydrogen from the rear end of the decomposition reaction section, the front end or rear end of the adsorption purification section, and the hydrogen storage section between the vaporizer and the preheater, thereby producing a high-temperature gaseous ammonia. Corrosion in the preheater, decomposition reaction section, and piping connecting the rear end of the preheater and the decomposition reaction section can be suppressed. In addition, by additionally supplying hydrogen to hydrogen inlet points other than between the vaporizer and the preheater, corrosion of the decomposition reaction zone due to high-temperature gaseous ammonia can be prevented.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 고순도 수소 제조 장치 및 제조 방법은, 분해반응부로 공급되기 전, 예열된 기상 암모니아 중 일부를 촉매 분해하여 수소를 생산하고, 이를 기상 암모니아와 함께 분해반응부로 공급함으로써, 고온의 기상 암모니아에 의한 분해반응부의 부식을 방지할 수 있다.In addition, the high-purity hydrogen production device and production method according to embodiments of the present invention produces hydrogen by catalytically decomposing part of the preheated gaseous ammonia before being supplied to the decomposition reaction section, and supplies it to the decomposition reaction section along with the gaseous ammonia. By doing so, it is possible to prevent corrosion of the decomposition reaction portion caused by high-temperature gaseous ammonia.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 이용하여 고순도 수소를 제조하는 단계를 도시한 블록도이다.
도 5는 중간연결라인에 수소가 공급되지 않는 경우에 있어서, 고온의 암모니에 의한 분해반응부의 부식 발생 전후 상태를 보여준다. 도 6은 중간연결라인에 수소가 공급되는 경우에 있어서, 고온의 암모니에 의한 분해반응부의 부식 발생 전후 상태를 보여준다.
도 7은은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 도시한 블록도이다.
도 8은 도 7의 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치에 의한 고순도 수소를 제조하는 단계를 도시한 블록도이다.
Figure 1 is a block diagram showing a high-purity hydrogen production device using ammonia according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing a high-purity hydrogen production device using ammonia according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a block diagram showing a high-purity hydrogen production device using ammonia according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing the steps of producing high-purity hydrogen using the high-purity hydrogen production apparatus using ammonia of FIGS. 1 to 3.
Figure 5 shows the state before and after corrosion of the decomposition reaction zone by high-temperature ammonia in the case where hydrogen is not supplied to the intermediate connection line. Figure 6 shows the state before and after corrosion of the decomposition reaction zone by high-temperature ammonia in the case where hydrogen is supplied to the intermediate connection line.
Figure 7 is a block diagram showing a high-purity hydrogen production device using ammonia according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing steps for producing high-purity hydrogen using the high-purity hydrogen production device using ammonia of FIG. 7.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate 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.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 도시한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 도시한 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing a high-purity hydrogen production device using ammonia according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a block diagram showing a high-purity hydrogen production device using ammonia according to another embodiment of the present invention. Figure 3 is a block diagram showing a high-purity hydrogen production device using ammonia according to another embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조 장치(이하, 고순도 수조 제조 장치)(10)는, 암모니아(NH3)를 암모니아 분해 반응을 통해 분해한 후, 이 분해 반응으로부터 생성된 분해 반응생성물에서 질소(N2) 및 미반응 암모니아(NH3)를 제거하여 고순도 수소(H2)를 제조하기 위한 장치일 수 있다.Referring to FIG. 1, a high-purity hydrogen production device (hereinafter, high-purity water tank production device) 10 using ammonia according to an embodiment of the present invention decomposes ammonia (NH 3 ) through an ammonia decomposition reaction, and then decomposes the ammonia (NH 3 ) through an ammonia decomposition reaction. It may be a device for producing high purity hydrogen (H 2 ) by removing nitrogen (N 2 ) and unreacted ammonia ( NH 3 ) from decomposition reaction products generated from the decomposition reaction.

고순도 수소 제조 장치(10)는 연소부(100)와, 제1 암모니아 공급부(P10)와, 기화예열부(200)와, 제2 암모니아 공급부(P20)와, 분해반응부(300)와, 흡착정제부(400)와, 수소공급부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 고순도 수소 제조 장치(10)는 수소저장부(S10)를 더 포함할 수 있다.The high-purity hydrogen production device 10 includes a combustion unit 100, a first ammonia supply unit (P10), a vaporization preheating unit 200, a second ammonia supply unit (P20), a decomposition reaction unit 300, and an adsorption unit. It may include a purification unit 400 and a hydrogen supply unit 500. In addition, the high-purity hydrogen production device 10 may further include a hydrogen storage unit (S10).

수소저장부(S10)에는 후술할 흡착정제부(400)에서 분리, 정제된 고순도 수소가 저장될 수 있다. 이때, 수소저장부(S10)는 고순도 수소 제조 장치(10)에 포함된 구성으로서 기재되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 수소저장부(S10)는 고순도 수소 제조 장치(10) 외부에 배치되는 별도의 수소 저장 인프라일 수도 있다.High-purity hydrogen separated and purified in the adsorption purification unit 400, which will be described later, can be stored in the hydrogen storage unit (S10). At this time, the hydrogen storage unit (S10) is described as a component included in the high-purity hydrogen production device 10, but the present invention is not limited thereto, and the hydrogen storage unit (S10) is disposed outside the high-purity hydrogen production device 10. It may also be a separate hydrogen storage infrastructure.

연소부(100)는, 암모니아를 분해하기 위해 필요한 온도로 분해반응부(300)를 가열할 수 있다. 연소부(100)는 제1 암모니아 공급부(P10)와 연결되어, 제1 암모니아 공급부(P10)로부터 암모니아를 공급받을 수 있다. 연소부(100)는, 외부로부터 공급된 공기를 이용하여 암모니아를 연소시키고, 이로부터 발생된 반응열을 이용하여 분해반응부(300)를 가열시킬 수 있다. 또한, 연소부(100)는 후술할 흡착정제부(400)에서 배출된 오프가스(off-gas)를 공급받을 수 있다. 이러한 경우, 연소부(100)는 제1 암모니아 공급부(P10)에서 공급된 암모니아를 오프가스와 함께 연소시켜 분해반응부(300)를 가열시킬 수 있다.The combustion unit 100 can heat the decomposition reaction unit 300 to the temperature necessary to decompose ammonia. The combustion unit 100 is connected to the first ammonia supply unit (P10) and can receive ammonia from the first ammonia supply unit (P10). The combustion unit 100 can burn ammonia using air supplied from the outside and heat the decomposition reaction unit 300 using the reaction heat generated therefrom. Additionally, the combustion unit 100 may be supplied with off-gas discharged from the adsorption purification unit 400, which will be described later. In this case, the combustion unit 100 may heat the decomposition reaction unit 300 by burning the ammonia supplied from the first ammonia supply unit P10 together with the off gas.

연소부(100)는 분해반응부(300)를 미리 설정된 온도로 가열할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 온도는, 분해반응부(300) 내에서의 암모니아 분해 반응이 시작되어 정상 상태(steady state)에 도달하기 위해 필요한 온도를 의미할 수 있으며, 분해반응부(300)의 내부온도를 기준으로 측정될 수 있다. 이때, 미리 설정된 온도는 예를 들어, 400℃이상일 수 있다.The combustion unit 100 may heat the decomposition reaction unit 300 to a preset temperature. Here, the preset temperature may mean the temperature necessary for the ammonia decomposition reaction within the decomposition reaction unit 300 to start and reach a steady state, and may refer to the internal temperature of the decomposition reaction unit 300. It can be measured against a standard. At this time, the preset temperature may be, for example, 400°C or higher.

기화예열부(200)는, 분해반응부(300)로 공급되기 전에, 암모니아를 기화 및 예열(preheating)시킬 수 있다. 기화예열부(200)는 제2 암모니아 공급부(P20)와 연결될 수 있다. 이때, 제2 암모니아 공급부(P20)에는 액상(液狀) 암모니아가 저장될 수 있다. 기화예열부(200)는, 제2 암모니아 공급부(P20)로부터 액상 암모니아를 공급받을 수 있다. 이때, 기화예열부(200)는 기화기(210)와 예열기(220)를 구비할 수 있다.The vaporization preheating unit 200 can vaporize and preheat ammonia before it is supplied to the decomposition reaction unit 300. The vaporization preheating unit 200 may be connected to the second ammonia supply unit (P20). At this time, liquid ammonia may be stored in the second ammonia supply unit (P20). The vaporization preheating unit 200 may receive liquid ammonia from the second ammonia supply unit (P20). At this time, the vaporization preheating unit 200 may include a vaporizer 210 and a preheater 220.

기화기(210)는 액상 암모니아를 기화시킴으로써, 기상(氣狀) 암모니아로 상변화(相變化)시킬 수 있다. 이때 기화기(210)는, 분해반응부(300)로부터 배출되는 고온의 반응생성물에 포함된 열에너지를 공급받아, 액상 암모니아를 기화시킬 수 있다.The vaporizer 210 can phase change liquid ammonia into gaseous ammonia by vaporizing it. At this time, the vaporizer 210 can vaporize the liquid ammonia by receiving heat energy contained in the high-temperature reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300.

예열기(220)는 기화기(210)에 의해 기화된 기상 암모니아를 승온 또는 예열시킬 수 있다. 이때, 예열기(220)는 중간연결라인(IC)을 통해 기화기(210)와 연결될 수 있다. 이러한 경우, 기화기(210)로부터 배출된 기상 암모니아는, 중간연결라인(IC)을 통해 예열기(220)로 이동할 수 있다. 예열기(220)는 일 실시예로서, 연소부(100)에서 배출된 후 분해반응부(300)를 지나 예열기(220)로 이동한 배가스로부터 열을 공급받아, 기상 암모니아를 예열할 수 있다. 예열된 기상 암모니아는 예열기(220)로부터 배출된 후 분해반응부(300)로 공급될 수 있다.The preheater 220 can increase the temperature or preheat the gaseous ammonia vaporized by the vaporizer 210. At this time, the preheater 220 may be connected to the vaporizer 210 through an intermediate connection line (IC). In this case, gaseous ammonia discharged from the vaporizer 210 may move to the preheater 220 through the intermediate connection line (IC). As an example, the preheater 220 can preheat gaseous ammonia by receiving heat from exhaust gas discharged from the combustion unit 100, passing through the decomposition reaction unit 300 and moving to the preheater 220. The preheated gaseous ammonia may be discharged from the preheater 220 and then supplied to the decomposition reaction unit 300.

분해반응부(300)는 기화예열부(200)로부터 암모니아를 공급받고, 공급된 암모니아를 분해하여 발생된 반응생성물을 배출할 수 있다. 이때 반응생성물은, 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 질소, 수소 및 미반응 암모니아를 포함할 수 있다. 분해반응부(300)로부터 배출된 반응생성물은 흡착정제부(400)로 이동할 수 있다.The decomposition reaction unit 300 may receive ammonia from the vaporization preheating unit 200 and discharge a reaction product generated by decomposing the supplied ammonia. At this time, the reaction products may include nitrogen, hydrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction. The reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300 may be moved to the adsorption purification unit 400.

흡착정제부(400)는 상술한 암모니아 분해 반응의 반응생성물로부터, 고순도 수소를 분리, 정제할 수 있다. 흡착정제부(400)는 흡착제(adsorbent)를 포함할 수 있다. 흡착정제부(400)는 흡착제를 이용하여, 반응생성물에 포함된 질소 및 미반응 암모니아를 제거함으로써 고순도 수소를 정제할 수 있다. 흡착제는, 예를 들어, 활성탄(active carbon) 또는 제올라이트(zeolite)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기체나 액체를 흡착하는 성질이 강한 다양한 물질을 포함할 수 있다.The adsorption purification unit 400 can separate and purify high-purity hydrogen from the reaction product of the ammonia decomposition reaction described above. The adsorption purification unit 400 may include an adsorbent. The adsorption purification unit 400 can purify high-purity hydrogen by removing nitrogen and unreacted ammonia contained in the reaction product using an adsorbent. The adsorbent may be, for example, activated carbon or zeolite, but is not limited thereto, and may include various materials that have a strong property of adsorbing gas or liquid.

일 실시예로서, 흡착정제부(400)는 압력 순환 흡착(Pressure Swing Adsorption, PSA) 방식을 이용하여, 고순도 수소를 분리, 정제할 수 있다. 이러한 경우, 흡착정제부(400)는 내부에, 흡착제를 포함하며, 반응생성물은 이러한 흡착정제부(400)의 내부를 통과할 수 있다. 반응생성물 통과 시, 흡착정제부(400)의 내압은 미리 설정된 압력으로 조절될 수 있다. 미리 설정된 압력은 약 8기압일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. As an example, the adsorption purification unit 400 can separate and purify high-purity hydrogen using a pressure swing adsorption (PSA) method. In this case, the adsorption purification unit 400 contains an adsorbent inside, and the reaction product can pass through the interior of the adsorption purification unit 400. When the reaction product passes, the internal pressure of the adsorption purification unit 400 can be adjusted to a preset pressure. The preset pressure may be about 8 atmospheres, but the present invention is not limited thereto.

이처럼, 반응생성물이 미리 설정된 압력으로 상승된 흡착정제부(400)를 통과하는 동안, 흡착제에 의해 질소 및 암모니아가 흡착, 제거될 수 있다. 이에 의해, 반응생성물로부터 고순도 수소가 분리, 정제될 수 있다. 분리, 정제된 고순도 수소는, 수소저장부(S10)에 저장될 수 있다.In this way, while the reaction product passes through the adsorption purification unit 400 where the pressure is raised to a preset level, nitrogen and ammonia can be adsorbed and removed by the adsorbent. As a result, high-purity hydrogen can be separated and purified from the reaction product. Separated and purified high-purity hydrogen can be stored in the hydrogen storage unit (S10).

상술한 바와 같이 반응생성물로부터 수소를 분리, 정제한 이후, 흡착정제부(400)의 내부압력이 다시 감소될 수 있다. 이러한 경우, 흡착제에 흡착된 질소와 암모니아가 다시 분리되게 되고, 이에 따라 질소, 암모니아, 그리고 흡착정제부(400) 내에 잔존하는 수소를 포함하는 오프가스가 생성될 수 있다. 오프가스는 흡착정제부(400)로부터 배출되어 연소부(100)로 공급될 수 있다. 이처럼 연소부(100)로 공급된 오프가스는, 전술한 바와 같이 연소부(100) 내에서 암모니아와 함께 연소되어, 분해반응부(300)를 가열하는데 이용될 수 있다.After separating and purifying hydrogen from the reaction product as described above, the internal pressure of the adsorption purification unit 400 may be reduced again. In this case, the nitrogen and ammonia adsorbed on the adsorbent are separated again, and thus off gas containing nitrogen, ammonia, and hydrogen remaining in the adsorption purification unit 400 may be generated. Off gas may be discharged from the adsorption purification unit 400 and supplied to the combustion unit 100. As described above, the off gas supplied to the combustion unit 100 is burned together with ammonia within the combustion unit 100 and can be used to heat the decomposition reaction unit 300.

수소공급부(500)는 기화기(210)와 예열기(220) 사이로 수소를 공급할 수 있다. 보다 구체적으로, 수소공급부(500)는 중간연결라인(IC)으로 수소를 공급할 수 있다. 이때, 수소공급부(500)는 외부공급부(510)와, 내부공급부(520) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The hydrogen supply unit 500 can supply hydrogen between the vaporizer 210 and the preheater 220. More specifically, the hydrogen supply unit 500 may supply hydrogen to the intermediate connection line (IC). At this time, the hydrogen supply unit 500 may include at least one of an external supply unit 510 and an internal supply unit 520.

외부공급부(510)는 반응생성물, 암모니아 및 고순도 수소가 통과하는 연결과인의 외부에 배치될 수 있다. 외부공급부(510)는 내부에 수소가 저장된 수소공급탱크일 수 있다 외부공급부(510)는 내부에 저장된 수소를, 공급라인을 통해 중간연결라인(IC)으로 공급할 수 있다.The external supply unit 510 may be disposed outside the connection through which reaction products, ammonia, and high-purity hydrogen pass. The external supply unit 510 may be a hydrogen supply tank with hydrogen stored therein. The external supply unit 510 may supply the hydrogen stored inside to the intermediate connection line (IC) through a supply line.

내부공급부(520)는 분해반응부(300)의 후단, 흡착정제부(400)의 전단 또는 후단, 수소저장부(S10) 중 어느 하나에 배치되어, 중간연결라인(IC)으로 수소를 공급할 수 있다. 여기서, “전단” 및 “후단”은, 고순도 수소 제조 장치(10) 내에서, 암모니아, 반응생성물, 또는 고순도 수소가 이동하는 방향을 기준으로, 구성요소[예컨대, 분해반응부(300) 또는 흡착정제부(400)]의 상류측 및 하류측을 각각 의미할 수 있다.The internal supply unit 520 is disposed at any one of the rear end of the decomposition reaction unit 300, the front or rear end of the adsorption purification unit 400, and the hydrogen storage unit (S10), and can supply hydrogen to the intermediate connection line (IC). there is. Here, the “front end” and “back end” refer to components (e.g., decomposition reaction unit 300 or adsorption) based on the direction in which ammonia, reaction products, or high purity hydrogen moves within the high-purity hydrogen production device 10. It may refer to the upstream and downstream sides of the purification unit 400, respectively.

구체적으로, 내부공급부(520)는, 분해반응부(300)와 기화기(210)를 연결하는 제1 연결라인(C1)과, 기화기(210)와 흡착정제부(400)를 연결하는 제2 연결라인(C2)과, 흡착정제부(400)로부터 배출된 고순도 수소를 수소저장부(S10)로 안내하는 제3 연결라인(C3), 또는 수소저장부(S10) 중 어느 하나에 배치될 수 있다. 이하에서는, 제1 연결라인(C1)에 배치된 내부공급부를 제1 공급부(521)로 지칭하고, 제2 연결라인(C2)에 배치된 내부공급부를 제2 공급부(522)로 지칭하고, 제3 연결라인(C3)에 배치된 내부공급부를 제3 공급부(523)로 지칭하며, 수소저장부(S10)에 배치된 내부공급부를 제4 공급부(524)로 지칭하기로 한다.Specifically, the internal supply unit 520 has a first connection line (C1) connecting the decomposition reaction unit 300 and the vaporizer 210, and a second connection line connecting the vaporizer 210 and the adsorption purification unit 400. It can be placed in either the line (C2), the third connection line (C3) that guides the high-purity hydrogen discharged from the adsorption purification unit (400) to the hydrogen storage unit (S10), or the hydrogen storage unit (S10). . Hereinafter, the internal supply part arranged in the first connection line (C1) will be referred to as the first supply part 521, the internal supply part arranged in the second connection line (C2) will be referred to as the second supply part 522, and the 3 The internal supply unit disposed in the connection line (C3) will be referred to as the third supply unit 523, and the internal supply unit disposed in the hydrogen storage unit (S10) will be referred to as the fourth supply unit 524.

제1 공급부(521)는 제1 연결라인(C1)에 배치되어, 분해반응부(300)에서 배출된 반응생성물의 일부를 중간연결라인(IC)으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 분해반응부(300)로부터 배출된 반응생성물에 포함된 수소, 질소 및 미반응 암모니아의 일부가 중간연결라인(IC)으로 이동됨으로써, 기상 암모니아와 함께 예열기(220)로 공급될 수 있다.The first supply unit 521 is disposed on the first connection line (C1) and can supply a portion of the reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300 to the intermediate connection line (IC). Accordingly, part of the hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia contained in the reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300 is moved to the intermediate connection line (IC), and can be supplied to the preheater 220 together with gaseous ammonia. .

제2 공급부(522)는 제2 연결라인(C2)에 배치되어, 흡착정제부(400)로 공급되는 반응생성물의 일부를 중간연결라인(IC)으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 흡착정제부(400)로 유입되는 반응생성물에 포함된 수소, 질소 및 미반응 암모니아의 일부가 중간연결라인(IC)으로 이동됨으로써, 기상 암모니아와 함께 예열기(220)로 공급될 수 있다.The second supply unit 522 is disposed on the second connection line (C2) and can supply a portion of the reaction product supplied to the adsorption purification unit 400 to the intermediate connection line (IC). Accordingly, part of the hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia contained in the reaction product flowing into the adsorption purification unit 400 is moved to the intermediate connection line (IC), and can be supplied to the preheater 220 together with gaseous ammonia. .

제3 공급부(523)는 제3 연결라인(C3)에 배치되어, 흡착정제부(400)에서 정제되어 배출된 고순도 수소의 일부를 중간연결라인(IC)으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 정제된 고순도 수소가 기상 암모니아와 함께 예열기(220)로 공급될 수 있다.The third supply unit 523 is disposed in the third connection line (C3) and can supply a portion of the high-purity hydrogen purified and discharged from the adsorption purification unit 400 to the intermediate connection line (IC). Accordingly, purified high-purity hydrogen can be supplied to the preheater 220 together with gaseous ammonia.

제4 공급부(524)는 수소저장부(S10)에 배치되어, 수소저장부(S10)에 저장된 고순도 수소 중 일부를, 중간연결라인(IC)으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 저장된 고순도 수소 중 일부가 기상 암모니아와 함께 예열기(220)로 공급될 수 있다.The fourth supply unit 524 is disposed in the hydrogen storage unit (S10) and can supply some of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage unit (S10) to the intermediate connection line (IC). Accordingly, some of the stored high-purity hydrogen may be supplied to the preheater 220 along with gaseous ammonia.

한편, 본 발명이 제1 공급부(521), 제2 공급부(522), 제3 공급부(523) 또는 제4 공급부(524) 중 어느 하나의 내부공급부(520)만을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제4 공급부(521, 522, 523, 524) 중 2개 이상의 내부공급부를 동시에 구비할 수도 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 전술한 공급부들(521, 522, 523, 524) 외에, 추가 내부공급부를 더 구비할 수 있음은 물론이다.Meanwhile, the present invention is not limited to providing only one internal supply unit 520 of the first supply unit 521, the second supply unit 522, the third supply unit 523, or the fourth supply unit 524, Two or more of the first to fourth supply units (521, 522, 523, and 524) may be provided simultaneously. In addition, although not shown in the drawings, it is of course possible to include additional internal supply units in addition to the above-mentioned supply units 521, 522, 523, and 524.

전술한 바와 같이, 외부공급부(510) 또는 내부공급부(520)를 통해 중간연결라인(IC)으로 수소(또는 반응생성물)를 공급함으로써, 기화기(210)로부터 배출된 기상 암모니아가 수소(또는 반응생성물)와 함께 예열기(220)로 공급될 수 있다. 이에 의해, 예열기(220)에 의해 예열된 후 분해반응부(300)로 공급되는 고온의 암모니아에 의해, 분해반응부(300)가 부식되는 것을 감소시킬 수 있다.As described above, by supplying hydrogen (or reaction product) to the intermediate connection line (IC) through the external supply unit 510 or internal supply unit 520, the gaseous ammonia discharged from the vaporizer 210 is hydrogen (or reaction product). ) can be supplied to the preheater 220. As a result, it is possible to reduce corrosion of the decomposition reaction unit 300 caused by high-temperature ammonia supplied to the decomposition reaction unit 300 after being preheated by the preheater 220.

도2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고순도 수소 제조 장치(20)는 연소부(100)와, 제1 암모니아 공급부(P10)와, 기화예열부(200)와, 제2 암모니아 공급부(P20)와, 분해반응부(300)와, 흡착정제부(400)와, 수소공급부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 고순도 수소 제조 장치(10)는 수소저장부(S10)를 더 포함할 수 있다. 이때, 연소부(100)와, 제1 암모니아 공급부(P10)와, 기화예열부(200)와, 제2 암모니아 공급부(P20)와, 분해반응부(300)와, 흡착정제부(400)와, 수소공급부(500)의 구체적인 특징은, 전술한 실시예와 동일 또는 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는, 전술한 실시예(10)와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.Referring to Figure 2, the high-purity hydrogen production device 20 according to another embodiment of the present invention includes a combustion unit 100, a first ammonia supply unit (P10), a vaporization preheating unit 200, and a second ammonia supply unit. It may include (P20), a decomposition reaction unit 300, an adsorption purification unit 400, and a hydrogen supply unit 500. Additionally, the high-purity hydrogen production device 10 may further include a hydrogen storage unit (S10). At this time, the combustion unit 100, the first ammonia supply unit (P10), the vaporization preheating unit 200, the second ammonia supply unit (P20), the decomposition reaction unit 300, the adsorption purification unit 400, and Since the specific features of the hydrogen supply unit 500 are the same or similar to those of the above-described embodiment, redundant description will be omitted. Hereinafter, the description will focus on the differences from the above-described embodiment (10).

고순도 수소 제조 장치(20)는 수소유입지점(B)을 포함할 수 있다. 수소유입지점(B)은 수소공급부(500)로부터 배출된 수소가 유입되는 위치일 수 있다. 이때, 수소유입지점(B)은 고순도 수소 제조 장치(20) 내에서, 중간연결라인(IC)과 상이한 위치에 배치될 수 있다.The high-purity hydrogen production device 20 may include a hydrogen inlet point (B). The hydrogen inflow point (B) may be a location where hydrogen discharged from the hydrogen supply unit 500 flows in. At this time, the hydrogen inflow point (B) may be placed in a different position from the intermediate connection line (IC) within the high-purity hydrogen production device 20.

수소유입지점(B)은 적어도 한 개 구비될 수 있다. 일 실시예로서, 수소유입지점(B)은 복수개 구비될 수 있다. 복수개의 수소유입지점(B)은 서로 상이한 위치에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 외부공급부(510)는 중간연결라인(IC)으로 공급하는 수소 외에, 복수개의 수소유입지점(B)은 중 어느 하나로 수소를 공급할 수 있다.There may be at least one hydrogen inlet point (B). As an example, a plurality of hydrogen inflow points (B) may be provided. A plurality of hydrogen inflow points (B) may be arranged in different positions. In this case, the external supply unit 510 may supply hydrogen to one of the plurality of hydrogen inflow points (B) in addition to the hydrogen supplied to the intermediate connection line (IC).

복수개의 수소유입지점(B)은 제1 유입지점(B10)과, 제2 유입지점(B20)을 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 고순도 수소 제조 장치(20)는 추가 유입지점(미도시)을 더 포함할 수도 있으나, 설명의 편의를 위해, 고순도 수소 제조 장치(20)가, 제1 및 제2 유입지점(B10, B20)를 구비한 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.The plurality of hydrogen inflow points (B) may include a first inflow point (B10) and a second inflow point (B20). The present invention is not limited to this, and the high-purity hydrogen production device 20 may further include an additional inlet point (not shown). However, for convenience of explanation, the high-purity hydrogen production device 20 includes the first and first 2 The description will focus on the embodiment provided with the inlet points (B10, B20).

제1 유입지점(B10)은, 제2 암모니아 공급부(P20)와 기화기(210) 사이에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 유입지점(B10)은, 제2 암모니아 공급부(P20)로부터 배출된 암모니아를, 기화기(210)로 안내하는 제1 공급라인(PA)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부공급부(510)에서 제1 유입지점(B10)을 통해 제1 공급라인(PA)으로 유입된 수소는, 제2 암모니아 공급부(P20)에서 공급된 암모니아와 함께 기화기(210)로 공급될 수 있다.The first inlet point (B10) may be disposed between the second ammonia supply unit (P20) and the vaporizer (210). More specifically, the first inlet point (B10) may be disposed in the first supply line (PA) that guides the ammonia discharged from the second ammonia supply unit (P20) to the vaporizer 210. Accordingly, hydrogen flowing into the first supply line (PA) from the external supply unit 510 through the first inflow point (B10) is supplied to the vaporizer 210 together with ammonia supplied from the second ammonia supply unit (P20). It can be.

제2 유입지점(B20)은, 예열기(220)와 분해반응부(300) 사이에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 유입지점(B20)은, 예열기(220)에서 배출된 예열된 기상 암모니아를, 분해반응부(300)로 안내하는 제2 공급라인(PB)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부공급부(510)에서 제2 유입지점(B20)을 통해 제2 공급라인(PB)으로 유입된 수소는, 예열기(220)에서 배출된 암모니아와 함께 분해반응부(300)로 공급될 수 있다.The second inflow point (B20) may be disposed between the preheater 220 and the decomposition reaction unit 300. More specifically, the second inflow point (B20) may be disposed in the second supply line (PB) that guides the preheated gaseous ammonia discharged from the preheater 220 to the decomposition reaction unit 300. Accordingly, the hydrogen flowing from the external supply unit 510 to the second supply line (PB) through the second inflow point (B20) will be supplied to the decomposition reaction unit 300 together with the ammonia discharged from the preheater 220. You can.

전술한 바와 같이, 외부공급부(510)는 중간연결라인(IC)으로 수소를 공급하는 것에 더하여, 제1 유입지점(B10) 및 제2 유입지점(B20) 중 어느 하나로 수소를 공급할 수 있다. 이에 의해, 기화기(210), 예열기(220) 또는 분해반응부(300)로의 수소 공급량을 증가시킴으로써, 기화예열부(200)를 지나면서 가열된 고온의 암모니아에 의해 분해반응부(300)가 부식되는 것을 감소시킬 수 있다.As described above, the external supply unit 510 may supply hydrogen to either the first inflow point (B10) or the second inflow point (B20) in addition to supplying hydrogen to the intermediate connection line (IC). As a result, by increasing the amount of hydrogen supplied to the vaporizer 210, the preheater 220, or the decomposition reaction section 300, the decomposition reaction section 300 is corroded by the high temperature ammonia heated while passing through the vaporization preheater 200. can be reduced.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고순도 수소 제조 장치(30)는 연소부(100)와, 제1 암모니아 공급부(P10)와, 기화예열부(200)와, 제2 암모니아 공급부(P20)와, 분해반응부(300)와, 흡착정제부(400)와, 수소공급부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 고순도 수소 제조 장치(10)는 수소저장부(S10)를 더 포함할 수 있다. 이때, 연소부(100)와, 제1 암모니아 공급부(P10)와, 기화예열부(200)와, 제2 암모니아 공급부(P20)와, 분해반응부(300)와, 흡착정제부(400)와, 수소공급부(500)의 구체적인 특징은, 전술한 실시예와 동일 또는 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는, 전술한 실시예(10)와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.Referring to FIG. 3, the high-purity hydrogen production device 30 according to another embodiment of the present invention includes a combustion unit 100, a first ammonia supply unit (P10), a vaporization preheating unit 200, and a second ammonia It may include a supply unit (P20), a decomposition reaction unit 300, an adsorption purification unit 400, and a hydrogen supply unit 500. In addition, the high-purity hydrogen production device 10 may further include a hydrogen storage unit (S10). At this time, the combustion unit 100, the first ammonia supply unit (P10), the vaporization preheating unit 200, the second ammonia supply unit (P20), the decomposition reaction unit 300, the adsorption purification unit 400, and , Since the specific features of the hydrogen supply unit 500 are the same or similar to the above-described embodiment, redundant description will be omitted. Hereinafter, the description will focus on the differences from the above-described embodiment (10).

고순도 수소 제조 장치(30)는 내부공급부(520)와, 수소유입지점(B)을 모두 포함할 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 내부공급부(520)는 제1 공급부(521), 제2 공급부(522), 제3 공급부(523) 및 제4 공급부(524)를 포함할 수 있다. 그리고, 수소유입지점(B)은 제1 유입지점(B10)과, 제2 유입지점(B20)을 포함할 수 있다.The high-purity hydrogen production device 30 may include both an internal supply unit 520 and a hydrogen inflow point (B). At this time, as described above, the internal supply unit 520 may include a first supply unit 521, a second supply unit 522, a third supply unit 523, and a fourth supply unit 524. And, the hydrogen inflow point (B) may include a first inflow point (B10) and a second inflow point (B20).

이러한 경우, 외부공급부(510)는 중간연결라인(IC)으로 수소를 공급하고, 이에 더하여 제1 유입지점(B10)과 제2 유입지점(B10) 중 어느 하나로도 수소를 공급할 수 있다.In this case, the external supply unit 510 may supply hydrogen to the intermediate connection line (IC) and, in addition, may supply hydrogen to either the first inflow point (B10) or the second inflow point (B10).

내부공급부(520)는 제1 내지 제4 공급부(521, 522, 523, 524) 중 어느 하나로부터, 중간연결라인(IC)으로 수소(또는 반응생성물)를 공급하고, 이에 더하여 제1 유입지점(B10)과 제2 유입지점(B10) 중 어느 하나로도 수소(또는 반응생성물)을 공급할 수 있다.The internal supply unit 520 supplies hydrogen (or reaction product) from any one of the first to fourth supply units 521, 522, 523, and 524 to the intermediate connection line (IC), and in addition to the first inflow point ( Hydrogen (or reaction product) can be supplied to any one of B10) and the second inlet point (B10).

예를 들어, 제1 공급부(521)를 통해 반응생성물을 공급하는 경우, 제1 공급부(521)는 분해반응부(300)로부터 배출된 반응생성물의 일부를 중간연결라인(IC)으로 공급하고, 이에 더하여 제1 유입지점(B10)과 제2 유입지점(B10) 중 어느 하나로도 반응생성물을 공급할 수 있다. 다른 예로, 제2 공급부(522)를 통해 반응생성물을 공급하는 경우, 제2 공급부(522)는 흡착정제부(400)로 유입되는 반응생성물의 일부를 중간연결라인(IC)으로 공급하고, 이에 더하여 제1 유입지점(B10)과 제2 유입지점(B10) 중 어느 하나로도 반응생성물을 공급할 수 있다. 또 다른 예로, 제3 공급부(523)는 흡착정제부(400)에서 배출된 고순도 수소의 일부를 중간연결라인(IC)으로 공급하고, 이에 더하여 제1 유입지점(B10)과 제2 유입지점(B10) 중 어느 하나로도 고순도 수소를 공급할 수 있다. 또 다른 예로, 제4 공급부(524)는 수소저장부(S10)에 저장된 고순도 수소의 일부를 중간연결라인(IC)으로 공급하고, 이에 더하여 제1 유입지점(B10)과 제2 유입지점(B10) 중 어느 하나로도 고순도 수소를 공급할 수 있다.For example, when supplying a reaction product through the first supply unit 521, the first supply unit 521 supplies a portion of the reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300 to the intermediate connection line (IC), In addition, the reaction product can be supplied to either the first inlet point (B10) or the second inlet point (B10). As another example, when supplying a reaction product through the second supply unit 522, the second supply unit 522 supplies a portion of the reaction product flowing into the adsorption purification unit 400 to the intermediate connection line (IC), and In addition, the reaction product can be supplied to either the first inlet point (B10) or the second inlet point (B10). As another example, the third supply unit 523 supplies a portion of the high-purity hydrogen discharged from the adsorption purification unit 400 to the intermediate connection line (IC), and in addition, the first inflow point (B10) and the second inflow point ( High purity hydrogen can be supplied with any one of B10). As another example, the fourth supply unit 524 supplies a portion of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage unit (S10) to the intermediate connection line (IC), and in addition, the first inflow point (B10) and the second inflow point (B10) ) can supply high purity hydrogen.

이처럼, 외부공급부(510)뿐만 아니라, 내부공급부(520)에서 중간연결라인(IC)에 수소를 공급할 뿐만 아니라, 제1 유입지점(B10) 또는 제2 유입지점(B20)으로 수소를 공급함으로써, 고온의 암모니아에 의한 “예열기(220)” “분해반응부(300)” 및 “예열기(220) 후단으로부터 분해반응부(300)를 연결하는 배관”의 부식 발생을 방지할 수 있다.In this way, not only the external supply unit 510 but also the internal supply unit 520 supplies hydrogen to the intermediate connection line (IC), and hydrogen is supplied to the first inflow point (B10) or the second inflow point (B20), It is possible to prevent corrosion of the “preheater 220,” the “decomposition reaction section 300,” and the “piping connecting the decomposition reaction section 300 from the rear end of the preheater 220” caused by high-temperature ammonia.

도 4는 도 1 내지 도 3의 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 이용해 고순도 수소를 제조하는 단계를 도시한 블록도이다.Figure 4 is a block diagram showing the steps of producing high-purity hydrogen using the high-purity hydrogen production apparatus using ammonia of Figures 1 to 3.

도 4를를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조 방법(S10)은 다음과 같을 수 있다.Referring to FIG. 4, a method (S10) for producing high-purity hydrogen using ammonia according to an embodiment of the present invention may be as follows.

우선, 기화기(210)가 제2 암모니아 공급부(P20)로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시켜 기상 암모니아로 상변화시킬 수 있다(S110). 이때, 기화기(210)는 분해반응부(300)로부터 배출되는 고온의 반응생성물에 포함된 열에너지를 공급받아 암모니아를 기화시킬 수 있다.First, the vaporizer 210 may vaporize the liquid ammonia supplied from the second ammonia supply unit (P20) and change the phase into gaseous ammonia (S110). At this time, the vaporizer 210 can vaporize ammonia by receiving heat energy contained in the high-temperature reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300.

다음, 수소공급부(500)가, 중간연결라인(IC)으로 수소를 공급할 수 있다(S120). 구체적으로, 수소공급부(500)는 외부공급부(510) 또는 내부공급부(520) 중 어느 하나를 통해, 중간연결라인(IC)으로 수소를 공급할 수 있다.Next, the hydrogen supply unit 500 may supply hydrogen to the intermediate connection line (IC) (S120). Specifically, the hydrogen supply unit 500 may supply hydrogen to the intermediate connection line (IC) through either the external supply unit 510 or the internal supply unit 520.

일 실시예로서, 외부공급부(510)가 중간연결라인(IC)으로 수소를 공급할 수 있다. 이러한 경우, 외부공급부(510)에 의해 공급된 수소는, 기화기(210)로부터 배출된 기상 암모니아와 함께 예열기(220)로 공급될 수 있다. 이후, 예열기(220)에서는, 공급된 기상 암모니아 및 수소를 가열하여, 분해반응부(300)로 공급되기 전에, 기상 암모니아를 예열시킬 수 있다. 예열기(220)는 예열된 기상 암모니아를 분해반응부(300)로 공급할 수 있다(S130).As an example, the external supply unit 510 may supply hydrogen to the intermediate connection line (IC). In this case, hydrogen supplied by the external supply unit 510 may be supplied to the preheater 220 together with gaseous ammonia discharged from the vaporizer 210. Thereafter, in the preheater 220, the supplied gaseous ammonia and hydrogen can be heated to preheat the gaseous ammonia before being supplied to the decomposition reaction unit 300. The preheater 220 may supply preheated gaseous ammonia to the decomposition reaction unit 300 (S130).

다른 실시예로서, 내부공급부(520)가 중간연결라인(IC)으로 수소를 공급할 수 있다. 이때, 내부공급부(520)는 예를 들어, 제1 공급부(521), 제2 공급부(522), 제3 공급부(523) 및 제4 공급부(524)를 포함하고, 제1 내지 제4 공급부(521, 522, 523, 524) 중 어느 하나의 공급부를 통해, 중간연결라인(IC)으로 수소(또는 반응생성물)을 공급할 수 있다. 이처럼, 제1내지 제4 공급부(521, 522, 523, 524) 중 어느 하나로부터 공급된 수소(또는 반응생성물)는, 중간연결라인(IC)을 통해 기상 암모니아와 함께 예열기(220)로 공급될 수 있다.As another embodiment, the internal supply unit 520 may supply hydrogen to the intermediate connection line (IC). At this time, the internal supply unit 520 includes, for example, a first supply unit 521, a second supply unit 522, a third supply unit 523, and a fourth supply unit 524, and first to fourth supply units ( Hydrogen (or reaction product) can be supplied to the intermediate connection line (IC) through any one of the supply units (521, 522, 523, 524). In this way, hydrogen (or reaction product) supplied from any one of the first to fourth supply parts 521, 522, 523, and 524 is supplied to the preheater 220 along with gaseous ammonia through the intermediate connection line (IC). You can.

또 다른 실시예로서, 수소공급부(500)는 중간연결라인(IC)과 상이한 위치에 배치된 수소유입지점(B)으로 수소를 공급할 수 있다. 이때, 수소유입지점(B)은 예를 들어, 제1 유입지점(B10) 및 제2 유입지점(B20)을 포함하여 구비될 수 있다. 또한, 수소공급부(500)는 외부공급부(510)나, 제1 내지 제4 공급부(521, 522, 523, 524) 중 어느 하나를 통해, 제1 유입지점(B10) 또는 제2 유입지점(B20)으로 수소(또는 반응생성물)을 공급할 수 있다. 이에 따라, 수소공급부(500)에서 공급된 수소(또는 반응생성물)는, 예열된 기상 암모니아 함께 분해반응부(300)로 공급되거나, 제2 암모니아 공급부(P20)로부터 공급된 암모니아와 함께 기화기(210)로 공급될 수 있다.As another embodiment, the hydrogen supply unit 500 may supply hydrogen to the hydrogen inflow point (B) located in a different position from the intermediate connection line (IC). At this time, the hydrogen inflow point (B) may include, for example, a first inflow point (B10) and a second inflow point (B20). In addition, the hydrogen supply unit 500 is supplied to the first inflow point (B10) or the second inflow point (B20) through the external supply unit 510 or any one of the first to fourth supply units (521, 522, 523, and 524). ) can supply hydrogen (or reaction product). Accordingly, the hydrogen (or reaction product) supplied from the hydrogen supply unit 500 is supplied to the decomposition reaction unit 300 together with preheated gaseous ammonia, or is supplied to the vaporizer 210 together with ammonia supplied from the second ammonia supply unit P20. ) can be supplied.

한편, 연소부(100)는 제1 암모니아 공급부(P10)로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 분해반응부(300)를 미리 설정된 온도로 가열할 수 있다(S100). 구체적으로, 연소부(100)는 암모니아 연소반응을 통해 발생된 연소열을 이용하여, 분해반응부(300)를 미리 설정된 온도(예컨대, 400℃ 이상)까지 가열할 수 있다. 이때, 연소부(100)는 흡착정제부(400)로부터 공급된 오프가스를 암모니아와 함께 연소시켜 연소열을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 분해반응부(300)에서, 암모니아 분해 반응이 시작될 수 있다. 연소부(100)는 암모니아 연소 반응으로부터 생성된 연소배기가스를 연소부(100) 외부로 배출될 수 있다.Meanwhile, the combustion unit 100 can heat the decomposition reaction unit 300 to a preset temperature by burning the ammonia supplied from the first ammonia supply unit (P10) (S100). Specifically, the combustion unit 100 may heat the decomposition reaction unit 300 to a preset temperature (eg, 400°C or higher) using combustion heat generated through the ammonia combustion reaction. At this time, the combustion unit 100 may burn the off-gas supplied from the adsorption purification unit 400 together with ammonia to generate combustion heat. Accordingly, the ammonia decomposition reaction may begin in the decomposition reaction unit 300. The combustion unit 100 may discharge combustion exhaust gas generated from an ammonia combustion reaction to the outside of the combustion unit 100.

다음, 분해반응부(300)가 암모니아를 분해하고, 이로부터 생성된 반응생성물을 배출할 수 있다(S140). 구체적으로, 분해반응부(300)는 기화예열부(200) [또는 예열기(220)]로부터 공급된 암모니아를, 연소부(100)의 가열에 의한 열에너지를 이용하여 분해할 수 있다. 그리고, 분해반응부(300)는 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 반응생성물을 흡착정제부(400)로 공급할 수 있다. 이때, 반응생성물은 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 수소, 질소 및 미반응 암모니아가 포함된 '암모니아 분해가스'일 수 있다.Next, the decomposition reaction unit 300 decomposes ammonia and discharges the reaction product generated therefrom (S140). Specifically, the decomposition reaction unit 300 can decompose ammonia supplied from the vaporization preheating unit 200 (or preheater 220) using thermal energy generated by heating of the combustion unit 100. In addition, the decomposition reaction unit 300 can supply the reaction product generated from the ammonia decomposition reaction to the adsorption purification unit 400. At this time, the reaction product may be 'ammonia decomposition gas' containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction.

다음, 흡착정제부(400)가 반응생성물로부터 고순도 수소를 분리, 정제할 수 있다(S150). 구체적으로, 흡착정제부(400)는 분해반응부(200)로부터 반응생성물을 전달받고, 반응생성물에 포함된 질소 및 미반응 암모니아를 제거할 수 있다. 이때, 흡착정제부(400)는 내부에 포함된 흡착제를 이용하여, 압력 순환 흡착(PSA) 방식을 통해, 질소와 암모니아만을 선택적으로 흡착하여 제거할 수 있다. 이후, 분리, 정제된 고순도 수소는 배출되어 수소저장부(S10)에 수용될 수 있다.Next, the adsorption purification unit 400 can separate and purify high-purity hydrogen from the reaction product (S150). Specifically, the adsorption purification unit 400 can receive the reaction product from the decomposition reaction unit 200 and remove nitrogen and unreacted ammonia contained in the reaction product. At this time, the adsorption purification unit 400 can selectively adsorb and remove only nitrogen and ammonia through pressure cycling adsorption (PSA) using the adsorbent contained therein. Thereafter, the separated and purified high-purity hydrogen can be discharged and stored in the hydrogen storage unit (S10).

흡착 및 정제 과정에서 생성된 오프가스(즉, 질소, 수소 및 미반응 암모니아가 혼합된 혼합가스)는 연소부(100)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 연소부(100)는 제1 암모니아 공급부(P10)에서 공급된 암모니아와, 오프가스에 포함된 수소 및 미량의 미반응 암모니아를 혼소시켜 분해반응부(300)를 가열할 수 있다. 이러한 과정을 통해, 분해반응부(300)에서의 암모니아 분해반응 및 흡착정제부(400)에서의 흡착 정제가 계속적으로 이루어질 수 있다.The off gas generated during the adsorption and purification process (i.e., a mixed gas containing nitrogen, hydrogen, and unreacted ammonia) may be supplied to the combustion unit 100. Accordingly, the combustion unit 100 can heat the decomposition reaction unit 300 by co-combusting the ammonia supplied from the first ammonia supply unit P10, the hydrogen contained in the off gas, and a trace amount of unreacted ammonia. Through this process, the ammonia decomposition reaction in the decomposition reaction unit 300 and the adsorption purification in the adsorption purification unit 400 can be continuously performed.

도 5는 중간연결라인에 수소가 공급되지 않는 경우에 있어서, 고온의 암모니에 의한 분해반응부의 부식 발생 전후 상태를 보여준다. 도 6은 중간연결라인에 수소가 공급되는 경우에 있어서, 고온의 암모니에 의한 분해반응부의 부식 발생 전후 상태를 보여준다.Figure 5 shows the state before and after corrosion of the decomposition reaction zone by high-temperature ammonia in the case where hydrogen is not supplied to the intermediate connection line. Figure 6 shows the state before and after corrosion of the decomposition reaction zone by high-temperature ammonia when hydrogen is supplied to the intermediate connection line.

도 5를 참조하면, 도 5(a)는 중간연결라인(IC) 및 수소유입지점(B)으로 수소(또는 반응생성물)을 공급하지 않는 경우에 있어서, 분해반응부(300)로 고온의 암모니아가 공급되기 전, 또는 공급이 시작된 시점의 분해반응부(300)의 초기 표면 상태를 보여준다. 그리고, 도 5(b)는 중간연결라인(IC) 및 수소유입지점(B)으로 수소(또는 반응생성물)을 공급하지 않은 상태로, 분해반응부(300)로 고온의 암모니아가 공급되어 소정의 시간(예컨대, 24시간)이 흐른 후 분해반응부(300)의 표면 상태를 보여준다. 이와 같이 도 5(a)와 도 5(b)를 비교하면, 고온의 암모니아 유입에 의해, 분해반응부(300)의 표면에서 부식이 발생하여, 표면 거칠기가 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, FIG. 5(a) shows that in the case where hydrogen (or reaction product) is not supplied to the intermediate connection line (IC) and the hydrogen inlet point (B), high-temperature ammonia is supplied to the decomposition reaction unit 300. It shows the initial surface state of the decomposition reaction unit 300 before supply or at the time supply began. And, Figure 5(b) shows that high-temperature ammonia is supplied to the decomposition reaction unit 300 in a state in which hydrogen (or reaction product) is not supplied to the intermediate connection line (IC) and the hydrogen inlet point (B), thereby producing a predetermined amount of ammonia. The surface state of the decomposition reaction unit 300 is shown after time (eg, 24 hours) has passed. Comparing FIGS. 5(a) and 5(b), it can be seen that corrosion occurred on the surface of the decomposition reaction unit 300 due to the introduction of high-temperature ammonia, and the surface roughness increased.

이와 비교하여, 도 6을 참조하면, 도 6(a)는 본 발명의 실시예들에 있어서, 분해반응부(300)로 고온의 암모니아가 공급되기 전, 또는 공급이 시작된 시점의 분해반응부(300)의 초기 표면 상태를 보여준다. 그리고, 도 6(b)는 중간연결라인(IC) 및 수소유입지점(B)으로 수소(또는 반응생성물)가 공급되는 상태에서, 분해반응부(300)로 고온의 암모니아가 공급되어 소정의 시간(예컨대, 24시간)이 흐른 후 분해반응부(300)의 표면 상태를 보여준다. 이와 같이 도 6(a)와 도 6(b)를 비교하면, 수소(또는 반응생성물)을 공급하는 경우, 고온의 암모니아에 의한 분해반응부(300)의 표면 부식 발생이 억제되어, 분해반응부(300)의 표면상태가 초기 표면 상태로 유지되는 것을 확인할 수 있다.In comparison, referring to FIG. 6, FIG. 6(a) shows the decomposition reaction section ( 300) shows the initial surface state. And, Figure 6(b) shows that in a state where hydrogen (or reaction product) is supplied to the intermediate connection line (IC) and the hydrogen inflow point (B), high-temperature ammonia is supplied to the decomposition reaction unit 300 for a predetermined period of time. The surface state of the decomposition reaction unit 300 is shown after (e.g., 24 hours). In this way, comparing Figures 6(a) and 6(b), when hydrogen (or reaction product) is supplied, the occurrence of surface corrosion of the decomposition reaction unit 300 due to high temperature ammonia is suppressed, It can be confirmed that the surface state of (300) is maintained in the initial surface state.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치를 도시한 블록도이다.Figure 7 is a block diagram showing a high-purity hydrogen production device using ammonia according to another embodiment of the present invention.

도 7을을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고순도 수소 제조 장치(30)는 연소부(100)와, 제1 암모니아 공급부(P10)와, 기화예열부(200)와, 제2 암모니아 공급부(P20)와, 분해반응부(300)와, 흡착정제부(400)와, 촉매반응부(600)를 포함할 수 있다. 또한, 고순도 수소 제조 장치(10)는 수소저장부(S10)를 더 포함할 수 있다. 이때, 연소부(100)와, 제1 암모니아 공급부(P10)와, 기화예열부(200)와, 제2 암모니아 공급부(P20)와, 분해반응부(300)와, 흡착정제부(400)의 구체적인 특징은, 전술한 실시예와 동일 또는 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는, 전술한 실시예들(10, 20)과의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.Referring to FIG. 7, the high-purity hydrogen production device 30 according to another embodiment of the present invention includes a combustion unit 100, a first ammonia supply unit (P10), a vaporization preheating unit 200, and a second ammonia supply unit 100. It may include an ammonia supply unit (P20), a decomposition reaction unit 300, an adsorption purification unit 400, and a catalytic reaction unit 600. In addition, the high-purity hydrogen production device 10 may further include a hydrogen storage unit (S10). At this time, the combustion unit 100, the first ammonia supply unit (P10), the vaporization preheating unit 200, the second ammonia supply unit (P20), the decomposition reaction unit 300, and the adsorption purification unit 400. Since specific features are the same or similar to the above-described embodiments, overlapping descriptions will be omitted. Hereinafter, the description will focus on differences from the above-described embodiments 10 and 20.

촉매반응부(600)는 예열기(220)로부터 배출된 암모니아를 분해하여, 수소를 생산할 수 있다. 이때, 촉매반응부(600)는, 예열기(220)와 별도로 구비되어, 예열기(220)와 분해반응부(300) 사이에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도면에는 도시하지 않았으나, 촉매반응부(600)는 예열기(220)의 내부공간을 촉매로 충진하는 형태로 구성되거나, 예열기(220) 내부의 촉매 코팅층 형태로 구성될 수도 있다.The catalytic reaction unit 600 can decompose ammonia discharged from the preheater 220 and produce hydrogen. At this time, the catalytic reaction unit 600 may be provided separately from the preheater 220 and disposed between the preheater 220 and the decomposition reaction unit 300. However, the present invention is not limited to this, and although not shown in the drawings, the catalytic reaction unit 600 is configured to fill the inner space of the preheater 220 with a catalyst, or is formed in the form of a catalyst coating layer inside the preheater 220. It may be composed of:

촉매반응부(600)는 예열기(220)로부터 배출된 예열된 기상 암모니아의 일부를, 촉매분해 반응시켜 분해함으로써 수소를 생산할 수 있다. 이때, 암모니아의 촉매분해 반응에 이용되는 촉매는 예를 들어 펠렛 촉매(pellet catalyst), 모노리스 촉매(monolithic catalyst) 및 메탈 폼 촉매(metal form catalyst)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The catalytic reaction unit 600 can produce hydrogen by decomposing a portion of the preheated gaseous ammonia discharged from the preheater 220 through a catalytic decomposition reaction. At this time, catalysts used in the catalytic decomposition reaction of ammonia may include, for example, pellet catalysts, monolithic catalysts, and metal form catalysts, but are not limited thereto.

일 실시예로서, 촉매반응부(600)에서는, 예열기(220)에 의해 예열된 기상 암모니아에 포함된 열에너지를 이용하여, 암모니아 촉매분해 반응이 진행될 수 있다. 다른 실시예로서, 촉매반응부(600)는 전기가열부(미도시)를 구비할 수 있다. 이러한 경우, 전기가열부는 촉매반응부(600)의 본체(미도시) 외부 또는 내부에 설치될 수 있으며, 열을 발생시키기 위한 열원(미도시)과, 열원에서 발생된 열을 촉매분해부(600)의 본체로 전달하기 위한 열전달부(예컨대, 열선)을 구비할 수 있다. 이러한, 전기가열부의 열원 및 열전달부에 의해, 촉매반응부(600)가 가열됨으로써, 촉매분해부(600)의 내부온도는 암모니아의 촉매분해 반응을 위해 필요한 온도까지 상승함에 따라, 암모니아가 분해되어, 암모니아, 질소 및 수소의 '혼합물'이 생성될 수 있다.As an example, in the catalytic reaction unit 600, an ammonia catalytic decomposition reaction may be performed using the heat energy contained in the gaseous ammonia preheated by the preheater 220. As another example, the catalytic reaction unit 600 may be provided with an electric heating unit (not shown). In this case, the electric heating unit may be installed outside or inside the main body (not shown) of the catalytic reaction unit 600, and includes a heat source (not shown) for generating heat, and heat generated from the heat source to the catalytic decomposition unit 600. ) may be provided with a heat transfer unit (e.g., a heat wire) for transferring it to the main body. As the catalytic reaction unit 600 is heated by the heat source and heat transfer unit of the electric heating unit, the internal temperature of the catalytic decomposition unit 600 rises to the temperature required for the catalytic decomposition reaction of ammonia, and ammonia is decomposed. , a 'mixture' of ammonia, nitrogen and hydrogen can be produced.

이처럼, 촉매반응부(600)에서 분해반응부(300)로 공급되는 기상 암모니아의 일부를 촉매분해하여, 수소를 생산하여 분해반응부(300)로 공급함에 따라, 제2 암모니아 공급부(P20)로부터 공급된 암모니아는, 촉매반응부(600)에 의해 생산된 수소와 함께 분해반응부(300)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 분해반응부(300)에서 암모니아 분해반응이 진행됨에 따른, 분해반응부(300)의 부식 발생을 억제할 수 있다.In this way, a part of the gaseous ammonia supplied from the catalytic reaction unit 600 to the decomposition reaction unit 300 is catalytically decomposed to produce hydrogen and supplied to the decomposition reaction unit 300, from the second ammonia supply unit P20. The supplied ammonia may be supplied to the decomposition reaction unit 300 together with the hydrogen produced by the catalytic reaction unit 600. Accordingly, corrosion of the decomposition reaction unit 300 as the ammonia decomposition reaction progresses in the decomposition reaction unit 300 can be suppressed.

도 8은 도 7의 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치에 의한 고순도 수소를 제조하는 단계를 도시한 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram showing the steps of producing high-purity hydrogen using the high-purity hydrogen production device using ammonia of FIG. 7.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조 방법(S20)은 다음과 같을 수 있다.Referring to FIG. 8, a method (S20) for producing high-purity hydrogen using ammonia according to another embodiment of the present invention may be as follows.

우선, 기화기(210)가 제2 암모니아 공급부(P20)로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시켜 기상 암모니아로 상변화시킬 수 있다(S210). 이때, 기화기(210)는 분해반응부(300)로부터 배출되는 고온의 반응생성물에 포함된 열에너지를 공급받아 암모니아를 기화시킬 수 있다.First, the vaporizer 210 may vaporize the liquid ammonia supplied from the second ammonia supply unit (P20) and change the phase into gaseous ammonia (S210). At this time, the vaporizer 210 can vaporize ammonia by receiving heat energy contained in the high-temperature reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300.

이후, 기화기(210)로부터 배출된 기상 암모니아는, 예열기(220)로 공급될 수 있다. 예열기(220)에서는, 공급된 기상 암모니아를 가열하여, 분해반응부(300)로 공급되기 전에, 기상 암모니아를 예열시킬 수 있다. 예열기(220)는 예열된 기상 암모니아를 분해반응부(300)로 공급할 수 있다(S220).Thereafter, the gaseous ammonia discharged from the vaporizer 210 may be supplied to the preheater 220. In the preheater 220, the supplied gaseous ammonia can be heated to preheat the gaseous ammonia before it is supplied to the decomposition reaction unit 300. The preheater 220 may supply preheated gaseous ammonia to the decomposition reaction unit 300 (S220).

한편, 연소부(100)는 제1 암모니아 공급부(P10)로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 분해반응부(300)를 미리 설정된 온도로 가열할 수 있다(S100). 구체적으로, 연소부(100)는 암모니아 연소반응을 통해 발생된 연소열을 이용하여, 분해반응부(300)를 미리 설정된 온도(예컨대, 400℃ 이상)까지 가열할 수 있다. 이때, 연소부(100)는 흡착정제부(400)로부터 공급된 오프가스를 암모니아와 함께 연소시켜 연소열을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 분해반응부(200)에서, 암모니아 분해 반응이 시작될 수 있다. 연소부(100)는 암모니아 연소 반응으로부터 생성된 연소배기가스를 연소부(100) 외부로 배출될 수 있다.Meanwhile, the combustion unit 100 can heat the decomposition reaction unit 300 to a preset temperature by burning the ammonia supplied from the first ammonia supply unit (P10) (S100). Specifically, the combustion unit 100 may heat the decomposition reaction unit 300 to a preset temperature (eg, 400°C or higher) using combustion heat generated through the ammonia combustion reaction. At this time, the combustion unit 100 may burn the off-gas supplied from the adsorption purification unit 400 together with ammonia to generate combustion heat. Accordingly, the ammonia decomposition reaction may begin in the decomposition reaction unit 200. The combustion unit 100 may discharge combustion exhaust gas generated from an ammonia combustion reaction to the outside of the combustion unit 100.

다음, 촉매반응부(600)가, 예열된 기상 암모니아를 분해하여 수소를 생산할 수 있다(S230). 구체적으로, 촉매반응부(600)는 예열기(220)에서 배출된 예열된 상태의 기상 암모니아 중 일부를, 촉매분해 반응을 통해 분해시켜, 수소를 생산할 수 있다. 이에 따라, 예열기(220)로부터 배출된 '미반응 암모니아'와, 촉매반응부(600)에 의해 생성된 '질소 및 수소'가, 분해반응부(300)로 공급될 수 있다.Next, the catalytic reaction unit 600 can produce hydrogen by decomposing the preheated gaseous ammonia (S230). Specifically, the catalytic reaction unit 600 may produce hydrogen by decomposing some of the preheated gaseous ammonia discharged from the preheater 220 through a catalytic decomposition reaction. Accordingly, the ‘unreacted ammonia’ discharged from the preheater 220 and the ‘nitrogen and hydrogen’ generated by the catalytic reaction unit 600 can be supplied to the decomposition reaction unit 300.

다음, 분해반응부(300)가 암모니아를 분해하고, 이로부터 생성된 반응생성물을 배출할 수 있다(S240). 구체적으로, 분해반응부(300)는 예열기(220)에서 배출된 후 촉매반응부(600)를 지나 공급된 암모니아를 분해할 수 있다. 이때, 분해반응부(300)는 연소부(100)의 가열에 의한 열에너지를 이용하여 진행되는 암모니아 분해 반응을 통해, 암모니아를 분해할 수 있다. 그리고, 분해반응부(300)는 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 반응생성물을 흡착정제부(400)로 공급할 수 있다. 이때, 반응생성물은 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 수소, 질소 및 미반응 암모니아가 포함된 '암모니아 분해가스'일 수 있다.Next, the decomposition reaction unit 300 decomposes ammonia and discharges the reaction product generated therefrom (S240). Specifically, the decomposition reaction unit 300 may decompose ammonia supplied after being discharged from the preheater 220 and passing through the catalytic reaction unit 600. At this time, the decomposition reaction unit 300 can decompose ammonia through an ammonia decomposition reaction that proceeds using thermal energy generated by heating of the combustion unit 100. In addition, the decomposition reaction unit 300 can supply the reaction product generated from the ammonia decomposition reaction to the adsorption purification unit 400. At this time, the reaction product may be 'ammonia decomposition gas' containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction.

다음, 흡착정제부(400)가 반응생성물로부터 고순도 수소를 분리, 정제할 수 있다(S250). 구체적으로, 흡착정제부(400)는 분해반응부(200)로부터 반응생성물을 전달받고, 반응생성물에 포함된 질소 및 미반응 암모니아를 제거할 수 있다. 이때, 흡착정제부(400)는 내부에 포함된 흡착제를 이용하여, 압력 순환 흡착(PSA) 방식을 통해, 질소와 암모니아만을 선택적으로 흡착하여 제거할 수 있다. 이후, 분리, 정제된 고순도 수소는 배출되어 수소저장부(S10)에 수용될 수 있다.Next, the adsorption purification unit 400 can separate and purify high-purity hydrogen from the reaction product (S250). Specifically, the adsorption purification unit 400 can receive the reaction product from the decomposition reaction unit 200 and remove nitrogen and unreacted ammonia contained in the reaction product. At this time, the adsorption purification unit 400 can selectively adsorb and remove only nitrogen and ammonia through pressure cycling adsorption (PSA) using the adsorbent contained therein. Thereafter, the separated and purified high-purity hydrogen can be discharged and stored in the hydrogen storage unit (S10).

흡착 및 정제 과정에서 생성된 오프가스(즉, 질소, 수소 및 미반응 암모니아가 혼합된 혼합가스)는 연소부(100)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 연소부(100)는 제1 암모니아 공급부(P10)에서 공급된 암모니아와, 오프가스에 포함된 수소 및 미량의 미반응 암모니아를 혼소시켜 분해반응부(300)를 가열할 수 있다. 이러한 과정을 통해, 분해반응부(300)에서의 암모니아 분해반응 및 흡착정제부(400)에서의 흡착 정제가 계속적으로 이루어질 수 있음은, 전술한 실시예와 동일 또는 유사하다.The off gas generated during the adsorption and purification process (i.e., a mixed gas containing nitrogen, hydrogen, and unreacted ammonia) may be supplied to the combustion unit 100. Accordingly, the combustion unit 100 can heat the decomposition reaction unit 300 by co-combusting the ammonia supplied from the first ammonia supply unit P10, the hydrogen contained in the off gas, and a trace amount of unreacted ammonia. Through this process, the ammonia decomposition reaction in the decomposition reaction unit 300 and the adsorption purification in the adsorption purification unit 400 can be continuously performed, which is the same or similar to the above-described embodiment.

전술한 바와 같은, 본 발명에 실시예들에 따른 고순도 수소 제조 장치(10, 20, 30, 40) 및 제조 방법(S10)은, 수소공급부(500)에 더하여, 분해반응부(300)의 후단, 흡착정제부(400)의 전단 또는 후단, 그리고 수소저장부(S10)에 내부공급부(520)를 구비하고, 이로부터 중간연결라인(IC)으로 수소를 추가 공급함으로써 고온의 기상 암모니아에 의한, “예열기(220)”“분해반응부(300)” 및 “예열기(220) 후단과 분해반응부(300)를 연결하는 배관”의 부식 발생을 억제할 수 있다. 또한, 중간연결라인(IC)에 더하여, 수소공급부(500)로부터 수소가 공급되는 수소유입지점(B)을 더 구비하고, 이러한 유입지점들로 수소를 추가 공급함으로써 고온의 기상 암모니아에 의한, 분해반응부(300)에서 발생되는 부식 문제[즉, 분해반응부(300)를 구성하는 금속 재질의 반응부 본체, 분해반응부(300) 내의 충진물 및 촉매 등의 부식]를 해결할 수 있다.As described above, the high-purity hydrogen production apparatus (10, 20, 30, 40) and production method (S10) according to the embodiments of the present invention include, in addition to the hydrogen supply unit (500), the rear end of the decomposition reaction unit (300). , an internal supply unit 520 is provided at the front or rear end of the adsorption purification unit 400 and the hydrogen storage unit S10, and hydrogen is additionally supplied from this to the intermediate connection line (IC), thereby producing high-temperature gaseous ammonia, It is possible to suppress the occurrence of corrosion in the “preheater 220,” “decomposition reaction section 300,” and “piping connecting the rear end of the preheater 220 and the decomposition reaction section 300.” In addition, in addition to the intermediate connection line (IC), there is further provided a hydrogen inlet point (B) through which hydrogen is supplied from the hydrogen supply unit 500, and hydrogen is additionally supplied to these inflow points, thereby causing decomposition by high-temperature gaseous ammonia. Corrosion problems occurring in the reaction unit 300 (i.e., corrosion of the metal reaction unit body constituting the decomposition reaction unit 300, filling materials and catalysts in the decomposition reaction unit 300) can be solved.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 고순도 수소 제조 장치(30) 및 제조 방법(S20)은, 분해반응부(300)로 공급되기 전에, 예열된 기상 암모니아 중 일부를 촉매분해하여 수소를 생산하여, 기상 암모니아와 함께 분해반응부(300)로 공급함으로써, 고온의 기상 암모니아에 의한, 분해반응부(300)의 상술한 부식 문제를 방지할 수 있다.In addition, the high-purity hydrogen production apparatus 30 and production method (S20) according to embodiments of the present invention produce hydrogen by catalytically decomposing some of the preheated gaseous ammonia before being supplied to the decomposition reaction unit 300. By supplying the decomposition reaction unit 300 together with gaseous ammonia, the above-described corrosion problem of the decomposition reaction unit 300 caused by high-temperature gaseous ammonia can be prevented.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

10, 20, 30, 40: 고순도 수소 제조 장치
100: 연소부
200: 기화예열부
210: 기화기
220: 예열기
300: 분해반응부
400: 흡착정제부
500: 수소공급부
510: 외부공급부
520: 내부공급부부
600: 촉매반응부
P10: 제1 암모니아 공급부
P20: 제2 암모니아 공급부
S10: 수소저장부
IC: 중간연결라인
B: 수소유입지점
10, 20, 30, 40: High-purity hydrogen production device
100: Combustion unit
200: Evaporation preheating unit
210: carburetor
220: Preheater
300: Decomposition reaction unit
400: Adsorption purification unit
500: Hydrogen supply unit
510: External supply unit
520: Internal supply couple
600: Catalytic reaction unit
P10: Primary ammonia supply section
P20: Secondary ammonia supply section
S10: Hydrogen storage unit
IC: intermediate connection line
B: Hydrogen inflow point

Claims (15)

암모니아 분해 반응을 통해 암모니아를 분해하고, 상기 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 수소, 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 반응생성물을 배출하는 분해반응부;
제1 암모니아 공급부로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 상기 분해반응부를 가열하는 연소부;
제2 암모니아 공급부로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로부터 중간연결라인을 통해 공급된 암모니아를 예열(preheating)시키는 예열기를 구비하는 기화예열부;
상기 중간연결라인으로 수소를 공급하는 수소공급부; 및
상기 반응생성물로부터 고순도 수소를 분리 정제하는 흡착정제부;를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
a decomposition reaction unit that decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction and discharges reaction products including hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction;
a combustion unit that heats the decomposition reaction unit by burning ammonia supplied from the first ammonia supply unit;
A vaporization preheating unit including a vaporizer for vaporizing liquid ammonia supplied from the second ammonia supply unit and a preheater for preheating the ammonia supplied from the vaporizer through an intermediate connection line;
A hydrogen supply unit that supplies hydrogen to the intermediate connection line; and
An apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia, comprising: an adsorption purification unit that separates and purifies high-purity hydrogen from the reaction product.
제1 항에 있어서,
상기 수소공급부는, 상기 분해반응부의 후단과, 상기 흡착정제부의 전단 또는 후단과, 분리, 정제된 고순도 수소가 저장된 수소저장부 중 어느 하나에 배치되는 내부공급부 및 상기 반응생성물, 상기 암모니아 및 상기 고순도 수소가 통과하는 연결라인 외부에 배치된 외부공급부 중 적어도 하나를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
According to claim 1,
The hydrogen supply unit includes an internal supply unit disposed at any one of the rear end of the decomposition reaction unit, the front or rear end of the adsorption purification unit, and a hydrogen storage unit where separated and purified high-purity hydrogen is stored, and the reaction product, the ammonia, and the high-purity hydrogen. A high-purity hydrogen production device using ammonia, including at least one of an external supply unit disposed outside the connection line through which hydrogen passes.
제2 항에 있어서,
상기 내부공급부는,
상기 분해반응부로부터 배출된 반응생성물의 일부를, 상기 중간연결라인으로 공급하는 제1 공급부;와, 상기 흡착정제부로 공급되는 반응생성물의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제2 공급부;와, 상기 흡착정제부에서 분리, 정제되어 배출되는 고순도 수소의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제3 공급부;와, 상기 수소저장부에 저장된 고순도 수소의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제4 공급부; 중 적어도 하나를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
According to clause 2,
The internal supply department,
A first supply unit for supplying a part of the reaction product discharged from the decomposition reaction unit to the intermediate connection line; A second supply unit for supplying a part of the reaction product supplied to the adsorption purification unit to the intermediate connection line; A third supply unit that supplies a portion of the high-purity hydrogen separated, purified, and discharged from the adsorption purification unit to the intermediate connection line; and a fourth supply portion that supplies a portion of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage unit to the intermediate connection line. ; A high-purity hydrogen production device using ammonia, comprising at least one of the following.
제1 항에 있어서,
상기 수소공급부는, 상기 중간연결라인과 상이한 위치에 배치된 수소유입지점으로 수소를 공급하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
According to claim 1,
The hydrogen supply unit is a high-purity hydrogen production device using ammonia that supplies hydrogen to a hydrogen inflow point located in a different position from the intermediate connection line.
제4 항에 있어서,
상기 수소유입지점은 서로 다른 복수개로 구비되며,
상기 수소공급부는, 복수개의 상기 수소유입지점 중 적어도 하나로, 수소를 공급하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
According to clause 4,
The hydrogen inflow point is provided in a plurality of different ways,
The hydrogen supply unit is a high-purity hydrogen production device using ammonia that supplies hydrogen to at least one of the plurality of hydrogen inflow points.
제5 항에 있어서,
상기 수소유입지점은,
상기 제2 암모니아 공급부와 상기 기화기를 연결하는 제1 공급라인과 연결되는 제1 유입지점;과, 상기 예열기와 상기 분해반응부를 연결하는 제2 공급라인과 연결되는 제2 유입지점; 중 적어도 하나를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
According to clause 5,
The hydrogen inflow point is,
A first inlet point connected to a first supply line connecting the second ammonia supply unit and the vaporizer; and a second inflow point connected to a second supply line connecting the preheater and the decomposition reaction unit; A high-purity hydrogen production device using ammonia, comprising at least one of the following.
기화기가, 제2 암모니아 공급부로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시켜 기상 암모니아를 생성하는 단계;
수소공급부가, 상기 기화기와 예열기를 연결하는 중간연결라인으로 수소를 공급하는 단계;
상기 예열기가, 상기 기상 암모니아를 예열하여 분해반응부로 공급하는 단계;
연소부가, 제1 암모니아 공급부로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 상기 분해반응부를 가열하는 단계;
상기 분해반응부가, 암모니아 분해 반응을 통해 암모니아를 분해하여 수소, 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 반응생성물을 배출하는 단계; 및
흡착정제부가, 상기 반응생성물로부터 질소 및 미반응 암모니아를 흡착 제거하여, 고순도 수소를 분리 정제하는 단계;를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조방법.
A vaporizer producing gaseous ammonia by vaporizing liquid ammonia supplied from a second ammonia supply unit;
A hydrogen supply unit supplying hydrogen to an intermediate connection line connecting the vaporizer and the preheater;
The preheater preheats the gaseous ammonia and supplies it to the decomposition reaction unit;
A combustion unit combusting ammonia supplied from the first ammonia supply unit to heat the decomposition reaction unit;
Decomposing ammonia in the decomposition reaction unit through an ammonia decomposition reaction to discharge reaction products including hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia; and
A method for producing high-purity hydrogen using ammonia, comprising: an adsorption purification unit adsorbing and removing nitrogen and unreacted ammonia from the reaction product to separate and purify high-purity hydrogen.
제7 항에 있어서,
내부공급부가, 상기 중간연결라인으로 반응생성물 또는 수소를 공급하는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조방법.
According to clause 7,
A method for producing high-purity hydrogen using ammonia, further comprising: an internal supply unit supplying a reaction product or hydrogen to the intermediate connection line.
제8 항에 있어서,
상기 내부공급부는,
상기 분해반응부로부터 배출된 반응생성물의 일부를, 상기 중간연결라인으로 공급하는 제1 공급부;와, 상기 흡착정제부로 공급되는 반응생성물의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제2 공급부;와, 상기 흡착정제부에서 분리, 정제된 고순도 수소의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제3 공급부;와, 수소저장부에 저장된 고순도 수소의 일부를 상기 중간연결라인으로 공급하는 제4 공급부 중 적어도 하나를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조방법.
According to clause 8,
The internal supply department,
A first supply unit for supplying a part of the reaction product discharged from the decomposition reaction unit to the intermediate connection line; A second supply unit for supplying a part of the reaction product supplied to the adsorption purification unit to the intermediate connection line; At least one of a third supply unit supplying a portion of the high-purity hydrogen separated and purified in the adsorption purification unit to the intermediate connection line; and a fourth supply portion supplying a portion of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage unit to the intermediate connection line. A method for producing high purity hydrogen using ammonia, including.
제7 항에 있어서,
상기 수소공급부가, 상기 중간연결라인과 상이한 위치에 배치된 수소유입지점으로 수소를 공급하는 단계;를 더 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조방법.
According to clause 7,
A method for producing high-purity hydrogen using ammonia, further comprising: supplying hydrogen, by the hydrogen supply unit, to a hydrogen inflow point disposed in a different position from the intermediate connection line.
제10 항에 있어서,
상기 수소유입지점은,
상기 제2 암모니아 공급부와 상기 기화기를 연결하는 제1 공급라인과 연결되는 제1 유입지점;과, 상기 예열기와 상기 분해반응부를 연결하는 제2 공급라인과 연결되는 제2 유입지점; 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조방법.
According to claim 10,
The hydrogen inflow point is,
A first inlet point connected to a first supply line connecting the second ammonia supply unit and the vaporizer; and a second inflow point connected to a second supply line connecting the preheater and the decomposition reaction unit; A method for producing high-purity hydrogen using ammonia, comprising at least one of the following.
암모니아 분해 반응을 통해 암모니아를 분해하고, 상기 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 수소, 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 반응생성물을 배출하는 분해반응부;
제1 암모니아 공급부로부터 공급된 암모니아를 연소시켜, 상기 분해반응부를 가열하는 연소부;
제2 암모니아 공급부로부터 공급된 액상 암모니아를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기로부터 중간연결라인을 통해 공급된 암모니아를 예열(preheating)시키는 예열기를 구비하는 기화예열부;
예열된 암모니아 중 일부를 촉매반응을 통해 분해하여, 수소를 생산하는 촉매반응부; 및
상기 반응생성물로부터 고순도 수소를 분리, 정제하는 흡착정제부;를 포함하는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
a decomposition reaction unit that decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction and discharges reaction products including hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction;
a combustion unit that burns ammonia supplied from the first ammonia supply unit to heat the decomposition reaction unit;
A vaporization preheating unit including a vaporizer for vaporizing liquid ammonia supplied from the second ammonia supply unit and a preheater for preheating the ammonia supplied from the vaporizer through an intermediate connection line;
A catalytic reaction unit that decomposes some of the preheated ammonia through a catalytic reaction to produce hydrogen; and
An apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia, comprising an adsorption purification unit that separates and purifies high-purity hydrogen from the reaction product.
제12 항에 있어서,
상기 촉매반응부에서 생산된 수소는, 상기 분해반응부로 공급되는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
According to claim 12,
A high-purity hydrogen production device using ammonia, wherein the hydrogen produced in the catalytic reaction section is supplied to the decomposition reaction section.
제12 항에 있어서,
상기 촉매반응은, 상기 예열기에 의해 가열된 암모니아에 포함된 열에너지를 이용하여 진행되는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
According to claim 12,
The catalytic reaction is a high-purity hydrogen production device using ammonia, which is carried out using heat energy contained in ammonia heated by the preheater.
제12 항에 있어서,
상기 촉매반응은, 전기 가열 방식을 이용하여 진행되는, 암모니아를 이용한 고순도 수소 제조장치.
According to claim 12,
The catalytic reaction is a high-purity hydrogen production device using ammonia, which is carried out using an electric heating method.
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