KR20240097500A - 제철 부생가스를 이용한 수소가스 제조 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

제철 부생가스를 이용한 수소가스 제조 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

수소가스 제조 장치 및 수소가스 제조 방법이 제공된다. 수소가스 제조 장치는 부생가스에 포함된 수소를 분리하는 수소 추출기, 일측이 상기 수소 추출기와 연결되어 상기 수소 추출기에서 배출된 테일가스가 이송되는 테일가스 라인, 상기 테일가스 라인과 연통되어, 제1 추가가스를 이송하는 제1 추가가스 라인, 상기 테일가스 라인과 연통되어, 제2 추가가스를 이송하는 제2 추가가스 라인, 및 상기 테일가스 라인의 타측과 연결되고, 메테인을 수소로 개질하는 개질부를 포함하되, 상기 테일가스, 상기 제1 추가 가스 및 상기 제2 추가 가스는 서로 다른 메테인 농도를 가진다.

Description

제철 부생가스를 이용한 수소가스 제조 장치 및 그 제조 방법{DEVICE FOR PRODUCING HYDROGEN GAS FROM BY-PRODUCT GAS OF IRONMAKING PROCESS AND THE METHOD}
본 발명은 제철 부생가스를 이용한 수소가스 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
제철 산업의 철강 생산 공정에는 여러 부생가스가 발생하는데, 코크스 생산 공정에서 발생하는 코크스 오븐 가스(COG), 고로 공정에서 발생하는 고로가스(BFG), 전로에서 발생하는 전로가스(LDG) 등이 있다. 이러한 부생가스는 온실가스와 같은 환경적인 문제에 의하여 배출을 저감할 필요성이 있다.
이 중에서 코크스 오븐 가스(COG)의 경우 수소(H2) 약 45~60%, 메테인(CH4) 약 20~30% 등 수소의 함량이 높아, 일반적으로 가열로나 보일러 등 제철공정에서 연료로 재활용하거나, 여분의 가스를 발전소로 보내어 전력을 생산하는 데에 활용할 수 있다. 하지만 부생가스의 경우 주요 성분의 조성비가 일정하지 않기 때문에, 열량이 일정하지 않아 연료로 활용할 경우, 연소를 통한 발전용 외 주요 열원으로 사용하기 어렵다는 문제가 있다.
한편, 신재생에너지의 수요가 높아짐에 따라, 부생가스를 이용하여 수소(H2)를 생산하는 것이 주목받고 있다. 부생가스를 통해 생산한 수소(H2)는 연료전지와 같은 상업용으로 활용하거나, 환원철 등을 제조하는 데 사용할 수 있다. 하지만 부생가스를 활용하여 수소(H2)를 생산하는 경우에도 부생가스의 조성비가 일정하지 않은 문제로 인해 개질기의 운전 안정성이 떨어지고, 수소(H2) 생산량이 일정하지 않아 생산 안정성이 떨어진다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수소 개질 장치의 개질부에 공급되는 가스의 메테인 농도가 일정하여 수소 생산량이 일정하고 개질부 운전 안정성이 향상된 수소 개질 장치 및 수소 생산 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제 해결을 위한 일 실시예에 따른 수소가스 제조 장치는 부생가스에 포함된 수소를 분리하는 수소 추출기, 일측이 상기 수소 추출기와 연결되어 상기 수소 추출기에서 배출된 테일가스가 이송되는 테일가스 라인, 상기 테일가스 라인과 연통되어, 제1 추가가스를 이송하는 제1 추가가스 라인, 상기 테일가스 라인과 연통되어, 제2 추가가스를 이송하는 제2 추가가스 라인, 및 상기 테일가스 라인의 타측과 연결되고, 가스 내 메테인을 개질하여 수소를 발생시키는 개질부를 포함하되, 상기 테일가스, 상기 제1 추가 가스 및 상기 제2 추가 가스는 서로 다른 메테인 농도를 가진다.
상기 테일가스의 메테인 농도는 상기 제1 추가가스의 메테인 농도와 상기 제2 추가가스의 메테인 농도 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 수소 추출기를 향해 상기 부생가스를 이송하는 부생가스 라인을 더 포함하고, 상기 제1 추가가스 라인은 일측이 상기 부생가스 라인과 연통되고 타측이 상기 테일가스 라인과 연통되어, 상기 부생가스를 상기 부생가스 라인으로부터 상기 테일가스 라인으로 이송할 수 있다.
상기 테일가스, 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스의 유량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 추가가스 라인은 제1 추가가스 제어밸브를 포함하고, 상기 제2 추가가스 라인은 제2 추가가스 제어밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 추가가스 제어밸브 및 상기 제2 추가가스 제어밸브와 전기적으로 연결되어, 상기 제1 추가가스 제어밸브 및 상기 제2 추가가스 제어밸브 각각의 개폐 및 개도율을 제어할 수 있다.
상기 테일가스 라인과 연통되는 유량조절 라인을 더 포함하되, 상기 유량조절 라인은 상기 테일가스, 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스가 혼합된 혼합가스의 일부를 테일가스 라인 외부로 배출할 수 있다.
상기 유량조절 라인에서 배출된 여분가스는 상기 테일가스가 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스와 혼합되기 전의 상기 테일가스 라인으로 재혼입될 수 있다.
상기 유량조절 라인에서 배출된 여분가스는 상기 개질부의 열원으로 사용될 수 있다.
상기 개질부는 황화물을 제거하는 탈황 설비, 탄소(C)원자를 2개 이상 포함하는 고급 탄화수소를 메테인으로 변환하도록 구성된 예비 개질기, 및 메테인을 개질하여 수소를 발생시키는 메테인 개질기를 포함할 수 있다.
상기 테일가스 라인은 가스혼합부를 더 포함하고, 상기 가스혼합부는 상기 테일가스 및 적어도 하나의 상기 추가가스를 균일하게 혼합하여 혼합가스를 상기 개질부에 배출할 수 있다.
상기 과제 해결을 위한 일 실시예에 따른 수소가스 제조 장치는 부생가스에 포함된 수소를 분리하는 수소 추출기, 일측이 상기 수소 추출기와 연결되어 상기 수소 추출기에서 배출된 테일가스가 이송되는 테일가스 라인,상기 테일가스 라인과 연통되어, 추가가스를 이송하는 적어도 하나의 추가가스 라인, 일측이 상기 테일가스 라인과 연통되어, 상기 테일가스와 상기 추가가스가 혼합된 혼합가스의 일부를 테일가스 라인 외부로 배출하는 유량조절 라인, 및 상기 테일가스 라인의 타측과 연결되고, 가스 내 탄화수소를 개질하여 수소를 발생시키는 개질부를 포함한다.
상기 유량조절 라인은 제1 여분가스 라인을 포함하되,상기 제1 여분가스 라인은 일측이 상기 추가가스 라인과 상기 개질부 사이에서 상기 테일가스 라인과 연통되고, 타측이 상기 수소 추출기와 상기 추가가스 라인 사이에서 상기 테일가스 라인과 연통될 수 있다.
상기 유량조절 라인은 제2 여분가스 라인을 더 포함하며, 상기 개질부는 개질부 버너를 포함하고, 상기 제2 여분가스 라인은 일측이 상기 추가가스 라인과 상기 개질부 사이에서 상기 테일가스 라인과 연통되고, 타측이 상기 개질부 버너와 연결될 수 있다.
상기 유량조절 라인으로 이송되는 여분가스의 유량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 과제 해결을 위한 일 실시예에 따른 수소가스 제조 방법은 부생 가스에 포함된 수소를 분리하는 수소 추출 단계, 상기 수소 추출 단계에서 배출된 테일가스를 테일가스 라인을 통해 이송하는 테일가스 공급 단계, 상기 테일가스 공급 단계에서 공급된 테일가스와, 서로 다른 메테인 농도를 갖는 제1 추가가스 및 제2 추가가스를 혼합하는 탄화수소 농도 조절 단계, 상기 탄화수소 농도 조절 단계에서 혼합된 혼합가스를 개질하는 개질 단계를 포함한다.
상기 테일가스의 메테인 농도는 상기 제1 추가가스의 메테인 농도와 상기 제2 추가가스의 메테인 농도 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 탄화수소 농도 조절 단계는, 성분 계측기를 통해 상기 혼합가스의 메테인 농도를 측정하는 단계 및 상기 혼합가스의 상기 메테인 농도를 기존에 설정된 기준 메테인 농도와 비교하여, 상기 테일가스 라인에 공급되는 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스 중 적어도 어느 하나의 공급 유량을 조절하는 추가가스 공급유량 조절 단계를 포함할 수 있다.
상기 탄화수소 농도 조절 단계에서 생성된 상기 혼합가스의 일부를 배출하는 가스 유량 조절 단계를 더 포함하되, 상기 혼합가스는 상기 테일가스 라인을 통해 이송되고, 상기 가스 유량 조절 단계에서, 상기 혼합가스는 상기 테일가스 라인으로부터 배출될 수 있다.
상기 가스 유량 조절 단계는, 유량 계측기를 통해 상기 테일가스 라인에서 이송되는 상기 혼합가스의 유량을 측정하는 단계, 상기 혼합가스의 측정된 유량과 기준 가스 유량과 비교하는 단계 및 상기 비교 단계의 결과에 따라, 상기 혼합가스를 상기 테일가스 라인으로부터 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 테일가스 라인으로부터 배출된 상기 혼합가스는 상기 테일가스가 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스와 혼합되기 전의 상기 테일가스 라인으로 재혼입될 수 있다.
일 실시예에 따른 수소가스 제조 장치와 수소가스 제조 방법은 수소 개질 장치의 개질부에 일정한 메테인 농도를 갖는 가스를 공급하여, 수소 생산량이 일정하고 개질부 운전 안정성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소가스 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 수소가스 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 도 2의 탄화수소 농도 조절 단계의 구체적인 순서도이다.
도 4는 도 2의 가스 유량 조절 단계의 구체적인 순서도이다.
도 5는 도 2의 가스 개질 단계의 구체적인 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소가스 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수소가스 제조 장치를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
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.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"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.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소가스 제조 장치를 나타낸 도면이다. 도 1에서 각 구성 사이의 연결 관계와 관련하여, 실선으로 표현된 연결 관계는 상호 물리적으로 연결된 것을 의미하며, 1점 쇄선으로 표현된 연결 관계는 상호 전기적으로 연결된 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소가스 제조 장치(1)는 수소 추출기(100), 테일가스 라인(200), 농도조절 라인(300), 농도 제어부(400), 유량조절 라인(500), 유량 제어부(600) 및 개질부(700)를 포함한다.
수소 추출기(100)는 부생가스 라인(11)을 통해 부생가스(10)를 공급받아, 부생가스(10) 내에 존재하는 수소(H2)를 추출할 수 있다. 수소 추출기(100)는 개질부(700)에서 수소(H2)를 생산하기 전, 일차적으로 수소(H2)를 추출할 수 있다. 이에 따라, 수소가스 제조 장치(1)의 수소(H2) 생산 효율이 향상될 수 있다. 예를 들어, 수소 추출기(100)는 압력 순환 흡착 분리기(PSA)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
수소 추출기(100)는 테일가스(20)를 배출할 수 있다. 테일가스(20)는 부생가스(10)보다 수소(H2)의 함량이 낮을 수 있다. 테일가스(20)는 부생가스(10)에서 수소(H2)가 추출된 가스와 실질적으로 동일할 수 있다. 부생가스(10)에서 수소(H2)가 추출됨에 따라, 테일가스(20)의 메테인(Methane, CH4) 농도는 부생가스(10)의 메테인(CH4) 농도보다 높을 수 있다.
부생가스(10)는 예를 들어, 코크스오븐가스(COG), 고로가스(BFG) 및 전로가스(LDG) 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 본 실시예에서, 부생가스(10)는 코크스오븐가스(COG)인 것으로 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
부생가스(10)는 수소 추출기(100)로 공급될 뿐만 아니라, 테일가스 라인(200)으로 공급될 수 있다. 부생가스 라인(11)은 제1 추가가스 라인(310)을 통해 테일가스 라인(200)과 연통되고, 부생가스(10)는 테일가스 라인(200)으로 공급될 수 있다. 이에 따라, 테일가스 라인(200) 내부에 유동하는 테일가스(20)의 탄화수소(Hydrocarbon) 농도를 제어할 수 있다. 본 실시예에서, 농도가 제어되는 탄화수소는 메테인(CH4)인 것으로 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 메테인(CH4) 농도 조절에 대한 자세한 설명은 후술한다.
테일가스 라인(200)은 일측이 수소 추출기(100)와 연결되고, 타측이 개질부(700)와 연결될 수 있다. 테일가스 라인(200)은 수소 추출기(100)에서 배출된 테일가스(20)를 공급받을 수 있다.
테일가스 라인(200)은 테일가스(20) 뿐만 아니라 농도조절 라인(300)에서 배출된 추가가스(31, 32)를 더 공급 받을 수 있다. 테일가스 라인(200)은 테일가스(20) 및 추가가스(31, 32)를 개질부(700)로 이송할 수 있다.
농도조절 라인(300)은 일측이 테일가스 라인(200)과 연통될 수 있다.농도조절 라인(300)은 테일가스 라인(200)에 추가가스(31, 32)를 공급할 수 있다. 농도조절 라인(300)은 추가가스(31, 32)를 통해, 테일가스 라인(200) 내부를 지나는 가스(Gas)의 메테인(CH4) 농도를 조절할 수 있다. 테일가스 라인(200)은 혼합가스(40)를 개질부(700)로 공급할 수 있다. 혼합가스(40)는 테일가스(20)와 추가가스(31, 32)가 혼합된 가스를 지칭한다.
혼합가스(40)는 적어도 일부가 유량조절 라인(500)을 통해 테일가스 라인(200) 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라, 테일가스 라인(200)에 유동하는 혼합가스(40)의 유량이 제어될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
농도조절 라인(300)은 제1 추가가스 라인(310)과 제2 추가가스 라인(320)을 포함할 수 있다.
제1 추가가스 라인(310)은 일측이 부생가스 라인(11)과 연통되고, 타측이 테일가스 라인(200)과 연통될 수 있다. 제1 추가가스 라인(310)은 부생가스 라인(11)에서 테일가스 라인(200)으로 제1 추가가스(31)를 이송할 수 있다. 제1 추가가스 라인(310)은 부생가스 라인(11)에 유동하는 부생가스(10)의 일부를 테일가스 라인(200)으로 공급할 수 있다.
제1 추가가스(31)는 테일가스(20)보다 메테인(CH4) 농도가 낮을 수 있다. 본 실시예에서 제1 추가가스(31)는 부생가스(10)일 수 있다. 다시 말해서, 제1 추가가스(31)는 부생가스(10)와 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 추가가스 라인(310)은 제1 추가가스 제어밸브(311)를 포함할 수 있다. 제1 추가가스 제어밸브(311)의 개폐 또는 개도율 조절을 통해, 테일가스 라인(200)에 공급되는 제1 추가가스(31)의 유량을 제어할 수 있다.
제2 추가가스 라인(320)은 일측이 테일가스 라인(200)과 연통될 수 있다. 제2 추가가스 라인(320)은 제2 추가가스(32)를 별도로 마련된 제2 추가가스 저장 탱크(미도시)로부터 공급받아 테일가스 라인(200)으로 공급할 수 있다.
제2 추가가스(32)는 테일가스(20)보다 메테인(CH4) 농도가 높을 수 있다. 예를 들어, 제2 추가가스(32)는 천연가스(NG)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 추가가스 라인(320)은 제2 추가가스 제어밸브(321)를 포함할 수 있다. 제2 추가가스 제어밸브(321)의 개폐 또는 개도율 조절을 통해, 테일가스 라인(200)에 공급되는 제2 추가가스(32)의 유량을 제어할 수 있다.
제1 추가가스 라인(310)을 통해 제1 추가가스(31)의 유량을 제어하고, 제2 추가가스 라인(320)을 통해 제2 추가가스(32)의 유량을 제어함으로써, 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 제어할 수 있다.
이에 따라, 개질부(700)에 공급되는 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 일정하게 유지하거나, 일정 범위 내에 있도록 조절할 수 있다.
나아가, 개질부(700)에서 생산되는 수소가스의 양을 일정하게 유지하거나, 일정 범위 내에 있도록 할 수 있어, 개질부(700)의 운전 안정성이 향상될 수 있다.
농도 제어부(400)는 제1 추가가스 제어밸브(311), 제2 추가가스 제어밸브(321) 및 성분 계측기(410)와 전기적으로 연결될 수 있다.
성분 계측기(410)는 테일가스 라인(200) 내부에 유동하는 가스의 메테인(CH4) 농도를 측정할 수 있다. 추가가스(31, 32)가 공급되기 전, 성분 계측기(410)는 테일가스(20)의 메테인(CH4) 농도를 측정할 수 있다. 추가가스(31, 32)가 공급된 후, 성분 계측기(410)는 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 측정할 수 있다.
이하에서는, 성분 계측기(410)가 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 측정하는 것으로 설명한다. 다만, 추가가스(31, 32)가 테일가스 라인(200)에 공급되기 전인 경우, 성분 계측기(410)는 테일가스(20)의 메테인(CH4) 농도를 측정할 수 있으며, 메테인(CH4) 농도를 측정하는 방법 또한 실질적으로 동일하다.
성분 계측기(410)가 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 측정하는 경우, 성분 계측기(410)는 테일가스 라인(200)과 연통되어, 혼합가스(40) 일부를 공급받아, 이를 샘플링하여 혼합가스(40)의 농도를 측정할 수 있다. 또는, 성분 계측기(410)는 테일가스 라인(200)에 설치된 농도 측정기(미도시)와 전기적으로 연결되어, 농도 측정기(미도시)에서 측정된 혼합가스(40)의 농도를 전달받을 수 있다.
농도 제어부(400)는 성분 계측기(410)를 통해 측정된 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도에 따라, 제1 추가가스 제어밸브(311) 및 제2 추가가스 제어밸브(321)의 개폐 및 개도율을 결정할 수 있다.
구체적으로, 농도 제어부(400)는 사전에 입력된 기준 메테인(CH4) 농도와 성분 계측기(410)에서 측정된 메테인(CH4) 농도를 비교할 수 있다. 농도 제어부(400)는 비교 결과에 따라, 제1 추가가스 제어밸브(311) 및 제2 추가가스 제어밸브(321)의 개폐 및 개도율을 결정할 수 있다.
예를 들어, 측정된 메테인(CH4) 농도가 기준 메테인(CH4) 농도보다 낮을 경우, 제1 추가가스 제어밸브(311)를 제어하여 제1 추가가스(31)의 유량을 감소시켜 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 증가시킬 수 있다. 또는, 제2 추가가스 제어밸브(321)를 제어하여 제2 추가가스(32)의 유량을 증가시켜 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 증가시킬 수 있다. 또는, 제1 추가가스 제어밸브(311) 및 제2 추가가스 제어밸브(321)를 제어하여, 제1 추가가스(31)의 유량을 감소시키고 제2 추가가스(32)의 유량을 증가시켜, 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 증가시킬 수 있다.
측정된 메테인(CH4) 농도가 기준 메테인(CH4) 농도보다 높을 경우, 제1 추가가스 제어밸브(311)를 제어하여 제1 추가가스(31)의 유량을 증가시켜 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 감소시킬 수 있다. 또는, 제2 추가가스 제어밸브(321)를 제어하여 제2 추가가스(32)의 유량을 감소시켜 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 감소시킬 수 있다. 또는, 제1 추가가스 제어밸브(311) 및 제2 추가가스 제어밸브(321)를 제어하여, 제1 추가가스(31)의 유량을 증가시키고 제2 추가가스(32)의 유량을 감소시켜, 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 감소시킬 수 있다.
농도 제어부(400)는 제1 추가가스 제어밸브(311) 및 제2 추가가스 제어밸브(321)를 제어하여, 개질부(700)에 공급되는 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 조절할 수 있다. 농도 제어부(400)는 제1 추가가스 제어밸브(311) 및 제2 추가가스 제어밸브(321)를 통해, 개질부(700)에 공급되는 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 일정하게 유지하거나, 일정 범위 내에 있도록 조절할 수 있다.
유량조절 라인(500)은 농도조절 라인(300)과 개질부(700) 사이에서 테일가스 라인(200)과 연통될 수 있다. 유량조절 라인(500)은 테일가스 라인(200)에 유동하는 혼합가스(40)의 적어도 일부를 테일가스 라인(200)의 외부로 배출할 수 있다.
유량조절 라인(500)은 제1 내지 제3 여분가스 제어밸브(511, 521, 531)를 통해 여분가스(50)의 유량을 조절할 수 있고, 이에 따라, 테일가스 라인(200)에 유동하는 혼합가스(40)의 유량을 제어할 수 있다. 여분가스(50)는 테일가스 라인(200) 외부로 배출된 혼합가스(40)를 지칭한다.
유량조절 라인(500)을 통해, 개질부(700)에 공급되는 혼합가스(40)의 유량을 일정하게 유지하거나, 일정 범위 내에 있도록 할 수 있다. 나아가, 개질부(700)의 운전 안정성이 향상될 수 있다.
유량조절 라인(500)은 제1 여분가스 배출 라인(510), 제2 여분가스 배출 라인(520), 및 제3 여분가스 배출 라인(530)을 포함할 수 있다.
제1 여분가스 배출 라인(510)은 일측이 농도조절 라인(300)과 개질부(700) 사이에서 테일가스 라인(200)과 연통되고, 타측이 수소 추출기(100)와 농도조절 라인(300) 사이에서 테일가스 라인(200)과 연통될 수 있다. 제1 여분가스 배출 라인(510)은 여분가스(50)를 테일가스 라인(200)에 재혼입할 수 있다. 제1 여분가스 배출 라인(510)을 통해 테일가스 라인(200)에 재혼입된 여분가스(50)는 추가가스(31, 32)와 혼합되기 전의 테일가스(20)와 혼합될 수 있다.
해당 재혼입을 통해, 가스의 손실을 최소화하면서 개질 공정을 진행할 수 있다. 나아가, 공정 효율이 감소하는 것을 억제 또는 방지할 수 있고, 공정 비용이 증가하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
제1 여분가스 배출 라인(510)은 제1 여분가스 제어밸브(511)를 포함할 수 있다. 제1 여분가스 제어밸브(511)의 개폐 또는 개도율 조절을 통해, 제1 여분가스 배출 라인(510)에 공급되는 여분가스(50)의 유량을 제어할 수 있다.
제2 여분가스 배출 라인(520)은 일측이 농도조절 라인(300)과 개질부(700) 사이에서 테일가스 라인(200)과 연통되고, 타측이 개질부 버너(760)와 연결될 수 있다. 제2 여분가스 배출 라인(520)을 통해 공급된 여분가스(50)는 개질부 버너(760)의 열원으로 사용할 수 있다. 이 경우, 전체 공정 효율이 감소하는 것을 억제 또는 방지할 수 있으며, 공정 비용이 증가하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
수소가스 제조 장치(1)가 제2 여분가스 배출 라인(520)을 포함함으로써, 테일가스 라인(200) 내부에 유동하는 혼합가스(40)의 유량을 원활하게 제어할 수 있다. 제2 여분가스 배출 라인(520)은 여분가스(50)를 테일가스 라인(200)으로 재혼입하지 않고, 다른 구성(예를 들어, 개질부 버너(760))으로 공급할 수 있다.
이에 따라, 테일가스 라인(200) 내부에 유동하는 혼합가스(40)의 유량을 원활히 제어할 수 있다. 제2 여분가스 배출 라인(520)을 통해 테일가스 라인(200) 내부 혼합가스(40)의 유량을 감소시킬 수 있다.
제2 여분가스 배출 라인(520)은 제2 여분가스 제어밸브(521)를 포함할 수 있다. 제2 여분가스 제어밸브(521)의 개폐 또는 개도율 조절을 통해, 제2 여분가스 배출 라인(520)에 공급되는 여분가스(50)의 유량을 제어할 수 있다. 이를 통해, 혼합가스(40)가 테일가스 라인(200) 외부로 배출되는 유량 및 혼합가스(40)가 개질부(700)에 공급되는 유량을 제어할 수 있다.
제3 여분가스 배출 라인(530)은 일측이 농도조절 라인(300)과 개질부(700) 사이에서 테일가스 라인(200)과 연통되고, 타측이 별도의 제철공정과 연결될 수 있다. 제3 여분가스 배출 라인(530)은 여분가스(50)를 별도의 제철공정의 열원으로 사용할 수 있다.
이를 통해, 전체 공정 효율이 감소하는 것을 억제 또는 방지할 수 있으며, 공정 비용이 증가하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
제3 여분가스 배출 라인(530)을 통해, 혼합가스(40)를 테일가스 라인(200)으로 재혼입하지 않고 다른 구성으로 공급하므로, 테일가스 라인(200) 내부 혼합가스(40)의 유량을 보다 원활히 제어할 수 있다. 제3 여분가스 배출 라인(530)을 통해 테일가스 라인(200) 내부 혼합가스(40)의 유량을 보다 원활하게 감소시킬 수 있다.
제3 여분가스 배출 라인(530)은 제3 여분가스 제어밸브(531)를 포함할 수 있다. 제3 여분가스 제어밸브(531)의 개폐 또는 개도율 조절을 통해, 제3 여분가스 배출 라인(530)에 공급되는 여분가스(50)의 유량을 제어할 수 있다.
제1 여분가스 배출 라인(510), 제2 여분가스 배출 라인(520), 및 제3 여분가스 배출 라인(530)은 일부 라인을 공유할 수 있다. 제1 여분가스 배출 라인(510)은 테일가스 라인(200)과 연통되어 있고, 제2 여분가스 배출 라인(520) 및 제3 여분가스 배출 라인(530)은 제1 여분가스 배출 라인(510)으로부터 분기할 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 여분가스 배출 라인(510), 제2 여분가스 배출 라인(520), 및 제3 여분가스 배출 라인(530)은 각각 테일가스 라인(200)과 연통될 수 있다.
유량 제어부(600)는 유량 계측기(610), 제1 여분가스 제어밸브(511), 제2 여분가스 제어밸브(521), 및 제3 여분가스 제어밸브(531)와 전기적으로 연결될 수 있다.
유량 계측기(610)는 테일가스 라인(200) 내부에 유동하는 가스의 유량을 측정할 수 있다. 테일가스(20)와 추가가스(31, 32)가 혼합되기 전, 유량 계측기(610)는 테일가스(20)의 유량을 측정할 수 있다. 테일가스(20)와 추가가스(31, 32)가 혼합된 후, 유량 계측기(610)는 혼합가스(40)의 유량을 측정할 수 있다. 이하에서는, 유량 계측기(610)가 혼합가스(40)의 유량을 측정하는 것으로 설명한다.
유량 계측기(610)가 혼합가스(40)의 유량을 측정하는 경우, 유량 계측기(610)는 테일가스 라인(200)에 설치된 유량 측정기(미도시)와 전기적으로 연결되어, 유량 측정기(미도시)에서 측정된 혼합가스(40)의 유량을 전달받을 수 있다.
유량 제어부(600)는 유량 계측기(610)를 통해 측정된 혼합가스(40)의 유량에 따라, 제1 내지 제3 여분가스 제어밸브(511, 521, 531)의 개폐 및 개도율을 결정할 수 있다.
구체적으로, 유량 제어부(600)는 사전에 입력된 기준 유량과 유량 계측기(610)에서 측정된 혼합가스(40)의 유량을 비교할 수 있다. 유량 제어부(600)는 비교 결과에 따라, 제1 내지 제3 여분가스 제어밸브(511, 521, 531) 각각의 개폐 및 개도율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 측정된 혼합가스(40)의 유량이 기준 유량보다 많을 경우, 제1 내지 제3 여분가스 제어밸브(511, 521, 531) 각각을 제어하여, 여분가스(50)의 유량을 증가시켜 혼합가스(40)의 유량을 감소시킬 수 있다.
이를 통해, 유량 제어부(600)는 테일가스 라인(200)에서 배출된 여분가스(50)의 총 유량을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 여분가스(50)가 각 여분가스 배출 라인(510, 520, 530)으로 공급되는 유량을 함께 제어할 수 있다.
개질부(700)는 혼합가스(40)를 공급받아 혼합가스(40) 내 메테인(CH4)을 수소(H2)로 개질할 수 있다. 개질부(700)는 탈황 설비(710), 예비 개질기(720), 메테인 개질기(730), 이산화탄소 분리기(740), 추가 수소 추출기(750) 및 개질부 버너(760)를 포함할 수 있다.
탈황 설비(710)는 테일가스 라인(200)을 통해 공급받은 혼합가스(40)로부터 황화수소(H2S) 등의 황(S) 성분을 제거할 수 있다. 탈황 설비(710)는 황(S) 성분이 제거된 탈황가스(61)를 배출할 수 있다.
예비 개질기(720)는 탈황 설비(710)에서 배출된 탈황가스(61)를 예비개질할 수 있다. 예비 개질기(720)는 탈황가스(61) 내의 고급 탄화수소를 개질기에 무해한 화합물로 예비개질할 수 있다. 예비개질이 진행되는 온도는 400℃ 내지 600℃의 범위 내에 있을 수 있다.
여기서, 고급 탄화수소는 탄소원자(C)를 2개 이상 포함한 에틸렌 등의 탄화수소를 지칭하며, 개질기에 무해한 화합물은 메테인 개질기(730)의 촉매 비활성화에 기여하지 않는 화합물을 지칭할 수 있다. 개질기에 무해한 화합물은 메테인(CH4), 일산화탄소(CO), 및 수소(H2) 등을 포함할 수 있다.
또한, 예비 개질기(720)는 황(S)이나 고급 탄화수소 뿐만 아니라, 메테인 개질기(730)에 영향을 줄 수 있는 유해 성분을 미리 제거할 수 있다.
예비 개질기(720)를 통해, 메테인 개질기(730)를 보호할 수 있으며, 메테인 개질기(730)의 수명이 감소하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
예비 개질기(720)는 예비개질가스(62)를 배출할 수 있다. 예비개질가스(62)는 예비개질된 탈황가스(61)를 지칭한다. 결과적으로, 예비개질가스(62)는 메테인(CH4), 일산화탄소(CO), 및 수소(H2) 등을 포함할 수 있다.
예비 개질기(720)는 탈황 설비(710)에서 배출된 탈황가스(61) 이외에도 예비개질 공정에 필요한 제1 외부가스(71)를 별도로 마련된 제1 외부가스 저장 탱크(미도시)로부터 공급받을 수 있다. 예를 들어, 제1 외부가스(71)는 수증기(H2O)일 수 있다
메테인 개질기(730)는 예비개질가스(62)를 공급받아, 예비개질가스(62) 내에 분포하는 메테인(CH4)을 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 개질하고, 개질가스(63)를 배출할 수 있다.
메테인 개질기(730)는 수증기 개질기(SMR), 부분산화 개질기(POX), 자열 개질기(ATR) 및 이산화탄소 개질기(CDR) 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 본 실시예에서, 메테인 개질기(730)는 수증기 개질기(SMR)인 것으로 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
메테인 개질기(730)는 예비 개질기(720)에서 배출된 예비개질가스(62) 이외에도 개질 공정에 필요한 제2 외부가스(72)를 별도로 마련된 제2 외부가스 저장 탱크(미도시)로부터 공급받을 수 있다. 제2 외부가스(72)는 메테인 개질기(730)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 메테인 개질기(730)가 수증기 개질기(SMR)인 경우, 제2 외부가스(72)는 수증기(H2O)일 수 있다.
이산화탄소 분리기(740)는 메테인 개질기(730)에서 배출된 개질가스(63) 내부 이산화탄소(CO2)를 분리하여 개질가스(63)의 수소(H2) 농도를 높일 수 있다. 예를 들어, 이산화탄소 분리기(740)는 압력 순환 흡착 분리기(PSA)일 수 있다.
추가 수소 추출기(750)는 이산화탄소 분리기(740)에서 배출된 이산화탄소(CO2) 분리가스(64) 내부의 수소(H2)를 추출할 수 있다. 추가 수소 추출기(750)는 압력 순환 흡착 분리기(PSA)일 수 있다.
이산화탄소 분리기(740) 및 추가 수소 추출기(750)를 포함함에 따라, 개질부(700)에서 생산된 수소가스의 순도가 더욱 향상될 수 있다.
개질부 버너(760)는 개질부(700)에 필요한 열을 공급할 수 있다. 예를 들어, 개질부 버너(760)는 메테인 개질기(730)를 가열할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 개질부 버너(760)는 제2 여분가스 배출 라인(520)을 통해 제공받은 여분가스(50)를 열원으로 사용하거나, 별도로 마련된 연료 탱크(미도시)로부터 연료를 공급받아 열원으로 사용할 수 있다.
도 2는 제1 실시예에 따른 수소가스 제조 방법의 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 수소가스 제조 방법은 수소 추출 단계(S1), 테일가스 공급 단계(S2), 탄화수소 농도 조절 단계(S3), 가스 유량 조절 단계(S4), 및 가스 개질 단계(S5)를 포함할 수 있다.
수소 추출 단계(S1)에서는 부생가스(10)로부터 수소(H2)를 추출하여 테일가스(20)를 배출할 수 있다.
구체적으로, 수소 추출기(100)는 부생가스 라인(11)을 통해 부생가스(10)를 공급받아 수소(H2)를 추출할 수 있다. 수소 추출기(100)는 부생가스(10)로부터 수소(H2)를 추출하고 남은 테일가스(20)를 테일가스 라인(200)으로 배출할 수 있다.
테일가스 공급 단계(S2)에서는 테일가스(20)를 개질부(700)에 공급할 수 있다.
구체적으로, 테일가스 라인(200)은 일측이 수소 추출기(100)와 연결되고, 타측이 개질부(700)와 연결될 수 있다. 테일가스(20)는 수소 추출기(100)에서 배출되어 테일가스 라인(200)을 통해 개질부(700)에 공급될 수 있다.
탄화수소 농도 조절 단계(S3)는 테일가스(20)와 추가가스(31, 32)를 혼합함으로써, 테일가스 라인(200)에 유동하는 가스의 탄화수소 농도를 조절할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명을 위해 도 3이 더 참조된다.
도 3은 도 2의 탄화수소 농도 조절 단계의 구체적인 순서도이다.
도 3을 더 참조하면, 탄화수소 농도 조절 단계(S3)는 테일가스 라인(200)에 유동하는 가스의 탄화수소 농도를 측정하는 단계(S31), 측정된 탄화수소 농도와 기준 탄화수소 농도를 비교하는 단계(S32), 및 추가가스(31, 32)의 공급유량을 조절하는 단계(S33)를 포함할 수 있다.
이하에서, 탄화수소 농도 조절 단계(S3)에서 측정, 비교 및 조절되는 탄화수소의 농도는 메테인(CH4)의 농도인 것으로 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
테일가스 라인(200)에 유동하는 가스의 탄화수소 농도를 측정하는 단계(S31)에서, 농도 제어부(400)는 성분 계측기(410)를 통해 테일가스 라인(200)에 유동하는 가스의 메테인(CH4) 농도를 측정할 수 있다. 여기서, 테일가스 라인(200)에 유동하는 가스는 테일가스(20) 또는 혼합가스(40) 중 어느 하나일 수 있다.
다음으로, 측정된 탄화수소 농도와 기준 탄화수소 농도를 비교하는 단계(S32)에서, 농도 제어부(400)는 성분 계측기(410)를 통해 측정된 메테인(CH4) 농도와 기준 메테인(CH4) 농도 범위를 비교할 수 있다.
다음으로, 추가가스(31, 32)의 공급유량을 조절하는 단계(S33)에서, 상기 비교 결과를 통해 제1 추가가스 제어밸브(311) 및 제2 추가가스 제어밸브(321)의 개폐 및 개도율을 제어하여 추가가스(31, 32)의 공급유량을 조절할 수 있다. 나아가, 추가가스(31, 32)의 공급유량을 조절함으로써, 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도가 기준 농도 범위 내에 있도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 개질부(700)에서 생산되는 수소가스의 양을 일정하게 유지하거나, 일정 범위 내에 있도록 할 수 있어, 개질부(700)의 운전 안정성이 향상될 수 있다.
가스 유량 조절 단계(S4)는 개질부(700)에 공급되는 혼합가스(40)의 유량을 제어할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명을 위해 도 4가 더 참조된다.
도 4는 도 2의 가스 유량 조절 단계의 구체적인 순서도이다.
도1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 가스 유량 조절 단계(S4)는 혼합가스(40)의 유량을 측정하는 단계(S41), 측정된 유량과 기준 유량을 비교하는 단계(S42), 및 여분가스(50)의 배출유량을 조절하는 단계(S43)를 포함할 수 있다.
테일가스 라인(200)에 유동하는 가스의 유량을 측정하는 단계(S41)에서, 유량 제어부(600)는 유량 계측기(610)를 통해 테일가스 라인(200)에 유동하는 가스의 유량을 측정할 수 있다. 테일가스(20)와 추가가스(31, 32)가 혼합되기 전, 유량 계측기(610)는 테일가스(20)의 유량을 측정할 수도 있다. 테일가스(20)와 추가가스(31, 32)가 혼합된 후, 유량 계측기(610)는 혼합가스(40)의 유량을 측정할 수 있다. 이하에서는, 유량 계측기(610)가 혼합가스(40)의 유량을 측정하는 것으로 설명한다.
다음으로, 측정된 유량과 기준 유량을 비교하는 단계(S42)에서, 유량 제어부(600)는 유량 계측기(610)에서 측정한 혼합가스(40)의 유량과 기준 유량 범위를 비교할 수 있다.
다음으로, 여분가스(50)의 배출유량을 조절하는 단계(S43)에서, 상기 비교 결과를 통해 제1 내지 제3 여분가스 제어밸브(511, 521, 531)의 개폐 및 개도율을 제어하여 여분가스(50)의 배출유량을 조절할 수 있다. 이를 통해, 개질부(700)로 공급되는 혼합가스(40)의 유량이 일정하게 유지되거나, 일정 범위 내에 있도록 할 수 있다.
여분가스(50)는 제1 여분가스 배출 라인(510)을 통해 테일가스 라인(200)으로 재혼입되거나, 제2 여분가스 배출 라인(520)을 통해 개질부(700)의 열원으로 사용되거나, 제3 여분가스 배출 라인(530)을 통해 별도의 제철공정의 열원으로 사용될 수 있다.
가스 개질 단계(S5)는 개질부(700)에 공급된 혼합가스(40) 내 메테인(CH4)을 수소(H2)로 개질할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명을 위해 도 5가 더 참조된다.
도 5는 도 2의 가스 개질 단계의 구체적인 순서도이다.
도1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 가스 개질 단계(S5)는 탈황 단계(S51), 예비개질 단계(S52), 메테인 개질 단계(S53), 수소 순도 향상 단계(S54)를 포함한다.
탈황 단계(S51)에서, 탈황 설비(710)는 혼합가스(40)를 공급받아 혼합가스(40) 내의 황(S) 성분을 제거할 수 있다.
예비개질 단계(S52)에서, 예비 개질기(720)는 탈황가스(61)를 공급받아 탈황가스(61) 내의 고급 탄화수소를 예비개질할 수 있다. 고급 탄화수소를 예비개질함에 따라, 메테인 개질기(730)의 촉매 비활성화를 억제 또는 방지할 수 있다.
메테인 개질 단계(S53)에서, 메테인 개질기(730)는 예비개질가스(62)를 공급받아 예비개질가스(62) 내에 분포하는 메테인(CH4)을 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 개질할 수 있다.
수소 순도 향상 단계(S54)에서, 이산화탄소 분리기(740)는 개질가스(63) 내부 이산화탄소(CO2)를 분리할 수 있다. 추가 수소 추출기(750)는 이산화탄소 분리기(740)에서 배출된 이산화탄소(CO2) 분리가스(64) 내부의 수소(H2)를 추출할 수 있다. 이를 통해, 개질가스(63)의 수소(H2) 순도를 보다 향상시킬 수 있다.
개질 단계(S5)를 통해, 테일가스(20) 또는 혼합가스(40)로부터 수소(H2)를 개질하여 추가적인 수소(H2)를 생산할 수 있어, 수소(H2) 생산 효율이 향상될 수 있다.
이하에서는, 다른 실시예에 대해 설명한다. 다른 실시예에서는 이미 설명한 구성에 대해서는 설명을 간략화하거나 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소가스 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 수소가스 제조 장치(1_1)는 제1 추가가스 라인(310_1)을 포함하되, 부생가스 라인(11)과 연통되지 않고 별도로 마련된 제1 추가가스 저장 탱크(미도시)로부터 제1 추가가스(31_1)를 공급받는다는 점에서, 도 1의 실시예와 차이가 있다.
구체적으로, 제1 추가가스 라인(310_1)은 일측이 테일가스 라인(200)과 연통될 수 있다. 제1 추가가스 라인(310_1)은 제1 추가가스(31_1)를 별도로 마련된 제1 추가가스 저장 탱크(미도시)로부터 공급받아 테일가스 라인(200)으로 공급할 수 있다.
제1 추가가스(31_1)는 테일가스(20)보다 메테인(CH4) 농도가 낮을 수 있다. 예를 들어, 제1 추가가스(31_1)는 공기, 질소 가스(N2), 비활성 기체 및 기타 메테인(CH4)의 농도가 테일가스(20)보다 낮은 가스 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 본 실시예에서 제1 추가가스(31)는 비활성기체인 것으로 설명하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 추가가스(31_1)를 별도로 마련된 제1 추가가스 저장 탱크(미도시)로부터 공급받을 경우, 제1 추가가스(31_1) 성분의 조성비가 일정하기 때문에 농도 제어부(400)에서 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 조절하는 것이 보다 원활할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수소가스 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 제3 실시예에 따른 수소가스 제조 장치(1_2)는 가스 혼합부(800_2) 및 혼합가스 라인(900_2)을 더 포함한다는 점에서, 도 1의 실시예와 차이가 있다.
구체적으로, 수소가스 제조 장치(1_2)는 가스 혼합부(800_2) 및 혼합가스 라인(900_2)을 더 포함할 수 있다. 가스 혼합부(800_2)는 테일가스 라인(200), 제1 추가가스 라인(310), 제2 추가가스 라인(320), 유량조절 라인(500) 및 혼합가스 라인(900_2)과 연결될 수 있다.
가스 혼합부(800_2)는 테일가스 라인(200)을 통해 테일가스(20)를 공급받을 수 있다.
가스 혼합부(800_2)는 제1 추가가스(31) 및 제2 추가가스(32) 중 적어도 하나의 추가가스를 공급받아 테일가스(20)와 혼합하여 혼합가스(40)를 생성할 수 있다.
가스 혼합부(800_2)는 팬이나 스왈러 등의 가스 유동장치(미도시)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 가스 혼합부(800_2)는 테일가스(20), 제1 추가가스(31), 및 제2 추가가스(32)를 원활하게 혼합할 수 있다.
가스 혼합부(800_2)는 농도 제어부(400) 및 성분 계측기(410)와 연결될 수 있다. 성분 계측기(410)는 가스 혼합부(800_2)에서 혼합된 혼합가스(40)의 메테인(CH4) 농도를 측정할 수 있다.
가스 혼합부(800_2)는 유량조절 라인(500)과 연결될 수 있다. 유량조절 라인(500)은 가스 혼합부(800_2)에서 배출되는 혼합가스(40)의 일부를 여분가스(50)로 배출할 수 있다.
가스 혼합부(800_2)는 유량 제어부(600) 및 유량 계측기(610)와 연결될 수 있다. 유량 계측기(610)는 가스 혼합부(800_2)에서 혼합된 혼합가스(40)의 유량을 측정할 수 있다.
혼합가스 라인(900_2)은 가스 혼합부(800_2) 및 개질부(700)와 연결될 수 있다. 혼합가스 라인(900_2)을 통해, 가스 혼합부(800_2)에서 배출된 혼합가스(40)를 개질부(700)로 이송할 수 있다.
가스 혼합부(800_2)를 통해 개질부(700)에 공급되는 혼합가스(40)를 보다 균일하게 혼합할 수 있다. 또한, 성분 계측기(410)와 유량 계측기(610)에서 보다 원활하게 성분 및 유량을 측정할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
11 : 부생가스 라인
100 : 수소 추출기
200 : 테일가스 라인
300 : 농도조절 라인
310 : 제1 추가가스 라인
311 : 제1 추가가스 제어밸브
320 : 제2 추가가스 라인
321 : 제2 추가가스 제어밸브
400 : 농도 제어부
410 : 성분 계측기
500 : 유량조절 라인
510 : 제1 여분가스 배출 라인
511 : 제1 여분가스 제어밸브
520 : 제2 여분가스 배출 라인
521 : 제2 여분가스 제어밸브
530 : 제3 여분가스 배출 라인
531 : 제3 여분가스 제어밸브
600 : 유량 제어부
610 : 유량 계측기
700 : 개질부

Claims (20)

  1. 부생가스에 포함된 수소를 분리하는 수소 추출기;
    일측이 상기 수소 추출기와 연결되어 상기 수소 추출기에서 배출된 테일가스가 이송되는 테일가스 라인;
    상기 테일가스 라인과 연통되어, 제1 추가가스를 이송하는 제1 추가가스 라인;
    상기 테일가스 라인과 연통되어, 제2 추가가스를 이송하는 제2 추가가스 라인; 및
    상기 테일가스 라인의 타측과 연결되고, 가스 내 메테인을 개질하여 수소를 발생시키는 개질부;
    를 포함하되,
    상기 테일가스, 상기 제1 추가 가스 및 상기 제2 추가 가스는 서로 다른 메테인 농도를 갖는 수소가스 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 테일가스의 메테인 농도는 상기 제1 추가가스의 메테인 농도와 상기 제2 추가가스의 메테인 농도 사이의 범위 내에 있는 수소가스 제조 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 수소 추출기를 향해 상기 부생가스를 이송하는 부생가스 라인을 더 포함하고,
    상기 제1 추가가스 라인은 일측이 상기 부생가스 라인과 연통되고 타측이 상기 테일가스 라인과 연통되어, 상기 부생가스를 상기 부생가스 라인으로부터 상기 테일가스 라인으로 이송하는 수소가스 제조 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 테일가스, 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스의 유량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 수소가스 제조 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 추가가스 라인은 제1 추가가스 제어밸브를 포함하고,
    상기 제2 추가가스 라인은 제2 추가가스 제어밸브를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 추가가스 제어밸브 및 상기 제2 추가가스 제어밸브와 전기적으로 연결되어, 상기 제1 추가가스 제어밸브 및 상기 제2 추가가스 제어밸브 각각의 개폐 및 개도율을 제어하는 수소가스 제조 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 테일가스 라인과 연통되는 유량조절 라인을 더 포함하되,
    상기 유량조절 라인은 상기 테일가스, 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스가 혼합된 혼합가스의 일부를 테일가스 라인 외부로 배출하는 수소가스 제조 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 유량조절 라인에서 배출된 여분가스는 상기 테일가스가 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스와 혼합되기 전의 상기 테일가스 라인으로 재혼입되는 수소가스 제조 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 유량조절 라인에서 배출된 여분가스는 상기 개질부의 열원으로 사용되는 수소가스 제조 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 개질부는 황화물을 제거하는 탈황 설비,
    탄소(C)원자를 2개 이상 포함하는 고급 탄화수소를 메테인으로 변환하도록 구성된 예비 개질기, 및
    메테인을 개질하여 수소를 발생시키는 메테인 개질기,
    를 포함하는 수소가스 제조 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 테일가스 라인은 가스혼합부를 더 포함하고,
    상기 가스혼합부는 상기 테일가스 및 적어도 하나의 상기 추가가스를 균일하게 혼합하여 혼합가스를 상기 개질부에 배출하는 수소가스 제조 장치.
  11. 부생가스에 포함된 수소를 분리하는 수소 추출기;
    일측이 상기 수소 추출기와 연결되어 상기 수소 추출기에서 배출된 테일가스가 이송되는 테일가스 라인;
    상기 테일가스 라인과 연통되어, 추가가스를 이송하는 적어도 하나의 추가가스 라인;
    일측이 상기 테일가스 라인과 연통되어, 상기 테일가스와 상기 추가가스가 혼합된 혼합가스의 일부를 테일가스 라인 외부로 배출하는 유량조절 라인; 및
    상기 테일가스 라인의 타측과 연결되고, 가스 내 탄화수소를 개질하여 수소를 발생시키는 개질부;
    를 포함하는 수소가스 제조 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 유량조절 라인은 제1 여분가스 라인을 포함하되,
    상기 제1 여분가스 라인은 일측이 상기 추가가스 라인과 상기 개질부 사이에서 상기 테일가스 라인과 연통되고, 타측이 상기 수소 추출기와 상기 추가가스 라인 사이에서 상기 테일가스 라인과 연통되는 수소가스 제조 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 유량조절 라인은 제2 여분가스 라인을 더 포함하며,
    상기 개질부는 개질부 버너를 포함하고,
    상기 제2 여분가스 라인은 일측이 상기 추가가스 라인과 상기 개질부 사이에서 상기 테일가스 라인과 연통되고, 타측이 상기 개질부 버너와 연결되는 수소가스 제조 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 유량조절 라인으로 이송되는 여분가스의 유량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 수소가스 제조 장치.
  15. 부생 가스에 포함된 수소를 분리하는 수소 추출 단계;
    상기 수소 추출 단계에서 배출된 테일가스를 테일가스 라인을 통해 이송하는 테일가스 공급 단계;
    상기 테일가스 공급 단계에서 공급된 테일가스와, 서로 다른 메테인 농도를 갖는 제1 추가가스 및 제2 추가가스를 혼합하는 탄화수소 농도 조절 단계;
    상기 탄화수소 농도 조절 단계에서 혼합된 혼합가스를 개질하는 개질 단계;
    를 포함하는 수소가스 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 테일가스의 메테인 농도는 상기 제1 추가가스의 메테인 농도와 상기 제2 추가가스의 메테인 농도 사이의 범위 내에 있는 수소가스 제조 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 탄화수소 농도 조절 단계는,
    성분 계측기를 통해 상기 혼합가스의 메테인 농도를 측정하는 단계; 및
    상기 혼합가스의 상기 메테인 농도를 기존에 설정된 기준 메테인 농도와 비교하여, 상기 테일가스 라인에 공급되는 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스 중 적어도 어느 하나의 공급 유량을 조절하는 추가가스 공급유량 조절 단계;
    를 포함하는, 수소가스 제조 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 탄화수소 농도 조절 단계에서 생성된 상기 혼합가스의 일부를 배출하는 가스 유량 조절 단계;를 더 포함하되,
    상기 혼합가스는 상기 테일가스 라인을 통해 이송되고,
    상기 가스 유량 조절 단계에서, 상기 혼합가스는 상기 테일가스 라인으로부터 배출되는 수소가스 제조 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 가스 유량 조절 단계는,
    유량 계측기를 통해, 상기 테일가스 라인에서 이송되는 상기 혼합가스의 유량을 측정하는 단계;
    상기 혼합가스의 측정된 유량과 기준 가스 유량과 비교하는 단계; 및
    상기 비교 단계의 결과에 따라, 상기 혼합가스를 상기 테일가스 라인으로부터 배출하는 단계;
    를 포함하는 수소가스 제조 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 테일가스 라인으로부터 배출된 상기 혼합가스는 상기 테일가스가 상기 제1 추가가스 및 상기 제2 추가가스와 혼합되기 전의 상기 테일가스 라인으로 재혼입되는 수소가스 제조 방법.
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