WO2018207964A1 - 미생물에 의한 수소생산장치 및 이를 이용한 수소생산방법 - Google Patents

미생물에 의한 수소생산장치 및 이를 이용한 수소생산방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018207964A1
WO2018207964A1 PCT/KR2017/005505 KR2017005505W WO2018207964A1 WO 2018207964 A1 WO2018207964 A1 WO 2018207964A1 KR 2017005505 W KR2017005505 W KR 2017005505W WO 2018207964 A1 WO2018207964 A1 WO 2018207964A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
reactor
steam
hydrogen
discharged
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/005505
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
유영돈
김수현
정우현
김진호
박성호
김효식
강성균
김태완
Original Assignee
고등기술연구원연구조합
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고등기술연구원연구조합 filed Critical 고등기술연구원연구조합
Publication of WO2018207964A1 publication Critical patent/WO2018207964A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107—Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/18—External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P3/00—Preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for producing hydrogen by a microorganism and a method for producing hydrogen using the same, and specifically, part of a culture medium for supplying a medium including a steam inlet / outlet for temperature control and seawater for growing microorganisms, or discharging or discharging a culture medium.
  • a device for producing hydrogen by a microorganism including a culture solution inlet and a reflux supplying unit, a gas inlet and outlet through which a source gas for hydrogen production is supplied and a product gas including hydrogen is discharged, and a microbial reaction unit where the microorganism reacts; It relates to a method for producing hydrogen using this.
  • FIG. 1 is a simplified illustration of the overall process 500 of producing syngas through general coal gasification and producing hydrogen with it.
  • the generated gas is provided to the syngas purification apparatus 550.
  • the syngas purification apparatus 550 purifies the product gas whose main component is carbon dioxide, hydrogen, and a small amount of methane (CH4), and supplies the same to the carbon dioxide separation apparatus 560.
  • the carbon dioxide separator 560 supplied with the generated gas from the syngas purification device 550 separates carbon dioxide from the generated gas, and supplies the separated carbon dioxide to a carbon dioxide processor (not shown).
  • Pressure Swing Adsorption (PSA) (570) provided with purified gas from the carbon dioxide separator (560) is a method of desorbing gas from the adsorbent by adsorbing the gas to the adsorbent by increasing the pressure and lowering the pressure. Hydrogen is separated.
  • Hydrogen separated from the pressure swing adsorption device 570 may generate power using a gas turbine or a fuel cell, or may be used as a raw material itself. Residual gas other than hydrogen, which is used as a raw material, is provided to the gas turbine 580.
  • the high temperature combustion gas discharged from the combustor of the gas turbine 580 is supplied to the waste heat recovery device 581.
  • the waste heat recovery device 581 is provided to the steam turbine 582 to recover the waste heat discharged from the combustion gas discharged from the gas turbine 580 to generate steam.
  • thermochemical water gas conversion process for generating hydrogen using syngas or by-product gas is shown in detail in FIG. 2. This corresponds to the detailed configuration of the water gas converter 540 of FIG.
  • the hydrogen production reaction proceeds rapidly through the high temperature water gas shift reactor 13, but the conversion rate is thermodynamically low. Therefore, the remaining carbon monoxide must be converted into hydrogen through the low temperature water gas shift reactor (15).
  • the reaction rate of the low temperature water gas shift reaction is relatively low compared to the high temperature water gas shift reaction, there is an advantage that a high conversion rate can be obtained. As such, two or more reactors 13 and 15 operated at high and low temperatures are required to obtain hydrogen through the existing thermochemical water gas shift reaction.
  • the temperature of the incoming gas should be preheated up to 250 ° C., which is the active temperature of the catalyst (Cu, Fe, Co-Mo, etc.), and the steam supply for supplying the steam required for the water gas shift reaction Device 12 must be installed.
  • the biological water gas conversion process which has recently attracted attention, is a process for producing hydrogen using a water gas conversion reaction using microorganisms.
  • the biological water gas shift reaction using microorganisms is the same as the thermochemical water gas shift reaction and the reaction formula, but the difference is that microorganisms are used instead of the catalyst of the thermochemical water gas shift reaction.
  • the present invention is to solve the conventional problems as described above, in the hydrogen reactor using microorganisms, to provide a reactor capable of precise temperature control that does not kill the microorganisms while maximizing the reactivity of the microorganisms .
  • a first aspect of the present invention for achieving the above object is a steam inlet / outlet to which steam is supplied / discharged for temperature control inside the reactor 10;
  • a culture solution inlet / out unit for supplying a medium including seawater for growing microorganisms or refluxing and supplying a portion of the culture solution discharged or discharged from the culture medium;
  • a gas inlet / outlet configured to supply a gas containing carbon monoxide and discharge a reaction gas containing hydrogen; It is located in the reactor 10 and provides a device for producing hydrogen using a hydrogen-producing microorganism comprising a;
  • microbial reaction unit 160 is mixed with microorganisms, culture medium, and gas to cause a microbial reaction.
  • the third aspect of the present invention is the culture solution inlet, the seawater supply port 140 which is located on the top of the reactor (125) of the top of the reactor 10 for supplying seawater, medium and reflux culture solution; It is located in the lower portion of the reactor 130, the lower portion of the reactor 10, and provides a device for producing hydrogen using a hydrogen-producing microorganism comprising a;
  • the gas distribution hole 334 is disposed such that the gas discharged through the gas distribution hole 334 is discharged into the inner partition 165 inside the reactor 10 to be elevated.
  • an apparatus for producing hydrogen using hydrogen producing microorganisms is provided.
  • the gas distribution hole 334 provides a device for producing hydrogen using a plurality of hydrogen producing microorganisms disposed at the lower end of the gas distribution pipe 332.
  • the seventh aspect of the present invention includes the microbial reaction unit 160, the inner partition 165 for separating the culture medium in the reactor 10; including, but the bottom of the inner partition 165, a donut-shaped steam
  • a baffle extending in the Y shape into the inner partition 165 is coupled to the steam conveying pipe 240;
  • a plurality of gas distribution pipes 332 of an umbrella shape disposed in one plane from the center of the reactor 10 to the outside direction is disposed and the plurality of gas distribution pipes 332.
  • the gas discharged from the gas distribution hole 334 which is a hole through which gas may be discharged, is discharged only to the inside of the inner partition 165 and is transferred upwards;
  • the culture medium containing the microorganisms and gas that overflows is moved to the space between the inner partition wall 165 and the reactor body 100, and then moved to the inner partition wall 165 again.
  • an apparatus for producing hydrogen using hydrogen producing microorganisms is provided.
  • a ninth aspect of the present invention provides a method of producing hydrogen using a microorganism that converts carbon monoxide to hydrogen using the apparatus.
  • the tenth aspect of the present invention is to produce hydrogen using a microorganism that converts carbon monoxide to a small number of 80-82 °C the upper end of the microbial reaction unit 160, 85-90 °C the microorganism reaction unit 160 Provide a way to.
  • the present invention provides a steam inlet for temperature control, a culture medium inlet for supplying a medium containing seawater for growing microorganisms or refluxing or supplying a portion of the culture medium that discharges or discharges the culture medium, and supplies a raw material gas for hydrogen production, and supplies hydrogen.
  • a device for producing hydrogen using a microorganism including a gas inlet and outlet the product gas is discharged, including a microorganism reaction unit to react the microorganisms, precise temperature control does not kill the microorganisms while maximizing the reactivity of the microorganisms Provide a possible reactor.
  • the present invention has the advantage of having a circulating cycle structure by the gas supplied from the lower portion and the inner partition wall, the internal Y-type baffle to facilitate temperature control and smooth gas supply.
  • 1 is a general process of producing hydrogen through general coal gasification.
  • FIG 3 is a perspective view of the entire hydrogen production reactor according to the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing the inside of the reactor by cutting the outer shell of the perspective view of the hydrogen production reactor of FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the perspective view of FIG. 4, which further removes steam supply and recovery portions.
  • FIG. 5 is a front view of the perspective view of FIG. 4, which further removes steam supply and recovery portions.
  • FIG. 7 is a perspective view separately showing only the internal structure of the reactor according to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view in which the steam transfer pipe 240 positioned at the top of the inner partition 165 in the reactor internal structure of FIG. 7 is vertically cut.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a Y-shaped baffle in the perspective view of FIG. 8.
  • FIG. 11 is a perspective view of a gas supply pipe supplying a gas from a lower part of a reaction part and a gas distribution part from the bottom.
  • FIG. 12 is a view of a gas supply pipe and a gas distribution part supplying gas from a lower part of a reaction part from an upper side, a side surface, and a rear side.
  • the culture solution inlet and outlet portion is located on the top surface of the reactor (125) of the reactor 10, the seawater supply port 140 for supplying seawater, medium and reflux culture medium; Located in the lower portion of the reactor 130, the lower end of the reactor 10 is composed of a sea water circulation portion 145 is discharged sea water and culture fluid.
  • the gas inlet and outlet is located outside the reactor bottom 130, which is the lower end of the reactor 10, the gas supply port 310 is supplied gas;
  • a gas supply pipe 320 which transfers the gas supplied from the gas supply port 310 to the following gas distribution part 330 inside the reactor;
  • the gas distribution pipe is disposed in one plane, and a plurality of gas distribution holes 334 are provided on the bottom surface of the umbrella distribution gas distribution pipe 332.
  • the gas distribution hole 334 is disposed to allow the gas discharged through the gas distribution hole 334 to be discharged into the inner partition 165 inside the reactor 10 and to rise.
  • a plurality of the gas distribution holes 334 is disposed at the lower end of the gas distribution pipe 332, it is possible to more actively mix the culture medium in the reactor.
  • the microbial reaction unit 160 includes an inner partition 165 that separates the culture solution in the reactor 10, but includes a donut-shaped steam recovery unit 230 at a lower end of the inner partition 165.
  • a steam conveying pipe 240 in which a plurality of pipes extending upward along the circumference of the steam recovery part 230 is disposed is disposed close to the inside of the inner partition 165;
  • the baffle extending in the Y shape into the inner partition 165 is coupled to the steam transfer pipe 240 (see FIG. 9);
  • a plurality of gas distribution pipes 332 of an umbrella shape disposed in one plane from the center of the reactor 10 to the outside direction is disposed and the plurality of gas distribution pipes 332.
  • the baffle 170 extending in the Y shape has a diameter of the inner partition wall so as to be sufficiently delivered to the reaction solution inside the microorganism reaction unit 160 delivered to the steam transport pipe 240 without affecting the growth of the inner bubble. Do not exceed half.
  • the length of the baffle 170 extending in the Y-shape may be changed by the temperature of the steam supplied, the depth, the diameter of the microbial reaction unit 160, and the like.
  • the microorganism according to the present invention is Thermococcus onnurineus.
  • the lower end of the microbial reaction unit 160 is 80-82 ° C, and the upper end of the microbial reaction unit 160 is 85-90 ° C.
  • a medium and seawater required for the reaction are supplied through the seawater supply port 140, and at the same time, steam is supplied through the steam supply port 270, and a gas containing carbon monoxide required for the reaction through the gas supply port 310. Is supplied.
  • the medium and sea water are initially supplied to fill the microbial reaction unit 160, and then a portion of the microbial culture solution is discharged through the seawater circulation port 145 by a predetermined amount and the supplied amount of the seawater or culture medium discharged. Is recycled again.
  • Microorganisms are introduced at the beginning of the first culture and are subsequently maintained through continued growth and death.
  • the microbial reaction unit 160 is a portion where the reaction occurs, while the gas discharged through the gas distribution hole 334 rises into the inner partition wall 165 to adjust the temperature and the like by mixing the internal culture solution.
  • the culture medium containing microorganisms and gases overflowed from the upper end of the inner partition wall 165 flows down through the space between the inner partition wall 165 and the reactor body 100 and then circulates back to the inner partition wall 165. do.
  • the gas containing the produced hydrogen is discharged through the hydrogen outlet 150 and then treated in a subsequent process.

Abstract

본원 발명은 온도 조절을 위한 스팀 입출부, 미생물 성장을 위한 바닷물을 포함한 배지를 공급하거나 배양액을 배출 또는 배출되는 배양액의 일부를 환류하여 공급하는 배양액 입출부, 수소 생산을 위한 원료 기체를 공급하고 수소를 포함하는 생산물 기체가 배출되는 기체 입출부, 미생물이 반응을 하는 미생물 반응부를 포함하는 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치로서, 미생물의 반응성을 최대로 높이면서 미생물이 사멸하지 않는 정밀한 온도 제어가 가능한 반응기를 제공한다. 또한, 본원 발명은 하부에서 공급되는 기체와 내부의 격벽에 의한 순환 사이클 구조, 내부의 Y형 배플을 가지고 있어 온도의 제어가 용이하고, 기체의 공급이 원활하다는 장점이 있다.

Description

미생물에 의한 수소생산장치 및 이를 이용한 수소생산방법
본 발명은 미생물에 의한 수소생산장치 및 이를 이용한 수소생산방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 온도 조절을 위한 스팀 입출부, 미생물 성장을 위한 바닷물을 포함한 배지를 공급하거나 배양액을 배출 또는 배출되는 배양액의 일부를 환류하여 공급하는 배양액 입출부, 수소 생산을 위한 원료 기체를 공급하고 수소를 포함하는 생산물 기체가 배출되는 기체 입출부, 미생물이 반응을 하는 미생물 반응부를 포함하는 미생물에 의한 수소를 생산하는 장치 및 이를 이용하여 수소를 생산하는 방법에 관한 것이다.
대량으로 생산되는 일산화탄소를 포함하는 가스는 석탄 가스화 또는 천연가스 개질을 통해 생산된 합성가스와 제철소 또는 석유화학 공정에서 부산물로 생산되는 부생가스 등이 있다.
석탄 가스화 기술은 석탄을 직접 연소하지 않고, 고온 및 고압 조건에서 가스화 반응을 통해 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스를 제조하는 기술로서, 이러한 가스화 기술을 통하여 석탄을 고효율이면서 환경적으로 청정하게 이용할 수 있다.
제철소에서 발생하는 부생가스는 COG(Coke Oven Gas, 코크스로 가스), BFG(Blast Furnace Gas, 고로 가스), LDG(Linze Dnawitz Gas, 전로 가스)가 있다. 제철소의 부생가스 중 일산화탄소 함량이 가장 높은 것은 LDG이다.
합성가스 또는 부생가스 등의 일산화탄소가 다량으로 함유된 가스(이하 '원료가스', BG)를 활용하여 수소를 제조하기 위해서는 수성가스 전환공정을 거치는데, 종래에는 열화학적 수성가스 전환공정이 주로 활용되었다. 도 1은 일반적인 석탄 가스화를 통해 합성가스를 생산하고 이를 가지고 수소를 제조하는 전체 공정(500)을 간략하게 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 공기 분리장치(510)는 유입된 공기를 산소와 질소로 분리한 후 산화제로서 산소를 가스화장치(520)에 공급한다. 공기 분리장치(510)로부터 산소를 공급받은 가스화장치(520)는 석탄을 불완전연소 및 가스화시켜 합성가스(CO, H2, CO2, CH4, H2S 등)를 생성한다. 합성가스 냉각장치(530, Quench and Scrubber)는 가스화장치(520)에서 생성된 합성가스의 불순물을 세정하고 냉각시켜 수성가스 전환장치(540)에 제공한다. 합성가스 냉각장치(530)로부터 냉각된 합성가스를 제공받은 수성가스 전환장치(540)는 수성가스 전환반응(CO+H2O → CO2+H2)을 통해 일산화탄소를 이산화탄소 및 수소로 전환한 생성가스를 합성가스 정제장치(550)에 제공한다. 상기 합성가스 정제장치(550)는 이산화탄소, 수소, 미량의 메탄(CH4)이 주성분인 생성가스를 정제한 후 이산화탄소 분리장치(560)에 공급한다. 합성가스 정제장치(550)로부터 생성가스를 공급받은 이산화탄소 분리장치(560)는 생성가스에서 이산화탄소를 분리하고, 분리된 이산화탄소는 이산화탄소 처리기(미도시)로 공급한다. 이산화탄소 분리장치(560)로부터 정제된 가스를 제공받은 압력스윙 흡착장치(570, Pressure Swing Adsorption: PSA)는 압력을 높게 하여 가스를 흡착제에 흡착시키고 압력을 낮게 하는 것으로 흡착제에서 가스를 탈착시키는 방법으로 수소를 분리한다. 압력스윙 흡착장치(570)에서 분리된 수소는 가스터빈 또는 연료전지를 이용하여 발전을 하거나 원료 자체로 사용될 수 있다. 원료로 사용되는 수소를 제외한 잔여가스는 가스 터빈(580)에 제공된다. 가스 터빈(580)의 연소기에서 배출되는 고온의 연소가스는 폐열 회수장치(581)로 공급한다. 폐열 회수장치(581)는 가스 터빈(580)에서 배출되는 연소가스에서 배출되는 폐열을 회수하여 스팀을 생성하는 스팀 터빈(582)에 제공한다.
공급되는 원료가스(BG)의 종류에 따라 일부 세부 구성은 상이할 수 있으나, 합성가스 또는 부생가스를 사용하여 수소를 생성하는 종래의 열화학적 수성가스 전환공정을 도 2에 자세히 나타내었다. 이는 도 1의 수성가스 전환장치(540)의 세부 구성에 해당한다.
도 2에 도시된 바와 같이 열화학적 수성가스 전환공정은 350-450℃ 사이의 고온에서 진행되는 고온 수성가스 전환반응기(13)와 300-350℃의 저온에서 진행되는 저온 수성가스 전환반응기(15)로 구성된다. 고온 수성가스 전환반응기(13)와 저온 수성가스 전환반응기(15) 사이에는 가스 온도를 250℃까지 냉각시키는 냉각기 또는 열교환기와 같은 제1쿨러(14)가 설치되어야 하며, 저온 수성가스 전환반응기(15)에서 300-350℃로 반응한 가스 온도를 냉각하기 위한 제2쿨러(16)도 설치되어야 한다.
고온 수성가스 전환반응기(13)를 통해 수소 제조 반응은 빠르게 진행되나, 열역학적으로 전환율이 낮다. 그러므로 저온 수성가스 전환반응기(15)를 통해 나머지 일산화탄소를 수소로 전환되도록 해야 한다. 저온 수성가스 전환반응의 반응 속도는 고온 수성가스 전환반응에 대비하여 상대적으로 낮지만 높은 전환율을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이 기존 열화학적 수성가스 전환반응을 통해 수소를 얻기 위해서는 고온과 저온에서 운전되는 2개 이상의 반응기(13, 15)가 필요하다.
또한, 고온 수성가스 전환반응을 위해서는 유입되는 가스의 온도를 촉매(Cu, Fe, Co-Mo 등)의 활성온도인 250℃까지 예열하여야 하며, 수성가스 전환반응에 필요한 증기를 공급하기 위한 증기 공급장치(12)가 설치되어야 한다.
이와 같이 기존 수성가스 전환공정에서는 고온/저온 수성가스 전환반응기와 고온 수성가스 전환반응기(13)로 유입되는 가스 예열장치(11), 수성가스 전환반응에 필요한 증기 공급 장치(12), 고온 수성가스 전환반응기에서 배출되는 가스를 냉각시키는 열교환기(14) 등의 많은 장비가 필요하며, 각 반응기의 온도를 맞추기 위해 가스 예열이나 열교환기 조건이 미리 정해져 있어야 하는 등 공정상의 어려움이 있다.
최근에 관심이 집중되고 있는 생물학적 수성가스 전환공정은 미생물을 활용한 수성가스 전환반응을 이용해 수소를 제조하는 공정이다. 미생물을 활용한 생물학적 수성가스 전환반응은 열화학적 수성가스 전환반응과 반응식은 아래와 같이 동일하나 열화학적 수성가스 전환반응의 촉매 대신에 미생물을 사용한다는 점에서 차이가 있다.
CO(g) + H2O(l) →H2(g) + CO2(g) ΔH = 2.8KJ/mol
생물학적 수성가스 전환공정과 관련된 기술적인 내용은 대한민국 등록특허공보 제1401565호, 대한민국 등록특허공보 제1401559호, 대한민국 등록특허공보 제1401563호에 기재되어 있다. 종래 특허문헌은 생물학적 수성가스 전환공정과 관련한 원리적인 공정과 배치 타입의 기초적인 내용만이 기재되어 있으며, 원료가스를 활용한 연속식 공정으로 구성하여 전체적인 반응의 효율을 높이는 구성에 대해서는 연구된 바가 없다
또한, 생물학적 수성가스 전환공정의 경우 반응기 온도 제어가 매우 중요한 사항임에도 이를 고려한 반응기에 대해서도 연구도 진행된바 없다. 특히 본원 발명에서 사용하는 미생물의 경우 해수를 포함하는 배양액의 온도가 75℃ 이하가 되면 반응성이 급격하게 떨어지는 문제가 있다. 반면에 90℃가 넘어서면 미생물이 사멸하는 문제점이 있다. 미생물을 생존시키면서 최적의 반응성을 이끌어 내기 위해서는 온도가 90℃보다는 낮지만 이에 근접하게 운전할 필요가 있으며, 이때 비가역적인 미생물의 사멸을 방지하기 위해서는 대용량의 반응기임에도 매우 정밀한 제어가 필요하나 이에 대한 명확한 해답이 제시되지 않았다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미생물을 이용한 수소 반응기에 있어서, 미생물의 반응성을 최대로 높이면서 미생물이 사멸하지 않는 정밀한 온도 제어가 가능한 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본원 발명의 제1양태는 반응기(10) 내부의 온도 조절을 위해서 스팀이 공급/배출되는 스팀 입출부; 미생물 성장을 위한 바닷물을 포함한 배지를 공급하거나 배양액을 배출 또는 배출되는 배양액의 일부를 환류하여 공급하는 배양액 입출부; 일산화탄소를 포함하는 기체가 공급되고 수소를 포함하는 반응 기체가 배출되는 기체 입출부; 상기 반응기(10) 내부에서 위치하며 미생물, 배양액, 및 기체가 혼합되어 미생물 반응이 일어나는 미생물 반응부(160);를 포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
본원 발명의 제2양태는 상기 스팀 입출부는, 상기 반응기(10) 외부에 위치하며 반응기 상부(120) 배치되는 스팀이 공급되는 스팀 공급구(270); 상기 스팀 공급구(270)로 유입되는 스팀을 상기 반응기(10) 내부의 하기 스팀 분배부(250)로 이송하는 스팀 공급관(260); 상기 반응기(10) 내부의 미생물 반응부(160) 상단에 위치하며 도넛 형태로서 스팀을 다수의 하기 스팀 이송관(240)으로 분배하는 스팀 분배부(250); 상기 스팀 분배부(250)의 원주를 따라 하방으로 연장되는 다수의 배관이 배치되는 스팀 이송관(240); 상기 반응기(10) 내부의 상기 미생물 반응부(160) 하단에 위치하며 도넛 형태로서 다수의 상기 스팀 이송관(240)이 도넛의 원주 상단부에 연결되는 스팀 회수부(230); 상기 스팀 회수부(230)에서 회수되는 스팀을 상기 반응기(10) 외부의 하기 스팀 배출구(210)로 이송하는 스팀 배출관(220); 상기 반응기(10) 외부에 위치하며 반응기 하부(130)에 배치되고 상기 스팀 배출관(220)으로부터 이송되는 스팀을 배출하는 스팀 배출구(210);를 포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
본원 발명의 제3양태는 상기 배양액 입출부는, 상기 반응기(10) 최상단의 반응기 상면(125)에 위치하며 해수, 배지 및 환류 배양액을 공급하는 해수공급구(140); 상기 반응기(10)의 하단부인 반응기 하부(130)에 위치하며 해수 및 배양액이 배출되는 해수순환부(145);를 포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
본원 발명의 제4양태는 상기 기체 입출부는, 상기 반응기(10)의 하단부인 반응기 하부(130)의 외부에 위치하며 기체가 공급되는 기체 공급구(310); 상기 기체 공급구(310)로부터 공급되는 기체를 반응기 내부의 하기의 기체 분배부(330)로 이송하는 기체 공급관(320); 상기 반응기(10) 내부의 미생물 반응부(160) 하단에 위치하여, 반응기(10) 내부 중앙에서 외부 방향으로 하나의 평면에 배치된 우산살 형태의 다수의 기체 분배관(332)으로 구성되며 상기 다수의 기체 분배관(332)에는 기체가 배출될 수 있는 구멍인 기체 분배홀(334)이 다수 마련된 기체 분배부(330); 상기 반응기(10) 최상단의 반응기 상면(125)에 위치하며 수소를 포함하는 반응 기체가 배출되는 수소 배출부(150);를 포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
본원 발명의 제5양태는 상기 기체 분배홀(334)을 통해서 배출되는 기체는 상기 반응기(10) 내부의 내부 격벽(165) 안쪽으로 배출되어 상승될 수 있도록 상기 기체 분배홀(334)이 배치된 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
본원 발명의 제6양태는 상기 기체 분배홀(334)은 상기 기체 분배관(332)의 하단부에 다수가 배치된 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
본원 발명의 제7양태는 상기 미생물 반응부(160)는, 상기 반응기(10) 내부의 배양액을 구분하는 내부 격벽(165);을 포함하되, 상기 내부 격벽(165)의 하단에는 도넛 형태의 스팀 회수부(230)가 위치하고 상기 스팀 회수부(230)의 원주를 따라 상방으로 연장되는 다수의 배관이 배치되는 스팀 이송관(240)이 상기 내부 격벽(165)의 내부와 근접하게 배치되고; 상기 내부 격벽(165)의 내부로 Y자 형태로 연장되는 배플은 상기 스팀 이송관(240)과 결합되며; 상기 스팀 회수부(230)보다는 높지 않고, 반응기(10) 내부 중앙에서 외부 방향으로 하나의 평면에 배치된 우산살 형태의 다수의 기체 분배관(332)이 배치되고 상기 다수의 기체 분배관(332)에는 기체가 배출될 수 있는 구멍인 기체 분배홀(334)로부터 배출되는 기체가 상기 내부 격벽(165)의 내부로만 배출되어 상부로 이송되고; 상기 내부 격벽(165)의 상단에서는 오버플로우되는 미생물, 기체를 포함하는 배양액이 상기 내부 격벽(165)과 반응기 본체(100) 사이의 공간으로 이동한 후 다시 상기 내부 격벽(165)으로 이동 순환하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
본원 발명의 제8양태는 상기 미생물은 써모코커스 온누리누스(Thermococcus onnurineus)인 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
본원 발명의 제9양태는 상기 장치를 이용해 일산화탄소를 수소로 변환하는 미생물을 이용해 수소를 생산하는 방법을 제공한다.
본원 발명의 제10양태는 상기 미생물 반응부(160)의 하단은 80-82℃, 상기 미생물 반응부(160)의 상단은 85-90℃인 일산화탄소를 소수로 변환하는 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 방법을 제공한다.
본원 발명은 온도 조절을 위한 스팀 입출부, 미생물 성장을 위한 바닷물을 포함한 배지를 공급하거나 배양액을 배출 또는 배출되는 배양액의 일부를 환류하여 공급하는 배양액 입출부, 수소 생산을 위한 원료 기체를 공급하고 수소를 포함하는 생산물 기체가 배출되는 기체 입출부, 미생물이 반응을 하는 미생물 반응부를 포함하는 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치로서, 미생물의 반응성을 최대로 높이면서 미생물이 사멸하지 않는 정밀한 온도 제어가 가능한 반응기를 제공한다. 또한, 본원 발명은 하부에서 공급되는 기체와 내부의 격벽에 의한 순환 사이클 구조, 내부의 Y형 배플을 가지고 있어 온도의 제어가 용이하고, 기체의 공급이 원활하다는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 석탄 가스화를 통해 수소를 제조하는 전체 공정이다.
도 2는 종래의 열화학적 수성가스 전환 공정이다.
도 3은 본원 발명에 따른 전체 수소 생산 반응기의 사시도이다.
도 4는 도 3의 수소 생산 반응기의 사시도 중 외각을 절개하여 반응기 내부를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4의 사시도에 대한 정면도로서 스팀 공급과 회수하는 부위를 더 삭제한 도면이다.
도 6은 도 3의 전체 수소 생산 반응기를 길이 방향으로 절개한 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 반응기 내부 구조만을 따로 표시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 반응기 내부 구조 중 내부 격벽(165)의 상단에 위치한 스팀 이송관(240)을 수직으로 절개한 사시도이다.
도 9는 도 8의 사시도 중 Y형 배플을 확대한 도면이다.
도 10은 반응부 하단에서 기체를 공급하는 기체 공급관과 기체 분배부를 상부에서 관측한 사시도이다.
도 11은 반응부 하단에서 기체를 공급하는 기체 공급관과 기체 분배부를 하부에서 관측한 사시도이다.
도 12는 반응부 하단에서 기체를 공급하는 기체 공급관과 기체 분배부를 상부, 측면, 후면에서 관측한 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 제시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본원 발명에 따른 반응기의 설명에 사용된 도면 부호는 도 3 내지 12 전반에 기재되어 있으므로, 이를 참조하여 본원 발명에 대해서 설명한다.
본원 발명은 반응기(10) 내부의 온도 조절을 위해서 스팀이 공급/배출되는 스팀 입출부; 미생물 성장을 위한 바닷물을 포함한 배지를 공급하거나 배양액을 배출 또는 배출되는 배양액의 일부를 환류하여 공급하는 배양액 입출부; 수소를 생산하기 위한 기체가 공급되고 수소를 포함하는 반응 기체가 배출되는 기체 입출부; 상기 반응기(10) 내부에서 위치하며 미생물, 배양액, 및 기체가 혼합되어 미생물 반응이 일어나는 미생물 반응부(160);를 포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치를 제공한다.
상기 스팀 입출부는, 상기 반응기(10) 외부에 위치하며 반응기 상부(120) 배치되는 스팀이 공급되는 스팀 공급구(270); 상기 스팀 공급구(270)로 유입되는 스팀을 상기 반응기(10) 내부의 하기 스팀 분배부(250)로 이송하는 스팀 공급관(260); 상기 반응기(10) 내부의 미생물 반응부(160) 상단에 위치하며 도넛 형태로서 스팀을 다수의 하기 스팀 이송관(240)으로 분배하는 스팀 분배부(250); 상기 스팀 분배부(250)의 원주를 따라 하방으로 연장되는 다수의 배관이 배치되는 스팀 이송관(240); 상기 반응기(10) 내부의 상기 미생물 반응부(160) 하단에 위치하며 도넛 형태로서 다수의 상기 스팀 이송관(240)이 도넛의 원주 상단부에 연결되는 스팀 회수부(230); 상기 스팀 회수부(230)에서 회수되는 스팀을 상기 반응기(10) 외부의 하기 스팀 배출구(210)로 이송하는 스팀 배출관(220); 상기 반응기(10) 외부에 위치하며 반응기 하부(130)에 배치되고 상기 스팀 배출관(220)으로부터 이송되는 스팀을 배출하는 스팀 배출구(210)로 구성된다.
상기 배양액 입출부는, 상기 반응기(10) 최상단의 반응기 상면(125)에 위치하며 해수, 배지 및 환류 배양액을 공급하는 해수공급구(140); 상기 반응기(10)의 하단부인 반응기 하부(130)에 위치하며 해수 및 배양액이 배출되는 해수순환부(145)로 구성된다.
상기 기체 입출부는 상기 반응기(10)의 하단부인 반응기 하부(130)의 외부에 위치하며 기체가 공급되는 기체 공급구(310); 상기 기체 공급구(310)로부터 공급되는 기체를 반응기 내부의 하기의 기체 분배부(330)로 이송하는 기체 공급관(320); 상기 반응기(10) 내부의 미생물 반응부(160) 하단에 위치하여, 반응기 내부 중앙에서 외부 방향으로 하나의 평면에 배치된 우산살 형태의 다수의 기체 분배관(332)으로 구성되며 상기 다수의 기체 분배관(332)에는 기체가 배출될 수 있는 구멍인 기체 분배홀(334)이 다수 마련된 기체 분배부(330)(도 10, 11, 12 참조); 상기 반응기(10) 최상단의 반응기 상면(125)에 위치하며 수소를 포함하는 반응 기체가 배출되는 수소 배출부(150);로 구성된다.
상기 기체 분배관은 도 12에서 볼 수 있듯이 하나의 평면에 배치되어 있으며, 우산살 형태의 기체 분배관(332)의 하단면에는 기체 분배홀(334)이 다수 마련되어 있다.
상기 기체 분배홀(334)을 통해서 배출되는 기체는 상기 반응기(10) 내부의 내부 격벽(165) 안쪽으로 배출되어 상승될 수 있도록 상기 기체 분배홀(334)이 배치된다. 또한, 상기 기체 분배홀(334)은 상기 기체 분배관(332)의 하단부에 다수가 배치되어, 반응기 내부 배양액의 혼합을 더욱 활발하게 할 수 있다.
상기 미생물 반응부(160)는, 상기 반응기(10) 내부의 배양액을 구분하는 내부 격벽(165);을 포함하되, 상기 내부 격벽(165)의 하단에는 도넛 형태의 스팀 회수부(230)가 위치하고 상기 스팀 회수부(230)의 원주를 따라 상방으로 연장되는 다수의 배관이 배치되는 스팀 이송관(240)이 상기 내부 격벽(165)의 내부와 근접하게 배치되고; 상기 내부 격벽(165)의 내부로 Y자 형태로 연장되는 배플은 상기 스팀 이송관(240)과 결합되며(도 9 참조); 상기 스팀 회수부(230)보다는 높지 않고, 반응기(10) 내부 중앙에서 외부 방향으로 하나의 평면에 배치된 우산살 형태의 다수의 기체 분배관(332)이 배치되고 상기 다수의 기체 분배관(332)에는 기체가 배출될 수 있는 구멍인 기체 분배홀(334)로부터 배출되는 기체가 상기 내부 격벽(165)의 내부로만 배출되어 상부로 이송되고; 상기 내부 격벽(165)의 상단에서는 오버플로우되는 미생물, 기체를 포함하는 배양액이 상기 내부 격벽(165)과 반응기 본체(100) 사이의 공간으로 이동한 후 다시 상기 내부 격벽(165)으로 이동한다.
상기 Y자 형태로 연장되는 배플(170)은 내부 버블의 성장에는 지장을 주지 않으면서 스팀 이송관(240)으로 전달되는 미생물 반응부(160) 내부 반응액에 충분히 전달될 수 있도록 내부 격벽 직경의 1/2을 넘지 않도록 하였다. 상기 Y자 형태로 연장되는 배플(170)의 길이는 공급되는 스팀의 온도, 미생물 반응부(160)의 깊이, 직경 등에 의해서 변경될 수 있다.
본원 발명에서 따른 미생물은 써모코커스 온누리누스(Thermococcus onnurineus)이다.
상기 미생물 반응부(160)의 하단은 80-82℃, 상기 미생물 반응부(160)의 상단은 85-90℃이다.
먼저, 반응에 필요한 배지 및 해수가 해수 공급구(140)를 통해서 공급되며 이와 동시에 스팀 공급구(270)를 통해서 스팀이 공급되고, 기체 공급구(310)를 통해서 반응에 필요한 일산화탄소를 포함하는 기체가 공급된다. 배지 및 해수는 초기에는 미생물 반응부(160)를 채울 수 있을 만큼 공급되며, 이후에는 일정량이 공급되고 공급되는 양만큼 미생물 배양액의 일부가 해수 순환구(145)를 통해서 배출되고 배출된 해수 또는 배양액은 일부가 다시 재순환되어 사용된다.
통상적으로 배지에는 효모추출물을 사용하는 것이 가장 바람직하나, 제품 생산에 따른 경제성을 고려한 보조 영양 성분으로 혐기성 소화여액을 추가하여 사용하였다. 혐기성 소화여액은 음식물폐기물 등의 다양한 폐기물의 바이오 처리시설 혐기성 소화조에서 발생하는 소화여액을 말한다.
미생물은 첫 배양이 시작될 때 투입되고 이후에는 계속적인 성장과 사멸을 통해서 유지된다. 미생물 반응부(160)가 반응이 일어나는 부분이여, 기체 분배홀(334)을 통해서 배출되는 기체가 내부 격벽(165) 내부로 상승하면서 내부 배양액을 혼합하여 온도 등을 조절한다. 내부 격벽(165)의 상단에서 오버플로우 되는 미생물, 기체를 포함하는 배양액은 상기 내부 격벽(165) 과 반응기 본체(100) 사이의 공간을 통해 아래로 흘러 내린 후 다시 상기 내부 격벽(165)로 순환된다.
생산된 수소를 포함하는 기체는 수소 배출구(150)를 통해서 배출된 후 후속 공정에서 처리된다.
본원 발명은 온도 조절을 위한 스팀 입출부, 미생물 성장을 위한 바닷물을 포함한 배지를 공급하거나 배양액을 배출 또는 배출되는 배양액의 일부를 환류하여 공급하는 배양액 입출부, 수소 생산을 위한 원료 기체를 공급하고 수소를 포함하는 생산물 기체가 배출되는 기체 입출부, 미생물이 반응을 하는 미생물 반응부를 포함하는 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치로서, 미생물의 반응성을 최대로 높이면서 미생물이 사멸하지 않는 정밀한 온도 제어가 가능한 반응기로서 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (10)

  1. 반응기(10) 내부의 온도 조절을 위해서 스팀이 공급/배출되는 스팀 입출부;
    미생물 성장을 위한 바닷물을 포함한 배지를 공급하거나 배양액을 배출 또는 배출되는 배양액의 일부를 환류하여 공급하는 배양액 입출부;
    일산화탄소를 포함하는 기체가 공급되고 수소를 포함하는 반응 기체가 배출되는 기체 입출부;
    상기 반응기(10) 내부에서 위치하며 미생물, 배양액, 및 기체가 혼합되어 미생물 반응이 일어나는 미생물 반응부(160);
    를 포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스팀 입출부는,
    상기 반응기(10) 외부에 위치하며 반응기 상부(120) 배치되는 스팀이 공급되는 스팀 공급구(270);
    상기 스팀 공급구(270)로 유입되는 스팀을 상기 반응기(10) 내부의 하기 스팀 분배부(250)로 이송하는 스팀 공급관(260);
    상기 반응기(10) 내부의 미생물 반응부(160) 상단에 위치하며 도넛 형태로서 스팀을 다수의 하기 스팀 이송관(240)으로 분배하는 스팀 분배부(250);
    상기 스팀 분배부(250)의 원주를 따라 하방으로 연장되는 다수의 배관이 배치되는 스팀 이송관(240);
    상기 반응기(10) 내부의 상기 미생물 반응부(160) 하단에 위치하며 도넛 형태로서 다수의 상기 스팀 이송관(240)이 도넛의 원주 상단부에 연결되는 스팀 회수부(230);
    상기 스팀 회수부(230)에서 회수되는 스팀을 상기 반응기(10) 외부의 하기 스팀 배출구(210)로 이송하는 스팀 배출관(220);
    상기 반응기(10) 외부에 위치하며 반응기 하부(130)에 배치되고 상기 스팀 배출관(220)으로부터 이송되는 스팀을 배출하는 스팀 배출구(210);를
    포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배양액 입출부는,
    상기 반응기(10) 최상단의 반응기 상면(125)에 위치하며 해수, 배지 및 환류 배양액을 공급하는 해수공급구(140);
    상기 반응기(10)의 하단부인 반응기 하부(130)에 위치하며 해수 및 배양액이 배출되는 해수순환부(145);를
    포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기체 입출부는,
    상기 반응기(10)의 하단부인 반응기 하부(130)의 외부에 위치하며 기체가 공급되는 기체 공급구(310);
    상기 기체 공급구(310)로부터 공급되는 기체를 반응기 내부의 하기의 기체 분배부(330)로 이송하는 기체 공급관(320);
    상기 반응기(10) 내부의 미생물 반응부(160) 하단에 위치하여, 반응기 내부 중앙에서 외부 방향으로 하나의 평면에 배치된 우산살 형태의 다수의 기체 분배관(332)으로 구성되며 상기 다수의 기체 분배관(332)에는 기체가 배출될 수 있는 구멍인 기체 분배홀(334)이 다수 마련된 기체 분배부(330);
    상기 반응기(10) 최상단의 반응기 상면(125)에 위치하며 수소를 포함하는 반응 기체가 배출되는 수소 배출부(150);를
    포함하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기체 분배홀(334)을 통해서 배출되는 기체는 상기 반응기(10) 내부의 내부 격벽(165) 안쪽으로 배출되어 상승될 수 있도록 상기 기체 분배홀(334)이 배치된 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기체 분배홀(334)은 상기 기체 분배관(332)의 하단부에 다수가 배치된 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미생물 반응부(160)는,
    상기 반응기(10) 내부의 배양액을 구분하는 내부 격벽(165);을 포함하되,
    상기 내부 격벽(165)의 하단에는 도넛 형태의 스팀 회수부(230)가 위치하고 상기 스팀 회수부(230)의 원주를 따라 상방으로 연장되는 다수의 배관이 배치되는 스팀 이송관(240)이 상기 내부 격벽(165)의 내부와 근접하게 배치되고;
    상기 내부 격벽(165)의 내부로 Y자 형태로 연장되는 배플은 상기 스팀 이송관(240)과 결합되며;
    상기 스팀 회수부(230)보다는 높지 않고, 반응기(10) 내부 중앙에서 외부 방향으로 하나의 평면에 배치된 우산살 형태의 다수의 기체 분배관(332)이 배치되고 상기 다수의 기체 분배관(332)에는 기체가 배출될 수 있는 구멍인 기체 분배홀(334)로부터 배출되는 기체가 상기 내부 격벽(165)의 내부로만 배출되어 상부로 이송되고;
    상기 내부 격벽(165)의 상단에서는 오버플로우되는 미생물, 기체를 포함하는 배양액이 상기 내부 격벽(165)과 반응기 본체(100) 사이의 공간으로 이동한 후 다시 상기 내부 격벽(165)으로 이동 순환하는 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 써모코커스 온누리누스(Thermococcus onnurineus)인 수소 생산 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 장치를 이용해 일산화탄소를 수소로 변환하는 미생물을 이용해 수소를 생산하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미생물 반응부(160)의 하단은 80-82℃, 상기 미생물 반응부(160)의 상단은 85-90℃인 일산화탄소를 수소로 변환하는 미생물을 이용하여 수소를 생산하는 방법.
PCT/KR2017/005505 2017-05-11 2017-05-26 미생물에 의한 수소생산장치 및 이를 이용한 수소생산방법 WO2018207964A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0058680 2017-05-11
KR1020170058680A KR101951644B1 (ko) 2017-05-11 2017-05-11 미생물에 의한 수소생산장치 및 이를 이용한 수소생산방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018207964A1 true WO2018207964A1 (ko) 2018-11-15

Family

ID=64105462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/005505 WO2018207964A1 (ko) 2017-05-11 2017-05-26 미생물에 의한 수소생산장치 및 이를 이용한 수소생산방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101951644B1 (ko)
WO (1) WO2018207964A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102107013B1 (ko) * 2019-02-01 2020-05-06 고등기술연구원연구조합 해양 미생물을 이용한 수소 및 미세조류의 복합 생산 방법 및 그 복합 생산 시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010103487A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 L'air Liquide-Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Bubbling supply system for stable precursor supply
KR20100121346A (ko) * 2009-05-08 2010-11-17 정우종 간접 가열식 미생물 배양기
KR101401565B1 (ko) * 2014-01-23 2014-06-11 한국해양과학기술원 수소생산미생물을 이용한 수소생산장치 및 수소생산방법
KR101446512B1 (ko) * 2014-06-23 2014-10-01 허정회 광합성 배양 기능을 갖는 멸균용 배양기
CN205138228U (zh) * 2015-11-12 2016-04-06 曲靖市万佳有限责任公司 一种石灰窑导热油余热回收系统
KR101615740B1 (ko) * 2015-06-01 2016-04-26 유영환 다중온도분할배양기

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101401559B1 (ko) 2013-04-29 2014-06-11 한국해양과학기술원 써모코커스속 균을 이용한 수소생산장치 및 수소생산방법
KR101401563B1 (ko) 2013-04-29 2014-06-11 한국해양과학기술원 수소생산장치 및 수소생산방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010103487A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 L'air Liquide-Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Bubbling supply system for stable precursor supply
KR20100121346A (ko) * 2009-05-08 2010-11-17 정우종 간접 가열식 미생물 배양기
KR101401565B1 (ko) * 2014-01-23 2014-06-11 한국해양과학기술원 수소생산미생물을 이용한 수소생산장치 및 수소생산방법
KR101446512B1 (ko) * 2014-06-23 2014-10-01 허정회 광합성 배양 기능을 갖는 멸균용 배양기
KR101615740B1 (ko) * 2015-06-01 2016-04-26 유영환 다중온도분할배양기
CN205138228U (zh) * 2015-11-12 2016-04-06 曲靖市万佳有限责任公司 一种石灰窑导热油余热回收系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180124345A (ko) 2018-11-21
KR101951644B1 (ko) 2019-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10077407B2 (en) Method and system for recycling carbon dioxide from biomass gasification
AU2014280344B2 (en) Blast furnace and method for operating a blast furnace
CN1407948A (zh) 从含碳物质生产氢气
CN106590761B (zh) 煤催化气化制富甲烷合成气的流化床反应装置及反应方法
CN105980583A (zh) 用于与冶炼厂结合来制造合成气体的方法
US20090077889A1 (en) Gasifier
US20090077891A1 (en) Method for producing fuel gas
TW202219278A (zh) 用於生產鐵製品的冶煉設備及其操作方法
WO2013095073A1 (ko) 하이브리드 가스화 시스템
WO2018207964A1 (ko) 미생물에 의한 수소생산장치 및 이를 이용한 수소생산방법
KR101953550B1 (ko) 수소 제조 장치 및 이를 이용하여 수소를 제조하는 방법
WO2017111415A1 (ko) 열풍로를 이용한 이산화탄소 분해 및 재활용 방법
CN214457793U (zh) 煤气化转化系统和煤气化合成氨系统
CN101891147B (zh) 一种固体燃料流化床近零排放制氢装置
EP2193183A1 (en) A method for producing fuel gas
WO2011043508A1 (ko) Ｆｔ 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 혼합형 냉각장치
CN107163989A (zh) 一种中高温含焦油/烃类原料气甲烷化方法
JP2018126090A (ja) プロセスガスの改質方法およびプロセスガスの改質装置
WO2023136684A1 (ko) 슬러지로부터의 건식 수소 생산 방법
CN113527052B (zh) 一种沼气制甲醇工艺
CN114790396B (zh) 一种高效减排的干熄焦方法及生产一氧化碳的系统
CN206927861U (zh) 含碳原料多反应器热耦合转化装置
CN116119610A (zh) 一种煤四步法气化和太阳能热化学耦合的制氢系统及方法
WO2023242357A1 (en) Biogas feed for production of acetic acid
CN116768154A (zh) 一种用于氢冶金的大规模纯氢制备方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17909094

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17909094

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1