WO2021096319A1 - 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법 - Google Patents

메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2021096319A1
WO2021096319A1 PCT/KR2020/016059 KR2020016059W WO2021096319A1 WO 2021096319 A1 WO2021096319 A1 WO 2021096319A1 KR 2020016059 W KR2020016059 W KR 2020016059W WO 2021096319 A1 WO2021096319 A1 WO 2021096319A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
gas
steam
methane
carbon
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/016059
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김학주
김종규
이상남
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Publication of WO2021096319A1 publication Critical patent/WO2021096319A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/002—Avoiding undesirable reactions or side-effects, e.g. avoiding explosions, or improving the yield by suppressing side-reactions
    • B01J19/0026—Avoiding carbon deposits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/127—Sunlight; Visible light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/28—Moving reactors, e.g. rotary drums
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
    • B01J6/008—Pyrolysis reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/001—Controlling catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B01J2219/0036—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0884—Gas-liquid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
    • C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step

Definitions

  • the present invention relates to a methane pyrolysis solar thermal rotary reactor and a method for producing hydrogen and/or carbon black using the same.
  • methane and carbon dioxide The emission of greenhouse gases, especially methane and carbon dioxide, is causing global climate change.
  • generation of methane is increasing due to the use of fossil fuels, waste discharge from landfills, livestock business, and biomass increase.
  • Methane is discharged to the atmosphere in an effective amount of 370 million tons per year (as of 2010) worldwide, and has a greenhouse gas effect 21 times that of the same concentration of carbon dioxide.Therefore, it is required to develop technologies to cope with climate change of methane. do.
  • Methane has the greatest hydrogen-to-carbon ratio among hydrocarbon substances, so it has the advantage of being cleaner compared to other raw materials for producing hydrogen.
  • Methane utilization technology can be applied in the fields of city gas, power generation, automobile fuel, methanol liquid fuel, and hydrogen production. It is based on captured and purified methane, and if a technology for direct conversion of low-concentration unused methane is developed in the future, the market size can be further expanded.
  • Hydrogen is the lightest and most abundant element, and is an infinite and clean energy source. Hydrogen production technology is largely classified into three categories. First, a method based on hydrocarbon substances such as methane steam reforming method, partial oxidation of heavy oil, and catalytic decomposition of natural gas, second, a method based on non-hydrogen such as thermochemistry and electrochemical water decomposition, and third, the above two There are forms that combine forms. Among these, the method of producing hydrogen from natural gas has a problem that a large amount of carbon dioxide is generated during the production of hydrogen.
  • Carbon black is used as an additive in rubber, plastics, paints and inks, and has the effect of changing mechanical, electrical and optical properties to desired properties.
  • carbon black has the ability to reinforce rubber, so it is also used to reinforce rubber products such as tires and industrial hoses.
  • carbon black can be used as a high value-added material such as an electrode material for a secondary battery and a catalyst carrier. Usually, it is produced by separating carbon particles from black smoke generated from incomplete combustion of heavy oil, and on average, 2.4 tons of carbon dioxide is emitted per ton of carbon black. The steam methane reforming process emits about 8 tonnes of carbon dioxide per ton of hydrogen.
  • the pyrolysis of methane gas is a technology that decomposes CH 4 into hydrogen and carbon by decomposing it at high temperature.
  • the biggest advantage of the methane gas pyrolysis method is to make hydrogen and carbon without generating carbon dioxide. Compared to the existing hydrogen production technology, it has the advantage of being able to produce hydrogen in large quantities and at the same time utilizing high-purity carbon discharged as a by-product.
  • hydrogen produced by the methane gas pyrolysis method reacts with carbon dioxide recovered from the carbon dioxide generation source and is used as fuel for an internal combustion engine, which can be effectively linked to the technology to produce methanol, and is used as a hydrogen source for fuel cells, a clean power generation technology. It has the advantage of being able to become.
  • carbon dioxide reforming of methane in nickel, precious metals and mixed oxide-based catalysts can effectively convert greenhouse gas CO 2 into useful chemicals.
  • Nickel catalyst is metal sintered when exposed to high temperature, resulting in deterioration of catalytic activity. Accordingly, carbonaceous catalysts having advantages such as low cost, high temperature resistance and sulfur-free toxicity are attracting attention as an alternative to metal-based catalysts.
  • the technology for converting methane into a high value-added resource using a new and renewable energy source is a technology that can solve global warming and a technology that converts greenhouse gases into resources.
  • the present invention raises the temperature inside the rotary reactor by collecting sunlight to 1000 degrees and rotates the reactor at a constant speed using a rotary motor to make the temperature inside the reactor constant. It is possible to solve the problem of cracking the catalyst layer, increase catalyst life and efficiency, and increase pressurization and operation convenience by gas flow.
  • biogas main component CH 4
  • C carbon black
  • H 2 hydrogen
  • a steam injector equipped with an atomizing nozzle. By spraying with steam, it is intended to suppress carbon deposition in the methane pyrolysis porous reaction layer and/or the catalyst layer.
  • a first aspect of the present invention is a cylindrical methane pyrolysis solar thermal rotary reactor centered on an axis rotatable by a motor, in which the solar heat collected by the solar collector is vertically incident on the cylindrical reactor wall, and the steam injector CH 4 and H 2 O injection parts for injecting CH 4 containing gas and water into a gas-liquid atomizing nozzle; And a reaction unit that includes a porous reaction bed through which a fluid of carbon particles can flow through the pores connected to each other , and decomposes CH 4 provided from the injection unit into hydrogen gas and carbon particles by condensed solar heat.
  • the porous reaction layer is coated and dispersed between the carbon particle fluid to suppress carbon deposition in the porous reaction layer. It is to provide a rotary reactor.
  • a second aspect of the present invention is a first step of injecting CH 4 containing gas and water into a steam injector equipped with a gas-liquid atomizing nozzle; And a second step of pyrolyzing methane while injecting CH 4 and steam through the steam injector to a porous reaction bed that decomposes methane into hydrogen gas and carbon black by condensed solar heat, Steam A method of producing hydrogen, carbon black, or both in which the steam sprayed from the injector is heated by condensed solar heat, and then coated on the porous reaction layer and dispersed between the carbon particle fluid to inhibit carbon deposition in the porous reaction layer.
  • the porous reaction layer surrounds the inner wall of the cylindrical reactor, and is characterized in that the reactor rotates at a speed of 1 to 100 RPM by a motor and controls the temperature inside the reactor to provide a manufacturing method.
  • the temperature inside the cylindrical reactor can be constantly controlled and the crack phenomenon of the catalyst layer due to high pressure can be prevented, thereby improving the life and efficiency of the catalyst layer.
  • 1 is an example of a solar heat collecting device that can be linked to the methane pyrolysis solar reactor of the present invention.
  • FIG. 2 is a design diagram of a rotary motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a design diagram of a methane pyrolysis solar thermal rotary reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the internal structure of a steam injector equipped with a liquid air atomizing nozzle.
  • FIG. 5 shows the principle of operation in which the CH 4 containing gas and water injected into the steam injector are injected into CH 4 and steam.
  • FIG. 6 is a photograph illustrating various Caps of commercially available Air Atomizing Nozzles.
  • the first aspect of the present invention is a cylindrical methane pyrolysis solar thermal rotary reactor centered on an axis rotatable by a motor, in which the solar heat collected by the solar collector is vertically incident on the cylindrical reactor wall, and the steam injector CH 4 and H 2 O injection parts for injecting CH 4 containing gas and water into a gas-liquid atomizing nozzle; And a reaction unit having a porous reaction bed through which a fluid of carbon particles can flow through the pores connected to each other , and decomposing CH 4 provided from the injection unit into hydrogen gas and carbon black particles by condensed solar heat.
  • the porous reaction layer is coated and dispersed between the carbon particle fluid to suppress carbon deposition in the porous reaction layer. That is, it provides a rotary reactor.
  • a second aspect of the present invention is a first step of injecting CH 4 containing gas and water into a steam injector equipped with a gas-liquid atomizing nozzle; And a second step of pyrolyzing methane while injecting CH 4 and steam through the steam injector to a porous reaction bed that decomposes methane into hydrogen gas and carbon black by condensed solar heat, Steam A method of producing hydrogen, carbon black, or both in which the steam sprayed from the injector is heated by condensed solar heat, and then coated on the porous reaction layer and dispersed between the carbon particle fluid to inhibit carbon deposition in the porous reaction layer.
  • the porous reaction layer is surrounding the inner wall of the cylindrical reactor, characterized in that the reactor rotates at a speed of 1 to 100 RPM by a motor to control the temperature inside the reactor, it provides a manufacturing method.
  • the direct decomposition method of methane does not generate carbon dioxide at all, and is a great advantage of producing hydrogen as a major product and obtaining carbon black of high purity as a by-product.
  • Carbon may be stored for future use, or may be used as a high value-added material such as an electrode, a catalyst, or a carrier of a secondary battery, or as a rubber and electrical additive.
  • Biogas contains methane ( ⁇ 50%) and carbon dioxide ( ⁇ 50%), where CO 2 lowers the calorific value.
  • the equilibrium composition of hydrogen reaches 97% or more at the reaction temperature of about 1070K under atmospheric pressure, but the reaction temperature must be much higher or the residence time must be longer since the barrier of activation energy must be overcome under the actual reaction conditions.
  • the present invention is a cylindrical methane pyrolysis solar thermal rotary reactor centered on an axis that can be rotated by a motor (FIG. 2), and a catalyst layer crack phenomenon due to high pressure in a reactor equipped with a conventional fixed catalyst layer and a quartz window for separate sunlight transmission are required. It is not possible to solve the problem of cracking the window due to high pressure and the problem of decreasing solar transmittance of the window by reacting and coating methane on the surface of the window.
  • the rotary reactor is made of SUS metal and may additionally include Inconel, but is not limited thereto.
  • the methane pyrolysis solar reactor according to the present invention includes a CH 4 and H 2 O injection unit equipped with a steam injector equipped with a gas-liquid atomizing nozzle; And a reaction unit that decomposes CH 4 into hydrogen gas and carbon black particles by condensed solar heat.
  • the rotational speed of the reactor by the motor (FIG. 2) of the present invention may be 1 to 100 RPM. If it is less than 1 RPM, the rotation speed is slow and the condensed sunlight is irradiated intensively only at a specific location of the reactor, causing corrosion of the reactor.If it exceeds 100 RPM, the temperature of the reactor surface rises due to convection caused by the rotation of the reactor There may be a problem of decreasing the speed of becoming.
  • a vertical cross-sectional view of a specific example of the methane pyrolysis solar reactor of the present invention is as shown in FIG. 3.
  • the methane pyrolysis solar reactor of the present invention may have a methane conversion rate of 80% or more.
  • the reaction unit for decomposing CH 4 into hydrogen gas and carbon black by solar heat condensed according to the present invention has a porous reaction bed through which a fluid of carbon particles can flow through the pores connected to each other.
  • the porous reaction layer may be a porous layer without a catalyst or a porous layer to which a catalyst is applied.
  • the porous reaction layer may be a Ceria coated zirconia foam device.
  • the porous reaction layer can exert a uniform temperature gradient.
  • the porous reaction layer may be in the form of a container capable of accommodating the condensed solar heat and the CH 4 containing reactant, and the CH 4 and steam-containing fluid may be injected through a steam injector into the inner space thereof, and the solar heat may be condensed.
  • the fluid containing 4 and steam can be heated by condensed solar heat to or above the methane pyrolysis temperature. Accordingly, in the porous reaction layer, methane may undergo thermal decomposition and/or steam reforming into hydrogen gas and carbon black.
  • the main gaseous products of methane pyrolysis are H 2 , C 2 H 6 , C 2 H 4 , C 2 H 2 and C 3 H 6 .
  • Cochrane refers to hydrocarbon substances and/or pyrocarbons produced during methane pyrolysis, and coke is deposited on the reactor wall in the gas phase during pyrolysis.
  • the methane pyrolysis solar reactor that heats the temperature of the porous reaction layer above the methane pyrolysis temperature through condensed solar heat according to the present invention is a steam injector equipped with a gas-liquid atomizing nozzle.
  • H 2 O is sprayed into the porous reaction layer as a steam droplet as well as CH 4 through the air, and CH 4 is pyrolyzed by the concentrated solar heat and the steam droplet is heated, and then the heated steam droplet coats the porous reaction layer. It is characterized by being dispersed between the carbon particle fluid to suppress carbon deposition in the porous reaction layer.
  • the CH 4 and H 2 O injection unit of the present invention may be connected to a gas-liquid spray nozzle of a steam injector and a CH 4 containing gas injection unit and a water injection unit (FIG. 5).
  • the CH 4 and H 2 O injection units have a structure of a steam injector, and water may be sprayed with steam by a CH 4 containing gas through a gas-liquid spray nozzle (FIG. 5).
  • the CH 4 containing gas may be a compressed gas.
  • the steam injector is a device capable of generating steam in-situ, and is equipped with a gas-liquid atomizing nozzle known as a liquid air atomizing nozzle (FIG. 4).
  • a gas-liquid atomizing nozzle known as a liquid air atomizing nozzle (FIG. 4).
  • FIG. 4 the same operating principle (FIG. 5) as the liquid air atomizing nozzle is applied, and water containing CH 4 is used instead of air as liquid. Therefore, the liquid air atomizing nozzle can be used as it is or as a design change, and used as a gas-liquid spray nozzle in the steam injector of the present invention.
  • the gas-liquid spray nozzle can provide an atomized spray by using the collision of gas and liquid (FIG. 5).
  • the gas-liquid spray nozzle which is equivalent to an air atomizing assembly, uses compressed gas to transport fluid and atomize the sprayed fluid to provide the best droplet size.
  • a change in the design of the gas-liquid spray nozzle allows fine spraying of liquid by mixing with gas in a specific spray and flow pattern. For example, fine spray spray, mist, or mist may be formed according to the design of the nozzle cap as illustrated in FIG. 6, and various spray patterns are possible.
  • various gas and liquid mixing types are possible. Accordingly, the present invention can finely adjust the flow rate, droplet size, spray distribution and coverage of steam together with the CH 4 containing gas through the gas-liquid spray nozzle.
  • the steam droplets are dispersed in the CH 4 containing carrier gas while generating water in-situ as steam, sprayed onto the porous reaction layer, and heated by condensed solar heat. Then, CH 4 is pyrolyzed to form hydrogen gas and carbon particles, and high-temperature steam having a flow rate coats the porous reaction layer and is dispersed between the carbon particle fluids to form coke and carbon deposition in the pores of the porous reaction layer. carbon deposition) or eliminate carbon deposition.
  • the present invention CH 4 and by controlling the water amount to be injected into the H 2 O injection assembly, CH 4 and H 2 O injection assembly porous reaction layer after the steam (steam) is heated by the focused solar heat provided by the It is coated and dispersed between the carbon particle fluid to suppress carbon deposition in the porous reaction layer.
  • the CH 4 containing gas and the steam containing fluid injected through the steam injector are supplied as reactants to the porous reaction layer while exerting a swirl effect in a clockwise or counterclockwise direction. Heat transfer can be increased.
  • the present invention supplies CH 4 containing gas and steam as reactants to the porous reaction layer through a steam injector to suppress coke formation and minimize carbon deposition in the pores of the porous reaction layer.
  • CH 4 can be supplied from natural gas or biomethane.
  • the CH 4 containing gas may be natural gas or biogas.
  • Biogas is produced by the anaerobic digestion of organic matter, and the CHO components contained in the organic matter are converted into gas containing CH 4 and CO 2 as the main components. Therefore, in the present invention, the CH 4 containing gas may further include CO 2.
  • a carbon particle collecting unit is provided at a downstream of the reaction unit having a porous reaction layer, so that the carbon particles and the hydrogen-containing product gas can be separated through a filter.
  • the method for producing hydrogen and/or carbon black comprises: a first step of injecting CH 4 containing gas and water into a steam injector equipped with a gas-liquid atomizing nozzle; And a second step of thermally decomposing methane while injecting CH 4 and steam through the steam injector to a porous reaction bed that decomposes methane into hydrogen gas and carbon black by condensed solar heat.
  • methane from the landfill can be treated, and not only reduce greenhouse gases accordingly, but also secure new and renewable energy, produce waste energy, and secure large-capacity emission rights. And carbon dioxide reduction is possible.
  • FIG. 1 An example of a solar heat collecting device that can be linked to the methane pyrolysis solar reactor of the present invention is shown in FIG. 1, and a description thereof is described in Korean Patent Registration No. 10-1008500, and is incorporated herein (FIG. 1). .
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a methane pyrolysis solar thermal rotary reactor according to an embodiment of the present invention.
  • the reactor rotates about a rotatable shaft 7 by means of a motor (FIG. 2).
  • the rotation speed of the reactor by the motor may be adjusted to 1 to 100 RPM in consideration of temperature control and corrosion (FIG. 3).
  • the rotary motor includes a seal for a rotary shaft (2) and a shaft (4), and a bearing (3) is provided to enable rotation of the shaft, and the bearing is located in the center of the frame body of the rotary motor. Located (Fig. 2).
  • the temperature inside the reactor may be controlled to be kept constant in the range of 1100K to 1700K, which is the temperature at which the methane pyrolysis reaction occurs.
  • a porous reaction layer 8 in the form of a container is located inside the reactor.
  • the porous reaction layer may be integrally formed in a cylindrical shape with an empty inside. Therefore, the vertical cross section of the porous reaction layer based on the longitudinal axis may have a square shape (FIG. 3).
  • a steam injector 10 may be located in the reactor (FIGS. 4 and 5 ). Specifically, in order to supply the CH4 containing gas and steam to the porous reaction layer 8, the CH 4 containing gas and the steam injection outlet of the steam injector 10 are adjacent to the inner wall of the porous reaction layer 8 into which the reactants enter. Positioned, it is possible to supply steam into the pores and inner walls of the porous reaction layer 8. After the steam provided from the CH 4 and H 2 O injection part is heated by solar heat collected in the reaction part, the porous reaction layer is coated and dispersed between the carbon particle fluid to suppress carbon deposition in the porous reaction layer. .
  • the carbon particle fluid may flow through the pores connected to each other in the porous reaction bed, and thus not only may be discharged from the inner surface of the reaction layer to the outer surface, but also deactivation due to carbon deposition in the catalyst layer may be prevented. That is, the high-temperature, high-speed steam droplet discharged from the steam injector 10 suppresses carbon deposition in the porous reaction layer or removes carbon deposition, thereby preventing deterioration of catalytic activity and maintaining a smooth gas flow.
  • the methane pyrolysis solar reactor of the present invention is a cylindrical reactor, and a porous reaction layer 8 is optionally located therein, so that the porous reaction layer and the inner wall of the reactor are spaced apart from each other to collect product gas including carbon particles, and the discharge unit 9 Through the methane pyrolysis can be discharged out of the solar reactor.
  • a gas outlet 9 may be connected to the reactor downstream of the porous reaction layer.
  • a steam injector 10 equipped with a gas-liquid spray nozzle is connected to the reactor, and each steam injector receives gas and water through an inlet line 11.
  • One or a plurality of steam injectors 10 may be provided, and the number of the steam injectors 10 is not limited.
  • the fluid containing CH 4 and steam When the fluid containing CH 4 and steam is injected into the porous reaction layer 8 through the steam injector 10 (Figs. 4 and 5), the fluid containing CH 4 and steam injected from the inner space of the porous reaction layer 8 is condensed. Heated above the methane pyrolysis temperature by solar heat, methane can undergo pyrolysis and/or steam reforming reactions into hydrogen gas and carbon black. Through the porous foam of the porous reaction layer, the products of the thermal decomposition and/or steam reforming reaction of methane escape out of the porous reaction layer. In this way, the product passing through the porous reaction layer is collected toward the bottom of the reactor and discharged through the discharge unit 9.
  • a carbon particle collecting unit is provided at a downstream of the reaction unit having a porous reaction layer, so that the carbon particles and the hydrogen-containing product gas can be separated through a filter.
  • the methane pyrolysis solar rotary reactor may further include a carbon particle collecting unit connected to an outlet port, and a filter separating carbon particles and gas is provided. It may be configured with a carbon trap and optionally a cyclone at its rear end.
  • the carbon collector can be made of a transparent Pyrex material so that the presence and amount of carbon particles can be visually checked. Most of the carbon particles generated during the pyrolysis of methane are primarily collected in the carbon particle collector, and the fine carbon particles that are not collected in the carbon particle collector and come out with the gas can be completely collected in the cyclone.
  • the substances discharged from the carbon particle collection unit are hydrogen gas and unreacted methane gas.
  • the exhaust gas from which the carbon particles are completely removed while passing through the carbon particle collector and the cyclone may be discharged to the outside after the flow rate is accumulated in a dry gas meter.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

본 발명은 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및/또는 카본블랙 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기는 모터에 의해 회전가능한 축을 중심으로 하는 회전형 반응기로서, 태양열 집광기에 의해 집광된 태양열이 원통형 반응기 벽면으로 수직하게 입사하는 것이고, 스팀 인젝터(steam injector)의 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)에 CH4 함유 가스 및 물을 주입시키는 CH4 및 H2O 분사부; 및 서로 연결된 기공들을 통해 탄소입자 유체가 흐를 수 있는 다공성 반응 층(bed)을 구비하고 집광된 태양열에 의해 상기 분사부에서 제공되는 CH4을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 반응부를 구비하되, CH4 및 H2O 분사부에서 제공되는 스팀(steam)이 반응부에서 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적을 억제하는 것이 특징이다.

Description

메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법
본 발명은 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및/또는 카본블랙 제조 방법에 관한 것이다.
온실가스, 특히 메탄 및 이산화탄소의 방출이 세계 기후 변화를 야기하고 있다. 특히, 화석연료 사용, 매립지에서의 폐기물 배출, 축산 사업, 바이오매스 증가 등에 따라 메탄의 발생이 증가하고 있다. 메탄은 전 세계적으로 연간 3억 7천만 톤(2010년 기준) 가효량이 대기 중으로 배출되고 있으며 같은 농도의 이산화탄소에 비해 21배 정도 온실가스 효과를 가지므로 메탄의 기후변화에 대응하기 위한 기술 개발이 요구된다.
메탄은 탄화수소 물질 중에서 수소 대 탄소비가 가장 크기 때문에, 다른 여러 수소제조 원료에 비해 청정하다는 장점이 있다. 메탄 활용기술은 도시가스, 발전, 자동차 연료, 메탄올 액체연료, 수소 제조 분야 등에 적용될 수 있다. 포집, 정제된 메탄을 기준으로 하며, 향후 저농도 미활용 메탄 직접 전환 기술이 개발될 경우 시장 규모는 보다 확대될 수 있다.
수소는 가장 가볍고 풍부한 원소로서 자원이 무한하고 청결한 에너지이다. 수소제조기술은 크게 3가지로 분류된다. 첫째, 메탄수증기 개질법, 중유의 부분산화법, 천연가스의 촉매분해 등의 탄화수소 물질을 근간으로 하는 방법, 둘째, 열화학, 전기화학적 물분해 등의 비탄화수소를 근간으로 하는 방법, 셋째, 위의 두 가지 형태를 합친 형태들이 있다. 이중 천연가스로부터 수소를 제조하는 방법은 수소 제조시 많은 양의 이산화탄소를 발생시킨다는 문제를 안고 있다.
카본 블랙은 고무, 플라스틱, 페인트 그리고 잉크 내에 첨가물로서 사용되며, 기계적, 전기적 그리고 광학적 특성을 원하는 성질로 바꾸어주는 효과가 있다. 특히 카본 블랙은 고무를 강화시키는 능력이 있어서, 타이어나 산업용 호스와 같은 고무제품의 강화에도 사용된다. 또한, 카본블랙은 이차전지 전극소재, 촉매 담체 등과 같은 고부가가치 재료로 사용될 수 있다. 보통 중유의 불완전 연소에서 발생하는 검은 연기로부터 탄소입자를 분리시켜 제조하는데 평균적으로 카본블랙 1톤당 2.4톤의 이산화탄소를 배출시킨다. 스팀 메탄 개질 공정은 수소 1톤당 약 8톤의 이산화탄소를 방출한다.
이러한 환경문제를 해결하기 위한 방법의 하나로, 메탄가스의 열분해법은 CH4를 고온에서 분해시켜 수소와 탄소로 전환시키는 기술이다. 메탄가스 열분해법의 가장 큰 장점은 이산화탄소의 발생 없이 수소와 탄소를 만드는 것이다. 기존의 수소 제조기술과 비교하여 수소를 대량으로 제조할 수 있으며 동시에 부산물로써 배출되는 고순도의 탄소를 활용할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 또한, 메탄가스 열분해법에 의해 제조된 수소는 이산화탄소 발생원에서 회수된 이산화탄소와 반응시켜 내연 기관의 연료로 사용되어 메탄올을 생산하는 기술과 효과적으로 연계될 수 있으며, 청정발전 기술인 연료전지의 수소 공급원으로 활용될 수 있다는 장점을 갖고 있다.
한편, 메탄의 건조 개질로도 알려져 있는, 니켈, 귀금속 및 혼합된 산화물-기반 촉매들에서 메탄의 이산화탄소 개질은 온실가스인 CO2를 유용한 화학물질로 효과적으로 전환시킬 수 있다. 니켈 촉매는 고온 노출시 금속소결되어 촉매활성이 저하된다. 이에, 낮은 가격, 고온 내성 및 무-황 독성과 같은 이점을 갖는 탄소질 촉매가 금속-기반 촉매의 대체제로서 관심을 받고 있다.
한편, 메탄은 매우 안전한 화학물질로 이를 전환하기 위해서는 고온의 열원이 필요하며, 이때 온실가스 저감 측면에서 신재생 에너지원이 필요하다. 태양에너지 기술은 태양으로부터 오는 복사에너지를 흡수하여 열에너지로 변화시키는 기술로써 무공해, 무한정, 무가격 청정에너지원이다. 따라서, 신재생에너지원을 이용하여 메탄의 고부가가치 자원화 기술은 지구온난화를 해결할 수 있는 기술이자 온실가스 자원화기술이다.
그러나, 메탄가스 고온 열분해법을 이용하여 메탄으로부터 수소와 탄소 생성시 열분해탄소(pyrocarbon)가 반응관 내벽에 생성되며 그 위에 탄소가 퇴적되는 폐색(plugging) 현상이 발생한다.
자연에너지인 태양열을 효율적으로 이용하기 위해서는 메탄 분해 시 촉매반응을 통하여 반응온도를 낮춰야 한다. 촉매 도입 시 반응온도를 1400 내지 1500 K까지 낮출 수는 있지만 메탄 분해 시 생성되는 카본이 촉매 표면에 침척되는 현상으로 촉매가 쉽게 비활성화가 되는 것으로 보고되고 있다. 카본계 촉매 도입 시 반응온도 1473K에서 초기 메탄 전환율이 90% 이상을 유지하다 반응시간 1500 초만에 무촉매 반응과 같이 전환율이 45%까지 급속하게 저하되는 것으로 보고되고 있다. 따라서, 1400 내지 1500K의 낮은 반응온도에서 카본 침척에 내성을 갖는 고전환율 촉매 및 반응시스템의 개발이 필요하다.
본 발명은 태양광을 집열하여 회전형 반응기 내부의 온도를 1000도까지 올리고 회전모터를 이용하여 반응기를 일정속도로 회전시킴으로써 반응기 내부 온도를 일정하게 할 수 있으며, 기존의 고정형 촉매 반응기의 고압으로 인한 촉매층 크랙문제를 해결하고 촉매 수명과 효율 증가 및 가스 흐름에 의한 가압 및 운전 편의성 증대시킬 수 있다. 여기에 바이오가스(주성분 CH4)를 분사시켜 카본블랙(C)과 수소(H2)를 반응기에, 분무 노즐(atomizing nozzle)이 장착된 스팀 인젝터(steam injector)를 통하여 바이오가스와 함께 물을 스팀으로 분사하여, 메탄 열분해 다공성 반응층 및/또는 촉매층에 탄소침적을 억제시키고자 한다.
본 발명의 제1양태는 모터에 의해 회전가능한 축을 중심으로 하는 원통형 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기로서, 태양열 집광기에 의해 집광된 태양열이 원통형 반응기 벽면으로 수직하게 입사하는 것이고, 스팀 인젝터(steam injector)의 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)에 CH4 함유 가스 및 물을 주입시키는 CH4 및 H2O 분사부; 및 서로 연결된 기공들을 통해 탄소입자 유체가 흐를 수 있는 다공성 반응 층(bed)을 구비하고 집광된 태양열에 의해 상기 분사부에서 제공되는 CH4을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 반응부를 구비하되, CH4 및 H2O 분사부에서 제공되는 스팀(steam)이 반응부에서 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적을 억제하는 것인, 회전형 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2양태는 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)이 장착된 스팀 인젝터(steam injector)에 CH4 함유 가스 및 물을 주입시키는 제1단계; 및집광된 태양열에 의해 메탄을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 다공성 반응 층(bed)에 상기 스팀 인젝터를 통해 CH4 및 스팀을 분사시키면서 메탄 열분해시키는 제2단계를 포함하되, 스팀 인젝터에서 분사되는 스팀(steam)이 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적이 억제되는 것인 수소, 카본블랙 또는 둘다를 제조하는 방법으로서, 상기 다공성 반응 층은 원통형 반응기 내벽을 둘러싼 것으로 모터에 의해 반응기가 1 내지 100 RPM 속도로 회전하면서 반응기 내부 온도를 제어하는 것이 특징인, 제조방법을 제공하는 것이다.
대용량 수소 제조 기술이 개발되고 있으나, 화석연료의 개질 혹은 가스화를 통해 수소를 제조하는 기술은 에너지 소비가 높아 다량의 이산화탄소를 배출시키는 단점이 있다. 반면 본 발명은 자연 에너지인 태양에너지를 이용하여 수소를 제조하며, 사용하는 공급가스로 바이오 가스를 이용하기 때문에 온실가스를 줄이면서 수소를 경제적으로 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법 및 장치를 사용하면, 원통형 반응기 내부의 온도를 일정하게 조절할 수 있고 고압에 의한 촉매층 크랙 현상을 방지하여 촉매층의 수명 및 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, CH4 및 H2O 분사부로 기액 분무 노즐가 장착된 스팀 인젝터(steam injector)를 사용함으로써, 메탄 열분해 태양열 반응기에서의 Coke formation 억제 및 carbon deposition 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 메탄 열분해 태양열 반응기에 연동될 수 있는 태양광 집열 장치의 일례이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 모터의 설계도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기의 설계도이다.
도 4은 liquid air atomizing nozzle이 장착된 스팀 인젝터의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 5은 스팀 인젝터에 주입되는 CH4 함유 가스 및 물이 CH4 및 스팀으로 분사되는 작동원리를 도시한 것이다.
도 6은 시판중인 Air Atomizing Nozzles의 다양한 Cap 을 예시한 사진이다.
본 발명의 제1양태는 모터에 의해 회전가능한 축을 중심으로 하는 원통형 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기로서, 태양열 집광기에 의해 집광된 태양열이 원통형 반응기 벽면으로 수직하게 입사하는 것이고, 스팀 인젝터(steam injector)의 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)에 CH4 함유 가스 및 물을 주입시키는 CH4 및 H2O 분사부; 및 서로 연결된 기공들을 통해 탄소입자 유체가 흐를 수 있는 다공성 반응 층(bed)을 구비하고 집광된 태양열에 의해 상기 분사부에서 제공되는 CH4을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 반응부를 구비하되, CH4 및 H2O 분사부에서 제공되는 스팀(steam)이 반응부에서 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적을 억제하는 것인, 회전형 반응기를 제공한다.
본 발명의 제2양태는 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)이 장착된 스팀 인젝터(steam injector)에 CH4 함유 가스 및 물을 주입시키는 제1단계; 및집광된 태양열에 의해 메탄을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 다공성 반응 층(bed)에 상기 스팀 인젝터를 통해 CH4 및 스팀을 분사시키면서 메탄 열분해시키는 제2단계를 포함하되, 스팀 인젝터에서 분사되는 스팀(steam)이 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적이 억제되는 것인 수소, 카본블랙 또는 둘다를 제조하는 방법으로서, 상기 다공성 반응 층은 원통형 반응기 내벽을 둘러싼 것으로 모터에 의해 반응기가 1 내지 100 RPM 속도로 회전하면서 반응기 내부 온도를 제어하는 것이 특징인, 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
메탄을 높은 온도(1170 - 1620K)로 가열하면 메탄 (CH4)은 하기 반응식 1과 같이 분해된다.
[반응식 1]
CH4 → C + 2H2 ΔHo = 74.6 kJ/mol
메탄의 직접분해법은 전혀 이산화탄소를 발생하지 않으며, 주요한 생성물로 수소 생산과 부산물로 고순도의 탄소(Carbon black)를 얻을 수 있다는 큰 장점이다. 탄소는 미래에 이용될 목적으로 저장되거나, 2차 전지의 전극, 촉매, 담체 등 고부가가치 재료로 또는 고무 및 전기 첨가제로서 사용될 수 있다.
자연에너지를 이용한 바이오메탄 에너지화 기술은 하기 반응식 2과 같다.
[반응식 2]
CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO, ΔHo = 247 kJ/mol
바이오 가스는 메탄(~50%)과 이산화탄소(~50%)를 함유하고, 이때 CO2는 발열량을 떨어뜨린다.
바이오메탄과 CO2가 동시에 공급되어 개질되는 반응식 2의 경우, 기존 바이오메탄 발전시스템의 메탄 발열량(-74.6 kJ/mol) 대비 고부가가치의 합성 가스 생산으로 CH4 1 mol당 247 kJ의 추가 발전 효과가 기대된다.
바이오메탄과 CO2를 분리하고 순수한 메탄이 열분해되는 반응식 1의 경우 기존 스팀 메탄 개질 공정 대비 수소 1 kg 생산 당 277 MJ의 에너지가 절약되고 14 kg CO2 배출이 회피되는 효과가 있다.
메탄의 열분해시 메탄의 전환율을 높이기 위해서는 높은 온도와 낮은 압력에서 유리하며 반응은 흡열반응이다.
이론적으로는 상압 조건하에서 반응온도 1070K 정도에서 수소의 평형조성이 97% 이상에 달하지만 실제 반응조건에서는 활성화 에너지의 장벽을 넘어야 하므로 반응온도가 이보다 훨씬 높아져야 하고, 또는 체류시간이 더욱 길어져야 한다.
촉매 없이 메탄의 열분해가 가능하나, 촉매를 사용하는 경우 열분해 반응온도를 낮출 수 있다. 촉매는 일반적으로 Ni-Mo/Alumina를 사용하며, 일부 촉매는 성능시험에서 아주 우수하여 전환율은 거의 100%로 알려져 있다.
본 발명은 모터(도 2)에 의해 회전가능한 축을 중심으로 하는 원통형 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기로서 기존의 고정형 촉매층을 구비한 반응기의 고압에 의한 촉매층 크랙 현상 및 별도의 태양빛 투과 위한 quartz window를 필요로 하지 않아 고압에 의한 상기 윈도우 깨짐 문제와 상기 윈도우 표면에서 메탄이 반응하여 코팅됨으로써 윈도우의 태양빛 투과도가 감소하는 문제도 해결할 수 있다. 상기 회전형 반응기는 SUS 금속으로 이루어지며 추가적으로 Inconel을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 회전형 반응기는 태양열 집광기에 의해 집광된 태양열이 원통형 반응기 벽면으로 수직하게 입사하는 것이다.
본 발명에 따른 메탄 열분해 태양열 반응기는 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)이 장착된 스팀 인젝터(steam injector)가 설치된 CH4 및 H2O 분사부; 및 집광된 태양열에 의해 CH4을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 반응부를 구비한다.
본 발명의 상기 모터(도 2)에 의한 반응기 회전속도는 1 내지 100 RPM 인 것일 수 있다. 1 RPM 미만이면 회전속도가 느려 집광된 태양광이 반응기 특정 위치에만 집중적으로 조사되어 반응기가 부식되는 문제가 있을 수 있으며, 100 RPM 초과인 경우, 반응기 회전에 따른 대류현상으로 반응기 표면의 온도가 승온되는 속도가 감소하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 메탄 열분해 태양열 반응기의 일구체예의 수직 단면도는 도 3에 나타난 바와 같다. 본 발명의 메탄 열분해 태양열 반응기는 메탄 전환율이 80%이상일 수 있다.
본 발명에 따라 집광된 태양열에 의해 CH4을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 반응부는 서로 연결된 기공들을 통해 탄소입자 유체가 흐를 수 있는 다공성 반응 층(bed)을 구비한다. 본 발명에서 다공성 반응 층은 촉매 없는 다공성 층이거나 촉매가 적용된 다공성 층일 수 있다. 비제한적인 예로, 다공성 반응 층은 Ceria coated zirconia foam device일 수 있다. 또한, 다공성 반응 층은 균일한 온도 구배를 발휘할 수 있다.
다공성 반응 층은 집광된 태양열 및 CH4 함유 반응물을 수용할 수 있는 용기 형태일 수 있으며, 이의 내부 공간에 스팀 인젝터를 통해 CH4 및 스팀 함유 유체가 분사될 수 있고 태양열이 집광될 수 있으므로, CH4 및 스팀 함유 유체는 메탄 열분해 온도 또는 그 이상까지 집광된 태양열에 의해 가열될 수 있다. 이로 인해 다공성 반응 층에서 메탄은 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 열분해 및/또는 수증기 개질 반응이 일어날 수 있다.
메탄 열분해의 주요 가스 생성물들은 H2, C2H6, C2H4, C2H2 그리고 C3H6이다. 코크란 메탄 열분해 동안 생성된 탄화수소 물질 및/또는 열분해탄소(pyrocarbon)를 말하며, 코크는 열분해하는 동안 기상으로 반응기 벽면에 퇴적된다.
따라서, 수소가스와 탄소입자(carbon black)를 생성하는 메탄의 열분해 반응은 다공성 반응층의 기공 및/또는 촉매에 탄소침적이 발생하여, 기공이 폐쇄되고/되거나 대부분의 촉매는 탄소퇴적에 의해 활성이 저하되어 촉매 수명이 짧아지는 단점이 있다.
유입 메탄양이 증가함에 따라 수소생산량은 계속 증가하나, 메탄 유량이 많을수록 생성되는 탄소의 양이 많아지게 되므로 유량이 적을 때보다 더 빨리 반응기를 막아버리는 결과를 초래하게 된다. 즉 volume reaction이 아닌 surface reaction에 의해 반응기 벽에 다량의 pyrocarbon이 형성되어 반응기를 막는 현상이 일어난다. 따라서, 메탄가스의 고온열분해에 의해 대량생산하기 위해서는 surface reaction을 효과적으로 막을 수 있는 반응기의 개발이 필요하다.
이를 위해, 본 발명에 따라 집광된 태양열을 통해 다공성 반응 층의 온도를 메탄 열분해 온도 이상으로 가열하는 메탄 열분해 태양열 반응기는, 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)이 장착된 스팀 인젝터(steam injector)를 통해 CH4 뿐만 아니라 스팀(steam) 액적으로 H2O 를 다공성 반응 층에 분사하고, 집광된 태양열에 의해 CH4 는 열분해되고 스팀 액적은 가열된 후, 가열된 스팀 액적이 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적을 억제시키는 것이 특징이다.
본 발명의 CH4 및 H2O 분사부는 스팀 인젝터의 기액 분무 노즐에 CH4 함유 가스 주입부 및 물 주입부가 연결되어 있을 수 있다(도 5).
본 발명에서 CH4 및 H2O 분사부는 스팀 인젝터의 구조를 가지며, 기액 분무 노즐을 통해 CH4 함유 가스에 의해 물을 스팀으로 분무시킬 수 있다(도 5). 이때, CH4 함유 가스는 압축된 가스일 수 있다.
본 발명에서 스팀 인젝터는 스팀을 in-situ로 생성시킬 수 있는 장치로, 통상 liquid air atomizing nozzle(도 4)로 알려진 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)이 장착된 것이다. 본 발명의 스팀 인젝터에서는 liquid air atomizing nozzle와 동일한 작용원리(도 5)가 적용된 것으로 liquid로 물이 air 대신 CH4 함유 가스가 사용되는 것이다. 따라서, liquid air atomizing nozzle를 그대로 또는 설계 변경하여, 본 발명의 스팀 인젝터 내 기액 분무 노즐로 사용할 수 있다.
기액 분무 노즐은 기체와 액체의 충돌을 이용하여 원자화(atomization)된 스프레이를 제공할 수 있다(도 5). 공기 원자화 어셈블리(air atomizing assembly)에 해당하는 기액 분무 노즐은 압축 기체를 사용하여 유체를 운반하고 스프레이된 유체를 원자화하여 최상의 액적 크기로 제공할 수 있다. 기액 분무 노즐의 설계변경을 통해 특정 분사 및 흐름 패턴으로 가스와 혼합하여 액체를 미세 분무할 수 있다. 예컨대, 도 6에 예시된 바와 같은 노즐 캡(cap)의 디자인에 따라 미세 분무 스프레이, 미스트 또는 안개를 형성할 수 있으며, 다양한 스프레이 패턴이 가능하다. 또한, 다양한 기체 및 액체 혼합 유형이 가능하다. 따라서, 본 발명은 기액 분무 노즐을 통해 CH4 함유 가스와 함께 스팀의 유속, 액적 크기, 분무 분포 및 적용 범위(flow rate, drop size, spray distribution and coverage)를 미세 조정할 수 있다.
CH4 함유 가스 및 물을 기액 분무 노즐에 주입시키면 물을 스팀으로 in-situ로 생성시키면서 CH4 함유 운반 가스에 스팀 액적이 분산되어 다공성 반응층에 분사되고, 집광된 태양열에 의해 가열된다. 이어서 CH4가 열분해되어 수소가스와 탄소입자가 형성되고, 유속을 갖는 고온의 스팀이 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층의 기공에 코크 형성(Coke formation) 및 탄소 침적(carbon deposition)을 억제하거나 탄소 침적을 제거할 수 있다.
따라서, 본 발명은 CH4 및 H2O 분사부에 주입되는 물의 사용량을 조절하여, CH4 및 H2O 분사부에서 제공되는 스팀(steam)이 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적을 억제할 수 있다.
스팀 인젝터를 통해 분사된 CH4 함유 가스와 스팀 함유 유체는 시계방향 또는 반시계방향으로 소용돌이 효과(Swirl effect)를 발휘하면서 다공성 반응 층에 반응물로 공급되고, 이로 인해 난류 유동(Turbulent flow)에 의해 열전달을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 다공성 반응 층의 기공에 Coke formation 억제 및 carbon deposition 최소화하도록 스팀 인젝터를 통해 CH4 함유 가스와 스팀을 다공성 반응 층에 반응물로 공급한다.
본 발명에서 CH4는 천연가스 또는 바이오메탄으로부터 공급될 수 있다. 예컨대 CH4 함유 가스는 천연가스 또는 바이오가스일 수 있다. 바이오가스는 유기물의 혐기소화에 의해 생산되는데, 유기물에 함유된 CHO 성분들이 CH4 와 CO2를 주성분으로 하는 가스로 전환된다. 따라서, 본 발명에서 CH4 함유 가스는 CO2 를 더 포함할 수 있다.
도면에는 도시되어 있지 아니하나, 다공성 반응 층을 구비한 반응부의 하단(downstream)에 탄소입자 포집부를 구비하여 필터를 통해 탄소입자와 수소 함유 생성물 가스를 분리할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 수소 및/또는 카본블랙을 제조하는 방법은 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)이 장착된 스팀 인젝터(steam injector)에 CH4 함유 가스 및 물을 주입시키는 제1단계; 및 집광된 태양열에 의해 메탄을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 다공성 반응 층(bed)에 상기 스팀 인젝터를 통해 CH4 및 스팀을 분사시키면서 메탄 열분해시키는 제2단계를 포함한다.
상기 단계들은 전술한 본 발명의 메탄 열분해 태양열 반응기에서 수행될 수 있다.
이때, 스팀 인젝터에서 분사되는 스팀(steam)이 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적이 억제될 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치를 생활폐기물 매립장을 포함하여 다양한 규모의 매립지에 활용하면, 매립지의 메탄을 처리할 수 있으며 이에 따른 온실가스 저감 뿐만 아니라, 신재생에너지 확보, 폐기물에너지를 생산, 대용량 배출권 확보 및 이산화탄소 감축이 가능하다.
본 발명의 전형적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 메탄 열분해 태양열 반응기에 연동될 수 있는 태양광 집열 장치의 일례가 도 1에 도시되어 있으며, 이에 대한 설명은 한국 등록특허 10-1008500에 기재되어 있으며, 본 명세서에 통합된다(도 1).
본 발명의 일 실시예에 따른 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기의 설계도가 도 3에 도시되어 있다. 모터(도 2)에 의해 회전가능한 축(7)을 중심으로 반응기가 회전한다. 상기 모터에 의한 반응기 회전속도는 온도 제어 및 부식도 고려하여 1 내지 100 RPM 으로 조절될 수 있다(도 3).
일 실시 예에 따른 상기 회전모터는 회전 샤프트용 실링(2)과 샤프트(4)를 포함하며, 베어링(3)이 제공되어 상기 샤프트의 회전이 가능하게 지지되며 상기 베어링은 회전모터 프레임 바디의 가운데 위치한다(도 2).
상기 태양열 집광기에 의해 집광된 태양열이 회전하는 원통형 반응기 벽면으로 수직하게 입사하면서, 반응기 내부의 온도가 메탄 열분해 반응이 일어나는 온도인 1100K 내지 1700K 범위로 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다. 상기 반응기 내부에는 용기 형태의 다공성 반응 층(8)이 위치한다. 예를 들어 상기 다공성 반응 층은 일체형으로 내부가 비어 있는 원통형일 수 있다. 따라서, 길이방향 축을 기준으로 다공성 반응 층의 수직 단면은 사각형 모양일 수 있다(도 3).
일 실시예에서, 반응기 내 스팀 인젝터(10)가 위치할 수 있다(도 4 및 도 5). 구체적으로, 다공성 반응 층(8)에 CH4 함유 가스 및 스팀을 공급하기 위하여 스팀 인젝터(10)의 CH4 함유 가스 및 스팀 분사 배출구가, 반응물이 진입하는 다공성 반응 층(8)의 내벽에 인접하여 위치하여, 다공성 반응 층(8)의 내벽 및 기공 안으로 스팀을 공급할 수 있다. CH4 및 H2O 분사부에서 제공되는 스팀(steam)이 반응부에서 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적을 억제할 수 있다. 이로 인해 탄소입자 유체가 다공성 반응 층(bed) 내 서로 연결된 기공들을 통해 흐를 수 있어 반응 층 내부면에서 외부면으로 배출될 수 있을 뿐만 아니라, 촉매층의 탄소 침적에 의한 비활성화를 막을 수 있다. 즉, 스팀 인젝터(10)로부터 배출된 고온, 고속의 스팀 액적은 다공성 반응 층의 탄소 침적을 억제하거나, 탄소 침적을 제거함으로써, 촉매 활성 저하를 막고 가스의 유동을 원활히 유지한다.
본 발명은 스팀 인젝터(10)를 통해 CH4 함유 가스 및 스팀(H2O)을 다공성 반응 층(8)에 반응물을 공급하므로, 수증기 개질 부반응(Additional hydrogen production by steam reforming side reaction)을 통해 추가로 수소를 더 생산할 수 있다.
본 발명의 메탄 열분해 태양열 반응기는 원통형 반응기로서 내부에 또한 선택적으로 다공성 반응 층(8)이 위치하여, 다공성 반응 층과 반응기 내벽을 서로 이격시켜 탄소입자를 비롯한 생성물 가스를 포집하여 배출부(9)를 통해 메탄 열분해 태양열 반응기 밖으로 배출시킬 수 있다. 다공성 반응 층의 하류에 반응기에 가스 배출부(9)가 연결될 수 있다.
본 발명은 기액 분무 노즐이 장착된 스팀 인젝터(10)가 반응기에 연결되어 있으며, 각 스팀 인젝터는 유입 라인(11)을 통해 가스 및 물을 공급받는다. 스팀 인젝터(10)는 하나 또는 복수 개 구비될 수 있으며, 이의 갯수에 제한되지 않는다.
스팀 인젝터(10)를 통해 CH4 및 스팀 함유 유체를 다공성 반응 층(8)에 분사시키면(도 4 및 도 5) 다공성 반응 층(8)의 내부 공간에서 분사된 CH4 및 스팀 함유 유체는 집광된 태양열에 의해 메탄 열분해 온도 이상으로 가열되고, 이로 인해 메탄은 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 열분해 및/또는 수증기 개질 반응이 일어날 수 있다. 다공성 반응 층의 다공성 폼(foam)을 거쳐 메탄의 열분해 및/또는 수증기 개질 반응의 생성물이 다공성 반응 층의 밖으로 빠져나간다. 이와 같이 다공성 반응 층을 통과한 생성물은 반응기 하부쪽으로 포집되고, 배출부(9)를 통해 배출된다.
도면에는 도시되어 있지 아니하나, 다공성 반응 층을 구비한 반응부의 하단(downstream)에 탄소입자 포집부를 구비하여 필터를 통해 탄소입자와 수소 함유 생성물 가스를 분리할 수 있다.
메탄 열분해의 주요 생성물인 탄소입자와 가스 생성물을 분리하기 위해, 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기는 배출부(outlet port)에 연결된 탄소입자 포집부를 더 구비할 수 있으며, 탄소입자와 가스를 분리하는 필터가 구비된 탄소 포집기 (carbon trap) 및 이의 후단에 선택적으로 싸이클론 (cyclone)으로 구성될 수 있다.
탄소 포집기는 탄소 입자의 생성 유무 및 생성량을 육안으로 확인할 수 있도록 내부가 투명한 Pyrex 재질로 제작할 수 있다. 메탄 열분해시 생성된 대부분의 탄소 입자는 일차적으로 탄소입자 포집기에서 포집되어지고, 탄소입자 포집기에서 포집되지 않고 가스와 함께 나오는 미세한 탄소입자는 싸이클론에서 완전히 포집될 수 있다. 탄소입자 포집부로부터 배출되는 물질은 수소가스와 미 반응 메탄가스이다.
가스 배출부(9)에서는 탄소입자 포집기와 싸이클론을 통과하면서 탄소입자가 완전히 제거된 배출가스를 dry gas meter에서 유량이 적산된 후 외부로 배출될 수 있다.
본 명세서는 본 출원의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 내용은 그 상세한 기재를 생략하였으며, 본 명세서에 기재된 구체적인 예시들 이외에 본 출원의 기술적 사상이나 필수적 구성을 변경하지 않는 범위 내에서 보다 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 출원은 본 명세서에서 구체적으로 설명하고 예시한 것과 다른 방식으로 실시될 수 있으며, 이는 본 출원의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자이면 이해할 수 있는 사항이다.
[부호의 설명]
1. 스프링
2. 실링(SEAL RING)
3. 베어링
4. 샤프트
5. 커버
6. 바디
7.회전축
8.다공성 반응 층
9.배출부
10.스팀 인젝터
11.유입라인

Claims (11)

  1. 모터에 의해 회전가능한 축을 중심으로 하는 원통형 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기로서,
    태양열 집광기에 의해 집광된 태양열이 원통형 반응기 벽면으로 수직하게 입사하는 것이고,
    스팀 인젝터(steam injector)의 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)에 CH4 함유 가스 및 물을 주입시키는 CH4 및 H2O 분사부; 및 서로 연결된 기공들을 통해 탄소입자 유체가 흐를 수 있는 다공성 반응 층(bed)을 구비하고 집광된 태양열에 의해 상기 분사부에서 제공되는 CH4을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 반응부를 구비하되,
    CH4 및 H2O 분사부에서 제공되는 스팀(steam)이 반응부에서 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적을 억제하는 것인, 회전형 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터에 의한 반응기 회전속도는 1 내지 100 RPM 인 것인 회전형 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CH4 함유 가스는 CO2를 더 포함하는 것인 회전형 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 CH4 함유 가스는 유기물의 혐기소화에 의해 생산되는 CH4 및 CO2 함유 바이오가스인 것인 회전형 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 반응 층을 구비한 반응부의 하단(downstream)에 필터를 통해 탄소입자와 가스를 분리하는 탄소입자 포집부를 더 구비한 것인 회전형 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 반응 층은 원통형 형상인 것인 회전형 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 반응 층은 촉매 없는 다공성 층이거나 촉매가 적용된 다공성 층인 것인 회전형 반응기
  8. 제1항에 있어서,
    상기 집광된 태양열을 통해 다공성 반응 층의 온도를 메탄 열분해 온도 이상으로 가열하는 것인 회전형 반응기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 CH4 및 H2O 분사부로부터 CH4 및 스팀을 반응부에 제공하여 집광된 태양열을 통해 가열시키고 다공성 반응 층에서 수증기 개질 부반응을 통해 추가로 수소를 더 생산하는 것인 회전형 반응기.
  10. 기액 분무 노즐(gas-liquid atomizing nozzle)이 장착된 스팀 인젝터(steam injector)에 CH4 함유 가스 및 물을 주입시키는 제1단계; 및
    집광된 태양열에 의해 메탄을 수소가스와 탄소입자(carbon black)로 분해시키는 다공성 반응 층(bed)에 상기 스팀 인젝터를 통해 CH4 및 스팀을 분사시키면서 메탄 열분해시키는 제2단계를 포함하되,
    스팀 인젝터에서 분사되는 스팀(steam)이 집광된 태양열에 의해 가열된 후 다공성 반응 층을 코팅하고 탄소입자 유체 사이로 분산되어 다공성 반응 층에 탄소 침적이 억제되는 것인 수소, 카본블랙 또는 둘다를 제조하는 방법으로서,
    상기 다공성 반응 층은 원통형 반응기 내벽을 둘러싼 것으로 모터에 의해 반응기가 1 내지 100 RPM 속도로 회전하면서 반응기 내부 온도를 제어하는 것이 특징인, 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 메탄 열분해 태양열 반응기를 이용하는 것인 수소, 카본블랙 또는 둘다를 제조하는 방법.
PCT/KR2020/016059 2019-11-14 2020-11-16 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법 WO2021096319A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0146011 2019-11-14
KR1020190146011A KR102293312B1 (ko) 2019-11-14 2019-11-14 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021096319A1 true WO2021096319A1 (ko) 2021-05-20

Family

ID=75912235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/016059 WO2021096319A1 (ko) 2019-11-14 2020-11-16 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102293312B1 (ko)
WO (1) WO2021096319A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000070968A (ja) * 1998-08-28 2000-03-07 Tadahide Iwashita 有機物分解光触媒を用いた有機物分解方法
KR20130042885A (ko) * 2011-10-19 2013-04-29 인하대학교 산학협력단 수소발생장치
KR20170140516A (ko) * 2016-06-13 2017-12-21 한국에너지기술연구원 회전형 광화학 반응기
KR102008423B1 (ko) * 2018-01-31 2019-08-08 한국에너지기술연구원 메탄 열분해 태양열 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101529622B1 (ko) * 2014-03-31 2015-06-19 성균관대학교산학협력단 탄화수소의 연속적인 촉매 분해 방법 및 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000070968A (ja) * 1998-08-28 2000-03-07 Tadahide Iwashita 有機物分解光触媒を用いた有機物分解方法
KR20130042885A (ko) * 2011-10-19 2013-04-29 인하대학교 산학협력단 수소발생장치
KR20170140516A (ko) * 2016-06-13 2017-12-21 한국에너지기술연구원 회전형 광화학 반응기
KR102008423B1 (ko) * 2018-01-31 2019-08-08 한국에너지기술연구원 메탄 열분해 태양열 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOHAMMAD U. H. JOARDDER , P. K. HALDER, A. RAHIM, N. PAUL: "Solar assisted fast pyrolysis: A novel approach of renewable energy production", JOURNAL OF ENGINEERING, vol. 2014, 252848, 18 August 2014 (2014-08-18), pages 1 - 9, XP055812168, DOI: 10.1155/2014/252848 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102293312B1 (ko) 2021-08-25
KR20210059142A (ko) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102008423B1 (ko) 메탄 열분해 태양열 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법
CN103030206B (zh) 一种超临界水处理装置及方法
US8673035B2 (en) Solar-thermal reaction processing
WO2013062304A1 (ko) 태양광을 이용한 이산화탄소의 환원 장치 및 환원 방법
WO2018030702A1 (ko) 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 포함하는 가스화 장치
US20040253168A1 (en) System and method for hydrocarbon processing
WO2009113982A1 (en) Process and apparatus for hydrogen and carbon production via carbon aerosol-catalyzed dissociation of hydrocarbons
JP2012528925A (ja) 一体化された燃料電池発電システムを有するガス化装置
WO2014069840A1 (ko) 니켈 분배판을 구비한 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 구비한 바이오매스 가스화 장치
KR102059308B1 (ko) 플라스마를 이용하여 가연성 폐기물과 수증기로부터 합성가스(Syngas) 및 수소 생산 자동화 장치
KR102211017B1 (ko) 태양열 에너지를 이용한 바이오메탄의 열분해 시스템
CN101328423B (zh) 超绝热部分氧化焦油焦碳清除及气体重整方法与装置
CN115557467B (zh) 煤炭分级利用废水制氢反应系统及方法
WO2013095073A1 (ko) 하이브리드 가스화 시스템
KR101872990B1 (ko) 고분자폐기물을 이용한 수소생산시스템
KR101995128B1 (ko) 가스 개질을 위한 마이크로웨이브 개질기
CN100445244C (zh) 防止等离子体煤裂解制乙炔反应器通道结焦的方法及结构
WO2007099989A1 (ja) 炭素担持体、炭素担持体の製造方法、炭素担持体の製造装置、ガス生成方法、発電方法、及び発電装置
WO2021096319A1 (ko) 메탄 열분해 태양열 회전형 반응기 및 이를 이용한 수소 및 카본블랙 제조 방법
WO2014092447A1 (ko) 수성가스 전이 촉매가 일체화된 건조기를 이용한 가스화 공정 및 시스템
CN117285006A (zh) 一种等离子体催化焦油重整装置及方法
CN215828695U (zh) 煤气化炉和煤气化系统
CN108758644B (zh) 一种低温磁化空气垃圾处理装置
CN110655956A (zh) 一种危废气化处理系统
CN111491889A (zh) 合成气的生产方法

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: 20886591

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: 20886591

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1