[go: up one dir, main page]

KR101266673B1 - 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치 - Google Patents

수증기 개질방식에 의한 수소발생장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101266673B1
KR101266673B1 KR1020070111066A KR20070111066A KR101266673B1 KR 101266673 B1 KR101266673 B1 KR 101266673B1 KR 1020070111066 A KR1020070111066 A KR 1020070111066A KR 20070111066 A KR20070111066 A KR 20070111066A KR 101266673 B1 KR101266673 B1 KR 101266673B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ring plate
catalyst
case
tube
support member
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020070111066A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090044809A (ko
Inventor
최재석
김명준
김영대
Original Assignee
에스케이이노베이션 주식회사
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 에스케이이노베이션 주식회사 filed Critical 에스케이이노베이션 주식회사
Priority to KR1020070111066A priority Critical patent/KR101266673B1/ko
Priority to CN2008801142816A priority patent/CN101842316B/zh
Priority to PCT/KR2008/006212 priority patent/WO2009057908A2/en
Priority to EP08843556.5A priority patent/EP2217528B1/en
Priority to US12/734,445 priority patent/US20100254865A1/en
Publication of KR20090044809A publication Critical patent/KR20090044809A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101266673B1 publication Critical patent/KR101266673B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • 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
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • 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
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • B01J8/025—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical shaped bed
    • 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
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • B01J8/0257—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical annular shaped bed
    • 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
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • 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
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0816—Heating by flames
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • 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
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치를 개시한다.
본 발명의 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치는 내부 중심에 고온의 반응열을 생성하는 연소부가 구비되는 케이스와, 상기 연소부의 외측벽을 형성하면서 그 외측으로 공간이 형성되게 설치되는 화염가이드와, 상기 화염가이드의 외측 공간상에 연소부를 중심으로 동심이 되게 배치되는 다수의 촉매튜브와, 상기 케이스의 내부 일측에 설치되어 외부로부터 공급받은 원료를 각 촉매튜브로 분배하는 원료공급 매니폴드와, 상기 각 촉매튜브의 일단과 연결되어 개질 반응된 리포메이트를 외부로 배출하기 위한 리포메이트 매니폴드와, 상기 케이스의 내부 일측에 설치되는 내부링판과 이의 외주로 동심을 이루도록 배치되는 외부링판으로 분할 구성되고 이들 사이의 경계면 상에 촉매튜브의 일단이 삽입되는 튜브홀이 형성되는 지지부재를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치는 복수개의 촉매튜브를 지지하는 지지부재의 구조를 내부링판과 외부링판으로 분할하는 간소한 구조 변경을 통해 열응력에 의한 재질의 팽창과 수축을 효율적으로 보상할 수 있게 됨에 따라 결과적으로 열응력에 의한 지지부재의 변형 및 파손을 미연에 방지하여 수소발생장치의 전체적인 내구성 및 안정성 향상을 기대할 수 있는 산업상 유용한 효과를 제공한다.
수증기, 개질, 수소발생장치, 촉매, 내구성, 안전성, 지지부재, 분할

Description

수증기 개질방식에 의한 수소발생장치{HYDROGEN GENERATING APPARATUS USING STEAM REFORMING REACTION}
본 발명은 천연가스 혹은 탄화수소를 수증기 개질반응을 통하여 지속적으로 수소를 공급하기 위한 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개질반응이 일어나는 고온의 촉매튜브를 지지하는 지지부재의 구조를 개선하여 내구성 향상에 따른 안정된 성능과 신뢰성을 보장하기 위한 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치에 관한 것이다.
최근 들어 기술문명의 발전과 함께 에너지 사용량이 증가함에 따라 화석연료의 매장량 한계와 환경오염 등의 문제가 대두되면서 청정 연료인 수소를 에너지 매개체로 하는 수소에너지에 대한 관심이 고조되고 있으나, 아직까지는 수소를 대체 에너지(태양열, 풍력, 조력 등)로부터 생산하는 데에는 많은 기술적인 어려움과 더불어 경제성 면에서 한계가 있다.
따라서, 그 중간단계로서 기존에 사용하던 화석연료, 즉, 천연가스를 포함한 탄화수소를 이용하여 무공해 청정연료인 수소를 생산하고자 하는 기술이 제안되고 있다.
현재 수소 제조방법으로는 화석연료(석탄, 석유, 천연가스, 프로판, 부탄)의 수증기 개질, 부분 산화 혹은 자열 개질, 그리고 물의 전기분해 등이 있으나, 이 중 수증기 개질방식이 가장 상업적으로 널리 이용되고 있는 경제적인 기술이라 할 수 있다.
이러한 수증기 개질방식을 사용하는 대규모 수소생산 공정의 경우 개질반응기를 고압(15-25bar) 및 고온(850°이상) 조건에서 운전함으로써, 수소제조에는 유리하나 가정용 혹은 분산 발전용의 중소형 규모에 맞게 축소할 경우 가동시간, 초기운전, 안정적 수증기의 공급, 설치규모 및 크기 등 여러 가지 제약사항들을 해결해야 한다.
이를 해결하기 위한 노력의 일환으로, 각 단위공정들을 통합하고 소형 연료전지 시스템에 적합한 촉매를 개발함과 동시에 열흐름의 분석을 최적화하고, 구조적으로 단순하게 하여 가공 및 생산성을 높이고, 크기를 작게 하면서 일체화하여 초기 가동시간 및 열 손실을 줄이고 열효율을 높이려는 시도들이 진행되고 있다.
이에 따른 종래의 중소형에 적용되는 개질장치는 주로 버너에서 생성된 연소가스가 개질반응기의 개질반응에 필요한 열량을 공급하고 나온 후 고온의 연소배기가스를 이용하여 원료/물의 온도를 수증기 개질반응기에 적합한 온도(500°도~700°)로 승온을 돕도록 하기 위하여 외부에 대형 외부 열교환기가 설치되는 구성이다.
이와 달리 개질장치의 내부에 열교환기를 설치할 경우에는 간소화 및 전체부피감소와 열효율이 증가할 것으로 예측되지만, 리포머 내부에 복잡한 열교환 구조 를 갖춤으로 인해 초기구동 및 안정적 운전이 까다롭고, 고온에 노출되는 부위와 낮은 온도의 물 또는 원료에 의해 냉각되어 저온을 유지하는 부위가 직접적으로 맞닿게 되어 빈번한 열 주기(Thermal Cycle)에 취약한 구조를 형성하게 되는 문제점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 개질장치의 구성을 개략적으로 보인 단면도로, 종래의 개질장치(100)는 외체를 형성하는 케이스(110)의 내부에 개질반응에 필요한 열을 생성하기 위한 연소부(115)가 마련되어 있고, 이러한 연소부(115)에는 외부로부터 공급되는 공기/연료를 연소시키는 버너가 설치되어 있다.
여기서, 상기 연소부(115)에서 생성된 고온의 열은 촉매튜브(120)에 반응열을 공급한 뒤 연소가스 배출구(117)를 통해 외부로 배기된다.
한편, 종래의 개질장치(100)는 연소부(115)를 중심으로 촉매튜브(120)를 포함하고 있는 촉매층이 동심원으로 배치되는 구성이며, 이때의 상기 촉매층은 케이스(100)의 벽면 안쪽에 설치되는 원료공급 매니폴드(130)에 연결되어 원료/수증기를 공급받는 구성이다.
즉, 상기 원료공급 매니폴드(130)는 도 1에서 보는 바와 같이, 케이스(110)의 외부에서 원료/수증기를 공급받기 위한 유입관이 연결되는 구성이며, 공급받는 원료/수증기를 각각의 촉매튜브(120)와 분기 연결되는 것에 의해 공급하고 있다.
상기 촉매튜브(120)에 공급된 원료/수증기는 연소부(115)에서 공급되는 반응열에 의해 반응이 일어나고, 그 일측에 연결된 리포메이트 매니폴드(140)를 통해 배출된다.
여기서, 상기 리포메이트 매니폴드(140)는 상기 촉매튜브(120)와 연결되며, 그 일측에 케이스(110)의 외부로 노출되는 배출관이 연결되는 구성이다.
한편, 상기 촉매튜브(120)는 관 형상을 갖는 케이스(110)의 내부에서 수평방향으로 배치되는 지지부재(150)에 끼움되어 지지된다.
도 2는 종래 지지부재(150)를 사시도로 보인 것으로, 상기 지지부재(150)는 소정의 두께를 갖는 원형 판재로 구비되며 그 중심으로는 소정 크기의 설치홀(150h1)이 형성되고, 이 설치홀(150h)을 중심으로 동심으로 촉매튜브(120)의 일단이 끼워지는 튜브홀(150h2)이 형성된다.
이러한 구성의 지지부재(150)는 그 외주면이 케이스(110)의 내벽면측에 용접으로 마운팅되고 내주면은 케이스(110)의 내주면측에 설치되는 관 형상의 화염가이드(114)에 접촉되어 결합되는 구조이다.
즉, 상기 지지부재(150)의 설치홀(150h1)은 상기 케이스(110)의 내주면과 간격을 두고 설치되어 연소부(115)와 촉매튜브(120)의 설치 공간을 구획하는 관 형상의 화염가이드(114)의 외주면에 끼움될 수 있도록 대응되는 크기를 가지며, 이때의 상기 화염가이드(114)는 그 일단이 케이스(110)에 연결되는 구조이다.
그러나, 종래 기술에 따른 개질장치는 촉매튜브가 반응열에 의해 고온으로 가열되는 것에 의해 이를 지지하고 있는 지지부재가 열변형을 겪어 안정성 및 내구성이 크게 저하하는 문제점이 있다.
즉, 상기 개질장치가 작동하는 고온에서의 지지부재가 겪는 열변형을 해석한 결과, 중심의 가장자리 부위의 온도차이가 크게 발생하며, 이로 인하여 가장자리 연결부위에 재질의 허용치 이상의 열 응력이 발생하고, 특히 개질장치의 운전특성상 고온/저온 반복주기를 갖는 것에 의해 과도한 열 응력에 의한 변형 및 파손의 위험성이 클 뿐만 아니라 이로 인하여 개질장치의 전체적인 내구성 및 안정성을 저하하는 심각한 문제점을 초래하고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은 지지부재를 내부링판과 외부링판으로 분할 구성하고 이들의 조합에 의해 촉매튜브가 간극을 두고 삽입되는 튜브홀이 형성되게 하여 열응력에 의한 지지부재의 팽창ㆍ수축을 안정적으로 보상할 수 있는 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 내부 중심에 고온의 반응열을 생성하는 연소부가 구비되는 케이스와;
상기 연소부의 외측벽을 형성하면서 그 외측으로 공간이 형성되게 설치되는 화염가이드와;
상기 화염가이드의 외측 공간상에 연소부를 중심으로 동심이 되게 배치되는 다수의 촉매튜브와;
상기 케이스의 내부 일측에 설치되어 외부로부터 공급받은 원료를 각 촉매튜브로 분배하는 원료공급 매니폴드와;
상기 각 촉매튜브의 일단과 연결되어 개질 반응된 리포메이트를 외부로 배출하기 위한 리포메이트 매니폴드와;
상기 케이스의 내부 일측에 설치되는 내부링판과 이의 외주로 동심을 이루도록 배치되는 외부링판으로 분할 구성되고, 이들 사이의 경계면 상에 촉매튜브의 일단이 삽입되는 튜브홀이 형성되는 지지부재를 포함하여 달성된다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치는, 복수의 촉매튜브를 지지하는 지지부재의 구조를 내부링판과 외부링판으로 분할하는 간소한 구조 변경을 통해 열응력에 의한 재질의 팽창과 수축을 효율적으로 보상할 수 있게 됨에 따라 결과적으로 열응력에 의한 지지부재의 변형 및 파손을 미연에 방지하여 개질장치의 전체적인 내구성 및 안정성 향상을 기대할 수 있는 산업상 유용한 효과를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치의 구성을 단면도로 보인 것이다.
즉, 도 3에서 보인 것과 같이, 본 발명의 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치(1)는 크게 외체를 형성하는 케이스(3)와, 이 케이스(3)의 내부에 마련되는 연소부(5)를 구획하는 화염가이드(4)와, 상기 연소부(5)와 구획된 케이스(3)의 일측 공간부 상에 수직하게 설치되는 복수개의 촉매튜브(7)와, 상기 각 촉매튜브(7)에 원료를 공급하기 위한 원료공급 매니폴드(8) 및 상기 각 촉매튜브(7)에서 개질반응된 리포메이트를 외부로 배출하기 위한 리포메이트 매니폴드(9)와, 상기 각 촉매튜브(7)를 지지하는 지지부재(10)를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(3)는 내부에 연소부(5)를 비롯한 각종 구성품이 설치될 수 있는 공간을 제공하는 몸체로서, 그 내부 중심으로는 연소부(5)가 마련된다.
여기서 상기 연소부(5)는 개질 반응에 필요한 반응열을 얻기 위한 것으로, 외부로부터 공기와 연료를 공급받아 연소시키는 공지의 버너가 장착되며, 상기 연소부(5)에서 발생한 열은 후술할 촉매튜브(7)를 경유하면서 연소가스 배출구(3a)를 통해 외부로 배기된다.
이러한 케이스(3)는 내벽면에 단열재(2)가 구비되는 원통체로 제공될 수 있으며 공지의 기술에 의해 실시되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
화염가이드(4)는 케이스(3)의 내부에 설치되는 관형상을 갖는 부재로서, 상기 연소부(5)의 외측벽을 형성함과 동시에 촉매튜브(7)가 설치되는 공간을 구획하는 역할을 한다.
이러한 화염가이드(4)는 그 일단이 케이스(3)의 내측면에 연결되고, 다른 일단은 상기 연소부(5)에서 생성된 연소가스가 촉매튜브(7)가 설치되는 공간측으로 유동될 수 있게 케이스(3)의 내벽면으로부터 이격되는 구조로 구비된다.
즉, 도 3을 기준으로 볼 때 상기 화염가이드(4)는 상단부가 케이스(3)의 내부 상측면에 접합되고 그 하단부는 케이스(3)의 내부 하측면으로부터 이격되는 형태로 구비되는 것이다.
한편, 상기의 화염가이드(4)는 고온에서의 변형이나 열팽창 그리고 표면의 산화에 의한 부식이 초래되지 않는 범위 내에서 금속재로 구비되며, 상술한 케이스(3)와 마찬가지로 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
촉매튜브(7)는 상기 화염가이드(4)를 기준으로 외측 공간부에 설치되는 길이재의 부재로서, 상기 연소부(5)를 중심으로 동심이 되게 복수 구비된다.
이러한 촉매튜브(7)의 내부에는 Ni계를 바탕으로 한 수증기 개질용 촉매 또는 Ni계 수증기 개질 촉매에 Pt 또는 Ru 등의 금속류를 적어도 0.01wt% 이상 함유한 개질촉매가 충진된다.
이때의 상기 개질촉매의 지름은 촉매튜브(7) 내의 압력강하와 반응성 등을 고려하여 적절히 구비되며, 이와 같은 구성은 공지의 기술에 의해 실시되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
원료공급 매니폴드(8)는 상기 케이스(3)의 일측에 설치되어 복수의 촉매튜브(7)와 분기 연결되는 구성으로서, 외부로부터 공급받은 원료/수증기를 분배 공급 하는 역할을 한다.
그리고 상기 리포메이트 매니폴드(9)는 상기 여러 촉매튜브(7)와 배관으로 연결되어 개질 반응이 일어난 개질가스 즉, 리포메이트를 외부로 배출하기 위한 것으로 상술한 원료공급 매니폴드(8)의 일측에 설치되며, 이를 도 3에서 보이고 있다.
한편, 상기의 원료공급 매니폴드(8)와 리포메이트 매니폴드(9)는 상호 근접하게 설치되는 것뿐만 아니라 상호 촉매튜브(7)를 중심으로 반대되는 위치에 이격 설치되어도 무방하며, 상기 촉매튜브(7)에 원료/수증기를 공급 및 개질반응된 리포메이트를 외부로 배기하는 기술적인 특징을 갖는다면 다양하게 실시되어도 무방할 것이다.
미설명 부호 (8a)는 상기 케이스(3)의 외부로 노출 구비되는 것으로 상술한 원료공급 매니폴드(8)에 연결되는 원료/수증기 공급관을 지칭한 것이고, 부호 (9a)는 촉매튜브(7)에서 개질반응을 일으킨 리포메이트를 케이스(3)의 외부로 배출시키기 위한 배출관을 지칭한 것이다.
지지부재(10)는 본 발명의 주요한 기술적 특징을 갖는 요소로서, 상술한 복수의 촉매튜브(7)를 안정되게 지지하는 역할을 하는 금속재로 된 원판으로 제공되며, 반응열에 의한 팽창ㆍ수축을 보상할 수 있도록 도 4 내지 도 5에서 보인 것과 같이, 내부링판(11)과 외부링판(13)으로 분할 구성된다.
이러한 지지부재(10)는 내부링판(11)과 외부링판(13)의 상호 경계면 상에 상술한 촉매튜브(7)의 일단이 삽입되는 튜브홀(10h2)이 형성된다.
이를 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 지지부재(10)를 구성하는 내부링판(11)과 외부링판(13)은 중심이 관통된 고리 형상을 갖는 원형 판재로 제공되며 상호 간에는 연소부(5)의 반응열에 의한 열팽창을 보상할 수 있도록 팽창보상간극(10h3)이 형성된다.
즉, 상기 내부링판(11)은 그 중심으로 설치홀(10h1)이 관통 형성되고, 이 설치홀(10h1)의 내부로 상술한 화염가이드(4)가 삽입된 뒤 용접으로 접합된다.
그리고 상기 외부링판(13)은 그 중심으로 상술한 내부링판(11)을 수용할 수 있을 정도의 관통된 구멍(미부호)이 형성되며, 그 외주면은 케이스(3)의 내벽면에 용접으로 접합되는 것에 의해 위치고정된다.
이러한 구성을 갖는 내부링판(11)과 외부링판(13)은 촉매튜브(7)가 삽입 통과될 수 있도록 복수의 튜브홀(10h2)이 형성되며, 이때의 상기 튜브홀(10h2)은 상기 내부링판(11)의 외주면에 반원형으로 오목하게 요입된 외반홈(11a)과, 상기 외반홈(11a)과 대응되는 외부링판(13)의 내주면측에 오목하게 요입된 내반홈(13a)에 의해 형성된다.
한편, 상기 튜브홀(10h2)을 형성하는 외반홈(11a)과 내반홈(13a)은 상술한 촉매튜브(7)의 외주면과 소정의 간극(g)을 두고 위치되도록 상기 촉매튜브(7)의 지름에 비하여 확장된 크기를 갖는 것이 바람직하다.
이는 상기 촉매튜브(7) 또는 지지부재(10)가 반응열에 의해 팽창하는 경우 간극(g)을 통해 보상하도록 하여 부품 간의 응력집중을 방지하기 위함이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치 의 연소과정을 설명하면 다음과 같다.
외부로부터 공기와 연료를 공급받는 버너가 연소부(5)에서 연소를 실시하면, 고온의 배기가스가 생성되고 이러한 배기가스는 화염가이드(4)에 의해 구획된 공간에 설치된 촉매튜브(7)측으로 이동하여 반응열을 전달하게 된다.
이어서 상기 촉매튜브(7)는 상기 원료공급 매니폴드(8)를 통해 원료/수증기를 공급받는 것에 의해 개질촉매에 의한 개질반응을 수행하게 되고, 상기 개질반응에 의해 원료/수증기는 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 미반응된 원료와 여분의 물로 구성된 개질가스 즉, 리포메이트로 전환되고, 이렇게 전환된 리포메이트는 리포메이트 매니폴드(9)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 상기 복수의 촉매튜브(7) 및 지지부재(10)는 고온의 반응열에 의해 팽창하는데, 이때 상기 지지부재(10)는 촉매튜브(7)를 중심으로 내부링판(11)과 외부링판(13)이 팽창보상간극(10h3) 및 간극(g)을 형성하면서 분할 배치되는 구조이므로 결과적으로 열팽창에 따른 변형을 안정적으로 보상한다.
여기서, 상기 촉매튜브(7)는 상술한 바와 같이 반응열에 의해 팽창시 수평 방향으로의 열팽창에 따른 변형은 지지부재(10)의 튜브홀(10h2)과의 간극을 통해 해소되고, 수직 방향으로 변형은 원료공급 매니폴드(8) 및 리포메이트 매니폴드(9)와 공지의 관접속부재인 튜브피팅(Tube Fitting)으로 연결하는 것에 의해 해소가 가능할 것이며, 이와 같이 튜브피팅으로 촉매튜브(7)와 원료공급 매니폴드(8) 및 리포메이트 매니폴드(9)를 연결하는 경우에는 상기 촉매튜브(7)의 탈부착이 용이하므로 결과적으로 고온에 장기간 노출되는 것에 의해 수명이 다한 촉매튜브만을 선 택적으로 교체 가능한 이점을 기대할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다.
따라서, 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
도 1은 종래 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치의 구성을 보인 단면도.
도 2는 종래 지지부재를 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치의 구성을 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 지지부재의 실시 예를 보인 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 지지부재의 실시 예를 보인 사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 - 개질장치 3 - 케이스
3a - 연소가스 배출구 5 - 연소부
7 - 촉매튜브 8 - 원료공급 매니폴드
8a - 유입관 9 - 리포메이트 매니폴드
9a - 배출관 10 - 지지부재
10h1 - 설치홀 10h2 - 튜브홀
11 - 내부링판 11a - 외반홈
13 - 외부링판 13a - 내반홈

Claims (6)

  1. 내부 중심에 고온의 반응열을 생성하는 연소부가 구비되는 케이스;
    상기 연소부의 외측벽을 형성하면서 그 외측으로 공간이 형성되게 설치되는 화염가이드;
    상기 화염가이드의 외측 공간상에 연소부를 중심으로 동심이 되게 배치되는 다수의 촉매튜브;
    상기 케이스의 내부 일측에 설치되어 외부로부터 공급받은 원료를 각 촉매튜브로 분배하는 원료공급 매니폴드;
    상기 각 촉매튜브의 일단과 연결되어 개질 반응된 리포메이트를 외부로 배출하기 위한 리포메이트 매니폴드; 및
    상기 화염가이드와 케이스 사이의 공간에 설치되어 상기 촉매튜브를 지지하는 지지부재를 포함하며,
    상기 지지부재는 화염가이드가 삽입되도록 설치홀이 중심에 형성된 원형의 내부링판 및 상기 케이스의 내벽면에 접합되며, 상기 내부링판의 외부에 내부링판과 동심을 이루도록 배치되는 원형의 외부링판으로 분할 구성되고, 상기 내부링판과 외부링판 사이의 경계면 상에 튜브홀이 형성되어 상기 튜브홀에 촉매튜브의 일단이 삽입되도록 하는 것을 특징으로 하는 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜브홀은 내부링판의 외주면에 반원형으로 오목하게 형성되는 외반홈 및 상기 외반홈에 대향되는 외부링판의 내주면에 대응되는 크기로 형성되는 내반홈으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부링판과 외부링판은 연소부의 반응열에 의한 열팽창을 보상할 수 있도록 팽창보상간극이 형성되게 구비되는 것을 특징으로 하는 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부링판은 그 중심으로 삽입 통과되는 화염가이드과 용접으로 접합되고, 상기 외부링판은 그 외주면이 케이스의 내벽면에 용접으로 접합되는 것을 특징으로 하는 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 튜브홀을 형성하는 내반홈과 외반홈은 촉매튜브의 외주면과 간극이 형성되게 구비되는 것을 특징으로 하는 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치.
KR1020070111066A 2007-11-01 2007-11-01 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치 Active KR101266673B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070111066A KR101266673B1 (ko) 2007-11-01 2007-11-01 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치
CN2008801142816A CN101842316B (zh) 2007-11-01 2008-10-21 利用蒸气重整反应的氢气产生装置
PCT/KR2008/006212 WO2009057908A2 (en) 2007-11-01 2008-10-21 Hydrogen generating apparatus using steam reforming reaction
EP08843556.5A EP2217528B1 (en) 2007-11-01 2008-10-21 Hydrogen generating apparatus using steam reforming reaction
US12/734,445 US20100254865A1 (en) 2007-11-01 2008-10-21 Hydrogen generating apparatus using steam reforming reaction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070111066A KR101266673B1 (ko) 2007-11-01 2007-11-01 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090044809A KR20090044809A (ko) 2009-05-07
KR101266673B1 true KR101266673B1 (ko) 2013-05-28

Family

ID=40591627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070111066A Active KR101266673B1 (ko) 2007-11-01 2007-11-01 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100254865A1 (ko)
EP (1) EP2217528B1 (ko)
KR (1) KR101266673B1 (ko)
CN (1) CN101842316B (ko)
WO (1) WO2009057908A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200108726A (ko) * 2019-03-11 2020-09-21 한국에너지기술연구원 다목적 모듈형 콤팩트 개질기

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101624359B1 (ko) * 2010-02-09 2016-05-26 에스케이이노베이션 주식회사 배기가스 배출이 개선된 수증기 개질 반응을 이용한 수소발생장치
US20150136655A1 (en) * 2013-11-19 2015-05-21 Uop Llc Process for producing hydrogen-rich coal tar
EP3296255A1 (de) * 2016-09-14 2018-03-21 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Reformerrohr mit strukturiertem katalysator und verbessertem wärmehaushalt
CN107069065B (zh) * 2017-03-01 2023-04-28 四川宏达石油天然气工程有限公司 一种天然气重整制氢的转化炉
CN109798508B (zh) * 2017-11-17 2020-11-03 韩国能量技术研究院 原料预热部一体型水蒸气改质器及含其的氢制备系统
KR102023023B1 (ko) * 2017-11-17 2019-09-20 한국에너지기술연구원 원료 예열부 일체형 수증기 개질기
GB201813431D0 (en) * 2018-08-17 2018-10-03 Weedon Geoffrey Gerald Process & apparatus for steam reforming
JP7126469B2 (ja) 2019-03-26 2022-08-26 大阪瓦斯株式会社 改質炉
ES2998583T3 (en) * 2019-12-19 2025-02-20 Air Liquide Reformer furnace and its use for steam reforming
CN114471380B (zh) * 2022-01-05 2024-06-04 徐州汉尚新能源科技有限公司 一种活性炭催化天然气裂解制氢用反应釜

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288434A (ja) 2003-03-20 2004-10-14 Nippon Oil Corp 水素製造装置および燃料電池システム

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3782455A (en) * 1972-05-01 1974-01-01 Atomic Energy Commission Heat exchanger tube mounts
US4203906A (en) * 1977-07-13 1980-05-20 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd. Process for catalytic vapor phase oxidation
FR2515330B1 (fr) * 1981-10-23 1985-12-27 Creusot Loire Dispositif de maintien antivibratoire d'un faisceau de tubes notamment pour generateur de vapeur, et procede de montage d'un tel dispositif
JPH06345406A (ja) * 1993-06-11 1994-12-20 Tokyo Gas Co Ltd 水素製造装置
AU774857B2 (en) * 1999-04-20 2004-07-08 Tokyo Gas Company Limited Single-pipe cylindrical reformer and operation method therefor
EP1394103B1 (en) * 2001-06-04 2007-08-29 Tokyo Gas Company Limited Cylindrical water vapor reforming unit
EP1408003A1 (en) * 2002-10-10 2004-04-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen generator and electric generator using the same
CN1234594C (zh) * 2004-01-16 2006-01-04 东南大学 天然气双级流化床重整制氢方法及其制氢装置
JP4714023B2 (ja) * 2004-01-30 2011-06-29 出光興産株式会社 改質器
US20060191200A1 (en) * 2004-02-17 2006-08-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen producing device and fuel cell system with the same
KR101127688B1 (ko) * 2004-12-07 2012-03-23 에스케이이노베이션 주식회사 원통형 소형 개질 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288434A (ja) 2003-03-20 2004-10-14 Nippon Oil Corp 水素製造装置および燃料電池システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200108726A (ko) * 2019-03-11 2020-09-21 한국에너지기술연구원 다목적 모듈형 콤팩트 개질기
KR102198569B1 (ko) * 2019-03-11 2021-01-12 한국에너지기술연구원 다목적 모듈형 콤팩트 개질기

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090044809A (ko) 2009-05-07
US20100254865A1 (en) 2010-10-07
WO2009057908A3 (en) 2009-07-09
EP2217528B1 (en) 2013-07-17
CN101842316A (zh) 2010-09-22
WO2009057908A2 (en) 2009-05-07
EP2217528A2 (en) 2010-08-18
CN101842316B (zh) 2012-10-03
EP2217528A4 (en) 2011-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101266673B1 (ko) 수증기 개질방식에 의한 수소발생장치
US10773229B2 (en) Steam reformers, modules, and methods of use
US5567398A (en) Endothermic reaction apparatus and method
KR101127688B1 (ko) 원통형 소형 개질 장치
US20080219901A1 (en) Cylindrical Steam Reformer Having Integrated Heat Exchanger
EP2354088B1 (en) Hydrogen generator using steam-reforming reaction
CN115849302B (zh) 氢气制造装置和方法
JP3834069B2 (ja) 吸熱反応装置
KR101194244B1 (ko) 수증기 개질기
KR20190025381A (ko) 연료 개질 장치
EP4380892B1 (en) Apparatus for hydrogen production
KR20230040623A (ko) 연료전지의 코일형 개질 반응시스템
KR102155581B1 (ko) 다중 튜브 반응기용 분배기를 포함한 수증기 개질장치 및 이를 이용한 원료 개질 방법
KR101278780B1 (ko) 분리형 수증기 개질기
KR101070357B1 (ko) 수성가스 전이반응용 촉매 반응기
KR101223236B1 (ko) 무화염 스팀 개질기
JP6194480B2 (ja) 水素生成装置及び燃料電池システム
KR20120074074A (ko) 수증기 개질용 연료개질기

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20071101

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20110317

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20071101

Comment text: Patent Application

PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20120813

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20130220

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20130515

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20130515

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20160331

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20170315

Start annual number: 5

End annual number: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180403

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20180403

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190325

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190325

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200330

Start annual number: 8

End annual number: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210315

Start annual number: 9

End annual number: 9

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220325

Start annual number: 10

End annual number: 10

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230313

Start annual number: 11

End annual number: 11

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240312

Start annual number: 12

End annual number: 12