KR102419495B1 - 수소 생산 장치 - Google Patents
수소 생산 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102419495B1 KR102419495B1 KR1020210117548A KR20210117548A KR102419495B1 KR 102419495 B1 KR102419495 B1 KR 102419495B1 KR 1020210117548 A KR1020210117548 A KR 1020210117548A KR 20210117548 A KR20210117548 A KR 20210117548A KR 102419495 B1 KR102419495 B1 KR 102419495B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- unit
- carbon
- reaction
- reaction space
- hydrocarbon gas
- 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
Links
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 67
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 186
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 186
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 160
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 117
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 95
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 75
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 75
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 71
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 62
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 13
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 6
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000007233 catalytic pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
-
- 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
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/2405—Stationary reactors without moving elements inside provoking a turbulent flow of the reactants, such as in cyclones, or having a high Reynolds-number
-
- 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
- B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out 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
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
- B01J8/0055—Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
-
- 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
-
- 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
- B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
-
- 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
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/049—Composition of the impurity the impurity being carbon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 공기나 산소를 사용하지 않는 열분해 반응 공정 및 장치의 간소화와 유지 비용을 절감할 수 있으면서 열분해 반응의 성능을 높일 수 있고, 수소 및 탄소를 효과적으로 회수할 수 있는 수소 생산 장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 반응공간으로 유입된 탄화수소가스를 열분해하여 수소가스 및 탄소입자를 포함한 반응생성물을 생성하는 반응부; 상기 반응공간으로 탄화수소가스를 공급하기 위한 가스공급부; 상기 가스공급부의 하류에 배치되며, 상기 반응공간에서 생성된 탄소입자를 회수하여 상기 가스공급부로부터 이송되는 탄화수소가스와 함께 배출하는 탄소회수부; 및 상기 탄소회수부의 하류에 배치되며, 상기 탄소회수부로부터 이송되는 탄소입자가 포함된 탄화수소가스로부터 탄소입자를 분리하고, 탄소입자가 분리된 탄화수소가스가 상기 반응공간으로 공급되도록 하는 탄소분리부;를 포함하는 특징을 개시한다.
Description
본 발명은 수소 생산 장치에 관한 것으로, 상세하게는 공정 및 장치의 간소화와 유지 비용을 절감할 수 있으면서 열촉매 반응의 성능을 높일 수 있고, 수소 및 탄소를 효과적으로 회수할 수 있는 수소 생산 장치에 관한 것이다.
수소는 화학제품의 원료 및 화학공정의 공정가스로 널리 사용되고 있으며, 최근에는 수소 연료전지차, 건물용 연료전지, 파워투가스(Power to Gas) 등의 활용으로 난방 및 전력 생산에도 널리 사용되기 시작하였다. 뿐만 아니라, 최근의 환경문제 및 화석연료의 가격상승이나 고갈의 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 평가되고 있으며, 특히 지구온난화와 대기오염의 대비 차원에서 수소의 제조, 저장 및 이용에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
수소는 기본적으로 이산화탄소를 발생시키지 않는 측면에서는 재생 가능한 에너지원으로부터 제조되는 것이 바람직하다. 그러나, 현재로서는 석탄이나 천연가스로부터 제조되는 것이 경제적이며 이산화탄소를 상당 부분 제거하므로 화석연료의 청정화에도 기여하고 있다.
탄화수소로부터 수소를 생산하는 방법으로는, 수증기 개질법, 부분 산화법 등이 공지되어 있으나, 이러한 기존 방법들은 많은 양의 이산화탄소가 동시에 생성되기 때문에 지구온난화와 같은 환경 문제를 유발하는 문제점이 있다.
탄화수소로부터 수소를 생산하는 다른 방법으로는, 천연가스나 중질유 등을 고온 환경에서 열분해하여 탄소와 수소를 동시에 생산하여 이산화탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 공정이 있다. 그러나, 이 방법은 1200도 이상의 매우 높은 반응온도가 요구되며, 생성되는 탄소의 침적으로 인하여 연속적인 공정이 수행될 수 없는 문제점이 있다.
이를 위해 탄화수소의 열분해 시 요구되는 높은 반응온도를 낮추기 위한 방법으로 촉매 분해법이 있다. 그러나, 촉매 분해 반응에서 생성되는 탄소가 촉매의 활성을 저하시키기 때문에, 촉매를 재생하기 위하여 고온에서 공기나 수증기를 이용하여 촉매를 재생하는 공정이 추가로 요구되는 문제점이 있으며, 이러한 재생 과정에서 이산화탄소의 발생이 더욱 증대되는 문제점이 있다.
또한, 촉매 열분해 과정에서 생성된 탄소입자가 서로 엉겨붙어 반응 촉매나 열교환기의 튜브 등에 달라붙어 스케일을 형성하여 반응 성능을 떨어뜨리는 문제가 있고, 탄소 회수 과정에서 탄소와 함께 반응 촉매가 함께 배출되어 유실되는 문제가 있다. 이에 따라, 촉매 재생을 위해 반응을 일시적으로 멈춰야 하므로 연속된 반응이 불가하여 수소 및 탄소의 수율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
따라서, 공정 및 장치를 간소화하면서 반응 성능을 높이고, 수소 및 탄소의 회수율을 높일 수 있는 새로운 구조의 장치가 요구된다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 공기나 산소를 사용하지 않는 열분해 반응 공정 및 장치의 간소화와 유지 비용을 절감할 수 있으면서 열분해 반응의 성능을 높이고, 수소 및 탄소를 효과적으로 회수할 수 있는 수소 생산 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 과제는 열분해 반응 시 생성되는 고온의 미세 탄소를 효과적으로 냉각 및 분리할 수 있는 수소 생산 장치를 제공함에 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수소 생산 장치는, 반응공간으로 유입된 탄화수소가스를 열분해하여 수소가스 및 탄소입자를 포함한 반응생성물을 생성하는 반응부; 상기 반응공간으로 탄화수소가스를 공급하기 위한 가스공급부; 상기 가스공급부의 하류에 배치되며, 상기 반응공간에서 생성된 탄소입자를 회수하여 상기 가스공급부로부터 이송되는 탄화수소가스와 함께 배출하는 탄소회수부; 및 상기 탄소회수부의 하류에서 상기 반응부의 전단에 연결되며, 상기 탄소회수부로부터 이송되는 탄소입자가 포함된 탄화수소가스로부터 탄소입자를 분리하고, 탄소입자가 분리된 탄화수소가스가 상기 반응공간으로 공급되도록 하는 탄소분리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 수소 생산 장치에 있어서, 상기 탄소회수부는, 상기 반응공간에 존재하는 탄소입자가 흡입되도록 상기 가스공급부로부터 공급되는 탄화수소가스의 이송압력을 변화시켜 상기 반응공간의 내부압력보다 낮은 내부압력을 형성하는 유동조절부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 수소 생산 장치에 있어서, 상기 탄소분리부는, 상기 탄소회수부로부터 이송되는 탄화수소가스의 사이클론 유동을 유도하여 탄화수소가스에 포함된 탄소입자를 분리하는 사이클론 챔버를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 수소 생산 장치에 있어서, 상기 반응부는, 상기 반응공간을 형성하는 반응챔버와, 상기 반응공간의 일부분에 채워지는 촉매부와, 상기 반응챔버를 감싸도록 배치되며, 상기 반응공간을 가열하기 위한 히터를 가지는 퍼니스부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 수소 생산 장치에 있어서, 상기 촉매부는, 상기 반응공간의 하부영역에 일정 높이로 채워지며, 설정된 온도영역에서 액체 상태를 유지하는 액체금속촉매를 포함할 수 있다.
이때, 상기 반응부는, 상기 탄소분리부로부터 이송되는 탄화수소가스를 상기 촉매부에 공급하기 위하여, 상기 반응공간의 하부영역으로 연장하여 배치되는 가스이송관을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 수소 생산 장치에 있어서, 상기 촉매부는, 상기 반응공간의 중간영역에 일정 높이로 채워지는 고체촉매를 포함할 수도 있다.
이때, 상기 반응부는, 상기 탄소분리부에서 배출되는 배출물을 상기 반응공간의 내부로 안내하는 유입부를 더 포함할 수 있고, 상기 유입부를 통하여 상기 반응공간으로 유입되는 상기 배출물 중 탄소는 상기 반응공간에서의 촉매 반응을 활성화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소회수부 및 탄소분리부를 거치는 단계적인 탄소 회수 공정을 통하여, 탄소입자 및 수소의 회수율을 크게 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스공급에서 공급되는 탄화수소가스의 이송압력을 이용하여 반응부에서 생성된 탄소입자의 회수를 위한 흡입력을 형성하므로, 공정 및 장치를 간소화할 수 있고, 유지비용을 크게 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소회수부 및 탄소분리부를 통하여 반응부로 공급되는 탄화수소가스 및 반응부에서 회수되는 탄소입자 간의 열전달을 도모함으로써, 탄소입자 및 수소의 회수율을 더욱 높일 수 있고, 열분해 반응 성능을 크게 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 반응부에서 생성된 탄소입자의 회수 과정에서 탄소입자와 반응 촉매 간의 오염을 최소함으로써, 반응 촉매의 유실 없이 탄소입자룰 효과적으로 회수할 수 있고, 회수된 탄소의 정제 공정을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 촉매 재생 공정이 불필요하여 연속적인 반응 공정이 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수소 생산 장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1의 탄소회수부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 도 1의 탄소분리부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 수소 생산 장치의 반응부를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 수소 생산 장치의 반응부를 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1의 탄소회수부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 도 1의 탄소분리부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 수소 생산 장치의 반응부를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 수소 생산 장치의 반응부를 나타낸 예시도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수소 생산 장치를 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 수소 생산 장치는 반응부(100), 가스공급부(200), 탄소회수부(300), 탄소분리부(400)를 포함할 수 있다.
반응부(100)는 외부에서 공급되는 탄화수소가스를 열분해하여 수소가스 및 탄소입자를 포함하는 반응생성물을 생성할 수 있다.
탄화수소가스로는 탄화수소를 포함하는 천연가스(NG), 액화천연가스(LNG), 나프타(Naphtha) 등이 사용될 수 있다. 이러한 탄화수소가스는 반응부(100)에서의 열분해 과정을 통하여 수소 및 탄소가 분리될 수 있다.
반응부(100)는 촉매 열분해 반응기가 사용될 수 있으며, 실시예에 따른 반응부(100)는 반응챔버(110), 촉매부(120), 퍼니스(Furnace)부(130)를 포함할 수 있다.
반응챔버(110)는 내부에 수직방향으로 연장 형성되는 반응공간을 가질 수 있다.
촉매부(120)는 반응공간의 일부분에 채워질 수 있으며, 반응공간의 하부영역에 일정 높이로 채워질 수 있다.
촉매부(120)는 설정된 온도영역에서 액체 상태를 유지하는 액체금속(Molten metal)촉매(121)를 포함할 수 있다.
액체금속촉매(121)로는 비교적 녹는점이 낮은 금속(예를 들면, Bi, Sn, In, Ga, Pb)에 촉매 특성을 갖는 금속(예를 들면, Pt, Ni, Fe, Co, Cu)을 녹여 응용한 합금촉매가 사용될 수 있다.
액체금속촉매(121)는 퍼니스부(130)에 의하여 미리 설정된 온도로 가열됨에 따라 용융되면서 액체 상태를 유지할 수 있다.
촉매부(120)는 다공성 세라믹 멤브레인과 같은 다공성 담지체를 더 포함할 수 있다. 다공성 담지체가 가지는 기공의 크기는 파우더 형태의 액체금속촉매(121)를 채웠을 때 하부로 새지 않을 정도의 크기를 가질 수 있다.
예컨대, 반응부(100)의 셋업 과정에서 반응공간에 다공성 담지체를 설치하고, 이후 파우더 형태의 액체금속촉매(121)를 채운 상태에서 퍼니스부(130)를 이용하여 반응공간을 가열하면 액체금속촉매(121)는 용융될 수 있다.
퍼니스부(130)는 반응챔버(110)를 감싸도록 배치되는 단열부(131)와, 단열부(131)에 설치되어 반응공간을 가열하는 히터(132)를 가질 수 있다. 이에 따라, 전력공급기로부터 전력을 공급받은 히터(132)는 반응공간 내에 채워진 액체금속촉매(121)를 가열할 수 있다. 히터(132)로는 반응챔버(110)를 거쳐 액체금속촉매(121)를 직접 가열하거나, 전자기 유도 기전력을 발생하여 반응챔버(110) 내의 액체금속촉매(121)를 유도 가열하는 등 다양한 종류의 가열 방식이 사용될 수 있다.
실시예에 따른 반응부(100)는 가스이송관(150)을 더 포함할 수 있다.
가스이송관(150)은 일단부가 반응부(100)의 상단부에 결합되어 탄화수소가스 공급라인(S1)과 연결되고, 타단부는 반응공간의 하부영역으로 연장 배치되어 촉매부(120)에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 탄소분리부(400)로부터 이송되는 탄화수소가스는 가스이송관(150)을 통하여 촉매부(120)의 하부영역에 직접 공급될 수 있다.
이렇게 촉매부(120)의 하부영역에 공급된 탄화수소가스는 열분해 반응에 의해 수소가스 및 탄소입자를 포함하는 반응생성물이 생성되며, 이러한 열분해 반응 과정에서 수소가스뿐만 아니라 밀도가 낮은 탄소입자는 부력에 의하여 촉매부(120)의 상부면에 쌓이게 된다.
촉매부(120)의 상부면에 쌓인 탄소입자는 제1탄소입자 회수라인(S2)을 통하여 탄소회수부(300)로 이송될 수 있다. 또한, 반응공간의 상부영역에 존재하는 수소가스는 수소가스 회수라인(S4)을 통하여 후처리 공정으로 공급되거나 사용처로 직접 공급될 수 있다.
액체금속촉매(121)의 상부에 탄소입자가 쌓이게 되므로, 열분해 반응 과정에서 액체금속촉매(121) 및 탄소입자 간의 점착 등의 영향을 최소화할 수 있고, 이에 따라, 촉매 재생 공정을 최소화하여 공정의 연속 운전이 가능하고, 액체금속촉매(121)의 상부에 쌓인 탄소입자의 회수를 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 탄소입자의 회수 과정에서 반응 촉매가 함께 유실되는 문제를 예방할 수 있다.
가스공급부(200)는 반응부(100)의 반응공간으로 탄화수소가스를 공급할 수 있으며, 가스공급부(200)에 의하여 탄화수소가스는 탄화수소가스 공급라인(S1)을 따라 설정된 이송압력으로 이송될 수 있다.
이때, 가스공급부(200)에 연결되는 탄화수소가스 공급라인(S1)은 반응부(100)의 상단부에 연결될 수 있고, 탄화수소가스는 반응부(100)의 반응공간의 상부영역으로 공급될 수 있다.
또한, 탄소회수부(300)에 연결되는 제1탄소입자 회수라인(S2)은 탄소입자가 쌓이는 촉매부(120)의 상부 영역에 연결될 수 있고, 촉매부(120)의 상부에 쌓인 탄소입자는 탄소회수부(300)의 흡입력에 의하여 반응공간에서 외부로 배출될 수 있다.
또한, 반응부(100)의 상단부에는 수소가스 회수라인(S4)이 연결될 수 있고, 열분해 반응 과정에서 반응공간의 상부영역으로 이동된 수소가스는 수소가스 회수라인(S4)을 통하여 후처리 공정으로 공급되거나 사용처로 직접 공급될 수 있다.
한편, 도시되진 않았지만, 반응부(100)는 필터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 필터는 탄소입자가 쌓이는 반응공간의 상부영역에 배치될 수 있다. 구체적으로, 필터는 탄소입자가 쌓이는 촉매부(120)의 상부면에서 상측으로 이격하여 배치될 수 있고, 수소가스 회수라인(S4)에 인접하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 반응공간의 상부영역에 존재하는 수소가스는 필터를 통과한 다음 수소가스 회수라인(S4)을 통하여 외부로 배출될 수 있고, 탄소입자가 수소가스와 함께 수소가스 회수라인(S4)으로 배출되는 것을 차단할 수 있다.
도 2는 도 1의 탄소회수부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 추가 참조하며, 탄소회수부(300)는 탄화수소가스 공급라인(S1) 상에서 가스공급부(200)의 하류에 배치되며, 탄소회수부(300)는 제1탄소입자 회수라인(S2)을 통하여 반응부(100)의 반응공간과 연결될 수 있다.
탄소회수부(300)는 반응공간에서 생성된 탄소입자를 회수하여 가스공급부(200)로부터 이송되는 탄화수소가스와 함께 배출할 수 있다.
탄소회수부(300)는 탄화수소가스 공급라인(S1)을 따라 이송되는 탄화수소가스의 이송압력을 변화시켜 반응공간의 내부압력보다 낮은 내부압력을 형성하는 유동조절부(310)를 포함할 수 있다.
탄소회수부(300)는 유동조절부(310)에 의하여 내부압력이 반응공간의 내부압력보다 낮게 형성되므로, 반응공간에 존재하는 탄소입자는 탄소입자 회수라인(S2)을 통하여 탄소회수부(300)로 흡입될 수 있다.
구체적으로, 유동조절부(310)는 탄화수소가스 공급라인(S1)에 설치되는 파이프 구조를 가질 수 있다.
유동조절부(310)는 일단부에 가스공급부(200)에서 공급되는 탄화수소가스가 유입되는 제1가스유입구(311)가 형성될 수 있다. 이때, 제1가스유입구(311)는 유동방향에 대해 단면적이 감소하는 노즐 구조를 가질 수 있고, 이에 따라, 탄화수소가스는 노즐 구조의 제1가스유입구(311)를 통과하는 과정에서 속도가 증가될 수 있다.
또한, 유동조절부(310)는 타단부에 탄소분리부(400) 측으로 탄화수소가스를 공급하기 위한 제1가스배출구(312)가 형성될 수 있다.
또한, 유동조절부(310)는 반응부(100)의 반응공간에 존재하는 탄소입자를 내부로 유입하기 위해 제1탄소입자 회수라인(S2)과 연결되는 탄소흡입구(313)가 형성될 수 있다. 이때, 탄소흡입구(313)는 유동조절부(310)의 유동방향에 대해 분기관 구조를 가진다. 즉, 탄소흡입구(313)는 제1가스유입구(311)의 하류에 배치될 수 있고, 제1가스유입구(311)를 통과하는 유동방향에 교차하는 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 유동조절부(310)는 제1가스유입구(311) 및 제1가스배출구(312)를 연결하도록 유동방향으로 연장 형성되는 단면축소부(314), 단면유지부(315) 및 단면확대부(316)를 가질 수 있다.
단면축소부(314)는 유동방향에 대해 단면적이 점차 감소되게 형성될 수 있다.
단면유지부(315)는 유동방향에 대해 단면축소부(314)에서 연장 형성되며, 일정한 단면적을 유지할 수 있다.
단면확대부(316)는 유동방향에 대해 단면유지부(315)에서 연장 형성되며, 유동방향에 대해 단면적이 점차 확대되게 형성될 수 있다.
탄화수소가스는 노즐 구조의 제1가스유입구(311), 단면축소부(314) 및 단면유지부(315)를 순차적으로 통과하는 과정에서 압력에너지가 운동에너지로 변화되면서 속도가 증가되고 압력이 감소될 수 있다. 그리고, 단면유지부(315)를 지나 단면확대부(316)를 통과하는 과정에서는 운동에너지가 압력에너지로 다시 변화되면서 속도는 감소하고 압력이 증가될 수 있다.
이와 같이, 유동조절부(310)의 제1가스유입구(311), 단면축소부(314) 및 단면유지부(315)를 통과하는 탄화수소가스의 압력이 감소되므로, 제1가스유입구(311)와 단면축소부(314)의 사이에는 부압영역(310a)이 형성될 수 있다. 즉, 유동조절부(310)에 의하여 부압영역(310a)에는 반응공간의 내부압력보다 낮은 압력이 발생되므로, 반응부(100)의 반응공간에 존재하는 탄소입자를 흡입하는 흡입력이 생성될 수 있다.
또한, 유동조절부(310)를 통과한 후 제1가스배출구(312)를 통해서는 탄화수소가스 및 탄소입자가 함께 배출될 수 있고, 이후 탄소입자가 포함된 탄화수소가스는 탄소분리부(400)로 공급될 수 있다.
한편, 탄소회수부(300)에서 회수되는 탄소입자는 반응부(100)에서의 열분해 과정에서 이루어지는 흡열 반응에 의하여 온열에너지를 가진다. 이에 따라, 탄소회수부(300)를 통과하는 중 탄화수소가스 및 탄소입자가 함께 배출되는 과정에서 탄화수소가스 및 탄소입자 간의 열전달이 이루어질 수 있다. 즉, 가스공급부(200)에서 공급되는 탄화수소가스의 냉열에너지에 의하여 탄소입자는 예냉될 수 있고, 탄소입자의 온열에너지에 의하여 탄화수소가스는 예열될 수 있다.
탄소회수부(300)에서 배출되는 탄소입자가 예냉되면, 하류에 배치된 탄소분리부(400)를 통과하는 과정에서 미립화된 탄소들이 서로 뭉쳐지면서 입자화가 가속화되므로, 탄소입자의 회수율을 더욱 높일 수 있게 된다. 또한, 반응부(100)에서 생성된 탄소를 냉각하기 위한 별도의 열교환기가 배제될 수 있어 공정 및 장치가 간소화될 수 있고, 유지 비용이 절감될 수 있다.
탄소회수부(300)에서 배출되는 탄화수소가스가 예열되면, 하류에 배치된 반응부(100)의 입구온도가 상승되어 반응부(100)의 반응 성능을 더욱 높일 수 있게 된다. 또한, 탄소회수부(300)에 의하여 탄소입자의 회수와 동시에 반응부(100)로 공급되는 탄화수소가스를 예열할 수 있으므로, 탄화수소가스를 예열하기 위한 별도의 열교환기가 배제될 수 있어 공정 및 장치가 간소화될 수 있고, 유지 비용이 절감될 수 있다.
도 3은 도 1의 탄소분리부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 추가 참조하며, 탄소분리부(400)는 탄화수소가스 공급라인(S1) 상에서 탄소회수부(300)의 하류에 배치될 수 있으며, 반응부(100)의 전단에 연결될 수 있다. 탄소회수부(300)로부터 이송되는 탄소입자가 포함된 탄화수소가스로부터 탄소입자를 분리하고, 탄소입자가 분리된 탄화수소가스는 반응부(100)의 반응공간으로 공급할 수 있다.
탄소분리부(400)는 탄소회수부(300)로부터 이송되는 탄화수소가스의 사이클론 유동을 유도하여 탄화수소가스에 포함된 탄소입자를 분리하는 사이클론 챔버(410)를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 사이클론 챔버(410)는 탄소회수부(300)에서 공급되는 탄소입자가 포함된 탄화수소가스가 유입되는 제2가스유입구(411)가 형성될 수 있고, 제2가스유입구(411)는 사이클론 챔버(410)의 중심에서 편심된 일측에 배치될 수 있다.
또한, 사이클론 챔버(410)는 상단부에 탄화수소가스가 배출되는 제2가스배출구(412)가 형성될 수 있고, 제2가스배출구(412)로 배출되는 탄화수소가스는 반응부(100)의 반응공간으로 공급될 수 있다.
또한, 사이클론 챔버(410)는 하단부에 탄소입자가 배출되는 탄소배출구(413)이 형성될 수 있다. 탄소배출구(413)에서 배출되는 탄소입자는 제2탄소입자 회수라인(S3)를 통하여 회수될 수 있다. 제2탄소입자 회수라인(S3)를 통하여 회수되는 탄소입자는 필터링 등 후처리 공정으로 이송될 수 있고, 이후 다양한 사용처에 사용될 수 있다.
제2가스유입구(411)를 통하여 사이클론 챔버(410)의 내부로 유입되는 탄화수소가스는 사이클론 챔버(410)의 내부공간의 중심축을 기준으로 선회하면서 서서히 하강하는 사이클론 유동이 발생될 수 있다. 이러한 사이클론 유동에 의하여 상대적으로 가벼운 탄화수소가스는 사이클론 챔버(410)의 내부공간에서 상측으로 유동하여 제2가스배출구(412)를 통하여 배출될 수 있고, 상대적으로 무거운 탄소입자는 사이클론 챔버(410)의 내부공간에서 하측으로 유동하여 탄소배출구(413)를 통하여 배출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 수소 생산 장치의 반응부를 나타낸 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 반응부(100) 역시 촉매 열분해 반응기가 사용될 수 있으며, 반응챔버(110), 촉매부(120), 퍼니스부(130)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 반응부(110)의 반응챔버(110) 및 퍼니스부(130)의 구성은 제1실시예에 따른 반응챔버(110) 및 퍼니스부(130)의 구성과 동일하게 구성될 수 있고, 다만, 본 실시예에 따른 촉매부(120)의 구성에서 제1실시예에 따른 촉매부(120)와 차이점을 가진다.
본 실시예에 따른 촉매부(120)는 액체금속촉매(121)의 상부에 일정 높이로 채워지며, 설정된 온도영역에서 액체 상태를 유지하는 용융염층(122)을 더 포함할 수 있다.
용융염층(122)는 액체금속촉매(121)보다는 밀도가 낮고, 탄소입자보다는 밀도가 높으며, 탄소입자가 쉽게 점착되지 않는 물성을 가지면 좋다. 이를 위한 용융염으로는 NaBr이 사용될 수 있다.
NaBr는 용해도가 높기 때문에, 만일 탄소입자와 함께 회수되더라도 간단한 정제 공정을 거쳐 탄소입자를 쉽게 정제할 수 있다.
또한, 용융염층(122)은 상부에 쌓인 탄소입자를 액체금속촉매(121)로부터 이격시킬 수 있기 때문에, 액체금속촉매(121)에 대한 탄소입자의 오염을 줄일 수 있고, 반응 촉매의 유실 없이 탄소입자의 회수율을 크게 높일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 촉매부(120)는 액체금속촉매(121)와 용융염층(122) 사이에서 일정 높이를 유지하는 비드층을 더 포함할 수도 있다.
비드층은 액체금속촉매(121)보다는 밀도가 낮고 용용염층(122)보다는 밀도가 높은 물성을 가질 수 있고, 이에 따라, 비드층은 액체금속촉매(121)와 용융염층(122) 이에 배치될 수 있다. 이러한 비드층으로는 지르코니아 등의 세라믹이 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 수소 생산 장치의 반응부를 나타낸 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 반응부(100) 역시 촉매 열분해 반응기가 사용될 수 있으며, 반응챔버(110), 촉매부(120), 퍼니스부(130)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 반응부(100)의 반응챔버(110) 및 퍼니스부(130)의 구성은 제1실시예 및 제2실시예에 따른 반응챔버(110) 및 퍼니스부(130)의 구성과 거의 동일하게 구성될 수 있고, 본 실시예에 따른 촉매부(120)의 구성에서 전술한 제1실시예 및 제2실시예에 따른 촉매부(120)와 차이점을 가진다.
본 실시예에 따른 촉매부(120)는 반응공간의 일부분에 채워질 수 있으며, 반응공간의 중간영역에 일정 높이로 채워지는 고체촉매(123)를 포함할 수 있다.
고체촉매(123)로는 금속(예를 들면, Pt, Fe, Ni, Co, Cu, Cu-Ni alloy), 금속촉매와 산화물 담지체(예를 들면, Fe/Al2O3, Ni/Al2O3, Fe/MgO, Ni/SiO2), 카본 등이 사용될 수 있다.
고체촉매(123)를 포함하는 촉매부(120)를 사용할 경우, 반응부(100)는 탄소분리부(400)에서 배출되는 배출물을 반응부(100)의 반응공간의 내부로 안내하기 위한 유입부(151)를 더 포함할 수 있다.
유입부(151)는 반응부(100)의 상단부에 결합되어 탄화수소가스 공급라인(S1)과 연결될 수 있고, 이에 따라, 탄소분리부(400)로부터 이송되는 탄화수소가스는 유입부(151)를 통하여 촉매부(120)의 상부영역인 반응부(100)의 반응공간의 상부영역에 공급될 수 있다.
또한, 고체촉매(123)는 다공성 구조를 가질 수 있고, 반응공간의 상부영역으로 공급된 탄화수소가스는 다공성의 고체촉매(123)를 통과하면서 열분해 반응에 의해 수소가스 및 탄소입자로 분리될 수 있다. 이렇게 생성된 수소가스 및 탄소입자는 유동 및 중력에 의해 반응공간의 바닥에 떨어져 쌓일 수 있다.
이때, 탄소분리부(400)에서 배출되는 배출물에 포함된 탄소는 반응공간의 고체촉매(123)를 통과하는 과정에서 열분해 촉매 반응을 활성화시킬 수도 있다.
반응공간의 하부영역에 쌓인 탄소입자는 제2탄소입자 회수라인(S2)을 통하여 탄소회수부(300)로 이송될 수 있고, 반응공간의 하부영역에 존재하는 수소가스는 수소가스 회수라인(S4)을 통하여 후처리 공정으로 공급되거나 사용처로 직접 공급될 수 있다.
한편, 고체촉매(123)를 포함하는 촉매부(120)를 사용할 경우, 반응부(100)는 필터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 필터는 탄소입자가 쌓이는 반응부(100)의 바닥에 설치될 수 있으며, 필터는 수소가스 회수라인(S4)으로 수소가스가 배출될 시 탄소입자가 수소가스와 함께 수소가스 회수라인(S4)으로 배출되는 것을 차단할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 수소 생산 장치는 탄소회수부(300) 및 탄소분리부(400)를 거치는 단계적인 탄소 회수 공정을 통하여, 탄소입자 및 수소의 회수율을 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수소 생산 장치는 가스공급부(200)에서 이송되는 탄화수소가스의 이송압력을 이용하여 반응부(100)에서 생성된 탄소입자의 회수를 위한 흡입력을 형성할 수 있음으로, 회수 공정 및 장치를 간소화할 수 있고, 유지비용을 크게 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수소 생산 장치는 탄소회수부(300) 및 탄소분리부(400)를 통하여 반응부(100)로 공급되는 탄화수소가스 및 반응부(100)에서 회수되는 탄소입자 간의 열전달을 도모함으로써, 탄소입자 및 수소의 회수율을 더욱 높일 수 있고, 반응 성능을 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수소 생산 장치는 반응부(100)에서 생성된 탄소입자의 회수 과정에서 탄소입자와 반응 촉매 간의 오염을 최소함으로써, 탄소입자의 회수율을 높이고 정제 공정을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 촉매 재생 공정이 불필요하여 연속적인 반응 공정이 수행될 수 있다. 이로써, 수소 및 탄소의 수율을 크게 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100: 반응부
200: 가스공급부
300: 탄소회수부
400: 탄소분리부
200: 가스공급부
300: 탄소회수부
400: 탄소분리부
Claims (8)
- 반응공간으로 유입된 탄화수소가스를 열분해하여 수소가스 및 탄소입자를 포함한 반응생성물을 생성하는 반응부;
상기 반응공간으로 탄화수소가스를 공급하기 위한 가스공급부;
상기 가스공급부의 하류에 배치되며, 상기 반응공간에서 생성된 탄소입자를 회수하여 상기 가스공급부로부터 이송되는 탄화수소가스와 함께 배출하는 탄소회수부; 및
상기 탄소회수부의 하류에서 상기 반응부의 전단에 연결되며, 상기 탄소회수부로부터 이송되는 탄소입자가 포함된 탄화수소가스로부터 탄소입자를 분리하고, 탄소입자가 분리된 탄화수소가스가 상기 반응공간으로 공급되도록 하는 탄소분리부;를 포함하고,
상기 탄소회수부는 유동방향에 대해 단면적이 변화되고 상기 가스공급부로부터 이송되는 탄화수소가스와 상기 반응공간에서 배출되는 탄소입자 간의 열전달 공간을 제공하는 유동조절부를 포함하며, 상기 유동조절부는 상기 가스공급부로부터 공급되는 탄화수소가스의 이송압력을 변화시켜 상기 반응공간의 내부압력보다 낮은 내부압력을 형성하여 상기 반응공간에 존재하는 탄소입자가 상기 탄소회수부 측으로 흡입되도록 한 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 탄소분리부는,
상기 탄소회수부로부터 이송되는 탄화수소가스의 사이클론 유동을 유도하여 탄화수소가스에 포함된 탄소입자를 분리하는 사이클론 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치. - 제1항에 있어서,
상기 반응부는,
상기 반응공간을 형성하는 반응챔버와,
상기 반응공간의 일부분에 채워지는 촉매부와,
상기 반응챔버를 감싸도록 배치되며, 상기 반응공간을 가열하기 위한 히터를 가지는 퍼니스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치. - 제4항에 있어서,
상기 촉매부는,
상기 반응공간의 하부영역에 일정 높이로 채워지며, 설정된 온도영역에서 액체 상태를 유지하는 액체금속촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치. - 제5항에 있어서,
상기 반응부는,
상기 탄소분리부로부터 이송되는 탄화수소가스를 상기 촉매부에 공급하기 위하여, 상기 반응공간의 하부영역으로 연장하여 배치되는 가스이송관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치. - 제4항에 있어서,
상기 촉매부는,
상기 반응공간의 중간영역에 일정 높이로 채워지는 고체촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치. - 제7항에 있어서,
상기 반응부는,
상기 탄소분리부에서 배출되는 배출물을 상기 반응공간의 내부로 안내하는 유입부를 더 포함하고,
상기 유입부를 통하여 상기 반응공간으로 유입되는 상기 배출물 중 탄소는 상기 반응공간에서의 촉매 반응을 활성화하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210117548A KR102419495B1 (ko) | 2021-09-03 | 2021-09-03 | 수소 생산 장치 |
| PCT/KR2022/012347 WO2023033416A1 (ko) | 2021-09-03 | 2022-08-18 | 수소 생산 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210117548A KR102419495B1 (ko) | 2021-09-03 | 2021-09-03 | 수소 생산 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102419495B1 true KR102419495B1 (ko) | 2022-07-11 |
Family
ID=82396340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210117548A Active KR102419495B1 (ko) | 2021-09-03 | 2021-09-03 | 수소 생산 장치 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102419495B1 (ko) |
| WO (1) | WO2023033416A1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102639053B1 (ko) * | 2023-01-27 | 2024-02-21 | 화이버텍 (주) | 탄화수소 열분해 반응장치 |
| KR102834372B1 (ko) * | 2022-09-28 | 2025-07-15 | 주식회사 제로시스 | 액체촉매를 이용한 열분해 반응기 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101353719B1 (ko) | 2006-03-13 | 2014-02-11 | 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 | 촉매 반응기 |
| KR20140071287A (ko) * | 2014-03-31 | 2014-06-11 | 성균관대학교산학협력단 | 탄화수소의 연속적인 촉매 분해 방법 및 장치 |
| KR20140071033A (ko) * | 2012-12-03 | 2014-06-11 | 성균관대학교산학협력단 | 탄화수소의 연속적인 촉매 분해 방법 및 장치 |
| JP2016501823A (ja) * | 2012-12-21 | 2016-01-21 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ | 水素、一酸化炭素及び炭素含有生成物の並行製造 |
| JP2021503430A (ja) * | 2017-11-16 | 2021-02-12 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 化学物質の同時反応と分離 |
| JP2021031382A (ja) * | 2019-08-14 | 2021-03-01 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 水素ガスおよび炭素生成物を生成するための生産システムおよび方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070253886A1 (en) * | 2004-04-06 | 2007-11-01 | Universite De Sherbrooke | Carbon sequestration and dry reforming process and catalysts to produce same |
| US8518363B2 (en) * | 2006-09-08 | 2013-08-27 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Method for production of carbon nanotube |
| CA2773996C (en) * | 2009-09-10 | 2017-12-05 | The University Of Tokyo | Method for simultaneously producing carbon nanotubes and hydrogen, and device for simultaneously producing carbon nanotubes and hydrogen |
-
2021
- 2021-09-03 KR KR1020210117548A patent/KR102419495B1/ko active Active
-
2022
- 2022-08-18 WO PCT/KR2022/012347 patent/WO2023033416A1/ko active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101353719B1 (ko) | 2006-03-13 | 2014-02-11 | 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 | 촉매 반응기 |
| KR20140071033A (ko) * | 2012-12-03 | 2014-06-11 | 성균관대학교산학협력단 | 탄화수소의 연속적인 촉매 분해 방법 및 장치 |
| JP2016501823A (ja) * | 2012-12-21 | 2016-01-21 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ | 水素、一酸化炭素及び炭素含有生成物の並行製造 |
| KR20140071287A (ko) * | 2014-03-31 | 2014-06-11 | 성균관대학교산학협력단 | 탄화수소의 연속적인 촉매 분해 방법 및 장치 |
| JP2021503430A (ja) * | 2017-11-16 | 2021-02-12 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 化学物質の同時反応と分離 |
| JP2021031382A (ja) * | 2019-08-14 | 2021-03-01 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 水素ガスおよび炭素生成物を生成するための生産システムおよび方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102834372B1 (ko) * | 2022-09-28 | 2025-07-15 | 주식회사 제로시스 | 액체촉매를 이용한 열분해 반응기 |
| KR102639053B1 (ko) * | 2023-01-27 | 2024-02-21 | 화이버텍 (주) | 탄화수소 열분해 반응장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023033416A1 (ko) | 2023-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5549941B2 (ja) | ナノ炭素の製造方法及び製造装置 | |
| WO2017202279A1 (zh) | 除尘设备、除尘设备组成的除尘系统及其除尘方法 | |
| KR20210122301A (ko) | 용융 금속 촉매로부터 탄소를 분리하기 위한 용융 염의 용도 | |
| CN103468323B (zh) | 一种荒煤气除尘装置及除尘方法 | |
| KR20130124535A (ko) | 가스 스트림으로부터 미립자 고형체를 분리하기 위한 방법 | |
| KR102419495B1 (ko) | 수소 생산 장치 | |
| KR20130109991A (ko) | 화학적 순환식 연소 루프용 입자 분리 장치 | |
| CN107354536B (zh) | 一种纳米碳纤维的工业化生产方法 | |
| CN110550618A (zh) | 一种cvi/cvd工艺尾气的回收装置和方法 | |
| JP6746580B2 (ja) | ガラス化可能材料を火炎燃焼式炉内で溶融するための最適化された方法および設備 | |
| JP6455290B2 (ja) | ケミカルループ燃焼装置、及びケミカルループ燃焼方法 | |
| CN114630807B (zh) | 用于由碳氢化合物生产氢气和热解碳的方法和装置 | |
| JP2009214013A (ja) | フィッシャー・トロプシュ合成触媒の連続再生方法及び装置 | |
| CN118242639A (zh) | 包括具有气-固混合物分配装置的固/固分离器的clc设施 | |
| US20240375072A1 (en) | Wellsite methane pyrolyzer and wellsite methane pyrolysis alternative to flaring | |
| CN206706019U (zh) | 一种粉煤热解耦合电石生产和乙炔发生的系统 | |
| JP6351429B2 (ja) | 水素ガス製造装置および水素ガス製造方法 | |
| JP2009256143A (ja) | シリコンの製造方法 | |
| JP3664860B2 (ja) | 化学反応装置および主成ガスの回収方法 | |
| JP3861075B2 (ja) | フラーレンの製造方法及びその設備 | |
| JP2005060196A (ja) | フラーレンの製造設備及び方法 | |
| RU2005116796A (ru) | Способ прямого восстановления оксидов железа и получения расплава железа и установка для его осуществления | |
| JP4563129B2 (ja) | ガス化システム | |
| KR102808596B1 (ko) | 탄화수소 가스 개질장치 | |
| US20150360216A1 (en) | Process and apparatus for fluidizing a regenerator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20210903 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20220127 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20210903 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20220310 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: 20220624 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20220706 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20220706 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |