KR102747135B1 - 스마트 농장 및 발전소를 위한 dme 개질 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 관한 것으로, DME(dimethyl ether)를 원료로 이산화탄소와 수소를 생산하여 스마트 농장에 비료와 전기에너지를 공급하고, DME 개질 과정에서 환경 오염물질의 발생, 특히 C02의 발생을 최소화한 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템을 제공하기 위한 것이다.
Description
본 발명은 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 관한 것으로, DME(dimethyl ether)를 원료로 수소를 생산하고, DME 개질 과정에서 환경 오염물질의 발생, 특히 C02의 발생을 최소화한 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 관한 것이다.
환경 친화적인 에너지원 개발은 이제 전 세계적인 추세로 여러 나라에서 신 에너지 기술개발에 관한 중·장기적인 계획을 세워 추진 중에 있다. 구체적으로, 신 에너지기술 개발 시스템 기술 향상, 배출가스 제어기술 향상, 청정에너지 변환 등 환경친화적인 시스템 개발에 초점을 이루고 있다.
그 중에서도 청정에너지인 천연가스를 활용하여 다른 에너지원으로 전환하는 기술이 신연료 에너지 개발을 위해 가능성이 높이 평가되고 있고, 이중 하나가 다양한 원료(천연가스, 매립지가스, 바이오가스, 바이오매스, 석탄 등)로부터 제조한 디메틸에테르(dimethyl ether; DME)이다.
다양한 원료로부터 제조한 DME는 최근 수송에너지(연료)로서 각광을 받고 있는데 연료로서 천연가스의 물리·화학적 단점을 대부분 보완할 수 있는 특성을 갖추고 있어서 중요한 차세대 연료로서 주목받고 있다.
DME는 친환경 에너지원으로서, 병원, 농장 등 환경적인 이슈에 민감한 지역 또는 기관에서 활용될 수 있다. DME는 다양한 방법으로 에너지원으로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 직접 연소되어 에너지로 변환될 수도 있고, 다른 형태로 변환되어 에너지원으로 활용될 수도 있다.
DME는 스마트 농장 등에 적용되어, 친환경 에너지로서 농장 운용에 요구되는 에너지 등을 공급할 수 있다. 이때, DME를 활용하는 것에 있어서, DME의 에너지 변환 과정에서 오염 물질 생성을 최대한 배제하고, 고효율의 활용 가능한 기술 개발이 필요하다.
본 발명은 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 관한 것으로, DME(dimethyl ether)를 원료로 수소를 생산하고, DME 개질 과정에서 환경 오염물질의 발생, 특히 C02의 발생을 최소화한 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은,
DME를 개질하여 수소 및 이산화탄소를 생산하는 DME 개질 유니트;
상기 DME 개질 유니트에 DME를 공급하는 DME 공급 유니트;
상기 DME 개질 유니트에 물을 공급하는 워터 공급 유니트;
상기 DME 개질 유니트의 수소 출력 라인에 연결되는 연료 전지 유니트;
상기 DME 개질 유니트의 이산화탄소 출력 라인에 연결되는 이산화탄소 정제 유니트;
상기 이산화탄소 정제 유니트에서 출력되는 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장 유니트; 및
상기 DME 개질 유니트에 마련되는 전기 가열부에 전기 전원을 공급하는 전원 공급 유니트를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 DME 개질 유니트는, 상기 DME 공급 유니트 및 상기 워터 공급 유니트 각각으로부터 DME와 물을 공급받은 후 혼합하여 혼합 가스를 생성하는 혼합 가스 생성부; 상기 혼합 가스 생성부로부터 혼합 가스를 전달받아 가열하는 예열부; 내부에 촉매가 마련되고 상기 예열부로부터 혼합 가스를 전달받아 개질 반응을 통해 수소와 이산화탄소를 생산하는 반응부; 상기 반응부에 열을 공급하는 상기 전기 가열부; 및 상기 반응부로부터 혼합 상태의 수소와 이산화탄소를 전달받아 서로 분리하여 각각 상기 수소 출력 라인과 상기 이산화탄소 출력 라인으로 배출하는 분리부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 반응부는, 원통형상으로 형성되고 내부에 촉매가 마련되는 반응 튜브와, 상기 반응 튜브의 중심축으로 따라 형성되는 가열 수단 삽입관과, 상기 반응 튜브의 일단부에 위치하며 혼합 가스가 주입되는 주입구와, 상기 반응 튜브의 타단부에 위치하며 수소와 이산화탄소가 배출되는 배출구를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 전기 가열부는, 상기 가열 수단 삽입관에 삽입되는 제1 가열 수단과, 상기 반응 튜브의 외주면을 따라 위치하는 복수의 제2 가열 수단과, 상기 복수의 제2 가열 수단을 사이에 두고 상기 반응 튜브의 외주면을 덮는 커버 수단을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 제1 가열 수단 및 상기 복수의 제2 가열 수단은 IR 히터인 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 전원 공급 유니트는 풍력발전 시스템, 수력발전 시스템, 조력발전 시스템, 파력발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 지열발전 시스템 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 이산화탄소 정제 유니트는, 상기 이산화탄소 출력 라인과 연결되고 상기 이산화탄소 출력 라인을 통해 전달받은 가스에서 이산화탄소를 정제하는 제1 정제부; 및 상기 제1 정제부에서 정제된 가스를 전달받아 이산화탄소를 한번 더 정제하는 제2 정제부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 제1 정제부는 이산화탄소와 수소를 분리하는 멤브레인이 구비되고, 상기 제2 정제부는 이산화탄소를 흡착하는 흡착제가 구비되는 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 제2 정제부는 압력변동흡착(PSA, pressure swing adsorption)법을 통해 이산화탄소를 정제하는 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서, 상기 이산화탄소 정제 유니트는, 상기 제1 정제부에서 분리된 수소를 상기 수소 출력 라인으로 전달하는 제1 수소 회수 유로; 및 상기 제2 정제부에서 분리된 수소를 상기 수소 출력 라인으로 전달하는 제2 수소 회수 유로를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 관한 것으로, DME(dimethyl ether)를 원료로 수소를 생산하고, DME 개질 과정에서 환경 오염물질의 발생, 특히 C02의 발생을 최소화한 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은, DME(dimethyl ether)를 원료로 이산화탄소와 수소를 생산하여 스마트 농장에 비료와 전기에너지를 공급하고, DME 개질 과정에서 환경 오염물질의 발생, 특히 C02의 발생을 최소화한 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은 수소 형태로 에너지를 공급함으로써, 오염 물질 생성을 최소화할 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은 수소 생산에 있어서 열원을 친환경 에너지로 구동되는 디바이스를 사용함으로써, 열원에 의한 오염 물질 생성을 최소화할 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은 수소와 이산화탄소를 효과적으로 분리하여, 각각의 자원 활용도를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 DME 개질 유니트를 나타내는 블록도이다.
도 3은 반응부를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 반응부에 제1 가열 수단 및 제2 가열 수단이 배치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 B-B 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7는 반응부에 커버 수단이 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 커버 수단이 분리된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 DME 개질 유니트를 나타내는 블록도이다.
도 3은 반응부를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 반응부에 제1 가열 수단 및 제2 가열 수단이 배치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 B-B 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7는 반응부에 커버 수단이 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 커버 수단이 분리된 상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명의 설명에 있어서, 유의하여야 할 점은 용어 "중심", "상", "하" "좌", "우", "수직", "수평", "내측", "외측", “일면”, “타면” 등이 지시한 방위 또는 위치 관계는 도면에서 나타낸 방위 또는 위치 관계, 또는 평소에 본 발명 제품을 사용할 시 배치하는 방위 또는 위치관계에 기초한 것이고, 본 발명의 설명과 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 표시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지고 특정된 방위로 구성되거나 조작되어야 하는 것을 제시 또는 암시하는 것이 아니므로 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2는 DME 개질 유니트(100)를 나타내는 블록도이다. 도 3은 반응부(130)를 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 A-A 단면을 나타내는 단면도이다. 도 5는 반응부(130)에 제1 가열 수단(141) 및 제2 가열 수단(142)이 배치된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 6은 도 5의 B-B 단면을 나타내는 단면도이다. 도 7는 반응부(130)에 커버 수단(143)이 결합된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 8은 커버 수단(143)이 분리된 상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은, DME(dimethyl ether)를 원료로 이산화탄소와 수소를 생산하여 스마트 농장(11)에 비료와 전기에너지를 공급하고, DME 개질 과정에서 환경 오염물질의 발생, 특히 C02의 발생을 최소화한 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은 환경 오염물질의 발생 및 접근에 민감한 스마트 농장(11)에 오염물질의 발생없이 DME를 원료로 시비와 전력 공급이 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은 DME(dimethyl ether)를 개질하는 것으로서, 구체적으로는, DME 스팀 개질을 통해 수소와 이산화탄소를 생산하는 것일 수 있다. DME 스팀 개질은 메탄 스팀 개질보다 훨씬 낮은 온도에서 수소를 생산하는 것이 가능한 것일 수 있다.
DME 스팀 개질은 우선 DME의 가수분해 반응을 통해 메탄올(CH3OH)를 만들고,다시 그렇게 만든 메탄올을 스팀 개질 반응을 통해 CO2와 H2로 분리하는 것일 수 있다. 더하여, 발생물 중 남은 CO와 스팀을 일산화탄소 전환 반응기에서 CO2와 H2로 전환시키는 WGSR(Water Gas Shift Reaction)반응으로 수소를 추가로 생산할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은,
DME를 개질하여 수소 및 이산화탄소를 생산하는 DME 개질 유니트(100);
상기 DME 개질 유니트(100)에 DME를 공급하는 DME 공급 유니트(200);
상기 DME 개질 유니트(100)에 물을 공급하는 워터 공급 유니트(300);
상기 DME 개질 유니트(100)의 수소 출력 라인(180)에 연결되는 연료 전지 유니트(400);
상기 DME 개질 유니트(100)의 이산화탄소 출력 라인(190)에 연결되는 이산화탄소 정제 유니트(500);
상기 이산화탄소 정제 유니트(500)에서 출력되는 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장 유니트(600); 및
상기 DME 개질 유니트(100)에 마련되는 전기 가열부(140)에 전기 전원을 공급하는 전원 공급 유니트(700)를 포함하는 것일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 DME 개질 유니트(100)는, 상기 DME 공급 유니트(200) 및 상기 워터 공급 유니트(300) 각각으로부터 DME와 물을 공급받은 후 혼합하여 혼합 가스를 생성하는 혼합 가스 생성부(110); 상기 혼합 가스 생성부(110)로부터 혼합 가스를 전달받아 가열하는 예열부(120); 내부에 촉매(131a)가 마련되고 상기 예열부(120)로부터 혼합 가스를 전달받아 개질 반응을 통해 수소와 이산화탄소를 생산하는 반응부(130); 상기 반응부(130)에 열을 공급하는 상기 전기 가열부(140); 및 상기 반응부(130)로부터 혼합 상태의 수소와 이산화탄소를 전달받아 서로 분리하여 각각 상기 수소 출력 라인(180)과 상기 이산화탄소 출력 라인(190)으로 배출하는 분리부(150)를 포함하는 것일 수 있다.
혼합 가스 생성부(110)는 물과 DME을 혼합하여 기체 상태의 혼합 가스로 만든 후 예열부(120)로 전할 수 있다. 혼합 가스 생성부(110)에는 물과 DME를 기체 상태로 만들기 위해서 열원이 구비될 수 있다.
예열부(120)는 반응부(130)에서 생성된 생성물을 분리부(150)로 전달하는 유로와 열교환하여 반응부(130)로 주입되는 혼합 가스를 예열하는 것일 수 있다. 즉, 예열부(120)는 반응부(130)로 혼합 가스를 주입하는 입력 유로와 반응부(130)에서 생성된 생성물을 배출하는 출력 유로 사이에 열교환을 위한 것일 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 반응부(130)는, 원통형상으로 형성되고 내부에 촉매(131a)가 마련되는 반응 튜브(131)와, 상기 반응 튜브(131)의 중심축으로 따라 형성되는 가열 수단 삽입관(132)과, 상기 반응 튜브(131)의 일단부에 위치하며 혼합 가스가 주입되는 주입구(133)와, 상기 반응 튜브(131)의 타단부에 위치하며 수소와 이산화탄소가 배출되는 배출구(134)를 포함하는 것일 수 있다.
반응 튜브(131)는 일방향으로 연장되는 원통형상으로 마련될 수 있다. 반응 튜브(131)의 중심에는 반응 튜브(131)의 길이방향으로 연장되는 원통형상의 가열 수단 삽입관(132)이 위치하기 때문에, 반응 튜브(131)에서 촉매(131a)가 위치하여 DME가 개질되는 공간은 반응 튜브(131)의 길이방향에 수직한 단면상에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 링 형상으로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반응 튜브(131)의 양단부 각각에는 주입구(133)와 배출구(134)가 각각 위치할 수 있다. 따라서, 반응 튜브(131)로 주입된 수증기와 DME가 혼합된 혼합 가스는 반응 튜브(131)의 길이방향을 따라 흐를 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반응 튜브(131) 내부에서 촉매(131a)가 채워지는 영역은 반응 튜브(131)의 양단부에서 일정공간을 제외하여 형성될 수 있다. 주입구(133)와 배출구(134)는 반응 튜브(131) 상에서 촉매(131a)가 채워지지 않는 영역에 위치할 수 있다. 따라서, 반응 튜브(131)로 주입된 혼합 가스는 반응 튜브(131)의 길이 방향에 수직한 단면 상에서 링 형상으로 환산된 후, 반응 튜브(131)의 길이 방향을 따라 흐를 수 있다.
반응부(130)는 복수로 마련된 수 있으며, 복수의 반응부(130) 각각은 주입구(133)와 배출구(134)가 서로 연결되어, 직렬로 결합될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전기 가열부(140)는, 상기 가열 수단 삽입관(132)에 삽입되는 제1 가열 수단(141)과, 상기 반응 튜브(131)의 외주면을 따라 위치하는 복수의 제2 가열 수단(142)과, 상기 복수의 제2 가열 수단(142)을 사이에 두고 상기 반응 튜브(131)의 외주면을 덮는 커버 수단(143)을 포함하는 것일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 가열 수단(141) 및 제2 가열 수단(142)은 반응 튜브(131)의 길이방향으로 연장되는 막대 형상으로 마련될 수 있다. 제1 가열 수단(141) 및 제2 가열 수단(142)은 반응 튜브(131)의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 따라서, 제1 가열 수단(141) 및 제2 가열 수단(142)의 양단부는 반응 튜브(131)의 양단부보다 더 돌출될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반응 튜브(131)의 길이 방향에 수직한 단면 상에서, 제1 가열 수단(141)은 반응 튜브(131)의 중심에 위치할 수 있다. 즉, 반응 튜브(131)의 중심축과 제1 가열 수단(141)의 중심축을 서로 일치할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 가열 수단(142)은 복수로 마련될 수 있다. 반응 튜브(131)의 길이 방향에 수직한 단면 상에서, 복수의 제2 가열 수단(142)은 반응 튜브(131)가 형성하는 원 바깥에 위치하고, 반응 튜브(131)가 형성하는 원의 원주를 따라 등 간격을 배치될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 커버 수단(143)은 상기 복수의 제2 가열 수단(142)을 사이에 두고 상기 반응 튜브(131)의 외주면을 덮는 것일 수 있다. 커버 수단(143)에는 제2 가열 수단(142)에 대면하는 위치에 오목부(143a)가 형성될 수 있다. 따라서, 복수로 마련되는 제2 가열 수단(142)에 대해서 복수의 오목부(143a)가 마련될 수 있다. 오목부(143a)는 반응 튜브(131)의 길이방향을 따라 연장되는 장홈으로 형성되고, 반응 튜브(131)의 길이방향에 수직한 단면 상에 있어서 곡면으로 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 커버 수단(143)은 두 개의 커버 부재로 이루어질 수 있으며, 각 커버 부재는 반응 튜브(131)의 양측면을 덮도록 결합될 수 있다.
상기 제1 가열 수단(141) 및 상기 복수의 제2 가열 수단(142)은 IR 히터인 것일 수 있다. 본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서 반응부(130)에 열을 공급하는 열원을 전지 에너지를 사용하는 IR 히터를 사용함으로써, 히터로 인한 오염물질 발생을 배제할 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 사용되는 연료의 연소로 열을 공급하는 히터들은 오염물질이 발생하게 되고, 오염물질은 농장과 같은 환경에 악영향을 줄 수 있다. 본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에서 반응부(130)에 열을 공급하는 열원을 전지 에너지를 사용하는 IR 히터를 사용함으로써, 친환경적인 공간에 환경오염물질을 배출하는 악영향을 배제할 수 있다.
분리부(150)는 기액 분리를 통해 수소와 이산화탄소를 분리하여 각각 수소 출력 라인(180)과 이산화탄소 출력 라인(190)으로 배출할 수 있다.
상기 전원 공급 유니트(700)는 풍력발전 시스템, 수력발전 시스템, 조력발전 시스템, 파력발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 지열발전 시스템 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 전원 공급 유니트(700)는 환경오염물질을 생성하지 않는 신재생에너지 시스템 중에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 이산화탄소 정제 유니트(500)는, 상기 이산화탄소 출력 라인(190)과 연결되고 상기 이산화탄소 출력 라인(190)을 통해 전달받은 가스에서 이산화탄소를 정제하는 제1 정제부(510); 및 상기 제1 정제부(510)에서 정제된 가스를 전달받아 이산화탄소를 한번 더 정제하는 제2 정제부(520)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 제1 정제부(510)와 제2 정제부(520)는 직렬로 연결될 수 있다. 본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템에 있어서, 이산화탄소 정제 유니트(500)는 정제된 이산화탄소에 대해서 다종의 방법으로 수소를 다시 분리함으로써, 고순도의 수소 및 이산화탄소를 획득 가능하게 하는 것일 수 있다.
상기 제1 정제부(510)는 이산화탄소와 수소를 분리하는 멤브레인이 구비되고, 상기 제2 정제부(520)는 이산화탄소를 흡착하는 흡착제가 구비되는 것일 수 있다.
상기 제1 정제부(510)에서 멤브레인은 막분리법을 통해 수소를 정제하는 것일 수 있다.
상기 제2 정제부(520)는 압력변동흡착(PSA, pressure swing adsorption)법을 통해 이산화탄소를 정제하는 것일 수 있다. 제2 정제부(520)는 이산화탄소를 흡착제에 흡착시켜 수소와 한번 더 분리한 후, 압력 변동을 통해 이산화탄소를 흡착제에 분리시켜 따로 수집한 것일 수 있다.
상기 이산화탄소 정제 유니트(500)는, 상기 제1 정제부(510)에서 분리된 수소를 상기 수소 출력 라인(180)으로 전달하는 제1 수소 회수 유로(511); 및 상기 제2 정제부(520)에서 분리된 수소를 상기 수소 출력 라인(180)으로 전달하는 제2 수소 회수 유로(521)를 더 포함하는 것일 수 있다.
제1 정제부(510)의 출력 라인으로서 제1 수소 회수 유로(511) 및 제1 이산화탄소 전달 유로(512)가 마련되고, 제2 정제부(520)의 출력 라인으로서 제2 수소 회수 유로(521) 및 제2 이산화탄소 전달 유로(522)가 마련되는 것일 수 있다. 제1 수소 회수 유로(511) 및 제2 수소 회수 유로(521)는 수소 출력 라인(180)에 연결되고, 제1 이산화탄소 전달 유로(512)는 제2 정제부(520)에 연결되며, 제2 이산화탄소 전달 유로(522)는 이산화탄소 저장 유니트(600)에 연결되는 것일 수 있다.
DME 공급 유니트(200) 및 워터 공급 유니트(300)에는 각각 펌프가 마련되어, DME와 물을 DME 개질 유니트(100)에 공급할 수 있다.
연료 전지 유니트(400)는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 것으로서, 수소를 연료로 하고, 산소를 산화제로 하는 연료 전지를 포함하는 것일 수 있다. 연료 전지 유니트(400)는 DME 개질 유니트(100)의 수소 출력 라인(180)과 연결되고, 생성된 전기를 스마트 농장(11)에 공급하는 것일 수 있다.
이산화탄소 저장 유니트(600)는 이산화탄소 정체 유니트로부터 전달받은 이산화탄소가 저장되는 저장 탱크일 수 있다. 이산화탄소 저장 유니트(600)에 저장된 이산화탄소를 스마트 농장(11)에 공급될 수 있다.
즉, 본 발명의 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템은, DME 스팀 개질을 통해 생성된 수소와 이산화탄소 모두를 활용하는 것으로서, 구체적으로, 수소로부터 전기 에너지를 생성하여 스마트 농장(11) 운용에 요구되는 전기 에너지를 공급하고, 이산화탄소를 이용하여 작물의 생장을 도울 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
11...스마트 농장 100...DME 개질 유니트
110...혼합 가스 생성부 120...예열부
130...반응부 131...반응 튜브
131a...촉매 132...가열 수단 삽입관
133...주입구 134...배출구
140...전기 가열부 141...제1 가열 수단
142...제2 가열 수단 143...커버 수단
143a...오목부 150...분리부
180...수소 출력 라인 190...이산화탄소 출력 라인
200...DME 공급 유니트 300...워터 공급 유니트
400...연료 전지 유니트 500...이산화탄소 정제 유니트
510...제1 정제부 511...제1 수소 회수 유로
512...제1 이산화탄소 전달 유로 520...제2 정제부
521...제2 수소 회수 유로 522...제2 이산화탄소 전달 유로
600...이산화탄소 저장 유니트 700...전원 공급 유니트
110...혼합 가스 생성부 120...예열부
130...반응부 131...반응 튜브
131a...촉매 132...가열 수단 삽입관
133...주입구 134...배출구
140...전기 가열부 141...제1 가열 수단
142...제2 가열 수단 143...커버 수단
143a...오목부 150...분리부
180...수소 출력 라인 190...이산화탄소 출력 라인
200...DME 공급 유니트 300...워터 공급 유니트
400...연료 전지 유니트 500...이산화탄소 정제 유니트
510...제1 정제부 511...제1 수소 회수 유로
512...제1 이산화탄소 전달 유로 520...제2 정제부
521...제2 수소 회수 유로 522...제2 이산화탄소 전달 유로
600...이산화탄소 저장 유니트 700...전원 공급 유니트
Claims (10)
- DME를 개질하여 수소 및 이산화탄소를 생산하는 DME 개질 유니트;
상기 DME 개질 유니트에 DME를 공급하는 DME 공급 유니트;
상기 DME 개질 유니트에 물을 공급하는 워터 공급 유니트;
상기 DME 개질 유니트의 수소 출력 라인에 연결되는 연료 전지 유니트;
상기 DME 개질 유니트의 이산화탄소 출력 라인에 연결되는 이산화탄소 정제 유니트;
상기 이산화탄소 정제 유니트에서 출력되는 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장 유니트; 및
상기 DME 개질 유니트에 마련되는 전기 가열부에 전기 전원을 공급하는 전원 공급 유니트를 포함하고,
상기 DME 개질 유니트는 상기 DME 공급 유니트 및 상기 워터 공급 유니트 각각으로부터 DME와 물을 공급받은 후 혼합하여 혼합 가스를 생성하는 혼합 가스 생성부; 상기 혼합 가스 생성부로부터 혼합 가스를 전달받아 가열하는 예열부; 내부에 촉매가 마련되고 상기 예열부로부터 혼합 가스를 전달받아 개질 반응을 통해 수소와 이산화탄소를 생산하는 반응부; 상기 반응부에 열을 공급하는 상기 전기 가열부; 및 상기 반응부로부터 혼합 상태의 수소와 이산화탄소를 전달받아 서로 분리하여 각각 상기 수소 출력 라인과 상기 이산화탄소 출력 라인으로 배출하는 분리부를 포함하며,
상기 반응부는 원통형상으로 형성되고 내부에 촉매가 마련되는 반응 튜브와, 상기 반응 튜브의 중심축으로 따라 형성되는 가열 수단 삽입관과, 상기 반응 튜브의 일단부에 위치하며 혼합 가스가 주입되는 주입구와, 상기 반응 튜브의 타단부에 위치하며 수소와 이산화탄소가 배출되는 배출구를 포함하고,
상기 전기 가열부는 상기 가열 수단 삽입관에 삽입되는 제1 가열 수단과, 상기 반응 튜브의 외주면을 따라 위치하는 복수의 제2 가열 수단과, 상기 복수의 제2 가열 수단을 사이에 두고 상기 반응 튜브의 외주면을 덮는 커버 수단을 포함하며,
상기 제1 가열 수단 및 상기 복수의 제2 가열 수단은 IR 히터이고,
상기 제1 가열 수단 및 상기 제2 가열 수단은 상기 반응 튜브의 길이방향으로 연장되는 막대 형상으로 마련되며,
상기 제1 가열 수단 및 상기 제2 가열 수단은 상기 반응 튜브의 길이보다 더 길게 형성되고,
상기 제1 가열 수단 및 상기 제2 가열 수단의 양단부는 상기 반응 튜브의 양단부보다 더 돌출되며,
상기 제2 가열 수단은 복수로 마련되고,
상기 반응 튜브의 길이 방향에 수직한 단면 상에서, 복수의 상기 제2 가열 수단은 상기 반응 튜브가 형성하는 원 바깥에 위치하고, 상기 반응 튜브가 형성하는 원의 원주를 따라 등 간격을 배치되며,
상기 커버 수단은 두 개의 커버 부재로 이루어지고,
상기 두 개의 커버 부재 각각은 상기 반응 튜브의 양측면 각각을 덮도록 결합되는 것인 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전원 공급 유니트는 풍력발전 시스템, 수력발전 시스템, 조력발전 시스템, 파력발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 지열발전 시스템 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 정제 유니트는,
상기 이산화탄소 출력 라인과 연결되고 상기 이산화탄소 출력 라인을 통해 전달받은 가스에서 이산화탄소를 정제하는 제1 정제부; 및
상기 제1 정제부에서 정제된 가스를 전달받아 이산화탄소를 한번 더 정제하는 제2 정제부를 포함하는 것인 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 제1 정제부는 이산화탄소와 수소를 분리하는 멤브레인이 구비되고,
상기 제2 정제부는 이산화탄소를 흡착하는 흡착제가 구비되는 것인 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 제2 정제부는 압력변동흡착(PSA, pressure swing adsorption)법을 통해 이산화탄소를 정제하는 것인 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 이산화탄소 정제 유니트는,
상기 제1 정제부에서 분리된 수소를 상기 수소 출력 라인으로 전달하는 제1 수소 회수 유로; 및
상기 제2 정제부에서 분리된 수소를 상기 수소 출력 라인으로 전달하는 제2 수소 회수 유로를 더 포함하는 것인 스마트 농장 및 발전소를 위한 DME 개질 시스템.
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