KR102292411B1 - 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 석유코크스 가스화공정에서 생산된 합성가스를 공급하는 원료가스 공급부(10); 공급수를 공급하는 워터 공급부(20); 상기 워터 공급부(20)에 공급된 공급수를 이용하여 과열스팀을 안정적으로 생산하는 스팀발생기(100); 상기 공급부(10)에서 공급되는 원료가스와 상기 스팀발생기(100)에서 생산되는 스팀을 이용하여 제1온도조건에서 수소를 포함하는 제1가스를 생성하고, 이를 배출하는 고온반응기(210); 상기 고온반응기(210)에서 배출되는 중간생산물과 상기 스팀발생기(100)에서 생산되는 스팀을 이용하여 제2온도조건에서 고농도 H2를 포함하는 제2가스를 생성하고 이를 배출하는 저온반응기(220); 및 상기 제2가스 내 수소를 분리하는 수소분리기(400);를 포함하고, 상기 스팀발생기(100)는 다단 스팀생산부를 포함하여, 과열 스팀을 안정적으로 생산하는 것을 특징으로 하는 고순도 수소생산 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 본 발명은 석유코크스의 가스화를 통해서 생성된 일산화탄소를 포함하는 가스 및 스팀을 포함하는 반응가스를 공급하여 고온촉매 및/또는 저온촉매와 반응시켜 수소로 전환시킨 합성가스를 고농도의 수소생산을 위한 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템에 관한 것이다.
21세기 주요 에너지원은 천연가스, 전기, 초청정 연료유와 더불어 수소가 대세로서 재생가능에너지원 전기와 CO2의 고부가가치 가스화/연료화가 부각되고 있고 청정하면서 사용이 용이한 가스/액체연료유 사용 확대가 예상되며 특히 수소 에너지원을 저렴하게 확보하여야 할 필요성이 크지만 아직 경제성 미확보로 기술개발과 실증이 요구되고 있다.
특히, 수소의 생산방향 측면에서 화석연료인 중유, 천연가스를 개질하거나 제철소 또는 정유화학 공정중에서 발생하는 부생수소를 에너지원으로 하는 그레이(Gray) 수소 기술, 미활용에너지원인 저급석탄, 석유코크스, 바이오매스, 폐기물등을 이용하여 합성가스를 생산하고 이를 개질하여 수소를 생산하는 블루(Blue) 수소 기술 및 재생가능한 에너지원을 이용하여 물이 전기분해를 통해 수소를 생산하는 그린(Green) 수소 기술로 통상적으로 분류할 수 있다.
이에 실증화 단계가 아닌 그린 수소 기술로 진입하기 전에 시장에서 요구하는 수소생산을 위한 블루수소 기술의 개발은 필요할 것으로 판단되며, 수소생산 플랜트 및 합성가스 플랜트 시장의 지속 성장이 예상되고 장기적으로는 수소 플랜트, 단기적으로는 청정합성가스 플랜트가 해외수출 플랜트 시장에서 핵심분야로 판단되며 국내의 경우 자체 합성가스 시장도 크고 수소도시, 수소연료전지자동차 등 수소시장이 급속 성장할 것으로 예상되고 있으므로 실증, 사업화, 해외수출, 국부창출의 플랜트 기술투자 정책에 적합한 분야로 판단된다.
가스화를 통한 합성가스를 이용하여 수소 생산은 가스화에서 생산되는 합성가스 중 일산화탄소(CO)가 스팀(H2O)과 수성가스전환반응을 진행하여 수소(H2)와 이산화탄소(CO2)를 생산한다.
이와 같은 수성가스전환(WGS, water gas shift reaction) 반응식은 다음과 같다.
수성가스 전환반응은 일반적으로 고온 수성가스전환(High Temperature Shift, HTS) 반응과 저온 수성가스전환(Low Temperature Shift, LTS) 반응의 두 단계를 거쳐 일산화탄소로부터 수소를 생산한다. 보통의 경우, 상용공정에서 고온 수성가스전환 반응은 300~450℃ 부근에서 수행되며, 다량의 일산화탄소 전환에 이용되고, 저온 수성가스전환 반응은 200~300℃ 부근에서 수행되며, 고온 수성가스 전환에서 반응 후 잔여의 일산화탄소를 전환하여 고순도화에 이용된다.
수성가스전환(WGS) 반응은 평형전환율의 영향을 받아 온도에 민감하게 작동하며, 이에 따라 생성물의 조성이 결정된다. 이의 의미는 상기 서술과 같이 수성가스 전환 반응은 발열반응으로 고온에서는 역반응이 진행되어 H2와 CO2가 반응하여 CO를 생성하는 반응이 일어나게 된다는 것이다. 따라서, 상기 수성가스 전환반응에 있어서는 온도 조건을 저온으로 유지하는 것이 H2 생성 측면에서 보다 유리하다.
또한, 일반적으로 CO 분율 대비 2.5~3.0배의 스팀을 투입하여 반응 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 수성가스전환 공정에서 공급되는 스팀의 안정적인 온도는 수성가스전환 반응 효율에 영향을 미치는 중요한 운전조건이다.
특허문헌 1에서는 제철소 환원공정에서 배출되는 CO, CO2, H2, H2O 및 N2를 포함하는 에프지오가스(FOG, finex off gas)를 원료로 사용하여, 고온용 촉매와 스팀을 이용하여 CO를 H2로 전환시키는 고온개질장치, 상기 고온개질장치에서 생성되는 고온의 가스에 의해 물을 증기로 전환시키는 제2열교환기, 저온용 촉매와 스팀을 이용하여 제2열교환기를 지난 상기 고온개질장치에서 생성되는 가스 내의 CO를 H2로 전환하는 저온개질장치, 저온개질장치를 통과한 가스를 이용하여 전기를 생산하는 발전기 및 H2만을 선택적으로 분리하는 수소분리장치를 포함하는 수성가스 반응시스템을 개시하였다.
특허문헌 2는 가스화 합성가스를 이용하는 다단 유동층 수성가스 반응장치를 개시하였다. 고온촉매가 적층되는 상부반응공간과 혼합가스와 스팀을 공급받는 하부혼합공간으로 구획하고, 하부혼합공간에는 합성가스공급관과 스팀공급관을 각각 연통시켜 예열기로 가열된 합성가스와 스팀을 유입받아 상부반응공간으로 분산공급하도록 하는 고온촉매반응챔버, 격벽으로 구획된 상부챔버로 저온촉매가 적층되고 상측에 연통설치된 저온반응가스배출관을 통해 반응으로 개질된 가스를 배출하도록 하는 저온촉매반응챔버 구성을 포함하고, 고온촉매반응챔버의 상부반응공간에서 배출되는 반응가스의 온도를 낮추는 제1열교환기에서 발생한 스팀을 고온촉매반응챔버와 저온반응가스챔버에 공급하여 수성가스 반응을 하는 기술을 개시하였다.
상기 특허문헌 1과 특허문헌 2에서는 수성가스전환반응의 효율을 향상시키기 고온 및 저온 2단 반응기를 적용하는 기술을 개시하였으나, 본원발명에서 중요한 문제로 인식하고 있는 수성가스전환 반응기로 과열스팀의 안정적인 공급하는 것과 전체시스템의 효율적인 폐열 회수를 통하여 품질이 안정적인 과열스팀을 생산하는 기술은 아직까지 제시되지 않았다.
상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 석유코크스의 가스화를 통해서 생성된 일산화탄소를 포함하는 합성가스와 수성가스전환반응을 하는 품질이 균일한 스팀을 안정적으로 공급하여 고농도 수소 생산 효율을 향상시킬 수 있는 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 수성가스전환반응 시스템에서 발생하는 폐열들을 이용하여 수성가스전환반응의 원료로 사용되는 합성가스를 예열하고, 공급수를 예열하여 품질이 안정적인 스팀을 생산함으로써 수성가스전환반응 효율을 향상시킬 수 있는 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 석유코크스 가스화공정에서 생산된 합성가스를 공급하는 원료가스 공급부(10); 공급수를 공급하는 워터 공급부(20); 상기 워터 공급부(20)에 공급된 공급수를 이용하여 과열스팀을 안정적으로 생산하는 스팀발생기(100); 상기 공급부(10)에서 공급되는 원료가스와 상기 스팀발생기(100)에서 생산되는 스팀을 이용하여 제1온도조건에서 수소를 포함하는 제1가스를 생성하고, 이를 배출하는 고온반응기(210); 상기 고온반응기(210)에서 배출되는 중간생산물과 상기 스팀발생기(100)에서 생산되는 스팀을 이용하여 제2온도조건에서 고농도 H2를 포함하는 제2가스를 생성하고 이를 배출하는 저온반응기(220); 및 상기 제2가스 내 수소를 분리하는 수소분리기(400);를 포함하고, 상기 스팀발생기(100)는 다단 스팀생산부를 포함하여, 과열 스팀을 안정적으로 생산하는 것을 특징으로 하는 고순도 수소생산 시스템을 제공한다.
상기 저온반응기(220)에서 배출되는 제2가스를 이용하여 상기 워터 공급부(20)에서 공급되는 공급수를 예열하고, 상기 예열된 공급수는 상기 스팀발생기(100)의 제1스팀생산부(101)에 공급되어 제1스팀을 생산하고, 이를 스팀드럼(110)으로 공급하고, 상기 스팀드럼(110) 내의 혼합스팀의 일부는 상기 스팀발생기(100)의 제2스팀생산부(102)에 공급되어 제2스팀을 생산하고, 이를 상기 스팀드럼(110)에 순환 공급되며, 상기 스팀드럼(110) 내의 혼합스팀의 일부는 상기 스팀발생기(100)의 제3스팀생산부(103)에 공급되어 제3스팀을 생산하여 상기 고온반응기(210) 및 상기 저온반응기(220)에 공급할 수 있다.
상기 고온반응기(210)에서 배출되는 제1가스는 원료가스 공급부(10)에서 공급되는 원료가스와 열교환하여 상기 원료가스를 예열할 수 있다.
상기 제1가스와 열교환을 통하여 예열된 원료가스는 상기 스팀발생기(100)에서 열교환하여 2차 예열 될 수 있다.
상기 스팀드럼(110)에는 공급되는 스팀들의 흐름방향을 변경시키는 가이드 베인이 배치될 수 있다.
상기 수소분리기(400)는 압력변동을 이용하여 기체성분을 흡착분리하는 PSA(pressure swing adsorption)인 것일 수 있다.
상기 수소분리기(400)로부터 생산되는 수소는 순도 99% 이상일 수 있다.
상기 수소분리기(400) 후단에는 이산화탄소분리기(600)가 배치되어 이산화탄소를 분리할 수 있다.
본원발명은 또한 상기 과제의 해결 수단을 조합할 수 있는 가능한 조합으로도 제공이 가능하다.
본원발명의 수소생산을 위한 수성가스전환반응에 온도가 안정적인 스팀을 연속적으로 공급할 수 있어, 수성가스전환반응 효율을 향상시켜, 고농도의 수소를 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 시스템에서 발생되는 폐열을 회수하여, 수성가스전환반응의 원료물질 스팀을 생산함으로써, 전체 시스템 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
수성가스전환반응의 효율 향상으로 고농도의 수소를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 후단 CO2를 고농도로 분리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존 단일 공정의 수소 분리공정의 개념도이다.
도 2는 본원발명의 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템에 따른 개념도이다.
도 2는 본원발명의 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템에 따른 개념도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본원발명의 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템에 따른 개념도이다.
도 2를 참조하면, 석유코크스 가스화 및 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템은 주로 스팀발생기(100), 고온반응기(210), 저온반응기(220), 원료가스예열기(310), 공급수예열기(330), 수소분리장치(400) 및 이산화탄소분리기(600)를 포함할 수 있다.
우선 스팀발생기(100)에 관해서 상세하게 설명한다.
스팀발생기(100)의 연소부(미도시)에서 연료공급부(30)에서 공급된 연료와 공기공급부(40)에서 공급된 공기가 연소반응을 하고, 스팀발생기(100)는 3단 스팀발생기로 제1스팀생산부(101), 제2스팀생산부(102) 및 제3스팀생산부(103)를 포함할 수 있다.
우선 워터공급부(20)에서 공급되는 공급수(W)는 후술 저온반응기(220)에서 배출되는 저온생성가스(LPG)와 공급수예열기(330)에서 열교환을 진행하여 예열되어 열수(HW)를 생성하고, 상기 열수(HW)SMS 열수버퍼탱크(120)에 공급된다. 여기서 열수버퍼탱크(120)에 수용된 열수(HW)SMS 열수공급펌프(130)에 의해 스팀발생기(100)에 공급한다. 스팀발생기(100)에 공급된 상기 열수(HW)는 스팀발생기(100)의 제1스팀생산부(101)에서 가열되어 1차스팀(1S)을 생산하고, 생산된 상기 1차스팀(1S)은 스팀드럼(110)에 공급되어 후술 제2스팀(2S)과 혼합되어 혼합스팀을 형성한다. 또한 상기 스팀드럼(110)내의 상기 혼합스팀의 일부는 스팀발생기(100)의 제2스팀생산부(102)에 공급되어 재차 가열되어 포화상태의 제2스팀(2S)을 생산하고, 생산된 상기 제2스팀(2S)은 스팀드럼(110)에 순환 공급되어 스팀드럼(110)내에 수용된 스팀들의 포화도를 향상시키고, 포화도가 높은 포화스팀을 생성하는데 유리하다. 상기 혼합스팀 내의 일부는 스팀발생기(100)의 제3스팀생산부(103)에 공급되어 과열상태의 제3스팀(3S)을 생산하고, 상기 과열상태의 제3스팀(3S)은 후단의 고온반응기(210)에 공급된다. 도면에 도시되지 않았지만, 스팀드럼(110)에는 스팀 가이드 베인이 위치할 수 있다. 상기 가이드 베인은 상기 제1스팀(1S)이 공급되는 입구측 및 상기 제2스팀(2S)이 공급되는 입구측에 위치할 수 있고, 나선형으로 구성되어 상기 제1스팀(1S) 및 상기 제2스팀(2S)이 스팀드럼(110) 내부에서 회전 흐름을 형성하게 하여 스팀들의 혼합도를 향상시키고, 스팀드럼(110) 내부 스팀들의 포화도를 균일하게 하는 역할을 할 수 있다.
스팀발생기(100)의 제3스팀생산부(103)에서 생성된 과열상태의 제3스팀(3S)은 고온혼합기(140)에서 후술 2차예열원료가스(2HG)와 혼합된 후 고온반응기(210)에 공급될 수 있다. 상기 제3스팀(3S)은 메인 스팀배관(미도시)을 통해 공급되고, 상기 스팀배관에는 컨트롤밸브가 배치되며, 상기 컨트롤밸브의 개방정도를 조절하여 제3스팀(3S)의 공급량을 조절할 수 있다. 여기서 상기 메인 스팀배관에서 분지된 분지 스팀배관(미도시)이 위치할 수 있고, 상기 분지 스팀배관을 통해 제3스팀(3S)이 후술 저온반응기(220)에 공급된다.
상기 원료가스는 원료가스 공급부(10)를 통해서 공급될 수 있고, 고온반응기(210)에서 배출되는 고온의 생성가스와 원료가스예열기(310)에서 열교환을 진행하여 1차예열원료가스(1HG)를 형성하고, 상기 1차예열원료가스(1HG)는 스팀발생기(100)의 원료가스 열교환부(104)에 공급되어 가열되어 2차예열원료가스(2HG)를 형성한다. 2차예열원료가스(2HG)는 고온혼합기(140)에 공급되어 상기 제3스팀(3S)과 혼합되어 수성전환원료(SG)를 형성한다.
본원발명에서 원료가스는 석유코크스 가스화에서 생산된 합성가스이다. 상기 합성가스는 H2, CO, CO2 및 기타 조성을 포함할 수 있다.
본원발명에서 상기 수성전환원료(SG)는 고온반응기(210)에서 고온용 촉매를 통과하면서 CO를 H2로 전환시키는 반응을 하고, 약 400℃ 정도의 온도조건에서 운전된다.
상기 고온반응기(210)는 발열반응에 의해 약 470℃ 정도 온도의 고온생성가스(HPG)를 배출시키고, 상술한바와 같이 원료가스예열기(310)를 통과하면서 원료가스(G)를 예열시킨다.
상기 원료가스예열기(310)를 통과한 고온생성가스(HPG)는 온도조절기(320)를 통과하여 냉각된 후 후단으로 공급된다.
여기서 상기 온도조절기(320)는 열교환기 형태로서, 별도의 냉가스를 이용할 수 있고, 워터공급부(20)에서 공급되는 공급수(W)의 일부를 분지하여 이용할 수 있다. 또한 원료공급부(10)에서 공급되는 원료가스(G)를 통과시켜 고온생성가스(HPG)를 냉각시킬 수 있다.
상기 온도조절기(320)를 통과한 고온생성가스(HPG)는 저온혼합기(150)에 공급되어, 스팀발생기(100)에서 배출되는 과열상태의 제3스팀(3S)과 혼합된 후 저온반응기(220)에 공급된다. 여기서 상기 제3스팀(3S)은 상술한 분지 스팀배관(미도시)을 통해 공급되고, 상기 분지 스팀배관에 배치된 컨트롤밸브(미도시)의 개방정도를 조절하여 제3스팀(3S)의 공급량을 조절할 수 있다.
저온반응기(220)의 촉매층에서 CO는 H2로 전환하는 반응을 하고, 230℃ 정도의 온도조건에서 운전된다.
저온반응기(220)를 통과한 저온생성가스(LPG)는 공급수예열기(330)를 통과하면서 워터공급부(20)에서 공급된 공급수를 예열한다. 공급수예열기(330)의 후단에는 냉각기(340)가 추가 배치되어 수성전환반응 과정에서 생성된 생성물질들을 냉각시켜 후단 응축기(350)로 공급한다. 응축기(350)에서는 상기 생성물질 중의 수분을 응축시켜 분리한 가스는 후단으로 공급한다. 응축기에서 분리된 상기 응축수는 워터공급부(20)에서 공급되는 공급수(W)와 혼합되어 공급수예열기(330)에 공급될 수 있다.
상기 응축기(350)에서 배출되는 가스는 후단 수소분리기(400)에 공급된다. 여기서 수소분리기(400)는 PSA(pressure swing adsorption)방식으로 CO, CO2, H2, O 등의 혼합가스에서 H2만을 선택적으로 분리하여 고순도 H2를 생산할 수 있다.
상기 PSA 방식의 흡착공정에 의한 H2의 분리는 흡착제에 대한 각 성분들의 흡착선택도에 의해서 이뤄지는데, 상기 가스를 흡착제가 충진된 흡착탑으로 통과시키면, 가스 내 H2 성분은 흡착제에 흡착되고 그외 성분은 배출된다.
H2 흡착이 끝난 흡착탑은 흡착된 H2를 탈착시켜 흡착제를 재생하여 다음 흡착을 시작하고, 흡착 분리 공정은 흡착기능과 탈착기능을 반복함으로써 이뤄지며, 크게 보면 PSA공정은 승압, 흡착, 감압, 세정의 4단계를 포함할수 있다.
상기 수소분리기(400)에서 배출된 가스는 이산화탄소분리기(600)에 공급되어 CO2를 제거할 수 있다. 이산화탄소분리기(600)의 운전 조건에 따라 상기 수소분리기(400)에서 배출된 가스는 가압펌프(500)에 공급되어 가압된 후 이산화탄소분리기(600)에 공급될 수 있다.
본원발명에서 CO2를 효과적으로 분리할 수 있다면, 그 방법은 특히 한정되지 않는다.
이산화탄소분리기(600)에서 배출되는 가스는 스팀발생기(100)의 연소부(미도시)에 공급되어 잔여 H2, CO 및 기타 가연성 물질을 연소시킨다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 원료가스 공급부
20: 워터공급부
30: 연료공급부
40: 공기공급부
100: 스팀발생기
101: 제1스팀생산부
102: 제2스팀생산부
103: 제3스팀생산부
104: 원료가스 열교환부
110: 스팀드럼
120: 열수버퍼탱크
130: 열수공급펌프
140: 고온혼합기
150: 저온혼합기
210: 고온반응기
220: 저온반응기
310: 원료가스예열기
320: 온도조절기
330: 공급수예열기
340: 냉각기
350: 응축기
400: 수소분리기
500: 가압펌프
600: 이산화탄소분리기
700: 가스버퍼
A: 공기
F: 연료
G: 원료가스
1HG: 1차예열원료가스
2HG: 2차예열원료가스
W: 공급수
HW: 열수
1S: 제1스팀
2S: 제2스팀
3S: 제3스팀
SG: 수성전환원료
HPG: 고온생성가스
LPG: 저온생성가스
20: 워터공급부
30: 연료공급부
40: 공기공급부
100: 스팀발생기
101: 제1스팀생산부
102: 제2스팀생산부
103: 제3스팀생산부
104: 원료가스 열교환부
110: 스팀드럼
120: 열수버퍼탱크
130: 열수공급펌프
140: 고온혼합기
150: 저온혼합기
210: 고온반응기
220: 저온반응기
310: 원료가스예열기
320: 온도조절기
330: 공급수예열기
340: 냉각기
350: 응축기
400: 수소분리기
500: 가압펌프
600: 이산화탄소분리기
700: 가스버퍼
A: 공기
F: 연료
G: 원료가스
1HG: 1차예열원료가스
2HG: 2차예열원료가스
W: 공급수
HW: 열수
1S: 제1스팀
2S: 제2스팀
3S: 제3스팀
SG: 수성전환원료
HPG: 고온생성가스
LPG: 저온생성가스
Claims (8)
- 석유코크스 가스화공정에서 생산된 합성가스를 공급하는 원료가스 공급부(10);
공급수를 공급하는 워터 공급부(20);
상기 워터 공급부(20)에 공급된 공급수를 이용하여 과열스팀을 안정적으로 생산하는 스팀발생기(100);
상기 공급부(10)에서 공급되는 원료가스와 상기 스팀발생기(100)에서 생산되는 스팀을 이용하여 제1온도조건에서 수소를 포함하는 제1가스를 생성하고, 이를 배출하는 고온반응기(210);
상기 고온반응기(210)에서 배출되는 중간생산물과 상기 스팀발생기(100)에서 생산되는 스팀을 이용하여 제2온도조건에서 고농도 H2를 포함하는 제2가스를 생성하고 이를 배출하는 저온반응기(220); 및
상기 제2가스 내 수소를 분리하는 수소분리기(400);를 포함하고,
상기 스팀발생기(100)는 다단 스팀생산부를 포함하고,
상기 저온반응기(220)에서 배출되는 제2가스를 이용하여 상기 워터 공급부(20)에서 공급되는 공급수를 예열하고,
상기 예열된 공급수는 상기 스팀발생기(100)의 제1스팀생산부(101)에 공급되어 제1스팀을 생산하고, 이를 스팀드럼(110)으로 공급하며,
상기 스팀드럼(110) 내의 혼합스팀의 일부는 상기 스팀발생기(100)의 제2스팀생산부(102)에 공급되어 제2스팀을 생산하고, 이를 상기 스팀드럼(110)에 순환 공급되며,
상기 스팀드럼(110) 내의 혼합스팀의 일부는 상기 스팀발생기(100)의 제3스팀생산부(103)에 공급되어 제3스팀을 생산하여 상기 고온반응기(210) 및 상기 저온반응기(220)에 공급하는 과열 스팀을 안정적으로 생산하는 것을 특징으로 하는 고순도 수소생산 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고온반응기(210)에서 배출되는 제1가스는 원료가스 공급부(10)에서 공급되는 원료가스와 열교환하여 상기 원료가스를 예열하는 것을 특징으로 하는 고순도 수소생산 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 제1가스와 열교환을 통하여 예열된 원료가스는 상기 스팀발생기(100)에서 열교환하여 2차 예열되는 것을 특징으로 하는 고순도 수소생산 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 스팀드럼(110)에는 공급되는 스팀들의 흐름방향을 변경시키는 가이드 베인이 배치되는 것을 특징으로 하는 고순도 수소생산 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 수소분리기(400)는 압력변동을 이용하여 기체성분을 흡착분리하는 PSA(pressure swing adsorption)인 것을 특징으로 고순도 수소생산 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 수소분리기(400)로부터 생산되는 수소는 순도 99% 이상인 것을 특징으로 하는 고순도 수소생산 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 수소분리기(400) 후단에는 이산화탄소분리기(600)가 배치되어 이산화탄소를 분리하는 것을 특징으로 하는 고순도 수소생산 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020210070448A KR102292411B1 (ko) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템 |
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| KR1020210070448A KR102292411B1 (ko) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템 |
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| KR102292411B1 true KR102292411B1 (ko) | 2021-08-24 |
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| KR1020210070448A KR102292411B1 (ko) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 수성가스전환반응을 통한 고순도 수소생산 시스템 |
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- 2021-05-31 KR KR1020210070448A patent/KR102292411B1/ko active IP Right Grant
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