KR102623247B1 - 수증기 개질 촉매 반응기 - Google Patents

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Abstract

연료전지용 수증기 개질 촉매가 제공된다. 일 실시예에 있어서, 내부에 수용부가 형성되되, 상부가 개방된 형태의 반응기 케이스; 상기 수용부에 수용되는 복수개의 수증기 개질 촉매; 상기 반응기 케이스의 상부를 커버하여 상기 수용부를 밀봉하는 반응기 케이스 뚜껑; 원료가스가 상기 반응기 케이스 내부로 유입되도록 상기 반응기 케이스를 관통하도록 형성된 유입관; 및 상기 유입관을 통해 유입된 상기 원료가스가 상기 수증기 개질 촉매와 반응한 후 상기 반응기 외부로 배출되도록 상기 반응기 케이스를 관통하도록 형성된 배출관;을 포함하고, 상기 수증기 개질 촉매는 단열지지체형 수증기 개질 촉매가 적용되되, 상기 원료가스가 통과할 수 있는 통공이 형성될 수 있다.

Description

수증기 개질 촉매 반응기{STEAM REFORMING CATALYST REACTOR}
본 발명은 수증기 개질 촉매 반응기에 관한 것이다.
최근 연료전지가 개발되어 자동차, 건물, 가정 등 다양한 시설의 전기 공급용 장치로 적용될 정도로 발전해 왔다. 연료전지는 기존의 전기 생산방법과 달리 전기 생산과정에서 수소를 사용하기 때문에 환경오염물질을 배출하지 않는 청정 기술로서 각광받고 있어 적용 분야가 확대될 것으로 예상된다. 따라서 연료전지가 확대 보급되기 위해서는 수소를 획득할 수 있는 수소추출장치의 기술개발 및 개선도 같이 이뤄져야 한다.
수소추출장치는 개질 방식에 따라 수증기 개질(steam reformer), 부분산화개질 (partial oxidation reforming), 자열개질 (auto-thermal reforming) 등으로 분류할 수 있다. 이중 수증기 개질기(steam reformer)는 수소 생성 효율이 높고 일반적으로 가장 많이 사용되는 수소 추출 방식이다.
수증기 개질 수소추출장치는 연료 가스의 개질을 위하여 촉매를 반응기에 넣어서 사용하는데, 일반적인 촉매의 형태는 분말 형태로, 반응조건과 상태에 따라 구형, 원통 형, 펠렛형등의 형태로 성형되어 사용된다. 반응기에 충전된 펠릿형 촉매는 서로 간의 접촉 면적이 매우 작아 촉매간의 열전달이 원활하게 이루어지지 않을 뿐만 아니라 흡열반응으로 인하여 연료 배기가스가 주입되는 부분에서 멀리 떨어진 곳의 펠릿형 촉매의 온도는 매우 낮아 탄화수소 수소개질 반응에 필요한 충분한 열원을 공급받지 못하여 반응수율이 현저하게 떨어져 수소의 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 반응 시 차압 발생이라는 문제가 있다.
이를 개선하기 위하여 모노리스 촉매타입의 허니컴 지지체가 적용된 반응기를 대안으로 제시되고 있으나, 모노리스 특성상 구조가 복잡하며, 유지 보수가 어렵고, 내부에서의 가스 혼합 및 빠른 가스의 속도로 인하여 반응성이 낮아지는 단점이 있다. 또한 금속 지지체 타입의 금속 모노리스 촉매는, 촉매 물질과 다른 재료 특성으로 인해 촉매 코팅이 어려우며, 고온에서 촉매층이 쉽게 박리되어 촉매 내구성이 낮고, 제조가 용이하지 못하여 생산성이 떨어진다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하여 수소를 생산할 수 있는 상용화가 가능한 반응기를 위한 것으로서, 반응기 모든 부분에서 안정적인 촉매 반응 온도를 유지하여 수소의 생산성이 확보되고, 촉매 구조가 단순하여 유지 보수가 간편하고, 내구성이 우수한 촉매를 적용한 수증기 개질 촉매 반응기를 제공한다.
또한 반응기에서 촉매의 교체가 효율적으로 이뤄질 수 있는 수증기 개질 촉매 반응기를 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 내부에 수용부가 형성되되, 상부가 개방된 형태의 반응기 케이스; 상기 수용부에 수용되는 복수개의 수증기 개질 촉매; 상기 반응기 케이스의 상부를 커버하여 상기 수용부를 밀봉하는 반응기 케이스 뚜껑; 원료가스가 상기 반응기 케이스 내부로 유입되도록 상기 반응기 케이스를 관통하도록 형성된 유입관; 및 상기 유입관을 통해 유입된 상기 원료가스가 상기 수증기 개질 촉매와 반응한 후 상기 반응기 외부로 배출되도록 상기 반응기 케이스를 관통하도록 형성된 배출관;을 포함하고, 상기 수증기 개질 촉매는 단열지지체형 수증기 개질 촉매가 적용되되, 상기 원료가스가 통과하 수 있는 통공이 형성되는, 수증기 개질 촉매 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소를 생산할 수 있는 상용화가 가능한 수증기 개질 촉매 반응기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기에서 안정적인 촉매 반응 온도를 유지하여 수소 생산성을 향상시켜, 에너지 생산 단가를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉매 구조가 단순하고, 지지체와 촉매층 간의 접합성이 높아 촉매층의 박리 가능성을 저감시켜 촉매 내구성을 향상시켜 유지 보수 운용비용을 낮출 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기 내부의 촉매 유지 보수 와 교체가 간편하여 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 입체도를 나타낸 것이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반응기의 수직 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 각 실시예에 따른 수증기 개질 촉매의 통공 형상을 나타낸 것이다.
도 4는 각 실시예에 따른 수증기 개질 촉매의 단면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 반응기의 입체도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 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 해석되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명에서 지칭하는 '길이방향'은 반응기 케이스 내부에서 복수의 수증기 개질 촉매가 배치되는 방향으로, 반응기 내부로 유입되는 원료가스가 투입된 후 토출되는 방향을 지칭하며, 본 발명에서 지칭되는 '폭방향'은 상기 길이방향에 수직인 방향을 지칭한다.
본 발명의 출원인은, 종래 연료전지에서 수소를 생산하기 위해 개발된 반응기의 경우, 반응성 대비 촉매 사용량이 지나치게 많아 에너지 생산 단가가 높아져 상용화가 어렵다는 문제, 촉매반응온도까지 승온시키는 시간이 지나치게 길어 에너지 생산 효율이 낮다는 문제, 촉매층이 쉽게 박리되어 생산성 저하와 운용비용 증가의 문제를 해결하기 위해 다양한 실험을 반복한 결과, 위의 문제들을 해결하여 상용화가 가능한 연료 개질장치를 개발하기에 이르렀다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 입체도를 나타낸 것으로, 반응기(1)의 상부가 분리된 상태를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 반응기(1)는, 반응기 케이스(10), 반응기 케이스(10) 내부에 형성된 공간으로 정의되는 수용부(20), 가이드부(31), 유입관(40) 및 배출관(50)을 포함한다.
반응기 케이스(10)는 내부에서 원료가스의 개질이 이루어지는 곳으로 대략 직육면체 형태로 형성될 수 있고, 내부에 수용부(20)가 형성되며 상부가 개방된 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응기 케이스(10)는 두께가 2~5㎜ 일 수 있다.
반응기 케이스(10)에는, 원료가스가 반응기 케이스(10) 내부로 유입되도록 반응기 케이스를 관통하는 유입관(40) 및 유입관(40)을 통해 유입된 원료가스가 수증기 개질 촉매와 반응한 후 반응기(1) 외부로 배출되도록 상기 반응기 케이스를 관통하는 배출관(50)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 유입관(40)과 배출관(50)은 반응기 케이스(10)에서 길이방향으로 서로 반대 방향에 설치될 수 있다.
반응기 케이스(10) 상부에는 반응기 케이스 뚜껑(11)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 반응기 케이스(10) 내부, 즉, 수용부(20)로 유입되는 원료가스가 외부로 유출되지 않을 수 있다. 예를 들어, 반응기 케이스(10)와 반응기 케이스 뚜껑(11)은 용접으로 결합되어, 그 사이로 원료가스가 유출되지 않도록 견고하게 결합될 수 있다. 일 예로, 반응기 케이스 뚜껑(11)은 2~5㎜의 두께로 제작될 수 있다. 또 다른 예로, 반응기 케이스(10)와 반응기 케이스 뚜껑(11)은 착탈 가능하게 결합되되, 그 사이로 원료가스가 유출되지 않도록 견고하게 결합될 수도 있다.
반응기 케이스(10)와 반응기 케이스 뚜껑(11)은 반응기(1)의 외부에서 발생한 열이 수용부(20)으로 잘 전달될 수 있도록 스테인리스 스틸과 같은 금속재질로 제작될 수 있으며, 열 전도율이 높은 재질을 더 포함할 수 있다.
반응기 케이스(10)의 수용부(20)에 복수개의 수증기 개질 촉매(100)가 길이방향으로 배치될 수 있다.
수증기 개질 촉매(100)는 단열지지체형 수증기 개질 촉매(100)가 적용되되, 상기 원료가스가 통과하 수 있는 통공(110)이 형성될 수 있으며, 상세한 구조는 후술한다.
반응기 케이스(10) 내측에는 수증기 개질 촉매(100)가 안내되어 설치될 수 있도록 가이드부(31)가 형성된다.
가이드부(31)는 대응되는 한 쌍의 돌출부(30) 사이의 공간으로 정의될 수 있다.
가이드부(31)는 반응기 케이스(10)의 내측에서 길이방향으로 복수 개가 배치되어 수증기 개질 촉매(100)가 수용부(20)에서 정위치에 설치되도록 안내할 수 있다.
예를 들어, 돌출부(30)는 한 쌍이 대응되도록 수직방향으로 연장되며 형성되어 레일 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 수증기 개질 촉매(100)를 한 쌍의 돌출부(30) 사이로 상부에서 하부 방향으로 삽입하여 설치할 수 있다. 이에 따라, 수증기 개질 촉매(100)는 수용부(20)에서 가이드부(31)에 안정적으로 설치되어 움직이지 않도록 안전하게 고정될 수 있다. 일 예로, 수증기 개질 촉매(100)가 가이드부(31)에 안정적으로 삽입된 후 반응기 케이스 뚜껑(11)이 수증기 개질 촉매(100) 상부를 압착함으로써, 원료가스가 반응기(1) 내에서 통공(110)을 통해서만 일 방향으로 흐르도록 하여 원료가스의 반응시간과 체류시간을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 수증기 개질 촉매(100)의 교체가 필요한 경우 교체 대상이 되는 수증기 개질 촉매(100)를 개별적으로 제거할 수 있어 반응기(1)의 유지 보수가 간단하게 이뤄지고, 촉매 비용을 절감할 수 있다.
수증기 개질 촉매(100)는 판상형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 5~7㎜의 두께를 가진 직육면체로 형성될 수 있다. 또한 가장 넓은 면적을 갖는 면에는 하나 이상의 통공(110)이 형성될 수 있다. 일 예로, 통공(110)은 수증기 개질 촉매(100)의 중앙부에 형성되거나, 상부 또는 하부에 치우쳐지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 복수의 수증기 개질 촉매(100)는 그 통공(110)이 서로 엇갈리도록 설치될 수 있다.
통공(110)의 크기는 유입관(40)의 유입구(41)를 통하여 유입되는 기체상태의 물질, 예를 들어, 원료가스의 양과, 도 2에서 후술할 배출관(50)의 배출구(도 2, 51)를 통하여 배출되는 기체상태의 물질의 양에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 이에 따라, 반응기(1) 내부의 기체상태의 물질의 흐름과 반응이 적절하게 이루어질 수 있다.
수증기 개질 촉매(100)는 유입관(40) 또는 배출관(50)이 부착된 반응기 케이스(10)의 벽면과 평행하게 위치하도록 수용부(20)에 수용될 수 있으며, 돌출부(30) 사이의 가이드부(31)에 가이드된 후 고정될 수 있다. 또한 복수의 수증기 개질 촉매(100)는 서로 소정 간격으로 이격되어 평행 또는 지그재그로 배치될 수 있다.
복수개의 수증기 개질 촉매(100)가 수용부(20)에 수용될 때, 통공(110)의 위치가 바로 옆에 배치된 수증기 개질 촉매(100)의 통공(110)과 서로 마주보지 않도록 엇갈려 배치할 수 있으며, 유입관(40) 과 배출관(50)과 서로 마주보지 않도록 엇갈려 배치할 수 있다. 이는 이후 도 2를 참고하여 상세하게 후술한다.
도 2는 일 실시예에 따른 반응기의 수직 단면을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 반응기(1)는 반응기 케이스(10) 내부에 복수개의 수증기 개질 촉매(100)를 수용할 수 있다.
수증기 개질 촉매(100)는 돌출부(30) 사이에서 정의된 가이드부(31)에 고정되어, 복수 개가 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
수증기 개질 촉매(100)에는 수증기 개질 촉매(100)를 길이방향으로 관통하는 통공(110)이 형성될 수 있다. 통공(110)의 표면은 촉매층(140)이 형성될 수 있다.
이때 수증기 개질 촉매(100)에 형성된 통공(110)의 위치는 서로 엇갈려서 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나의 수증기 개질 촉매(100)에는 통공(110)이 하부에 형성되고, 인접한 또 하나의 수증기 개질 촉매(100)에는 통공(110)이 상부에 형성될 수 있다. 이에 따라, 한정된 공간 내에서 원료가스의 흐름을 방해하지 않으면서도 원료가스가 수증기 개질 촉매(100)의 표면과 접하는 시간을 늘리게 되어 반응 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 반응기 케이스(10)의 유입관(40) 및 배출관(50)에 가장 인접하도록 배치된 수증기 개질 촉매(100)는 유입관(40) 및 배출관(50)의 위치와 서로 엇갈리게 통공(110)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반응기 케이스(10)의 하부에 형성된 유입관(40)과 바로 인접한 수증기 개질 촉매(100)에는 통공(110)이 상부에 형성될 수 있고, 반응기 케이스(10)의 상부에 형성된 배출관(50)과 바로 인접한 수증기 개질 촉매(100)에는 통공(110)이 하부에 형성될 수 있다. 이에 따라, 반응기 케이스(10) 내부로 유입된 원료가스는 유체 흐름이 방해되지 않는 범위 내에서 한정된 공간 내 가장 긴 경로로 반응기 케이스(10)내부에서 흐를 수 있게 되어, 배출관(50)의 배출구(51)로 배출될 때까지 수증기 개질 촉매(100)와 유입된 기체상태의 물질의 접촉 시간이 늘어나 촉매반응효율을 향상시킬 수 있다.
수증기 개질 촉매(100)는 다공성 지지체(120), 다공성 지지체(120) 상에 형성되는 세라믹 코팅층(130), 및 세라믹 코팅층(130) 상에 형성된 촉매층(140)을 포함할 수 있다.
다공성 지지체(120)는 세라믹 단열재로 구성될 수 있고, 예를 들어, 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 산화칼슘(CaO) 산화마그네슘(MgO), 이산화타이타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 등 중 적어도 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 세라믹 단열재에 형성된 기공층에 의해 열전도율을 낮출 수 있게 되어 반응기(1) 온도를 용이하게 제어할 수 있고 작동 초기에 촉매반응온도인 850℃까지 승온시키는 시간을 줄일 수 있다.
세라믹 코팅층(130)은 버퍼용액에 수증기 개질 촉매 화합물 중 적어도 하나 이상이 포함되어 형성될 수 있다. 상기 버퍼용액은 다공성 지지체(120) 및 세라믹 코팅층(130)과 네트워크를 형성하여 촉매층(140)이 고온의 가혹한 조건에서도 세라믹 코팅층(130)으로부터 박리되는 것을 방지하고 촉매반응효율을 향상시키기 위해 적용되는 것으로서, 알루미나졸, 실리카졸 및 물을 포함할 수 있다. 또한 상기 수증기 개질 촉매 화합물은 루테늄(Ru; Ruthenium), 오스뮴(Os; Osmium), 로듐(Rh; Rhodium), 팔라듐(Pd; Palladium), 플래티늄(Pt; Platium), 레늄(Re; rhenium), 니켈(Ni; nickel), 세륨(Ce; Cerium), 가돌리늄(Gd; Gadolium), 란타넘 (La; lanthanum), 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상이 적용되어 촉매반응효율을 향상시킬 수 있다.
촉매층(140)은 세라믹 코팅층(130) 표면에 형성되는 것으로, 수증기 개질 촉매 화합물이 포함되어 형성될 수 있다. 상기 수증기 개질 촉매 화합물은 루테늄(Ru; Ruthenium), 오스뮴(Os; Osmium), 로듐(Rh; Rhodium), 팔라듐(Pd; Palladium), 플래티늄(Pt; Platium), 레늄(Re; rhenium), 니켈(Ni; nickel), 세륨(Ce; Cerium), 가돌리늄(Gd; Gadolium), 란타넘 (La; lanthanum), 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상이 적용되어, 연료가스로부터 수소를 효과적으로 추출할 수 있다.
도 3은 각 실시예에 따른 수증기 개질 촉매의 통공 형상을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 수증기 개질 촉매(100a, 100b, 100c)에는 다양한 통공(110a, 110b, 110c)의 예시가 적용될 수 있다.
도 3(a)를 참조하면, 수증기 개질 촉매(100a)의 가장 넓은 면적의 일 측부에 복수개로 통공(110a)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 통공(110a)은 수증기 개질 촉매(100a)의 상부, 하부 또는 일 측부에 형성될 수 있다. 복수 개의 통공(110a)이 배치될 때 통공(110a) 위치가 엇갈리도록 연달아 배치되는 형태는 도 2를 들어 전술한 바가 적용될 수 있다.
이때 각 통공(110a)의 크기와 모양은 서로 같을 수도 있고, 다르게 형성하여, 수증기 개질 촉매(100a)를 통과하는 기체상태의 물질의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 하나의 수증기 개질 촉매(100a) 내에 배치된 복수 개의 통공(110a)은 다른 형태를 가질 수 있고, 일 예로, 원형, 다각형 등 다양한 형태가 적용될 수 있다. 이에 따라, 복수의 수증기 개질 촉매(100a) 사이의 특정 구간에서 원료가스가 과도하게 체류하게 될 경우, 해당 구간에 복수개의 통공(110a)이 형성된 수증기 개질 촉매(100a)를 배치하여 이를 개선할 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 수증기 개질 촉매(100b)는, 하나의 슬릿 형태로 통공(110b)이 형성될 수 있다. 이때 슬릿 형태로 형성된 통공(110b)의 길이와 폭을 조절하여, 수증기 재질 촉매(100b)를 통과하는 기체상태의 물질의 양과, 수증기 개질 촉매(100b)간 사이의 특정 공간에서 기체상태의 물질의 체류시간을 용이하게 조절할 수 있다.
도 3(c)를 참조하면, 수증기 개질 촉매(100c)는 복수개의 슬릿 형태로 통공(110c)이 형성될 수 있다. 이때 복수개의 슬릿 형태로 형성된 통공(110c)의 길이와 폭을 조절하여 수증기 재질 촉매(100c)를 통과하는 기체상태의 물질의 양과, 수증기 개질 촉매(100c)간 사이의 특정 공간에서 기체상태의 물질의 체류시간을 조절할 수 있다. 또한, 도3의 (b)와 같이 하나의 슬릿 형태로 형성된 통공(110b)은 중앙부를 지지하는 구조가 없어 외력에 의한 파손이 발생할 수 있기 때문에, 하나가 아닌 복수개의 슬릿 형태로 통공(110c)을 가공하여, 슬릿과 슬릿 사이의 수증기 개질 촉매(100c)가 외력을 지지하여 파손을 방지할 수 있다.
다양한 통공(110a, 110b, 110c)을 가진 수증기 개질 촉매(100a, 100b, 100c)중 한가지 이상을 선택하여 전술한 반응기(도1, 1)에 적용할 수 있다.
도 4는 각 실시예에 따른 수증기 개질 촉매의 단면을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 수증기 개질 촉매(100d, 100e, 100f)에는 상기 통공 내 다양한 형태의 유로(112a, 112b, 112c)가 형성될 수 있다.
도 4(a)를 참조하면, 수증기 개질 촉매(100d, 100e, 100f)에 형성된 통공 입구(111a)와 통공 출구(111b)가 동일한 높이에 위치하여, 통공 입구(111a)와 통공 출구(111b) 사이의 유로(112a)가 수증기 개질 촉매(100d)의 다공성 지지체(120)를 최단거리로 관통하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 수증기 개질 촉매(100)의 유로(112a)를 통과하는 기체상태의 물질의 통과시간을 단축시킬 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 수증기 개질 촉매(100e)에 형성된 통공 입구(111a)와 통공 출구(111b)가 다른 높이에 형성되어, 통공 입구(111a)와 통공 출구(111b) 사이의 유로(112b)가 굴절되어 수증기 개질 촉매(100e)의 다공성 지지체(120) 내부에서 굴절된 유로(112b)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 수증기 개질 촉매(100e)의 유로(112b)를 통과하는 원료가스의 통과시간을 증가시킬 수 있다.
도 4(c)를 참조하면, 유로(112c)에 돌기(121)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 유로(112c)를 구성하는 다공성 지지체(120)에 요철이 형성되거나 굴곡 가공되어, 그 상에 형성되는 세라믹 코팅층(130)과 촉매층(140)에도 돌기(121)가 형성될 수 있다. 돌기(121)는 유체의 흐름을 방해하지 않는 범위에서 형성될 수 있으며, 일 예로, 돌기(121) 상에 다시 미세한 돌기(미도시)들이 형성될 수 있다. 일 예로, 복수의 돌기(121)는 각각 독립적인 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 수증기 개질 촉매(100f)의 유로(112c)를 통과하는 기체상태의 물질의 통과시간을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 촉매와 반응 면적을 증가시켜 반응 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 반응기의 입체도를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 반응기(2)는, 도 1 내지 도 4에서 설명한 반응기(1), 수증기 개질 촉매(100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)가 적용될 수 있으며, 추가로, 원료가스 믹싱판(200)이 더 포함될 수 있다.
원료가스 믹싱판(200)은 복수의 수증기 개질 촉매(100) 사이에 삽입되도록 수용부(20)에 수용될 수 있다.
예를 들어, 원료가스 믹싱판(200)은 메탈폼(metal foam), 팰트, 금속메쉬망, 및 이들의 조합으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 원료가스 믹싱판(200)은 상기 원료가스와의 반응성이 없는 소재가 적용될 수 있다.
이에 따라, 원료가스 믹싱판(200)의 적용으로 원료가스가 복수의 수증기 개질 촉매(100) 사이에서 믹싱되는 현상을 유도하여 촉매 반응을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 원료가스 믹싱판(200)은 하나의 가이드부(31)를 형성하는 돌출부(30)와 다른 하나의 가이드부(31)를 형성하는 돌출부(30) 사이에 설치될 수 있고, 예를 들어, 복수의 돌출부(30)에 의해 위치가 고정되는 형태를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1, 2 : 반응기
10 : 반응기 케이스
11 : 반응기 케이스 뚜껑
20 : 수용부
30 : 돌출부
31 : 가이드부
40 : 유입관
41 : 유입구
50 : 배출관
51 : 배출구
100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f : 수증기 개질 촉매
110, 110a, 110b, 110c : 통공
111a : 통공 입구
111b : 통공 출구
112a,112b,112c : 유로
120 : 다공성 지지체
121 : 돌기
130 : 세라믹 코팅층
140 : 촉매층
200 : 원료가스 믹싱판

Claims (6)

  1. 내부에 수용부가 형성되되, 상부가 개방된 형태의 반응기 케이스;
    상기 수용부에 수용되는 복수개의 수증기 개질 촉매;
    상기 반응기 케이스의 상부를 커버하여 상기 수용부를 밀봉하는 반응기 케이스 뚜껑;
    원료가스가 상기 반응기 케이스 내부로 유입되도록 상기 반응기 케이스를 관통하도록 형성된 유입관; 및
    상기 유입관을 통해 유입된 상기 원료가스가 상기 수증기 개질 촉매와 반응한 후 상기 반응기 외부로 배출되도록 상기 반응기 케이스를 관통하도록 형성된 배출관;
    을 포함하고,
    상기 수증기 개질 촉매는 단열지지체형 수증기 개질 촉매가 적용되되, 상기 원료가스가 통과할 수 있는 통공이 형성되되,
    상기 통공은,
    상기 원료가스가 상기 수증기 개질 촉매 내부로 유입되는 통공 입구;
    상기 통공 입구로 유입된 상기 원료가스가 상기 수증기 개질 촉매 외부로 유출되는 통공 출구; 및
    상기 통공 입구와 상기 통공 출구 사이를 연결하는 유로;를 포함하고,
    상기 원료가스가 충분히 반응할 수 있도록 상기 유로의 표면에 촉매층이 형성되는,
    수증기 개질 촉매 반응기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수증기 개질 촉매 반응기 외부의 열이 상기 수용부로 전달되도록 상기 반응기 케이스 및 상기 반응기 케이스 뚜껑의 재질은 열을 전도할 수 있는 금속을 포함하는, 수증기 개질 촉매 반응기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응기 케이스의 내측에서 길이방향으로 복수 개가 배치되어 상기 수증기 개질 촉매가 상기 수용부에서 정위치에 설치되도록 안내하는 가이드부를 더 포함하고,
    상기 가이드부는 대응되는 한 쌍의 돌출부 사이의 공간에서 정의되는, 수증기 개질 촉매 반응기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수증기 개질 촉매는,
    세라믹 단열재로 구성되는 다공성 지지체;
    상기 다공성 지지체 표면에 형성된 세라믹 코팅층; 및
    상기 세라믹 코팅층 표면에 형성된 촉매층;
    을 포함하고,
    상기 다공성 지지체는 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 및 산화칼슘 (CaO) 중 적어도 하나 이상을 포함하여 형성되어, 촉매반응온도로 승온되는 시간을 단축시키고, 안정적인 촉매 반응 온도를 유지하는, 수증기 개질 촉매 반응기.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 수증기 개질 촉매 사이에 삽입되도록 상기 수용부에 수용되는 원료가스 믹싱판을 더 포함하여, 상기 원료가스의 믹싱으로 촉매 반응이 향상되는, 수증기 개질 촉매 반응기.
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