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KR20210086015A - A production method and system of blue hydrogen - Google Patents

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KR20210086015A
KR20210086015A KR1020190179662A KR20190179662A KR20210086015A KR 20210086015 A KR20210086015 A KR 20210086015A KR 1020190179662 A KR1020190179662 A KR 1020190179662A KR 20190179662 A KR20190179662 A KR 20190179662A KR 20210086015 A KR20210086015 A KR 20210086015A
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reformer
hydrogen
combustion
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문동주
김현동
송현태
노영수
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한국과학기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a process and system for producing blue hydrogen, which provides significantly improved reforming efficiency of a feed gas without discharging carbon dioxide to the air during the production of hydrogen through the reforming of a hydrocarbon. Particularly, the system for producing blue hydrogen includes: a raw material supplying unit configured to supply a feed gas including at least a hydrocarbon and steam; a feed gas pretreatment unit; a heat recovery system (HRS) configured to recover the reaction heat and combustion heat in a reforming gas; a reformer configured to receive the preheated feed gas to carry out steam reforming of the hydrocarbon contained in the feed gas; a water gas shift unit configured to carry out water gas shift reaction of carbon monoxide contained in the reforming gas, after receiving the reaction heat discharged from the reformer; a pressure swing adsorption (PSA) unit configured to separate hydrogen from the product discharged from the water gas shift unit; and a hydrogen distribution unit disposed at the rear end of the PSA unit to store the hydrogen or to supply the hydrogen to a specific demand. The system includes a combustion unit configured to carry out combustion of fuel including at least a hydrocarbon to supply heat to the HRS and the reformer, and CO_2 in the combustion gas and CO_2 in the syngas are not discharged to the air but are stored separately.

Description

블루수소 생산공정 및 시스템{A production method and system of blue hydrogen}A production method and system of blue hydrogen

본 발명은 이산화탄소를 대기 중으로 배출하지 않고 회수하며, 원료가스의 개질 효율을 향상시킨 블루수소(Blue Hydrogen) 생산공정 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a blue hydrogen production process and system that recovers carbon dioxide without discharging it into the atmosphere and improves the reforming efficiency of raw material gas.

수소는 에너지, 정유, 정밀화학 및 석유화학 공정에 사용되는 중요한 화학물질이다. 전형적으로, 이는 많은 리파이너리(Refinery) 공정에 사용된다. 최근들어 화석연료기반의 경제는 수소경제 사회로 전환이 시작되면서, 소형 연료전지용 개질기, 연료전지 자동차용 수소스테이션 그리고 대용량 수소 제조용 화학 플랜트의 공정개발이 주목을 받고 있다.Hydrogen is an important chemical used in energy, oil refining, fine chemical and petrochemical processes. Typically, it is used in many refinery processes. Recently, as the fossil fuel-based economy is shifting to a hydrogen economy society, the process development of reformers for small fuel cells, hydrogen stations for fuel cell vehicles, and chemical plants for producing large-capacity hydrogen is attracting attention.

대한민국 공개특허공보 10-2014-0173366 (특허문헌 1)에는 코크스 오븐 가스의 수소 PSA 오프가스를 이용한 수소 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 코크스 오븐 가스(COG)로부터 수소를 회수하고 남은 오프가스(Off-Gas)를 포집하는 단계, 수증기 개질 반응 단계, 수성가스 전환 반응 단계 및 수소 압력 변동 흡착(PSA) 공정 단계를 포함하는, 코크스 오븐 가스의 수소 PSA 오프가스를 이용한 수소 제조 방법을 제시하였다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2014-0173366 (Patent Document 1) relates to a method for producing hydrogen using hydrogen PSA off-gas of coke oven gas, and specifically, off-gas remaining after recovering hydrogen from coke oven gas (COG). -Gas), a steam reforming reaction step, a water gas shift reaction step, and a hydrogen pressure swing adsorption (PSA) process step, including a hydrogen pressure swing adsorption (PSA) process step, a method for producing hydrogen using hydrogen PSA off-gas of coke oven gas was presented.

대한민국 등록특허공보 10-1300331 (특허문헌 2)에는 탄화수소를 원료로 하는 수증기 개질에 의한 수소발생장치 및 이의 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수증기 개질에 의한 수소발생장치에 도입되는 수분이 증기의 단일 상으로 공급되어 안정적으로 운전될 수 있으며, 적절한 열 교환 방식에 의하여 장치의 높은 열효율이 달성될 수 있는 수증기 개질에 의한 수소발생장치 및 이의 운전방법을 제시하였다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-1300331 (Patent Document 2) relates to a hydrogen generator by steam reforming using hydrocarbon as a raw material and a method for operating the same, and more particularly, the moisture introduced into the hydrogen generator by steam reforming is steam A hydrogen generating device by steam reforming that can be supplied as a single phase of , can be operated stably, and high thermal efficiency of the device can be achieved by an appropriate heat exchange method, and an operating method thereof are presented.

일본 등록특허공보 P4850696 (특허문헌 3)에는 개선된 열효율로 고압 수소를 생성시키는 방법을 제공한다. 우선 압력 스윙 개질기로 제1 압력 합성 가스 스트림을 생성한다. 이어서 이 합성 가스를 고온 수성가스 전환공정에 공급하여 수소가 농축된 스트림을 생성시키고 거기에서 고압 수소를 얻는다. 본 발명의 특정 실시 예는 합성 가스 생성보다 낮은 압력으로 개질기를 운용하는 공정, 합성 가스 생성 공정을 수성가스 전환 반응으로 사용되는 범위의 온도에서 합성 가스를 공급하는데 충분한 조건의 공정 및 PSA를 사용하여 수소를 분리하는 공정을 제시하였다.Japanese Patent Application Publication No. P4850696 (Patent Document 3) provides a method for generating high-pressure hydrogen with improved thermal efficiency. First, a pressure swing reformer produces a first pressure syngas stream. This synthesis gas is then fed to a hot water gas conversion process to produce a hydrogen-enriched stream from which high pressure hydrogen is obtained. A specific embodiment of the present invention is a process of operating a reformer at a pressure lower than synthesis gas generation, a process of sufficient conditions to supply synthesis gas at a temperature in the range used for the synthesis gas generation process as a water gas conversion reaction, and PSA using a process and PSA. A process for separating hydrogen was presented.

대한민국 공개특허공보 10-2015-0127890 (특허문헌 4)에는 실시 예에 따른 수소 제조 장치는 고압의 압력으로 원료가스를 압축하는 압축기; 및 상기 압축기에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하는 다수개의 가열부가 장착된 개질기를 포함하는 방법을 제시하였다. In Korean Patent Publication No. 10-2015-0127890 (Patent Document 4), a hydrogen production apparatus according to an embodiment includes a compressor for compressing a raw material gas at a high pressure; and a reformer equipped with a plurality of heating units for supplying thermal energy to the source gas via a desulfurizer for adsorbing sulfur contained in the high-pressure source gas compressed by the compressor.

위와 같은 수증기 개질법의 효율(생성된 합성 가스의 연소열을 개질 공급 원료 및 가열로 연료의 연소열로 나눈 것)은 약 74%이지만 공간 속도는 1000 hr-1이다. 즉, 메탄의 수증기 개질기의 효율을 높이기 위해서는 매우 큰 용량의 개질기를 사용해야 하고, 그에 따라 공정의 경제적 유용성이 크게 제한된다. 따라서 개질기의 용량 증가 없이 메탄의 수증기 개질의 효율을 높일 필요성이 있다.The efficiency of the above steam reforming method (the heat of combustion of the generated synthesis gas divided by the heat of combustion of the reforming feedstock and the furnace fuel) is about 74%, but the space velocity is 1000 hr -1 . That is, in order to increase the efficiency of the steam reformer of methane, a reformer having a very large capacity must be used, thereby greatly limiting the economic usefulness of the process. Therefore, there is a need to increase the efficiency of steam reforming of methane without increasing the capacity of the reformer.

또한 천연가스의 수소스테이션에서 온실가스도 발생한다. 상기 메탄의 수증기 개질반응을 화학식으로 표현하면 반응식 (1)과 같다.Greenhouse gas is also generated from natural gas hydrogen stations. When the steam reforming reaction of methane is expressed as a chemical formula, it is shown in Reaction Formula (1).

CH4+H2O → H2+CO2 -------------(1)CH 4 +H 2 O → H 2 +CO 2 -------------(1)

메탄에서 수소를 뽑아내는 대신 이산화탄소(CO2)가 부산물로 만들어진다. 현재 개질기 등에서 나오는 이산화탄소는 공기 중으로 배출된다. On-site 수소스테이션에서 이를 별도로 포집할 기술도 아직 마련되지 않았을 뿐만 아니라, 설사 포집하더라도 개질기의 용량이 너무 큰 상태에서 이산화탄소도 저장할 공간을 마련하는 것이 쉽지 않기 때문이다.Instead of extracting hydrogen from methane, carbon dioxide (CO 2 ) is produced as a by-product. Currently, carbon dioxide from reformers is discharged into the air. This is because not only has the technology to separately collect it in the on-site hydrogen station not yet been prepared, but even if it does, it is not easy to prepare a space to store carbon dioxide even if the reformer has too large capacity.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0173366호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0173366 대한민국 등록특허공보 제10-1300331호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1300331 일본 등록특허공보 제4850696호Japanese Patent Publication No. 4850696 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0127890호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0127890

본 발명은 이산화탄소를 회수하고, 원료가스의 개질 효율이 현저히 향상된 블루수소 생산공정 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a blue hydrogen production process and system in which carbon dioxide is recovered and the reforming efficiency of raw material gas is significantly improved.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. The objects of the present invention will become more apparent from the following description, and will be realized by means and combinations thereof described in the claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 블루수소 생산공정 및 시스템은 적어도 탄화수소 및 수증기를 포함하는 원료가스를 공급하는 원료 공급부; 원료가스의 전처리부; 예열된 원료가스를 공급받아 상기 원료가스에 포함된 탄화수소의 수증기 개질 반응을 일으키는 개질기(Reformer); 상기 개질반응용 열원의 회수 및 활용하는 열재생시스템(Heat Recovery System, HRS); 상기 개질기로부터 배출되는 개질가스중의 열을 회수한 다음 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소의 수성가스전환반응(water gas shift reaction)을 일으키는 수성가스전환부; 상기 수성가스전환부로부터 배출되는 생성물로부터 수소를 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption, PSA)부; 및 상기 PSA부의 후단에 위치하여 상기 수소를 압축 및 저장하거나 특정 수요에 공급하는 수소분배부;를 포함하고, 적어도 탄화수소를 포함하는 연료를 연소시켜 상기 열재생시스템 및 개질기에 열을 제공하는 연소부를 포함하고, 연소가스 중의 CO2와 합성가스 중의 CO2를 대기 중에 방출하지 않고 회수하는 것을 특징으로 한다.Blue hydrogen production process and system according to an embodiment of the present invention is a raw material supply unit for supplying a raw material gas containing at least hydrocarbons and water vapor; pre-processing unit of raw material gas; a reformer that receives the preheated raw material gas and causes a steam reforming reaction of hydrocarbons included in the raw material gas; a heat recovery system (HRS) for recovering and utilizing the heat source for the reforming reaction; a water gas conversion unit that recovers heat in the reformed gas discharged from the reformer and then causes a water gas shift reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas; PSA (Pressure Swing Adsorption, PSA) unit for separating hydrogen from the product discharged from the water gas conversion unit; and a hydrogen distribution unit located at the rear end of the PSA unit for compressing and storing the hydrogen or supplying it to a specific demand; and a combustion unit for providing heat to the heat regeneration system and the reformer by burning fuel containing at least hydrocarbons. characterized in that it comprises, and the number of times without releasing to the atmosphere of CO 2 in the CO 2 and the synthesis gas in the combustion gas.

본 발명에 따른 블루수소 생산공정 및 시스템은 탄화수소의 수증기 개질 시스템에서 이산화탄소를 회수하고, 열재생시스템을 운영하여 원료가스의 개질 효율이 현저히 향상시킴으로서 on-site 수소스테이션의 공정의 경제적 및 환경적 유용성을 상당히 높일 수 있는 블루 수소 제조기술로 재생에너지 기반의 Green 수소의 대안이 될 것으로 판단된다.The blue hydrogen production process and system according to the present invention recovers carbon dioxide from the hydrocarbon steam reforming system and operates a heat regeneration system to significantly improve the reforming efficiency of the raw material gas, thereby economical and environmental usefulness of the on-site hydrogen station process It is a blue hydrogen manufacturing technology that can significantly increase the energy consumption, and it is judged to be an alternative to green hydrogen based on renewable energy.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 블루 수소의 제조를 위한 블루수소 생산 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a blue hydrogen production system for the production of blue hydrogen according to the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged than the actual size for clarity of the present invention. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. Conversely, when a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is "under" another part, this includes not only cases where it is "under" another part, but also cases where another part is in the middle.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions expressing quantities of ingredients, reaction conditions, compositions, and combinations used herein are, among other things, the measurements such numbers essentially result in obtaining such values. Since they are approximations reflecting various uncertainties, it should be understood as being modified by the term "about" in all cases. Also, when numerical ranges are disclosed in the present description, such ranges are continuous and inclusive of all values from the minimum to the maximum inclusive of the range, unless otherwise indicated. Furthermore, when such ranges refer to integers, all integers inclusive from the minimum to the maximum inclusive are included, unless otherwise indicated.

도 1은 본 발명에 따른 블루수소 생산 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 블루수소 생산 시스템은 적어도 탄화수소 및 수증기를 포함하는 원료가스를 공급하는 원료 공급부; 원료가스의 전처리부; 예열된 원료가스를 공급받아 상기 원료가스에 포함된 탄화수소의 수증기 개질 반응을 일으키는 개질기(Reformer, 50); 상기 개질반응용 열원의 회수 및 활용하는 열재생시스템(Heat Recovery System, HRS, 40); 상기 개질기(50)로부터 배출되는 개질가스를 공급받아 개질가스중의 열을 회수한 다음 일산화탄소의 수성가스전환반응(Water Gas Shift Reaction, WGS)을 일으키는 수성가스전환부(60); 상기 수성가스전환부(60)로부터 배출되는 생성물로부터 수소를 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption, 80)부; 및 상기 PSA부(80)의 후단에 위치하여 상기 수소를 압축 및 저장하거나 특정 수요에 공급하는 수소분배부(100);를 포함한다. 특히, 상기 수소 생산 장치는 적어도 탄화수소를 포함하는 연료를 연소시켜 상기 열재생시스템(40) 및 개질기(50)에 열을 제공하는 연소부(110)를 포함하는 것을 특징으로 한다.1 schematically shows a blue hydrogen production system according to the present invention. Referring to this, the blue hydrogen production system includes: a raw material supply unit for supplying a raw material gas containing at least hydrocarbons and water vapor; pre-processing unit of raw material gas; a reformer (Reformer, 50) that receives the preheated raw material gas and causes a steam reforming reaction of hydrocarbons included in the raw material gas; a heat recovery system that recovers and utilizes the heat source for the reforming reaction (Heat Recovery System, HRS, 40); a water gas conversion unit 60 that receives the reformed gas discharged from the reformer 50, recovers heat in the reformed gas, and then causes a water gas shift reaction (WGS) of carbon monoxide; PSA (Pressure Swing Adsorption, 80) unit for separating hydrogen from the product discharged from the water gas conversion unit 60; and a hydrogen distribution unit 100 positioned at the rear end of the PSA unit 80 to compress and store the hydrogen or supply it to a specific demand. In particular, the hydrogen production apparatus is characterized in that it includes a combustion unit 110 for providing heat to the heat regeneration system 40 and the reformer 50 by burning fuel containing at least hydrocarbons.

이하, 상기 블루수소 생산 시스템의 각 구성을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each configuration of the blue hydrogen production system will be described in detail.

상기 원료 공급부는 적어도 메탄을 포함하는 탄화수소를 제공하는 탄화수소 공급부(10); 수분 및/또는 수증기를 제공하는 수증기 공급부(20); 및 상기 탄화수소 공급부(10)의 탄화수소와 상기 수증기 공급부(20)의 수증기를 혼합하여 얻은 원료가스를 상기 열재생시스템(40)으로 공급하는 혼합부(30)를 포함한다.The raw material supply unit includes a hydrocarbon supply unit 10 for providing hydrocarbons containing at least methane; a water vapor supply unit 20 providing water and/or water vapor; and a mixing unit 30 for supplying the raw material gas obtained by mixing the hydrocarbon of the hydrocarbon supply unit 10 and the water vapor of the steam supply unit 20 to the heat regeneration system 40 .

상기 탄화수소는 천연가스(Natural Gas), 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG), 액화 석유 가스(Liquefied Petroleum Gas, LPG), 나프타(Naphtha), 휘발유, 디젤 등의 기상 또는 액상의 탄화수소를 포함할 수 있다. 다만 목적 또는 필요에 따라 메탄올, 에탄올 등의 알코올류 또는 글리세롤 등을 사용할 수도 있다. 상기 탄화수소가 액상인 경우에는 기화기를 거쳐 기체 상태로 만든 뒤 사용할 수 있다.The hydrocarbon may include gaseous or liquid hydrocarbons such as natural gas, liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), naphtha, gasoline, diesel, etc. can However, alcohols such as methanol and ethanol or glycerol may be used according to the purpose or necessity. When the hydrocarbon is liquid, it can be used after being made into a gaseous state through a vaporizer.

상기 탄화수소 공급부(10)는 상기 탄화수소를 혼합부(30)로 공급하는 탄화수소 공급라인(11)을 포함한다. The hydrocarbon supply unit 10 includes a hydrocarbon supply line 11 for supplying the hydrocarbon to the mixing unit 30 .

상기 탄화수소 공급라인(11)에는 압력 조절부(12), 탈황부(13) 및 전-개질기(Pre-Reformer, 14) 중 적어도 어느 하나가 설치될 수 있다. 이때, 상기 탄화수소 공급라인(11)에는 상기 탄화수소가 상기 압력 조절부(12), 탈황부(13) 및 전-개질기(14) 중 적어도 어느 하나에 선택적으로 유입될 수 있도록 각 구성의 전단 및 후단에 우회관(12a, 13a, 14a)이 구비될 수 있다. 본 발명은 탄화수소를 그 종류, 상태 등에 따라 압력 조절부(12), 탈황부(13), 전-개질기(14)를 선택적으로 거치도록 할 수 있으므로 불필요한 공정을 수행할 필요가 없다. 그에 따라 공정의 경제적 유용성을 향상시킬 수 있다.At least one of a pressure control unit 12 , a desulfurization unit 13 , and a pre-reformer 14 may be installed in the hydrocarbon supply line 11 . At this time, the hydrocarbon supply line 11 has the front and rear ends of each configuration so that the hydrocarbons can be selectively introduced into at least one of the pressure control unit 12 , the desulfurization unit 13 and the pre-reformer 14 . The bypass pipe (12a, 13a, 14a) may be provided. According to the present invention, hydrocarbons can be selectively passed through the pressure control unit 12, the desulfurization unit 13, and the pre-reformer 14 according to the type, state, etc., so there is no need to perform an unnecessary process. Accordingly, the economic usefulness of the process can be improved.

상기 수증기 공급부(20)는 수분 및/또는 수증기를 혼합부(30)로 공급하는 수증기 공급라인(21)을 포함한다.The water vapor supply unit 20 includes a water vapor supply line 21 for supplying moisture and/or water vapor to the mixing unit 30 .

상기 수증기 공급라인(21)에는 스팀발생부(22)가 설치되어 액상의 수분을 수증기로 변환시킬 수 있다. 다만 수분의 양이 적거나 없는 경우에는 원료가 상기 스팀발생부(22)를 우회할 수 있도록 상기 스팀발생부(22)의 전단과 후단에 우회관이 구비될 수 있다.A steam generator 22 is installed in the steam supply line 21 to convert liquid moisture into steam. However, when the amount of moisture is small or absent, bypass pipes may be provided at the front and rear ends of the steam generator 22 so that the raw material can bypass the steam generator 22 .

상기 혼합부(30)는 상기 탄화수소와 수증기를 포함하는 원료가스를 상기 열재생시스템(40)으로 공급한다. 이때 상기 원료가스의 탄소 대 수증기의 몰비(S/C molar ratio)는 1 : 2.5 ~ 4.0일 수 있다. 상기 탄소 대 수증기의 몰비가 1 : 2.5 미만이면, 수증기 부족으로 개질 촉매가 탄소에 의해 피독되어 성능이 저하될 수 있고, 1 : 4을 초과하면 과량의 수증기 주입으로 열 효율이 저하되는 문제가 있다.The mixing unit 30 supplies the raw material gas including the hydrocarbon and water vapor to the heat regeneration system 40 . In this case, the molar ratio of carbon to water vapor in the source gas (S/C molar ratio) may be 1: 2.5 to 4.0. If the molar ratio of carbon to water vapor is less than 1: 2.5, the reforming catalyst may be poisoned by carbon due to lack of water vapor and thus performance may be deteriorated, and if it exceeds 1: 4, there is a problem in that thermal efficiency is lowered due to excessive injection of water vapor. .

상기 혼합부(30)에는 후술할 제1 분리부(70)로부터 분리된 미반응 수증기가 유입되어 상기 원료가스와 혼합될 수 있다. 원료가스(정확히는 탄화수소)의 수증기 개질 반응, 개질가스의 수성가스전환반응이 완료된 뒤에 잔존하는 미반응 수증기를 분리하여 다시 원료가스에 공급함으로써, 본 발명에 따른 수소의 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있다.The unreacted water vapor separated from the first separation unit 70 to be described later may be introduced into the mixing unit 30 and mixed with the raw material gas. By separating the unreacted steam remaining after the steam reforming reaction of the source gas (to be precise, the hydrocarbon) and the water gas conversion reaction of the reformed gas and supplying it to the source gas again, the hydrogen production efficiency according to the present invention can be greatly improved. .

상기 원료가스는 열재생시스템(40)에 유입되어 예열되고, 상기 개질기(50)로 공급되어 수증기 개질 반응을 거치게 된다. 본 발명은 상기 원료가스의 예열 및 탄화수소의 수증기 개질 반응에 필요한 열을 상기 연소부(110)를 통해 공급하는 것을 특징으로 한다.The raw material gas is introduced into the heat regeneration system 40 to be preheated, and then supplied to the reformer 50 to undergo a steam reforming reaction. The present invention is characterized in that the heat required for the preheating of the raw material gas and the steam reforming reaction of hydrocarbons is supplied through the combustion unit 110 .

구체적으로 상기 연소부(110)는 외부에서 공급되는 연료 및 후술할 제2 분리부(90)로부터 분리된 미반응 탄화수소를 연소시켜 열을 발생시킨다. 상기 열은 개질기(50)에 공급되어 탄화수소의 수증기 개질 반응을 일으키고, 열재생시스템(40)에 공급되어 상기 원료가스를 예열시킨다.Specifically, the combustion unit 110 generates heat by burning fuel supplied from the outside and unreacted hydrocarbons separated from the second separation unit 90 to be described later. The heat is supplied to the reformer 50 to cause a steam reforming reaction of hydrocarbons, and is supplied to the heat regeneration system 40 to preheat the raw material gas.

상기 열재생시스템(40)으로 상기 원료가스를 예열시킴으로써, 상기 원료가스를 수증기 개질 반응에 적합한 온도로 승온시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 원료가스에 포함된 수증기가 상분리 없이 기화된 상태의 단일상을 유지할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 탄화수소의 수증기 개질 반응의 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.By preheating the raw material gas with the heat regeneration system 40, not only can the raw material gas be heated to a temperature suitable for the steam reforming reaction, but also a single phase in which the water vapor contained in the raw material gas is vaporized without phase separation be able to keep it Therefore, the efficiency of the steam reforming reaction of hydrocarbons can be further improved.

상기 개질기(50)는 예열된 원료가스를 공급받아 하기와 같은 탄화수소의 수증기 개질 반응을 일으키는 구성이다. 상기 개질기(50)에서 배출되는 개질가스는 적어도 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4) 및 수증기(H2O)를 포함할 수 있다.The reformer 50 is configured to cause a steam reforming reaction of hydrocarbons as described below by receiving the preheated raw material gas. The reformed gas discharged from the reformer 50 may include at least hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and water vapor (H 2 O).

CmHn + mH2O → mCO + (m+n/2)H2 --- (2)C m H n + mH 2 O → mCO + (m+n/2)H 2 --- (2)

CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O --- (3)CO + 3H 2 ↔ CH 4 + H 2 O --- (3)

CO + H2O ↔ CO2 + H2 --- (4)CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 --- (4)

상기 개질기(50)는 상기 원료가스를 개질 촉매 상에 접촉시키고 수증기 개질 반응을 일으켜 고농도의 수소 함유 가스인 합성가스를 생산한다. 상기 개질 촉매는 니켈(Nickel) 또는 루테늄(Ruthenium) 등의 금속을 알루미나(Alumina), 실리카(Silica) 그리고 마그네슘 알루미네이트(Magnesium Aluminate)등의 담체에 담지한 촉매 등을 포함할 수 있다.The reformer 50 contacts the raw material gas on the reforming catalyst and causes a steam reforming reaction to produce synthesis gas, which is a gas containing high concentration of hydrogen. The reforming catalyst may include a catalyst in which a metal such as nickel or ruthenium is supported on a carrier such as alumina, silica, and magnesium aluminate.

상기 탄화수소의 수증기 개질 반응의 수소 생성율을 높이기 위해 상기 개질기(50)의 온도를 600℃ 내지 900℃로 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 개질기(50)의 온도는 전술한 연소부(110)로부터 배출되는 열 및 연소가스로 조절할 수 있다. 상기 연소부(110)에서 배출되는 연소가스는 개질기(50) 및 열재생시스템(40)을 통과하여 후술할 수성가스전환부(60)로 유입되는데, 상기 개질기(50)의 온도를 위와 같이 조절하는 경우 상기 연소가스는 상기 개질기(50)를 통과하였을 때 그 온도가 800℃ 내지 850℃이고, 상기 열재생시스템(40)을 통과하였을 때 그 온도가 약 200℃ 내지 400℃이하로 냉각된 상태일 수 있다.In order to increase the hydrogen production rate of the steam reforming reaction of the hydrocarbon, it may be preferable to maintain the temperature of the reformer 50 at 600° C. to 900° C. The temperature of the reformer 50 may be adjusted by the heat and combustion gas discharged from the above-described combustion unit 110 . The combustion gas discharged from the combustion unit 110 passes through the reformer 50 and the heat regeneration system 40 and flows into the water gas conversion unit 60 to be described later, and the temperature of the reformer 50 is adjusted as above. In this case, when the combustion gas passes through the reformer 50, the temperature is 800° C. to 850° C., and when it passes through the heat regeneration system 40, the temperature is cooled to about 200° C. to 400° C. or less. can

상기 열재생시스템(40)과 상기 개질기(50)는 일체형 구조의 반응기일 수 있고, 상기 원료가스가 상기 열재생시스템(40)을 거쳐 상기 개질기(50)로 유입될 수 있도록 상기 반응기 내에서 상기 열재생시스템(40)과 상기 개질기(50)가 연통되어 구비될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고 상기 열재생시스템(40)과 상기 개질기(50)는 물리적으로 분리되어 있는 별도의 장치일 수도 있다.The heat regeneration system 40 and the reformer 50 may be a reactor of an integrated structure, and the source gas may be introduced into the reformer 50 through the heat regeneration system 40 within the reactor. The heat regeneration system 40 and the reformer 50 may be provided in communication with each other. However, the present invention is not limited thereto, and the heat regeneration system 40 and the reformer 50 may be separate devices physically separated from each other.

상기 연소부(110)에서 배출되는 연소가스의 흐름은 다음과 같다. 상기 연소가스는 탄화수소의 연소에 의해 발생되는 것으로써, 적어도 이산화탄소(CO2) 및 수증기(H2O)를 포함할 수 있다. The flow of combustion gas discharged from the combustion unit 110 is as follows. The combustion gas is generated by combustion of hydrocarbons , and may include at least carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O).

먼저 상기 연소가스는 전술한 바와 같이 개질기(40) 및 열재생시스템(50)을 통과하여 수성가스전환부(60)로 유입될 수 있다. 상기의 연소가스는 폐열을 회수한 다음 연소가스 중 이산화탄소는 이산화탄소 회수부(150)에서 분리된 다음에 이산화탄소 저장부(160)에 저장될 수 있다. 한편, 상기 연소가스 중 수증기는 후술할 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 수성가스전환반응에 참여하여 소비될 수 있다. First, the combustion gas may be introduced into the water gas conversion unit 60 through the reformer 40 and the heat regeneration system 50 as described above. After the combustion gas recovers waste heat, carbon dioxide in the combustion gas may be separated from the carbon dioxide recovery unit 150 and then stored in the carbon dioxide storage unit 160 . Meanwhile, water vapor in the combustion gas may be consumed by participating in a water gas conversion reaction of carbon monoxide (CO) included in the reformed gas to be described later.

다음으로 상기 연소가스는 개질기(50)를 거쳐 상기 전-개질기(14)를 통과함으로써, 탄화수소의 전개질 반응에 필요한 열을 공급할 수도 있다. 전-개질기(14)를 통과한 연소가스는 다시 연소부(110)로 유입될 수 있다.Next, the combustion gas passes through the reformer 50 and the pre-reformer 14 to supply heat necessary for the development of hydrocarbons. The combustion gas passing through the pre-reformer 14 may be introduced into the combustion unit 110 again.

위와 같이 본 발명에 따르면 외부로부터 유입된 연료에 의해 생성된 열량은 외부로 배출되지 않고 온실가스의 주성분인 이산화탄소는 분리 후 버퍼 탱크에 저장 후 CO2 처리장소로 이동되어 Blue 수소의 생산이 가능하고, 공정의 열 효율을 크게 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the amount of heat generated by the fuel introduced from the outside is not discharged to the outside, and carbon dioxide, which is the main component of the greenhouse gas, is separated and stored in a buffer tank and then moved to the CO 2 treatment place to produce blue hydrogen. , can greatly improve the thermal efficiency of the process.

상기 개질기(50)로부터 배출되는 개질가스는 수성가스전환부(60)로 유입된다. 상기 수성가스전환부(60)는 하기 화학식과 같이 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 수성가스전환반응을 일으켜 상기 일산화탄소로부터 수소를 생산한다.The reformed gas discharged from the reformer 50 is introduced into the water gas conversion unit 60 . The water gas conversion unit 60 produces hydrogen from the carbon monoxide by causing a water gas conversion reaction of carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas as shown in the following formula.

CO + H2O ↔ CO2 + H2 --- (4)CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 --- (4)

상기 수성가스전환부(60)에는 상기 개질가스 중의 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소 및 수소로 전환시키는 수성가스 전환촉매가 충전되어 있을 수 있다. 상기 수성가스 전환촉매는 동-아연(Cu-Zn-Al2O3 계 촉매) 및/또는 철-크롬(Fe2O3-Cr2O3계 촉매) 등의 산화물인 동(銅)계 촉매가 바람직하게 사용될 수 있다. 반응온도는 Cu-Zn-Al2O3 계 촉매의 경우 200℃ 내지 250℃ 그리고 Fe2O3-Cr2O3계 촉매의 경우 300℃ 내지 450℃가 사용된다.The water gas conversion unit 60 may be filled with a water gas conversion catalyst for converting carbon monoxide in the reformed gas with water into carbon dioxide and hydrogen. The water gas conversion catalyst is copper-zinc (Cu-Zn-Al 2 O 3 A copper-based catalyst which is an oxide such as iron-chromium (Fe 2 O 3 -Cr 2 O 3 catalyst) and/or iron-based catalyst) may be preferably used. The reaction temperature is Cu-Zn-Al 2 O 3 200° C. to 250° C. for a catalyst based on Fe 2 O 3 -Cr 2 O 3 For a catalyst based on 300° C. to 450° C. are used.

전술한 바와 같이 상기 수성가스전환부(60)에서 일어나는 수성가스전환반응에는 상기 연소부(110)로부터 기인한 연소가스 중의 수증기가 참여할 수 있다.Water vapor in the combustion gas resulting from the combustion unit 110 may participate in the water gas conversion reaction that occurs in the water gas conversion unit 60 as described above.

상기 수성가스전환부(60)는 수성가스전환반응의 생성물 중 이산화탄소를 분리하고, 상기 이산화탄소는 제1 이산화탄소 재생부(150)를 거쳐 제1 이산화탄소 저장부(160)에 저장될 수 있다. 본 발명은 전술한 바와 같이 원료가스의 전환효율을 극대화시키고 열재생시스템에 의해 공정 내 열 효율의 성능을 극대화하기 때문에 종래와 달리 개질기의 용량을 크게 줄일 수 있다. 이는 줄어든 개질기의 용량만큼의 공간을 확보한 것이고, 상기 공간을 이산화탄소 저장부로 활용할 수 있다는 의미이다. 즉, 이산화탄소를 외부로 배출하지 않고 저장할 수 있는바 전체적인 공정 상에서 이산화탄소는 외부로 배출이 없는 블루수소(Blue Hydrogen)의 생산공정 및 시스템이 본 발명의 또 하나의 특징이다.The water gas conversion unit 60 may separate carbon dioxide from the product of the water gas conversion reaction, and the carbon dioxide may be stored in the first carbon dioxide storage unit 160 through the first carbon dioxide regeneration unit 150 . As described above, the present invention maximizes the conversion efficiency of the raw material gas and maximizes the performance of the thermal efficiency in the process by the heat regeneration system, so that the capacity of the reformer can be greatly reduced unlike the prior art. This means that a space corresponding to the reduced capacity of the reformer is secured, and the space can be used as a carbon dioxide storage unit. That is, another feature of the present invention is the production process and system of blue hydrogen in which carbon dioxide is not emitted to the outside in the overall process as it can be stored without discharging carbon dioxide to the outside.

상기 수성가스전환부(60)의 후단에는 제1 분리부(70)가 구비될 수 있다. 상기 제1 분리부(70)는 상기 수성가스전환부(60)의 생성물로부터 미반응 H2O를 분리하여 전술한 바와 같이 이를 상기 원료 공급부의 혼합부(30)로 제공할 수 있다. 상기 미반응 H2O는 원료가스와 혼합되어 전술한 탄화수소의 수증기 개질 반응에 참여한다.A first separation unit 70 may be provided at the rear end of the water gas conversion unit 60 . The first separation unit 70 may separate unreacted H 2 O from the product of the water gas conversion unit 60 and provide it to the mixing unit 30 of the raw material supply unit as described above. The unreacted H 2 O is mixed with the raw material gas to participate in the steam reforming reaction of hydrocarbons described above.

상기 제1 분리부(70)에 의해 미반응 수증기가 분리된 생성물은 수소(H2), 메탄(CH4) 및 미량의 이산화탄소(CO2)를 포함할 수 있다. 이후 상기 생성물은 PSA부(80)로 공급된다. The product from which unreacted water vapor is separated by the first separation unit 70 may include hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), and a trace amount of carbon dioxide (CO 2 ). The product is then supplied to the PSA unit 80 .

상기 PSA부(80)는 흡착제를 사용하여 고농도의 수소 함유 가스 중 수소 이외의 불순한 가스를 흡착 제거함으로써 수소를 정제하는 구성이다.The PSA unit 80 is configured to purify hydrogen by adsorbing and removing impure gases other than hydrogen from the high-concentration hydrogen-containing gas using an adsorbent.

상기 PSA부(80)에 의해 분리된 수소는 제1 버퍼탱크(120), 압축기(130), 제2 버퍼탱크(14)를 거쳐 수소분배부(100)에 제공되고, 상기 수소분배부(100)는 상기 수소를 수소저장탱크(190)에 저장하거나, 적절한 수요처(200)에 공급할 수 있다.The hydrogen separated by the PSA unit 80 is provided to the hydrogen distribution unit 100 through the first buffer tank 120 , the compressor 130 , and the second buffer tank 14 , and the hydrogen distribution unit 100 . ) may be stored in the hydrogen storage tank 190, or may be supplied to an appropriate consumer (200).

상기 PSA부(80)의 Off-Gas는 연소부로 공급되어 연소용 연료로 사용되거나, 일부는 수소 가스의 순도를 높이기 위해 다시 PSA부(80)로 Recycle될 수 있고, 제2 분리기(90)를 사용하여 미반응 메탄과 CO2를 분리할 수 있다. 상기 제2 분리기(90)는 상기 PSA부(80)에서 배출되는 잔가스(Off-Gas)를 메탄(CH4)과 이산화탄소로 분리하는 구성이다. 상기 메탄은 상기 연소부(110)로 유입되는 연료와 혼합되어 연소되고, 상기 이산화탄소는 이산화탄소 재생부(150)를 거쳐 이산화탄소 저장부(160)에 저장된다.Off-Gas of the PSA unit 80 may be supplied to the combustion unit and used as fuel for combustion, or some may be recycled back to the PSA unit 80 to increase the purity of hydrogen gas, and the second separator 90 It can be used to separate unreacted methane and CO 2 . The second separator 90 is configured to separate off-gas discharged from the PSA unit 80 into methane (CH 4 ) and carbon dioxide. The methane is mixed with fuel flowing into the combustion unit 110 and burned, and the carbon dioxide is stored in the carbon dioxide storage unit 160 through the carbon dioxide regeneration unit 150 .

상기 블루수소 생산 시스템을 사용하여 수소를 얻는 공정은 다음과 같다.The process of obtaining hydrogen using the blue hydrogen production system is as follows.

먼저 원료가스의 흐름을 살펴보면, 탄화수소 공급부(10) 및 수증기 공급부(20)로부터 각각 공급된 탄화수소와 수증기는 혼합부(30)를 통해 열재생시스템(40)으로 유입된다. 상기 열재생시스템(40)에서 예열된 원료가스는 개질기(50)로 제공된다. 상기 개질기(50)에서 상기 원료가스 중의 탄화수소를 수증기 개질 반응시켜 수소(H2)를 고농도로 포함하는 합성가스를 생산한다. 상기 합성가스는 수성가스전환부(60)로 제공되고, 상기 수성가스전환부(60)는 상기 합성가스에 남아있는 일산화탄소 및 연소부(110)로부터 기인한 연소가스 중의 일산화탄소를 수성가스전환반응을 통하여 추가적인 수소(H2)를 생산한다. 이후 위 생성물에 잔존하는 미반응 수증기와 이산화탄소를 분리한 뒤, 상기 생성물을 PSA부로 제공하여 수소(H2)를 분리한다. 분리한 수소는 수소분배부(100)를 통해 저장하거나 특정 수요에 공급한다.First, looking at the flow of the raw material gas, the hydrocarbon and water vapor respectively supplied from the hydrocarbon supply unit 10 and the water vapor supply unit 20 are introduced into the heat regeneration system 40 through the mixing unit 30 . The raw material gas preheated in the heat regeneration system 40 is provided to the reformer 50 . In the reformer 50, the hydrocarbon in the raw material gas is subjected to a steam reforming reaction to produce a synthesis gas containing hydrogen (H 2 ) in a high concentration. The synthesis gas is provided to the water gas conversion unit 60, and the water gas conversion unit 60 adds carbon monoxide remaining in the synthesis gas and carbon monoxide in the combustion gas resulting from the combustion unit 110 through the water gas conversion reaction. Produces hydrogen (H 2 ). After separating unreacted water vapor and carbon dioxide remaining in the above product, the product is provided to the PSA unit to separate hydrogen (H 2 ). The separated hydrogen is stored through the hydrogen distribution unit 100 or supplied to a specific demand.

위 공정에서 필요한 열량은 연소부(110)를 통해 외부로부터 유입되는 연료 및 상기 제2 분리부(90)에서 분리된 메탄을 연소시켜 얻을 수 있다. 상기 연소부(110)로부터 배출되는 연소가스는 개질기(50), 열재생시스템(40)을 통과하여 폐열은 회수되고 CO2 풍부가스는 CO2 분리 공정에 의해 분리된 다음에 대기로 방출하지 않고 저장 후 CO2 처리장소로 이송 후 처리되는 것을 특징으로 한다.The amount of heat required in the above process may be obtained by burning the fuel introduced from the outside through the combustion unit 110 and the methane separated by the second separation unit 90 . The combustion gas discharged from the combustion unit 110 passes through the reformer 50 and the heat regeneration system 40 to recover waste heat, and the CO 2 rich gas is separated by a CO 2 separation process and then is not released to the atmosphere. After storage, it is characterized in that it is processed after being transferred to a CO 2 treatment place.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.As the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims The improved form is also included in the scope of the present invention.

10: 탄화수소 공급부 11: 탄화수소 공급라인 12: 압력조절부
13: 탈황부 14: 전-개질기 20: 수증기 공급부
21: 수증기 공급라인 22: 스팀 발생부 30: 혼합부
40: 열재생 시스템 50: 개질기 60: 수성가스전환부
70: 제1 분리부 80: PSA부 90: 제2 분리부
100: 수소 분배부 110: 연소부 120: 제 1 버퍼탱크
130: 압축기 140: 제 2 버퍼탱크
150: 이산화탄소 재생부 160: 이산화탄소 저장부
170: 이산화탄소 저장 및 전환시스템
180: 수소저장탱크 190: 수요처
10: hydrocarbon supply unit 11: hydrocarbon supply line 12: pressure control unit
13: desulfurization unit 14: pre-reformer 20: steam supply unit
21: steam supply line 22: steam generator 30: mixing unit
40: heat regeneration system 50: reformer 60: water gas conversion unit
70: first separation unit 80: PSA unit 90: second separation unit
100: hydrogen distribution unit 110: combustion unit 120: first buffer tank
130: compressor 140: second buffer tank
150: carbon dioxide regeneration unit 160: carbon dioxide storage unit
170: carbon dioxide storage and conversion system
180: hydrogen storage tank 190: customer

Claims (12)

적어도 탄화수소 및 수증기를 포함하는 원료가스를 공급하는 원료 공급부;
상기 원료가스의 전처리부;
상기 원료가스를 공급받아 예열하고, 상기 원료가스에 포함된 탄화수소의 수증기 개질 반응을 일으키는 개질기(Reformer);
상기 개질기로부터 배출되는 개질가스 중의 반응열 및 연소열을 회수하는 열재생시스템(Heat Recovery System, HRS);
상기 개질기로부터 배출되는 개질가스를 공급받아 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소의 수성가스전환반응(Water Gas Shift reaction)을 일으키는 수성가스전환부;
상기 수성가스전환부로부터 배출되는 생성물로부터 수소를 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption, PSA)부; 및
상기 PSA부의 후단에 위치하여 상기 수소를 저장하거나 특정 수요에 공급하는 수소분배부;를 포함하고,
적어도 탄화수소를 포함하는 연료를 연소시켜 상기 열재생시스템 및 개질기에 열을 제공하는 연소부를 포함하고,
연소가스 중의 이산화탄소(CO2)와 상기 PSA부로부터 배출되는 잔가스(off-gas) 중의 이산화탄소(CO2)를 대기로 방출하지 않고 분리 및 저장하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
a raw material supply unit for supplying a raw material gas containing at least hydrocarbons and water vapor;
a pre-processing unit of the raw material gas;
a reformer that receives and preheats the raw material gas and causes a steam reforming reaction of hydrocarbons included in the raw material gas;
a heat recovery system (HRS) for recovering reaction heat and combustion heat in the reformed gas discharged from the reformer;
a water gas conversion unit receiving the reformed gas discharged from the reformer and causing a water gas shift reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas;
PSA (Pressure Swing Adsorption, PSA) unit for separating hydrogen from the product discharged from the water gas conversion unit; and
A hydrogen distribution unit located at the rear end of the PSA unit to store the hydrogen or supply it to a specific demand;
and a combustion unit that burns fuel containing at least hydrocarbon to provide heat to the heat regeneration system and the reformer,
Carbon dioxide in the combustion gas (CO 2) and hydrogen gas production apparatus of glass (off-gas) separated without release into the atmosphere of carbon dioxide (CO 2) in the storage and characterized in that it is discharged from the PSA unit.
제1항에 있어서,
상기 원료 공급부는 탄화수소 공급부; 수증기 공급부; 및 상기 탄화수소 공급부의 탄화수소와 상기 수증기 공급부의 수증기를 혼합하여 얻은 원료가스를 상기 열재생시스템으로 공급하는 혼합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
According to claim 1,
The raw material supply unit is a hydrocarbon supply unit; water vapor supply; and a mixing unit for supplying a raw material gas obtained by mixing hydrocarbons of the hydrocarbon supply unit and water vapor of the steam supply unit to the thermal regeneration system.
제2항에 있어서,
상기 전처리부는 탄화수소의 종류에 따라 압력을 조절하는 압력 조절부; 탈황부; 및 전-개질기(Pre-Reformer) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수소 생산 장치.
3. The method of claim 2,
The pre-processing unit includes a pressure control unit for adjusting the pressure according to the type of hydrocarbon; desulfurization unit; And a hydrogen production device comprising at least one of a pre-reformer (Pre-Reformer).
제3항에 있어서,
상기 전처리부는 상기 탄화수소가 상기 압력 조절부, 탈황부 및 전-개질기 중 적어도 어느 하나에 선택적으로 유입될 수 있도록 우회관이 구비된 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
4. The method of claim 3,
The pretreatment unit is hydrogen production apparatus, characterized in that the hydrocarbon is provided with a bypass pipe to selectively introduce at least one of the pressure control unit, the desulfurization unit and the pre-reformer.
제1항에 있어서,
상기 열재생 시스템에 의해 예열된 상기 원료가스의 수증기는 상분리 없이 기화된 상태의 단일상을 유지하면서 상기 개질기로 유입되는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
According to claim 1,
The water vapor of the raw material gas preheated by the heat regeneration system is introduced into the reformer while maintaining a vaporized single phase without phase separation.
제1항에 있어서,
상기 열재생 시스템과 상기 개질기는 일체형 구조의 반응기이고, 상기 원료가스가 상기 열재생 시스템을 거쳐 상기 개질기로 유입될 수 있도록 상기 반응기 내에서 상기 열재생 시스템과 상기 개질기가 연통되어 구비된 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
According to claim 1,
The heat regeneration system and the reformer are reactors of an integrated structure, and the heat regeneration system and the reformer are provided in communication with the reformer in the reactor so that the raw material gas can be introduced into the reformer through the heat regeneration system. hydrogen production device.
제1항에 있어서,
상기 연소부에서 연료를 연소시켜 배출되는 연소가스는 개질기 및 열재생 시스템을 통과하여 수성가스전환부로 유입되는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
According to claim 1,
The combustion gas discharged by burning fuel in the combustion unit passes through a reformer and a heat regeneration system and is introduced into the water gas conversion unit.
제3항에 있어서,
상기 연소부에서 연료를 연소시켜 배출되는 연소가스는 개질기를 거쳐 전-개질기를 통과하여 상기 전-개질기에 열을 제공하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
4. The method of claim 3,
The combustion gas discharged by burning fuel in the combustion unit passes through a reformer and passes through the pre-reformer to provide heat to the pre-reformer.
제1항에 있어서,
상기 열재생 시스템에서 폐열이 회수된 연소가스에 포함된 이산화탄소는 이산화탄소(CO2) 회수부를 거쳐 분리되고, 이산화탄소 저장탱크에 저장되어 대기 중으로 배출되지 않는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
According to claim 1,
Carbon dioxide contained in the combustion gas from which waste heat is recovered in the heat regeneration system is separated through a carbon dioxide (CO 2 ) recovery unit, and is stored in a carbon dioxide storage tank and is not discharged into the atmosphere.
제2항에 있어서,
상기 수성가스전환부의 후단에 구비되어 상기 수성가스전환부의 생성물로부터 미반응 수증기를 분리하고, 이를 상기 혼합부로 공급하는 제 1 분리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
3. The method of claim 2,
It is provided at the rear end of the water gas conversion unit to separate the unreacted water vapor from the product of the water gas conversion unit, and hydrogen production apparatus, characterized in that it further comprises a first separation unit for supplying it to the mixing unit.
제9항에 있어서,
상기 PSA부에서 배출되는 잔가스(Off-gas)는 연소부에 유입되거나, 상기 개질기에 유입되거나, 상기 PSA부로 다시 유입되거나, 상기 PSA부 후단에 위치하는 제 2 분리부로 유입되는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
10. The method of claim 9,
Off-gas discharged from the PSA unit flows into the combustion unit, flows into the reformer, flows back into the PSA unit, or flows into the second separation unit located at the rear end of the PSA unit. hydrogen production device.
제11항에 있어서,
상기 제 2 분리부는 상기 잔가스를 탄화수소와 이산화탄소로 분리하고,
상기 탄화수소는 상기 연소부에 유입되고, 상기 이산화탄소는 이산화탄소 회수부를 거쳐 상기 이산화탄소 저장탱크에 저장되는 것을 특징으로 하는 수소 생산 장치.
12. The method of claim 11,
The second separator separates the residual gas into hydrocarbon and carbon dioxide,
The hydrocarbon is introduced into the combustion unit, and the carbon dioxide is stored in the carbon dioxide storage tank through the carbon dioxide recovery unit.
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