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KR102454095B1 - Continuous hydrogen storage apparatus using liquid organic hydrogen carrier - Google Patents

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KR102454095B1
KR102454095B1 KR1020200143576A KR20200143576A KR102454095B1 KR 102454095 B1 KR102454095 B1 KR 102454095B1 KR 1020200143576 A KR1020200143576 A KR 1020200143576A KR 20200143576 A KR20200143576 A KR 20200143576A KR 102454095 B1 KR102454095 B1 KR 102454095B1
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hydrogen
reaction
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손현태
조영석
한종희
김영천
신현아
이유진
김아름
박용하
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 액상유기물수소운반체(Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHCs)에 연속적으로 수소를 저장하기 위한 장치에 관한 것이다. 구체적으로 촉매가 충진된 반응부에 수소 및 액상유기물수소운반체(LOHCs)를 동시에 공급하여 상기 액상유기물수소운반체에 수소를 저장하는 장치이다. The present invention relates to an apparatus for continuously storing hydrogen in Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs). Specifically, it is a device for storing hydrogen in the liquid organic hydrogen carrier by supplying hydrogen and liquid organic hydrogen carriers (LOHCs) at the same time to the reaction part filled with the catalyst.

Description

액상유기물수소운반체를 이용한 연속식 수소저장장치{CONTINUOUS HYDROGEN STORAGE APPARATUS USING LIQUID ORGANIC HYDROGEN CARRIER}Continuous hydrogen storage device using liquid organic hydrogen carrier {CONTINUOUS HYDROGEN STORAGE APPARATUS USING LIQUID ORGANIC HYDROGEN CARRIER}

본 발명은 액상유기물수소운반체(Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHCs)에 연속적으로 수소를 저장하기 위한 장치에 관한 것이다. 구체적으로 촉매가 충진된 반응부에 수소 및 액상유기물수소운반체(LOHCs)를 동시에 공급하여 상기 액상유기물수소운반체에 수소를 저장하는 장치이다.The present invention relates to an apparatus for continuously storing hydrogen in Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs). Specifically, it is a device for storing hydrogen in the liquid organic hydrogen carrier by supplying hydrogen and liquid organic hydrogen carriers (LOHCs) at the same time to the reaction part filled with the catalyst.

화석에너지 자원의 고갈과 탄소 배출에 따른 다양한 에너지 및 환경 문제가 대두되면서 전 세계적으로 재생에너지의 이용을 확대하기 위한 시도가 증가할 것으로 예측된다. 그러나 재생에너지는 간헐적이고 예측이 어렵다는 단점이 있는 만큼, 대용량의 잉여전력을 저장할 수 있고, 장거리 운송이 가능해야 할 것이다. 이때, 저장된 에너지를 재사용할 수 있는 운반체가 반드시 요구되며, 그 운반체로써 수소가 주목 받고 있다.As various energy and environmental problems arise due to the depletion of fossil energy resources and carbon emission, attempts to expand the use of renewable energy worldwide are expected to increase. However, since renewable energy has the disadvantage of being intermittent and difficult to predict, it should be able to store a large amount of surplus power and enable long-distance transportation. At this time, a carrier capable of reusing the stored energy is absolutely required, and hydrogen is attracting attention as the carrier.

수소의 대용량 저장 및 장거리 운송을 위한 방법 중 하나가 액체유기수소운반체 (Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHCs)를 이용하는 것이다. LOHCs는 수소화/탈수소화 반응에 의해 가역적으로 수소를 저장/방출할 수 있으며, 높은 부피 및 무게 대비 수소저장용량이 탁월하다는 이점이 있다. 또한, 현재의 가솔린 인프라를 그대로 이용할 수 있을 만큼의 대규모 수소 저장과 효율적인 이동이 가능한 에너지 저장매체로 자리매김하고 있다.One of the methods for large-capacity storage and long-distance transport of hydrogen is to use Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs). LOHCs can store/release hydrogen reversibly by hydrogenation/dehydrogenation reaction, and have the advantage of excellent hydrogen storage capacity compared to high volume and weight. In addition, it is positioned as an energy storage medium that can store hydrogen on a large scale enough to use the current gasoline infrastructure as it is and move efficiently.

종래기술로는 일본에서 톨루엔(Toluene)을 이용한 수소저장 및 공급 방법을 연구 중이며, 독일에서는 디벤질톨루엔(Dibenzyltoluene) 기반의 화합물을 이용해 대량의 수소를 가역적으로 저장하는 시스템을 개발했다. 또한, 미국에서 에틸카바졸(N-ethylcarbazole)과 다이페닐옥사이드(diphenyl oxide)를 이용한 LOHCs를 개발한 바 있다.As a prior art, a method for storing and supplying hydrogen using toluene is being studied in Japan, and a system for reversibly storing a large amount of hydrogen using a compound based on dibenzyltoluene has been developed in Germany. In addition, LOHCs using ethylcarbazole and diphenyl oxide have been developed in the United States.

LOHCs를 이용하여 대용량으로 수소를 저장하는 반응기로는 회분식(Batch-type)을 주로 사용하고 있지만, 회분식은 고체-액체 분리를 위해서 반응기의 용량이 크다는 점과 촉매 입자들을 기계적으로 마찰시키는 교반기가 필요하다는 단점이 있다. 또한, 반응기 크기의 제한 때문에 지속적으로 반응물과 생성물의 교환을 위해서 반응기의 개폐가 필요하다. 이러한 결점을 보완하기 위하여 촉매가 충진된 고정층 반응기를 사용하는 연속식 반응기에 대한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 단위 촉매당 제품 생산량의 증대가 가능하기 때문에 대량 생산을 위한 방안으로 이 기술이 적용되고 있는 추세이다.A batch-type reactor is mainly used for large-capacity hydrogen storage using LOHCs, but the batch-type reactor requires a large capacity for solid-liquid separation and a stirrer that mechanically rubs the catalyst particles. There is a downside to that. In addition, due to the limitation of the size of the reactor, it is necessary to open and close the reactor for continuous exchange of reactants and products. In order to compensate for these drawbacks, technology development for a continuous reactor using a catalyst-filled fixed-bed reactor is being actively developed. In particular, since it is possible to increase the product production per unit catalyst, this technology is being applied as a method for mass production.

다만, LOHCs의 수소화 반응은 발열 반응이고, 그 결과 상당량의 열이 반응기 내에서 발생한다. 고정층 반응기는 일반적으로 온도 조절이 어렵기 때문에 더더욱 이를 LOHCs의 수소화 반응에 사용하면 반응기 내의 온도 편차가 커져 반응기의 효율이 떨어질 수 있다. 또한, 반응기 대형화 시, 내부 발열에 의해서 과열점이 생성되어 반응기의 장기 내구성과 운전시 안전에 악영향을 끼칠 수 있다. However, the hydrogenation reaction of LOHCs is an exothermic reaction, and as a result, a significant amount of heat is generated in the reactor. Since it is generally difficult to control the temperature of a fixed-bed reactor, if it is used for the hydrogenation of LOHCs, the temperature deviation within the reactor increases, which may decrease the efficiency of the reactor. In addition, when the reactor is enlarged, a hot spot is generated due to internal heat generation, which may adversely affect long-term durability of the reactor and safety during operation.

반응기 과열에 의한 또 다른 문제점으로는 촉매의 코킹이 있다. 높은 온도에서 탄화수소 분자의 열분해에 의해 촉매 표면상에서 코크(Coke)가 발생할 수 있고, 이는 촉매의 불활성화를 초래할 수 있다.Another problem with reactor overheating is coking of the catalyst. Coke may be generated on the catalyst surface by thermal decomposition of hydrocarbon molecules at high temperatures, which may lead to deactivation of the catalyst.

한국공개특허 제10-2010-0011930호Korean Patent Publication No. 10-2010-0011930 한국공개특허 제10-2006-0119948호Korean Patent Publication No. 10-2006-0119948 한국공개특허 제10-2007-0116263호Korean Patent Publication No. 10-2007-0116263 한국등록특허 제10-1845515호Korean Patent No. 10-1845515

본 발명은 촉매가 충진된 반응기에 유입되는 LOHC와 수소의 양을 조절하여 반응기 내의 액체의 높이 또는 압력을 제어할 수 있다. 이때, 반응기 내 압력을 10bar 이하로 유지해도 높은 수율을 얻을 수 있기 때문에 고압가스 안전관리법의 적용을 받지 않으면서 대량의 수소를 안전하게 저장할 수 있다. The present invention can control the height or pressure of the liquid in the reactor by controlling the amounts of LOHC and hydrogen flowing into the catalyst-filled reactor. At this time, since a high yield can be obtained even when the pressure in the reactor is maintained at 10 bar or less, a large amount of hydrogen can be safely stored without being subject to the high-pressure gas safety management method.

특히, 본 발명은 반응기 외부에 상변화 매체를 도입하여 수소의 저장 과정에서 발생하는 열을 효율적으로 관리함으로써 반응기 입출구 온도차를 제어할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In particular, an object of the present invention is to provide a device capable of controlling the temperature difference between the inlet and outlet of the reactor by efficiently managing the heat generated in the process of storing hydrogen by introducing a phase change medium to the outside of the reactor.

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 연속식 수소저장장치는 내부 공간을 구비하는 하우징, 상기 하우징에 수용되어 상기 하우징으로부터 일정 간격을 두고 이격되게 배치되고, 그 내부에 수소와 액상유기물수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC)의 반응을 촉진하는 촉매가 충전되어 있는 반응부, 상기 반응부에 수소를 공급하는 수소 공급부, 상기 반응부에 LOHC를 공급하는 LOHC 공급부 및 상기 반응부에서 배출된 생성물을 저장하는 저장부를 포함할 수 있다.A continuous hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention is a housing having an internal space, accommodated in the housing and spaced apart from the housing at a predetermined distance, and therein hydrogen and a liquid organic hydrogen carrier (Liquid organic) A reaction unit filled with a catalyst that promotes the reaction of a hydrogen carrier (LOHC), a hydrogen supply unit supplying hydrogen to the reaction unit, a LOHC supply unit supplying LOHC to the reaction unit, and storing the product discharged from the reaction unit It may include a storage unit.

상기 연속식 수소저장장치는 상기 하우징과 반응부의 사이 공간에 액체 상태의 상변화 매체가 저장되어 있고, 상기 반응부로부터 발생한 열에 의해 상기 액체 상태의 상변화 매체가 기화되어 상기 하우징의 나머지 내부 공간을 채우고 있는 것일 수 있다.In the continuous hydrogen storage device, a liquid phase change medium is stored in a space between the housing and the reaction unit, and the liquid phase change medium is vaporized by the heat generated from the reaction unit to vaporize the remaining internal space of the housing. It may be filling.

상기 하우징은 그 내벽 및 외벽 중 적어도 어느 하나에 구비된 단열부재를 더 포함할 수 있다.The housing may further include a heat insulating member provided on at least one of the inner wall and the outer wall.

상기 하우징은 액체 상태의 상변화 매체의 유입을 위한 유입구; 및 기체 상태의 상변화 매체의 배출을 위한 배출구를 포함할 수 있다.The housing includes an inlet for introducing a liquid phase change medium; and an outlet for discharging the gaseous phase change medium.

상기 상변화 매체는 물; 유기 용매인 다이페닐메탄 (diphenylmethane), 다우섬 (dowtherm), 말로섬 (marlotherm); 실리콘함유 탄화수소; 무기염류 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The phase change medium is water; organic solvents diphenylmethane, dowtherm, marlotherm; silicone-containing hydrocarbons; It may include at least one selected from the group consisting of inorganic salts and combinations thereof.

상기 반응부는 그 내부 공간의 일정 지점 간의 온도 편차가 10℃ 이하일 수 있다.The reaction unit may have a temperature deviation of 10° C. or less between certain points in the internal space.

상기 촉매는 촉매 금속이 지지체 상에 담지된 것이고, 상기 촉매 금속은 루테늄(Ru), 팔라듐 (Pd), 백금 (Pt), 로듐 (Rh), 이리듐 (Ir), 니켈 (Ni), 코발트 (Co), 구리 (Cu) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 지지체는 산화금속인 실리카 (SiO2), 알루미나(Al2O3), 란타늄이 도핑된 알루미나(La-Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화세륨(CeO2); 및 탄소기반인 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀; 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The catalyst is a catalyst metal supported on a support, the catalyst metal is ruthenium (Ru), palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), nickel (Ni), cobalt (Co) ), copper (Cu), and at least one selected from the group consisting of combinations, wherein the support is a metal oxide silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), lanthanum-doped alumina (La-) Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ); and carbon-based graphite, carbon nanotubes, and graphene; may include at least one of

상기 연속식 수소저장장치는 상기 하우징에 복수 개의 반응부가 수용되어 있는 것일 수 있다.The continuous hydrogen storage device may be one in which a plurality of reaction units are accommodated in the housing.

상기 반응부는 그 내부 공간이 격벽에 의해 2 이상의 공간으로 분리되어 있고, 각 공간에 촉매가 충진되어 있으며, 상기 격벽은 각 공간이 서로 연결되도록 관통 형성된 통공을 포함하는 것일 수 있다.The reaction unit may have an internal space divided into two or more spaces by a partition wall, a catalyst may be filled in each space, and the partition wall may include a through hole through which each space is connected to each other.

상기 연속식 수소저장장치는 상기 하우징 및 반응부를 포함하는 수소저장유닛을 복수 개로 포함하고, 상기 복수 개의 수소저장유닛이 직렬로 연결되어 있는 것일 수 있다.The continuous hydrogen storage device may include a plurality of hydrogen storage units including the housing and the reaction unit, and the plurality of hydrogen storage units may be connected in series.

상기 수소는 캐리어 가스와 함께 반응부에 공급될 수 있다.The hydrogen may be supplied to the reaction unit together with a carrier gas.

상기 반응부의 온도는 100℃ 내지 200℃일 수 있다.The temperature of the reaction part may be 100 °C to 200 °C.

상기 반응부의 압력은 10bar 내지 50bar일 수 있다.The pressure of the reaction part may be 10 bar to 50 bar.

상기 수소는 50mL/min 내지 300mL/min의 유속으로 상기 반응부에 공급될 수 있다.The hydrogen may be supplied to the reaction unit at a flow rate of 50 mL/min to 300 mL/min.

상기 수소는 50bar 내지 60bar의 압력으로 상기 반응부에 공급될 수 있다.The hydrogen may be supplied to the reaction unit at a pressure of 50 bar to 60 bar.

상기 수소는 150℃ 내지 200℃의 온도로 상기 반응부에 공급될 수 있다.The hydrogen may be supplied to the reaction unit at a temperature of 150 °C to 200 °C.

상기 LOHC는 0.05mL/min 내지 0.2mL/min의 유속으로 상기 반응부에 공급될 수 있다. The LOHC may be supplied to the reaction unit at a flow rate of 0.05 mL/min to 0.2 mL/min.

본 발명은 반응기 외부에 상변화 매체를 도입하여 수소 저장 공정 중 발생하는 열에 의한 상기 상변화 매체의 증발 및 응축을 이용해 상기 반응기의 온도를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the temperature of the reactor is uniformly controlled by introducing a phase change medium to the outside of the reactor and using evaporation and condensation of the phase change medium by heat generated during a hydrogen storage process.

본 발명은 반응기 내부에 격벽을 삽입하여 상기 반응기 내부에서 발생하는 편류 현상을 줄이는 동시에 고체-기체-액체의 3상 반응을 효과적으로 일으켜 높은 수율로 수소화 반응물을 얻는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that by inserting a partition wall into the reactor, the drift phenomenon occurring inside the reactor is reduced, and at the same time, a solid-gas-liquid three-phase reaction is effectively caused to obtain a hydrogenated reactant in high yield.

본 발명은 수소저장유닛을 복수 개로 직렬 연결하여 더 많은 양의 수소를 LOHC에 저장하는 것을 특징으로 한다. 결과적으로 기존의 회분식 반응기 대비 대량의 수소를 LOHC에 저장할 수 있으므로 향후 1 Nm3(H2)- 100 Nm3(H2)급 수소 저장 장치의 제조에 도움을 줄 수 있다.The present invention is characterized in that a greater amount of hydrogen is stored in the LOHC by connecting a plurality of hydrogen storage units in series. As a result, a large amount of hydrogen can be stored in the LOHC compared to the conventional batch reactor, so it can help in the manufacture of a 1 Nm 3 (H 2 )-100 Nm 3 (H 2 ) class hydrogen storage device in the future.

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 연속식 수소저장장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 수소저장유닛을 도시한 것이다.
도 3은 상기 수소저장유닛에 포함된 격벽을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예1에서 반응부의 압력을 조절하여 LOHC 수소화 반응의 전환율을 측정한 결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예1에서 LOHC의 유속을 조절하여 LOHC 수소화 반응의 전환율을 측정한 결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예2에서 수소저장유닛의 각 지점의 시간에 따른 온도를 측정한 결과이다.
도 7은 본 발명의 실시예3에서 루테늄(Ru)을 알루미나(Al2O3)에 담지한 촉매를 사용할 때의 LOHC 수소화 반응의 전환율을 측정한 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시예3에서 루테늄(Ru)과 조촉매인 산화란탄(LaOx)을 알루미나(Al2O3)에 담지한 촉매를 사용할 때의 LOHC 수소화 반응의 전환율을 측정한 결과이다.
1 shows a continuous hydrogen storage device according to the present invention.
2 shows a hydrogen storage unit according to the present invention.
3 shows a partition wall included in the hydrogen storage unit.
4 is a result of measuring the conversion rate of the LOHC hydrogenation reaction by controlling the pressure of the reaction part in Example 1 of the present invention.
5 is a result of measuring the conversion rate of the LOHC hydrogenation reaction by controlling the flow rate of the LOHC in Example 1 of the present invention.
6 is a result of measuring the temperature according to time at each point of the hydrogen storage unit in Example 2 of the present invention.
7 is a result of measuring the conversion rate of the LOHC hydrogenation reaction when using a catalyst in which ruthenium (Ru) is supported on alumina (Al 2 O 3 ) in Example 3 of the present invention.
8 is a result of measuring the conversion rate of the LOHC hydrogenation reaction when using a catalyst in which ruthenium (Ru) and lanthanum oxide (LaO x ) as a promoter are supported on alumina (Al 2 O 3 ) in Example 3 of 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 subject matter may be thorough and complete, and that 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 명세서상에 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 "directly under" another part, but also cases where there is another part in between.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 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 범 위의 최소값으로부터 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, polymer compositions and formulations used herein include, among other things, the numbers, values and/or expressions such that these numbers essentially occur in obtaining such values, among others. Since they are approximations reflecting various uncertainties in the measurement, it should be understood as being modified by the term "about" in all cases. Also, where the disclosure discloses numerical ranges, 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 연속식 수소저장장치를 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 연속식 수소저장장치는 액상유기물수소운반체(LOHC)와 수소를 반응시켜 상기 LOHC에 수소를 저장하는 수소저장유닛(100), 상기 수소저장유닛(100)에 수소를 공급하는 수소 공급부(200), 상기 수소저장유닛(100)에 LOHC를 공급하는 LOHC 공급부(300) 및 상기 수소저장유닛(100)에서 배출된 생성물을 저장하는 저장부(400)를 포함한다.1 shows a continuous hydrogen storage device according to the present invention. Referring to this, the continuous hydrogen storage device is a hydrogen storage unit 100 that stores hydrogen in the LOHC by reacting a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) with hydrogen, and hydrogen that supplies hydrogen to the hydrogen storage unit 100 It includes a supply unit 200 , a LOHC supply unit 300 for supplying LOHC to the hydrogen storage unit 100 , and a storage unit 400 for storing the product discharged from the hydrogen storage unit 100 .

도 2는 상기 수소저장유닛(100)을 개략적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 수소저장유닛(100)은 내부 공간을 구비하는 하우징(110); 상기 하우징(110)에 수용되어 상기 하우징(110)으로부터 일정 간격을 두고 이격되게 배치되고 그 내부에 수소와 LOHC의 반응을 촉진하는 촉매(121)가 충진되어 있는 반응부(120); 및 상기 하우징(110)과 반응부(120) 사이 공간에 저장된 상변화 매체(130)를 포함한다.2 schematically shows the hydrogen storage unit 100 . Referring to this, the hydrogen storage unit 100 includes a housing 110 having an internal space; a reaction unit 120 accommodated in the housing 110 and spaced apart from the housing 110 at a predetermined distance and filled with a catalyst 121 that promotes a reaction between hydrogen and LOHC; and a phase change medium 130 stored in a space between the housing 110 and the reaction unit 120 .

상기 하우징(110)은 상기 내부 공간을 형성하는 본체(111) 및 상기 본체(111)의 내벽 및 외벽 중 적어도 어느 하나에 구비된 단열부재(112)를 포함할 수 있다.The housing 110 may include a main body 111 forming the inner space and a heat insulating member 112 provided on at least one of an inner wall and an outer wall of the main body 111 .

상기 본체(111)의 형상, 크기 등은 특별히 제한되지 않고 상기 반응부(120)를 수용할 수 있고, 후술할 상변화 매체(130)를 적정량으로 저장할 수 있는 정도의 형상, 크기로 구비될 수 있다.The shape and size of the main body 111 is not particularly limited, and it can accommodate the reaction unit 120 and can be provided in a shape and size sufficient to store the phase change medium 130 to be described later in an appropriate amount. have.

상기 단열부재(112)는 상기 하우징(110)의 내부와 외부의 열교환을 조절해주는 부분이다. 반응 시 발생하는 발열을 열매체 상변화 매체가 충분히 제거하지 못하면, 단열부재(112)의 두께를 줄이고 반응기 외부에 냉각기를(미도시) 설치할 수 있다. 냉각기의 위치, 형태는 특별히 제한되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 장치라면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 따라서 후술할 바와 같이 상변화 매체(130)에 의한 상기 반응부(120)의 온도 조절이 보다 용이해 진다.The heat insulating member 112 is a part for controlling heat exchange between the inside and outside of the housing 110 . If the heat medium phase change medium does not sufficiently remove the heat generated during the reaction, the thickness of the heat insulating member 112 may be reduced and a cooler (not shown) may be installed outside the reactor. The position and shape of the cooler are not particularly limited, and any device generally used in the technical field to which the present invention pertains may be used. Therefore, as will be described later, the temperature control of the reaction unit 120 by the phase change medium 130 becomes easier.

상기 반응부(120)는 상기 하우징(110), 구체적으로는 본체(111)와 일정 간격을 두고 이격되게 배치된다. 상기 하우징(110)과 상기 반응부(120) 사이의 공간에는 상변화 매체(130)가 구비된다. 상기 상변화 매체(130)에 대해서는 후술한다.The reaction unit 120 is disposed to be spaced apart from the housing 110 , specifically, the main body 111 at a predetermined interval. A phase change medium 130 is provided in a space between the housing 110 and the reaction unit 120 . The phase change medium 130 will be described later.

상기 반응부(120)는 관형 반응기(Tubular reactor)이고, 그 중에서도 고정층 반응기(Fixed bed reactor)일 수 있다. 상기 반응부(120)에는 LOHC의 수소화 반응을 촉진하는 촉매(121)가 충진되어 있을 수 있다.The reaction unit 120 may be a tubular reactor, and among them, a fixed bed reactor. The reaction unit 120 may be filled with a catalyst 121 that promotes the hydrogenation reaction of the LOHC.

상기 촉매(121)는 촉매 금속이 지지체 상에 담지된 것일 수 있다. The catalyst 121 may have a catalyst metal supported on a support.

상기 촉매 금속은 Ru, Pd, Pt, Rh, Ir, Ni, Co, Cu 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The catalyst metal may include at least one selected from the group consisting of Ru, Pd, Pt, Rh, Ir, Ni, Co, Cu, and combinations thereof.

상기 지지체는 산화금속인 실리카 (SiO2), 알루미나(Al2O3), 란타늄이 도핑된 알루미나(La-Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화세륨(CeO2); 및 탄소기반인 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀; 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 란타늄이 도핑된 알루미나는 지지체인 알루미나에 조촉매인 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 (특히, 란타늄) 포함하는 물질을 담지한 것일 수 있다.The support is a metal oxide silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), lanthanum-doped alumina (La-Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ); and carbon-based graphite, carbon nanotubes, and graphene; may include at least one of The lanthanum-doped alumina may be one in which a material containing alkali metals and alkaline earth metals (particularly, lanthanum) as promoters (particularly, lanthanum) is supported on alumina as a support.

상기 반응부(120)는 그 내부 공간이 격벽(122)에 의해 2 이상의 공간으로 분리되어 있고, 각 공간에 촉매(121)가 충진되어 있는 것일 수 있다. In the reaction unit 120 , an inner space thereof is divided into two or more spaces by a partition wall 122 , and each space may be filled with a catalyst 121 .

도 3은 상기 격벽(122)을 도시한 것이다. 이를 참조하면, 상기 격벽(122)은 반응부(120)의 분리된 각 공간이 서로 연결되도록 관통 형성된 복수 개의 통공(122a)을 포함할 수 있다.3 illustrates the partition wall 122 . Referring to this, the partition wall 122 may include a plurality of through-holes 122a formed so that each of the separated spaces of the reaction unit 120 is connected to each other.

상기 격벽(122)은 상기 반응부(120) 내부의 편류 현상(Channeling)을 감소시켜 상기 반응부(120) 내에서 촉매(고체)-LOHC(액체)-수소(기체)의 3상 반응이 좀 더 효과적으로 일어날 수 있도록 한다. 결과적으로 LOHC의 수소화 반응의 전환율이 높아질 수 있다.The partition wall 122 reduces the drift phenomenon (channeling) inside the reaction unit 120 so that the three-phase reaction of catalyst (solid)-LOHC (liquid)-hydrogen (gas) in the reaction unit 120 is slightly make it happen more effectively. As a result, the conversion rate of the hydrogenation reaction of LOHC can be high.

상기 반응부(120)는 상기 하우징(110) 내에 복수 개로 수용될 수 있다. 도 2는 2개의 반응부(120)가 하우징(110)에 수용되어 있는 것을 도시한 것이나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고 더 많이 수용될 수도 있다. 복수 개의 반응부(120)에는 개별적으로 수소, LOHC 등의 원료가 유입되어 LOHC의 수소화 반응이 일어날 수 있다.A plurality of the reaction units 120 may be accommodated in the housing 110 . 2 illustrates that the two reaction units 120 are accommodated in the housing 110, the present invention is not limited thereto, and more may be accommodated. Raw materials such as hydrogen and LOHC may be individually introduced into the plurality of reaction units 120 to cause hydrogenation of the LOHC.

상기 상변화 매체(130)는 상기 하우징(110)과 반응부(120) 사이에서 액체 상태(130a)와 기체 상태(130b)로 존재할 수 있다. 구체적으로 상기 하우징(110)과 반응부(120)의 사이 공간에 액체 상태의 상변화 매체(130a)가 저장되어 있고, 상기 반응부(120)로부터 발생한 열에 의해 상기 액체 상태의 상변화 매체(130a)가 기화되어 기체 상태의 상변화 매체(130b)로 상기 하우징(110)의 나머지 내부 공간을 채우고 있을 수 있다.The phase change medium 130 may exist in a liquid state 130a and a gaseous state 130b between the housing 110 and the reaction unit 120 . Specifically, a liquid phase change medium 130a is stored in a space between the housing 110 and the reaction unit 120 , and the liquid phase change medium 130a is generated by heat generated from the reaction unit 120 . ) may be vaporized to fill the remaining internal space of the housing 110 with the gaseous phase change medium 130b.

상기 반응부(120)로 특정 온도의 수소 및 LOHC가 유입되면 촉매(121)의 존재 하에서 발열 반응인 LOHC의 수소화 반응이 일어난다. 상기 수소화 반응에 의해 발생하는 열은 상기 반응부(120) 주변의 상변화 매체(130a)의 증발 잠열로 이용되어 상기 반응부(120)의 내부 온도가 균일하게 유지될 수 있다. 여기서, "증발 잠열"은 상기 액체 상태의 상변화 매체(130a)가 온도의 변화 없이 기체 상태의 상변화 매체(130b)로 변할 때 흡수되는 열로 정의할 수 있다. 상기 반응부(120)로부터 발생하는 열은 액체 상태의 상변화 매체(130a)로 전달될 수 있다. 기체화된 상변화 매체는 반응기 상부 즉 반응물이 유입되는 곳으로 자연대류에 의해 이동해서 반응물의 예열(preheating)에 사용될 수 있다. 이러한 방식의 열순환을 통해서 반응기의 온도가 균일화된다. 여기서 상변화 매체의 양은 목표 반응기 온도와 반응열의 발생속도에 따라서 바뀔 수 있다. 상변화 매체의 양이 너무 적거나 많으면 상변화에 의해서 제거되는 반응열이 제거되는 현상과 자연대류가 억제되어서 반응기의 온도 및 압력 제어 및 균일화가 어려울 수 있다. When hydrogen and LOHC at a specific temperature are introduced into the reaction unit 120 , an exothermic reaction of hydrogenation of LOHC occurs in the presence of the catalyst 121 . Heat generated by the hydrogenation reaction may be used as latent heat of evaporation of the phase change medium 130a around the reaction unit 120 to maintain a uniform internal temperature of the reaction unit 120 . Here, "latent heat of evaporation" may be defined as heat absorbed when the phase change medium 130a in the liquid state changes to the phase change medium 130b in the gaseous state without a change in temperature. Heat generated from the reaction unit 120 may be transferred to the phase change medium 130a in a liquid state. The vaporized phase change medium can be used for preheating the reactants by moving by natural convection to the top of the reactor, that is, where the reactants are introduced. Through this type of thermal circulation, the temperature of the reactor is equalized. Here, the amount of the phase change medium may be changed according to the target reactor temperature and the rate of generation of reaction heat. If the amount of the phase change medium is too small or too large, the phenomenon in which the heat of reaction removed by the phase change is removed and natural convection are suppressed, so it may be difficult to control and equalize the temperature and pressure of the reactor.

또한, 도 1과 같이 각 수소저장유닛(100)을 상변화 매체를 저장하고 있는 상변화 매체 저장부(500)와 연결하고, 상기 상변화 매체(130a)의 수위, 온도 등의 파라미터, 반응부(120)의 반응열 발생량 등을 실시간으로 측정하여 그 결과에 따라 상기 하우징(110)에 상변화 매체(130a)를 공급하도록 제어할 수도 있다. 그에 따라 반응부(120)의 가변 부하 시에도 원하는 온도 및 압력으로 제어를 할 수 있다. 상기 상변화 매체(130a)의 수위나 온도, 반응부(120)의 반응열 발생량 등은 각각의 파라미터를 감지할 수 있는 센서(미도시)를 설치하여 측정할 수 있다. 상기 센서의 측정값에 따른 상변화 매체 저장부(500)의 개폐 등은 수동으로 할 수도 있고, 별도의 제어부(미도시)를 통해 자동으로 할 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 1 , each hydrogen storage unit 100 is connected to the phase change medium storage unit 500 storing the phase change medium, and parameters such as the water level and temperature of the phase change medium 130a, the reaction unit It is also possible to control the amount of reaction heat generated by 120 to be measured in real time and to supply the phase change medium 130a to the housing 110 according to the result. Accordingly, it is possible to control the desired temperature and pressure even when the variable load of the reaction unit 120 is performed. The water level or temperature of the phase change medium 130a, the amount of reaction heat generated by the reaction unit 120, etc. may be measured by installing a sensor (not shown) capable of detecting each parameter. The opening and closing of the phase change medium storage unit 500 according to the measured value of the sensor may be performed manually or automatically through a separate control unit (not shown).

결과적으로 상기 반응부(120)에서 국부적으로 발생하는 열은 액체 상태의 상변화 매체(130a)의 증발 잠열로 흡수되기 때문에 상기 반응부(120)의 온도를 그 내부 공간의 일정 지점 간의 온도 편차가 10℃ 이하로 조절할 수 있다.As a result, since the heat generated locally in the reaction unit 120 is absorbed as latent heat of evaporation of the phase change medium 130a in the liquid state, the temperature of the reaction unit 120 is adjusted to a temperature deviation between certain points in the internal space. It can be adjusted below 10℃.

상기 상변화 매체(130a)의 저장량은 특별히 제한되지 않으나, 적어도 상기 반응부(120)의 외부 면적의 1/4, 또는 1/3, 또는 1/2 이상과 접하도록 상기 하우징(110)과 상기 반응부(120) 사이의 공간에 저장되어 있을 수 있다. 상기 상변화 매체(130a)의 저장량은 반응열의 발생양에 따라 가변적으로 바꿀 수 있다.The storage amount of the phase change medium 130a is not particularly limited, but the housing 110 and the It may be stored in a space between the reaction units 120 . The storage amount of the phase change medium 130a may be variably changed according to the amount of reaction heat generated.

상기 하우징(110)은 액체 상태의 상변화 매체(130a)의 유입을 위한 유입구(113) 및 기체 상태의 상변화 매체(130b)의 배출을 위한 배출구(114)를 포함할 수 있다. 상기 수소저장유닛(100)은 상기 상변화 매체(130a, 130b)의 유입 및 배출의 흐름이 있는 상태, 흐름이 없는 상태, 또는 흐름-비흐름을 번갈아 조절하는 상태로 운전될 수 있다. 상기 상변화 매체(130a, 130b)의 유입 및 배출을 결정 및 조절하기 위해 상기 하우징(110)의 내벽 및/또는 상기 반응부(120)의 외벽을 따라 온도 센서(미도시)를 설치할 수 있다.The housing 110 may include an inlet 113 for introducing the liquid phase change medium 130a and an outlet 114 for discharging the gaseous phase change medium 130b. The hydrogen storage unit 100 may be operated in a state in which there is a flow of inflow and outflow of the phase change medium 130a and 130b, a state in which there is no flow, or a state in which flow-non-flow is alternately adjusted. A temperature sensor (not shown) may be installed along the inner wall of the housing 110 and/or the outer wall of the reaction unit 120 to determine and control the inflow and outflow of the phase change media 130a and 130b.

상기 액체 상태의 상변화 매체(130a)는 물, 유기용매, 실리콘함유 탄화수소, 무기염류 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The liquid phase change medium 130a may include at least one selected from the group consisting of water, an organic solvent, silicon-containing hydrocarbons, inorganic salts, and combinations thereof.

상기 유기용매는 특별히 제한되지 않으나, 다이페닐메탄, 다우섬, 말로섬 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The organic solvent is not particularly limited, but may include at least one selected from the group consisting of diphenylmethane, dowsum, malosom, and combinations thereof.

본 발명에 따른 연속식 수소저장장치는 상기 하우징(110), 반응부(120) 및 상변화 매체(130)를 포함하는 수소저장유닛(100)을 복수 개로 포함하는 것일 수 있다. 복수 개의 상기 수소저장유닛(100)들은 서로 직렬/병렬로 연결되어 있을 수 있다. 여기서, '직렬로 연결된다.'라는 것은 전단의 수소저장유닛의 배출물이 후단의 수소저장유닛에 유입되는 연결 관계를 의미한다. '병렬로 연결된다.'라는 것은 분배기에 의해서 다중 수소저장유닛으로 반응물이 공급됨을 의미한다. 복수 개의 수소저장유닛(100)을 직렬/병렬 연결하여 더 많은 양의 수소를 LOHC에 저장할 수 있다.The continuous hydrogen storage device according to the present invention may include a plurality of hydrogen storage units 100 including the housing 110 , the reaction unit 120 , and the phase change medium 130 . A plurality of the hydrogen storage units 100 may be connected to each other in series/parallel. Here, 'connected in series' means a connection relationship in which the discharge of the hydrogen storage unit of the front stage flows into the hydrogen storage unit of the rear stage. 'Connected in parallel' means that the reactants are fed to multiple hydrogen storage units by a distributor. A plurality of hydrogen storage units 100 may be connected in series/parallel to store a larger amount of hydrogen in the LOHC.

본 발명은 상기 반응부(120)의 온도를 100℃ 내지 200℃로 유지하고, 압력을 10bar 내지 50bar로 조절하여 LOHC의 수소화 반응을 일으키는 것을 특징으로 한다. 기존 회분식 반응기와 달리, 두 개의 반응물 (수소 및 LOHC)과 촉매의 접촉이 극대화될 수 있는 연속수소화 반응기를 구성하여서 10bar 이하에서도 수소화가 이루어졌다. 이는 고압가스 안전관리법의 적용을 받지 않기 때문에, 반응기 제작, 인증, 운영에 큰 이점이 있다.The present invention is characterized in that the hydrogenation reaction of the LOHC is caused by maintaining the temperature of the reaction unit 120 at 100° C. to 200° C. and adjusting the pressure to 10 bar to 50 bar. Unlike the conventional batch reactor, hydrogenation was performed even at 10 bar or less by configuring a continuous hydrogenation reactor in which the contact between the two reactants (hydrogen and LOHC) and the catalyst can be maximized. Since this is not subject to the High-Pressure Gas Safety Management Act, there is a great advantage in reactor manufacturing, certification, and operation.

상기 반응부(120)의 온도와 압력은 상기 반응부(120)로 유입되는 수소 및/또는 LOHC의 유량, 압력, 온도 등으로 조절할 수 있다. 반응기 초기 시동 (start-up)과 가변부하 시 반응기 일분의 온도 저하를 막기 위해서 추가 히터(미도시)가 설치될 수 있다. 또한, 반응기 내부의 압력을 변화시키기 위해서 압력 조절기가 설치될 수 있다. 추가로 상변화 매체의 저장량을 조절함으로써, 상변화 매체 저장용기의 압력과 온도를 조절할 수 있다.The temperature and pressure of the reaction unit 120 may be adjusted by the flow rate, pressure, temperature, etc. of hydrogen and/or LOHC flowing into the reaction unit 120 . An additional heater (not shown) may be installed in order to prevent a temperature drop for one minute of the reactor during initial startup (start-up) and variable load. In addition, a pressure regulator may be installed to change the pressure inside the reactor. In addition, by adjusting the storage amount of the phase change medium, it is possible to control the pressure and temperature of the phase change medium storage container.

상기 수소 공급부(200)는 수소 공급관(201)을 통해 수소를 상기 반응부(120)에 제공하는 구성이다.The hydrogen supply unit 200 is configured to provide hydrogen to the reaction unit 120 through the hydrogen supply pipe 201 .

상기 수소는 50mL/min 내지 300mL/min의 유속, 50bar 내지 60bar의 압력, 150℃ 내지 200℃의 온도로 공급될 수 있다.The hydrogen may be supplied at a flow rate of 50 mL/min to 300 mL/min, a pressure of 50 bar to 60 bar, and a temperature of 150° C. to 200° C.

한편, 상기 수소는 캐리어 가스와 함께 공급될 수도 있다. 상기 캐리어 가스는 질소(N2)일 수 있다. 상기 캐리어 가스는 캐리어 가스 공급부(500)로부터 캐리어 가스 공급관(501)을 통해 상기 수소와 혼합되어 이동할 수 있다.Meanwhile, the hydrogen may be supplied together with a carrier gas. The carrier gas may be nitrogen (N 2 ). The carrier gas may be mixed with the hydrogen from the carrier gas supply unit 500 through the carrier gas supply pipe 501 to move.

상기 LOHC 공급부(300)는 LOHC 공급관(301)을 통해 LOHC를 상기 반응부(120)에 제공하는 구성이다. 액체 상태의 LOHC의 이동에 필요한 동력은 펌프(302)로부터 얻을 수 있다.The LOHC supply unit 300 is configured to provide LOHC to the reaction unit 120 through the LOHC supply pipe 301 . Power required to move the LOHC in the liquid state may be obtained from the pump 302 .

상기 LOHC는 0.05mL/min 내지 0.2mL/min의 유속으로 공급될 수 있다.The LOHC may be supplied at a flow rate of 0.05 mL/min to 0.2 mL/min.

상기 LOHC는 수소를 저장할 수 있는 액상의 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 LOHC는 바이페닐(Biphenyl), 디페닐메탄(Diphenylmethane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The LOHC is not particularly limited as long as it is a liquid material capable of storing hydrogen. For example, the LOHC may include at least one selected from the group consisting of biphenyl, diphenylmethane, and combinations thereof.

상기 수소와 LOHC는 반응부(120)에 유입되기 전 혼합되어 제공될 수 있다. 또한, 상기 수소와 LOHC의 혼합물이 이동하는 유입관에 열교환기(HT)를 설치하여 상기 혼합물의 온도를 조절할 수도 있다.The hydrogen and LOHC may be mixed and provided before being introduced into the reaction unit 120 . In addition, the temperature of the mixture may be controlled by installing a heat exchanger (HT) in the inlet pipe through which the mixture of hydrogen and LOHC moves.

상기 반응부(120)로 유입된 수소와 LOHC는 상기 반응부(120)에 충진된 촉매(121)의 존재 하에서 서로 반응하여 상기 수소가 LOHC에 저장된다.Hydrogen introduced into the reaction unit 120 and the LOHC react with each other in the presence of the catalyst 121 charged in the reaction unit 120 , and the hydrogen is stored in the LOHC.

상기 반응부(120)로부터 배출된 생성물은 최종적으로 저장부(400)에 보관된다. The product discharged from the reaction unit 120 is finally stored in the storage unit 400 .

상기 저장부(400)는 상기 생성물을 저장하는 저장탱크(401)를 포함할 수 있다. 상기 생성물은 수소화된 LOHC, 잔여 수소 및 부반응물 등을 포함할 수 있다. 상기 수소화된 LOHC는 필요한 사용처에 제공될 수 있고, 수소 및 부반응물은 외부로 배출(Vent)될 수 있다.The storage unit 400 may include a storage tank 401 for storing the product. The product may include hydrogenated LOHC, residual hydrogen and side reactants, and the like. The hydrogenated LOHC may be provided to a required place of use, and hydrogen and side reactants may be vented to the outside.

한편, 상기 잔여 수소는 부반응물과 분리되어 순환관(402)을 통해 상기 반응부(120)로 유입되기 전의 수소, LOHC 등의 원료와 혼합 및 순환될 수 있다.Meanwhile, the residual hydrogen may be mixed and circulated with raw materials such as hydrogen and LOHC before being separated from the side reactants and introduced into the reaction unit 120 through the circulation pipe 402 .

이하 실시예를 통해 본 발명의 다른 형태를 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described in more detail through Examples. The following examples are only examples to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예1Example 1

도 1과 같은 연속식 수소저장장치를 구현하였다. LOHC로는 바이페닐과 디페닐메탄을 혼합한 것을 사용하였고, 도 2와 같은 수소저장유닛 2개를 직렬로 연결하였다. 반응부에 충진된 촉매는 촉매 금속인 루테늄(Ru)과 조촉매인 산화란탄(LaOx)이 알루미나(Al2O3)에 담지된 것을 30g 사용하였다.A continuous hydrogen storage device as shown in FIG. 1 was implemented. A mixture of biphenyl and diphenylmethane was used as the LOHC, and two hydrogen storage units as shown in FIG. 2 were connected in series. As the catalyst charged in the reaction part, 30 g of ruthenium (Ru) as a catalyst metal and lanthanum oxide (LaO x ) as a co-catalyst were supported on alumina (Al 2 O 3 ).

반응부에 수소를 50mL/min의 유속으로 공급하고, LOHC를 0.2mL/min의 유속으로 공급하였다. 반응부의 압력을 10bar, 20bar, 30bar로 조절하며, 각 압력에서 반응부의 온도를 120℃, 130℃, 150℃, 170℃, 200℃ 및 220℃로 유지시키며 LOHC의 수소화 반응의 전환율을 측정하였다. 그 결과는 도 4와 같다.Hydrogen was supplied to the reaction unit at a flow rate of 50 mL/min, and LOHC was supplied at a flow rate of 0.2 mL/min. The pressure of the reaction part was adjusted to 10 bar, 20 bar, and 30 bar, and the conversion rate of the hydrogenation reaction of LOHC was measured while maintaining the temperature of the reaction part at 120 °C, 130 °C, 150 °C, 170 °C, 200 °C and 220 °C at each pressure. The result is shown in FIG. 4 .

도 4를 참조하면, 반응부의 압력을 10bar로 조절하면 반응부의 온도가 130℃일 때 전환율이 약 80%에 달하는 것을 알 수 있다. 반응부의 압력을 20bar, 30bar로 더 높이면 전환율이 높아지나 이러한 경우 고압가스 안전관리법의 기준을 해할 수 있다.Referring to FIG. 4 , when the pressure of the reaction unit is adjusted to 10 bar, it can be seen that the conversion rate reaches about 80% when the temperature of the reaction unit is 130°C. If the pressure of the reaction part is further increased to 20 bar or 30 bar, the conversion rate increases, but in this case, the standards of the high-pressure gas safety management law may be violated.

한편, 반응부의 압력을 10bar로 조절하고, LOHC를 각각 0.1mL/min, 0.05mL/min으로 낮추어 공급한 상태에서 LOHC의 수소화 반응의 전환율을 측정하였다. 그 결과는 도 5와 같다.On the other hand, the conversion rate of the hydrogenation reaction of LOHC was measured while the pressure of the reaction part was adjusted to 10 bar, and LOHC was lowered to 0.1 mL/min and 0.05 mL/min, respectively. The result is shown in FIG. 5 .

도 5를 참조하면, 반응부의 압력이 10bar, 온도가 130℃일 때 전환율이 100%에 달하는 것을 알 수 있다. 결과적으로 본 발명에 따르면 반응부의 압력을 낮추더라도 충분히 100%의 전환율을 달성할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the conversion rate reaches 100% when the pressure of the reaction section is 10 bar and the temperature is 130°C. As a result, according to the present invention, it can be seen that even if the pressure of the reaction section is lowered, a conversion rate of 100% can be sufficiently achieved.

실시예2Example 2

상기 실시예1의 연속식 수조저장장치를 사용하여 수소저장유닛의 일정 지점에서의 온도를 측정하였다. 구체적으로 LOHC를 0.3mL/min의 유속, 150℃의 온도로 공급하고, 수소를 50mL/min의 유속으로 공급하였다. 이때, 하우징의 유입구 및 유출구, 반응부의 입구 및 출구 4 지점의 반응시간에 따른 온도를 측정하였다. 그 결과는 도 6과 같다.The temperature at a certain point in the hydrogen storage unit was measured using the continuous water tank storage device of Example 1. Specifically, LOHC was supplied at a flow rate of 0.3 mL/min and a temperature of 150° C., and hydrogen was supplied at a flow rate of 50 mL/min. At this time, the temperature according to the reaction time of the inlet and outlet of the housing, and the inlet and outlet of the reaction unit at 4 points was measured. The result is shown in FIG. 6 .

도 6을 참조하면, 상변화 매체에 의한 온도 조절부에 의해서 각 지점에서의 온도 특히, 반응부의 온도가 일정하게 유지되고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6 , it can be seen that the temperature at each point, in particular, the temperature of the reaction unit, is constantly maintained by the temperature control unit by the phase change medium.

실시예3Example 3

상기 실시예1의 연속식 수소저장장치를 사용하여 촉매의 종류를 달리하며 LOHC의 수소화 반응의 전환율을 측정하였다.Using the continuous hydrogen storage device of Example 1, the type of catalyst was changed and the conversion rate of the LOHC hydrogenation reaction was measured.

먼저, 루테늄(Ru)을 알루미나(Al2O3)에 담지한 촉매를 30g 사용하였다. 그 결과는 도 7과 같다. 수소의 공급 조건을 도 7에 기재된 것과 같이 조절하고, LOHC의 유속을 각각 0.2mL/min, 0.3mL/min으로 조절하였다.First, 30 g of a catalyst in which ruthenium (Ru) was supported on alumina (Al 2 O 3 ) was used. The result is shown in FIG. 7 . The hydrogen supply conditions were adjusted as described in FIG. 7, and the flow rates of LOHC were adjusted to 0.2 mL/min and 0.3 mL/min, respectively.

다음으로, 촉매 금속인 루테늄(Ru)과 조촉매인 산화란탄(LaOx)을 알루미나(Al2O3)에 담지한 촉매를 30g 사용하였다. 그 결과는 도 8과 같다. 수소의 공급 조건을 도 8에 기재된 것과 같이 조절하고, LOHC의 유속을 각각 0.2mL/min, 0.3mL/min으로 조절하였다.Next, 30 g of a catalyst in which ruthenium (Ru) as a catalyst metal and lanthanum oxide (LaO x ) as a promoter are supported on alumina (Al 2 O 3 ) was used. The result is shown in FIG. 8 . The hydrogen supply conditions were adjusted as described in FIG. 8, and the flow rates of LOHC were adjusted to 0.2 mL/min and 0.3 mL/min, respectively.

도 7 및 도 8을 참조하면, 공통으로 수소의 공급 조건이 50mL/min, 50bar, 150℃일 때 전환율이 높고, 전반적으로 촉매 금속인 루테늄(Ru)과 조촉매인 산화란탄(LaOx)을 알루미나(Al2O3)에 담지한 촉매를 사용할 때 전환율이 높게 측정되었다. 7 and 8, the conversion rate is high when the hydrogen supply conditions are 50 mL/min, 50 bar, and 150 ° C. In general, the catalyst metal ruthenium (Ru) and the cocatalyst lanthanum oxide (LaO x ) A high conversion rate was measured when using a catalyst supported on alumina (Al 2 O 3 ).

이상으로 본 발명의 실험예 및 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실험예 및 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 experimental examples and examples of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-described experimental examples and examples, and the basic concept of the present invention defined in the following claims. Various modifications and improved forms used by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention.

100: 수소저장유닛 110: 하우징 111: 본체 112: 단열부재
113: 유입구 114: 유출구 120: 반응부 121: 촉매
122: 격벽 122a: 통공 130: 상변화 매체
200: 수소공급부 201: 수소공급관
300: LOHC 공급부 301: LOHC 공급관
400: 저장부 401: 저장탱크 402: 순환관
500: 상변화 매체 저장부
100: hydrogen storage unit 110: housing 111: body 112: insulating member
113: inlet 114: outlet 120: reaction unit 121: catalyst
122: partition wall 122a: through hole 130: phase change medium
200: hydrogen supply unit 201: hydrogen supply pipe
300: LOHC supply unit 301: LOHC supply pipe
400: storage unit 401: storage tank 402: circulation pipe
500: phase change medium storage unit

Claims (17)

내부 공간을 구비하는 하우징;
상기 하우징에 수용되어 상기 하우징으로부터 일정 간격을 두고 이격되게 배치되고, 그 내부에 수소와 액상유기물수소운반체(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC)의 반응을 촉진하는 촉매가 충전되어 있는 반응부;
상기 반응부에 수소를 공급하는 수소 공급부;
상기 반응부에 LOHC를 공급하는 LOHC 공급부; 및
상기 반응부에서 배출된 생성물을 저장하는 저장부;를 포함하고,
상기 하우징과 반응부의 사이 공간에 액체 상태의 상변화 매체가 저장되어 있고, 액체 상태의 상변화 매체는 상기 반응부와 직접 접하고 있으며,
상기 반응부로부터 발생한 열에 의해 상기 액체 상태의 상변화 매체가 기화되어 상기 하우징의 나머지 내부 공간을 채우고 있는 것을 특징으로 하는 연속식 수소저장장치.
a housing having an interior space;
a reaction unit accommodated in the housing and disposed to be spaced apart from the housing at a predetermined distance, in which a catalyst for promoting a reaction between hydrogen and a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) is filled;
a hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the reaction unit;
a LOHC supply unit for supplying LOHC to the reaction unit; and
Including; a storage unit for storing the product discharged from the reaction unit;
A liquid phase change medium is stored in a space between the housing and the reaction unit, and the liquid phase change medium is in direct contact with the reaction unit,
The continuous hydrogen storage device, characterized in that the liquid phase change medium is vaporized by the heat generated from the reaction unit and fills the remaining internal space of the housing.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 그 내벽 및 외벽 중 적어도 어느 하나에 구비된 단열부재 혹은 냉각기를 더 포함하는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The housing is a continuous hydrogen storage device further comprising a heat insulating member or a cooler provided on at least one of the inner wall and the outer wall.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 액체 상태의 상변화 매체의 유입을 위한 유입구; 및 기체 상태의 상변화 매체의 배출을 위한 배출구를 포함하는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The housing includes an inlet for introducing a liquid phase change medium; and an outlet for discharging the gaseous phase change medium.
제1항에 있어서,
상기 상변화 매체는 물, 유기용매, 실리콘함유 탄화수소, 무기염류 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The phase change medium is a continuous hydrogen storage device comprising at least one selected from the group consisting of water, an organic solvent, silicon-containing hydrocarbons, inorganic salts, and combinations thereof.
제4항에 있어서,
상기 유기용매는 다이페닐메탄, 다우섬, 말로섬 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 연속식 수소저장장치.
5. The method of claim 4,
The organic solvent is a continuous hydrogen storage device comprising at least one selected from the group consisting of diphenylmethane, dowsum, malosom, and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 반응부는 그 내부 공간의 일정 지점 간의 온도 편차가 10℃ 이하인 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The reaction unit is a continuous hydrogen storage device in which the temperature deviation between certain points of the internal space is 10° C. or less.
제1항에 있어서,
상기 촉매는 촉매 금속이 지지체 상에 담지된 것이고, 상기 촉매 금속은 Ru, Pd, Pt, Rh, Ir, Ni, Co, Cu 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 지지체는 실리카 (SiO2), 알루미나(Al2O3), 란타늄이 도핑된 알루미나(La-Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화세륨(CeO2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 산화금속 기반 지지체; 및 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 탄소 기반 지지체; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
In the catalyst, a catalyst metal is supported on a support, and the catalyst metal includes at least one selected from the group consisting of Ru, Pd, Pt, Rh, Ir, Ni, Co, Cu, and combinations thereof,
The support is made of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), lanthanum-doped alumina (La-Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ), and combinations thereof a metal oxide-based support comprising at least one selected from the group; and a carbon-based support comprising at least one selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes, graphene, and combinations thereof; A continuous hydrogen storage device comprising at least one of.
제1항에 있어서,
상기 하우징에 복수 개의 반응부가 수용되어 있는 것인 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
A continuous hydrogen storage device in which a plurality of reaction units are accommodated in the housing.
제1항에 있어서,
상기 반응부는 그 내부 공간이 격벽에 의해 2 이상의 공간으로 분리되어 있고, 각 공간에 촉매가 충진되어 있으며, 상기 격벽은 각 공간이 서로 연결되도록 관통 형성된 통공을 포함하는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The reaction unit is a continuous hydrogen storage device comprising a through hole in which the inner space of the reaction unit is divided into two or more spaces by a partition wall, a catalyst is filled in each space, and the partition wall is formed through each space to be connected to each other.
제1항에 있어서,
상기 하우징 및 반응부를 포함하는 수소저장유닛을 복수 개로 포함하고, 상기 복수 개의 수소저장유닛이 직렬로 연결되어 있는 것인 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
A continuous hydrogen storage device comprising a plurality of hydrogen storage units including the housing and the reaction unit, wherein the plurality of hydrogen storage units are connected in series.
제1항에 있어서,
상기 수소는 캐리어 가스와 함께 반응부에 공급되는 것인 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The hydrogen is a continuous hydrogen storage device that is supplied to the reaction unit together with a carrier gas.
제1항에 있어서,
상기 반응부의 온도는 100℃ 내지 200℃인 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The temperature of the reaction part is a continuous hydrogen storage device of 100 ℃ to 200 ℃.
제1항에 있어서,
상기 반응부의 압력은 10bar 내지 50bar인 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The pressure of the reaction part is a continuous hydrogen storage device of 10bar to 50bar.
제1항에 있어서,
상기 수소는 50mL/min 내지 300mL/min의 유속으로 상기 반응부에 공급되는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The hydrogen is a continuous hydrogen storage device that is supplied to the reaction unit at a flow rate of 50 mL/min to 300 mL/min.
제1항에 있어서,
상기 수소는 50bar 내지 60bar의 압력으로 상기 반응부에 공급되는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The hydrogen is a continuous hydrogen storage device that is supplied to the reaction unit at a pressure of 50 bar to 60 bar.
제1항에 있어서,
상기 수소는 150℃ 내지 200℃의 온도로 상기 반응부에 공급되는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The hydrogen is a continuous hydrogen storage device that is supplied to the reaction unit at a temperature of 150 ℃ to 200 ℃.
제1항에 있어서,
상기 LOHC는 0.05mL/min 내지 0.2mL/min의 유속으로 상기 반응부에 공급되는 연속식 수소저장장치.
According to claim 1,
The LOHC is a continuous hydrogen storage device that is supplied to the reaction unit at a flow rate of 0.05 mL/min to 0.2 mL/min.
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