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特表2024-531590改質システムおよびその方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-29

(54)【発明の名称】改質システムおよびその方法

(51)【国際特許分類】

C01B 3/26 20060101AFI20240822BHJP

【ＦＩ】

C01B3/26

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024514633

(86)(22)【出願日】2022-09-02

(85)【翻訳文提出日】2024-04-25

(86)【国際出願番号】 KR2022013211

(87)【国際公開番号】W WO2023033595

(87)【国際公開日】2023-03-09

(31)【優先権主張番号】17/467,414

(32)【優先日】2021-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524085167

【氏名又は名称】リー、ボンジュ

(71)【出願人】

【識別番号】524085178

【氏名又は名称】リー、ハグジュ

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リー、ボンジュ

(72)【発明者】

【氏名】リー、ハグジュ

【テーマコード（参考）】

4G140

【Ｆターム（参考）】

4G140DA03

4G140DB05

(57)【要約】

本発明の一実施例に係る改質方法は炭化水素を改質して水素を獲得する改質方法に関し、炭化水素をスチームプラズマで改質反応させて炭化水素から水素および二酸化炭素を含む第１合成ガスを生成する段階；前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、第１合成ガスから水素を分離する段階；水素が分離された前記第１合成ガスと炭化水素をスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した第２合成ガスを生成する段階；および前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記第２合成ガスから水素を分離する段階；を含むことができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素を改質して水素を獲得する改質方法において、
炭化水素をスチームプラズマで改質反応させて炭化水素から水素および二酸化炭素を含む第１合成ガスを生成する段階；
前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、第１合成ガスから水素を分離する段階；
水素が分離された前記第１合成ガスと炭化水素をスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した第２合成ガスを生成する段階；および
前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、第２合成ガスから水素を分離する段階；を含む、改質方法。

【請求項2】

前記第２合成ガスから水素を分離する段階は、
前記第１合成ガスと前記第２合成ガスを混合して混合ガスを生成させ、前記混合ガスを所定温度に冷却させ、前記混合ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記混合ガスから水素を分離する、請求項１に記載の改質方法。

【請求項3】

前記第２合成ガスを生成する段階は、
前記第２合成ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集する、請求項２に記載の改質方法。

【請求項4】

前記第１合成ガスから水素を分離する段階以後であって、前記第２合成ガスを生成する段階以前に、水素が分離された前記第１合成ガスのうち二酸化炭素とチャー（ｃｈａｒ）を反応させて一酸化炭素を生成する段階；をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の改質方法。

【請求項5】

前記第２合成ガスを生成する段階は、
前記一酸化炭素を生成する段階で生成された一酸化炭素とスチームを反応させて水素を生成する、請求項４に記載の改質方法。

【請求項6】

前記第１合成ガスを生成する段階以前に、廃棄物を熱処理して廃棄物からチャー（ｃｈａｒ）および炭化水素を含む前処理ガスを生成する段階；をさらに含み、
前記前処理ガスを生成する段階は、前記前処理ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集する、請求項５に記載の改質方法。

【請求項7】

前記一酸化炭素を生成する段階は、
前記前処理ガスを生成する段階によって捕集されたチャー（ｃｈａｒ）を利用する、請求項６に記載の改質方法。

【請求項8】

炭化水素を改質して水素を獲得する改質システムにおいて、
炭化水素をスチームプラズマで改質反応させて炭化水素から水素および二酸化炭素を含む第１合成ガスを生成する改質部；および
前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、第１合成ガスから水素を分離する後処理部；を含み、
前記改質部は、
水素が分離された前記第１合成ガスと炭化水素をスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した第２合成ガスを生成し、
前記後処理部は、
前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記第２合成ガスから水素を分離する、改質システム。

【請求項9】

前記改質部は、
水素を生成する触媒モジュールを含み、
前記触媒モジュールは、
炭化水素を改質反応させる廃熱に加熱されて水素を生成する、請求項８に記載の改質システム。

【請求項10】

前記改質部は、
前記第１合成ガスを生成する第１改質部および
前記第２合成ガスを生成するものの、前記第１改質部と分離された第２改質部を具備する、請求項８に記載の改質システム。

【請求項11】

前記第１改質部から前記第１合成ガスが伝達され、前記第２改質部から前記第２合成ガスが伝達されて、前記第１合成ガスと前記第２合成ガスを混合して混合ガスを生成させる混合部；をさらに含み、
前記後処理部は、
前記混合部から前記混合ガスが伝達されて、前記混合ガスを所定温度に冷却させ、前記混合ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記混合ガスから水素を分離する、請求項１０に記載の改質システム。

【請求項12】

前記第２改質部は、
前記第２合成ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集する、請求項１１に記載の改質システム。

【請求項13】

水素が分離された前記第１合成ガスのうち二酸化炭素とチャー（ｃｈａｒ）を反応させて一酸化炭素を生成する反応部；をさらに含む、請求項８から１２のいずれか一項に記載の改質システム。

【請求項14】

前記改質部は、
前記反応部で生成された一酸化炭素とスチームを反応させて水素を生成する、請求項１３に記載の改質システム。

【請求項15】

廃棄物を熱処理して廃棄物からチャー（ｃｈａｒ）および炭化水素を含む前処理ガスを生成する前処理部；をさらに含み、
前記前処理部は、
前記前処理ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集して前記反応部に伝達し、
前記前処理ガスを前記改質部に伝達する、請求項１４に記載の改質システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は改質システムおよびその方法に関し、さらに詳細には、炭化水素を改質して水素を獲得する改質システムおよびその方法に関する。

【背景技術】

【0002】

天然ガス、石油ガスなどの炭化水素は、二酸化炭素、水蒸気、酸素などの改質物質と触媒の存在下で改質されて水素、一酸化炭素などに転換される。

【0003】

このような反応は、多様な目的で、例えば、化石燃料を代替するエネルギー供給源の一つとして考慮される燃料電池での水素供給のために使われ得る。

【0004】

ここで、代表的な従来の水素製造方法は天然ガスや原油の精製過程で発生するナフサを水蒸気改質して生産するものである。

【0005】

この方法は広く知られている商用化された水素製造法ではあるものの、反応物質である天然ガスやナフサがいずれも化石燃料であるので、この水蒸気改質反応過程で多量の二酸化炭素が発生するに決まっている。

【0006】

化石燃料の利用過程で発生する二酸化炭素は地球温暖化の原因である代表的な温室ガスと知られているため、ヨーロッパ各国では化石燃料に高価な炭素税を付加しており、炭素排出量総量制や炭素排出権取引制度などを導入して本格的に化石燃料の使用を制限している。

【0007】

これに伴い、新・再生エネルギー源から燃料電池用水素を生産する方法に各国は研究開発努力を注いでいる。

【0008】

一方、大韓民国登録特許第１０－１５９４１８８号（２０１６．０２．１５）では合成ガスの製造方法を開示している。

【0009】

しかし、前記発明は昼間作動および夜間作動を通じてエネルギー効率の側面にのみ集中しているだけであり、水素の製造で発生する多量の二酸化炭素の排出を低減することには限界がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は前記のような問題を解決するためのもので、水素の収得効率を高めるとともに二酸化炭素の排出を低減できる改質システムおよびその方法を提供しようとするものである。

【0011】

本発明が解決しようとする課題は前述した課題に制限されるものではなく、言及されていない課題は本明細書および添付された図面から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解され得るであろう。

【課題を解決するための手段】

【0012】

【発明の効果】

【0013】

本発明の一実施例に係る改質システムによると、水素の収得効率を高めるとともに二酸化炭素の排出を低減できる長所がある。

【0014】

本発明の効果は前述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は本明細書および添付された図面から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解され得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施例に係る改質方法の概略フローチャートである。

【0016】

【図2】本発明の一実施例に係る改質システムの概略構成図である。

【0017】

【図3】本発明の一実施例に係る改質システムの具体的な第１実施例を図示した構成図である。

【0018】

【図4】本発明の一実施例に係る改質システムの具体的な第２実施例を図示した構成図である。

【0019】

【図5】本発明の一実施例に係る改質システムの改質部の概略透視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下では、図面を参照して本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同一思想範囲内で他の構成要素を追加、変更、削除等を通じて、退歩的な他の発明や本発明思想範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案できるであろうが、これもまた本願発明思想範囲内に含まれると言える。

【0021】

【0022】

前記炭化水素はメタン、ＬＰＧ、メタノール、ナフタのうち少なくともいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせられたガスであり得る。

【0023】

また、前記第１合成ガスを生成する段階での改質反応は下記の化学式１および化学式２であり、前記第２合成ガスを生成する段階での改質反応は下記の化学式３および化学式４であり得る。
（化学式１）

【化1】

（化学式２）

【化2】

（化学式３）

【化3】

（化学式４）

【化4】

【0024】

本発明の一実施例に係る改質方法を具現する改質システムは、炭化水素をスチームプラズマで改質反応させて炭化水素から水素および二酸化炭素を含む第１合成ガスを生成する改質部；および前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、第１合成ガスから水素を分離する後処理部；を含み、前記改質部は水素が分離された前記第１合成ガスと炭化水素をスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した第２合成ガスを生成し、前記後処理部は前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記第２合成ガスから水素を分離することができる。

【0025】

また、前記改質部で前記第１合成ガスを生成する改質反応は下記の化学式１および化学式２であり、前記改質部で前記第２合成ガスを生成する改質反応は下記の化学式３および化学式４であり得る。
（化学式１）

【化5】

（化学式２）

【化6】

（化学式３）

【化7】

（化学式４）

【化8】

【0026】

本発明の一実施例に係る改質方法に対する具体的な第１実施例に係る改質方法であって、前記第２合成ガスから水素を分離する段階は前記第１合成ガスと前記第２合成ガスを混合して混合ガスを生成させ、前記混合ガスを所定温度に冷却させ、前記混合ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記混合ガスから水素を分離することができる。

【0027】

また、前記第２合成ガスを生成する段階は前記第２合成ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集することができる。

【0028】

前記第１実施例に係る改質方法を具現する改質システムであって、前記改質部は前記第１合成ガスを生成する第１改質部および前記第２合成ガスを生成するものの、前記第１改質部と分離された第２改質部を具備することができる。

【0029】

また、前記第１改質部から前記第１合成ガスが伝達され、前記第２改質部から前記第２合成ガスが伝達されて、前記第１合成ガスと前記第２合成ガスを混合して混合ガスを生成させる混合部；をさらに含み、前記後処理部は前記混合部から前記混合ガスが伝達されて、前記混合ガスを所定温度に冷却させ、前記混合ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記混合ガスから水素を分離することができる。

【0030】

また、前記第２改質部は前記第２合成ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集することができる。

【0031】

本発明の一実施例に係る改質方法に対する具体的な第２実施例に係る改質方法であって、前記第１合成ガスから水素を分離する段階以後であって、前記第２合成ガスを生成する段階以前に、水素が分離された前記第１合成ガスのうち二酸化炭素とチャー（ｃｈａｒ）を反応させて一酸化炭素を生成する段階；をさらに含むことができる。

【0032】

また、前記第２合成ガスを生成する段階は前記一酸化炭素を生成する段階で生成された一酸化炭素とスチームを反応させて水素を生成することができる。

【0033】

また、前記第１合成ガスを生成する段階以前に、廃棄物を熱処理して廃棄物からチャー（ｃｈａｒ）およびメタンを含む前処理ガスを生成する段階；をさらに含み、前記前処理ガスを生成する段階は前記前処理ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集することができる。

【0034】

また、前記一酸化炭素を生成する段階は前記前処理ガスを生成する段階によって捕集されたチャー（ｃｈａｒ）を利用することができる。

【0035】

前記第２実施例に係る改質方法を具現する改質システムであって、水素が分離された前記第１合成ガスのうち二酸化炭素とチャー（ｃｈａｒ）を反応させて一酸化炭素を生成する反応部；をさらに含むことができる。

【0036】

また、前記改質部は前記反応部で生成された一酸化炭素とスチームを反応させて水素を生成することができる。

【0037】

また、廃棄物を熱処理して廃棄物からチャー（ｃｈａｒ）およびメタンを含む前処理ガスを生成する前処理部；をさらに含み、前記前処理部は前記前処理ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集して前記反応部に伝達し、前記前処理ガスを前記改質部に伝達することができる。

【0038】

各実施例の図面に示される同一思想範囲内の機能が同一の構成要素は同一の参照符号を使って説明する。

【0039】

図１は、本発明の一実施例に係る改質方法の概略フローチャートである。

【0040】

図２は、本発明の一実施例に係る改質システムの概略構成図である。

【0041】

図３は、本発明の一実施例に係る改質システムの具体的な第１実施例を図示した構成図である。

【0042】

図４は、本発明の一実施例に係る改質システムの具体的な第２実施例を図示した構成図である。

【0043】

図５は、本発明の一実施例に係る改質システムの改質部の概略透視図である。

【0044】

添付された図面は本発明の技術的思想をより明確に表現するために、本発明の技術的思想に関連性が劣るか当業者から容易に導き出され得る部分は簡略化したり省略したりした。

【0045】

明細書全体で、或る部分が他の部分と「連結」されているとする時、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「電気的に連結」されている場合も含む。また、或る部分が何らかの構成要素を「含む」とする時、これは特に反対の記載がない限り他の構成要素を除くものではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

【0046】

本明細書において「部」とは、ハードウェアによって実現されるユニット（ｕｎｉｔ）、ソフトウェアによって実現されるユニット、両方を利用して実現されるユニットを含む。また、１個のユニットが２つ以上のハードウェアを利用して実現されてもよく、２つ以上のユニットが１個のハードウェアによって実現されてもよい。

【0047】

以下では、図１および図２を参照して、本発明の一実施例に係る改質方法（Ｓ１０）およびこの方法を具現する改質システム１０を説明する。

【0048】

一例として、前記改質方法（Ｓ１０）は炭化水素を改質して水素を獲得する方法を意味し得る。

【0049】

一例として、炭化水素はメタン（ＣＨ_４）、ＬＰＧ、メタノール、ナフタなどの炭素と水素のみからなる有機化合物のうち少なくともいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせられたガスであり得る。

【0050】

ただし、説明の便宜のために、以下ではメタン（ＣＨ_４）を改質して水素を獲得するものと仮定して説明する。

【0051】

メタンは天然ガス、石油ガスなどから得てもよく、バイオマスまたは廃棄物処理を通じて得てもよい。

【0052】

一例として、図１に図示した通り、前記改質方法（Ｓ１０）は下記のように大きく４段階からなり得る。

【0053】

一例として、前記改質方法（Ｓ１０）はメタンをスチームプラズマで改質反応させてメタンから水素および二酸化炭素を含む第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）；前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）；水素が分離された前記第１合成ガスとメタンをスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）；および前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記第２合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ４００）；を含むことができる。

【0054】

以下では、それぞれの段階について詳しく説明する。

【0055】

前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）はメタンをスチームプラズマで改質反応させてメタンから水素、二酸化炭素などを含む第１合成ガスを生成することを意味し得る。

【0056】

一例として、前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）での改質反応は下記の化学式１および化学式２であり得る。
（化学式１）

【化9】

（化学式２）

【化10】

【0057】

前記化学式１から分かるように、前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）でのメタン（ＣＨ_４）は高温／高圧のスチーム（Ｈ_２Ｏ）と反応して一酸化炭素（ＣＯ）と水素（３Ｈ_２）を生成することができる。

【0058】

また、前記化学式２から分かるように、前記化学式１で生成された一酸化炭素（ＣＯ）は高温／高圧のスチーム（Ｈ_２Ｏ）と反応して水素（Ｈ_２）と二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成することができる。

【0059】

その結果、前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）で、メタン（ＣＨ_４）の改質によって生成される前記第１合成ガスは水素（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、未反応された一酸化炭素（ＣＯ）とメタン、未反応された水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を含むガスであり得る。

【0060】

前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）は前記改質システム１０の改質部１００により具現され得る。

【0061】

これをより詳しく説明すると、図２に図示した通り、前記改質部１００はメタンをスチームプラズマで改質反応させてメタンから水素および二酸化炭素を含む第１合成ガスを生成することができる。

【0062】

一例として、前記改質部１００はメタンをスチームプラズマで改質反応させる反応チャンバを意味し得る。

【0063】

このために、前記改質システム１０は前記改質部１００に高温高圧のスチーム（Ｈ_２Ｏ）を供給するスチーム供給部（図示されず）をさらに含むことができ、前記改質部１００はプラズマを生成するプラズマ発生部（図示されず）を具備することができる。

【0064】

その結果、前記改質部１００では前記化学式１および化学式２の改質反応が起こり得る。

【0065】

一方、前記改質方法（Ｓ１０）の前記第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）は、前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、第１合成ガスから水素を分離することができる。

【0066】

前記第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）は前記改質システム１０の後処理部２００により具現され得る。

【0067】

これをより詳しく説明すると、図２に図示した通り、前記後処理部２００は前記第１合成ガスを所定温度に冷却させる熱交換部２１０、前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去する水蒸気除去部２２０および第１合成ガスから水素を分離する水素分離部２３０を具備することができる。

【0068】

その結果、前記後処理部２００は前記改質部１００から前記第１合成ガスが伝達されて、前記熱交換部２１０を通じて前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、この後前記水蒸気除去部２２０を通じて前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去し、この後前記水素分離部２３０を通じて前記第１合成ガスから水素を分離することができる。

【0069】

前記水素分離部２３０で分離された水素は別途の水素貯蔵部（図示されず）に貯蔵され得る。

【0070】

一例として、前記熱交換部２１０は熱交換媒体を通じて前記第１合成ガスを予め設定された温度に冷却させることができる。

【0071】

前記熱交換部２１０は公知の熱交換装置のうちいずれか一つが選択されて配置され得る。

【0072】

一例として、前記水蒸気除去部２２０はデミスター（ｄｅｍｉｓｔｅｒ）であり得るが、これに限定されるものではなく、水蒸気を除去できる構成であれば当業者の立場で多様に適用可能である。

【0073】

一例として、前記水素分離部２３０は前記第１合成ガスから水素を分離するための構成であり、ＰＳＡ（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）、ＴＳＡ（ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）またはメンブレン（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）方式のうち一つであり得るが、好ましくはＰＳＡ方式であり得る。

【0074】

一方、前記改質方法（Ｓ１０）の前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）は、前記第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）により水素が分離された前記第１合成ガスとメタンをスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した前記第２合成ガスを生成することができる。

【0075】

前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）は前記第１合成ガスをリサイクルして前記第１合成ガスを通じて水素を再生成し、ひいては前記第１合成ガスに含まれた二酸化炭素を低減する段階を意味し得る。

【0076】

一例として、前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）での改質反応は、下記の化学式３および化学式４であり得る。
（化学式３）

【化11】

（化学式４）

【化12】

【0077】

前記化学式３から分かるように、前記第１合成ガスに含まれた二酸化炭素（ＣＯ２）は高温／高圧の環境でメタン（ＣＨ４）と反応して一酸化炭素（ＣＯ）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、炭素であるチャー（ｃｈａｒ）を生成することができる。

【0078】

また、前記化学式４から分かるように、前記第１合成ガスに含まれたり前記化学式３によって生成されたりした一酸化炭素（ＣＯ）は高温／高圧のスチーム（Ｈ_２Ｏ）と反応して水素（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を生成することができる。

【0079】

前記化学式３および前記化学式４を総合してみる時、前記化学式３および前記化学式４から分かるように、前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）では前記第１合成ガスをリサイクルして水素（Ｈ_２）が追加生成されるとともに、前記第１合成ガスに含まれた二酸化炭素（ＣＯ_２）は低減することが分かる。

【0080】

したがって、前記改質方法（Ｓ１０）は水素の収得率を高めるとともに、二酸化炭素の排出量を減らすことができる効果がある。

【0081】

一方、前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）により生成された前記第２合成ガスは水素（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、チャー（ｃｈａｒ）、未反応された一酸化炭素（ＣＯ）、未反応された水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を含むガスであり得る。

【0082】

前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）は前記改質システム１０の前記改質部１００により具現され得る。

【0083】

これをより詳しく説明すると、図２に図示した通り、前記改質部１００は前記後処理部２００から水素が分離された前記第１合成ガスが伝達され、前記第１合成ガスとメタンをスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した前記第２合成ガスを生成することができる。

【0084】

その結果、前記改質部１００では前記化学式３および化学式４の改質反応が起こり得る。

【0085】

一方、前記改質方法（Ｓ１０）の前記第２合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ４００）は、前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去した後、第２合成ガスから水素を分離することができる。

【0086】

前記第２合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ４００）は前記改質システム１０の前記後処理部２００により具現され得る。

【0087】

これをより詳しく説明すると、図２に図示した通り、前記後処理部２００は前記改質部１００から前記第２合成ガスが伝達されて、前記熱交換部２１０を通じて前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、この後前記水蒸気除去部２２０を通じて前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去し、この後前記水素分離部２３０を通じて前記第２合成ガスから水素を分離することができる。

【0088】

前記水素分離部２３０で分離された水素は別途の水素貯蔵部（図示されず）に貯蔵され得る。

【0089】

以下では、前述した前記改質方法（Ｓ１０）および前記改質システム１０の具体的な第１実施例および第２実施例をさらに詳しく説明する。

【0090】

一方、前述した技術的思想と同一であるか、当業者の立場で容易に類推できる内容についてはその説明を省略したり簡略にしたりする。

【0091】

１．第１実施例に係る改質方法および改質システム１０Ａ

【0092】

図３は第１実施例に係る改質システム１０Ａの概略構成図である。

【0093】

一例として、図３に図示した通り、前記改質部１００Ａは前記第１合成ガスを生成する第１改質部１１０Ａおよび前記第２合成ガスを生成するものの、前記第１改質部１１０Ａと分離された第２改質部１２０Ａを具備することができる。

【0094】

すなわち、前記第１改質部１１０Ａと前記第２改質部１２０Ａは互いに分離された独立的なチャンバであり得る。

【0095】

ここで、一例として、前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）は前記第１改質部１１０Ａで具現され得る。

【0096】

第１実施例に係る改質システム１０Ａはメタンを貯蔵し前記第１改質部１１０Ａにメタンを供給する貯蔵部Ｋ２および前記第１改質部１１０Ａに高温／高圧のスチームを供給するスチーム供給部Ｋ１をさらに含むことができる。

【0097】

すなわち、前記第１改質部１１０Ａはメタンをスチームプラズマで改質反応させてメタンから水素および二酸化炭素を含む前記第１合成ガスを生成することができる。

【0098】

その結果、前記第１改質部１１０Ａでの改質反応は前記化学式１および前記化学式２の反応であり得る。

【0099】

この後、前記第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）は前記後処理部２００により具現され得る。

【0100】

図３に図示した通り、前記後処理部２００は前記第１改質部１１０Ａから前記第１合成ガスが伝達されて、前記熱交換部２１０を通じて前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、この後前記水蒸気除去部２２０を通じて前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去し、この後前記水素分離部２３０を通じて前記第１合成ガスから水素を分離することができる。

【0101】

前記水素分離部２３０で分離された水素は水素貯蔵部Ｋ３に貯蔵され得る。

【0102】

この後、前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）は前記第２改質部１２０Ａで具現され得る。

【0103】

前記第２改質部１２０Ａは前記後処理部２００から水素が分離された前記第１合成ガスが伝達され得、また、前記スチーム供給部Ｋ１から高温／高圧のスチームと、前記貯蔵部Ｋ２からメタンの供給を受けることができる。

【0104】

すなわち、前記第２改質部１２０Ａは水素が分離された前記第１合成ガスとメタンをスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した第２合成ガスを生成することができる。

【0105】

その結果、前記第２改質部１２０Ａでの改質反応は前記化学式３および前記化学式４の反応であり得る。

【0106】

ここで、前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）は前記第２合成ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集することができる。

【0107】

すなわち、前記第２改質部１２０Ａは前記第２合成ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集する捕集部（図示されず）を具備することができる。

【0108】

一例として、前記捕集部は前記第２合成ガスに含まれたチャー（ｃｈａｒ）を前記第２改質部１２０Ａに供給されるスチームおよび／または前記第２改質部１２０Ａに設置されるフィルタなどの捕集装置であり得る。

【0109】

前記捕集部に捕集されたチャー（ｃｈａｒ）は軽量骨材、土壌改良剤など多様な分野にリサイクルされ得る。

【0110】

この後、前記第２合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ４００）は前記後処理部２００により具現され得る。

【0111】

図３に図示した通り、前記後処理部２００は前記第２改質部１２０Ａから前記第２合成ガスが伝達されて、前記熱交換部２１０を通じて前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、この後前記水蒸気除去部２２０を通じて前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去し、この後前記水素分離部２３０を通じて前記第２合成ガスから水素を分離することができる。

【0112】

前記水素分離部２３０で分離された水素は水素貯蔵部Ｋ３に貯蔵され得る。

【0113】

一方、前記第１実施例に係る改質方法（Ｓ１０）の前記第２合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ４００）は、前記第１合成ガスと前記第２合成ガスを混合して混合ガスを生成させ、前記混合ガスを所定温度に冷却させ、前記混合ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記混合ガスから水素を分離することができる。

【0114】

このために、図３に図示した通り、前記第１実施例に係る改質システム１０Ａは前記第１改質部１１０Ａから前記第１合成ガスが伝達され、前記第２改質部１２０Ａから前記第２合成ガスが伝達されて、前記第１合成ガスと前記第２合成ガスを混合して混合ガスを生成させる混合部３００をさらに含むことができる。

【0115】

すなわち、前記第２改質部１２０Ａで生成された前記第２合成ガスは前記混合部３００に伝達され、前記第１改質部１１０Ａで生成された前記第１合成ガスも前記混合部３００に伝達されて前記第１合成ガスと前記第２合成ガスが混合された前記混合ガスが生成され得る。

【0116】

前記混合部３００で生成された前記混合ガスは前記混合部３００から順次前記熱交換部２１０、前記水蒸気除去部２２０、前記水素分離部２３０を経ることにより、前記後処理部２００は前記混合部３００から前記混合ガスが伝達されて、前記混合ガスを所定温度に冷却させ、前記混合ガスに含まれた水蒸気を除去した後、前記混合ガスから水素を分離することができる。

【0117】

したがって、一つの前記後処理部２００だけでも効率的に前記第１合成ガス、前記第２合成ガスおよび前記混合ガスの後処理が可能であり得る。

【0118】

この後、前記後処理部２００により後処理された前記混合ガスは再び前記第２改質部１２０Ａに流入され得る。

【0119】

その結果、水素の収得効率を最大化することができ、二酸化炭素の排出を低減することができる。

【0120】

一方、前記混合部３００は前記第１改質部１１０Ａで生成された前記第１合成ガスの流入の有無を制御する第１バルブ（図示されず）、前記第２改質部１２０Ａで生成された前記第２合成ガスの流入の有無を制御する第２バルブ（図示されず）を具備することができる。

【0121】

したがって、前記混合部３００は選択的に前記熱交換部２１０に前記第１合成ガスおよび／または前記第２合成ガスを伝達することができる。

【0122】

これをより詳しく説明すると、前記混合部３００は前記第１バルブを開放し前記第２バルブを閉鎖して、前記第１改質部１１０Ａから前記第１合成ガスのみが流入して前記熱交換部２１０に前記第１合成ガスを伝達でき、または前記第１バルブを閉鎖し前記第２バルブを開放して、前記第２改質部１２０Ａから前記第２合成ガスのみが流入して前記熱交換部２１０に前記第２合成ガスを伝達することもでき、または前記第１バルブおよび前記第２バルブをいずれも開放して、前記第１改質部１１０Ａおよび前記第２改質部１２０Ａから前記第１合成ガスおよび前記第２合成ガスが流入して生成された前記混合ガスを前記熱交換部２１０に伝達することもできる。

【0123】

２．第２実施例に係る改質方法および改質システム１０Ｂ

【0124】

図４は、第２実施例に係る改質システム１０Ｂの概略構成図である。

【0125】

一例として、図４に図示した通り、第２実施例に係る改質システム１０Ｂは廃棄物を熱処理して廃棄物からチャー（ｃｈａｒ）およびメタンを含む前処理ガスを生成する前処理部４００を含むことができる。

【0126】

すなわち、第２実施例に係る改質方法（Ｓ１０）は、前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）以前に、前記前処理部４００を通じて廃棄物を熱処理して廃棄物からチャー（ｃｈａｒ）およびメタンを含む前処理ガスを生成する段階をさらに含むことができる。

【0127】

廃棄物は生活ゴミであり得るが、その種類には限定がなく、前記前処理部４００が廃棄物を熱分解してチャー（ｃｈａｒ）およびメタンを含む前処理ガスを生成できる種類であれば廃棄物に該当し得る。

【0128】

前記前処理部４００は廃棄物を高温／高圧環境で焼却して前記前処理ガスを生成する構成であり得る。

【0129】

また、前記前処理部４００は前記前処理ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集することができる。

【0130】

ここで、第２実施例に係る改質システム１０Ｂは、廃棄物を貯蔵し前記前処理部４００に廃棄物を伝達する廃棄物貯蔵部Ｋ４をさらに含むことができる。

【0131】

一方、前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）は改質部１００Ｂで具現され得る。

【0132】

前記改質部１００Ｂは、前記前処理部４００からメタンを含む前記前処理ガスの伝達を受けて前記前処理ガスに含まれたメタンをスチームプラズマで改質反応させてメタンから水素および二酸化炭素を含む前記第１合成ガスを生成することができる。

【0133】

第２実施例に係る改質システム１０Ｂは、前記改質部１００Ｂに高温／高圧のスチームを供給するスチーム供給部（図示されず）をさらに含むことができる。

【0134】

その結果、前記改質部１００Ｂでの改質反応は前記化学式１および前記化学式２の反応であり得る。

【0135】

この後、前記第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）は前記後処理部２００により具現され得る。

【0136】

図４に図示した通り、前記後処理部２００は前記改質部１００Ｂから前記第１合成ガスが伝達されて、前記熱交換部２１０を通じて前記第１合成ガスを所定温度に冷却させ、この後前記水蒸気除去部２２０を通じて前記第１合成ガスに含まれた水蒸気を除去し、この後前記水素分離部２３０を通じて前記第１合成ガスから水素を分離することができる。

【0137】

前記水素分離部２３０で分離された水素は水素貯蔵部Ｋ３に貯蔵され得る。

【0138】

この後、第２実施例に係る改質方法（Ｓ１０）の前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）は前記改質部１００Ｂで再び具現され得る。

【0139】

前記改質部１００Ｂは前記後処理部２００から水素が分離された前記第１合成ガスが伝達され得、また、前記スチーム供給部Ｋ１から高温／高圧のスチームと、前記前処理部４００からメタンの供給を受けることができる。

【0140】

すなわち、前記改質部１００Ｂは水素が分離された前記第１合成ガスとメタンをスチームプラズマで改質反応させて水素を生成し、二酸化炭素を低減した第２合成ガスを生成することができる。

【0141】

その結果、前記改質部１００Ｂでの改質反応は前記化学式３および前記化学式４の反応であり得る。

【0142】

ここで、前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）は前記第２合成ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集することができる。

【0143】

すなわち、前記改質部１００Ｂは前記第２合成ガス上に生成されたチャー（ｃｈａｒ）を捕集する捕集部（図示されず）を具備することができる。

【0144】

この後、第２実施例に係る改質方法（Ｓ１０）の前記第２合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ４００）は前記後処理部２００により具現され得る。

【0145】

図４に図示した通り、前記後処理部２００は前記改質部１００Ｂから前記第２合成ガスが伝達されて、前記熱交換部２１０を通じて前記第２合成ガスを所定温度に冷却させ、この後前記水蒸気除去部２２０を通じて前記第２合成ガスに含まれた水蒸気を除去し、この後前記水素分離部２３０を通じて前記第２合成ガスから水素を分離することができる。

【0146】

前記水素分離部２３０で分離された水素は水素貯蔵部Ｋ３に貯蔵され得る。

【0147】

一方、第２実施例に係る改質方法（Ｓ１０）は、前記第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）以後であって、前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）以前に、水素が分離された前記第１合成ガスのうち二酸化炭素とチャー（ｃｈａｒ）を反応させて一酸化炭素を生成する段階をさらに含むことができる。

【0148】

前記一酸化炭素を生成する段階を具現するために、図４に図示した通り、第２実施例に係る改質システム１０Ｂは水素が分離された前記第１合成ガスのうち二酸化炭素とチャー（ｃｈａｒ）を反応させて一酸化炭素を生成する反応部５００をさらに含むことができる。

【0149】

前記反応部５００は前記第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）により前記後処理部２００から水素が分離された前記第１合成ガスが伝達され、前記前処理ガスを生成する段階によって捕集されたチャーが前記前処理部４００から伝達されて前記第１合成ガスに含まれた二酸化炭素とチャーを高温／高圧の環境で反応させて一酸化炭素を生成することができる。

【0150】

前記反応部５００での反応式は下記の化学式５の通りである。
（化学式５）

【化13】

【0151】

すなわち、第２実施例に係る改質方法（Ｓ１０）を順次詳察すると、前記前処理部４００で前記前処理ガスを生成する段階が具現され、以後前記改質部１００Ｂで前記第１合成ガスを生成する段階（Ｓ１００）が具現され、以後前記後処理部２００で前記第１合成ガスから水素を分離する段階（Ｓ２００）が具現され、以後前記反応部５００で前記一酸化炭素を生成する段階が具現され、以後前記改質部１００Ｂで前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）が具現され得る。

【0152】

ここで、前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）は前記一酸化炭素を生成する段階で生成された一酸化炭素とスチームを反応させて水素を生成することができる。

【0153】

これをより詳しく説明すると、前記反応部５００で生成された一酸化炭素は前記第１合成ガスに含まれて前記改質部１００Ｂに伝達され得、前記改質部１００Ｂは前記第２合成ガスを生成する段階（Ｓ３００）で前記反応部５００により生成された一酸化炭素とスチームを高温／高圧環境で反応させて水素および二酸化炭素を生成することができる。

【0154】

このような反応の反応式は下記の化学式６の通りである。
（化学式６）

【化14】