석유과 천연가스의 고갈 및 환경오염의 문제로 새로운 에너지원에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 수소에너지원의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 수소는 다른 에너지로 전환 시 부산물로 물만 생성하기 때문에 친황경적이다. 따라서, 앞으로 다가올 수소경제 시대에서 효과적으로 환경오염을 억제하고 전통적인 연료를 대체할 수 있을 것이다. 수소는 다양한 방법으로 생산되는데 그 중, 석탄 가스화를 통해 얻어진 ...
석유과 천연가스의 고갈 및 환경오염의 문제로 새로운 에너지원에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 수소에너지원의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 수소는 다른 에너지로 전환 시 부산물로 물만 생성하기 때문에 친황경적이다. 따라서, 앞으로 다가올 수소경제 시대에서 효과적으로 환경오염을 억제하고 전통적인 연료를 대체할 수 있을 것이다. 수소는 다양한 방법으로 생산되는데 그 중, 석탄 가스화를 통해 얻어진 synthesis gas 의 CO와 스팀을 반응시키는 Water Gas Shift(WGS)반응(CO + Steam ↔ H2 + CO2)을 이용한 방법이 수소를 대량 생산할 수 있는 방안으로 고려되고 있다. 최근에는 기존의 WGS 반응을 향상시킨 Sorption Enhanced Water Gas Shift(SE-WGS) 반응이 연구되고 있다. SE-WGS 반응은 반응과 동시에 부산물인 CO2를 하나의 반응기에서 제거한다. 따라서 전체 공정을 줄일 수 있다. 또한, 별도의 분리과정 없이 바로 고순도의 수소를 얻을 수 있고 (with less than 10 ppm CO) 온실가스인 CO2를 효과적으로 제거 할 수 있다. 본 연구에서는 SE-WGS 반응을 실험과 MATLAB numerical simulation을 통해 특성을 파악하였다. 더 나아가 Multi-section Column process를 제안하여 SE-WGS 반응에 적용하여 최적화와 타당성을 검증하였다. Multi-section Column process는 Column을 2개 이상의 section으로 나눠 촉매와 흡착제 비율을 다르게 충전하는 방법이다. 그 결과, 같은 양의 촉매와 흡착제를 가지고 기존보다 높은 H2 productivity와 CO conversion을 얻을 수 있었다.
석유과 천연가스의 고갈 및 환경오염의 문제로 새로운 에너지원에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 수소에너지원의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 수소는 다른 에너지로 전환 시 부산물로 물만 생성하기 때문에 친황경적이다. 따라서, 앞으로 다가올 수소경제 시대에서 효과적으로 환경오염을 억제하고 전통적인 연료를 대체할 수 있을 것이다. 수소는 다양한 방법으로 생산되는데 그 중, 석탄 가스화를 통해 얻어진 synthesis gas 의 CO와 스팀을 반응시키는 Water Gas Shift(WGS)반응(CO + Steam ↔ H2 + CO2)을 이용한 방법이 수소를 대량 생산할 수 있는 방안으로 고려되고 있다. 최근에는 기존의 WGS 반응을 향상시킨 Sorption Enhanced Water Gas Shift(SE-WGS) 반응이 연구되고 있다. SE-WGS 반응은 반응과 동시에 부산물인 CO2를 하나의 반응기에서 제거한다. 따라서 전체 공정을 줄일 수 있다. 또한, 별도의 분리과정 없이 바로 고순도의 수소를 얻을 수 있고 (with less than 10 ppm CO) 온실가스인 CO2를 효과적으로 제거 할 수 있다. 본 연구에서는 SE-WGS 반응을 실험과 MATLAB numerical simulation을 통해 특성을 파악하였다. 더 나아가 Multi-section Column process를 제안하여 SE-WGS 반응에 적용하여 최적화와 타당성을 검증하였다. Multi-section Column process는 Column을 2개 이상의 section으로 나눠 촉매와 흡착제 비율을 다르게 충전하는 방법이다. 그 결과, 같은 양의 촉매와 흡착제를 가지고 기존보다 높은 H2 productivity와 CO conversion을 얻을 수 있었다.
Recently, the interest in new energy is increasing because conventional energy sources, oil and natural gas, are exhausted and they are causing the environmental pollution. Especially, hydrogen has been highlighted as a promising new energy carrier. When hydrogen is converted into another type of en...
Recently, the interest in new energy is increasing because conventional energy sources, oil and natural gas, are exhausted and they are causing the environmental pollution. Especially, hydrogen has been highlighted as a promising new energy carrier. When hydrogen is converted into another type of energy, only water is produced as a by-product. So, in the upcoming hydrogen economy, hydrogen can replace conventional fuels which have caused pollution problems. Hydrogen can be produced from various methods. Especially, water gas shift (WGS) reaction (CO + steam ↔ H2+CO2), reaction of steam and CO of synthesis gas, is considered as a mass hydrogen production method. Recently, a novel sorption enhanced WGS (SE-WGS) reaction was developed to improve the conventional WGS reaction. The SE-WGS reaction simultaneously carries out the WGS reaction and the separation of by-product CO2 (by using CO2 sorption) in a single unit operation, therefore it can simplify the whole process. It can directly produce high purity hydrogen (with less than 10 ppm CO) and effectively control the green-house gas, CO2. In this study, the effects of various parameters on SE-WGS were characterized by experiment and using a MATLAB numerical simulation. Furthermore, to further improve the SE-WGS reaction, a new concept of multi-section column SE-WGS reaction was developed and investigated by using MATLAB numerical simulations. Especially, the effects of multi-section column SE-WGS reaction were studied. The conventional SE-WGS reaction uses a single section and the same ratio of catalyst and sorbent in a whole column. However, multi-section column SE-WGS reaction uses a multi-section column which is divided into more than two sections and can make the ratio of catalyst and sorbent in each section different. The SE-WGS reaction using a multi-section column showed higher H2 productivity and CO conversion with the same amount of catalyst and sorbent.
Recently, the interest in new energy is increasing because conventional energy sources, oil and natural gas, are exhausted and they are causing the environmental pollution. Especially, hydrogen has been highlighted as a promising new energy carrier. When hydrogen is converted into another type of energy, only water is produced as a by-product. So, in the upcoming hydrogen economy, hydrogen can replace conventional fuels which have caused pollution problems. Hydrogen can be produced from various methods. Especially, water gas shift (WGS) reaction (CO + steam ↔ H2+CO2), reaction of steam and CO of synthesis gas, is considered as a mass hydrogen production method. Recently, a novel sorption enhanced WGS (SE-WGS) reaction was developed to improve the conventional WGS reaction. The SE-WGS reaction simultaneously carries out the WGS reaction and the separation of by-product CO2 (by using CO2 sorption) in a single unit operation, therefore it can simplify the whole process. It can directly produce high purity hydrogen (with less than 10 ppm CO) and effectively control the green-house gas, CO2. In this study, the effects of various parameters on SE-WGS were characterized by experiment and using a MATLAB numerical simulation. Furthermore, to further improve the SE-WGS reaction, a new concept of multi-section column SE-WGS reaction was developed and investigated by using MATLAB numerical simulations. Especially, the effects of multi-section column SE-WGS reaction were studied. The conventional SE-WGS reaction uses a single section and the same ratio of catalyst and sorbent in a whole column. However, multi-section column SE-WGS reaction uses a multi-section column which is divided into more than two sections and can make the ratio of catalyst and sorbent in each section different. The SE-WGS reaction using a multi-section column showed higher H2 productivity and CO conversion with the same amount of catalyst and sorbent.
주제어
#고순도 수소 생산 Water Gas Shift 반응 Sorption Enhanced Water Gas Shift 반응
학위논문 정보
저자
장현민
학위수여기관
高麗大學校 大學院
학위구분
국내석사
학과
化學工學科
지도교수
李起鳳
발행연도
2012
총페이지
ix, 67장
키워드
고순도 수소 생산 Water Gas Shift 반응 Sorption Enhanced Water Gas Shift 반응
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