친환경 에너지에 대한 관심이 증가함에 따라 수소는 유망한 미래연료 중 하나로 대두되고 있다. 수증기 개질 반응 (Steam Reforming)을 활용한 NG (Natural Gas) Fuel Processor는 이러한 수소를 생산하는 대표적인 공정으로 꼽힌다. NG Fuel Processor에 대한 이해를 높이기 위해, 공정의 성능을 평가하는데 활용되는 지표 중 하나인 열효율을 분석하였다. Fuel Processor는 탈황반응, 수증기 개질 반응, 수성가스 전이반응 (Water Gas Shift), ...
친환경 에너지에 대한 관심이 증가함에 따라 수소는 유망한 미래연료 중 하나로 대두되고 있다. 수증기 개질 반응 (Steam Reforming)을 활용한 NG (Natural Gas) Fuel Processor는 이러한 수소를 생산하는 대표적인 공정으로 꼽힌다. NG Fuel Processor에 대한 이해를 높이기 위해, 공정의 성능을 평가하는데 활용되는 지표 중 하나인 열효율을 분석하였다. Fuel Processor는 탈황반응, 수증기 개질 반응, 수성가스 전이반응 (Water Gas Shift), PSA (Pressure Swing Adsorption) 4가지로 이루어져 있다. Fuel Processor의 열효율은 수증기 개질 반응에서의 메탄 전환율, 수성가스 전이반응에 의한 일산화탄소 전환율, PSA에서의 수소회수율과 메탄 대비 투입된 스팀의 양인 SCR (Steam to Carbon Ratio)의 영향을 받는다. 이와 같은 변수를 반영하여 Fuel Processor의 이론 열효율을 구하는 식을 정의하였다. 또한 각 변수들이 전체 Fuel Processor의 열효율에 미치는 영향을 알아보기 위해 민감도 분석을 실행하였으며 그 결과를 바탕으로 현재 개발된 공정들의 열효율 분석을 진행하였다. 미국에너지부에서 개발한 Fuel Processor와 연구를 통해 개발한 150 Nm3/h NG Fuel Processor의 열효율 분석을 통해 우선적으로 이론 열효율을 높일 수 있는 공정조건을 구축하는 것이 필요하며 열교환망 개선을 통해 열손실을 줄이는 것이 필요함을 알 수 있었다. 공정모사 및 열효율 분석 결과, 미국 에너지부의 Fuel Processor의 열효율은 71.3 %, 150 Nm3/h NG Fuel Processor의 열효율은 76.6 %로 열효율이 더 높은 Fuel Processor를 개발했음을 알 수 있었다. 이후 150 Nm3/h NG Fuel Processor의 운전조건을 변경할 경우 열효율이 79.3 %까지 증가하였다. 이번 연구는 앞으로 Fuel Processor 개발 시, 열효율 목표를 정립하고, 개발된 Fuel Processor의 열교환망 구축정도를 평가하는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 이 연구에서 개발한 공정과 다른 공정을 비교하여, 개선이 필요한 부분을 찾고 공정을 발전시키기 위한 방안을 찾는데 도움을 줄 것으로 생각된다.
친환경 에너지에 대한 관심이 증가함에 따라 수소는 유망한 미래연료 중 하나로 대두되고 있다. 수증기 개질 반응 (Steam Reforming)을 활용한 NG (Natural Gas) Fuel Processor는 이러한 수소를 생산하는 대표적인 공정으로 꼽힌다. NG Fuel Processor에 대한 이해를 높이기 위해, 공정의 성능을 평가하는데 활용되는 지표 중 하나인 열효율을 분석하였다. Fuel Processor는 탈황반응, 수증기 개질 반응, 수성가스 전이반응 (Water Gas Shift), PSA (Pressure Swing Adsorption) 4가지로 이루어져 있다. Fuel Processor의 열효율은 수증기 개질 반응에서의 메탄 전환율, 수성가스 전이반응에 의한 일산화탄소 전환율, PSA에서의 수소회수율과 메탄 대비 투입된 스팀의 양인 SCR (Steam to Carbon Ratio)의 영향을 받는다. 이와 같은 변수를 반영하여 Fuel Processor의 이론 열효율을 구하는 식을 정의하였다. 또한 각 변수들이 전체 Fuel Processor의 열효율에 미치는 영향을 알아보기 위해 민감도 분석을 실행하였으며 그 결과를 바탕으로 현재 개발된 공정들의 열효율 분석을 진행하였다. 미국에너지부에서 개발한 Fuel Processor와 연구를 통해 개발한 150 Nm3/h NG Fuel Processor의 열효율 분석을 통해 우선적으로 이론 열효율을 높일 수 있는 공정조건을 구축하는 것이 필요하며 열교환망 개선을 통해 열손실을 줄이는 것이 필요함을 알 수 있었다. 공정모사 및 열효율 분석 결과, 미국 에너지부의 Fuel Processor의 열효율은 71.3 %, 150 Nm3/h NG Fuel Processor의 열효율은 76.6 %로 열효율이 더 높은 Fuel Processor를 개발했음을 알 수 있었다. 이후 150 Nm3/h NG Fuel Processor의 운전조건을 변경할 경우 열효율이 79.3 %까지 증가하였다. 이번 연구는 앞으로 Fuel Processor 개발 시, 열효율 목표를 정립하고, 개발된 Fuel Processor의 열교환망 구축정도를 평가하는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 이 연구에서 개발한 공정과 다른 공정을 비교하여, 개선이 필요한 부분을 찾고 공정을 발전시키기 위한 방안을 찾는데 도움을 줄 것으로 생각된다.
Hydrogen is considered as one of the most promising and important future fuel with increasing interest of eco-friendly energy. NG (Natural Gas) Fuel Processor using Steam Methane Reforming is one of widely used process for hydrogen production. Thermal efficiency, which represents the performance...
Hydrogen is considered as one of the most promising and important future fuel with increasing interest of eco-friendly energy. NG (Natural Gas) Fuel Processor using Steam Methane Reforming is one of widely used process for hydrogen production. Thermal efficiency, which represents the performance of Fuel Processor, was analyzed to understand the system. Fuel Processor consists of hydro-desulfurization, steam reforming, WGS (Water Gas Shift) and PSA (Pressure Swing Adsorption). Thermal Efficiency is affected by methane conversion in steam reforming reaction, carbon monoxide conversion in WGS, hydrogen recovery in PSA, and SCR (Steam to Carbon Ratio). Theoretical thermal efficiency was defined including those parameters and sensitivity analysis was implemented. The result was referred to analyze developed processes. Thermal efficiency of 2 Fuel Processors, which are developed by USA Department of Energy (DOE) and this study, is analyzed. As a result, it is revealed that proper process conditions and heat exchange network is necessary to improve thermal efficiency. Thermal efficiency of DOE Fuel Processor is 71.3 % and that of 150 Nm3/h NG Fuel Processor is 76.6 %. It can be increased to 79.3 % by revising process after analysis. This study is expected to be used to set up thermal efficiency target of Fuel Processor and to evaluate heat exchange network. Also, this study will help to find ways to improve Fuel Processor process by compare the other Fuel Processor with the Fuel Processor developed in this study.
Hydrogen is considered as one of the most promising and important future fuel with increasing interest of eco-friendly energy. NG (Natural Gas) Fuel Processor using Steam Methane Reforming is one of widely used process for hydrogen production. Thermal efficiency, which represents the performance of Fuel Processor, was analyzed to understand the system. Fuel Processor consists of hydro-desulfurization, steam reforming, WGS (Water Gas Shift) and PSA (Pressure Swing Adsorption). Thermal Efficiency is affected by methane conversion in steam reforming reaction, carbon monoxide conversion in WGS, hydrogen recovery in PSA, and SCR (Steam to Carbon Ratio). Theoretical thermal efficiency was defined including those parameters and sensitivity analysis was implemented. The result was referred to analyze developed processes. Thermal efficiency of 2 Fuel Processors, which are developed by USA Department of Energy (DOE) and this study, is analyzed. As a result, it is revealed that proper process conditions and heat exchange network is necessary to improve thermal efficiency. Thermal efficiency of DOE Fuel Processor is 71.3 % and that of 150 Nm3/h NG Fuel Processor is 76.6 %. It can be increased to 79.3 % by revising process after analysis. This study is expected to be used to set up thermal efficiency target of Fuel Processor and to evaluate heat exchange network. Also, this study will help to find ways to improve Fuel Processor process by compare the other Fuel Processor with the Fuel Processor developed in this study.
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