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산화-환원 싸이클 조업에 의한 고순도 수소생성
High Purity Hydrogen Production by Redox Cycle Operation 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.21 no.5, 2010년, pp.355 - 363  

전법주 (한북대학교 에너지자원학과) ,  박지훈 (고려대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

High purity hydrogen, 97-99 vol.%, with CO at just ppm levels was obtained in a fixed bed of iron oxide employing the steam-iron cycle operation with reduction at 823K and oxidation in a steam-$N_2$ mixture at 773K TGA experiments indicated that temperature of the reduction step as well a...

주제어

#수증기-철 공정   #산화-환원 반응 싸이클   #금속산화물   #환원가스  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 탄화물의 생성을 줄이기 위해서는 적절한 환원 반응시간과 반응온도, 환원가스의 조성이 매우 중요하다. T. Akiyama 등⑵은 철매개체를 이용하여 550〜图0K 온도범위에서 탄화철의 생성과 탄소의 증착으로 인한 피독(poison)과 활성저하에 관하여 연구하였다. 이 연구를 통해 생성된 Fe3C(iron carbide)는 923K 이상의 온도범위에서 분해반응으로 CO가 생성될 수 있음을 밝혔다.
  • 이 연구를 통해 생성된 Fe3C(iron carbide)는 923K 이상의 온도범위에서 분해반응으로 CO가 생성될 수 있음을 밝혔다. 또한 823K보다 낮은 온도에서 산화-환원공정은 C。가 발생되지 않는 수소생성이 가능함을 제시하였다.
  • 본 연구에서는 co 농도가 낮은 고순도 수소를 생성하기 위하여 TGA로부터 환원가스의 조성에 따른 적정 환원 반응시간의 결정과 고정층 반응기를 이용한 철-수증기의 산화-환원 싸이클 조업을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • co 발생이 없는 고순도의 수소생성을 위한 환원반웅 조건을 결정하기 위해 co와 氏가 혼합된 합성 환원가스를 사용하여 TGA(thermogravimetric analyzer)를 이용한 철 매개체의 환원에 따른 무게 감량으로부터 환원 가스의 조성의 영향과 최적 환원처리시간을 조사하였다. 이 자료로 부터 고정층 마이크로 반응기 의 각 싸이클 내 산화-환원시간을 조절하여 연속 싸이클 조업에 따른 수소생성에 미치는 영향을 조사하였다.

가설 설정

  • /CO=9/1, (b) feed molar ratios of H2/CO=3/2 in the reduction step.
  • 1) TGA로부터 결정된 산화철의 최적 환원 반응시간 범위 내에서는 생성가스 중 CO?의 농도가 낮았으며 환원반응시간이 증가함에 따라 미량의 CH4 가스가 발생하였디-.
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참고문헌 (14)

  1. 이대행, 문희, 박홍철 : "철-수증기 반응에 의한 수소생성에 미치는 금속산화물의 첨과 효과", J. of Korean Ind. & Eng. Chemistry, Vol. 2, No. 1, 1991, pp. 30-37. 

  2. S. Takenaka, K. Nomura, N. Hanaizumi, and K. Otsuka : "Storage and formation of pure hydrogen mediated by the redox of modifiediron oxides", Applied Catalysis A: General, Vol. 282, 2005, p. 333. 

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  3. 이동희, 박주식, 김영호 : "수소저장 및 방출을 위한 Fe계 산화물 매체의 환원-산화 반응:Rh, Ce 및 Zr 첨가제의 협동 효과", 한국수소 및 신에너지학회, Vol. 19, Vol. 3, 2008, pp. 189-198. 

  4. M. F. Bleeker, H.J. Vemga, and S.R.A. Kersten: "Deactivation of oxide used in the steam-iron process to produce hydrogen", Applied Catalysis A: General, Vol. 375, No. 1, 2009, p. 5. 

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  7. K. Otsuka, C. Yamada, T. Kaburagi, and S. Takenaka : "Hydrogen storage and production by redox of iron oxide for polymet electrolyte fuel cell vehicles", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 28, 2003, p. 335. 

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  10. E. Lorente, J. A. Pena and J. Herguido : "Separation and storage of hydrogen by stream-iron process: Effect of added metals upon hydrogen release and stability", J. of Power Sources, Vol. 192, No. 1, 2009, p. 224. 

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  12. T. Akiyama, A. Miyazaki, H. Nokanishi, M. Hisa and A. Tsutsumi : "Thermal and analyses of the reaction between iron carbide and steam with hydrogen generation ot 573K", Intem. J. Hydrogen Energy, Vol. 29, 2004, p. 721. 

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  13. A. Pineau, N. Kanari, and I. Gaballah : "Kinetics of reduction of iron oxides by H_2 Part I: low temperature reduction of hematite", Thermochim. Acta, Vol. 447, 2006, p. 89. 

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  14. K. Mondal, H. Lorethova, E. Hippo, T. Wiltowski and S.B. Lalvani : "Reduction of iron oxide in carbon monoxide atmosphere reaction controlled kinetics", Fuel Processing Technology, Vol. 86, 2004, p. 33. 

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