선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 한편, CO2 흡수제의 마모특성과 관련하여, Ryu 등10)은 SEWGS 공정에 사용하기 위해 개발된 두 종류(PKM1-SU, P4-600)의 CO2 흡수제에 대해 내마모도 실험장치를 이용하여 마모시간과 가습조건 변화에 따른 마모손실량을 측정 및 해석하였으며 이를 바탕으로 보다 우수한 CO2 흡수제를 결정하였으며 CO2 흡수제의 고체순환 방향도 결정하였다. 따라서 본 연구에서는 최종적으로 SEWGS 시스템의 두 반응기 사이를 순환하는 WGS 촉매의 마모특성을 해석하였으며 WGS 촉매 관점에서 고체순환 방향을 고려해보고자 하였다.
- 본 연구에서는 두 종류의 WGS 촉매(MDC-7, PC-29)를 사용하여 마모실험 시간과 가습의 유무(humidified and not humidified)에 따른 마모 손실량과 마모 후 잔여입자의 입도를 측정 및 해석하였으며 이를 바탕으로 WGS 촉매들의 주된 마모원인(마멸 또는 파쇄)을 파악하고 WGS 촉매의 고체순환 방향을 결정하고자 하였다.
제안 방법
- 이후 질소 10Nl/min을 공급하면서 시간을 측정하였다. 1시간 후 질소주입을 멈추고 마모되어 포집된 미분의 무게를 측정하고, 미분수집부의 삼각플라스크를 교체한 다음 다시 질소를 흘려보내면서 시간을 측정하여 4시간 후(총 5시간 후) 질소주입을 멈추고 다시 포집된 미분의 무게를 측정하였다. 5시간 후의 마모측정도 같은 방법으로 측정하여 총 10시간 동안 수행하였다.
- 1시간 후 질소주입을 멈추고 마모되어 포집된 미분의 무게를 측정하고, 미분수집부의 삼각플라스크를 교체한 다음 다시 질소를 흘려보내면서 시간을 측정하여 4시간 후(총 5시간 후) 질소주입을 멈추고 다시 포집된 미분의 무게를 측정하였다. 5시간 후의 마모측정도 같은 방법으로 측정하여 총 10시간 동안 수행하였다. 실험장치 내의 입자와 마모되어 비산된 입자를 채취하였으며 측정오차를 최소화하기 위해 Fig.
- WGS 촉매의 마모 특성 측정을 위해 촉매를 실험장치에 장입하기 전에 소량의 질소를 흘려보내면서 50g의 촉매를 장입하였다. 이후 질소 10Nl/min을 공급하면서 시간을 측정하였다.
- 침전실에서 분리되지 않고 비산된 입자는 입자 수집부로 이송되어 포집된다. 미분의 특성에 따라 정전기를 유발할 수 있으므로 이를 방지하기 위해 주입되는 기체에 수분을 공급할 수 있는 bubbler를 사용하였으며 유동화 기체로는 질소를 사용하였고 가스미터로 보정된 질량유량계(MFC, 5850E, Brooks instruments)와 MFC 제어장치(GMATE 2000, LOKAS automation Co.)를 통해 주입하였다.
- 5시간 후의 마모측정도 같은 방법으로 측정하여 총 10시간 동안 수행하였다. 실험장치 내의 입자와 마모되어 비산된 입자를 채취하였으며 측정오차를 최소화하기 위해 Fig. 2에 나타난 침전실과 미분 수집부 사이의 관에 주기적으로 진동을 가하여 입자가 쌓이는 것을 방지하였고, 마모되어 비산된 입자를 채취할 경우에는 미분 수집부에 설치된 thimble filter에 입자를 모은 후 분리하여 무게를 측정하였으며, 건조기에서 105℃에서 2시간 건조한 후 무게를 측정하였다. 실험변수로는 마모실험 시간과 bubbler를 통한 가습의 유무(humidified and not humidified)가 고려되었으며 실험조건 및 변수를 요약하여 Table 2에 나타내었다.
- 연소 전 CO2 회수를 위한 SEWGS 시스템에 적용하기 위해 준비된 두 가지 WGS 촉매(MDC-7, PC-29)에 대해 내마모도 실험장치를 이용하여 마모시간과 가습조건 변화에 따른 마모손실량과 마모 후 잔여입자의 입자크기 및 입도분포를 측정 및 해석하였으며 이를 바탕으로 WGS 촉매들의 주된 마모원인을 파악하고 WGS 촉매의 고체순환 방향을 결정하고자 하였다.
- 한편 MDC-7 촉매와 PC-29 촉매를 비교하면, 가습을 한 경우에는 두 촉매의 입자크기 차이가 크게 나타나지 않았으나 가습을 하지 않을 경우에는 MDC-7 촉매 잔여입자의 입자크기가 PC-29 입자에 비해 크게 감소한 것을 알 수 있었다. 이와 같은 변화를 보다 자세하게 검토하기 위해 10시간 동안의 마모실험 후 실험장치에 남아있는 촉매에 대해 입도분석을 수행하여 입자크기의 변화를 검토하였다.
대상 데이터
- WGS 촉매로는 Clariant 社에서 제조한 상용 WGS 촉매인 MDC-7(상품명 ShiftMax 210으로도 사용됨)과 한전 전력연구원에서 제조된 PC-29 촉매를 사용하였다. 두 가지 WGS 촉매의 특성을 요약하여 Table 1에 나타내었으며 촉매입자의 광학현미경 사진을 Fig.
데이터처리
- PC-29 촉매의 경우 MDC-7 미분과 지지체 및 결합제를 혼합하여 분무건조법에 의해 제조하였으며, MDC-7 촉매와 마찬가지로 체 분리를 통해 입자크기 106∼212µm인 입자를 준비하여 사용하였다. Table 1에 나타낸 입자의 벌크밀도는 메스실린더를 이용하여 측정하였으며 5회 측정 후 최대값과 최소값을 제외한 3회 측정값의 평균값을 사용하였다. Fig.
성능/효과
- 1) MDC-7 촉매와 PC-29 촉매 모두 시간이 경과함에 따라 마모손실량이 증가하는 일반적인 경향을 나타내었으며, 장기간의 마모실험 결과 가습을 하지 않는 경우가 가습을 하는 경우에 비해 마모손실량이 높은 것으로 나타났으며 가습을 하는 경우에 비해 가습을 하지 않는 경우의 입자크기 변화가 크게 나타났다.
- 2) MDC-7 촉매의 경우에는 주로 미분입자량이 증가하는 마멸에 의해 미분이 형성되며, PC-29 촉매의 경우 주로 중간크기의 입자량이 상대적으로 많아지는 파쇄에 의해 마모가 일어나는 것으로 유추할 수 있었다.
- 3) 두 가지 촉매에 대해 마모손실량과 입도분포를 함께 고려하면, MDC-7 촉매의 경우 장기운전 시 마모손실량은 적게 나타났으나, 주로 미분의 함량이 증가하므로 사이클론에서의 포집 가능성을 함께 고려하면 미분의 생성이 적은 PC-29 촉매가 유동층 공정에 적용하기 유리한 것으로 사료되었다.
- 4) 가습을 한 경우 입자의 마모손실이 적게 나타났으므로 반응기 내부기체 중 스팀의 함량이 높은 SEWGS 반응기로부터 재생반응기로 입자를 순환하는 것이 유리한 것으로 사료되었다.
- 한편, CO2 흡수제에 대한 가습조건 및 비가습조건에서의 실험결과10), CO2 흡수제의 경우에도 가습조건에서의 마모손실이 비가습조건에 비해 적게 나타났다. 결과적으로 CO2 흡수제와 WGS 촉매를 함께 순환시킬 경우 SEWGS 반응기로부터 재생반응기로 고체를 순환시키는 것이 유리한 것으로 사료되었다.
- 그림과 같이 초기와 10시간 마모실험 후의 입자크기를 비교하면 가습을 하는 경우에 비해 가습을 하지 않는 경우의 입자크기 변화가 크게 나타났다. 결과적으로 Fig. 4, 5에 나타난 결과와 Fig. 6의 결과를 함께 고려하면, SEWGS 시스템의 장기운전을 위해서는 입자의 마모손실량도 적고 입자크기의 변화도 적은 가습조건이 유리한 것으로 사료되었다. 한편 MDC-7 촉매와 PC-29 촉매를 비교하면, 가습을 한 경우에는 두 촉매의 입자크기 차이가 크게 나타나지 않았으나 가습을 하지 않을 경우에는 MDC-7 촉매 잔여입자의 입자크기가 PC-29 입자에 비해 크게 감소한 것을 알 수 있었다.
- 8에 나타난 바와 같이 PC-29 촉매의 경우 가습조건과 비가습조건 모두 입도분포의 형태는 유지하면서 중간 크기 입자의 무게백분율이 증가하는 경향을 나타내었다. 결과적으로 MDC-7 촉매의 경우에는 미분입자량이 증가하는 것으로 미루어 주로 입자의 마찰에 의하여 입자의 표면에서 미세한 입자가 분리되는 마멸(abrasion)에 의해 미분이 형성되며, PC-29 촉매의 경우 미세입자보다 중간크기의 입자량이 상대적으로 많아지는 것으로 미루어, 주로 충격에 의해 입자가 중간 크기의 입자로 파괴되는 파쇄(fragmentation)에 의해 마모가 일어나는 것으로 유추할 수 있었다.
- 결과적으로 SEWGS 시스템을 이용하면 SEWGS 반응기에서는 별도의 정제설비 없이 고농도의 수소를 얻을 수 있으며, 재생반응기에서는 별도의 CO2 분리설비 없이 고농도의 CO2를 얻을 수 있다. 또한 SEWGS 시스템의 경우 수성가스전환 반응을 하나의 반응기에서 수행할 수 있으므로 한 종류의 촉매와 하나의 반응기만 필요하므로 경제성이 높다2).
- 이와 같이 가습조건에서 마모 손실이 낮은 것은 본 연구에 사용한 두 가지 WGS 촉매 모두 수분을 흡수하는 성질이 있으므로 가습조건에서 수분을 흡수하여 입자의 표면이 부드러워지기 때문으로 사료되었다. 결과적으로 가습 조건과 비가습 조건을 비교하면, SEWGS 시스템의 장기운전 동안의 마모손실을 최소화하기 위해서는 가습조건이 유리한 것으로 나타났다.
- 4에는 두 가지 WGS 촉매에 대해 두 가지 조건(가습 및 비가습)에서 시간별로 측정된 마모손실 입자량의 누적값을 나타내었다. 그림에 나타난 바와 같이 동일한 촉매, 동일한 조건에서 시간이 경과함에 따라 누적 마모손실량이 증가하는 일반적인 경향을 나타내었으며, 초기(0~1hr)에는 MDC-7 촉매의 마모 손실량이 많은 반면, 시간이 경과함에 따라 PC-29 촉매의 마모손실량이 다소 많아지는 경향을 나타내었다. 한편 가습과 비가습 조건을 비교하면, 초기(0~1hr)에는 가습조건에 비해 비가습 조건에서 입자 마모손실이 적게 나타났으나, 시간이 경과함에 따라 가습조건의 마모손실이 비가습조건에 비해 적어짐을 알 수 있었다.
- 그림에 나타난 바와 같이 두 가지 WGS 촉매 모두 시간이 경과함에 따라 마모속도가 감소하는 경향을 나타내었으며, MDC-7 촉매의 경우 초기에는 PC-29 촉매에 비해 마모속도가 높지만 이후에는 PC-29 입자에 비해 낮아짐을 확인할 수 있었다. 또한 1-5hr과 5~10시간 동안의 마모속도는 거의 유사한 값을 나타내어, 초기 마모손실이 전체 마모손실량에 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
- 두 가지 촉매에 대해 마모손실량, 입자크기 및 입도분포를 함께 고려하면, MDC-7 촉매의 경우 PC-29 촉매에 비해 장기운전 시 마모손실량은 적게 나타났으나, 남아있는 입자의 크기가 많이 감소하며 주로 미분의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같이 미분의 함량이 증가하면 고속유동층에서 비산될 경우 사이클론에 의해 포집되기 어려우며, 장기간 운전 시 마모손실이 증가할 수 있다.
- 한편 SEWGS 반응기의 경우 수성가스전환 반응 및 CO2 흡수능력 증대를 위해 스팀이 공급되는 조건(가습조건)이며 재생반응기의 경우 재생반응기체로 CO2를 재순환 하여 사용하는 경우 주입기체는 건조한 조건(비가습 조건)에 해당된다. 따라서 Fig. 4부터 8까지에 나타난 바와 같이 가습을 하는 경우가 가습을 하지 않는 경우에 비해 장기운전 시 촉매의 마모손실과 입자크기 변화가 적으므로 반응기 내부 기체 중 스팀의 함량이 높은 SEWGS 반응기에서 재생반응기로 WGS 촉매를 순환하는 것이 마모손실을 적게 할 수 있으므로 유리한 것으로 사료되었다. 한편, CO2 흡수제에 대한 가습조건 및 비가습조건에서의 실험결과10), CO2 흡수제의 경우에도 가습조건에서의 마모손실이 비가습조건에 비해 적게 나타났다.
- 이와 같이 미분의 함량이 증가하면 고속유동층에서 비산될 경우 사이클론에 의해 포집되기 어려우며, 장기간 운전 시 마모손실이 증가할 수 있다. 따라서 사이클론의 포집효율 제한을 함께 고려하면 미분의 생성이 적은 PC-29 촉매가 유동층 공정에 적용하기 유리한 것으로 사료되었다.
- 그림에 나타난 바와 같이 두 가지 WGS 촉매 모두 시간이 경과함에 따라 마모속도가 감소하는 경향을 나타내었으며, MDC-7 촉매의 경우 초기에는 PC-29 촉매에 비해 마모속도가 높지만 이후에는 PC-29 입자에 비해 낮아짐을 확인할 수 있었다. 또한 1-5hr과 5~10시간 동안의 마모속도는 거의 유사한 값을 나타내어, 초기 마모손실이 전체 마모손실량에 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 MDC-7 촉매가 초기에 마모속도가 높은 이유는 분쇄를 통해 촉매를 입자형태로 변화시켰으며 이로 인해 Fig.
- 7에 나타난 바와 같이 MDC-7 촉매의 경우, 초기의 입도분포와 가습조건 및 비가습조건 10시간 후의 입도분포를 비교하면, 초기 입자의 입도분포에 나타난 큰 입자의 무게백분율이 감소하는 반면 작은 입자의 무게백분율이 증가하면서 무게백분율의 분포가 작은 입자쪽으로 이동하는 현상을 나타내었다. 특히 비가습 조건의 경우 가장 작은 입도의 무게백분율이 크게 증가하고 큰 입도의 무게백분율은 감소하는 경향을 나타내었다. 한편 Fig.
- 6의 결과를 함께 고려하면, SEWGS 시스템의 장기운전을 위해서는 입자의 마모손실량도 적고 입자크기의 변화도 적은 가습조건이 유리한 것으로 사료되었다. 한편 MDC-7 촉매와 PC-29 촉매를 비교하면, 가습을 한 경우에는 두 촉매의 입자크기 차이가 크게 나타나지 않았으나 가습을 하지 않을 경우에는 MDC-7 촉매 잔여입자의 입자크기가 PC-29 입자에 비해 크게 감소한 것을 알 수 있었다. 이와 같은 변화를 보다 자세하게 검토하기 위해 10시간 동안의 마모실험 후 실험장치에 남아있는 촉매에 대해 입도분석을 수행하여 입자크기의 변화를 검토하였다.
- 그림에 나타난 바와 같이 동일한 촉매, 동일한 조건에서 시간이 경과함에 따라 누적 마모손실량이 증가하는 일반적인 경향을 나타내었으며, 초기(0~1hr)에는 MDC-7 촉매의 마모 손실량이 많은 반면, 시간이 경과함에 따라 PC-29 촉매의 마모손실량이 다소 많아지는 경향을 나타내었다. 한편 가습과 비가습 조건을 비교하면, 초기(0~1hr)에는 가습조건에 비해 비가습 조건에서 입자 마모손실이 적게 나타났으나, 시간이 경과함에 따라 가습조건의 마모손실이 비가습조건에 비해 적어짐을 알 수 있었다. 이와 같은 경향은 초기(0~1hr)에는 시간이 짧아 가습에 의한 효과가 크게 나타나지 않다가 시간이 경과함에 따라 가습에 의한 효과가 나타나기 때문으로 사료되었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.