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수소 생산을 위한 Sulfur-Iodine Cycle 분젠반응의 Pilot-Scale 공정 모델 개발 및 공정 최적화
Design and Optimization of Pilot-Scale Bunsen Process in Sulfur-Iodine (SI) Cycle for Hydrogen Production 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.58 no.2, 2020년, pp.235 - 247  

박준규 (경희대학교 공과대학 환경응용과학과) ,  남기전 (경희대학교 공과대학 환경응용과학과) ,  허성구 (경희대학교 공과대학 환경응용과학과) ,  이종규 (포항산업과학연구원) ,  이인범 (포항공과대학교 화학공학과) ,  유창규 (경희대학교 공과대학 환경응용과학과)

초록
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Sulfur-Iodine cycle (SI cycle)은 요오드와 황을 첨가하여 최종적으로 물을 열화학적으로 분해하여 산소와 수소를 생산하는 공정으로 황산분해, 요오드화 수소 분해, 분젠반응 등 세가지 반응들로 이루어져 있다. 분젠 반응은 두가지 공정 중간에 존재하므로 두 반응에 필요한 화학물을 조달하는 역할로 이에 대한 상분리 및 반응기에 대한 분석이 중요하다. 본 연구에서는 50 L/hr 수소를 생산하는 pilot scale의 Sulfur-Iodine Cycle 중 분젠 공정에 대한 모사, 민감도 분석, 민감도 분석을 토대로한 각각 상분리기와 분젠 반응기에 대한 최적 조건을 제시하였다. 열역학 물성치의 계산을 위해 Electrolyte Non-Random Two Liquid (ELECNRTL) model 사용하였다. 모델에 대한 신뢰도 확보를 위해서 실제 pilot scale의 공정 데이터와 검증을 수행하였다. 반응기의 종류를 선정하기 위해 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)과 Plug Flow Reactor (PFR) 동일한 온도 및 부피 변화에서 SO2 전환율을 비교하였다. 상분리기 선정을 위해 3상 분리 시스템(기체-액체-액체)과 액체-기체 분리 후 액체-액체 구조에서 H2SO4 상과 HIX 상에서의 불순물들을 비교하였다. PFR에서 온도, 지름, 길이를 결정 변수로 SO2 전환율을 최대화 하기 위한 최적화를 수행하였는데, 온도 121 ℃와 PFR의 지름이 0.20 m 및 길이 7.6 m 일 때 SO2 전환율이 98% 최적 결과임을 확인하였다. 기존 pilot scale과 동일한 운전 조건 하에 PFR의 지름 3/8 inch, 길이 3.0 m, 120 ℃ 일 때 인입 몰량인 I2 및 H2O를 결정 변수로 SO2 전환율에 대한 최적화를 수행하였을 때, SO2 전환율이 10% 일때 H2O 및 I2 의 인입 몰량은 각각 17%와 22%로 감소하였다. 앞선 조업 조건 최적화 조건 (121 ℃, 지름 0.20 m, 길이: 7.6 m) 경우에는 SO2 전환율이 98% 일 때 H2O가 1% 그리고 I2가 7% 감소하였다. 상분리기에서 HIX 상내 H2SO4 최소화하는 목적함수에서 그에 상응하는 온도, I2와 H2O를 결정 변수로 설정하였을 때, H2O 몰량이 기존공정보다 17% 감소하고 I2 몰량이 24% 감소하였을 때 최소 불순물이 생성하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Simulation study and validation on 50 L/hr pilot-scale Bunsen process was carried out in order to investigate thermodynamics parameters, suitable reactor type, separator configuration, and the optimal conditions of reactors and separation. Sulfur-Iodine is thermochemical process using iodine and sul...

주제어

#Hydrogen production   #Bunsen reaction   #Reactor type   #Phase separator   #Thermodynamic model   #Process optimization  

표/그림 (19)

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SI cycle는 무엇인가? SI cycle은 분젠반응, 황산 분해반응, 요오드화 수소 분해반응 등 세가지 화학반응을 이용하여 물을 수소와 산소로 분해하는 공법이다. 특히, 분젠반응은 황산 분해반응과 HI반응 생성물들을 순환시켜주는 중간체 역할을 한다.
분젠반응이 SI cycle에서 하는 역할은 무엇인가? SI cycle은 분젠반응, 황산 분해반응, 요오드화 수소 분해반응 등 세가지 화학반응을 이용하여 물을 수소와 산소로 분해하는 공법이다. 특히, 분젠반응은 황산 분해반응과 HI반응 생성물들을 순환시켜주는 중간체 역할을 한다. 분젠반응에서는 황산액-요오드황액으로 2상 분리가 일어나는데 효율적인 액상 분리를 위해서 공정 조건에 대한 이해를 필요로 하여 액상 분리에 대해 분리 온도, 요오드, 물을 변화에 따라 각 상에서의 변화를 관찰하였다[6-10].
Sulfur-Iodine(SI) cycle이 DOE에서 선정한 수소 생산 공정 순위에서 높은 순위를 차지한 이유는 무엇인가? DOE (department of energy)에서 이러한 공정들에 순위를 매긴 결과 Sulfur-Iodine (SI) cycle이 높은 순위로 보고되었다. 선정된 이유는 액체 및 기체 등 유체로만 이루어져 공정 운영에 편이한 장점과 고효율(37~45%)에서 수소 생산이 가능하기 때문이다[3].
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참고문헌 (16)

  1. Shin, J. S., Cho, S. J., Choi, S. H., Qasim, F., Lee, H. N., Park, J. H., Lee, W. J., Lee, E. S. and Park, S. J., "A Simulation Study of Inter Heat Exchanger Process in SI Cycle Process for Hydrogen Production," Korean J. Chem. Eng., 52(4), 459-466(2014). 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. Elder, R. and Allen, R., "Nuclear Heat for Hydrogen Production: Coupling a Very High/High Temperature Reactor to a Hydrogen Production Plant," Prog. Nucl. Energy, 51(3), 500-525(2009). 

    상세보기 crossref

  3. Brown, L. C., Funk, J. F. and Showalter, S. K., "Initial Screeningof Thermochemical Water-Splitting Cycle for High Efficiency Generationof Hydrogen Fuels Using Nuclear Power," Report GA-A23373, 2000. 

  4. Norman, J. H., Besenbruch, G. E., Brown, L. C., O'Keefe, D. R. and Allen, C. L., Thermochemical Water-Splitting cycle, Bench Ccale Investigations, and Process Engineering. Final Report for the Period February 1977 through December 1981, General Atomics Corp: La Jolla, C.A (1982). 

  5. Brown, L. C., Besenbruch, G. E., Lentsch, R. D., Shultz, K. R., Funk, J. F., Pickard, P. S., Marshall, A. C. and Showalter, S. K., High Efficiency Generation of Hydrogen Fuels Using Nuclear Power 2003, General Atomics, Final Technical report, GA-A24285 Rev. 1 for the period August 1, 1999, through September 30, 2002. 

  6. Sakurai, M., Nakajima, H., Onuki, K. and Shimizu, S., "Investigation of 2 Liquid Phase Separation Characteristics on the Iodine-Sulfur Thermochemical Hydrogen Production Process," Int. J. Hydro-gen Energy, 27(7), 605-611(2000). 

  7. Giaconia, A., Caputo, G., Ceroli, A., Diamanti, M., Barbarossa, V., Tarquini, P. and Sau, S., "Experimental Study of Two Phase Separation in the Bunsen Section of the Sulfur-Iodine Thermochemical Cycle," Int. J. Hydrogen Energy, 32(5), 531-536(2007). 

    상세보기 crossref

  8. Kim, H. S., Kim, Y. H., Ahn, B. T., Lee, J. G., Park, C. S. and Bae, K. K., "Phase Separation Characteristics of the Bunsen Reaction when using HIx Solution (HI- $I_2-H_2O$ ) in the Sulfur-Iodine Hydrogen Production Process," Int. J. Hydrogen Energy, 39(2), 692-701(2014). 

    상세보기 crossref

  9. Maatouk, S. C., Mokrani, N. B., Tabarant, M., Fleche, J.-L. and Carles, P., "Study of the Miscibility Gap in $H_2SO_4/HI/I_2/H_2O$ Mixtures Produced by the Bunsen Reaction - Part I: Preliminary Results at 308K," Int. J. Hydrogen Energy, 34(17), 7155-7161(2009). 

    상세보기 crossref

  10. Zhu, Q., Zhang, Y., Zhou, C., Wang, Z., Zhou, J. and Cen, K., "Optimization of Liquid-Liquid Phase Separation Characteristics in the Bunsen Section of the Sulfur - Iodine Hydrogen Production Process," Int. J. Hydrogen Energy, 37(8), 6407-6414(2012). 

    상세보기 crossref

  11. Lee, B. J., No, H. C., Yoon, H. J., Kim, S. J. and Kim, E. S., "An Optimal Operating Window for the Bunsen Process in the I-S Thermochemical Cycle," Int. J. Hydrogen Energy, 33(9), 2200-2210(2008). 

    상세보기 crossref

  12. Shin, Y., Lee, K., Kim, Y., Chang, J., Cho, W. and Bae, K., "A Sulfur-Iodine Flowsheet using Precipitation, Electrodialysis, and Membrane Separation to Produce Hydrogen," Int. J. Hydrogen Energy, 37(21), 16604-16614(2012). 

    상세보기 crossref

  13. Kasahara, S., Iwatsuki, J., Takegami, H., Tanaka, N., Noguchi, H., Kamiji, Y., Onuki, K. and Kubo, S., "Current R&D Status of Thermochemical Water Splitting Iodine-Sulfur Process in Japan Atomic Energy Agency," Int. J. Hydrogen Energy, 42(19), 13477-13485(2017). 

    상세보기 crossref

  14. Ping, Z., Laijun, W., Songzhe, C. and Jingming, X., "Progress of Nuclear Hydrogen Production through the Iodine-Sulfur Process in China," Renew. Sustain. Energy Rev, 81, 1802-1812(2018). 

    상세보기 crossref

  15. Research Institue of Industrial Science & Technology (RIST). Development of Bunsen Reaction Process in Sulfur-Iodine Thermochemical Hydrogen Production. RIST-2014D701, 2015. 

  16. Hong, D. W. et al. "The Role of Oxygen in Bunsen Reaction Section of Sulfur-Iodine Hydrogen Production Prcoess," Korean Hydrog. and New Energy Soc., 21(4), 278-285(2010). 

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