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WGSR off gas로부터 수소 회수를 위한 PSA 연계공정 모델링 및 공정모사
simulation of PSA process in $H_2$ production process from WGSR 원문보기

한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집, 2008 May 22, 2008년, pp.518 - 521  

김민규 (연세대학교 화공생명공학과) ,  안솔 (연세대학교 화공생명공학과) ,  이창하 (연세대학교 화공생명공학과)

초록
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수소에너지는 다양한 원료로부터의 수소생산을 위한 반응기술 및 생산물로부터 수소 정제를 위한 분리기술의 확립과 더불어, 대형화 시스템부터 소형 시스템에 이르는 공정기술을 확보하는 것이 다가오는 청정 대체에너지 체제에 대비하기 위하여 필요하다. 이를 위해서는 생산된 수소 혼합물에서부터 수소를 분리 정제하는pressure swing adsorption (PSA) 의 개발이 필수적이다. 이 기술은 이미 다양한 분야에 성공적으로 상용화 적용되어 기술의 타당성을 제시하고 있으나, 국내의 경우 수입에 의존하고 있어 이를 설계 할 수 있는 공정모사기 (simulator)의 개발이 우선되어야 한다. 따라서 효율적으로 PSA 공정 및 scale-up기술을 확보하기 위해서는 전산모사기 개발의 선행이 필수적이다. PSA 공정의 전산모사기는 물질수지, 에너지수지, 모멘텀수지와 더불어 흡착평형과 속도식이 결합되어 개발되어야 한다. 특히 공정에 다양한 단계가 적용되기 때문에 복잡한 boundary condition이 적용되며, 연속순환공정이라 하더라도 각 단계가 discrete 하게 해석되어야 한다. 따라서 공정모사는dynamic simulator로 개발되어야 정확도를 확보할 수 있다. 본 연구에서는 제철소에서 발생하는 수소혼합물이 WGSR 반응기를 거쳐 수소의 농도를 향상 시키고, 이를 유입가스로 사용하는 $H_2$ PSA 공정 모사기를 개발하고자 한다. 수소 생산을 위한 PSA 공정 모사기 개발을 통하여 95% $H_2$ 순도와 90% 회수율 규모의 수소를 생산할 수 있는 PSA 공정의 설계 기술기반을 확보하고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 원하는 수소 순도와 회수율을 확보하기 위해서는 보다 많은 흡착탑으로 구성된 PSA 공정이 필요하며, 본 연구에서는 이미 위에서 제시한 4탑식 수소 PSA 공정을 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
WGSR의 장점은? 그러나 steam reforming 과 naphtha reforming 공정의 경우 목적물로 수소뿐 아니라 촉매의 피독으로 작용하는 일산화 탄소가 부산물로 생성되어 이를 효과적으로 제거하는 것이 중요한 문제로 대두되고 있다. WGSR은 일산화탄소와 수증기가 반응하여 이산화탄소와 수소를 생성하는 공정으로 수소를 얻을 수 있음은 물론, 일산화탄소를 근원적으로 제거함으로써 다음 공정에 악영향을 끼치는 것을 막을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이를 통하여 생산된 수소는 분리기를 이용하여 공정에 응용될 수 있는 정도의 순도로 수소 분리 정제할 필요성이 있다.
처리 가스에 대한 설계 원천기술을 현실은 어떠한가? 그러나 이러한 PSA 공정의 처리 가스의 성상에 따라 설계 및 운전 조건이 달라지기 때문에 처리 가스에 대한 설계 원천기술 확보가 필요한 실정이다(3). 이 기술은 이미 다양한 분야에 성공적으로 상용화 적용되어 기술의 타당성을 제시하고 있으나, 국내의 경우 수입에 의존하고 있어 이를 설계할 수 있는 공정모사기 (simulator)의 개발이 우선되어야 한다.
수소의 생산방법에는 무엇이 있는가? 수소의 생산방법으로 steam reforming, naphtha reforming, residue partial oxidation, coal gasification, water electrolysis 등이 주로 사용된다(1). 그러나 steam reforming 과 naphtha reforming 공정의 경우 목적물로 수소뿐 아니라 촉매의 피독으로 작용하는 일산화 탄소가 부산물로 생성되어 이를 효과적으로 제거하는 것이 중요한 문제로 대두되고 있다.
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