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유동층반응기에서 Fe 촉매를 이용한 메탄 열분해
Thermal Decompostion of Methane Using Fe-Catalyst in a Fluidized Bed Reactor 원문보기

한국산학기술학회 2007년도 추계학술발표논문집, 2007 Nov. 22, 2007년, pp.344 - 346  

장현태 (한서대학교 화학공학과) ,  이지윤 (한서대학교 화학공학과) ,  이옥규 (한서대학교 화학공학과) ,  안나영 (한서대학교 화학공학과) ,  이미혜 (한서대학교 화학공학과)

초록
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본 논문은 유동층반응기에서 메탄열분해에 의한 수소 생산과 탄소 생성에 대한 연구를 수행하였다. 환경에 대한 영향을 최소화한 상태에서 메탄의 전환반응을 메탄 분해촉매활성에 영향을 미치는 인자에 대하여 연구하였다. 측정된 압력요동특성치의 해석을 통하여 유동층 열분해촉매의 유동화현상을 측정하였으며, 유동화특성에 따른 메탄열분해능을 측정하였다. 메탄의 분해는 생성되는 수소를 이용하였다. 유동층의 이동성, $U-U_{mf}$, 마모, 비산유출 유동화가스의 효율밀도에 따른 영향을 연구하였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 따라서 유동층에서 반응 특성을 고찰하기 위해서는 층내 현상에 대한 이해와 고찰이 동시에 수행되어야 한다. 고체의 유동화 특성중 가장 기초적이고 중요한 최소유동 화속도는 온도 및 유동화가스의 점도에 큰 영향을 받기 때문에 조업 온도범위인 1000℃ 에서 최소유동화속도 및 상온에서 1000℃ 까지의 범위에서 최소유동화속도를 알아 야만 정확한 조업변수를 결정할 수 있으므로 온도에 따른 최소유동화속도를 측정한다. 최소유동화속도는 유동층에 설치된 압력전달기를 이용하여 압력요동의 표준편차와 유속간의 선형관계를 이용하여 다양한 크기(0.
  • 온도측정부는 유동층 각 높이에 따라 K-type 열전대를 사용하여 반응 중의 온도 변화를 측정한다. 반응기로 공급되는 CH4의 농도와 반응후의 CH4, H2 농도는 분산판 아래 plenum으로 공급되는 기체중 일부와 층상부에서 미분 제거용 filter를 거친 가스를 G.C.를 사용하여 분석하며 CH4은 FID가 장착된 G.C.(Model 6890N, Aglient Co.)를이용하여 분석하고 H2는 TCD가 장착된 G.C.(Model 580, Gow-Mac Instrument Co.)를 이용하여 분석한다. 두 대의 G.
  • 탄소가 금속촉매 표면에 침적된 금속촉매와 유동층반응기 외벽 간의 마찰, 탄소가 침적된 금속촉매간의 마찰 또한 내부 방해판과 탄소로 침적된 금속촉매와의 마찰에 의하여 연속적으로 금속촉매입자로부터 탄소입자를 제거하므로써 높은 수율을 얻을 수 있다. 이러한 유동층을 이용한 공정의 유동층 특성 자료를 도출하기 위하여 Fe 촉매에 의한 메탄의 전화율을 연구하였다.
  • 고체의 유동화 특성중 가장 기초적이고 중요한 최소유동 화속도는 온도 및 유동화가스의 점도에 큰 영향을 받기 때문에 조업 온도범위인 1000℃ 에서 최소유동화속도 및 상온에서 1000℃ 까지의 범위에서 최소유동화속도를 알아 야만 정확한 조업변수를 결정할 수 있으므로 온도에 따른 최소유동화속도를 측정한다. 최소유동화속도는 유동층에 설치된 압력전달기를 이용하여 압력요동의 표준편차와 유속간의 선형관계를 이용하여 다양한 크기(0.715, 0.505, 0.359, 0.194mm)의 입자들에 대해 측정한다.

대상 데이터

  • 본 연구에서 사용한 유동층 반응장치는 Lab scale이며, 개략도는 와 같다.
  • 반응기의 온도는 plenum과 유동층부를 관형 전기로에 위치하도록 하여 전기히터를 이용하여 조절하며 외부는 ceramic wool로 단열 한다. 유동화가스이며 반응물인 메탄은 실린더에 압축된 메탄(순도 99.9%)를 사용하며 안정된 공급을 위하여 정압기, 필터, 제습탑, 산소 제거탑을 통과한 후 MFC를 이용하여 공급한다. 또한 농도의 영향을 고찰하기 위하여 메탄과 질소를 MFC를 사용하여 조절하며 완전혼합 후 유동층으로 공급하기 위해 mixing chamber를 설치한다.
  • 측정부는 동특성과 혼합도 및 반응정도를 외부 진단할 수 있는 압력요동신호 측정부와 반응기의 온도측정부, 가스농도측정부로 구성된다. 압력요동신호 측정부는 압력전 달기, 압력전달기를 시동시키는 직류전원공급기, A/D 전환기, 측정된 신호를 계산, 기록하는 컴퓨터 부분으로 구성된다.
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