초록 ▼

본 연구에서는 소규모 기초실험용 고정층 반응기를 제작하여 수증기 개질의 기초반응실험을 수행하여 반응속도, 반응차수 활성화 에너지값 등 기초데이타를 이ㄷ었고, 내경이 54.2㎜인 유동층 반응시스템을 제작하여 중질유를 이용한 유동층 수증기 개질 반응공정을 개발하였다. 유동층에 적합함 촉매로서 상용 니켈계 촉매 대신에 원광인 석회석이나 백운석을 촉매로서 사용하면 상용촉매와 비슷한 수소수율을 얻을 수 있었다. 중질유인 Bunker-C 수증기 개질반응시 석회석과 백운석을 촉매로 했을때 반응온도 800℃에서 수소수율은 0.7~1.0g.cat/

본 연구에서는 소규모 기초실험용 고정층 반응기를 제작하여 수증기 개질의 기초반응실험을 수행하여 반응속도, 반응차수 활성화 에너지값 등 기초데이타를 이ㄷ었고, 내경이 54.2㎜인 유동층 반응시스템을 제작하여 중질유를 이용한 유동층 수증기 개질 반응공정을 개발하였다. 유동층에 적합함 촉매로서 상용 니켈계 촉매 대신에 원광인 석회석이나 백운석을 촉매로서 사용하면 상용촉매와 비슷한 수소수율을 얻을 수 있었다. 중질유인 Bunker-C 수증기 개질반응시 석회석과 백운석을 촉매로 했을때 반응온도 800℃에서 수소수율은 0.7~1.0g.cat/caton gmole/hr 범위이고 가스화율은 70~80% 정도이다. 탄소석출과 유동화기체에 의한 미세촉매이 비산이 반응시간 경과에 따른 수소 Yield의 감소원인이고, 이러한 현상을 방지하기 위해서는 촉매의 순화시스템을 도입해야 된다. 이러한 초갬 제조단가가 들지 않는 값싼 촉매와 원료유를 사용하여 수소를 제조하는 프로세스를 개발하고 이 프로세스에 적합 한 촉매를 선정하여, 후일 상업화에 대비한 기초데이타를 제공하였다.

목차 Contents

• 제1장 서론...31
• 제2장 고정층 수증기 개질반응 기초 실험...35
• 제1절 이론...35
• 1. 수증기 개질반응...35
• 2. 탄소 생성...40
• 제2절 실험 장치...40
• 제3절 실험 방법...46
• 1. 촉매의 장입 및 지지...46
• 2. 촉매 환원 순서...47
• 3. 실험 순서...48
• 4. 반응 생성물의 채취 방법...48
• 제4절 촉매 및 반응물...53
• 1. 촉매...53
• 2. 반응물...55
• 제5절 Blank run...56
• 1. 실험조건...56
• 2. 실험순서...56
• 3. 실험결과...58
• 제6절 예비 실험...58
• 1. 실험순서가 반응에 미치는 영향...58
• 2. 촉매 입자 크기 효과...60
• 3. 환원 온도 효과...62
• 4. 물질 전달 효과...64
• 제7절 고정층 반응 실험 결과 및 고찰...66
• 1. 접촉시간 효과...66
• 2. 접촉시간에 따른 생성가스 조성 분포...69
• 3. $H_2O/C$ 몰비 효과...71
• 4. 생성가스 분포 해석...72
• 5. 탄소 침적 경계 조건...73
• 6. 반응속도 결정...75
• 제8절 고정층 메탄 수증기 개질반응 실험 결론...81
• 제3장 메탄 유동층 수증기 개질반응 모델 해석...83
• 제1절 기포직경의 축방향분포...84
• 제2절 유동층 반응모델 해석...92
• 1. 전환율...92
• 2. 접촉효율...94
• 3. 모델 매개 변수...95
• 제3절 실험치와 모델에 대한 계산값 비교...99
• 제4절 유동층 반응모델의 매개변수효과...107
• 1. Superficial gas velocity효과...108
• 2. Reaction rate constant효과...111
• 3. Bed height 증가효과...112
• 4. Diffusivity coefficient효과...114
• 제5절 유동층 반응모델 해석 결론...116
• 제4장 Kerosene 수증기 개질 반응 실험...118
• 제1절 유동층 반응 실험 장치...118
• 1. 유동층 반응기 부분...121
• 2. 원료 공급장치...122
• 3. 생성가스 분석시스템...123
• 제2절 유동층 반응실험 순서...124
• 1. 사전점검 및 반응시작 전 순서...124
• 2. startup순서...125
• 3. shutdown순서...126
• 제3절 Blank run결과 및 해석...127
• 1. 고정층 blank run...127
• 2. 유동층 blank run...129
• 제4절 Kerosene 유동층 수증기 개질반응 실험 결과...131
• 1. $\alpha$-Alumina 촉매의 contact time효과...132
• 2. $\alpha$-Alumina 촉매의 calcium oxide첨가효과...134
• 3. Kerosene 수증기 개질반응에서 고정층과 유동층 반응기의 reaction performance 비교...137
• 4. ICI46-1 촉매와 R-4 촉매의 수소수율 감소속도 비교...140
• 5. ICI46-1촉매실험...142
• 가. 온도효과...142
• 나. 접촉시간 효과...145
• 제5장 Bunker-C유동층 수증기 개질반응 실험...148
• 제1절 Bunker-C oil예비실험...148
• 1. Bunker-C oil특성 및 공급시 문제점...148
• 2. Bunker-C oil공급장치...154
• 3. Bunker-C 유동층 수증기개질반응 실험순서...158
• 가. startup procedure...158
• 나. shutdown procedure...159
• 제2절 유동층 수증기 개질반응용 촉매...160
• 1. 유동층 수증기 개질반응촉매 선정에서의 고려사항...161
• 2. 사용된 촉매...165
• 3. 촉매의 유동화특성...172
• 제3절 Bunker-C유동층 수증기 개질반응 blank run...176
• 1. Bunker-C blank run실험...176
• 2. Kerosene blank run과의 비교...178
• 3. Sand bed높이에 따른 비교...181
• 제4절 Bunker-C수증기 개질반응실험...185
• 1. 공급탄소 함량분에 따른 효과...185
• 2. 여러가지 촉매 성능 비교...188
• 3. 수증기 개질반응의 deviation ratio...193
• 4. 석회석 촉매의 반응특성...195
• 가. 석회석촉매에 $\alpha-Al_2O_3$ 첨가효과...196
• 나. 석회석 입자크기 범위 효과...200
• 다. 석회석 촉매에서 반응온도가 미치는 효과...203
• 라. 석회석 촉매에서 $H_2O/C$ mole비 변화효과...206
• 마. 탄소침적된 석회석 촉매의 TGA분석...209
• 5. 백운석촉매의 반응특성...218
• 가. 석회석 촉매와의 비교...218
• 나. ICI46-1상용촉매 첨가효과...221
• 6. 석회석 및 백운석촉매 성능평가...223
• 가. Batch식 방법에 의한 비교...224
• 나. 연속식 방법에 의한 비교...228
• 제6장 결론...235
• 참고문헌...238
• 부록...241