초록 ▼

본 연구에서는 천연가스로부터 대량 수소제조 및 수소저장 기술개발 중 고순도 수소분리 공정 및 저장 기술개발에 관한 것이다.
1. 천연가스로부터 대량 수소제조 기술 확립
- 천연가스 열 플라즈마 Pilot Plant설계, 건설 및 운전
- 천연가스 열분해 Demo Plant 설계, 건설 및 운전
- 최상급 카본블랙 제조기술 표준화
- 상용공장 설계 자료 구축
2. 고밀도 수소에너지 저장 기술 확립
- 수소 액화 및 저장기술 기반 기술 확립
- 고체저장 기술 기반 기술 확립
3. 수소제조

본 연구에서는 천연가스로부터 대량 수소제조 및 수소저장 기술개발 중 고순도 수소분리 공정 및 저장 기술개발에 관한 것이다.
1. 천연가스로부터 대량 수소제조 기술 확립
- 천연가스 열 플라즈마 Pilot Plant설계, 건설 및 운전
- 천연가스 열분해 Demo Plant 설계, 건설 및 운전
- 최상급 카본블랙 제조기술 표준화
- 상용공장 설계 자료 구축
2. 고밀도 수소에너지 저장 기술 확립
- 수소 액화 및 저장기술 기반 기술 확립
- 고체저장 기술 기반 기술 확립
3. 수소제조 및 수소저장 관련 Engineering 기술 개발
- 고효율 플라즈마/열분해 반응 시스템 엔지니어링 설계기술 구축
- 고순도 수소 분리/정제 공정기술 확립
- 수소제조, 분리/회수 및 저장 관련 시스템 Engineering 및 공정 최적화

목차 Contents

• 제 1 장 서론...13
• 제 1 절 기술개요...13
• 제 2 절 기술개발의 필요성...14
• 제 3 절 열 구 배 경...15
• 1. 수소에너지...16
• 가. 수소 이용 가능량...17
• 나. 수소에너지 특징...21
• 2. 연구 동향...22
• 가. 국내의 경우...22
• 나. 시장현황...22
• 다. 국외의 경우...23
• 제 2 장 대량수소제조 요소기술...25
• 제 1 절 플라즈마 기술개요...25
• 1. 플라즈마란 무엇인가?...25
• 2. 열플라즈마의 개요...26
• 3. 열플라즈마 발생기의 종류...27
• 가. 비이송식 직류토치...27
• 나. 고주파 토치...27
• 다. 이송식 직류토치...28
• 라. 공동형 토치...28
• 4. 열플라즈마 공정 기술...29
• 가. 플라즈마 용사 (Plasma Spraying)...29
• 나. 초미세분말 합성 (Ultrafine Powder Synthesis)...30
• 다. 열플라즈마 화학증착 (TPCVD)...30
• 라. 열분해에 의한 폐기물처리 및 석탄가스화...31
• 마. 유도결합플라즈마(ICP) 재료분석...32
• 바. 플라즈마 금속야금...32
• 사. 플라즈마 절단 및 용접...33
• 5. 플라즈마 공정의 일반 요구 사항...33
• 제 2 절 이론적 고찰...34
• 1. 열역학적 고찰...34
• 2. 반응기 설계...36
• 3. DC-RF 플라즈마 토치의 유체역학적 고찰...37
• 4. 천연가스 열분해 반응특성...39
• 5. $CH_4$ 분해와 화학평 형...40
• 6. $CH_4$의 열분해 반응메카니즘...41
• 제 3 절 수소제조 실험 및 결과검토...44
• 1. RF 플라즈마 시스템을 이용한 기초 실험(80%)...44
• 가. 개요...44
• 나. 목표사양...44
• 다. 실험결과...45
• 2. $1Nm^3/hr$ 수소제조용 Microwave 플라즈마 시스템 구축...49
• 가. 개요...49
• 나. 목표사양...50
• 다. Microwave 플라즈마 시스템 설계...50
• 3. Microwave 플라즈마 시스템을 이용한 실험결과...52
• 제 4 절 수소액화 이론적 배경...65
• 1. 수소의 물리적 특성...65
• 2. 수소의 변환...65
• 3. 수소액화 이론...69
• 가. 역전온도와 극저온 액화장치...69
• 나. 수소액화공정...70
• 4. 수소저장기술...73
• 5. 수소 액화 저장기술...74
• 가. 극저온 냉동기...74
• 나. 저장용기-초단열방법(superinsulation)...76
• 다. 기타 관련기술...77
• 6. GM 냉동기의 작동원리...77
• 제 3 장 수소제조 Bench/Pilot 플랜트 기술개발...80
• 제 1 절 플라즈마 Bench 플랜트 기술개발...80
• 1. 천연가스 플라즈마 수소제조 공정기술...80
• 가. Bench 플라즈마 설비 설치...80
• 나. 플라즈마 시스템 선정...81
• 다. 플라즈마 토치 설계...82
• 라. 유도결합 플라즈마 이론적 해석...83
• 마. 자기유체역학(MHD) 전산 모형...86
• 바. 수치 해석 결과...88
• 사. 예비실험...93
• 아. 반응기 설계...94
• 자. 플라즈마 설비...97
• 차. 수소 및 카본블랙 생산 실험...99
• 카. 카본블랙 특성...104
• 타. Pilot 플랜트 기본 설계...106
• 2. 고밀도 수소에너지 저장기술...107
• 3. 수소액화 성능실험...108
• 가. 실험장치 구성...108
• 나. 실험결과 및 고찰...111
• 제 2 절 플라즈마 Pilot 플랜트 기술개발...115
• 1. 플라즈마 PILOT PLANT 설계...115
• 가. 플라즈마 장치 공정도...115
• 나. Heat & Mass Balance...115
• 다. P&ID(Pipe and Instrument Diagram) 도면...116
• 라. 공동형 플라즈마 토치 (R-110)...117
• 마. 반응기 (R-120)...118
• 바. 플라즈마 전원장치 (P-110)...119
• 사. 열교환기 (E-110)...120
• 아. 분리기 (H-110, H-120)...121
• 자. 가스압축기 (E-120)...121
• 차. 가스분석 시스템...124
• 카. 제어 시스템...125
• 2. 실험 장치 및 조건...126
• 가. 실험 과정...126
• 나. 실험 장치...127
• 3. 실험 및 결과...127
• 가. 반응기에 따른 전류 전압 특성...128
• 나. 질소 유량 변화에 따른 전압변화...128
• 다. 파일롯 플랜트 운전에서 전압과 반응기 온도 변화...130
• 라. 카본블랙과 수소의 분석...131
• 4. 결론...137
• 제 4 장 수소제조 경제성 분석...138
• 제 1 절 수소...138
• 1. 서론...138
• 2. 본론...139
• 가. 증기개질법에 의한 수소제조...139
• 나. 플라즈마 반응에 의한 수소제조...144
• 제 2 절 카본블랙...150
• 1. 서론...150
• 2. 본론...150
• 가. 정전기 방지 목적(대전 방지제)...156
• 나. 반도전성(Semi-conductive) 및 도전성에의 적용...156
• 제 5 장 수소액화 기술개발...159
• 제 1 절 연구 개요...159
• 1. 연구배경...159
• 2. 연구목적...160
• 제 2 절 수소액화 실험장치 및 실험방법...161
• 1. 실험장치...161
• 2. 실험방법...165
• 제 3 절 실험 결과 및 고찰...166
• 1. 무부하 성능실험...166
• 2. 압력 변화에 따른 유량특성...167
• 3. 압력변화에 따른 온도특성...170
• 4. 액체수소 Warm-up 특성...173
• 5. 압력에 따른 액화효율산정...173
• 6. 액체질소($LN_2$) 예냉에 따른 유량변화...175
• 7. 촉매에 의한 액화특성변화...176
• 제 6 장 결론...181
• 제 1 절 대량 수소제조 기술...181
• 1. 반응기에 따른 전류 전압 특성...181
• 2. 질소 유량 변화에 따른 전압 변화...182
• 3. Pilot 플랜트 운전에서 전압과 반응기 온도 변화...182
• 제 2 절 수소 액화 기술...183
• 참고 문헌...185
• 제 1 장 서론...185
• 제 2 장 대량수소제조 요소기슬...187
• 제 3 장 수소제조 Bench/pilot 플랜트 기술개발...189
• 제 4 장 수소제조 경제성 분석...191
• 제 5 장 수소액화 기술개발...192
• [위탁연구기관 보고서]...195
• 1. 한국과학기술연구원(KIST)...195
• 2. 연세대학교...577
• 3. 한국해양대학교...675
• 4. 건국대학교...721
• 5. 영남대학교...765
• 6. 성균관대학교...817
• 7. 전북대학교...843