초록 ▼

황산-요오드 열화학싸이클(IS 싸이클) 1단계 기본기술 연구로서 상압 황산분해 및 농축공정의 요소기술을 개발하였다.
- 황산/HI/$I_2$ 혼합액으로부터 황산을 97%이상의 순도로 농축하는 조건을 확림함
- 고온용 황산분해 촉매를 설계, 제조하고, $900^{/circ}C$까지 온도를 변화시켜 반응활성을 조사함.
- $850^{/circ}C$ 황산분해반응의 경우 평형전환율이 약 87%, 연속공정 운전에서 황산 전환율이
77.9-83.6%로 나타나 공정

황산-요오드 열화학싸이클(IS 싸이클) 1단계 기본기술 연구로서 상압 황산분해 및 농축공정의 요소기술을 개발하였다.
- 황산/HI/$I_2$ 혼합액으로부터 황산을 97%이상의 순도로 농축하는 조건을 확림함
- 고온용 황산분해 촉매를 설계, 제조하고, $900^{/circ}C$까지 온도를 변화시켜 반응활성을 조사함.
- $850^{/circ}C$ 황산분해반응의 경우 평형전환율이 약 87%, 연속공정 운전에서 황산 전환율이
77.9-83.6%로 나타나 공정 목표인 평형전환율 90% 이상을 달성할 수 있음을 실증함
- 1 L/h 수소 제조를 위한 황산분해공정 연속운전에서 $SO_2$, $I_2$, HI의 함량이 매우 낮은 99.9% 이상 순도의 산소를 생산할 수 있음을 실증함
- Half cycle 연속공정(황산분해공정)의 운전을 통해 1 mole/h 수소 (11.2 L/h 산소)를 연속적으로 제조할 수 있음을 실증하여 향후의 고압 황산분해공정 연구에의 기반을 확립함
- 황산분해반응의 실시간 모니터링을 위해 근적외선/적외선 스펙트럼 측정을 이용한 분광 시스템을 구축하고 측정가능성을 조사함

Abstract ▼

Direct thermal dissociation of water can be achieved at about 3000K. Because of the lack of proper materials for the very high-temperature process, it is not reasonable to produce hydrogen by the direct thermal dissociation. Thermochemical cycles, which indirectly split water to hydrogen and oxygen

Direct thermal dissociation of water can be achieved at about 3000K. Because of the lack of proper materials for the very high-temperature process, it is not reasonable to produce hydrogen by the direct thermal dissociation. Thermochemical cycles, which indirectly split water to hydrogen and oxygen by using media in multi-step reactions, propose possibility of water splitting at lower temperature. Iodine-Sulfur (IS) cycle is one of the most feasible thermochemical cycles to produce hydrogen from water at lower than $1000^{/circ}C$. Waste heat from a very high temperature gas cooled nuclear reactor (VHTR) or solar energy can supply this high temperature which is required for the decomposition of sulfuric acid to $SO_3$ then to $SO_2$ and $O_2$ in the IS cycle.
In this work of the phase I, catalysts for the dissociation of $SO_3$ to $SO_2$ and $O_2$ were designed, prepared and characterized, and their activities were tested in $SO_3$ dissociation reactions. Activities of metal oxide catalysts (Fe, Cu, and Co) supported on alumina or titania prepared by co-precipitation were studied in an attempt to find suitable catalysts for the decomposition of sulfur trioxide. The $SO_3$ decomposition was performed in a temperature range of 750 ~ $950^{/circ}C$ at a space velocity of 72,000 $cm^3$/g.cat.-h in a fixed bed reactor. Catalytic activities of supported Fe catalysts increased as the Fe loading amount increased. This indicated that the Fe component should be the active species. Redox mechanism seems plausible for the $SO_3$ decomposition on metal oxides: firstly, the metal sulfate formation (oxidation: MO + $SO_3$ → MSO4) and secondly, the decomposition of metal sulfate (reduction: M$SO_4$ $\rightarrow$ $MO_2$ + $SO_2$ and $MO_2$ → MO + 1/2 $O_2$)

목차 Contents

• 제 1 장. 연구개발과제의 개요...21
• 1. 연구개발의 목적...21
• 2. 연구개발의 필요성...21
• 가. 기술적 측면...21
• 나. 경제.산업적 측면...24
• 다. 사회.문화적 측면...24
• 3. 연구개발의 범위...25
• 제 2 장. 국내외 기술개발 현황...27
• 1. 국내의 연구개발 실적...27
• 2. 국외의 연구개발 실적...27
• 3. 국내기술의 취약성...28
• 4. 앞으로의 전망...29
• 제 3 장. 연구개발 수행 내용 및 결과...31
• 제 1 절. 열화학싸이클을 이용한 수소제조 기술...31
• 1. 열화학싸이클을 이용한 물 분해 수소제조...31
• 2. 요오드-황 싸이클(Iodine-Sulfur Cycle)을 이용한 황산 분해...32
• 제 2 절 SO3 분해반응...33
• 1. SO3 분해반응 실험장치...33
• 2. 촉매의 제조...35
• 3. 특성 분석 장치...38
• 4. 촉매 특성 및 SO3 분해활성...39
• 5. 결 론...110
• 제 3 절. 황산분해공정...111
• 1. 황산분해공정의 핵심기술 개발...111
• 2. 1 mole/h 수소생산을 위한 황산분해공정 설계 및 운전...127
• 제 4 절 황산분해공정 제어를 위한 실시간 분석기법에 관한 연구...169
• 1. 이론적 배경...169
• 2. 실험내용...180
• 제 4 장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...195
• 1. 연구개발 목표의 달성도...195
• 2. 관련분야에의 기여도...196
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획...197
• 제 6 장. 연구개발 과정에서 수집된 해외과학기술정보...198
• 1. 요약문헌 및 발표 자료...198
• 2. 학회정보 수집...201
• 제 7 장. 참고문헌...202