초록 ▼

수소충전소는 연료전지 자동차 및 수소내연기관 자동차의 조기 상용화를 위한 인프라 기술로서; 현재와 같이 초기단계에 있어서는 대규모 중앙 집중형보다 소규모 분산형 시스템이 유리하며; 특히 천연가스를 이용한 수소생산 기술이 가장 경제성이 있는 것으로 평가되고 있다. 보급 실증 단계의 수소 충전소는 연료전지 자동차 운영 규모에 적합한 용량의 현장생산형 수소 제조 장치를 주로 채택하고 있다. 단기적으로는 중소규모의(20~100 $Nm^3$/h) 고순도 수소 제조 장치가 필요하며 중장기 적으로 연료전지 자동차 보급 확대에

수소충전소는 연료전지 자동차 및 수소내연기관 자동차의 조기 상용화를 위한 인프라 기술로서; 현재와 같이 초기단계에 있어서는 대규모 중앙 집중형보다 소규모 분산형 시스템이 유리하며; 특히 천연가스를 이용한 수소생산 기술이 가장 경제성이 있는 것으로 평가되고 있다. 보급 실증 단계의 수소 충전소는 연료전지 자동차 운영 규모에 적합한 용량의 현장생산형 수소 제조 장치를 주로 채택하고 있다. 단기적으로는 중소규모의(20~100 $Nm^3$/h) 고순도 수소 제조 장치가 필요하며 중장기 적으로 연료전지 자동차 보급 확대에 따라 상용 규모의 수소충전소는 300 $Nm^3$/h 정도의 수소 제조 장치가 필요할 것으로 예측하고 있다. 본 연구에서는 천연가스 수증기 개질 시스템과 압력 변동 흡착(PSA) 시스템을 연계하여 단일 스키드 타입의 고순도 수소 제조 장치를 개발하였다. 개발된 천연가스 수증기 개질 시스템은 상압 조건에서 운전되고 수증기 개질 반응기(SMR)와 수성가스 전이 반응기(WGS)를 연계하여 구성하였다. 개질 온도 755 ℃에서 메탄 전환율은 91.5%를 달성하였으며 개질 가스는 H2 78.26%, CO 1.43%, $CO^2 $18.49%, $CH_4$ 1.85%의 조성을 나타내었다. 생산된 개질 가스를 정제하기 위하여 PSA를 사용하였으며 개질 가스 압축기를 통해 0.97 MPa까지 승압하여 PSA로 공급하였다. PSA에서 정제된 제품 수소는 생산량 21.1 $Nm^3$/h; 수소 순도 99.999%를 달성하였고 제품 수소 내 불순물은 CO 3.66 ppmv; $CH_4$ 8.2 ppmv; $CO^2 $ 19.8 ppmv로 분석되었다. PSA 공정에서 미회수된 수소; 메탄 및 일산화탄소는 수증기 개질 반응기 가열을 위한 버너 연료로 사용하였다. 개발된 고순도 수소 제조 장치는 60% 이상의 고순도 수소 제조 효율을 달성하였다.

Abstract ▼

The main issues for the developing of a small-scale hydrogen production unit are advanced designs of the heat and system integration. We adopted an annular shape of reactor to increase the heat transfer rate from burner exhaust gas to steam reforming beds. The modular design of reforming system will

The main issues for the developing of a small-scale hydrogen production unit are advanced designs of the heat and system integration. We adopted an annular shape of reactor to increase the heat transfer rate from burner exhaust gas to steam reforming beds. The modular design of reforming system will help to reduce the manufacturing cost and to facilitate further integration of total process. The pressure swing adsorption(PSA) system was used to separate hydrogen from other impurities, such as CO, $CO^2$ and $CH_4$. A conventional 3-beds type PSA system was designed and fabricated. The performance target of this study are as follows.
■ Development of on-site hydrogen production unit using NG steam reforming
■ Specification of hydrogen production unit
- Hydrogen production capacity : 20 Nm3/h (1.8 kg/h)
- Hydrogen purity : 99.99% (CO < 1ppm)
- Hydrogen production efficiency : > 60% (Lower heating value basis)

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...3
• 보고서 초록...5
• 요약문...7
• SUMMARY...10
• 목차...13
• 표 목차...15
• 그림목차...16
• 제1장 연구개발과제의 개요 ...19
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...20
• 제1절 국내 기술개발 현황 ...20
• 제2절 국외 기술개발 현황 ...24
• 제3장 연구 개발 수행 내용 및 결과 ...40
• 제1절 서론 ...40
• 제2절 전체 시스템 구성 및 개발 계획 ...41
• 제3절 천연가스 리포밍 시스템 개발 ...45
• 제4절 개질가스 정제 시스템 개발 ...70
• 제5절 리포머+PSA 통합 패키지 개발 ...82
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...102
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...103
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...105
• 제7장 참고문헌 ...108