초록 ▼

- 본 연구는 분리막 반응기를 이용하여 반응분리 동시공정을 이용한 수소 제조 시스템 개발을 목적으로 6년(2단계)간 진행 계획임.
- 1단계(3년)에서는 시스템 구성에 필요한 핵심 요소기술(분리막 지지제 제조, 팔라듐계 수소분리 막제조, 분리막 모듈설계, 저온용 탄화수소 개질 촉매 최적화)의 확보를 목표로 연구를 진행 하였으며 추진된 연구내용 및 결과는 다음과 같다.
- 팔라듐계 치밀 분리막의 지지체는 다입경 분포(50nm-$5\mu{m}$)를 갖도록 니켈 파우더를 혼합, 압착하여 제조함.
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- 본 연구는 분리막 반응기를 이용하여 반응분리 동시공정을 이용한 수소 제조 시스템 개발을 목적으로 6년(2단계)간 진행 계획임.
- 1단계(3년)에서는 시스템 구성에 필요한 핵심 요소기술(분리막 지지제 제조, 팔라듐계 수소분리 막제조, 분리막 모듈설계, 저온용 탄화수소 개질 촉매 최적화)의 확보를 목표로 연구를 진행 하였으며 추진된 연구내용 및 결과는 다음과 같다.
- 팔라듐계 치밀 분리막의 지지체는 다입경 분포(50nm-$5\mu{m}$)를 갖도록 니켈 파우더를 혼합, 압착하여 제조함.
- 제조된 지지체(다공성 분리막)는 $H_{2}/CO_{2}$의 선택도 40에 이르는 미세 기공 분포를 나타냄. 이 때 분리도는 평균기공 분포에 의한 효과와 함께 니켈 파우더와 수소의 흡착특성에 의한 기여로 평가됨.
- 치밀 분리막을 제조하기 위하여, 지지체를 프라즈마 전처리를 통하여 활성화 한 다음, 니켈전해도 금을 통하여 지지체의 표면 거칠기의 완화와 함께 팔라듐과의 접합을 향상함.
- 표면 처리완성된 지지체에 팔라듐을 스파터링을 통하여 $2-5\mu{m}$의 두께로 코팅한 다음, 구리를 팔라듐의 상층부에 스파터링 및 열처리를 통하여 pin hole을 제거하는 방법으로 치밀 분리막을 제조함.
- 제조 완성된 치밀 분리막은 수소/질소의 선택도 1,000,000 이상으로 pin hole free의 성능임. 수소의 투과량은 1 ml/cm2.min.atm 이상으로서 $20\mu{m}$의 파라듐 foil보다 높은 수준임.
- 분리막 모듈은 적층 방법으로 컴팩트하게 설계함.
- 개질 촉매는 다양한 반응조건에 대한 실험결과를 확보하여 최종 시스템의 설계 및 운전자료를 제공함.

Abstract ▼

- Syngas production system from hydrocarbon is the matured technique in the chemical fertilizer and petrochemical industry.
- Recently, many researches for syngas production system with small capacity have been conducted according to the needs of hydrogen for fuel cell and reductant gases for rem

- Syngas production system from hydrocarbon is the matured technique in the chemical fertilizer and petrochemical industry.
- Recently, many researches for syngas production system with small capacity have been conducted according to the needs of hydrogen for fuel cell and reductant gases for removal of pollutants.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문 ...2
• 초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY...8
• CONTENTS...12
• 목차 ...14
• 제1장 연구개발과제의 개요 ...24
• 제1절 연구의 목적 ...24
• 제2절 연구의 필요성 ...26
• 1. 분리막 ...26
• 2. 분리막 모듈 ...27
• 3. 저온용 탄화수소 개질 촉매 ...27
• 4. 시스템 구성 ...28
• 제3절 연구의 범위 ...29
• 1. 분리막 제조 ...29
• 2. 분리막 모듈 개발 ...30
• 3. 촉매 조성 최적화 ...30
• 제2장 국내외 기술 개발 현황 ...31
• 제1절 탄화수소 개질 촉매 ...31
• 제2절 분리막 ...34
• 1. 고밀도 분리막 ...34
• 2. 다공성 분리막 ...36
• 제3절 매세유로 반응기(MCR) ...41
• 제3장 연구수행 내용 및 결과 ...45
• 제1절 연소 및 개질 촉매 ...45
• 1. 실험방법 ...45
• 2. 실험결과 및 고찰 ...50
• 제2절 분리막 ...87
• 1. 분리막 기술의 원리 ...87
• 2. 실험방법 ...88
• 3. 다공성 분리막 ...92
• 4. Dense 분리막 ...118
• 5. 적층에 의한 분리막 모듈 개발 ...154
• 제3절 분리막 미세유로 반응기(MCR)의 개발 ...158
• 1. MCR 개발을 위한 기초실험 ...158
• 2. 촉매 코팅 기술 ...160
• 3. MCR을 이용한 연소 및 개질 반응 특성 ...162
• 4. MCR 분리막 반응기의 구성 및 제작 ...178
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...186
• 제1절 목표 달성도 ...186
• 제2절 관련분야의 기술발전에 기여도 ...187
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...189
• 제1절 추가연구의 필요성 ...189
• 제2절 타 연구에의 응용 ...190
• 제3절 기업화 추진방안 ...190
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...191
• 제1절 분리막 이용 수소제조 ...191
• 제2절 Micro-channel reformer ...195
• 제3절 reformer 가열 시스템 ...196
• 제7장 참고문헌 ...198