초록 ▼

20Nm3/h규모의 천연가스를 이용한 고순도 수소제조 공급 시스템 개발을 위해서, 수소 생산량을 30Nm3/hr, SR에서의 CH4 전환율은 90%, 개질기 시스템의 열효율은 72%(LHV)로 설계기준을 설정함으로써 과제 목표를 상회하는 수준으로 열 및 물질수지를 세웠다. 소형 테스트 버너를 이용하여 화염안정성 및 배기특성 등을 조사하여 적정 버너용량을 결정하였고 상용버너를 테스트하여 적정운전조건과 연소실의 설계에 필요한 데이터를 도출하고 반영하였다. 각 반응별로 여러 종류의 상용촉매 및 개발 단계에 있는 촉매를 평가하여 적정촉매를

20Nm3/h규모의 천연가스를 이용한 고순도 수소제조 공급 시스템 개발을 위해서, 수소 생산량을 30Nm3/hr, SR에서의 CH4 전환율은 90%, 개질기 시스템의 열효율은 72%(LHV)로 설계기준을 설정함으로써 과제 목표를 상회하는 수준으로 열 및 물질수지를 세웠다. 소형 테스트 버너를 이용하여 화염안정성 및 배기특성 등을 조사하여 적정 버너용량을 결정하였고 상용버너를 테스트하여 적정운전조건과 연소실의 설계에 필요한 데이터를 도출하고 반영하였다. 각 반응별로 여러 종류의 상용촉매 및 개발 단계에 있는 촉매를 평가하여 적정촉매를 선정하고 필요한 촉매량을 산정하여 반응기 설계에 반영하였다. PSA에서의 수소회수율을 70%로 가정하고 HYSYS를 이용한 Process Simulation을 통해 시스템의 열 및 물질수지를 세웠다. 각 반응별 필요 열전달 면적을 적정하게 조합하여 Compact하면서도 열전달 효율을 극대화한 개질반응기, 연소기, 수증기발생기 및 열교환기 일체형의 개질기 시스템을 독자적으로 설계하여 제작하였고, 장치의 구성 및 구조를 고려하여 촉매충진 부피가 각각 28, 23 L의 일반적인 HTS, LTS반응기를, 50 L용량의 상온탈황 흡착반응기를 부착하여 천연가스 수증기 개질반응 시스템을 완성하였다. S/C비는 3, Air/Fuel비는 1.2~1.3으로 고정하여 100% Load로 운전 시 Feed NG 188 l/min, 순수(H2O) 0.52 l/min, Fuel NG 93l/min, 공기는 1,290 l/min를 주입하였으며, 메탄 전환율은 94.5%, 수소 생산량은 32 Nm3/hr(PSA 회수율 70%기준), 열효율은 78%(HHV)를 얻어서 과제 목표치인 메탄 전환율 85%, 수소생산량 20Nm3/hr, 효율 70%를 훨씬 상회하는 연구성과를 얻었으며 15회 DSS운전을 통하여 안정적 운전 Data를 확보하였다.

Abstract ▼

1st year
Optimization of reforming process and conceptual design
Development of core technology : screening of catalysts for each reaction and selection of burner type and capacity
2nd year
Completion of detailed design for steam reformer
Manufacture of 20 Nm3/hr-class prototype NG st

1st year
Optimization of reforming process and conceptual design
Development of core technology : screening of catalysts for each reaction and selection of burner type and capacity
2nd year
Completion of detailed design for steam reformer
Manufacture of 20 Nm3/hr-class prototype NG steam reformer and surroundings
Development of core technology : application of catalysts, design of high efficiency burner and heat exchanger
3rd year
Development, demonstration, and improvement of 20 Nm3/hr NG steam reforming technology.
Optimization of heat network
Accomplishment of the proposed performance index: H2 production: 20 Nm3/hr, methane conversion: 85%, thermal efficiency: 70%
Development of core technology: Design and manufacture a highly efficient burner

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 10
• 목차 ... 11
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 12
• 제1절 연구개발의 목적 ... 12
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 12
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 제1절 미국 ... 14
• 제2절 일본 ... 14
• 제3절 EU ... 14
• 제4절 국내 ... 15
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 17
• 제1절 Simulation Model을 이용한 PFD 구축 ... 17
• 제2절 각 반응별 촉매 및 탈황흡착제 성능 평가/선정/적용 ... 18
• 제3절 고효율 버너 개발 및 개선 ... 19
• 제4절 수소 Station용 열교환기 일체형 천연가스 수증기 개질기 개발 ... 24
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 29
• 제1절 목표 달성도 ... 29
• 제2절 관련분야에의 기여도 ... 29
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 30
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 31
• 제7장 참고문헌 ... 32