초록 ▼

본 연구개발 과제는 고온가스냉각로의 열원을 이용한 물분해 수소제조 공정으로 SI공정에 관한 연구로써 1)HI분해 반응 기술 2) HI농축 기술, 3)HI 분해 공정화 기술, 4)HI 분해 공정 및 연계 운전으로 구성되어있다. SI 공정연계 실증 및 HI 분해기 스케일 업을 위한 HI 분해 성형촉매의 제조 및 최적화 그리고 성능 평가 연구가 진행되었다. 실리카-지르코니아 복합산화물 지지체 개발 및 열처리 조건 최적화를 통하여 비표면적과 백금 분산도가 향상된 성형촉매를 제조하였다. HI분해공정을 건설하고 운전을 통해 장치/공정을 수정

본 연구개발 과제는 고온가스냉각로의 열원을 이용한 물분해 수소제조 공정으로 SI공정에 관한 연구로써 1)HI분해 반응 기술 2) HI농축 기술, 3)HI 분해 공정화 기술, 4)HI 분해 공정 및 연계 운전으로 구성되어있다. SI 공정연계 실증 및 HI 분해기 스케일 업을 위한 HI 분해 성형촉매의 제조 및 최적화 그리고 성능 평가 연구가 진행되었다. 실리카-지르코니아 복합산화물 지지체 개발 및 열처리 조건 최적화를 통하여 비표면적과 백금 분산도가 향상된 성형촉매를 제조하였다. HI분해공정을 건설하고 운전을 통해 장치/공정을 수정 보완하고 부품들에 대한 검증을 진행하였다. 또한 분젠공정과 연계를 진행하였다. HI분해공정의 실증 및 SEC1(분젠공정)과의 연계운전을 시도하여 최대 수소 50L/h, 수소발생시간 약 8.5시간을 달성하였다. SEC3로 공급되는 HIx용액의 조성은 H2O/HI=5.52 ~ 6.21, I₂/HI=0.51 ~ 1.97의 조성에서 실험을 진행하였다. 실증 및 연계 운전을 통해 HI분해공정의 개선점, 배관, 계장, 장치 등의 계통설계 안을 제시하였다. HI 분해 공정화 기술 분야에서는 파일럿 규모 HI분해 공정 흐롬도를 개발하였다. 전기 투석 셀에 공급되는 흐름이 분젠 반응 후 생성된 HIx 상과 HI 분해 공정의 재순환 흐름을 혼합하여 전기 투석 셀의 Cathode실과 Anode실에 각각 동일한 유량/조성이 공급되도록 설정하였다. Section III의 HIx 증류탑 설계 및 제어 방안 도출을 위한 연구를 수행하여 HIx 용액의 복잡한 화학반응을 고려한 열역학 모델을 개발하여 상평형 자료에 대한 만족할 만한 정확도를 확보하였으며 증류탑의 주요 운전 변수들인 환류비와 경질상 몰 유량 등에 대한 증류탑 단의 온도 민감도를 분석하여 증류탑 제어 방안을 제시하였다. HI분해공정을 건설하고 운전을 통해 장치/공정을 수정 보완하고 부품들에 대한 검증을 진행하였다. 또한 분젠공정과 연계를 진행하였다. HI분해공정의 실증 및 SEC1(분젠공정)과의 연계운전을 시도하여 최대 수소 50L/h,수소발생시간 약 8.5시간을 달성하였다. SEC3로 공급되는 HIx용액의 조성은 H₂O/HI=5.52 ~ 6.21, I₂/HI=0.51~ 1.97의 조성에서 실험을 진행하였다. 실증 및 연계 운전을 통해 HI분해공정의 개선점, 배관, 계장, 장치 등의 계통설계 안을 제시하였다.

( 출처 : 보고서 요약서 5p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
Deveolopment of silica-zirconia oxide support and optimization of heat treatment condition in catalyst preparation were performed to enhance HI decomposition properties of catalyst. Alumina supported Pt catalyst with raschig ring which had been treated on optimized heat treatment condi

Ⅳ. Results
Deveolopment of silica-zirconia oxide support and optimization of heat treatment condition in catalyst preparation were performed to enhance HI decomposition properties of catalyst. Alumina supported Pt catalyst with raschig ring which had been treated on optimized heat treatment condition showed high specific surface area, metal dispersion, and enhanced HI decomposition performance. The HI decomposition performance test of cylindrical (raschig ring shape) type catalyst were conducted for scale-up design of HI decomposer by changing space velocities and reaction temperatures.

The data of mass transport within the ED stack were collected by experiment of stack. The material concentration can be predicted by measuring transport of water, HI concentration and stack voltage on operation. The mass balance and conceptual design of ED stack was performed for the scale-up of ED stack. The mass balance, cell number and electrode area was calculated to make a decision of stack size. We designed conceptual design of ED cell using metal bipolar plate and make a test with it. This metal bipolar plate make a possible to enlarge the electrode area for real SI process.

We developed the HI decomposition process flowsheet of a 1 H2-Nm3/h pilot scale. The biggest difference with the existing flow chart is the flow that is supplied to the electrodialysis cell. HIx phase after the Bunsen reaction and the recycle stream are mixed and fed to the EDC on the same flow rate. When the demonstration experiments were conducted, we experienced the difficulties with operation of EDC due to the difference between the flow rate and composition of the mixture to be injected into the HIx Anode and Cathode chamber. When employing a modified flow diagram in which the concentration of the solution to be injected into the electrodialysis cell has the same, we expect to facilitate the start-up operation of the electrodialysis cell. It is also possible that when the recirculation flow and Bunsen reaction mixture flow is increased to reduce the concentration of HI azeotropic points.

Performance of batch and continuous type crystallizers were evaluated after designing and manufacturing in the iodine removal process development research for Section III. The proposed apparatuses were successful for obtaining HIx mixture of around HI:I₂:H₂O = 1:2:5 from that of close to feed condition (e.g. HI:I₂:H₂O = 1:4:5) by cooling. The effect of operational variables such as cooling area and cooling time were assessed by applying the apparatuses. In addition, computational simulation were carried out in order to secure fundamental data for scale-up and heat duty of the crystallizer as well as equilibrium-based final liquid compositions were estimated with respect to a feed condition. Crystal falling velocity in a solution which is required for apparatus design was also calculated to investigate dynamic behavior in a crystallizer.

A thermodynamic model considering complex chemistries on HIx mixture was developed and applied to obtain satisfactory consistency with phase equilibrium data in HIx distillation column design and control method derivation research on Section III. Distillation column control method was proposed by analyzing tray temperature sensitivity on major operational variables such as reflux ratio and distillate mole flow rate.

HI decomposition section was constructed and operated. In the 3 years operation period, the parts and instruments used in SEC3 were tested and verified. 50L/h of hydrogen production and approximately 8.5h operation of SEC3 was achieved in lab-scale demonstration of SEC3 and integrated operation with HIx composition of H2O/HI-5.52~6.21, I2/HI=0.51~1.97. H2O/(HI+H2O) ratio of distillation raffinate was relatively high which could be predicted in the previous thermodynamic data but the ratio was lager than the predicted one. And the distillate has relatively small water (H2O/HI<2.0) which cause clogging after HI decomposer. To prevent clogging, HIx from distillation raffinate and condensate after HI decomposer was supplied to the exit of the HI decomposer. In ED operation, start-up time and control made problems of large amount of HIx solution for start-up and large current change in transition from start-up to normal operation. So we proposed a new flow scheme in SEC3

( 출처 : SUMMARY 13p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 12
• CONTENTS ... 16
• 목차 ... 17
• 표목차 ... 18
• 그림목차 ... 21
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 27
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 27
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 29
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 34
• 제 1 절 HI분해 반응 기술 ... 34
• 제 2 절 HI 농축 기술 ... 57
• 제 3 절 HI 분해 공정화 기술 ... 108
• 제 4 절 HI 분해 공정 및 연계 운전 ... 173
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 249
• 제 1 절 목표달성도 ... 249
• 제 2 절 관련분야기여도 ... 250
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 252
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 253
• 제7장 참고문헌 ... 255
• 끝페이지 ... 259