초록 ▼

ㅇ 연구의 목적 및 내용
기존의 연료개질기는 촉매의 수명이 탄소침착으로 인해 제한적이고 산화제로 쓰는 공기의 질소가 생성 가스의 순도를 저하시키는 문제점이 있다. 이를 해결하고자 새로운 개념의 연료개질기를 제안하기 위한 기초 연구를 진행한다. 본 연구에서는 촉매를 사용하는 메탄 개질의 단점을 매체순환식 연소 개념을 차용하여 극복하고자 한다. 이를 위해 촉매의 재생을 개질 반응 중에 유도하는 것과 동시에 수소를 적시에 생산할 수 있도록 한다. 본 연구에서는 산소전달물질의 제조법을 개선하고 화학반응변수 계산을 위한 반응기를 제작하

ㅇ 연구의 목적 및 내용
기존의 연료개질기는 촉매의 수명이 탄소침착으로 인해 제한적이고 산화제로 쓰는 공기의 질소가 생성 가스의 순도를 저하시키는 문제점이 있다. 이를 해결하고자 새로운 개념의 연료개질기를 제안하기 위한 기초 연구를 진행한다. 본 연구에서는 촉매를 사용하는 메탄 개질의 단점을 매체순환식 연소 개념을 차용하여 극복하고자 한다. 이를 위해 촉매의 재생을 개질 반응 중에 유도하는 것과 동시에 수소를 적시에 생산할 수 있도록 한다. 본 연구에서는 산소전달물질의 제조법을 개선하고 화학반응변수 계산을 위한 반응기를 제작하여 수치해석에 필요한 기초 데이터를 확보한다.

ㅇ 연구결과
문헌 조사를 통해 활성물질을 Ni로 선정 하였으며, 여러 산소 전달물질 중 8mol%의 Y을 포함한 YSZ를 이용한 Ni (32 wt%) 기반 촉매가 최적의 안정성과 성능을 보이는 결과를 도출하였다. 일반적인 Flow Reactor Type의 촉매 개질 장치에 본 연구에 필수적인 cycle분석이 가능한 자동화 장치와 작동시 배압을 측정할 수 있는 장비를 추가하여 제작을 완료하였다. 지지체는 mesh 혹은 fiber 같은 금속지지체를 채택하였으며, 촉매 물성평가, 새로운 실험장치 설계 및 실험을 수행하고, 결과를 분석하였다. 한편, 선정한 일부 반응의 화학반응변수 산출을 위한 기초 데이터 확보하였으며, 개질기 설계에 필요한 수치해석 모델 구축을 위하여 개념 설계 및 실제 형상 설계를 완료하였다. 반응기는, 열 교환 효율 제고를 위해 4개의 직사각형 스택으로 이루어진 형태로서 대표 반응식 및 온도조건 별 생성물의 거동에 대하여 확인하였다.

ㅇ 연구결과의 활용계획
본 연구는 새로운 개질 시스템에 대한 연구로써 이산화탄소 분리, 유해배출가스 저감을 동시에 달성할 수 있다. 연료 개질에 대한 연구를 통해 플랜트뿐만 아니라 산업용 기초소재, 연료전지, 운송수단 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 특히, 차량 엔진에 수소를 첨가하는 것과 같은 소량의 수소만을 필요로 하는 경우 사회적 인프라를 구축하는데 있어 경제성이 떨어진다. 따라서 본 연구에서는 직접적으로 탄화수소 연료를 활용하여 수소를 on-board 방식으로 생산하는 소형화 개질 기술의 발판을 마련하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 새로운 방식의 수소 생산 방식을 통한다면 수소를 활용하는데 있어 획기적인 전환점을 제공할 것으로 판단된다. 한편, 다양한 실험 및 해석 결과는 연료개질 연구에 있어서 확대된 연구 진행을 위한 기초자료로 제공될 수 있다.


(출처 : 한글요약문 5p)

Abstract ▼

ㅇ Purpose & contents
The existing fuel reformer has issues such as carbon deposition and low purity of produced gas due to nitrogen dilution from air. In order to resolve these issues, a new concept of fuel reformer has been suggested and fundamental research was performed for this new reformer d

ㅇ Purpose & contents
The existing fuel reformer has issues such as carbon deposition and low purity of produced gas due to nitrogen dilution from air. In order to resolve these issues, a new concept of fuel reformer has been suggested and fundamental research was performed for this new reformer development. For this purpose, the regeneration of the catalyst is induced during the reforming reaction and at the same time the hydrogen is produced in a timely manner.The goals of the project would be improvement of oxygen carrier synthesis method and obtaining experimental data from a reactor built for chemical kinetic study for chemical modeling of the reformer.

ㅇ Result
Through the literature review, the active material was selected as Ni and the optimum stability and performance of Ni (32 wt%) based catalyst using YSZ containing 8 mol% Y among several oxygen carriers were obtained. We have completed the production by adding an automatic device capable of cycle analysis which is essential for the present study and a device capable of measuring the backpressure during operation in a general flow reactor type catalyst reforming device. Metal support such as mesh or fiber was adopted as the support, and evaluation of the catalyst properties, design and experiment of the new experimental equipment were carried out and the results were analyzed. On the other hand, the basic data for the calculation of the chemical reaction parameters of selected reactions were obtained and the conceptual design and the actual shape design were completed to construct the numerical analysis model required for the reformer design. The reactor was composed of four rectangular stacks for the purpose of improving the heat exchange efficiency, and confirmed the behaviors of the products by typical reaction equations and temperature conditions.

ㅇ Expected Contribution
This is a study on the new reforming system that can simultaneously achieve carbon dioxide separation and harmful emission reduction. Through research on fuel reforming, it can be applied to various fields such as industrial basic material, fuel cell, transportation, as well as plant. In particular, if only a small amount of hydrogen, such as adding hydrogen to a vehicle engine, is needed, economical efficiency in constructing a social infrastructure is low. Therefore, this study aims to provide a platform for miniaturization reforming technology that uses hydrogen fuel directly to produce hydrogen on-board. The new method proposed in this study is expected to provide a significant turning point in utilizing hydrogen. On the other hand, various experimental and analytical results can be provided as basic data for the extended research in the fuel reforming studies.


(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 19
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 93
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 94
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 95
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 97
• 8. 참고문헌 ... 98
• 9. 연구성과 ... 102
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 104
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 104
• 12. 기타사항 ... 108
• 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 109
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 128
• 끝페이지 ... 143