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보고서 상세정보

수소스테이션 국산화 기술 개발
Development of LPG Steam Reforming Fuel Processor for Hydrogen Station

  • 주관연구기관

    한국에너지기술연구원
    Korea Institute of Energy Research

  • 연구책임자

    정헌

  • 참여연구자

    양정일   조순행   정남조  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2009-08

  • 주관부처

    지식경제부

  • 사업 관리 기관

    한국연구재단

  • 등록번호

    TRKO201000011839

  • 키워드

    프리-리포머.리포머.열교환형반응기.금속 모노리스 촉매.촉매 연소기.Pre-reformer.Reformer.Heat exchanger typed reactor.Metallic monolith catalyst.Catalytic combustor.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Essential components of a system to convert higher hydrocarbons to hydrogen are a pre-reformer. a main reformer, a catalytic comb...

    Essential components of a system to convert higher hydrocarbons to hydrogen are a pre-reformer. a main reformer, a catalytic combustor an a water evaporator. We developed both the pre-reformer and the main reformer utilizing a reforming catalyst in the form of catalytic active materials washcoated on metallic monoliths. We also developed a unique catalytic combustor to supply heat for the reforming reaction. Along with a water evaporator, we examined the efficiency of each component in a combined reforming unit that can convert LPG into hydrogen with the capacity of 5 $Nm^3$/h.


    고급 화석연료를 수소로 전환하는 리포밍 기술에 있어서, pre-reformer와 리포머, 그리고 촉매 연소기와 증발기 등의 단위 요소 기술을 고효율 국산화하여 조합된 리포밍 시스템을 운전하는 것이다. 신기술의 금속 모노리스 촉매와 ...

    고급 화석연료를 수소로 전환하는 리포밍 기술에 있어서, pre-reformer와 리포머, 그리고 촉매 연소기와 증발기 등의 단위 요소 기술을 고효율 국산화하여 조합된 리포밍 시스템을 운전하는 것이다. 신기술의 금속 모노리스 촉매와 고효율 열교환형 반응기 시스템을 이용한 pre-reformer와 리포머 개발과 반응열 공급을 위한 촉매 연소기, 반응물 공급을 위한 연속식 증발기 등의 핵심 원천기술 개발을 통해 최종적으로 LPG를 연료로 하는 5 $Nm^3$/h급 수소 제조용 리포밍 시스템 개발에 관한 연구가 수행되었다.


  • 목차(Contents) 

    1. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ...14
    2. 제 1 절 연구개발의 목적 ...14
    3. 제 2 절 연구개발의 필요성 ...14
    4. 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ...15
    5. 제 1 절 국내 기술개발 현황 ...15
    6. 제 2 절 국외 기술개발 현황 ...15
    7. 제 3 장 ...
    1. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ...14
    2. 제 1 절 연구개발의 목적 ...14
    3. 제 2 절 연구개발의 필요성 ...14
    4. 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ...15
    5. 제 1 절 국내 기술개발 현황 ...15
    6. 제 2 절 국외 기술개발 현황 ...15
    7. 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ...16
    8. 제 1 절 이론 ...16
    9. 제 2 절 실험 방법 ...28
    10. 제 3 절 연구 내용 및 결과 ...42
    11. 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...87
    12. 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ...88
    13. 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...89
    14. 제 7 장 참고문헌 ...93
    15. PSA 혼합가스를 연료로 하는 촉매연소용 촉매개발 ...94
    16. 수소스테이션용 연료 탈황 기술 개발 ...166
    17. 그림목차
    18. [그림 3-1] 수증기 메탄 개질 반응의 반응 온도에 따른 평형 전환율 (P=1 atm, $H_2O/CH_4$=3) ...18
    19. [그림 3-2] 수증기 메탄 개질 반응의 반응 압력에 따른 평형 전환율 (T=$450^{\circ}C$ $H_2O/CH_4$=3) ...20
    20. [그림 3-3] 수증기 메탄 개질 반응의 반응물 비와 반응 온도에 따른 평형 전환율 (P=1 atm) ...21
    21. [그림 3-4] 촉매 연소의 개념도 ...24
    22. [그림 3-5] 고온 열 발생 촉매연소 방식; (a) 보편적인 고온 촉매연소방식, (b) CST 촉매연소방식, (c) 하이브리드 촉매연소 방식 ...26
    23. [그림 3-6] 제조된 금속 모노리스 촉매 사진 ...29
    24. [그림 3-7] 수증기 개질 반응의 촉매 활성 조사 반응 장치 개략도 ...31
    25. [그림 3-8] 수증기 개질 촉매 활성 조사 반응 장치 사진 ...32
    26. [그림 3-9] 수증기 개질 반응의 금속 모노리스 촉매 활성 조사 반응 장치 개략도 ...34
    27. [그림 3-10] 수증기 개질 반응의 금속 모노리스 촉매 활성 조사 반응 장치 사진 ...35
    28. [그림 3-11] 리포머용 고온 열 공급 촉매 연소기의 재질 및 설계 치수 ...37
    29. [그림 3-12] 1차연료 분사장치와 혼합구간 ...38
    30. [그림 3-13] 촉매 연소용 촉매 개념도 (a)와 사진 (b) ...39
    31. [그림 3-14] 2차연료 분사장치; (a) 초기 모델, (b) 개선된 모델 ...41
    32. [그림 3-15] 반응물 공간 속도 1,800 $h^{-1}$ 하에서 수행된 pre-reforming 반응 후 회수된 금속 모노리스 촉매 사진 (Cat.; Ru-Ni/$Al_2O_3$, S/C=1, 400~$500^{\circ}C$) ...44
    33. [그림 3-16] 반응물 공간 속도 2,400 $h^{-1}$ 하에서 수행된 pre-reforming 반응 후 회수된 금속 모노리스 촉매 사진 (Cat.; Ru-Ni/$Al_2O_3$, S/C=1, 400~$500^{\circ}C$) ...45
    34. [그림 3-17] 반응물 S/C 비는 1에서 수행된 pre-reforming 반응 후 회수된 금속 모노리스 촉매 사진 (Ru-Ni/$Al_2O_3$, SV=1,800 $h^{-1}$ 400~$500^{\circ}C$) ...48
    35. [그림 3-18] 반응물 S/C 비는 2에서 수행된 pre-reforming 반응 후 회수된 금속 모노리스 촉매 사진 (Ru-Ni/$Al_2O_3$, SV=1,800 $h^{-1}$ 400~$500^{\circ}C$) ...49
    36. [그림 3-19] 반응물 S/C 비는 3에서 수행된 pre-reforming 반응 후 회수된 금속 모노리스 촉매 사진 (Ru-Ni/$Al_2O_3$, SV=1,800 $h^{-1}$ 400~$500^{\circ}C$) ...50
    37. [그림 3-20] Pre-reformer 설계 개략도 ...54
    38. [그림 3-21] Pre-reformer 열교환형 반응기 사진 ...55
    39. [그림 3-22] 촉매 담체 변경에 의한 반응 온도에 따른 수증기 메탄 개질 반응 활성 ($H_2O/CH_4$=3, Cat.=200 mg, $F_{total}$=200 ml/min) ...57
    40. [그림 3-23] 귀금속 첨가에 의한 반응 온도에 따른 수증기 메탄 개질 반응 활성 ($H_2O/CH_4$=3, Cat.=6.6 cc, GHSV=9,000 $h^{-1}$) ...59
    41. [그림 3-24] 5 $Nm^3/h$ 수소 제조용 리포밍 열교환형 반응기 설계 개략도 ...61
    42. [그림 3-25] Reformer 열교환형 반응기 사진; (a) Side view, (b) Top view ...62
    43. [그림 3-26] 열교환기 장치 개략도 ...64
    44. [그림 3-27] 열교환기 장치 사진 ...65
    45. [그림 3-28] 리포머 열 공급용 촉매반응기 실제전경; (a) 전경, (b) 가열히터, (c) 1차연료분사장치, (d) 촉매연소부, (e) 2차연료분사장치, (f) 화염연소부, (g) 퀼츠 투시창, (h) 촉매연소, (i) 촉매-화염 복합연소전경 ...68
    46. [그림 3-29] LNG 촉매 연소 반응 실험 ...69
    47. [그림 3-30] $H_2$ 가스의 촉매 연소 반응 실험 ...71
    48. [그림 3-31] $CH_4$, $H_2$ 가스의 촉매 연소 반응 실험 ...72
    49. [그림 3-32] $CH_4$, $H_2$ CO, $CO_2$ 가스의 촉매 연소 반응 실험 ...73
    50. [그림 3-33] 부하와 공급되는 혼합가스의 농도비에 따른 촉매/화염연소 안정성 평가 ...74
    51. [그림 3-34] 5 $Nm^3/h$ 수소 제조용 리포밍 반응 전체 시스템 개략도 ...77
    52. [그림 3-35] 5 $Nm^3/h$ 수소 제조용 리포밍 반응 시스템의 장치 사진 ...79
    53. [그림 3-36] 촉매 연소기 운전에 의한 5 $Nm^3/h$ 수소 제조를 위한 Pre-reformer 운전 결과 (모노리스 촉매=7.6 cc*200 ea, $H_2O$/C=3, 반응물 GHSV=2,620 $h^{-1}$) ...81
    54. [그림 3-37] 촉매 연소기 운전에 의한 5 $Nm^3/h$ 수소 제조를 위한 리포머 운전 결과 (모노리스 촉매=7.6 cc*120 ea, $H_2O$/C=4, 반응물 GHSV=3,500 $h^{-1}$) ...85
    55. 표목차
    56. [표 3-1] 촉매연소의 장.단점 ...23
    57. [표 3-2] 반응물 공간 속도에 따른 pre-reforming 반응 활성 ...43
    58. [표 3-3] 반응물 수증기/탄소 (S/C) 비에 따른 pre-reforming 반응 활성 ...47
    59. [표 3-4] 반응 온도와 반응물 비 (S/C)에 따른 pre-reforming 반응 활성 ...52
    60. [표 3-5] 5 $Nm^3/h$ 수소 제조용 리포밍 시스템 단위 장치 사양 ...76
    61. [표 3-6] 5 $Nm^3/h$ 수소 제조를 위한 pre-reformer 운전 결과 ...83
    62. [표 3-7] 5 $Nm^3/h$ 수소 제조를 위한 리포머 운전 결과 ...86
  • 참고문헌

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