Clean Technology, Vol.21, No.4, 229-234, December, 2015
CFD 모델링을 통한 연료전지용 디젤의 흡착탈황 반응기 디자인
Diesel Desulfurization Reactor Design for Fuel Cell by Computational Fluid Dynamics
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초록
현재 국내에서 수소 관련 연구에 대한 관심이 매우 크나 수소원으로 사용하는 디젤 등 연료 내 존재하는 황 화합물을 제거하는 흡착 시스템 개발 관련 연구는 매우 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수치해석을 통해 연료전지용 디젤 흡착 탈황 반응기에 대한 기초 디자인 연구를 수행하였다. 유량에 따른 반응기 내부의 유동 변화와 출구에서의 황 화합물의 농도를 반응기의 지름 및 길이를 변화시켜가며 해석하여, 출구에서의 황 화합물의 기준 농도 (1 ppm)를 맞추기 위한 탈황 촉매의 성능을 예측하였으며 반응기의 길이 증가가 지름 증가보다 효율적임을 확인하였다. 또한, 충전된 탈황 촉매의 투과율에 따른 내부 유동 및 농도 변화를 살펴보았다. 본 연구 결과는 선박 연료전지용 디젤의 흡착 탈황 반응기 디자인 기초 자료로 활용될것으로 기대된다. 또한, 연료전지뿐 아니라 일반적으로 정유사에서 생산되는 디젤유의 황 함유량을 감소시키는 저황 시스템 디자인에 활용할 수 있으며 이러한 의미에서 석유화학 산업의 청정화 기술 확보에 이바지할 것으로 기대된다.
Recently, there are increasing numbers of study regarding hydrogen fuels but researches on desulfurization of diesel are rare. In this study, we performed diesel desulfurization reactor design by computation fluid dynamics simulation. By analyzing the change in flow and sulfur concentration at the outlet according to the changes in flow rate, reactor length, and reactor diameter, we have found the minimum catalyst performance for the given flow rate condition and the relation between the reactor performance and the reactor size and shape. We also studied the effects of permeability of the packed bed on the flow and sulfur concentration distribution. The present work can be utilized to design a diesel desulfurization reactor for a fuel cell used in ships. Furthermore, the present work also can be used to design low sulfur diesel supply in oil refineries and therefore contribute to the development of clean petrochemical technology.
Keywords:Fuel cell;Desulfurization;Computational fluid dynamics (CFD);Reactor design;Clean petrochemistry
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