Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.19, No.2, 157-160, April, 2008
고순도 수소생산을 위한 고온전이 반응 연구
Investigation of the High Temperature Shift for a Generation of High Purity Hydrogen
E-mail:
초록
탄화수소 계열의 연료로부터 고순도의 수소를 생산하는 것은 연료전지의 효율적인 운전과 밀접하다. 일반적으로 대부분의 탄화 수소 연료에서 수소를 생산하는 과정은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 수증기 혼합물이 생성되는 개질 과정 및 일산화탄소를 저감하는 전이반응과 선택적 산화반응 과정으로 구성되어 있다. 전이반응은 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하는 동시에 수소가 생성되는 고온 전이와 저온전이로 구성된 두 단계의 촉매전환 공정이다. 일반적으로 개질기에서 생성된 개질 가스는 고온전이 반응기를 거쳐 일산화탄소 농도를 3∼5%까지 저감한다. 본 연구에서는 고온전이 반응기를 설계 및 제작하여 일산화탄소 농도를 2∼4%까지 저감하였다. 고온전이 반응에서 철이 첨가한 촉매(G-3C)를 사용하여 부분산화 개질에서 생성된 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하였다. 그리고 고온전이 영향인자인 수증기 주입량, 개질 가스 조성, 반응온도, 개질 가스 주입량변화에 대한 연구를 진행하였다.
The generation of high-purity hydrogen from hydrocarbon fuels is essential for efficient operation of fuel cell. In general, most feasible strategies to generate hydrogen from hydrocarbon fuels consist of a reforming step to generate a mixture of H2, CO, CO2 and H2O (steam) followed by water gas shift (WGS) and CO clean-up steps. The WGS reaction that shifts CO to CO2 and simultaneously produces another mole of H2 was carried out in a two-stage catalytic conversion process involving a high temperature shift (HTS) and a low temperature shift (LTS). In a typical operation, gas emerges from the reformer is taken through a high temperature shift catalyst to reduce the CO concentration to about 3∼5%. The HTS reactor was designed and tested in this study to produce hydrogen-rich gas with CO to a range of 2∼4%. The iron based catalysts (G-3C) was used for the HTS to convert the most of CO in the effluent from the partial oxidation (POX) to H2 and CO2 at a relatively high rate. Parametric screening studies were carried out for variations of the following variables: reaction temperature, steam flow rate, components ratio (H2/CO), and reforming gas flow rate.
- Son JE, Korean Chem. Eng. Res., 42(1), 1 (2004)
- Rostrup-Nielsen DJR, J. Catal., 33, 184 (1974)
- Pasquale C, Fortunato M, International Journal of Hydrogen Energy, 32, 55 (2007)
- Brejc H, Supp E, Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry, A12, 207 (1993)
- Ayabe S, Omoto H, Utaka T, Kikuchi R, Sasaki K, Teraoka Y, Eguchi K, Appl. Catal. A: Gen., 241(1-2), 261 (2003)
- Oh YS, Song TY, Baek YS, Chol LS, Tans. of the Korea Hydrogen and New Energy Society, 13, 313 (2002)
- Moon DJ, Lee BG, Korean Chem. Eng. Res., 43(3), 331 (2005)
- Yoon WL, Park JW, Rhee YW, Han MW, Jeong JH, Park JS, Jung H, Lee HT, Kim CS, HWAHAK KONGHAK, 41(3), 389 (2003)
- 서유택, 서동주, 정진혁, 윤왕래, 한국 신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회논문집, 231 (2005)
- Zhang ZG, Xu GW, Chen X, Honda K, Yoshida T, Fuel Processing Technology, 85, 1213 (2004)
- Lin ST, Chen YH, Yu CC, Liu YC, Lee CH, Int. J. Hydrog. Energy, 31, 413 (2006)
- Seo Y, Seo DJ, Seo YS, Roh HS, Jeong JH, Yoon WL, Tans. of the Korea Hydrogen and New Energy Society, 17, 293 (2006)
- Echigo M, Shinke N, Takami S, Tabata T, J. Power Sources, 132(1-2), 29 (2004)
- Ryu JW, Moon DJ, Kim AN, Lee SD, Lee BG, Ahn BS, Hong SI, Appl. Chem., 8(1), 247 (2004)
- Moon DJ, Ryu JW, Catal. Lett., 92(1-2), 17 (2004)
- Ruettinger W, Ilinich O, Farrauto RJ, J. Power Sources, 118(1-2), 61 (2003)
- Utaka T, Takeguchi T, Kikuchi R, Eguchi K, Appl. Catal. A: Gen., 246(1), 117 (2003)
- Jacobs G, Williams L, Graham U, Thomas GA, Sparks DE, Davis BH, Appl. Catal. A: Gen., 252(1), 107 (2003)