Transactions of the Korean hydrogen and new energy society (한국수소및신에너지학회논문집)

The Korean Hydrogen and New Energy Society (한국수소및신에너지학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Phase Separation Characteristics of Low Temperature Bunsen Reactions In Sulfur-Iodine Hydrogen Production Process

황-요오드 수소 제조 공정에서 저온 분젠 반응의 상 분리 특성

  • Han, Sang-Jin (Department of Fine Chemical Engineering and Applied Chemistry, Chungnam National University) ;
  • Lee, Kwang-Jin (Department of Fine Chemical Engineering and Applied Chemistry, Chungnam National University) ;
  • Kim, Hyo-Sub (Department of Fine Chemical Engineering and Applied Chemistry, Chungnam National University) ;
  • Kim, Young-Ho (Department of Fine Chemical Engineering and Applied Chemistry, Chungnam National University) ;
  • Park, Chu-Sik (Hydrogen Energy Research Group, Korea Institute of Energy Research) ;
  • Bae, Ki-Kwang (Hydrogen Energy Research Group, Korea Institute of Energy Research) ;
  • Lee, Jong-Gyu (Energy & Resources Research Department, Research Institute of Industrial Science & Technology)
  • Received : 2011.07.12
  • Accepted : 2011.08.22
  • Published : 2011.08.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The Sulfur-Iodine(SI) thermochemical hydrogen production process consists of three sections, which are so called the Bunsen reaction section, the $H_2SO_4$ decomposition section and the HI decomposition section. In order to identify the phase separation characteristics in the reaction conditions with the high solubility of $SO_2$, we conducted the Bunsen reaction at the low temperatures, ranging from 283 to 298K, with the $I_2/H_2O$ molar ratios of 2.5/16.0 and 3.5/16.0. The molar ratios of HI/$H_2SO_4$ products obtained from low temperature Bunsen reactions were ca. 2, indicating that there were no side reactions. The amount of reacted $SO_2$ was increased with decreasing the temperature, while the amounts of unreacted $I_2$ and $H_2O$ were decreased. In the phase separation of the products, the amount of a $H_2SO_4$ impurity in $HI_x$ phase was increased with decreasing the temperature, though the temperature has little affected on HI and $I_2$ impurities in $H_2SO_4$ phase.

Keywords

References

  1. J. E. Funk, and R. M. Reinstrom, "Energy Requirements in the Production of Hydrogen from Water", Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Develop., Vol. 5, No. 3, 1966, p. 336. https://doi.org/10.1021/i260019a025
  2. L. C. Brown, J. F. Funk, and S. K. Showalter, "High efficiency generation of hydrogen fuels using nuclear power", GA-A 23451, 2000.
  3. J. H. Norman, G. E. Besenbruch, and D. R. O'keefe, "Thermochemical water-splitting for hydrogen production", GRI-80/0105, Gas Research Institute, 1981.
  4. J. H. Norman, G. E. Besenbruch, L. C. Brown, D. R. O'Keefe, and C. L. Allen, "Termochemical water-splitting cycle: Bench-scale investigations, and process engineering", GA-A16713, 1982.
  5. K. Onuki, H. Nakajima, I. loka, M. Futakawa, and S. Shimizu, "IS process for thermochmical hydrogen production", JAERI Review 94-006, 1994.
  6. S. Kasahara, G. J. Hwang, H. Nakajima, H. S. Choi, K. Onuki, and M. Nomura, "Effects of process parameters of the IS process on total thermal efficiency to produce hydrogen from water", J. Chem. Eng. Japan, Vol. 36, No. 7, 2003, p. 887. https://doi.org/10.1252/jcej.36.887
  7. S. Kasahara, S. Kubo, K. Onuki, and M. Nomura, "Thermal efficiency evaluation of HI synthesis/concentration procedures in the thermochemical water splitting IS process", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 29, No. 6, 2004, p. 579. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2003.08.005
  8. S. Goldstein, J. M. Borgard, and X. Vitart, "Upper bound and best estimate of the efficiency of the iodine sulfur cycle", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 30, No. 6, 2005, p. 619. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.06.005
  9. 강영한, 류재춘, 박주식, 황갑진, 이상호, 배기광, 김영호, "요오드-황 열화학 수소 제조를 위한 분젠 반응 공정 연구", 화학공학, Vol. 44, No. 4, 2006, pp. 410-416.
  10. 이동희, 이광진, 강영한, 김영호, 박주식, 황갑진, 배기광, "Iodine-Sulfur 수소제조 공정에서 H2SO4-HI-H2O-I2 계의 고온 상분리", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 17, No.4, 2006, pp. 395-402.
  11. 이광진, 안승혁, 김영호, 박주식, 배기광, "황-요오드 열화학 수소 제조 공정에서 분젠 반응과 상 분리 비교", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 19, No. 2, 2008, pp. 111-117.
  12. 이광진, 김영호, 박주식, 배기광, "SI 열화학 수소 제조 공정에서 분젠 반응을 통한 상 분리 특성", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 19, No. 5, 2008, pp. 386-393.
  13. 이광진, 홍동우, 김영호, 박주식, 배기광, "황-요오드 수소 생산 공정의 분젠 반응 부분에서 부반응 제어", 한국수소 및 신에너지학회논문집, Vol. 19, No. 6, 2008, pp. 490-497.
  14. 차광서, 김영호, 강영한, 김효섭, 박주식, 배기광, "황-요오드 수소 제조 공정에서 분젠반응 생성물의 정제", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 21, No. 3, 2010, pp.158-166.
  15. 홍동우, 김효섭, 김영호, 박주식, 배기광, "황-요오드 수소 제조 공정의 분젠 반응 부분에서 O2의 역할", 한국수소 및 신에너지학회논문집, Vol. 21, No. 4, 2010, pp. 278-285.
  16. 김효섭, 홍동우, 한상진, 김영호, 박주식, 배기광, "황-요오드 수소 제조 공정에서 HIx 용액을 이용한 분젠 반응의 상 분리 특성", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 21, No. 6, 2010, pp. 479-486.
  17. 홍성대, 김정근, 이상호, 최상일, 배기광, 황갑진, "IS 프로세스의 HI 분해반응공정을 위한 전해 - 전기투석(EED) 농축", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 17, No. 2, 2006, pp. 212-217.
  18. 김정민, 김영호, 강경수, 김창희, 박주식, 배기광, "SI 공정에서 HI 분해를 위한 백금담지 활성탄 촉매의 특성", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 19, No. 3, 2008, pp. 199-208.
  19. 이기용, 송광호, 유계상, 김홍곤, 정광덕, 김창수, "IS cycle에서의 [DMIm]MeSO4를 이용한 SO2/O2 분리", 한국수소 및 신에너지학회논문집, Vol. 19, No. 1, 2008, pp. 49-55.
  20. 유계상, 정광덕, "황-요오드 열화학 수소제조공정에서 다양한 크기의 Cu/Fe/Al2O3 구형촉매를 이용한 삼산화황 분해", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 19, No. 3, 2008, pp. 226-231.
  21. 이기용, 김홍곤, 정광덕, 김창수, "물분해 수소제조를 위한 SI cycle에서의 EMIm[EtSO4]를 이용한 SO2/O2 분리공정", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 22, No. 1, 2011, pp. 13-20.
  22. 김태호, 신채호, 주오심, 정광덕, "SI 원자력 수소생산을 위한 SO3 분해반응촉매에 관한 연구", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 22, No. 1, 2011, pp. 21-28.
  23. 공경택, 김홍곤, "관형 Pt-라이닝 반응기를 이용한 가압 황산분해반응", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol. 22, No. 1, 2011, pp. 51-59.
  24. 전동근, 이기용, 김홍곤, 김창수, "SI 열화학 싸이클 황산분해공정의 Bench-scale 상압 실험", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, Vol.22, No. 2, 2011, pp. 139-151.
  25. L. C. Brown, G. E. Besenbruch, R. D. Lentsch, K. R. Schultz, J. F. Funk, P. S. Pickard, A. C. Marshall, and S. K. Showalter, "High efficiency generation of hydrogen fuels using nuclear power", GA-A 24285, 2003.
  26. http://en.widipedia.org/wiki/SO2.
  27. M. Windholz, S. Budacari, R. R. Blumetti, and E. S. Otterbein, The merck index. 10th ed, Merck & Co., Inc., New Jersey. 1983, p. 1288.
  28. N. N. Greenwood and A. Earnshaw, "Chemistry of the elements", 2nd ed., Butterworth-Heinemann, London, 1997, p. 698.