• Title/Summary/Keyword: 수소화반응

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Production of Hydrogen by Thermochemical Transition of Lauan Sawdust in Steam Reforming Gasification (수증기개질 가스화반응을 이용한 나왕톱밥으로부터 수소제조특성)

  • Park, Sung-Jin;Kim, Lae-Hyun;Shin, Hun-Yong
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.50 no.5
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    • pp.908-912
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    • 2012
  • Lauan sawdust was gasified by steam reforming for hydrogen production from biomass waste. The fixed bed gasification reactor with 1m height and 10.2 cm diameter was utilized for the analysis of temperature and catalysts effect. Steam was injected to the gasification reactor for the steam reforming effect. Lauan sawdust was mixed with potassium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate + potassium carbonate and magnesium carbonate + calcium carbonate catalysts of constant mass fraction of 8:2 which was injected to the fixed gasification equipment. The compositions of production gas of gasification reaction were analyzed at the temperature range from $400^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$. Fractions of hydrogen, methane and carbon monoxide gas in the production gas increased when catalysts were used. Fractions of hydrogen, methane and carbon monoxide gas were increased with increasing temperature. The highest hydrogen yield was obtained with sodium carbonate catalyst.

Effects of steam and $CO_2$ on the methanation of $H_2$-insufficient syngas (수소가 부족한 합성가스의 메탄화반응에서 스팀과 $CO_2$의 영향)

  • Kang, Suk-Hwan;Kim, Jin-Ho;Ryu, Hae-Hong;Yoo, Young-Done;Koh, Dong Jun;Baik, Joon Hyun
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 2011.11a
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    • pp.73.2-73.2
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    • 2011
  • 합성천연가스(SNG: Synthetic Natural Gas)를 얻기 위해, 석탄 가스화로부터 얻은 합성가스는 일반적으로 수소와 일산화탄소의 비가 3.0($H_2$/CO)이 되도록 수성가스전환(WGS)반응을 거친 후 메탄화반응기로 유입되며, 가능하면 낮은 온도에서 메탄 전환율이 높은 메탄화 반응의 특성상 강한 발열반응이 수반되므로 이를 낮추는 것이 중요하다. 또한, 최종생성물내의 메탄 농도를 높이기 위해 WGS 이후 탈황과 동시에 이산화탄소를 제거하기 위한 공정이 요구된다. 본 연구에서는 정제된 합성가스의 WGS와 이산화탄소 제거가 생략된 공정을 개발하기 위해, 상업용 촉매에 대하여 수소의 농도가 낮은 합성가스를 이용하여 스팀과 이산화탄소에 대한 메탄화반응 특성을 평가하였다. 또한, 이산화탄소의 존재여부에 따라 스팀으로 메탄화반응과 WGS가 동시에 일어날 수 있는 최적의 운전조건을 얻고자 하였다.

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Development of Natural Gas Steam Reformier for Small Scale On-Site Production of Hydrogen (소규모 현장 생산 방식에 의한 수소 제조용 천연가스 수증기 개질기 개발)

  • Seo Dong Joo;Seo Yutaek;Seo Yong Seog;Park Sang Ho;Jeong Jin Hyeok;Yoon Wang Lai
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 2005.06a
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    • pp.264-267
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    • 2005
  • 수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $10\~100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 $20 Nm^3/hr$용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 $680\~720^{\circ}C$, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) $2.7\~3.2$ 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 $89\%$ 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 $70\%$ 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 $23.4Nm^3/h$였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 $550^{\circ}C$ 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.

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Thermodynamic Analysis of DME Steam Reforming for Hydrogen Production (수소제조를 위한 DME 수증기 개질반응의 열역학적 특성)

  • Park, Chan-Hyun;Kim, Kyoung-Suk;Jun, Jin-Woo;Cho, Sung-Yul;Lee, Yong-Kul
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.20 no.2
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    • pp.186-190
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    • 2009
  • This study is purposed to analyze thermodynamic properties on the hydrogen production by dimethyl ether steam reforming. Various reaction conditions of temperatures (300~1500 K), feed compositions (steam/carbon = 1~7), and pressures (1, 5, 10 atm) were applied to investigate the effects of the reaction conditions on the thermodynamic properties of dimethyl ether steam reforming. An endothermic steam reforming competed with an exothermic water gas shift reaction and an exothermic methanation within the applied reaction condition. Hydrogen production was initiated at the temperature of 400 K and the production rate was promoted at temperatures exceeding 550 K. An increase of steam to carbon ratio (S/C) in feed mixture over 1.5 resulted in the increase of the water gas shift reaction, which lowered the formation of carbon monoxide. The maximum hydrogen yield with minimizing loss of thermodynamic conversion efficiency was achieved at the reaction conditions of a temperature of 900 K and a steam to carbon ratio of 3.0.

Synthesis of Titanium Hydride Powder Via Magnesiothermic Reduction of TiCl4 in H2 gas Atmosphere (수소분위기 내 사염화타이타늄의 마그네슘 열환원을 이용한 수소화타이타늄 분말 합성)

  • Sung-Hun Park;So-Yeong Lee;Ho-Seong Lee;Jungshin Kang;Ho-Sang Sohn
    • Resources Recycling
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    • v.32 no.2
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    • pp.19-32
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    • 2023
  • A novel method for the synthesis of titanium hydride powder from titanium tetrachloride via the magnesiothermic reduction in an hydrogen gas atmosphere was investigated. To examine the influence of temperature on the formation of titanium hydride, the reduction was conducted at 1023~1123 K under 1 atm of hydrogen gas atmosphere for approximately 30 min. Subsequently, the titanium hydride powder was sintered by maintaining the temperature for 0~120 min, and the decrease in the oxygen concentration of the powder was investigated. The experimental results showed that TiH1.924 was produced at 1023 K, whereas mixtures of TiH1.924 and TiH1.5 were produced at 1073 K and 1123 K. In addition, the hydrogen concentration in the powder decreased with increasing temperature. The concentration of oxygen in the powder decreased with increasing temperature and sintering time owing to the decrease in the specific surface area of the powder. The minimum concentration of oxygen was 0.246 mass% when the mixture of TiH1.924 and TiH1.5 was obtained at 1073 K and a sintering time of 120 min.

Hydrogen production from DME (dimethyl ether) (DME(디메틸에테르)로부터 수소화 연구)

  • Baek, Young-Soon;Yan, Yun-Bin;Oh, Young-Sam;Cho, Won-Ihl;Kim, Byung-Joo
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 2006.06a
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    • pp.93-95
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    • 2006
  • 도시가스, LP 가스, 가솔린 등의 수증기 개질의 반응온도가 $700^{\circ}C$이상의 고온에서 이루어지는 것에 비해 DME 수증기 개질의 반응온도는 $400^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 이루진다는 점에서 우수하다. 또한 황 성분을 함유하지 않기 때문에 원료로부터 탈황 과정이 필요 없다. 특히 DME 수증기 개질의 경우 반응온도가 낮은 것과 개질 촉매가 일반적으로는 Cu 계 촉매이기 때문에 도시가스 등의 개질장치와 달리 CO 변성 장치가 불필요하다. 이 때문에 수소제조를 위해 개질장치가 소형화 가능하고 연료전지 자동차로의 탑재가 용이하여 가능성이 높다 개질장치가 소형화 가능한 것으로 메탄올의 수증기 개질이 있지만 메탄올은 독성이 있다는 점이 문제시되고 있다. 그 점에서 메탄올의 수증기 개질 보다 반응 온도는 다소 높게 되지만 독성 없는 DATE는 기존의 LP가스 인프라를 이용할 수 있는 ME는 특히 우수한 수소제조를 위한 원료이고 수소저장체로 사료된다. 본 연구에서는 가능성 높은 촉매를 사용하여 DME로부터 수소 전환율, 수소 생성속도와 양에 대한 실험실적 결과를 고찰하고자 수행하였다

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Optimization of Process Variables in the Hydrogenation of p-Toluidine on Ru/C Catalyst (Ru/C 촉매를 이용한 p-Toluidine의 선택적 수소화 반응에 있어서 공정변수의 최적화연구)

  • Hong, Bum-eui;Lee, Jong-min;Park, Yeung-ho
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.19 no.4
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    • pp.432-438
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    • 2008
  • Hydrogenation reactions of p-toluidine over Ru/C were performed while varying reaction temperature, the hydrogen pressure, catalyst loading, solvent, and alkali additive and the effects on the reaction rates and product distribution were examined. 4-Methylcyclohexylamine was generated as a main product and bis(4-methyl cyclohexyl)amine was obtained as a resentative side-product for the hydrogenation reaction of p-toluidine. The selectivity of MCHA decreased with reaction temperature and the hydrogen pressure while increased with catalyst loading. IPA was the best solvent for MCHA. A mechanism of hydrogenation reaction of p-toluidine was suggested from the results. It was found that the presence of alkali salt increased MCHA by reducing BMCHA and rates of hydrogen reaction increased.

Experimental Study of Interfacial Friction in NaBH4 Solution in Microchannel Dehydrogenation Reactor (마이크로채널 탈수소 화학반응기에서 수소화붕소나트륨 수용액의 계면마찰에 대한 실험연구)

  • Choi, Seok Hyun;Hwang, Sueng Sik;Lee, Hee Joon
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.38 no.2
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    • pp.139-146
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    • 2014
  • Sodium borohydride ($NaBH_4$) is considered as a secure metal hydride for hydrogen storage and supply. In this study, the interfacial friction of two-phase flow in the dehydrogenation of aqueous $NaBH_4$ solution in a microchannel with a hydraulic diameter of $461{\mu}m$ is investigated for designing a dehydrogenation chemical reactor flow passage. Because hydrogen gas is generated by the hydrolysis of $NaBH_4$ in the presence of a ruthenium catalyst, two different flow phases (aqueous $NaBH_4$ solution and hydrogen gas) exist in the channel. For experimental studies, a microchannel was fabricated on a silicon wafer substrate, and 100-nm ruthenium catalyst was deposited on three sides of the channel surface. A bubbly flow pattern was observed. The experimental results indicate that the two-phase multiplier increases linearly with the void fraction, which depends on the initial concentration, reaction rate, and flow residence time.

Hydrotreating for Stabilization of Bio-oil Mixture over Ni-based Bimetallic Catalysts (Ni계 이원금속 촉매에 의한 혼합 바이오오일의 안정화를 위한 수소첨가 반응)

  • Lee, Seong Chan;Zuo, Hao;Woo, Hee Chul
    • Clean Technology
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    • v.27 no.1
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    • pp.69-78
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    • 2021
  • Vegetable oils, such as palm oil and cashew nut shell liquid (CNSL), are used as major raw materials for bio-diesel in transportation and bio-heavy oil in power generation in South Korea. However, due to the high unsaturation degree caused by hydrocarbon double bonds and a high content of oxygen originating from the presence of carboxylic acid, the range of applications as fuel oil is limited. In this study, hydrotreating to saturate unsaturated hydrocarbons and remove oxygen in mixed bio-oil containing 1/1 v/v% palm oil and CNSL on monometallic catalysts (Ni and Cu) and bimetallic catalysts (Ni-Zn, Ni-Fe, Ni-Cu Ni-Co, Ni-Pd, and Ni-Pt) was perform under mild conditions (T = 250 ~ 400 ℃, P = 5 ~ 80 bar and LHSV = 1 h-1). The addition of noble metals and transition metals to Ni showed synergistic effects to improve both hydrogenation (HYD) and hydrodeoxygenation (HDO) activities. The most promising catalyst was Ni-Cu/��-Al2O3, and in the wide range of the Ni/Cu atomic ratio of 9/1~1/4, the conversion for HYD and HDO reactions of the catalysts were 90-93% and 95-99%, respectively. The tendency to exhibit almost constant reaction activity in these catalysts of different Ni/Cu atomic ratios implies a typical structure-insensitive reaction. The refined bio-oil produced by hydrotreating (HDY and HDO) had significantly lower iodine value, acid value, and kinetic viscosity than the raw bio-oil and the higher heating value (HHV) was increased by about 10%.

Zr합금의 수소화 반응속도에 미치는 합금원소의 영향

  • 김선기;김용수;김현길;정용환;방제건;정연호
    • Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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    • 1998.05b
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    • pp.237-242
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    • 1998
  • Zr합금의 수소화 반응속도에 미치는 합금원소의 영향을 평가하기 위하여 Zr과 Zr-0.8Sn-XNb계열(X=0.2, 0.4, 0.8, 1.0) 및 Zr-0.4Nb-YSn계열(Y=0.5, 0.8, 1.5, 2.0)의 3원계 합금으로 electro-microbalance가 장착된 TGA (thermo-gravimetric apparatus)장치를 이용하여 40$0^{\circ}C$에서 1기압 수소와의 반응에 따른 무게증가를 in-situ로 측정하였다 Sn 첨가량이 증가함에 따라 1.5% 까지는 수소반응에 따른 무게증가율이 낮게 나타났으나 Sn을 2.0% 함유한 Zr-0.4Nb-2.0Sn합금의 경우 가장 높게 나타났다. 이는 Sn의 함량이 증가할수록 수소침투에 대한 저항성이 증가함을 의미하지만 Sn이 고용도 이상 함유되면 Sn을 함유한 다량의 석출물이 대량수소침투의 site로 작용하여 수소침투가 가속화된 것으로 평가된다. Nb의 경우 첨가량을 증가시킬수록 무게증가는 크게 나타났는데 이는 Nb이 수소흡수성이 크기 때문이며 Zr-0.8Sn-0.2Nb 및 Zr-0.8Sn-0.4Nb 합금보다 Zr-0.8Sn-0.8Nb 및 Zr-0.8Sn-1.0Nb 합금의 경우 TEM을 이용한 금속간 석출물(intermetallic precipitates) 분석에서 이러한 석출물들의 평균크기 및 개수가 크게 평가되었고, 또한 Zr-0.8Sn-0.2Nb, Zr-0.8Sn-0.4Nb 합금에서는 관찰이 되지 않는 $\beta$-Zr 석출물이 관찰되었다 이러한 사실로부터 Nb의 큰 수소흡수성에 부가적으로 이러한 석출물들이 수소침투를 가속화 하는 데에 기여하는 것으로 여겨진다.

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