• 제목/요약/키워드: Steam reforming reaction

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수소 생산을 위한 동축원통형 수증기 개질기의 성능 및 열유속에 대한 수치해석 연구 (Numerical Study on the Performance and the Heat Flux of a Coaxial Cylindrical Steam Reformer for Hydrogen Production)

  • 박준근;이신구;배중면;김명준
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제33권9호
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    • pp.709-717
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    • 2009
  • Heat transfer rate is a very important factor for the performance of a steam reformer because a steam reforming reaction is an endothermic reaction. Coaxial cylindrical reactor is the reactor design which can improve the heat transfer rate. Temperature, fuel conversion and heat flux in the coaxial cylindrical steam reformer are studied in this paper using numerical method under various operating conditions. Langmuir-Hinshelwood model and pseudo-homogeneous model are incorporated for the catalytic surface reaction. Dominant chemical reactions are assumed as a Steam Reforming (SR) reaction, a Water-Gas Shift (WGS) reaction, and a Direct Steam Reforming (DSR) reaction. Although coaxial cylindrical steam reformer uses 33% less amount of catalyst than cylindrical steam reformer, its fuel conversion is increased 10 % more and its temperature is also high as about 30 degree. There is no heat transfer limitation near the inlet area at coaxial-type reactor. However, pressure drop of the coaxial cylindrical reactor is 10 times higher than that of cylindrical reactor. Operating parameters of coaxial cylindrical steam reformer are the wall temperature, the inlet temperature, and the Gas Hourly Space Velocity (GHSV). When the wall temperature is high, the temperature and the fuel conversion are increased due to the high heat transfer rate. The fuel conversion rate is increased with the high inlet temperature. However, temperature drop clearly occurs near the inlet area since an endothermic reaction is active due to the high inlet temperature. When GHSV is increased, the fuel conversion is decreased because of the heat transfer limitation and short residence time.

루테늄 촉매를 이용한 에탄의 수증기 개질 반응 Kinetics와 반응기 Sizing (Reaction Kinetics for Steam Reforming of Ethane over Ru Catalyst and Reactor Sizing)

  • 신미;성민준;장지수;이경은;조정호;이영철;박영권;전종기
    • 공업화학
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    • 제23권2호
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    • pp.204-209
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    • 2012
  • 상업용 루테늄 촉매 상에서 에탄의 수증기 개질 반응에 대한 kinetics 데이터를 얻기 위하여 반응온도, 에탄의 분압, 수증기/에탄의 비 등을 변화시키면서 반응 실험을 수행하였다. Kinetics 데이터를 사용하여 Power rate law kinetic model 과 Langmuir-Hinshelwood model의 parameter를 구하였다. 또한 kinetic model식을 적용하여 PRO/II를 이용한 공정 모사를 통해서 에탄의 수증기 개질 반응기 sizing을 수행하였다. 동일한 전환율을 얻기 위해서는 Power rate law model을 적용하였을 경우가 Langmuir-Hinshelwood model을 적용하였을 경우보다 개질 반응기의 부피가 더 큼을 알 수 있었다. Langmuir-Hinshelwood model에 의해 계산된 반응 속도가 반응 실험 결과에 의해 구해진 반응 속도와 더 잘 일치했기 때문에 Langmuir-Hinshelwood model을 적용하여 계산된 반응기의 크기가 실제 반응기 설계에 더 적절하다고 판단된다.

메탄올 수증기 개질반응에서 알루미나 및 하이드로탈사이트를 이용한 니켈 및 구리 촉매 비교 연구 (Comparative Study of Nickel and Copper Catalysts Using Al2O3 and Hydrotalcite in Methanol Steam Reforming)

  • 이재혁;장승수;안호근
    • 한국가스학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.14-20
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    • 2022
  • 본 연구에서는 메탄올 수증기 개질 반응을 이용하여 수소를 제조할 수 있는 촉매 반응 특성을 조사하였다. 메탄의 수증기 개질 반응시 자주 사용되는 니켈, 그리고 메탄올 합성 시 자주 사용되는 구리를 주 활성금속으로 사용하였으며, 지지체로는 다공성 및 열적 안정성이 우수하고, 높은 비표면적, 약한 루이스 산점과 염기성을 가지고 있는 하이드로탈사이트를 이용함으로서 높은 활성을 가지는 촉매와 그 특성에 대해서 파악하였다. 본 연구에서는 환원성이 높은 구리금속의 촉매에서 높은 반응성을 나타내었으며, 각각의 촉매에서는 함침량이 높아질수록 메탄올 전환율 및 높은 수소 선택도를 보여 주었다.

니켈촉매 상에서 천연가스와 메탄의 수증기 개질 반응에 관한 Kinetics 연구 (A Study on Reaction Kinetics in Steam Reforming of Natural Gas and Methane over Nickel Catalyst)

  • 성민준;이영철;박영권;전종기
    • 공업화학
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    • 제24권4호
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    • pp.375-381
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    • 2013
  • 상업용 니켈 촉매를 사용하여 메탄과 천연가스의 수증기 개질 반응을 각각 수행하였다. 수증기 개질 반응의 변수는 반응 온도와 반응물의 분압이었다. Kinetic data로부터 Power law rate model과 Langmuir-Hinshelwood model의 매개변수를 구하였다. 순수한 메탄을 수증기 개질 반응 실험의 원료로 사용한 경우에는 Langmuir-Hinshelwood model 식은 물론이고 Power law rate model을 사용하여 반응 속도를 적절하게 표현할 수 있었다. 그러나 천연가스 중의 메탄의 수증기개질 반응 속도를 표현하는데 있어서는 Power law rate model보다 Langmuir-Hinshelwood model이 훨씬 더 적합한 것을 확인하였다. 이러한 거동은 천연가스 중에 포함되어있는 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄이 동일한 촉매 활성점에 경쟁적으로 흡착하기 때문으로 해석할 수 있었다.

메탄 수증기 개질반응기에서 연소, 열전달 및 개질반응 특성 연구 (Numerical Investigation on Combustion, Heat Transfer and Reforming Reaction for Methane Steam Reformer)

  • 서용석;서동주;서유택;윤왕래
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2005년도 제31회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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    • pp.50-57
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    • 2005
  • The aim of this study is to numerically investigate a compact reformer system currently under development and to design a better reforming system with more efficient heat transfer and reforming reactions. Numerical models were established separately for both the combustion part and the reforming reaction part. A comparison between the calculation results and experimental data showed that the concentration of the reformate at the exit of the reforming system was in good agreement with the measured data, but for the temperature at the exit little difference between them was found. After checking the validity of the numerical models, the heat transfer between the combustion gas and reforming catalysts was estimated and the behavior of the catalyst bed was investigated as a function of the operation parameters.

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통합 수증기 개질 시스템의 작동 조건에 대한 수치적 연구 (Parametric Study of an Integrated Steam Methane Reformer with Top-Fired Combustor)

  • 노정훈;정혜미;김동희;엄석기
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.156.1-156.1
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    • 2011
  • It is of great importance to predict operating parameter characteristics of an integrated fuel processor by the increased life-time and system performance. In this study, computational analysis is performed to gain fundamental insights on transport phenomena and chemical reactions in reformer which consists of preheating, steam reforming, and water gas shift reaction beds. Also, a top-fired burner locates inside of the reforming system. The combustor is providing thermal energy necessary for the steam reforming bed which is a endothermic catalytic reactor. Two-dimensional numerical model of the integrated fuel processing system is introduced for the analysis of heat and mass transport phenomena as well as surface kinetics and catalytic process. A kinetic model was developed and then computational results were compared with the experimental data available in the literature. Subsequently, parameter study using the validated steam methane reforming model was conducted by considering operating parameters, i.e. steam to carbon ratio and temperature.

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수증기-메탄개질반응 해석모델의 비교연구 (A comparative study for steam-methane reforming reaction analysis model)

  • 최종균;정태용;신동훈;남진현;김영규
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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    • pp.1997-2002
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    • 2007
  • The reformer is one of the most important chemical processes for the production of high purity hydrogen from fossil fuel. This study compares zero-dimensional model with CFD models for reaction analysis of methane-steam reformer. The zero-dimensional model is an empirical equation, however CFD model uses reactions of Arrhenius type. Because the reaction coefficients of the steam-methane catalytic reforming have not been reported before in the form of Arrhenius type, the present study aims to find the appropriate reaction coefficients. The used CFD code is Fluent 6.2 version. Several models are compared for the case of various operating temperature, mass of catalyst and steam to methane ratio.

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수증기 개질 반응기 내의 열 및 물질전달 특성에 관한 연구 (Heat and mass transfer characteristics in steam reforming reactor)

  • 이신구;임성광;배중면
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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    • pp.340-343
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    • 2006
  • In this paper, heat and mass transfer characteristics through experimental and numerical study are extensively investigated in steam reform ins reactor under given operating conditions. In order to get simulated data at outlet of the reformer, heterogeneous reactor model is incorporated. As the reaction also takes place in porous media, two medium approach is used to take into account thermally non-equilibrium phenomena between catalyst and bulk gas. In steam reforming reaction, heat transfer issue is so significant that geometrical configuration study is also conducted.

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연소기가 장착된 수증기 개질기에서 운전조건이 열유동 특성 및 개질효율에 미치는 영향 (The Effect of Operating Conditions on the Heat-flow Characteristics and Reforming Efficiency of Steam Reformer with Combustor)

  • 김지석;이재성;김호영
    • 한국연소학회지
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    • 제16권1호
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    • pp.36-45
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    • 2011
  • The heat-flow characteristics and reforming efficiency of steam reformer with combustor are numerically investigated at various operating conditions. SCR(Steam to Carbon Ratio) and GHSV(Gas Hourly Space Velocity) are adopted as important operating conditions. User-Defined-Function(UDF) was used to simultaneously calculate reforming and combustion reaction. Numerical results show that hot burned gas rise by a buoyant force and heat exchange between reforming reactors and cocurrent flow occurs in the combustion region. The results also indicate that an increase of SCR leads to decrease the mole fraction of hydrogen at the reactor outlet. As GHSV increases, conversion rate decreases.

에틸렌글리콜의 수증기 개질반응을 이용한 수소제조에 대한 열역학적 평형 및 효율 분석 (Thermodynamic Equilibrium and Efficiency of Ethylene Glycol Steam Reforming for Hydrogen Production)

  • 김경숙;박찬현;전진우;조성열;이용걸
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제47권2호
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    • pp.243-247
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    • 2009
  • 본 연구는 수소제조를 위한 에틸렌글리콜 수증기 개질반응에 대한 열역학적 특성 분석을 목적으로 한다. 이를 위하여 온도(300~1,600 K), 반응물 조성비(Steam/Carbon ratio=0.5~4.5), 압력(1~30 기압) 등의 다양한 반응조건을 변화시키면서 열역학적 평형조성 및 효율 등을 조사하였다. 주어진 조건하에서 흡열반응인 개질반응과 발열반응인 수성가스 전환반응 및 메탄화반응간 경쟁특성을 확인하였으며, 반응온도 400 K를 지나면서 수소발생이 관찰되어 500 K를 지나면서 급격한 발생량의 증가를 확인하였다. 반응물 가운데 수증기의 비율을 양론비(S/C=1.0) 이상으로 증가시킬 경우 수성가스 전환반응이 촉진되어 일산화탄소 저감 및 수소발생 증가 거동을 나타내었다. 결과적으로 열역학적 효율감소를 최소화 하면서 수소발생량을 극대화할 수 있는 조건은 반응온도 900 K 이상 및 수증기 대 탄소간 비율이 3.0 이내의 범위에 해당하는 것으로 판단된다.