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수소생산을 위한 디젤 개질용 촉매와 반응특성에 관한 연구
강인용,배중면,Kang, In-Yong,Bae, Joong-Myeon 한국전기화학회 2005 한국전기화학회지 Vol.8 No.1
디젤은 높은 volumetric density$[VD,\;kg\;H_2/m^3]\;(>100)$와 gravimetric density$(GD,\;\%\;H_2)\;(>17)$를 가지는 우수한 수소저장매체 중의 하나이다. (Liquid Hydrogen의 경우 VD와 GD가 각각 50, 18 정도) 본 연구는 이러한 디젤연료의 개질에 적합한 촉매선정 및 반응특성에 관한 연구를 실시하였다 촉매는 자체 선정한 3가지 촉매(NECS-1, NECS-2, NECS-3)와 2가지 상용촉매(FCR-HCl4, FCR-HC35. Sud-Chemie, Inc)에 대하여 조사하였다. 실험결과 NECS-1이 디젤개질에 가장 적합한 것으로 판단되었다. 이와 함께 촉매 층의 길이에 따른 온도 및 농도를 분석하였으며, 디젤개질을 위한 연료의 delivery 문제로 인한 촉매 층 내의 급격한 온도 변화특성을 확인할 수 있었다. 또한 촉매 층 상단부에서 발생한 발열량을 하단부의 흡열부에 효과적으로 전달하는 것이 ATR(Autothermal Reforming) 반응 특성에 깊게 연관되어 있음을 확인할 수 있었다. Diesel is one of the best hydrogen systems, which has very high volumetric density $[kg\;H_2/m^3]\;(>100)\;and\;gravimetric\;density[\%\;H_2]\;(>\;15)$Several catalysts were selected for diesel reforming. 3 catalysts of our group (NECS-1, NECS-2, NECS-3) and 2 commercial catalysts (Sud-Chemie, Inc, FCR-HCl4, FCR-HC35) were used to reform diesel. NECS-1 showed the best performance to reform diesel. In addition to these results, we studied on reaction characteristics for better understanding about auto thermal reforming of diesel by investigating product gas concentrations and temperature Profiles along the catalyst bed. We found technological issues such as fuel delivery and thermal configuration between front exothermic part and rear endothermic part.
고체산화물 연료전지용 디젤 자열개질기의 장기성능에 미치는 H<sub>2</sub>O/C와 O<sub>2/C</sub> 몰 비의 영향
윤상호,강인용,배규종,배중면,Yoon, Sang-Ho,Kang, In-Yong,Bae, Gyu-Jong,Bae, Joong-Myeon 한국전기화학회 2007 한국전기화학회지 Vol.10 No.2
고온형 연료전지인 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)는 연료에 대한 유연성(fuel flexibility)이 높다. 따라서 높은 에너지 밀도를 가진 디젤을 개질하여 SOFC를 운전하는 것은 효과적인 방법이다. 하지만 디젤이 가지는 특성으로 인해 디젤 자열개질기(autothermal refromer)는 운전 시간에 따라 탄소 침적(carbon deposition) 현상이 발생하여 개질기의 성능이 쉽게 저감된다. 개질기 성능 저감 현상 때문에 개질 가스들 중에 탄화수소 생성량이 많아지며, 이는 SOFC 성능도 저감시킨다. 이러한 현상은 연료극에 공급되는 탄화수소가 야기하는 탄소 침적으로 사료된다. 본 연구에서는 탄화수소가 SOFC에 주는 성능 저감을 확인하였으며, 연료전지 성능 저감을 줄이기 위한 디젤 자열개질기 반응물들의 조건 선정($H_2O/C$와 $O_2/C$의 몰 비)을 통해 디젤 자열 개질기 특성을 살펴보았다. 특히 $H_2O/C=0.8$과 $O_2/C=3$인 디젤 자열개질 반응 조건에서 좋은 개질 성능을 확인할 수 있었다. Solid oxide fuel cell(SOFC) has high fuel flexibility due to its high operating temperatures. Hydrocarbonaceous fuels such as diesel has several advantages such as high energy density and established infrastructure for fuel cell applications. However diesel reforming has technical problems like coke formation in a reactor, which results in catastrophic failure of whole system. Performance degradation of diesel autothermal reforming (ATR) leads to increase of undesirable hydrocarbons at reformed gases and subsequently degrades SOFC performance. In this study, we investigate the degradation of SOFC performance(OCV, open circuit voltage) under hydrocarbon(n-Butane) feeds and characteristics of diesel performing under various ratios of reactants($H_2O/C,\;O_2/C$ molar ratios) for improvement of SOFC performance. Especially we achieved relatively high performance of diesel ATR under $H_2O/C=0.8,\;O_2/C=3$ condition.
연료 미립화기를 이용한 디젤 자열개질기 내 탄소침적 억제
윤상호(Yoon, Sang-Ho),강인용(Kang, In-Yong),배중면(Bae, Joong-Myeon) 한국신재생에너지학회 2007 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.11
Diesel autothermal reforming has several problems such as carbon deposition in reforming reactor, sulfur poisoning of catalyst, difficulty of aromatics decomposition and mixing problems of reactants(diesel, steam, oxygen). Severe carbon deposition causes the rapid performance degradation of reformer. Carbon deposition is formed from ethylene, carbon precursor. Ethylene was generated at the homogeneous reaction zone of the reactor entrance. This phenomenon is closely linked to the mixing of reactants. In this investigation, we try to minimize the ethylene generation at the reactor entrance atomization technique.
윤상호(Yoon, Sang-Ho),강인용(Kang, In-Yong),배중면(Bae, Joong-Myeon) 한국신재생에너지학회 2007 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.06
Diesel autothermal reforming(ATR) is an effective method for hydrogen production. But, diesel ATR has several problems such as the sulfur poisoning of catalyst and carbon deposition during reforming reactor. Especially, carbon deposition is a severe problem, which causes rapid performance degradation, in the reforming reaction. Ethylene among the reformate gas is a carbon precursor. Effective decomposition of ethylene is an important issue. In this paper, we investigated the carbon deposition from ethylene in the reforming reaction for proper reaction condition of diesel ATR. We achieved relatively high performance of diesel ATR under H_{2}O/C=0.8, O_{2}/C=3 condition that was based on the experiment of ethylene reforming reaction.