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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 31
제1절 연구의 필요성 31
제2절 연구 목표 37
제2장 이중유동층 가스화 기술개발 40
제1절 순환유동층 반응기 요소기술 개발 40
1. 서론 40
가. 순환유동층 40
나. 열분해 가스화 45
2. 연구목표 및 내용 49
3. 실험장치 및 방법 50
가. 열천칭 반응기 50
나. 급속 열분해 반응기 53
다. 유동층 가스화기 55
4. 결과 및 고찰 59
가. 열화학적 전환 특성 59
나. 급속 열분해 실험 62
다. 유동층 가스화 71
라. 1톤/일 가스화기 설계 78
5. 요약 83
제2절 이중유동층 반응기 요소기술 개발 84
1. 수치해석에 의한 Non-Mechanical Valve 설계 84
가. 서론 84
나. 수치해석 조건 89
다. Non-Mechanical Valve without Air Injection 92
라. Non-Mechanical Valve with Air Injection 106
마. 요약 129
2. 이중 유동층 가스화기 제작 및 실험 131
가. 서론 131
나. 설계 132
1) 원료 및 생성가스 조성 132
2) 수증기 주입량 계산 133
3) 합성가스 발생량 계산 135
4) Riser 및 Settling Chamber 설계 136
5) 연소실 설계 139
6) Riser 가스화기에서 필요한 열에너지 계산 142
7) 연소기에서 발생되는 열에너지 계산 145
8) 외부로부터 이중 유동층 가스화기로 공급되어야 하는 열에너지 148
9) 유동사 순환속도 148
10) 설계 요약 148
다. 시스템 설치 및 보완 150
1) 원료공급장치 150
2) 유동사 순환용 Non-Mechanical Valve 153
3) 수증기 공급장치 154
4) 응축장치 156
라. 실험장치 및 방법 157
1) 이중 유동층 가스화 시스템 구성 157
2) 실험방법 157
마. 실험결과 및 논의 161
1) 온도가 합성가스 조성에 미치는 영향 161
2) 수증기/원료 비가 합성가스 조성에 미치는 영향 163
3) 온도가 냉가스 효율에 미치는 영향 164
바. 요약 167
제3장 직접메탄화 촉매 개발 169
제1절 서론 169
제2절 실험장치 및 방법 174
1. 촉매합성 174
가. Mo/AC 촉매 174
나. Mo/γ-alumina 촉매 175
다. MoS₂ 촉매 177
2. 메탄화 반응실험 178
3. 시료의 특성분석 179
가. XRD 179
나. SEM 179
다. BET 180
라. CO-TPD 180
마. H₂-TPR 180
바. XPS 181
제3절 결과 및 논의 182
1. Mo/AC 촉매 182
가. 촉매특성 분석 182
1) XRD 182
2) SEM 185
3) BET 187
4) XPS 191
5) Raman 193
6) TEM 194
나. 메탄화 반응실험결과 195
2. Mo/γ-alumina 촉매 203
가. 시료 특성 분석결과 203
1) XRD 203
2) SEM 206
3) BET 212
4) XPS 215
5) CO-TPD 217
나. 메탄화 반응실험 결과 218
3. MoS₂ 촉매 223
가. 시료 특성 분석결과 223
1) XRD 223
2) SEM 225
3) BET 비표면적 및 기공부피 231
4) CO-TPD 236
5) H₂-TPR 236
6) XPS 238
나. 메탄화 반응실험결과 241
제4절 요약 244
제4장 고체산화물 연료전지(SOFC) 발전 시스템 기술 246
제1절 고체산화물 연료전지 개요 246
제2절 고체산화물 연료전지의 단위전지 제작 및 실험 250
1. 고체산화물 연료전지의 작동원리 250
2. 고체산화물 연료전지의 단위전지 실험 251
가. SOFC 단위전지 기본구조 251
3. 고체산화물 연료전지의 실험 준비 253
4. Type별 SOFC 단위전지 실험 및 평가 254
제3절 고체산화물 연료전지의 스택 모듈 설계 및 제작 256
1. 외부 Manifold형 고체산화물 연료전지 Stack 구성 256
2. 내부 Manifold형 고체산화물 연료전지 Stack 제작 및 실험 259
제4절 100W급 5Cells 내부 Manifold형 Stack 제작 및 실험 261
1. 100W급 SOFC 5 Cells Stack 조립 261
2. 100W급 SOFC 5cell Stack 실험 263
3. 100W급 SOFC 5cell Stack 실험 결과 265
제5절 1㎾급 2단(30Cell X 2) 내부 Manifold형 Stack 제작 270
제6절 1㎾급 SOFC 시스템 simulator 상세실험 271
1. simulator 실험 장치 및 제작 271
2. simulator 실험결과 274
제7절 SOFC simulator 시스템 해석 275
1. simulator 해석 프로그램 구현 275
2. 시스템 해석조건 278
3. 시스템 해석결과 279
4. Real stack과 연계한 시스템 해석 281
제8절 SOFC 시스템 예비 실험 285
1. Real stack용 SOFC 시스템 제작 285
2. Real stack용 SOFC 시스템 예비실험 287
제9절 요약 289
제5장 중온용 수증기 전기분해 소재 및 스택 개발 290
제1절 중온 수전해용 고성능 단위 셀 및 스택 개발 292
1. 수전해 단위셀 제작 292
가. 단위셀 제작 공정 292
나. 단위셀 밀봉구조 292
다. 내부식성 집전체 294
2. 수전해 스택 설계 및 제작 295
가. 스택 형상 변경 및 최적화 295
나. 스택 밀봉 개선 296
다. 스택 하우징 개선 298
제2절 수증기 전기분해용 스택 성능평가 299
1. 단위셀 성능 및 특성평가 299
가. 성능 평가 299
나. 내구성 평가 301
2. 스택 성능 및 특성평가 302
가. 스택 가스 유동 전산모사 302
나. 스택 수전해 모드 시험평가 304
제3절 요약 308
제6장 결론 309
참고문헌 314
서지정보양식 319
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 320
〈표 1-1〉 연차별 연구목표 및 연구내용 37
〈표 2-1〉 대표적인 순환유동층의 운전 조건 42
〈표 2-2〉 Fast pyrolysis 48
〈표 2-3〉 연도별 연구 내용 50
〈표 2-4〉 폐감귤 시료의 공업분석, 원소분석, 고위발열량 52
〈표 2-5〉 폐감귤 시료의 공업분석, 원소분석, 고위발열량 54
〈표 2-6〉 Py-GC/MS로 확인한 귤껍질의 주성분 64
〈표 2-7〉 액체 생성물의 GC-MS 분석 77
〈표 2-8〉 Systematic Numerical Parameter 92
〈표 2-9〉 Particle sedimentation characteristics for the non-mechanical valves 129
〈표 2-10〉 Circulated solid flux for the allothermal gasifier with L-valve 130
〈표 2-11〉 Circulated solid flux for the allothermal gasifier with V15-valve 130
〈표 2-12〉 Circulated solid flux for the allothermal gasifier with V30-valve 130
〈표 2-13〉 대상원료의 조성 132
〈표 2-14〉 합성가스 조성 133
〈표 2-15〉 합성가스 구성성분의 물성치 (850°C) 137
〈표 2-16〉 설계된 이중 유동층 가스화 장치의 운전조건 및 제원 149
〈표 2-17〉 원료(목분) 성분분석 160
〈표 3-1〉 비담지 금속 Boride 와 Ni 촉매의 Argon BET 그리고 H₂ 흡착 data 171
〈표 3-2〉 비담지 금속 Boride 와 Ni 촉매의 메탄화 반응속도 및 수율 172
〈표 3-3〉 Ru, Nu, Cu의 H₂ 환원 173
〈표 3-4〉 메탄화 반응성 173
〈표 3-5〉 촉매의 합성조건과 반응조건 176
〈표 3-6〉 MoS₂ 촉매 합성조건 177
〈표 3-7〉 시료의 비표면적과 기공부피, 기공크기 비교 191
〈표 3-8〉 각 시료의 수율 201
〈표 3-9〉 Carburization 온도 별 Mo/γ-Al₂O₃의 EDS 분석결과(7 wt% Mo/γ-alumina) 211
〈표 3-10〉 Mo/γ-Al₂O₃,Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 비표면적, 기공부피, 기공크기 비교 213
〈표 3-11〉 Mo/γ-Al₂O₃와 Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 XPS 정량 분석결과 217
〈표 3-12〉 반응온도 증가에 따른 각 압력에서의 평균 CO 전환율 219
〈표 3-13〉 반응온도 증가에 따른 각 압력에서의 평균 CH₄농도 220
〈표 3-14〉 시료 합성 압력에 따른 입자크기 225
〈표 3-15〉 시료 합성압력에 따른 메탄화 반응 전후 BET 비표면적 231
〈표 3-16〉 시료 합성압력에 따른 메탄화 반응 전후 기공부피 232
〈표 3-17〉 시료 합성 압력에 따른 메탄화 반응 전후 XPS 정량 238
〈표 3-18〉 시료 합성 압력에 따른 △ CH₄/ △ CO conversion 242
〈표 4-1〉 연료전지 종류와 특징 249
〈표 4-2〉 외부 Manifold형 SOFC Stack 사양 257
〈표 4-3〉 SOFC Stack 온도별 유량 조건 264
〈표 4-4〉 ATR Reformer Efficiency 274
〈표 4-5〉 System Total Efficiency 275
〈표 4-6〉 구성품별 열해석 조건 278
〈표 4-7〉 구성품 출구에서의 작동유체 조성 비율 281
〈표 4-8〉 real stack 연계한 시스템 해석 조건 283
[그림 1-1] 가연성폐기물 발생량 및 에너지 잠재량 32
[그림 1-2] 일본의 Tokyo Gas에서 제안한 지능형 복합에너지 그리드 개념도 33
[그림 1-3] 일본의 Japan Gas Association에서 제안한 지능형 복합에너지 그리드 개념도 34
[그림 1-4] KIER에서 제안한 지능형 복합에너지 그리드 개념도 34
[그림 1-5] 개발하고자 하는 시스템의 개념 35
[그림 1-6] 개발하고자 하는 지능형 간접가스화/연료전지 발전/직접 메탄화 시스템 36
[그림 2-1] 유동층의 형상 및 압력 변화 40
[그림 2-2] 순환유동층 가스화기 및 일반적인 압력분포 43
[그림 2-3] Biomass pyrolysis pathway 45
[그림 2-4] 열천칭 반응기 51
[그림 2-5] GC pyrolyzer 53
[그림 2-6] 고정식 반응기 모식도 54
[그림 2-7] 유동층 가스화 제어 및 사진 56
[그림 2-8] 유동층 가스화기의 온도 상승 실험 결과 57
[그림 2-9] 가스화기 stack 운전의 불안정성 58
[그림 2-10] 가스화기 조업에 따른 tar 발생 58
[그림 2-11] 폐감귤 시료의 가스화 특성(5% O₂) 60
[그림 2-12] 팜 폐기물 시료의 열분해 특성 61
[그림 2-13] 목재 펠렛 시료의 열분해 특성 61
[그림 2-14] 승온속도에 따른 감귤폐기물의 전환율 62
[그림 2-15] Friedman method로 계산한 활성화 에너지 63
[그림 2-16] 귤껍질의 온도별 열분해 후 생성물 조성 64
[그림 2-17] 승온속도에 따른 감귤폐기물의 전환율 67
[그림 2-18] 승온속도 별 감귤폐기물의 DTG Curve 67
[그림 2-19] Friedman method로 계산한 활성화 에너지 68
[그림 2-20] 온도별로 실험했을 시 수율 변화 69
[그림 2-21] 유속 별로 실험했을 때 수율 변화 70
[그림 2-22] 온도에 따른 오일 내 생성물 분포 71
[그림 2-23] 수정된 bubble cap 분산판 73
[그림 2-24] 2단 주입 설비 74
[그림 2-25] 개조된 유동층 가스화기 74
[그림 2-26] 500℃에서의 유동층 반응기의 온도 분포 75
[그림 2-27] 700℃에서의 유동층 반응기의 온도 분포 76
[그림 2-28] 온도에 따른 가스 조성의 변화 76
[그림 2-29] Tar 특성 분석 78
[그림 2-30] Geldart에 의한 고체 입자의 분류 79
[그림 2-31] 입자 크기에 따른 최소유동화 속도 79
[그림 2-32] Schematic drawing of the dual fluidized bed gasifier 84
[그림 2-33] Simplified scheme of MILENA gasifier 85
[그림 2-34] Design parameter of the non-mechanical valve 87
[그림 2-35] Schematic diagram of experimental apparatus : (a) riser, (2) riser exit, (3) cyclone, (4) bag filter, (5) butterfly valve, (6) downer, (7) solid feeder, (8) air compressor, (9) flow meter, (10) pressure sensors, (11) data logger,... 88
[그림 2-36] Illustration of solid feeder and riser exit configurations 89
[그림 2-37] Construction of 3-D allothermal gasification process 90
[그림 2-38] Non-mechanical valves in detail 91
[그림 2-39] Non-mechanical valves with air inlet nozzle 91
[그림 2-40] Flow characteristics in the 3-D allothermal gasifier with L-valve 94
[그림 2-41] Volume fraction of solids on the vertical section of allothermal gasifier with L-valve 95
[그림 2-42] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with L-valve 96
[그림 2-43] Solid volume fraction in the L-valve 97
[그림 2-44] Flow characteristics in the 3-D allothermal gasifier with V15-valve 98
[그림 2-45] Volume fraction of solids on the vertical section of allothermal gasifier with V15-valve 99
[그림 2-46] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with V15-valve 100
[그림 2-47] Solid volume fraction in the V15-valve 101
[그림 2-48] Flow characteristics in the 3-D allothermal gasifier with V30-valve 102
[그림 2-49] Volume fraction of air on the vertical section of allothermal gasifier with V30-valve 103
[그림 2-50] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with V30-valve 104
[그림 2-51] Solid volume fraction in the V30-valve 105
[그림 2-52] Non-mechanical valve design with air injection 108
[그림 2-53] Flow characteristics of the 3-D allothermal gasifier with air injection into the L-valve. 108
[그림 2-54] Volume fraction of solids on the vertical section of allothermal gasifier with L-valve (air injection=3m/s) 109
[그림 2-55] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with L-valve (air injection=3m/s) 110
[그림 2-56] Solid volume fraction in the L-valve (Vin=3m/s)(이미지참조) 111
[그림 2-57] Volume fraction of solids on the vertical section of allothermal gasifier with L-valve (air injection=10m/s) 112
[그림 2-58] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with L-valve (air injection=10m/s) 113
[그림 2-59] Solid volume fraction in the L-valve (Vin=10m/s)(이미지참조) 114
[그림 2-60] Flow characteristics of the 3-D allothermal gasifier with air injection into the V15-valve. 115
[그림 2-61] Volume fraction of solids on the vertical section of allothermal gasifier with V15-valve (air injection=3m/s) 116
[그림 2-62] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with V15-valve (air injection=3m/s) 117
[그림 2-63] Solid volume fraction in the V15-valve (Vin=3m/s)(이미지참조) 118
[그림 2-64] Volume fraction of solids on the vertical section of allothermal gasifier with V15-valve(air injection=10m/s) 119
[그림 2-65] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with V15-valve(air injection=10m/s) 120
[그림 2-66] Solid volume fraction in the V15-valve(Vin=10m/s)(이미지참조) 121
[그림 2-67] Flow characteristics of the 3-D allothermal gasifier with air injection into the V30-valve. 122
[그림 2-68] Volume fraction of solids on the vertical section of allothermal gasifier with V30-valve(air injection=3m/s) 123
[그림 2-69] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with V30-valve(air injection=3m/s) 124
[그림 2-70] Solid volume fraction in the V30-valve(Vin=3m/s)(이미지참조) 125
[그림 2-71] Volume fraction of air on the vertical section of allothermal gasifier with V30-valve (air injection=10m/s) 126
[그림 2-72] Volume fraction of solids in the 3-D allothermal gasifier with V30-valve(air injection=10m/s) 127
[그림 2-73] Solid volume fraction in the V30-valve(Vin=10m/s)(이미지참조) 128
[그림 2-74] 이중 유동층 반응기의 개념도 131
[그림 2-75] Riser, Settling Chamber, Downcorner 제원 136
[그림 2-76] 각 Bubble Cap에서의 노즐크기 및 유속 141
[그림 2-77] 이중 유동층 가스화기 에너지 수지 143
[그림 2-78] △H₁₁₂₃를 계산하기 위한 반응경로 144
[그림 2-79] △H₁₂₂₃를 계산하기 위한 반응경로 146
[그림 2-80] 1차년도에 제작된 원료공급장치 150
[그림 2-81] 2차년도에 보완된 원료공급장치 도면 및 사진 152
[그림 2-82] 원료공급장치의 토출량 보정결과 152
[그림 2-83] 유동사 순환 non-mechanical valve 153
[그림 2-84] Non-mechanical valve가 보완된 이중 유동층 가스화기 154
[그림 2-85] 수증기 발생장치 및 차압식 유량계 155
[그림 2-86] U자형 응축장치 156
[그림 2-87] Shell and Tube 응축장치 단면 그림 157
[그림 2-88] 2차년도에 구축된 이중 유동층 가스화 시스템 개념도 158
[그림 2-89] 합성가스 Sampling을 위하여 사용된 포집장치 159
[그림 2-90] 타르에 의하여 오염된 가스 포집장치 160
[그림 2-91] 합성가스 농도 : 온도의 영향 162
[그림 2-92] 주요 가스화 반응의 평형상수 163
[그림 2-93] 합성가스 농도 : 수증기/원료 비의 영향(가스화 온도=810℃) 164
[그림 2-94] 합성가스 유량(계산값) : 온도의 영향 166
[그림 2-95] 냉가스 효율 : 온도의 영향(스팀/원료 비=0.22) 167
[그림 3-1] 합성가스 재래식/직접 메탄화 공정 170
[그림 3-2] Mo/AC 촉매 합성과정 175
[그림 3-3] Mo/γ-alumina 촉매 합성 방법 176
[그림 3-4] MoS₂ 촉매 합성절차 178
[그림 3-5] 촉매 합성 장치 178
[그림 3-6] 메탄화 반응을 위한 고압 촉매 반응기 179
[그림 3-7] 2 wt% 시료의 메탄화 반응 전후 XRD 결과 183
[그림 3-8] 7 wt% 시료의 메탄화 반응 전후 XRD 결과 185
[그림 3-9] 2 wt% 시료의 SEM 결과 186
[그림 3-10] 7 wt% 시료의 SEM 결과 187
[그림 3-11] 2 wt% 시료의 기공 크기 분포 188
[그림 3-12] 7 wt% 시료의 기공 크기 분포 189
[그림 3-13] 시료의 비표면적, 기공부피 비교 190
[그림 3-14] 2 wt%와 7 wt% 시료의 XPS(Mo 3d) 결과 192
[그림 3-15] 2 wt%와 7 wt% 시료의 Raman 결과 193
[그림 3-16] 2 wt%와 7 wt% 시료의 TEM 결과 194
[그림 3-17] 2 wt% 시료의 CO 전환율 196
[그림 3-18] 7 wt% 시료의 CO 전환율 197
[그림 3-19] 2 wt% 와 7 wt% 시료의 메탄 농도 199
[그림 3-20] 2 wt% 와 7 wt% 시료의 탄화수소 농도 200
[그림 3-21] 2 wt% 시료의 메탄화 반응 온도와 GHSV의 관계 202
[그림 3-22] 조건별 합성 촉매의 XRD 결과 : (a) Mo/Al₂O₃,Mo/Zr/Al₂O₃의 메탄화 반응 전 XRD 결과, (b) Mo/Al₂O₃,Mo/Zr/Al₂O₃의 메탄화 반응 후 XRD 결과(H₂환원 후, methanation: 400℃, 450℃, 20 bar, 30bar) (c) Mo/Al₂O₃의 메탄화 반응 후... 206
[그림 3-23] γ-Al₂O₃, Mo/γ-Al₂O₃의 합성조건에 따른 SEM 형상 207
[그림 3-24] Mo/γ-Al₂O₃의 합성조건에 따른 SEM 형상 208
[그림 3-25] Mo/Al₂O₃,Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 메탄화 반응 후 SEM 형상 : (a) Mo/γ-Al₂O₃(AM3, methanation: 400℃, 20bar), (b) Mo/γ-Al₂O₃(AM3, methanation: 400℃, 30bar), (c) Mo/Zr/γ-Al₂O₃(AMZ3, methanation: 400℃, 20bar), (d) Mo/Zr/γ... 210
[그림 3-26] Mo/γ-Al₂O₃의 메탄화 반응 후 SEM 형상 211
[그림 3-27] Mo/γ-Al₂O₃와 Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 합성조건 별 비표면적 비교 213
[그림 3-28] Mo/γ-Al₂O₃와 Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 기공크기 분포(pore size distribution) 214
[그림 3-29] Mo에 대한 Mo/γ-Al₂O₃, Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 XPS 결과(methanation: 400℃, 30bar, 반응가스: H₂/CO(ratio=1), GHSV5400h-1) : (a) Mo/γ-Al₂O₃와 Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 반응 전, (b) Mo/γ-Al₂O₃와 Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 반응 후(이미지참조) 216
[그림 3-30] AM3 촉매와 AMZ3 촉매의 반응 전 CO-TPD 결과 217
[그림 3-31] Mo/γ-Al₂O₃의 반응온도 증가에 따른 각 압력에서 평균 CO 전환율 (H₂환원: 450℃, 2.5 hr, 반응가스 : H₂:CO=50:50, GHSV=5400 hr-1(이미지참조) 218
[그림 3-32] Mo/γ-Al₂O₃의 반응온도 증가에 따른 각 압력에서 CH₄농도 변화(H₂환원: 450℃, 2hr30min, 반응가스 : H₂:CO=50:50, GHSV-1=5400(이미지참조) 219
[그림 3-33] Mo/Al₂O₃,Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 메탄화 반응 별 CO 전환율 비교 221
[그림 3-34] Mo/Al₂O₃,Mo/Zr/γ-Al₂O₃의 메탄화 반응별 CH₄농도 비교 221
[그림 3-35] Mo/γ-Al₂O₃의 carburization 온도 별 메탄화 CO 전환율 비교 222
[그림 3-36] Mo/γ-Al₂O₃의 carburization 온도 별 메탄화 CH₄농도 비교 223
[그림 3-37] 시료 합성 압력에 따른 메탄화 반응 전 XRD 분석 결과 224
[그림 3-38] 시료 합성 압력에 따른 메탄화 반응 후 XRD 분석 결과 224
[그림 3-39] 합성 압력 1 bar 메탄화 반응 전 MoS₂ 촉매 226
[그림 3-40] 합성압력 5 bar 메탄화 반응 전 MoS₂ 촉매 226
[그림 3-41] 합성 압력 15 bar 메탄화 반응 전 MoS₂촉매 226
[그림 3-42] 합성 압력 30 bar 메탄화 반응 전 MoS₂촉매 226
[그림 3-43] 합성압력 1 bar 메탄화 반응 후 MoS₂ 촉매 226
[그림 3-44] 합성압력 5 bar 메탄화 반응 후 MoS₂ 촉매 226
[그림 3-45] 합성압력 15 bar 메탄화 반응 후 MoS₂ 촉매 227
[그림 3-46] 합성압력 30 bar 메탄화 반응 후 MoS₂ 촉매 227
[그림 3-47] 합성압력 1 bar 메탄화 반응 전 MoS₂ 촉매 EDS 분석결과 227
[그림 3-48] 합성압력 5 bar 메탄화 반응 전 MoS₂ 촉매 EDS 분석결과 228
[그림 3-49] 합성압력 15 bar 메탄화 반응 전 MoS₂촉매 EDS 분석결과 228
[그림 3-50] 합성압력 30 bar 메탄화 반응 전 MoS₂촉매 EDS 분석결과 229
[그림 3-51] 합성압력 1 bar 메탄화 반응 후 MoS₂ 촉매 EDS 분석결과 229
[그림 3-52] 합성압력 5 bar 메탄화 반응 후 MoS₂ 촉매 EDS 분석결과 230
[그림 3-53] 합성압력 15 bar 메탄화 반응 후 MoS₂ 촉매 EDS 분석결과 230
[그림 3-54] 합성압력 30 bar 메탄화 반응 후 MoS₂ 촉매 EDS 분석결과 231
[그림 3-55] 시료 합성압력에 따른 메탄화 반응 전 후의 BET 비표면적 232
[그림 3-56] 시료 합성압력에 따른 메탄화 반응 전 후의 기공 부피 233
[그림 3-57] 시료 합성압력 15 bar에서 메탄화 반응 전 기공 크기 분포 234
[그림 3-58] 시료 합성압력 15 bar에서 메탄화 반응 후 기공 크기 분포 234
[그림 3-59] 시료 합성압력 30 bar에서 메탄화 반응 전 기공 크기 분포 235
[그림 3-60] 시료 합성압력 30 bar에서 메탄화 반응 후 기공 크기 분포 235
[그림 3-61] 메탄화 반응 전 시료의 CO-TPD 236
[그림 3-62] 메탄화 반응 전 시료의 H₂-TPR 237
[그림 3-63] 메탄화 반응 후 시료의 H₂-TPR 237
[그림 3-64] 시료 합성 압력 15 bar에서 메탄화 전 후 S 2p의 XPS 239
[그림 3-65] 시료 합성 압력 30 bar에서 메탄화 전 후 S 2p XPS 240
[그림 3-66] 시료 합성 압력 15 bar에서 메탄화 전 후 Mo 3d XPS 240
[그림 3-67] 시료 합성 압력 30 bar에서 메탄화 전 후 Mo 3d XPS 241
[그림 3-68] 합성 제조 압력에 따른 평균 CO 전환율 (GHSV : 5400 hr-1, 온도 : 400℃)(이미지참조) 242
[그림 3-69] 합성 제조 압력에 따른 CO 전화율의 시간에 따른 변화 (GHSV : 5400 hr-1, 온도 : 400℃)(이미지참조) 243
[그림 3-70] 합성 제조 압력에 따른 CH₄농도의 시간의 따른 변화 (GHSV : 5400 hr-1, 온도 : 400℃)(이미지참조) 243
[그림 3-71] 합성 제조 압력에 따른 C₂H6농도의 시간의 따른 변화 (GHSV : 5400 hr-1, 온도 : 400℃)(이미지참조) 244
[그림 4-1] SOFC 원리 및 적용 개념도 246
[그림 4-2] 기존 발전방식과 연료전지 발전방식 비교 247
[그림 4-3] 연료전지 분류 247
[그림 4-4] 전력 발전 기술에 따른 효율비교 249
[그림 4-5] 연료전지 발전시스템 구조 250
[그림 4-6] 고체산화물 연료전지의 작동 원리 251
[그림 4-7] SOFC Unit Cell Frame Assembly Wireframe 253
[그림 4-8] SOFC Unit Cell Frame Conceptual Design 253
[그림 4-9] SOFC 평가장치 Layout 254
[그림 4-10] SOFC Cell Frame 장착 모습 254
[그림 4-11] ASC 및 ESC Cell Package 255
[그림 4-12] 외부 Mainfold형 SOFC Stack 평가 시스템 구성 256
[그림 4-13] 외부 Mainfold형 SOFC Stack Module 개념도 257
[그림 4-14] 분리판 개념설계 258
[그림 4-15] Stack 구조 259
[그림 4-16] Internal Manifold형 Stack 구성 및 조립 259
[그림 4-17] 내부 Mainfold형 Stack 실험 Data 261
[그림 4-18] Ni-CO 코팅 유무에 따른 접촉저항 비교 262
[그림 4-19] Cell 1장에 대한 Stack 부속품 구성도 262
[그림 4-20] Stack Assembly 최종 조립품 263
[그림 4-21] 100W급 내부 Manifold형 5Cell SOFC Stack 조립과정 263
[그림 4-22] SOFC Stack 승온 스케줄표 264
[그림 4-23] 온도별 SOFC Stack I-V Curve 265
[그림 4-24] T=700°C에서 유량(H₂ 분압)에 따른 Stack & Cell 전압 비교 266
[그림 4-25] T=750°C에서 유량(H₂ 분압)에 따른 Stack & Cell 전압 비교 267
[그림 4-26] T=800°C에서 유량(H₂ 분압)에 따른 Stack & Cell 전압 비교 269
[그림 4-27] 60 Cell SOFC Stack 외형도 270
[그림 4-28] Hot Box에 장착된 1㎾급 SOFC Stack 구성도 270
[그림 4-29] 1㎾급 SOFC simulator 구성도 271
[그림 4-30] (a)시동버너 (b)개질기 (c)통합형 열교환기/후연소기 (d)dummy stack 273
[그림 4-31] 1㎾급 SOFC simulator 실험장치 273
[그림 4-32] 1㎾급 SOFC simulator 실험 결과 274
[그림 4-33] SOFC simulator 해석 프로그램 구성도 276
[그림 4-34] ATR 모듈 277
[그림 4-35] Dummy stack 모듈 277
[그림 4-36] 통합형 열교환기/후연소기 모듈 278
[그림 4-37] 통합형 열교환기에서의 Cathode air 온도변동 특성 280
[그림 4-38] ATR 출구에서의 개질가스 조성변동 특성 280
[그림 4-39] Real stack과 연계한 해석 프로그램 구성도 281
[그림 4-40] SOFC stack 모듈 282
[그림 4-41] I-V 선도 282
[그림 4-42] SOFC 스택 출력 특성 284
[그림 4-43] ATR 효율 특성 284
[그림 4-44] 시스템 열손실 특성 285
[그림 4-45] 통합형 개질기/시동버너 시제품 286
[그림 4-46] 1㎾급 real stack용 SOFC simulator 구성도 286
[그림 4-47] Hot box 내부 사진 287
[그림 4-48] 1㎾급 real stack용 SOFC 시스템 실험장치 288
[그림 4-49] 1㎾급 real stack용 SOFC 시스템 예비시험 결과 288
[그림 5-1] 단위셀 제작공정 291
[그림 5-2] (a) 단위셀 기체 흐름을 위한 가스유로, (b) 단위셀간 밀봉구조 293
[그림 5-3] (a) 전도성 심재와 SiC 복합소재, (b) 전도성 섬유와 SiC 복합소재 295
[그림 5-4] (a) 상하단 긴셀 매니폴드를 이용한 스택 구조, (b) 매니폴드 296
[그림 5-5] Paste type glass sealant 와 Pellet type glass sealant를 이용한 밀봉 297
[그림 5-6] (a) 세로 적층형 스택 하우징 구조, (b) 가로 적층형 스택 하우징 구조 298
[그림 5-7] (a) AC 임피던스 분석기법을 이용한 Nyquist Plot 데이터 (30/50%의 수증기 농도 및 1.3V 인가 전압 분위기에서 온도에 따른 분극특성), (b) SOEC 모드에서 I-V 및 등가로 환산한 수소 발생율 (30/50%의 수증기 농도 및 1.3V 인가 전압... 301
[그림 5-8] (a) 지지체인 Ni-YSZ 소결체의 열싸이클에 따른 기계적 강도 변화, (b) Ni-YSZ/YSZ/LSM 구조로 제작된 버튼셀의 700시간 연속운전 데이터 302
[그림 5-9] (a) 상하단 매니폴드 타입 스택 내부 채널의 가스 유동 전산모사, (b) 집전체 매니폴드 일체형 스택 내부 채널의 가스 유동 전산모사 304
[그림 5-10] 3셀 스택 운전 중 셀 간 short 발생에 의한 오작동 결과 305
[그림 5-11] 3셀 스택을 이용한 수전해 모드 시험평가 306