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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
I. 탈황연료 전처리 및 신형개질기 기술 개발 26
제1장 탈황 및 흡수부하 개질기 기술 소개 28
제1절 전처리에 의한 연료 탈황기술 소개 28
1. 탈황기술의 필요성 28
2. 도시가스 및 천연가스 탈황기술 31
제2절 흡수반응개질기 기술 소개 31
1. 화석연료로부터 수소생산 32
2. 수증기-메탄 개질 반응(Steam Methane Reforming) 32
3. 부분산화반응(Partical Oxidation) 33
4. Autothermal reforming(ATR) 34
5. 고순도 수소생산 34
6. 흡수반응개질 35
7. 본 연구의 목표 및 연구추진 체계 38
제2장 전처리에 의한 연료 탈황 39
제1절 서론 39
제2절 실험방법 39
1. 흡착제 제조 39
2. 파과 실험 및 황농도 분석 40
제3절 실험결과 및 토의 41
1. 여러 가지 금속염이 담지된 BEA 41
2. 질산은이 담지된 중형다공성 실리카 MCM-41 & SBA-15 42
3. 질산은이 담지된 제올라이트 ZSM-5 43
제4절 결론 44
제3장 흡수부과 개질반응 45
제1절 서론 45
제2절 고온 이산화탄소 흡수제 45
1. 흡수제 제조 방법 45
2. 열중량 분석을 통한 흡수제의 선별 45
3. CaO-Ca12Al14O33특성 분석(이미지참조) 52
4. 흡수 반응개질 공정의 구현 54
5. 결론 및 향후 연구방향 56
참고문헌 57
II. 일산화탄소 수성반응용 기능성 금속필터 시스템 개발 60
제1장 서론 62
제1절 연구 배경 62
제2절 연구개발 목표 및 내용 63
제2장 국내외 기술개발 현황 65
제1절 국외 기술개발 현황 65
제2절 국내 기술개발 현황 66
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 67
제1절 촉매 최적화 및 기능성 금속 필터 성형 67
제2절 기능성 금속 필터 테스트 71
제3절 기능성 금속필터 반응기 설계 75
제4장 결론 76
참고문헌 77
III. 일산화탄소 선택산화용 막반응 기술 개발 78
제1장 서론 80
제1절 개요 80
제2절 연구목표 및 내용 82
제2장 국내외 기술개발 현황 84
제1절 국외 CO 선택산화 막반응 기술 현황 84
제2절 국내 CO 선택산화 막반응 기술 현황 87
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 88
제1절 FAU 제올라이트 분리막의 이온교환 거동 88
제2절 FAU 제올라이트 분리막의 Si/Al비 제어 89
제3절 NaA형 제올라이트 분리막의 합성 92
제4장 결론 95
참고문헌 96
IV. 고밀도 수소 저장재 개발 100
제1장 서론 102
제1절 개요 102
제2장 국내외 기술개발 현황 104
제1절 국외 기술 현황 104
제2절 국내 기술 현황 106
제3장 실험 109
제1절 Alanate 계 수소 저장 물질 109
제2절 수소 저장 합금 111
제4장 결과 및 고찰 112
제1절 Alanate 계 수소 저장 물질 112
제2절 수소 저장 합금 118
제5장 결론 125
참고문헌 126
서지정보양식
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET
〈표 1-1〉 여러 가지 황화합물 부취제의 특성 30
〈표 1-2〉 메탄전환반응경로 33
〈표 1-3〉 수소생산공정의 경로에 따른 생산가스의 조성 35
〈표 3-1〉 열중량분석기 실험 조건 46
〈표 3-2〉 Ce zirconate가 첨가된 CaO 흡수제의 명칭과 조성 48
〈표 3-3〉 흡수반응개질공정 반응조건 55
〈표 3-1〉 제조된 Pt/Ceria 촉매의 물리적 특성 비교 67
〈표 3-2〉 금속필터의 밀도(p), 열용량(Cp)(이미지참조), 열확산(a) 및 열전도도(λ) 71
〈표 2-1〉 미국 DOE의 수소 저장 관련 기술 개발 현황 105
〈표 2-2〉 일본의 수소 저장 관련 기술 개발 현황 106
〈표 2-3〉 유럽 연합의 수소 저장 관련 기술 개발 현황 106
〈표 2-4〉 수소 연료전지 사업단의 수소 저장 관련 연구 107
〈표 2-5〉 수소 프론티어 사업단의 수소 저장 관련 연구 108
〈표 4-1〉 Ni의 조성에 따른 수소 흡장량 변화 123
〈표 4-2〉 Ti-V-Cr-Mn/Ca-Mg의 합금조성 및 수소 흡장량 124
[그림 1-1] 수소가스에 포함된 H₂S 농도에 따른 PEMFC voltage의 변화:... 29
[그림 1-2] 고순도 수소 생산공정 34
[그림 1-3] 흡수부과개질반응 개념도 37
[그림 2-1] 황화합물 파과흡착실험을 위한 gas line 연결도 40
[그림 2-2] (왼쪽) 여러 가지 금속염이 담지된 BEA 흡착제의 황화합물 파과흡착량, (오른쪽) 각 흡착제별 금속염 1 mole당 흡착된 황화합물 비율 41
[그림 2-3] (왼쪽) 질산은 함량에 따른 흡착제 (질산은이 담지된 SBA-15)의 황화합물 파과흡착량, (오른쪽) 각 흡착제별 금속염 1 mole당 흡착된 황화합물 비율 비교 42
[그림 2-4] (왼쪽) 질산은 함량에 따른 흡착제 (질산은이 담지된 MCM-41)의 황화합물 파과흡착량, (오른쪽) 각 흡착제별 금속염 1 mole당 흡착된 황화합물 비율 비교 43
[그림 2-5] (왼쪽) 질산은 담지량에 따른 황화합물 파과곡선의 변화, (오른쪽) 중형기공 포함여부에 따른 질산은 담지 ZSM-5 흡착제의 황화합물 파과흡착량 변화 43
[그림 3-1] 열중량분석기 실험의 예 (Pure CaO) 46
[그림 3-2] C75_0.8Ce0.2Zr의 XRD 패턴 48
[그림 3-3] Zr 함량이 다른 Ce zirconia를 첨가제로 사용할 경우의 흡수제 안정성 비교 49
[그림 3-4] CaO-LaAlO₃의 흡수용량 50
[그림 3-5] CaO-La0.8Mg0.2O₃의 흡수용량(이미지참조) 51
[그림 3-6] CaO-Ca12Al14O33의 흡수용량(이미지참조) 51
[그림 3-7] 반응 전 CaO의 SEM image 53
[그림 3-8] 흡수/재생 50사이클 이 후 CaO의 SEM image 53
[그림 3-9] 반응 전 CaO-Ca12Al14O33 SEM image(이미지참조) 53
[그림 3-10] 흡수/재생 50사이클 이 후 CaO-Ca12Al14O33의 SEM image(이미지참조) 53
[그림 3-11] CaO-Ca12Al14O33 입자단면 Ca mapping 사진(이미지참조) 53
[그림 3-12] CaO-Ca12Al14O33 입자의 FIB 처리 단면(이미지참조) 53
[그림 3-13] CaO-Ca12Al14O33 입자단면 Al mapping 사진(이미지참조) 53
[그림 3-14] SERP 공정 장치 구성도와 장치사진 54
[그리 3-15] CaO-Ca12Al14O33 흡수제를 이용한 흡수반응개질에서 반응의 시간에 따른 수소농도 변화(이미지참조) 55
[그림 1-1] 기능성 금속 필터 구성도 63
[그림 3-1] 제조된 촉매상에서 온도에 따른 CO 전환율, SV=14,000 hr-1(이미지참조), 반응조건 : 7% CO, 22% H₂O, 8.5% CO₂, 37%, H₂, N₂ bal. 68
[그림 3-2] CO₂-TPD 분석 결과 68
[그림 3-3] 제조된 촉매상의 CO 흡착 및 탈착 모습 (DRIFTS 결과)... 69
[그림 3-4] (a) 금속필터 디스크 사진, (b) CU+Pt/CeOx 현미경사진 (150배), (c) Al+Pt/CeOx 현미경사진 (150배), (d) Bi/Ni+Pt/CeOx 현미경사진 (150배) 70
[그림 3-5] WGS 반응 실험 장치 (조건 : 7% CO, 22% H₂O, 8.5% CO₂, 37% H₂, N₂ bal.) 72
[그림 3-6] Cermet (촉매+금속)상의 온도에 따른 CO 제거량과 발생된 CH₄량 비교 72
[그림 3-7] 금속필터 Tester 73
[그림 3-8] 기체투과도 측정결과 (1 psi) 73
[그림 3-9] 금속필터(금속+촉매)와 촉매필터와의 CO 전환율 비교 (조건 : 7% CO, 22% H₂O, 8.5% CO₂, 37% H₂, N₂ bal.) 74
[그림 3-10] 금속필터와 tubular 반응기(Powder mixture, powder)에서의 CO 전환을 비교(조건 : 7% CO, 22% H₂O, 8.5% CO₂, 37% H₂, N₂ bal.) 74
[그림 3-11] 110W 수성가스전이반응용 금속필터 반응기 설계 75
[그림 1-1] CO 선택산화 막반응 기술의 개념도 82
[그림 2-1] NaY 제올라이트 막의 기체 투과도의 온도 의존성:... 85
[그림 2-2] 촉매 bed식 반응기와 막반응기의 CO 산화속도 비교 86
[그림 3-1] Si/Al비가 약 1.3인 Na형 FAU 제올라이트 분리막의 (a) 파면 및 (b) 표면 SEM 사진 88
[그림 3-2] K이온으로 이온교환된 Na형 FAU 제올라이트 막의 (a) 파면 및 (b) 표면 SEM 사진 89
[그림 3-3] 수열용액중의 SiO₂ 농도에 따라서 형성된 Na형 FAU 제올라이트 분리막의 파면 SEM 사진들 90
[그림 3-4] 수열용액 중의 SiO₂ 농도에 따라서 형성된 FAU 제올라이트 분리막의 Si/Al비의 변화 91
[그림 3-5] Pt계 A형 및 Y형 제올라이트 촉매의 CO 전환율 92
[그림 3-6] 수열용액 중의 SiO2 양에 따라서 형성된 NaA형 제올라이트 분리막의 X-선 회절무늬 93
[그림 3-7] 합성된 NaA형 제올라이트 분리막의 (a) 파면 및 (b) 표면에 대한 SEM 사진(합성온도 80℃) 94
[그림 3-8] 합성된 NaA형 제올라이트 분리막의 (a) 파면 및 (b) 표면에 대한 SEM 사진(합성 온도 120℃) 94
[그림 3-1] Ball milling 장치 110
[그림 3-2] Pressure-Composition Isotherm 측정 장치 110
[그림 4-1] 정제 및 미정제된 Mg alanate의 수소 방출 특성 113
[그림 4-2] 정제 및 미정제된 Mg alanate의 XRD patterns 113
[그림 4-3] 정제 및 미정제된 Ca alanate의 수소 방출 특성 115
[그림 4-4] THF로 정제된 Ca alanate의 IR spectra 115
[그림 4-5] LiMg와 LiCl 혼합물의 수소 방출 특성 116
[그림 4-6] 정제된 Ti doped Mg alanate의 재생 시 수소 방출 특성 118
[그림 4-7] Ball-milling으로 제조된 Ti-V₂ 시료의 XRD pattern과 SEM image 119
[그림 4-8] Ball-milling & 소성로 용융법으로 제조된 Ti-V₂ 시료의 XRD pattern과 SEM image 120
[그림 4-9] Ball-milling & Arc melting으로 제조된 Ti-V₂ 시료의 XRD pattern과 SEM image 120
[그림 4-10] V의 첨가량에 따른 Ti-V 합금의 수소 흡장량 121
[그림 4-11] TiCr1.2(이미지참조) 기본으로 한 합금에 V에 대한 Mn의 치환에 따른 수소 흡장량 122