표제지
제출문
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 17
제1절 연구의 필요성 17
제2절 연구의 내용 및 범위 18
제2장 반응실험 및 장치 19
제1절 복합개질 반응실험 장치 19
제2절 내부 열교환형 반응기 모듈 25
제3절 개질반응기용 천연가스 버너의 기초 연소특성 30
제4절 F-T 합성 반응실험장치 39
제3장 결과 및 고찰 46
제1절 복합개질 46
제2절 내부 열교환형 반응기 모듈 79
제3절 가스버너 연소기 시제품 설계 및 분석 85
제4절 Fischer-Tropsch 합성 반응 활성 123
제4장 결론 143
제5장 향후 계획 145
참고문헌 146
서지정보양식
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET
〈표 2-1-1〉 복합개질촉매 제조용 전구체 21
〈표 2-2-1〉 주요 부속 목록 25
〈표 2-2-2〉 내부 열교환형 반응기 성능 평가용 시스템 공정 조건 26
〈표 2-3-1〉 Certificate of analysis I 37
〈표 2-3-2〉 Certificate of analysis II 38
〈표 3-1-1〉 Physical properties of supported Ni catalysts 47
〈표 3-1-2〉 Physical properties of Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts prepared with various MgO amount 53
〈표 3-1-3〉 Physical properties of 12% Ni/MgAl₂O₄ catalysts pre-calcined at various temperatures 58
〈표 3-1-4〉 Comparison of reaction results over Ni/MgO-Al₂O₃ catalyst at 700℃ 67
〈표 3-1-5〉 Quantitative data for the amount of carbon deposited on 12 wt% Ni/MgO-Al₂O₃ catalyst 71
〈표 3-2-1〉 하단 가열 방식 반응기 모듈 운전 결과 79
〈표 3-2-2〉 버너 운전 방식에 따른 반응기 길이별 온도 구배 확인 용 실험 조건 80
〈표 3-2-3〉 1차년도에 설계된 단위 반응기의 운전 조건 83
〈표 3-2-4〉 NG=4 Nm³/h 공급시 복합개질 운전 결과 84
〈표 3-2-5〉 NG=6 Nm³/h 공급시 복합개질 운전 결과 84
〈표 3-3-1〉 예혼합식 표면연소 가스버너 시제품의 기본사양 93
〈표 3-3-2〉 예혼합식 표면연소 가스버너 시제품의 유동해석 조건 94
〈표 3-3-3〉 순수 메탄가스(CH₄) 성분표(I) 107
〈표 3-3-4〉 순수 메탄가스(CH₄) 성분표(II) 108
〈표 3-3-5〉 단일(單一) 가스성분의 최저 발화온도 및 폭발범위 110
〈표 3-3-6〉 예혼합식 스테인리스 표면연소버너 연소배기가스 성분측정 결과 111
〈표 3-3-7〉 예혼합식 금속섬유직조 다공체판 가스버너의 연소배기가스 성분측정 결과 115
〈표 3-3-8〉 가스버너 콘트롤러(Gas Burner Controller)의 제원 122
〈표 3-4-1〉 Co 함침량에 따른 Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 물리적, 화학적 특성 변화 130
〈표 3-4-2〉 Co 함침량에 따른 Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 반응 활성 131
〈표 3-4-3〉 메탈 모노리스 촉매와 펠렛 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 반응 활성 비교 134
〈표 3-4-4〉 메탈 폼 촉매와 펠렛 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 반응 활성 및 선택성 비교 138
〈표 3-4-5〉 Co-M/γ-Al₂O₃, (M; Li, Na, K, Cs) 분말 촉매를 이용한 Fischer-Tropsch 반응 활성 140
〈표 3-4-6〉 Co-M/γ-Al₂O₃, (M; Li, Na, K, Cs) 비드 촉매를 이용한 Fischer-Tropsch반응 활성 141
[그림 2-1-1] 복합개질 반응 장치 구성 20
[그림 2-1-2] 기체 크로마토그래피 분석 장치 24
[그림 2-2-1] 내부 열교환형 반응기 성능 평가용 시스템 구성 26
[그림 2-2-2] 하단 가열방식 반응기 모듈 28
[그림 2-2-3] 측면 가열방식 반응기 모듈 28
[그림 2-2-4] 하단 가열방식 반응기 모듈과 성능 평가시스템 외형 29
[그림 2-2-5] 측면 가열방식 반응기 모듈과 성능 평가시스템 외형 29
[그림 2-2-6] 측면 가열방식 반응기 설치를 위한 연소로 도면 29
[그림 2-3-1] 가스버너의 연소화염 특성분석 개략도 30
[그림 2-3-2] Metal Fiber Mat를 이용한 순수메탄 천연가스용 버너의 연소특성 시험장치 33
[그림 2-3-3] Metal Fiber Mat를 이용한 순수메탄 천연가스용 버너의 역화(Back Fire) 현상에 대한 발생 위험성 시험 개략도 35
[그림 2-4-1] 구조체 촉매 활성 평가를 위한 반응기 설계도 (a)와 반응기 사진 (b) 39
[그림 2-4-2] 구조체 촉매 활성 평가를 위한 반응 장치 사진 40
[그림 2-4-3] Fischer-Tropsch 반응용 5 채널 반응 시스템 개략도 41
[그림 2-4-4] Fischer-Tropsch 반응용 5 채널 반응 장치 41
[그림 2-4-5] 함침법에 의해 제조된 5 wt% Co/γ-Al₂O₃촉매 사진 42
[그림 2-4-6] 메탈 모노리스 구조체 촉매 제조 방법 43
[그림 2-4-7] 메탈 모노리스 촉매 43
[그림 2-4-8] 함침법에 의한 Co-M/γ-Al₂O₃(M; Li, Na, K, Cs) 촉매의 제조 방법 45
[그림 2-4-9] 함침법에 의해 제조된 촉진제 첨가 촉매,... 45
[그림 3-1-1] XRD patterns of supported Ni catalysts 49
[그림 3-1-2] TPR patterns of supported Ni catalysts 51
[그림 3-1-3] XRD patterns of MgO-Al₂O₃ support with various MgO amount 54
[그림 3-1-4] XRD patterns of 12% Ni/MgO-Al₂O₃ catalyst with various MgO loading 55
[그림 3-1-5] TPR patterns of 12% Ni/MgO-Al₂O₃ catalyst 56
[그림 3-1-6] XRD patterns of MgO-Al₂O₃ supports pre-calcined at various temperatures 59
[그림 3-1-7] XRD patterns of 12% Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts pre-calcined at various temperatures 60
[그림 3-1-8] TPR patterns of 12% Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts pre-calcined at various temperatures 61
[그림 3-1-9] CH₄ conversion with time on stream over supported Ni catalysts 63
[그림 3-1-10] 800℃에서 복합개질 반응 후 사용된 여러 담체별 니켈 촉매의 SEM 이미지... 64
[그림 3-1-11] The effect of temperature on CH₄ conversion over Ni/MgO-Al₂O₃ catalyst with various MgO content in CSCRM... 66
[그림 3-1-12] The stability over Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts with various MgO content in CSCRM... 68
[그림 3-1-13] SEM images of used 12 wt%Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts with various MgO contents 69
[그림 3-1-14] TG profiles of used 12 wt%Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts under air 70
[그림 3-1-15] The effect of support pre-calcination on CH₄ conversion over Ni(l2wt%)/MgO-Al₂O₃... 72
[그림 3-1-16] The effect of support pre-calcination on CO₂ conversion over Ni(l2wt%)/MgO-Al₂O₃... 73
[그림 3-1-17] CH₄ conversion with various temperature over l2wt% Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts and commercial catalyst in combined reforming of methane... 75
[그림 3-1-18] SEM images of used Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts pre-calcined at (a) 800℃, (b) 1200℃ and (c) commercial catalyst 77
[그림 3-1-19] TEM images of used Ni/MgO-Al₂O₃ catalysts pre-calcined at (a) 800℃ and (b) commercial catalyst. 78
[그림 3-2-1] 측면 가열 방식 반응기 모듈에서 튜브 길이별 주요 온도... 81
[그림 3-2-2] 측면 버너 사용 조건에 따른 튜브 벽면 및 촉매층 길이별 온도 구배... 82
[그림 3-3-1] 예혼합식 표면연소버너(Metal Fiber Burner)의 화염모드 87
[그림 3-3-2] 금속섬유직조 다공체판(Metal Fiber Mat) 88
[그림 3-3-3] 예혼합식 표면연소버너(Metal Fiber Burner)의 일반적 구조 90
[그림 3-3-4] 다공판 형상 91
[그림 3-3-5] 예혼합식 표면연소 가스버너 시제품의 기본 설계 94
[그림 3-3-6] 예혼합식 표면연소 가스버너 시제품의 유동해석도 95
[그림 3-3-7] 예혼합식 표면연소 가스버너 시제품에 대한 유동해석 결과 97
[그림 3-3-8] 예혼합식 고효율 친환경적 가스버너 시제품에 적용한 예혼합기의 구조 99
[그림 3-3-9] 예혼합식 평판형 스테인리스 가스버너 시제품 도면 99
[그림 3-3-10] 예혼합식 평판형 스테인리스 가스버너 시제품 100
[그림 3-3-11] 금속섬유 가스버너(Metal Fiber Gas Burner)의 연소표면 헤드(Head) 부분 100
[그림 3-3-12] 예혼합식 평판형 금속섬유 다공체판(Metal Fiber Mat) 가스버너 시제품 도면 101
[그림 3-3-13] 예혼합식 평판형 금속섬유 다공체판(Metal Fiber Mat) 가스버너 시제품 101
[그림 3-3-14] 가스버너의 연소화염 특성분석 실험장치 개략도 102
[그림 3-3-15] 시험용 가스버너의 연소특성 실험장치 개략도 103
[그림 3-3-16] 금속섬유직조 다공체판 가스버너(Metal Fiber Mat Gas Burner) 시제품의 연소특성 시험장치 105
[그림 3-3-17] 스테인리스 가스버너의 예혼합기 미장착상태에 대한 버너화염 형상 112
[그림 3-3-18] 스테인리스 가스버너의 예혼합기 장착상태에 대한 버너화염 형상 113
[그림 3-3-19] 예혼합식 금속섬유 다공체판 평판형 가스버너의 각 변수에 따른 화염형상 116
[그림 3-3-20] 가스버너 콘트롤러(Gas Burner Controller) 자동제어 동작순서 개략도 121
[그림 3-3-21] 가스버너 콘트롤러(Gas Burner Controller)의 일례 121
[그림 3-4-1] 5 wt% Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 기상 반응 활성 123
[그림 3-4-2] 5 wt% Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 액상 반응 활성 124
[그림 3-4-3] 10 wt% Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 기상 반응 활성 125
[그림 3-4-4] 10 wt% Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 액상 반응 활성 126
[그림 3-4-5] 15 wt% Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 기상 반응 활성 127
[그림 3-4-6] 15 wt% Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 액상 반응 활성 127
[그림 3-4-7] 20 wt% Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 기상 반응 활성 128
[그림 3-4-8] 20 wt% Co/γ-Al₂O₃ 촉매의 Fischer-Tropsch 합성 액상 반응 활성 129
[그림 3-4-9] 메탈 모노리스 구조체를 이용한 Fischer-Tropsch 합성 반응 활성 133
[그림 3-4-10] 메탈 모노리스 촉매와 펠렛 촉매를 이용한 Fischer-Tropsch 합성 반응의 액상 오일 선택성 비교 135
[그림 3-4-11] 메탈 폼 촉매의 SEM 이미지,... 136
[그림 3-4-12] 메탈 폼 촉매에 대한 SEM-EDS Ni, Cr, Si, Al, Co 맵핑 137
[그림 3-4-13] 메탈 폼 촉매와 펠렛 촉매를 이용한 Fischer-Tropsch 합성 반응의 액상 오일 선택성 비교 139