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요약문
SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 16
제1절 연구개발 목적 및 필요성 16
제2절 연구개발 내용 및 범위 19
1. 가압형 고순도 수소생산 유닛 열 및 시스템 엔지니어링 설계기술 19
2. 고효율 열교환 일체형 리포머/WGS 모듈 원천설계기술 20
3. 고순도 수소생산 진공탈착 PSA 모듈 원천설계기술 20
제2장 국내외 기술개발 현황 21
제1절 국외 기술개발 현황 21
1. 미국 및 EU 21
2. 일본 26
제2절 국내 기술개발 현황 33
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 34
제1절 가압형 고순도 수소생산 유닛 열 및 시스템 엔지니어링 설계기술 34
1. 200 kg/day급 고순도 수소생산 유닛 열 및 물질 수지 분석 34
2. 수소생산 효율 개선을 위한 설계 인자 분석 40
제2절 고효율 열교환 일체형 리포머/WGS 모듈 원천설계기술 44
1. 200 kg/day급 열교환 일체형 리포머 모듈 스케일-업 설계 44
2. 200 kg/day급 열교환 일체형 WGS 모듈 스케일-업 설계 47
3. 200 kg/day급 열교환 일체형 리포머/WGS 모듈 성능평가 방법 및 결과 50
제3절 고순도 수소생산 진공탈착 PSA 모듈 원천설계기술 65
1. 200 kg/day급 진공탈착 PSA 모듈 스케일-업 설계 65
2. 200 kg/day급 진공탈착 PSA 모듈 성능평가 방법 및 결과 69
3. 200 kg/day급 스키드 설계 73
4. 일산화탄소 흡착제 개발 75
제4장 결론 78
제1절 결론 78
제2절 향후 계획 79
참고문헌 80
부록(Appendices) 81
Ⅰ. ASTM-D 1946-90 82
Ⅱ. 200kg/day급 고순도 수소생산 유닛 누적운전 시간 93
Ⅲ. 세후 경제성 분석자료(단국대학교 김봉진 교수) 96
Ⅳ. Review Week 발표자료 120
Ⅴ. 연차평가 발표자료 147
Ⅵ. 평가 및 점검의견 반영내역 : 3차년도 사업계획서 반영 181
〈표 2-1〉 DOE H2A model case studies(DOE/H2A/Summary of H2A Cost Estimates XLS;... 22
〈표 2-2〉 H2Gen 사의 천연가스 개질 방식 수소제조장치 사양 24
〈표 2-3〉 MKK의 PSA 공정 개선 사례 [3] 26
〈표 3-1〉 고순도 수소 생산 시스템의 heat sources와 heat sinks 35
〈표 3-2〉 고순도 수소 생산 시스템의 각 단위공정별 흐름 정보 39
〈표 3-3〉 GC 구성 요소별 운전 조건 54
〈표 3-4〉 200 kg/day급 리포머/WGS 모듈과 PSA 연계시 주요 생산 가스 특성 63
〈표 3-5〉 Cycle sequence 개선을 통한 공정 결과 비교 69
〈표 3-6〉 Specification of Flow meter 70
〈표 3-7〉 가스 분석 조건 71
〈표 3-8〉 200 kg/day 스키드 타입의 VPSA 설계 기준 73
〈표 3-9〉 서로 다른 양의 CuCl을 제올라이트에 건식 고온 양이온 교환 및 열분산 시킨... 76
[그림 2-1] H2Gen Innovation Inc.에서 개발한 HGM-2000의 전체 시스템 구성도 [1] 23
[그림 2-2] HYOS-R의 모델별 성능 및 주요 정보 23
[그림 2-3] Nuvera Fuel Cell의 고순도 수소생산 유닛 [2] 25
[그림 2-4] Nuvera Fuel Cell의 고순도 수소생산 시스템의... 25
[그림 2-5] MKK의 개질기에 탑재하기 위한 개질촉매의 단기 활성 비교 실험... 27
[그림 2-6] MKK의 개질기에 탑재하기 위한 개질촉매의 장기 활성 실험... 28
[그림 2-7] MKK의 고순도 수소생산 유닛 모델 및 성능 정보 29
[그림 2-8] 오사카 가스의 HYSERVE 모델 및 성능 정보 30
[그림 2-9] 오사카 가스의 HYSERVE 모델의 기술개발 및 사업화 과정 [4] 31
[그림 2-10] 다이니치 기계공업 주식회사의 고순도 수소생산 유닛 시스템 구성도 32
[그림 2-11] JNK히터(주)가 수행 중인 "수소충전소용 대용량 수소제조장치 개발" 과제를... 33
[그림 3-1] 고순도 수소 생산 유닛의 conceptual process diagram 35
[그림 3-2] 고순도 수소생산 유닛의 PFD 37
[그림 3-3] 고순도 수소생산 유닛 내부의 에너지흐름을 표현한 Sankey diagram 38
[그림 3-4] 공정 모사프로그램을 이용한 SMR 출구 온도 및 S/C 비에 따른... 38
[그림 3-5] PSA 공정의 수소회수율 대비 수소생산 효율... 41
[그림 3-6] 다이니치 기계공업주식회사의 현장생산용 수소제조... 42
[그림 3-7] 200 kg/day급 단위 반응 튜브 길이별 압력 강하 44
[그림 3-8] 200 kg/day급 단위 반응 튜브 길이별 온도 분포 45
[그림 3-9] 200 kg/day급 단위 반응 튜브 길이별 수소분율 45
[그림 3-10] 100 kg/day급 내부 열교환형 리포머 모듈 단면도[11] 48
[그림 3-11] 원료 예열부가 일체화된 내부 열교환형 리포머 모듈 단면도[11] 49
[그림 3-12] 200 kg/day급 리포머/WGS 모듈 성능평가 시스템 구성 51
[그림 3-13] 200 kg/day급 리포머/WGS 모듈과 진공탈착 PSA 모듈 연계 성능평가 시스템 구성 51
[그림 3-14] 200 kg/day급 리포머/WGS 모듈 외형 52
[그림 3-15] GC 구성도 55
[그림 3-16] 반응 온도에 따른 메탄 전환율 및 수소 생산량 56
[그림 3-17] 반응 온도에 따른 개질 효율 57
[그림 3-18] S/C 비에 따른 개질 효율 및 수소 생산량 58
[그림 3-19] 개질 부하에 따른 개질효율 및 수소 생산량 59
[그림 3-20] 200 kg/day급 리포머/WGS 모듈 부위별 온도(super heater 대향류 열교환 방식) 61
[그림 3-21] 200 kg/day급 리포머/WGS 모듈 부위별 온도(super heater 병류 열교환 방식) 62
[그림 3-22] 200 kg/day급 리포머/WGS 모듈 부위별 온도(PSA off-gas 버너 리사이클) 64
[그림 3-23] 200 kg/day급 리포머/WGS 모듈과 PSA 연계 운전에서 정상상태 PSA... 64
[그림 3-24] 본 연구에서 사용된 bench급 고순도 수소 생산 PSA 장치의 설계도 65
[그림 3-25] 시간에 따른 온도 변화(a), 컬렴의 압력 변화(b), 유량의 변화(c), Buffer... 66
[그림 3-26] 200kg/day급 진공탈착 PSA 모듈의 P&ID 67
[그림 3-27] 4-bed 진공탈착 PSA의 전면부 (a)와 측면부(b)의 조감도 67
[그림 3-28] 200 kg/day급 진공탈착 PSA 모듈 제작 사진 68
[그림 3-29] Tail 가스 유량 비교 69
[그림 3-30] GC 기반의 H₂ 내 불순물 분석 시스템 71
[그림 3-31] 흡착 시간에 따른 수소 회수율의 영향 72
[그림 3-32] 원료 내 CH₄ 의 조성이 H₂ 회수율과 불순물 농도에 미치는 영향 73
[그림 3-33] 전체 스키드 안에서 200 kg/day Skid-type H₂-VPSA의 장치 배치도... 74
[그림 3-34] 다양한 시료들에 대해 20 ℃에서 측정한 일산화탄소 흡착 등온선 77