수소 생산을 위한 부탄 자열개질에 관한 이론적·실험적 연구

Abstract

본 논문은 연료전지의 원활한 수소공급을 위해 부탄가스의 자열개질에 관한 연구이다. 부탄 자열개질을 위해 귀금속 촉매가 담지된 촉매와 상용촉매를 선정되었다. 이들에 대해 열역학적 반응 조건인 온도, $O_2/C$, S/C의 변화에 따른 실험을 수행하였다. 자열개질에 대한 보다 깊은 이해를 위해 반응이 일어나는 촉매층 내부의 온도구배를 관찰하였다. 실험결과, 열역학적 평형조성, 자립운전조건등을 고려한 최적의 반응조건을 찾을 수 있었다. 본 연구에서 목표로 하고 있는 소형개질기의 경우 촉매층 부피에 비해 고유량에서의 운전을 필요로 하게 된다. GHSV는 표준상태에서 주입되는 반응물의 기체상의 유량을 촉매의 부피로 나눈 값이며 시간의 역수를 그 단위로 한다. 충전층 형태의 촉매를 가지는 반응기에서 GHSV가 증가할 때 연료전환율이 감소하였다. 또한 촉매층의 전,후단부에 뚜렷한 온도구배가 나타났으며 이는 자열개질기 내부에서 공존하게 되는 흡열반응과 발열반응의 반응속도 차이에 기인한다. 높은 GHSV에서의 운전을 위해 마이크로채널을 사용한 촉매에 대한 개질실험을 수행하였다. 실험결과 마이크로채널을 가지는 촉매 반응기는 충전층 촉매를 사용하였을 때에 비해 높은 GHSV에서 좋은 개질성능을 보였다.