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[사회과학]천연가스 수증기 개질반응에 대상으로하여

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작성일18-02-09 16:04

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많은 반응들은 시스템 상에서 존재하는 산소에 기인한 반응을 수반하지만 전체적인 화학적 변환은 일반적으로 다음과 같다. 그러나 평형반응에 의한 반응속도가 느리므로 공정규모가 커야하고, 부하변동에 대한 정상 상…(To be continued ) 태로의 응답특성이 느린 단점이 있다. 후자의 것은 재래의 개질기보다 낮은 온도와 압력에서 작동하면서도 더욱 콤팩트하다.

CH4 + H2O = CO + 3H2

CH4 + 2H2O = CO2+ 4H2

이러한 반응은 높은 흡열반응이다. 이 때 진행되는 반응은 주 반응인 개질반응과 부반응인 수성가스 전이반응의 2가지이며 반응식은 아래와 같다. 사용촉매 및 반응조건 혹은 열 및 물질전달 저항요인에 따라 다를 수 있기 때문이다 촉매의 이용효율 제고 측면에서는 입자 크기를 작게 하면 활성이 높아지게 되지만 압력손실이 높아지게 되므로 확산저항이 존재하더라도 적절한 크기의 촉매(직겨:17mm, 길이:17,10 혹은 6mm)를 사용하고 있다.
CH4 + H2O = CO + 3H2, △H = +49.7kcal/mol
CO + H2O = CO2 + H2, △H = -10kcal/mol
개질반응은 강한 흡열반응이며 고온 및 저압조건에 의하여 정반응의 진행이 유리하며, 반면에 전이반응은 온화한 발열 반응으로써 저온이 유리하며 압력은 거의 영향을 미치지 않는다.

■ 수증기 개질
수증기 개질공정은 천연가스를 개질시킴으로써 수소를 생산하는 반응공정으로서 부분산화 및 자열 개질공정에 비하여 메탄 1몰 당 수소생산 수율이 가장 높으므로 가장 경제적인 수소생산방법이다. 작은 규모의 수소 생산을 위한 스팀 개질기에는 재래식 소형 개질기와 연료전지를 위해서 특별히 제작한 개질기 두 가지 종류가 있다. 현재는 다양한 수소/탄소 비를 갖는 원료를 처리할 수 있는 수증기개질공정이 전 세계적으로 약 400 여기가 보급되어 있다.
메탄의 수증기 개질반응은 메탄에 대하여는 1차 반응으로 알려져 있지만 다fms 파라미터에 대하여는 일정하지 않다. 이 반응은 일차로 생성된 일산화탄소가 수증기와 반응함으로써 이산화탄소로 전환됨과 동시에 수소농도를 증가시키게 되며 반응식은 다음과 같다.
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[사회과학]천연가스 수증기 개질반응에 대상으로하여



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1) 수증기 개질 반응 및 수성가스 전환 반응에 대한 data(자료) 조사
■ 수증기 개질법
천연가스 스팀 개질은 수소생산방법 중 가장 염가의 방법으로 여겨지고 있으며, 세계 총 수소생산의 거의 절반을 이 방법으로 하고 있다. 그럼에도 불구하고 수증기 개질의 이점은 물과 메탄가스분자에 포함된 수소를 최대한 추출해내는 것에 있다. 수증기개질공정의(定義) 단위반응공정은 기본적으로 전처리공정인 수소화탈황 및 흡수공정, 수증기 개질공정, 수성
가스 전이공정 그리고 가스제거공정으로 구성되어 있다. 이 반응에서 보는 바와 같이 수소는 메탄과 물 모두에서 분리되어 생산되기 때문에 높은 수소생산 수율이 가능하다. 스팀을 700∼1,100°C로, 메탄과 혼합하여 촉매 반응기에서 압력을 3∼25bar로 반응하며 생산성을 증가시키기 위해서 계속 새로운 방법을 개발하고 있다. 스팀을 700∼1,100°C로, 메탄과 혼합하여 촉매 반응기에서 압력을 3∼25bar로 반응하며 생산성을 증가시키기 위해서 계속 새로운 방법을 개발하고 있다. 천연가스의 수증기 개질법은 매우 일반적으로 사용하는 방법이다.

■ 수성가스 전환 반응
수증기 개질기에서 배출되는 CO의 농도는 약 7~12%로서 상당히 높은 수준이므로 이를 낮추기 위한 반응공정으로서 수성가스 전이반응이 필요하다.
수증기 개질반응에 있어서 촉매가 사용되는 반응조건은 반응온도 700∼850°C, 압력 상압~40기압, 그리고 공간속도 3,000~6,000hr-1정도이며, 촉매구성은 내열성 담체에 환원된 니켈이 담지(약 10~12% 정도)되어 있는 형태이므로 표면적이 10m2/g 이하가 된다. 연간 수소생산 100,000톤 규모의 큰 스팀 개질기 하나로 약 100만 대의 연료전지 자동차에 연료를 공급할 수 있다. 후자의 것은 재래의 개질기보다 낮은 온도와 압력에서 작동하면서도 더욱 콤팩트하다. 따라서 스팀 개질에서는 높은 온도에서 촉매를 첨가하여 반응을 촉진시킨다. 천연가스의 수증기 개질법은 매우 일반적으로 사용하는 방법이다. 작은 규모의 수소 생산을 위한 스팀 개질기에는 재래식 소형 개질기와 연료전지를 위해서 특별히 제작한 개질기 두 가지 종류가 있다.
CO + H2O = CO2 + H2 △H = -10kcal/mol
이 반응은 온화한 발열반응(△H = -41kJ/mol)으로서 평형상수가 온도증가에 따라 감소하게 되므로(K= 4.099x10 at 300oC

순서



다. 연간 수소생산 100,000톤 규모의 큰 스팀 개질기 하나로 약 100만 대의 연료전지 자동차에 연료를 공급할 수 있다. 많은 반응들은 시스템 상에서 존재하는 산소에 기인한 반응을 수반하지만 전체적인 화학적 변환은 일반적으로 다음과 같다....

1) 수증기 개질 반응 및 수성가스 전환 반응에 대한 data(자료) 조사
■ 수증기 개질법
천연가스 스팀 개질은 수소생산방법 중 가장 염가의 방법으로 여겨지고 있으며, 세계 총 수소생산의 거의 절반을 이 방법으로 하고 있다.

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