• 검색 결과가 없습니다.

비영리

N/A
N/A
Info
다운로드
Protected

Academic year: 2023

Share "비영리"

Copied!
124
0
0

로드 중.... (전체 텍스트 보기)

전체 글

PEMFC 스택에 수소를 함유한 개질가스를 공급하려면 일산화탄소의 양을 10ppm 이하로 줄여야 합니다. 개질가스 후처리 방법 중 WGS나 PROX의 경우 일산화탄소만 사용됩니다.

연구배경

더 많은 전력을 생산하기 위해서는 그림 2와 같이 연료전지가 주로 사용된다. 연료전지의 연료로 사용되는 수소를 생산하려면 첨단 기술이 필요하며 대표적인 방법이 부생수소 포집법이다.

Fig. 1.1과 식 (1)~(3)은 PEMFC의 원리를 설명한다.
Fig. 1.1과 식 (1)~(3)은 PEMFC의 원리를 설명한다.

연구내용

또한, 현재 LNG선 건조 기술은 우수하며, 극저온 단열시스템을 적용한 기술이 널리 상용화되고 있으며, 최근 건조되는 선박에는 기술적으로 신뢰성이 매우 높은 LNG 추진시스템을 사용하고 있다. 성능평가를 통해 메탄 개질 시스템을 이용한 고분자막 연료전지 시스템의 일반적인 최적화 조건을 제시하였다.

연구방법

가용 연료의 종류

선박용 개질 연료 선정의 적합성

또한, 공기보다 가볍기 때문에 누출 시 빠르게 확산되므로 누출로 인한 사고가 발생할 경우 위험성이 매우 높습니다. 마지막으로 메탄연료를 사용하는 경우이다.

메탄 개질 저온형 PEMFC의 개요 및 전체구성

860K부터 생성되는 수소의 양은 온도가 증가함에 따라 증가하다가 다시 감소합니다. 또한, 산화 반응을 위해 공기를 공급하면 공기 중의 질소가 가스에 혼입되어 전체적인 수소 수율이 감소하게 된다.

메탄 개질 저온형 PEMFC의 세부구성

개질기

  • 개질기의 종류 및 특성
  • 수증기 개질

수소 생산을 위한 연료 개질 방법에는 증기 개질(SR), 부분 산화 개질(POX), 자열 개질(AR), 가스화 및 혐기성 소화(AD)가 포함됩니다. 해체) 개량 등 물의 전기분해 [2]. 촉매반응을 통해 탄소와 수소의 혼합가스를 생성하는 개질법입니다. 따라서 개질반응의 열원은 버너를 통과하여 개질기로 전달된다.

Table 2.4 Advantage and disadvantage of major hydrogen production methods [2]
Table 2.4 Advantage and disadvantage of major hydrogen production methods [2]

개질 가스 후처리 시스템

  • 수성가스전환반응
  • 일산화탄소 제거

수증기와 일산화탄소가 반응하면 WGS에서는 아래 식(17)과 같이 약한 발열반응이 일어난다. 첫째, 일산화탄소를 제거하기 위한 화학반응은 CO의 선택적 메탄화를 이용하는 방법이다. 두 번째는 CO의 선택적 산화이다.

연료전지 셀 및 스택

  • 셀과 스택의 출력
  • 셀의 이론전압
  • 셀의 손실전압
  • 스택 IV-Curve 검증

이를 수소를 연료로 사용하는 연료전지에서 일어나는 반응식으로 대체하면 아래의 식 (34)와 같이 표현할 수 있다. 실험값에서는 연료전지 스택에 공기 대신 산소를 공급하였으므로 검증을 위해 실험값과 동일하게 산소를 공급했을 때의 시뮬레이션 계산 결과를 비교하였다. 이를 통해 본 연구에 사용된 시뮬레이션 스택의 신뢰성을 검증했습니다.

Table 2.5 ∆    , maximum EMF (or reversible open circuit voltage), and efficiency limit (HHV basis) for hydrogen fuel cells [3]
Table 2.5 ∆    , maximum EMF (or reversible open circuit voltage), and efficiency limit (HHV basis) for hydrogen fuel cells [3]

MBOP(Machinery Balance of Plant)

  • 펌프
  • 연소기
  • 열교환기
  • 압축기
  • PI-제어기
  • 탱크

그러나 PROX에서는 반응이 일산화탄소를 산화시킬 뿐만 아니라 수소도 동시에 산화됩니다. WGS와 메탄화 반응기를 동시에 사용하는 경우(사례 4), 일산화탄소 제거 공정의 결과로 메탄이 생성됩니다. 메탄화 반응기(실시예 3)만을 사용한 경우 일산화탄소 농도 표준조건을 만족하였다.

Fig. 2.2 Pump Model
Fig. 2.2 Pump Model

개질기 출구온도에 따른 성능평가

S/C 조절에 따른 성능평가

WGS(Water Gas Shift) Reactor 단독 적용

PROX Reactor 단독 적용

Methanation Reactor 단독 적용

WGS와 Methanation Reactor를 동시에 적용하면 일산화탄소의 몰분율이 크게 감소하여 0으로 떨어지는 것을 볼 수 있습니다. WGS와 PROX Reactor를 개질가스 후처리에만 적용한 경우(Case 1, 2), 둘 다 PEMFC의 일산화탄소 농도 기준을 충족하지 못하여 PEMFC 사용에 적합하지 않습니다. 즉, 메탄화 반응기를 사용할 경우 제거해야 할 일산화탄소가 많을수록 수소 손실은 커지고 출력은 낮아진다.

Table 3.9 Result Data for Methanation Reactor outlet side
Table 3.9 Result Data for Methanation Reactor outlet side

WGS Reactor와 Methanation Reactor 동시 적용

WGS Reactor와 PROX Reactor 동시 적용

연료전지 스택 관련 성능평가

공기 화학양론에 따른 성능평가

공기유량 화학양론의 변화에 ​​따른 연료전지 생산량의 변화를 확인하기 위해 WGS와 PROX를 동시 적용한 Case 5의 PEMFC 스택에 처리된 가스를 공급하였다. 출력 결과만 고려하면 공기의 화학양론이 증가함에 따라 출력 전력과 전압이 증가합니다. 그러나 결과는 큰 차이는 아니고 약간의 증가이므로 많은 양의 공기를 공급하기 위해 팬에 걸리는 부하가 소모되는 경우도 있으므로 화학량론적 증가와 공급량 증가에 따른 생산량 증가 정도 팬에 필요한 부하 소비량을 비교하여 적절한 값을 결정해야 합니다.

Table 3.13 Voltage and output power according to the change of air stoichiometry
Table 3.13 Voltage and output power according to the change of air stoichiometry

작동온도에 따른 성능평가

연료압력에 따른 성능평가

메탄화 반응기를 단독으로 가스 후처리 장치로 사용하는 경우(Case 3) PEMFC의 일산화탄소 기준은 만족하지만, 일산화탄소 제거를 위한 수소 소모량이 너무 많아 출력이 감소하므로, 다른 경우에 비해 출력이 매우 낮기 때문에 PMEFC를 권장하며 적용에는 적합하지 않습니다. 따라서 일산화탄소 농도 기준을 충족하고 상대적으로 수소를 많이 소모하지 않는 WGS용 메탄화 반응기 동시 적용(Case 4)과 WGS용 PROX 반응기 동시 적용(Case 5) 두 가지 사례를 고려할 수 있다. ... 다만, 두 경우의 차이는 작으며, WGS에 PROX 리액터를 동시에 사용하는 경우 PROX의 선택성이나 효율에 따라 출력이 달라질 수 있으므로 이러한 값이 달라지면 출력 결과는 다를 수 있습니다.

Table 3.15 Voltage and output power according to the change of fuel pressure Supply Fuel
Table 3.15 Voltage and output power according to the change of fuel pressure Supply Fuel

시스템 적합도 비교

WGS 또는 PROX만을 후처리 시스템으로 적용한 경우(Case 1, 2), 일산화탄소 농도가 10ppm을 초과하여 PEMFC 일산화탄소 기준을 충족하지 못하여 부적합품에서 제외되었다. 따라서 메탄화 반응기를 단독으로 사용한 경우(Case 3) 다른 경우에 비해 수소 손실이 크고 생산량이 감소하므로 부적합하다고 판단하여 제외하였다. 마지막으로 WGS와 PROX를 동시 적용한 경우(Case 5) PEMFC의 일산화탄소 표준 조건을 만족하고 후처리 화학반응 결과 추가적인 메탄이 발생하지 않아 의 적합성은 다음과 같다. 시스템적인 부분도 만족스러웠고, 생산 결과도 좋았습니다.

수치

Fig. 1.1과 식 (1)~(3)은 PEMFC의 원리를 설명한다.
Table 2.2 Some properties of hydrogen and other fuels considered for fuel cell systems (2) [3]
Table 2.3 Typical compositions of natural gases from different geographic regions [3]
Table 2.5 ∆    , maximum EMF (or reversible open circuit voltage), and efficiency limit (HHV basis) for hydrogen fuel cells [3]
+7

참조

지금 다운로드하기 ( PDF - 124 페이지 - 2.25 MB )

Outline

선박용 개질 연료 선정의 적합성 개질기의 종류 및 특성 개질 가스 후처리 시스템 셀의 손실전압 탱크 Methanation Reactor 단독 적용 연료압력에 따른 성능평가 시스템 적합도 비교

관련 문서

Dietary supplementation of finishing pigs with the docosahexaenoic acid-rich microalgae, Aurantiochytrium limacinum: effects on performance, carcass characteristics and tissue fatty acid profile

As such, the n-3:n-6 ratio for the female pigs did not differ between control and supplemented groups while and increase in the ratio was observed for the male pigs (Table 6).