• 제목/요약/키워드: IS(Iodine-Sulfur) Cycle

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SI 열화학싸이클 황산분해공정의 Bench-scale 상압 실험 (Bench-scale Test of Sulfuric Acid Decomposition Process in SI Thermochemical Cycle at Ambient Pressure)

  • 전동근;이기용;김홍곤;김창수
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제22권2호
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    • pp.139-151
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    • 2011
  • The sulfur-iodine (SI) thermochemical water splitting cycle is one of promising hydrogen production methods from water using high-temperature heat generated from a high temperature gas-cooled nuclear reactor (HTGR). The SI cycle consists of three main units, such as Bunsen reaction, HI decomposition, and $H_2SO_4$ decomposition. The feasibility of continuous operation of a series of subunits for $H_2SO_4$ decomposition was investigated with a bench-scale facility working at ambient pressure. It showed stable and reproducible $H_2SO_4$ decomposition by steadily producing $SO_2$ and $O_2$ corresponding to a capacity of 1 mol/h $H_2$ for 24 hrs.

황-요오드 열화학 수소체조 공정에서 2 액상 정체 특성 (2 Liquid Phase Purification Characteristics for Sulfur-Iodine Thermochemical Hydrogen Production)

  • 이광진;차광서;강영한;박주식;배기광;김영호
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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    • pp.69-72
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    • 2007
  • The objective of this work was to study the properties of purification of two liquid phase for exclusion of impurities in each phase. The experiments for process variables were carried out in the temperature range($H_{2}SO_{4}$ phase: $413{\sim}513$ K, $HI_{x}$ phase: $353{\sim}453$ K) and in the $N_{2}$ flow rate range($H_{2}SO_{4}$, $HI_{x}$ phase: $50{\sim}200$ mL/min). As the results, it is appeared that the principles of $H_{2}SO_{4}$ phase purification was due to stripping, evaporation and reverse bunsen reaction and $HI_{x}$ phase purification was due to stripping and reverse bunsen reaction. In purification of $H_{2}SO_{4}$ phase, the concentration rate of $H_{2}SO_{4}$ phase was controled by temperature but the temperature had few effects on yield of $H_{2}SO_{4}$. In purification of $HI_{x}$ phase, we observed products of side reactions($H_{2}S$, S) over 433 K. The purity of $HI_{x}$ phase was increased with increasing $N_{2}$ flow rate because impurites were decreased with increasing conversion of reverse reaction.

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IS cycle에서의 [DMIm]$MeSO_4$를 이용한 $SO_2/O_2$ 분리 ([ $SO_2/O_2$ ] Separation with [DMIm]$MeSO_4$ in IS Cycle)

  • 이기용;송광호;유계상;김홍곤;정광덕;김창수
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제19권1호
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    • pp.49-55
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    • 2008
  • The feasibility of ionic liquid as a novel absorbent of $SO_2$ for the separation of $SO_2$ from $SO_2/O_2$ mixture in the thermochemical IS(Iodine-Sulfur) cycle was investigated. 1,3-dimethylimidazolium methylsulfate ([DMIm]$MeSO_4$) had shown twenty five times higher solubility of $SO_2$ than that of $O_2$. The dependence of $SO_2$ solubility by [DMIm]$MeSO_4$ on temperature and $SO_2$ partial pressure was examined, which confirmed the possibility of temperature and pressure swing for the separation process. Through cyclic absorption and desorption with temperature swing the stability of [DMIm]$MeSO_4$ in the separation process was also demonstrated. As a result of the experiments carried out, $SO_2$ separation from $SO_2/O_2$ mixture with ionic liquid([DMIm]$MeSO_4$) can be applied to the thermochemical IS cycle.

수소 생산을 위한 SI Cycle 공정에서의 중간 열교환 공정 모사 연구 (A Simulation Study of Inter Heat Exchanger Process in SI Cycle Process for Hydrogen Production)

  • 신재선;조성진;최석훈;파라즈카심;이흥래;박제호;이원재;이의수;박상진
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제52권4호
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    • pp.459-466
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    • 2014
  • 열화학적인 수소 생산 공정 중 하나인 S-I Cycle은 요오드와 황을 이용한 수소 생산 공정으로써 물 분자로부터 수소 분자를 얻어내는 순환 공정이다. 수소 생산 공정에 열을 공급하고자 하는 초고온 원자로(VHTR; Very High Temperature Reactor)는 원자로에서 수소 생산 공정으로 방사능 없이 안전하게 열을 전달하기 위하여 중간열교환기(IHX; Intermediate Heat Exchanger)가 필요하다. 본 연구에서는 수소 생산공정과 초고온 원자로간의 중간 열교환 공정을 모사하여 운전압력 및 작동 유체의 변화에 따른 중간 열교환기의 효율을 계산하고 가장 경제적인 중간 열교환기를 설계하기 위한 공정 조건을 도출하였다.

요오드-황 열화학 수소 제조를 위한 분젠 반응 공정 연구 (The Study on Bunsen Reaction Process for Iodine-Sulfur Thermochemical Hydrogen Production)

  • 강영한;류재춘;박주식;황갑진;이상호;배기광;김영호
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제44권4호
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    • pp.410-416
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    • 2006
  • 원자력 열을 이용한 요오드-황 열화학 수소 제조 사이클에서 분젠 공정 부분의 고효율 운전을 목적으로 2 액상(황산 상과 $HI_x$ 상)으로의 분리 및 $H_2O$의 분배를 위한 $H_2SO_4-HI-H_2-O-I_2$ 혼합 계의 공정 특성을 연구하였다. 공정 변수 실험은 298~353 K의 온도 범위와 $H_2SO_4/HI/H_2O/I_2=1/2/14{\sim}20/0.5{\sim}8.0$의 몰 조성 범위에서 수행했다. 결과로서, $SO_2-I_2-H_2O$ 분젠 반응계를 위하여 계산에 의해 2 액상으로 분리되는 분리점 및 포화점의 사이의 범위를 결정하였다. 각상내 불순물들(황산 상내 HI 및 $I_2$ 그리고 $HI_x$ 상내 $H_2SO_4$)이 최소화되는 최적의 결과는 가장 높은 온도인 353 K와 가장 높은 $I_2$ 몰 농도에서 얻을 수 있었다. 이 조건에서 황산 상을 위한 $HI/H_2SO_4$$HI_x$ 상을 위한 $H_2SO_4/HI_x$ 몰 비율은 각각 0.024와 0.028였다. 각 상으로 $H_2O$의 분배를 위하여 $HI_x$$H_2O$ 사이의 친화력이 $H_2SO_4$$H_2O$ 사이의 친화력보다 우세한 것으로 나타났으며, $HI_x$$H_2O$ 사이의 친화력은 온도 증가에 따라 감소하고 $I_2$ 몰 농도에 따라 증가했다.

CuFeAlOx 촉매상에서의 황산분해 반응 (Sulfuric Acid Decomposition on CuFeAlOx Catalysts)

  • 전동근;이관영;공경택;유계상;김홍곤;정광덕;이병권;김창수
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제19권1호
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    • pp.71-76
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    • 2008
  • CuFeOx/$Al_2O_3$ catalysts are developed for the use in sulfuric acid decomposition which is a subcycle in thermochemical iodine-sulfur cycle to split water into hydrogen and oxygen. Both Cu and Fe components are co-precipitated with Al component to enhance distribution of active components. Developed catalysts are improved in the capability of sulfuric acid decomposition and endurance under highly acidic environment compared to commercial catalysts such as Pt/$Al_2O_3$ and $2CuO{\cdot}Cr_2O_3$. Developed CuFeAlOx catalysts exhibited higher sulfuric acid decomposition ability than $2CuO{\cdot}Cr_2O_3$ and longer endurance trends than Pt/$Al_2O_3$ maintaining comparable performance, respectively.

HIx 용액을 이용한 분젠 반응에서 상 분리 조성에 미치는 SO2-O2 혼합물 기체의 영향 (The Effect of SO2-O2 Mixture Gas on Phase Separation Composition of Bunsen Reaction with HIx solution)

  • 한상진;김효섭;안병태;김영호;박주식;배기광;이종규
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제23권5호
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    • pp.421-428
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    • 2012
  • The Sulfur-Iodine (SI) thermochemical hydrogen production process is one of the most promising thermochemical water splitting technologies. In the integrated operation of the SI process, the $O_2$ produced from a $H_2SO_4$ decomposition section could be supplied directly to the Bunsen reaction section without preliminary separation. A $HI_x$ ($I_2+HI+H_2O$) solution could be also provided as the reactants in a Bunsen reaction section, since the sole separation of $I_2$ in a $HI_x$ solution recycled from a HI decomposition section was very difficult. Therefore, the Bunsen reaction using $SO_2-O_2$ mixture gases in the presence of the $HI_x$ solution was carried out to identify the effect of $O_2$. The amount of $I_2$ unreacted under the feed of $SO_2-O_2$ mixture gases was little higher than that under the feed of $SO_2$ gas only, and the amount of HI produced was relatively decreased. The $O_2$ in $SO_2-O_2$ mixture gases also played a role to decrease the amount of a impurity in $HI_x$ phase by only striping effect, while that in $H_2SO_4$ phase was hardly affected.

Ni 기반 촉매를 이용한 HI 분해 반응 특성 (Characteristics of Hydrogen Iodide Decomposition using Alumina-Supported Ni Based Catalyst)

  • 김지혜;박주식;김창희;강경수;정성욱;조원철;김영호;배기광
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제26권6호
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    • pp.507-515
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    • 2015
  • HI decomposition reaction requires a catalyst for the efficient production of hydrogen as a key reaction for hydrogen production in sulfur-iodine thermochemical water-splitting (SI) cycle. As a catalyst used in the reaction, the performance of platinum catalyst is excellent. While, the platinum catalyst is not economical. Therefore, studies of a nickel catalyst that could replace platinum have been carried out. In this study, the characteristics of the catalytic HI decomposition on the amount of loaded nickel (Ni = 0.1, 0.5, 1, 3, 5, 10 wt%) were investigated. As the supported Ni amount increased up to 3 wt%, HI decomposition was found to increase in linear proportion. However, the conversion of $Ni/Al_2O_3$ catalyst loaded above 3 wt% was not linear. It was thought that the different HI decomposition characteristics was caused in the size and metal dispersion of Ni particles of catalyst. The physical property of catalyst before and after HI decomposition reaction was characterized by BET, chemisorption, XRD and SEM analysis.

파이롯 규모 SI 공정 시험 설비에서의 헬륨 가열 장치 설계 (Design of a pilot-scale helium heating system to support the SI cycle)

  • 장세현;최용석;이기영;신영준;이태훈;김종호;윤석훈;최재혁
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • 제40권3호
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    • pp.157-164
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    • 2016
  • 본 연구에서는 SI 공정 시스템에서 헬륨 가열 장치에 대한 설계와 건조 데이터 확보를 위한 파이롯 규모의 헬륨 가열 장치 시스템에 대한 예비 설계 및 해석을 수행하였다. 헬륨 가열기는 LPG연소로를 활용하도록 설계하였고, 열유동 해석을 수행한 결과, 열교환기 출구측에서 LPG 연소가스의 유속이 약 40 m/s가 되었다. 최대온도는 6개의 베플이 설치된 경우가 4개의 베플이 설치된 경우보다 높게 나타나며, 이는 6개의 베플일 때 연소가스에서 헬륨가스로의 열전달이 좋아질 것임을 의미한다. 더불어, 베플수가 많아지면 LPG 연소가스의 유량을 감소시킬 수 있어 연료비용을 저감할 수도 있음을 의미한다. 다만, 베플수를 무한정 증가시키면 입출구의 압력차가 증가되기 때문에 최적의 베플수 선정이 중요하다. 열유동 해석에 이어 수행한 구조해석에서는 헬륨의 유량을 3.729 mol/s, 출구 온도를 $910^{\circ}C$로 유지할 경우 관의 양 끝단에서 지지하는 경우 중간부분의 팽창률이 3.86 mm임을 확인하였다. LPG 연소로 헬륨 가열시스템에서 shell & tube type의 열교환기를 적용하여 $135^{\circ}C$의 헬륨이 $910^{\circ}C$로 가열하여 유출하기 위해서 약 $1300^{\circ}C$의 연소가스 온도 및 52 g/s의 연소가스 유량이 확보되어야 함을 확인하였다.