• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제46권3호
• /
• pp.633-638
• /
• 2008

열화학적 물분해에 의한 수소 생산 공정 중의 하나인 IS(Iodine-sulfur) 사이클에서 요오드와 이산화황, 그리고 물을 반응물로 하여 요오드화수소와 황산을 제조하는 분젠 반응에 대한 연구를 수행하였다. 요오드의 투입 몰수에 관계없이 황산의 생성량은 일정하였으나 요오드화수소의 생성량은 요오드의 투입 몰수가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 생성된 요오드화수소와 미 반응된 요오드가 $HI_3$ $HI_5$ or $HI_7$와 같은 착화합물인 polyiodide를 형성하기 때문인 것으로 생각된다. 이들 착화합물의 형성은 생성물의 2액상 분리 특성의 향상을 가져온다. 또한 요오드 투입 몰수의 증가함에 따라 반응 속도는 향상되었다. 반응물인 요오드의 투입 몰수 및 반응 온도가 증가함에 따라 생성 용액의 2액상 분리 특성이 향상되었으며 모든 실험의 조건 하에서 부반응은 발생 되지 않는 것으로 나타났다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제41권10호
• /
• pp.1275-1284
• /
• 2009

A directly heated $SO_3$ decomposer for the sulfur-iodine and hybrid-sulfur processes has been introduced and analyzed using the computational fluid dynamics (CFD) code CFX 11. The use of a directly heated decomposition reactor in conjunction with a very high temperature reactor (VHTR) allows for higher decomposition reactor operating temperatures. However, the high temperatures and strongly corrosive operating conditions associated with $SO_3$ decomposition present challenges for the structural materials of decomposition reactors. In order to resolve these problems, we have designed a directly heated $SO_3$ decomposer using RA330 alloy as a structural material and have performed a CFD analysis of the design based on the finite rate chemistry model. The CFD results show the maximum temperature of the structural material could be maintained sufficiently below 1073 K, which is considered the target temperature for RA 330. The CFD simulations also indicated good performance in terms of $SO_3$ decomposition for the design parameters of the present study.

• 대한기계학회:학술대회논문집
• /
• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
• /
• pp.2244-2249
• /
• 2007

A directly heated $SO_3$ decomposer for the sulfur-iodine and hybrid-sulfur processes has been introduced and analyzed by using a computational fluid dynamics code(CFD) with the CFX 5.7.1. The use of a directly heated decomposition reactor in conjunction with a VHTR allows higher decomposition reactor operating temperature. However, the thermochemical and hybrid hydrogen production processes accompanied with the high temperature and strongly corrosive operating conditions basically have material problems. In order to resolve these problems, we carried out the development of a structural material and equipment design technologies. The results show that the maximum temperature of the structural material (RA330) could be maintained at 800$^{\circ}C$ or less. Also, it can be seen that the mean temperature of the reaction region packed with catalysts in the $SO_3$ decomposition reactor could satisfy the temperature condition of around 850 $^{\circ}C$ which is the target temperature in this study.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제58권2호
• /
• pp.235-247
• /
• 2020

Sulfur-Iodine cycle (SI cycle)은 요오드와 황을 첨가하여 최종적으로 물을 열화학적으로 분해하여 산소와 수소를 생산하는 공정으로 황산분해, 요오드화 수소 분해, 분젠반응 등 세가지 반응들로 이루어져 있다. 분젠 반응은 두가지 공정 중간에 존재하므로 두 반응에 필요한 화학물을 조달하는 역할로 이에 대한 상분리 및 반응기에 대한 분석이 중요하다. 본 연구에서는 50 L/hr 수소를 생산하는 pilot scale의 Sulfur-Iodine Cycle 중 분젠 공정에 대한 모사, 민감도 분석, 민감도 분석을 토대로한 각각 상분리기와 분젠 반응기에 대한 최적 조건을 제시하였다. 열역학 물성치의 계산을 위해 Electrolyte Non-Random Two Liquid (ELECNRTL) model 사용하였다. 모델에 대한 신뢰도 확보를 위해서 실제 pilot scale의 공정 데이터와 검증을 수행하였다. 반응기의 종류를 선정하기 위해 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)과 Plug Flow Reactor (PFR) 동일한 온도 및 부피 변화에서 SO₂ 전환율을 비교하였다. 상분리기 선정을 위해 3상 분리 시스템(기체-액체-액체)과 액체-기체 분리 후 액체-액체 구조에서 H₂SO₄ 상과 HI_X 상에서의 불순물들을 비교하였다. PFR에서 온도, 지름, 길이를 결정 변수로 SO₂ 전환율을 최대화 하기 위한 최적화를 수행하였는데, 온도 121 ℃와 PFR의 지름이 0.20 m 및 길이 7.6 m 일 때 SO₂ 전환율이 98% 최적 결과임을 확인하였다. 기존 pilot scale과 동일한 운전 조건 하에 PFR의 지름 3/8 inch, 길이 3.0 m, 120 ℃ 일 때 인입 몰량인 I₂ 및 H₂O를 결정 변수로 SO₂ 전환율에 대한 최적화를 수행하였을 때, SO₂ 전환율이 10% 일때 H₂O 및 I₂ 의 인입 몰량은 각각 17%와 22%로 감소하였다. 앞선 조업 조건 최적화 조건 (121 ℃, 지름 0.20 m, 길이: 7.6 m) 경우에는 SO₂ 전환율이 98% 일 때 H₂O가 1% 그리고 I₂가 7% 감소하였다. 상분리기에서 HI_X 상내 H₂SO₄ 최소화하는 목적함수에서 그에 상응하는 온도, I₂와 H₂O를 결정 변수로 설정하였을 때, H₂O 몰량이 기존공정보다 17% 감소하고 I₂ 몰량이 24% 감소하였을 때 최소 불순물이 생성하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제17권4호
• /
• pp.395-402
• /
• 2006

Iodine-sulfur(IS) hydrogenation production process consists of three sections, which are so called a Bunsen reaction section, a HI decomposition section and a $H_2SO_4$ decomposition section as a closed cycle. For highly efficient operation of a Bunsen reaction section, we investigated the phase separation characteristics of $H_2SO_4-HI-H_2O-I_2$ system into two liquid phases($H_2SO_4$-rich phase and $HI_x$-rich phase) in the high temperature ranges, mainly from 353 to 393 K, and in the $H_2SO_4/HI/H_2O/I_2$ molar ratio of $1/2/14{\sim}30/0.3{\sim}13.50$. The desired results for the minimization of impurities in each phase were obtained in conditions with the higher temperature and the higher $I_2$ molar composition. On the basis of the distribution of $H_2O$ to each phase, it is appeared that the affinity between $HI_x$ and $H_2O$ was more superior to that between $H_2SO_4$ and $H_2O$.

• 에너지공학
• /
• 제15권2호
• /
• pp.127-137
• /
• 2006

화학연료 사용으로 야기된 환경문제, 경제문제를 해결하기 위한 방안으로 수소경제가 추진되고 있다. 원자력을 이용한 대량수소생산은 수소경제를 뒷받침하기 위한 현실적인 방안이다. 본 논문에서는 원자력수소 생산에 사용할 초고온가스로의 특징과 개발현황, 초고온가스로로부터 발생하는 고온의 열을 이용한 수소생산방법 중 유력시 되는 기술로서 요오드-황 열화학법, 황산하이브리드법, 고온전기분해법의 기술개발 현황과 방향을 소개한다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제52권6호
• /
• pp.768-774
• /
• 2014

황-요오드(Sulfur-Iodine, SI) 공정은 물을 분해시켜 수소를 생산하는 열화학 공정으로 공정에 사용되는 황과 요오드는 재순환된다. SI 공정 중 요오드가 분리 순환되는 Section III에서는 공정 효율 개선을 위해 다양한 방법이 개발되고 있다. EED(electro-electrodialysis)를 이용한 방법은 추가적인 화합물이 필요하지 않는 공정으로 Section III의 효율을 높일 수 있으나 공정 흐름에 포함된 요오드에 의해 상당한 부하가 걸리게 된다. 이를 해결하기 설계를 위한 기초 자료 제거 공정으로 결정화 방법이 고려되고 있다. 본 연구에서는 요오드 결정화 반응기 설계를 위한 기초 자료 확보를 위해 $I_2$ 포화 $HI_x$ 용액에서 요오드 결정의 침강 속도를 모델링 하였다. $HI_x$ 용액 조성은 열역학 모델인 UVa를 이용하여 결정하였으며 용액 물성은 순수한 물성들과 상관관계식을 활용하여 추산하였다. Multiphysics 전산툴을 이용하여 침강에 따른 속도 변화를 계산하였으며 요오드 직경과 온도에 따른 변화를 추산하였다. 직경(1.0~2.5 mm)과 온도($10{\sim}50^{\circ}C$) 범위에서 요오드는 0.5 m/s 내외의 종말 속도를 보이며 이 속도는 용액의 점도 보다 밀도에 더 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.

• International Journal of Safety
• /
• 제5권1호
• /
• pp.29-32
• /
• 2006

There has been an increasing need for substitute energy development due to the dry up of the fossil fuel and environmental problems. Among the substitute energy under consideration, producing hydrogen from water without the accompanying release of carbon has become a promising technology. Also, Iodine-Sulfur (IS) thermochemical water decomposition is one of the promising processes that can produce hydrogen efficiently using the high temperature gas-cooled reactor (HTGR) as an energy source capable of supplying heat at over 1000. In this study, to effect an initiating events identification of the IS process, Master Logic Diagram (MLD) was used and 9 initiating events that cause a leakage of the chemical material were identified.

• 한국안전학회지
• /
• 제24권3호
• /
• pp.54-58
• /
• 2009

화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 대체에너지 개발의 필요성이 대두되고 있다. 이에 거론되고 있는 대체에너지 중에서 물로부터 수소를 생산하는 기술은 탄소발생이 없는 매우 장래가 유망한 기술이다. IS 열화학적 물분해 공정은 거론되는 방법 중 매우 유망한 기술로 에너지원으로 900$^{\circ}C$ 이상의 열을 공급할 수 있는 고온가스냉각로(HTGR)를 시용하여 매우 능률적으로 수소를 생산할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 IS공정 의 초기사건을 도출하기 위해 주논리도(MLD)방법이 사용되어 화학물질의 유출을 야기할 수 있는 초기사건 9가지가 도출되었다. 또한 도출된 9가지 초기사건 중 6가지를 선정, 사건수목을 이용하여 정량화하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제41권6호
• /
• pp.831-840
• /
• 2009

In order to evaluate the start-up behavior and to identify, through abnormal operation occurrences, the transient behaviors of the Sulfur Iodine(SI) process, which is a nuclear hydrogen process that is coupled to a Very High Temperature Gas Cooled Reactor (VHTR) through an Intermediate Heat Exchanger (IHX), a dynamic simulation of the process is necessary. Perturbation of the flow rate or temperature in the inlet streams may result in various transient states. An understanding of the dynamic behavior due to these factors is able to support the conceptual design of the secondary helium loop system associated with a hydrogen production plant. Based on the mass and energy balance sheets of an electrodialysis-embedded SI process equivalent to a 200 $MW_{th}$ VHTR and a considerable thermal pathway between the SI process and the VHTR system, a dynamic simulation of the SI process was carried out for a sulfuric acid decomposition process (Second Section) that is composed of a sulfuric acid vaporizer, a sulfuric acid decomposer, and a sulfur trioxide decomposer. The dynamic behaviors of these integrated reactors according to several anticipated scenarios are evaluated and the dominant and mild factors are observed. As for the results of the simulation, all the reactors in the sulfuric acid decomposition process approach a steady state at the same time. Temperature control of the inlet helium is strictly required rather than the flow rate control of the inlet helium to keep the steady state condition in the Second Section. On the other hand, it was revealed that the changes of the inlet helium operation conditions make a great impact on the performances of $SO_3$ and $H_2SO_4$ decomposers, but no effect on the performance of the $H_2SO_4$ vaporizer.