본 총설은 분리막기술이 적용된 수소생산에 대한 개론으로, 특히, 암모니아를 수소운반체로 이용하는 수소생산에 대한 연구결과를 중점적으로 서술하였다. 암모니아를 수소운반체로 적용한 수소생산은 추가적인 탄소생성이 없다는 점 외에 여러 측면에 있어 이점이 있다. 많은 연구들이 고순도 수소 분리 및 생산을 위한 분리막 개발을 위해 진행되고 있으며, 이들 중 팔라듐을 기본으로 한 분리막(예를 들어, 다공성 세라믹 또는 다공성 금속 지지체와 팔라듐 합금의 얇은 선택층으로 이루어진 분리막)에 대한 연구가 활발하다. 반면에, 효율적인 암모니아 분해를 위해서는 주로 루테늄 촉매가 적용되고 있으며, 루테늄과 지지체 및 촉진제로 이루어진 루테늄에 기반을 둔 촉매에 대한 연구발표가 다수 존재한다. 수소생산을 위한 분리막 반응기 형태로는 충전층, 유동층, 그리고 마이크로반응기 등이 있으며, 이들의 최적화 및 원활한 물질전달 연구는 현재진행형이다. 또한, 높은 암모니아 분해율, 고순도 수소생산 및 높은 수소생산율을 얻기 위해 분리막과 촉매의 다양한 조합에 대한 연구 및 분리막과 촉매의 역할을 동시에 구현할 수 있는 분리막에 대한 연구가 발표되고 있다.
For $CO_2-free$ hydrogen production and better utilization of the produced carbon, catalytic decomposition of methane over rubber-grade carbon blacks manufactured from coal tar was carried out. The catalytic activities of several domestic carbon blacks were compared. A pelletized carbon black exhibited considerably lower activity and activation energy than the fluffy( loose) carbon black of the same grade. This difference is considered due to the binder that was added during pelletization. For pelletized carbon blacks, a tendency was observed that the activity per unit mass of catalyst increased with the specific surface area of the carbon black. Another tendency was also observed that the activation energy increased with the primary particle size or decrease of the specific surface area.
With the increased interest in renewable energy, various hydrogen production technologies have been developed. Hydrogen production can be classified into green, blue, gray, and pink hydrogen depending on the production method; each method has different technical performance, costs, and CO2 emission characteristics. Hence, selecting the technology priorities that meet the company strategy is essential to develop technologically and economically feasible projects and achieve the national carbon neutrality targets. In addition, in early development technologies, analyzing the technology investment priorities based on the company's strategy and establishing investment decisions such as budget and human resources allocation is important. This study proposes a method of selecting priorities for various hydrogen production technologies as a specific implementation plan to achieve the national carbon neutrality goal. In particular, we analyze key performance indicators for technology, economic feasibility, and environmental performance by various candidate technologies and suggest ways to score them. As a result of the analysis using the aforementioned method, the priority of steam methane reforming (SMR) technology combined with carbon capture & storage (CCS) was established to be high in terms of achieving the national carbon neutrality goal.
As the impacts of global climate change become increasingly apparent, the reduction of carbon emissions has emerged as a critical subject of discussion. Nuclear power has garnered attention as a potential carbon-free energy source; however, the rapidity of load following in nuclear power generation poses challenges in comparison to fossil-fueled methods. Consequently, power-to-gas systems, which integrate nuclear power and hydrogen, have attracted growing interest. This study presents a preliminary design of a very high temperature reactor (VHTR) integrated blue hydrogen production process utilizing DWSIM, an open-source process simulator. The blue hydrogen production process is estimated to supply the necessary calorific value for carbon capture through tail gas combustion heat. Moreover, a thermodynamic assessment of the main recuperator is performed as a function of the helium flow rate from the VHTR system to the blue hydrogen production system.
High purity carbon nano fibers/tubes (CNF/Ts) which contain 97% pure graphitic carbon are prepared by a new catalytic method. These carbon nano fibers/tubes are ready to use without any further purification. The striking feature of this method is the production of carbon nano fibers/tubes of narrow distribution range. The developed catalytic method also produces pure hydrogen. An additional advantage of this catalytic method is that catalyst can be reused without reactivation. Ni:Cu catalyst system is embodied into SCHOTT-DURAN filter disc of large pore size (40-100 mm). Due to the production of hydrogen in the reaction catalyst stability is enhanced and deactivation process is considerably slowed down.
The pyrolysis for production of hydrogen and high quality carbon black from natural gas were studied. The reactivities in tubular reactor and FVR(free volume reactor) for the methane pyrolysis were compared, in order to prevent the formation of undesirable carbon product such as pyrocarbon, the FVR was designed. The hydrogen yield and the formation of carbon black from methane pyrolysis in this reactor were investigated at temperature range between 1443 and 1576K. From the result of TEM (transmission electron microscopy) analysis, it was confirmed that the CFC(catalytic filamentous carbon) was formed without pyrocarbon.
Catalytic activities of color and conductive carbon blacks in ethane decomposition for $CO_2-free$ hydrogen production were investigated. The ethane decomposition was carried out in a conventional fixed bed reactor under atmospheric pressure at 973-1173 K for 2 hours. When the decomposition in the presence of carbon black was compared with the non-catalytic thermal decomposition, the former exhibited significantly higher ethane conversion, higher C(s) selectivity and lower ethylene selectivity with small increase of the methane selectivity, which resulted in higher hydrogen yield. This indicates that carbon black is catalytically effective for dehydrogenation of ethane as well as subsequent decomposition of ethylene. All the carbon blacks exhibited stable catalytic activity with time. In durability tests, fluffy N-330 and BP2000 maintained their activities for 36 hours.
The thermocatalytic decomposition of methane is an environmentally attractive approach to $CO_2$-free production of hydrogen. The fluidized bed was proposed for the continuous withdraw of product carbon from the reactor. The usage of carbon black was reported as stable catalyst for decomposition of methane. Therfore, carbon black (DCC-N330) is used as catalyst. A fluidized bed reactor made of quartz with 0.055 m I.D. and 1.0 m in height was selected for the thermo-catalytic decomposition. The porpane-containg methnae decomposition reaction was operated at the temperature range of 850-900 $^{\circ}C$ methane gas velocity of 1.0 $U_{mf}$ and the operating pressure of 1.0 atm. In this work, propane was added as reactant to make methane conversion higher. Therefore we compared with methane conversion and pre-experiment methane conversion that using only methane as reactant. The carbon black, after experiment, was measured in particle size and surface area and analyzed surface of the carbon black by TEM.
A fluidized bed reactor made of quartz with 0.055m I.D. and 1.0m in height was employed for the thermocatalytic decomposition of propane to produce $CO_2$-free hydrogen. The fluidized bed was proposed for the continuous withdraw of product carbons from the reactor. The propane decomposition rate used carbon black N33O as a catalyst. The propane decomposition reaction was carried out at the temperature range of $600{\sim}800^{\circ}C$, paropane gas velocity of $1.0 U_{mf}\;3.0U_{mf}$ and the operating pressure of 1.0 atm. Effect of operating parameters such as reaction temperature, gas velocity on the reaction rates was investigated. The carbon which was by-product of methane decomposition reaction was deposited on the catalyst surface that was observed by SEM. Resulting production in our experiment were not only hydrogen but also several by products such as methane, ethylene, ethane, and propylene.
Dhand, Vivek;Rao, M. Venkateswer;Prasad, J.S.;Mittal, Garima;Rhee, Kyong Yop;Kim, Hyeon Ju;Jung, Dong Ho
Carbon letters
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제15권3호
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pp.198-202
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2014
Amorphous agglomerates of carbon nanospheres (CNS) with a diameter range of 10-50 nm were synthesized using the solution combustion method. High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) revealed a densely packed high surface area of $SP^2$-hybridized carbon; however, there were no crystalline structural components, as can be seen from the scanning electron microscopy, HRTEM, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, and thermal gravimetric analyses. Electrochemical and thermo catalytic decomposition study results show that the material can be used as a potential electrode candidate for the fabrication of energy storage devices and also for the production of free hydrogen if such devices are used in a fluidized bed reactor loaded with the as-prepared CNS as the catalyst bed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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