디메틸에테르 혹은 메탄올의 플라즈마 분해에 의한 수소 제조
Hydrogen Generation by Decomposing Dimethyl Ether or Methanol Using Non-thermal Plasma Method
- 주제(키워드) Non-thermal Plasma , Hydrogen generation , Dimethyl Ether , Methanol
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이웅무
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000009842
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
대기압 미소방전에 의하여 생성된 비평형플라즈마는 화학반응을 빠르게 일어나도록 할 수 있고, 진공 플라즈마에 비해 적은 에너지로 낮은 온도에서 값싸게 생성할 수 있기 때문에 다양한 산업적 응용을 위한 강력한 도구로 대두되고 있다. 화석연료를 분해하면 수소가 생성되는데, 본 연구에서 미소방전은 DME 또는 메탄올을 분해하기 위한 도구로서 사용되었다. MBME(Microcorona-discharge Between Mesh Electrodes)는 10W미만의 전력을 소모하는, 20kHz 교류전원, 10kHz 펄스전원, 20kHz 펄스전원 등의 다양한 전원을 이용하여 방전을 형성할 수 있었다. 연료 가스는 1mm 간극으로 평행하게 위치한 두 개의 SUS메쉬 전극을 통과하는 방향으로 주입하였다. 방전의 균일성은 메쉬의 사이즈에 민감하여 각 방전 기체에 맞는 메쉬 사이즈를 사용하였다. 메탄올의 경우 20kHz AC 전원을 사용하면 방전 소모 에너지 100J당 약 9ml의 수소를 생산할 수 있는데 반하여, DME는 20kHz AC 전원을 사용하면 방전 소모 에너지 100J당 약 54ml의 수소를 생산할 수 있었다. 이때 생성된 수소와 일산화탄소 혼합가스로부터 순수한 수소를 분리해내기 위하여 전기화학적 수소 펌프를 사용하였다. 수소 펌프의 산화전극촉매로는 팔라듐(Pd)과 은(Ag)의 합금을 사용하였으며 전극의 극성을 1분 간격으로 교체하여 CO흡착의 영향을 배제시켰다.
more목차
감사의 글(Acknowledgements)
국문 요약(Abstract)
차례(List of Text)
그림 차례(List of Figures)
표 차례(List of Tables)
제 1장 서론 ........................................................... 1
1.1절 연구 목적 및 필요성 ........................................ 1
제 2장 본론 ............................................................ 3
2.1절 기존의 수소 제조법 ............................................................ 3
2.1.1. 화석연료로부터의 수소 제조법 ............ 4
(1) 열화학적 방법 ............................................ 4
(2) 플라즈마 분해 ............................................ 4
2.1.2. 물로부터의 수소 제조법 ............................ 6
(1) 물 전기분해 ............................................ 6
(2) H2O/SO2의 혼합 공정 ............................ 8
(3) 고온 수증기의 전기분해 ........................... 10
2.2절 대기압 플라즈마 ........................................... 11
2.3절 MBME를 이용한 플라즈마 화학방법 ........... 14
2.4절 수소와 일산화탄소의 혼합가스로부터 수소의 분리.16
2.3.1. PSA ........................................................... 16
2.3.2. 팔라듐합금막 ........................................... 17
2.3.3. 전기화학적 수소 펌프 ........................... 19
2.5절 MBME와 전기화학적 수소펌프를 이용한 수소 생산 시스템 ........................................................... 20
제 3장 실험장치 설계 및 실험 방법 ........................... 22
3.1절 플라즈마 반응기 설계 ..................................... 22
3.1.1. MIPC와 MBME의 제작 ........................... 23
3.1.2. 다공성 방전 유도체의 제작 ........................... 25
3.1.3. 플라즈마 반응기 ........................................... 27
3.2절 플라즈마 수소 생산의 실험 장치 ........... 28
3.2.1. 가스 공급 장치 ........................................... 28
3.2.2. 온도 조절 ........................................... 30
3.2.3. 전원 장치 ........................................... 31
3.2.4. 전체 시스템의 구성 ........................... 33
3.3절 분석 장치 ........................................... 35
3.3.1. 방전 소모 전력 ........................................... 35 3.3.2. 생성 가스 분리 및 분석 ........................... 36
3.3.3. 분자의 진동 온도 분석 ........................... 46
3.4절 전기화학적 수소펌프 ........................... 47
3.4.1. 전체 시스템의 구성 ........................... 47
3.4.2. 전극 제조 방법 ........................................... 48
제 4장 실험 결과 및 고찰 ........................... 49
4.1절 MIPC vs. MBME 효율 비교 ........................... 49
4.2절 물의 첨가에 따른 메탄올로부터의 수소 생산 효율 비교 ........................................................... 56
4.3절 전원 파형 의존성 ........................................... 58
4.3.1. 메탄올 ........................................... 58
4.3.2. DME ........................................................... 62
4.4절 MBME법을 이용한 DME분해의 분광학적 분석..... 68
4.5절 전기화학적 수소펌프 ........................... 70
제 5장 결론 및 향후과제 ........................... 73
References ........................................... 75
