수소 생산을 위한 메탄 수증기 이산화탄소 복합 개질 반응의 열역학적 평형계산 기반 실험 적용

Experimental Application Based on Thermodynamic Equilibrium on Combined Steam and Carbon Dioxide Reforming of Methane for Hydrogen Production

본 연구에서는 수소 생산을 위한 메탄의 수증기 이산화탄소의 복합 개질(Combined steam and carbon dioxide reforming of methane, CSCRM)에 대한 열역학적 평형 분석을 기반으로 실험에 적용하여 비교하였다. 열역학적 평형 계산은 Gibbs 자유에너지 최소화 기법을 이용해 HSC Chemistry 6.0 software를 사용하여 계산하였다. 실험에 적용된 변수는 (CO2+H2O)/CH4 비(0.9~2.9), CO2:H2O 비(3:1~1:3)와 온도(500~1000℃)를 선정하였고, CH4와 CO2 전환율, H2, CO 및 탄소 침적 수율, 생성된 합성가스의 H2/CO 비를 계산하였다. CSCRM 반응을 수행한 결과와 열역학적 평형 분석 결과의 비교에 따르면, 액상 탄화수소 제조할 수 있는 최적 조건은 (CO2+H2O)/CH4 > 1.2, CO2:H2O 비 = 1:2.1 및 온도 > 850℃으로 확인되었다. 계산된 열역학적 평형 결과를 실제 실험에서 검증한 결과 산화제가 CH4보다 부족한 조건을 제외하고 열역학적 평형 결과와 일치하였다. 최적 조건에서 장시간 안정성 테스트를 수행한 결과에 따르면, CH4 및 CO2 전환율은 500시간 동안 유지되었고, 사용 후 촉매에서 탄소 침적은 생성되지 않았다.