열역학적 평형 계산을 통한 폐탄화수소로부터 수소 생산 연구

본 연구에서는 폐탄화수소 중 메테인(CH4), 에테인(C2H6), 프로페인(C3H8), 부테인(C4H10)을 선정하여 수소 생산을 위한 수증기 개질 반응에서 열역학적 평형 계산을 수행하였다. 열역학적 평형 계산은 Gibbs 자유에너지 최소화 기법을 이용해 HSC chemistry 6,0 software를 사용하여 계산하였다. 실험에 적용된 변수는 H2O/C 비(1.0~3.0), 반응 온도(500~1000℃)이며, 이론적 전환율 및 H2 수율, CO 수율, 탄소침적(부반응) 및 H2/CO 생성량을 계산하였다. 최적 반응 조건 선정을 위해서는 투입 수증기량, 전환율, 수율, 탄소 침적을 고려하였다. 열역학적 평형 계산 결과, CH4 전환율은 온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 이를 제외한 알케인계 탄화수소(C2H6, C3H8, C4H10)는 모든 온도에서 과량의 수증기량과 상관없이 100%의 전환율을 나타냈다. H2 수율은 온도가 증가함에 따라 증가하였으나 H2O/C 비가 2.0 및 3.0일 때 각각 700℃ 및 650℃ 이상의 온도에서 H2 수율이 감소하였다. 이는 RWGS(Reverse Water Gas Shift) 반응에 의해 H2가 소모되어 나타난 결과이다. 탄소침적은 온도 및 H2O/C 비가 증가함에 따라 감소하였다. 그 중 H2O/C 비가 2.0 이상인 조건일 때, 모든 온도 범위에서 탄소침적이 나타나지 않았다.