지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김영호
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수0
이 논문의 연구 히스토리 (2)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
분젠 반응의 특성에 대한 연구는 SI 공정의 운전 및 효율 측면에서 매우 중요하다. 본 논문에서는 SI 공정 내 분젠 반응의 특성을 연구하였다. 이를 위해 HI, I2 및 H2O의 혼합물 형태인 HIx 용액을 반응물로서 사용하여 반회분식 조건과 병류 흐름식 조건에서 분젠 반응을 각각 수행하였다. 또한, 분젠 생성물의 분리 성능을 향상시키기 위한 방법들이 논의되었다. 분젠 반응기와 상 분리기에 대한 운전을 위한 전기 전도도 측정기의 이용 가능성이 연구되었다. 마지막으로 분젠 반응 내 세부적인 단계와 중요한 역할을 갖는 단계를 확인하기 위해 분젠 반응의 메커니즘을 규명하고자 하였다.
1) HIx 용액을 반응물로써 이용한 반회분식 조건의 분젠 반응으로부터 다음과 같은 결과를 얻었다. 반응 온도가 증가함에 따라 H2SO4와 수화가 가능한 H2O의 양이 증가하여 생성물의 분리 성능이 향상되었다. I2 공급 농도가 증가함에 따라 HIx 상 내 I2xH+ 착물이 증가하여 H2SO4 상의 생성량이 감소하였다. H2O/HI 공급 몰 비가 8이상일 때, 생성물의 분리 성능이 향상되었으나 부반응의 발생을 동반하였다. 분젠 생성물에 물을 공급할 경우, 부반응의 발생을 방지하면서 H2SO4 상의 생성량을 증가시킬 수 있었다.
2) HIx 용액을 이용한 병류 흐름 연속식 분젠 반응의 특성이 실험적으로 연구되었다. H2O 공급 농도의 증가와 I2 공급 농도의 감소는 분젠 반응의 정도를 향상시켰다. 온도가 증가함에 따라 생성물의 순도가 향상되었지만 SO2 전환율이 감소하였다. 분젠 반응의 특성은 반응 영역의 부피 변화에 영향을 받지 않았다. 333 K에서 생성물의 분리 성능을 향상시키고 높은 SO2 전환율을 얻기 위해 1/1.8-2.0/3.9-4.1/14.8-15.6범위로 조절된 SO2/HI/I2/H2O 공급 몰 비가 유리한 것으로 판단하였다.
3) 분젠 생성물의 분리 성능을 향상시키기 위해 생성물에 H2O 및 H2SO4 용액을 공급하는 방법과 초음파를 조사하는 방법에 대해 연구하였다. H2O를 공급한 실험의 경우, H2O의 공급 농도가 증가함에 따라 분리 성능이 향상되었지만 높은 H2O 농도는 공정 효율을 감소시킨다. 생성물에 H2SO4 용액을 공급한 경우, H2O/H2SO4 몰 비가 8인 H2SO4 용액을 공급하는 것이 생성물의 분리 성능을 향상시키는데 가장 효과적이었다. 또한 H2SO4 용액의 공급은 H2O 공급보다 더 효과적이었다. 분젠 반응 동안에 초음파 조사는 H2SO4 상의 생성량과 H2SO4 상으로의 H2SO4 분배비를 증가시켰으나, I2 공급 농도가 낮은 조건에서만 초음파 조사가 효과적이었다.
4) H2SO4 상 용액과 HIx 상 용액의 조성 및 온도 변화에 따른 전기 전도도가 측정되었다. H2SO4 상의 주요 조성에 대한 전도도 값의 범위는 약 907-1182 mS/cm로 얻어졌다. HIx 상의 주요 조성에 대한 전도도 값의 범위는 약 360-429 mS/cm로 얻어졌다. 따라서 H2SO4 상과 HIx 상의 전도도 차이는 약 478-822 mS/cm 로 나타났으며, 이를 통해 분젠 반응기와 상 분리기에 전도도 측정기를 이용한 운전이 가능할 것이다.
5) 분젠 반응의 메커니즘을 규명하기 위해 I2, H2SO3 용액 및 SO2가 용해된 H2O를 반응물로써 사용하였고, 생성물의 온도, 색깔 및 조성 변화를 관찰하였다. H2SO3 용액이 I2를 용해시키는 것으로 확인되었고, SO2가 용해된 H2O와 I2 사이의 반응이 분젠 반응으로써 진행되었다. 이 결과들로부터 다음과 같은 3단계의 분젠 반응 메커니즘을 제안하였다. 우선 SO2 및 H2O 사이의 반응에 의해 H+ 및 HOSO2-가 생성되고, 생성된 H+, HOSO2- 및 I2 사이의 반응에 의해 HI 및 SO32-가 생성된다. 마지막으로 SO32-가 H2O와 반응함으로써 H2SO4가 생성된다.
1) HIx 용액을 반응물로써 이용한 반회분식 조건의 분젠 반응으로부터 다음과 같은 결과를 얻었다. 반응 온도가 증가함에 따라 H2SO4와 수화가 가능한 H2O의 양이 증가하여 생성물의 분리 성능이 향상되었다. I2 공급 농도가 증가함에 따라 HIx 상 내 I2xH+ 착물이 증가하여 H2SO4 상의 생성량이 감소하였다. H2O/HI 공급 몰 비가 8이상일 때, 생성물의 분리 성능이 향상되었으나 부반응의 발생을 동반하였다. 분젠 생성물에 물을 공급할 경우, 부반응의 발생을 방지하면서 H2SO4 상의 생성량을 증가시킬 수 있었다.
2) HIx 용액을 이용한 병류 흐름 연속식 분젠 반응의 특성이 실험적으로 연구되었다. H2O 공급 농도의 증가와 I2 공급 농도의 감소는 분젠 반응의 정도를 향상시켰다. 온도가 증가함에 따라 생성물의 순도가 향상되었지만 SO2 전환율이 감소하였다. 분젠 반응의 특성은 반응 영역의 부피 변화에 영향을 받지 않았다. 333 K에서 생성물의 분리 성능을 향상시키고 높은 SO2 전환율을 얻기 위해 1/1.8-2.0/3.9-4.1/14.8-15.6범위로 조절된 SO2/HI/I2/H2O 공급 몰 비가 유리한 것으로 판단하였다.
3) 분젠 생성물의 분리 성능을 향상시키기 위해 생성물에 H2O 및 H2SO4 용액을 공급하는 방법과 초음파를 조사하는 방법에 대해 연구하였다. H2O를 공급한 실험의 경우, H2O의 공급 농도가 증가함에 따라 분리 성능이 향상되었지만 높은 H2O 농도는 공정 효율을 감소시킨다. 생성물에 H2SO4 용액을 공급한 경우, H2O/H2SO4 몰 비가 8인 H2SO4 용액을 공급하는 것이 생성물의 분리 성능을 향상시키는데 가장 효과적이었다. 또한 H2SO4 용액의 공급은 H2O 공급보다 더 효과적이었다. 분젠 반응 동안에 초음파 조사는 H2SO4 상의 생성량과 H2SO4 상으로의 H2SO4 분배비를 증가시켰으나, I2 공급 농도가 낮은 조건에서만 초음파 조사가 효과적이었다.
4) H2SO4 상 용액과 HIx 상 용액의 조성 및 온도 변화에 따른 전기 전도도가 측정되었다. H2SO4 상의 주요 조성에 대한 전도도 값의 범위는 약 907-1182 mS/cm로 얻어졌다. HIx 상의 주요 조성에 대한 전도도 값의 범위는 약 360-429 mS/cm로 얻어졌다. 따라서 H2SO4 상과 HIx 상의 전도도 차이는 약 478-822 mS/cm 로 나타났으며, 이를 통해 분젠 반응기와 상 분리기에 전도도 측정기를 이용한 운전이 가능할 것이다.
5) 분젠 반응의 메커니즘을 규명하기 위해 I2, H2SO3 용액 및 SO2가 용해된 H2O를 반응물로써 사용하였고, 생성물의 온도, 색깔 및 조성 변화를 관찰하였다. H2SO3 용액이 I2를 용해시키는 것으로 확인되었고, SO2가 용해된 H2O와 I2 사이의 반응이 분젠 반응으로써 진행되었다. 이 결과들로부터 다음과 같은 3단계의 분젠 반응 메커니즘을 제안하였다. 우선 SO2 및 H2O 사이의 반응에 의해 H+ 및 HOSO2-가 생성되고, 생성된 H+, HOSO2- 및 I2 사이의 반응에 의해 HI 및 SO32-가 생성된다. 마지막으로 SO32-가 H2O와 반응함으로써 H2SO4가 생성된다.
목차
Chapter 1. General introduction 1Chapter 2. Theoretical background 32.1. Hydrogen Energy 32.2. Direct thermal decomposition method 32.3. Water splitting via multi-step thermochemical cycle 72.3.1. Representative thermochemical cycles 112.3.2. Energy source for thermochemical cycle 142.4. Sulfur-iodine thermochemical hydrogen production process 162.4.1. Bunsen reaction 19References 37Chapter 3. Characteristics of Bunsen reaction using HIx solution (HI-I2-H2O) 463.1. Introduction 463.2. Experimental 483.3. Results and discussion 503.3.1. Region of phase separation 503.3.2. Effect of temperature 523.3.3. Effect of I2/HI feed molar ratio 593.3.4. Effect of H2O content 673.4. Conclusions 74References 75Chapter 4. Bunsen reaction using HIx solution (HI-I2-H2O) with co-current flow mode 784.1. Introduction 784.2. Experimental 794.3. Results and discussion 844.3.1. Effect of reactants feed rate 844.3.2. Effect of H2O feed concentration 904.3.3. Effect of I2 feed concentration 944.3.4. Effect of operating temperature 974.3.5. Variation in volume of reaction zone 994.4. Conclusions 101References 103Chapter 5. Novel routes for improved separation performance of Bunsen products 1045.1. Introduction 1045.2. Experimental 1055.2.1. Method of supplying H2O into Bunsen product 1055.2.2. Method of supplying H2SO4 solution into Bunsen product 1065.2.3. Bunsen reaction with ultrasound irradiation 1075.2.4. Measurement method 1095.3. Results and discussion 1105.3.1. Effect of H2O addition into Bunsen product 1105.3.2. Effect of H2SO4 solution addition into Bunsen product 1125.3.3. Effect of ultrasound irradiation 1185.4. Conclusions 123References 124Chapter 6. Novel separation method of Bunsen products 1256.1. Introduction 1256.2. Experimental 1266.2.1. Electrical conductivity measurement of Bunsen products 1266.2.2. Measurement method 1286.3. Results and discussion 1296.3.1. Electrical conductivity of H2SO4 phase solution 1296.3.2. Electrical conductivity of HIx phase solution 1326.3.3. Electrical conductivity of Bunsen products 1366.4. Conclusions 138References 139Chapter 7. Identification of mechanism of Bunsen reaction 1417.1. Introduction 1417.2. Experimental 1437.2.1. Experiments using H2SO3 solution and I2 1437.2.2. Experiments using SO2 dissolved in H2O and I2 1437.2.3. Measurement method 1457.3. Results and discussion 1467.3.1. Reaction between H2SO3 solution and I2 1467.3.2. Reaction between SO2 dissolved in H2O and I2 1507.4. Conclusions 153References 154Chapter 8. Total conclusions 155
최근 본 자료
댓글(0)
0