화학공학소재연구정보센터
홈 로그인 로그아웃 연락처 사이트맵
Applied Chemistry for Engineering, Vol.29, No.1, 56-61, February, 2018
DOI10.14478/ace.2017.1105  Export Citation
황-요오드 수소 제조 공정에서 초음파 조사를 이용한 분젠 반응의 특성
Characteristics of Bunsen Reaction using Ultrasonic Irradiation in Sulfur-iodine Hydrogen Production Process
김효섭, 이동희, 이종규1, 박주식2, 김영호†
  • 충남대학교 응용화학공학과
  • 1포항산업과학연구원 기후에너지연구그룹
  • 2한국에너지기술연구원 수소연료전지연구단
Hyo Sub Kim, Dong Hee Lee, Jong Gyu Lee1, Chu Sik Park2, and Young Ho Kim†
  • Department of Chemical Engineering & Applied Chemistry, Chungnam National University, 99 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 34134, Republic of Korea
  • 1Climate and Energy Research Group, Research Institute of Industrial Science & Technology, 67 Cheongam-ro, Nam-gu, Science & Technology, 67 Cheongam-ro, Nam-gu,, Korea
  • 2Hydrogen Energy Research Center, Korea Institute of Energy Research, 152 Gajeong-ro, Yuseong-gu, Daejeon 34129, Republic of Korea
E-mail:
초록
황-요오드(SI) 공정의 통합 운전을 위한 분젠 반응 단계에서, I2 및 H2O 반응물들은 HIx 용액 내 용해된 성분들로써 공급된다. HIx 용액과 SO2 공급을 이용하여 분젠 반응이 수행될 때 HIx 상 내 대부분의 H2SO4 생성물이 존재하며, 이에 따라 HIx 상에 대한 H2SO4 상의 부피 비가 매우 낮다. 본 연구에서 우리는 상 분리 성능을 향상시키기 위해 HIx용액을 이용한 분젠 반응에 대한 초음파 조사의 효과들을 연구하였다. 분젠 반응과 함께 초음파가 조사될 때 HIx 상으로부터 H2SO4 상으로 이동된 H2SO4의 양은 최대 58.0 mol%까지 증가하였으며, H2SO4 상의 부피 또한 최대 13.1 vol% 까지 증가하였다. 특히, 상 분리에 대한 초음파 조사의 효과는 온도, I2 및 H2O 공급 농도가 감소함에 따라 향상되었다. 초음파 조사는 HIx 상 내 반응 평형을 미시적으로 이동시킴으로써 추가적인 H2O 분자들의 형성을 유도하였다. 이로부터 추가적으로 생성된 H2O 및 분리된 H2SO4 분자들이 H2SO4 상으로 이동할 수 있는 더 많은 H2SO4.xH2O (x = 5-6) 착물들을 형성하였다.
In Bunsen reaction section for the integrated operation of sulfur-iodine (SI) process, I2 and H2O reactants are supplied as dissolved species in an HIx solution. Most of the H2SO4 product is found in the HIx phase when Bunsen reaction is performed using the HIx solution and SO2 feed, so that the volume ratio of the H2SO4 phase to the HIx phase is very low. In this study, we investigated the effects of ultrasound irradiation on Bunsen reaction using the HIx solution to improve its phase separation performance. With ultrasound irradiation, the amount of H2SO4 moved to the H2SO4 phase from the HIx phase increased by up to 58.0 mol% and the volume of H2SO4 phase also increased by up to 13.1 vol%. In particular, the effect of ultrasound irradiation on the phase separation was improved with decreasing operating temperature, I2 and H2O feed concentrations. The ultrasound irradiation induces the formation of additional H2O molecules by shifting microscopically the reaction equilibrium in the HIx phase. Afterward, the additionally generated H2O and isolated H2SO4 molecules form more H2SO4.xH2O (x =5-6) clusters that can be moved to the H2SO4 phase.
Keywords:sulfur-iodine process;hydrogen production;bunsen reaction;HIx solution;ultrasonic irradiation
  1. Ball M, Wietschel M, Int. J. Hydrog. Energy, 34(2), 615 (2009)
  2. Dutta S, J. Ind. Eng. Chem., 20, 1149 (2014)
  3. Turner J, Sverdrup G, Mann MK, Maness PC, Kroposki B, Ghirardi M, Evans RJ, Blake D, Int. J. Energy Res., 32(5), 379 (2008)
  4. Funk JE, Reinstrom RM, Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., 5, 336 (1966)
  5. Norman JH, Besenbruch GE, Brown LC, O’Keefe DR, Allen CL, General Atomic Company, GA-A16713 (1982).
  6. Kubo S, Nakajima H, Kasahara S, Higashi S, Masaki T, Abe H, Onuki K, Nucl. Eng. Des., 233, 347 (2004)
  7. Kasahara S, Hwang GJ, Nakajima H, Choi HS, Onuki K, Nomura M, J. Chem. Eng. Jpn., 36(7), 887 (2003)
  8. Kasahara S, Kubo SJ, Onuki K, Nomura M, Int. J. Hydrog. Energy, 29(6), 579 (2004)
  9. Sakurai M, Nakajima H, Onuki K, Shimizu S, Int. J. Hydrog. Energy, 25, 605 (2000)
  10. Goldstein S, Borgard JM, Vitart X, Int. J. Hydrog. Energy, 30(6), 619 (2005)
  11. Kang YH, Ryu JC, Park CS, Hwang GJ, Lee SH, Bae KK, Kim YH, Korean Chem. Eng. Res., 44(4), 410 (2006)
  12. Lee DH, Lee KJ, Kang YH, Kim YH, Park CS, Hwang GJ, Bae KK, Trans. Korean Hydrogen New Energy Soc., 17, 395 (2006)
  13. Lee KJ, Kim YH, Park CS, Bae KK, Trans. Korean Hydrogen New Energy Soc., 19, 386 (2008)
  14. Cho WC, Park CS, Kang KS, Kim CH, Bae KK, Nucl. Eng. Des., 239, 501 (2009)
  15. Richards MB, Shenoy AS, Brown LC, Buckingham RT, Harvego EA, Peddicord KL, Reza SMM, Coupey JP, General Atomics Report, GA-A25401 (2006).
  16. Kim HS, Kim YH, Ahn BT, Lee JG, Park CS, Bae KK, Int. J. Hydrog. Energy, 39(2), 692 (2014)
  17. Lee SB, Lee JD, Hong IK, J. Ind. Eng. Chem., 17(1), 138 (2011)
  18. Seo Y, Kim JH, J. Ind. Eng. Chem., 19(2), 488 (2013)
  19. Harikumar K, Rajendran V, Ultrason. Sonochem., 21, 208 (2014)
  20. Parisi M, Giaconia A, Sau S, Spadoni A, Caputo G, Tarquini P, Int. J. Hydrog. Energy, 36(3), 2007 (2011)
  21. Cains PW, Martin PD, Price CJ, Org. Process Res. Dev., 2, 34 (1998)
  22. Ali M, Watson IA, Int. J. Energy Res., 38(5), 614 (2014)