Chemical Looping 시스템

바이오매스, 천연가스, 석탄 등을 이용하여 수소, 스팀, 전력, 합성가스중 하나를 선택하여 생산할 수 있으며, 고농도의 이산화탄소를 회수하여 자원화 할 수 있습니다.
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바이오매스로부터 수소를 생산하는 “B&W’s Bright loop Chemical System”의 구조와 유체흐름 및 반응식을 나타내고 있습니다. Chemical Looping System은 3개의 반응기 즉 연료반응기(Fuel Reactor), 수소반응기(Hydrogen Reactor) 및 공기반응기(Air Reactor)로 구성되어 있으며, 반응기 내부에서 촉매 및 산소공급원으로서 산화철 촉매가 반응기 내부를 순환합니다. 반응기들의 초기기동(Start-up)시 반응기들의 온도를 올리기 위해 도시가스 또는 프로판 등의 가연성가스가 일시적으로 사용됩니다. 반응기는 전체적으로 약 880 ~ 1,100℃ 온도에서 가동합니다.

Chemical looping

1. 연료반응기(Fuel Reactor)
작열상태의 산소운반체 입자(Oxygen carrier particle)가 들어있는 반응기(Fuel Reactor)에 연료가 주입되면 열이 발생하고 CO2와 수증기가 생성되어 배출됩니다. 산소운반체 입자 삼산화이철(Fe2O3)는 연료와 반응하여 산화제일철(FeO) 상태로 환원되고 반응기 아랫부분으로 이동합니다. 연료반응기의 주된 목적은 반응기를 가열하고 이산화탄소를 생산하는 것입니다. 연료반응기에서 일어나는 주된 반응은 다음과 같습니다.
 
Fuel + Fe2O3 —> CO2 + H2O + 2FeO

2. 수소반응기(Hydrogen Reactor)
수소반응기는 연료반응기 아랫부분에 위치하며 상부에서 FeO가 내려오고 측면에서 스팀이 주입되며 이때 고온의 FeO은 스팀 분자 중의 산소와 부분적으로 산화되어 Fe3O4로 전환되며 수소를 배출하고 아랫부분으로 이동하게 됩니다. 수소반응기에서 수소는 연료로부터 나오는 것이 아니고, 수증기가 분해되어 생산되는 것이 특징입니다.
3FeO + H2O —> H2 + Fe3O4

3. 공기반응기(Air Reactor)
공기반응기(Air Reactor)에서는 뜨거운 공기기 아랫부분에서 주입 되며 부분 산화된 사삼산화철(Fe3O4)이 상승 공기의 동력으로 공기반응기 상단으로 이동하며 반응이 진행되고 Fe2O3로 산화됩니다. 반응기 상단으로 이동한 Fe2O3는 연료반응기로 다시 들어가게 됩니다. 공기반응기는 산화철 촉매의 재생기능을 수행하며. 이 반응기에서는 주입된 공기 중 포함된 산소가 소비됨에 따라 질소가 농축되어 배출하게 됩니다.
4Fe3O4 + O2 —> 6Fe2O3