• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.71.2-71.2
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• 2013

천연가스를 화학적 전환에 의해 부가가치를 높이기 위해서는 리포밍에 의해 합성가스(CO/H2)를 경유하는 간접전환경로가 현재로서는 가장 현실적인 방법이라 할 수 있다. 천연가스를 이용한 합성가스 제조기술은 수증기개질법(SRM), 이산화탄소 개질법(CDR, dry reforming), 부분산화법, 촉매 부분 산화법, 자열개질법 등으로 구분되며, 최근에는 각각의 제조방법의 장점을 고려하여 혼합개질법 또는 일련의 리포머 조합 방법이 개발되고 있다. CDR은 촉매 하에서 메탄과 이산화탄소의 직접접촉에 의해 반응이 일어나며, 수소와 일산화탄소의 비가 같은 합성가스가 제조된다. SRM에 비하여 고온에서 반응이 일어나고 전환율이 더 낮으므로 에너지 소비가 상대적으로 높다. 하지만, SRM과 함께 사용하면 합성가스 비율을 F-T합성이나 메탄올 합성에 적절한 비율로 조절이 가능한 장점이 있으며, 온실가스를 저감시킬 수 있는 전환기술로도 각광받고 있다. 본 발표에서는 최근의 CDR을 이용한 가스로부터 합성석유(GTL)와 메탄올을 고효율로 생산하는 기술 개발 동향에 대해서 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.71.1-71.1
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• 2013

메탄가스와 이산화탄소는 지구온난화 가스이기 때문에 배출규제가 점차 강화될 것으로 전망되고 있다. 또한 이들 가스는 매립지 또는 바이오 공정을 통해 발생되는 가스이기 때문에 단순히 배출을 억제하는 데 그치지 않고 보다 적극적으로 활용해야할 필요성이 있다. 현재 메탄과 이산화탄소를 동시에 활용하는 기술로는 촉매공정을 통해 메탄과 이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 전환하는 방법이 대표적이나, 본 공정은 $800{\sim}900^{\circ}C$의 고온조건을 필요로 하고 고압조건에서 다량으로 생성되는 탄소에 의한 촉매 활성도의 저하문제로 인해 해당 기술의 실제 보급에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 플라즈마를 활용한 메탄가스 개질(reforming) 기술은 고온 플라즈마인 경우 60~70년 전부터 상용화 사례가 있으며, 저온 플라즈마의 경우는 약 10여 년 전부터 개질반응의 공정온도를 낮추려는 연구를 중심으로 기초연구가 수행되어왔다. 이들 플라즈마를 활용한 메탄개질 기술은 메탄의 직접분해, 부분산화, 수증기 개질 및 건식개질 등으로 분류되는 데, 최근 지구온난화가스인 이산화탄소의 처리에 대한 관심이 높아지면서 이산화탄소를 활용하는 건식개질 기술에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다. 현재 플라즈마 건식개질기술에서 주된 이슈는 높은 전력비용이고, 이를 낮추기 위해 촉매를 활용하거나 플라즈마 발생을 최적화하려는 연구가 진행되고 있다. 본 발표에서는 플라즈마를 활용한 건식개질 기술의 장단점, 실용화 가능성 및 향후의 과제를 다루고 있으며, 이를 위해 기계연구원에서의 연구결과 및 국내외 연구실의 결과를 살펴보았다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.26 no.2
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• pp.205-209
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• 2015

CCU (Carbon Capture & Utilization) has a potential technology for the reduction and usage of carbon dioxide which is greenhouse gas emitting from a fossil fuel buring. To decompose the carbon dioxide, a three phase gliding arc plasma-catalytic reactor was designed and manufactured. Experiments of carbon dioxide reduction was performed by varying the gas flow rate with feeding the $CO_2$ only as well as the input power, the catalyst type and steam supply with respect to the injection of the mixture of $CO_2$ and $CH_4$. The $CO_2$ decomposition rate was 7.9% and the energy efficiency was $0.0013L/min{\cdot}W$ at a $CO_2$ flow rate of 12 L/min only. Carbon monoxide and oxygen was generated in accordance with the destruction of carbon dioxide. When the injection ratio of $CH_4/CO_2$ reached 1.29, the $CO_2$ destruction and $CH_4$ conversion rates were 37.8% and 56.6% respectively at a power supply of 0.76 kW. During the installation of $NiO/Al_2O_3$ catalyst bed, the $CO_2$ destruction and $CH_4$ conversion rates were 11.5% and 9.9% respectively. The steam supply parameter do not have any significant effects on the carbon dioxide decomposition.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.6 no.1
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• pp.23-26
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• 1974

The rates and activation parameters for the halide exchange reactions of methanesulfonyl chloride in dry acetone, acetonitrile, and methanol have been determined. It was found that nucleophilic order is Cl->Br->I-. The rate of chloride exchange with methanesulfonyl chloride decreases in the order of solvent; ($CH_3$)$_2$CO>$CH_3$CN》MeOH. Results are intrpreted in terms of easiness of the initial state desolvation and solvation stabilization of the transition state.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.856-856
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• 2009

석유 및 천연가스를 대체하는 자원으로 석탄이 유망하다고 전망하고 있다. 미국에서는 6대 파괴력이 있는 기술로 청정석탄기술이 선정되었고, 한국에서도 15대 그린에너지 중 하나인 청정연료에 석탄전환기술이 포함되어 전략로드맵이 작성되고 있다. 국내에서 추진되고 있는 석탄기술은 석탄가스화를 기반으로 하고 있다. 석탄가스화는 고체연료인 석탄을 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온에서 산소와 반응시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스로 전환하는 기술이다. 석탄을 가스화하면 석탄에 포함된 불순물을 쉽고 완벽하게 제거할 수 있으며 특히 CO2 제거를 값싸게 할 수 있어 청정화가 가능하다. 최근 고유가를 겪으면서 열량이 높은 고급탄의 확보가 어려워지면서 가격이 낮고 수급이 용이한 저급탄을 활용하는 기술의 수요가 발생되어 국내에서 기업을 중심으로 저급탄을 고효율로 가스화하는 기술 개발이 시도되고 있다. 정제된 석탄가스는 성분을 조절하여 촉매에 의해 메탄으로 전환시킬 수 있고, 이렇게 제조된 가스를 합성천연가스(SNG)라 한다. 값싼 저급탄을 사용하면 SNG를 천연가스보다 저렴하게 생산할 수 있다. 국내 기업이 SNG 제조 실증시설을 도입하고, 동시에 핵심기술인 SNG 합성반응공정을 개발하는 사업을 추진하고 있다. 석탄가스를 촉매반응에 의해 디젤 및 �F싸로 전환하는 석탄간접액화기술은 현재 남아공 Sasol사에서 상업적으로 운전되고 있는 기술이나 국내로의 기술이전이 거의 불가능하다. 철을 기반으로 하는 고유 촉매와 scale-up이 가능한 반응기가 핵심인 기술로 국내에서 세미-파일럿급 액화공정 기술개발이 진행중이다. 전세계적으로 석탄액화공장의 수요가 현재의 15만배럴/일에서 2030년 240만배럴/일로 증가한다고 예측된다. 따라서 200조원 이상의 플랜트 시장이 기대되며 국산 가스화, SNG 및 액화기술로 상당부분의 시장을 장악하고자 한다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.28 no.6
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• pp.720-725
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• 2017

M(10)-Ni(5)/SBA-15(M=Ce, Nd, Sm) catalysts were prepared for the partial oxidation of methane (POM) to syngas. The catalysts were characterized by BET, TEM, and XPS. The BET-specific surface area and average pore size for M(10)-Ni(5)/SBA-15(M=Ce, Nd, Sm) were 538.8, 504.3, and $447.3m^2/g$ and 6.4, 6.8, and 7.1 nm, respectively. TEM results showed that the mesoporous hexagonol structure was formed for SBA-15, while the homogeneous dispersion of Ni and Ce particles on the surface was formed for Ce(10)-Ni(5)/SBA-15 caused by the confinment effect of SBA-15. XPS data confirmed that $Ce^{4+}$ and $Ce^{3+}$ on the surface catalyst have two oxidation states due to the lattice oxygen species ($O^{2-}$, $O^-$). The yields of POM to syngas over Ce(10)-Ni(5)/SBA-15 were 52.9% $H_2$ and 21.7% CO at 1 atm, 973 K, $CH_4/O_2=2$, $GHSV=1.08{\times}10^5mL/g_{cat.}{\cdot}h$, and these values were kept constant even after 75 h on streams. The same tendency of syngas yields was observed for M(10)-Ni(5)/SBA-15(M=Ce, Nd, Sm). These results confirm that the redox reaction of promoters including Ce, Nd, and Sm enhanced the stability and yield of catalysts.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.31 no.9
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• pp.525-531
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• 2021

Carbon-encapsulated Ni catalysts are synthesized by an electrical explosion of wires (EEW) method and applied for CO₂ methanation. We find that the presence of carbon shell on Ni nanoparticles as catalyst can positively affect CO₂ methanation reaction. Ni@5C that is produced under 5 % CH₄ partial pressure in Ar gas has highest conversions of 68 % at 350 ℃ and 70 % at 400 ℃, which are 73 and 75 % of the thermodynamic equilibrium conversion, respectively. The catalyst of Ni@10C with thicker carbon layer shows much reduced activity. The EEW-produced Ni catalysts with low specific surface area outperform Ni catalysts with high surface area synthesized by solution-based precipitation methods. Our finding in this study shows the possibility of utilizing carbon-encapsulated metal catalysts for heterogeneous catalysis reaction including CO₂ methanation. Furthermore, EEW, which is a highly promising method for massive production of metal nanoparticles, can be applied for various catalysis system, requiring scaled-up synthesis of catalysts.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.15 no.4
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• pp.27-32
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• 2011

Management of gas safety is becoming important with increasing use of gas facilities. U-safety system is being promoted as part of national management of gas, and thus real-time and in-situ gas sensor should be developed. Detection method for When the gas sensor is installed in gas conduit, explosion may be likely, because hydrocarbon gases is usually used the difference of thermal resistance between reference and working electrode. Therefore, it is required to detect the hydrocarbons, such as $CH_4$ and CO, at room temperature via electrochemically catalytic reaction. In this study, Pt nanoparticle was doped on the porous gold powder by electrolytic plating method, and then it was used as catalytic electrode for CO oxidation. For Pt/PAu electrode, approximately 21% of CO conversion was obtained. It is noted that Pt/PAu electrode could be used to react the oxidation of hydrocarbon gases at room temperature via applying of external voltage.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.46 no.1
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• pp.82-87
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• 2008

$N_2O$ decomposition characteristics of dual bed mixed metal oxide catalytic system was investigated. The partial oxidation of methane at first reactor of dual bed catalytic system was performed over Co-Rh-Al (1/0.2/1) catalyst under the optimized condition of $8,000h^{-1}$ GHSV, gas ratio ($CH_4:O_2=5:1$) at $500^{\circ}C$. In the dual bed system investigated herein, the second catalyst bed was employed for the $N_2O$ decomposition using product of partial oxidation of methane at first bed. An excellent $N_2O$ conversion activity even at lower temperature ($<250^{\circ}C$) was obtained with Co-Rh-Al (1/0.2/1) or Co-Rh-Zr-Al (1/0.2/0.3/1) catalyst by combining Co-Rh-Al (1/0.2/1) hydrotalcite catalyst for the partial oxidation of methane in a dual-bed system. The $N_2O$ conversion activity is drastically reduced in the presence of oxygen in second bed of a dual-bed system over Co-Rh-Al (1/0.2/1) catalyst at $300^{\circ}C$.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.31 no.5
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• pp.419-428
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• 2020

The kinetics of direct methanation over activated charcoal-supported molybdenum catalyst at 30 bar was studied in a cylindrical fixed-bed reactor. When the temperature was not higher than 400℃, the CO conversion increased with increasing temperature according to the Arrhenius law of reaction kinetics. While XRD and Raman analysis showed that Mo was present as Mo oxides after reduction or methanation, TEM and XPS analysis showed that Mo₂C was formed after methanation depending on the loading of Mo precursor. When the temperature was as high as 500℃, the CO conversion was dependent not only on the Arrhenius law but also on the catalyzed reaction by nanoparticles, which came off from the reactor and thermocouple by metal dusting. These nanoparticles were made of Ni, Fe, Cr and alloy, and attributed to the formation of carbon deposit on the wall of the reactor and on the surface of the thermocouple. The carbon deposit consisted of amorphous and disordered carbon filaments.