• Clean Technology
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• v.19 no.2
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• pp.156-164
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• 2013

In this study, we analyzed the operational characteristics of a 0.25 MW methanation pilot plant. Isothermal reactor controled the heat released from methanation reaction by saturated water in shell side. Methanation process consisting of isothermal reactor and adiabatic reactor had advantages with no recycle compressor and more less reactors compared with methanation process with only adiabatic reactors. In case that $H_2$/CO ratio of syngas was under 3, carbon deposition occurred on catalyst in tube side of isothermal reactor and the pressure of reactors increased. In case that $H_2$/CO ratio was maintained around 3, no carbon deposition on catalyst in tube side of isothermal reactor was found by monitoring the differential pressure of reactors and by measuring the differential pressure of several of tubes filled with catalyst before and after operating. It was shown that CO conversion and $CH_4$selectivity were over 99, 97%, respectively, and the maximum $CH_4$productivity was $695ml/h{\cdot}g-cat$.

• Clean Technology
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• v.24 no.2
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• pp.99-104
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• 2018

In this work, we performed the methanation reaction using synthesis gas ($H_2/CO_2$) for the process to produce synthetic natural gas (SNG) for $4^{th}$ methanation reactor in SNG process proposed by RIST-IAE. Experimental conditions were changed with temperature, pressure and space velocity. At this time, $CO_2$ conversion, $CH_4$ selectivity and $H_2$ concentration after reaction were investigated. As a result, $CH_4$ selectivity by the $CO_2$ methanation increased with lower space velocity and higher pressure. On the other hand, in the case of temperature, the maximum value was shown at $320^{\circ}C$. From these results, it was found that the optimum condition of the fourth reactor suitable for the SNG process was obtained.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.825-828
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• 2009

고형원료인 폐기물의 감량화 및 자원화 기술 중 가장 대표적인 기술로 폐기물의 소각(incineration)기술과 가스화(gasification)용융기술을 들 수 있다. 폐기물 가스화 기술은 폐기물 내의 탄소, 수소 성분을 가스화하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스(synthesis gas, syngas)로 전환하여 불연물은 용융되어 환경적으로 무해한 슬래그로 회수하는 기술이다. 폐기물 가스화 용융 시스템으로 발생된 합성가스를 재순환하여 사용하는 합성가스 재순환시스템을 통해 가스화에 필요한 열을 시스템 내에서 대체하여 사용하는 기술개발은 폐기물 가스화 용융기술의 경제성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 고형 폐기물 가스화반응에 의해 발생되는 합성가스를 재순환하여 폐기물 가스화 용융 시스템내의 자체 에너지원으로 활용할 수 있도록 하는 합성가스 재순환 시스템 및 버너의 운전특성을 고찰하였다. 합성가스의 재순환 장치에서의 운전 압력 제어 및 유량제어를 통해서 안정적인 합성가스 재순환 성능과 재순환버너의 연소 성능을 유지할 수 있었다. 합성가스 재순환버너에 의한 16,800 $kcal/Nm^3$ 조건 및 33,600 $kcal/Nm^3$ 조건에서 운전시에도 가스화기의 운전온도는 안정적으로 유지됨에 따라 생산된 합성가스의 가스화기 보조연료 대체 및 에너지절감이 가능한 것으로 판단된다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.24 no.1
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• pp.12-19
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• 2013

A gasification process with pre-combustion $CO_2$ capture process, which converts coal into environment-friendly synthetic gas, might be promising option for sustainable energy conversion. In the coal gasification for power generation, coal is converted into $H_2$, CO and $CO_2$. To reduce the cost of $CO_2$ capture and to maximize hydrogen production, the removal of CO and the additional production of hydrogen might be needed. In this study, a 2l/min water gas shift system for a coal gasifier has been studied. To control the concentration of major components such as $H_2$, CO, and $CO_2$, MFCs were used in experimental apparatus. The gas concentration in these experiments was equal with syngas concentration from dry coal gasifiers ($H_2$: 25-35, CO: 60-65, $CO_2$: 5-15 vol%). The operation conditions of the WGS system were $200-400^{\circ}C$, 1-10bar. Steam/Carbon ratios were between 2.0 and 5.0. The commercial catalysts were used in the high temperature shift reactor and the low temperature shift reactor. As steam/carbon ratio increased, the conversion (1-$CO_{out}/CO_{in}$) increased from 93% to 97% at the condition of CO: 65, $H_2$: 30, $CO_2$: 5%. However the conversion decreased with increasing of gas flow and temperature. The gas concentration from LTS was $H_2$: 54.7-60.0, $CO_2$: 38.8-44.9, CO: 0.3-1%.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.132.1-132.1
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• 2010

자원고갈과 지구온난화 등으로 재생에너지의 사용 및 보급이 지속적으로 증가할 것으로 예상되지만, 세계적으로 매장량이 풍부한 석탄의 사용량은 2030년 이후에도 지속적으로 증가될 전망이다. 따라서 세계 각국은 기후변화 규제에 대응하면서도 청정하게 석탄을 사용하기 위한 기술의 개발 및 보급을 활발히 진행 중이며, 국내에서도 온실가스 감축과 동시에 국가 성장 동력화를 추진하고 있다. 석탄가스화 기술은 석탄을 가스화하여 생산된 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스를 연료로 활용하는 기술로, 이용 효율이 높고 석탄을 천연가스 수준으로 청정하게 사용할 수 있는 차세대 석탄이용 기술이다. 본 연구에서는 pilot급 석탄 가스화기에서 생산된 합성가스에 함유된 산성가스를 고온에서 건식으로 제거하는 시스템을 구축하였으며, 석탄 합성가스를 고온 건식 정제시스템에 공급하기 위한 석탄가스화기의 운전특성을 파악하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.132.2-132.2
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• 2010

기후변화협약 등으로 인하여 기존 화력발전기술보다 효율이 높고 온실가스 발생을 줄일 수 있는 고효율 청정석탄 이용기술에 대한 사회적 요구가 높아짐에 따라 석탄 가스화와 관련된 기술 개발이 확대되고 있다. 석탄을 가스화하면 CO와 $H_2$가 주성분으로 구성된 합성가스를 얻을 수 있는데, 이를 청정가스연료로 사용하기 위해서는 합성가스에 포함된 분진의 제거가 필수적이다. 대부분의 석탄가스화 공정에서는 캔들형 필터를 사용한 여과식 집진시스템을 적용하여 합성가스에 포함된 분진을 제거하고 있다. 본 연구에서도 Pilot급 석탄 가스화기에서 제조된 합성가스에 포함된 분진 제거를 위하여 고온/고압 집진시스템을 구축하였으며, 다양한 운전조건과 필터 종류에 따른 집진시스템의 운전특성 파악을 수행하였다. 연구결과 석탄 합성가스를 안정적으로 정제 하기위한 집진시스템의 중요한 운전 기준과 방법을 도출할 수 있었으며, 이렇게 도출된 운전 기준과 방법은 용량이 증대된 집진시스템의 연속운전을 진행하여 향후 실증할 예정이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.146.1-146.1
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• 2011

석탄가스화복합발전(IGCC)공정에서 가스화기를 거쳐 생성된 합성가스로부터 $CO_2$를 효과적으로 분리/회수하기 위해 가스 고형화법을 제안하였다. 가스 하이드레이트 형성과정에서의 반응특성을 살펴보기 위하여 반응시간에 따른 가스소모량과 기상의 $CO_2$ 조성 변화를 측정하였다. 순수계와 촉진제 첨가계 (TBAB (10, 40 wt%), TBAF (10, 34 wt%), THF (4, 19 wt%))에 대하여 하이드레이트 생성 후의 기상과 하이드레이트상의 $CO_2$ 조성을 측정하였으며, 그 결과 하이드레이트 형성법에 의해 고농도의 $CO_2$가 하이드레이트상에 포집되는 것을 확인하였다. 가스 소모량 측정실험에서는 THF 19.1 wt%를 첨가하였을 때 가장 큰 소모량을 보였으며, TBAF 10 wt%를 첨가하였을 때 가장 적은 가스소모량을 보였다. $CO_2$ 조성 변화 실험에서는 가스 소모량 실험과 마찬가지로 THF 19.1 wt%를 첨가하였을 때 가장 큰 조성변화를 보였다. 이는 THF의 첨가로 인하여 가스 하이드레이트로의 전환율 증가로 많은 양의 $CO_2$ 기체가 하이드레이트 상에 포집되었음을 나타낸다. 속도론적인 측면에서는 모든 실험조건에서 하이드레이트 형성반응이 1시간 이내에 대부분 종결되는 것을 볼 수 있었다. 또한 $^1H$-NMR을 통하여 혼합가스 하이드레이트의 구조적인 분석을 진행하였다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스 분리 공정 개발에 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.44 no.5
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• pp.528-534
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• 2006

The purpose of this paper is to investigate the optimal operating condition for the hydrogen production by biogas reforming using the plasmatron induced thermal plasma. The component ratio of biogas($CH_4/CO_2$) produced by anaerobic digestion reactor were 1.03, 1.28, 2.12, respectively. And the reforming experiment was performed. To improve hydrogen production and methane conversion rates, parametric screening studies were conducted, in which there are the variations of biogas flow ratio(biogas/TFR: total flow rate), vapor flow ratio($H_2O/TFR$: total flow rate) and input power. When the variations of biogas flow ratio, vapor flow ratio and input power were 0.32~0.37, 0.36~0.42, and 8 kW, respectively, the methance conversion reached its optimal operating condition, or 81.3~89.6%. Under the condition mentioned above, the wet basis concentrations of the synthetic gas were H2 27.11~40.23%, CO 14.31~18.61%. The hydrogen yield and the conversion rate of energy were 40.6~61%, 30.5~54.4%, respectively, the ratio of hydrogen to carbon monoxide($H_2/CO$) was 1.89~2.16.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.57 no.3
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• pp.420-424
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• 2019

In SNG (synthetic natural gas) process by proposed RIST(Research Institute of Industrial Science & Technology)-IAE(Institute for Advanced Engineering) (including three adiabatic reactors and one isothermal reactor), the methanation reaction and water gas shift (WGS) reaction take place simultaneously, and the supply of steam with syngas might control the temperature in catalyst bed and deactivate the catalyst. In this study for development of SNG process, the characteristics of the methanation reaction with a Ni-based catalyst by prepared RIST and using a low $H_2/CO$ mole ratio (including $CO_2$ 22%) are evaluated. The operating conditions ($H_2O/CO$ ratio of the $1^{st}$ adiabatic reactor, operating temperature range of $4^{th}$ isothermal reactor, etc.) were reflected the results from previous studies and in the same condition a pilot scale SNG process is carried out. As a results, the pilot scale SNG process is stable and the CO conversion and $CH_4$ selectivity are 100% and 96.9%, respectively, while the maximum $CH_4$ productivity is $660ml/g_{cat}{\cdot}h$.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.20 no.4
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• pp.423-429
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• 2009

The purpose of this study is to investigate the optimal condition for the hydrogen-rich gas production and the CO removal by reforming of gliding arc plasma reforming system using biogas. The parametric screening studies were carried out according to changes of steam feed amount, catalyst bed temperature in water gas reactor and catalyst bed temperature, input air flow rate in preferential oxidation reactor. The standard condition is as follows. The steam/carbon ratio, catalyst bed temperature, total gas flow rate, input electric power and biogas composition rate ($CH_4$ : $CO_2$) were fixed 3, $700^{\circ}C$, 16 L/min, 2.4 kW and 6 : 4, respectively. The results are as follow, HTS optimum operating conditions were S/C ratio of 3 and reactor temperature of $500^{\circ}C$. LTS were S/C ratio of 2.9 and temperature of $300^{\circ}C$. Also, PROX I optimum conditions were input air flow rate of 300 mL/min and reactor temperature of $190^{\circ}C$. PROX II were 200 mL/min and $190^{\circ}C$ respectively. After having passed through each reactor, the results were as follows: 55% of $H_{2}$ yield, 0% of CO selectivity, 99% of $CH_4$ conversion rate, 27% of $CO_2$ conversion rate, respectively.