• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.171-181
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• 2007

Blending effects of hydrogen and water vapor on flame structure and NOx emission behavior are numerically studied with detailed chemistry in methane-air counterflow diffusion flames. The composition of fuel is systematically changed from pure methane and pure hydrogen to the blending fuels of methane-hydrogen-water vapor through the molar addition of $H_2O$. Flame structure is changed considerably for hydrogen-blending methane flames and hydrogen-blending methane flames diluted with water vapor in comparison to pure methane flame. These complicated changes of flame structures also affect NOx emission behavior considerably. The changes of thermal NO and Fenimore NO are analyzed for various combinations of the fuel composition. Importantly contributing reaction steps to thermal NO and Fenimore NO are addressed in pure methane, hydrogen-blending methane flames, and hydrogen-blending methane flames diluted with water vapor.

• 대한기계학회논문집B
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• 제31권4호
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• pp.384-391
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• 2007

Hydrogen-blending effects in flame structure and NO emission behavior are numerically studied with detailed chemistry in methane-air counterflow diffusion flames. The composition of fuel is systematically changed from pure methane to the blending fuel of methane-hydrogen through $H_2$ molar addition up to 30%. Flame structure, which can be described representatively as a fuel consumption layer and a $H_2$-CO consumption layer, is shown to be changed considerably in hydrogen-blending methane flames, compared to pure methane flames. The differences are displayed through maximum flame temperature, the overlap of fuel and oxygen, and the behaviors of the production rates of major species. Hydrogen-blending into hydrocarbon fuel can be a promising technology to reduce both the CO and $CO_2$ emissions supposing that NOx emission should be reduced through some technologies in industrial burners. These drastic changes of flame structure affect NO emission behavior considerably. The changes of thermal NO and prompt NO are also provided according to hydrogen-blending. Importantly contributing reaction steps to prompt NO are addressed in pure methane and hydrogen-blending methane flames.

• 자원리싸이클링
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• 제27권1호
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• pp.64-73
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• 2018

본 연구는 탈황 폐촉매 금속회수 재활용 기술에 대한 전과정평가 수행을 통해 해당 기술의 환경성 및 환경영향에 기여하는 주요 이슈를 규명하여 친환경적인 재활용 기술이 되도록 하는 개선안을 제시하고, 탈황 폐촉매 재활용 기술의 미적용 시 소각 처리되는 경우와의 비교를 통해 탈황 폐촉매 재활용 기술의 환경적 가치를 규명하고자 한다. 본 연구에서는 환경부의 환경성적표지인증제도의 영향평가 방법인 환경부 영향평가 방법론을 활용하여 지구온난화, 자원소모, 산성화, 부영양화, 광화학적산화물생성, 오존층파괴를 대상으로 환경영향을 도출하였다. 분석 결과, 탈황촉매 1 ton 처리 시 환경영향은 각각 지구온난화 3.53E+00 ton $CO_2-eq.$, 자원소모 1.73E-02 ton Sb-eq., 산성화 5.13E-03 ton $SO_2-eq.$, 부영양화 9.16E-04 ton $PO{_4}^{3-}eq.$, 광화학적산화물생성 1.94E-03 ton $C_2H_4-eq.$, 오존층파괴 1.11E-07 ton CFC-eq.로 나타났다. 전체 공정 중 용융환원 공정이 환경영향을 발생시키는 주요 공정이며, 투입 산출물 중 용융환원공정에서 사용되는 전기가 전체 환경영향에 기여하는 영향이 가장 큰 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제22권4호
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• pp.347-354
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• 2013

생물학적방법으로 이산화탄소를 에너지원인 메탄으로 전환하고자 hydrogenotrophic methanogen이 우점화된 실험실규모의 연속운전 반응기를 이용하여 수소의 주입비율과 EBCT에 따른 실험을 진행하였다. 수소와 이산화탄소의 주입비율을 4:1과 5:1(mol/mol)로 달리한 실험결과 두 조건 모두 주입된 수소가 대부분 소모되며 99% 이상의 전환율을 보였다. 이산화탄소의 경우 4:1에서는 $74.45{\pm}0.33$%, 5:1에서는 $95.8{\pm}10.7%$의 전환율로 이산화탄소를 모두 전환시키기 위해서는 양론식에 비해 더 많은 양의 수소가 필요한 것으로 확인되었다. 이는 hydrogenotrophic methanogen의 생장유지에 필요한 에너지원인 수소가 사용된 것에 기인한 것으로 사료된다. 체류시간별로 처리효율을 확인한 결과, 임계처리용량은 EBCT 3.3시간에서 수소(99.9%)와 이산화탄소(96.23%)의 안정적인 전환율을 보이며 $1.15{\pm}0.02m^3{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 메탄생산속도와 $2.01{\pm}0.04kg{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 이산화탄소 고정화속도를 나타내었다.

• 청정기술
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• 제20권3호
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• pp.218-225
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• 2014

석탄의 가스화는 촉매 도입 시 온순 조건에서 가능하나, 석탄 내 회분에 의한 비활성화에 의해 반복적인 촉매 활용이 힘들다. 이에 본 연구에서는 삼화 원탄에서 회분을 제거하여 삼화 무회분탄(ash-free coal, AFC)을 제조한 후 가스화 반응성을 원탄과 비교하여 알아보았다. 우선 원탄을 대상으로 고정층 반응기에서 수증기 공급량, 공간 속도(space velocity), 온도 및 촉매를 변수로서 가스화 조건을 결정하였다. 고체상 혼합법으로 다양한 촉매 도입 시, 유동성을 갖는 $K_2CO_3$가 가장 높은 활성을 보였다. 무회분탄은 원탄보다 낮은 반응성을 보였으며, 이는 용매(1-methylnaphthalene, 1-MN)를 이용한 고온 추출 및 건조 공정 중에 소모된 산소 기능기 함량과 증가된 탄화도(carbonization)에 기인한다. $K_2CO_3$ 가 혼합된 무회분탄의 반응성은 급격히 증가하여 낮은 온도 ($700^{\circ}C$)에서도 높은 전환율을 보였다. 이때 $H_2/CO$와 $CO_2/CO$ 비율도 증가하는데, 이는 촉매에 의해 수성가스전환(water-gas shift) 반응이 활성화됨에 기인한다. 본 연구에서는 무회분탄의 저온 촉매 가스화 반응을 통해 석탄 가스화 공정의 경제성이 개선될 수 있음을 확인하였다.

• 자원환경지질
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• 제47권4호
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• pp.421-430
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• 2014

본 연구에서는 지중 유입된 이산화탄소가 심부 지질구조 내 지하 환경에 미치는 지화학적 및 광물학적 영향을 규명하기 위한 일련의 고압셀 실험이 수행되었다. 실험을 통하여 이산화탄소 지중저장 조건에 해당하는 $50^{\circ}C$와 100 bar의 고온 고압조건을 고압셀 내에서 구현하고, 초임계 $CO_2$-지하수-광물 시스템 내에서의 반응 실험을 실시하였다. 반응 실험은 최근 국내 이산화탄소 지중저장의 후보지로서 많은 연구가 진행되고 있는 포항분지에 널리 분포하는 광물 중 하나인 제올라이트와 지하 800 m에서 채취된 심지층의 지하수를 대상으로 수행되었다. 상온 상압 및 고온 고압 환경에서 30일간 진행된 $CO_2$-지하수-제올라이트 반응으로 야기된 광물과 지하수 시료의 지화학적 및 광물학적 변화는 XRD, XRF, ICP-OES 등의 분석을 통해 정량적으로 규명하였다. 실험의 결과는 초임계 이산화탄소의 용해로 조성된 산성 환경에서 제올라이트 시료의 용해 반응이 촉진되었음을 보여 주었다. 제올라이트 시료로부터 용출된 양이온 농도가 증가함에 따라 지하수 내 $H^+$가 소모되고, 반응 10일 이후에는 지하수의 pH가 10.35 까지 증가하였다. 또한 제올라이트 시료의 용해 반응으로 인해 지하수 내 용존 양이온의 농도는 전반적으로 증가하는 경향을 보였으나, Si는 산성조건에서 비정질 규산염으로 재침전되고, Ca는 양이온 교환과 방해석으로의 재침전으로 농도가 감소한 것으로 나타났다. 실험 과정을 통하여 초임계 이산화탄소의 유입이 대수층 내 구성 광물의 용해 특성, 지하수의 화학적 조성과 물성, 대수층의 광물학적 조성 등에 변화를 발생시킬 수 있음을 보여주었다. 또한 광물상의 용해/침전과 양이온 교환 등 지화학적 반응들이 지중저장 관련 지층의 암석과 지하수의 물리적 또는 화학적 변화에 중요한 역할을 담당하고 있음을 보여주었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.164-164
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• 2017

해양환경 중 많이 사용되는 철강재료들은 그 가혹한 부식환경에 대응하기 위하여 일반적으로 피복 도장방식법이나 음극방식법이 적용되고 있다. 여기서 음극방식법은 선박 및 해양구조물의 해중부 부식에 대해 가장 효과적인 방식법으로 알려져 있다. 한편, 이와 같이 해수 중 철강재에 음극방식을 적용할 경우, 피방식체인 그 강재 표면에 해수 중 용존된 산소의 음극환원 반응이 일어나며 국부적인 알카리 표면 조건을 형성시켜 $Mg(OH)_2$와 $CaCO_3$의 막을 석출시킨다. 이와같이 음극방식 중 형성된 전착물은 방식해야 될 표면적을 감소시켜 방식전류밀도를 감소시키는 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 이렇게 석출된 전착물은 음극표면에 부분적으로 형성되고, 여러 가지 환경 조건 등의 영향을 받아 그 피막의 형성 정도도 가늠하기 어렵기 때문에 음극방식 설계 시 그 정도에 따른 영향을 고려-반영하기가 곤란하다. 또한 이 전착물은 그 형성 메커니즘에 관한 해석이나 강도, 균일한 밀착성, 장기적인 방식효과 및 효율성 등이 아직 충분히 입증되어 있지 않은 실정에 있다. 따라서 본 연구에서는 해수 중 다양한 전착 프로세스에 의해 제작된 전착물의 기간별, 도장코팅 종류별 특성변화를 분석 및 평가하고, 전착물에 의한 희생양극 소모전류 변화 측정 분석을 통해 전착막을 균일하고 치밀하게 형성시키기 위한 최적의 조건을 찾고자 하였다. 또한 석출속도, 밀착성 및 내식특성을 향상시키기 위해 해수 중 기체를 용해시켜 제작한 막의 특성을 분석-평가하였다. 본 연구에 사용된 강 기판은 일반구조용강(KS D 3503, SS400)으로 ${\varnothing}42.7{\times}1,000mm{\times}4.0t$의 형상으로 제작하였다. 인가된 전류밀도는 1, 3 및 $5A/m^2$이고 도장 코팅 종류별 전착 석출물의 형성차이 비교 분석을 위한 실험은 선박 및 해양구조물에 많이 사용되는 Universal Epoxy 도료 2종을 선정하여 진행하였다. 또한 Steel Wire Mesh의 영향을 알아보기 위해 Mesh를 설치하여 실험을 진행하였다. 기간별-도장 종류별 외관관찰, 전착물의 두께 측정, SEM, EDS 및 XRD를 통해 막의 모폴로지, 조성원소 및 결정구조를 분석하였으며, 전착물의 내식성과 내구성을 평가하기 위해 테이핑 테스트(Taping Test) 및 전기화학적 양극분극 시험을 실시하였다. 희생양극 소모율에 대한 전착물의 영향을 확인하기 위해 외부전원을 인가하여 전착 피막을 형성시킨 강 기판에 희생양극을 연결하여 희생양극 소모효율 측정 시험을 진행하였다. 전착물의 석출량은 시간 및 전류밀도의 증가에 따라 비례하여 증가하였으며, 음극전류 인가 시 금속과 용액 계면 사이의 확산층에서 발생한 $OH^-$ 이온으로 인해 금속과 용액 계면 사이 pH가 부분적으로 증가하여 $Mg(OH)_2$ 화합물이 많이 생성되는 것으로 확인되었다. 또한 Mesh의 부착으로 평활하지 않게 형성된 미세한 굴곡구조 및 표면적 증가로 인하여 단계적으로 피복되는데 필요한 시간이 지연되면서 $CaCO_3$에 비해 $Mg(OH)_2$ 화합물이 상대적으로 증가한 것으로 사료된다. $CaCO_3$(Aragonite) 구조는 견고한 피막으로 치밀하고 화학적 친화력이 높아 우수한 밀착성을 보였으며 전착물의 영향으로 양극 전류가 감소하였고, 이로인해 방식전류 절감효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.