• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2007.05a
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• pp.526-529
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• 2007

본 연구에서는 일정선량(600kGy)에서 전자빔 에너지(0.7, 1, 2 MeV)를 달리하여 조사한 $Ni/g-Al_2O_3$ 촉매를 이용하여 세 가지 다른 종류의 합성가스 전환반응(메탄의 이산화탄소 개질반응, 메탄의 수증기 개질반응, 메탄의 부분산화반응)을 수행하였다. 전자빔 조사는 He 분위기, 실온에서 수행하였으며, 조사된 촉매의 표면상태 변화를 살펴보기 위하여 XRD, XPS 분석을 수행하였다. 고에너지 전자빔 처리된 $Ni/g-Al_2O_3$ 촉매의 표면 특성분석 결과 촉매 표면의 Ni종은 metallic Ni, NiO, $NiAl_2O_4$의 3가지 상태로 존재함을 알 수 있었으며, 전자빔 에너지 증가에 따라 촉매 표면의 전체적인 Ni 함량과 촉매 표면의 Ni 분산도를 나타내는 Ni/Al ratio가 증가하였다. 또한, 전자빔 에너지 증가에 따라 Ni에 결합된 산소가 더 크게 감소되어 표면에서 산소 vacancy가 증가하는 결과를 가져왔으며, 이는 결국 세 가지 Ni의 상태 중 metallic Ni과 $NiAl_2O_4$를 증가시켰다. 이러한 결과들은 메탄의 이산화탄소 개질 반응과 메탄의 수증기 개질반응에서 반응물($CH_4$, $CO_2$)의 전환율과 생성물(CO, $H_2$)의 수득율을 증가시켰으며 메탄의 부분산화반응은 반응의 특성상 메탄의 전환율은 증가하나 생성물인 CO, $H_2$는 오히려 감소하는 결과를 가져옴을 알 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.33 no.11
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• pp.869-875
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• 2009

The purpose of this paper is to investigate the optimal condition of the syngas production by reforming of propane using Gliding arc plasma reformer. The gliding arc plasma reformer in 3 phases has been newly designed and developed with a quick starting and fast response time. It can be applicable to the various types of fuels (Hydrocarbons $C_xH_y$), and it has a high conversion rate of fuels and high production of hydrogen. The parametric screening studies were carried out according to the changes of a steam feed amount i.e., steam/carbon ratio, total gas flow rate and input electric power. The optimum operating conditions were S/C ratio 2.8, total gas flow rate of 14 L/min and input electric power of 2.4 kW. The result of optimum operating conditions showed the 55 % $H_2$, 14 % CO, 15 % $CO_2$, 10 % $C_3H_8$ and 4 % $CH_4$. Also, $C_3H_8$ conversion, $H_2$ yield and $H_2$ selectivity were 90 %, 42 %, 15 %, respectively. The energy efficiency and specific energy requirements were 37 % and 334 kJ/mol respectively.

• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.155-155
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• 2011

용융탄산염 연료전지(MCFC)는 $650^{\circ}C$에서 작동하는 고온형 연료전지 시스템이다. 이 시스템은 천연가스 등을 개질하여 생산된 수소를 바로 전기로 생산할 수 있는 시스템으로 열효율이 높으며, 현재 대체 발전시스템으로 각광을 받고 있다. MCFC는 개질방식에 따라 내부개질 방식과 외부개질 방식이 있다. 내부개질 방식은 수소를 생산하는 개질기가 스택내부에 장착된 형식으로 천연가스를 스택내부에서 개질하여 바로 전기를 생산하는 방식이다. 이 내부개질반응에 사용되는 촉매로는 알루미나에 고함량 (약 50 wt.%)으로 담지된 니켈(Ni) 계열촉매이 주로 쓰이고 있다. 이 고함량으로 담지된 촉매는 대부분 높은 활성을 보인다. 비교적 낮은 온도 운전조건 (약 $580{\sim}620^{\circ}C$)을 가지는 MCFC 내부개질에 적용하기 위해서는 활성점인 니켈을 최대한 담지체에 고르게 분산 시켜야한다. 이를 위해서 MgO를 이용하여 촉매의 활성점을 높게 분산시키는 연구를 진행 하였다. 촉매를 제조하는 방법으로 요소(urea)를 이용한 균일용액침전법을 이용하였다. 니켈함량은 50 wt.%로 고정을 한 다음, MgO 양과 $Al_2O_3$ 양을 각각 0 ~ 45 wt.%와 5 ~ 50 wt.%로 조절하면서 촉매를 제조하여 그 특성들을 분석하였다. 물성을 비교하기 위해서, X-선 회절분석 (XRD) 및 TPR, 물리화학흡착 실험을 하였다. 촉매의 활성을 살펴보기 위해서, fresh 상태 및 피독 상태에서 메탄수증기 개질활성 실험을 실시하였다. MgO 함량이 없거나 적은 촉매에서는 높은 BET surface area와 작은 NiO, metallic Ni 결정 크기가 나타났다. 반면 MgO 함량이 높은 촉매에서 낮은 BET surface area와 비교적 큰 NiO, metallic Ni 결정 크기가 나타났다. 또한 XRD 분석에서 MgO 함량이 증가할 수 록 MgO 결정 피크가 명확히 나타났으며, $MgAl_2O_4$ 피크는 나타나지 않았다. TPR 분석에서 촉매들의 환원 피크를 측정한 결과, 저함량의 MgO를 포함한 촉매는 $700^{\circ}C$ 부근에 환원 피크가 관찰되었고 MgO가 고함량인 촉매는 환원 피크가 $400^{\circ}C$ 부근에서 관찰되었다. 촉매의 초기 fresh 상태에서의 활성은 고함량 MgO를 포함한 Ni-90M10A 샘플을 제외하고 모든 촉매가 거의 비슷하게 나타났다. 그러나 $K_2CO_3$ 피독 상태에서는 MgO 함량이 증가할 수 록 활성이 좋지 않았음을 알 수 있었다. 따라서 MgO가 소량 포함된 촉매의 경우 fresh 상태에서는 우수한 물성과 활성을 보이지만, 피독상태에서는 MgO가 포함되지 않은 Ni-$Al_2O_3$ 촉매가 우수한 활성을 보였다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.30 no.2
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• pp.111-118
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• 2019

Greenhouse gas emissions have a profound effect on global warming. Various environmental regulations have been introduced to reduce the emissions. The largest amount of greenhouse gases, including carbon dioxide, is produced in the steel industry. To decrease carbon dioxide emission, hydrogen-based iron oxide reduction, which can replace carbon-based reduction has received a great attention. Iron production generates various by-product gases, such as cokes oven gas (COG), blast furnace gas (BFG), and Linz-Donawitz gas (LDG). In particular, COG, due to its high concentrations of hydrogen and methane, can be reformed to become a major source of hydrogen for reducing iron oxide. Nevertheless, continuous COG cannot be supplied under actual operation condition of steel industry. To solve this problem, this study proposed to use two alternative COG-based fuel mixtures; one with natural gas and the other with biogas. Reforming study on two types of mixed gas were carried out to evaluate catalyst performance under a variety of operating conditions. In addition, methane conversion and product composition were investigated both theoretically and experimentally.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.38 no.6
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• pp.602-608
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• 2014

Hydrogen energy, a field of low-carbon substitute energy, can be produced by fossile fuel reforming and electrolysis of water etc. We developed 1kW class flat type reformer for PEM Fuel Cells. The PEMFC is highly sensitive to carbon monoxide because CO has detrimental effects on the performance of the fuel cell. Thus, reformed gas supplied to Fuel cell system, which maintained CO concentration below 10ppm. After applying optimum drive condition, reformed gas was measured with gas chromatography and could find out about each experimental condition of $H_2$ and CO concentration. As a results, The 1kW class plate type hydrogen generation system's optimum condition is A/F ratio ${\alpha}=1.3$, STR temperature 1023K, S/C ratio 3, and $PrOx1{\cdot}2$ 30cc/min. It turns out that installation of PrOx 2 stage is more efficient for reducing CO concentration.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.34 no.4
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• pp.404-411
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• 2023

For the direct reforming of biogas, a three-phase gliding arc plasma reformer was designed to expand the plasma discharge region, and the operation conditions of the plasma reformer, such as the S/C ratio, the gas flow rate, and the plasma input power, were optimized. The H₂ production efficiency is increased at a lower specific plasma input energy density, but byproducts such as C_XH_Y and carbon soot are generated along with the increase in H₂ production efficiency. The formation of byproducts is decreased at higher specific plasma input energy densities and S/C ratios. The optimized operation conditions are 5.5 ~ 6.0 kJ/L for the specific plasma input energy density and 3 for the S/C ratio, considering the conversion efficiency, H₂ production, and byproduct formation. It is expected that the H₂ production efficiency will improve with the decrease in fuel consumption in biogas burners because the heat generated from plasma discharge heats up the feed gas to over 500 ℃.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.11a
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• pp.717-720
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• 2011

Due to the depletion of fossil fuel, high oil price and global warming issue by green house gas such as CO2, clean synthetic fuel technologies using biomass, especially GTL(Gas To Liquid) technology, have been greatly attracted. This paper has examined and compared the worldwide technologies trend of natural gas reforming reaction, F-T(Fisher-Tropsch) synthesis and upgrading process which are three backbones of GTL technology.

• New & Renewable Energy
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• v.20 no.1
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• pp.126-134
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• 2024

Biogas, composed mainly of methane (CH₄) and carbon dioxide (CO₂), is a renewable gas that can serve as an alternative energy source. In this study, we developed a new microwave reformer and analyzed its reforming characteristics. We observed that higher temperatures of the microwave receptor led to increased reforming efficiency. By supplying appropriate amounts of methane and steam, we could prevent carbon generated from the thermal decomposition reaction of carbon dioxide from depositing on the catalytic active layer, thus avoiding the inhibition of catalytic activity. Hydrogen generation was enhanced when maintaining the biogas ratio and steam supply at adequate levels. Increasing the SiC ratio in the receptor improved the uniformity of temperature distribution and growth rate, resulting in higher conversion rates of the reforming process.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.91.2-91.2
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• 2010

SOFC는 높은 반응온도($600{\sim}1000^{\circ}C$)에서 작동되어 발전효율이 높고 다양한 연료를 사용할 수 있는 것이 장점이다. 하지만 고온에서의 운전은 구성요소의 열변형과 온도구배에 의한 전극촉매의 열화 그리고 밀봉재의 수명에 영향을 주어 결국 스택의 내구성을 감소시킨다. 특히 스택의 온도구배가 심화되면 국부적인 Hot spot를 형성하여 셀에 심각한 손상을 주게 된다. 본 과제에서는 SOFC 스택의 온도구배를 완화시키기 위한 내부개질기의 개발 및 고온용 분리판 소재의 정밀성형기술을 확보하고자 한다. 열/유동해석을 통하여 반응가스의 농도, 유속, 구조변경 등 내부개질기 온도구배에 대한 주요인자를 확인하였고, 장기 운전평가를 통하여 개질 촉매의 고온 활성 및 내구성에 대한 성능평가를 진행 중이다. 분리판의 경우, 고온용 소재(페라이트계 스테인레스)에 대한 기초실험을 실시하여 성형품질의 주요 인자를 파악하였으며 Proto-type 금형 설계 및 개발을 통하여 성형 기초기술을 확보하였다. 그리고 스택 내부온도를 구현할 수 있는 시뮬레이터를 설계 중에 있으며 이를 이용하여 개발된 내부개질기 및 분리판을 스택 운전환경에서 평가할 예정이다.