• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.511-515
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• 2012

본 연구에서는 상용모사기를 이용하여 분할유동층 가스화기에서 로토석탄의 가스화 특성 모사를 수행하였다. 분할 유동층 가스화기는 가스화영역에서 일어나는 연소반응과 가스화반응(발열반응과 흡열반응)을 각각 다른 영역에서 일어날 수 있도록 반응기 내부를 분할한 가스화기이다. 분할유동층 가스화기의 주요 개념은 가스화에 요구되는 열을 연소영역에서 생성된 열을 이용하여 공급하는 것으로 가스화기 내부에서의 부분 연소를 억제하고, 격벽을 통한 열전달과 열매체의 이동을 통해 공급하는 것이다. 분할유동층 가스화기 모델은 열분해, 촤 가스화, 타르/오일 가스화, 촤 연소반응으로 4개의 영역을 가지도록 구현하였다. 열분해의 경우, 대상 석탄을 반응온도, 반응가스, 석탄주입량을 변화시켜 실험을 수행하여 실험데이터로부터 correlation 모델을 작성하였다. 가스화는 Gibbs free energy를 최소화하는 모델을 이용하고 촤 연소영역은 combustion 모델을 이용하였다. 분할유동층 가스화기 모사결과를 비교하기 위해 우선 단일영역 가스화기 모사를 수행하였다. 단일영역 가스화기의 경우 석탄열분해 반응기와 석탄가스화 반응기 두 개로 구성되며 반응모델은 분할유동층 가스화기와 일치한다. 분할유동층 가스화기 모사 결과, 냉가스효율은 84.4%로 단일영역 가스화기와 유사한 결과를 얻었으며 합성가스의 조성은 $H_2$와 $CH_4$이 다소 증가하고 CO와 $CO_2$가 다소 감소한 것을 확인하였다. 모델 검증을 위해 10건의 단일영역 가스화 실험에 대하여 모사를 수행하였다. 모사를 통해 얻어진 합성가스의 조성은 CO, $CO_2$, $CH_4$의 경우 실험결과와 모사결과가 거의 일치하는 반면 $H_2$의 경우 모사결과가 실험값과 비교하여 다소 높은 값을 갖는 것을 확인하였으나 경향은 실험값과 유사함을 확인하였다. 탄소전환율의 경우, 모델결과가 실험값과 비교하여 높은 전환율을 보이는 것을 알 수 있으며 이는 모사에 사용된 가스화 모델이 평형반응기로 반응기에서의 체류시간과 접촉시간이 실제 실험과 차이가 있기 때문으로 파악된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.251-256
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• 2012

Keggin형 $H_{3+x}PW_{12-x}Nb_xO_{40}$(x=0, 1, 2, 3) 및 Wells-Dawson형 $H_{6+x}P_2W_{18-x}Nb_xO_{62}$(x=0, 1, 2, 3) 헤테로폴리산(Heteropolyacid) 촉매를 이용하여 n-Butanol의 에테르화(Etherification) 반응을 통한 Di-n-Butyl Ether의 제조를 수행하였다. 먼저 Niobium이 서로 다른 비율로 치환된 Keggin형 및 Wells-Dawson형 헤테로폴리산 촉매를 제조하였다. FT-IR, ICP-AES 및 $^{31}P$ NMR 분석을 통하여 촉매가 잘 제조되었음을 확인하였다. $NH_3$-TPD(Temperature-Programmed Desorption) 분석을 통해 헤테로폴리산 촉매의 산특성을 측정하였다. 두 계열의 촉매군에서 헤테로폴리산 촉매는 Niobium의 함량에 따라 다른 산특성을 나타내었다. 이후, 헤테로폴리산 촉매를 에테르화 반응에 적용하고 촉매의 반응활성과 산특성 간의 상관관계를 분석하였다. Keggin형 $H_{3+x}PW_{12-x}Nb_xO_{40}$ 및 Wells-Dawson형 $H_{6+x}P_2W_{18-x}Nb_xO_{62}$ 헤테로폴리산 촉매의 Acidity는 Keggin형과 Wells-Dawson형 모두에서 Niobium의 치환량이 증가함에 따라 감소하였으며, n-Butanol의 전환율과 Di-n-Butyl Ether로의 수율은 헤테로폴리산 촉매의 구조와 관계없이 Acidity가 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다. 이처럼 헤테로폴리산의 Acidity는 n-Butanol의 에테르화(Etherification) 반응을 통한 Di-n-Butyl Ether의 제조 반응에서 촉매 활성을 결정하는 중요한 요소로 작용하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.492-498
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• 2012

본 연구에서는 고온고압 건식탈황장치를 이용하여 고체순환량과 탈황반응기 내의 공극률에 대한 수력학적특성을 파악하고, 아연계 탈황제의 고온고압 조건에서 탈황반응온도에 대한 반응특성 및 연속운전을 통한 탈황 효율을 분석하였다. 실험에 사용된 고온고압건식탈황장치는 고속유동층 형태의 탈황반응기(내경: 0.015 m, 높이: 6.2 m), 기포유동층 형태의 재생반응기(내경: 0.053 m, 높이: 1.6 m), 가스의 역흐름을 방지하는 loop-seal, 두 반응기 후단에 압력컨트롤밸브로 구성되어있다. 수력학 특성으로는 고체순환밸브 개구비, 탈황반응기 가스 유속, 탈황반응기 온도 변화에 따른 고체순환량과 각 조건에서의 고속유동층 형태의 탈황반응기 높이에 따른 공극률 분포를 알아보았다. 고체순환량은 동일한 유속조건, 동일한 고체순환밸브 개구비에서 탈황반응기 온도가 상온일 때보다 $300^{\circ}C$와 $550^{\circ}C$일 때 감소하였으며 $300^{\circ}C$와 $550^{\circ}C$ 조건에서는 큰 차이가 없었다. 탈황반응기내의 공극률은 고체순환밸브 개구비가 10~20%로 고체순환량이 적은 경우 고속유동층 형태의 공극률 분포를 보이고, 30~40%로 고체순환량이 많아지는 경우 탈황반응기 하부에서 turbulent 형태의 공극률의 분포를 나타냈다. 아연계 탈황제의 탈황반응온도에 따른 반응특성은 시스템 압력 20 atm, 연속 반응 조건에서 탈황 온도를 변화시키면서 살펴보았다. 일정한 고체순환 조건에서 탈황온도 $450^{\circ}C$ 이하에서 탈황 효율 저하가 시작되는 것을 확인하였으며, 높은 탈황 효율을 유지시키기 위하여 10시간 연속운전에서는 탈황 반응 온도를 $500^{\circ}C$로 설정하여 실험하였다. 실험 결과, 10시간 연속운전을 통해, 유입 $H_2S$ 농도 5,000 ppmv 조건에서 탈황 반응기 후단 $H_2S$ 농도는 UV분석기(Radas2)와 검지관(GASTEC)의 검출한계인 1 ppmv 이하를 유지하여 $H_2S$ 제거 효율 99.99% 이상을 달성하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.229-237
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• 2012

Fischer-Tropsch 합성용 Co/$Al_2O_3$ 촉매에서 알루미나 지지체에 인산 용액으로 알루미나 표면을 개질하여 촉매적 활성은 물론이고, 기계적 강도와 수열 안정성을 개선하였다. FT-IR과 같은 촉매 표면 분석법을 통하여 P 첨가로 알루미나 표면에 $AlPO_4$ 상이 생성되어 촉매인 코발트와 지지체인 알루미나 사이의 상호작용이 약화되어 촉매의 환원도가 높아졌음을 보였다. 이에 따른 촉매성능을 평가하기 위하여 $C_{5+}$ productivity와 turnover frequency를 계산하였다. 또한, 2 wt.% P 첨가 알루미나를 대상으로 지지체의 소성온도가 촉매활성에 미치는 영향도 살펴보았다. 한편, 고온 가압 하에서 물을 이용하여 P 첨가 알루미나(P-알루미나)를 지지체로 한 촉매의 수열 특성을 살펴보았으며, 실험 전후의 XRD 패턴을 분석함으로써 P 첨가 알루미나 기반 촉매가 수열 안정성이 우수하다는 것을 증명하였다. 뿐만 아니라, 촉매의 기계적 강도를 측정하기 위하여 유동화 반응기를 직접 제작하여 P-알루미나 기반 촉매의 P 함량이 증가할수록 마모도가 감소함을 확인하였다. 촉매 활성, 수열 안정성, 그리고 기계적 강도를 모두 고려하면, 알루미나에 첨가된 P의 함량이 1~2 wt.% 이고, 지지체를 $500^{\circ}C$에서 소성하여 제조한 촉매가 가장 좋은 성능을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.365-370
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• 2012

국내 초임계 석탄화력발전소에 연소 후 $CO_2$ 포집공정을 설치하였을 경우에 예상되는 발전단가와 $CO_2$ 저감비용(Cost of $CO_2$ avoided)을 산출하였다. 본 연구에서 고려된 연소 후 $CO_2$ 포집기술은 이미 상업적으로 적용이 가능하고, 기존의 화력발전에 적용이 용이한 아민 화합물을 이용한 화학 흡수법을 기초로 하였으며, 경제성 평가를 위해 연간 발생하는 비용 및 발전량을 연간 균등화(Levelized)하여 발전단가를 산정하는 수명기간 중 발전단가 분석(LCCA: Life Cycle Cost Analysis) 방식을 활용하여 분석하였다. 경제성 평가에서 가장 중요한 항목 중 하나인 설비 투자비(건설비 등) 및 운영비 산출을 위해, 기존의 $CO_2$ 포집 설비가 없는 기준 석탄화력발전소의 건설비는 IEA(국제에너지기구)에서 제시하는 국내 초임계석탄화력 발전소(순출력 767 MW급)의 데이터를 활용하였으며, 석탄화력발전소에 $CO_2$ 포집설비가 추가된 경우에도 IEA에서 제시하는 기준 석탄화력발전소와 $CO_2$ 포집설비 설치 후의 OECD 평균 순공사비(Overnight cost) 증감분을 참조하여 계산하였다. 상기 데이터를 이용하여 기존 석탄화력발전소 및 $CO_2$ 포집 설비 설치 후의 발전단가 및 $CO_2$ 포집비용을 분석한 결과 $CO_2$ 포집설비 설치 후 발전 효율은 기존 초임계 석탄화력발전소의 발전효율 41%에서 31.6%로 약 9.4%가 저하되었으며, 발전단가는 기존의 45.5 USD/MWh에서 73.9 USD/MWh로 약 62%가 증가되었고 $CO_2$ 포집비용은 41.3 USD/$tCO_2$로 산출되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권4호
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• pp.491-497
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• 2011

본 연구에서는 CO, $H_2$가 주성분인 모사합성가스를 이용하여 합성천연가스(SNG, Synthetic Natural Gas) 제조공정을 평가하기 위하여, 3종류의 SNG 합성반응시스템을 제안하였다. 제시된 공정은 다단 단열반응시스템, 재순환이 있는 다단 단열반응시스템 그리고 강제냉각방식의 수냉각반응시스템이다. 3개의 연속된 반응기로 구성된 다단 단열반응시스템에서의 1차반응기에서는 온도가 최대 $800^{\circ}C$까지 상승하였으며, 이로 인한 수성가스전환반응으로 인해 $CO_2$가 다른 시스템에 비해 많이 생성되었으며, SNG 내의 $CH_4$ 농도는 90.1% 정도를 얻었다. 다단 단열반응시스템의 문제점을 해결하기 위해 재순환이 있는 다단 단열반응시스템에서는 반응기의 온도제어를 위해 일부 전환가스를 재순환한 것으로, $CH_4$는 최대 96.3%를 얻었다. 이러한 다수개의 반응기로 구성된 단열반응기의 단점을 해결하여 반응기 개수를 줄일 수 있는 쉘과 튜브 형태의 반응기로 구성된 강제냉각방식의 수냉각시스템에서는 쉘 측으로 냉각수를 공급하여 반응열을 흡수하는 형태로, 공급되는 냉각수의 유량과 압력에 의해 온도를 제어할 수 있다. 이 시스템에서는 최대 $CH_4$는 최대 99.2%를 얻었으며, 1차 반응기인 강제냉각방식의 수냉각반응기 출구에서의 97% 이상의 $CH_4$ 농도를 얻을 수 있음을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.418-425
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• 2013

고정층 반응기를 사용하여 상압에서 에탄올로부터 방향족화합물 제조에 관한 ZSM-5 제올라이트의 금속성분 및 실리카/알루미나 비의 영향을 고찰하였으며, 반응온도, 중량공간속도(WHSV), 반응물인 에탄올에 물 및 메탄올 첨가 영향도 검토하였다. 촉매로는 Si/$Al_2$ 비율이 23~280 범위의 상용 ZSM-5에 Zn, La, Cu, Ga 성분을 함침시켜 촉매 활성 및 안전성 테스트에 사용하였다. 촉매의 특성분석을 위해 암모니아 승온탈착 실험($NH_3$-TPD)과 질소 흡-탈착실험을 수행하였다. 실험결과, 방향족화합물의 선택도에 관한 ZSM-5에 함침한 금속성분과 ZSM-5의 Si/$Al_2$비에 크게 영향을 받았는데, 함침금속은 Zn-La > Zn > La > Cu > Ga 순으로 감소하였으며, ZSM-5의 적절한 산점을 가진 Si/$Al_2$=50, 80에서 가장 우수하였다. 최적 반응온도($437^{\circ}C$)와 공간속도($0.8h^{-1}$)에서 방향족화합물의 선택도는 초기 72%에서 30시간 이후 56%로 서서히 감소하는 경향을 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권5호
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• pp.609-614
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• 2013

본 연구에서는 유기용매를 이용하여 표면처리한 저등급 석탄의 물성과 자연발화성 변화를 알아보았다. 석탄은 인도네시아 갈탄인 KBB탄과 SM탄 그리고 아역청탄인 Roto탄을 사용하였으며, 비극성 유기용매인 1-methyl naphthalene (1 MN)과 혼합한 후 단순 회전 임펠러 또는 초음파를 이용하여 일정 시간동안 교반하였다. 1MN 처리탄의 물성 변화는 공업 분석, 발열량 분석, FT-IR 분석, XPS 분석, 그리고 수분 재흡착 실험을 통해 알아보았으며, 자연 발화성 변화는 Crossing-Point Temperature 분석과, 산화에 의해 발생되는 CO, $CO_2$ 가스 분석을 통해 확인하였다. FT-IR 분석 결과 처리탄들의 수소와 산소를 포함한 결합기들이 줄었다. XPS분석 결과 원탄들에 비해 처리탄들의 C-O, C=O 그리고 COO- 피크는 감소하고 C-C 피크는 상대적으로 증가하였다. 그리고 수분 재흡착성 측정 결과 처리탄들 표면의 소수성이 증가함을 확인하였다. CPT 측정 결과 원탄들에 비해 처리탄들의 CPT 값이 $20^{\circ}C$ 이상 증가하였는데, 단순 기계적 교반보다 초음파 교반 방식으로 처리한 석탄의 CPT 값이 높았다. 이때 배출되는 가스의 분석에서도 처리탄들이 원탄들에 비해 CO와 $CO_2$ 가스 발생량이 적고 발생 시점이 늦어져 자연발화성이 억제되는 것으로 나타났다. 이는 석탄을 유기용매로 처리함으로써 미리 산화반응에 참여하는 표면의 기능기들이 제거되어 자연발화성이 억제되는 것이며, 이에 단순 기계적 교반 방식보다는 초음파 교반 방식이 보다 효과적임을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.242-246
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• 2017

고온에서 Mn 이온 용출에 의한 성능저하를 보이는 스피넬 결정구조의 $LiMn_2O_4$ 양극 하이브리드 커패시터의 대안으로 열안정성이 높은 올리빈 결정구조의 $LiFePO_4$ 기반 복합양극 소재의 적용가능성을 연구하였다. $LiFePO_4$/활성탄셀을 이용한 1.0~2.3 V의 충 방전을 통한 수명평가에서 상온($25^{\circ}C$) 및 고온($60^{\circ}C$) 조건 모두에서 충 방전 사이클이 진행됨에 따라 음극(활성탄)의 저전압화에 따른 열화로 인한 용량저하 현상이 나타났다. 이의 해결을 위해 50:50 중량비율로 $LiFePO_4/LiMn_2O_4$, $LiFePO_4$/Activated carbon 및 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ 복합양극을 제조하여 모노셀 충 방전 실험을 수행한 결과, 층상구조의 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$를 사용한 전극이 안정적인 전압거동을 보였다. 또한, 2.3 V 및 $80^{\circ}C$에서 1,000시간 부하를 통한 고온 안정성 실험에서도 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ 복합양극이 상용 $LiMn_2O_4$ 양극에 비해 약 2배 가량 높은 방전용량 유지율을 보였다.

• KSBB Journal
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• 제19권2호
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• pp.93-97
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• 2004

본 연구는 환경 문제점으로 대두되고 있는 슬러지의 효과적인 저감을 위한 방법으로서 효소를 이용하여 슬러지상 유기물의 가용화율을 높여서 소화조 내에서 미생물의 소화효율을 높이기 위한 것이다. 효소에 의한 슬러지의 가수분해 효율을 높이기 위하여 소량의 오존 (0.02 g $O_3$/g SS, 0.03 g $O_3$/g SS)으로 슬러지를 처리한 후 다양한 효소로 슬러지의 가수분해를 유도함으로써 슬러지의 SCOD를 높여 유기물의 가용화를 향상 시켰다. 여러 가지 효소 중 (Protease, $\alpha$-amylase, glucosidase, lipase)에서 protease가 가장 높은 슬러지의 가수분해 효율을 나타내었다. 오존과 효소로 전처리를 실시한 경우 오존 처리만 한 슬러지에 비해 SCOD 증가량이 높게 나타났으며, 단일 효소보다는 복합 효소를 사용했을 때 유기물의 가용화에 더 효과적임을 확인할 수 있었다. 또한, 효소 전처리시, 효소의 최적온도 조건 (50-6$0^{\circ}C$)을 맞추어 주었을 경우가 상온에서 효소 전처리를 실시했던 경우에 비해 SCOD값이 1.5-2배 정도 증가하여, 더 높은 가수분해 효율을 보였다. 반면, 소화반응에 있어서는, 효소 전처리를 실시한 슬러지와 효소 전처리를 실시하지 않고 오존전처리만을 실시한 슬러지의 소화반응을 비교해 본 결과, 효소전처리를 실시한 슬러지의 SCOD 및 TCOD의 감소량이 오존처리만 실시한 슬러지에 비해 높게 나타났으며, 단일효소보다도 복합효소에서 높은 SCOD와 TCOD의 감소량을 나타내었다. 따라서, 슬러지를 효소로 전처리하는 것은 슬러지 저감에 효과적으로 작용할 수 있을 것으로 기대되며, 이러한 슬러지의 효소 전처리 방법은 다양한 다른 슬러지 처리방법과 함께 슬러지 처리효율을 향상시키기 위한 방법으로 유용하게 이용될 수 있으리라 기대된다. 건전한 환경관리를 위한 유역관리기술 개발의 방향 등을 정리하도록 한다.O와 DABA에 반응하는 자외선 조사에 따른 $^1O_2$의 생성은 taurine의 영향을 받지 않았다. GSH와 MPG는 HOCl의 변성 작용을 뚜렷하게 억제하였다. 이상의 결과로 부터 hyaluronic acid의 변성을 포함한 조직 구성성분의 산화성 손상에 있어서 taurine의 보호 작용은 산소 유리 라디칼에 대한 제거 작용과 관계없으며 HOCl과 $NH_2Cl$에 대한 제거 작용 그리고 taurine과 HOCl 또는 $NH_2Cl$의 복합체 형성에 기인할 것으로 시사된다. Taurine의 치올 기가 HOCl과 $NH_2Cl$에 의한 변성에 부분적으로 보호 작용을 나타 낼 것으로 추정된다.경(製麴72時間頃)의 활성(活性)은 보리쌀국(麴), 밀가루국(麴), 찹쌀국(麴), 고구마국(麴)의 순이었다.험 결과 오전용 사료는 관행적인 산란계 배합사료에서 Ca공급제를 제외한 것을 급여하고, 오후용 사료는 Ca공급제를 3배 첨가한 T2처리로 15:00~16:00시에 교체급여를 하면 사료섭취량 감소와 사료비 절감면에서 바람직할 것으로 사료되며, 고에너지-고단백질-저Ca의 분말사료와 저에너지-저단백질-고Ca의 펠렛사료를 혼합급여하면 산란계의 사료섭취 량과 사료비를 절감할 수 있었으며, 오전사료와 오후사료 별도급여의 번거로움을 피할 수 있는 사양체계로 기대가 되나 보다 더 많은 연구가 필요하다.ericin) which has an amino acid composition suitable for many used in cosmetics, textile finishing agents, animal feeding, etc. The degumming process using electrolytic water is available to reduce treatment