• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.264-267
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• 2005

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $10\~100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 $20 Nm^3/hr$용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 $680\~720^{\circ}C$, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) $2.7\~3.2$ 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 $89\%$ 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 $70\%$ 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 $23.4Nm^3/h$였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 $550^{\circ}C$ 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.

• 에너지공학
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• 제16권2호
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• pp.58-63
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• 2007

최근 신 고유가 시대를 맞이하여 천연가스를 이용한 합성석유 제조기술 개발의 중요성이 점차로 부각되고 있는 상황이다. GTL(Gas-to-Liquids) 공청은 현재의 고유가 상황에서 경쟁력 있는 사업 분야를 제공 할 것으로 분석되고, GTL 제품은 환경오염물질이 거의 없어 21 세기의 환경규제 강화 추세에 효과적으로 대응할 수 있는 청정연료이다. GTL 공정은 크게 천연가스의 주성분인 메탄의 리포밍 반응을 거쳐 합성가스 ($CO+H_{2}$)를 제조하는 단계, 이 합성가스로부터 FT 합성반응을 통하여 액체 합성원유를 제조하는 단계, 합성원유를 개질하는 단계 (수첨분해/수첨이성질화)로 이루어진다. 본 총설에서는 GTL 기술의 개요와 세계적인 개발 동향을 천연가스 reforming 기술과 FT 합성유 제조 기술에 중점을 두고서 소개하고자 한다.

• 청정기술
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• 제20권2호
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• pp.189-201
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• 2014

합성가스를 생산하기 위한 부분산화, 이산화탄소 리포밍, 메탄에 의한 산화$CO_2$ 리포밍 공정들은 니켈 하이드로탈사이트($Ni_{0.5}Ca_{2.5}Al$) 촉매를 이용하여 수행되었고 안정한 이중층 구조를 형성시키기 위한 금속지지체(Mg, Ca)의 영향에 대해서도 다양한 연구가 진행되었다. 지지체전구물질(Mg, Ca)에 따라 메탄 리포밍의 안정성은 활성니켈이온과 지지체금속이온 사이의 결합강도차이에 의해 영향을 받는다. Ni-Mg-Al 구성체는 가장 안정한 하이드로탈사이트 이중층 구조이지만 Ni-Ca-Al 구성체는 그렇지 않다. 이산화탄소 리포밍 장기테스트에서 Ni-Mg-Al 촉매는 약 100시간 동안 80%의 효율을 유지하면서 탁월한 안정성을 보였지만 Ni-Ca-Al 촉매는 반응초기에 불활성화됨을 확인할 수 있었다. 활성금속 Ni과 지지체 Mg-Al 사이의 결합강도를 확인하기 위해 승온 환원(temperature-programmed reduction, TPR) 분석을 시행하였다. 이를 통해 Ni-Mg-Al 촉매가 Ni-Ca-Al 촉매보다 Ni의 환원온도가 더 높음을 확인할 수 있었다. $Ni_{0.5}Ca_{2.5}Al$ 촉매는 가장 높은 초기반응성을 보였지만 코크형성으로 인해 반응성이 빠르게 감소하였다. 결론적으로 $Ni_{0.5}Ca_{2.5}Al$ 촉매가 코크형성에 대한 강한 저항성을 갖고 있기 때문에 다른 촉매들보다 높은 반응성과 안정성을 갖는 것으로 보여진다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.74.2-74.2
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• 2011

A simulation study on synthesis gas process in GTL process was carried out in order to find optimum operation conditions for GTL (gas-to-liquid) pilot plant design. Optimum operating conditions for synthesis gas process were determined by changing reaction variables such as feed temperature and pressure. During the simulation, overall synthesis process was assumed to proceed under steady-state conditions. It was also assumed that physical properties of reaction medium were governed by RKS (Redlich-Kwong-Soave) equation. The effect of temperature and pressure on synthesis gas process $H_2$/CO ratio were mainly examined. Simulation results were also compared to experimental results to confirm the reliability of simulation model. Simulation results were reasonably well matched with experimental results.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.136.2-136.2
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• 2011

A dynamic simulation study on SCR process in GTL process was carried out in order to find optimum operation conditions for pilot plant operation. Optimum operating conditions for SCR synthesis gas process were determined by changing operation variables such as feed temperature and pressure. It was also assumed that physical properties of reaction medium were governed by RKS (Redlich-Kwong-Soave) equation. The effect of temperature and pressure on synthesis gas process $H_2$/CO ratio were mainly examined. Dynamic simulation results were fed back to feed operation condition for optimizing productivity, especially for appropriate condition to FT (Fischer-Tropsch) synthesis unit.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.888-888
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• 2009

A simulation study on SCR (Steam Carbon dioxide Reforming) process in gas-to-liquid (natural gas to Fischer-Tropsch synthetic fuel) process was carried out in order to find optimum reaction conditions for GTL (gas-to-liquid) process reaction. Optimum SCR operating conditions for synthesis gas to FT (Fischer-Tropsch) process were determined by changing reaction variables such as feed temperature and pressure. During the simulation, overall synthesis process was assumed to proceed under steady-state conditions. It was also assumed that physical properties of reaction medium were governed by RKS (Redlich-Kwong-Soave) equation. SCR process was considered as reaction models for synthesis gas in GTL proess. The effect of temperature and pressure on SCR process $H_2$/CO ratio and the effect of reaction pressure on SCR reaction were mainly examined. Simulation results were also compared to experimental results to confirm the reliability of simulation model. Simulation results were reasonably well matched with experimental results.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.731-734
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• 2009

KIER has been developed a compact and highly efficient fuel processor which is one of the key component of the residential PEM fuel cells system. The fuel processor uses methane steam reforming to convert natural gas to a mixture of water, hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and unreacted methane. Then carbon monoxide is converted to carbon dioxide in water-gas-shift reactor and preferential oxidation reactor. A start-up time of the fuel processor is about 1h and CO concentration among the final product is maintained less than 5 vol. ppm. To achieve high thermal efficiency of 80% on a LHV basis, an optimal thermal network was designed. Internal heat exchange of the fuel processor is so efficient that the temperature of the reformed gas and the flue gas at the exit of the fuel processor remains less than $100^{\circ}C$. A compact design considering a mixing and distribution of the feed was applied to reduce the reactor volume. The current volume of the fuel processor is 17L with insulation.

• 동력기계공학회지
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• 제12권1호
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• pp.20-27
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• 2008

수소 추출과 리포밍 과정, 연료 전지, 저장소로 구성된 수소 연료에 대한 연구는 세계적으로 번영하고 있는 중이다. 그러나 한국의 수소 스테이션에 대한 연구는 아직도 개발이 미미한 수준이다. 그리고 역시 수소 스테이션의 가장 중요한 부분인 수소 압축기에 대한 연구도 미흡하다. 수소압축기에서 가장 중요한 부분 중에 하나는 스너버인데 이것의 기능은 수소가스의 맥동압을 줄이고 불순물을 제거한다. 스너버 내부에는 버퍼라고 불리는 기울어진 판이 설치되어 맥동압을 줄이고 불순물을 제거하는 역할을 담당한다. 스너버 내부의 압력 손실과 맥동압이 최소가 될 때 스너버는 적절한 성능을 가졌다고 평가된다. 그러므로 이 연구의 목적은 수치해석을 통하여 스너버의 최적의 기하학적 크기와 버퍼의 각도에 따른 최적의 스너버를 찾는 것이다. 수치해석의 결과에서 다양한 버퍼각도에 따른 스너버의 독특한 특성을 볼 수 있다. 결과적으로 버퍼의 각도가 $35^{\circ}$일때 최소의 압력손실율이 발생했고, 버퍼의 각도가 $10^{\circ}$일 때 최소의 맥동압이 발생하였다.

• 시스템엔지니어링학술지
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• 제11권1호
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• pp.81-93
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• 2015

Steam Reforming H2 Generation (SRH2G) System is a chemical process to produce hydrogen through steam reforming of hydrocarbon. Largely speaking, there are two types of materials for the SRH2G: 1) Oil and coal, and 2)Natural Gas such as shale gas. From the perspective of cost, quality (purity), and environmental burden (pollution), the latter is much more desirable than the former. For this reason, research on SRH2G using natural gas is actively carried out, and implemented and operated in the various industry. In this paper, we develop a natural gas based SRH2G system via systems engineering approach. Specifically, we first derived stakeholder requirements, followed by systems requirements and finally system architecture via a tailored SE process for plant (called Plant Systems Engineering (PSE) process) based on ISO/IEC 15288. The developed method was applied to iron and steel plant as a case study. Through the case study, by the SE approach, we were convinced that a successful system satisfying stakeholders' requirements within the given constraints can be developed, verified and validated.