• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.231-234
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• 2005

수소 기반의 에너지 사회는 중소규모 분산 발전과 연료 전지 자동차에서 시작될 거라는 예측이 지배적이다. 가정용 고분자 연료전지 시스템은 상업화에 가장 가까운 소규모 분산 발전 시스템중의 하나이며, 에너지기술연구위원에서는 가정용 고분자 연료전지에 수소를 공급하기 위한 천연가스 수증기 개질시스템의 개발을 진행해 왔다. 효율 향상과 제작의 용이성, 그리고 소형화에 초점을 맞추어 개발된 prototype-I은 $2.0Nm^3/hr$의 순수 수소 생산 용량을 가지고 있으며, 수증기 개질기와 수성가스 전이 반응기 수중기 생성 장치, 그리고 반응열 공급에 필요한 버너 등을 이중 동심원관에 통합한 형태이다. 수중기 개질과 수성가스 전이 반응을 거쳐 나오는 개질 가스의 조성은 $72.3\%\;H_2,\;4.8\%\;CH_4,\;0.7\%\;CO,\;22.2\%\;CO_2$이며, 이때 S/C 비율은 2.5였다. 고분자 연료 전지 공급 시 요구되는 CO 농도가 10ppm 이하이기 때문에, 본 시스템에는 선택적 산화 반응기를 2단으로 설치하여 CO. 농도를 10ppm 이하로 낮추어주었다. 전체 시스템의 열효율은 LHV 기준으로 $68\%$. Prototype-I의 운전을 통해 설계 개선안을 도출하였으며, 이를 적용해 제작한 prototype-II가 시험 운전 중이다,. 통합된 개질 시스템에서는 각 단위 반응기사이의 열교환을 최적화하여 단위 반응들이 적정 온도 범위에서 일어나도록 유도하는 것이 중요하다. Prototype-II는 수증기 개질 반응기와 WGS 반응기, 수증기 생성 장치 사이의 열교환율을 향상시켜 농도를 $2.5\%$로 감소시키면서 CO의 농도는 $1\%$이하로 유지하였다. 이 결과를 바탕으로 얻어진 메탄 전환율은 $87\%$이고, 열효율은 LHV 기준으로 $75\%$이다. 아울러 개선점을 적용한 선택적 산화 반응기를 제작하였다. 개질 가스와 산소의 혼합을 유도하고, 반응기 온도의 제어를 통해 선택적 산화 반응의 속도와 선택성을 향상시키고자 한다. 시스템의 운전을 통해 메탄 전환율과 열효율의 개선을 진행할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1994.05a
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• pp.98-102
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• 1994

천연가스의 주성분인 순수 메탄에 대한 촉매 산화반응은 Pd촉매가 가장 양호하나 LP가스의 주성분인 프로판에 대해서는 Pt촉매가 가장 양호한 결과를 보였다. 그러나 유황 피독된 Pd촉매는 메탄에 대해 영구피독 현상을 보였고, fresh한 Pd촉매는 연료 중 미량의 유황분량에 의해 반응 개시온도가 지연되는 경향을 보였다. 이와 같은 촉매독 영향이 적은 Rh촉매버너를 개발하여 8000시간 이상 성공적인 연소 실험을 하고 있으며 C 방적의 염색 시험기에 적응 실험한 결과 기존의 적외선 전기 건조기에 비해 에너지 절감은 약30-40%를 기하였고 연료비는 70-80%의 절약효과를 얻었다.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 2004.05b
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• pp.168-171
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• 2004

이산화탄소는 메탄, 오존, 산화질소, CFC등의 온실기체 중 약 50%를 차지하는 물질로서 이산화탄소 발생의 저감과 함께 회수 기술의 개발을 통한 배출량 억제는 환경적 측면에서 대단히 중요한 것으로 간주되고 있다. 따라서 각종 산업분야에서 발생하는 다양한 성분을 가진 다성분계 배가스내에 존재하는 10%내외의 이산화탄소만을 분리정제 농축하여 메탄, 메탄올 등의 다른 화학물질의 제조의 원료, 신에너지원, 고부가가치의 신제품 등으로 전환하는 연구가 활발히 진행 중이다.(중략)

• Electrical & Electronic Materials
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• v.9 no.1
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• pp.38-43
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• 1996

A coprecipitation method was used for preparing Ca and Pt doped $SnO_2$ fine powder. Components of the powder were investigated by XPS and SIMS. Crystallite size and specific surface area were investigated by TEM, XRD, and BET analysis. $SnO_2$(Ca)/Pt based thick film devices were prepared by a screen printing technique for methane gas detection. Then sensing characteristics of the devices were investigated. As Ca and Pt added, the crystal growth of $SnO_2$ was suppressed during calcining and sintering, and the sensitivity of $SnO_2$(Ca)/Pt thick film to methane gas was enhanced. For the Pt doped $SnO_2$ fine particle, the thick film device shows sensitivity of about 83% to 2000 ppm methane gas at an operating temperature of >$400^{\circ}C$.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.21 no.6
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• pp.648-652
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• 2010

Catalytic activities of the partial oxidation of methane (POM) to hydrogen were investigated over Pd(5)/Ti-SPK and Pd(5)/Zr-SPK in a fixed bed flow reactor (FBFR) under atmosphere, and the catalysts were characterized by BET, XPS, XRD. The BET surface areas, pore volume and pore width of Horvath-Kawaze, micro pore area and volume of t-plot of Pd(5)/Ti-SPK and Pd(5)/Zr-SPK were $284m^2/g$, $0.233cm^3/g$, 3.9 nm, $30m^2/g$, $0.015cm^3/g$ and $396m^2/g$, $0.324cm^3/g$, 3.7nm, $119m^2/g$, $0.055cm^3/g$, repectively. The nitrogen adsorption isotherms were type IV with hysteresis. XPS showed that Si 2p and O 1s core electronlevels of Ti-SPK and Zr-SPK substituted Ti and Zr shifted to slightly lower binding energies than SPK. The oxidation states of Pd on the surface of catalysts were $Pd^0$ and $Pd^{+2}$. XRD patterns showed that crystal structures of fresh catalyst changed amorphous into crystal phase after reaction. The conversion and selectivity of POM to hydrogen over Pd(5)/Ti-SPK and Pd(5)/Zr-SPK were 77, 84% and 78, 72%, respectively, at 973 K, $CH_4/O_2$ = 2, GHSV = $8.4{\times}10^4mL/g_{cat}{\cdot}h$ and were kept constant even after 3 days in stream. These results confirm superior activity, thermal stability, and physicochemical properties of catalyst in POM to hydrogen.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.638-641
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• 2005

수소는 자원이 무한하고 청결한 에너지이다. 수소는 무공해 청정 대체연료로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 풍부한 자원으로부터 얻을 수 있다. 수소에너지는 물을 분해하여 얻거나 화석연료를 수증기개질 또는 부분산화 시킴으로써 얻을 수가 있다. 수소에너지는 1차 에너지를 변환시켜 얻을 수 있는 2차 에너지로서 환경에 대한 부하가 거의 없어 향후 화석연료를 대체할 수 있는 가장 가능성이 높은 에너지이며, 연료전지의 상용화를 앞두고 있어 중요성이 더욱 증대되고 있다. 수소를 생산하는 방법 중 가장 이상적인 방법으로는 물분해함으로써 수소를 제조하는 방법이 있다. 그러나 물분해에 의한 수소생산은 제조비용이 비싸 경제성이 떨어진다는 점과 수소의 대량생산에 필요한 기술확보가 여의치 않아 어렵다. 그러므로 수소를 저 비용으로 대량 생산할 수 있는 수소 제조 기술의 확보가 선행되어야 할 것이다. 현재 상용화되어 있는 수소제조방법은 거의 석유나 천연가스의 수증기 개질에 의한 수소 제조 방법이다. 그러나 이러한 방법은 유해 환경 물질인 CO나 $CO_2$를 배출하는 단점을 지니고 있다. 이러한 단점을 보완키 위한 수소 제조공정의 대안 중 하나는 탄화수소연료의 수소와 탄소로의 직접분해에 의한 수소생산이다. 이 중 원하는 생성물인 수소 외에 부산물이 카본이 동시에 얻을 수 있는 메탄분해에 의한 수소생산방법은 생산된 수소의 약 15%만 연소시킴으로서 필요한 에너지를 공급할 수 있으며, 동시에 지구온난화의 주범인 CO 또는 $CO_2$가 생성되지 않는 장점이 있다. 하지만 메탄을 분해하기 위해서는 매우 높은 에너지가 필요로 하게 된다. 이에 반해 프로판은 메탄보다 낮은 열원에서 분해할 수 있는 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 메탄보다 분해하기 쉬운 프로판을 직접 분해하여 수소를 생산하고자 하였다. 프로판 직접분해반응는 $500\sim750^{\circ}C$의 온도 범위에서 이루어 졌으며, 촉매로서는 국내에서 생산되는 상용촉매인 카본블랙을 이용하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.5 no.4
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• pp.580-587
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• 1994

The oxidative coupling of methane was studied kinetically using $Na^+(50wt%)/MgO$ catalyst at 710, 730, 750, 770 and $790^{\circ}C$ in a fixed bed flow reactor at the atmospheric pressure under differential conversion conditions. Through curve fitting, it was found that the Langmuir-Hinshelwood type mechanism was fitted to this reaction rather than Rideal-Redox type or Eley-Rideal type mechanism. Therefore, it was proposed that the $O_2{^-}$ or $O_2{^{2-}}$ species on the surface was related to the production of $CH_3{\cdot}$. The estimated activation energy of $CH_3{\cdot}$ production was about 39.3kcal/mol. Moreover, as the result of curve fitting, the stoichiometric coefficient of $O_2$ for the production of $CH_3{\cdot}$ to produce $CO_x$was approximately 1.5. Accordingly, it could be concluded that the $CH_3O_2{\cdot}*$ was prouduced through the partial oxidation of $CH_3{\cdot}$ with the surface oxygen.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.27 no.1
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• pp.58-67
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• 2023

Results of dry-run tests, cold-flow tests, and hot-firing tests performed to throttle a methane engine uni-element thrust chamber are covered in the paper. After installing flow control valves on the oxidizer and fuel supply lines of the methane engine combustion test facility, a number of dry-run tests were repeated so that the valves could reach set strokes quickly and stably. Then, cold-flow tests using liquid nitrogen and gaseous nitrogen were conducted to confirm the stable supply of the simulated propellants according to the valve control. Finally, using liquid oxygen and gaseous methane, hot-firing tests for fixed and continuous thrust control of 50% to 10% of the nominal thrust were successfully performed.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.14 no.2
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• pp.7-14
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• 2010

Synthesis gas was produced by the partial oxidation of methane. For the preparation of catalysts, Ni, known to be active in this reaction and cheap, was used as the active component and $CeO_2$, having high oxygen storage capability and high redox ability, was used as the support. The catalysts were prepared by the impregnation and urea methods. The catalyst prepared by the urea method showed about 11 times higher surface area and finer particle size than that prepared by the impregnation method. The catalysts prepared by the urea method showed higher methane conversion and synthesis gas selectivity than that prepared by the impregnation method. In this reaction, carbon deposition is a problem to be solved, so La was added to the catalyst system to reduce the carbon deposition. TGA analysis results showed that there was 2% carbon deposition with La-added catalysts and 16% with La-free catalysts. It was found that the addition of La decreases the amount of carbon deposition and prevents catalyst deactivation.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.56 no.3
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• pp.297-302
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• 2018

Bead type and hollow fiber type catalyst (HFC, Hollow Fiber type Catalyst) was prepared by $La_{0.1}Sr_{0.9}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_{3-{\delta}}$ (LSCF1928) perovskite powder catalyst which showed excellent methane complete oxidation characteristics through previous studies. The HFC have a cylindrical shape with an empty interior, and pores can be formed through Phase inversion method so the specific surface area can be remarkably improved. In the case of the bead type catalyst prepared by adding Methyl Cellulose (MC), $SrCO_3$ was produced in addition to the original catalyst composition of LSCF1928 due to the reaction of $CO_2$ emitted from MC and Sr of the catalyst. In the case of the HFC, a single phase perovskite structure was obtained without impurities. The HFC calcined at $700{\sim}900^{\circ}C$ showed pore structure of finger-sponge-finger structure, and 99.9% oxygen conversion rate was achieved through complete oxidation of methane at $475^{\circ}C$. Air gap and spinning pressure condition were changed to control the HFC pore. 2 cm air gap and 7 bar spinning pressure showed the best catalytic performance and achieved oxygen conversion rates of more than 70.65%, 93.01%, and 99.99% at $425^{\circ}C$, $450^{\circ}C$ and $475^{\circ}C$, respectively.