• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.277-285
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• 2001

본 논문은 연료전지 자동차용 10kWe급 정제일체형 메탄올개질기에 대한 연구결과이다. 이 개질기에서는 메탄올이 수증기와 반응하켜 수소를 포함한 혼합가스로 개질되고, 그 혼합가스는 다시 Palladium 합금막을 통하여 순수한 수소로 분리된다. 정제되고 남은 폐 가스중 가연성분들은 wire-mesh 형태의 연소촉매상에서 연소되어 개질반응에 필요한 열을 직접 공급함으로써 높은 메탄올 전환율, 고품질의 수소생산, 그리고 높은 시스템 열효율을 가능하게 한다. 동시에 이러한 개질, 분리 및 연소반응이 하나의 반응기에서 일어나 전체 시스템이 소형화될 수 있으며 운전이 용이한 장점도 있다. 본 연구팀에서 개발한 10kWe급 시스템은 운전연구를 통하여 수소생산량은 $8.2Nm^3/hr$ (10kWe급), 수소순도 99.999% 이상, CO 농도 5 ppm 미만, 총합열효율 81%, 초기기동 소요시간 20분, 부하변동웅답 1 분 이내를 달성했으며, 장처의 크기와 무게는 각각 16 L, 25 kg 이다.

• 한국가스학회지
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• 제13권4호
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• pp.8-14
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• 2009

하이브리드 촉매를 이용하여 합성가스로부터 디메틸에테르(DME)를 1단계 공정으로 합성하였다. 하이브리드 촉매는 메탄올 합성반응을 위하여 Cu-ZnO-$Al_2O_3$, 메탄올 탈수반응을 위하여 aluminum phosphate 혹은 $H_3PO_4$-modified $\gamma$-alumina로 구성되었다. 제조한 촉매들은 XRD, BET, SEM, FT-IR, $NH_3$-TPD를 이용하여 특성분석을 하였다. XRD 분석을 통해 aluminum phosphate가 잘 합성되었음을 알 수 있었다. BET 분석을 통해 aluminum phosphate의 비표면적이 P/Al의 비에 따라서 달라짐을 확인할 수 있었다. 반응실험 결과 메탄올 탈수 촉매로 사용된 aluminum phosphate의 P/Al의 비가 1.2인 하이브리드 촉매에서 55%의 CO 전환율과 70%의 DME 선택도를 보여 주었다. $\gamma$-alumina를 인산으로 처리한 경우 촉매활성 감소를 막을 수 있었다. 하지만 85%의 진한인산으로 처리한 경우에는 촉매 활성 및 DME 선택도가 낮아짐을 확인할 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제5권1호
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• pp.65-71
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• 1996

Ni-Cu를 SiO$_2$에 담지시켜 공간속도(Space Velocity; S.V), 메탄올 분압, 반응온도 및 Ni-Cu 조성비에 따른 메탄올 분해 반응의 활성을 조사하였다. S.V는 10,000~30,000h$^{-1}$, 반응온도는 150~40$0^{\circ}C$까지 변화시켰으며 Cu/(Ni＋Cu)비는 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1로 변화시켜 보았다. Ni 단일 촉매의 경우 온도가 상승하면서 전환율이 100%에 도달함에 따라 CO의 선택도가 급감소하는 반면 Ni에 Cu를 첨가함으로써 높은 선택도를 유지하였다. 반응의 주생성물로서 CO와 H$_2$가 생성되었고 $CO_2$와 CH$_4$가 부생성물로서 주로 생성되었다.

• 한국가스학회지
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• 제27권1호
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• pp.78-85
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• 2023

구리가 함침된 하이드로탈사이트 촉매의 고유 키네틱 데이터를 이용하여 메탄올 수증기 개질 반응의 고정층 반응기 Computational Fluid Dynamics(CFD) 시뮬레이션을 수행하였다. 이전 연구결과로부터 얻어진 20wt%의 구리가 함침된 하이드로탈사이트 촉매의 활성화 에너지는 97.4 kJ/mol, 전 지수 인자는 5.904 × 10¹⁰를 이용하였다. 그리고 고유의 키네틱 데이터를 사용하여 반응온도 (200-450 ℃) 및 메탄올과 물의 몰비 변화에 따른 전환율을 관찰하였다. 또한 위의 키네틱 상수를 power law 모델을 사용하여 Axial 2D Symmetry 시뮬레이션을 통해 상용반응기(I.D. 0.05 - 0.1 m, Length 1 m)의 열 및 물질유동해석을 예측하였다.

• 청정기술
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• 제18권1호
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• pp.102-110
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• 2012

본 연구에서는 동물성 오일로부터 바이오디젤 생산을 위한 에스테르화 반응과 전이에스테르화 반응을 실시하였다. 원료 초기 상태인 동물성 비계로부터 오일을 추출하기 위해 3개의 추출법을 적용하였다. 에스테르화 반응은 불균질계 촉매인 Amberlyst-15와 Amberlyst BD-20 그리고 균질계 촉매인 황산이 사용되었다. 3가지 촉매 중 유리지방산 제거 효율이 가장 높은 촉매는 황산으로 나타났으며 에스테르화 반응에 대한 황산과 메탄올의 최적 투입량 결정을 위해 반응표면분석법(Response Surface Method, RSM)을 적용하였다. 에스테르화 최적 조건 도출 후 유리지방산이 제거된 오일을 이용해 전이에스테르화 반응을 진행하였다. 전이에스테르화 반응 원료의 유리지방산 함량은 1% 이하이며 수분함량은 0.090% 이하였다. 촉매는 KOH, NaOH, $NaOCH_3$를 이용하였으며 무수메탄올에 녹여 사용하였다. 촉매 종류 및 투입량에 따른 영향을 관찰하기 위해 촉매 투입량을 0.3, 0.6, 0.9 wt%로 사용하였고 메탄올은 26.7 wt%로 고정하였다. 알코올 투입량에 따른 영향 실험은 투입량을 오일대비 4 : 1, 6 : 1, 9 : 1, 12 : 1로 변경하여 실시하였으며 촉매양은 0.8 wt%로 고정하였다. 촉매와 알코올 외 반응변수는 모두 동일하게 적용하였다. 반응온도는 메탄올의 끓는점인 $65^{\circ}C$로 설정하였고 내부 온도계를 설치해 반응물의 온도를 측정하였다. 촉매 투입량 변경실험 후 KOH의 FAME 전환율이 높은 것을 확인하였다. 메탄올 투입량 변경실험은 오일대비 6 : 1 이상 사용했을 때 전환율이 높았다. 촉매, 메탄올 변경 실험 중 가장 높은 FAME 함량은 96.0%였으며 품질규격인 96.5%에는 미달하였다. FAME 함량증가 및 불순물 제거를 위해 바이오디젤 증류를 실시하였다. 이때 FAME 함량은 98%로 나타났다.

• 한국재료학회지
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• 제9권2호
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• pp.117-123
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• 1999

삼차원적 골격구조를 가지며 세공의 크기와 산성도가 유사한 SAPO-44, SAPO-34(CHA type), SAPO-17(ERI type), 그리고 1차원적 고격구조를 가진 ZSM-23(MTT type) 촉매재료를 합성하고, 메탄올 전환방응에 있어서의 촉매적 성능을 비교 검토하였다. 이들의 산성도 세기는 SAPO-44>SAPO-34>SAPO-17>ZSM-23 순으로 나타났다. 메탄올 전환반응을 비교한 결과, 삼차원적 골격구조를 가지고 있는 SAPO-34와 SAPO-44에서 높은 에티렌 선택성이 얻어졌으며, 특히 Ni을 골격내에 도입시켰을 때 그 선택율은 더욱 증가하였다. 반면에 1차원적 골격구조를 가지고 있는 ZSM-23에서는 입체적 형상선택성의 감소로 올레핀보다는 파라핀의 선택율이 우세하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.380-389
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• 2020

포화지방산 함량이 높은 우지와 불포화지방산 함량이 높은 식물성 유지인 해바라기유를 혼합한 혼합오일의 바이오디젤 전환특성을 규명하고 연료특성을 분석하였다. 다변량분산분석을 이용하여 도출한 기여율로 각 실험변수 (메탄올/유지 몰비, 오일혼합비) 가 바이오디젤 전환에 미치는 영향을 규명하였다. 또한, 바이오디젤의 고점도 문제를 해결하기 위해 가열과 초음파 조사의 방법을 적용하여 동점도 감소효과를 검증하였다. 연료별 온도 도와 동점도간의 상관관계식을 통해 동점도 감소를 위한 연료별 최적 온도를 도출하였다. 그 결과, 바이오디젤 전환율은 오일 혼합비 TASU7, 메탄올/유지 몰비 10에서 가장 우수한 것으로 나타났고 지방산 조성에 따라 연료특성에 차이가 있었다. 또한, 우지, 해바라기유 오일 혼합 바이오디젤의 연료특성 분석 결과 바이오디젤의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다. 바이오디젤의 고점도를 해결하기 위한 동점도 실험 결과 가열 방법의 동점도 감소 효과가 초음파 조사 방법에 비해 우수한 것으로 나타나 간단한 가열장치로 바이오디젤의 고점도를 해결할 수 있음을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제16권2호
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• pp.243-249
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• 2005

회분식/순환식증류 반응시스템에서 Amberlyst 이온교환수지와 황산의 첨가에 따른 젓산의 에스테르화 반응을 고찰하였다. 회분식증류 반응시스템에서는(n-butanol/lactic acid = 4, $100^{\circ}C$) 물의 함유량이 적을수록, n-butanol/lactic acid의 몰비가 증가할수록 에스테르화 전환율이 높게 나타났다. 알코올의 종류에 따른 에스테르화 전환율을 비교 해본 결과 단순한 구조의 메탄올과 치환반응성이 뛰어난 tert-부탄올이 에탄올, n-부탄올, iso-부탄올에 비해 치환 반응에 의한 에스테르화 전환율이 높은 것으로 나타났다. 지속적으로 물을 제거하는 순환식증류 반응 시스템에서는 (n-butanol/ammonium lactate = 4, $115^{\circ}C$) Amberyst-15 고체산 촉매를 사용한 경우가 황산촉매를 사용한 경우보다 에스테르반응 전환율이 높게 나타났다. 고체산 촉매를 반응초기에 투입한 경우에는 에스테르 반응이 지속적으로 진행되었으나 황산촉매의 경우에는 초기단계의 반응속도에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이는 반응 초기에 투입한 황산이 ammonium lactate간의 반응을 통해 ammonium sulfate를 생성하는 중화반응에 우선적으로 참여하기 때문인 것으로 사료된다.

• 청정기술
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• 제26권4호
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• pp.329-335
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• 2020

재생에너지로부터 수전해를 통하여 생산된 수소와 포집된 CO2를 활용하여 메탄올을 합성하는 power-to-methanol 기술이 재생에너지를 대용량으로 저장하는 방안으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 메탄올을 수소 및 전력 생산에 활용함에 있어 더욱 효율적인 방법으로 연료전지 내부에서 메탄올 수증기개질 반응이 일어나는 내부개질형 용융탄산염 연료전지에 대해 성능 분석을 실시하였다. 용융탄산염 연료전지의 연료극으로 사용되는 다공성 Ni-10 wt%Cr을 촉매로 메탄올 수증기개질 반응을 수행한 결과 연료전지 운전 조건에서 연료극은 메탄올 수증기개질 반응에 충분한 활성을 나타내었다. 메탄올 수용액을 직접 용융탄산염 연료전지의 연료극으로 공급한 결과 연료전지의 성능은 외부 개질기를 통하여 생산된 개질가스를 공급하는 경우에 비해 다소 성능이 낮게 나타났으며, 메탄올 공급유량이 비교적 낮은 경우 고 전류밀도에서 불안정한 성능을 나타내었다. 연료극으로부터 생성된 가스를 재순환시킴으로써 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있었으며, 메탄올 전환율도 90% 이상 얻을 수 있었다. 물질수지를 통하여 연료극에서 일어나는 반응을 분석한 결과 전류밀도 및 가스 재순환 유량이 증가함에 따라 메탄올 수증기개질 반응속도가 증가함을 확인하였다. 이상의 결과로부터 별도의 촉매층을 설치할 필요 없이 연료극 만으로도 용융탄산염 연료전지 내에서 메탄올 수증기개질 반응이 가능하며, 메탄올 내부개질형 용융탄산염 연료전지를 통하여 전력과 합성가스를 동시에 생산할 수 있음을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.589-593
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• 2007

재생 가능한 자원인 동식물성 기름을 원료로 제조되는 수송용 연료 바이오디젤은 낮은 대기오염물질 배출과 $CO_2$ Neutral 특성으로 환경친화적인 연료로 인정을 받으며 전세계적으로 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 대부분의 상용화 공정은 염기촉매를 이용한 전이에스테르화 반응에 근거하고 있으며 높은 생산성을 위해 연속 공정을 채택하고 있다. 원료유 중의 유리지방산(free fatty acid, FFA)은 염기 촉매와 반응하여 지방산염(Soap)과 수분을 생성하며 반응촉매의 투입양을 증가시카고 반응 후에 글리세롤과 지방산 메틸에스테르와의 분리를 어렵게 만든다. 높은 수율과 후속공정의 부하를 줄이기 위해서는 식물성 원료유 중의 FFA는 고체 산촉매 하에서 메탄올과 에스테르화 반응시켜 전환 제거되어야 한다. 본 연구에서는 고체산 촉매인 Amberlyst-15을 충전한 4단 PBR(Packed Bed Reactor, 충전율 60%(v/v))에서 반응시간과 반응온도에 따른 대두원유의 전처리 효율을 조사하였으며 최적 전처리 조건을 도출하였다. 최적 전처리 조건에서 대두원유는 초기 산가 1.6에서 0.4-0.6으로 연속 전처리할 수 있었다. 본 연구에서는 연속 흐름 반응기인 PFR(Plug Flow Reactor)와 4단 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)에서 균질계 촉매인 KOH 존재하에 대두유와 메탄올과의 전이에스테르화 반응 특성을 조사하였으며 각 연속 반응시스템에서 최적 운전 조건을 도출하였다. PFR 반응기에서 반응온도, 반응시간, 반응물 흐름방향, static mixer(SM) 개수에 따른 반응특성을 조사한 결과, PFR에서의 최적 반응조건은 하향류 흐름 방향과 3개의 SM를 설치한 조건에서 반응시간 5.8분, 반응온도 90$^{\cdot}C$, 메탄올:오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%로 도출되었다. CSTR 반응기에서는 반응온도와 체류시간에 따른 반응특성을 조사하였으며 최적반응 조건으로 반응온도 80$^{\cdot}C$, 메탄올/오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%, 체류시간 18.4분, 교반속도 250rpm로 조사되었다.