Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.4
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pp.425-430
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2012
In this study, a preconverter of an MCFC for an emergency electric power supplier is numerically simulated to increase the hydrogen production from natural gas (methane). A commercial code is used to simulate a porous catalyst with a user subroutine to model three dominant chemical reactions-steam reforming, water-gas shift, and direct steam reforming. To achieve a fuel conversion rate of 10% in the preconverter, the required external heat flux is supplied from the outer wall of the preconverter. The calculated results show that the temperature distribution and chemical reaction are extremely nonuniform near the wall of the preconverter. These phenomena can be explained by the low heat conductivity of the porous catalyst and the endothermic reforming reaction. The calculated results indicate that the use of a compact-size preconverter makes the chemical reaction more uniform and provides many advantages for catalyst maintenance.
Kim, Sang-Chai;Seo, Ho-Joon;Sunwoo, Chang-Shin;Yu, Eui-Yeon
Applied Chemistry for Engineering
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v.3
no.2
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pp.256-265
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1992
The kinetics for the oxidative coupling of methane over NaCl(30wt%)/ZnO(60wt%)/${\alpha}-Al_2O_3$ catalyst was investigated, and then the active oxygen species were discussed. The conversion rate of methane was measured at the atmospheric pressure with various combinations of partial pressure of methane and oxygen at temperature range of $650^{\circ}C{\sim}750^{\circ}C$, at conversions less than with 10%. These rate data were then used to verify the proposed Langmuir-Hinshelwood kinetic equation. The rate limiting step appeared to be the formation of the methyl radicals by the reactin of the adsorbed methane and the adsorbed oxygen, which were adsorbed on the different active sites of the catalyst. The activation energy of the methyl radical formation was estimated to be ca. 39 kcal/mol. From the kinetic studies, the oxygen species respolsible for the formation of methyl radicals was proposed to be diatomic oxygen such as $O{_2}{^{2-}}$ or $O_2{^-}$ on the surface.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.8
no.4
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pp.78-85
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2000
Leachate from acidogenic fermentation of food waste was effectively treated by the UASB reactor at $37^{\circ}C$. The efficiency of COD removal was consistently over 96% up to the loading rates of $15.8g\;COD/{\ell}{\cdot}d$. The methane production rate increased to $5.5{\ell}/{\ell}{\cdot}d$. Of all the COD removed, 92% was converted to methane and the rest presumably to biomass. At loading rates over $18.7g\;COD/{\ell}{\cdot}d$, the efficiency of COD removal decreased due to the sludge flotation and washout in the reactor, which resulted from short HRT of less than 10.6 hr. The SMA(specific methanogenic activity) analysis showed that the VFA-degrading activity of granule was the highest for butyrate, and the lowest for propionate. This result was consistent with the observation that the residual propionate concentration was the highest among the VFAs in the effluent. Typical granules were found to be mainly composed of microcolonies of Methanosaeta. Though the original seed sludge contained 64.3% of particles smaller than 1.4mm, the sludge particles had been growing during the fermentation, and at the final step of this study, 75.1% of the particles were found to be larger than 1.4 mm in the UASB reactor.
We have studied the reforming of carbon dioxide with methane over various supported nickel catalysts. The nickel supported on natural zeolite showed the highest activity and the nickel on acidic support showed higher activity and slow deactivation compared to nickel on basic support. The activity of nickel on natural zeolite increased with increasing loading ratio and showed almost constant activity above 10wt.% loading of nickel. The conversion and yield of products were affected by the mole ratio of reactants and the highest yields of CO and $H_2$ were obtained at $CH_4/CO_2=1$. The deactivation of catalyst was caused by deposition of coke which was formed by the decomposition of methane. The shape of coke was shown to be whisker tripe carbon, and it brought out the slow deactivation of catalyst.
This study was conducted to investigate the effects of grain sources on the ruminal methane production in Hanwoo steers. Six Hanwoo steers (BW = 614.4 ${\pm}$ 8.3 kg) were fed, on a DM basis (TDN 6.91 kg), 10% rice straw and 90% barley or corn based concentrate, respectively, according to Korean Feeding Standards (Hanwoo). Each period lasted 18 days including a 14-day adaptation and a 4-day measuring period. The steers were in the ventilated hood-type respiration chamber system (one cattle per chamber) during each measuring period to measure heat and methane production for 1 day. Nutrient intake and digestibility were not affected by steer fed grain sources. Methane concentration was not affected by steer fed either barley or corn-based concentrate, respectively (0.022% vs. 0.025%). Methane production was greater by steers fed corn than those fed barley (119.3 g/day vs. 139.4 g/day). This result indicated that methane emission factor by maintenance energy requirement for the late fattening Hanwoo fed corn was higher than the steers fed barley (43.6 kg/head/year) vs. corn (50.9 kg/head/year). Methane conversion rate (Ym) was 0.04 Ym and 0.05 Ym for barley and corn, respectively.
Yang, Hyeon Myeong;Cheon, A In;Kim, Min Ji;Cha, Ji Hwan;Jun, Hang Bae
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.397-397
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2022
오늘날 급격한 인구증가 및 도시화로 인해 음식물류 폐기물 발생량이 크게 증가하였으며, 음식물류 폐기물에서 발생되는 음폐수의 적절한 처리방안에 대한 관심이 증가하였다. 혐기성 소화(Anaerobic digestion; AD)는 음폐수의 바람직한 처리방법으로 알려졌지만, 긴 처리기간 및 공정 불안정 등의 문제로 개선이 필요하며, 그 중 기존 AD에 보조 반응조를 추가한 보조 미생물전기화학적 혐기성소화(Auxiliary bioelectrochemical anaerobic digestion; ABEAD)가 적절한 개선방안으로 제시되었다. 하지만 아직 20 L 이상 용량에서의 연구는 이뤄지지 않았으며, 따라서 본 연구에서는 100 L의 용량에서 ABEAD의 성능향상을 평가하고 규모증가에 따른 성능변화를 비교하였다. 반응조는 AD와 ABEAD로 구성되었다. 유효용량 100 L, 유기물부하율 4 kg/m3/d, HRT 20 days 및 중온소화(35℃) 조건으로 운전하였으며, AD는 기계적 교반, ABEAD는 기계적 교반 및 펌프를 통한 bulk 용액 순환이 이뤄졌다. ABEAD의 전극재질은 SUS304를 사용하였고, 0.4V의 전압을 공급하였다. 성능비교는 pH, 휘발성지방산(Volatile fatty acids; VFAs), 유기물제거율 및 메탄 생성량을 비교해 수행하였다. 실험결과 AD는 pH 및 VFAs가 각각 평균 7.37 및 3,880 mg/L, ABEAD는 각각 평균 7.5 및 2,870 mg/L로 VFAs의 빠른 처리를 통해 공정안전성 향상되었고, 유기물제거율 및 메탄생성량의 경우 AD는 각각 평균 65.8 % 및 85.1 L/d, ABEAD는 각각 평균 76.1 % 및 108.1 L/d로 유기물의 빠른 처리 및 메탄전환이 이루어져 비교적 큰 규모에서도 ABEAD의 성능향상이 나타남을 확인하였다. 또한 이전 소규모 연구들과 비교를 통해 규모에 따른 성능향상폭을 비교했을 때에도 큰 차이가 나지 않는 것으로 판단되며, 따라서 ABEAD는 BEAD 기술의 상용화 및 적용에 적합한 것으로 사료된다.
Seo Yutaek;Seo Dong Joo;Jeong Jin Hyeok;Yoon Wang Lai
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.
The thermal pyrolysis of chlorodifluoromethane (R22) for producting tetrafluoroethylene (TFE) has been studied using the tubular reactor designed by the authors. The reaction temperature over $600{\sim}850^{\circ}C$, residence time over 0.005~0.6 sec, and steam/R22 ratio 3 to 30 were varied through experiments to analyze the effect of these variables on the conversion of R22 and selectivity for TFE. We have provided the guidelines for the optimal operation and design for the pyrolysis reactor. With increasing the dilution ratio, not only the conversion of R22 but also the selectivity for TFE increase. The optimum range of reaction temperature was $700{\sim}750^{\circ}C$ and the residence time 0.07~0.1 sec. In the kinetic study, first order rate equation was fitted well with the experimental data. This indicates that the main reaction step is a $CF_2$ generation from R22 pyrolysis. The range of activation energy for the rate constant was obtained 44.7~48 kcal/mol.
Characteristics of hydrocarbon selective catalytic reduction of NOx using various noble metal catalysts were investigated. The best active metal is Pt, supports are $CeO_2$ and $TiO_2$ by strong interactions between active metals, and 55% of conversion rate of NOx is shown. Pd, Rh and Ag catalysts presented a conversion of less than 20% as active metals, and supports also showed the poor activity compared to $SiO_2$ and $ZrO_2$. Experiments were performed with different types of reducing agents, amount, concentration of oxygen and space velocity in order to investigate the performance of catalysts according to operating conditions. The results confirm that the methane is better than propane as a reducing agent, and as the ratio of methane/nitrogen oxide increases, the catalytic activity increased, as the concentration of oxygen increases and space velocity decreases, the performance of catalysts increased.
For a natural gas steam reforming, comparative studies of the performance in a conventional packed-bed reactor and a membrane reactor, a new conceptual reactor consisting of a reactor with series of hydrogen separation membranes, have been performed. Based on experimental kinetics reported by Xu and Froment, a process simulation model was developed with Aspen $HYSYS^{(R)}$, a commercial process simulator, and effects of various operating conditions like temperature, $H_2$ permeance, and Ar sweep gas flow rate on the performance in a membrane reactor were investigated in terms of reactant conversion and $H_2$ yield enhancement showing improved $H_2$ yield and methane conversion in a membrane reactor. In addition, a preliminary cost estimation focusing on natural gas consumption to supply heat required for the system was carried out and feasibility of possible cost savings in a membrane reactor was assessed with a cost saving of 10.94% in a membrane reactor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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