• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.27 no.1
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• pp.75-81
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• 2007

Steam reforming of methane using Xe-arc solar simulator was studied for the application of concentrated solar energy into chemical reaction. The reactor, a volumetric absorber, consisted of a porous ceramic foam disk coated with commercial reforming catalyst. Operating temperature was in the range of $450\;-\;550^{\circ}C$ and the excess steam ratio to methane was from 3.0 to 5.0. At the steady-state condition, the conversion of methane Increased with temperature in the range of 15 % - 30 % and the experimentally determined conversion was found to be close to theoretical equilibrium conversion. It was also found that the CO selectivity slightly decreased with excess steam ratio. Finally, the conversion of methane decreased significantly with space velocity of reactants.

• New & Renewable Energy
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• v.19 no.2
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• pp.1-12
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• 2023

In this study, an efficient one-dimensional model was developed for predicting microchannel steam/methane reformers with thin washcoat catalyst layers with a focus on low-pressure reforming conditions suitable for distributed hydrogen production systems for fuel cell applications. The governing equations for steam/methane mixture gas flowing through the microchannel reformer were derived considering the species conservation with reforming reactions and energy conservation with external convective heat supply. The reaction rates for the developed model were simply determined through the catalyst effectiveness factor correlations instead of performing complicated calculations for the steam/methane reforming process occurring inside the washcoat catalyst layers. The accuracy of the developed was verified by comparing the results obtained herein with those obtained by the detailed computational fluid dynamics calculation for the same microchannel reformer.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.33 no.6
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• pp.749-760
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• 2022

An efficient computational fluid dynamics model was proposed for simulating microchannel-type steam/methane reformers with thin washcoat catalyst layers. In this model, by using the effectiveness factor correlations, the overall reaction rate that occurs in the washcoat catalyst layer could be accurately estimated without performing the detailed calculation of heat transfer, mass transfer, and reforming reactions therein. The accuracy of the proposed model was validated by solving a microchannel-type reformer, once by fully considering the complex steam/methane reforming (SMR) process inside the washcoat layer and again by simplifying the SMR calculation using the effectiveness factor correlations. Finally, parametric studies were conducted to investigate the effects of operating conditions on the SMR performance.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.5
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• pp.908-912
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• 2012

Lauan sawdust was gasified by steam reforming for hydrogen production from biomass waste. The fixed bed gasification reactor with 1m height and 10.2 cm diameter was utilized for the analysis of temperature and catalysts effect. Steam was injected to the gasification reactor for the steam reforming effect. Lauan sawdust was mixed with potassium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate + potassium carbonate and magnesium carbonate + calcium carbonate catalysts of constant mass fraction of 8:2 which was injected to the fixed gasification equipment. The compositions of production gas of gasification reaction were analyzed at the temperature range from $400^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$. Fractions of hydrogen, methane and carbon monoxide gas in the production gas increased when catalysts were used. Fractions of hydrogen, methane and carbon monoxide gas were increased with increasing temperature. The highest hydrogen yield was obtained with sodium carbonate catalyst.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.256-259
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• 2005

본 연구에서는 기존 니켈 활성성분만의 알루미나담지 촉매에 비해 고온에서의 수소를 사용한 환원 전처리 과정을 거치지 않고도 높은 반응활성을 나타내며, 반응 중 탄소침적에 대한 촉매 저항성에서도 우수한 결과를 나타낸 루테늄-니켈 촉매에 대해보고 하고자 한다. 메탄 수증기 개질 반응을 통해, 루테늄을 최종적으로 담지한 알루미나 담지니켈계 촉매는 별도의 전처리과정 없이 $650^{\circ}C$에서부터 높은 반응성을 보였으며, 루테늄과 니켈을 동시에 담지한 경우보다 더 우수한 활성을 나타내었다. Ru의 담지량을 달리한 실험에서는$RU(0.5)/Ni(20)/Al_2O_3$ 촉매가 가장 높은 활성을 보였다. $H_2-TPR$ 분석 결과, $Ru(0.5)/Ni(20)/A1_2O_3$촉매의 경우 세 가지 환원 피크가 나타났으며, $Ni(20)/A1_2O_3$촉매와 비교해 볼 때, 저온(<$130^{\circ}C)$에서 환원가능한 $RUO_2$의 존재를 확인할 수 있었다. 담지된 RU은 분산도가 높아, XRD분석 결과에서 Ru이나 $RuO_2$의 특성 피크가 존재하지 않았다. 또한 $650^{\circ}C$에서 10시간 개질반응 후 얻어진 촉매에 대해 $O_2-TGA$를 분석한 결과, $Ni(20)/Al_2O_3$촉매는 $-7.2wt\%$ 정도의 큰 무게 감소를 보였으며, 이는 촉매 표면에 생성된 carbon tube에 의한 것임을 SEM 분석을 통해 알 수 있었다 이에 반해, $Ru(0.5)/Ni(20)/Al_2O_$ 촉매는 $O_2-TGA$시 $0.3wt\%$ 정도 무게 증가에 그쳤으며, SEM 분석상 carbon tube의 생성이 크게 억제되었음을 알 수 있었다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.10 no.2
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• pp.190-195
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• 1999

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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.53-56
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• 2007

미량의 Ru을 증진제로 첨가하여 니켈 촉매의 반응 활성을 증진시킴으로써, 저온 환원성과 장시간 반응에 대한 안정성을 확보하고자 하였다. Ni의 담지량은 12 wt%로 고정하였으며 이에 Ru을 각각 0.1, 0.3, 0.5 wt%로 변화시켜 2차 담지하였다. 메탄의 수증기/이산화탄소 복합 개질 반응에 있어 니켈 촉매에 Ru을 2차 담지 한 촉매는 800 $^{\circ}C$, GHSV(gas hourly space velocity) 265,000 $h^{-1}$ 하에서 100 %에 가까운 $CH_{4}$ 전환율을 보였으며, GHSV 1,060,000 $h^{-1}$ 일 때에도 10시간 동안 90 %의 $CH_{4}$ 전환율을 기록하였다. 또한 이 중 0.3 wt%의 Ru를 담지한 경우가 1,060,000 $h^{-1}$의 조건하에서도 95 %이상으로 가장 높은 $CH_{4}$ 전환율로 유지되었다. $H_{2}-TPR$ 분석 결과, Ni(12)/$MgAl_{2}O_{4}$ 와 비교해 볼 때 Ru(0.5)/Ni(12)/$MgAl_{2}O_{4}$와 Ru(0.3)/Ni(12)/$MgAl_{2}O_{4}$ 촉매의 경우 150 $^{\circ}C$에서 저온 환원이 가능한 $RuO_{2}$의 존재를 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.17-20
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• 2006

한국에너지기술연구원에서는 가정용 고분자연료전지 열병합 발전시스템을 위한 통합형 천연가스 연료처리 시스템을 개발해 왔다. 가정용 시스템으로서 필수적인 소형화와 고효율을 현실화하기 위해, 연료처리 시스템의 각 단위 공정 즉 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 공정 등을 이중 동 심관형 반응기에 통합하여 상호 열교환이 용이하도록 반응기를 설계하였다. 현재 시험 운전 중인 Prototype-I 연료 처리 시스템은 1kW급 고분자 연료전지 열병합 발전 시스템에 개질 가스를 공급하기 위해 설계되었으며, 기초 성능은 정격 부하 운전시 열효율 78% (HHV 기준), 메탄 전환율 91%이다. 개질 가스 내 일산화탄소 농도는 고분자 연료전지 전극의 피독을 피하기 위해 10ppm 이하로 유지되어야 하며, Prototype-I 연료 처리 시스템은 백금과 루테늄 촉매를 적용한 선택적 산화 반응기를 통해 개질 가스 내 일산화탄소 농도를 10ppm 이하로 제거하였다. 일반 가정에서는 고분자 연료전지 시스템의 부하 변동이 예상되기 때문에 연료 처리 시스템의 부하 변동 운전 특성도 살펴보았다 정격 부하에서 80%, 60%, 40%로 부하를 변동하며 운전하였고, 각 부하에서 안정한 메탄 전환율과 10ppm이하의 일산화탄소 농도를 보였다. 80%까지는 열효율이 77%로 큰 변화를 보이지 않았으며, 60%에서는 76%, 40%에서는 72%로 열효율이 감소하는 현상을 보였다 연료 처리 시스템의 일일 시동-정지 운전시 내구성을 테스트 중이다. 현재까지 50여회의 일일-시동 정지를 시도하였다 시동 후 약 세 시간가량의 정력 부하 운전을 실시한 후 부하 변동을 실시하였고, 총 운전 시간 8시간 정도 운전한 후 시스템을 정지하였다 메탄 전환율과 일산화 탄소 농도, 열효율을 모니터링 하고 있으며, 현재까지 초기 성능을 그대로 유지하고 있다. 앞으로 일일시동-정지 운전 시험을 지속하면서 초기 시동 특성 및 부하 변동에 따른 응답 특성 개선, 그리고 연료전지와의 연계 운전을 실시할 예정이다

• Journal of Energy Engineering
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• v.15 no.1 s.45
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• pp.52-59
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• 2006

This paper examined the conversion of methane to hydrogen and other higher hydrocarbons using dielectric barrier discharge with AC pulse power. Two metal electrodes of a coaxial-type plasma reactor were separated by gas gap and an alumina tube. The inner electrode was located inside the alumina tube. The alumina tube was located inside the stainless steel tube, which was used as the outer electrode. Effect of feed gas composition (methane, oxygen, argon, water and helium), flow rate, applied frequency, input volt-age on methane conversion and product distribution were studied. The major products of plasma chemical reactions were ethylene, ethane, propane, buthane, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. The increment of applied voltage and the usage of inert gas as the background (helium and argon) enhanced the selectivity of hydrocarbons and methane conversion. The addition of water in the feed stream enhanced the conversion of methane and yield of hydrogen. Higher voltage leads to higher yield of $C_2H_6,\;C_3H_8,\;C_4H_{10}$ and yield or $C_2H_2\;and\;C_2H_4$ appeared highly in lower voltage.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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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.