• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.27 no.5
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• pp.517-525
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• 2016

The present work investigates the effect of $K_2CO_3$ catalyst on steam gasification of Kideco coal and the deactivation of the catalyst due to thermal exposure and interaction with coal ash. The gasification reactivity at $700^{\circ}C$ is highly enhanced by $K_2CO_3$, which is not deactivated by the heat treatment at $T{\leq}800^{\circ}C$. TGA and XRD results prove minor decomposition of $K_2CO_3$ after the calcination at $800^{\circ}C$. $K_2CO_3$ is, however, evaporated at the higher temperature. Assuming the conversion of $K_2CO_3$ into $K_2O$ by the decomposition and into $K_2O{\cdot}2.5SiO_2$ and $KAlO_2$ by the interaction with coal ash, the reactivity of the gasification is evaluated in the presence of $K_2O$, $K_2O{\cdot}2.5SiO_2$ and $KAlO_2$. Among them, $K_2O$ is the most active, but much lower in the activity than $K_2CO_3$. XRD results show that $K_2CO_3$ could react readily with the ash above $700^{\circ}C$.

• Clean Technology
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• v.20 no.3
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• pp.212-217
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• 2014

In order to regenerate the sulfidated desulfurization sorbent, oxygen is used as the oxidant agent on the regeneration process. The small amount of oxygen un-reacted in regeneration process is flowed into direct sulfur recovery process. However, the reactivity for $SO_2$ reduction can be deteriorated with the un-reacted oxygen by various reasons. In this study, the deactivation effects of un-reacted oxygen contained in the off-gas of regeneration process flowed into direct sulfur recovery process of hot gas desulfurization system were investigated. Sn-Zr based catalysts were used as the catalyst for $SO_2$ reduction. The contents of $SO_2$ and $O_2$ contained in the regenerator off-gas used as the reactants were fixed to 5.0 vol% and 4.0 vol%, respectively. The catalytic activity tests with a Sn-Zr based catalyst were for $SO_2$ reduction performed at $300-450^{\circ}C$ and 1-20 atm. The un-reacted oxygen oxidized the elemental sulfur produced by $SO_2$ catalytic reduction and the conversion of $SO_2$ was reduced due to the production of $SO_2$. However, the temperature for the oxidation of elemental sulfur increased with increasing pressure in the catalytic reactor. Therefore, it was concluded that the decrease of reactivity at high pressure is occurred by catalytic deactivation, which is the re-oxidation of lattice oxygen vacancy in Sn-Zr based catalyst with the un-reacted oxygen on the catalysis by redox mechanism. Meanwhile the un-reacted oxygen oxidized CO supplied as the reducing agent and the temperature in the catalyst packed bed also increased due to the combustion of CO. It was concluded that the rapidly increasing temperature in the packed bed can induce the catalytic deactivation such as the sintering of active components.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.91.1-91.1
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• 2011

고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell이하 SOFC)는 연료가 갖는 화학에너지를 연소과정 없이, 공기와 H2, CO, CH4와 같은 환원성 가스를 공급받아 $600{\sim}1000^{\circ}C$에서 전기화학적 반응을 통하여 직접 전기를 얻는 방식이다. SOFC는 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 고체산화물이 연료와 공기가 반응하여 전기와 열을 동시에 생산하기 때문에 carnot cycle의 제한을 받지 않아 발전효율이 40% 이상으로 고효율이고, NOx 및 SOx를 배출하지 않아 무공해이며, moving parts가 없어 소음이 나지 않고, 건설과 증설이 지역이나 기후 조건에 제약 없이 용이하고, 다양한 용량이 가능하며, 고가의 백금 촉매를 사용하지 않으며, 수소, 석탄가스, 천연가스 등의 연료를 사용할 수 있는 장점이 있음, 또한 다향한 형태로 제작할 수 있으며 전해질이 고체에서 전해질 손실 및 보충에 문제가 없고 타 연료전지에 비해 개질기가 필요 없어 발전시스템이 간단하고 경량화가 가능하다. 전사법은 paste를 제작하여 전사용지에 Screen printing하여 건조 후 coating하는 방법으로 기존의 여러 coating 방법보다 제작이 용이하고 소재의 크기, 두께조절이 간편하며, 구성층의 표면조도나 굴곡에 대응이 용이한 방법이다. 본 실험에서는 paste 제조, 전사법을 이용하여 Anode, AFL, Electrolyte, CFL, Cathode전사지를 제작하고 이를 세라믹 평관형 지지체에 변수로 두께 조건별 Coating 한 후 $1400^{\circ}C$ 소결을 진행하여 SEM 분석으로 미세구조 관찰, 출력특성 및 Impedance을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.130.2-130.2
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• 2010

2020년까지 대형 CCS (Carbon Capture and Storage) Demo Plant 시장 (100MW 이상) 이 형성될 전망이다. 발전 부문에서 대규모 CCS 실증 프로젝트는 총 44개이며 연소전(41%), 연소후(28%), 순산소(3%) 프로젝트가 계획되어 있다. 순산소 연소 기술은 실증진입단계, 연소후(USC) 기술은 상용화 추진단계, 연소전 (IGCC) 기술은 실증완료 이후 상용화 진입 단계이다. IGCC 발전의 석탄가스화 기술은 타 산업분야에 서 상용화 되어있어 기술신뢰성이 높다. IGCC 단위설비 기술 개발을 통한 성능개선 및 비용절감에 대한 잠재력을 가지고 있기 때문에 미래의 석탄발전기술로 고려되고 있다. IGCC 기술은 가장 상용화에 앞서있지만 아직까지 IGCC+CCS 대형 설비가 운전된 사례가 전 세계적으로 없으며 미국 EPRI 등에서 Feasibility Study 단계이다. 현재 국책과제로 수행중인 300MW급 태안 IGCC 플랜트를 대상으로 향후 CCS 설비를 적용했을 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 IGCC+CCS 모델링을 수행하였다. 모델링은 스크러버 후단의 합성 가스를 대상으로 하였다. Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정 및 Selexol 공정을 구성하여 최종 단에서 수소 연료를 생산할 수 있도록 하였다. WGSR 공정은 Co/Mo 촉매반응기로 구성되었다. WGSR 모델링을 통하여 주입되는 스팀량 (1~2 mol-steam/mol-CO) 및 온도 변화 ($220-550^{\circ}C$)에 따른 CO가스의 전환율을 분석하여 경제적인 설계조건을 선정하였다. Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum으로 구성된다. Selexol 공정의 $CO_2$와 $H_2S$ 선택도를 분석 하였으며 단위 설비별 설계 조건을 예측하였다. 모델링 결과 59kg/s의 합성가스($137^{\circ}C$, 41bar, 가스 조성은 $CO_2$ 1.2%, CO 57.2%, $H_2$ 23.2%, $H_2S$ 0.02%)가 WGSR Process를 통해 98% CO가 $CO_2$ 로 전환되었다. Selexol 공정을 통해 $H_2S$ 제거율은 99.9%, $CO_2$제거율은 96.4%이었고 14.9kg/s의 $H_2$(86.9%) 연료를 얻었다. 모델링 결과는 신뢰성 검증을 통해 IGCC+CCS 전체 플랜트의 성능예측과 Feasibility Study를 위한 자료로 활용될 예정이다.

• Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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• 1995.04a
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• pp.58-59
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• 1995

기체 분리용 무기분리막은 고분자막과 비교하여 열 및 구조적 안정성이 우수하므로, 석탄가스화반응 혼합기체중의 기체분리 등 고온 또는 고압공정에 적합한 분리방법으로서 주목되고 있다. 기체의 분리를 위한 무기재료막은 크게 다공성막과 비다공성막으로 나눌 수 있으며, 이 중 비기공 성막의 경우 높은 선택도를 가지나 투과도가 낮아 경제성이 떨어지는 것으로 평가되고 있다. 한편, 기존의 다공성막의 경우 투과도는 높으나 기체의 분리가 혼합기체중 각 기체의 분자량의 차이에 의존하는 Knudsen 확산에 제한되는 낮은 선택도를 갖는 단점이 있다. 따라서 다공성막의 기공을 특정기체의 선택도가 우수한 촉매물질등으로 개선하여 비기공성막에 비해 우수한 투과도를 갖고, 기공성막에 비해 향상된 선택도를 보이는 복합막의 연구가 활발히 추진되고 이\ulcorner. 본 연구는 솔젤법에 의해 제조된 팔라듐 함침 알루미나 지지막의 기공을 침투$\cdot$증착(Soaking and Vapor-deposition)법에 의해 개선하여 기체의 투과도를 높게 유지하면서 수소의 선택성을 향상시키는 것을 목적으로 하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.26 no.3
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• pp.30-50
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• 2017

Currently, exhaust gas emitted from thermal power plants and various combustion facilities that consume large amounts of fossil fuels such as coal, oil, and natural gas contains high concentrations of $CO_2$ and is a major cause of global warming. Conventionally, as a countermeasure against this problem, research and development are being carried out from various fields, and it is considered to be one of the most promising methods for separating and recovering $CO_2$ in the exhaust gas. One of the reasons for the low use of carbon dioxide is oxidized among the carbon compounds and is present in the most stable state. From the viewpoint of $CO_2$ emissions, $CO_2$ immobilization technology, which converts $CO_2$ into chemically useful compounds, is considered to be more important.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.28 no.6
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• pp.607-618
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• 2017

Harmful air pollutants are exhausted from the various industrial facilities including the coal-fired thermal power plants and these substances affects on the human health as well as the nature environment. In particular, nitrogen oxides ($NO_x$) and sulfur dioxide ($SO_2$) are known to be causative substances to form fine particles ($PM_{2.5}$), which are also deleterious to human health. The integrated system composed of selective catalytic reduction (SCR) and wet flue gas desulfurization (WFGD) have been widely applied in order to control $NO_x$ and $SO_2$ emissions, resulting in high investment and operational costs, maintenance problems, and technical limitations. Recently, new technologies for the simultaneous removal of $NO_x$ and $SO_2$ from the flue gas, such as absorption, advanced oxidation processes (AOPs), non-thermal plasma (NTP), and electron beam (EB), are investigated in order to replace current integrated systems. The proposed technologies are based on the oxidation of $NO_x$ and $SO_2$ to $HNO_3$ and $H_2SO_4$ by using strong aqueous oxidants or oxidative radicals, the absorption of $HNO_3$ and $H_2SO_4$ into water at the gas-liquid interface, and the neutralization with additive reagents. In this paper, we summarize the technical improvements of each simultaneous abatement processes and the future prospect of technologies for demonstrating large-scaled applications.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.18 no.2
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• pp.155-161
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• 2007

In this study, the reactivity of a $SnO_2-ZrO_2$(Sn/Zr = 2/1) catalyst for $SO_2$ reduction by CO was investigated in order to optimize the various reaction conditions such as temperature, gas hourly space velocity (GHSV), and [CO]/[$SO_2$] molar ratio. The reaction temperature in the range of $300{\sim}550^{\circ}C$, space velocity in the range of $5000{\sim}30000cm^3/[g_{-cat}{\cdot}h]$ and [CO]/[$SO_2$] molar ratio in the range of 1.0~4.0 were employed. The optimum temperature, GHSV, and [CO]/[$SO_2$] molar ratio were determined to be $325^{\circ}C$, $10000cm^3/[g_{-cat}{\cdot}h]$, and 2.0, respectively; under these conditions, $SO_2$ conversion was over 99% and sulfur selectivity was over 95%. In addition, the effect of $H_2O$ content on the $SO_2$ reduction by CO was also investigated. As the $H_2O$ content increased from 2 vol% up to 6 vol%, the reactivity and sulfur selectivity decreased. In case of 2 vol% $H_2O$ content, the reaction temperature and [CO]/[$SO_2$] molar ratio were varied in the range of $300{\sim}400^{\circ}C$ and 1.0~3.0. The optimum temperature and [CO]/[$SO_2$] molar ratio were $340^{\circ}C$ and 2.0, respectively under which $SO_2$ conversion and sulfur selectivity were about 90% and 87%, respectively.