• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.71.2-71.2
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• 2011

300MW 급 태안 IGCC 가스화 플랜트 및 기존 발전소에 CCS 를 설치할 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 CCS 모델링을 수행하였다. CCS Case Studies 는 플랜트 운전부하에 따른 $CO_2$ 제거율, $H_2S$ 제거율, 소모동력 범위 등 플랜트 성능을 예측할 수 있다. Case Studies 결과를 활용하여 설계된 CCS 설비 용량이 운전범위에 적합한지를 판단할 수 있고 과잉 설계되었을 경우 플랜트 건설비를 절감할 수 있다. IGCC 가스화 플랜트에서 생산되는 합성가스의 $CO_2$ 분압, 목표 $CO_2$ 제거율, 경제성을 기준으로 적합한 CCS 공정을 판단한 결과 Selexol 공정이 선정되었다. Selexol 공정은 고압, 고농도의 산성가스 제거에 적합하며 다른 물리적 용매인 Rectisol 공정에 비해 건설비용이 경제적이고 화학 흡수제인 아민과 비교하여 운전 온도 범위가 넓다. CO, $H_2O$ 를 $CO_2$, $H_2$ 로 전환하는 Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정은 Co/Mo 촉매 반응기로 구성되었고 Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum 로 구성되었다. WGSR+Selexol 모델링은 Wet Scrubber 후단의 합성가스 (40.5 bar, $136{\sim}139^{\circ}C$) 를 대상으로 하였다. WGSR+Selexol 공정 운전 조건 변화 [Process Design Case(PDC), Equipment Design Case(EDC), Turndown Design Case(TDC)] 에 따른 플랜트 모델링 결과를 비교분석 하였다. 주요 분석 내용은 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 전환 효율, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거 효율, $H_2S$ 제거 효율이다. 모델링 결과 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 로의 전환율 99.1% 이상, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거율은 91.6% 이상, $H_2S$ 제거율 100%이었다. CCS 설비 설치에 따른 플랜트 성능 영향을 분석하기 위해서 CCS 설비의 Chiller, Compressor, Pump 소비동력을 계산하였다. 모델링 결과 Chiller 는 2.6~8.5 MWth, Compressor 는 3.0~9.6 MWe, Pump 는 1.4~3.0 MWe 범위 이었다. 플랜트 로드가 50%인 TDC 소모동력은 플랜트 로드가 100%인 PDC 소모동력의 절반 수준이었다. 합성가스를 WGS+Selexol 공정을 통해 수소가스로 전환시키면 가스터빈 연료가스의 Lower Heating Value (LHV) 값이 평균 11.5% 감소하였다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.34 no.4
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• pp.327-333
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• 2023

The water gas shift reaction was carried out using the commercial catalyst pellet and the simulated gases expected to occur from waste plastic gasification. In the water gas shift reaction, the high temperature shift reaction and the low temperature shift reaction were continuously performed with CO:H₂O ratio of 1:2, 1:2.5, and 1:3, and the CO conversion and H₂ increase rate were evaluated. The H₂ increase rate increased in order to CO:H₂O ratio of 1:3 > CO:H₂O ratio of 1:2.5 > CO:H₂O ratio of 1:2. The CO conversion showed a high value of more than 97% at each CO:H₂O ratio. The water gas shift reaction at a CO:H₂O ratio of 1:3 showed the highest H2 increase rate and CO conversion.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.25 no.2
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• pp.209-217
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• 2014

To enhance the performance of SEWGS system by holding the WGS catalyst in a SEWGS reactor, a spring type bed insert was developed. In this study, effects of operating variables such as steam/CO ratio, gas velocity, syngas concentration on CO conversion were investigated in a fluidized bed reactor using the spring type bed insert to hold the WGS catalyst as tablet shape. CO conversion increased initially as the steam/CO ratio increased. But further increment of the steam/CO ratio caused decreasing of CO conversion because of increment of gas velocity and decrement of syngas concentration. Moreover, CO conversion decreased as the gas velocity increased and the syngas concentration decreased at the same steam/CO ratio. Continuous operation up to 48 hours (2 days) was carried out to check reactivity decay of WGS catalyst supported by spring type bed insert. The average CO conversion was 99.04% and we could conclude that the WGS reactivity at those conditions was maintained up to 48 hours.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.24 no.6
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• pp.535-542
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• 2013

To enhance the performance of SEWGS system by holding the WGS catalyst in a SEWGS reactor using bed inserts, effect of bed insert geometry on CO conversion of WGS catalyst was measured and investigated. Small scale fluidized bed reactor was used as experimental apparatus and tablet shaped WGS catalyst and sand particle were used as bed materials. The cylinder type and the spring type bed inserts were used to hold the WGS catalysts. The CO conversion of WGS catalyst with the change of steam/CO ratio was determined based on the exit gas analysis. Moreover, gas flow direction was confirmed by bed pressure drop measurement for each case. The measured CO conversion using the bed inserts showed high value comparable to previous results even though at low catalyst content. Most of input gas flowed through the bed center side when we charged tablet type catalyst into the cylinder type bed insert and this can cause low $CO_2$ capture efficiency because the possibility of contact between input gas and $CO_2$ absorbent is low in this case. However, the spring type bed insert showed good reactivity and good distribution of gas, and therefore, the spring type bed insert was selected as the best bed insert for SEWGS process.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.23 no.4
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• pp.337-345
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• 2012

To check effects of operating variables on reaction characteristics of WGS catalyst for SEWGS process, water gas shift reaction tests were carried out in a pressurized fluidized bed reactor using commercial WGS catalyst and sand(as a substitute for $CO_2$ absorbent) as bed materials. Simulated syngas(mixed with $N_2$) was used as a reactant gas. Operating temperature was $210^{\circ}C$ and operating pressure was 20 bar. WGS catalyst content, steam/CO ratio, gas velocity, and syngas concentration were considered as experimental variables. CO conversion increased as the catalyst content and steam/CO ratio increased. CO conversion at fluidized bed condition was higher than that of fixed bed condition. However, CO conversion were maintained almost same value within the fluidized bed condition. CO conversion decreased as the syngas concentration increased. The optimum operation condition was confirmed and long time water gas shift reaction test up to 24 hours at the optimum operating conditions was carried out.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.24 no.2
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• pp.150-159
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• 2013

To enhance the performance of SEWGS system by holding the WGS catalyst in a SEWGS reactor using bed inserts, effects of insert geometry and shape of WGS catalysts on CO conversion were measured and investigated. Small scale fluidized bed reactor was used as experimental apparatus and WGS catalyst (particle and tablet) and sand were used as bed materials. The parallel wall type and cross type bed inserts were used to hold the WGS catalysts. The CO conversion with steam/CO ratio was determined based on the exit gas analysis. The measured CO conversion using the bed inserts showed high value comparable to physical mixing cases. Moreover, gas flow direction was confirmed by bed pressure drop measurement for each case. Most of input gas flowed through the catalyst side when we charged tablet type catalyst into the bed insert and this can cause low $CO_2$ capture efficiency because the possibility of contact between input gas and $CO_2$ absorbent is low in this case. New bed insert geometry was proposed based on the results from this study to enhance contact between input gas and WGS catalyst and $CO_2$ absorbent.

• 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.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.16 no.2
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• pp.282-287
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• 2005

Palladium membranes, which are permselective to hydrogen separation, were used for the hydrogen purification and in membrane reactors for improving conversions by shifting the reaction equilibrium. Palladium/ceramic composite membranes were prepared by electroless plating technique and then etched in titanium chloride ($TiCl_4$) as a post treatment to enhance the membrane's durability. These membranes were used for membrane reactors in water gas shift (WGS) reaction. CO conversions for the membrane reactor were obtained according to experimental parameters and compared to the traditional reactor without a palladium/ceramic membrane. As a result, CO conversion using palladium membrane reactor at an appropriate condition was over 20~25% greater than that without the membrane reactor. The stability in the long-term test of up to 120 h for WGS reaction with the membrane reactor was good without the degredation of CO conversion.

• 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

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.20 no.2
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• pp.186-190
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• 2009

This study is purposed to analyze thermodynamic properties on the hydrogen production by dimethyl ether steam reforming. Various reaction conditions of temperatures (300~1500 K), feed compositions (steam/carbon = 1~7), and pressures (1, 5, 10 atm) were applied to investigate the effects of the reaction conditions on the thermodynamic properties of dimethyl ether steam reforming. An endothermic steam reforming competed with an exothermic water gas shift reaction and an exothermic methanation within the applied reaction condition. Hydrogen production was initiated at the temperature of 400 K and the production rate was promoted at temperatures exceeding 550 K. An increase of steam to carbon ratio (S/C) in feed mixture over 1.5 resulted in the increase of the water gas shift reaction, which lowered the formation of carbon monoxide. The maximum hydrogen yield with minimizing loss of thermodynamic conversion efficiency was achieved at the reaction conditions of a temperature of 900 K and a steam to carbon ratio of 3.0.