• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.451-454
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• 2006

WGS reaction over Mo2C and ceria based catalysts was investigated to develop an alternative commercial Cu-Zn/Al2O3 catalyst for fuel processor and hydrogen station. The Mo2C catalysts were prepared by a temperature programmed method and the various metal supported cerium oxide catalysts were prepared by an Impregnation method. The catalysts were characterized by the N2 physisorption, Co chemisorption, XRD, TEM and TPR. It was found that Mo2C and 0.2wt% Pt-40wt%, Ni/CeO2 catalysts had higher activity and stability than the Cu-Zn/Al203 above $260^{\circ}C$. Moreover, CO conversion of more than 85% was observed at $280{\sim}300^{\circ}C$. But all catalysts were deactivated during the thermal cycling runs. The results suggest that these catalysts are an attractive candidate for the alternative Cu-Zn/Al2O3 catalyst for fuel processor and hydrogen station applications.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.24 no.4
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• pp.427-435
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• 2007

에너지원으로서 수소를 생산하기 위하여 하니컴 구조를 갖는 모노리스에 10 wt% $Ni/CeO_2-ZrO_2$ 촉매를 담지한 후 메탄의 수증기 개질 실험을 수행하였다. 다른 $CeO_2/ZrO_2$ 몰비를 갖는 촉매들 중에서, $Ni/CeO_2-ZrO_2(CeO_2/ZrO_2=4/1)$촉매가 $700-800^{\circ}C$에서 높은 메탄의 전환율을 보여 주었다. 10wt% $Ni/CeO_2-ZrO_2$ 촉매가 담지된 금속 모노리스 촉매체는 높은 열전도도와 비표면적들로 인하여 좋은 촉매 특성을 보여줌을 확인할 수 있었다. 또한, 금속모노리스 촉매체는 반응물에서 과다의 수증기에 의한 수소 수율에서 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. $GHSV=30,000h^{-1}$, 반응물 비$(H_2O/CH_4=3.0)$ 반응온도 $800^{\circ}C$에서 금속모노리스 촉매체는 98%이상의 메탄의 전환율을 보여주었다. 생성물 가스에서 $CO_2/CO$의 비는 수증기/메탄의 반응물비가 증가할수록 수성가스화 반응에 의하여 증가됨을 알 수 있었다.

• 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.

• 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.

• Clean Technology
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• v.20 no.3
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• pp.218-225
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• 2014

Catalytic gasification of raw coals at mild condition is not realized yet mainly due to deactivation of catalysts via their irreversible interaction with mineral matters in coal. In this work, the gasification behavior of ash-free coal (AFC) was compared with that of the parent raw coal. In order to modify the gasification conditions, the raw coal gasified with fixed variables (water supply, space velocity, temperature, catalysts) in a fixed bed reactor. When catalysts are added by physical mixing method with coal, $K_2CO_3$ was the most effective additives for steam gasification of coal. However, the activity of ash-free coal (AFC) was much less reactive than raw coal due to high temperature extraction in a 1-methylnaphthalene under 30bar at $370^{\circ}C$ for 1 h, almost removed oxygen functional groups, and increased carbonization. The addition of $K_2CO_3$ in AFC achieved higher conversion rate at low temperature ($700^{\circ}C$). At that time, the molar ratio of gases ($H_2/CO$ and $CO_2/CO$) was increased because of water-gas shift reaction (WGSR) by addition of catalysts. This shows that catalytic steam gasification of AFCs is achievable for economic improvement of gasification process at mild temperature.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.22 no.4
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• pp.474-480
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• 2011

Hydrocarbon is required to be converted to pure hydrogen without carbon monooxide (CO) for polymer exchange membran fuel cell (PEMFC) applications. In this paper, CO cleaning processes as the downstream of Dimethyl ehter (DME) autothermal reforming process were performed in micro-reactors. Our study suggested two kinds of water gas shift (WGS) reaction process: High Temperature shift (HTS) - Low Temperature shift (LTS), Middle temperature shift (MTS). Firstly, using perovskite catalyst for MTS was decreased effieiciency since methanation. Using HTS-LTS the CO concentration was decreased about 2% ($N_2$ & $H_2O$ free) with the reaction temperature of $420^{\circ}C$ and $235^{\circ}C$ for HTS and LTS, respectively. As the final stage of CO cleaning process, preferential oxidation (PROX) was applied. The amount of additional oxygen need 2 times of stoichiometric at $65^{\circ}C$. The total conversion reforming efficiency of 75% was gained.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.32 no.6
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• pp.455-463
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• 2021

In this study, CeO₂ support is synthesized from cerium hydroxy carbonate prepared using precipitation/digestion method using KOH and K₂CO₃ as the precipitants. The Cu was impregnated to CeO₂ support with the different loading (Cu loading=10-40 wt. %). The prepared Cu/CeO₂ catalysts were applied to a single stage water gas shift (WGS) reaction. Among the prepared catalysts, the 20Cu/CeO₂ catalyst contained 20 wt.% of Cu showed the highest CO conversion (Xco=68% at 400℃). This result was mainly due to a large amount of active sites. In addition, the activity of the 20 Cu/CeO₂ catalyst was maintained without being deactivated for 100 hours because of the strong interaction between Cu and CeO₂. Therefore, it was confirmed that 20 Cu/CeO₂ is a suitable catalyst for a single WGS reaction.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.22 no.4
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• pp.465-473
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• 2011

To find the optimum mixing ratio of WGS catalyst with $CO_2$ absorbent for SEWGS process, water gas shift reaction tests were carried out in a fluidized bed reactor using commercial WGS catalyst and sand (as a substitute for $CO_2$ absorbent). WGS catalyst content, gas velocity, and steam/CO ratio were considered as experimental variables. CO conversion increased as the catalyst content increased during water gas shift reaction. Variations of the CO conversion with the catalyst content were small at low gas velocity. However, those variations increased at higher gas velocity. Within experimental range of this study, the optimum operating condition(steam/CO ratio=3, gas velocity = 0.03 m/s, catalyst content=10 wt.%) to get high CO conversion and $CO_2$ capture efficiency was confirmed. Moreover, long time water gas shift reaction tests up to 20 hours were carried out for two cases (catalyst content = 10 and 20 wt.%) and we could conclude that the WGS reactivity at those conditions was maintained up to 20 hours.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.51 no.4
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• pp.455-459
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• 2013

The fuel processor for the portable fuel cell includes multi-step processes consisting of hydrogen generator, heat generator and several CO clean-up stages. One of requirements of the fuel processor for portable fuel cell system is a rapid start-up time. Especially, the warm-up time for WGS reactor is crucial factors for total start-up time. In this paper, active heating protocol, which is the heating protocol of WGS reactor supplied by the oxidation of CO rich reformate in the initial stage, is used for a rapid start-up. The air stream fed to the inlet of WGS reactor rapidly oxidize the CO rich reformate in the WGS reactor. Therefore, CO concentration in reformate quickly stabilized at the desired concentration without CO surges.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.25 no.2
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• pp.204-208
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• 2014

This study investigated the effect of hydrogen permeance and selectivity, catalyst amount, $H_2O/CO$ ratio in a feed stream, and Ar sweep gas on the performance of a water gas shift reaction in a membrane reactor. It was observed that a minimum hydrogen selectivity of 100 was needed in a membrane reactor to obtain a hydrogen yield higher than the one at equilibrium and the hydrogen yield enhancement gradually decreased as the hydrogen permeance increased. The CO conversion in a membrane reactor initially increased with the catalyst amount and reached a plateau later for a membrane reactor with a low hydrogen permeance while the high CO conversion independent of a catalyst amount was observed for a membrane reactor with a high hydrogen permeance. For the $H_2O/CO$ ratio in a feed stream higher than 1.5, a hydrogen permeance had little effect on the CO conversion in a membrane reactor and it was found that a minimum Ar molar flow rate of $6.7{\times}10^{-6}mol\;s^{-1}$ was needed to achieve the CO conversion higher than the one at equilibrium in a membrane reactor.