• Korean Chemical Engineering Research
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• v.46 no.5
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• pp.1002-1007
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• 2008

The purpose of this paper studied the optimal hydrogen production condition of plasma reforming system to operate the PEMFC. Plasma reforming reactor used with Ni catalyst reactor at the same time, So $H_2$ concentration increased. Also the WGS and PrOx reactor were designed to remove CO concentration under 10 ppm, because CO has effect on catalyst poisoning of PEMFC. The maximum $H_2$ production condition in plasma reforming system was S/C ratio 3.2, $CH_4$ flow rate 2.0 L/min, catalytic reactor temperature $700{\pm}5^{\circ}C$ and input power 900 W. At this time, the concentration of produced syngas was $H_2$ 70.2%, CO 7.5%, $CO_2$ 16.2%,$CH_4$ 1.8%. The hydrogen yield, hydrogen selectivity and $CH_4$ conversion rate were 56.8%, 38.1% and 92.2% respectively. The energy efficiency and specific energy requirement were 37.0%, 183.6 kJ/mol. In additional, The experiment of $CO_2/CH_4$ ratio proceeded. Also WGS reactor experiment was proceeding on optimum condition of plasma reactor and the exit concentration were $H_2$ 68%, CO 337 ppm, $CO_2$ 24.0%, $CH_4$ 2.2%, $C_2H_4$ 0.4%, $C_2H_6$ 4.1%. At this time, experiment result of PrOx reactor were $H_2$ 51.9%, CO 0%, $CO_2$ 17.3%.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.156.1-156.1
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• 2011

It is of great importance to predict operating parameter characteristics of an integrated fuel processor by the increased life-time and system performance. In this study, computational analysis is performed to gain fundamental insights on transport phenomena and chemical reactions in reformer which consists of preheating, steam reforming, and water gas shift reaction beds. Also, a top-fired burner locates inside of the reforming system. The combustor is providing thermal energy necessary for the steam reforming bed which is a endothermic catalytic reactor. Two-dimensional numerical model of the integrated fuel processing system is introduced for the analysis of heat and mass transport phenomena as well as surface kinetics and catalytic process. A kinetic model was developed and then computational results were compared with the experimental data available in the literature. Subsequently, parameter study using the validated steam methane reforming model was conducted by considering operating parameters, i.e. steam to carbon ratio and temperature.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.31 no.1
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• pp.57-64
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• 2020

The water-gas shift reaction for the compact reformer was carried out at a gas hourly space velocity of 72,152 h^-1 over the Cu-Nb-CeO₂ catalysts prepared by co-precipitation method. In order to investigate the effect of Nb₂O₅ promotion over a Cu-CeO₂ catalyst, the Nb₂O₅ loading amount was systematically changed from 0 to 5 wt.%. Among the prepared catalysts, the Cu-Nb-CeO₂ (1%) catalyst showed the highest catalytic activity (CO conversion=61% at 400℃) as well as 100% CO₂ selectivity. The high activity and stability of Cu-Nb-CeO₂ (1%) catalyst are correlated to high Brunauer-Emmett-Teller surface area, small metallic Cu crystallite size, and enhanced redox property.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.213-216
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• 2009

WGS(Water Gas Shift)반응은 일산화탄소(CO)를 이산화탄소($CO_2$)로 전환하는 반응으로 일체형 수소생산시스템의 실현을 위한 고순도 수소생산에 있어서 중요한 단계이다. WGS 반응은 열역학적 평형을 고려하여 고온전이반응(HTS: High Temperature Shift)과 저온전이반응(LTS: Low Temperature Shift) 두 단계 반응으로 진행된다. 두 단계 공정의 통합을 위해 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 WGS 반응용 촉매 개발이 필요하다. 최근 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 귀금속 촉매에 다양한 담체를 적용시킨 연구가 활발히 진행되고 있다. 선행 연구 결과, Ce-$ZrO_2$ 구조는 Ce/Zr 비에 따라 다양한 특성 변화를 관찰하였다. 따라서 낮은 온도에서 높은 활성을 갖는 WGS 반응용 촉매 제조를 위해 환원성 담체인 $CeZrO_2$에 Pt 을 담지시켜 성능을 평가하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)으로 제조 하였으며 $500^{\circ}C$에서 6시간 소성하였다. 제조된 담체에 백금(Pt)을 함침법(Incipient Wetness Impregnate)으로 담지시켰다. 특성분석은 BET를 이용하여 표면적을 측정하였다. 촉매 반응 실험조건은 $200^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$ 온도범위에서 기체공간속도(GHSV: Gas Hourly Space Velocity) 45,000 ml/$h{\cdot}g-cat$ 으로 혼합가스($H_2$:60%, $N_2$:20%,$CH_4$:1%,CO:9%,$CO_2$:10%)를 흘려 반응 후 배출되는 가스를 Micro-Gas Chromatography 를 이용하여 측정하였다.

• Clean Technology
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• v.20 no.4
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• pp.425-432
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• 2014

The effect of two important parameters of a catalytic membrane reactor (CMR), hydrogen selectivity and hydrogen permeance, coupled with an Ar sweep flow and an operating pressure on the performance of a water gas shift reaction in a CMR has been extensively studied using a one-dimensional reactor model and reaction kinetics. As an alternative pre-combustion $CO_2$ capture method, the feasibility of capturing a pressurized and concentrated $CO_2$ in a retentate (a shell side of a CMR) and separating a purified $H_2$ in a permeate (a tube side of a CMR) simultaneously in a CMR was examined and a guideline for a hydrogen permeance, a hydrogen selectivity, an Ar sweep flow rate, and an operating pressure to achieve a simultaneous capture of a concentrate $CO_2$ in a retentate and production of a purified $H_2$ in a permeate is presented. For example, with an operating pressure of 8 atm and Ar sweep gas for rate of $6.7{\times}10^{-4}mols^{-1}$, a concentrated $CO_2$ in a retentate (~90%) and a purified $H_2$ in a permeate (~100%) was simultaneously obtained in a CMR fitted with a membrane with hydrogen permeance of $1{\times}10^{-8}molm^{-2}s^{-1}Pa^{-1}$ and a hydrogen selectivity of 10000.

• Membrane Journal
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• v.21 no.4
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• pp.345-350
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• 2011

No investigation has yet been accomplished to screen the boron-doped effects on vanadium based metal membranes. The synthesis, hydrogen permeation properties and chemical stability of a novel Pd-coated $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane are presented in this report. Hydrogen permeation experiments have been performed to investigate the hydrogen transport properties through the Pd-coated $V_{99.8}B_{0.2}$ alloy membrane in the absolute pressure range 1.0~3.0 bar under pure hydrogen, hydrogen-carbon dioxide gas mixture at $400^{\circ}C$. The maximum hydrogen permeation flux was $48.5mL/min/cm^2$ for a 0.5 mm thick membrane under pure hydrogen. This results offer new direction in the synthesis of novel non-Palladium-based metal membranes for hydrogen separation in water-gas shift reaction.

• 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.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.30 no.2
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• pp.95-102
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• 2019

In order to investigate the effect of water treatment on activity of WGS catalyst, $Cu/ZnO/MgO/Al_2O_3$ (CZMA) catalysts were synthesized by co-precipitation method. The prepared catalysts were water-treated at two different temperature (250, $350^{\circ}C$). Synthesized catalysts were characterized by using BET, SEM, $N_2O$ chemisorption, XRD, $H_2-TPR$ and XPS analysis. The catalytic activity tests were carried out at a GHSV of $28,000h^{-1}$ and a temperature range of $180-320^{\circ}C$. The reduction temperature decreased with water treatment and CZMA_250 catalyst showed the lowest reduction temperature and retained a large amount of $Cu^+$. Water-treated catalysts showed increased reactivity compared to untreated catalyst and the CZMA_250 catalyst showed higher catalytic activity on WGS reaction.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.293-293
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• 2013

최근 디스플레이산업이 발달하면서 투명전도성 물질에 대한 산업의 요구도가 높아지고 있다. ITO투명전도성 박막은 낮은 비저항과 우수한 식각특성을 가지고 있어 평면표시소자, 광소자, 터치패널 그리고 가스 센서 등 다양한 분야에 응용되고 있으며 디스플레이 소자가 소형화 되어감에 따라 박막의 다기능화가 요구되고 있다. 본 실험에서는 전기적 특성과 친, 발수특성을 동시에 가지는 다기능성 ITO 박막을 연구하였다. RIE방식으로 식각을 통하여 Poly Si-wafer 표면에 미세구조를 만든 기판과 Slide Glass기판에 RF-magnetron sputtering 방법을 이용해 ITO박막을 증착하여 비교분석 하였다. ITO박막 증착시 $100{\sim}400^{\circ}C$ 열처리와 산소를 사용하지 않고 Ar 가스만을 사용하여 실험한 후 열처리온도에 따른 전기적 특성 및 접촉각에 대하여 조사하였다. 3 uL의 Di-water를 사용하여 접촉각을 측정한 결과 $400^{\circ}C$ 열처리가 된 Poly si-wafer 위에 증착된 ITO 박막에서 초-친수 특성을 나타냈으며, 그 위에 PTFE을 증착하였을 경우 12 uL의 Di-water를 사용하여 약 $150^{\circ}$ 이상의 초-발수 특성을 나타내었다. 전기적 특성은 $5.8{\times}10^{-4}$의 비 저항을 나타내었다. 이러한 전기적 특성과 친 발수 특성을 동시에 가지는 ITO 박막은 Anti-Fogging, self-Cleaning, Solar cell 및 디스플레이소자 등 다양한 산업에 이용 가능할 것으로 생각된다.