• 에너지공학
• /
• 제20권1호
• /
• pp.13-20
• /
• 2011

마이크로 가스터빈의 높은 연료 다양성은 광범위한 범위의 적용처에 적용할 수 있도록 설계되었다. 최근에는 가스터빈 발전시스템의 연료로서, 유기성폐기물의 소화가스와 쓰레기 매립지로부터 발생되는 바이오 가스에 대한 수요가 증가하고 있다. 우리는 매립지 가스를 이용하여 마이크로 가스터빈 열병합 발전시스템의 성능특성 및 운전 특성에 대한 영향을 연구하고 있다. 메탄과 이산화탄소를 동시에 회수하는 공정을 개발하여 현장 실증 플랜트 규모로 시험을 수행하였으며, 유리온실에 농작물의 이산화탄소 고농도 집적을 목적으로 철-킬레이트 화합물을 기본으로 하는 액상촉매를 이용하여 매립지 가스내에 있는 불순물을 저렴한 비용으로 제거하고자 한다. Fe-EDTA(철-킬레이트)를 이용한 내부순환 다판식 기포탑 반응기에 의하여 농축정제와 이산화탄소 제거가 매립지 가스의 최적화 연료화를 추진하였다. 매립지가스의 유량은 0.207 $m^3$/min이고 5.5 kg/$cm^2$의 압력으로 공급되며 메탄농도 70%, 이산화탄소 27%로 공급되도록 농축반응기를 설계하였고 황화수소 99% 제거를 목표로 한다. 유리온실은 마이크로 가스터빈 배가스와 온수를 이용하여 대기중의 이산화탄소 농도에서 1500 ppm의 농도범위로 공급되도록 설계되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.130.2-130.2
• /
• 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.

• 청정기술
• /
• 제19권2호
• /
• pp.156-164
• /
• 2013

본 연구에서는 등온반응기와 단열반응기로 구성된 0.25 MW 메탄합성 파일롯 공정 실험을 통한 운전 특성을 분석하였다. 등온반응기는 메탄합성 반응을 통해 발생하는 열을 포화수의 유량과 압력을 통해 강제적으로 제어할 수 있는 반응기로 등온반응기와 단열반응기를 조합할 경우 기존 단열반응기만으로 구성된 메탄합성 공정에 비해 반응기 개수를 줄일 수 있다. 또한 합성가스 재순환이 불필요하기 때문에 단열반응기 조합으로 구성된 메탄합성 공정에서 비용의 약 15~20%를 차지하는 재순환 압축기를 제거할 수 있다. 등온반응기로 유입되는 합성가스의 $H_2$/CO 비가 3보다 낮은 경우에는 튜브에 충진된 촉매에 탄소 침적 현상이 일어나 반응기의 차압이 증가하였으며, $H_2$/CO 비가 3으로 공급되는 경우에는 탄소 침적 현상이 일어나지 않고 메탄합성 반응이 안정적으로 유지되어 CO 전환율 99% 이상, $CH_4$선택도 97% 이상, $CH_4$생산성 최대 $695ml/h{\cdot}-cat$를 얻을 수 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제39권6호
• /
• pp.662-669
• /
• 2015

해저 석유생산시스템에서 빈번히 발생하는 왁스집적 문제는 안정적인 석유 생산을 방해하고 높은 비용을 발생시키므로 왁스집적 제어에 대한 관심이 증가하고 있다. 왁스집적 제어를 통한 석유의 유동안정성 확보를 위해서는 왁스집적거동을 신뢰성 있게 예측해야 한다. 이 연구에서는 왁스집적 거동에 큰 영향을 미치는 분자확산, 전단응력효과, 왁스경화 메커니즘을 시뮬레이션 기술에 적용하여 불확실도가 높은 변수인 전단응력계수, 왁스고형물의 공극률, 왁스 열전도도, 분자확산계수와 물과 가스 양이 왁스집적 거동에 미치는 영향에 대한 분석을 단상과 다상 유동 시 층류 유동 조건에서 수행하였다. 그 결과 왁스고형물의 공극률과 분자확산계수가 높아질수록, 전단응력계수가 낮아질수록 왁스집적 두께가 두꺼워지는 것을 확인할 수 있었고 석유의 온도가 왁스집적 위치에 주요하게 영향을 미치는 것으로 판단된다. 물의 양에 따른 왁스집적 시뮬레이션 결과 기존 연구에서 다소 다른 결과들이 존재하나 이 연구 조건에서는 물의 양 40%까지 왁스집적량이 증가하다 감소하는 것을 확인하였고 가스 양이 많아질수록 유체의 액상 내 가벼운 탄화수소 농도 감소로 인해 왁스집적량이 증가하는 것을 파악하였다. 이 연구결과는 향후 현장 또는 현장을 모사한 실험시스템에서의 결과와 시뮬레이션 결과를 매칭하여 해저 유동관에서 왁스집적 거동을 예측하는데 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.313-313
• /
• 2009

OLED 소자는 직접발광, 광시야각, 그리고 빠른 응답속도 때문에 동영상에 적합하여 최근 각광받고 있는 디스플레이장치 중의 하나이다. OLED 소자의 양극재료로는 높은 광투과율과 $\sim10^{-4}{\Omega}\;cm$ 수준의 낮은 전기 비저항을 갖는 ITO (Sn-doped $In_2O_3$)가 널리 사용되고 있다. 하지만 원료 물질인 인듐의 수급량 부족으로 인한 문제점과 독성, 저온증착의 어려움, 스퍼터링시 음이온 충격에 의한 막 손상으로 저항의 증가의 문제점이 있고, 또한 액정디스플레이의 투명전극으로 사용될 경우 $400\;^{\circ}C$정도의 높은 온도와 수소 플라즈마 분위기에서 장시간 노출 시 열화로 인한 광학적 특성변화가 문제가 된다. 반면에 Al이 도핑 된 ZnO (AZO)박막은 넓은 밴드갭 (3.37eV)와 400nm에서 700nm 사이의 가시광 영역에서 80% 이상의 우수한 투과성을 지니고 있다. 특히 Al이 도핑된 ZnO는 박막의 전기적 특성이 크게 향상되어 디스플레이나 태양전지로의 응용이 가능하다. 또한 비교적 낮은 비용과 플라즈마에서의 안정성, 무독성, 그리고 전기전도성과 같은 많은 이점이 있다. 그 결과 AZO 박막은 ITO기판을 대안하는 지원물질로 활발히 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 TCO 박막의 면 저항과 표면 거칠기에 따른 OLED 소자의 특성을 분석하였다. ITO와 AZO 박막은 챔버 내 다양한 가스 분위기(Ar, Ar+$O_2$ and Ar+$H_2$)에서 R.F Magnetron Sputtering방법으로 증착하였다. TCO 박막의 구조적인 이해를 돕기 위해서 X-ray diffraction 과 FESEM으로 분석하였다. 광학적 투과도와 박막의 두께는 ultraviolet spectrophotometer (Varian, cary-500)와 surface profile measurement system으로 각각 측정하였다. 면저항 charge carrier 농도, 그리고 TCO 박막의 이동도와 같은 전기적특성은 four-point probe와 hall effect measurement(HMS-3000)로 각각 측정하였다. TCO 박막의 표면 거칠기 조절을 위해 photo lithography 공정을 사용하여 TCO 박막을 화학에칭 하였다. 미세사이즈 패턴 마스크가 사용되었으며 에칭의 깊이는 에칭시간에 따라 조절하였다. TCO 박막의 표면 형태는 FESEM과 AFM으로 관찰하였다. 투명전극으로 사용되는 ITO 및 AZO 기판 상용화를 위해 ITO 및 AZO 기판 위에 ${\alpha}$-NPB, Alq3, LiF, Al 의 순서로 증착 및 패터닝함으로써 OLED 소자를 제작하였다. 전류밀도와 전압 그리고 발광휘도와 전압과 같은 전기적 특성은 spectrometer(minolta CS-1000A)를 이용하여 측정하였다.

• 자원리싸이클링
• /
• 제20권3호
• /
• pp.62-67
• /
• 2011

마이크로파와 고온발열체의 연속식 융합공정을 이용하여 수분변화와 전력변화 그리고 온도에 따라 유류오염토양의 분해 및 제거 특성을 연구하였다. 긴 탄소고리(C18-C50)를 가진 윤활유 계열의 오염물질은 온도변화에 따라 TPH 처리량이 6 kW, 700일 때 85.2%로 처리시간 40분에 1788 mg/kg로 제거되었다. 경유, 휘발유 오염토양의 경우 6 kW, 500일 때 처리사간 20분에 567 mg/kg로, 98.4%의 처리율을 보였다. 난분해성 유류오염물질의 경우 마이크로파 6 kW, 700, 30분안 처리를 한 경우 토양오염우려기준 3지역의 2000 mg/kg에 도달하는 것으로 나타났고, 이때 처리비용은 8,173원/ton으로 나타났다.

• 한국토양환경학회지
• /
• 제3권3호
• /
• pp.55-62
• /
• 1998

탄화수소계 화합물이나 중금속 잔류물 등으로 오염된 토양은 토양세척방법에 의해 효과적 으로 처리할 수 있다. 본 연구에서 토양세척공정을 개발하는데 있어 토양으로부터 오염물을 분리하기 위한 몇 가지 주요 핵심 공정기술들은 채광기술과 화학공정기술의 접목을 통하여 점차적으로 개선되어 얻어졌다. 본 파일롯 규모의 토양세척장치는 공정 상 크게 네 부분으로 이루어져 있다. 1) 기계적 마찰, 2) 세척수를 이용한 세탁작용, 3) 최종세정, 4) 오염된 세척수의 재생. 장치는 현장에서 오염토양을 시간당 5톤 속도로 처리하기 위한 규모로 설계하였다. 오염된 토양 덩어리는 먼저 1차 세척부인 회전 마찰 분쇄 관을 통과하면서 개개의 토양입자로 부셔지고 다음, 교반날이 설치된 2차 세척부에서 세척수와의 강한 마찰효과에 의해 오염물의 탈착이 이루어지게 된다. 최종 단계인 3차 세척부에선 세척된 토양을 최종적으로 물분사장치를 이용하여 세정하고 오염된 세척수와 정화된 토양을 역방향으로 분리하여 각각 배출시킨다. 세척수를 연속적으로 재사용하기 위하여 오염된 세척수는 미세토의 응집, 침전과 기름성분의 부상분리가 이루어지는 세척수 처리조를 거쳐 세척부로 다시 반송되도록 하였다. 추후 이동과 운전비용을 줄이면서 현장에 적합한 토양세척장치의 적용성을 얻기 위하여 트레일러에 탑재된 이동형 토양세척장치개발에 대한 연구를 진행할 것이다.

• 전기화학회지
• /
• 제19권1호
• /
• pp.21-27
• /
• 2016

바나듐 레독스 흐름 전지는 황산 바탕용액 내 바나듐 이온을 함유하는 전해질을 활용하여 충전과 방전을 번갈아 운전하는 에너지 저장 장치 중 하나이다. 양극액엔 $V^{5+}$와 $V^{4+}$가 음극액엔 $V^{2+}$와 $V^{3+}$가 충전 또는 방전 모드에 따라 주로 존재하게 된다. 두 종류의 바나듐 용액이 혼액되는 것을 방지하기 위해 주로 수소이온교환막을 활용하여 전체 셀을 완성하게 된다. $V^{5+}$의 높은 산화력으로 현재 듀퐁사의 Nafion 117이 유력하나 바나듐 이온의 높은 크로스오버라는 단점을 극복해야 한다. 본 연구에서는 상기 단점을 극복할 뿐만 아니라 고가의 Nafion계 막의 가격을 저감하고 화학적 안정성을 지속적으로 유지하기 위해 다공성 폴리에틸렌 필름에 나피온 고분자를 함침하여 바나듐 레독스 흐름 전지용 복합막을 제조하였으며, 상용막인 Nafion 117과 성능을 비교 분석하였다. 복합막의 두께가 두꺼워질수록 함수율과 이온전도도가 증가 하였으나 Nafion 117에 비해 다소 낮은 성능을 확인하였으며, 바나듐 이온의 투과성은 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 충 방전 실험 결과, $190{\mu}m$ 두께의 나피온 복합막이 가장 좋은 성능을 보였으며, Nafion 117과 비교하여 전압효율은 낮아졌지만, 충 방전 효율이 높아져 전체적인 에너지 효율은 비슷하게 측정되었다. 또한 6.4% 중량비에 해당하는 지지체만큼의 과불소화 술폰산 고분자의 중량이 감소함에 따라 비용을 절감할 수 있었으며, 성능면에서는 바나듐 이온의 투과도를 낮추어 자가 방전 속도를 저하시키면서 충 방전 용량의 감소가 느려지는 것을 알 수 있었다.

• 공업화학
• /
• 제20권1호
• /
• pp.62-66
• /
• 2009

지속적인 연료비용의 상승 및 가채매장량의 한계로 인하여 비재래형 연료 및 공정 부산물의 연료적 가치에 대한 관심이 증가하고 있으며, 그중 대표적인 것이 오일샌드 및 이의 부산물인 코크스의 이용기술이다. 본 연구에서는 오일샌드 코킹 공정에서 발생되는 오일샌드 코크스의 에너지화 이용을 위하여 실험실 규모의 고정층 가스화 시스템을 이용한 연구를 수행하였다. TGA를 이용하여 오일샌드 역청 및 코크스의 연소 반응특성을 확인하였으며, 실험실 규모의 가스 화기를 이용하여 산소/연료 비율, 온도 및 스팀주입량에 따른 가스화 후 생성되는 합성가스의 특성을 파악하였다. 오일샌드 코크스는 높은 탄소함량, 발열량 및 황 함량 특성을 보인 반면 낮은 회재함량과 반응성의 특성을 보였다. 오일샌드 코크스 가스화의 경우 일반적으로 온도, 스팀주입량 증가 및 산소주입량 감소에 따라 $H_2$ 생성량은 증가하였으며 $CO_2$ 생성량은 감소하는 경향을 보였다. 합성가스 발열량은 $2100kcal/Nm^3$ 정도의 값을 보여 오일샌드 코크스의 수소원료 및 연료로서 이용 가능성을 확인하였다.

• 공업화학
• /
• 제29권2호
• /
• pp.215-224
• /
• 2018

염산 5, 10, 15 wt% 용액(1.5, 3.0, 4.5 M; 석유정 산성화에 사용되는 범위)에 대하여 여러 가지 조건에서 자기장이 미치는 영향을 연구하였다. 자화된 염산의 pH 변화를 정상적인 염산과 비교하였다. Taguchi 실험 설계법을 사용하여 자장강도, 농도, 유속, 온도 및 시간의 영향을 모델링하였다. 실험 결과 자화에 따라 염산의 $H^+$ 농도가 42%까지 감소하였다. 자장 강도(기여도 28%), 염산의 농도(기여도 42%), 유속이 커지면 자기장 적용의 효과가 증가하였다. 염산에 대한 자기장의 영향은 용액의 유속과 가열에 의하여 영향받지 않았으며 시간에 따른 자기장 메모리가 유지되는 것으로 나타났다. 최대 $H^+$ 농도 변화에 대한 최적의 조합은 10% 염산 용액 및 4,300 Gauss일 때로 얻어졌다. 자화 과정 중 염산의 반응 속도가 감소하므로 자화된 염산은 탄화수소(원유 및 천연가스)정의 매질 산성화에 대한 대체 지연제로 비용면에서 경제적이고 신뢰성 있는 방법이 될 것으로 제안한다.