• Clean Technology
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• v.15 no.2
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• pp.130-136
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• 2009

Commercial catalyst (Cu-Zn/$Al_2O_3$, Johnson Matthey Co., 83-3 Catalyst) was applied to the hydrogen production by steam reforming of methanol in the micro-channel reactor (MCR). The steam reforming of methanol was tested over Cu-Zn catalyst at temperatures in the range of 200 and 300$^{\circ}C$, the catalyst size of 0.05${\sim}$2.2 mm, the space velocity of 3,000${\sim}$10,000 $hr^{-1}$ in a fixed bed continuous flow reactor. The conversion of methanol and the yield $H_2$ preferred high temperatures and low space velocities, and had optimal results with the particle size of 0.35 mm. Based on the results from experiments with fixed bed reactor, two types of MCR, boat bed and stacked bed MCRs, were studied. The stacked bed type MCR showed better methanol conversion compared with the boat type one.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.71.1-71.1
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• 2013

메탄가스와 이산화탄소는 지구온난화 가스이기 때문에 배출규제가 점차 강화될 것으로 전망되고 있다. 또한 이들 가스는 매립지 또는 바이오 공정을 통해 발생되는 가스이기 때문에 단순히 배출을 억제하는 데 그치지 않고 보다 적극적으로 활용해야할 필요성이 있다. 현재 메탄과 이산화탄소를 동시에 활용하는 기술로는 촉매공정을 통해 메탄과 이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 전환하는 방법이 대표적이나, 본 공정은 $800{\sim}900^{\circ}C$의 고온조건을 필요로 하고 고압조건에서 다량으로 생성되는 탄소에 의한 촉매 활성도의 저하문제로 인해 해당 기술의 실제 보급에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 플라즈마를 활용한 메탄가스 개질(reforming) 기술은 고온 플라즈마인 경우 60~70년 전부터 상용화 사례가 있으며, 저온 플라즈마의 경우는 약 10여 년 전부터 개질반응의 공정온도를 낮추려는 연구를 중심으로 기초연구가 수행되어왔다. 이들 플라즈마를 활용한 메탄개질 기술은 메탄의 직접분해, 부분산화, 수증기 개질 및 건식개질 등으로 분류되는 데, 최근 지구온난화가스인 이산화탄소의 처리에 대한 관심이 높아지면서 이산화탄소를 활용하는 건식개질 기술에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다. 현재 플라즈마 건식개질기술에서 주된 이슈는 높은 전력비용이고, 이를 낮추기 위해 촉매를 활용하거나 플라즈마 발생을 최적화하려는 연구가 진행되고 있다. 본 발표에서는 플라즈마를 활용한 건식개질 기술의 장단점, 실용화 가능성 및 향후의 과제를 다루고 있으며, 이를 위해 기계연구원에서의 연구결과 및 국내외 연구실의 결과를 살펴보았다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.38 no.6
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• pp.602-608
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• 2014

Hydrogen energy, a field of low-carbon substitute energy, can be produced by fossile fuel reforming and electrolysis of water etc. We developed 1kW class flat type reformer for PEM Fuel Cells. The PEMFC is highly sensitive to carbon monoxide because CO has detrimental effects on the performance of the fuel cell. Thus, reformed gas supplied to Fuel cell system, which maintained CO concentration below 10ppm. After applying optimum drive condition, reformed gas was measured with gas chromatography and could find out about each experimental condition of $H_2$ and CO concentration. As a results, The 1kW class plate type hydrogen generation system's optimum condition is A/F ratio ${\alpha}=1.3$, STR temperature 1023K, S/C ratio 3, and $PrOx1{\cdot}2$ 30cc/min. It turns out that installation of PrOx 2 stage is more efficient for reducing CO concentration.

• Clean Technology
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• v.29 no.4
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• pp.327-332
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• 2023

This study investigated synthesis gas production via steam reforming of biogas. Ni-Al₂O₃ and Ni-CeO₂ catalysts were synthesized using the co-precipitation method, with controlled precipitation agent injection rates. Catalytic performances were tested at various temperatures, with a gas composition ratio of CH₄:CO₂:H₂O = 1:0.67:3 and a gas hourly space velocity (GHSV) of 647,000 mL h^-1 gcat^-1. The rate of precipitation agent injection influenced the characteristics of the catalysts depending on the type of support used. As the temperature increased, both the CO₂ reforming of methane and the reverse water gas shift reactions occurred. The Ni-Al₂O₃ catalyst, synthesized with a single injection of the precipitation agent, exhibited the best catalytic activity under conditions with sufficient steam supply among the prepared catalysts, due to its high Ni dispersion.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.62 no.1
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• pp.125-131
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• 2024

In this study, synthesized Ni/Ce_xZr_1-xO₂ catalysts were coated on the surface of honeycomb metalic monoliths to investigate catalytic activity in steam reforming of methane reactions. Supports with varying Ce/Zr ratios were synthesized to observe their behavior in the reforming reaction, and catalysts with Ni contents ranging from 5 wt% to 20 wt% were prepared to analyze the effect of Ni loading contents on catalytic activity. The catalysts were characterized by XRD, BET, TPR, and SEM. The TPR analysis indicated the formation of Ni-Ce-Zr oxide with a strong interaction between the active metal Ni and CeO₂-ZrO₂ support. The 15 wt% Ni/Ce_0.80Zr_0.20O₂ catalyst exhibited the highest activity and stability in the steam reforming of methane reaction. Catalysts with enhanced activity and stability were synthesized by manufacturing composite materials using excellent oxygen storage and donor properties of CeO₂ and the thermal properties of ZrO₂.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.243-246
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• 2008

목질계 바이오매스 가스화 발전에 있어서는 가스화 가스중에 함유되어있는 타르를 가능한 한 가연성 가스로 전환하여 냉가스효율을 향상시키는 것 및 잔유하는 타르는 후단기기에 악영향을 초래할 우려가 있기 때문에 타르를 저감 제거하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 공기 수증기를 사용하여 타르개질 프로세스의 개선을 위해서 타르에서 가스성분으로의 전환에 관한 개질 실험을 실시하여 Wood chip 타르의 열분해 개질 생성물 거동에 대하여 검토하였다. Wood chip 열분해로 생성된 타르의 원소분석 및 $^1H$ NMR분석의 결과로 타르를 치환기를 가지지 않는 방향족, alkyl-기를 가지는 방향족, 산소 함유 방향족, 지방족의 4개로 분류하였다. 개질제에 의해 경질 타르, 중질 타르 모두 감소하였다. 개질 공기는 타르를 연소시키지만 그 속도는 가연성 가스와 경합하고 $900^{\circ}C$에서는 타르의 연소는 나타나지 않았다. alkyl-기를 가지는 방향족은 메탄과 치환기를 가지지 않는 방향족으로 전환되고, 치환기를 가지지 않는 방향족은 수소와 soot로 전환되고, 산소 함유 방향족은 일산화탄소와 치환기를 가지지 않는 방향족으로 전환되는 것을 알았다. 또한, 개질제에 의해alkyl-기를 가지는 방향족, 치환기를 가지지 않는 방향족, 산소 함유방향족 모두가 일산화탄소,이산화탄소로 전환되는 것을 알았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.71.2-71.2
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• 2013

천연가스를 화학적 전환에 의해 부가가치를 높이기 위해서는 리포밍에 의해 합성가스(CO/H2)를 경유하는 간접전환경로가 현재로서는 가장 현실적인 방법이라 할 수 있다. 천연가스를 이용한 합성가스 제조기술은 수증기개질법(SRM), 이산화탄소 개질법(CDR, dry reforming), 부분산화법, 촉매 부분 산화법, 자열개질법 등으로 구분되며, 최근에는 각각의 제조방법의 장점을 고려하여 혼합개질법 또는 일련의 리포머 조합 방법이 개발되고 있다. CDR은 촉매 하에서 메탄과 이산화탄소의 직접접촉에 의해 반응이 일어나며, 수소와 일산화탄소의 비가 같은 합성가스가 제조된다. SRM에 비하여 고온에서 반응이 일어나고 전환율이 더 낮으므로 에너지 소비가 상대적으로 높다. 하지만, SRM과 함께 사용하면 합성가스 비율을 F-T합성이나 메탄올 합성에 적절한 비율로 조절이 가능한 장점이 있으며, 온실가스를 저감시킬 수 있는 전환기술로도 각광받고 있다. 본 발표에서는 최근의 CDR을 이용한 가스로부터 합성석유(GTL)와 메탄올을 고효율로 생산하는 기술 개발 동향에 대해서 소개하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.226.1-226.1
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• 2010

본연구에서는 GTL(gas to liquids)공정의 합성가스 생산을 위해 수증기-이산화탄소 복합개질반응(Combined Steam and Carbon dioxide Reforming of Methane, CSCRM)을 수행하였다. CSCRM은 수증기와 이산화탄소의 공급비 조절을 통해 $H_2$/CO비를 2로 맞추기 용이한 장점을 지니고 있어 다른 단일 개질 반응과 달리 합성가스 생산 시 $H_2$/CO 비율을 조절하기 위한 부가적인 공정이 필요하지 않아 경제적인 공정이다. 일반적으로 사용되는 Ni개질촉매는 가격대비 우수한 성능을 보이지만 S/C비가 낮은 CSCRM의 경우 촉매표면의 탄소침적에 의한 비활성화가 야기되는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 산소저장능력과 산소전달능력이 우수한 $CeO_2$를 조촉매로 첨가하여 표면에 형성된 코크 제거가 용이하도록 하였다. Ni-Ce/$MgAl_2O_4$촉매는 동시함침법(co-impregnation)으로 제조하였으며, Ni의 함량을 10wt%로 고정한 상태에서 Ce의 함량을 조절하여 Ce/Ni 최적비를 찾고자 하였다. XRD, TPR, BET, $H_2$-Chemisorption과 같은 촉매의 특성분석을 통해 촉매의 비표면적, 환원특성과 Ni입자의 분산도 등을 확인하였다. Ce를 첨가함에 따라 Ce2.5wt%까지는 비표면적이 증가하다가 이후 점차 줄어드는 경향성을 보였다. 또한, $H_2$-Chemisorption 결과 역시 비표면적과 유사한 경향성을 보였는데, Ce5.0wt%까지 Ni 분산도가 증가 하다가 다시 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반응실험은 $H_2O:CO_2:CH_4:N_2$ = 0.8:0.4:1:1의 공급조건에서 수행하였으며, 질소와 수소 환원분위기로 $700^{\circ}C$에서 1시간 환원 후 $650^{\circ}C$에서 $550^{\circ}C$범위로 온도를 떨어뜨려가면서 반응을 수행하였다. Ce를 첨가함에 따라 $CH_4$ 전환율이 증가를 하다가 Ce2.5wt% 이후 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 높은 촉매 활성은 Ce 첨가로 인해 환원특성이 좋아지고 Ni분산도가 증가하여 담체와 강한 상호작용(SMSI)을 형성함으로 탄소침적 저항성 강화에 기인한 것이다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.36 no.2
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• pp.238-243
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• 2012

The purpose of this study is to search the temperature-rise time conditions for adequate reforming temperature region of hydrogen generation system. And we measured theexhaust gas at the exit of that system in order to know the combustion state of hydrogen generation system's combustor. We found the optimum condition of heat supply and temperature-rise time at well burned state. And the results were nearly same when the reactants were entered to each reactors. We will further consider the effects of temperature change near the exothermic reactors and find out hydrogen yield through reforming experiment.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.35 no.4
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• pp.397-405
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• 2011

Hydrogen energy, as part of eco-friendly alternative energy, is made mostly through reforming of fossil fuels. The turbulent premixed combustion type of metal-fiber flat burner which is recently used in industry was tested in this paper. We measured the mean temperature distributions, CO, HC, $CO_2$ and $O_2$ concentrations to observe the flame structure and flame stability in some kind of experimental conditions. And also PIV and several flow analysis methods were compared to establish the numerical analysis model. The results of this paper will be the basis of the burner design of steam reformer.