• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.37 no.8
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• pp.753-758
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• 2013

In this study, two proposals for the wall heating preconverter of an MCFC are numerically studied to resolve hot temperature generation near the wall by the low thermal conductivity of the catalyst. The numerical results show that the inserted porous cupper plates on the catalyst evidently improve heat transfer and realize more uniform reforming in the preconverter. The calculated results for the preconverter with a circumference empty space of catalyst located at center, 1/2 and 4/5 from center line are compared. The circumference empty space located at 1/2 position shows better results than other cases, but the positive effect on the uniform reforming process is less than in the case of inserted cupper porous plates on the catalyst.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.3
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• pp.380-389
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• 2020

The conversion characteristics and fuel properties for producing biodiesel (BD) by blending beef-tallow, an animal waste resource with a high-saturated fatty acid content, and sunflower-oil, a vegetable oil with a high-unsaturated fatty acid content, were investigated. For this investigation, the effects of the control factors, such as the oil-blend ratio and methanol-to-oil molar ratio, on the fatty acid methyl ester and BD production yield were also investigated. The kinematic viscosity reduction effects of BD using heating and ultrasonic irradiation were verified, and the optimal temperature of each BD-diesel fuel blend for reducing the kinematic viscosity was derived using the correlation equation. As a result, the optimal conditions for producing blended biodiesel were verified to be TASU7 and a methanol-to-oil molar ratio of 10:1. The analysis results of the fuel properties of TASU7 satisfied the BD quality standard; hence, the viability of BD blended with waste tallow as fuel was verified. The experimental results on the kinematic viscosity reduction showed that heating is more effective in reducing the kinematic viscosity because it took less time than ultrasonic irradiation, and the equipment was cheaper and more straightforward than the ultrasonic irradiation method.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.30 no.4
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• pp.726-739
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• 2013

Fischer-Tropsch synthesis (FTS) converts synthesis gas (CO and $H_2$) into longer chain hydrocarbons by a surface polymerization reaction. Cobalt- or iron-based catalysts normally show excellent activity for syngas conversion to petroleum products leading to super clean diesel fuels. The catalytic activities of the catalysts in FTS depend on the number of active sites on the surface. The number of active site was determined by the active metal particle size, loading amount, reduction degree and support-active metal interaction. The investigation adopts new methodology in preparing FT catalyst, which contains the controlled synthesis of active metal. The main focus of this paper is to give an overview of the types of catalysts, also including their preparation and reduction; the types of FT reactors; and also including the reaction conditions.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.129.1-129.1
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• 2010

석탄가스화로부터 얻어진 합성가스는 CO, $H_2$가 주성분으로, 그 자체를 연료로 사용하여 발전을 하거나 또는 적절한 정제, 분리 및 합성을 통해 다양한 원료물질을 생산할 수 있다. 이러한 석탄의 청정 사용 기술은 최근의 에너지 분야에서 많은 관심을 불러일으키고 있는 고유가 현상 및 석유자원 고갈에 대비할 수 있는 현실적인 방법의 하나로 여겨지고 있다. 석유를 대체할 에너지원으로서 석탄을 이용하는 다양한 응용 방법 중의 하나로 가스화 반응을 통해 발생하는 합성가스를 이용한 SNG 제조 공정을 들 수 있는데, 이는 석탄 등의 고체 시료를 이용하여 메탄이 주성분인 연료가스를 생산하는 것이다. SNG(Synthesis Natural Gas 또는Substitute Natural Gas)는 합성천연가스 또는 대체천연가스로 불리어지는데 주로 석탄의 가스화를 통해 얻어진 합성가스(syngas 또는 synthesis gas)인 CO, $H_2$를 촉매에 의한 합성반응을 통해 얻을 수 있다. SNG 합성 반응(메탄화 반응)은 보통 수성가스 전환 공정과 가스 정제 공정을 거친 합성가스를 $CH_4$로 전환하는 것으로 석탄을 이용한 SNG 제조 공정에서 가장 핵심 공정인 메탄화 반응은 높은 발열반응으로 주로 니켈 촉매를 사용하며 $250{\sim}400^{\circ}C$에서 반응이 이루어진다. SNG 합성 반응은 공급되는 합성가스의 조성($H_2$/CO 비), 공급되는 합성가스의 유량과 반응기에 충진된 촉매의 부피와의 관계를 나타낸 공간속도, 반응온도 등의 조건에 따라 반응 특성이 달라질 수 있다. 가스화 반응을 통해 생성되는 합성가스를 이용한 SNG 합성반응(메탄화 반응)의 특성을 파악하기 위하여 Lab-scale 규모의 고정층 반응기를 이용하여 Ni 함량이 다른 2종류의 촉매를 대상으로 반응온도 및 압력에 따른 CO 전환율, $CH_4$ 선택도, $CH_4$ 생산성 변화를 파악하였다. 실험 결과 반응기의 온도가 350도 이상의 조건에서 CO 전환율은 99.8%이상, $CH_4$ 선택도는 90.7%이상으로 나타났으며, 공간속도가 2,000 1/h 이상의 조건에서는 $CH_4$ 생산성이 500 ml/g-cat, h을 만족하였다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.27 no.4
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• pp.394-401
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• 2005

A nonthermal plasma-assisted fuel reformer was developed and the effects of operating variables on the performance of this reformer were studied. The $H_2$-rich reformed gas from the reformer was injected into a diesel engine under an idle condition and the effects of the amount of injected gas on the NO and soot reduction were investigated. It was found that with increasing electric power consumption, the degree of facility of ignition of the reforming reaction in the reformer could be enhanced. The performance of the reformer including $H_2$ concentration, $H_2$ recovery, and energy conversion was affected only by the O/C mole ratio. This was because the equilibrium reaction temperature was governed by the O/C mole ratio. With increasing O/C mole ratio, the $H_2$ recovery and energy conversion passed through the maximum values of 33.4% and 66%, respectively, at an O/C mole ratio between 1.2 and 1.5. The reason why the $H_2$ recovery and energy conversion increased with increasing O/C mole ratio when the O/C mole ratio was lower than $1.2{\sim}1.5$ appeared to be that the complete oxidation reaction occurred more enough with increasing O/C mole ratio in this low O/C mole ratio range and accordingly the reaction temperature increased. Whereas the reason why the $H_2$ recovery and energy conversion decreased with increasing O/C mole ratio when the O/C mole ratio was higher than $1.2{\sim}1.5$ appeared to be that the complete oxidation reaction was further advanced and the $H_2$ recovery and energy conversion decreased. As the weight ratio of reformed diesel to total diesel which entered the diesel engine was increased to $18.2{\sim}23.5%$, NO and soot reduction efficiencies increased and reached as values high as 68.5% and 23.5%, respectively.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.31 no.4
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• pp.443-451
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• 2020

In this study, the physico-chemical properties and pyrolysis kinetics of livestock mature solid fuel were investigated to know its feasibility as a fuel. Ultimate and proximate analysis results showed that livestock mature solid fuel has high contents of volatile matter (64.94%), carbon (44.35%), and hydrogen (5.54%). The low heating value of livestock mature solid fuel (3880 kcal/kg) was also higher than the standard requirement of solid fuel (3000 kcal/kg). Thermogravimetic analysis results indicated that livestock mature solid fuel has three decomposition temperature regions. The first temperature zone (130~330 ℃) was consisted with the vaporization of extracts and the decomposition of hemicellulose and cellulose. The second (330~480 ℃) and third (550~800 ℃) temperature regions were derived from the decomposition of lignin and additional decomposition of carbonaceous materials, respectively. The activation energy derived from model free kinetic analysis results including Friedman, Flynn-Wall-Ozawa (FWO), and Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) methods for the pyrolysis of livestock mature solid fuel was in the range of 173.98 to 525.79 kJ/mol with a conversion rate of 0.1 to 0.9. In particular, the activation energy increased largely at the higher conversion than 0.6. The kinetic analysis using a curve-fitting method suggested that livestock mature solid fuel was decomposed via a multi-step reaction which can be divided into five decomposition steps.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1996.10b
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• pp.85-90
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• 1996

석탄 직접연소의 신기술인 Cyclone 연소기술은 환경오염저감 기술증의 하나로서, 고온 연소로 인해 회분이 연소실 내부에서 용융, 제거된 후 고온의 청정연소가스만 보일러로 유입된다. 또한 연소기의 fuel-rich 연소조건하에서 생성된 고온의 불완전연소가스는 보일러 입구에서 충분한 재연소공기를 공급함으로서 완전연소시킬 수 있으므로 적은 시설투자 비용으로 기존 오일이나 가스용 보일러를 석탄용으로 전환이 용이할 뿐만 아니라 이러한 다단 연소방식을 채택하여 NOx 제어도 가능하다는 이점이 있다. Cyclone 연소기술의 개발은 석탄의 청정연소 뿐만 아니라 그 기술을 토대로 석탄가스화, MHD 발전, 가연성 폐기물 소각등에도 활용할 수 있다. 따라서 국내 기술자립을 위해 실험용 Cyclone 연소기를 설계, 제작 및 연소실험을 수행한 결과, Peco-semi탄을 연료로 공급량 약 30 kg/hr, 공기비 약 1.0 일 때 탄소전환율은 약 95% 이며 회분제거율은 약 70%임을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.453-456
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• 2007

감압 증류 후 생성되는 중질유의 고도화를 위하여 코킹 공정을 거친 후 정유 부산물로 생성되는 열적으로 매우 안정하고, 높은 발열량을 갖는 반면 황, 바나듐 함량이 높은 석유코크스의 효과적인 이용을 위하여 본 연구에서는 가스화 공정을 적용하였다. 1T/D 용량의 분류층 가스화기를 이용하여 유연탄(drayton coal), 석유코크스, 또는 혼합한 경우의 가스화 성능을 알아보았으며, 각각의 경우에 대하여 비교하여 보았다. 높은 열 안정성을 갖는 석유코크스의 효과적인 가스화를 위하여 반응기 내 체류시간 및 버너 노즐 변경에 따른 가스화 성능 개선을 시도하였으며, 이때의 온도, 산소/원료 공급량 조건에 따른 생성가스 성분 및 탄소전환율, 냉가스효율 변화 특성을 알아보았다. 버너 노즐 구경 변경으로 인한 슬러리의 미립화를 통하여 향상된 탄소전환율 및 냉가스효율을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1999.05a
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• pp.17-21
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• 1999

석탄가스화기는 IGCC의 핵심으로서 석탄을 고온에서 열분해 연소 및 가스화하여 연료가스인 저/중열량 가스(CO,H$_2$)로 전환하는 장치이며, Texaco,Destec 및 Shell 등 분류층 가스화기가 발전용으로서 개발중에 있다. 전력연구원에서는 가압분류층 가스화기(Pressured Drop Tube Furnance)를 이용하여 석탄의 가스화 특성을 연구하고 있다. 석탄가스화 공정은 탄종과 운전조건에 따라 그 반응 특성의 편차가 매우 심하고 가스화 특성 실험시 탄종이 자국위주로 되어 있어 우리나라에 많이 수입되는 석탄에 대한 가스화특성에 대한 정보가 많지 않다. 따라서 본 연구는 상용가스화기의 운전조건을 모사한 분위기하에서 석탄가스화 특성을 결정하는 것이 목적이며, Adaro탄을 대상으로 15기압 가압하에서 반응온도 140$0^{\circ}C$, 산소/석탄비 0~l.5, 석탄입자 45~63$mu extrm{m}$, 그리고 석탄 공급율은 6g/min으로 실험조건을 주어 산소/석탄비 변화시 탄소전환율 및 냉가스효율에 대한 석탄가스화 반응 특성을 평가하였다.(중략)

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.112-121
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• 2005

본 연구는 2003년부터 2005년까지 2년간 에너지관리공단의 선행연구과제로서 진행되었으며 20 Watt 급 소형 연료전지에 수소를 공급할 수 있는 소형의 마이크로 채널 메탄올 개질장치를 개발하는 것을 목적으로 하였다. 개질장치는 개질기 본체, 여기에 반응열을 공급 해주는 촉매 연소기 그리고 연료를 증발시켜 주는 연료증발기의 세부분으로 구성되며 각 반응기의 개발 및 통합을 수행하였다. 반응기는 반응면적을 증가시키기 위하여 폭 $200{\sim}5000{\mu}m$, 필이 $200{\sim}5000{\mu}m$ 규모의 마이크로 채널 유로를 금속 박판을 화학 에칭하여 구현하였으며 이를 수십장 적층하여 전체 반응기를 제작하였다. 마이크로 채널표면에 내부 촉매 지지체를 먼저 코팅한 후 촉매를 코팅하는 방법을 사용하여 담지체 코팅으로 기하학적 표면적 대비 표면적이 10 배 이상 향상되는 우수한 결과를 얻을 수 있었고 촉매의 내구성이 월등히 향상 되었다. 저온 활성 촉매를 사용하여 $350^{\circ}C$ 이하에서 메탄을 전환율 90% 이상을 구현하였다. 실제 운전 후 측정 결과 개질 반응기의 부분별 온도차가 $20^{\circ}C$ 이내로 설계의 우수성을 확인하였다. 촉매 연소기를 이용한 개질 반응열 공급장치를 개발하여 20Watt 급 수소 생산을 위한 개질 반응기에 반응열을 공급하도록 하였다. 이와 함께 촉매 연소기를 이용한 연료 증발열 공급 장치 개발하여 개질기 공급 연료의 90% 이상이 기화되도록 하였다.