• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권1호
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• pp.58-67
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• 2010

본 연구에서는 국내 상용 순환유동층 보일러에서 연료로 사용하고 있는 저급 국내무연탄과 혼소용 연료로 이용할 예정인 목재펠릿의 각각의 연소 특성을 조사하기 위해 열중량 분석기(TGA)를 이용하여 비등온 실험(5, 10, 20, $30^{\circ}C/min$) 및 등온 조건으로 촤 연소 실험을 수행하였다. 목재펠릿의 경우는 승온 속도에 따라 차이가 있으나, 국내무연탄에 비해 낮은 온도인 $200{\sim}620^{\circ}C$ 사이에서 연소되었으며, 최대 반응속도를 나타내는 온도 또한 국내무연탄의 그것에 비해 매우 낮음을 알 수 있었다. 비등온 실험 결과를 Friedman 방법으로 해석한 결과, 무게감량이 가장 큰 2차 구간에서의 목재펠릿 및 국내무연탄의 활성화에너지는 44.12, 21.45 kcal/mol이었으며, 반응차수 및 빈도인자는 각각 5.153, 0.7453 및 $4.01{\times}10^{16}$, $1.39{\times}10^6(s^{-1})$임을 확인할 수 있었다. 또한 등온 조건으로 촤 연소 실험 결과, 화학반응 율속단계에서의 목재펠릿 및 국내무연탄의 활성화에너지는 각각 27.5, 51.2 kcal/mol이었으며, 빈도인자는 각각 $2.55{\times}10^{12}$, $1.49{\times}10^{10}(s^{-1})$임을 확인할 수 있었다. 국내무연탄에 비해 목재펠릿이 낮은 온도에서 연소 반응이 시작이 되고 반응차수 및 빈도인자가 높아 반응속도를 빠를 것으로 판단되어 혼소 시 연소 제어가 잘 이루어질 경우, 연소로 내의 연소 분위기가 향상될 것으로 예상된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권5호
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• pp.725-731
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• 2018

바이오매스의 탄화 반응에서 촉매의 영향을 살펴보기 위하여 열중량분석기에서 탄화 반응 실험을 하였다. 사용된 바이오매스는 대나무와 소나무이었고, 사용 촉매는 K, Zn 금속화합물이었다. 질소 분위기에서 상온에서 $850^{\circ}C$까지 승온속도 $1{\sim}10^{\circ}C/min$에서 탄화 실험이 행하여졌다. 또한 석탄과의 혼소를 위한 바이오매스 반탄화 공정에서의 촉매의 영향 실험이 가열속도 $5^{\circ}C/min$, 반탄화 온도 220, 250, $280^{\circ}C$에서 30분간 등온 조건을 유지하면서 행하여졌다. 반탄화 시료에 대한 비등온 연소반응 특성 실험이 $200{\sim}850^{\circ}C$ 구간에서 행하여졌다. 바이오매스가 탄화 되기 시작하는 탄화 개시 온도($T_i$)와 최대탄화속도가 나타나는 온도($T_{max}$)는 촉매량이 증가할수록 낮아졌다. $400^{\circ}C$까지 열분해 되지 않고 남은 잔여 촤 성분은 촉매량이 증가할수록 증가되는 경향성을 보였다. 따라서 촉매 첨가 시 탄화에너지를 감소시키고 생성 촤의 발열량을 개선할 수 있다. 반탄화 조건에서 K촉매가 담지 된 경우 무촉매 바이오매스의 최적조건인 $250^{\circ}C$ 보다 낮은 $220^{\circ}C$까지 반탄화 조건을 완화시킬 수 있었다. K촉매 함유 반탄화 바이오매스의 연소반응에서 활성화에너지는 25.1~27.0 kJ/mol 범위로 무촉매 바이오매스 46.5~58.7 kJ/mol보다 낮게 나타났다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권3호
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• pp.259-267
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• 2010

본 연구는 아역청탄의 미분탄 연소특성에 있어서, 입자크기가 미치는 영향을 알고자 실험을 통해 고찰한 것이다. 본 연구를 위하여, 온도 및 온도 상승률을 고려해 볼 때, 실제 미분탄 연소로의 환경을 잘 구현할 수 있는 층류반응기를 설계하고 이용하였다. 크기가 다른 미분탄 입자들이 탈 때 형성되는 화염구조 및 길이를 본 반응기를 이용해 조사하였다. 육안으로 관찰된 화염구조로부터 석탄연소과정들을 분명하게 구분할 수 있었다. 입자의 크기변동은 휘발분 점화개시점에 미치는 영향이 큰 반면, 휘발분의 연소시간에 미치는 영향은 가장 적었다. 입자의 크기가 커질수록 촤의 화염길이도 증가하였다. 화염불안정성 역시 입자가 커짐에 따라 증대되었다. 일정한 체류시간 간격내에서의 촤의 소비율은 거의 일정하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.102.1-102.1
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• 2010

바이오매스(Biomass)는 지구상에서 에너지원으로 이용될 수 있는 모든 식물과 미생물을 총칭하는 의미로 사용된다. 최근 바이오매스를 에너지자원화 시키는 방법으로 주목받는 열화학적 전환(Thermo-chemical conversion) 반응은 산소가 없이 혹은 희박한 조건에서 바이오매스에 열과 압력을 가하거나 공기나 수증기 등의 가스화제와 반응하여 바이오오일(Bio-oil) 및 합성가스(Syngas)로 변화하는 프로세스를 의미한다. 바이오매스로부터 바이오 DME(Di-Methyl Ether) 생산을 위한 합성가스를 제조하기 위해서 국내 산림자원을 대상으로 열분해반응 특성연구를 수행하였다. 또한 이들 물질로부터 바이오 DME 합성을 위해 최적의 합성가스 제조를 위한 타당성 연구를 수행하였다. 반응온도 $800{\sim}900^{\circ}C$에서 가스화 수율은 78~80%, 촤 수율은 17~20%, 타르 수율은 4~10%였고, 합성가스($H_2$/CO)비는 0.9~1.6였다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2014년도 제49회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.33-36
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• 2014

Gasification of biomass produces syngas containing CO, $H_2$ and/or $CH_4$, which can then be converted into energy or value-added fuels. One of key issues for efficient gasification is to minimize tar concentration in the syngas for use in a final conversion device such as gas engine. This study investigated the decomposition of primary tar by catalytic cracking using char as catalyst, of which the feature can be integrated into a fixed bed gasifier design. The pyrolysis vapor containing tar from pyrolysis of wood at $500^{\circ}C$ was passed through a reactor filled with or without char at $800^{\circ}C$ for a residence time of 1, 3 or 5 sec. Then, the condensable vapor (water and tar) and gases were analyzed for the yields and elemental composition. Four types of char particles with different microscopic surface area and pore size distribution: wood, paddy straw, palm kernel shell and activated carbon. The results were analyzed for the mass and carbon yields of tar and the composition of product gases to conclude the effects of char types and residence time.

• 한국연소학회지
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• 제21권4호
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• pp.23-29
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• 2016

Reactivity of gasification defined by bouardard reaction is critical parameter in efficiency of the gasifier. In this study, char reactivity of the gasification was derived from the experiments using the intrinsic reaction kinetics model. Pressurized wire mesh heating reactor (PWMR) can produce high temperature and high pressure conditions up to 50 atm and 1750 K, respectively and PWMR was designed to evaluate the intrinsic reaction kinetics of $CO_2$ gasification. In this study, Kideco and KCH (sub-bituminous Indonesian coal) were pulverized and converted into char. Experiments used the PWMR were conducted and the conditions of the temperature and pressure were 1373~1673 K, 1~40 atm. To distinguish the pressure effect from high pressurized condition, internal and external effectiveness factors were considered. Finally, the intrinsic kinetics of the Kideco and KCH coal char were derived from $n^{th}$ order reaction rate equations.

• 자원리싸이클링
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• 제23권6호
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• pp.47-53
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• 2014

런던협약으로 인하여 하수 슬러지 및 유기성 폐기물의 해양투기가 전면 금지되어 이의 효과적인 처리 및 에너지 전환 기술에 대한 요구가 증대되고 있다. 하수 슬러지의 빠른 감량과 에너지화가 가능한 열적 에너지 전환 기술의 적용을 위해서는 하수 슬러지의 열분해 및 연소 특성에 대한 기본적인 kinetics 자료가 필수적이다. 본 연구에서는 열중량 분석기(thermogravimetric analyzer, thermobalance)를 이용하여 하수 슬러지의 열분해 및 연소 kinetics를 도출하였다. 열분해의 경우 총 세 단계의 반응이 일어나 각각에 대하여 subtraction method에 의하여 activation energy와 빈도 인자를 도출하였다. 촤 연소의 경우 반응 kinetics 해석은 기체-고체 화학반응의 세 가지 모델이 이용되었고 shrinking core model이 연소 특성을 가장 잘 나타내어 이 모델을 기준으로 activation energy와 빈도 인자를 도출하고 산소농도 영향을 살펴보았다.

• 한국연소학회지
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• 제16권1호
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• pp.8-14
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• 2011

Biomass gasification is a promising technology in terms of clean energy and flexible options for end use such as heat, steam, electricity, gaseous or liquid fuels. In a gasification process, reduction of tar is very important because it can cause any mechanical problems and small tar implies high energy efficiency. However, generation and conversion mechanisms of tar have not been fully understood due to its complex nature. In this study, characteristics of tar generated from different gasification stages were investigated. Korean pine woodchip was used as feedstock and tar was sampled in a separate way during devolatilization and char gasification stage, investigated. As a result. more various kinds of hydro carbon compounds were identified in the devolatilization stage than char gasification stage because primary tar compounds are released mostly from pyrolysis of cellulose and hemicellulose. When the reaction temperature increased up to $900^{\circ}C$, tar composition becomes simplified into about 10 aromatic compounds mostly with 1-4 rings without substitution up to phenanthrene. The sampled tar in the char gasification stage mostly contains 5-7 simple aromatic compounds.

• 한국연소학회지
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• 제15권1호
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• pp.22-29
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• 2010

In this study, carbon conversion was measured using an electronic mass balance. In a lab scale furnace, each coal sample was pyrolyzed in a nitrogen environment and became coal char, which was then gasified with steam under isothermal conditions. The reactivity of coal char was investigated at various temperatures and steam concentrations. The VRM(volume reaction model), SCM(shrinking core model), and RPM(random pore model) were used to interpret experimental data. For each model the activation energy(Ea), pre-exponential factor (A), and reaction order(n) of the coal char-steam reaction were determined by applying the Arrhenius equation into the data obtained with thermo-gravimetric analysis(TGA). According to this study, it was found that experimental data agreed better with the VRM and SCM for 1,000 and $1,100^{\circ}C$, and the RPM for 1,200 and $1,300^{\circ}C$. The reactivity of chars increased with the increase of gasification temperature. The structure parameter(${\psi}$) of the surface area for the RPM was obtained.

• 전자공학회논문지SC
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• 제44권5호
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• pp.1-10
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• 2007

본 논문은 개선된 모델 축소 알고리즘을 이용하여 범용적 제어기 설계에 대해서 제안했다. 개선된 모델 축소 알고리즘은 모델의 과도상태와 정상상태 응답을 고려하여 주파수 영역에서 구하였다. 범용적 제어기 설계는 위상여유와 등 제동의 특성을 만족하는 PID 제어기와 2차 지연 모델에 대하여 촤적화 PID 제어기 설계에 대해서 제안 하였다. 시뮬레이션을 통하여 다양한 공정에 대하여 본 논문에서 제안한 방법을 적용하여, 모델축소 방법의 정확성 및 제어기 성능의 개선을 보였다.