• Journal of the Korean Society of Combustion
• /
• v.12 no.4
• /
• pp.57-61
• /
• 2007

The aim of this study is to find out the condition that generates maximum $H_2$ through the calculation of equilibrium model with conditions of pyrolysis gases of Refuse Plastic Fuel(RPF). This study deals with the computational simulation of a RPF gasification using an equilibrium model based on minimization of the Gibbs free energy. An equilibrium analysis was carried out to determine species composition of Syngas in RPF gasification and reactions to variation of temperature, $O_2/Fuel$ ratio and Steam/Fuel ratio. Calculated results shows that hydrocarbons in pyrolyzed gas are converted to synthesis gas which is formed on hydrogen and carbon monoxide.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.266-266
• /
• 2010

마그네트론 스퍼터링을 이용하여 질소와 탄소를 함유한 티타늄 화합물을 합성하고, 조성 변화에 따른 색상 변화를 통해 티타늄 화합물로 구현할 수 있는 색상에 대해서 알아보았다. 스퍼터 타겟은 4"X1/4" 크기의 고순도(99.99%) 티타늄을 사용하였다. 시편은 알코올과 아세톤에서 각각 5분간 초음파 세척된 SUS304를 사용하여, 진공용기에 시편을 장착하고 압력을 $3{\times}10^{-6}\;Torr$까지 배기한 후, Ar 가스를 주입하여 진공도가 $2{\times}10^{-2}\;Torr$에 이르면 펄스 전원 공급 장치를 이용하여 800 V의 전압으로 1시간 동안 글로우 방전을 시켜 시편 청정을 실시하였다. 시편 청정이 끝나면 다시 $3{\times}10^{-6}\;Torr$까지 진공배기를 실시하고, Ar 가스를 진공용기 내로 공급하여 $1{\sim}3{\times}10^{-3}\;Torr$에서 스퍼터링을 실시하여 완충층으로 티타늄 박막을 코팅하였다. 티타늄 화합물은 티타늄을 스퍼터링 하면서 진공용기 내에 질소와 메탄가스를 적절한 비율로 공급함으로써 코팅하였다. 박막 증착 시 시편 온도는 $200^{\circ}C$, 타겟과의 거리는 12 cm를 유지하였으며, 시편을 회전시켜 코팅하였다. 티타늄 화합물의 두께와 미세구조, 조성 그리고 색상은 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM), 글로우 방전 분광기(glow discharge light spectroscope, GDLS), 및 색차계(spectrophotometer)를 사용하여 각각 분석하였다. TEM 분석결과 TiN의 박막 두께는 약 300 nm로 공극이 존재하지 않는 치밀한 다결정 구조를 나타내었고, TiCN은 약 600 nm로 TiN과 두 배의 두께 차이를 보였다. 이는 탄소의 공급원인 메탄가스의 주입으로 증착률이 증가한 것으로 판단된다. 또한 소량의 질소와 메탄가스의 유량 조절로 화합물의 조성을 변화시킬 수 있었으며, 이러한 조성 변화는 화합물의 색상변화로 나타났다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과를 외관 코팅 분야에 응용한다면 다양한 색상 구현과 외관의 경도, 내마모성, 내식성의 향상 등 많은 장점을 가질 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2008.11a
• /
• pp.83-85
• /
• 2008

4성분계 Ti-Si-C-N 코팅막은 $TiCl_4$, $SiH_4$, $CH_4$, Ar, 그리고 $N_2$ 가스 혼합체를 이용하여 RF-PECVD 기법에 의해 Si 와 AISI 304 기판위에 합성하였다. Ti-C-(0.6)-N(0.4) 조성의 코팅막에 Si를 첨가함으로 Ti(C,N) 결정질은 줄어들고, Si3N4 및 SiC 비정질상이 나타났다. Ti-Si(9.2 at.%)-C-N의 조성에서 나노 크기의 nc-Ti(C,N) 결정질을 비정질 a-Si3N4/SiC가 둘러싸고 있는 형태의 나노 복합체를 나타내었다. 경도 24 Gpa의 Ti-C-N 코팅막은 Si를 첨가함으로 Ti-Si(9.2 at.%)-C-N 조성에서 46 Gpa의 최고 경도를 나타내었으며, 마찰계수의 경우에도 Ti-C-N 코팅막에 Si를 첨가함으로 크게 낮아졌다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 1999.07a
• /
• pp.114-114
• /
• 1999

Boron nitride (BN)는 매우 뛰어난 물리적, 화학적 성질을 가지고 있는 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. hexagonal 형태의 hBN의 경우 큰 전기 저항과 열 전도도를 가지고 있고 열적 안정성을 가지고 있어 반도체 소자에서 절연층으로 쓰일 수 있다. 또한 X-ray와 가시광선을 투과시키기 때문에 X-ray와 가시광선을 투과시키기 때문에 X-ray lithography이 mask 기판으로 사용될 수 있다. Boron-carbon-nitrogen (BCN) 역시 뛰어난 기계적 성질과 투명성을 가지고 있어 보호 코팅이나 X-ray lithography에 이용될 수 있다. 또한 원자 조성이나 구성을 변화시켜 band gap을 조절할 수 있는 가능성을 가지고 있기 때문에 전기, 광소자의 재료로 이용될 수 있다. 본 연구에서는 여러 합성 조건 변화에 따른 hBN 막의 합성 거동을 관찰하고, 카본 농도변화에 따른 BCN 막의 기계적 성질과 구조의 변화, 그리고 실리콘 첨가에 의한 물성 변화를 관찰하였다. BN박막은 실리콘 (100) 기판 위에 r.f. plasma assisted CVD를 이용하여 합성하였다. 합성 압력 0.015 torr, 원료 가스로 BCl3 1.5 sccm, NH3 6sccm을 Ar 15 sccm을 사용하여 기판 bias (-300~-700V)와 합성온도 (상온~50$0^{\circ}C$)를 변화시켜 BN막을 합성하였다. BCN 박막은 상온에서 기판 bias를 -700V로 고정시킨 후 CH4 공급량과 Ar 가스의 첨가 유무를 변화시켜 합성하였다. 또한 SiH4 가스를 이용하여 실리콘을 함유하는 Si-BCN 막을 합성하였다. 합성된 BN 막의 경우, 기판 bias와 합성 온도가 증가할수록 증착속도는 감소하는 경향을 보여 주었다. 기판 bias와 합성온도에 따른 구조 변화를 SEM과 Xray로 분석하였다. 상온에서 합성한 경우는 표면형상이 비정질 형태를 나타내었고, X-ray peak이 거의 관찰되지 않았다. 합성온도가 증가하게 되면 hBN (100) peak이 나타나게 되고 이것은 합성된 막이 turbostratic BN (tBN) 형태를 가지고 있다는 것을 나타낸다. 50$0^{\circ}C$의 합성 온도에서 기판 bias가 -300V에서 hBN (002) peak이 관찰되었고, -500, -700 V에서는 hBN (100) peak만이 관찰되었다. 따라서 고온에서의 큰 ion bombardment는 합성되는 막의 결정성을 저해하는 요소로 작용한다는 것을 확인 할 수 있었다. 합성된 BN 막은 ball on disk type의 tribometer를 이용하여 마모 거동을 관찰한 결과 대부분 1이상의 매우 큰 friction coefficient를 나타내었고, nano-indenter로 측정한 BN막의 hardness는 매우 soft한 막에서부터 10 GPa 정도 까지의 값을 나타내었고, nano-indenter로 측정한 BN 막의 hardness는 매우 soft한 막에서부터 10GPa 정도 까지의 값을 가지며 변하였다. 합성된 BCN, Si-BCN 막은 FT-IR, Raman, S-ray, TEM 분석을 통하여 그 구조와 합성된 상에 관하여 분석하였다. FT-IR 분석을 통해 B-N 결합과 C-N 결합을 확인할 수 있었고, Raman 분석을 통하여 DLC의 특성을 분석하였다. 마모 거동에서는 BCN 막의 경우 0.6~0.8 정도의 friction coefficient를 나타내었고 Si-BCN 막은 0.3이하의 낮은 friction coefficient를 나타내었다. Hardness는 carbon의 함유량과 Ar 가스의 첨가 유무에 따라 각각을 측정하였고 이것은 BN 막 보다 향상된 값을 나타내었다.

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.20 no.4
• /
• pp.391-395
• /
• 2009

For the conversion of domestic waste-wood into energy, a fixed bed gasifier ($0.9 m{\times}2.4 m$) having the capacity of 2 ton/day was designed and constructed. The dual knife valve was used to feed waste-wood of which size was 3~5 cm and a rotary stoker system was installed in the bottom of gasifier. The pilot gasification system consisted of feeding system, fixed bed gasifier, gravity fine particle collector, heat exchanger for syngas cooling, ID fan, and cooling tower. The operation temperatures of gasifier were $700{\sim}1000^{\circ}C$ and the concentrations of syngas were CO: 25~40 vol%, $H_2$: 7~12 vol%, $CH_4$: 2~4 vol%, $CO_2$: 12~24 vol%. The calorific value of syngas was $1100{\sim}1500kcal/Nm^3$ and was enough to be applied in the industrial combustor. Also the gas engine was operated by using syngas from biomass gasifier and produced 1~4 kW of power.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.11a
• /
• pp.130.1-130.1
• /
• 2010

미국과 유럽에서는 이미 10여 년 전부터 250MW급 이상의 대용량 석탄IGCC 플랜트를 상업운전 하고 있으며, 일본과 중국을 비롯한 아시아에서도 대용량 플랜트를 시운전하고 있거나 건설 중에 있다. 한국에서는 제4차 전력수급계획에 의거 태안화력 부지 내에 300MW급 IGCC 플랜트 건설을 추진 중이며, 두산중공업은 '10년 상반기에 IGCC 가스화 플랜트에 대한 FEED 설계 (Front-Eng Engineering Design)를 완료하였다. 그 과정 중 설계조건에 의한 기본 엔지니어링 사항과 석탄 가스화 플랜트에 대한 성능예측 결과를 본 연구에서 소개한다. 가스화 플랜트의 엔지니어링은 가스화 블록과 가스정제 블록으로 구분하여 수행하였다. Process Data를 이용하여 PFD Development, P&ID Generation, Equipment Specification 개발, HAZOP 수행, Architecture Engineering 등의 순으로 FEED 설계를 진행하였다. BOD (Basis of Design)를 기준으로 운전조건별 Heat & Mass Balance와 Process Flow를 재검토하고 각 기기별 운전개념을 반영하여 P&ID를 개발하였다. 그리고 배관, 전기 및 제어에 대한 각종 Diagram 개발과 HSE (Health, Safety and Environment) 관련 설계를 수행하였다. IGCC 1호기의 엔지니어링 수행과 함께 Next 호기 자체설계 역량 확보를 위해 두산중공업은 'DIGITs'로 명명된 개념기본설계 Tool을 개발하고 있다. DIGITs는 공정모델링, 단위기기 개념설계, 공정구성 (Process Configuration) 및 종합 Database Package 형태로 구성된다. DIGITs에 의한 계산 결과 공정사 Process Data 기준시 가스화 블록 출구에서 Syngas HHV와 Syngas 현열은 각각 약 $636MW_{th}$와 약 $18MW_{th}$로, Plant 설계조건 $630MW_{th}$를 만족하는 것으로 예측되었다. 향후 DIGITs는 가스정제 블록 및 주변 BOP 설비 등과 연계한 종합 개념기본설계 Tool로써 개발 진행 중이다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.50 no.3
• /
• pp.511-515
• /
• 2012

In this study, we used a commercial simulator to investigate the gasification characteristics of Roto coal in the partitioned fluidized-bed gasifier, which consists of 4 parts such as coal pyrolysis, char gasification, tar/oil gasification and char combustion. The heating medium was exchanged between the combustion part and the gasification part in order to supply the energy needed for pyrolysis and gasification. The correlation model from experimental data in relation to the reaction temperatures, the reaction gases and the coal feed rates was derived for the coal pyrolysis. The equilibrium model was used for the gasification and the combustion model for the char combustion. In order to compare the reaction behavior of the partitioned fluidized-bed gasifier, the single-bed gasifier was also simulated. The cold gas efficiency of both partitioned fluidized-bed gasifier and single-bed gasifier was almost the same. The $H_2$ and $CH_4$ contents of the syngas in the partitioned fluidized-bed gasifier slightly increased and the CO and $CO_2$ contents slightly decreased, compared with the singlebed gasifier. In order to verify the model, ten cases of the single-bed gasification experiment have been simulated. The contents of CO, $CO_2$, $CH_4$ in the syngas from the simulation corresponded with the experimental data while those of $H_2$ was slightly higher than experimental data, but the tendency of $H_2$ content in the syngas was similar to the experiments. In the coal conversion, the simulation results were higher than the experiments since equilibrium model was used for the gasification so that the residence time and contact time in the model is different from the experiments.

• Journal of Energy Engineering
• /
• v.25 no.4
• /
• pp.214-225
• /
• 2016

Gasification is one of the important contribution to resource recycling by conversion of biomass to a variety of energy sources such as alcohol, SNG etc., and to global warming prevention by reduction of green house gases such as $CO_2$. The aim of this study is to draw the optimal operation condition of dual fluidized-bed gasifier with biomass fuel, to verify SNG production efficiency and to establish the basis for the domestic commercialization of dual fluidized bed gasification. As a result, dual fluidized-bed gasifier has the optimal conditions at $826^{\circ}C$ with steam input 1,334 g/hr, air input 5.56 L/min. The carbon conversion is 81% and SNG production efficiency was $CH_4$ 92%.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
• /
• v.44 no.7
• /
• pp.603-610
• /
• 2016

This paper describes experimental results about emission and NOx reduction of dilution effect (Nitrogen and carbon dioxide) about various fuel compositions of synthetic natural gas (SNG). Combustion experiment was performed to investigate the combustion characteristics for SNG with various hydrogen ratio in SNG, heat input and equivalence ratio in a partially premixed model gas turbine combustor. NOx emission was similar to each hydrogen ratio and flame characteristics was investigated from OH chemiluminescence images. There was a singularity of CO emission in stoichiometric condition and it can be identified using OH chemiluminescence intensity. In addition, dilution effect was studied in using nitrogen and carbon dioxide as diluent to reduce the NOx emission. Carbon dioxide diluent was more effective to NOx reduction than nitrogen diluent because of its high diluent specific heat and its heat capacity.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
• /
• v.15 no.3
• /
• pp.181-189
• /
• 2012

We developed a new high-yield synthesis method of free-standing germanium nanocrystals (Ge NCs) by means of the gas-phase photolysis of tetramethyl germanium in a closed reactor using an Nd-YAG pulsed laser. Size control (5-100 nm) can be simply achieved using a quenching gas. The $Ge_{1-x}Si_x$ NCs were synthesized by the photolysis of a tetramethyl silicon gas mixture and their composition was controlled by the partial pressure of precursors. The as-grown NCs are sheathed with thin (1-2 nm) carbon layers, and well dispersed to form a stable colloidal solution. Both Ge NC and Ge-RGO hybrids exhibit excellent cycling performance and high capacity of the lithium ion battery (800 and 1100 mAh/g after 50 cycles, respectively) as promising anode materials for the development of high-performance lithium batteries. This novel synthesis method of Ge NCs is expected to contribute to expand their applications in high-performance energy conversion systems.