• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제36권8호
• /
• pp.1024-1029
• /
• 2012

DME는 천연가스로부터 합성할 수 있는 대량의 미래 에너지원으로 한국가스공사는 이의 국내 공급을 위해 해외 자원 확보와 함께 해양에서 생산과 저장을 할 수 있는 FPSO의 건조를 추진하고 있다. 본 논문은 저장탱크 내부에서의 DME의 거동을 분석하여 제시함으로써 관련 기술자의 설계나 DME운영에 도움이 되고자 하였다. DME 증발량과 압력변화의 해석결과는 DME탱크 내 액체의 저장량이 증가할수록 증가하였다. 만선인 98%의 충전에서는 저장압력이 급격히 상승하게 되므로 하루 이상 장기간 저장하여야 할 경우는 만선저장을 피하는 것이 바람직하다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제36권8호
• /
• pp.1010-1015
• /
• 2012

DME는 천연가스로부터 합성할 수 있는 대량의 에너지원이 된다. 한국가스공사는 DME 상업규모의 생산플랜트를 개발하고 이의 국내 공급을 위해 해외 자원 확보를 추진하고 있다. 본 논문은 응력과 변형 해석을 통하여 DME저장탱크의 설계기준을 제공하였고, DME FPSO저장탱크의 증발현상을 파악하기 위하의 증발을 발생시키는 원인인 열유입과 선박의 유동에 따른 증발량 실험을 수행하였다. 실험결과, 롤링의 각도가 커지고 액체 충전량이 많을수록 증발량이 증가하였다. 롤링각도가 15도 일 때의 증발량은 정지상태의 열유입 만에 의한 증발량 보다 약 20%가 증가하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제27권6호
• /
• pp.737-746
• /
• 2016

This article describes a comparison on laminar burning velocity measured by Bunsen and spherical flame methods of synthetic natural gas (SNG) with various composition of hydrogen. In this study, the laminar burning velocity measurements were employed by Bunsen burner and cylindrical constant combustor at which flame images were captured by Schlieren system. These results were also compared with numerical based on CHEMKIN package with GRI 3.0, USC-II and UC Sandiego mechanism. In case of spherical flames, the suitable flame radius range and theoretical models were verified using the well-known previous results in methane/air flames. As an experimental condition, hydrogen content of SNG was adjusted 0% to 11%. Equivalence ratios of Bunsen flames were adjusted from 0.8 to 1.6. On the other hand, those of spherical flames were adjusted from 0.6 to 1.4, relatively. From results of this study, the both laminar burning velocities measured in Bunsen and spherical flame methods were resulted in similar tendency. As the hydrogen content increased, the laminar burning velocity also increased collectively. Laminar burning velocity of measured SNG-air flames was best coincided with GRI 3.0 mechanism by comparison of reaction mechanisms.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제29권5호
• /
• pp.512-522
• /
• 2018

This study was conducted to investigate on the combustion characteristic with the effects of mat thickness and fuel kinds in a metal-fiber burner. The mode transition point is confirmed by the K value, which was defined as the rate of flow velocity and laminar burning velocity. The ($T^4_{sur}-T^4_{\infty}$) is highest at methane flame with 3 T thickness. Through the measurement of the unburned mixture temperature, the possibility of submerged flame in surface combustion burner was confirmed. The rapid emission of CO occurs nearby limit blow out (LBO) because of the increase of flow velocity. In case of NOx, the trend is similar with surface temperature. However, it also considered that the NOx emission is affected by residence time with flame position.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제23권1호
• /
• pp.73-82
• /
• 2012

A 2-dimensional heterogeneous reactor model was developed and simulated for a tube reactor of packed bed where the steam-$CO_2$ combined reforming reaction of natural gas proceeded to produce synthesis gas. Under the reactor feeding rate, 45 $Nm^3$/h, of the reactant gas stream, the 2-dimensional heterogeneous reactor model showed the similar results to those from the ASPEN simulator although there were some discrepancies between the two in the temperature and the $H_2$/CO ratio of the reformed gas at the reactor exit. The calculated enthalpy difference between the reformed gas at the reactor exit and the reactant gas fed to the reactor was closely correspondent to the total amount of heat transferred to the reactor interior from the furnace. This supports that the 2-dimensional heterogeneous reactor model was reasonably established and the numerical solution was properly obtained.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제26권5호
• /
• pp.445-452
• /
• 2015

A tubular packed bed reactor for the steam-$CO_2$ combined reforming of natural gas to produce the synthesis gas of a target $H_2/CO$ ratio 2.0 was simulated. The effects of the reactor dimension, the feed gas composition, and the gas feeding temperature upon the possibility of coke formation across the catalyst bed were investigated. For this purpose, 2-dimensional heterogeneous reactor model was used to determine the local gas concentrations and temperatures over the catalyst bed. The thermodynamic potential distribution of coke formation was determined by comparing the extent of reaction with the equilibrium constant given by the reaction, $CH_4+2CO{\Leftrightarrow}3C+2H_2O$. The simulation showed that catalysts packed in the central region nearer the entrance of the reactor were more prone to coking because of the regional characteristics of lower temperature, lower concentration of $H_2O$, and higher concentration of CO. With the higher feeding temperature, the feed gas composition of the increased $H_2O$ and correspondingly decreased $CO_2$, or the decrease in the reactor diameter, the volume fraction of the catalyst bed subsequent to coking could be diminished. Throughout the simulation, reactor dimension and reaction condition for coking-free operation were suggested.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제47권4호
• /
• pp.446-452
• /
• 2009

최근 청정대체에너지로 각광을 받고 있는 dimethyl ether(DME)를 천연가스를 이용하여 직접 생산하는 1단계법의 고정층 촉매 반응기를 모사하였다. 1단계법의 고정층 반응기의 경우, 발열 반응인 메탄올 합성반응과 메탄올 탈수 반응이 동시에 일어나기 때문에 촉매의 비활성화를 일으킬 수 있는 hot spot의 발생을 막는 것이 가장 중요하다. 따라서 향후 상용공정에 적용 가능한 향류 냉각방식(count-current cooling system)과 포화액체 풀비등 방식(pool boiling system)을 적용하여 반응기 거동을 모사하고 이를 비교하였다. CO 전환율과 DME 생산성 면에서 향류 냉각방식이 더 효과적이었다. 하지만 포화비등액체 풀비등 방식이 더 작은 온도 범위에서 운전되어 hot spot(국소 고온점)의 가능성을 낮추고 더 안정적인 반응기 운전범위를 확보할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.223.2-223.2
• /
• 2010

용융탄산염 연료전지(MCFC)는 $650^{\circ}C$에서 작동하는 고온형 연료전지 시스템이다. 이 시스템은 천연가스 등을 개질하여 생산된 수소를 바로 전기로 생산할 수 있는 시스템으로 열효율이 높으며, 현재 대체 발전시스템으로 각광을 받고 있다. MCFC는 개질방식에 따라 내부개질 방식과 외부개질 방식이 있다. 내부개질 방식은 수소를 생산하는 개질기가 스택내부에 장착된 형식으로 천연가스를 스택내부에서 개질하여 바로 전기를 생산하는 방식이다. 이 내부개질반응에 사용되는 촉매로는 알루미나에 담지된 니켈(Ni) 계열촉매이 주로 쓰이고 있다. 또한 내부개질촉매의 형태는 작은 원주형의 촉매형태로 성형되어 사용된다. 이 성형된 촉매의 크기가 바로 내부개질 스택의 크기를 결정하는 중요한 요소이다. 그래서 촉매의 크기는 되도록이면 작게 성형하는 것이 중요하다. 그러나 촉매의 크기가 너무 작으면 촉매를 성형하는데 큰 어려움이 생기게 된다. 본 연구에서는 니켈 촉매를 공침법이 아닌 균일용액침전법을 이용하여 제조하였으며, 이 촉매를 이용하여 지름이 약 2 mm 이하로 촉매를 압출성형하는 방법을 연구하였다. 먼저 요소(urea)를 이용한 균일용액침전법으로 촉매를 제조하였다. 최적의 촉매 합성조건을 살펴보기 위해서, 반응 온도를 80, 85, 90, 95, $100^{\circ}C$로 변화 시키면서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 그리고 촉매의 적절한 니켈 양을 알아보기 위해서 니켈의 양을 30, 40, 50, 60, 70 wt%로 변화 시켰으며, 조촉매로 사용되는 MgO 양을 5, 10, 15, 20 wt%로 변화 시켜서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 물성을 비교하기 위해서, X-선 회절분석(XRD) 및 TPR, 물리화학흡착을 하였다. 그 결과 침전반응온도가 $80^{\circ}C$에서 촉매가 가장 좋은 물성을 보였으며, 우수한 개질성능을 보였다. 그리고 촉매 활성물질인 니켈의 함량은 50 wt% 정도가 가장 적절한 함량이었으며, MgO의 함량이 15 wt%일 때 가장 우수한 물성과 개질 성능을 보여주었다. 이 촉매들은 공침법으로 제조된 상용촉매와 비교하였을 때, 보다 우수한 물성과 개질성능 보였다. 그래서 이 촉매를 균일침전법을 이용하여 대량으로 제조한 다음 압출성형 방법을 이용하여 촉매를 원주형으로 제조하였다. 먼저 제조된 촉매는 별도의 분쇄작업(볼밀 혹은 제트밀)을 거치지 않아도 입자사이즈가 약 $4{\mu}m$ 수준이 나오도록 촉매 제조조건을 조절 하였다. 그리고 소량의 Methyl cellulose(MC) 바이더와 물만 사용하여 촉매를 혼합한 다음 스크류 압출기를 이용하여 촉매를 성형하였다. 이 촉매는 지름이 약 2 mm 이하로 제조할 수 있었으며, 기계적 강도는 타정기로 성형한 상용촉매보다 우수하였다. 그리고 촉매 성능 또한 상용촉매와 비교하였을 때, 우수한 성능 보였다. MCFC용 내부개질 촉매로 균일용액침전법을 사용한 촉매가 적합하다고 판단되며, 압출성형에도 적합하다고 판단되었다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제17권5호
• /
• pp.709-716
• /
• 2016

최근 급속한 플랜트 설비의 발전과 더불어 각종 기계 구조물들의 운전조건이 가혹해지고 사용시간이 길어짐에 따라 신뢰성에 대한 문제가 제기되고 있다. 특히, SNG 설비에 사용되는 재료는 설계조건에 따라 1.25Cr-0.5Mo 또는 2.25Cr-1Mo강과 같은 내열강들이 주로 사용된다. 본 연구에서는 Lab-scale용 합성천연가스 반응기를 제작하여 생산공정 반응기 재질인 1.25Cr-0.5Mo강을 이용하여 실제 SNG 공정중 1차반응기와 동일한 운전 조건에서 부식 특성에 대하여 실험적 연구를 진행하였다. 1.25Cr-0.5Mo강을 운전 시간에 따라 각각 배출조성 조건과 주입조성 조건에 노출시켜 부식에 대한 실험을 수행하였으며 실험 결과 내구성에 가장 영향을 미치는 요소는 수소로 인한 수소취성과 산화 부식임을 알 수 있었으며, 배출조성보다 주입조성에서 더 빠른 부식이 발생함을 확인하였다. 그러나 배출조성 조건에서는 산화부식과 더불어 수소취성에 의한 부식이 동시에 발생하여 장시간 운전 후 부식정도가 갑자기 증가하고 부식강도가 급격히 강해지는 것을 나타났다. 또한 주입조성에서는 산화물들이 시편에 흡착되어 두꺼운 산화층을 형성시켰으며 이로 인하여 재료의 내산화성이 크게 저하되는 것으로 확인되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제55권3호
• /
• pp.436-442
• /
• 2017

Fischer-Tropsch 합성(F-T 합성)은 석탄, 바이오매스, 천연가스 등을 개질하여 얻은 합성 가스(CO, $H_2$)를 촉매를 이용하여 탄화수소로 전환 하는 기술이다. Fischer-Tropsch 합성에 이용되는 촉매는 활성 금속, 조촉매, 지지체로 구성되는데 이들의 종류와 조성은 반응의 활성 및 생성물 선택도에 영향을 미친다. 본 연구에서는 ${\gamma}-Al_2O_3$와 $SiO_2$ 혼합 지지체의 조성이 Fiscsher-Tropsch 반응의 활성과 생성물 선택도에 미치는 영향을 알아 보기위해, ${\gamma}-Al_2O_3/SiO_2$ 혼합 지지체를(100/0 wt%, 75/25 wt%, 50/50 wt%, 25/75 wt%, 0/100 wt%) 이용하여 함침(impregnation)법으로 철 촉매를 제조하였다. 촉매의 물리적 특성은 질소 물리 흡착 법과 X-선 회절 분석법을 통해 분석 하였고, 고정층 반응기에서 Fischer-Trosch 반응을 $300^{\circ}C$, 20bar에서, 60시간 동안 수행 하였다. 촉매의 물리적 특성 분석 결과 촉매의 BET 표면적은 ${\gamma}-Al_2O_3$의 조성이 감소함에 따라 감소하였으며, 촉매 기공의 부피 및 평균 크기는 지지체 조성이 ${\gamma}-Al_2O_3/SiO_2$ (50/50 wt%)인 경우를 제외 하고 증가하는 경향을 보였다. 또한, X-선 회절 분석법을 통해 ${\alpha}-Fe_2O_3$의 입자 크기를 계산한 결과 ${\gamma}-Al_2O_3$의 조성이 감소함에 따라 입자 크기가 감소 하였다. Fischer-Tropsch 합성 결과 ${\gamma}-Al_2O_3$의 조성이 감소함에 따라 CO 전환율은 감소 하였으며, C1-C4의 선택도는 ${\gamma}-Al_2O_3$의 조성이 25 wt%일 때 까지 감소하였으며 이와 반대로, C5+의 선택도는 ${\gamma}-Al_2O_3$의 조성이 25 wt%일 때 까지 증가 하였다.