Lee, Do Kyun;Kim, Sang Kyum;Hwang, Soon Choel;Lee, Si Hoon;Rhee, Young Woo
Korean Chemical Engineering Research
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v.52
no.4
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pp.544-552
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2014
In this study, We have investigated the kinetics on the char-$CO_2$ gasification reaction. Thermogravimetric analysis (TGA) experiments were carried out for char-$CO_2$ catalytic gasification of an Indonesian Roto lignite. $Na_2CO_3$, $K_2CO_3$, $CaCO_3$ and dolomite were selected as catalyst which was physical mixed with coal. The char-$CO_2$ gasification reaction showed rapid an increase of carbon conversion rate at 60 vol% $CO_2$ and 7 wt% $Na_2CO_3$ mixed with coal. At the isothermal conditions range from $750^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$, the carbon conversion rates increased as the temperature increased. Three kinetic models for gas-solid reaction including the shrinking core model (SCM), volumetric reaction model (VRM) and modified volumetric reaction model (MVRM) were applied to the experimental data against the measured kinetic data. The gasification kinetics were suitably described by the MVRM model for the Roto lignite. The activation energies for each char mixed with $Na_2CO_3$ and $K_2CO_3$ were found a 67.03~77.09 kJ/mol and 53.14~67.99 kJ/mol.
An experimental reactor system was devised and employed to examine catalytic coal gasification. A 4-kw tungsten halogen lamp heater combinded with a graphite sample basket coated with silicon nitride film made rapid heating and cooling possible. Also a small graphite cap on the thermocouple tip which located just beneath the sample basket helped remarkably to read real temperatures. Silicon nitride film on the basket and the cap showed very good protection against the reaction between graphite and oxidant gases during the experiments. The weight of specimen could be continuously measured without disturbance.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.33
no.3
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pp.466-473
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2016
In this study, the experiments on optimal CO gas synthesis were conducted using low grade coal-$CO_2$ catalyst gasification reaction. The characteristics of generated CO gas were investigated using the chemical activation method of KOH, $K_2CO_3$, $Na_2CO_3$ catalysts with Kideco and Shewha coal. The preparation process has been optimized through the analysis of experimental variables such as ratio between activating chemical agents and coal, the flow rate of gas and reaction temperature during $CO_2$ conversion reaction. The produced CO gas was analysed by Gas Chromatography (GC). The 98.6% $CO_2$ conversion for Kideco coal mixed with 20 wt% $Na_2CO_3$ and 98.9% $CO_2$ conversion for Shenhua coal mixed with 20 wt% KOH were obtained at the conditions of $T=950^{\circ}C$ and $CO_2$ flow rate of 100 cc/min. Also, the low grade coal-$CO_2$ catalytic gasification reaction showed the CO selectivities(97.8 and 98.8 %) at the same feed ratio and reaction conditions.
Park, Chan Young;Park, Ji Yun;Lee, Si Hoon;Rhu, Ji Ho;Han, Moon Hee;Rhee, Young Woo
Korean Chemical Engineering Research
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v.50
no.6
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pp.1086-1092
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2012
In this study, kinetic studies and analysis of the produced syngas were conducted for low rank coal gasification under $CO_2$ atmosphere. 6 coals were analyzed to measure amount of sulfur and ash by proximate and ultimate analyses. And then they were analyzed to select suitable sample by using Thermogravimetric analyzer (TGA). Selected coal sample Samhwa was mixed with catalysts. Mixed samples with catalysts were used to get activation energy under $CO_2$ atmosphere by using Kissinger's method and shrinking core model (SCM). Also, analysis of produced syngas was performed by Gas Chromatography (GC). In this experiment, activation of the $K_2CO_3$ was the best performance, and result of the analysis of the syngas showed similar trend with result of the activation energy.
In this study, the Ni-based catalysts for the production of synthetic natural gas were prepared by various preparation methods such as the co-precipitation, precipitation, impregnation and physical mixing methods. The ranges of the reaction conditions were the temperatures of 250~$350^{\circ}C$, $H_2$/CO mole ratio of 3.0, the pressures of 1 atm and the space velocity of 20000 $ml/g_{-cat{\cdot}}{\cdot}h$. It was found that the catalyst prepared by precipitation method had higher CO conversion than the catalyst prepared by co-precipitation method. While the catalyst prepared by precipitation method had the formation of NiO structure, the catalyst prepared by co-precipitation method had the formation of $NiAl_2O_4$ structure. It was confirmed that Ni-based catalyst prepared by the physical mixing method had the lowest CO conversion because it was deactivated by the production of $Ni_3C$ during the methanation. As a result, it was shown clearly that Ni-based catalysts prepared by impregnation method expressed the highest catalytic activity in CO methanation.
An, Seung Ho;Park, Ji Yun;Jin, Gyoung Tae;Rhee, Young Woo
Korean Chemical Engineering Research
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v.55
no.1
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pp.99-106
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2017
In this study, mixed catalytic char gasification of Indonesia low-rank coal Kideco was investigated under nitrogen atmosphere and isothermal conditions at a fixed reactor. The effects of the temperature were investigated at various temperature (700, 750, 800, $850^{\circ}C$). The effects of blend ratio of catalysts ($K_2CO_3$, Ni) were investigated with different blend ratios (1:9, 3:7, 5:5, 7:3 and 9:1). The sample was prepared by mixing with $K_2CO_3$ physically and by ionexchange method with Ni. The data from thermogravimetric analyzer and gas chromatography were applied to four gassolid reaction kinetic models including shrinking core model, volumetric reaction model, random pore model and modified volumetric reaction model.
Kim, Sy-Hyun;Yoo, Young-Don;Ryu, Jae-Hong;Byun, Chang-Dae;Lim, Hyo-Jun;Kim, Hyung-Taek
New & Renewable Energy
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v.6
no.4
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pp.30-40
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2010
Syngas from gasification of coal can be converted to SNG(Synthesis Natural Gas) through gas cleaning, water gas shift, $CO_2$ removal, and methanation. One of the key technologies involved in the production of SNG is the methanation process. In the methanation process, carbon oxide is converted into methane by reaction with hydrogen. Major factors of methanation are hydrogen-carbon oxide ratio, reaction temperature and space velocity. In order to understand the catalytic behavior, temperature programmed surface reaction (TPSR) experiments and reaction in a fixed bed reactor of carbon monoxide have been performed using two commercial catalyst with different Ni contents (Catalyst A, B). In case of catalyst A, CO conversion was over 99% at the temperature range of $350{\sim}420^{\circ}C$ and CO conversions and $CH_4$ selectivity were lower at the space condition over 3000 1/h. In case of catalyst B, CO conversion was 100% at the temperature over $370^{\circ}C$ and CO conversions and $CH_4$ selectivity were lower at the space condition over 4700 1/h. Also, conditions to satisfy $CH_4$ productivity over 500 ml/h.g-cat were over 2000 1/h of space velocity in case of catalyst A and over 2300 1/h of space velocity in case of catalyst B.
In this study, the effect of natural minerals on the reaction kinetics for lignite-$CO_2$ gasification was investigated. After physical mixing of lignite from Meng Tai area with 5 wt% of each natural mineral catalysts among Dolomite, Silica sand, Olivine and Kaolin, $CO_2$ gasification was performed using TGA at each 800, $850^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$. The experimental data was analyzed with volumetric reaction model (VRM), shrinking core model (SCM) and modified volumetric reaction model (MVRM). MVRM was the most suitable among three models. As increasing the reaction temperature, the reaction rate constant became higher. With natural mineral catalysts, the reaction rate constant was higher and activation energy was lower than that of without catalysts. The lowest activation energy, 114.90 kJ/mol was obtained with silica sand. The highest reaction rate constant at $850^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$ and lower reaction rate constant at $800^{\circ}C$ were obtained with Kaolin. Conclusively, the better catalytic performance could be observed with Kaolin than that of using other catalysts when the reaction temperature increased.
In order to regenerate the sulfidated desulfurization sorbent, oxygen is used as the oxidant agent on the regeneration process. The small amount of oxygen un-reacted in regeneration process is flowed into direct sulfur recovery process. However, the reactivity for $SO_2$ reduction can be deteriorated with the un-reacted oxygen by various reasons. In this study, the deactivation effects of un-reacted oxygen contained in the off-gas of regeneration process flowed into direct sulfur recovery process of hot gas desulfurization system were investigated. Sn-Zr based catalysts were used as the catalyst for $SO_2$ reduction. The contents of $SO_2$ and $O_2$ contained in the regenerator off-gas used as the reactants were fixed to 5.0 vol% and 4.0 vol%, respectively. The catalytic activity tests with a Sn-Zr based catalyst were for $SO_2$ reduction performed at $300-450^{\circ}C$ and 1-20 atm. The un-reacted oxygen oxidized the elemental sulfur produced by $SO_2$ catalytic reduction and the conversion of $SO_2$ was reduced due to the production of $SO_2$. However, the temperature for the oxidation of elemental sulfur increased with increasing pressure in the catalytic reactor. Therefore, it was concluded that the decrease of reactivity at high pressure is occurred by catalytic deactivation, which is the re-oxidation of lattice oxygen vacancy in Sn-Zr based catalyst with the un-reacted oxygen on the catalysis by redox mechanism. Meanwhile the un-reacted oxygen oxidized CO supplied as the reducing agent and the temperature in the catalyst packed bed also increased due to the combustion of CO. It was concluded that the rapidly increasing temperature in the packed bed can induce the catalytic deactivation such as the sintering of active components.
The adsorption properties of the activated carbon-based adsorbents were studied to remove COS emitted from $SO_2$ catalytic reduction process on the integrated gasification combined cycle (IGCC) system in this work. Transition metal supported catalysts and mixed metal oxide catalysts were used for the $SO_2$ catalytic reduction. The mechanism of COS produced from the $SO_2$ reduction and the COS concentration s according to the reaction temperature were investigated. In this study, an activated carbon and a modified activated carbon doped with KOH were used to remove the very low concentration of COS effectively. The adsorption rate and the breakthrough time of COS were measured by a thermo gravity analyzer (TGA, Cahn Balance) and a fixed bed flow reactor equipped with GC-pulsed flammable photometric detector (PFPD), respectively. It was confirmed that the COS breakthrough time of the activated carbon doped with KOH was longer than that of an activated carbon. In conclusion, the modified-activated carbon having a high surface area showed a high adsorption rate of COS produced from the $SO_2$ reduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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