• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권5호
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• pp.714-722
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• 2019

산 염기성질이 다양하게 존재하는 담체($SiO_2-Y_2O_3$, $Al_2O_3$, $SiO_2-ZrO_2$, $SiO_2$, $TiO_2$, MgO) 상에 17 wt% Ni을 고정한 상태에서 함침법을 사용하여 촉매를 제조하여 수소 존재 하에 에탄올과 암모니아의 환원성 아민화 반응에 대한 촉매활성을 비교 평가하였다. 반응 전후에 있어 사용된 촉매는 X-선 회절, 질소 흡착, 에탄올-승온탈착(EtOH-TPD), 이소프로판올-승온탈착(IPA-TPD), 수소 화학흡착을 사용하여 특성분석을 수행하였다. pH 9.5 이상에서 침전법을 사용하여 $ZrO_2$와 $Y_2O_3$ 담체 제조 시 파이렉스 반응기에서 미량의 Si 용융으로 인해 $SiO_2-ZrO_2$와 $SiO_2-Y_2O_3$ 복합 산화물이 각각 생성되었다. 사용된 촉매 중에서 $Ni/SiO_2-Y_2O_3$ 촉매가 가장 좋은 활성을 보였으며 이는 높은 니켈 분산도와 EtOH-TPD와 IPA-TPD에서의 낮은 탈착온도 등과 밀접한 관련이 있었다. Ni/MgO 촉매상에서의 낮은 촉매 활성은 NiO-MgO 고형물 형성에 기인한 것으로 보이며, $Ni/TiO_2$ 경우에서는 담체-금속 간의 강한 상호 작용으로 인해 낮은 니켈 금속 상 존재로 인해 반응성이 낮게 나왔다. $TiO_2$와 MgO 이외의 담체를 사용한 경우에 있어서 유사한 에탄올 전환율에서의 에틸아민류와 아세토니트릴 선택도는 큰 차이를 보이지 않았다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권1호
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• pp.11-16
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• 2019

높은 산소 분리 특성과 $CO_2$에 대한 안정성을 보인 $La_{0.6}Sr_{0.4}Ti_{0.3}Fe_{0.7}O_{3-{\delta}}$(LSTF)가 코팅된 $Ba_{0.5}Sr_{0.5}Co_{0.8}Fe_{0.2}O_{3-{\delta}}$(BSCF) 분리막을 bench 규모의 장치에 적용하여 산소 투과 실험을 수행 하였다. 또한 실험실 규모 장치와 bench 규모장치의 분리막 반응기 내 온도 구배에 따라서 분리막을 3영역으로 나누어 각각 비교 분석하였다. $900^{\circ}C$까지 온도 범위에서 산소 투과 실험을 진행하면서 Cr 침적의 온도 의존성을 조사하였다. 그 결과 실험실 장치에서 측정한 산소 투과율인 $3.79ml/min{\cdot}cm^2$에 비해 현저히 낮은 $2.37ml/min{\cdot}cm^2$를 확인했다. 이와 같은 산소 투과율의 감소는 XRD와 SEM/EDS 분석을 통하여 분리막 반응기의 합금 재질에서 방출되어 나온 기상 Cr의 분리막 표면 침적에 의한 것임을 밝혀냈다. 특히 중온 영역에서 많은 양의 Cr이 발견되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제26권1호
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• pp.140-148
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• 1994

원전 증기발생기 2차측 제철 화학세정을 기존의 93$^{\circ}C$ 표준공정보다 고온인 1$25^{\circ}C$에서 검증시험을 수행하였다. 원전 증기발생기를 1$25^{\circ}C$에서 화학 세정한다는 가정아래 현장세정 조건을 결정하고 이를 다시 모사하여 3l 용량의 소형 검증시험 조건을 결정하였다. 1 gallon 용량의 316 스텐레스강 압력용기를 반응용기로 사용하는 화학세정 시험장치에서 검증시험을 수행하여 스러지 용해거동, 모재 부식률, 세정제 화학조성 변화거동 등을 측정하였다. 1$25^{\circ}C$ 검증시험 결과에서 93$^{\circ}C$ 표준공정보다 세정시간을 절반이하로 단축시키고도 더 효율적인 세정효과를 얻을 수 있을 뿐만이 아니라 2차측 모재의 부식률도 감소함을 확인할 수 있었다. 그러나 고온 세정공정은 아직 현장적용 경험이 없고, 별도의 외부순환 세정 장치를 이용하는 93$^{\circ}C$ 표준공정과는 달리 주냉각재의 잠열로 2차측을 가열하므로 세정이 완료될 때까지 주냉각 펌프를 계속 가동하여야 하는 단점이 있다. 가동중인 증기발생기에 대한 화학세정을 수행할 때 93$^{\circ}C$ 표준공정과 고온공정의 장 단점을 신중히 검토하여 최적공정을 적용하여야 할 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권8호
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• pp.561-569
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• 2014

본 연구는 인제거를 위한 하수처리시설에서 발생하는 약품 잉여슬러지의 혐기성소화 특성을 조사하기 위한 것이다. 잉여슬러지의 최종생분해도 값은 Biogas발생량을 기준으로 약 31%, PACl 슬러지는 24%이며, Alum 슬러지는 26%이었다. 20일 동안 잉여슬러지는 $S_1$이 75%로써 $k_1$ ($0.1129day^{-1}$)의 속도로 분해되었으며, PACl 슬러지는 $k_1$ ($0.0998day^{-1}$)의 속도로 $S_1$인 74%의 BVS를 분해시켰고, Alum 슬러지는 $S_1$이 76%로써 $k_1$ ($0.1091day^{-1}$)의 속도로 분해되었다. SCFMR 반응조 운전시 모든 슬러지는 pH 6.7~7.0을, Alkalinity는 1,800~2,200 mg/L 범위로 차이가 미미하며 유사한 값을 유지하였다. HRT 20일에서 PACl 슬러지와 Alum 슬러지 Biogas 발생량은 각각 0.089, 0.091 v/v-d로 Control 0.124 v/v-d에 비해 낮은 27~28%이었다. 운전 전반에 걸처 메탄의 함량은 세 반응조 모두 70~76%로 PACl과 Alum을 주입함에 따른 영향은 없는 것으로 판단된다. PACl과 Alum을 주입한 슬러지의 TVS 제거효율은 HRT 20일에서 각각 평균 19.6%, 19.9%로 Control (23.8%)에 비해 약 4% 가량 작은 값을 나타내었으며, BVS 제거효율은 HRT 20일 조건에서 Control 반응조의 경우 평균 34.5%, PACl과 Alum 슬러지는 각각 평균 25.8%, 26.9%로 나타내어 PACl과 Alum 슬러지가 Control 보다 약 8% 낮은 제거효율을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1034-1042
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• 2012

본 연구에서는 다양한 석탄 연구에 적용되고 있는 층류 반응기(LFR)를 이용하여 열분해와 연소 분위기에서 탄종에 따른 화염형상을 분석하였고, 휘발분 함량이 다른 두 석탄의 타르와 수트의 발생률을 구하였으며 이를 촤 입자의 표면적 및 표면 형상 변화와 함께 비교하였다. 본 연구에서 사용된 층류 반응기는 화염형상을 가시적으로 분석하기에 뛰어나므로 석탄이 반응할 때 생성되는 수트 클라우드를 측정하여 그 형상 변화를 근거로 탈휘발의 종료 지점을 가정하였다. 휘발분 함량이 많은 Berau 탄은 Glencore A.P. 탄보다 수트 클라우드의 폭과 길이가 증가하였고, 연소 분위기에서는 촤와 수트의 산화반응에 의하여 열분해 때보다 화염과 수트 클라우드의 길이가 짧아지면서 더 밝은 빛을 내었다. 포집높이 50 mm까지에서는 휘발분 함량이 많은 Berau 탄의 타르와 수트 발생률이 Glencore A.P. 탄보다 작았다. 이는 석탄 연료의 조성 중 Berau 탄내에 상대적으로 높은 산소 성분의 함량과 OH- 같은 라디칼들로 인해 타르가 산화되기 때문이다. 반면에, 50 mm 이후부터는 Berau 탄이 Glencore A.P. 탄보다 더 많은 타르와 수트의 발생률이 나타나며 탄종간에 수트 발생률의 역전현상이 일어나는데 이는 촤 입자 내부의 휘발물질과 탈휘발 과정에서 생성된 화염 속의 잔여 타르 및 light gas 성분이 반응하여 수트를 발생시켰기 때문이다. 이를 통해서 석탄 내의 휘발분의 함량과 산소농도는 수트 클라우드의 길이와 폭에 명확한 영향을 주며, 수트 발생률에 매우 중요한 인자라는 것을 확인할 수 있었다. SEM과 B.E.T.의 결과로부터 탈휘발이 종료된 후에도 촤 입자 내부의 잔존 휘발물들이 분출되면서 타르와 수트가 발생함을 확인할 수 있었고, 각 탄의 휘발분 함량과 기공의 발달 차이를 통해서 100 mm 이후에 나타난 타르와 수트의 발생률 역전 현상을 설명할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.581-584
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• 2008

중기공성 층상화합물의 촉매 담체를 제조하고, 메탄으로부터 수소를 제조하기 위한 활성도를 평가하기 위해서 고정층 상압 유통식 반응기를 사용하여 Ru(3)/SPK와 Ru(3)/SPM 촉매상에서 메탄의 부분산화반응를 수행하였다. 또한, BET, TEM, TPR를 사용하여 촉매 및 담체의 특성을 분석하였다. 촉매 담체인 실리카 지주 $H^+-kenyaite$(SPK) 와 $H^+-magadite$(SPM)의 BET 비 표면적은 각각 $760m^2/g$와 $810m^2/g$ 이었고, 평균기공크기는 각각 3.0 nm와 2.6 nm 이었다. $N_2$-흡착등온선은 히스테리시스가 잘 발달된 IV형이었으며, TEM으로 중기공성 층상화합물이 잘 만들어졌음을 확인할 수 있었다. Ru(3)/SPK와 Ru(3)/SPM 촉매는 973 K, $CH_4/O_2=2$, $1.25{\times}10^{-5}g-Cat.hr/ml$의 반응조건에서 각각 90%, 87%의 수소의 수율를 얻을 수 있었으며, 약 60시간 까지도 높은 수소 수율을 유지하였다. Ru(3)/SPK와 Ru(3)/SPM 촉매의 TPR 피크는 각각 453K와 413K의 근방에서 비슷한 환원도를 보여주었다. 이러한 분석자료로부터 SPK와 SPM은 산화반응의 촉매 담체로서 구비조건(비 표면적, 열안정성, 평균기공크기 등)를 갖추고 있음을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.418-425
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• 2013

고정층 반응기를 사용하여 상압에서 에탄올로부터 방향족화합물 제조에 관한 ZSM-5 제올라이트의 금속성분 및 실리카/알루미나 비의 영향을 고찰하였으며, 반응온도, 중량공간속도(WHSV), 반응물인 에탄올에 물 및 메탄올 첨가 영향도 검토하였다. 촉매로는 Si/$Al_2$ 비율이 23~280 범위의 상용 ZSM-5에 Zn, La, Cu, Ga 성분을 함침시켜 촉매 활성 및 안전성 테스트에 사용하였다. 촉매의 특성분석을 위해 암모니아 승온탈착 실험($NH_3$-TPD)과 질소 흡-탈착실험을 수행하였다. 실험결과, 방향족화합물의 선택도에 관한 ZSM-5에 함침한 금속성분과 ZSM-5의 Si/$Al_2$비에 크게 영향을 받았는데, 함침금속은 Zn-La > Zn > La > Cu > Ga 순으로 감소하였으며, ZSM-5의 적절한 산점을 가진 Si/$Al_2$=50, 80에서 가장 우수하였다. 최적 반응온도($437^{\circ}C$)와 공간속도($0.8h^{-1}$)에서 방향족화합물의 선택도는 초기 72%에서 30시간 이후 56%로 서서히 감소하는 경향을 나타내었다.

• 생명과학회지
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• 제16권3호
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• pp.534-539
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• 2006

크립토스포리디움은 염소내성이 매우 강해 일반적인 표준정수처리공정의 소독으로는 제거가 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 오존 및 UV를 이용한 단위소독공정에서 DAPI/PI 및 in vitro excystation을 이용하여 크립토스포리디움 불활성화를 평가하였으며, 또한 오존을 이용한 고도산화처리 파일럿에서는 세포배양법을 이용하여 크립토스포리디움 불활성화를 평가하였다. 오존 소독연구는 50 mL 용량의 piston type batch reactor에서 용존오존을 자동적으로 측정해주는 flow injection analysis (FIA) 시스템을 이용하여 실험한 결과, 1 log 제거에 필요한 CT값은 $25^{\circ}C$에서 DAPI/PI 및 in vitro excystation에 의해 각각 약 1.8, 2.2 $mg/L{\cdot}min$으로 나타났으며, 2 log 제거에 필요한 CT값은 각각 약 3.2, 3.8 $mg/L{\cdot}min$으로 나타났다. 또한 $5^{\circ}C$에서 크립토스포리디움 1 log 제거에 필요한 CT값은 DAPI/PI 방법에 의해 약 9.1 $mg/L{\cdot}min$으로 나타났으며, 2 log제거에 필요한 CT값은 14.8 $mg/L{\cdot}min$로 나타나, 같은 소독효과를 나타내기 위해서 저온에서는 상온에서보다 요존 요구량이 약 $4{\sim}5$배 정도 증가하여야 함을 확인하였다. 40 L규모의 오존 반응조를 이용한 파일럿 실험에서는 정수처리공정상 모래여과를 거친 물에 살아있는 크립토스포리디움을 접종한 것을 시료로 하여 연속적으로 흐르게 한 다음, 오존량을 변화시키고 체류시간은 5분으로 고정하여 불활성화를 평가하였다. 실험결과, 8 $mg/L{\cdot}min$의 CT값에서 DAPI/PI 및 excystation과 같은 생사판별법을 이용하였을 경우에는 약 0.2 log정도의 불활성화를 나타내었으며, 세포감염시험법을 이용하였을 경우에는 약 1.2 log정도의 불활성화를 나타냈다. 오존에 의한 크립토스포리디움의 소독능 평가에 단위공정 및 파일럿 실험 모두 2가지 생사판별법(DAPI/PI와 excystation) 사이에는 큰 차이를 나타내지 않았으나, 생사판별법과 세포감염시험법 사이에는 현저한 차이를 나타내었는데, 이는 세포감염시험법으로 측정하는 sporozoite 및 merozoite로의 분화과정이 생사판별법이 근거한 세포벽의 구조와 기능 유지 보다 더 오존 소독에 더 민감함을 알 수 있었다. 파일럿 실험에서의 CT값이 piston batch reactor에서의 CT값 보다 낮게 나타난 것은 파일럿 실험에서 수작업으로 인한 용존 오존 측정이 정밀하지 못하여 IOD가 농도에 반영되지 않았고, 반응조 규모(50 mL vs 40 L) 및 형태(회분식 vs 연속식)의 차이에 기인하는 것으로 여겨진다. 한편, UV를 이용한 단위공정에서는 크립토스포리디움 1, 2 log 제거에 필요한 IT값은 $25^{\circ}C$에서 각각 DAPI/PI 방법에 의해 약 25, 50 $mWs/cm^2$로 나타났으며, $5^{\circ}C$에서의 크립토스포리디움 1, 2 log제거에 필요한 IT값은 약 40, 80 $mWs/cm^2$로 나타났다. 온도 $20^{\circ}C$ 감소 시 약 60% 정도의 IT값이 더 필요한데, 이것은 저온에서는 약한 자외선을 발산하는 저압저출력 UV 램프의 특성 때문인 것으로 사료되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권6호
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• pp.783-791
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• 2015

바이오매스 가스화 공정을 위하여 내경이 0.1 m이고 높이가 1.2 m인 유동층 반응기에서 수증기 및 촉매의 첨가가 프로듀서가스(Producer gas)에 미치는 영향을 파악하였다. 가스화 장치는 유동층 반응기, 연료공급 장치, 사이클론, 2개의 냉각기, 수증기 발생장치 및 가스분석기로 구성하였다. 층물질 및 촉매물질로 평균입자크기 $380{\mu}m$의 비구형 silica sand 와 평균입자 $356{\mu}m$ 크기의 소성된 백운석을 사용하였다. 사용된 바이오매스는 국산 우드펠릿(Korea woody pellet) 및 동남아 팜 부산물인 EFB(empty fruit bunch)를 펠릿 형태로 가공하여 사용하였다. 실험 고정 변수로는 연료공급량 50 g/min(EFB), 38 g/min(KWP) 반응 온도 $800^{\circ}C$, ER(equivalence ratio) 0.25로 설정하였다. 조업 변수로 촉매인 소성된 백운석을 층물질 0~100 wt%의 혼합비로 사용하였다. 가스화매체로 공기 또는 Air-Steam을 사용하였다. 이때 수증기 첨가량은 SBR(steam to biomass ratio) 기준 0.3으로 하였다. 생성된 가스의 조성, 타르(Tar) 및 저위발열량을 측정하였다. 실험의 결과로 소성된 백운석은 모든 실험조건에서 프로듀서가스 타르의 함량을 감소시키며 최대 67.3 wt%의 감소율을 보였다. 저위발열량은 공기가스화에서 소성된 백운석 첨가량이 증가할수록 감소하였다. 하지만 Air-steam 가스화에서 저위발열량은 변화가 적거나 오히려 소폭 증가한 경향을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권6호
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• pp.863-870
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• 2016

본 논문의 목적은 소듐냉각고속로(sodium cooled fast reactor, SFR)와 초임계 $CO_2$ Brayton cycle의 연계 시, 원자로 열수송 계통과 동력변환 계통의 압력 경계를 형성하는 회로인쇄형 열교환기의 경계면에 균열이 발생해 고압(약 200 bar)의 $CO_2$가 상압 수준의 액체소듐유로 측에 유입되었을 때의 물리/화학적 현상을 파악하여 열교환기 설계에 활용 가능한 실험 자료를 생산하는 것이다. 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면 균열 현상은 경계면의 균열 크기에 따라 미세 균열에 의한 소듐유로막힘(plugging) 현상과 상대적으로 큰 균열에 의한 열교환기 재료손상(wastage) 현상으로 나뉜다. Plugging 실험결과, 소듐유로 직경이 3mm일 때 $CO_2$ 주입 즉시 소듐 흐름이 정지한 반면 소듐유로 직경이 5 mm일 때는 유량이 감소되기 시작하는 시점은 3 mm의 경우와 유사하게 $CO_2$ 주입 즉시 나타났지만 소듐의 흐름이 완전히 정지할 때까지는 상대적으로 오랜 시간이 소요되었다. 이러한 실험결과는 실제 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면에서 미세균열이 발생했을 때, 소듐유로 직경이 3 mm로 좁을 경우 균열 발생과 동시에 해당 소듐유로가 반응생성물에 의해 막혀 해당 유로 외의 유로들로 지속적인 열교환기 운전이 가능하지만, 소듐유로의 직경이 5 mm로 넓어질 경우 소듐유로가 고체생성물에 의해 즉시 막히지 않고 생성물이 소듐유로를 따라 계통 내부를 이동하다 일정 농도 이상이 되어야 소듐유로를 막게 할 것으로 예상할 수 있는 결과이다. Wastage 실험결과, 열교환의 재질(STS316, Inconel600, G91 합금강), 운전온도($400{\sim}500^{\circ}C$), 노즐직경(0.2~0.8 mm), 시편-노즐 거리(2~6 mm)와 무관하게 고압(약 200~250 bar)의 $CO_2$ 분사에 의한 시편의 물리적 손상(erosion) 현상은 발생하지 않았다. 노즐에서의 분사되는 $CO_2$의 분사속도는 마하 0.4~0.7인 것으로 확인되었다. 본 연구의 실험결과는 열교환기 파손 대처 설계에 배경 실험 자료로 활용될 것으로 기대된다.