• 한국가스학회지
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• 제2권3호
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• pp.54-59
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• 1998

가스 산업계에서 분산 제어 시스템 (DCS)이나 공정 정보 시스템 (PIS)이 널리 도입됨에 따라 데이터를 기반으로 하는 공정 이상 감시 기술이 많은 관심을 끌고 있다. 하지만 회분식 공정의 경우는 공정의 강한 비선형성으로 인해 이러한 기술들이 효과적으로 이용되지 못했다. Multiway principal component analysis (MPCA)가 개발됨에 따라 이러한 문제점을 해결하면서 산업계에 널리 이용되고 있는데 이 또한 다양한 정보를 해석하기 위해서는 상당한 통계적 지식이 요구되고 이 결과 운전원들이 이용하기가 어렵다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해서 본 논문에서는 운전원들이 쉽게 이해하고 활용할 수 있는 도구들을 제-공하는 회분식 가스 제조공정용 실시간 감시 시스템을 소개한다. 본 시스템은 데이터의 수집부터 이상의 원인을 파악하는 진단에 이르기까지 감시와 진단에 필요한 기능들을 모두 제공하는 총괄적인 시스템으로 개발된 시스템은 회분식 가스제조, 정밀화학제품, 의약품 등의 회분식 고부가가치 제품생산에 널리 이용될 것으로 보인다. 개발된 시스템은 산업체의 전형적인 회분식 반응기 감시를 위한 감시 시스템을 구축하여 봄으로써 검증하였으며 검증 결과 감시와 진단에 매우 효과적이라는 것을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권6호
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• pp.790-803
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• 2019

디옥틸테레프탈산(DOTP) 제조공정은 분말형태의 테레프탈산(PTA) 주원료와 옥탄올(Octanol)의 에스테르화 반응을 통해 플라스틱 가소제를 생산하는 공정이다. 본 연구에서는 이 공정의 반응기 내에 가연성 용제나 유증기가 존재하고 있는 상태에서 분말형태로 맨홀에 직접 투입하는 테레프탈산의 분진폭발 특성에 관하여 고찰하였다. 분진의 입경과 입도분포 분진특성 실험을 하였고, 화재 폭발특성과 발화온도를 추정하기 위한 분진의 열분해 특성을 조사하였다. 또한 폭발민감도를 평가하기 위한 최소점화에너지 실험을 실시하였다. 실험결과 테레프탈산의 분체 특성은 평균입경이 $143.433{\mu}m$으로 나타났다. 이러한 입경과 입도분포 조건에서 실시한 열분석으로부터 분진의 발화온도는 약 $253^{\circ}C$로 나타났다. 테레프탈산의 폭발민감도를 알기 위해 조사한 폭발하한 농도(LEL)는 $50g/m^3$으로 측정되었다. 폭발민감도를 나타내는 최소점화에너지(MIE)는 (10 < MIE < 300) mJ로 나타났으며, 점화 확률에 기반하여 추산한 최소점화에너지 추정값(Es)은 210 mJ로서 충분한 점화원이 있는 경우 폭발할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 폭발피해 예측에 필요한 폭발강도 특성을 조사한 결과, 테레프탈산 분진의 최대폭발압력($P_{max}$), 최대폭발압력상승속도[$({\frac{dP}{dt}})_{max}$]는 각각 7.1 bar, 511 bar/s로 나타났다. 분진폭발지수(Kst)는 139 mbar/s로 분진폭발등급 St 1에 해당되는 것으로 나타났다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제17권1호
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• pp.59-73
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• 2019

원자력발전소 운영 과정에서 발생되는 폐기물인 폐수지를 원천적으로 저감하기 위해, 새로운 폐수 정화기술을 개발하고 원전 폐수처리시스템에 가상적으로 적용하여 효용성을 평가하고자 하였다. 본 기술의 기본 원리는 폐수에 존재하는 주요 핵종이온들을 생물학적 혹은 화학적 방법을 통해 무기 결정광물로 바꾸는 방식이다. 실험실에서 폐수를 대상으로 회분식실험을 통해 핵종 제거율을 측정한 결과, 생물학적 방법은 24시간 이내에 세슘을 80% 이상 제거하였고, 화학적 방법은 95% 이상 세슘을 선택적으로 제거할 수 있었다. 그리고 원전 폐수에 존재하는 다른 주요 핵종들(Co, Ni, Fe, Cr, Mn, Eu)에 대해서도 초기 99% 이상의 높은 제거율을 보여 주었다. 우리는 APR1400 원자력발전소의 폐수처리시스템 공정에서 역삼투압(R/O)과 유기 이온교환수지 모듈 사이에 가상으로 본 기술 모듈을 설치하였다. 가상의 모듈 설치를 통한 기술적 타당성 평가를 통해, 우리는 폐수의 주요 핵종들이 90% 이상 선택적으로 제거되고 폐수지의 발생량이 대폭 감소된다는 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과가 의미하는 바는 본 기술이 향후 미래에 상용화되었을 경우, 폐수지 관리 비용을 크게 감소시키고 수지 수명도 대폭 연장시킬 수 있어, 결과적으로 월성 방사성폐기물 처분시설의 저장고 포화시점을 최대한 늦출 수 있는 이점이 있다.

• 청정기술
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• 제16권1호
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• pp.51-58
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• 2010

해조류를 바이오매스로 이용하는 혐기성 발효를 통해 메탄을 생성하는 연구를 수행하였다. 먼저 원소분석을 통한 다시마, 미역, 톳 등 세 종류의 바이오매스의 이론 메탄가스 전환량을 구한 결과, 분석한 세 종류의 해조류는 C 34 ~ 36%, H 5%, O 37 ~ 43%, N 2 ~ 4%, S 0.4 ~ 0.7%, ash 14 ~ 21%를 포함하고 있었으며, 이론적으로 56 ~ 60%의 메탄전환이 가능한 것으로 나타났다. 이는 g VS(고형분) 당 442 ~ 568 mL의 메탄가스를 생산할 수 있는 양이다. 생물학적메탄잠재력 (Biological Methane Potential, BMP) 시험을 통하여 실제 메탄가스를 측정한 결과, 다시마에서 최대 메탄생성수율 (52%)을 보였다. 이어서 회분식으로 메탄가스 생산에 영향을 미치는 여러 가지 인자들 (유기물 농도, pH, 염분, 입자크기, 그리고 시료전처리)에 대한 조사를 통해 최적의 메탄가스 생산조건을 구하였다. 전처리한 다시마 5 g VS/200 mL를 pH 8조건에서 염분 제거 없이 사용했을 때 이론치의 51%(197.1 mL/g VS)를 얻었고, 더욱이 습식멸균기로 해조류를 찐 경우 27% 증가한 268.5 mL/g VS 메탄가스를 생산할 수 있었다. 또한 연속반응기 (7 L 운영부피/10 L 반응기)를 이용하여 65일 간 운전한 결과 하루 최대 약 1.4 L의 메탄가스 (평균 메탄함량 70%)를 생산할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권6호
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• pp.650-658
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• 2006

통계적 실험계획법을 이용하여 TDI 공정에서 발생하는 고체 폐기물(TDI-R)을 근임계수로 가수분해하여 TDA로 재활용하는 연구를 진행하였다. Batch 반응기를 이용한 실험으로부터 TDA 수율에 미치는 주요 인자들의 영향과 교호작용을 확인하였고, pilot plant를 이용한 연속공정 실험을 통해 TDA 수율과 공정 변수들의 상관 식을 도출하였다. TDA 수율에 영향을 주는 주요 인자들은 반응온도, 촉매 종류 및 농도, 물과 TDI-R의 중량비(WR) 등이 유효한 것으로 파악되었다. 반응 온도와 촉매 농도가 증가할수록 TDA 수율은 감소하였고, WR이 증가할수록 수율은 증가하였으며, 촉매로는 $Na_2CO_3$보다 NaOH를 사용하는 것이 효율적이었다. 주요 인자들의 교호작용으로는 촉매농도와 반응온도, WR과 반응온도, 촉매 종류와 반응시간 등이 유효한 것으로 파악되었다. 아임계 온도인 $300^{\circ}C$에서는 촉매 농도 영향이 작지만 초임계수 온도인 $400^{\circ}C$에서는 촉매 농도가 증가할수록 수율이 감소하였다. 반면 $300^{\circ}C$에서 WR이 증가하면 수율이 증가하지만 $400^{\circ}C$에서는 영향이 나타나지 않았다. Pilot plant를 이용하여 scale-up에 필요한 공정 변수의 최적화 실험을 실시하였다. 공정의 경제성, 효율성을 고려하여 공정변수로는 촉매농도와 WR을 정하였고, 중심합성 설계법을 이용하여 TDA 수율에 미치는 인자들의 영향을 파악하였다. 촉매 농도에 따라 수율은 증가하며, 촉매 농도가 낮을 때는 WR이 2.5 이하에서 수율이 최대값을 보인 후 WR이 증가함에 따라 수율이 감소하지만 촉매 농도가 증가하면서 최대값을 보이는 WR이 증가하는 경향을 보였다. Pilot plant 실험 결과를 회귀 분석하였으며 TDA 수율을 예측할 수 있도록 촉매 농도와 WR이 변수인 2차 식으로 상관식을 도출하였다.

• 청정기술
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• 제27권2호
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• pp.198-204
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• 2021

본 연구는 네팔산 자트로파 오일을 원료로 사용하여 바이오디젤을 제조하는 불균일 촉매를 사용하는 2-step 공정에 초점을 맞추었다. 첫 번째 단계로, 네팔산 자트로파 오일에 함유된 FFA의 에스테르화 반응에서 Amberlyst-15의 재사용 횟수가 FFA의 에스테르화 반응에 미치는 영향을 고찰하였다. 두 번째로, 돌로마이트 비드 촉매를 적용한 전이에스테르화 반응의 scale-up 가능성을 확인하고자 하였다. 네팔산 자트로파 씨앗 120 kg을 이용하여 30 L (27 kg)의 자트로파 오일을 얻었으며 씨앗으로부터의 오일 수득율은 약 25.0 wt%이다. 자트로파 오일의 산가와 FFA 함량은 각각 11.3 mgKOH g^-1 및 5.65%로 측정되었다. 비드형태의 Amberlyst-15 촉매를 사용하여 자트로파 오일의 에스테르화 반응을 수행한 결과, 신규 Amberlyst-15 촉매를 사용한 경우 반응 생성물의 산가는 0.26 mgKOH g^-1까지 낮출 수 있었다. Amberlyst-15 촉매의 재생을 거듭할수록 Amberlyst-15 촉매가 비활성화되어 에스테르화 반응 성능이 저하됨을 알 수 있다. 비활성화의 원인은 촉매가 부서짐과 동시에 불순물이 침적되기 때문인 것으로 판단된다. 자트로파 오일의 에스테르화 반응에 Amberlyst-15 촉매를 5회까지 반복하여 재사용할 수 있음을 알 수 있다. 두 번째 단계인 전이에스테르화 반응에는 돌로마이트 촉매를 비드 형태로 대량 제조하여 사용하였다. 돌로마이트 비드 촉매가 90 g 장착된 spinning catalyst basket 반응기에서 전처리된 자트로파 오일의 전이에스테르화 반응을 통해서 반응 시작 후 2 h 후에 바이오 디젤 89.1 wt%에 도달하였으며, 이는 동일한 조건에서 soybean oil 의 전이에스테르화 반응 실험 결과와 거의 유사하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권5호
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• pp.664-668
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• 2011

500 mL 교반탱크반응기 내에서 $AlCl_3$ 증기를 $H_2O$ 증기에 의해 부분 가수분해시켜 30~200 nm 크기의 $AlO_xCl_y(OH)_z$로 표시되는 구형의 알루미나 전구체 입자를 제조하였다. 반응시간, 교반속도, 반응온도가 생성된 입자의 형상, 크기 등에 미치는 영향을 조사하였다. 반응시간을 20, 60, 300 s로 변화시킨 결과 생성 입자의 형상 및 크기에 별다른 차이가 없었으며, 교반속도를 0, 300, 800 rpm으로 변화시킨 결과 0 rpm에서 입자의 크기가 최대값을 보였고, 반응온도를 180, 190, 200, $240^{\circ}C$로 변화시킨 결과 $190^{\circ}C$에서 제조된 입자의 크기가 가장 작게 나타났다. 가수분해 생성물 입자를 $10^{\circ}C$/min의 속도로 $1,200^{\circ}C$까지 가열하고 6 시간동안 하소시켜 45 nm 크기의 ${\alpha}$ 알루미나 입자를 얻었다. 하소과정에서 인접입자 사이의 소결에 의해 입자 형상이 구형에서 벌레모양으로 변환되었다. 하소온도를 $1,400^{\circ}C$로, 승온속도를 $50^{\circ}C$/min 로 증가시키고, 유지시간을 0.5 시간으로 감소시켜 급속 하소시킴으로써 인접입자의 소결을 상당히 감소시킬 수 있었다. $AlCl_3$의 가수분해 과정에서 소량의 $SiCl_4$ 또는 TMCTS(2,4,6,8-tetramethylcylosiloxane) 첨가에 의해 인접입자의 소결 방지 효과가 나타났으나, ${\alpha}$ 결정 이외에 ${\gamma}$ 결정, mullite 결정 등이 함께 생성되었다. 하소과정에서 $AlF_3$를 첨가한 결과 육각형 디스크 형상의 ${\alpha}$ 알루미나 입자가 생성되었다.

• 대한화학회지
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• 제33권5호
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• pp.558-567
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• 1989

여러가지 조성비로 만든 Cu/ZnO계 촉매로 이산화탄소를 수소화시켜 메탄올을 합성하였다. 촉매제조시 각 성분의 조성비가 촉매활성에 미치는 영향을 조사하고 반응촉매에 대하여 표면적 측정(BET), 주사전자현미경 측정(SEM), X선회절분석(XRD), X선광전자분석(XPS) 등을 실시하여, 각 촉매의 촉매특성을 조사하고 촉매활성과의 연관성을 연구하였다. 반응생성물은 메탄올과 일산화탄소 뿐이었는데 메탄올의 생성은 CuO의 함량이 증가하면 그에 따라 점차 증가하였으나 CuO:ZnO의 조성비율이 30:70일 경우에 최대이었고, CuO가 70 이상이면 급격하게 감소하였다. 촉매에 대한 SEM 측정과 BET 측정결과에서 확인된 바와 같이 이점은 미세결정크기가 증가되고 표면적이 감소하는 점과 일치되었다. 또 XPS 측정결과에서 촉매표면상에서의 Cu의 농도는 Cu/Cu+Zn(atomic ratio)을 비교할 때 CuO의 함량이 50% 이상인 경우에서 현저히 감소하였다. 그리고 각 촉매들의 $Cu(2P^3)$에 대한 결합에너지의 수치상의 값은 거의 같았으나 환원된 상태의 $Cu(2P^3)$의 결합에너지는 소성된 상태의 것과 비교하여 낮아졌고, 표면에 분포된 Cu 는 대부분 $Cu^{\circ}$로 확인되었으며 CuO:ZnO의 조성이 30:70인 경우에서 최대가 되었다. 이것은 또한 CuO의 조성비율이 30인 때에 메탄올생성이 최대라는 실험결과와도 잘 일치하였다. 그리고 환원된 각각의 촉매로 펄스(pulse)형태의 반응기에서 이소프로판올을 분해시킨 결과 아세톤의 생성율이 프로필렌보다 컸음으로 이들은 염기성이 상대적으로 강한 촉매라고 추측하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제25권2호
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• pp.329-334
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• 2009

Bacterial numbers, such as endospore-formers, and treatment efficiencies were investigated for Rotating Activated Bacillus Contactors (RABC) and other advanced wastewater treatment processes including anaerobic-anoxic-oxic (A2O), sequencing batch reactor (SBR) and biological aerated filter (BAF). Endospore-forming bacterial numbers in the RABC showed 129-fold higher levels than those of the existing advanced systems. RABC process demonstrated the highest bacterial numbers in its bioreactors (paired t-test, p<0.01). RBC biofilms and aeration tanks of the RABC system showed 131- and 476-fold higher than other existing advanced processes, respectively. Mean treatment efficiencies of the existing systems were 83.5% for chemical oxygen demand (COD), 59.1% for total nitrogen (TN) and 76.8% for total phosphorus (TP). However, RABC process removed 96.9% for COD, 96.9% for TN and 91.9% for TP for highly concentrated food wastewater (COD>1,500 mg/L, TN>150 mg/L, TP>50 mg/L). Treatment efficiency was significantly reduced when the numbers of Bacillus genus in the bioreactors decreased below $10^6CFU/mL$. The automated RABC (A-RABC), in which dissolved oxygen concentrations are automatically controlled, showed higher treatment efficiencies compared to the RABC process. The RABC system maintained sufficient bacterial numbers for the effective treatment of highly concentrated food wastewater. Moreover, final effluent was in agreement to water quality standards.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제3권4호
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• pp.285-290
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• 2015

저급 에너지인 폐기물로부터 고부가 합성가스를 생산하고 온실가스 저감 연구를 동시에 수행하기 위하여 $1000-1400^{\circ}C$의 고온에서 순산소 가스화 연구를 수행하였다. 폐기물 시료로는 RPF (Refused Plastic Fuel)를 이용하였으며 실험 장치로는 열중량 분석기와 0.5 ton/day의 pilot plant 가스화 시스템을 이용하였다. 열중량 분석기에서는 이산화탄소에 의한 RPF 촤(char)의 가스화 실험을 수행하여 온도에 따른 중량 변화를 고찰하고 Boudouard reaction에 의해 일산화탄소가 생성되는 것을 확인하였다. 또한, 0.5 ton/day pilot plant system에서 RPF의 순산소 가스화를 통하여 고농도의 수소를 함유한 합성가스를 생산하였다. 생산된 합성가스는 수송용 연료 생산과 화학제품 생산에 가능한 수소와 일산화 탄소의 비율을 나타내었다.