• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권5호
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• pp.653-662
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• 2015

일반적으로 가스화는 고온($1300{\sim}1400^{\circ}C$), 고압(30~40 bar)에서 공정이 가동되나 이를 유지하기 위해 과도한 에너지가 사용된다. 본 연구에서는 공정 온도를 줄이기 위해 알칼리 촉매 중 $K_2CO_3$과 $Na_2CO_3$을 저등급의 사이프러스(Cyprus) 탄에 첨가하였고, 이산화탄소 분위기에서 가스화시켰을 때 나타나는 반응특성을 연구하였다. 열중량분석기를 활용하여 촉매의 함량, 촉매의 종류, 온도를 변수로서 가스화 공정조건을 결정하였다. 고체상 물리적 혼합법으로 촉매를 도입 시, 7 wt%의 $Na_2CO_3$가 첨가된 시료가 원탄보다 높은 활성을 보였다. 탄소전환율 거동을 예측하기 위해 시료별로 반응모델을 적용해본 결과, volumetric reaction model(VRM)이 탄소전환율 거동을 가장 잘 묘사하였다. 7 wt%의 $Na_2CO_3$을 첨가한 사이프러스 탄의 활성화 에너지는 63 kJ/mol로 원탄보다 낮으며, 이는 이산화탄소 분위기에서 석탄가스화의 반응성을 향상시킨다는 것을 보여주었다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권1호
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• pp.89-96
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• 2016

The mechanism for laminar dust flame propagation can only be elucidated from a comprehensive mathematical model which incorporates conduction and radiation, as well as the chemical kinetics of particle devolatilization and gas phase and char reaction. The mathematical model for a flat, laminar, premixed coal-air flame is applied to the atmospheric coal-air mixtures studied by Smoot and co-workers, and comparisons are made with their measurements and predictions. Here the principal parameter for comparison is the laminar burning velocity. The studies of Smoot and co-workers are first reviewed and compared with those predicted by the present model. The effects of inlet temperature and devolatilization rate constants on the burning velocities are studied with the present model, and compared with their measurements and predictions. Their measured burning velocities are approximately predicted with the present model at relatively high coal concentrations, with a somewhat increased inlet temperature. From the comparisons, their model might over-estimate particle temperature and rates of devolatilization. This would enable coal-air mixtures to be burned without any form of preheat and would tend to increase their computed values of burning velocity.

• 청정기술
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• 제21권1호
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• pp.53-61
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• 2015

본 연구는 인도네시아 아역청탄인 키데코(Kideco)탄의 촤(char)-이산화탄소 촉매가스화 kinetic분석을 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 촉매는 탄산칼륨 및 탄산나트륨을 선정하였으며, 석탄과 촉매의 물리적 혼합을 통하여 촤를 제조하였다. 촤-이산화탄소 촉매가스화반응은 탄산나트륨 7 wt%, 850 ℃에서 이산화탄소 농도가 60 vol%일 때 가장 빠른 탄소전환율을 보여주었다. 750~900 ℃ 등온조건에서 촤-이산화탄소 촉매가스화 반응결과, 온도가 증가할수록 탄소전환율 속도가 빨라졌으며, 기-고체 반응모델 shrinking core model (SCM), random pore model (RPM), volumetric reaction model (VRM) 및 modified volumetric reaction model (MVRM)을 실험결과에 적용하였을 때, MVRM이 키데코탄의 가스화반응 거동을 잘 예측하였다. 또한 Arrhenius plot을 통한 활성화에너지는 탄산나트륨을 첨가한 촤가 탄산 칼륨을 첨가한 촤보다 더 우수한 촉매 활성을 보여주었다.

• 한국연소학회지
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• 제22권4호
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• pp.19-26
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• 2017

This study investigates the gasification of coal char by $CO_2$ under high pressures in a drop tube furnace(DTF). The rate constants are derived for the shrinking core model using the conventional method based on the set reactor conditions. The computational fluid dynamic(CFD) simulations adopting the rate constants revealed that the carbon conversion was much slower than the experimental results, especially under high temperature and high partial pressure of reactants. Three reasons were identified for the discrepancy: i) shorter reaction time because of the entry region for heating, ii) lower particle temperature by the endothermic reaction, and iii) lower partial pressure of $CO_2$ by its consumption. Therefore, the rate constants were corrected based on the actual reaction conditions of the char. The CFD results updated using the corrected rate constants well matched with the measured values. Such correction of reaction conditions in a DTF is essential in deriving rate constants for any char conversion models by $H_2O$ and $O_2$ as well as $CO_2$.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2015년도 제51회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.69-72
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• 2015

Computational fluid dynamics (CFD) modeling of large-scale coal-fired boilers requires a complicated set of flow, heat transfer and combustion process models based on different degrees of simplification. This study investigates the influence of coal devolatilization, char conversion and turbulent gas reaction models in CFD for a tangential-firing boiler at 500MWe capacity. Devolatilization model is found out not significant on the overall results, when the kinetic rates and the composition of volatiles were varied. In contrast, the turbulence mixing rate influenced significantly on the gas reaction rates, temperature, and heat transfer rate on the wall. The influence of char conversion by the unreacted core shrinking model (UCSM) and the 1st-order global rate model was not significant, but the unburned carbon concentration was predicted in details by the UCSM. Overall, the effects of the selected models were found similar with previous study for a wall-firing boiler.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.413-420
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• 2013

Effect of inherent volatile matters in fuels on electrochemical reactions of anode was investigated for a single direct carbon fuel cell (DCFC). Raw coals used as power source in the DCFC release light gases into the atmosphere under the operating temperature of DCFC ($700^{\circ}C$) by thermal decomposition and only char remained. These exhausted gases change the gas composition around anode and affect the electrochemical oxidation reaction of system. To investigate the effect of produced gases, comparative study was conducted between Indonesian sub-bituminous coal and its char obtained through thermal treatment, carbonizing. Maximum power density of raw coal ($52mW/cm^2$) was appeared higher than that of char ($37mW/cm^2$) because the gases produced from the raw coal during thermal decomposition gave additional positive results to electrochemical reaction of the system. The produced gases from coals were analyzed using TGA and FT-IR. The influence of volatile matters on anodic electrolyteelectrode interface was observed by the equivalent circuit induced from fitting of impedance spectroscopy data.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권4호
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• pp.544-552
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• 2014

본 연구는 인도네시아 갈탄인 로토(Roto) 탄의 촤(char)-$CO_2$ 촉매가스화 kinetic 분석을 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 촉매는 $Na_2CO_3$, $K_2CO_3$, $CaCO_3$ 및 천연광물 촉매로 dolomite을 선정하였으며, 석탄과 촉매의 물리적 혼합을 통하여 촤를 제조하였다. 촤-$CO_2$ 촉매가스화반응은 $850^{\circ}C$에서 $CO_2$ 농도가 60 vol%, 촉매 함량은 $Na_2CO_3$를 7 wt% 혼합할 때 가장 빠른 탄소전환율을 보여주었다. $750{\sim}900^{\circ}C$ 등온조건에서 촤-$CO_2$ 촉매 가스화 반응결과, 온도가 증가할수록 탄소전환율 속도가 빨라졌으며, 기-고체 반응모델 shrinking core model(SCM), volumetric reaction model(VRM), modified volumetric reaction model(MVRM)을 실험결과에 적용하였을 때, MVRM 이 로토 탄의 가스화반응 거동을 잘 예측하였다. 특히 Arrhenius plot을 통한 활성화에너지는 $Na_2CO_3$와 $K_2CO_3$를 혼합한 촤의 활성화에너지가 각각 67.03~77.09 kJ/mol, 53.14~67.99 kJ/mol으로 우수한 촉매 활성을 보여주었다.

• 청정기술
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• 제19권3호
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• pp.306-312
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• 2013

드레이톤 탄으로부터 제조된 차(char)의 $850^{\circ}C$ 등온조건 가스화 반응에서 반응기체인 이산화탄소-질소 혼합기체의 이산화탄소 농도가 반응속도에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 저온 가스화 반응성을 높이기 위해 탄산칼륨을 사용하였다. 이산화탄소의 농도가 증가할수록 차-이산화탄소(char-$CO_2$) 가스화 반응성은 좋으며 전환율 증가 속도는 고농도에서는 일정하게 유지되었다. 가스화 반응성은 증가하였으며, 70% 이상의 고농도 조건에서는 일정하게 유지되었다. 기-고체 반응모델 중에서 shrinking core model (SCM)과 shrinking core model (SCM), modified volumetric reaction model (MVRM)을 비교하였다. 선형 회귀를 통해 얻은 상관계수 값은 저농도에서는 SCM이 VRM보다 높은 반면, 고농도에서는 VRM이 SCM보다 높은 값을 보였다. 모든 농도에서 MVRM의 상관계수 값은 다른 모델들 보다 가장 높은 값을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권1호
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• pp.114-119
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• 2011

인도네시아 아역청탄인 ABK탄과 중국 갈탄(lignite)과 같은 저급탄에 대한 열분해와 촤-$CO_2$ 가스화반응에 대한 실험을 비등온의 승온 조건에서 열중량분석기(Thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 열분해 속도는 2단계, 1차의 열분해 모델(Kissinger 법의 변형)에 의해 잘 모사되었다. 촤의 $CO_2$ 가스화반응은 수축 핵 모델에 적용하여 초기의 활성화 에너지가 ABK탄은 189.1 kJ/mol, lignite는 260.5 kJ/mol의 값을 얻었으며, 수축 핵 모델에 의해 잘 모사되었다. 특히, 촤의 $CO_2$ 가스화반응에서 활성화 에너지는 무연탄의 결과와 유사하였으며, 다른 모델이나 석탄의 종류에 따라 큰 차이를 보였다.

• 에너지공학
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• 제11권2호
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• pp.166-177
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• 2002

본 연구는 화염안정을 위해 약간의 메탄을 첨가한 1차원, Hat, 예혼합, 층류 석탄-공기 화염구조에 관한 연구로서 반응영역을 늘리기 위해 0.3 atm에서 운전되는 저압버너를 사용하였다. 본 연구에서는 가스 온도, 주요가스의 농도, 샘플된 촤의 분석과 화염속도에 대하여 여러 모델들의 해석결과를 실험결과와 서로 비교하였다. 여러 모델중 촤 표면적 지수(S=4)와 휘발성분에 대해 각각의 탈휘발화 속도상수를 적용한 model II $I^{*}$ -d가 실험치와 비교적 일치함을 보여주었다. 샘플된 촤의 분석 결과 입자의 반응이 낮게 예측되어져 촤 표면적지수를 증가시켜야만 했다. 이 지수는 촤의 반응 표면적에 대한 민감도 분석으로부터 얻어진 결과였고 model II $I^{*}$ -d의 화염속도 해석결과는 대부분의 측정치에 근접한 결과를 보여주고 있다. 고체 입자 직경은 열적 지연과 반응표면적을 통하여 탈휘발화율과 촤 산화에 큰 영향을 주며 이는 곧 화염속도에 영향을 주고 있음을 보여주었다.