• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2000년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.43-50
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• 2000

The flow field of a 1 Ton/Day entrained-flow gasifier constructed in KIER was numerical simulate in this paper. The standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model and simple procedure was used with the Primitive-Variable methods during computation. In order to find the influence factors of the flow field which may have great effects on coal gasification process inside gasifier, difference geometry parameters at various operating conditions were studied by simulation methods. The calculation results show that the basic shape of the flow field is still parabolic even the oxygen gas is injected from the off-axis position. There exist an obvious external recirculation zone with a length less than 1.0m and a small internal recirculation region nears the inlet part. The flow field inside the new gasifier is nearly similar as that of the old 0.5T/D gasifier at same position if the design of burner remains unchanged.

• 신재생에너지
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• 제6권4호
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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.

• 한국연소학회지
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• 제18권1호
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• pp.21-26
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• 2013

In the Shell coal gasification process, the syngas produced in a gasifier passes through a syngas cooler for steam production and temperature control for gas cleaning. Fly slag present in the syngas may cause major operational problems such as erosion, slagging, and corrosion, especially in the upper part of the syngas cooler (gas reversal chamber, GRC). This study investigates the flow, heat transfer and particle behaviors in the GRC for a 300 MWe IGCC process using computational fluid dynamics. Three operational loads of 100%, 75% and 50% were considered. The gas and particle flows directly impinged on the wall opposite to the syngas inlet, which may lead to erosion of the membrane wall. The heat transfer to the wall was mainly by convection which was larger on the side wall at the inlet level due to the expansion of the cross-section. In the evaporator below the GRC, the particles were concentrated more on the outer channels, which needs to be considered for alleviation of fouling and blockage.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.76.2-76.2
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• 2011

석탄으로부터 합성석유를 생산하는 상용기술을 도입하여 건설하고 이와 더불어 원천기술 개발을 위한 국산화 기술 개발을 병행하여 향후 고유가 시대를 대비한 국가 에너지 안보 확립과 국내 기술 개발의 가속화를 추구해야 할 필요성이 대두되고 있다. 본 타당성 조사는 3종류의 석탄(호주 Wyong탄, 인도네시아 NTC탄, 인도네시아 KBB탄)으로부터 가스화에 의하여 합성석유스를 생산하는 공정에 대한 타당성 조사(Feasibility Study, FS)를 Class 5(하한 -50~-20%, 상한 30~100%)의 정확도로 수행하는 것을 내용으로 하고 있다. 플랜트의 규모는 합성석유 기준으로 20,000배럴/일이다. 플랜트의 건설을 위해서 광양제철소 슬래그처리장 내 12만평 부지에 조성 중인 포스코 SNG 생산공장 부지의 일부를 사용하는 것을 기준으로 하였다. 일반적으로 석탄의 종류에 따라서 가스화기의 종류 및 성능이 결정된다. 본 타당성 조사 연구에서 선정된 3종류의 석탄의 조성, 발열량, 회분 함량 등의 특성을 고려하여 각각의 석탄에 적합한 현존하는 상용급 가스화기를 선정하였다. 해당 석탄이 가스화기 종류에 따라 적절한 전처리 과정(건조, 분쇄, 슬러리화)을 거친 후 가스화기에 공급되는 것을 가정하여 석탄의 원소분석 조성, 발열량, 회분함량, 회분조성, 회 용융점 등의 변수에 따라서 각각 해당 가스화기에서 가스화되었을 때의 생성되는 합성가스의 조건을 시뮬레이션을 통하여 얻었다. 가스화기 시뮬레이션 결과를 토대로 합성석유 및 합성천연가스 생산을 위한 공정의 물질수지식 및 에너지수지식이 계산되었으며 이로부터 각 공정에서 발생되는 부생성물과 폐기물에 대한 양이 결정되고 이를 처리하는 방안 등도 제시되었다. 실증시설은 20,000배럴/일 규모의 CTL 및 전기 병산 시설이 적합하다. 더 큰 규모 공장은 투자비가 너무 커서 유가 또는 석탄가 변동에 따라 사업의 수익성이 크게 변하여 위험도가 큰 단점이 있기 때문이다. CTL 공장에 전기 병산이 추천되는 이유는 산소생산공장(APU), 압축 등 석탄전환공장에는 자체적인 전기수요가 막대하여 따로 스팀터빈용 발전소를 운영하므로 이를 효율적으로 대체하고자 하기 때문이다. 즉, 석탄가스화에 의해 기름을 최대한 만들고 미반응가스는 가스터빈 및 스팀터빈의 복합발전에 의해 고효율로 전기를 생산하면 최소의 비용으로 최대한 전기를 생산하여 자체소비 전력을 충당하고 남는 전기는 판매하여 수익률을 높일 수 있다.

• 한국분무공학회지
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• 제24권1호
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• pp.35-42
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• 2019

Syngas is widely produced by incomplete combustion of coal, water vapor, and air (oxygen) in a high-temperature/high-pressure gasifier through a coal-gasification process for power generation. In this study, a simulation syngas which was mainly composed of $H_2$, CO, $CO_2$, and $N_2$ was fueled with diesel. A modified single cylinder compression ignition (CI) engine is equipped with intake port syngas supply system and mechanical diesel direct injection system for dual fuel combustion. Combustion and emission characteristics of the engine were investigated by applying various syngas composition ratios and compression ratios. Diesel fuel injection timing was optimized to increase indicated thermal efficiency (ITE) at the engine speed 1,800 rpm and part load net indicated mean effective pressure ($IMEP_{net}$) 2 to 5 bar. ITE of the engine increased with the $H_2$ concentration, compression ratio and engine load. With 45% of $H_2$ concentration, compression ratio 17.1 and $IMEP_{net}$ 5 bar, ITE of 41.5% was achieved, which is equivalent to that of only diesel fuel operation.

• 한국재료학회지
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• 제18권12호
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• pp.650-654
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• 2008

The emission of carbon dioxide from the burning of fossil fuels has been identified as a major contributor to green house emissions and subsequent global warming and climate changes. For these reasons, it is necessary to separate and recover $CO_2$ gas. A new process based on gas hydrate crystallization is proposed for the $CO_2$ separation/recovery of the gas mixture. In this study, gas hydrate from $CO_2/H_2$ gas mixtures was formed in a semi-batch stirred vessel at a constant pressure and temperature. This mixture is of interest to $CO_2$ separation and recovery in Integrated Coal Gasification (IGCC) plants. The impact of tetrahydrofuran (THF) on hydrate formation from the $CO_2/H_2$ was observed. The addition of THF not only reduced the equilibrium formation conditions significantly but also helped ease the formation of hydrates. This study illustrates the concept and provides the basic operations of the separation/recovery of $CO_2$ (pre-combustion capture) from a fuel gas ($CO_2/H_2$) mixture.

• Corrosion Science and Technology
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• 제7권2호
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• pp.69-76
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• 2008

Common methods for large scale hydrogen production, such as steam reforming and coal gasification, also involve production of carbonaceous gases. It is therefore necessary to handle process gas streams involving various mixtures of hydrocarbons, $H_2$, $H_2O$, CO and $CO_2$ at moderate to high temperatures. These gases pose a variety of corrosion threats to the alloys used in plant construction. Carbon is a particularly aggressive corrodent, leading to carburisation and, at high carbon activities, to metal dusting. The behaviour of commercial heat resisting alloys 602CA and 800, together with that of 304 stainless steel, was studied during thermal cycling in $CO/CO_2$ at $650-750^{\circ}C$, and also in $CO/H_2/H_2O$ at $680^{\circ}C$. Thermal cycling caused repeated scale separation, which accelerated chromium depletion from the alloy subsurface regions. The $CO/H_2/H_2O$ gas, with $a_C=2.9$ and $p(O_2)=5\times10^{-23}$ atm, caused relatively rapid metal dusting, accompanied by some internal carburisation. In contrast, the $CO/CO_2$ gas, with $a_C=7$ and $p(O_2)=10^{-23}-10^{-24}$ atm caused internal precipitation in all three alloys, but no dusting. Inward diffusion of oxygen led to in situ oxidation of internal carbides. The very different reaction morphologies produced by the two gas mixtures are discussed in terms of competing gas-alloy reaction steps.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.445-448
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• 2007

석탄가스화 복합발전(IGCC)에서 석탄 가스화 기술이 전 공정의 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 요소이다. 연료 및 산화제의 공급방식, 가스화기의 기본 구조, 벽면의 구성 방식, 용융 슬랙 및 생산되는 합성가스 배출 방식 등에 따라 가스화의 성능이 영향을 받는다. IGCC plant의 정확한 성능 해석을 위해서는 석탄가스화기 공정 모델의 정밀도를 높일 필요성이 있다. 기존의 열병합 발전 사이클 해석에서 적용되었던 열 및 물질정산과 평형계산 방식을 통하여 석탄가스화기 공정을 해석하는 방법을 확인, 정리하고 이를 개선하기 위한 절차 및 방안을 제시하고자 한다. 가스화기 내부 공정을 크게 탈휘발과 가스화의 단계로 구분하여 가스화기 출구조건을 예측하였으며, ASPEN PLUS를 이용한 공정해석을 실시하였다. 가스화기 출구에서의 합성가스는 주생성가스인 CO, $H_2$를 위주로 하여 조성을 얻을 수 있고, 그 결과들을 선행연구들과의 비교를 통하여 가스화기 모델의 분석을 실시한다. 그리고 가스화기 해석의 정밀도를 높이기 위한 향후 고려될 가스화기 모델에 관하여 논의한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.453-456
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• 2011

합성가스를 이용한 충돌제트 버너에서 신장된 예혼합 화염의 열전달 특성에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 석탄을 가스화하는 과정에서 추출되는 수소와 일산화탄소를 혼합한 합성가스를 연료로 사용하였다. 정체점에서의 열유속은 전체 신장율이 증가함에 따라 증가하다 다시 감소하는 것이 관찰되었다. 또한 정체점에서의 열유속이 노즐로부터 충돌판까지 거리가 증가함에 따라 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구는 석탄에서 발생하는 부생가스의 주성분인 수소와 일산화탄소를 실용화하는 연구 중 기초 연구이다.

• 공업화학
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• 제20권6호
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• pp.638-645
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• 2009

가스화기에서 사용된 고알루미나계 내화물을 분석하여 용융 슬래그에 의한 손상 메커니즘을 조사하였다. 내화물 시료에서 슬래그에 의해 심하게 손상된 부분의 깊이는 부착된 슬래그를 포함하여 12~40 mm이었으며 슬래그 접촉면과 평행 방향으로 형성된 균열을 가지고 있었다. 슬래그와 접촉한 내화물은 미세구조에 따라 손상도가 다르게 나타났다. Fused $Al_2O_3$ 그레인의 경우 경계에서만 깨짐과 기공형성이 관찰되었고, tablet $Al_2O_3$의 경우 슬래그가 입자사이로 침투하여 입자 테두리에 Fe-Al 화합물이 관찰되었다. 결합제로 쓰인 calcium aluminate는 고온의 슬래그 접촉면에서는 슬래그에 용해되어 관찰되지 않았다. 큰 grain 주변에는 냉각 시 재결정된 것으로 보이는 막대형의 $Al_2O_3$ 상이 형성되었고 큰 기공들이 관찰되었다. 따라서 고알루미나계 내화물은 고온의 슬래그 경계면에서 결합제가 석탄 슬래그에 용융되고, 냉각 시 막대형의 알루미나를 형성하며, 이 과정에서 구조적인 변화에 의한 크랙이 형성되면서 구조적 스폴링에 의한 물리적 손상의 영향을 받는 것으로 보인다.