• 청정기술
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• 제20권4호
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• pp.425-432
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• 2014

이 논문은 촉매막반응기(catalytic membrane reactor)에서의 중요한 두 요소인 수소선택도와 수소투과량 및 Ar sweep 유량과 압력이 수성가스전이반응의 성능에 미치는 영향에 대하여 1차원 반응기모델과 반응속도식에 근거한 연구결과를 나타내고 있다. 연소전 이산화탄소 포집의 한 방법으로서, 촉매막반응기를 사용하여 원통부분에서는 고압/고농도의 이산화탄소를 관부분에서는 고순도의 수소를 동시에 얻을 수 있는지에 대한 가능성을 검토하였다. 또한, 고농도의 이산화탄소와 고순도의 수소를 동시에 얻기 위해 필요한 수소투과량, 수소선택도, Ar sweep 유량 및 압력에 대한 지침을 나타내었다. 그 결과 $1{\times}10^{-8}molm^{-2}s^{-1}Pa^{-1}$의 수소투과량과 10000의 수소선택도를 가진 막을 장착한 촉매막반응기에서는 8 atm의 압력과 $6.7{\times}10^{-4}mols^{-1}$의 Ar sweep 유량의 조건하에서 약 90%의 농도를 가진 이산화탄소와 100%의 순도를 가진 수소가 동시에 얻어짐이 밝혀졌다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권12호
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• pp.1101-1109
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• 2010

본 연구에서는 촤 연소 시에 분위기 가스 변화에 따른 연소 반응 변화를 수직 관형 연소로를 이용하여 실험적으로 측정해 보았다. 실험 조건으로 아역청탄인 Adaro탄과 역청탄인 Coal valley탄을 사용하였고, 두 탄을 $O_2/CO_2$조건과 $O_2/N_2$조건에서 온도를 900, 1100, $1300^{\circ}C$, 산소 분압을 12, 21, 30%로 변화를 주어 촤 반응성 실험을 수행하였다. 순산소 조건과 일반 대기 조건을 비교하였을 경우 순산소 조건일 때 입자온도와 총괄 반응량이 낮게 나타나는 경향을 보였지만, 입자 표면에서의 반응률을 계산한 결과, 분위기 가스의 영향과 상관없이 거의 동일한 경향을 가지는 것으로 나타났다. 또한 두 조건에서의 촤 연소 반응을 위한 반응 속도 상수 및 활성화 에너지 역시 분위기 가스의 영향과 상관없이 유사한 값을 가지는 것으로 확인하였다. 전반적으로 Adaro탄이 Coal valley탄보다 입자 온도와 총괄 반응량이 높게 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.856-863
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• 2018

순산소 순환유동층 보일러에서 탈황을 위해 이용되는 석회석의 재탄산화 거동을 분석하기 위하여, 상용 순환유동층 보일러에서 이용되는 석회석 4종의 재탄산화 반응 특성을 열중량분석기(TGA-N1000)에서 고농도의 $CO_2$ 가스를 이용하여 분석하였다. 생석회의 재탄산화 반응은 반응온도($600{\sim}900^{\circ}C$), 석회석의 $CaCO_3$ 함량(77~95%) 등의 조건에 따른 질량 변화를 통해 고찰되었다. $600{\sim}800^{\circ}C$의 온도 영역에서는 반응 온도가 증가함에 따라 전환율이 증가하였고, $850{\sim}900^{\circ}C$ 에서는 반응 온도가 증가함에 따라 전환율이 감소하는 경향이 발견되었다. $CaCO_3$ 함량의 경우, $870^{\circ}C$의 반응온도에서 뚜렷한 전환율의 차이를 보였다. 또한 기-고체반응속도 모델들에 적용하여 석회석의 재탄산화 반응을 모사하는 반응속도식을 제시하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.386-401
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• 2011

Mathematical models for various steps in coal gasification reactions were developed and applied to investigate the effects of operation parameters on dynamic behavior of gasification process. Chemical reactions considered in these models were pyrolysis, volatile combustion, water shift reaction, steam-methane reformation, and char gasification. Kinetics of heterogeneous reactions between char and gaseous agents was based on Random pore model. Momentum balance and Stokes' law were used to estimate the residence time of solid particles (char) in an up-flow reactor. The effects of operation parameters on syngas composition, reaction temperature, carbon conversion were verified. Parameters considered here for this purpose were $O_2$-to-coal mass ratio, pressure of reactor, composition of coal, diameter of char particle. On the basis of these parametric studies some quantitative parameter-response relationships were established from both dynamic and steady-state point of view. Without depending on steady state approximation, the present model can describe both transient and long-time limit behavior of the gasification system and accordingly serve as a proto-type dynamic simulator of coal gasification process. Incorporation of heat transfer through heterogenous boundaries, slag formation and steam generation is under progress and additional refinement of mathematical models to reflect the actual design of commercial gasifiers will be made in the near futureK.

• 대한화학회지
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• 제43권2호
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• pp.150-155
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• 1999

소량의 $CH_3Cl$ 기체를 첨가한 $C_2H_6-O_2-Ar$ 혼합 기체의 점화 지연 시간을 반사 충격파 이후의 온도가 1270∼1544 K인 범위에서 측정하였다. 실험 결과 $CH_3Cl$ 기체가 $C_2H_6$ 기체의 점화 과정을 지연시킴을 알 수 있었고, $CH_3Cl$ 기체의 농도가 증가함에 따라 점화 지연 시간이 증가함을 알 수 있었다. 그리고 $C_2H_6-CH_3Cl-O_2-Ar$ 혼합 기체에서 $CH_3Cl$ 기체의 점화 억제 효과를 반응 메카니즘 시각으로 살펴보기 위하여 컴퓨터를 이용한 모의 실험을 수행하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.425-434
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• 2010

Integrated gasification combined cycle (IGCC) is an efficient and environment-friendly power generation system which is capable of burning low-ranked coals and other renewable resources such as biofuels, petcokes and residues. In this study some process modeling on a conceptual entrained flow gasifier was conducted using the ASPEN Plus process simulator. This model is composed of three major steps; initial coal pyrolysis, combustion of volatile components, and gasification of char particles. One of the purposes of this study is to develop an effective and versatile simulation model applicable to numerous configurations of coal gasification systems. Our model does not depend on the hypothesis of chemical equilibrium as it can trace the exact reaction kinetics and incorporate the residence time calculation of solid particles in the reactors. Comparisons with previously reported models and experimental results also showed that the predictions by our model were pretty reasonable in estimating the products and the conditions of gasification processes. Verification of the accuracy of our model was mainly based upon how closely it predicts the syngas composition in the gasifier outlet. Lastly the effects of change oxygen are studied by sensitivity analysis using the developed model.

• 한국추진공학회지
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• 제23권1호
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• pp.79-92
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• 2019

Titanium hydride potassium perchlorate (THPP)는 항공우주분야에서 일반적으로 널리 사용되는 불꽃점화장치중 하나이다. 현 연구에서는 THPP에 수분 열 노화를 가했을 때, 연소과정에 끼치는 영향과 변화된 결과들을 실험적으로 밝혀내었다. 우선, Differential Scanning Calorimetry (DSC)와 isoconversional method를 적용하여 노화된 THPP 시료의 반응개시지연 및 최대반응속도의 저하를 확인하였다. 반응속도 파라미터는 첫 번째 반응에서 Viton에 의해 낮아지며 후에 잔류한 $KClO_4$의 영향으로 상승하는 경향을 보였다. 그리고 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 통해 노화된 THPP 시료에서 산화제 성분은 감소하고 연료산화효과가 두드러짐을 확인하였다. 또한 NASA Chemical Equilibrium with Applications (CEA)을 사용하여 얻은 이론발열량이 DSC로부터 구한 실험적 발열량과 비슷한 경향을 따르므로 실험적으로 구한 발열량 트렌드가 타당함을 검증할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권9호
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• pp.759-769
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• 2021

발사체 추진 시스템에서 Titanium Hydride Potassium Perchlorate (THPP)는 에너지를 인가받으면 gas를 발생시키는 pyrotechnic initiator로써 혹은 NASA Standard Initiator (NSI)의 supplement charge로써 흔히 사용되는 물질이다. 하지만 금속으로 이루어진 복합 화약이 오랫동안 보관이 되면 노화라는 문제에 직면하게 된다. 본 연구에서는 열분석 및 표면분석을 통하여 다양한 습도환경에서 노화된 THPP에 대하여 열역학적 특성의 변화를 확인하였고, 이를 바탕으로 THPP에 대한 전반적인 노화 메커니즘을 구축해내었다. 우선, THPP가 노화됨에 따라 산화제 표면의 균열빈도가 증가하고 길이가 길어졌는데, 이는 열·수분 노화가 공통적으로 산화제의 분해를 초래함을 보여준다. 이때 열 노화된 경우 Viton의 열화 현상이, 수분 노화된 경우 연료의 산화가 더욱 두드러졌다. 또한 실험을 통해 계산된 반응률에 대한 THPP의 화학반응인자의 경우 습도에 따라 크게 달라졌는데, 이는 수분이 THPP의 연소에 상당한 변화를 미쳐 결국에는 수명의 감소로 이어지게 될 것을 시사한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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• pp.91-93
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• 2003

A comprehensive numerical study is carried out to investigate for the understanding of the flow evolution and flame development in a supersonic combustor with normal injection of ncumally injecting hydrogen in airsupersonic flows. The formulation treats the complete conservation equations of mass, momentum, energy, and species concentration for a multi-component chemically reacting system. For the numerical simulation of supersonic combustion, multi-species Navier-Stokes equations and detailed chemistry of H2-Air is considered. It also accommodates a finite-rate chemical kinetics mechanism of hydrogen-air combustion GRI-Mech. 2.11[1], which consists of nine species and twenty-five reaction steps. Turbulence closure is achieved by means of a k-two-equation model (2). The governing equations are spatially discretized using a finite-volume approach, and temporally integrated by means of a second-order accurate implicit scheme (3-5).The supersonic combustor consists of a flat channel of 10 cm height and a fuel-injection slit of 0.1 cm width located at 10 cm downstream of the inlet. A cavity of 5 cm height and 20 cm width is installed at 15 cm downstream of the injection slit. A total of 936160 grids are used for the main-combustor flow passage, and 159161 grids for the cavity. The grids are clustered in the flow direction near the fuel injector and cavity, as well as in the vertical direction near the bottom wall. The no-slip and adiabatic conditions are assumed throughout the entire wall boundary. As a specific example, the inflow Mach number is assumed to be 3, and the temperature and pressure are 600 K and 0.1 MPa, respectively. Gaseous hydrogen at a temperature of 151.5 K is injected normal to the wall from a choked injector.A series of calculations were carried out by varying the fuel injection pressure from 0.5 to 1.5MPa. This amounts to changing the fuel mass flow rate or the overall equivalence ratio for different operating regimes. Figure 1 shows the instantaneous temperature fields in the supersonic combustor at four different conditions. The dark blue region represents the hot burned gases. At the fuel injection pressure of 0.5 MPa, the flame is stably anchored, but the flow field exhibits a high-amplitude oscillation. At the fuel injection pressure of 1.0 MPa, the Mach reflection occurs ahead of the injector. The interaction between the incoming air and the injection flow becomes much more complex, and the fuel/air mixing is strongly enhanced. The Mach reflection oscillates and results in a strong fluctuation in the combustor wall pressure. At the fuel injection pressure of 1.5MPa, the flow inside the combustor becomes nearly choked and the Mach reflection is displaced forward. The leading shock wave moves slowly toward the inlet, and eventually causes the combustor-upstart due to the thermal choking. The cavity appears to play a secondary role in driving the flow unsteadiness, in spite of its influence on the fuel/air mixing and flame evolution. Further investigation is necessary on this issue. The present study features detailed resolution of the flow and flame dynamics in the combustor, which was not typically available in most of the previous works. In particular, the oscillatory flow characteristics are captured at a scale sufficient to identify the underlying physical mechanisms. Much of the flow unsteadiness is not related to the cavity, but rather to the intrinsic unsteadiness in the flowfield, as also shown experimentally by Ben-Yakar et al. [6], The interactions between the unsteady flow and flame evolution may cause a large excursion of flow oscillation. The work appears to be the first of its kind in the numerical study of combustion oscillations in a supersonic combustor, although a similar phenomenon was previously reported experimentally. A more comprehensive discussion will be given in the final paper presented at the colloquium.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.676-682
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• 2009

본 연구에서는 국내 원주에서 생산되고 있는 RDF의 열분해 특성을 조사하기 위해 열중량 분석기(TGA)를 이용하여 비등온 실험(10, 20, $30^{\circ}C/min$)을 수행하여 분석하였다. 다양한 성분의 물질을 함유한 RDF는 승온 속도에 따라 차이가 있으나, 대체로 $350{\sim}700^{\circ}C$ 사이에서 열분해 및 연소되었으며, 최대 열분해 반응속도를 나타내는 온도는 석탄의 그것에 비해 매우 빠름을 알 수 있었다. Friedman 및 Flynn-Wall-Ozawa의 방법을 이용하여 평균한 활성화에너지 값은 각각 14.44, 18.40 kcal/mol이었으며, Friedman의 방법을 통해 반응 차수는 1.219, 빈도인자 $3.02{\times}10^5(s^{-1})$의 값을 얻었다. 또한 Coats Redfern의 방법을 통해 앞서 계산한 활성화에너지 값과의 유사성을 비교하여 고체상의 연소반응 메커니즘을 판단할 경우, 개별 입자들 사이에서 하나의 핵에서 핵화되는 반응인 1차 화학 반응($F_1$)이 가장 유사한 반응 메커니즘으로 판단되었다.