• 에너지공학
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• 제10권3호
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• pp.206-213
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• 2001

가압분류층반응기(PDTF)를 이용하여 가압하에서 인도네시아 아역청탄촤의 $CO_2$, 가스화 반응성을 연구하였다. 가스화온도(900~140$0^{\circ}C$), 이산화탄소분압 (0.1-0.5MPa) 및 시스템전압(0.5, 0.7, 1.0 및 1.5MPa)이 촤-$CO_2$반응율에 미치는 영향을 결정하였다. 동일한 $CO_2$, 분압과 온도조건하에서도 가스화반응속도(gasification rate)는 시스템전압에 따라 영향을 받는 것이 발견되었다. 시스템압력이 변화하는 조건하에서의 가스화반응속도을 모사하기 위하여 n차반응속토식 R=k$P^{n}$ $_{gas}$에 시스템전압항을 추가하여 R=k$P^{n}$ $_{gas}$ $P^{m}$ $_{total}$ 으로 수정하였다. 고온가압하에서의 인도네시아 아역청탄촤-$CO_2$ 가스화반응율은 dX/dt=(174.1)exp(-71.5/RT) ( $P_{CO2}$)$^{0.40}$( $P_{total}$ )$^{0.65}$(1-X)$^{2}$ 3/로 표현할 수 있을 것이다.것이다.것이다.다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권6호
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• pp.604-610
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• 2007

납사타르피치의 연소 및 수증기 가스화의 반응특성을 알아보기 위하여 납사타르피치를 탄소원으로 사용하여 열중량분석을 수행하였다. 반응의 활성화에너지, 반응차수, 빈도인자 등을 구하기 위하여 Friedman 방법과 Ozawa-Flynn-Wall 방법이 사용되었다. Friedman 방법을 사용하여 반응전환에 따른 연소의 활성화에너지를 구하였는데, 0.2~0.6 정도의 전환이 일어났을 때는 활성화에너지가 41.6~68.1 kJ/g-mol이었다. 0.9~1.0 정도의 전환이 일어났을 때는 183.1~191.2kJ/g-mol이었다. 그리고 수증기 가스화에 대해서는, 0.2~0.6 반응전환에서 활성화에너지는 31.9~44.9 kJ/g-mol이었다. 0.8~0.95 전환에서는 70.6~87.8 kJ/g-mol이었다. 이러한 결과로 미루어보아 반응은 탈휘발화와 연소 또는 가스화 반응의 두 단계로 진행되는 것을 알 수 있었다.

• 한국연소학회지
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• 제15권1호
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• pp.22-29
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• 2010

In this study, carbon conversion was measured using an electronic mass balance. In a lab scale furnace, each coal sample was pyrolyzed in a nitrogen environment and became coal char, which was then gasified with steam under isothermal conditions. The reactivity of coal char was investigated at various temperatures and steam concentrations. The VRM(volume reaction model), SCM(shrinking core model), and RPM(random pore model) were used to interpret experimental data. For each model the activation energy(Ea), pre-exponential factor (A), and reaction order(n) of the coal char-steam reaction were determined by applying the Arrhenius equation into the data obtained with thermo-gravimetric analysis(TGA). According to this study, it was found that experimental data agreed better with the VRM and SCM for 1,000 and $1,100^{\circ}C$, and the RPM for 1,200 and $1,300^{\circ}C$. The reactivity of chars increased with the increase of gasification temperature. The structure parameter(${\psi}$) of the surface area for the RPM was obtained.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.511-515
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• 2012

본 연구에서는 상용모사기를 이용하여 분할유동층 가스화기에서 로토석탄의 가스화 특성 모사를 수행하였다. 분할 유동층 가스화기는 가스화영역에서 일어나는 연소반응과 가스화반응(발열반응과 흡열반응)을 각각 다른 영역에서 일어날 수 있도록 반응기 내부를 분할한 가스화기이다. 분할유동층 가스화기의 주요 개념은 가스화에 요구되는 열을 연소영역에서 생성된 열을 이용하여 공급하는 것으로 가스화기 내부에서의 부분 연소를 억제하고, 격벽을 통한 열전달과 열매체의 이동을 통해 공급하는 것이다. 분할유동층 가스화기 모델은 열분해, 촤 가스화, 타르/오일 가스화, 촤 연소반응으로 4개의 영역을 가지도록 구현하였다. 열분해의 경우, 대상 석탄을 반응온도, 반응가스, 석탄주입량을 변화시켜 실험을 수행하여 실험데이터로부터 correlation 모델을 작성하였다. 가스화는 Gibbs free energy를 최소화하는 모델을 이용하고 촤 연소영역은 combustion 모델을 이용하였다. 분할유동층 가스화기 모사결과를 비교하기 위해 우선 단일영역 가스화기 모사를 수행하였다. 단일영역 가스화기의 경우 석탄열분해 반응기와 석탄가스화 반응기 두 개로 구성되며 반응모델은 분할유동층 가스화기와 일치한다. 분할유동층 가스화기 모사 결과, 냉가스효율은 84.4%로 단일영역 가스화기와 유사한 결과를 얻었으며 합성가스의 조성은 $H_2$와 $CH_4$이 다소 증가하고 CO와 $CO_2$가 다소 감소한 것을 확인하였다. 모델 검증을 위해 10건의 단일영역 가스화 실험에 대하여 모사를 수행하였다. 모사를 통해 얻어진 합성가스의 조성은 CO, $CO_2$, $CH_4$의 경우 실험결과와 모사결과가 거의 일치하는 반면 $H_2$의 경우 모사결과가 실험값과 비교하여 다소 높은 값을 갖는 것을 확인하였으나 경향은 실험값과 유사함을 확인하였다. 탄소전환율의 경우, 모델결과가 실험값과 비교하여 높은 전환율을 보이는 것을 알 수 있으며 이는 모사에 사용된 가스화 모델이 평형반응기로 반응기에서의 체류시간과 접촉시간이 실제 실험과 차이가 있기 때문으로 파악된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.131.2-131.2
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• 2010

서부 발전 태안화력발전소에 건설 예정인 IGCC Demo plant의 설계 자료를 근거로 석탄 가스화기의 정상 상태 전산모사를 PRO/II를 사용하여 수행하였다. 석탄을 PRO/II가 받아들일 수 있는 성분으로 바꾼 후 가스화기를 버너와 가스화기 본체의 두 부분으로 나누어 모델링하였다. 버너는 단열조건의 Gibbs Reactor로 모델링하였다. 모사 결과 산소가 완전 소진될 때까지 반응이 진행되는 것을 확인하였다. 가스화기는 char gasification 반응은 kinetic reaction equation으로, gas phase reaction은 equilibrium reactor로 모사하는 알고리듬을 개발 하였으나 PRO/II의 기능에 한계가 있어 간단한 Gibbs Reactor로 모사하였다. 가스화기는 membrane wall에 의하여 냉각되는 것을 고려하여 $1550^{\circ}C$의 균일한 온도에서 반응이 일어나는 것으로 고려하였다. 전산 모사 결과 주요 성분의 조성이 실제 syngas의 조성과 5% 정도 오차가 있는 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권2호
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• pp.165-174
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• 2010

석탄 가스화 반응을 모델링하여 습식분류층 석탄 가스화기의 반응특성에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 신뢰성 있는 수치해석기술을 이용하여 가스화 장치의 기본설계와 더불어 최적 운전조건의 설정에 있다. 석탄 가스화 반응은 복사가 관여하는 고체와 기체의 이상 난류반응으로서 수증기 증발로부터 휘발화, 촤와 가스의 반응 등 일련의 연소반응의 구조를 가진다. 본 연구에서는 실험과 수치해석적인 방법을 병행하여 연구를 수행하였으며 한국에너지기술연구원에 설치된 1톤 규모의 실험용 가스화기를 대상으로 하였다. 본 연구에서는 기본적으로 상용프로그램을 사용하였으며 석탄 가스화 반응해석에 필요한 여러 서브루틴을 개발하여 해석하였다. 세부 반응 서브루틴의 난류반응은 기본적으로 에디붕괴모델에서 화학적 반응속도의 개념을 조화평균의 형태로 사용하였다. 그리고 석탄입자궤적은 라그란지안 접근방식을 선택하였으며 입자의 궤적 계산에서 저항력에 나타나는 난류비선형적인 문제에 대한 모델도 고려하였다. 이와 같이 개발된 프로그램은 실험에서 얻어진 가스농도와 온도분포 그리고 냉가스 효율 등의 자료들과 비교하여 성능을 일차적으로 검토하였다. 석탄의 입자크기분포, 석탄 슬러리 농도, 그리고 가스화기의 형상변화는 가스화 성능에 직접적으로 영향을 주며 이를 합성가스 생성량과 냉가스 효율을 통해 비교 검토하였다. 본 연구 결과가 비록 물리적으로 타당하고 변수연구의 일관성을 보여주나 기류층 석탄가스화 반응장치의 복잡성을 고려하여 볼 때 보다 많은 실험결과에 대한 정교한 모델검증 노력이 신뢰성 있는 프로그램의 완성에 필요할 것으로 판단된다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2014년도 제49회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.33-36
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• 2014

Gasification of biomass produces syngas containing CO, $H_2$ and/or $CH_4$, which can then be converted into energy or value-added fuels. One of key issues for efficient gasification is to minimize tar concentration in the syngas for use in a final conversion device such as gas engine. This study investigated the decomposition of primary tar by catalytic cracking using char as catalyst, of which the feature can be integrated into a fixed bed gasifier design. The pyrolysis vapor containing tar from pyrolysis of wood at $500^{\circ}C$ was passed through a reactor filled with or without char at $800^{\circ}C$ for a residence time of 1, 3 or 5 sec. Then, the condensable vapor (water and tar) and gases were analyzed for the yields and elemental composition. Four types of char particles with different microscopic surface area and pore size distribution: wood, paddy straw, palm kernel shell and activated carbon. The results were analyzed for the mass and carbon yields of tar and the composition of product gases to conclude the effects of char types and residence time.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2014년도 제49회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.327-330
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• 2014

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권5호
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• pp.908-912
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• 2012

바이오매스를 이용하여 수소 생산을 목적으로 가스화 반응기를 이용하여 라왕 톱밥의 수증기 개질을 이용한 가스화 연구를 수행하였다. 1 m의 높이와 10.2 cm의 내경을 갖는 고정층 반응기에서 촉매와 온도에 따른 가스화반응에 미치는 영향을 분석하였다. 가스화반응 중에 수증기개질효과를 위하여 일정량의 스팀을 주입하였다. 톱밥과 탄산칼륨($K_2CO_3$), 탄산나트륨($Na_2CO_3$), 탄산칼슘($CaCO_3$), 탄산나트륨+탄산칼륨, 탄산마그네슘+탄산칼슘 촉매를 8:2의 일정한 비율로 혼합한 후 고정층 가스화 반응기에 주입하여 $400{\sim}700^{\circ}C$의 온도에서 가스화반응에 따른 생성되는 기체의 조성을 기체 크로마토그래피를 이용하여 분석하였다. 촉매를 사용하였을 때 비촉매의 경우보다 수소, 메탄, 일산화탄소의 생성분율이 높게 나타났다. 온도의 증가에 따라 생성되는 수소, 메탄, 일산화탄소의 생성분율이 증가하였으며, $Na_2CO_3$ 촉매에서 가장 높은 수소수율을 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.587-594
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• 2010

Hydrogen is an alternative fuel for the future energy which can reduce pollutants and greenhouse gases. Synthesis gas has played an important role of synthesizing the valuable chemical compounds, for example methanol, DME and GTL chemicals. Renewable biomass feedstocks can be potentially used for fuel and chemicals. Current thermal processing techniques such as fast pyrolysis, slow pyrolysis, and gasification tend to generate products with a large slate of compounds. Lignocellulose feedstocks such as forest residues are promising for the production of bio-oil and synthesis gas. Pyrolysis and gasification was investigated using thermogravimetric analyzer (TGA) and bubbling fluidized bed gasification reactor to utilize forest woody biomass. Most of the materials decomposed between $320^{\circ}C$ and $380^{\circ}C$ at heating rates of $5{\sim}20^{\circ}C$/min in thermogravimetric analysis. Bubbling fluidized bed reactor was used to study gasification characteristics, and the effects of reaction temperature, residence time and feedstocks on gas yields and selectivities were investigated. With increasing temperature from $750^{\circ}C$ to $850^{\circ}C$, the yield of char decreased, whereas the yield of gas increased. The gaseous products consisted of mostly CO, $CO_2$, $H_2$ and a small fraction of $C_1-C_4$ hydrocarbons.