In this study a numerical study was conducted to show flow, temperature and gas distributions in a high temperature CO shift reactor which was designed specially for energy saving and then evaluated with the related experiment. Mole fractions of syngas at the end of the catalyst bed were predicted with various assumed pre-exponential factors, were compared with the corresponding experimental results and $10^8$ was finally selected as the value. With the selection, a base case was examined. It was calculated that the inlet duct attached asymmetrically to the CO shift reactor affects on the distribution of the upward momentum (+z directional). In addition, CO conversion ratio is achieved up to 90% in the catalyst bed and especially it reached up to 70% at the initial part of catalyst bed.
자원고갈과 지구온난화 등으로 재생에너지의 사용 및 보급이 지속적으로 증가할 것으로 예상되지만, 세계적으로 매장량이 풍부한 석탄의 사용량은 2030년 이후에도 지속적으로 증가될 전망이다. 따라서 세계 각국은 기후변화 규제에 대응하면서도 청정하게 석탄을 사용하기 위한 기술의 개발 및 보급을 활발히 진행 중이며, 국내에서도 온실가스 감축과 동시에 국가 성장 동력화를 추진하고 있다. 석탄가스화 기술은 석탄을 가스화하여 생산된 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스를 연료로 활용하는 기술로, 이용 효율이 높고 석탄을 천연가스 수준으로 청정하게 사용할 수 있는 차세대 석탄이용 기술이다. 본 연구에서는 pilot급 석탄 가스화기에서 생산된 합성가스에 함유된 산성가스를 고온에서 건식으로 제거하는 시스템을 구축하였으며, 석탄 합성가스를 고온 건식 정제시스템에 공급하기 위한 석탄가스화기의 운전특성을 파악하였다.
본 연구에서는 온순조건에서 용매 추출된 석탄의 물성과 추출특성을 고온조건에서 추출된 석탄의 것과 비교하였다. 석탄의 용매 추출 특성을 알아보기 위해 추출실험에는 아역청탄(Kideco 탄)과 극성 용매인 N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP)을 사용하였다. 온순조건과 고온조건에서 석탄의 용매 추출 특성을 알아보기 위해 추출온도 변화, 용매 재사용에 따른 추출 특성 변화에 대한 실험을 하였다. 실험결과 추출온도가 증가할수록 추출수율과 추출탄의 발열량은 증가 하였고, 회분농도는 감소하였다. FT-IR 분석 결과 고온조건($350^{\circ}C$)에서 추출한 추출탄의 표면에 C=O 아미드 결합, 방향족 에테르, 그리고 지방족 에테르 그룹들이 온순조건($150{\sim}300^{\circ}C$)에서 추출한 것에 비해 증가하는 것으로 나타났다. MALDI-TOF/MS 분석 결과 온순조건에서는 300~500 m/z 범위 이하의 작은 분자들이 주로 추출되었고, 고온조건에서는 500~1500 m/z 범위에 걸쳐 상대적으로 큰 분자들까지 추출됨을 확인하였다.
$SO_2$ has been absorbed and separated selectively by an ionic liquid from $SO_2/O_2$ mixture decomposed from sulfuric acid during the thermochemical SI cycle for the water splitting. In order to design and operate high pressure $SO_2/O_2$ separation system, the solubility of $SO_2$ in [EMIm]$EtSO_4$ (1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate) has been measured by Magnetic Suspension Balance at high pressure and temperature. Based on the measured solubility, a pressurized separation system was set up and operated. 194 L/h of $SO_2$($SO_2:O_2$=0.65:1) has been separated with 99.85% of $O_2$ at the vent of absorption tower, which is 22.7% of the theoretically ideal capacity of the system. This discrepancy results from the reduced contact between the gaseous $SO_2$ and the ionic liquid. Increased $SO_2$ supply, scale-up of the absorption column, and a faster ionic liquid circulation speed were suggested to improve the separation capacity.
RHEED(Reflection High Energy Electron Diffraction)상(pattern)의 거울반사점 (specular spot) 강도의 주기적인 진동을 이용하여, 계면금속(surfactant)Sn을 흡착하지 않은 경우와 흡착한 경우 Ge(111)표면 위에서 Ge의 층상성장을 조사하였다. 계면금속을 흡착하지 않았을 경우, 기판온도 $200^{\circ}C$에서 반점의 강도가 24ML정도 안정되게 진동하는 것으로 보 아, Ge층상성장의 최적온도로 생각되었다. 계면금속(Sn) 0.5ML를 Ge(111) 표면위에 흡착시 킨 후, Ge성장에서는 기판온도 $200^{\circ}C$에서 성장초기에 불규칙한 진동이 나타났으며, 반점강 도의 주기적인 운동이 흡착하지 않은 경우 보다 더 큰 진폭으로 38ML이상까지 관찰되었으 며 Ge이 성장하는 동안 d2$\times$2 구조의 변화가 없었다. 이는 계면금속이 교환작용으로 성장표 면 쪽으로 편석(segregation)하면서 흡착원자의 표면확산 거리를 저해시켜 3차원적 핵성장 에 의한 층상성장을 저해하고 대신 2차원적 성장을 도우는 것으로 생각된다.
반도체 공정 중 PR (Photo Resist) 공정은 여러 인화성 물질을 혼합하여 사용하는 공정으로, 공정 장비가 Clean Room 내 설치되어 인화성 물질이 누출되는 경우 질식, 화재, 폭발 사고로 이어질 위험성이 크므로, 물질 누출시 발생할 수 있는 사고에 대한 영향을 분석하고, 작업자들의 안전을 보장할 수 있는지 평가하는 것이 필요하다. 본 연구는 FLACS CFD - Fire Module을 이용하여 10개의 누출, 화재 시나리오에 대한 CFD Simulation을 통해 Clean Room 내부 가상으로 설정한 Monitor Point에서의 복사열 및 온도 변화 값을 확인하였다. Clean Room 내부에서 발생한 화재는 층간 구조물에 높은 복사열을 전달하지만, 그 범위가 상당히 제한적이며, 단일 화재 사고로 인해 붕괴될 가능성이 희박하다. 화재 사고로 인해 탈출구로 이어지는 2 곳의 계단이 동시에 높은 복사열에 노출되는 시나리오는 없어, 화재 발생시 작업자가 탈출 가능하였다. 또한 복사열 및 온도 상승의 수준은 아래층으로 이동하면서 급격하게 낮아지는 것을 확인하였으며, API 520의 기준에 따라 작업자가 30초 동안 버틸 수 있는 복사열인 6.31 kW/m2에 노출된 작업자도 화재가 발생한 Clean Room 내부에서 충분히 탈출할 수 있음을 확인하였다.
Steam gasification of low rank coals is possible at relatively low temperature and low pressure, and thus shows higher efficiency compared to high rank coals. In this study, the gasification reactivity of four different Indonesian low rank coals (Samhwa, Eco, Roto, Kideco-L) was evaluated in $T=700-800^{\circ}C$. The low rank coals containing $53.8{\pm}3.4$ wt% volatile matter in proximate analysis and $71.6{\pm}1.2$ wt% carbon in ultimate analysis showed comparable gasification reactivity. In addition, $K_2CO_3$ catalyst rapidly accelerated the reaction rate at $700^{\circ}C$, and all of the coals were converted over 90% within 1 hour. The XRD analysis showed no significant difference in carbonization between the coals, and the FT-IR spectrum showed similar functional groups except for differences due to moisture and minerals. TGA results in pyrolysis ($N_2$) and $CO_2$ gasification atmosphere showed very similar behavior up to $800^{\circ}C$ regardless of the coal species, which is consistent with the steam gasification results. This confirms that the indirect evaluation of the reactivity can be made by the above instrumental analyses.
The high temperature pleated filter bags which were used during this study were made of pleated nonwoven fabric of heat and acid resistant polysulfonate fibers which can withstand the heat up to $300^{\circ}C$ and have a filtration area which is 3 to 5 times larger than the conventional round filter bags. Cartridge module packed with 3 kind of the sulfur impregnated activated-carbon based sorbents were inserted in the inner of the pleated filter bag. This type of pleated filter bag was designed to remove not only the particulate matter but also the gaseous elemental mercury. The electrostatic precipitator part can enhance the particulate removal efficiency and reduce the pressure drop of the pleated filter bag by agglomerated particles to form a more porous dust layer on the surface of the pleated bag which is increased the filter bag cleaning efficiency. In addition, the most of particles are separated from the flue gas stream through the cyclone and the electrostatic precipitator part which were installed at the lower part and main body part of the convergence particulate collector, respectively. Thus reduce particulate loading of the high temperature pleated filter bags were applied in this study to analyze the removal characteristics of particulate matter and gaseous elemental mercury.
석탄가스화기에서 방출되는 황을 제어하는 것은 가스정화시스템에서 연료가스 중의 황화수소를 제거하는 것이다. 이에 본 연구에서는 천연산 망간광석의 황화수소 제거능에 영향을 미치는 탈황제의 입자크기, 황화반응 온도 및 탈황제 특성에 대해서 고찰하였다. 실험결과 황화수소 제거능은 반응온도 $700^{\circ}C$에서 효과적이었으며 입자크기가 작을수록 탈황효율은 증가하였으나 그 차이는 크지 않았다. 온도가 증가할수록 탈황제의 응집으로 인해 입자 내 물질전달저항이 증가하여 반응성이 저하되며 SEM 사진으로 탈황제의 응집을 확인할 수 있었다. 실험으로부터 구한 평형비 ($P_{H_2O}/P_{H_2S}$)는 ${\log}(P_{H_2O}/P_{H_2S})=5653/T-3.7909$였다. 천연산 망간광석의 황화수소 제거능이 기존에 개발되어 있는 탈황제들과 비슷하기 때문에 탈황제로 사용할 수 있음을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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