In this study, the reduction kinetics and behaviors of oxides in the water-atomized iron powder have been evaluated as a function of temperature ranging $850-1000^{\circ}C$ in hydrogen environment, and compared to the reduction behaviors of individual iron oxides including $Fe_2O_3$, $Fe_3O_4$ and FeO. The water-atomized iron powder contained a significant amount of iron oxides, mainly $Fe_3O_4$ and FeO, which were formed as a partially-continuous surface layer and an inner inclusion. During hydrogen reduction, a significant weight loss in the iron powder occurred in the initial stage of 10 min by the reduction of surface oxides, and then further reduction underwent slowly with increasing time. A higher temperature in the hydrogen reduction promoted a high purity of iron powder, but no significant change in the reduction occurred above $950^{\circ}C$. Sequence reduction process by an alternating environment of hydrogen and inert gases effectively removed the oxide scale in the iron powder, which lowered reduction temperature and/or shortened reduction time.
In this study, dynamic simulation of membrane reactor was performed for water gas shift reaction and temperature, hydrogen concentration, etc. were investigated as a function of time and position. Simulation results indicated that differences of hydrogen concentration, hydrogen partial pressure, and temperature in the radial direction, were larger in the entrance than in the exit. In addition, the hydrogen flux was the largest in the entrance, where the hydrogen partial pressure difference was the largest, and the conversion of carbon monoxide in the exit was about 0.65.
HYEONKI KIM;KWANGWON RHIE;TAEHUN KIM;SUNGCHUL HONG;DONGMIN LEE;DANBEE SHIN;DOOHYOUN SEO
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.35
no.4
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pp.460-467
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2024
As the hydrogen economy receives attention, much research has been conducted on water electrolysis that can produce green hydrogen. After investigating the various risk factors that exist in the alkaline water electrolysis process through hazard and operability study and job safety analysis, which are risk assessments, measures to ensure safety were prepared and made into a manual. Possible risks that could occur during various emergency stop situations and operations were identified, and leakage of potassium hydroxide (KOH) and hydrogen used as electrolyte appeared to be the main risk. If you utilize a risk assessment for the relevant equipment when writing a manual, you will be able to prepare work procedures that substantially reduce risk factors.
Recent experimental and theoretical advances on the aromatic alcohol-water clusters are reviewed, focusing on the structure of the hydrogen bonding between the alcoholic OH group and the binding water molecules. The interplay of experimental observations and theoretical calculations for the elucidation of the structure is demonstrated for phenol-water, benzyl alcohol-water, substituted phenol-water, naphthol-water and tropolone -water clusters. Discussion is made on assigning the role (either proton-donating or -accepting) of the hydroxyl group by measuring the shifts of infrared frequency of the OH stretching mode in the cluster from that of bare aromatic alcohol for the experimental determination of the cluster structure.
The present paper discusses about noble idea on various reactions including hydrides, hydrogen peroxide and nano-sized metal powders, which do not emit toxic materials as well as carbon dioxide. Here in this paper, the very first-ever concept that heat energy can be generated from the direct reaction between sodium borohydride and hydrogen peroxide is presented. Sodium hydride as fuel can supply hydrogen reacting with oxygen provided by the decomposition of hydrogen peroxide solution. Solid sodium borohydride can be resolved in water and treated as liquid solution for the easy handling and the practical usage although its solid powder can be directly mixed with hydrogen peroxide for the higher reactivity. The thermodynamic analysis was conducted to estimate adiabatic reaction temperatures from these materials. The preliminary experiment on the reactions conducted using sodium borohydride powder and hydrogen peroxide water solution revealed that the self-propagating reaction can occur and that its reactivity increases with an increase of hydrogen peroxide concentration.
Kim Jongtae;Hong Seong-Wan;Kim Sang-Baik;Kim Hee-Dong
Journal of computational fluids engineering
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v.10
no.3
s.30
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pp.9-18
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2005
During a hypothetical severe accident in a nuclear power plant (NPP), hydrogen is generated by the active reaction of fuel-cladding and steam in the reactor pressure vessel and released with steam into the containment. In order to mitigate hydrogen hazards possibly occurred in the NPP containment, hydrogen mitigation system (HMS) is usually adopted. The design of the next generation NPP (APR1400) designed in Korea specifies 26 passive autocatalytic recombiners and 10 igniters installed in the containment for the hydrogen mitigation. in this study, the analysis of the hydrogen and steam behavior during a total lose of feed water (TLOFW) accident in the APR1400 containment has been conducted by using the CFD code GASFLOW. During the accident, a huge amount of hot water, steam, and hydrogen is released in the in-containment refueling water storage tank (IRWST). The current design of the APR1400 includes flap-type dampers at the IRWST vents which are operated depending on the pressure difference between inside and outside of the IRWST. it was found that the flaps strongly affects the flow structure of the steam and hydrogen in the containment. The possibilities of a flame acceleration and transition from deflagration to detonation (DDT) were evaluated by using Sigma-Lambda criteria. Numerical results indicate the DDT possibility could be heavily reduced in the IRWST compartment when the flaps are installed.
Hydrogen is evaluated as one of new energy sources that can overcome the limitations and pollution problems of conventional fossil fuels. Although hydrogen is free from CO2, attention is required in NOx emission and flame stability in order to use hydrogen in existing gas fuel system. This study investigates the differences in operating characteristics and its problems to be modified when the hydrogen is used as fuel for existing domestic boilers and new heat recover boilers with water spray. When the hydrogen is used in domestic boilers, the efficiency is about 6-7% lower than methane due to higher partial vapor pressure in the exhaust gas at usual operating conditions above 60℃ in combustion chamber outlet temperature. On the other hand, the heat recovery boiler with water spray (HR-B/WS-X) is expected to achieve up to 95% efficiency, which is 12% more efficient than conventional boilers. It can also significantly reduce NOx emission by lowering the flame temperature.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.36
no.12
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pp.865-872
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2014
The study was conducted to evaluate the effect of addition of food waste in brown water for anaerobic hydrogen production. Batch experiment was carried out to determine appropriate food waste to brown water mixing ratio. Maximum hydrogen yield of $6.92mmol\;H_2/g\;COD_{removed}$ was obtained at 70% food waste and 30% brown water. Semi-pilot scale reactor was operated based on result of batch experiment. Semi-pilot reactor operated, mixing 70% food waste and 30% brown water showed significant increment in butyric acid concentration. B/P (Butyric to propionic acid ratio) which is considered as governing factor for hydrogen production was found high (52.64). Maximum hydrogen yield of $25.03mmol\;H_2/g\;COD_{removed}$ was obtained. Result of this study concluded that mixing of food waste to brown water at appropriate ratio assists in enhanced hydrogen fermentation.
Water electrolysis technology, which generates hydrogen using renewable energy resources, has recently attracted great attention. Especially, the polymer electrolyte membrane water electrolysis system has several advantages over other water electrolysis technologies, such as high efficiency, low operating temperature, and optimal operating point. Since research that analyzes performance characteristics using test bench have high cost and long test time, however, model based approach is very important. Therefore, in this study, a system model for water electrolysis dynamics of a polymer electrolyte membrane was developed based on MATLAB/Simulink®. The water electrolysis system developed in this study can take into account the heat and mass transfer characteristics in the cell with the load variation. In particular, the performance of the system according to the stack temperature control can be analyzed and evaluated. As a result, the developed water electrolysis system can analyze water pump dynamics and hydrogen generation according to temperature dynamics by reflecting the dynamics of temperature.
화석연료의 과도한 사용으로 유발된 기후변화 문제를 해결하기 위해 대체에너지의 개발에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 재생가능하며 친환경적인 수소에너지가 실현가능한 궁극적 대안으로 주목받고 있다. 다양한 수소 생산 기술 중 물의 전기분해를 이용한 수전해 기술은 온실가스와 같은 오염물질을 배출하지 않으며 재생에너지와 연계하여 미이용 전력을 대용량 장주기로 저장할 수 있다는 장점이 있다. 수전해 장치는 수소와 산소를 발생하는 전극과 기체의 섞임을 방지하고 이온을 전달하는 분리막으로 구성되며 그 중 분리막은 수전해 장치의 효율과 안정성을 결정짓는 핵심 부품이다. 본 총설에서는 수전해 기술 중 저온 수전해에 해당하는 알칼라인 수전해(alkaline water electrolysis), 고분자전해질막 수전해(polymer electrolyte membrane water electrolysis)와 음이온교환막 수전해(anion exchange membrane water electrolysis)에 사용되는 분리막에 대한 특성을 분석하고 최근 연구 동향에 대해서 다루고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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