• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제44권5호
• /
• pp.528-534
• /
• 2006

고온 플라즈마가 적용된 플라즈마트론을 이용하여 바이오가스 개질을 통해 수소를 생산하는데 있어서 최적 운전 조건에 대해 연구하였다. 음식물 쓰레기의 혐기성 발효조에서 생성된 바이오가스 구성비($CH_4/CO_2$)가 1.03, 1.28, 2.12인 바이오가스로 개질실험을 수행하고, 수소 생산과 메탄 전환율을 향상시키기 위해 바이오가스 유량비, 수증기 유량비, 입력전력 변화와 같은 변수별 연구를 수행하였다. 바이오가스 유량비(biogas/TFR : total flow rate), 수증기 유량비($H_2O/TFR$: total flow rate), 입력전력이 각각 0.32~0.37, 0.36~0.42, 8 kW일 때 메탄의 전환율이 81.3~89.6％인 최적운전조건을 보였다. 이때 합성가스 중의 수소와 일산화탄소의 농도는 27.11~40.23％, 14.31~18.61％이며, 수소 수율은 40.6~61％, 에너지 전환율은 30.5~54.4％, $H_2/CO$ 비는 1.89~2.16이다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제21권3호
• /
• pp.225-230
• /
• 2004

Synthesis gas is a high valued compound as a basic chemicals at various chemical processes. Synthesis gas is mainly produced commercially by a steam reforming process. However, the process is highly endothermic so that the process is very energy-consuming process. Thus, this study was carried out to produce synthesis gas by the partial oxidation of methane to decrease the energy cost. The effects of reaction temperature and flow rate of reactants on the methane conversion, product selectivity, product ratio, and carbon deposition were investigated with 13wt% Ni/MgO catalyst in a fluidized bed reactor. With the fluidized bed reactor, $CH_4$ conversion was 91%, and Hz and CO selectivities were both 98% at 850$^{\circ}C$ and total flow rate of 100 mL/min. These values were higher than those of fixed bed reactor. From this result, we found that with the use of the fluidized bed reactor it was possible to avoid the disadvantage of fixed bed reactor (explosion) and increase the productivity of synthesis gas.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제50권5호
• /
• pp.802-807
• /
• 2012

본 연구에서는 메탄으로부터 합성가스를 만드는 자열 개질(Autothermal reforming)반응 특성을 Ni (15 wt%)-Ru (1 wt%)/$Al_2O_3$-MgO 금속모노리스 촉매체와 전기 발열식 촉매를 사용하여 조사하였다. 자체 가동 형 반응기는 자열 개질 반응기에 $700^{\circ}C$ 반응물을 공급하는데 걸리는 start-up 시간이 2분 이내였다. 반응물의 $O_2/CH_4$와 $H_2O/CH_4$ 비가 메탄의 전환율과 반응기의 온도 분포에 미치는 영향은 매우 크다. 반응기의 온도는 $H_2O/CH_4$ 비가 감소할수록 흡열반응에서 발열반응으로 전환되어 증가한다. 또한 $H_2O/CH_4$ 비가 증가함에 따라 수성가스화 전이반응에 의하여 생성물 중에 $CO_2$양이 증가한다. $GHSV=10,000\;h^{-1}$, 반응물 조성($H_2O/CH_4=0.6$과 $O_2/CH_4=0.5$)의 자열 개질반응에서, 97%의 메탄의 전환율을 얻었으며, 반응기의 온도는 $600^{\circ}C$로 유지되었다. 이 반응조건에서 170 cc 금속모노리스 촉매체를 충진한 반응기에서 자열개질 반응으로 생성된 최대 합성가스의 유량은 $0.94\;Nm^3/h$ 이었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제15권4호
• /
• pp.301-308
• /
• 2004

The methane reforming with $CO_2$ and steam for manufacture of synthesis gas over $Ni/ZrO_2$ catalyst was investigated. Mixed reforming carried out $CO_2$ dry reforming with $O_2$ and steam for development of DME process in pilot plant. To improve a catalyst deactivation by coke formation, the mixed reforming added carbon dioxide and steam as a oxidizer of the methane reforming was suggested. The result of experiments over commercial catalyst in $CO_2$ dry reforming has shown that the catalyst activity decrease rapidly after 20 hours. In case of $NiO-MgO/Al_2O_3$ catalyst, the deactivation of 20 percent after 30 hours was occurred. The activity of Ni/C catalyst still was not decreased dramatically after 100 hours. The effect of $H_2$ reforming with steam over $Ni/CO_2$ catalyst obtained the optimal conversion of methane and carbon dioxide, and could be produced synthesis gas at ratio of $H_2/CO$ under 1.5.

• 에너지공학
• /
• 제22권4호
• /
• pp.347-354
• /
• 2013

생물학적방법으로 이산화탄소를 에너지원인 메탄으로 전환하고자 hydrogenotrophic methanogen이 우점화된 실험실규모의 연속운전 반응기를 이용하여 수소의 주입비율과 EBCT에 따른 실험을 진행하였다. 수소와 이산화탄소의 주입비율을 4:1과 5:1(mol/mol)로 달리한 실험결과 두 조건 모두 주입된 수소가 대부분 소모되며 99% 이상의 전환율을 보였다. 이산화탄소의 경우 4:1에서는 $74.45{\pm}0.33$%, 5:1에서는 $95.8{\pm}10.7%$의 전환율로 이산화탄소를 모두 전환시키기 위해서는 양론식에 비해 더 많은 양의 수소가 필요한 것으로 확인되었다. 이는 hydrogenotrophic methanogen의 생장유지에 필요한 에너지원인 수소가 사용된 것에 기인한 것으로 사료된다. 체류시간별로 처리효율을 확인한 결과, 임계처리용량은 EBCT 3.3시간에서 수소(99.9%)와 이산화탄소(96.23%)의 안정적인 전환율을 보이며 $1.15{\pm}0.02m^3{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 메탄생산속도와 $2.01{\pm}0.04kg{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 이산화탄소 고정화속도를 나타내었다.

• 공업화학
• /
• 제8권4호
• /
• pp.685-693
• /
• 1997

여러 종류의 담체에 담지된 니켈 촉매상에서 메탄에 의한 이산화탄소 개질반응에 대해 연구하였다. 여러 가지 담체중에 천연 제올라이트가 가장 높은 활성을 보여주었고, 염기성 담체에 비해 산성 담체에 담지된 니켈 촉매의 활성이 좋았으며 촉매의 비활성화도 느리게 진행되었다. 천연제올라이트에 담지된 니켈 촉매의 담지율이 증가할수록 활성이 증가하였고, 10wt% 이상으로 담지된 경우에는 활성의 변화가 그다지 일어나지 않았다. 반응물중 메탄과 이산화탄소의 비에 따라 전환율과 생성물의 수율이 크게 영향을 받았으며, $CH_4/CO_2$의 비가 1일 때 가장 높은 수소 및 일산화탄소 수율을 나타내었다. 촉매의 비활성화는 반응중에 생성되는 코크에 침적에 기인하는 것으로 생각되며, 코크는 주로 메탄의 분해에 의해 생성되었고 코크의 형상은 whisker형으로 촉매의 비활성화 속도를 느리게 하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제32권8호
• /
• pp.636-644
• /
• 2008

The objective of this paper is to investigate characteristics of an autothermal reformer at various operating conditions. Numerical method has been used, and simulation model has been developed for the analysis. Pseudo-homogeneous model is incorporated because the reactor is filled with catalysts of a packed-bed type. Dominant chemical reactions are Full Combustion reaction, Steam Reforming(SR) reaction, Water-Gas Shift(WGS) reaction, and Direct Steam Reforming(DSR) reaction. Simulation results are compared with experimental results for code validation. Operating parameters of the autothermal reformer are inlet temperature, Oxygen to Carbon Ratio(OCR), Steam to Carbon Ratio(SCR), and Gas Hourly Space Velocity(GHSV). Temperature at the reactor center, fuel conversion, species at the reformer outlet, and reforming efficiency are shown as simulation results. SR reaction rate is improved by increased inlet temperature. Reforming efficiency and fuel conversion reached the maximum at 0.7 of OCR. SR reaction and WGS reaction are activated as SCR increases. When GHSV is increased, reforming efficiency increases but pressure drop from the increased GHSV may decrease the system efficiency.

• 한국분말재료학회지
• /
• 제28권3호
• /
• pp.201-207
• /
• 2021

Ni-Cr-Al metal-foam-supported catalysts for steam methane reforming (SMR) are manufactured by applying a catalytic Ni/Al₂O₃ sol-gel coating to powder alloyed metallic foam. The structure, microstructure, mechanical stability, and hydrogen yield efficiency of the obtained catalysts are evaluated. The structural and microstructural characteristics show that the catalyst is well coated on the open-pore Ni-Cr-Al foam without cracks or spallation. The measured compressive yield strengths are 2-3 MPa at room temperature and 1.5-2.2 MPa at 750℃ regardless of sample size. The specimens exhibit a weight loss of up to 9-10% at elevated temperature owing to the spallation of the Ni/Al₂O₃ catalyst. However, the metal-foam-supported catalyst appears to have higher mechanical stability than ceramic pellet catalysts. In SMR simulations tests, a methane conversion ratio of up to 96% is obtained with a high hydrogen yield efficiency of 82%.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제51권3호
• /
• pp.319-324
• /
• 2013

합성가스를 생산하기 위한 메탄의 부분산화반응 특성을 $Ni/CeO_2-ZrO_2$, $Ni-Ru/CeO_2-ZrO_2$와 $Ni-Pd/CeO_2-ZrO_2$ 촉매체를 이용하여 조사하였다. 메탄의 부분 산화 개질 반응에서 촉매의 높은 활성과 안정성을 위하여 허니컴 구조의 금속모노리스 촉매 체를 적용하였다. 촉매분석은 XRD와 FE-SEM을 사용하였으며, 제조된 촉매들의 합성가스 제조 특성은 반응물 비(O/C), GHSV와 온도를 변화시키면서 연구하였다. 개질 실험에서 사용된 촉매 중에서 $Ni-Pd/CeO_2-ZrO_2$ 촉매 체가 가장 높은 활성을 보여 주었으며, $900^{\circ}C$, GHSV=10,000 $h^{-1}$과 O/C=0.55에서 99%의 메탄 전환율을 얻었다. O/C 비가 증가함에 따라 수소 yield는 증가되고, 반면에 CO yield는 거의 일정하게 유지됨을 확인할 수 있었다. 또한 GHSV가 증가할수록 메탄의 전환율은 감소하였으며, 높은 메탄의 전환율을 얻을 수 있는 GHSV의 범위는 10,000 $h^{-1}$ 이하임을 알 수 있었다.

• Animal Bioscience
• /
• 제37권2호
• /
• pp.173-183
• /
• 2024

Objective: This study aimed to evaluate whether the methane (CH₄) to carbon dioxide (CO₂) ratio (CH₄/CO₂) and methane-related traits obtained by the sniffer method can be used as indicators for genetic selection of Holstein cows with lower CH₄ emissions. Methods: The sniffer method was used to simultaneously measure the concentrations of CH₄ and CO₂ during milking in each milking box of the automatic milking system to obtain CH₄/CO₂. Methane-related traits, which included CH₄ emissions, CH₄ per energy-corrected milk, methane conversion factor (MCF), and residual CH₄, were calculated. First, we investigated the impact of the model with and without body weight (BW) on the lactation stage and parity for predicting methane-related traits using a first on-farm dataset (Farm 1; 400 records for 74 Holstein cows). Second, we estimated the genetic parameters for CH₄/CO₂ and methane-related traits using a second on-farm dataset (Farm 2; 520 records for 182 Holstein cows). Third, we compared the repeatability and environmental effects on these traits in both farm datasets. Results: The data from Farm 1 revealed that MCF can be reliably evaluated during the lactation stage and parity, even when BW is excluded from the model. Farm 2 data revealed low heritability and moderate repeatability for CH₄/CO₂ (0.12 and 0.46, respectively) and MCF (0.13 and 0.38, respectively). In addition, the estimated genetic correlation of milk yield with CH₄/CO₂ was low (0.07) and that with MCF was moderate (-0.53). The on-farm data indicated that CH₄/CO₂ and MCF could be evaluated consistently during the lactation stage and parity with moderate repeatability on both farms. Conclusion: This study demonstrated the on-farm applicability of the sniffer method for selecting cows with low CH₄ emissions.