• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.2232-2237
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• 2007

Steam reforming and catalytic reforming of $CH_4$ conversion to produce synthesis gas require both high temperatures and high pressure. Non-thermal plasma is considered to be a promising technology for the hydrogen rich gas production from methane. In this study, three phase AC GlidArc plasma system was employed to investigate the effects of gas composition, gas flow rate, catalyst reactor temperature and applied electric power on the $CH_4$ and $H_2$ yield and the product distribution. The studied system consisted of three electrode and it connected AC generate power system different voltages. In this study, air was used for the partial oxidation of methane. The results showed that increasing gas flow rate, catalyst reactor temperature, or electric power enhanced $CH_4$ conversion and $H_2$ concentration. The reference conditions were found at a $O_2$/C molar ratio of 0.45, a feed flow rate of 4.9 ${\ell}$/min, and input power of 1kW for the maximum conversions of $CH_4$ with a high selectivity of $H_2$ and a low reactor energy density.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권4호
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• pp.425-430
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• 2012

본 연구에서는 비상시 전기 공급용 MCFC 프리커버터의 천연가스(메탄)로부터 수소의 생산량을 증가시키는 경우를 수치적으로 해석하였다. 상용 코드를 사용하였으며 촉매는 다공성 매질로 시뮬레이션 하였다. 3가지 주요 화학반응인 수증기 개질반응(SR), 수성 가스 전환(WGS) 및 직접 수증기 개질 반응(DSR)은 사용자 부프로그램을 사용하여 해석하였다. 프리컨버터에서 10%의 연료전환율을 얻기 위해 요구되는 추가 열량을 벽면을 통해 공급하게 되면 프리컨버터의 벽면 부근에서만 매우 불균일한 온도 분포와 화학반응이 일어나는 것으로 분석되었다. 이와 같은 현상은 매우 작은 열전도율을 갖는 다공성 매질의 촉매와 흡열반응으로 설명되어질 수 있다. 해석결과 프리컨버터의 길이가 짧은 경우가 보다 균일한 연료전환율을 보여 주며, 촉매의 유지 보수 면에도 길이가 짧은 경우가 유리함을 보여 주었다.

• 공업화학
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• 제10권2호
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• pp.190-195
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• 1999

테트라 플로오르에틸렌의 제조를 위한 클로로디플루오르메탄 (R22) 열분해 반응에 대해 저자들이 고안한 관형 반응기에서 반응온도 ($600{\sim}850^{\circ}C$), 체류시간 (0.005~0.6초) 및 희석비 (수증기/R22, 3~30)를 변수로 하여 전환율, 테트라플로오로에틸렌의 수율 및 선택도에 대한 영향을 고찰하였다. 이상의 결과로부터 이 반응기의 최적조업 및 설계를 위한 지침을 제시하였다. 반응온도는 $700{\sim}750^{\circ}C$, 체류시간은 0.07~0.1초일 때 최적 조업 조건이었다. 희석제인 과열 수증기의 사용은 반응 전환율 뿐만 아니라, TFE의 선택도도 증진시키는 것으로 나타났다. 속도론적 분석을 통하여 R22열분해 반응의 주반응이 $CF_2$ 라디칼 생성반응인 것인 것을 보였으며, 1차 속도식으로 잘 표현되었다. 이 주반응의 활성화 에너지는 44.7~48 kcal/mol이었다.

• 한국대기환경학회지
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• 제30권4호
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• pp.339-349
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• 2014

$CO_2$ emission has been gradually increased due to rising fossil fuel use. A gliding arc plasma scrubber (GAPS) was proposed to destruct $CO_2$. For optimum design of GAPS, a CFD analysis has been conducted in different configuration for the system. The parameters considered included gas injection velocity at the nozzle and gas flow rate to gap between electrodes. The reactor configuration affected velocity fields which caused changes in the mixture fraction and the retention time. The mixing effect of $CO_2$ and supplied gas ($CH_4$ and steam) was enhanced by installing a orifice baffle. This revealed that the orifice baffle is effective in $CO_2$ conversion by positioning the reactants in the gas into the center of plasma discharge.

• 청정기술
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• 제29권2호
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• pp.126-134
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• 2023

직접촉매분해기술은 반도체 및 디스플레이 산업에서 아산화질소(N₂O)의 배출을 완화할 수 있는 유망한 기술이다. 본 연구는 7대 온실가스 중에 하나인 N₂O 직접촉매분해를 위한 γ-Al₂O₃ 촉매에 관한 것이다. 실험에 사용한 γ-Al₂O₃ 촉매는 뵘석 분말을 사용하여 압출 성형하여 제조하였으며, 반응은 직경 약 5 mm 크기로 분쇄한 촉매를 직경 25.4 mm (1인치) 반응기를 사용하여 수행하였다. N₂O 농도는 약 1%가 되도록 공급하였으며, 온도는 550-750 ℃, 압력은 상압, GHSV는 1800-2000 h-1에서 촉매반응 특성을 확인하였다. 분위기 가스로는 질소, 공기 그리고 공기+수분을 공급하여 N₂O 분해 특성과 산소의 영향 및 스팀의 영향을 확인하였다. 촉매 내구성은 N₂ 분위기에서 수행하였는데, 700 ℃에서 350 시간 동안 연속 운전을 통해 확인하였다. 실험결과 불활성 분위기(N₂)일 경우 700 ℃에서 N₂O 분해율이 100%에 가까운 수준까지 도달함을 확인하였고, 공기와 수분을 공급할 경우 분해율이 낮아짐을 확인하였다. 내구성 실험 결과 350 시간동안 촉매성능저하는 없었다. 따라서 뵘석 분말로 제조한 γ-Al₂O₃ 촉매는 N₂O 분해 특성에 우수할 뿐만 아니라 내구성 또한 우수하여 전자 산업을 비롯하여 질산제조공정 등 산소와 수분이 존재하는 경우에도 적용 가능할 것으로 기대한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.733-742
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• 2022

Hydrogen fuel cell propulsion ships are emerging to respond to the recently strengthened carbon emission regulations in the international shipping sector. Methanol can be stored in a liquid state at normal pressure and temperature, and has the advantage of lower reforming temperature compared to other fuels. In this study, the optimal operating point of the methanol steam reforming system was derived by changing the Steam Carbon Ratio (SCR) from 0.10 to 3.00. Results showed that In terms of methanol conversion rate and hydrogen yield, the larger the SCR is the better, but in terms of system efficiency, it is most advantageous to operate at SCR 0.70 in Pressure Swing Adsorption (PSA) mode and SCR 0.80 in Pd membrane mode. Through this study, it was found that the optimal SCR in the reformer and the entire system including the reformer may be different, which indicates that the optimum operating point may be different depending on the change of the system configuration.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1015-1020
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• 2012

석탄 및 pet coke (petroleum coke)는 그 이용이 제한적이지만 공급이 풍부한 에너지원이므로, 가스화공정에 적용하여 고급연료인 수소나 액체연료를 생산할 수 있다. 본 연구에서는 열천칭반응기와 실험실규모의 유동층반응기(내경 0.02 m, 높이 0.6 m)에서 갈탄, 무연탄, pet coke의 수증기 가스화 반응특성을 조사하였다. 가스화 온도 $600{\sim}900^{\circ}C$, 수증기 분압 0.15~0.95 atm 및 수증기/연료 비의 조업변수가 가스화반응속도 및 생성가스의 발열량에 미치는 영향을 조사하였다. 기체-고체 반응모델로서 modified volumetric reaction model을 적용하여 가스화반응의 거동을 묘사하고 kinetic 인자들을 도출하였다. 가스화 반응온도가 높을수록 생성가스 중의 수소농도와 가스의 발열량은 증가하였다. 생성가스 발열량은 무연탄 > 갈탄 > pet coke의 순으로 높게 나타났는데, 반응온도 $900^{\circ}C$, 수증기분압 95%의 조건에서 10.0 > 6.9 > 5.7 $MJ/m^3$로 각각 얻어졌다. 본 연구를 통하여 갈탄과 pet coke에 대해 가스화공정의 잠재적인 연료로서의 가능성을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제19권4호
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• pp.240-245
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• 2010

화석연료는 사용 후 재생이 불가능하고 매장량이 한정되어 있으며, 연소 시 발생되는 각종 공해물질로 인해 환경문제를 야기하고 있다. 이러한 맥락에서 차세대 청정대체에너지로서 주목을 받고 있는 것이 바로 수소에너지이다. 현재 가장 경제성이 있는 수소제조방법으로 알려진 천연가스 Steam Reformig(SRM)은 천연가스의 매장량 한계성으로 인해 그 제조비용이 높아지고 있어, 바이오매스 및 유기성 폐기물의 가스화를 통한 수소생산방법이 자원의 재순환, 페기물 처리, 열원의 이용, 직접적인 $CO_2$ 삭감 등의 부수적인 효과가 높아 경제성 있는 수소제조법으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는 잠재적으로 고갈 염려가 있는 화석연료를 대체하고, 화석연료의 연소 시 발생되는 환경문제를 해결하고자 열분해로와 고온개질기로 구성된 Pilot-scale Two Stage Gasifier를 개발하고, 본 장치 내에서의 biomass의 가스화 특성을 평가하고자 한다. 열분 해로에서의 가스화 실험 결과, 열분해로의 전환율은 약 70%로 나타났으며, $H_2$, $CH_4$, CO, $CO_2$의 평균 생성량은 각각 16.7, 11.3, 37.2, 26.6 L/mim의 결과를 보였다. 고온개질기로부터의 생성가스 수율의 결과로부터, 고온개질기에 적용된 $1100^{\circ}C$의 초고온에서의 개질 반응에 의해 $CH_4$의 대부분이 환원됨을 확인할 수 있었다. 본 연구로부터 개발된 장치의 냉가스 효율은 53.2%로 비교적 높은 결과가 얻어졌으며, 수소에 대한 평균 생성량은 55.4 L/min의 결과를 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권2호
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• pp.243-247
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• 2009

본 연구는 수소제조를 위한 에틸렌글리콜 수증기 개질반응에 대한 열역학적 특성 분석을 목적으로 한다. 이를 위하여 온도(300~1,600 K), 반응물 조성비(Steam/Carbon ratio=0.5~4.5), 압력(1~30 기압) 등의 다양한 반응조건을 변화시키면서 열역학적 평형조성 및 효율 등을 조사하였다. 주어진 조건하에서 흡열반응인 개질반응과 발열반응인 수성가스 전환반응 및 메탄화반응간 경쟁특성을 확인하였으며, 반응온도 400 K를 지나면서 수소발생이 관찰되어 500 K를 지나면서 급격한 발생량의 증가를 확인하였다. 반응물 가운데 수증기의 비율을 양론비(S/C=1.0) 이상으로 증가시킬 경우 수성가스 전환반응이 촉진되어 일산화탄소 저감 및 수소발생 증가 거동을 나타내었다. 결과적으로 열역학적 효율감소를 최소화 하면서 수소발생량을 극대화할 수 있는 조건은 반응온도 900 K 이상 및 수증기 대 탄소간 비율이 3.0 이내의 범위에 해당하는 것으로 판단된다.

• 공업화학
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• 제20권4호
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• pp.423-429
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• 2009

본 연구의 목적은 바이오가스를 이용하여 고농도 수소 생산과 CO 제거가 가능한 글라이딩아크 플라즈마 개질 시스템의 개발이다. 이를 위하여 수성가스 전이반응기는 수증기 주입량 변화,촉매층 온도 변화에 대하여, 선택적 산화반응기는 촉매층 온도변화, 공기주입량에 대하여 실험을 진행하였다. 기준조건은 S/C 비 3, 촉매층 온도 $700^{\circ}C$, 전체가스량 16 L/min, 입력전력 2.4 kW, 바이오가스 구성비($CH_4$ : $CO_2$ ) 6 : 4이다. 이때의 실험결과는 HTS의 최적조건은 S/C비 3, 반응온도 $500^{\circ}C$, LTS의 최적조건은 S/C 비 2.9, 반응온도 $300^{\circ}C$이다. 또한 PROX I단의 최적조건은 각각 공기유입량 300 mL/min, $190^{\circ}C$, PROX II단의 최적조건은 공기유입량 200 mL/min, $190^{\circ}C$을 나타내었다. 반응기를 모두 지난 후의 합성가스는 $H_2$ 수율 55%, $CH_4$ 전환율 97%, $CO_2$ 전환율 97%, CO 선택도는 0%로 바이오가스를 개질하여 생성된 합성가스는 높은 수율을 나타내며, CO 선택도는 0%를 나타내었다.