• Title/Summary/Keyword: Steam methane reforming

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Methane Steam Reforming over $Ni/CeO_2-ZrO_2$ loaded on Fe-Cr Alloy Honeycomb Monolith

  • Lee, Jong-Dae;Kang, Min-Gyu;Lee, Tae-Jun;Cho, Kyung-Tae;Kim, Man-Hoe
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제24권4호
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    • pp.427-435
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    • 2007
  • 에너지원으로서 수소를 생산하기 위하여 하니컴 구조를 갖는 모노리스에 10 wt% $Ni/CeO_2-ZrO_2$ 촉매를 담지한 후 메탄의 수증기 개질 실험을 수행하였다. 다른 $CeO_2/ZrO_2$ 몰비를 갖는 촉매들 중에서, $Ni/CeO_2-ZrO_2(CeO_2/ZrO_2=4/1)$촉매가 $700-800^{\circ}C$에서 높은 메탄의 전환율을 보여 주었다. 10wt% $Ni/CeO_2-ZrO_2$ 촉매가 담지된 금속 모노리스 촉매체는 높은 열전도도와 비표면적들로 인하여 좋은 촉매 특성을 보여줌을 확인할 수 있었다. 또한, 금속모노리스 촉매체는 반응물에서 과다의 수증기에 의한 수소 수율에서 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. $GHSV=30,000h^{-1}$, 반응물 비$(H_2O/CH_4=3.0)$ 반응온도 $800^{\circ}C$에서 금속모노리스 촉매체는 98%이상의 메탄의 전환율을 보여주었다. 생성물 가스에서 $CO_2/CO$의 비는 수증기/메탄의 반응물비가 증가할수록 수성가스화 반응에 의하여 증가됨을 알 수 있었다.

기술, 경제성을 고려한 최적 친환경 수소생산 기술 선정 방법 (Selecting Optimal CO2-Free Hydrogen Production Technology Considering Market and Technology)

  • 이지현;제갈성
    • 신재생에너지
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    • 제19권2호
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    • pp.13-22
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    • 2023
  • With the increased interest in renewable energy, various hydrogen production technologies have been developed. Hydrogen production can be classified into green, blue, gray, and pink hydrogen depending on the production method; each method has different technical performance, costs, and CO2 emission characteristics. Hence, selecting the technology priorities that meet the company strategy is essential to develop technologically and economically feasible projects and achieve the national carbon neutrality targets. In addition, in early development technologies, analyzing the technology investment priorities based on the company's strategy and establishing investment decisions such as budget and human resources allocation is important. This study proposes a method of selecting priorities for various hydrogen production technologies as a specific implementation plan to achieve the national carbon neutrality goal. In particular, we analyze key performance indicators for technology, economic feasibility, and environmental performance by various candidate technologies and suggest ways to score them. As a result of the analysis using the aforementioned method, the priority of steam methane reforming (SMR) technology combined with carbon capture & storage (CCS) was established to be high in terms of achieving the national carbon neutrality goal.

수소 전주기 경제성 분석 프로그램 개발 (Economic Analysis Program Development for Assessment of Hydrogen Production, Storage/Delivery, and Utilization Technologies)

  • 김수현;유영돈;박혜민
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제33권6호
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    • pp.607-615
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    • 2022
  • In this study, economic analysis program was developed for economic evaluation of hydrogen production, storage/delivery, and utilization technologies as well as overseas import of hydrogen. Economic analysis program can be used for the estimation of the levelized cost of hydrogen for hydrogen supply chain technologies. This program include five hydrogen production technology on steam methane reforming and water electrolysis, two hydrogen storage technologies (high compressed gas and liquid hydrogen storage), three hydrogen delivery technologies (compressed gas delivery using tube trailer, liquid hydrogen, and pipeline transportation) and six hydrogen utilization technologies on hydrogen refueling station and stationary fuel cell system. In the case of overseas import hydrogen, it was considered to be imported from five countries (Austraila, Chile, India, Morocco, and UAE), and the transportation methods was based on liquid hydrogen, ammonia, and liquid organic hydrogen carrier. Economic analysis program that was developed in this study can be expected to utilize for planning a detailed implementation methods and hydrogen supply strategies for the hydrogen economy road map of government.

초고온가스로 연계 블루수소 생산 공정의 열역학적 분석 (Preliminary Thermodynamic Evaluation of a Very High Temperature Reactor (VHTR) Integrated Blue Hydrogen Production Process)

  • 손성민
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제34권3호
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    • pp.267-273
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    • 2023
  • As the impacts of global climate change become increasingly apparent, the reduction of carbon emissions has emerged as a critical subject of discussion. Nuclear power has garnered attention as a potential carbon-free energy source; however, the rapidity of load following in nuclear power generation poses challenges in comparison to fossil-fueled methods. Consequently, power-to-gas systems, which integrate nuclear power and hydrogen, have attracted growing interest. This study presents a preliminary design of a very high temperature reactor (VHTR) integrated blue hydrogen production process utilizing DWSIM, an open-source process simulator. The blue hydrogen production process is estimated to supply the necessary calorific value for carbon capture through tail gas combustion heat. Moreover, a thermodynamic assessment of the main recuperator is performed as a function of the helium flow rate from the VHTR system to the blue hydrogen production system.

니켈 담지촉매의 니켈 담지량에 따른 활성 변화 (Activity Changes of Supported Nickel Catalysts with Respect to Ni Loading)

  • 김상범;박은석;천한진;김영국;김명수;박홍수;함현식
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제20권3호
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    • pp.230-236
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    • 2003
  • Synthesis gas is commercially produced by a steam reforming process. However, the process is highly endothermic and energy-consuming. Thus, this study was conducted to produce synthesis gas by the partial oxidation of methane to decrease the energy cost. Supported Ni catalysts were prepared by the impregnation method. To examine the activity of the catalysts, a differential fixed bed reactor was used, and the reaction was carried out at $750{\sim}850^{\circ}C$ and 1 atm. The fresh and used catalysts were characterized by XRD, XPS, TGA and AAS. The highest catalytic activity was obtained with the 13wt% Ni/MgO catalyst, with which methane conversion was 81%, and $H_2$ and CO selectivities were 94% and 93%, respectively. 13wt% Ni/MgO catalyst showed the best $MgNiO_2$ solid solution state, which can explain the highest catalytic activity of the 13wt% Ni/MgO catalyst.

Ru계 촉매의 CO 선택적 산화 반응 및 1 kW급 천연가스 연료처리 시스템의 성능 연구 (Performance of Ru-based Preferential Oxidation Catalyst and Natural Gas Fuel Processing System for 1 kW Class PEMFCs System)

  • 서유택;서동주;서용석;노현석;정진혁;윤왕래
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제17권3호
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    • pp.293-300
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    • 2006
  • KIER has been developing a Ru-based preferential oxidation catalysts and a novel fuel processing system to provide hydrogen rich gas to residential PEMFCs system. The catalytic activity of Ru-based catalysts was investigated at different Ru loading amount and different support structure. The obtained result indicated that 2 wt% loaded Ru-based catalyst supported on ${\alpha}-Al_2O_3$ showed high activity in low temperature range and suppressed the methanation reaction. The developed prototype fuel processor showed thermal efficiency of 78% as a HHV basis with methane conversion of 92%. CO concentration below 10 ppm in the produced gas is achieved with separate preferential oxidation unit under the condition of $[O_2]/[CO]=2.0$. The partial load operation have been carried out to test the performance of fuel processor from 40% to 80% load, showing stable methane conversion and CO concentration below 10 ppm. The durability test for the daily start-stop and 8 h operation procedure is under investigation and shows no deterioration of its performance after 50 start-stop cycles. In addition to the system design and development.

Characteristics of LaCo1-xNixO3-δ Coated on Ni/YSZ Anode using CH4 Fuel in Solid Oxide Fuel Cells

  • Kim, Jun Ho;Jang, Geun Young;Yun, Jeong Woo
    • Journal of Electrochemical Science and Technology
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    • 제11권4호
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    • pp.336-345
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    • 2020
  • Nickel-doped lanthanum cobalt oxide (LaCo1-xNixO3-δ, LCN) was investigated as an alternative anode material for solid oxide fuel cells. To improve its catalytic activity for steam methane reforming (SMR) reaction, Ni2+ was substituted into Co3+ lattice in LaCoO3. LCN anode, synthesized using the Pechini method, reacts with yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte at high temperatures to form an electrochemically inactive phase such as La2Zr2O7. To minimize the interlayer by-products, the LCN was coated via a double-tape casting method on the Ni/YSZ anode as a catalytic functional layer. By increasing the Ni doping amount, oxygen vacancies in the LCN increased and the cell performance improved. CH4 fuel decomposed to H2 and CO via SMR reaction in the LCN functional layer. Hence, the LCN-coated Ni/YSZ anode exhibited better cell performance than the Ni/YSZ anode under H2 and CH4 fuels. LCN with 12 mol% of Ni (LCN12)-modified Ni/YSZ anode showed excellent long-term stability under H2 and CH4 conditions.

혐기소화에 의한 Biogas 생산과 Biomethanol 전환에 관한 고찰 (Biomethanol Conversion from Biogas Produced by Anaerobic Digestion)

  • 남재작;신중두;홍승길;함현식;박우균;소규호
    • 유기물자원화
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    • 제14권4호
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    • pp.93-103
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    • 2006
  • 바이오가스는 유기물의 혐기소화과정에서 생기는 부산물로 열에너지와 전기에너지로 사용되어왔다. 바이오디젤생산의 반응물과 연료로 사용되고 있는 메탄올의 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 본 총설에서는 메탄올을 메탄올로 전환하는 직접부분산화법의 최근 발전 동향을 간략한 메탄올합성의 역사와 함께 다루었으며, 산업 규모에서 주로 사용되고 있는 증기개질반응과 현재 연구단계에서 발전하고 있는 촉매산화법을 비교하였다. 이 총설에서는 바이오가스로부터 메탄올전환의 가능성이 기술적인 측면과 경제적 실용성 면에서 제시되었다.

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다공성 촉매를 고려한 단일튜브 내의 수증기-메탄 개질에 관한 수치해석 연구 (Numerical Study on Steam-Methane Reaction Process in a Single Tube Considering Porous Catalyst)

  • 문주현;이성혁;윤기봉;김지윤
    • 한국가스학회지
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    • 제18권4호
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    • pp.56-62
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    • 2014
  • 본 연구에서는 촉매가 들어있는 고정층 반응로의 단일 개질관에 대하여 전산 유체 해석(Fluent ver. 13.0)을 수행하여 열/유동 특성을 파악하고, 주입 가스에 따른 추출 가스의 종류를 다공성에 따라 예측하였다. 촉매 형상을 모델링하기 위하여, 개질관 내부에 있는 촉매를 모두 다공성 물질이라고 가정하고, 수정된 Eugun 식을 해석에 적용하였다. 유체의 공극률을 기준으로 0.545, 0.409, 그리고 0.403로 설정하고, 결과를 비 다공성인 경우와 비교하였다. 수치해석 결과, 개질관 벽면의 온도는 흡열반응과 주변 열전달로 인하여 개질관의 온도보다 높게 나타나며, 수소 생성량도 다소 증가했다. 촉매의 공극률이 증가 하게 될 경우, 압력 강하로 인하여 관 중심부 온도 및 수소 생성량이 현저하게 감소하는 경향을 보였다.

Two Stage Gasifier에서의 우드펠릿 가스화 특성 연구 (A Study on Characteristics of Wood Pellet Gasification in Two Stage Gasifier)

  • 이문원;최선용;김래현
    • 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.