• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.587-594
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• 2010

Hydrogen is an alternative fuel for the future energy which can reduce pollutants and greenhouse gases. Synthesis gas has played an important role of synthesizing the valuable chemical compounds, for example methanol, DME and GTL chemicals. Renewable biomass feedstocks can be potentially used for fuel and chemicals. Current thermal processing techniques such as fast pyrolysis, slow pyrolysis, and gasification tend to generate products with a large slate of compounds. Lignocellulose feedstocks such as forest residues are promising for the production of bio-oil and synthesis gas. Pyrolysis and gasification was investigated using thermogravimetric analyzer (TGA) and bubbling fluidized bed gasification reactor to utilize forest woody biomass. Most of the materials decomposed between $320^{\circ}C$ and $380^{\circ}C$ at heating rates of $5{\sim}20^{\circ}C$/min in thermogravimetric analysis. Bubbling fluidized bed reactor was used to study gasification characteristics, and the effects of reaction temperature, residence time and feedstocks on gas yields and selectivities were investigated. With increasing temperature from $750^{\circ}C$ to $850^{\circ}C$, the yield of char decreased, whereas the yield of gas increased. The gaseous products consisted of mostly CO, $CO_2$, $H_2$ and a small fraction of $C_1-C_4$ hydrocarbons.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권3호
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• pp.152-156
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• 2016

폐수 열원 히트펌프 시스템은 목욕탕, 공장 또는 하천수 등을 히트펌프의 열원으로 사용한다. 증발기는 폐수로부터의 오염을 완화시키기 위하여 휜이 없는 나관식(bare tube) 열교환기가 주로 사용되고 있다. 대부분의 열 저항은 관외를 흐르는 폐수측에 생성되는 파울링에 의한 것이며, 히트펌프의 성능을 급격하게 감소시킨다. 따라서 본 연구에서는 나관식 열교환기 하부에서 버블 유동층을 형성시키고 세정 볼을 사용하여 관 외측의 파울링을 저감시키는 장치를 개발하였다. 실험 조건으로, 냉수온도 $20^{\circ}C$, 폐수 온도 $40^{\circ}C$, 관 내측 유량 100L/h, 수조 내 물의 양 50L, 열교환기 면적 $0.161m^2$ 이다. 실험결과 세정 볼 없이 버블유동층만 형성한 경우에는 버블유동층이 없는 경우에 비해 파울링에 의해 생성된 열 저항이 약 56% 감소되었으며, 세정 볼의 개수 밀도가 8,000(Number of $ball/m^3$) 일 때, 파울링에 의해 생성된 열 저항은 버블유동층 및 세정 볼이 없을 때와 비교하여 약 86% 감소되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권10호
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• pp.710-716
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• 2013

대기 오염, 기후 변화 등 환경 문제와 자원 고갈로 인해 화석 연료를 대체할 에너지에 많은 관심이 집중되고 있다. 폐바이오매스의 에너지화 분야에서도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 폐목질계 바이오매스의 급속열분해는 바이오매스 에너지화 기술 중 하나로 액상 연료를 생산할 수 있다. 바이오매스의 급속열분해에는 주로 기포유동층 반응기가 쓰이고 있으며, 기포유동층 급속열분해 반응기에서는 반응물에 열을 효과적으로 전달하기 위하여 고체입자의 유동매체를 이용한다. 이러한 기포유동층 반응기에서 유동층 내 고체 입자의 움직임과 혼합은 기포의 거동에 영향을 받는다. 이로 인해 열전달 현상이 달라지고 결과적으로는 폐목질계 바이오매스의 급속열분해 반응 속도가 변한다. 따라서 본 연구에서는 기포유동층 반응기 내부의 수력학적 특성과 폐목질계 바이오매스 급속열분해 반응에 관한 연구를 수행하였다. 반응기내의 기체-고체 유동에 대해 Eulerian-Granular 방법을 사용하여 반응기를 시뮬레이션 하였으며, two-stage semi-global reaction model로 폐바이오매스의 급속 열분해반응을 모사하였다. 결과를 살펴보면, 유동층 내에서 기포들이 생성되고 상승하면서 크기가 증가한다. 이러한 기포의 거동에 의해 기포 주위의 고체 입자는 여러 방향으로 움직이게 된다. 고체 입자상의 활발한 움직임으로 바이오매스 입자가 유동층에 골고루 퍼져 일차 반응이 유동층 전반에서 일어난다. 그리고 일차 반응 중 타르가 생성되는 반응 속도가 가장 높게 나타난다. 그 결과 기체상 생성물 중 타르가 약 66 wt.%로 가장 많이 발생한다. 반면 이차 반응은 유동층에서보다 freeboard에서 더 많이 일어난다. 따라서 기포의 거동이나 입자의 움직임에 의한 영향은 일차 반응보다 상대적으로 적을 것으로 판단된다.

• 청정기술
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• 제24권4호
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• pp.323-331
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• 2018

실험실 규모 기포 유동층 반응기를 이용한 하수 슬러지와 석탄 및 우드 펠렛의 혼소 실험 및 회분 분석을 통한 슬래깅 성향을 살펴보았다. 연료는 일반 건조 및 수열탄화를 통해 제작된 하수 슬러지와 아역청탄, 우드 펠렛이 적용되었다. 연소 실험은 당량비 및 산화제 유량, 초기 온도를 고정하고 2종의 하수 슬러지 연료와 석탄 또는 우드 펠렛을 발열량 기준 50 : 50 비율로 혼합한 총 4개의 조건에 대해 반응기 온도 및 배가스 조성을 측정하였다. 배가스 중 $NO_x$는 모든 조건에서 대부분 NO의 형태로 400 ~ 600 ppm 범위에서 측정되었다. $SO_2$는 원료 내 황 함량을 고려하면 하수 슬러지의 투입량이 큰 영향을 미쳤을 것으로 예상되는 가운데 수열탄화 연료가 일반 건조 연료에 비해 다소 낮은 경향을 보였다. 비산 회분 조성 분석 결과 하수 슬러지 연료가 슬래깅/파울링 가능성을 높일 것으로 생각되며, 수열탄화 연료가 일반 건조 연료에 비해 상대적으로 양호한 결과를 보일 것으로 예상되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권4호
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• pp.522-529
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• 2014

연소전 $CO_2$ 포집용 SEWGS 시스템의 SEWGS 반응기와 재생반응기 사이의 고체순환을 위해 SEWGS 반응기 - 하부루프실 - 재생반응기 - 상승관 - 사이클론 - 상부 루프실로 구성된 순환유동층 시스템을 사용하고 있다. 현재 시스템의 경우 수직형 하부 루프실을 사용하고 있으나 하부 루프실의 유동화 및 안정적인 고체순환을 위해 유량이 많이 필요하고 가끔씩 슬러그가 발생하였다. 본 연구에서는 새로운 하부 루프실 형태로 경사형 하부 루프실을 제안하였으며, 상온, 상압 조건에서 $CO_2$ 흡수제(P-78)를 층물질로 사용하여 기포유동층-기포유동층-고속유동층 형태의 순환유동층 실험장치를 이용하여 하부 루프실의 형태 변화에 따른 고체순환특성을 측정 및 비교하였다. 경사형 하부루프실의 경우가 수직형인 경우보다 적은 유량으로 안정적인 고체순환을 유지할 수 있었으며 두 반응기 사이의 고체층 높이 차이도 발생하지 않는 것으로 나타나 경사형 하부 루프실을 사용하는 것이 유리한 것으로 결론지을 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제12권4호
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• pp.289-301
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• 2003

매체순환식 가스연소기의 개발을 위해 산화반응기와 환원반응기가 연계된 2탑 가압순환유동층 조건의 50kWth 매체순환식 가스연소기에 대해 물질수지와 에너지수지를 통한 개념설계를 수행하였다. 매체순환식 가스연소기의 물질수지를 통해 산화반응기는 상승관 형태의 고속유동층 조건으로, 환원반응기는 기포유동층 조건으로 반응기 형태를 결정하였다. 물질수지와 에너지수지에 의해 계산된 층내 고체량, 고체순환량 및 반응기 크기는 장치제작 및 실제조업에 적당한 범위의 값을 나타내었으며 산소공여입자의 반응속도는 만족할 만한 수준에 도달하는 것으로 확인되었다. 본 연구의 개념설계 결과에 의하면 매체순환식 가스연소기의 조업조건은 상용 순환유동층의 조업조건과 유사하였으며 실제공정에 적용하기에 무리가 없는 것으로 사료되었다. 본 연구에서 개발된 설계 tool을 이용하여 시스템의 용량, 조업압력, 산소공여입자 중의금속산화물의 함량, 수증기 주입량, 기체유속 및 고체층 높이 등의 변화에 따른 설계 값의 변화를 해석하였으며 이를 통해 조업조건 변화에 따른 시스템의 성능변화를 예측할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권1호
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• pp.105-110
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• 2019

CNT 유동층 반응기(내경 0.15 m, 높이 2.6 m) 프리보드 내 미세 CNT 입자(평균입도 $46{\mu}m$, 벌크밀도 $93.2kg/m^3$)의 높이 별 거동을 확인하기 위해 레이저 슬릿광 형상 측정법을 이용하여, CNT 응집체의 크기 및 형태를 측정하였다. 기체 유속 증가에 대해, 비산되는 CNT 응집체의 Feret 직경과 Heywood 직경이 증가하였다. 프리보드 내 높이가 증가할수록 평균 직경은 작아졌고, 응집체 내 CNT 입자수가 감소하였다. 기체 유속 증가에 대해, 응집체의 종횡비는 농후상에 가까울수록 증가하였으나, 높은 높이에서는 감소하였다. 그러나, 견고도는 큰 변화를 보이지 않았다. 응집체의 형상 분석 정보에 기반하여, 높이 별 CNT 입자의 응집과정이 서로 다름을 확인하였다. 유동층 프리보드 내 CNT 응집체의 Heywood 직경을 예측할 수 있는 상관관계식을 제안하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.567-570
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• 2008

내경 0.109 m의 유동층에서 다입자경 모래에 대한 압력요동의 표준편차와 유속간의 선형회귀분석을 이용한 최소유동화속도 측정법의 적용성을 조사하였다. 다입자경 모래를 평균입자크기가 같은 Gaussian 분포에서 입자분포의 표준편차에 따른 최소유동화속도를 측정하고, 측정치를 타 연구자들의 식과 비교 검토하였다. 압력요동의 표준편차 값 선형회귀분석법과 층내 압력강하로부터 구한 최소유동화속도를 구하였다. 최소유동화속도 결정에서 유속 범위는 혼합도가 낮은 유속범위와 free bubbling 영역 이상을 제외한 범위값 이어야 하며, 이 유속범위에서 측정위치는 혼합이 양호한 층 중앙이 가장 적절하다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.687-692
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• 2016

바이오매스는 대체 에너지원으로서 재생가능하고 전 세계적으로 고르게 분포하고 있으며, 친환경적이고 탄소중립적이어서 많은 관심을 받고 있다. 굴참나무를 대상으로 바이오에너지 생산의 효용성을 알아보기 위해 기포 유동층 반응기를 이용하여 급속 열분해반응 특성 연구를 수행하였다. 반응 온도에 변화에 따른 생성물의 수율 변화를 확인하기 위해 $400{\sim}550^{\circ}C$의 온도범위에서 급속 열분해반응 실험을 진행하였고, 이때 바이오-오일의 수율은 36.98~39.14 wt%, 가스의 수율은 33.40~36.96 wt%의 값을 나타내었다. 바이오-오일의 발열량은 $500^{\circ}C$, $3.0{\times}U_{mf}$ 조건에서 20.18 MJ/kg을 나타내었다. 생성된 열분해 가스의 주 생성물은 $CO_2$, CO 및 $CH_4$이며 $CO_2$의 선택성이 37.16~50.94 mol%로 가장 높았다. 바이오-오일은 푸르푸랄, 페놀과 이들의 유도체인 1-hydroxy-2-propanone, 2-methoxy-phenol, 1,2-benzendiol, 2,6-dimethoxy-phenol에 대한 높은 선택성을 가지고 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.678-686
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• 2016

본 연구에서는 내경 0.3 m, 높이 2.4 m인 기-고 유동층 반응기 내에서 수직 방향의 내부 구조물과 shroud 노즐 분산판이 기포 흐름에 미치는 영향을 CPFD (Computational Particle-Fluid Dynamics)를 이용하여 모델링을 수행하였다. 층 물질로는 Metal-grade 실리콘 입자(MG-Si)가 사용되었으며 $d_p=149{\mu}m$, ${\rho}_p=2,325kg/m^3$, $U_{mf}=0.02m/s$이다. 전체 층물질의 양은 75 kg이며 정적층(static bed) 높이는 0.8 m이다. 수직 내부 구조물이 기포 상승속도에 미치는 영향을 파악하였다. 내부 구조물이 분산판으로부터 0.45 m 높이에 설치되었을 때 기포의 분쇄가 일어났다. 유동층의 압력강하 및 수직 고체체류량 분포는 내부 구조물의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 하지만 내부 구조물이 제트에 너무 가까운 경우 기포가 분쇄되지 않고 내부 구조물을 우회하여 상승하였으며 내부 구조물이 없는 경우나 0.45 m 높이에 설치된 경우에 비해 더 빠른 속도로 상승하였다.