Carbon neutrality policies have been strengthened to reduce emissions, and the importance of technology road maps has been emphasized. In the global industrial boiler market, carbon neutrality is implemented through fuel diversification of methane-hydrogen mixture gas. However, various problems such as flashback and flame unstability arise. There is a limit to implementing the actual system as it remains in the early stage. Therefore, it is necessary to secure the source technology of methane-hydrogen hybrid combustion system applicable to industrial fields. In this study, control program for methane-hydrogen fuel conversion was developed to expect various parameters. After determining the hydrogen mixing ratio and the input air flow, the fuel conversion control algorithm was constructed to get the parameters that achieve the target oxygen concentration in the exhaust gas. LabVIEW program was used to derive correlations among hydrogen mixing rate, oxygen concentration in exhaust gas, input amount of air and heating value.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.11
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pp.942-948
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2007
Popular techniques for producing hydrogen by converting methane include steam reforming and catalyst reforming. However, these are high temperature and high pressure processes limited by equipment, cost and difficulty of operation. Low temperature plasma is projected to be a technique that can be used to produce high concentration hydrogen from methane. It is suitable for miniaturization and fur application in other technologies. In this research, the effect of changing each of the following variables was studied using an AC GlidArc system that was conceived by the research team: the gas components ratio, the gas flow rate, the catalyst reactor temperature and voltage. Results were obtained for methane and hydrogen yields and intermediate products. The system used in this research consisted of 3 electrodes and an AC power source. In this study, air was added fur the partial oxidation reaction of methane. The result showed that as the gas flow rate, the catalyst reactor temperature and the electric power increased, the methane conversion rate and the hydrogen concentration also increased. With $O_2/C$ ratio of 0.45, input flow rate of 4.9 l/min and power supply of 1 kW as the reference condition, the methane conversion rate, the high hydrogen selectivity and the reformer energy density were 69.2%, 32.6% and 35.2% respectively.
The effect of culture medium copper availability on the specific growth rate(${\mu}$) and carbon conversion efficiency (CCE) was sutided for an obligatory methanotroph Methylosinus trichosporium OB3b under various combinations of carbon and nitrogen sources. Methane or methanol was used as a carbon source, and nitrate or ammonium was used as a nitrogen source. Medium copper availability determined the intracellular location or kind of methane monooxygenase (MMO), cell-membrane (particulate or pMMO) when copper was present and cytoplasm (soluble or sMMO) when copper was deficient. When methane was used as a carbon source, copper-containing medium exhibited higher ${\mu}$ and CCE than copper-free medium regardless of the kind of nitrogen source. When methanol was used as a carbon source, however, the effect of copper disappeared. Ammonium gave the higher ${\mu}$ and CCE than nitrate for both methane and methanol. Those observation suggest that there exist an important difference in energy utilization efficiency for methane assimilation between sMMO and pMMO.
The chemical heat storage as the one way of utilization for high temperature solar energy was considered. The stram reforming reaction of methane was chosen for endothermic reaction. The reactor was made of stainless steel and the dimension was 6.25 mm I.D. and 30 cm long coiled tube because of the geometry requirement of solar receiver. The methane conversion was increased linearly with reaction temperature and nickel content of catalyst. The methane conversion was 60% at $600^{\circ}C$ and 90% at $900^{\circ}C$. The feasibility of steam reforming of methane as the conversion of solar energy to chemical heat storage was confirmed.
Choi, Eun Jung;Jeong, Hyun Cheol;Kim, Gun Yeob;Lee, Sun Il;Gwon, Hyo Suk;Lee, Jong Sik;Oh, Taek Keun
Korean Journal of Agricultural Science
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v.46
no.4
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pp.857-868
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2019
A flooded rice field is one of the significant sources of anthropogenic methane (CH4) with the intensity of the emissions dependent on management practices. Incorporation of rice straw, which is one of the organic amendments, induces the increase of methane emissions during the flooding season. In this study, we measured of methane emission according to applications of rice straw in different soil textures during a cultivation period in 2017 and 2018. The fallow treatments were non application of rice straw (NA), spring plowing after spring spreading of rice straw (SPSA), spring plowing after previous autumn spreading of rice straw (SPAA), and autumn plowing after previous autumn spreading of rice straw (APAA). The SPSA treatment emitted the highest total methane from loam soil in both 2017 (596.7 CH4 kg ha-1) and 2018 (795.4 CH4 kg ha-1). The same trend was observed in silt clay loam soil; the SPSA treatment still emitted the highest amount of methane in both 2017 (845.9 CH4 kg ha-1) and 2018 (1,071.7 CH4 kg ha-1). The lowest emission among the rice straw incorporated plots came from the APAA treatment for both soil texture types in all the seasons. The conversion factors of the SPAA were 0.79 and 0.65 from the loam and silt clay loam soils, respectively. Relatedly, the conversion factors of the APAA were 0.71 and 0.43 from the loam and silt clay loam soils, respectively. The above observations mean therefore that incorporation of rice straw early in the fallow reduces methane emissions in the main rice growing season.
Whole cells of Methylosinus trichosporium OB3b, the obligate methylotroph, were used to produce propylene oxide from propane. This strain has methane monooxygenase, which catalyzes the conversion methane to methanol and can catalyze also the conversion propane to propylene oxide. Optimal condition for the production of propylene oxide was investigated in resting-whole cell system. The optimal pH and temperature was 7.0 and $35^{\circ}C$ respectively. The end product, propylene oxide, didn't inhibit the production of propylene oxide and was not further metabolized in reaction mixture. The addition of methane metabolites (methanol, formaldehde and formic acid) to the reaction mixture stimulated formation of propylene oxide by $3{\sim}4$ times, and methanol was the most effective especially. Under the optimal conditions, the 14.2 mM of propylene oxide was produced after incubation of 60 min. and the conversion ratio of propane to propylene oxide was approximately 8%.
Lee Kwang-Sik;Yeo Yeong-Koo;Choi Jae-Wook;Lee Hwa-Ung;Song Hyung-Keun;Na Byung-Ki
Journal of Energy Engineering
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v.15
no.1
s.45
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pp.52-59
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2006
This paper examined the conversion of methane to hydrogen and other higher hydrocarbons using dielectric barrier discharge with AC pulse power. Two metal electrodes of a coaxial-type plasma reactor were separated by gas gap and an alumina tube. The inner electrode was located inside the alumina tube. The alumina tube was located inside the stainless steel tube, which was used as the outer electrode. Effect of feed gas composition (methane, oxygen, argon, water and helium), flow rate, applied frequency, input volt-age on methane conversion and product distribution were studied. The major products of plasma chemical reactions were ethylene, ethane, propane, buthane, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. The increment of applied voltage and the usage of inert gas as the background (helium and argon) enhanced the selectivity of hydrocarbons and methane conversion. The addition of water in the feed stream enhanced the conversion of methane and yield of hydrogen. Higher voltage leads to higher yield of $C_2H_6,\;C_3H_8,\;C_4H_{10}$ and yield or $C_2H_2\;and\;C_2H_4$ appeared highly in lower voltage.
Partho Sarothi Roy;Young Don Yoo;Suhyun Kim;Chan Seung Park
Clean Technology
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v.29
no.1
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pp.53-58
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2023
This study shows the summary of the economic performance of excess electricity conversion to hydrogen as well as methane and returned conversion to electricity using a fuel cell. The methane production process has been examined in a previous study. Here, this study focuses on the conversion of methane to electricity. As a part of this study, capital expenditure (CAPEX) is estimated under various sized plants (0.3, 3, 9, and 30 MW). The study shows a method for economic optimization of electricity generation using a fuel cell. The CAPEX and operating expenditure (OPEX) as well as the feed cost are used to calculate the discounted cash flow. Then the levelized cost of returned electricity (LCORE) is estimated from the discounted cash flow. This study found the LCORE value was ¢10.2/kWh electricity when a 9 MW electricity generating fuel cell was used. A methane production plant size of 1,500 Nm3/hr, a methane production cost of $11.47/mcf, a storage cost of $1/mcf, and a fuel cell efficiency of 54% were used as a baseline. A sensitivity analysis was performed by varying the storage cost, fuel cell efficiency, and excess electricity cost by ±20%, and fuel cell efficiency was found as the most dominating parameter in terms of the LCORE sensitivity. Therefore, for the best cost-performance, fuel cell manufacturing and efficiency need to be carefully evaluated. This study provides a general guideline for cost performance comparison with LCORE.
In the steam reforming of methane reactions, the effect of adding noble metals Ru and Pd to a Ni-based catalyst as promoters was analyzed in terms of catalytic activity and hydrogen production. The synthesized catalysts were coated on the surface of a honeycomb-structured metal monolith to perform steam methane reforming reactions. The catalysts were characterized by XRD, TPR, and SEM, and after the reforming reaction, the gas composition was analyzed by GC to measure methane conversion, hydrogen yield, and CO selectivity. The addition of 0.5 wt% Ru improved the reduction properties of the Ni catalyst and exhibited enhanced catalytic activity with a methane conversion of 99.91%. In addition, reaction characteristics were analyzed according to various process conditions. Methane conversion of over 90% and hydrogen yield of more than 3.3 were achieved at a reaction temperature of 800 ℃, a gas hourly space velocity (GHSV) of less than 10000 h-1, and a ratio of H2O to CH4 (S/C) higher than 3.
Methane reforming processes to obtain hydrogen were investigated experimentally by using atmospheric plasma source. Among possible reforming processes, such as a $CO_2$ reforming(dry reforming), a partial oxidation (POx), a steam reforming(SR), and a steam reforming with oxygen(SRO or auto-thermal reforming), partial oxidation and the steam reforming with oxygen were considered. We choose a rotating arc plasma as an atmospheric plasma source, since it shows the best performances in our preliminary tests in terms of a methane conversion, a hydrogen production, and a power consumption. Then, the effects of a feeding flow-rate, an electrical power input to a plasma reaction, an $O_2/C$ ratio and a steam to carbon ratio in the case of SRO on the reforming characteristics were observed systematically. As results, at a certain condition almost 100% of methane conversion was obtained and we could achieve the same hydrogen production rate by consuming a half of electrical power which was used by the best results for other researchers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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