Direct combustion characteristics of coal and oxygen carrier were measured in the thermogravimetric analyzer using four coals and two different oxygen carriers. The direct combustion efficiency decreased in order of Roto, Kideco, Sunhwa and Hyper coal for both oxygen carriers. Moreover, OCN703-1100 oxygen carrier showed better combustion efficiency than OCN706-1100 oxygen carrier for all four coals. The reduction characteristics of two oxygen carriers for $CH_4$, CO and $H_2$ gases were measured in the thermogravimetric analyzer to investigate why OCN703-1100 oxygen carrier showed better combustion efficiency than OCN706-1100 for all coals. The OCN703-1100 oxygen carrier represented higher reduction rate than OCN706-1100 for all reducing gases. Moreover, the total pore area and the porosity of OCN703-1100 were higher than those of OCN706-1100 oxygen carrier. The total volatile gas and volatile components of four coals were measured in a batch type fluidized bed reactor to investigate why the direct combustion efficiency decreased in order of Roto, Kideco, Sunhwa and Hyper coal for both oxygen carriers. The direct combustion efficiency was proportional to the total amount of ($CH_4+CO+H_2$) produced during devolatilization of coals.
Chemical looping combustion (CLC) is a promising carbon capture and storage (CCS) technology whose efficiency and cost primarily relies on the oxygen carrier materials used. In this paper, gadolinium-doped ceria (GDC, Ce0.9Gd0.1O1.95) was added as a promoter to improve the oxygen transfer rate of MgMnO3-δ oxygen carrier materials. Increasing GDC content significantly increased the oxygen transfer rate of MgMnO3-δ-GDC composites for the reduction reaction due to an increase in the surface adsorption of CH4 via oxygen vacancies formed on the surface of the GDC. On the other hand, the oxygen transfer rate for the oxidation reaction decreased linearly with increasing GDC content due to the oxygen storage ability of GDC. Adsorbed oxygen molecules preferentially insert themselves into oxygen vacancies of the GDC lattice rather than reacting with (Mg,Mn)O to form MgMnO3-δ during the oxidation reaction.
The effect of oxygen vacancy and Sn donor on carrier density for Indium Tin oxide (ITO) and Indium oxide (InO) films has been investigated. Hot-cathode Penning discharge sputtering (HC-PDS) in the mixed gasses of argon and oxygen was applied to fabricate the ITO and InO films. Density of oxygen vacancy was estimated using a high-energy ion beam technique. The electrical properties of the films such as resistivity, carrier density and mobility were estimated by Van der Pauw method. The doping efficiency of oxygen vacancy could be obtained from the relationship between oxygen vacancy and carrier density. The doping efficiency of oxygen vacancy for ITO films resulted in a quite small value. Comparing the doping efficiencies of ITO and InO films, the effect of Sn donor on carrier density was also discussed.
To select appropriate oxygen carrier candidates for chemical looping combustion, reduction characteristics of seven oxygen carriers were measured and discussed using three different reduction gases, such as $H_2$, CO, and $CH_4$. Moreover, attrition losses of those oxygen carriers also measured and compared. Among seven oxygen carrier particles, OCN703-1100 and NiO/bentonite particles showed higher oxygen transfer capacity than other particles, but these particles showed more attrition loss than other particles. C14 and C28 particles which used as cheap oxygen carriers in European country showed lower oxygen transfer capacity and less attrition loss. Based on the experimental results, we could select OCN717-R1SU, NC001, and N002 particles as candidates for future works because these oxygen carriers showed enough oxygen transfer capacity and good attrition resistance.
The valiclity of the simple mathematical model for facilitated transport in a solid state membrane developed previously has been examined againsts the carrier concentration and membrane thick-ness. Membranes are prepared with copolymer of styrene and 4-vinylpyridine as a matrix and Co(salen) as a carrier. 4-Vinylpyridine is incorporated to provide the coordination site for Co(salen) carrier. Oxygen permeability through the facilitated transport membrane is linearly increased with the square of its thick-ness, as predicted by the mathematical model. However, the oxygen permeability does not increase linearly with the carrier concentration. This seems to be due to the deactivation of the carrier by dimerization at high carrier concentrations as well as the reduced chain mobility by coordination of bulky Co(salen) carrier.
In chemical-looping combustion, pure oxygen is transferred to fuel by solid particles called as oxygen carrier. Chemical-looping combustion process usually utilizes a circulating fluidized-bed process for fuel combustion and regeneration of the reduced oxygen carrier. The performance of an oxygen carrier varies with the active metal oxide and the raw support materials used. In this work, spraydried Mn-based oxygen carriers were prepared with different raw support materials and their physical properties and oxygen transfer performance were investigated to determine that the raw support materials used are suitable for spray-dried manganese oxide oxygen carrier. Oxygen carriers composed of 70 wt% $Mn_3O_4$ and 30 wt% support were produced using spray dryer. Two different types of $Al_2O_3$, ${\gamma}-Al_2O_3$ and ${\alpha}-Al_2O_3$, and $MgAl_2O_4$ were applied as starting raw support materials. The oxygen carrier prepared from ${\gamma}-Al_2O_3$ showed high mechanical strength stronger than commercial fluidization catalytic cracking catalyst at calcination temperatures below $1100^{\circ}C$, while the ones prepared from ${\alpha}-Al_2O_3$ and $MgAl_2O_4$ required higher calcination temperatures. Oxygen transfer capacity of the oxygen carrier prepared from ${\gamma}-Al_2O_3$ was less than 3 wt%. In comparison, oxygen carriers prepared from ${\alpha}-Al_2O_3$ and $MgAl_2O_4$ showed higher oxygen transfer capacity, around 3.4 and 4.4 wt%, respectively. Among the prepared Mn-based oxygen carriers, the one made from $MgAl_2O_4$ showed superior oxygen transfer performance in the chemical-looping combustion of $CH_4$, $H_2$, and CO. However, it required a high calcination temperature of $1400^{\circ}C$ to obtain strong mechnical strength. Therefore, further study to develop new support compositions is required to lower the calcination temperature without decline in the oxygen transfer performance.
As a candidate for cheap oxygen carrier, $CaSO_4$ based oxygen carriers have been developing. However, research on reaction characteristics and side reaction of $CaSO_4$ based oxygen carrier is very limited. There are many possible reactions for main components of syngas from coal. In this study, we prepared three $CaSO_4$ based oxygen carriers ($CaSO_4$-$Fe_2O_3$/bentonite, $CaSO_4$-$K_2CO_3$/bentonite, $CaSO_4$-CaO/bentonite) and performed reduction tests by hydrogen. Cyclic reduction-oxidation tests up to $5^{th}$ cycle are also conducted using hydrogen as fuel. Reduction reactivity of those $CaSO_4$ based oxygen carriers were compared with that of NiO based oxygen carrier (OCN703-1100). Real weight change fractions of $CaSO_4$ based oxygen carriers were higher than theoretical oxyen transfer capacity and reactivity of these particles decreased with the number of cycle increased. To check possible side reaction of $CaSO_4$ based oxygen carriers, $CaSO_4$ decomposition tests were carried out and $SO_2$ was detected even at $700^{\circ}C$. Consequently, we could conclude that $CaSO_4$ based oxygen carriers decompose and release $SO_2$ and this reaction lead reactivity decay of $CaSO_4$ based oxygen carries.
순산소 연소 기술 중 $CO_2$ 회수 비용 절감 효과가 가장 우수한 케미컬루핑연소(chemical looping combustion, CLC) 기술의 핵심인 산소전달입자의 선정을 위해 환원반응 특성 및 물리화학적 특성에 대한 연구를 진행하였다. 세 종류의 산소전달입자(SDN70, N018-R2, N016-R4)를 대상으로 기포유동층 반응기에서 환원반응기체의 농도 및 환원 반응 온도 변화에 따른 산소전달입자의 연료전화율(fuel conversion)과 $CO_2$ 선택도($CO_2$ selectivity)를 측정 및 비교 분석하였다. 또한 산소전달입자의 마모손실 정도 및 입자의 표면 특성을 분석하기 위해 내마모도(Attrition Index, AI) 및 BET surface area를 측정하였다. 결과적으로 세 종류의 산소전달입자 모두 케미컬루핑연소 시스템에 활용하기 적합함을 확인하였으며, 가장 우수한 입자는 N016-R4로 판단되었다.
To find a suitable oxygen carrier particle for a 50kW chemical-looping combustor, which was designed and installed to demonstrate continuous oxidation and reduction, three oxygen carrier particles(NiO/bentonite, $NiO/NiAl_2O_4$, $CoO_x/CoAl_2O_4$) were prepared. The reactivity and the attrition resistance of particles were measured and investigated by a thermo-gravimetrical analyzer and an attrition test apparatus respectively. From the viewpoints of oxygen transfer capacity, optimum reaction temperature(operating temperature range), reaction rate, carbon deposition rate, and attrition resistance, NiO/bentonite particle showed better performance than the other particles, therefore we selected NiO/bentonite particle as an optimum oxygen carrier particle.
This paper, Ga-doped ZnO (GZO) thin films which were deposited on Corning glass substrate using an magnetron sputtering deposition technology and then the post deposition annealing process was conducted for 30 minutes at different temperature of 100, 200, 300, and $400^{\circ}C$, respectively. So as to investigate the properties for the relevant the Concentration and Oxygen Vacancy with Annealing temperature of Ga-doped ZnO thin films by RF Sputtering method. The Carrier concentration is enhanced as annealing temperature decreases, and also the oxygen vacancy concentration is enhanced as annealing temperature decreased. Oxygen vacancy will decrease along with Carrier concentration. This change in Carrier concentration is related to changes in oxygen vacancy concentration. The figure of merit obtained in this study means that Ga-doped ZnO films which annealed at $400^{\circ}C$ have the lowest Carrier concentration and Oxygen vacancy, which have the highest optoelectrical performance that it could be used as a transparent electrode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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