• Environmental Engineering Research
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• 제20권2호
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• pp.191-197
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• 2015

The first objective of this study was to discuss the applicability of the $CO_2/CH_4$ ratio method in order to assess $CH_4$ oxidation efficiency. To achieve this objective, a comparison between $CO_2/CH_4$ ratios and the mass balance method was conducted. The second objective of this study was to estimate the $CH_4$ oxidation efficiency in an interim landfill soil cover and assess how a $CH_4$ influx influences the $CH_4$ oxidation efficiency. The results showed that despite the $CO_2$ problems brought by respiration, the $CH_4$ oxidation efficiencies obtained by the $CO_2/CH_4$ ratio method led to similar results compared to the mass balance method. In this respect, the $CO_2/CH_4$ ratio method can be an indicator of the $CH_4$ oxidation efficiencies for landfill cover soils. The $CH_4$ oxidation efficiencies derived in this study through the $CO_2/CH_4$ ratio method ranged between 46% and 64%, and between 41% and 62% through the mass balance method. The results imply that the Intergovernmental Panel on Climate Change's (IPCC) default value of 10% for the $CH_4$ oxidation efficiency is an underestimation for landfill cover soils. $CH_4$ oxidation efficiency tends to be negatively correlated with $CH_4$ influx. Therefore, $CH_4$ influx reaching a landfill cover should be limited in order to increase the $CH_4$ oxidation efficiency.

• 공업화학
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• 제29권4호
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• pp.382-387
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• 2018

본 연구에서는 Pd-Ni-YSZ 촉매의 형태 및 공급되는 가스 조성에 따른 수증기-이산화탄소 복합개질 반응 특성을 평가하였다. 촉매는 분말 형태와 다공성 디스크 형태로 제조되었으며 주입 가스는 $CH_4/CO_2/H_2O$ ratio를 각각 다르게 하여 공급하였다. 그 결과 분말 형태의 촉매와 비교하여 다공성 디스크 형태 촉매를 사용하였을 때 $CH_4$와 $CO_2$ 전환율이 전반적으로 향상되었으며, 공급가스의 $CH_4/CO_2/H_2O$ ratio를 1 : 0.5 : 0.5로 하였을 때 $H_2/CO$ ratio가 2에 가깝게 조절되었다. 하지만 탄소침적에 의해 반응 시작 6 h 이후 $CH_4$ 전환율이 일부 감소하였으며 압력 강하가 0.1에서 0.8로 증가하였다. 이를 해결하기 위하여 공급되는 가스의 $CH_4/CO_2/H_2O$ ratio를 조절하여 수분 비율을 최적화한 결과, 1 : 0.5 : 1의 비율로 가스를 공급할 경우 탄소 침적 방지를 통한 내구성 확보가 가능하였으며 전환율 역시 비교적 높은 수준으로 유지됨을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제22권6호
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• pp.653-657
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• 2011

대기압 플라즈마 반응기를 이용한 메탄과 이산화탄소의 전환처리로 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 제조하는 공정특성을 연구하였다. 유전체 격벽 방전방식의 플라즈마 반응기를 인가전력, 혼합가스의 구성비 및 사용된 반응기의 갯수 등의 공정변수들에 대하여 메탄과 이산화탄소의 전환율에 미치는 영향이 분석되었다. 인가전력의 공급에 따라 플라즈마 반응기 자체의 온도 상승이 일어나지만 반응기 온도 증가가 반응기체의 전환율 향상에 효과가 크지 않았다. 그러나 인가전력이 증가할수록 메탄과 이산화탄소의 전환율이 크게 증가하였다. 반응기체인 $CH_4/CO_2$ 비가 커질수록 $CH_4$의 전환율은 감소하나 $CO_2$의 경우는 증가하였다. 전체적으로 반응에 따른 $CH_4$의 전환율이 $CO_2$의 전환율보다 큰 경향성을 보인다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권5호
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• pp.802-807
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• 2012

본 연구에서는 메탄으로부터 합성가스를 만드는 자열 개질(Autothermal reforming)반응 특성을 Ni (15 wt%)-Ru (1 wt%)/$Al_2O_3$-MgO 금속모노리스 촉매체와 전기 발열식 촉매를 사용하여 조사하였다. 자체 가동 형 반응기는 자열 개질 반응기에 $700^{\circ}C$ 반응물을 공급하는데 걸리는 start-up 시간이 2분 이내였다. 반응물의 $O_2/CH_4$와 $H_2O/CH_4$ 비가 메탄의 전환율과 반응기의 온도 분포에 미치는 영향은 매우 크다. 반응기의 온도는 $H_2O/CH_4$ 비가 감소할수록 흡열반응에서 발열반응으로 전환되어 증가한다. 또한 $H_2O/CH_4$ 비가 증가함에 따라 수성가스화 전이반응에 의하여 생성물 중에 $CO_2$양이 증가한다. $GHSV=10,000\;h^{-1}$, 반응물 조성($H_2O/CH_4=0.6$과 $O_2/CH_4=0.5$)의 자열 개질반응에서, 97%의 메탄의 전환율을 얻었으며, 반응기의 온도는 $600^{\circ}C$로 유지되었다. 이 반응조건에서 170 cc 금속모노리스 촉매체를 충진한 반응기에서 자열개질 반응으로 생성된 최대 합성가스의 유량은 $0.94\;Nm^3/h$ 이었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.700-704
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• 2009

GTL(gas-to-liquid) 합성유 제조용 SCR(steam carbon dioxide reforming) 공정의 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 온도 및 $CH_4/steam/CO_2$ 반응물 비와 같은 변수를 바꾸어 가면서 SCR 공정을 위한 최적 운전조건을 살펴보았다. 공정 시뮬레이션을 위해 Aspen Plus를 사용하였다. 또한 정상상태 가정하의 열역학적 물성치 계산을 위해 Aspen Plus의 RSK (Redlich-Kwong-Soave) 상태방정식을 사용하였다. FT 공정을 위한$H_2/CO$ 비, $CH_4$ 전환율, $CO_2$ 전환율을 살펴봄으로써 최적의 온도와 최적의 반응물 비를 결정하였다. 시뮬레이션 결과, SCR reformer 촉매층 출구 최적온도는 상압에서 $850^{\circ}C$ 였으며, 이 온도에서 $CH_4$ 전환율은 99%, $CO_2$ 전환율은 49%로 계산되었고, $CH_4/steam/CO_2$ 최적 반응물 비율은 1.0/1.6/0.7로 나타났다.

• 한국연소학회지
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• 제13권4호
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• pp.47-53
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• 2008

The reaction mechanism of methane dry reforming has been investigated using an arc-jet reactor. The effects of input power, $CO_2/CH_4$ and added $O_2$ were investigated by product analysis, including CO, $H_2$, $C_{2}H_{Y}$ and $C_{3}H_{Y}$ as well as $CH_4$ and $CO_2$. In the process, input electrical power activated the reactions between $CH_4$ and $CO_2$ significantly. The increased feed ratio of the $CO_2$ to $CH_4$ in the dry reforming does not affect to the $CH_4$ conversion. but we could observe increase in CO selectivity together with decreasing $H_2$ generation. Added oxygen can also increase not only CO selectivity but also $CH_4$ conversion. However, hydrogen selectivity was decreased significantly due to a increased $H_{2}O$ formation.

• 한국환경농학회지
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• 제26권1호
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• pp.1-6
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• 2007

본 연구에서는 바이오가스의 연소엔진을 이용한 에너지 전환시에 발생되는 $NO_x$와 CO의 배출특성을 분석하고 나아가 배출계수를 산정하고자 하였다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 70%로 한 합성가스를 이용하여 실험한 결과 연소엔진의 표준상태에서 $NO_x$와 CO가 각각 4 ppm과 100 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 1.29g/MMBtu와 30.86 g/MMBtu의 배출계수 값을 산정할 수 있었다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 60%로 한 약간의 과잉공기의 상태에서는 $NO_x$와 CO가 각각 2 ppm과 200 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 정격 조건에 비해 투입열량이 적어져 연소온도의 저하로 인하여 열적 반응에 의해 생성되는 $NO_x$는 줄고, CO는 증가함을 알 수 있었다. 미국 EPA의 배출계수를 비교하기 위하여 투입된 연료의 열량을 기준으로 비교해 볼 때 본 연구의 결과가 $NO_x$의 경우 근사한 값을 보여 주었고, 이는 국내 바이오 가스 연소시의 오염배출계수로 잘 적용 가능함을 보여 주었다. 본 연구에서 사용한 가스엔진이 오염배출 측면에서 대기 환경보전법상의 배출 허용기준 내에서 가동됨을 알 수 있었고, 가동조건에 따라 연소온도를 증가시킴으로서 CO의 발생을 저감시킬 수 있으리라 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권5호
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• pp.1002-1007
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• 2008

이 논문의 목적은 PEMFC 작동을 위한 플라즈마 개질 시스템의 최적 조건을 연구한 것이다. 플라즈마 개질 반응기는 니켈 촉매 반응기와 동시에 사용하여 수소 생성을 증대하였다. 또한 수성가스 전환 반응기 및 선택적 산화 반응기는 연료전지의 촉매 피독에 영향을 주는 일산화탄소의 농도를 10 ppm 이하로 줄이기 위하여 제작되었다. 플라즈마 개질기에서 최대 수소생산 조건은 S/C 비 3.2, 메탄 2.0 L/min, 촉매반응기 온도는 $700{\pm}5^{\circ}C$ 그리고 입력전력 900 W이다. 이때의 합성가스의 농도는 $H_2$ 70.2%, CO 7.5%, $CO_2$ 16.2%, $CH_4$ 1.8% 이다. 수소 수율, 수소 선택도 그리고 메탄 전환율는 각각 56.8%, 38.1%, 92.2%이다. 에너지 효율과 에너지 요구량은 37.0%, 183.6 kJ/mol 이다. 추가적으로 $CO_2/CH_4$ 비 실험을 진행하였다. 또한 수성가스 전환 반응기는 플라즈마 개질 반응기의 최적조건으로 실험을 진행하였으며, 출구 농도는 $H_2$ 68.0%, CO 337 ppm, $CO_2$ 24.0%, $CH_4$ 2.2%, $C_2H_4$ 0.4%, $C_2H_6$ 4.1% 이다. 이때의 선택적 산화 반응기의 실험결과는 $H_2$ 51.9%, CO 0%, $CO_2$ 17.3%를 나타냈다.

• 한국축산시설환경학회지
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• 제18권3호
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• pp.145-150
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• 2012

한우 깔짚 더미에서 배출되는 $CH_4$의 일별 배출량은 측정 시작일의 273.013 ${\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$ (SE : ${\pm}1.047{\mu}g\;m^{-2}s^{-1}$)을 최대로 하여 점차 감소하여 측정 마지막 일에는 2.309 ${\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$ (SE : ${\pm}0.061{\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$)이었다. $N_2O$의 일별 배출량은 $CH_4$의 배출량과 달리 측정 시작일에는 0.267 ${\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$ (SE : ${\pm}0.018{\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$)로 미미하였으나 시간이 지남에 따라 지수적으로 증가하여 시험 시작 후 43일째에 3.596 ${\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$ (SE : ${\pm}0.454{\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$)로 최대를 기록한 후 서서히 감소하여 마지막 일에는 1.888 ${\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$ (SE : ${\pm}0.012{\mu}g\;m^{-2}\;s^{-1}$) 이었다. 지구온난화지수를 이용한 $CH_4$과 $N_2O$ 배출량을 $CO_2$-eq로 환산했을 때, 시험첫 날 $CH_4$에 의한 $CO_2$-eq가 전체 환산량의 약 99%였다. 이후 $CH_4$의 배출량이 감소하고 $N_2O$의 배출이 증가하면서 34일 째에 $CH_4$과 $N_2O$에 의한 CO-eq 비율이 50:50이 되었으며 이후 $N_2O$의 영향이 더 컸다. $CH_4$과 $N_2O$의 배출량 변동성을 보기 위해 $CH_4$과 $N_2O$의 일 평균 배출량에 대한 일별 표준오차의 비율을 계산하였다. $CH_4$의 경우 그 비율이 11일째까지는 1.0% 이하였으나 시간이 지날수록 증가하여 57일 후에는 10.9%까지 증가하였다. $N_2O$의 경우 $CH_4$에 비해 그 비율이 컸는데 (0.4%~51.0%), $CH_4$의 경우와 달리 초기에 높았으며 시간이 지날수록 줄었다. $CH_4$과 $N_2O$의 생성이 활발할 경우 일 평균 배출량에 대한 일별 표준오차의 비율이 적으나 그렇지 않을 경우 비율이 높아졌는데 이는 배출장소의 비 균질성에 기인한다고 볼 수 있다. 따라서 퇴비화 과정의 온실가스 배출량을 줄이기 위해서는 $CH_4$ 감소를 위해 초기 공기 공급을 늘리며, 교반 등을 통해 비균질성을 감소시켜야 한다.

• 한국가스학회지
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• 제27권2호
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• pp.25-31
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• 2023

화학적 CO₂ 흡수 공정에 많이 사용되는 모노에탄올아민(MEA)을 사용하여 매립지가스(LFG)에서 이산화탄소(CO₂)를 포집하여 매립지가스를 이용한 발전용 엔진의 열효율을 증가시키고자 하는 것이 본 연구의 목적이다. LFG를 에너지원으로 사용하는 것은 온실가스 배출량을 줄이는 수단이 될 수 있기 때문에 MEA를 이용하여 LFG 중의 CO₂를 줄이고 CH₄의 농도를 높여 발전 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 본 연구에서는 MEA 용액에서 CO₂와 CH₄의 용해도를 측정하고 다양한 조건에서 용해도를 높이고 용해 특성을 분석하기 위해 실험을 수행했다. 그 결과 반응 가스에 대한 MEA의 비율이 증가함에 따라 CO₂ 흡수율이 증가하는 것으로 나타났다. CO₂ 용해도를 최대화하기 위한 최적의 MEA 농도가 있으며, 이 농도 이상으로 농도를 높여도 용해도가 크게 향상되지 않았다. 본 연구는 온실가스 배출량을 줄이면서 LFG에서 CO₂를 포집하고 CH₄의 농도를 높여 보다 실용적인 연료를 개발할 수 있는 기반 연구를 수행했다.