• Clean Technology
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• v.20 no.1
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• pp.80-87
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• 2014

Numerical study was investigated to obtain the database for developing a fast pyrolysis power boiler by waste fuel. The studies with various conditions were performed using ANSYS FLUENT. Also, the fuel properties was experimentally analyzed to utilize the input parameters for numerical analysis, that were proximate and ultimate analysis, reaction kinetics included pyrolysis and combustion. The results showed that temperature, combustion and exhausted gases was changed with heating value of fuel and feeding rate. Finally, the stable operating condition by analyzing results was proposed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.71.2-71.2
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• 2011

300MW 급 태안 IGCC 가스화 플랜트 및 기존 발전소에 CCS 를 설치할 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 CCS 모델링을 수행하였다. CCS Case Studies 는 플랜트 운전부하에 따른 $CO_2$ 제거율, $H_2S$ 제거율, 소모동력 범위 등 플랜트 성능을 예측할 수 있다. Case Studies 결과를 활용하여 설계된 CCS 설비 용량이 운전범위에 적합한지를 판단할 수 있고 과잉 설계되었을 경우 플랜트 건설비를 절감할 수 있다. IGCC 가스화 플랜트에서 생산되는 합성가스의 $CO_2$ 분압, 목표 $CO_2$ 제거율, 경제성을 기준으로 적합한 CCS 공정을 판단한 결과 Selexol 공정이 선정되었다. Selexol 공정은 고압, 고농도의 산성가스 제거에 적합하며 다른 물리적 용매인 Rectisol 공정에 비해 건설비용이 경제적이고 화학 흡수제인 아민과 비교하여 운전 온도 범위가 넓다. CO, $H_2O$ 를 $CO_2$, $H_2$ 로 전환하는 Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정은 Co/Mo 촉매 반응기로 구성되었고 Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum 로 구성되었다. WGSR+Selexol 모델링은 Wet Scrubber 후단의 합성가스 (40.5 bar, $136{\sim}139^{\circ}C$) 를 대상으로 하였다. WGSR+Selexol 공정 운전 조건 변화 [Process Design Case(PDC), Equipment Design Case(EDC), Turndown Design Case(TDC)] 에 따른 플랜트 모델링 결과를 비교분석 하였다. 주요 분석 내용은 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 전환 효율, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거 효율, $H_2S$ 제거 효율이다. 모델링 결과 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 로의 전환율 99.1% 이상, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거율은 91.6% 이상, $H_2S$ 제거율 100%이었다. CCS 설비 설치에 따른 플랜트 성능 영향을 분석하기 위해서 CCS 설비의 Chiller, Compressor, Pump 소비동력을 계산하였다. 모델링 결과 Chiller 는 2.6~8.5 MWth, Compressor 는 3.0~9.6 MWe, Pump 는 1.4~3.0 MWe 범위 이었다. 플랜트 로드가 50%인 TDC 소모동력은 플랜트 로드가 100%인 PDC 소모동력의 절반 수준이었다. 합성가스를 WGS+Selexol 공정을 통해 수소가스로 전환시키면 가스터빈 연료가스의 Lower Heating Value (LHV) 값이 평균 11.5% 감소하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.57 no.3
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• pp.420-424
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• 2019

In SNG (synthetic natural gas) process by proposed RIST(Research Institute of Industrial Science & Technology)-IAE(Institute for Advanced Engineering) (including three adiabatic reactors and one isothermal reactor), the methanation reaction and water gas shift (WGS) reaction take place simultaneously, and the supply of steam with syngas might control the temperature in catalyst bed and deactivate the catalyst. In this study for development of SNG process, the characteristics of the methanation reaction with a Ni-based catalyst by prepared RIST and using a low $H_2/CO$ mole ratio (including $CO_2$ 22%) are evaluated. The operating conditions ($H_2O/CO$ ratio of the $1^{st}$ adiabatic reactor, operating temperature range of $4^{th}$ isothermal reactor, etc.) were reflected the results from previous studies and in the same condition a pilot scale SNG process is carried out. As a results, the pilot scale SNG process is stable and the CO conversion and $CH_4$ selectivity are 100% and 96.9%, respectively, while the maximum $CH_4$ productivity is $660ml/g_{cat}{\cdot}h$.

• Journal of Energy Engineering
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• v.9 no.4
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• pp.295-302
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• 2000

증발열량 석탄가스 연료를 사용하는 석탄가스와 복합 발전 플랜트의 성능 및 NOx 배출량을 동시에 예측하기 위한 모사 방법을 제시하였다. 본 방법은 복합 사이클의 열역학적 해석 기법을 토대로, 석탄가스화 복합발전 플랜트의 시스템 연계 및 석탄가스 연소에 의한 탈설계점 효과를 예측하는 모델들을 포함하고 있다. 본 방법에 의한 전산 모사 결과와 천연가스를 사용하는 복합발전소의 실제 시험 결과를 비교함으로써, 본 방법의 예측정확도를 검증하였다. 본 모사 방법을 이용하여, 서로 다른 4가지 석탄가스 연료에 대해, 공기 분리장치와의 다양한 연계 설계 조건에 따른 석탄가스화 복합발전 플랜트의 전체 성능, 운전 안전성 및 NOx 배출 특성들을 비교, 검토하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.6 no.1
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• pp.104-113
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• 1997

This study aims to develop an analysis model using a commercial process simulator-ASPEN PLUS for an IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) system consisting a dry coal feeding, oxygen-blown entrained gasification process by Shell, a low temperature gas clean up process, a General Electric MS7001FA gas turbine, a three pressure, natural recirculation heat recovery steam generator, a regenerative, condensing steam turbine and a cryogenic air separation unit. The comparison between those results of this study and reference one done by other engineer at design conditions shows consistency which means the soundness of this model. The greater moisture contents in Illinois#6 coal causes decreasing gasifier temperature and the greater ash and sulfur content hurt system efficiency due to increased heat loss. As the results of sensitivity analysis using developed model for the parameters of gasifier operating pressure, steam/coal ratio and oxygen/coal ratio, the gasifier temperature increases while combustible gases (CO＋H2) decreases throughout the pressure going up. In the steam/coal ratio analysis, when the feeding steam increases the maximum combustible gas generation point moves to lower oxygen/coal ratio feeding condition. Finally, for the oxygen/coal ratio analysis, it shows oxygen/coal ratio 0.77 as a optimum operating condition at steam/coal feeding ratio 0.2.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.52 no.5
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• pp.657-666
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• 2014

Coal gasification technology is considered as next generation clean coal technology even though it uses coal as fuel which releases huge amount of greenhouse gas because it has many advantages for carbon capture. Coal or pet-coke slurry gasification is very attractive technology at present and in the future because of its low construction cost and flexibility of slurry feeding system in spite of lower efficiency compared to dry feeding technology. In this study, we carried out gasification experiment using bituminous coal slurry sample by integrating coal slurry feeding facility and slurry burner into existing dry feeding compact gasifier. Especially, our experiment was conducted under fairly lower operation temperature than that of existing entrained-bed gasifier, resulting in partial slagging operation mode in which only part of ash was converted to slag and the rest of ash was released as fly ash. Carbon conversion rate was calculated from data analysis of collected slag and ash, and then cold gas efficiency, which is the most important indicator of gasifier performance, was estimated by carbon mass balance method. Fairly high performance considering pilot-scale experiment, 98.5% of carbon conversion and 60.4% of cold gas efficiency, was achieved. In addition, soundness of experimental result was verified from the comparison with chemical equilibrium composition and energy balance calculations.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.106.1-106.1
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• 2010

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2001.11a
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• pp.97-98
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• 2001

폐기물 소각로는 주입 폐기물의 성상이 균일하지 못하므로 폐기물의 불완전 연소에 의한 유해중간 생성물들이 생성되므로 논란이 되어왔다. 이를 제어하기 위해서는 공기량, 공기 주입방법, 공기 예열온도등에 운전조건들의 선정이 매우 중요하다. 이를 위해 진행되어온 연구는 크게 실험적 방법과 수치 해석적 방법의 두 범주로 나뉘어진다. 이에 본 연구에서는 수치해석적 방법으로 광주 상무신도심에 설치 가동중인 200톤/일 용량의 소각로내의 열유동 현상을 해석하기 위하여 고체 폐기물이 매우 빠르게 탈휘(devolatilization)되는 것으로 가정, 메탄가스로 단순화(Chen et al, 1999)하였다. (중략)

• Journal of Digital Convergence
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• v.10 no.2
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• pp.225-229
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• 2012

A reformer for a small fuel cell system is an apparatus which converts hydrocarbon fuel into hydrogen-rich gas. Among many indices of a reformer, the most crucial index of a reformer is CO concentration in the off-gas out of reformer which must be controled under 5ppm for the efficiency and performance of a system. This paper suggests the criteria of a reformer operation for the stability of a reformer in a fuel cell system by deducing crucial indices and improving processes. The six-sigma technique was applied to verify the optimum control and operation of a reformer of a fuel cell combined heat and power system. The result of temperature control of each parts of a reformer system is the concentration of CO which is the most important factor for the operation of a fuel cell system. The temperature of the parts of a reformer, MTS, LTS and Prox, were controled so that the concentration of CO.

• Journal of Energy Engineering
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• v.26 no.2
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• pp.1-11
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• 2017

While they are becoming more viable, synthetic natural gas (SNG) plants, with their high temperatures and pressures, are still heavily dependent on advancements in the state-of-the-art technologies. However, most of the current work in the literature is focused on optimizing chemical processes and process variables, with little work being done on relevant mechanical damage and maintenance engineering. In this study, a combination of pipe system stress analysis and detailed local stress analysis was implemented to prioritize the inspection locations for main pipes of SNG plant in accordance to ASME B31.3. A pipe system stress analysis was conducted for pre-selecting critical locations by considering design condition and actual operating conditions such as heat-up and cool-down. Identified critical locations were further analyzed using a finite element method to locate specific high-stress points. Resultant stress values met ASME B31.3 code standards for the gasification reactor and lower transition piece (bend Y in Fig.1); however, it is recommended that the vertical displacement of bend Y be restricted more. The results presented here provide valuable information for future risk based maintenance inspection and further safe operation considerations.