• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.29 no.5
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• pp.528-532
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• 2007

The generation of high-purity hydrogen from hydrocarbon fuels is essential for efficient operation of fuel cell. In general, most feasible strategies to generate hydrogen from hydrocarbon fuels consist of a reforming step to generate a mixture of $H_2$, CO, $CO_2$ and $H_2O$(steam) followed by water gas shift(WGS) and CO clean-up steps. The WGS reaction that shifts CO to $CO_2$ and simultaneously produces another mole of $H_2$ was carried out in a two-stage catalytic conversion process involving a high temperature shift(HTS) and a low temperature shift(LTS). In the WGS operation, gas emerges from the reformer is taken through a high temperature shift catalyst to reduce the CO concentration to about $3\sim4%$ followed to about 0.5% via a low temperature shift catalyst. The WGS reactor was designed and tested in this study to produce hydrogen-rich gas with CO to less than 0.5%.

• Journal of Energy Engineering
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• v.19 no.4
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• pp.240-245
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• 2010

In this study, characteristics of wood pellet gasification was studied using a Two Stage Gasifier which is consisted of pyrolysis reactor and ultra high temperature reformer. The average yields of $H_2$, $CH_4$, CO, $CO_2$ were 16.7, 11.3, 37.2, 26.6 L/mim, conversion rate from biomass to gas was 65% in pyrolysis reactor and gas yields in reformer were 55.4, 0.8, 120.8, 56.8 L/mim, respectively. The hydrogen flow rate from reformer is obtained 360.1 L/hr. The most of $CH_4$ was decomposed from 12.3 to 0.3 vol.% while $H_2$ is from 18.2 to 23.7 vol.% in reformer by methane dry reforming, Boudouard reaction, oxidation and/or steam reforming. The amount of $H_2O$ generated by hydration reaction from reformer was 1111.8 g, its accelerated conversion of $CH_4$ to other products. The conversion rate from $CH_4$ to other Compounds was 97.2%. Cold gas efficiency was 53.2%.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.10 no.4
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• pp.279-282
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• 2007

When reformer for fuel cell is used, CO in hydrogen gas leads to a seriously decreased membrane electrode assembly (MEA) performance by catalyst poisoning. The effect of CO on performance of modified MEA by sputtering method is studied in this paper. The experimental results show that sputtered Pt and Ru thin film improve a single cell performance of MEA and sputtered metal thin film has a CO tolerance. The air injection process on anode show improved CO tolerance test result. Moreover, Pt, Ru and PtRu thin film by sputtering had influence on the CO tolerance with air injection process.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.223.2-223.2
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• 2010

용융탄산염 연료전지(MCFC)는 $650^{\circ}C$에서 작동하는 고온형 연료전지 시스템이다. 이 시스템은 천연가스 등을 개질하여 생산된 수소를 바로 전기로 생산할 수 있는 시스템으로 열효율이 높으며, 현재 대체 발전시스템으로 각광을 받고 있다. MCFC는 개질방식에 따라 내부개질 방식과 외부개질 방식이 있다. 내부개질 방식은 수소를 생산하는 개질기가 스택내부에 장착된 형식으로 천연가스를 스택내부에서 개질하여 바로 전기를 생산하는 방식이다. 이 내부개질반응에 사용되는 촉매로는 알루미나에 담지된 니켈(Ni) 계열촉매이 주로 쓰이고 있다. 또한 내부개질촉매의 형태는 작은 원주형의 촉매형태로 성형되어 사용된다. 이 성형된 촉매의 크기가 바로 내부개질 스택의 크기를 결정하는 중요한 요소이다. 그래서 촉매의 크기는 되도록이면 작게 성형하는 것이 중요하다. 그러나 촉매의 크기가 너무 작으면 촉매를 성형하는데 큰 어려움이 생기게 된다. 본 연구에서는 니켈 촉매를 공침법이 아닌 균일용액침전법을 이용하여 제조하였으며, 이 촉매를 이용하여 지름이 약 2 mm 이하로 촉매를 압출성형하는 방법을 연구하였다. 먼저 요소(urea)를 이용한 균일용액침전법으로 촉매를 제조하였다. 최적의 촉매 합성조건을 살펴보기 위해서, 반응 온도를 80, 85, 90, 95, $100^{\circ}C$로 변화 시키면서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 그리고 촉매의 적절한 니켈 양을 알아보기 위해서 니켈의 양을 30, 40, 50, 60, 70 wt%로 변화 시켰으며, 조촉매로 사용되는 MgO 양을 5, 10, 15, 20 wt%로 변화 시켜서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 물성을 비교하기 위해서, X-선 회절분석(XRD) 및 TPR, 물리화학흡착을 하였다. 그 결과 침전반응온도가 $80^{\circ}C$에서 촉매가 가장 좋은 물성을 보였으며, 우수한 개질성능을 보였다. 그리고 촉매 활성물질인 니켈의 함량은 50 wt% 정도가 가장 적절한 함량이었으며, MgO의 함량이 15 wt%일 때 가장 우수한 물성과 개질 성능을 보여주었다. 이 촉매들은 공침법으로 제조된 상용촉매와 비교하였을 때, 보다 우수한 물성과 개질성능 보였다. 그래서 이 촉매를 균일침전법을 이용하여 대량으로 제조한 다음 압출성형 방법을 이용하여 촉매를 원주형으로 제조하였다. 먼저 제조된 촉매는 별도의 분쇄작업(볼밀 혹은 제트밀)을 거치지 않아도 입자사이즈가 약 $4{\mu}m$ 수준이 나오도록 촉매 제조조건을 조절 하였다. 그리고 소량의 Methyl cellulose(MC) 바이더와 물만 사용하여 촉매를 혼합한 다음 스크류 압출기를 이용하여 촉매를 성형하였다. 이 촉매는 지름이 약 2 mm 이하로 제조할 수 있었으며, 기계적 강도는 타정기로 성형한 상용촉매보다 우수하였다. 그리고 촉매 성능 또한 상용촉매와 비교하였을 때, 우수한 성능 보였다. MCFC용 내부개질 촉매로 균일용액침전법을 사용한 촉매가 적합하다고 판단되며, 압출성형에도 적합하다고 판단되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.507-510
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• 2008

Characteristics of an autothermal reformer at various operating parameters have been studied in this paper. Numerical method has been used, and simulation model has been developed for the analysis. Full Combustion reaction, Steam Reforming(SR) reaction, Water-Gas Shift(WGS) reaction, and Direct Steam Reforming(DSR) reaction are assumed as dominant chemical reactions in the autothermal reformer. Simulation results are compared with experimental results for code validation. Operating parameters of the autothermal reformer are inlet temperature, Oxygen to Carbon Ratio(OCR), Steam to Carbon Ratio(SCR), and Gas Hourly Space Veolcity(GHSV). SR reaction rate decreases with low inlet temperature. If OCR is increased, $H_2$ yield is increased but optimal point is suggested. WGS reaction is activated with high SCR. When GHSV is increased, reforming efficiency is increased but pressure drop may decrease the system efficiency.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.26 no.2
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• pp.156-163
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• 2015

The fuel cells have been investigated in the applications of marine as the high efficient and eco-friendly power generating systems. In this study, modeling of IR Type molten carbonate fuel cell (Internal Reforming Type molten carbonate fuel cell) has been developed to analyze the feasibility of thermal energy utilization. The model is developed under Aspen plus and used for the study of system performances over regarding fuel types. The simulation results show that the efficiency of MCFC system based on NG fuel is the highest. Also, it is also verified that the steam reforming is suitable as pre-reforming for diesel fuel.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.29 no.4
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• pp.317-323
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• 2018

Solid oxide fuel cell (SOFC) operates at high temperature, therefor has the advantage of higher power generation and using exhaust heat than other fuel cells. In particular, the reforming reaction can be performed inside the SOFC stack to reduce the cooling of the stack and the burden on the reformer reactor. In this study, the reformer structure, operating characteristics, and thermal efficiency were evaluated for the optimization design of a heat exchanger type reformer of a 1 kW SOFC system.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.30 no.2
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• pp.239-251
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• 2024

In this study, a hydrogen fuel cell process based on methanol was developed to reduce greenhouse gas emissions. In Case1, the methanol fuel engine system was designed to investigate the emission of exhaust gas when methanol was supplied as fuel instead of gasoline to the engine. In Case2, a hydrogen fuel cell system was designed by adding a methanol reforming system to Case1. This hybrid system produced gray hydrogen and combined the output of the engine and fuel cell to drive the ship. However, gray hydrogen emits carbon in the process of producing hydrogen. To address this problem, a carbon capture and utilization (CCU) system was added to Case3. The CO2 of the flue gas discharged from Case2 was synthesized with gray hydrogen to produce blue methanol. The results of the case studies revealed that the optimal operating conditions were 220 ℃, 500 kPa, SCR = 1.0, and flow ratio = 0.7. The system of Case3 reduced carbon emissions by 42% compared with that Case1. Thus, the hybrid system of Case3 could considerably reduce the ship's CO2 emissions.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.86.1-86.1
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• 2010

예비개질기(Pre-reformer)는 중대형 내부개질형 용융탄산염 연료전지(MCFC) 시스템에서 다양한 연료를 사용하기 위한 필수적인 화학반응기이다. 예비개질기는 스택 전단에 설치함으로서 스택 내부의 열균형을 유지하고, 다양한 원료를 연료로 이용할 수 있도록 하며, 황화물로부터 후단의 개질촉매 및 전극촉매를 보호하여 주개질 반응의 부담을 감소시켜 MCFC 시스템의 내구성 향상의 중요한 역할을 한다. 본 연구는 예비개질 반응기 설계에 CFD 모델링을 적용하기에 앞서 파일롯 반응기 내 농도/ 온도 구배를 측정하고자 하는 목적으로 수행되었다. 반응가스로는 천연가스 내 고차탄화수소(C2 이상) 중 상대적으로 높은 농도를 가진 에탄을 이용하였고, MCFC용 예비개질기의 운전특성을 고려하여 비교적 낮은 온도와 높은 수증기/탄소 비에서 단열반응기로 실험을 진행하였다. 향후 본 실험결과를 이용하여 CFD 모델링에 대한 검증을 수행할 예정이며, 하수처리장부생가스(ADG)/ 매립지 가스(LFG)용 MCFC 시스템을 위한 예비개질기 설계에도 적용을 하고자 한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.35 no.4
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• pp.388-396
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• 2011

The strengthened regulations for atmospheric emissions from ships have caused a necessity of new, alternative power system in ships for the low pollutant emissions and the high energy efficiency. Recently, new kinds of propulsion power system such as fuel cell system, which use hydrogen as an energy source, have been sincerely considered. Fuel conversion system to hydrogen is an essential part for fuel cell ship. We have investigated thermodynamically the steam reforming characteristics of hydrocarbons and alcohols for the fuel conversion systems.