• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.800-809
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• 2011

The reaction characteristics of an integrated reactor with steam reformer and catalytic combustor using anode offgas for high temperature fuel cells such as MCFC and SOFC have been experimentally investigated in the present study. The coupled reactor had a coaxial cylindrical shape, and the inner and the outer tube was packed with combustion catalysts and reforming catalysts, respectively. Thus, the endothermic steam reforming could proceed by absorbing heat from catalytic combustion of anode offgas. Results show that increasing inlet temperature and decreasing excess air ratio increased the reformer temperature, which led to the increase in $H_2$ yield. The reforming performance for SOFC conditions was better than that for MCFC conditions since the composition of flammable components became smaller for MCFC cases. Measured reformate composition under various test conditions correlated well with thermal equilibrium composition.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.370-375
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• 2013

상업용 막전극접합체를 사용하여 제작한 고분자전해질 연료전지의 CO poisoning 및 air bleeding 효과가 스택의 셀전압 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 실험을 통해 확보한 동적 응답 데이터에 일차 미분방정식으로 표현되는 일차계 모델을 적용하여 정상상태 이득과 시간상수를 계산하는 방법으로 스택 셀전압의 응답 특성을 정량화하였다. 연료전지 개질기로부터 공급되는 개질 가스에 포함된 CO 농도가 1 ppm 증가할 때마다 셀전압은 1.3~1.6 mV 저하되고, CO 농도의 변화폭이 클수록 정상상태에 도달하기까지 걸리는 시간이 점점 짧아지는 것으로 분석되었다. CO poisoning에 의해 저하된 스택 성능을 회복시키기 위해 air bleeding을 수행할 경우, 주입하는 공기의 농도를 증가시킬수록 셀전압 상승폭(정상상태 이득)이 커지고 회복시간(시간상수)은 짧아지나, 1% 수준의 air bleeding만으로도 CO poisoning이 일어나기 전 셀전압의 87%~96%를 1~30 min 이내에 회복시킬 수 있는 것으로 분석되었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권6호
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• pp.765-772
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• 2011

본 연구에서는 선박 전원용 SOFC 시스템에 대한 HIL(Hardware-In-the-Loop)을 구축하기 위하여 실시간 코드 생성이 가능한 연료전지 시스템 모델을 개발을 하였다. 또한, 메탄을 연료로 사용한 내부개질형 500kW급 고체산화물형 연료전지 시스템에서 연료전지 스택으로 공급되는 애노드와 캐소드 공급가스의 온도 차이를 최소화하기 위하여 연료전지 스택 배기가스의 유량 분배, 연료 및 공기 공급 유량, 공급 공기 온도의 영향이 애노드 및 캐소드 공급 가스의 온도 특성과 연료전지 스택 출력 및 시스템 효율 등에 미치는 영향에 관하여 검토하였다. 그 결과 터빈 출구에 위치한 3-Way 밸브의 위치가 0.839에서 애노드와 캐소드 공급 가스 온도가 약 830K에서 동일하게 유지됨을 알 수 있었다. 또한, 애노드와 캐소드 공급 가스 온도를 높이기 위해서는 연료전지 스택 및 시스템 효율을 충분히 고려하여 메탄 공급 유량을 최적화하는 프로세스가 필요함을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권11호
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• pp.745-753
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• 2016

초소형 연료전지용 메탄올-수증기 개질기의 경우 저온상태($250^{\circ}C$ 이하)에서 수증기와 반응하여 개질반응이 일어나기 때문에 수소를 효율적으로 생산할 수 있다. 본 연구는 이러한 개질기에 대하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저, 개질기 벽면 온도를 100, 140, 180, $220^{\circ}C$로 설정하였고 메탄올 전환율은 각 0, 0.072, 3.83, 46.51%로 나타났다. 다음으로 촉매의 공극률을 0.1, 0.35, 0.6, 0.85로 설정하였고, 메탄올 전환율에는 큰 차이가 없었으나 압력강하 값이 각 4645.97, 59.50, 5.12, 0.45 kPa로 나타났다. 메탄올-수증기 개질기는 $180^{\circ}C$ 이하의 온도에서는 거의 반응하지 않으며 공극률은 개질기를 흐르는 유체가 개질기와 충분히 접촉하여 활성화 에너지를 낮추어 준다면 메탄올 전환율에 크게 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제24권5호
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• pp.9-16
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• 2019

오늘날 세계 에너지 시장에서는 친환경 에너지의 중요성이 대두되고 있다. 수소 에너지는 미래의 청정에너지원이며 무공해 에너지원 중 하나이다. 특히 수소를 이용한 연료전지 방식은 재생에너지의 유연성을 높여주고 장기간 에너지 저장 및 변환이 가능해서 화석 자원의 사용에 따른 환경문제와 자원의 고갈로 인한 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 방안으로 판단된다. 본 연구의 목적은 플라즈마를 이용하여 효율적으로 수소를 생산하는 방안으로, 온도에 따른 개질반응과 수율을 확인하여 DME(Di Methyl Ether)개질의 최적화 방안을 연구하는데 있다. 연구 방법은 2.45 GHz의 전자파플라즈마 토치를 사용하여 청정 연료인 DME를 개질하여 수소를 생산하고, 저온 조건($T3=1100^{\circ}C$), 저온 과산소 조건($T3=1100^{\circ}C$), 고온 조건($T3=1376^{\circ}C$)에서 가스화 분석을 진행하였다. 저온 가스화 분석을 통해 $1100^{\circ}C$ 근처에서는 불안정한 개질 반응으로 인해 메탄이 발생하는 현상을 확인하였고, 저온 과산소 가스화 분석은 저온 가스화 분석과 비교하였을 때 수소는 적으나 이산화탄소는 많은 것을 확인할 수 있었다. 고온에서의 가스화 분석을 통해 $1200^{\circ}C$ 이상에서는 메탄이 발생하지 않았고 약 $1150^{\circ}C$ 부터 메탄이 발생하는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 개질반응시 온도가 높을수록 수소의 비율이 높아지나 CO 비율은 증가하는 것을 볼 수 있었다. 그러나, 가스화기의 구조적인 문제로 인해 열손실과 개질의 문제가 발생함을 확인하였다. 향후 연구의 발전 방향으로는, 가스화기 개선을 통해 불완전한 연소를 줄여 높은 수율의 수소를 얻고 일산화탄소, 메탄과 같은 기체의 발생을 낮출 필요성이 있는 것으로 판단된다. 본 연구에서 제안하는 DME를 수증기 플라즈마 개질하여 수소를 생산하는 최적화 방안이, 향후 친환경, 신재생 에너지를 생산하는데 의미있는 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권5호
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• pp.519-530
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• 2009

온실 가스의 주원인인 이산화탄소 발생의 저감은 범세계적으로 중요한 문제가 되었다. 이산화탄소를 단순히 분리하고 외부와 격리시키는 것보다는 이를 이용하여 고부가가치의 화학제품으로 전환 가능하다는 점에서 이산화탄소의 자원화에 대해 많은 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 이산화탄소의 촉매 전환을 통한 합성가스 생산의 방법으로서 이산화탄소 개질, 삼중 개질 그리고 내부 개질 고체 산화형 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell) 시스템과 연계하여 전기와 합성가스를 동시에 생산하는 기술로 정하고 이에 대한 최근 연구 동향을 정리하였다. 또한 합성가스로부터 Fischer-Tropsch 합성을 통한 장쇄 탄화수소 생성과 Dimethyl Ether(DME) 생성을 중심으로 한 유용한 화학제품을 생산에 관한 연구 동향을 포함하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.129-136
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• 2017

Characteristics of $ZrO_2$ felt supported Cu/Zn catalysts have been investigated for the production of hydrogen via methanol steam reforming. Cu and Zn in different weight percent were loaded using wet impregnation over $ZrO_2$ felt support. The catalysts were characterized with BET and FE-SEM. The performance of these synthesized catalysts were investigated at SCR=1.5, $GHSV=2000h^{-1}$, temperature=$300{\sim}400^{\circ}C$, and pressure=2.5~19.5 barA. The results showed that the $Cu^{32.5}Zn^{7.5}ZrO_2$ catalyst was most active in terms of methanol conversion and hydrogen production. The methanol conversion in steam reforming of methanol was 84.6% at 19.5 barA and furnace $400^{\circ}C$ over $Cu^{32.5}Zn^{7.5}ZrO_2$ catalyst. The catalysts prepared using $ZrO_2$ felt show higher reactor temperature than the pellet type catalyst at same furnace temperature.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.773-776
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• 2009

In this paper, new concept of the diesel fuel processing is introduced for the stable operation of solid oxide fuel cells (SOFCs). Heavier hydrocarbons than $CH_4$, such as ethylene, ethane, propane, and etc., induce the carbon deposition on anode of SOFCs. In the reformate of heavy hydrocarbons (diesel, gasoline, kerosene, and JP-8), concentration of ethylene is usually higher than low hydrocarbons such as ethane, propane, and butane. So, removal of low hydrocarbons (over C1-hydrocarbons), especially ethylene, at the reformate gases is important for stable operation of SOFCs. New methodology as named "post-reformer" is introduced for removing the low hydrocarbons at the reformate gas stream. Catalyst of the NECS-PR4 is selected for post-reforming catalyst because the catalyst of NECS-PR4 shows the high selectivity for removing low hydrocarbons and achieving the high reforming efficiency. The diesel reformer and post-reformer are continuously operated for about 200 hours as integrated mode. The reforming performance is not degraded and low hydrocarbons in the diesel reformate are completely removed.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권3호
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• pp.267-274
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• 2009

온실가스 배출 규제에 따라 이산화탄소 배출 감축은 산업계에서 해결해야 할 가장 중요한 과제 중 하나가 되었다. 이산화탄소는 온실가스 발생원 중 대부분을 차지하며 본 논문에서는 실제 대규모 산업 현장에서의 이산화탄소 배출을 저감하는 직접적인 방안으로 메탄의 이산화탄소 개질 반응을 이용하는 방법을 고찰해 보았다. 강한 흡열 반응 형태인 이 반응에 대해 추가적인 이산화탄소 발생을 피하며 효율적으로 에너지를 공급하기 위해서는 자열 개질 반응을 이용하는 것이 적합한 방법으로 판단된다. 생산된 합성가스는 환원가스로 재활용하거나 화학제품 및 연료의 합성에 활용할 수 있다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.61-67
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• 2011

The study is to analyze the chemical and heat-flow reactions in the hydrogen generation unit(autothermal reformer), using computational numerical tools. Autothermal reformer(ATR) is involved in complex chemical reaction, mass and heat transfer due to exothermic and endothermic reactions. Therefore it is necessary to reveal the effects of various operation parameters and geometries on the ATR performance by using numerical analysis. Numerical analysis needs to dominant chemical reactions that includes Full Combustion(FC) reaction, Steam Reforming(SR) reaction, Water-Gas Shift(WGS) reaction and Direct Steam Reforming(DSR) reaction. The objective of the study is to improve theoretically the reformer design capability for the goal of high hydrogen production in the autothermal reformer using methane. Hydrogen production reached maximum in a certain value of Oxygen to Carbon Ratio(OCR) or Steam to Carbon Ratio(SCR). When the longitudinal distance to dimeter ratio(L/D) is increased, hydrogen production increases.