• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.24 no.4
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• pp.427-435
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• 2007

에너지원으로서 수소를 생산하기 위하여 하니컴 구조를 갖는 모노리스에 10 wt% $Ni/CeO_2-ZrO_2$ 촉매를 담지한 후 메탄의 수증기 개질 실험을 수행하였다. 다른 $CeO_2/ZrO_2$ 몰비를 갖는 촉매들 중에서, $Ni/CeO_2-ZrO_2(CeO_2/ZrO_2=4/1)$촉매가 $700-800^{\circ}C$에서 높은 메탄의 전환율을 보여 주었다. 10wt% $Ni/CeO_2-ZrO_2$ 촉매가 담지된 금속 모노리스 촉매체는 높은 열전도도와 비표면적들로 인하여 좋은 촉매 특성을 보여줌을 확인할 수 있었다. 또한, 금속모노리스 촉매체는 반응물에서 과다의 수증기에 의한 수소 수율에서 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. $GHSV=30,000h^{-1}$, 반응물 비$(H_2O/CH_4=3.0)$ 반응온도 $800^{\circ}C$에서 금속모노리스 촉매체는 98%이상의 메탄의 전환율을 보여주었다. 생성물 가스에서 $CO_2/CO$의 비는 수증기/메탄의 반응물비가 증가할수록 수성가스화 반응에 의하여 증가됨을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.230.2-230.2
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• 2010

천연가스 수증기 개질 반응에 사용되는 펠릿 촉매의 단점인 열 및 물질 전달 제한, 낮은 effectiveness factor, 압력강화와 channeling 등의 문제점을 해결 하고자 모노리스 형태의 금속 구조체 촉매를 본 연구에 적용 하였다. Fecralloy 재질의 금속 구조체에 Ni 촉매를 워시코팅 (wash coating) 하여 제조 하였으며, 이를 천연가스 수증기 개질 반응에 적용하여 수소를 생산하였다. 실험 조건으로는 S/C ratio를 3으로 고정하여 온도를 $600^{\circ}C{\sim}800^{\circ}C$로 변화 시켰으며, GHSV $3000{\sim}30000h^{-1}$에서 진행 되었다. 구조체 촉매 코팅에 사용된 Ni 촉매의 BET, TPR, H2-chemisorption, SEM, EDS의 특성분석을 수행 하였다. 온도별 테스트에서 모노리스 형태의 금속 구조체 촉매가 펠릿 형태의 촉매에 비해 우수한 열전달 효과로 인해 낮은 퍼니스 온도와 높은 반응 활성을 나타내었으며, GHSV 변화에 따른 성능평가 결과도 15wt% $Ni/MgAl_2O_4$펠릿 촉매와 비교하여 금속 구조체 촉매가 높은 활성을 보였다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2009.05a
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• pp.902-905
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• 2009

축사 또는 쓰레기장에서 에서 발생되는 있는 물질인 암모니아, 아민, 메탄, 탄화수소류 등에 대한 처리를 위한 촉매 개발을 수행하였다. 암모니아를 금속산화물형태의 촉매를 사용하여 산화하였을 경우 $N_2$, NO, $NO_2$, $N_2O$가 일정 비율로 생성되게 된다. 이때의 NO, $NO_2$는 악취는 발생하지 않으나 유독성 가스이므로 이에 대한 선택성이 낮은 촉매를 선별하고 온도에 따른 활성능을 시험하여 최적의 촉매조성을 도출하였다. 다양한 산화가를 지닌 망간을 대상으로 각종 조촉매의 혼합에 따른 실험을 수행하여 최적 조성을 도출 하였다. 촉매 선별작업에서는 충전층을 사용하고, 선별된 촉매에 대하여 모노리스에 코팅하여 사용할 수 있는 모노리스형태의 반응기를 장착하여 모노리스 형태 촉매의 반응성 및 피독특성을 실험하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.113.1-113.1
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• 2010

본 연구에서는 중 소형 SOFC에 적용할 수 있는 연료 변환 시스템으로 자체 기동 및 독립운전이 가능한 천연가스 자열개질(ATR) 반응기를 $10Nm^3/hr$급으로 개발하고자한다. 설계된 천연가스 자열개질기는 자열개질 촉매를 코팅한 금속 모노리스형 촉매체를 반응기 내에 장착함으로써 반응열을 신속하게 제거 또는 공급할 수 있는 시스템으로 구성되었다. 이는 금속 모노리스의 뛰어난 열전도 능력에 의해 반응기 내의 촉매층 전체 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있는 저에너지형 자열개질 반응기이다. 또한 빠른 기동 특성을 실현하기 위하여 전기 발열식 촉매체(EHC ; Electically Heated Catalyst)를 장착한 start-up 시스템을 적용하여 천연가스 자열개질 반응기의 신속한 기동과 장치 간편화를 실현하였으며, 합성 syngas의 배열 회수를 위한 최적 열교환 시스템을 설계/적용함으로써 에너지 효율 향상을 도모하였다. 이와 같은 촉매 및 구조 시스템을 가지는 천연가스 자열개질 반응용 소형 연료변환 시스템을 원통형의 이중관 구조로 구성하고, 독립운전 모드로 개발함으로써 소형 SOFC의 연료 변환장치의 적용에 용이하게 하고자 한다.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2004.06a
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• pp.119-120
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• 2004

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.45 no.6
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• pp.663-668
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• 2007

The autothermal reforming reaction of methane was investigated to produce hydrogen with $Ni/CeO_2-ZrO_2$ catalysts. Alumina-coated honeycomb monolith was applied in order to obtain high catalytic activity and stability in autothermal reforming of methane. Metallic monolithic catalyst showed better methane conversion than that of powder type at high reaction temperature. It was confirmed that $H_2O/CH_4/O_2$ ratio was important factor in autothermal reforming reaction. $H_2$ yield was increased as $H_2O/CH_4$ ratio increased. Methane conversion was improved as $O_2/CH_4$ ratio was increased, whereas, the yield of $H_2$ was decreased. The catalytic activity for $Ni/CeO_2-ZrO_2$ catalyst with 0.5 wt% Ru loading was improved at low reaction temperature.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.224.1-224.1
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• 2010

본 연구에서는 천연가스 수증기 개질반응에 니켈 촉매가 코팅된 금속 구조체 촉매를 적용하여 수소를 생산하였다. 금속구조체 촉매는 기존 펠릿 촉매가 충진 된 촉매반응기에 비해 열 및 물질 전달 특성이 우수하여 이를 여러 개질반응에 적용하고자하는 연구가 수행되어 왔다. 하지만, 기존 금속구조체 촉매의 개발에 있어 촉매와 금속 지지체간의 안정한 결합을 통한 열안정성 확보에 대한 문제는 여전히 해결과제로 남아 있다. 따라서, 본 연구에서는 니켈 촉매를 금속 지지체에 안정하게 부착하기 위한 금속 지지체 표면 처리 방법을 개발하였으며 금속 구조체의 형상에 상관없이 균일한 표면처리가 가능하였다. 개발된 표면 처리방법을 적용한 금속 구조체 촉매는 촉매와 금속지지체간의 결합력 향상으로 인해 120시간 이상 안정한 반응활성을 보였다. 또한, 빠른 공간속도에서도 펠릿촉매와 표면처리를 적용하지 않은 금속 구조체 촉매에 비해 높은 촉매 활성을 보였다. 뿐만 아니라, 본 연구에서 개발된 표면처리를 모노리스와 폼을 비롯한 다양한 형상의 금속구조체 촉매에 적용하여 기하학적 표면 특성에 따른 촉매의 활성 차이를 살펴보았다. 겉보기 표면적이 넓은 금속구조체일 수록 촉매의 고분산 코팅에 유리하여 높은 활성을 보였다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.21 no.6
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• pp.500-506
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• 2010

The metal monolith catalyst coated with 15wt% Ni/$MgAl_2O_4$ is applied to the natural gas steam reforming for hydrogen production. To address the improvement of adherence between metal monolith and catalyst coating layer, the pre-calcination temperature as well as the coating conditions of $Al_2O_3$ sol are optimized. When the Fe-Cr alloy monolith is pre-calcined at $900^{\circ}C$ for 6 h, $Al_2O_3$ layer was formed uniformly on the entire surface of the metal substrate. It is seen that the formation of $Al_2O_3$ layer on the monolith surface is essential for the uniform coating of $Al_2O_3$ sol onto the monolith substrate. The monolith catalyst coated with 10wt% $Al_2O_3$ sol shows high $CH_4$ conversion and good thermal stability as compared with the monolith catalyst without $Al_2O_3$ sol coating under severe reaction conditions with high GHSV of 30,000 $h^{-1}$ at $700^{\circ}C$. In addition, the metal monolith catalyst shows higher catalytic activity and better thermal conductivity than 15wt% Ni/$MgAl_2O_4$ pellet catalyst.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.5
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• pp.802-807
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• 2012

The autothermal reforming of methane to syngas has been carried out in a reactor charged with both a Ni (15 wt%)-Ru (1 wt%)/$Al_2O_3$-MgO metallic monolith catalyst and an electrically-heated convertor (EHC). The standalone type reactor has a start-up time of less than 2 min with the reactant gas of $700^{\circ}C$ fed to the autothermal reactor. The $O_2/CH_4$ and $H_2O/CH_4$ ratio governed the methane conversion and temperature profile of reactor. The reactor temperature increased as the reaction shifted from endothermic to exothermic reaction with decreasing $H_2O/CH_4$ ratio. Also the amount of $CO_2$ in the products increases with increasing $H_2O/CH_4$ ratio due to water gas shift reaction. The 97% of $CH_4$ conversion was obtained and the reactor temperature was maintained $600^{\circ}C$ at the condition of $GHSV=10,000\;h^{-1}$ and feed ratio ($H_2O/CH_4=0.6$ and $O_2/CH_4=0.5$). In this condition, the maximum flow rate of the syngas generated from the reactor charged with 170 cc of the metallic monolith catalyst is $0.94\;Nm^3/h$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.51 no.3
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• pp.319-324
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• 2013

The partial oxidation reaction of methane was investigated to produce syngas with $Ni/CeO_2-ZrO_2$, $Ni-Ru/CeO_2-ZrO_2$ and $Ni-Pd/CeO_2-ZrO_2$ catalysts. Honeycomb metallic monolith was applied in order to obtain high catalytic activity and stability in partial oxidation reforming. The catalysts were characterized by XRD and FE-SEM. The influence of various catalysts on syngas production was studied for the feed ratio (O/C), GHSV and temperature. Among the catalysts used in the experiment, the $Ni-Pd/CeO_2-ZrO_2$ catalyst showed the highest activity. The 99% of $CH_4$ conversion was obtained at the condition of T=$900^{\circ}C$, GHSV=10,000 $h^{-1}$ and feed ratio O/C=0.55. It was confirmed that $H_2$ yield increased slightly as O/C ratio increased, while CO yield remained almost constant. Also, $CH_4$ conversion decreased as GHSV increased. It was found that the safe range of GHSV for high $CH_4$ conversion was estimated to be less than 10,000 $h^{-1}$.