• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.27 no.11
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• pp.1174-1179
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• 2005

Up-flow sludge blanket(USB) reactors were used to investigate the effects of N/C(${NO_3}^--N/COD$) ratio on simultaneous denitrification and methanogenesis processes. Without nitrate feeding, 84% of the influent COD was converted into methane. With the increase of N/C ratio, nitrogen gas increased while methane production decreased and stopped finally at the N/C ratio over 0.20. Influent nitrate was completely denitrified into nitrogen gas while nitrate removal efficiency dropped below 40% at N/C ratio of 0.40 because of deficiency in organic carbon. Fraction of COD utilized by denitrification increased at higher N/C ratios. Methanogenesis started to be effected at N/C ratio of 0.05, which could explain the competition for organic carbon between these microorganisms such as denitrifiers and methanogens, rather than inhibitory effect of nitrate and its intermediates. Critical N/C ratio for simultaneous denitrification and methanogenesis was found to be 0.20. Influent COD was removed over 92% by denitrification, methanogenesis and other biochemical reactions including cell growth at these N/C ratios.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.16 no.3
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• pp.337-341
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• 2005

This paper reports the study on coking rate and carbon formation route as a function of reaction temperature using the Ni catalysts in the $CO_2$ reforming of methane. In this paper, carbon deposition on catalysts and its kinetics during reforming reaction were studied by using a thermogravimetric analyzer. Kinetic studies show that reaction orders of carbon formation obtained 1.33 ($CH_4$) and -0.52 ($CO_2$) by experiments on partial pressure of reactant gas, respectively. On the basis of model equation, the kinetic parameters for the coking reaction at different temperatures indicated that methane decomposition dominated carbon formation at lower temperatures ($<600^{\circ}C$), while $CH_4$decomposition and Boudouard reactions become significant for coking in the temperature range of $600{\sim}700^{\circ}C$.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.3 no.2
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• pp.256-265
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• 1992

The kinetics for the oxidative coupling of methane over NaCl(30wt%)/ZnO(60wt%)/${\alpha}-Al_2O_3$ catalyst was investigated, and then the active oxygen species were discussed. The conversion rate of methane was measured at the atmospheric pressure with various combinations of partial pressure of methane and oxygen at temperature range of $650^{\circ}C{\sim}750^{\circ}C$, at conversions less than with 10%. These rate data were then used to verify the proposed Langmuir-Hinshelwood kinetic equation. The rate limiting step appeared to be the formation of the methyl radicals by the reactin of the adsorbed methane and the adsorbed oxygen, which were adsorbed on the different active sites of the catalyst. The activation energy of the methyl radical formation was estimated to be ca. 39 kcal/mol. From the kinetic studies, the oxygen species respolsible for the formation of methyl radicals was proposed to be diatomic oxygen such as $O{_2}{^{2-}}$ or $O_2{^-}$ on the surface.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.232-232
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• 2009

최근 WGS반응용 Pt 촉매의 성능 향상을 위한 다양한 담체 및 조촉매(Promotor) 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 선행 연구결과, 입방(Cubic)구조를 가지는 $Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ 담체는 정방 입계(Tetragonal)구조를 가지는 $Ce_{0.2}Zr_{0.8}O_2$ 담체 또는 혼합산화물(Mixed oxide)구조를 가지는 $Ce_{0.5}Zr_{0.5}O_2$ 담체 보다 높은 활성과 안전성을 가진다. 이것은 촉매의 성능 향상이 Ce-$ZrO_2$의 결정구조에 의존한다는 것을 나타낸다. 따라서 WGS 반응에서 Ce/Zr 비에 따라 변화된 담체 특성이 Pt 촉매의 활성에 영향이 있을 것으로 예상되며 실험결과 1% Pt/$CeO_2$ 촉매가 가장 높은 활성을 나타내었다. 따라서 Pt/Ce-$ZrO_2$ 촉매의 성능 향상을 위해 Ce-$ZrO_2$ 담체에 조촉매인 Ni을 첨가하여 촉매적 활성을 비교하여 보았다. 촉매는 2%의 Pt과 15%의 Ni로 고정하였고 Ce/Zr 비를 제조변수로 하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)을 사용하여 제조하였으며 $500^{\circ}C$에서 6시간 소성하였다. Pt 촉매는 함침법 (Incipient wetness impregnation)으로 담지 시켰다. 2% Pt/Ce-$ZrO_2$ 촉매와 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매는 저온영역($200^{\circ}{\sim}320^{\circ}C$)에서 비슷한 CO 전환율을 나타내었으나 고온영역($360^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$)에서는 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매가 더 높은 CO의 전환율을 나타내었다. 이것은 Ni의 영향으로 고온에서 부반응인 메탄화 반응(Methanation reaction)이 생긴 것으로 판단되어 메탄($CH_4$)의 선택도를 살펴본 결과 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매가 고온영역($360^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$)에서 급격하게 증가하는 것으로 나타나 메탄화 반응이 일어난 사실을 증명한다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.5 no.1
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• pp.139-148
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• 1994

The partial oxidation of methane with nitrous oxide on silica-supported metal-oxygen cluster compounds, known as heteropoly acids, has been studied. The effects of several variables such as reaction temperature, partial pressure of reactants, residence time, loading of the catalysts, and pretreatment temperature, on the conversion and product distribution were observed. The kinetics also has been studied. The conversion and yield of formaledehyde show maximum values at a loading of 20 wt%. The apparent reaction order of methane conversion is ca. 1.0 with respect to $CH_4$ and ca. 0.4 with respect to $N_2O$. In addition, the apparent activation energy is 30.78 kcal/mole. The addition of small quantities methane whereas water introduced to the reactant decreased the activity of catalyst under present study.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.111.2-111.2
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• 2011

최근 지구온난화로 인해 국제적으로 이산화탄소 저감에 대한 연구가 진행되고 있으며 특히, 이산화탄소의 분리 및 유용물질 전환 등의 다양한 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이산화탄소를 메탄으로 전환시키는 생물학적 반응은 acetotrophic methanogen, hydrogenotrophic methanogen 등의 미생물이 관여한다. 본 연구에서는 hydrogenotrohpic methanogen을 이용하여 메탄으로 전환하고자 하였다. 이를 위해 이산화탄소와 수소의 체류시간에 대한 연구를 진행하였으며, 선행 연구로 혐기성슬러지의 혼합배양균으로부터 hydrogenotrophic methanogen을 우점종화 하기 위해 고정층 반응기를 이용하여 이산화탄소와 수소 가스를 주입하여 고농도로 배양하였다. 그 결과, 반응기내의 이산화탄소의 메탄전환 균주로써 수소를 환원제로 이용하는 hydrogenotrophic methanogen이 배양되었음을 확인하였다. 이산화탄소와 수소가스의 체류시간에 따른 이산화탄소의 생물학적 메탄 전환 실험 결과, 약 4시간에서 이산화탄소의 저감률이 99%이었으며, 체류시간이 2시간, 1.5시간인 경우 이산화탄소의 저감률은 각각 71%, 68% 이었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.190.2-190.2
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• 2016

메탄은 변환을 통해 아세틸렌 및 수소와 같은 에너지 생산에 보다 유용한 기체를 얻을 수 있다. 메탄의 열분해 온도는 약 1,200 K로 알려져 있으며, 그 이상의 고온 환경 및 첨가물을 제공한 경우 효과적인 변환을 기대할 수 있다. 이러한 고온 환경 및 화학반응을 제공할 수 있는 시스템으로 열플라즈마 반응로가 있다. 일반적인 열플라즈마는 아크 방전이나 고주파 유도결합 방전으로 플라즈마 발생기에서 발생시킨 이온화된 열유체로 10,000 K 이상의 초고온과 최대 수천 m/s의 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 효율적인 메탄 변환을 위한 저전력 아크 플라즈마 발생기 및 반응로 내부의 온도 및 속도장을 전산모사하여 열유동 특성을 분석하였다. 아크 플라즈마 토치 영역의 전산해석은 전자기적 현상과 고온 열유동의 유체역학적 현상이 함께 작용하므로 기존에 사용되고 있는 전산유체 역학적인 방법론에 전자기적 현상에 대한 보존 방정식이 결합된 자기유체역학(Magnetohydrodynamic, MHD)방법을 이용하였고, 반응기 내부의 복잡한 열유동은 안정적인 계산이 가능한 상용 전산 유체역학(Computational Fluids Dynamics, CFD) 코드를 MHD 코드를 이용한 전산해석 결과 및 고온 물성치와 결합하여 해석하였다. 전산해석에 사용된 운전 변수로는 방전기체인 아르곤과 수소의 전체 유량을 45 L/min 으로 고정하고 수소의 비율을 0%, 6%, 12.5%, 20%로 하였으며, 각 유량 조건에서 입력 전력을 0.7 ~ 2.5 KW로 변화시켜 전체 15종의 운전조건에 따른 전산해석을 수행하여 각각의 운전변수에 따라 입력전력 기준 오차 1 ~ 28%에 해당하는 결과를 도출하였다. 본 연구를 통해 개발된 전산해석 방법을 이용하여 다양한 조건에서 아크 플라즈마 반응로 내부의 온도 및 속도장에 대한 전산해석 결과를 제시하였고, 효율적인 메탄 변환 공정을 개발하기 위한 아크 플라즈마 반응로의 설계조건 및 운전 조건을 제시할 수 있는 기반을 확보하였다.

• 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.

• Journal of Energy Engineering
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• v.22 no.2
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• pp.226-236
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• 2013

The heat distribution and internal flow from the efficiency of actual reformer and specification variation, using the computer simulation and experiment about the steam methane reforming reaction which uses the high temperature reformer. Reaction model from steam refoemer uses the steam response model developed by Xu & Froment.As result we supposed the chemical react Steam Reforming(SR), Water Gas Shift(WGS), and Direct Steam Reforming(DSR) from the inner high temperature reformer dominates the response has dissimilar response. According to result of steam methane reforming reaction exam using high temperature reformer, we figured out when Steam Carbon Ratio(SCR) increase, number of hydrogen yield increases but methane decreases. When comparing and examining between design with one inlet and two inlet, result came out one inlet design is more outstanding at thermal distribution and internal flow, hydrogen yield in one inlet design than two inlet design.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.9
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• pp.885-894
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• 2012

A numerical study of a microchannel steam methane reforming reactor has been performed to understand the characteristics of heat and mass transfer. The integration of Rh-catalyzed steam methane reforming and Pt-catalyzed methane combustion has been simulated. The reaction rates for chemical reactions have been incorporated into the simulation. This study investigated the effect of contact time, flow pattern (parallel or counter), and channel size on the reforming performance and temperature distribution. The parallel and counter flow have opposite temperature distribution, and they show a different type of reaction rate and species mole fraction. As the contact time decreases and channel size increases, mass transfer between the catalyst layer and the flow is limited, and the reforming performance is decreased.