• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2007.11a
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• pp.344-346
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• 2007

본 논문은 유동층반응기에서 메탄의 열분해에 의한 수소 생산과 탄소 생성에 대한 연구를 수행하였다. 환경에 대한 영향을 최소화한 상태에서 메탄의 전환반응을 메탄 분해촉매활성에 영향을 미치는 인자에 대하여 연구하였다. 측정된 압력요동특성치의 해석을 통하여 유동층 열분해촉매의 유동화현상을 측정하였으며, 유동화특성에 따른 메탄열분해능을 측정하였다. 메탄의 분해는 생성되는 수소를 이용하였다. 유동층의 이동성, $U-U_{mf}$, 마모, 비산유출 유동화가스의 효율밀도에 따른 영향을 연구하였다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2008.05a
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• pp.319-322
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• 2008

본 논문은 미분 반응기 및 유동층반응기에서 메탄의 열분해에 의한 수소 생산과 탄소 생성에 대한 연구를 수행하였다. 일반적으로 고온 분해시 사용되는 니켈과 철 성분을 대신할 철광석을 이용하여 분해특성을 고찰하였다. 환경에 대한 영향을 최소화한 상태에서 메탄의 전환반응을 메탄 분해촉매 활성에 영향을 미치는 인자에 대하여 연구하였다. 측정된 압력요동특성치의 해석을 통하여 유동층 열분해촉매의 유동화현상을 측정하였으며, 유동화특성에 따른 메탄열분해능을 측정하였다. 또한 고정층에서 공간속도, 입자크기, 비표면적이 미치는 영향을 고찰하여 철광석의 사용가능성을 타진하였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.9 no.2
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• pp.487-492
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• 2008

In this paper, Thermocatalytic decomposition of methane in a fluidized bed reactor (FBR) was studied. The technical approach is based on a single-step decomposition of methane over carbon catalyst in air/water vapor free environment. The factors affecting methane decompostion catalyst activity in methane decomposition reactions were examined. The fluidization phenomena in a gas-fluidized bed of catalyst was determined by the analysis of pressure fluctuation properties, and the results were confirmed with characteristics of methane decomposition. The effect of parameters on the H2 yield was examined for methane decompostion. The decompstion rate was affected by the fluidization quality such as mobility, U-Umf, carbon attrition, elutriation and effectiveness density of fluidization gas.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.18 no.1
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• pp.84-89
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• 2007

Direct decomposition of hydrocarbon (methane, propane) was studied using a thermal plasma to produce high purity hydrogen and carbon black. Thermodynamic equilibrium compositions were calculated based on the minimization of Gibb's free energy, and decomposition experiments were performed on the basis of calculation results. The purity of hydrogen was found to be depended strongly on the flow rate of hydrocarbon. The decomposition conditions for high purity hydrogen were investigated. The purity of hydrogen produced from methane decomposition was higher than that from propane. In the case of propane, it was investigated that by products such as methane, acetylene, and ethane etc., by radical recombination under thermal plasma were produced more than that of methane. Produced carbon blacks were characterized by material analyses, such as XRD, Raman spectroscopy, SEM, and particle size analysis. In both methane and propane decompositions, well-crystallized carbon blacks were produced and showed uniform and sphere-like morphologies. The size of carbon black synthesized from methane was observed to be smaller than that from propane.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.380-383
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• 2006

수소는 미래의 청정에너지원이다. 수소를 생산하는 효과적인 방법으로는 탄소계촉매를 이용하여 부탄을 분해하는 것이다. 촉매는 카본블랙이 사용되었으며, $500{\sim}1100^{\circ}C$의 온도 범위에서 열분해 반응과 촉매분해반응이 수행되었다. 열분해의 경우 온도가 증가함에 따라 전화율이 증가하여 $800^{\circ}C$에서 98.9%로 부탄이 거의 분해되었으며, $900^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 전화율이 100%까지 도달하였다. 부탄 분해반응에서 기대되는 생성물은 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판 등이다. $1000^{\circ}C$이상의 온도에서는 부탄 촉매 분해반응에서 거의 대부분 수소와 메탄만이 관찰되었다. 특히 $500-1100^{\circ}C$까지 온도가 증가하였을 때 수소의 생성율은 꾸준히 증가하는 것으로 확인되었고 촉매분해반응이 촉매를 사용하지 않은 열분해반응보다 온도가 증가함에 따라 수소의 선택도를 더욱 향상시켜 보다 많은 수소가 생성되었으며, 반응성 실험이 진행되는 동안 촉매의 비활성화는 관찰되지 않았다. 반응전후의 촉매의 특성을 분석하기 위해 TEM 및 SEM 분석을 하였다. 반응전의 촉매는 매끈한 모양이었으나 $1000-1100^{\circ}C$에서 반응후에는 표면에 돌기모양을 형성하는 것을 관찰할 수 있었다.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.33 no.1
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• pp.1-7
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• 2022

Interest in hydrogen productions that do not emit carbon dioxide and can produce hydrogen at a low price is increasing. Reforming and electrolysis are widely used, but they have limitations, such as carbon dioxide problems and costs. The methane can be decomposed as hydrogen and solid carbon without carbon dioxide emission at high temperatures. In this research, the methane pyrolysis experiment was conducted at 1,200℃ and 1,400℃ in a ceramic tube. The composition of the produced gas was measured by gas chromatography before carbon blocked the tube. The methane conversion rate and hydrogen selectivity were calculated based on the results. The hydrogen selectivity was derived as 60% and 55% at the highest point at 1,200℃ and 1,400℃, respectively. The produced solid carbon was expected to be carbon black and was analyzed using scanning electron microscope.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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• v.45 no.4
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• pp.524-531
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• 2012

The objective of this study was to investigate the organic solubilization (SCOD) and improvement of methane production for pig slurry by thermal hydrolysis. A sludge cake was pretreated by thermal hydrolysis at different reaction temperatures (200, 220, 250, $270^{\circ}C$). Ultimate methane potential (Bu) was determined at several substrate and inoculum (S/I) ratios (1:9, 3:7, 5:5, 7:3 in volume ratio) by biochemical methane potential (BMP) assay for 73 days. Pig slurry SCOD were obtained with 98.4~98.9% at the reaction temperature of $200{\sim}270^{\circ}C$. Theoretical methane potentials ($B_{th}$) of thermal hydrolysates at the reaction temperature of $200^{\circ}C$, $220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $270^{\circ}C$ were 0.631, 0.634, 0.705, $0.748Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$, respectively. $B_u$ of $200^{\circ}C$ thermal hydrolysate were decreased from $0.197Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$ to $0.111Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$ with the changes of S/I ratio from 1:9 to 7:3, and also $B_u$ of different thermal hydrolysates ($220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $270^{\circ}C$) showed same tendency to $B_u$ of $200^{\circ}C$ thermal hydrolysate according to the changes of S/I ratio. Anaerobic biodegradability ($B_u/B_{th}$) of $200^{\circ}C$ thermal hydrolysate at different S/I ratios was decreased from 32.2% for S/I ratio of 1:9 to 17.6% for S/I ratio of 7:3. $B_u/B_{th}$ of $220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, and $270^{\circ}C$ thermal hydrolysat were decreased from 36.4% to 9.6%, from 31.3% to 0.8%, and from 26.6% to 0.8%, respectively, with the S/I ratio change, respectively. In this study, the rise of thermal reaction temperature caused the decrease of anaerobic digestibility and methane production while organic materials of pig slurry were more solubilized.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2003.05a
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• pp.633-638
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• 2003

현재, 각종 산업공정에서 발생하는 부생가스, 도시폐기물, 폐플라스틱, 바이오매스 등의 미활용 에너지원이나 석탄, 폐유 등을 가스화 혹은 열분해 하여 합성가스를 발생시켜 재활용하려는 연구가 활발히 진행하고 있다. 합성가스는 공업적으로 중요한 에너지원 및 화합물을 제조하는 가장 기초적인 반응가스인데, 합성가스를 제조하는 방법 중 가장 잘 알려진 천연가스 개질반응 이외에도 열분해/가스화 반응공정을 통해 제조되기도 한다.(중략)

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.89-92
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• 2006

수소에너지는 화석연료 사용의 증가로 인한 환경오염 및 자원고갈의 문제점을 해결해 줄 수 있는 미래의 청정한 에너지이다. 현재 주 에너지원인 화석연료의 사용에 의하여 배출된 오염물질이 지구온난화와 같은 문제점들을 일으킨다. 이러한 문제점들을 없애줄 수 있는 대안 중 하나가 수소에너지이다. 수소에너지는 자원이 풍부하며 연소시에 오염물질이 배출되지 않는 장점이 있다. 수소에너지는 수소를 연소시켜서 얻는 에너지로써, 수소를 태우면 같은 무게의 가솔린 보다 3배나 많은 에너지를 방출한다. 수소를 생산하는 방법 중 가장 이상적인 방법은 물을 분해하는 방법이다. 그러나 이 방법은 수소를 대량으로 생산하기에는 아직 기술에 대한 확보가 되어있질 않으며, 경제성도 떨어진다는 단점이 있다. 현재 많이 쓰이는 방법 중 탄화수소류의 메탄을 수증기 개질하는 방법이 있다. 메탄 수증기 개질방법은 환경오염물질인 CO나 $CO_2$를 배출한다는 것과 높은 열원이 필요하다 본 연구에서는 C-H결합에너지가 낮아 메탄보다 분해하기 쉬운 부탄의 직접분해로 수소를 생산하고자 한다. 부탄 직접분해는 환경오염물질인 CO나 $CO_2$가 발생되지 않는 장점이 있다. 부탄 분해반응은 $500{\sim}1100^{\circ}C$의 범위에서 이루어 졌으며, 촉매는 탄소계인 카본블랙을 사용하였고, 촉매의 성능을 비교하기 위하여 열분해반응이 동시에 수행되었다.

• 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.