• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.174.2-174.2
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• 2011

최근 유가상승과 석유, 천연가스의 가채 매장량의 한계등과 함께 온실가스에 의한 지구온난화 방지를 위하여 미국, 유럽국가 및 캐나다 등에서는 바이오매스를 이용한 에너지 회수 기술개발에 많은 관심과 연구를 수행하고 있다. 바이오 매스는 에너지 밀도 대비 존재하는 지역이 광범위하여 발생, 수집, 수송에 따른 비용이 많이 소요되는 특성이 있어 산지에서 직접처리하거나 수집하여 대규모처리등과 같이 여러 가지 현장상황에 따라 적정한 플랜트 운용의 유연성을 갖추고 있어야 한다. 일반적으로 바이오매스로부터 중소형으로 분산형 발전이나 수소제조를 위해서는 직접 연소법 보다는 가스화 방식을 이용하고 있는데, 연소에 의해 열을 생산하여 전기를 생산하는 방식은 스팀터빈을 이용하는 것이며, 스팀터빈은 소형 운용이 어렵기 때문이다. 본 연구에서는 폐목재로부터 합성가스제조를 위하여 5톤/일 규모 가스화기를 제작하였으며, 타르 및 수트와 같은 미반응 물질을 제거할 수 있는 집진, 세정장치를 설계 및 제작하였다. 또한 합성가스에 함유된 현열로부터 열회수를 위하여 열교환기를 설치하였으며, 정제된 합성가스를 이용하는 가스엔진을 통하여 열병합 발전시스템 연계운전을 수행하였다. 운전 실험을 폐목재 가스화 3톤/일 규모로 수행하였으며, 평균 1,500kcal/$Nm^3$의 발열량을 갖는 합성가스를 생성시킬 수 있었다. 사이클론, 스크러버 및 기수분리 장치를 이용하여 정제된 합성가스는 합성가스 엔진을 통하여 72kW 이상의 전력생산이 가능하였다. 열교환기를 통하여 평균 15,000kcal/h의 배열 회수가 가능하였으며, 바이오매스 가스화 합성가스를 이용한 열병합 발전이 가능함을 입증하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.856-856
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• 2009

석유 및 천연가스를 대체하는 자원으로 석탄이 유망하다고 전망하고 있다. 미국에서는 6대 파괴력이 있는 기술로 청정석탄기술이 선정되었고, 한국에서도 15대 그린에너지 중 하나인 청정연료에 석탄전환기술이 포함되어 전략로드맵이 작성되고 있다. 국내에서 추진되고 있는 석탄기술은 석탄가스화를 기반으로 하고 있다. 석탄가스화는 고체연료인 석탄을 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온에서 산소와 반응시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스로 전환하는 기술이다. 석탄을 가스화하면 석탄에 포함된 불순물을 쉽고 완벽하게 제거할 수 있으며 특히 CO2 제거를 값싸게 할 수 있어 청정화가 가능하다. 최근 고유가를 겪으면서 열량이 높은 고급탄의 확보가 어려워지면서 가격이 낮고 수급이 용이한 저급탄을 활용하는 기술의 수요가 발생되어 국내에서 기업을 중심으로 저급탄을 고효율로 가스화하는 기술 개발이 시도되고 있다. 정제된 석탄가스는 성분을 조절하여 촉매에 의해 메탄으로 전환시킬 수 있고, 이렇게 제조된 가스를 합성천연가스(SNG)라 한다. 값싼 저급탄을 사용하면 SNG를 천연가스보다 저렴하게 생산할 수 있다. 국내 기업이 SNG 제조 실증시설을 도입하고, 동시에 핵심기술인 SNG 합성반응공정을 개발하는 사업을 추진하고 있다. 석탄가스를 촉매반응에 의해 디젤 및 �F싸로 전환하는 석탄간접액화기술은 현재 남아공 Sasol사에서 상업적으로 운전되고 있는 기술이나 국내로의 기술이전이 거의 불가능하다. 철을 기반으로 하는 고유 촉매와 scale-up이 가능한 반응기가 핵심인 기술로 국내에서 세미-파일럿급 액화공정 기술개발이 진행중이다. 전세계적으로 석탄액화공장의 수요가 현재의 15만배럴/일에서 2030년 240만배럴/일로 증가한다고 예측된다. 따라서 200조원 이상의 플랜트 시장이 기대되며 국산 가스화, SNG 및 액화기술로 상당부분의 시장을 장악하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.11a
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• pp.685-693
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• 2011

In the era of energy climate, IGCC technology is one of the powerful solutions for the demands of new energy with low carbon green growth. The present study is conducted to investigate the combustion characteristics of syngas from the coal gasifier to predict problems when it is fed to the gas turbine. Through high and low combustion tests, we understood that hydrogen is the main reason of NOx emission but easily controled by injecting the dilution of nitrogen. CO emission of syngas was comparable with that of methane and pressure fluctuation of syngas was not significant. The data from this study will be used for the optimization of combustion in the Korea first IGCC plant in 2015.

• Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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• v.11 no.1
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• pp.81-93
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• 2015

Steam Reforming H2 Generation (SRH2G) System is a chemical process to produce hydrogen through steam reforming of hydrocarbon. Largely speaking, there are two types of materials for the SRH2G: 1) Oil and coal, and 2)Natural Gas such as shale gas. From the perspective of cost, quality (purity), and environmental burden (pollution), the latter is much more desirable than the former. For this reason, research on SRH2G using natural gas is actively carried out, and implemented and operated in the various industry. In this paper, we develop a natural gas based SRH2G system via systems engineering approach. Specifically, we first derived stakeholder requirements, followed by systems requirements and finally system architecture via a tailored SE process for plant (called Plant Systems Engineering (PSE) process) based on ISO/IEC 15288. The developed method was applied to iron and steel plant as a case study. Through the case study, by the SE approach, we were convinced that a successful system satisfying stakeholders' requirements within the given constraints can be developed, verified and validated.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.25 no.4
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• pp.41-50
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• 2017

The design of proper agitation system is requisite in biological waste treatment and energy generation plant, which is affected by viscosity, impeller types, and power consumption. In the present work, hydrogen fermentation of food waste was conducted at various operational pHs (4.5~6.5) and substrate concentrations (10~50 g Carbo. COD/L), and the viscosity of fermented broth was analyzed. The $H_2$ yield significantly varied from 0.51 to $1.77mol\;H_2/mol\;hexose_{added}$ depending on the pH value, where the highest performance was achieved at pH 5.5. The viscosity gradually dropped with shear rate increase, indicating a shear thinning property. With the disintegration of carbohydrate, the viscosity dropped after fermentation, but it did not change depending on the operational pH. At the same pH level, the $H_2$ yield was not affected much, ranging $1.40{\sim}1.86mol\;H_2/mol\;hexose_{added}$ at 10~50 g Carbo. COD/L. The zero viscosity and infinite viscosity of fermented broth increased with substrate concentrations, from 10.4 to $346.2mPa{\cdot}s$, and from 1.7 to $5.3mPa{\cdot}s$, respectively. There was little difference in the viscosity value of fermented broth at 10 and 20 g Carbo. COD/L. As a result of designing the agitation intensity based on the experimental results, it is expected that the agitation intensity can be reduced during hydrogen fermentation. The initial and final agitation intensity of 30 g Carbo. COD/L in hydrogen fermentation were 26.0 and 10.0 rpm, respectively. As fermentation went on, the viscosity gradually decreased, indicating that the power consumption for agitation of food waste can be reduced.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.17 no.5
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• pp.709-716
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• 2016

Recently, the operating conditions of the various mechanical structures have become more severe and the running time has become longer as the development of plant equipment increases with the introduction of high technology. Thus, the reliability of the system and its accessories is becoming a problem. Normally, synthetic natural gas (SNG) plants use 1.25Cr-0.5Mo or 2.25Cr-1Mo heat resistant steel according to the operating conditions. In this study, a lab-scale reactor was set up using 1.25Cr-0.5Mo steel, in order to carry out corrosion tests for producing synthetic natural gas. The corrosive characteristics were investigated under 1st-methanator operating conditions and fundamental data about the durability and reliability were obtained by using the experimental test. The analysis of results obtained on the durability of the reactor under emission and injection compositions showed that the hydrogen embrittlement caused by hydrogen and the oxidation corrosion caused by H2O had the most effect on the durability of 1.25Cr-0.5Mo steel in the SNG reactor. However, the hydrogen embrittlement and oxidation corrosion occurred simultaneously under emission conditions, so that the corrosion of the material increased suddenly after a long operating time. Besides, the corrosion of the 1.25Cr-0.5Mo steel under the injection composition was faster than that under the emission composition.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.106.1-106.1
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• 2010

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.48 no.2
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• pp.129-139
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• 2010

Coal gasification process, which had developed originally to convert coal from hydrogen and carbon monoxide, has used and developed in many countries because of environmental advantages such as carbon dioxide storage, decrease of pollutants and so on. Generally entrained-flow gasification process using pulverized coal under $75{\mu}m$ is used in Integrated Gas Combined Cycle(IGCC) because of easy scale up and high efficiency of energy conversion. Especially entrained-flow gasifers with coal water slurry have been used in many applications due to its fully developed technologies. In this paper, several technologies for coal-water slurry gasification that involves slurry preparation, burner, gasifier, slag melting and numerical simulation for plant design and operation were investigated. Entrained-flow gasification with coal water slurry can be used for synfuel production, SNG, chemicals as well as IGCC. To develop hybrid gasification process and use different types of coal, it is necessary to develop new technologies that will increase efficiency of the process.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.130.2-130.2
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• 2010

2020년까지 대형 CCS (Carbon Capture and Storage) Demo Plant 시장 (100MW 이상) 이 형성될 전망이다. 발전 부문에서 대규모 CCS 실증 프로젝트는 총 44개이며 연소전(41%), 연소후(28%), 순산소(3%) 프로젝트가 계획되어 있다. 순산소 연소 기술은 실증진입단계, 연소후(USC) 기술은 상용화 추진단계, 연소전 (IGCC) 기술은 실증완료 이후 상용화 진입 단계이다. IGCC 발전의 석탄가스화 기술은 타 산업분야에 서 상용화 되어있어 기술신뢰성이 높다. IGCC 단위설비 기술 개발을 통한 성능개선 및 비용절감에 대한 잠재력을 가지고 있기 때문에 미래의 석탄발전기술로 고려되고 있다. IGCC 기술은 가장 상용화에 앞서있지만 아직까지 IGCC+CCS 대형 설비가 운전된 사례가 전 세계적으로 없으며 미국 EPRI 등에서 Feasibility Study 단계이다. 현재 국책과제로 수행중인 300MW급 태안 IGCC 플랜트를 대상으로 향후 CCS 설비를 적용했을 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 IGCC+CCS 모델링을 수행하였다. 모델링은 스크러버 후단의 합성 가스를 대상으로 하였다. Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정 및 Selexol 공정을 구성하여 최종 단에서 수소 연료를 생산할 수 있도록 하였다. WGSR 공정은 Co/Mo 촉매반응기로 구성되었다. WGSR 모델링을 통하여 주입되는 스팀량 (1~2 mol-steam/mol-CO) 및 온도 변화 ($220-550^{\circ}C$)에 따른 CO가스의 전환율을 분석하여 경제적인 설계조건을 선정하였다. Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum으로 구성된다. Selexol 공정의 $CO_2$와 $H_2S$ 선택도를 분석 하였으며 단위 설비별 설계 조건을 예측하였다. 모델링 결과 59kg/s의 합성가스($137^{\circ}C$, 41bar, 가스 조성은 $CO_2$ 1.2%, CO 57.2%, $H_2$ 23.2%, $H_2S$ 0.02%)가 WGSR Process를 통해 98% CO가 $CO_2$ 로 전환되었다. Selexol 공정을 통해 $H_2S$ 제거율은 99.9%, $CO_2$제거율은 96.4%이었고 14.9kg/s의 $H_2$(86.9%) 연료를 얻었다. 모델링 결과는 신뢰성 검증을 통해 IGCC+CCS 전체 플랜트의 성능예측과 Feasibility Study를 위한 자료로 활용될 예정이다.

• Journal of Appropriate Technology
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• v.7 no.1
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• pp.59-71
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• 2021

Hybrid hydrothermal carbonization (Hybrid HTC) technology is a proprietary thermochemical process for two or more organic wastes.The reaction time is less than two hours with temperature range 180~250℃ and pressure range 20~40bar. Thanks to accumulation of the carbon of the waste during Hybrid HTC process, the energy value of the solid fuel increases significantly with comparatively low energy consumption. It has also a great volume reduction with odor removal effect so that it is evaluated as the best solid fuel conversion technology for various organic wastes. In this study of the hybrid hydrothermal carbonization, the effect on the calorific value and yield of Cambodian mango waste were evaluated according to changes in temperature and reaction time. Through the study, parameter optimization has been sought with improving energy efficiency of the whole plant. It is decomposed in the Hydro-Carbonation Technology to Generate Gas. At this time, it is possible to develop manufacturing and production technologies such as hydrogen (H₂) and methane (CH₄). Based on the results of the study, a pilot plant (2t/day) has been proposed for future commercialization purpose along cost analysis, mass balance and energy balance calculations.