• 한국가스학회지
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• 제20권6호
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• pp.95-101
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• 2016

본 연구에서는 다양한 수소 생산 방법 중 하나인 천연가스 수증기 개질반응(natural gas steam reforming reaction)에 대해 일반적인 충전층반응기와 반응기와 수소분리기가 결합된 새로운 형태의 분리막 반응기에서의 성능에 대한 비교분석을 수행하였다. Xu 와 Froment에 의해 기존에 발표된 실험결과를 바탕으로 상업용 화학공정모사기인 Aspen $HYSYS^{(R)}$ 모델이 개발되었으며, 반응온도, $H_2$ 투과량, Ar 유량 등이 분리막 반응기에서의 반응물의 전환율 및 $H_2$ 수율 향상도에 미치는 영향에 대해 분석한 결과 분리막 반응기에서 보다 많은 양의 수소수율 및 메탄전환율이 확인되었다. 더 나아가, 전체 시스템에서 필요로 하는 열량을 공급하기 위해 요구되는 천연가스의 양에 초점을 맞춰 분리막 반응기에서의 원가절감 가능성을 평가한 결과, 분리막 반응기에서 10.94%의 원가절감이 관찰되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.304-312
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• 2002

In this study, the performance of the $5Nm^3/hr$ compact type steam reformer which was developed for application of fuel cell or hydrogen station was evaluated in terms of gas process efficiency. For these purposes, reforming efficiency and total efficiency with system load change were analyzed. The reforming efficiency was calculated from the total molar flow of hydrogen output over total fuel flow input to the reformer and the burner on the higher heating value(HHV). In the case of the total efficiency, recovered heat at the heat recovery exchanger was considered. From the results, it was known that system performance was stable, because methane conversion showed the a slight decline which is about 2% though increasing system load to full. Reforming efficiency was increased from 20% to 58%, respectively as increasing system load from 10% to 90%. It was found that total efficiency was higher then reforming efficiency because of terms of heat recovered. As a results, it was known that total efficiency was increased form 75% to 83% at the 10% and 90% system load, respectively. From these results, it is concluded that compact steam reformer which is composed of stacking plate-type reactors is suitable to on-site hydrogen generator or to fuel cell application because of quick start within 1 hr and good performance.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.248-254
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• 2006

The promotion effects of noble metals upon the activity and reducibility in steam methane reforming over $Ni/MgAl_2O_4$ catalysts were investigated. While $Ni/MgAl_2O_4$ catalysts require the pre-reduction by $H_2$, the noble metal-added catalysts show high catalytic activities without pre-treatment. According to $CH_4$-TPR, the addition of noble metal makes the $Ni/MgAl_2O_4$ catalyst easily reducible. The reduction degree of NiO in the noble metal-added catalysts after using at $650^{\circ}C$ without pre-reduction was $15{\sim}20%$, and was lower than that in the $H_2$-reduced $Ni/MgAl_2O_4$ catalyst(reduction degree=27%). The enhancement of the catalytic activity over noble metal-added catalysts results from easier reducibility by addition of noble metal and the synergy effect between noble metal and Ni.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.12-25
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• 2007

Numerical simulation of the natural gas steam reforming process for on-site hydrogen production in a $H_2$ fueling station was conducted on the basis of process material and heat balances. The effects of reforming parameters on the process efficiency of hydrogen production were investigated, and set-point values of each of the parameters to minimize the sizes of unit process equipments and to secure a stable operability of the reforming process were suggested. S/C ratio of the reforming reactants was found to be a crucial parameter in the reforming process mostly governing both the hydrogen production efficiency and the stable operability of the process. The operation of the process was regarded to be stable if the feed water(WR) as a reforming reactant could evaporate completely to dry steam through HRSG. The optimum S/C ratio was 3.0 where the process efficiency of hydrogen production was maximized and the stable operability of the process was secured. The optimum feed rates of natural gas(NGR) and WR as reforming reactants and natural gas(NGB) as a burner fuel were also determined for the hydrogen production rate of $27\;Nm^3/h$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.914-920
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• 2018

본 연구에서는 상용 니켈-알루미나 촉매를 이용한 메탄가스-수증기 개질반응에서의 고유반응속도 상수를 결정하였다. 반응메커니즘을 반영하기 위해 Langmuir-Hinshelwood chemisorption 이론에 기반한 반응속도식을 사용하였고 반응온도($630{\sim}750^{\circ}C$) 및 반응물의 분압(S/C ratio = 2.7~3.5)을 실험변수로 설정하였다. 실험을 통해 얻어진 데이터를 기반으로 효율적인 최적화 알고리즘을 이용하여 최적 고유반응속도상수들을 결정하였다. 최종적으로 제안된 이 수학적 반응 모델은 촉매반응기의 설계 및 운전조건 최적화에 활용 가능하다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권3호
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• pp.173-179
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• 2016

본 연구에서는 전산유체역학 상용코드를 이용하여 수소 개질기의 곡유로 채널형에 대하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 선행연구모델에 대한 수치해석 모델과 다른 관 형태의 곡유로 채널을 모델링하여 수치해석적으로 비교하였다. 4가지 타입의 곡유로 채널형 개질기의 수치해석 결과 메탄올 전환율은 타입1~4까지 각각 45.0%, 45.3%, 45.6%, 45.6%로 ${\pm}0.6%$ 포인트의 차이로 거의 차이가 없음을 나타내었다. 유동특성에 대해서는 사각타입의 관과 45도 곡관의 각도를 가지는 타입2에서 상대적으로 가장 균일한 유동 특성 및 메탄올 농도 분포를 보였으며, 원형타입의 관과 90도 곡관의 각도를 가지는 타입3에서 상대적으로 가장 불균일한 유동특성 및 메탄올 농도분포 특성을 나타내었다. 곡유로 채널형 개질기의 설계 시에는 45도 곡관의 각도를 가지는 타입과 같이 사각타입의 관과 45에 가까운 곡관의 각도를 가지도록 설계해야 한다는 결과에 도달하였다.

• 청정기술
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• 제22권1호
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• pp.53-61
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• 2016

바이오매스 가스화 시 발생하는 타르의 개질 연구가 다양한 Ni 촉매를 이용하여 수행되었다. 바이오매스 타르의 주요 성분인 톨루엔을 이용하여 실험실 규모의 수증기개질을 수행하였다. 고정층 형태의 개질기를 이용하였고 반응온도 범위는 400-800 ℃로 변화시켰다. Ni 촉매에 증진제로 Ru (0.6 wt%)와 Mn 또는 K (1 wt%)를 적용하였다. Ni/Ru-K/Al₂O₃ 촉매가 Ni/Ru-Mn/Al₂O₃ 촉매보다 전반적으로 높은 톨루엔 개질 전환 성능을 보였으며, X-선 회절분석과 열중량분석을 통해 촉매의 안정성을 확인하였다. 실험실 규모 연구 결과를 바탕으로 모노리스와 펠렛 형태의 촉매를 제작하고 1 톤/일 규모의 바이오매스 가스화 시스템에 적용하였다. 모노리스 촉매의 경우 Ni/Ru-K/Al₂O₃ 촉매가 고온에서 특히 우수한 성능을 보였으며, Ni/Ru-Mn/Al₂O₃ 촉매는 운전 시간 경과에 의한 활성저하가 관찰되었다. 펠렛 촉매의 경우 Ni/Ru-K/Al₂O₃ 는 587 ℃에서 66.7%의 타르 전환율을 보였으며, 사용된 촉매의 재생 후 타르 개질 성능을 비교하였다. 본 연구에서 사용된 촉매 중 Ni/Ru-K/Al₂O₃ 펠렛 촉매가 가장 우수한 촉매 활성과 안정성을 보였다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권3호
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• pp.323-328
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• 2006

본 논문의 목적은 부채꼴방전(GlidArc) 플라즈마 개질을 이용하여 프로판으로부터 카본블랙의 형성이 없는 합성가스 생산을 위한 개질특성과 최적 운전조건을 연구하였다. 또한 수소 생산 및 프로판 전환율을 항상시키기 위해 반응기 내의 촉매반응 영역에 13 wt%의 니켈촉매를 충진하여 수증기 몰 비, 이산화탄소 몰 비, 입력 전력, 주입 유량 변화의 변수별 연구를 수행하였다. 그 결과, 수증기 몰 비, 이산화탄소 몰 비, 입력 전력, 주입 유량이 각각 1.86, 0.48, 1.37 kW, 14 L/min일 때 프로판 전환율이 62.6%로 최적이었다. 위의 조건에서 합성가스의 건가스 기준에 농도는 $H_2\;44.4%,\;CO\;18.2%,\;CH_4\;11.2%,\;C_2H_2\;2.0%,\;C_3H_6\;1.6%,\;C_2H_4\;0.6%,\;C_3H_4$ 0.4%이며, 이산화탄소 전환율은 29.2%, 합성가스 내의 $H_2/CO$ 농도 비는 2.4이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.467-470
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• 2006

For a mobile application such as cellular phone, micro fuel cells should be extremely compact and thin. RHFC can be an alternative solution because RHFC gives higher power density than DMFC and does not need ahydrogen storage vessel In this paper, RHFC using methanol fuel is made as a novel planar design without a PROX. Both reformer and cell are made closely in a same plate to share the heater of reformer with the cell. The PBI membrane is used in the cell. The reason is that high temperature of reformer can cause a performance drop when perfluorosulfonic acid membrane such as Nafion is used such a high temperature operation also guarantees the higher CO tolerance to MEA catalyst. The cell is designed as an air-breathing type which the cathode of the cell is opened to the air. The commercial Cu/ZnO/Al2O3 steam reformer catalyst is packed in reformer channel. The active area of MEA is $11.9cm^2$ and the peak power density was $27.5mW/cm^2$.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.519-525
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• 2009

The catalytic steam reforming of woody biomass tar and soot to convert a synthetic gas containing hydrogen was investigated by using a bench-scale biomass gasification system. One commercial nickel-based catalyst, Katalco 46-6Q, and two different kinds of natural minerals, dolomite and olivine, were tested as a reforming catalyst at various reforming temperatures. The reaction characteristics of woody biomass tar were also investigated by TGA at a variety of heating rates. With all three catalysts conversion efficiency of tar and soot increased at increasing temperature. The reforming of tar and soot in the synthetic gas induce the increase of combustible gases such as $H_2$, CO and $CH_4$ in the product gas. The nickel-based catalyst showed a higher tar and soot conversion efficiency than mineral catalysts under the same temperature conditions.