• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.04c
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• pp.236-238
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• 2008

앞으로의 에너지 고유가 시대를 대비하여 수소의 생산에 대한 연구를 활발히 진행되어지고 있다. 여러 가지 수소를 생산하는 방법 중 본 연구에 사용되는 방법은 개질반응법으로써 스팀(수증기)개질 방식을 사용하는 1KW용 개질시스템에 관한 연구이다. 본 장치는 천연가스를 이용하여 1m3/hr을 생산하는 수증기 개질시스템이다. 크게 세가지로 나누어 지는데, 첫째 시스템 제어부, 둘째 가스 및 물 공급부, 셋째 개질기이다. 본 연구에서는 이 개질 시스템의 운전 특성과 모니터링에 대해서 알아보고자 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.40 no.11
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• pp.745-753
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• 2016

Micro methanol-steam reformer for fuel cell can effectively produce hydrogen as reforming response to steam takes place in low temperature (less than $250^{\circ}C$). This study conducted numerical research on this reformer. First, study set wall temperature of the reformer at 100, 140, 180 and $220^{\circ}C$ while methanol conversion efficiency was set in 0, 0.072, 3.83 and 46.51% respectively. Then, porosity of catalyst was set in 0.1, 0.35, 0.6 and 0.85 and although there was no significant difference in methanol conversion efficiency, values of pressure drop were 4645.97, 59.50, 5.12 and 0.45 kPa respectively. This study verified that methanol-steam reformer rarely responds under the temperature of $180^{\circ}C$ and porosity does not have much effect on methanol conversion efficiency if the fluid flowing through reformer lowers activation energy by sufficiently contacting reformer.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.5
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• pp.908-912
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• 2012

Lauan sawdust was gasified by steam reforming for hydrogen production from biomass waste. The fixed bed gasification reactor with 1m height and 10.2 cm diameter was utilized for the analysis of temperature and catalysts effect. Steam was injected to the gasification reactor for the steam reforming effect. Lauan sawdust was mixed with potassium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate + potassium carbonate and magnesium carbonate + calcium carbonate catalysts of constant mass fraction of 8:2 which was injected to the fixed gasification equipment. The compositions of production gas of gasification reaction were analyzed at the temperature range from $400^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$. Fractions of hydrogen, methane and carbon monoxide gas in the production gas increased when catalysts were used. Fractions of hydrogen, methane and carbon monoxide gas were increased with increasing temperature. The highest hydrogen yield was obtained with sodium carbonate catalyst.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2004.05a
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• pp.91-96
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• 2004

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.4
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• pp.425-430
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• 2012

In this study, a preconverter of an MCFC for an emergency electric power supplier is numerically simulated to increase the hydrogen production from natural gas (methane). A commercial code is used to simulate a porous catalyst with a user subroutine to model three dominant chemical reactions-steam reforming, water-gas shift, and direct steam reforming. To achieve a fuel conversion rate of 10% in the preconverter, the required external heat flux is supplied from the outer wall of the preconverter. The calculated results show that the temperature distribution and chemical reaction are extremely nonuniform near the wall of the preconverter. These phenomena can be explained by the low heat conductivity of the porous catalyst and the endothermic reforming reaction. The calculated results indicate that the use of a compact-size preconverter makes the chemical reaction more uniform and provides many advantages for catalyst maintenance.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.41-44
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• 2007

Steam reforming reaction of natural gas is an important process for fuelcell commercialization. In this paper, steam reforming reaction is studied by numerical method. Pseudo-homogeneous model is incorporated for chemical reactions and one medium approach is used to take into account thermally equilibrium phenomena between catalyst and bulk gas. The model is validated with our experimental results under the same operating conditions. Because performance of reformer has relation to heat flux from wall, heat flux profiles was investigated by using Nusselt number. Value of Nusselt number in steam reformer is larger than one in channel, which does not have chemical reaction because steam reforming reaction is an endothermic reaction. When the difference of Nusselt number at the front and the rear is larger, performance is improved.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.155-155
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• 2011

용융탄산염 연료전지(MCFC)는 $650^{\circ}C$에서 작동하는 고온형 연료전지 시스템이다. 이 시스템은 천연가스 등을 개질하여 생산된 수소를 바로 전기로 생산할 수 있는 시스템으로 열효율이 높으며, 현재 대체 발전시스템으로 각광을 받고 있다. MCFC는 개질방식에 따라 내부개질 방식과 외부개질 방식이 있다. 내부개질 방식은 수소를 생산하는 개질기가 스택내부에 장착된 형식으로 천연가스를 스택내부에서 개질하여 바로 전기를 생산하는 방식이다. 이 내부개질반응에 사용되는 촉매로는 알루미나에 고함량 (약 50 wt.%)으로 담지된 니켈(Ni) 계열촉매이 주로 쓰이고 있다. 이 고함량으로 담지된 촉매는 대부분 높은 활성을 보인다. 비교적 낮은 온도 운전조건 (약 $580{\sim}620^{\circ}C$)을 가지는 MCFC 내부개질에 적용하기 위해서는 활성점인 니켈을 최대한 담지체에 고르게 분산 시켜야한다. 이를 위해서 MgO를 이용하여 촉매의 활성점을 높게 분산시키는 연구를 진행 하였다. 촉매를 제조하는 방법으로 요소(urea)를 이용한 균일용액침전법을 이용하였다. 니켈함량은 50 wt.%로 고정을 한 다음, MgO 양과 $Al_2O_3$ 양을 각각 0 ~ 45 wt.%와 5 ~ 50 wt.%로 조절하면서 촉매를 제조하여 그 특성들을 분석하였다. 물성을 비교하기 위해서, X-선 회절분석 (XRD) 및 TPR, 물리화학흡착 실험을 하였다. 촉매의 활성을 살펴보기 위해서, fresh 상태 및 피독 상태에서 메탄수증기 개질활성 실험을 실시하였다. MgO 함량이 없거나 적은 촉매에서는 높은 BET surface area와 작은 NiO, metallic Ni 결정 크기가 나타났다. 반면 MgO 함량이 높은 촉매에서 낮은 BET surface area와 비교적 큰 NiO, metallic Ni 결정 크기가 나타났다. 또한 XRD 분석에서 MgO 함량이 증가할 수 록 MgO 결정 피크가 명확히 나타났으며, $MgAl_2O_4$ 피크는 나타나지 않았다. TPR 분석에서 촉매들의 환원 피크를 측정한 결과, 저함량의 MgO를 포함한 촉매는 $700^{\circ}C$ 부근에 환원 피크가 관찰되었고 MgO가 고함량인 촉매는 환원 피크가 $400^{\circ}C$ 부근에서 관찰되었다. 촉매의 초기 fresh 상태에서의 활성은 고함량 MgO를 포함한 Ni-90M10A 샘플을 제외하고 모든 촉매가 거의 비슷하게 나타났다. 그러나 $K_2CO_3$ 피독 상태에서는 MgO 함량이 증가할 수 록 활성이 좋지 않았음을 알 수 있었다. 따라서 MgO가 소량 포함된 촉매의 경우 fresh 상태에서는 우수한 물성과 활성을 보이지만, 피독상태에서는 MgO가 포함되지 않은 Ni-$Al_2O_3$ 촉매가 우수한 활성을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.223.2-223.2
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• 2010

용융탄산염 연료전지(MCFC)는 $650^{\circ}C$에서 작동하는 고온형 연료전지 시스템이다. 이 시스템은 천연가스 등을 개질하여 생산된 수소를 바로 전기로 생산할 수 있는 시스템으로 열효율이 높으며, 현재 대체 발전시스템으로 각광을 받고 있다. MCFC는 개질방식에 따라 내부개질 방식과 외부개질 방식이 있다. 내부개질 방식은 수소를 생산하는 개질기가 스택내부에 장착된 형식으로 천연가스를 스택내부에서 개질하여 바로 전기를 생산하는 방식이다. 이 내부개질반응에 사용되는 촉매로는 알루미나에 담지된 니켈(Ni) 계열촉매이 주로 쓰이고 있다. 또한 내부개질촉매의 형태는 작은 원주형의 촉매형태로 성형되어 사용된다. 이 성형된 촉매의 크기가 바로 내부개질 스택의 크기를 결정하는 중요한 요소이다. 그래서 촉매의 크기는 되도록이면 작게 성형하는 것이 중요하다. 그러나 촉매의 크기가 너무 작으면 촉매를 성형하는데 큰 어려움이 생기게 된다. 본 연구에서는 니켈 촉매를 공침법이 아닌 균일용액침전법을 이용하여 제조하였으며, 이 촉매를 이용하여 지름이 약 2 mm 이하로 촉매를 압출성형하는 방법을 연구하였다. 먼저 요소(urea)를 이용한 균일용액침전법으로 촉매를 제조하였다. 최적의 촉매 합성조건을 살펴보기 위해서, 반응 온도를 80, 85, 90, 95, $100^{\circ}C$로 변화 시키면서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 그리고 촉매의 적절한 니켈 양을 알아보기 위해서 니켈의 양을 30, 40, 50, 60, 70 wt%로 변화 시켰으며, 조촉매로 사용되는 MgO 양을 5, 10, 15, 20 wt%로 변화 시켜서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 물성을 비교하기 위해서, X-선 회절분석(XRD) 및 TPR, 물리화학흡착을 하였다. 그 결과 침전반응온도가 $80^{\circ}C$에서 촉매가 가장 좋은 물성을 보였으며, 우수한 개질성능을 보였다. 그리고 촉매 활성물질인 니켈의 함량은 50 wt% 정도가 가장 적절한 함량이었으며, MgO의 함량이 15 wt%일 때 가장 우수한 물성과 개질 성능을 보여주었다. 이 촉매들은 공침법으로 제조된 상용촉매와 비교하였을 때, 보다 우수한 물성과 개질성능 보였다. 그래서 이 촉매를 균일침전법을 이용하여 대량으로 제조한 다음 압출성형 방법을 이용하여 촉매를 원주형으로 제조하였다. 먼저 제조된 촉매는 별도의 분쇄작업(볼밀 혹은 제트밀)을 거치지 않아도 입자사이즈가 약 $4{\mu}m$ 수준이 나오도록 촉매 제조조건을 조절 하였다. 그리고 소량의 Methyl cellulose(MC) 바이더와 물만 사용하여 촉매를 혼합한 다음 스크류 압출기를 이용하여 촉매를 성형하였다. 이 촉매는 지름이 약 2 mm 이하로 제조할 수 있었으며, 기계적 강도는 타정기로 성형한 상용촉매보다 우수하였다. 그리고 촉매 성능 또한 상용촉매와 비교하였을 때, 우수한 성능 보였다. MCFC용 내부개질 촉매로 균일용액침전법을 사용한 촉매가 적합하다고 판단되며, 압출성형에도 적합하다고 판단되었다.

• Clean Technology
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• v.26 no.4
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• pp.329-335
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• 2020

Methanol synthesized from renewable hydrogen and captured CO2 has recently attracted great interest as a sustainable energy carrier for large-scale renewable energy storage. In this study, molten carbonate fuel cell's performance was investigated with the direct conversion of methanol into syngas inside the anode chamber of the cell. The internal reforming of methanol may significantly improve system efficiency since the heat generated from the electrochemical reaction can be used directly for the endothermic reforming reaction. The porous Ni-10 wt%Cr anode was sufficient for the methanol steam reforming reaction under the fuel cell operating condition. The direct supply of methanol into the anode chamber resulted in somewhat lower cell performance, especially at high current density. Recycling of the product gas into the anode gas inlet significantly improved the cell performance. The analysis based on material balance revealed that, with increasing current density and gas recycling ratio, the methanol steam reforming reaction rate likewise increased. A methanol conversion more significant than 90% was achieved with gas recycling. The results showed the feasibility of electricity and syngas co-production using the molten carbonate fuel cell. Further research is needed to optimize the fuel cell operating conditions for simultaneous production of electricity and syngas, considering both material and energy balances in the fuel cell.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.208-208
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• 2009

메탄의 수증기-이산화탄소 복합개질반응에서 니켈 촉매의 탄소 침적 저항성에대한 Ce 증진 효과를 살펴보기 위해, Ni-Ce/${\alpha}-Al_2O_3$ 촉매를 제조하였다. Ce/Ni 비율 변화에 따른 촉매 비표면적, Ni 입자 분산도 및 촉매 활성 변화를 살펴보았고, Ce 첨가량을 최적화 할 수 있었다. Ce/Ni 비율 증가에 따라 NiO 결정크기가 감소하고 표면적과 Ni 분산도는 증가하였다. 특히, Ce/Ni=0.5 첨가 시, 촉매는 가장 넓은 비표면적과 Ni 분산도를 가졌으며, 우수한 촉매 활성 및 높은 탄소 침적 저항성을 보였다. 또한, 본 연구에서는 Ni과 Ce 담지 방법에 따른 Ni 분산도 향상과 Ni과 Ce간의 접촉 면적 극대화를 통한 활성산소 공급 향상에 대한 영향을 함께 살펴보았다. Ni과 Ce를 동시 함침법과 연속 함침법으로 담지하여 비교한 결과, 동시 함침법으로 제조한 Ni-Ce/${\alpha}-Al_2O_3$ (Ce/Ni=0.5) 촉매가 가장 우수한 촉매 성능 및 높은 탄소 침적 저항성을 보였다. 이는 동시 함침법으로 고분산된 Ni 입자와 담체간의 강한 상호작용 형성과 원활한 활성 산소 공급에 기인한 것이다.