• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.109-112
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• 2007

유동층 반응기를 이용한 프로판의 촉매 분해는 $CO_2$를 방출하지 않고 수소를 생성하는 새로운 방식이다. 카본블랙을 이용한 프로판 분해는 메탄보다 상대적으로 분해가 잘되며, 같은 온도에서 전환률이 높기 때문에 수소 생성량이 더 많다. 촉매로 사용된 카본블랙은 반응 중 생성되는 탄소의 침적에도 불구하고 8시간 이상 촉매의 활성이 유지되어 전환율이 일정하게 유지되었다. 프로판 촉매 분해 실험은 상압에서 600 ${\sim}$ $800^{\circ}C$ 온도 변화 실험을 수행하였고, 가스 유속 변화는 2.0 ${\sim}$ $4.0U_mf$에서 실험 조건 변화에 따른 실험을 하였다. 온도, 유속 변화에 따른 생성 가스의 몰분율과 프로판 전환율을 분석하였다. 프로판 분해에 의해 생성된 기체는 수소뿐만 아니라 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌과 분해되지 않은 프로판이 배출되었다. 수소를 제외한 여타 가스들은 고온에서 실험을 할수록 몰비가 줄어들었다. 고온에서 프로판의 전환율과 수소 수득률이 증가하였다. 프로판 분해 실험 전후의 카본블랙 표면의 변화는 FE-TEM으로 관측하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 추계학술발표논문집
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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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제9권2호
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• pp.487-492
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• 2008

본 논문은 유동층반응기에서 메탄 열분해에 의한 수소 생산과 탄소 생성에 대한 연구를 수행하였다. 환경에 대한 영향을 최소화한 상태에서 one-step에 의한 메탄의 전환반응을 메탄 분해촉매활성에 영향을 미치는 인자에 대하여 연구하였다. 측정된 압력요동특성치의 해석을 통하여 유동층 열분해촉매의 유동화현상을 측정하였으며, 유동화특성에 따른 메탄열분해능을 측정하였다. 메탄의 분해능는 생성되는 수소의 농도로부터 측정하였다. 유동층의 특성인 층내 입자 이동성, U-Umf, 마모, 비산유출, 유동화가스의 효율밀도에 따른 분해효율에 미치는 영향을 고찰하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2008년도 춘계학술발표논문집
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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.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1998년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.173-176
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• 1998

FCC (Fluid Catalystic Cracking) 장치는 중질유의 원유와 잔사유로부터 가솔린과 heating oil. 디젤연료 제조 등에 사용되고 있다. 이 장치는 50년 동안 fine-powder 유동화에 중요하게 응용되고 있으며, 현재 세계적으로 약 350여 개의 장치가 조업되고 있다. FCC 장치에서 미세한 분해촉매는 촉매에 의한 중질유의 분해가 일어나는 상승관 (riser)과 촉매의 재생이 일어나는 재생반응기(regenerator) 사이에서 높은 속도로 순환되고 있다. (중략)

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권4호
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• pp.382-386
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• 2006

볏짚은 국내에서 유용한 재생 가능한 바이오매스이다. 유동층과 char 분리 장치가 구비된 벤치 규모 급속 열분해 장치와 제올라이트 촉매를 이용하여 볏짚으로부터 바이오 오일의 생산에 대한 실험을 수행하였다. 본 연구는 제올라이트 촉매의 첨가에 따른 볏짚의 열분해 생성물의 분포와 바이오 오일의 화학적 구성을 알아보기 위한 것이다. 볏짚의 촉매 열분해 결과 무촉매 열분해에 비해 기체, char 성분은 증가하고 액체 성분은 감소하였다. 또한, 오일 중 수분이 탈산소의 영향으로 증대된 결과를 가져왔다. 촉매 열분해의 경우 오일 성분 중의 aromatics 성분이 증대되었고 발열량이 증가하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.175-188
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• 2023

화석연료를 대체할 수 있는 친환경 미래 에너지로 수소에너지에 대한 전세계적 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 미생물, 원자력 등을 이용한 차세대 수소 생산 기술이 개발되고 있으나, 화석연료 기반의 수소 생산 비용을 뛰어 넘기에는 아직 많은 시간과 노력이 필요한 상황이다. 화석연료 기반의 수소 생산 과정에서 온실가스의 배출량을 최소화 할 수 있는 방안으로 메탄 직접분해 반응 기술이 최근 관심을 모으고 있다. 공정의 경제성 향상을 위해서 수소 생산과 동시에 생산된 탄소물질의 고부가화 대한 연구가 필수적이며, 고부가 탄소 물질 중 하나인 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)의 품질 및 수율 등과 관련한 촉매반응 연구가 지속되어 왔다. 또한 공정기술 측면에서, 연속적인 생산이 가능하며 기체-고체 접촉 효율이 좋은 유동층 공정을 적용시켜 생산성과 경제성을 확보하고자 하는 연구가 시도되었다. 최근 유동층을 이용한 메탄 직접분해 반응기술은 수소 270 kg/day, 탄소 1000 kg/day의 생산이 가능한 정도의 기술 개발이 진행되었으며, 향후 촉매 재활성화, 분리 및 재순환 기술 등이 개발되면 공정의 효율이 크게 제고될 것이다. 이에 본 총설에서는 메탄 직접 분해에 활용되는 촉매 및 유동층 메탄 열분해 기술의 최근 연구들을 고찰하였다.

• 청정기술
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• 제29권3호
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• pp.185-192
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• 2023

본 연구는 '열매체 및 가스 순환형 열분해 시스템' 개발 목적으로 열분해 실험을 진행하기 전, 공정 모사용 기본 데이터 확보를 위해 수행되었다. 폐플라스틱 대체 물질로 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)을 열분해 시료로 사용하였으며, 본 시스템에서 열전달 매체로 활용되는 유동사(이하 sand)를 사용하였다. 촉매 열분해 실험을 수행하기 위해 Mn계 물질(이하 Mn)을 촉매로 선택하였으며, sand에 담지하여 촉매 열분해 실험을 수행하였다. 열중량 분석기(Thermogravimetric analyzer, TGA)를 이용하여 PP의 기본 물성을 분석하였고, 질소 분위기 600℃ 조건에서 촉매 열분해를 통해 액상 오일을 생성하였다. 생성된 액상 오일은 GC/MS 분석을 통해 탄소 수 분포를 확인하였다. 본 연구에서는 Mn 담지 유무와 함량 변화에 따른 액상 오일 수율과 오일 내 탄화수소 분포에 미치는 영향을 조사하였다. Mn/sand를 이용하면 sand를 단독으로 활용한 열분해와 비교하여 잔여물이 감소하고 오일 수율이 증가하였다. 또한 Mn 함량 증가에 따라 액상 오일 내 C₆~C₉ 범위 휘발유 비율이 점차 증가하였으며, 오일 내 C₁₀보다 탄소 수가 큰 경유 및 heavy 오일 분포가 감소하는 것으로 확인되었다. 종합하면, Mn을 촉매로 활용하고 함량 변화를 통해 액상 오일 회수량을 증가시키고 생성물 내 휘발유 비율을 증가시킬 수 있을 것으로 판단하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.791-793
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• 2009

Hydrogen has been recognized of the energy source for the future, in terms of the most environmentally acceptable energy source. A pressurized fluidized bed reactor made of carbon steel with 0.076 m I.D. and 1.0 m in height was employed for the thermocatalytic decomposition of methane to produce amount of $CO_2$ - free hydrogen with validity from a commercial point of view. The fluidized bed was proposed for withdrawing of product carbons from the reactor continuously. The methane decomposition rate with the carbon black N330 catalyst was rapidly reached a quasi-steady state and remained for several hour. The methane thermocatalytic decomposition reaction was carried out at the temperature range of 850 - 950 $^{\circ}C$, methane gas velocity of 2.0 $U_{mf}$ and the operating pressure of 1.0 -3.0 bar. Effect of operating parameters such as reaction temperature, pressure on the reaction rates was investigated and predicted the effect of a change in conditions on a chemical equilibrium thermodynamically, according to Le Chatelier's principle.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.81-85
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• 2007

A fluidized bed reactor is made with quartz. The size of FBR is 0.055 m I.D. and 1.0 m in height. The FBR was employed for the thermocatalytic decomposition of propane to produce hydrogen without $CO_{2}$. The fluidized bed was proposed for the continuous withdraw of product carbons from the reactor. Carbon black DCC-N330 is used to decompose the propane gas. The propane decomposition reaction over carbon black catalyst in a fluidized bed reactor was carried out the temperature range of 600 ${\sim}$ 800 $^{\circ}C$, propane gas velocity of 1.0 ${\sim}$ 4.0$U_{mf}$($1U_{mf}$ = 0.61cm/s) and the catalyst loading of 100 ${\sim}$ 200g. Production of $H_{2}$ such as other reaction temperature, gas velocity, catalytic loading on the reaction rates was investigated. The carbon depositied on the catalyst surface was observed by FE-SEM. The particle size of the carbon black was observed by Particle size analyzer. Resulting production in the experiment was not only hydrogen but also several by-products such as methane, ethylene, ethane, and propylene.