• Applied Chemistry for Engineering
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• v.28 no.6
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• pp.720-725
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• 2017

M(10)-Ni(5)/SBA-15(M=Ce, Nd, Sm) catalysts were prepared for the partial oxidation of methane (POM) to syngas. The catalysts were characterized by BET, TEM, and XPS. The BET-specific surface area and average pore size for M(10)-Ni(5)/SBA-15(M=Ce, Nd, Sm) were 538.8, 504.3, and $447.3m^2/g$ and 6.4, 6.8, and 7.1 nm, respectively. TEM results showed that the mesoporous hexagonol structure was formed for SBA-15, while the homogeneous dispersion of Ni and Ce particles on the surface was formed for Ce(10)-Ni(5)/SBA-15 caused by the confinment effect of SBA-15. XPS data confirmed that $Ce^{4+}$ and $Ce^{3+}$ on the surface catalyst have two oxidation states due to the lattice oxygen species ($O^{2-}$, $O^-$). The yields of POM to syngas over Ce(10)-Ni(5)/SBA-15 were 52.9% $H_2$ and 21.7% CO at 1 atm, 973 K, $CH_4/O_2=2$, $GHSV=1.08{\times}10^5mL/g_{cat.}{\cdot}h$, and these values were kept constant even after 75 h on streams. The same tendency of syngas yields was observed for M(10)-Ni(5)/SBA-15(M=Ce, Nd, Sm). These results confirm that the redox reaction of promoters including Ce, Nd, and Sm enhanced the stability and yield of catalysts.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.224.2-224.2
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• 2010

연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

• Clean Technology
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• v.21 no.3
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• pp.153-163
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• 2015

The effects of H₂O and residue SO₂ in flue gases on the activity of the Fe/zeolite catalysts for low-temperature NH₃-SCR of NO were investigated. And the addition effect of Mn, Zr and Ce to Fe/zeolite for low-temperature NH₃-SCR of NO in the presence of H₂O and SO₂ was investigated. Fe/zeolite catalysts were prepared by liquid ion exchange and promoted Fe/zeolite catatysts were prepared by liquid ion exchange and doping of Mn, Zr and Ce by incipient wetness impregnation. Zeolite NH₄-BEA and NH₄-ZSM-5 were used to adapt the SCR technology for mobile diesel engines. The catalysts were characterized by BET, X-ray diffraction (XRD), SEM/EDS, TEM/EDS. The NO conversion at 200 ℃ over Fe/BEA decreased from 77% to 47% owing to the presence of 5% H₂O and 100 ppm SO₂ in the flue gas. The Mn promoted MnFe/BEA catalyst exhibited NO conversion higher than 53% at 200 ℃ and superior to that of Fe/BEA in the presence of H₂O and SO₂. The addition of Mn increased the Fe dispersion and prevented Fe aggregation. The promoting effect of Mn was higher than Zr and Ce. Fe/BEA catalyst exhibited good activity in comparison with Fe/ZSM-5 catalyst at low temperature below 250 ℃.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.20 no.5
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• pp.431-437
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• 1976

On the condition of adequate air supply, complete removal of carbon monoxide,occurred above $650^{\circ}C$. Using catalysts, the oxidation of carbon monoxide occurred at lower temperatures; on both $MnO_2 \;and\;30%\;MnO_2-70%\;CuO\;at\;250{\circ}C,\;on\;CuO\;at\;450{\circ}C,\;on\;50%\;MnO_2-50%\;CuO\;at\;200{\circ}C,\;and\;on\;70%\;MnO_2-30%\;CuO\;at\;180{\circ}C$. Manganese dioxide (p-type) showed higher activity than cupric oxide (n-type) and a catalyst consisting of 60% $MnO_2-40%$ CuO had the highest activity of all the $MnO_2$-CuO mixture. Over the range of transitional temperature, carbon monoxide removal efficiency decreased linearly with increasing inlet carbon monoxide concentration while temperature was fixed. Residence time of gases in the catalytic reactor, in the range of 0.9 to 1.8 seconds, gave no effect on carbon monoxide conversion.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.97-97
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• 2015

전 세계적으로 화석연료의 고갈 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 신재생에너지에는 수소 에너지, 자연 에너지(태양열, 지열 등), 바이오 매스 에너지 등이 포함된다. 이 중 수소 에너지는 지구상에 풍부하게 존재하고 있는 물과 탄화수소로부터 얻어지며, 연소 시에도 다시 물을 형성하여 오염 물질을 배출하지 않는 차세대 무공해 에너지원으로써 주목을 받고 있다. 수소 제조를 위한 공정에는 수증기 개질 공정(steam reforming), 부분 산화(partial oxidation) 및 자열개질(autothermal reforming) 등이 있으며 실제로 생산되는 대부분의 수소는 탄소/수소비(1:4)가 높은 메탄($CH_4$) 가스를 이용한 메탄 수증기 개질 공정(steam methane reforming)을 통하여 제조된다. 이 때 수소 제조의 고효율화 및 저비용화를 위해서는 반응물에 대한 높은 선택도, 고활성도 및 높은 안정성을 갖는 촉매가 반드시 필요하며, 대표적으로 Ni, Pt, Ru 등이 보고되고 있다. 이러한 촉매들은 대부분 세라믹 pellet 형태로 제작되어 왔으나 열전도도가 낮고 물리적 충격에 취약하다는 단점이 존재한다. 따라서 우리는 이러한 단점을 극복하고, 촉매의 활성을 높이기 위하여 다공성 금속 합금 폼을 촉매 지지체로 도입하였다. 또한, 다공성 금속 합금 폼 표면에 촉매의 분산 및 안정성을 향상시키기 위해 지지체와 촉매 사이에 원자층 증착법을 이용하여 inter-layer를 도입하였다. 이들의 구조, 형태, 및 표면의 화학적 상태는 주사전자현미경, EDS (energy dispersive spectroscopy)가 탑재된 주사전자현미경, X-선 회절, 및 X-선 광전자 분광법을 이용하여 규명하였다. 더하여 정전압-전류 측정법 및 유도 결합 플라즈마 분광 분석기을 이용하여 전기 화학 반응을 유도하고, 반응 후 전해질의 성분분석을 통해 촉매와 지지체 간의 안정성을 평가하였다. 따라서 본 결과들은 한국진공학회 하계정기학술대회를 통해 좀 더 자세히 논의될 것이다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.31 no.3
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• pp.323-327
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• 2020

The reaction characteristics of Ni/CeO_2-X which is highly efficient at a low temperature was investigated for an application to carbon dioxide methanation process. The CeO_2-X support was obtained by the heat treatment of Ce(NO₃)₃ at 400 ℃ and the catalyst was prepared by impregnation process. The operating parameters of the experiment were the internal pressure of the reactor, the composition of oxygen, methane, and hydrogen sulfide in the inlet gas and the reaction temperature. When Ni/CeO_2-X was used for the carbon dioxide methanation reaction, the CO₂ conversion rate increased by more than 25% as the pressure increased from 1 to 3 bar. The increase was large at a low reaction temperature. When both oxygen and methane were in the inlet gas, the CO₂ conversion rate of the catalyst decreased by up to 16 and 4%, respectively. As the concentration of oxygen and methane increased, the reduction rate of the CO₂ conversion rate tended to increase. In addition, the hydrogen sulfide in the inlet gas reduced the CO₂ conversion rate by up to 7% and caused catalyst deactivation. The results of this study will be useful as basic data for the carbon dioxide methanation process.

• Clean Technology
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• v.20 no.3
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• pp.212-217
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• 2014

In order to regenerate the sulfidated desulfurization sorbent, oxygen is used as the oxidant agent on the regeneration process. The small amount of oxygen un-reacted in regeneration process is flowed into direct sulfur recovery process. However, the reactivity for $SO_2$ reduction can be deteriorated with the un-reacted oxygen by various reasons. In this study, the deactivation effects of un-reacted oxygen contained in the off-gas of regeneration process flowed into direct sulfur recovery process of hot gas desulfurization system were investigated. Sn-Zr based catalysts were used as the catalyst for $SO_2$ reduction. The contents of $SO_2$ and $O_2$ contained in the regenerator off-gas used as the reactants were fixed to 5.0 vol% and 4.0 vol%, respectively. The catalytic activity tests with a Sn-Zr based catalyst were for $SO_2$ reduction performed at $300-450^{\circ}C$ and 1-20 atm. The un-reacted oxygen oxidized the elemental sulfur produced by $SO_2$ catalytic reduction and the conversion of $SO_2$ was reduced due to the production of $SO_2$. However, the temperature for the oxidation of elemental sulfur increased with increasing pressure in the catalytic reactor. Therefore, it was concluded that the decrease of reactivity at high pressure is occurred by catalytic deactivation, which is the re-oxidation of lattice oxygen vacancy in Sn-Zr based catalyst with the un-reacted oxygen on the catalysis by redox mechanism. Meanwhile the un-reacted oxygen oxidized CO supplied as the reducing agent and the temperature in the catalyst packed bed also increased due to the combustion of CO. It was concluded that the rapidly increasing temperature in the packed bed can induce the catalytic deactivation such as the sintering of active components.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.232-232
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• 2009

최근 WGS반응용 Pt 촉매의 성능 향상을 위한 다양한 담체 및 조촉매(Promotor) 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 선행 연구결과, 입방(Cubic)구조를 가지는 $Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ 담체는 정방 입계(Tetragonal)구조를 가지는 $Ce_{0.2}Zr_{0.8}O_2$ 담체 또는 혼합산화물(Mixed oxide)구조를 가지는 $Ce_{0.5}Zr_{0.5}O_2$ 담체 보다 높은 활성과 안전성을 가진다. 이것은 촉매의 성능 향상이 Ce-$ZrO_2$의 결정구조에 의존한다는 것을 나타낸다. 따라서 WGS 반응에서 Ce/Zr 비에 따라 변화된 담체 특성이 Pt 촉매의 활성에 영향이 있을 것으로 예상되며 실험결과 1% Pt/$CeO_2$ 촉매가 가장 높은 활성을 나타내었다. 따라서 Pt/Ce-$ZrO_2$ 촉매의 성능 향상을 위해 Ce-$ZrO_2$ 담체에 조촉매인 Ni을 첨가하여 촉매적 활성을 비교하여 보았다. 촉매는 2%의 Pt과 15%의 Ni로 고정하였고 Ce/Zr 비를 제조변수로 하였다. 제조된 모든 담체는 공침법(Co-precipitation)을 사용하여 제조하였으며 $500^{\circ}C$에서 6시간 소성하였다. Pt 촉매는 함침법 (Incipient wetness impregnation)으로 담지 시켰다. 2% Pt/Ce-$ZrO_2$ 촉매와 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매는 저온영역($200^{\circ}{\sim}320^{\circ}C$)에서 비슷한 CO 전환율을 나타내었으나 고온영역($360^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$)에서는 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매가 더 높은 CO의 전환율을 나타내었다. 이것은 Ni의 영향으로 고온에서 부반응인 메탄화 반응(Methanation reaction)이 생긴 것으로 판단되어 메탄($CH_4$)의 선택도를 살펴본 결과 2% Pt/15% Ni-Ce-$ZrO_2$ 촉매가 고온영역($360^{\circ}{\sim}400^{\circ}C$)에서 급격하게 증가하는 것으로 나타나 메탄화 반응이 일어난 사실을 증명한다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.23 no.2
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• pp.176-182
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• 2012

The methane dry reforming has received the considerable attention in recent years, mainly as an attractive route to produce synthesis gas (CO, $H_2$) from green-house gases ($CH_4$, $CO_2$) for resources. However, this process has not been commercialized due to the high temperature and catalyst deactivation. In this study, Co-Ru-Zr catalysts supported on $SiO_2$ were studied for the characterization of methane dry reforming reaction and the preliminary data for process development were achieved. The crystal structure of catalysts was measured by XRD, the surface area and pore size were analyzed by BET, and the element composition of catalyst were analyzed by EDS. Conversions of methane and carbon dioxide were analyzed by GC. In addition, reaction rate constants were obtained from the reaction kinetic study and the optimum catalyst size that does not affect mass transfer from reactants was also determined. The selected pellet-type catalyst maintained activation for 720 h at $850^{\circ}C$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.57 no.4
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• pp.455-460
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• 2019

Hydrotreating catalysis refers to a various hydrogenation which saturate an unsaturated hydrocarbon, together with removing heteroatoms such as sulfur, nitrogen, oxygen, and trace metals from different petroleum streams in a refinery. Most refineries include at least three hydrotreating units for upgrading naphtha, middle distillates, gas oils, intermediate process streams, and/or residue. Among them, hydrotreating catalysis for residue are the core of the process, because of its complexity. This article reviews recent progress in tackling the issues found in the upgrading residues by hydrotreating, focusing on the chemistry of hydrodemetallization (HDM) and hydrodesulfurization (HDS). We also discuss the composition and functions of hydrotreating catalysts, and we highlight areas for further improvement.