• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권4호
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• pp.813-818
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• 2008

고체 산화물 연료전지(SOFC)에서 Ni/YSZ 음극 촉매를 이용한 내부 개질 반응 시 코크 형성에 의한 촉매 비활성화 문제점을 개선하기 위해 음극에 여러가지 조촉매(Ce, Co, Cu, Cr, Mn, Pd, K, $K_2Ti_2O_5$)들을 첨가하여 그 영향을 조사하였다. $H_2O/CH_4=1.5$ 몰비, 800의 반응 조건하에서 수증기 개질 반응을 행한 결과 전이금속산화물들은 코크형성을 억제하는 효과가 없었고 메탄전환율도 오히려 감소하였다. Potassium을 담지한 Ni/YSZ의 경우는 초기에는 뚜렷한 코크형성 억제 효과가 있었으나 반응 후 42시간이 지나면 휘발에 의한 Potassium함량 감소로 급격한 촉매활성의 저하가 일어났다. 격자 구조에 Potassium이 내장된 $K_2Ti_2O_5$를 5% 혼합한 Ni/YSZ의 경우에는 장기간 운전에도 반응 활성이 줄어들지 않아서 음극 촉매의 코크 억제용 첨가제로 적용될 수 있음을 알았다. 반응시간에 따른 촉매의 비활성화는 촉매 표면에서의 graphidic carbon의 생성 때문으로 밝혀졌다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권2호
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• pp.176-185
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• 2018

지구 온난화가 가속화됨에 따라 온실가스 감축이 보다 중요해졌다. 이산화탄소 건식 개질은 온실가스인 $CO_2$와 $CH_4$를 활용하여 부가가치가 높은 물질인 CO와 $H_2$를 얻을 수 있는 유망한 온실가스 감축 기술이다. 그러나 이 반응이 일어나는 반응기의 운전 중에 심각한 코킹 문제가 발생할 수 있다. 이산화탄소 개질반응은 매우 강한 흡열반응이기 때문에 반응기 입구 근처에서 반응 온도가 많이 떨어지면서 코크 생성을 야기시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 코크 생성이 잘 일어나지 않는 온도영역에서 반응이 일어나도록 하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 새로운 촉매 배열 방법을 이용하여 반응기 전 구간이 코크 생성이 잘 일어나지 않는 온도 영역 내에서 유지되도록 하는 설계 방법을 제안하였다. 이 설계 방법은 연료 유량, 촉매 밀도, 구간 별 출구 온도를 최적화 변수로 하여 주어진 전환율에 대하여 반응기 길이를 최소화 할 수 있는 최적화 문제를 풀도록 하여 반응기를 최적화한다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권3호
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• pp.56-61
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• 2021

본 연구에서는 극초음속 비행체의 냉각제로 사용되는 액체탄화수소 연료와 흡열 촉매의 안정적 사용을 위해 Al₂O₃와 H-ZSM-5를 stainless steel tube 내벽에 코팅하는 연구를 수행하였다. 액체탄화수소 연료의 흡열분해 반응에서 coke 생성이 불가피하며, stainless steel tube reactor를 냉각채널로 사용하게 됨에 따라 Fe, Ni 금속이 filamentous coke 생성을 유발한다. 이에 따라 stainless steel에 H-ZSM-5를 코팅함으로써, Fe과 Ni 금속이 액체탄화수소 연료에 직접 노출되는 것을 방지하고 filamentous coke 생성을 억제하고자 하였다. 또한 stainless steel과 H-ZSM-5 사이에는 Al₂O₃을 코팅하여, 부착 강도를 증진 시키고자 하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권4호
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• pp.481-486
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• 2021

극초음속 비행체의 비행 중에 발생되는 열 문제를 해결하기 위해 탑재된 연료의 분해반응 시 나타나는 흡열효과를 이용하는 냉각기술이 개발되고 있다. 본 연구에서는 HZSM-5를 촉매로 사용하여 n-dodecane 연료의 분해반응을 수행하였으며, 촉매 분해반응의 흡열효과를 극대화하고 코크생성을 억제하기 위해 촉매를 메탈폼에 코팅하였다. 반응기는 외경 1.27 cm의 스테인리스 스틸 흐름형 반응기를 사용하였다. HZSM-5를 메탈폼에 코팅한 촉매를 사용한 촉매 분해반응 결과 흡열량은 최대 2887 kJ/kg, 기상전환율은 34% 이었으며, 메탈폼의 코크생성량은 촉매를 코팅함에 따라 촉매를 코팅하지 않은 것에 비해 약 56% 감소하였다.