Yurim Kim;Seulgi Lee;Sungyup Jung;Jaewon Lee;Hyungtae Cho
Korean Chemical Engineering Research
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v.62
no.1
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pp.36-43
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2024
Fishing net waste (FNW) constitutes over half of all marine plastic waste and is a major contributor to the degradation of marine ecosystems. While current treatment options for FNW include incineration, landfilling, and mechanical recycling, these methods often result in low-value products and pollutant emissions. Importantly, FNWs, comprised of plastic polymers, can be converted into valuable resources like syngas and pyrolysis oil through pyrolysis. Thus, this study presents a process for generating high-purity hydrogen (H2) by catalytically pyrolyzing FNW in a CO2 environment. The proposed process comprises of three stages: First, the pretreated FNW undergoes Ni/SiO2 catalytic pyrolysis under CO2 conditions to produce syngas and pyrolysis oil. Second, the produced pyrolysis oil is incinerated and repurposed as an energy source for the pyrolysis reaction. Lastly, the syngas is transformed into high-purity H2 via the Water-Gas-Shift (WGS) reaction and Pressure Swing Adsorption (PSA). This study compares the results of the proposed process with those of traditional pyrolysis conducted under N2 conditions. Simulation results show that pyrolyzing 500 kg/h of FNW produced 2.933 kmol/h of high-purity H2 under N2 conditions and 3.605 kmol/h of high-purity H2 under CO2 conditions. Furthermore, pyrolysis under CO2 conditions improved CO production, increasing H2 output. Additionally, the CO2 emissions were reduced by 89.8% compared to N2 conditions due to the capture and utilization of CO2 released during the process. Therefore, the proposed process under CO2 conditions can efficiently recycle FNW and generate eco-friendly hydrogen product.
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.
Park, Sang-Eun;Song, U-Seok;Kim, Yu-Seok;Song, In-Gyeong;Lee, Su-Il;Park, Jong-Yun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.02a
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pp.615-615
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2013
탄소나노튜브(carbon nanotubes; CNT)는 강철보다 10~100배 견고할 뿐만 아니라 영률과 탄성률 은 각각 1.8 TPa, 1.3 TPa에 달하는 매우 우수한 기계적 강도를 지니고 있으며, 구리보다 좋은 전기 전도도와 다이아몬드의 2배에 이르는 열전도도를 지닌 물질이다. 이러한 탄소나노튜브의 우수한 특성을 이용하여 나노섬유, 고분자-탄소나노튜브의 고기능 복합체, 나노소자, 전계방출원(field emitter), 가스센서 등 다양한 분야로의 활용을 위한 연구가 진행되고 있다. 특히, 수백 ${\mu}m$ 이상의 길이로 수직 성장된 탄소나노튜브(VA-CNTs)의 합성은 길이 대 직경의 비(aspect ratio)가 비약적으로 증가하여 앞서 언급한 분야로의 활용이 더욱 유리하며, 그 중에서도 대량 생산, 나노섬유 및 나노복합체로서의 활용에 극히 유용하다. 최근에는 열 화학기상증착(thermal chemical vapor deposition; TCVD)법을 이용하여 탄소나노튜브의 구조를 제어하는 연구들이 많이 보고되고 있다. 열 화학기상증착을 이용한 수직 정렬된 탄소나노튜브의 합성에서 합성조건의 변화는 탄소나노튜브의 길이, 벽의 수, 직경, 결정성 등 구조에 큰 영향을 미친다. 탄소나노튜브는 이러한 구조에 따 라 물리적 특성이 달라지기 때문에 다양한 분야로의 응용을 위해서는 합성에 대한 근본적인 이해 가 절실히 요구된다. 본 연구에서는 열 화학기상증착법을 이용한 합성에서 성장압력의 변화에 따른 탄소나노튜브의 구조적 특성을 조사하였다. 성장압력의 변화는 탄소나노튜브의 밀도, 길이, 결정성에 큰 영향을 미치는 것을 주사전자현미경과 라만분광법을 이용하여 확인하였다. 이러한 결과 는 탄소나노튜브 박막(CNT forest)의 가장자리(edge)에 비정질 탄소(amorphous carbon)의 흡착으로 인한 나노튜브사이의 간격(intertube distance)이 좁아짐에 따른 가스공급 차단 효과로 설명이 가능 하다. 또한, 마이크로웨이브 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 탄소나노튜브를 합성하였다. 합성과정 중 산소(O2)를 주입 하였을 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여 성장 속도가 증가하여 3시간 합성 시 2 mm가 넘는 수직 정렬된 탄소나노튜브를 합성 할 수 있었다. 이러한 결과는 과잉 공급 되어 탄소나노튜브로 합성되지 못하고 촉매금속의 표면과 탄소나노튜브의 벽에 비정질의 형태로 붙어있는 탄소 원자들을 추가 주입해 준 산소에 의하여 CO 또는 CO2 형태로 제거해 줌으로써 활성화된 촉매금속의 반응 시간을 향상 시켜주어 탄소공급이 원활하게 이루어졌기 때문이라 생각된다.
Coal gasification process, which had developed originally to convert coal from hydrogen and carbon monoxide, has used and developed in many countries because of environmental advantages such as carbon dioxide storage, decrease of pollutants and so on. Generally entrained-flow gasification process using pulverized coal under $75{\mu}m$ is used in Integrated Gas Combined Cycle(IGCC) because of easy scale up and high efficiency of energy conversion. Especially entrained-flow gasifers with coal water slurry have been used in many applications due to its fully developed technologies. In this paper, several technologies for coal-water slurry gasification that involves slurry preparation, burner, gasifier, slag melting and numerical simulation for plant design and operation were investigated. Entrained-flow gasification with coal water slurry can be used for synfuel production, SNG, chemicals as well as IGCC. To develop hybrid gasification process and use different types of coal, it is necessary to develop new technologies that will increase efficiency of the process.
Je, Han-Sol;Cha, Kwang-Seo;Kim, Hong-Soon;Lee, Young-Seak;Park, Chu-Sik;Kim, Young-Ho
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.21
no.1
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pp.50-57
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2010
Stepwise production of syn-gas and hydrogen from methane on ferrite based media added with yttria-stabilized zirconia (YSZ) was carried out using a fixed bed infrared reactor. In this study, all M-ferrite (M=Co, Cu, Mn and Ni) media were prepared by co-precipitation method, and there the YSZ was added as a binder to improve thermal stability, reactivity, and resistance against carbon deposition. Most of the ferrite media containing YSZ showed the good redox property for temperature programmed reduction/oxidation (TPR/O) tests. Notably, the Cu-substituted ferrite medium with YSZ showed the great resistance against carbon deposition as well as the good reactivity for the stepwise production of syngas and hydrogen. Furthermore, it also showed the good durability without significant deactivation during five repeated cyclic tests.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.54
no.3
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pp.75-80
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2012
Gasification is a therm-chemical conversion process to convert various solid fuels into gaseous fuels under limited supply of oxygen in high temperature environment. Considering current availability of biomass resources in this country, the gasification is more attractive than any other technologies in that the process can accept various combustible solid fuels including plastic wastes. Mixed fuels of biomass and polyethylene pellets were used in gasification experiments in this study in order to assess their potential for synthesis gas production. The results showed that higher reaction temperatures were observed in mixed fuel compared to woodchip experiments. In addition, carbon monoxide, hydrogen, and methane concentrations were increased in the synthesis gas. Heating values of the synthesis gas were also higher than those from woodchip gasification. There are hundred thousand tons of agricultural plastic wastes generated in Korea every year. Co-gasification of biomass and agricultural plastic waste would provide affordable gaseous fuels in rural society.
Purpose: In $^{18}F$-FDG automated synthesizer, deliver is done in automated mode after synthesis until the dispenser. After the delivery, the yield is calculated from the radioactivity which was read by the dose calibrator located in the dispenser. However, when the distance between the automated synthesizer and the dispenser is far, there are $^{18}F$-FDG residues, which results in loss of the amount of $^{18}F$-FDG. This study investigated the usefulness of a method that minimizes $^{18}F$-FDG residues. Materials and Methods: The structure of the tubing between the (TRACERlab Mx FDG; GE.) and the dispenser is that the distance is 8 m and the internal diameter is 1/16 inch. The synthesis process of The module goes through the synthesis process of trap, synthesis, delivery in the automated module. The time taken for synthesis is about 25 to 26 minutes, after which rinsing is done. However, after rinsing, as the distance of the tubing increased, there were 10~13% of $^{18}F$-FDG residues. Therefore, a method of using push syringe and $N_2$ gas in manual mode to minimize $^{18}F$-FDG residues is analyzed. Results: In manual mode, there were $^{18}F$-FDG residues of 4~5% for the push syringe, and there were $^{18}F$-FDG residues of less than 1% for the $N_2$ gas, which showed that the method using $N_2$ gas had superior usefulness. Also, there were no $^{18}F$-FDG residues in the cleaning the next day. Conclusion: The distance between the synthesizer and the dispenser needs to be reduced as much as possible, to reduce the rate of loss of $^{18}F$-FDG resulting from the distance of the tubing. However, in case the distance between the synthesizer and the dispenser has to be increased due to the system structure, using push syringe and $N_2$ gas simultaneously is a useful method for minimizing $^{18}F$-FDG residues.
본연구에서는 GTL(gas to liquids)공정의 합성가스 생산을 위해 수증기-이산화탄소 복합개질반응(Combined Steam and Carbon dioxide Reforming of Methane, CSCRM)을 수행하였다. CSCRM은 수증기와 이산화탄소의 공급비 조절을 통해 $H_2$/CO비를 2로 맞추기 용이한 장점을 지니고 있어 다른 단일 개질 반응과 달리 합성가스 생산 시 $H_2$/CO 비율을 조절하기 위한 부가적인 공정이 필요하지 않아 경제적인 공정이다. 일반적으로 사용되는 Ni개질촉매는 가격대비 우수한 성능을 보이지만 S/C비가 낮은 CSCRM의 경우 촉매표면의 탄소침적에 의한 비활성화가 야기되는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 산소저장능력과 산소전달능력이 우수한 $CeO_2$를 조촉매로 첨가하여 표면에 형성된 코크 제거가 용이하도록 하였다. Ni-Ce/$MgAl_2O_4$촉매는 동시함침법(co-impregnation)으로 제조하였으며, Ni의 함량을 10wt%로 고정한 상태에서 Ce의 함량을 조절하여 Ce/Ni 최적비를 찾고자 하였다. XRD, TPR, BET, $H_2$-Chemisorption과 같은 촉매의 특성분석을 통해 촉매의 비표면적, 환원특성과 Ni입자의 분산도 등을 확인하였다. Ce를 첨가함에 따라 Ce2.5wt%까지는 비표면적이 증가하다가 이후 점차 줄어드는 경향성을 보였다. 또한, $H_2$-Chemisorption 결과 역시 비표면적과 유사한 경향성을 보였는데, Ce5.0wt%까지 Ni 분산도가 증가 하다가 다시 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반응실험은 $H_2O:CO_2:CH_4:N_2$ = 0.8:0.4:1:1의 공급조건에서 수행하였으며, 질소와 수소 환원분위기로 $700^{\circ}C$에서 1시간 환원 후 $650^{\circ}C$에서 $550^{\circ}C$범위로 온도를 떨어뜨려가면서 반응을 수행하였다. Ce를 첨가함에 따라 $CH_4$ 전환율이 증가를 하다가 Ce2.5wt% 이후 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 높은 촉매 활성은 Ce 첨가로 인해 환원특성이 좋아지고 Ni분산도가 증가하여 담체와 강한 상호작용(SMSI)을 형성함으로 탄소침적 저항성 강화에 기인한 것이다.
The purpose of this study is to investigate the optimal condition for the hydrogen-rich gas production and the CO removal by reforming of gliding arc plasma reforming system using biogas. The parametric screening studies were carried out according to changes of steam feed amount, catalyst bed temperature in water gas reactor and catalyst bed temperature, input air flow rate in preferential oxidation reactor. The standard condition is as follows. The steam/carbon ratio, catalyst bed temperature, total gas flow rate, input electric power and biogas composition rate ($CH_4$ : $CO_2$) were fixed 3, $700^{\circ}C$, 16 L/min, 2.4 kW and 6 : 4, respectively. The results are as follow, HTS optimum operating conditions were S/C ratio of 3 and reactor temperature of $500^{\circ}C$. LTS were S/C ratio of 2.9 and temperature of $300^{\circ}C$. Also, PROX I optimum conditions were input air flow rate of 300 mL/min and reactor temperature of $190^{\circ}C$. PROX II were 200 mL/min and $190^{\circ}C$ respectively. After having passed through each reactor, the results were as follows: 55% of $H_{2}$ yield, 0% of CO selectivity, 99% of $CH_4$ conversion rate, 27% of $CO_2$ conversion rate, respectively.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.32
no.4
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pp.712-717
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2015
In this study, the experiment of CO production was performed using carbon dioxide and coal. The synthesis characteristics of CO gas was investigated using the chemical activation method of KOH. The preparation process has been optimized through the analysis of experimental variables such as activating chemical agents to coal ratio, the flow rate of gas and reaction temperature during $CO_2$ conversion reaction. Without the catalyst of KOH, the 66.7% of $CO_2$ conversion was obtained at the conditions of $T=950^{\circ}C$ and $CO_2$ flow rate of 300 cc/min. On the other hand, the 98.1% of $CO_2$ conversion was obtained using catalyst of KOH at same conditions. It was found that the feed ratio(Coal : KOH = 4 : 1) had better $CO_2$ conversion and CO selectivity than other feed ratios.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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