• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.462-465
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• 2007

석탄가스화 수소생산 기술 분야는 석탄 등의 화석연료를 이용하여 고온, 고압하에서 반응가스(산소, 수증기, 수소)와의 화학적 반응을 통해 생산된 연소성 가스 ($H_2$, CO, $CO_2$ 등)를 전환반응(WGS) 및 분리반응을 거쳐 효율적으로 청정하게 수소를 생산해 내는 기술이다. 전력산업에서 석탄가스화 수소생산은 그 사용 방법(연료전지, 수소 터빈, 분산 이용 등)에 따라 발전시스템의 고효율화를 지향하고, zero-emission을 실현하는 첨단 발전 시스템의 종합 구현을 목표로 하고 있으며, 더불어, 도래하는 수소 경제로의 전이에 대비에 석탄을 이용한 중앙(Central) 수소생산 시스템을 구현하여 이송 및 전환을 통한 지역적 분산 이용을 가능케 하는 종합적인 인프라를 구축하는 기술이다. 본 기술에는 석탄가스화 기술, 수성가스 전환기술, 수소/$CO_2$ 분리기술, 이송용 연료 전환기술 등이 포함된다. 석탄가스화 수소생산 기술은 급등하는 오일 가격과 이의 수입사용 증가에 대응하기 위한 에너지 안보 대책 마련 및 효율 극대화의 필요성과 더불어, 전력산업에서 화력 발전시스템의 궁극적 실현 목표인 고효율, 초청정의 전력생산 시스템의 구현을 가능케 하여, 향후 화석 연료를 이용한 미래 발전 기술을 선도 할 것으로 기대된다. 더불어, 수소 경제로의 전환 시 수소 수요의 급팽창에 대비한 경제적인 대규모 수소생산 기술의 개발이 필요하며, 이에 기술 실현성이 가장 높은 석탄가스화 수소생산 기술의 개발 구현이 요구된다.

• Membrane Journal
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• v.21 no.3
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• pp.290-298
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• 2011

The influence of co-existing gases on the hydrogen permeation was studied through a Pd-coated $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane. The hydrogen permeation characteristics of Pd-coated $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane have been investigated in the pressure range 1-3 bar under pure hydrogen and hydrogen mixture gas with carbon dioxide and carbon monoxide at $450^{\circ}C$. Preliminary hydrogen permeation experiments have been confirmed that hydrogen flux was $5.36mL/min/cm^2$ for a Pd-coated $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane (thick: 0.5 mm) using pure hydrogen as the feed gas. In addition, hydrogen fluxes were 4.46, 5.20, $3.91mL /min/cm^2$ for$V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane using $H_2/CO_2$, $H_2/CO$ and $H_2/CO_2/CO$ as the feed gas respectively. Therefore, the hydrogen permeation flux decreased with decrease of hydrogen partial pressure irrespective of temperature and pressure when $H_2/CO_2$, $H_2/CO$ and $H_2/CO_2/CO$ mixture applied as feed gas respectively and permeation fluxes were satisfied with Sievert's law in different feed conditions. It was found from XRD results after permeation test that the Pd-coated $V_{53}Ti_{26}Ni_{21}$ alloy membrane had good stability and durability for various mixtures feeding condition.

• Clean Technology
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• v.18 no.4
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• pp.360-365
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• 2012

With rapid increase in municipal solid waste (MSW) due to the rising economy, solid waste gasification emerges as one of the promising technologies. Separation of the carbon monoxide (CO) and hydrogen ($H_2$) from syngas obtained by gasification of MSW was studied using the polyamide composite membrane. The separation characteristics of the CO and $H_2$ were studied at different gas flow rates and stage cuts. The permeability of CO and $H_2$ along with the selectivity of $H_2$ with respect to CO was obtained. Furthermore, the Arrhenius plots were obtained to estimate the activation energies of CO and $H_2$ permeabilites.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.29 no.5
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• pp.528-532
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• 2007

The generation of high-purity hydrogen from hydrocarbon fuels is essential for efficient operation of fuel cell. In general, most feasible strategies to generate hydrogen from hydrocarbon fuels consist of a reforming step to generate a mixture of $H_2$, CO, $CO_2$ and $H_2O$(steam) followed by water gas shift(WGS) and CO clean-up steps. The WGS reaction that shifts CO to $CO_2$ and simultaneously produces another mole of $H_2$ was carried out in a two-stage catalytic conversion process involving a high temperature shift(HTS) and a low temperature shift(LTS). In the WGS operation, gas emerges from the reformer is taken through a high temperature shift catalyst to reduce the CO concentration to about $3\sim4%$ followed to about 0.5% via a low temperature shift catalyst. The WGS reactor was designed and tested in this study to produce hydrogen-rich gas with CO to less than 0.5%.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.117-117
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• 2010

석탄 가스화에서 유도된 합성가스는 합성반응 공정을 통하여 합성석유, 메탄올(& DME), 합성천연가스(SNG) 등의 다양한 화학원료를 제조할 수 있어 이의 활용이 점차적으로 확대될 것이다. 이 중 SNG 공정의 경우, 석탄가스화기에서 생산된 합성가스는 집진, 탈황, 수성가스전환($H_2$/CO 비를 조절), $CO_2$ 제거 등의 공정을 거쳐 메탄화 반응기로 유도되는데, 메탄화 반응에서 $CO_2$가 반응에 참여하면 탄소포집 및 저장(CCS)의 부담을 크게 줄일 수 있어 이에 대한 관심이 커지고 있다. 특히, 상업용으로 활용되고 있는 단열반응기를 직렬로 연결할 경우, 메탄화반응의 발열로 인한 반응기내의 온도 상승으로 $CO_2$가 생성되는데 이후의 2차 또는 3차의 단열반응기에서 $CO_2$ 수소화반응이 진행되면 최종 생성물인 메탄의 수율이 증가하며, 뿐만아니라 생성물 중 포함된 수소의 농도를 낮출 수 있는 장점을 가지게 된다. 따라서, 본 연구에서는 Ni계 촉매를 사용하여 풍부한 $H_2$ 분위기에서 Fe를 첨가하여 이의 함량이 $CO_2$ 수소화반응의 탄소 전환율과 생성되는 메탄의 수율에 미치는 영향을 고찰하였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.13 no.1
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• pp.1-11
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• 2004

Gasification is the essential technology that can meet the interim hydrogen demand of large quantity before entering the hydrogen economy. Although the hydrogen production that is based upon the pure renewable energy like wind and solar power will eventually prevail, the interim mass production of hydrogen for the next ten to twenty years will come from the technologies that can demonstrate the economic feasibility in production cost with a high potential in minimizing CO$_2$ generation and in improving plant efficiency. Particularly, feedstock such as natural gas, coal, petroleum residual oil, wastes, and biomass appears to be utilized in Korea as hydrogen source, at least during the short and medium period of time, owing to the advantage in production cost. Because one of the main reasons behind the recent hydrogen issue is the reduction requirement of CO$_2$ that would be controlled according to the climate change protocol, hydrogen production technologies must be developed to yield the minimal CO$_2$ generation.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.19 no.2
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• pp.157-160
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• 2008

The generation of high-purity hydrogen from hydrocarbon fuels is essential for efficient operation of fuel cell. In general, most feasible strategies to generate hydrogen from hydrocarbon fuels consist of a reforming step to generate a mixture of $H_2$, CO, $CO_2$ and $H_2O$ (steam) followed by water gas shift (WGS) and CO clean-up steps. The WGS reaction that shifts CO to $CO_2$ and simultaneously produces another mole of $H_2$ was carried out in a two-stage catalytic conversion process involving a high temperature shift (HTS) and a low temperature shift (LTS). In a typical operation, gas emerges from the reformer is taken through a high temperature shift catalyst to reduce the CO concentration to about 3~5%. The HTS reactor was designed and tested in this study to produce hydrogen-rich gas with CO to a range of 2~4%. The iron based catalysts (G-3C) was used for the HTS to convert the most of CO in the effluent from the partial oxidation (POX) to $H_2$ and $CO_2$ at a relatively high rate. Parametric screening studies were carried out for variations of the following variables: reaction temperature, steam flow rate, components ratio ($H_2/CO$), and reforming gas flow rate.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2005.07a
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• pp.341-346
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• 2005

펄스 도금 조건이 Co 도금층의 미세 구조 및 알칼리 $NaBH_4$ 용액의 수소발생특성에 미치는 영향을 조사하였다. 펄스 주기 및 최대전류밀도가 증가함에 따라 polyhedral 형상의 Co 결정립이 triangular형상으로 변화하였으며, 점차 결정립이 조대화 되어, 촉매 표면적이 감소하였다. 결국 알칼리 $NaBH_4$ 용액 내에서 가수분해반응에 참여하는 촉매 site가 감소하여 수소발생속도가 낮아졌다. 펄스도금시간이 증가함에 따라 Co 결정립의 크기가 점차 증가하여 촉매 표면적이 감소하였고, 가수분해반응에 참여하지 못하는 CO의 양이 증가하여 수소발생속도가 크게 감소하였다. 최대전류밀도 $0.1\;A/cm^2$, 펄스 주기 2 mS에서 10 s 동안 펄스 도금 시, $25^{\circ}C\;1\;wt.\%\;NaOH\;+\;10\;wt.\%\;NaBH_4$ 용액에서 $2140\;ml/min{\cdot}g-catalyst$의 높은 수소발생속도를 가지는 것으로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.829-831
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• 2009

폐기물, 석탄 등 다양한 시료의 가스화 반응을 통해서 발생되는 합성가스는 CO, $H_2$, $CO_2$가 주성분으로 가스엔진, 가스터빈 등의 연료로 사용하여 발전하거나 합성반응을 통해 다양한 화학원료로의 전환이 가능하다. 또한 폐기물, 석탄 등의 다양한 원료의 가스화 반응에 의해 발생한 합성가스로부터 F-T(Fischer-Tropsch) 합성을 통한 인조합성석유, Non F-T 합성을 통한 메탄올, DME(Dimethyl Ether) 등을 제조할 수 있으며, 메탄화 반응을 통해 대체천연가스(SNG, Substitute Natural Gas)로 제조하여 활용하는 방안도 가능하다. 또한 현재 상업용 규모의 수소 제조 방법 중에서 가장 경제적인 방법으로 천연가스를 개질하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스를 만든 다음 수성가스 전환, PSA(Pressure Swing Adsorption)통해 $CO_2$와 $H_2$를 분리하여 생산하고 있으나, 천연가스 가격의 상승 및 다양한 시료로부터 향후 경제성 확보가 가능한 수소 제조 방법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 석탄 가스화 및 폐기물 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터의 수소 제조 공정이 개발 및 상업화 추진되고 있다. 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통해 발생한 합성가스에 대하여 수성가스 전환 반응을 통한 수소 생산 특성 및 수성가스 전환 반응의 공간속도 변화 및 스팀주입량 변화에 따른 반응 특성을 고찰하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.206.1-206.1
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• 2010

폐기물 등을 열분해 가스화한 합성가스로부터 효과적으로 고순도의 수소를 회수하기 위하여 WGS(수성가스전환반응) 및 $CO_2$ 회수 PSA 공정을 적용하였다. 벤치스케일 열교환형 WGS반응기를 개발하여 기존 단열방식에 비하여 단순화한 반응시스템을 구축하였으며 출구 CO농도 4%대를 달성하였다. 또한 3베드로 구성된 벤치스케일의 $CO_2$ PSA운전을 수행한 결과, 2.5barg 흡착 및 진공재생단계를 적용하여 회수되는 $CO_2$의 농도가 95%이상, 회수율 80%이상을 기록하는 효율적인 $CO_2$ 회수공정을 개발하였다. 한편, 흡탈착 모사프로그램인 ADSIM을 통해서도 실험과 비교적 일치한 결과를 얻을 수 있었는데 향후 스케일업 설계자료 확보시 유용할 것으로 판단되었다.