• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.205.1-205.1
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• 2010

국내에서 발생하는 생활폐기물 발열량이 최근 3,000 kcal/kg 정도를 웃돌고 있고 사업장 폐기물의 경우는 4,000~7,000 kcal/kg 정도로 높아 이러한 가연성 폐기물 들은 자원화하여 에너지원으로 사용가능하다. 폐기물 자원화 기술의 하나인 가스화 기술을 적용하면 폐기물 내의 가연분은 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스로 전환되어 화학원료 또는 발전원료로서 활용이 가능하다. 본 연구에서는 합성가스의 다양한 활용분야 중에서도 메탄올과 CO의 합성을 통해 얻어지는 초산제조 공정에서 폐기물의 가스화를 통해 발생되는 합성가스 내의 CO를 적용하여 기존 초산제조공정에서 필요한 CO를 생산하기 위해 소모되는 고가의 납사 원료를 절감하고자 하는 방안이 검토되고 있다. 초산은 CO와 메탄올($CH_3OH$)을 금속이온계 귀금속촉매 상에서 메탄올카본닐레이션(Methanol carbonylation)반응으로부터 합성되는 것으로, 초산에스테르, 염료, 안료, 의약품 등의 원료로 사용되는 화학원료이다. 일반적으로 초산을 제조하기 위해 사용되는 CO를 생산하기 위하여 납사(Naptha)를 가스화하는 부분산화공정을 이용하거나 촉매를 사용한 Steam reforming공정을 적용하고 있는데, 가스화 및 Steam reforming의 원료가 되는 납사가 고가이고, 원유가가 상승하면 납사의 가격도 상승할 수 있고, 결국 초산제조 비용의 상승을 초래할 수 있다. 폐기물의 가스화를 통해 발생하는 합성가스 내의 CO를 활용하여 초산제조의 원료로 사용할 수 있다면 초산제조 공정에서의 CO 제조 비용 절감 및 폐기물 자원화의 효과를 동시에 달성할 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 초산제조의 원료로 폐기물의 가스화를 통해 발생한 합성가스 내의 CO를 적용가능성을 검토하기 위하여 사업장 폐기물 및 사업장폐기물과 폐유, 건조슬러지 등을 혼합한 복합폐기물의 가스화를 통해 CO의 발생 특성을 분석하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.20 no.4
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• pp.391-395
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• 2009

For the conversion of domestic waste-wood into energy, a fixed bed gasifier ($0.9 m{\times}2.4 m$) having the capacity of 2 ton/day was designed and constructed. The dual knife valve was used to feed waste-wood of which size was 3~5 cm and a rotary stoker system was installed in the bottom of gasifier. The pilot gasification system consisted of feeding system, fixed bed gasifier, gravity fine particle collector, heat exchanger for syngas cooling, ID fan, and cooling tower. The operation temperatures of gasifier were $700{\sim}1000^{\circ}C$ and the concentrations of syngas were CO: 25~40 vol%, $H_2$: 7~12 vol%, $CH_4$: 2~4 vol%, $CO_2$: 12~24 vol%. The calorific value of syngas was $1100{\sim}1500kcal/Nm^3$ and was enough to be applied in the industrial combustor. Also the gas engine was operated by using syngas from biomass gasifier and produced 1~4 kW of power.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.19 no.5
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• pp.466-470
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• 2008

The objective of this study is to convert methane into hydrogen using a nanoporous catalyst in the $CO_2$ containing syngas generated from the gasified waste. For the purpose, $Ni/Al_2O_3$ catalyst was prepared with the one-pot method. According to analyses of the catalyst, three dimensionally linked sponge shaped particles were created and the prepared nanoporous catalysts had larger surface area and smaller particle size and more uniform pores compared to the sphere shaped commercial catalyst. The catalyst for reforming reaction gave the highest $CH_4$ conversion of 91%, and $CO_2$ conversion of 92% when impregnated with 16 wt% of Ni at the reaction temperature of $750^{\circ}C$. At that time, the prepared catalyst remarkably improved the $CH_4$ and $CO_2$ conversion up to 20% compared to the commercial one.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.23 no.5
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• pp.493-502
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• 2012

Syngas laminar burning velocity measurements were carried out at atmospheric pressure and ambient temperature using the Bunsen flame configuration with nozzle burner as a fundamental study on flame stability of syngas fuel. Representative syngas mixture compositions ($H_2$:CO) such as 25:75%, 50:50% and 75:25% and equivalence ratios from 0.5 to 1.4 have been conducted. Average laminar burning velocities have been determined by the stabilized nozzle burner flames using the angle method, radical surface area method and compared with the data obtained from the other literatures. And the results of each experimental methodologies in the various composition ratios and equivalence ratios were coincided with the result of numerical simulation. Especially, it was confirmed that there was necessary to choice a more accurate measurement methodology even the same static flame method for the various composition ratios of syngas fuel including hydrogen. Also, it was reconfirmed that the laminar burning velocities gradually increased with the increasing of hydrogen content in a fuel mixture.

• Journal of Energy Engineering
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• v.7 no.1
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• pp.7-16
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• 1998

Numerical computations were performed for the gasification of five different coals such as Lewis-Stockton bituminous, Utah bituminous. Illinois #6 bituminous, Usibelli sub-bituminous and Beulah-Zap lignite, to assess the effect of variation in oxygen to coal ratio and steam to coal ratio on reactive flow fields within an axisymmetric, entrained-flow gasifier. The concentrations of major products, CO and $H_2$, were calculated with varying oxygen to coal ratio(0.7~1.4) and steam to coal ratio. To verify the validity of predictions, the predicted and the measured values of CO and $H_2$ concentrations at the exit of the gasifier were compared for Roto coal. Reasonable agreement was obtained between the predicted and measured values. Predictions showed that the (CO+H_2$) concentration increased gradually to its maximum value with increasing oxygen-coal ratio, and CO concentration decreased, but $H_2$ concentration increased to some extent with increasing steam-coal ratio. When the oxygen-coal ratio was between 1.0 and 1.2, and the steam-coal ratio was between 0.3 and 0.4, high values of the cold-gas efficiency were obtained.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.72-72
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• 2011

국내 및 세계의 천연가스 수요가 증가하고, 원유가 상승에 의한 천연가스의 지속적인 가격상승이 예측됨에 따라 천연가스의 99%를 수입에 의존하는 우리나라의 에너지 안보 확보 방안을 위한 기술개발이 필요하다. 국내에서 천연가스를 확보할 수 있는 현실적인 방법중의 하나는 석탄가스화를 통해 얻어진 합성가스를 이용하여 SNG(synthetic Natural Gas, 합성천연가스)를 제조하는 것이다. 본 연구에서는 다양한 석탄, 다양한 석탄 가스화기를 적용하는 경우에 대한 CASE별 공정해석을 수행하여 각 경우의 SNG 생산 특성을 파악하였다. 석탄의 종류는 역청탄, 아역청탄, 갈탄을 대상으로 하였으며, 역청탄을 사용하는 경우는 General Electric Energy(GEE), Shell Global Solutions(Shell), ConocoPhillips(CoP)사의 가스화기를, 아역청탄을 사용하는 경우는 KBR의 TRIG$^{TM}$, Siemens사의 SFG, Shell, CoP 가스화기를, 갈탄을 사용하는 경우는 Shell, Siemens 가스화기를 적용하였다. 사용한 석탄과 석탄가스화기에서 발생된 합성가스 조성은 NETL에서 발행된 보고서에 제시된 수치들을 활용하였다. 역청탄을 사용하고 CoP 가스화기를 적용한 경우, SNG 합성공정에 유입되는 유량이 100 Nm3/h 일 때, 생산되는 SNG의 조성은 $CH_4$ 96.26%, $H_2$ 1.49%, $CO_2$ 0.69%, CO 0.004% 이고 생산유량은 24 Nm3/h 였다. SNG 효율을 SNG 합성공정에 공급되는 합성가스 열량 대비 최종 생산되는 SNG의 열량을 기준으로 하고, 각 CASE 별 SNG 효율을 살펴보면, 역청탄을 대상으로 한 경우 GEE 74.05%, CoP 76.65%였다. 아역청탄을 대상으로 한 경우 TRIG 78.14%, Siemens 71.22%, CoP 75.72%였고, 갈탄을 대상으로 하는 경우 Shell 71.48%, Siemens 71.49%였다. 역청탄을 사용하는 경우는 CoP 가스화기를 대상으로 한 경우 SNG 효율 및 생산량이 가장 높았고, 아역청탄을 사용하는 경우는 TRIG 가스화기를 대상으로 한 경우의 SNG 효율 및 생산량이 높았다. 갈탄을 사용하는 경우는 Shell 가스화기와 Siemens 가스화기가 거의 비슷한 결과를 나타내었다. $$SNG\;efficiency({\eta})={\frac{Q_B}{Q_A}}={\frac{Q_{SNG}(kcal/h)}{Q_{Syngas}(kcal/h)}}{\times}100(%)$$.

• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.13 no.1
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• pp.9-16
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• 2010

In the power generation industry, various efforts are needed to cope with tightening regulation on carbon dioxide emission. Integrated gasification combined cycle (IGCC) is a relatively environmentally friendly power generation method using coal. Moreover, pre-combustion $CO_2$ capture is possible in the IGCC system. Therefore, much effort is being made to develop advanced IGCC systems. However, removal of $CO_2$ prior to the gas turbine may affect the system performance and operation because the fuel flow, which is supplied to the gas turbine, is reduced in comparison with normal IGCC plants. This study predicts, through a parametric analysis, system performances of both an IGCC plant using normal syngas and a plant with $CO_2$ capture. Performance characteristics are compared and influence of $CO_2$ capture is discussed. By removing $CO_2$ from the syngas, the heating value of the fuel increases, and thus the required fuel flow to the gas turbine is reduced. The resulting reduction in turbine flow lowers the compressor pressure ratio, which alleviates the compressor surge problem. The performance of the bottoming cycle is not influenced much.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.106.1-106.1
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• 2010

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.58 no.3
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• pp.362-368
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• 2020

Syngas can be used as raw material for chemical and fuel production. Currently, many studies on syngas production from gasification of biomass have been conducted. Kenaf is a promising renewable resource with high productivity and CO₂ immobilization. This study developed a large-scale kenaf gasification process based on the experimental data, and evaluated the techno-economic feasibility, which consists of three steps (integrated process design, heat exchanger network design, techno-economic assessment). The minimum selling price of syngas is US$ 9.55/GJ, and it is lower than current market price of syngas.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.20 no.12
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• pp.804-815
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• 2019

Due to the depletion and environmental problems of fossil fuel, biomass has arisen as an alternative energy source. Biomass is a renewable and carbon-neutral source. However, it is moister and has lower energy density. Therefore, biomass needs thermal chemical conversion processes like gasification, and it does not only produce a flammable gas, called 'syngas', which consists of CO, H2, and CH4, but also some unwanted byproducts such as tars and some particulates. These contaminants are condensed and foul in pipelines, combustion chamber and turbine, causing a deterioration in efficiency. Thus this work attempted to find a method to remove tars and particles from syngas with a filter which adopts a pre-coating technology for preventing blockage of the filter medium. Hydrated limestone powder and activated carbon(wood char) powder were used as the pre-coat materials. The removal efficiency of the tars was 86 % and 80 % with activated carbon(wood char) coating and hydrated limestone coating, respectively.