Kim, Hyo-Gyu;Baek, Doo-San;Kim, Jae-Hyun;Lee, Seong-Won;Yoo, Ji-Oh
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.5
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pp.563-574
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2020
Currently, road tunnels and railroad tunnels are building smoke control systems to emit toxic gases and smoke from fires. Among the various smoke control systems, the transverse smoke control system has the disadvantage that air supply or exhaust is performed on only half of the cross-section, rather than air supply or exhaust on the entire cross-section of the tunnel as air is supplied or exhausted by partitioning the wind path. Therefore, this study analyzed the effect of exhaustion through numerical analysis and scaled model tests on the zoning smoke control system, which improved the limitations of the transverse smoke control system. As a result of the scaled model test, the transverse ventilation system exhibited a 25.6% smoke control rate based on the state where no smoke was controled, and zoning smoke control system showed a smoke control rate of 40.8%. In addition, as a result of numerical analysis, it was found that transverse ventilation system did not control fire smoke spreading from the tunnel and continued to spread. On the other hand, zoning smoke control system was found to be smoke controled within a certain section due to the air curtain effect and the flue gas effect.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.10
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pp.663-668
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2017
Dye waste water generated in the dye industry is categorized as hazardous waste water that requires appropriate treatment. The pilot scale experimental trials were carried out using dye waste water as an effective additive for the selective non-catalytic reduction (SNCR) of NOx in combustion flue gases. The additives were waste liquor obtained from the dye industry and several purification steps were taken to make a standardized reagents. The dye waste water was shown to possess valuable SNCR qualities (at least 87% NOx reduction efficiency) considering its availability as a waste product, which has to be strictly treated, and have little effects on CO removal. The results indicated that the NO removal efficiency increased first and then decreased with increasing temperature within $750-1150^{\circ}C$. The maximum NO reduction efficiency was approximately 87% at the optimal reaction temperature. A more than 10% increase in NO reduction was achieved in the presence of 1000 ppm Na-additives (dye waste water) compared to that without additives. The Na-based additives have also a significant promoting effect on $N_2O$ reduction and within the SNCR temperature window.
For several years lots of attempts have been made to establish the liquid membrane-based techniques for separations of gas mixtures especially containing carbon dioxide. A more effective system to separate $CO_{2}$ from flue gases, a circulatory hollow-fiber membrane absorber(HFMA) consisting of absorption and desorption modules with vacuum mode, has been considered in this study. Gas-liquid mass transfer has been modeled on a membrane module with non-wetted hollow-fibers in the laminar flow regime. The influence of an absorbent flow rate on the separation performance of the circulatory HFMA can be predicted quantitatively by obtaining the $CO_{2}$ concentration profile in a tube side. The system of $CO_{2}/N_{2}$ binary gas mixture has been studied using pure water as an(inert) absorbent. As the absorbent flow rate is increased, the permeation flux(i.e., defined as permeation rate/membrane contact area) also increases. The enhanced selectivity compared to the previous results, on the other hand, shows the decreasing behavior. It has been found obviously that the permeation flux depends on the variations of pressure in gas phase of desorption module. From an accurate comparison with the results of conventional flat sheet membrane module, the advantageous permeability of this circulatory HFMA can be clearly ascertained as expected. Our efforts to the theoretical model will provide the basic analysis on the circulatory HFMA technique for a better design and process.
Increase of $CO_2$ by using fossil fuels makes mainly global warming and the international efforts to reduce the $CO_2$ emission is being promoted. Absorption process using aqueous alkanolamine solution to remove acid components in the mixed gases has been used commercially. This method was used to remove $CO_2$ in the flue gas in recent years. $CO_2$ Absorption characteristics of several aqueous alkanolamine solutions such as MEA, DEA and AMP was studied by measuring vapor-liquid-equilibrium(VLE) and absorption velocity in this study. VLE measuring equipment, shell and reactor type, was used to acquire VLE data, equilibrium $CO_2$ pressure(${P_{CO_2}}^*$) and time at each pulse gas input. We also acquired the $CO_2$ absorption velocity by measuring the time to arrive the VLE at $40{\sim}80^{\circ}C$ and first gas input. The $CO_2$ absorption capacity of MEA 10wt% solution was higher than two alkanolamine solutions at $40^{\circ}C$ and the equilibrium $CO_2$ loading was 0.5. Absorption capacity was excellent as follows; AMP>DEA>MEA. But absorption velocity was fast as follows; MEA>AMP>DEA. Though good absorbent was considered by many variables, absorption velocity and capacity was more important factor.
The selective non-catalytic reduction(SNCR) performance is sensitive to the process parameters such as flow velocity, reaction temperature and mixing of reagent(ammonia or urea) with the flue gases. Therefore, the knowledge of the velocity field, temperature field and species concentration distribution is crucial for the design and operation of an effective SNCR injection system. In this work, a full-scale two-dimensional computational fluid dynamics(CFD)-based reacting model involving a droplet model is built and validated with the data obtained from a pilot-scale urea-based SNCR reactor installed with a 150 kW LPG burner. The kinetic mechanism with seven reactions for nitrogen oxides($NO_x$) reduction by urea-water solution is used to predict $NO_x$ reduction and ammonia slip. Using the turbulent reacting flow CFD model involving the discrete droplet phase, the CFD simulation results show maximum 20% difference from the experimental data for NO reduction. For $NH_3$ slip, the simulation results have a similar tendency with the experimental data with regard to the temperature and the normalized stoichiometric ratio(NSR).
The electrochemical CO2 reduction (ECR) to produce value-added fuels and chemicals using clean energy sources (like solar and wind) is a promising technology to neutralize the carbon cycle and reproduce the fuels. Presently, the ECR has been the most attractive route to produce carbon-building blocks that have growing global production and high market demand. The electrochemical CO2 reduction could be extensively implemented if it produces valuable products at those costs which are financially competitive with the present market prices. Herein, the electrochemical conversion of CO2 obtained from flue gases of a power plant to produce diesel and formic acid using a consistent techno-economic approach is presented. The first scenario analyzed the production of diesel fuel which was formed through Fischer-Tropsch processing of CO (obtained through electroreduction of CO2) and hydrogen, while in the second scenario, direct electrochemical CO2 reduction to formic acid was considered. As per the base case assumptions extracted from the previous outstanding research studies, both processes weren't competitive with the existing fuel prices, indicating that high electrochemical (EC) cell capital cost was the main limiting component. The diesel fuel production was predicted as the best route for the cost-effective production of fuels under conceivable optimistic case assumptions, and the formic acid was found to be costly in terms of stored energy contents and has a facile production mechanism at those costs which are financially competitive with its bulk market price. In both processes, the liquid product cost was greatly affected by the parameters affecting the EC cell capital expenses, such as cost concerning the electrode area, faradaic efficiency, and current density.
The world is striving to transition to a carbon-neutral society. It is expected that using hydrogen instead of hydrocarbon fuel will contribute to this carbon neutrality. However, there is a need for combustion technology that controls the increased NOx emissions caused by hydrogen co-firing. Flameless combustion is one of the alternative technologies that resolves this problem. In this study, a numerical analysis was performed using the 1D opposed-flow diffusion flame model of Chemkin to analyze the characteristics of flameless combustion and the chemical reaction of methane-hydrogen fuel according to its hydrogen content and flue gas recirculation rate. In methane combustion, as the recirculation rate (Kv) increased, the temperature and heat release rate decreased due to an increase in inert gases. Also, increasing Kv from 2 to 3 achieved flameless combustion in which there was no endothermic region of heat release and the region of maximum heat release rate merged into one. In H2 100% at Kv 3, flameless combustion was achieved in terms of heat release, but it was difficult to determine whether flameless combustion was achieved in terms of flame structure. However, since the NOx formation of hydrogen flameless combustion was predicted to be similar to that of methane flameless combustion, complex considerations of flame structure, heat release, and NOx formation are needed to define hydrogen flameless combustion.
1,3-Dioxolane is an exciting material that has attracted widespread interest in the chemical, paint, and pharmaceutical industries as a solvent, electrolyte, and reagent because 1,3-dioxolane is not toxic, carcinogenic, explosive, auto-flammable, and multifunctional, and due to their excellent miscibility in most organic and aqueous solvent conditions. Recently, this material has received increasing attention as a CO2-selective polymer precursor to separating CO2 from flue gas and natural gas mixtures. Poly(1,3-dioxolane) (PDXL) possesses higher ether oxygen content than polyethylene oxide (PEO), which demonstrates superior membrane CO2/N2 separation properties owing to their polar ether oxygen groups exhibiting strong affinity toward CO2. Thus, PDXL-based membranes displayed an outstanding CO2 solubility selectivity over non-polar (N2, H2, and CH4) gases. However, the polar groups of PDXL, like PEO, promote chain packing efficiency and cause polymer crystallization, thereby reducing its gas permeability, which should be improved. In this short review, we discuss the recent advancement and limitations of PDXL membranes in gas separation applications. To conclude, we provide future perspectives for inhibiting the limits of 1,3-dioxolane-based polymers in the CO2 separation process.
Kim, JongSu;Choi, SeukCheun;Jeong, SooHwa;Mock, ChinSung;Kim, DooBoem
Clean Technology
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v.28
no.2
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pp.131-137
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2022
The semiconductor process currently emits various by-products and unused gases. Emissions containing pollutants are generally classified into categories such as organic, acid, alkali, thermal, and cabinet exhaust. They are discharged after treatment in an atmospheric prevention facility suitable for each exhaust type. The main components of organic exhaust are volatile organic compounds (VOC), which is a generic term for oxygen-containing hydrocarbons, sulfur-containing hydrocarbons, and volatile hydrocarbons, while the main components of alkali exhaust include ammonia and tetramethylammonium hydroxide. The purpose of this study was to determine the combustion characteristics and analyze the NOX reduction rate by maintaining a direct combustion and temperature to process organic and alkaline exhaust gases simultaneously. Acetone, isopropyl alcohol (IPA), and propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) were used as VOCs and ammonia was used as an alkali exhaust material. Independent and VOC-ammonia mixture combustion tests were conducted for each material. The combustion tests for the VOCs confirmed that complete combustion occurred at an equivalence ratio of 1.4. In the ammonia combustion test, the NOX concentration decreased at a lower equivalence ratio. In the co-combustion of VOC and ammonia, NO was dominant in the NOX emission while NO2 was detected at approximately 10 ppm. Overall, the concentration of nitrogen oxide decreased due to the activation of the oxidation reaction as the reaction temperature increased. On the other hand, the concentration of carbon dioxide increased. Flameless combustion with an electric heat source achieved successful combustion of VOC and ammonia. This technology is expected to have advantages in cost and compactness compared to existing organic and alkaline treatment systems applied separately.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.34
no.4
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pp.223-231
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2012
The purpose of this study is to investigate basically the mechanism of heat transfer by the resolution of complex fluid flow inside a sophisticated designed screw dryer for the treatment of sewage sludge by using numerical analysis and experimental study. By doing this, the result was quite helpful to obtain the design criteria for enhancing drying efficiency, thereby achieving the optimal design of a multiple screw type dryer for treating inorganic and organic sludge wastes. One notable design feature of the dryer was to bypass a certain of fraction of the hot combustion gases into the bottom of the screw cylinder, by the fluid flow induction, across the delicately designed holes on the screw surface to agitate internally the sticky sludges. This offers many benefits not only in the enhancement of thermal efficiency even for the high viscosity material but also greater flexibility in the application of system design and operation. However, one careful precaution was made in operation in that when distributing the hot flue gas over the lump of sludge for internal agitation not to make any pore blocking and to avoid too much pressure drop caused by inertial resistance across the lump of sludge. The optimal retention time for rotating the screw at 1 rpm in order to treat 200 kg/hr of sewage sludge was determined empirically about 100 minutes. The corresponding optimal heat source was found to be 150,000 kcal/hr. A series of numerical calculation is performed to resolve flow characteristics in order to assist in the system design as function of important system and operational variables. The numerical calculation is successfully evaluated against experimental temperature profile and flow field characteristics. In general, the calculation results are physically reasonable and consistent in parametric study. In further studies, more quantitative data analyses such as pressure drop across the type and loading of drying sludge will be made for the system evaluation in experiment and calculation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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