• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.138-138
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• 2011

GTL(Gas to Liquid) 합성유 생산 공정은 크게 합성가스 개질공정(reformer), FT 반응공정, upgrading 공정으로 구성된다. 본 연구에서는 FT 반응기에 유입되는 합성가스의 생산공정인 개질공정 최적화 시뮬레이션을 수행하였다. 기존에 HYSYS 공정 모사 tool로 구현한 개질공정 모델에 dynamic simulation을 적용하여 공정 운전 시간 변화에 따른 온도/압력/조성의 일정범위 별 생산 가스의 성분비를 모사하고자 한다. Dynamic 공정 시뮬레이션은 모사 대상 공정의 운전 시간 별 결과값 변화를 산출할 수 있는 방법으로 기존 정상상태(steady-state) 시뮬레이션에 비해 현실 공정의 운전 변수를 보다 더 정확하게 반영할 수 있는 장점이 있다. 본 시뮬레이션은 1bpd급 GTL 파일럿 플랜트의 설계 자료를 근거로 수행되었으며, 향후 운전 데이터를 feedback하여 최적의 운전 매뉴얼 도출자료로 활용코자 한다. 아울러, 다음의 시간 변화별 모사 결과 데이터들을 산출하고 공정의 최적운전 조건을 분석하고자 한다. - 시간에 따른 공정의 온도/압력 변화, 이에 연동되는 반응기 출구의 1) $H_2$/CO 비율, 2) $CH_4$ conversion, 3) $CO_2$ conversion 본 연구의 결과 데이터를 1bpd급 GTL 플랜트 내 합성가스 개질공정의 운전조건 최적화에 적용코자 하며, 이는 개질반응기의 안정적인 연속운전을 통한 GTL 통합공정의 운전 효율향상에 기여 가능하리라 기대된다. 향후 개질공정의 후단공정인 FT 합성공정 시뮬레이션 과업과 연계하여 GTL 통합공정 시뮬레이션 및 최적화에 따른 실증 규모의 스케일업 기반 데이터를 마련할 수 있을 것이다.

• 오토저널
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• 제26권3호
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• pp.31-34
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• 2004

국내 소비 에너지의 대부분을 해외에 의존하는 실정에서 2004년 현재 배럴당 $35를 넘는 고유가로 인해 원유수입액이 국가 경제에 큰 부담이 되고 있을 뿐만 아니라, 수송용 연료 사용의 지속적인 증가에 따라, 특히, 인구가 밀집한 도심지의 대기오염도는 우려할만한 상황에 이르렀다. 국내 운행 자동차에 의한 석유 소비량은 전체 석유 소비량 중 30% 정도가 수송연료로 쓰이고 있고, 운행차량 중 약30%가 매연, 아황산가스 배출에 대한 기여도가 높은 디젤차량 이어서, 효율면에서 유리한 디젤엔진의 디젤 연료를 대체할 수 있는 초 청정연료에 대한 관심이 높아지고 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제7권6호
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• pp.998-1003
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• 2006

본 연구에서는 디젤기관의 친환경 대체연료인 GTL 연료 사용으로 인한 기관성능 및 배출가스의 특성을 알아보기 위하여 12,000cc급 대형디젤기관을 기관성능 모드에서 GTL 및 ULSD 연료를 사용하여 실험 분석하였으며 단일 모드를 사용하여 기관 속도 및 부하에 따른 배출가스 특성을 파악하였고, 최종적으로 2006년 현재 국내 규제시험 모드이고 유로IV 규제 모드인 ESC 모드를 사용하여 GTL연료의 성능 및 배출가스의 배출 특성을 분석하여 현재 운행 중인 대형디젤기관으로의 적용 가능성을 검토하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권5호
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• pp.571-576
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• 2011

점성 액체를 사용한 모사된 GTL공정(직경 0.102 m ${\times}$ 높이 1.5 m)에서 기포에 의해 발생되는 wake의 특성을 고찰하였다. 기체의 유속(0.04 ~ 0.12 m/s)과 액상의 점도(0.001 ~ 0.050 $Pa{\cdot}s$)가 wake의 특성 즉 상승속도, 빈도수, 크기 그리고 체류량에 미치는 영향을 전기저항 탐침법에 의해 결정하였다. 상승하는 단일기포들뿐만 아니라 다중기포의 후면에 형성된 wake 상들도 탐침에 의해 측정된 전기 전도도 요동자료로부터 효과적으로 검침되었다. 유속이 조절되는 압축 여과공기와 CMC 수용액을 각각 분산기체상과 연속액상으로 사용하였다. 실험결과 wake 상의 상승속도와 크기는 기체의 유속 또는 액상의 점도가 증가함에 따라 증가하였다. wake 상의 체류량과 빈도수는 기체의 유속이 증가함에 따라 증가하였는데, 이는 기체유속의 증가에 따라 공정에 유입되는 기체의 양이 증가하기 때문이다. 그러나, 액상의 점도가 증가함에 따라 기포의 크기와 wake의 크기가 증가하기 때문에 wake의 상의 체류량과 빈도수 값은 wake 상의 액상의 점도가 증가함에 따라 감소하였다. Wake 상 체류량의 기체의 체류량에 대한 비율은 0.25~0.48의 범위였으며, 이 비율은 액체점도가 증가함에 따라 증가하였으나 기체의 유속이 증가함에 따라 감소하였다. 본 연구의 실험범위에서 wake 상의 특성들은 운전변수의 상관식으로 잘 나타낼 수 있었다.

• 오토저널
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• 제26권3호
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• pp.39-43
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• 2004

최신의 엔진기술과 배기 후처리 기술만으로는 앞으로 더욱 엄격해질 일본의 신장기 규제치(2005년)를 만족시키기에 한계를 느끼기 시작함으로서 배출가스 저감에 보다 효과적인 대응책이라고 할 수 있는 연료설계가 주목을 받고 있다. 그 대표적인 예로서 천연가스, 석탄 및 바이오 물질을 이용해 제조가 가능한 GTL(Gas to Liquid), DME(Dimethyl Eter) 및 바이오 연료는 석유의 대체연료 뿐만 아니라 유황 및 방향족 성분이 매우 낮은 저공해 연료로도 일본 내에서 연구가 활발히 이루어지고 있다. (중략)

• 한국자동차공학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.181-187
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• 2008

Recently, alternative fuels are drawing more attentions due to the increasing need for lower emission characteristics and fuel consumption rate in automotive engines. The GTL(gas to luquid) is the one of most favored candidates. It has higher cetane number(more than 75) and almost negligible sulphur and aromatic contents. Therefore, enhanced emission characteristics are expected even in the application in diesel engines without any modification. In this study, the cylinder pressure and heat release, emission characteristics with fuel injection timings are compared between diesel and GTL fuel in the single cylinder diesel engine. Noticeable reduction in PM, THC and CO emission are observed due to lower sulphur and aromatic contents in GTL. Also, the ignition delay decreased due to higher cetane number of GTL, which slightly decreased the amount of NOx emissions. With the retards of main injection timing, NOx decreases more for the case of GTL, while the level of THC and CO emissions still remains lower than the case of diesel. Therefore, there is much room for the control of injection timing for NOx reduction without sacrificing THC and CO emissions. With the retards of main injection timing, Small size distribution of PM became lager and there amount increased. But from all conditions, size distribution of PM for the case GTL was lower than Diesel.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.140-146
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• 2010

An experimental study was carried out to investigate the emission characteristics for various alternative fuels in a 2.0 liter 4-cylinder turbo-charged diesel engine. The conventional diesel fuel, neat GTL (Gas to Liquid), blends of diesel and biodiesel(BD20), and blends of GTL and biodiesel(G+BD20 and G+BD40) were applied, and their emission characteristics were compared at various steady-state engine operating conditions. A noticeable reduction of exhaust emissions compared to conventional diesel fuel, except for NOx emission, was observed for G+BD40, where there is a maximum 30% averaged reduction for gaseous emissions (THC and CO) and 70% for PM mass concentrations. When comparing PM size distributions for biodiesel blended fuels, the PM number concentration in accumulation mode, where the diameter of PM is greater than 50 nm, decreased due to additional oxygen content in the biodiesel fuel; in nucleation mode, where the diameter of PM is less than 50nm, there was a slight increase or decrease in the PM number concentration depending on the amount of oxygen available in the combustion chamber.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.39-45
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• 2009

An experimental research with 2.0 liter 4-cylinder turbocharged diesel engine was carried out to investigate the combustion and emission characteristics for various alternative fuels. The conventional diesel fuel, neat GTL, blends of 80% of GTL and 20% of biodiesel derived from waste cooking oil are utilized without any modification of engine hardware and ECU data. For GTL and blends of GTL/biodiesel fuel, the ignition delay decreased at the same operating conditions, and overall combustion duration increased slightly. Also, the peak cylinder pressure increased for blends of GTL/biodiesel compared to diesel and GTL fuel. THC and CO emissions with blends of GTL/biodiesel compared to other fuels decreased for the low and middle load conditions. But NOx emission increased due to oxygen content in biodiesel. The number concentrations of PM are higher for blends of GTL/biodiesel than other test fuels in the nucleation mode, while it had an opposite tendency in the accumulation mode, which implies more reduction of PM for blends of GTL/biodiesel on the base of mass concentration.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.136.2-136.2
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• 2011

A dynamic simulation study on SCR process in GTL process was carried out in order to find optimum operation conditions for pilot plant operation. Optimum operating conditions for SCR synthesis gas process were determined by changing operation variables such as feed temperature and pressure. It was also assumed that physical properties of reaction medium were governed by RKS (Redlich-Kwong-Soave) equation. The effect of temperature and pressure on synthesis gas process $H_2$/CO ratio were mainly examined. Dynamic simulation results were fed back to feed operation condition for optimizing productivity, especially for appropriate condition to FT (Fischer-Tropsch) synthesis unit.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.143-143
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• 2010

GTL(Gas-to-Liquids)공정 중 합성가스 제조공정(Reforming Process)인 ATR(Auto-Thermal Reforming), SCR(Steam Carbon Reforming), POx(Partial Oxidation)의 시뮬레이션 연구를 수행하였다. Reforming 공정에서 생산된 합성가스는 GTL 합성유 제조공정인 FT(Fischer-Thropsch) 반응기로 주입되며, 합성유 생산에 최적의 효율을 보이는 H2/CO 비(합성가스에 포함된 반응물비)는 2.0으로 알려져 있다. FT공정은 합성가스를 원료로 고온 및 고압 반응을 거쳐 GTL 공정의 최종 생산품인 FT합성유를 제조하는 공정이다. 본 연구에서는 FT공정 효율 극대화를 위해 reforming 공정에서 생성되는 합성가스 내 H2/CO의 비를 2로 수렴토록 모사조건을 설정하였으며, 상기 조건을 만족하는 reforming 공정들의 운전 온도 및 feed 조성을 분석하고 비교하고자 한다. 현재 GTL 플랜트관련 산업계에 적용 혹은 주 연구대상인 reforming 공정으로는 ATR, SCR, POx 공정이 있다. ATR 공정은 $850{\sim}1100^{\circ}C$에서 메탄, 스팀 및 산소를 원료로 활용하여 H2 및 CO를 생산하는 공정으로 발열/흡열 반응이 상존하여 에너지 비용이 낮지만 공정구조 상 열회수설비 및 ASU(Air Separation Unit)이 필요하기에 CAPEX(초기설비 설치비용)가 높은 편이다. SCR공정은 CH4, Steam 및 CO2를 연료로 하기에 이산화탄소가 일정부분 포함된 가스전에도 적용이 가능하나 공정 운전 중 지속적으로 외부에서 열을 공급해야 하기에 에너지 투입비용이 높은편이며, 탄소침적의 문제가 있어 대용량 플랜트에는 적합하지 않다. POx공정은 약 $1,500^{\circ}C$의 고온에서 CH4가 O2에 의해 부분 산화되는 방식으로 촉매가 필요없어 설비비가 타 공정에 비해 저렴하나 생산가스의 H2/CO비가 다소 낮아 전체적인 GTL 공정효율이 저하되는 단점이 있다. 상기 세 공정은 GTL 산업계에서 실증 및 효율증대를 위해 주로 연구되는 공정이기에 본 연구의 분석대상으로 설정하였다. 본 연구에서는 상용공정모사기인 Aspen Plus를 활용하여 reforming 공정별로 FT합성공정의 최적 조건(H2/CO=2)을 만족하는 합성가스 생산조건 분석 및 비교를 수행할 예정이다. 운전조건인 공정 운전온도 및 feed 가스조성 등을 모사하기 위해 합성가스 reforming 공정을 모델링하고 공급유량 및 압력 등의 운전변수는 GTL국책과제 1단계 연구수행 결과를 토대로 선정하고자 한다. GTL공정의 경우, 설비의 운전조건이나 연료가스의 구성 및 유량에 따라 적합한 reforming 공정이 다르기에 본 시뮬레이션 결과를 향후 GTL 플랜트 공정모델 설계시 reforming 공정선정에 참고자료로 활용하고자 한다.