• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.111.1-111.1
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• 2010

석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)의 고온 고압 합성가스로부터 $CO_2$를 저비용으로 포집하기 위한 연소전 포집 기술 중 유동층 촉진수성가스전환(SEWGS) 공정이 제안되어 연구개발 중에 있다. 연소전 $CO_2$ 포집을 위한 SEWGS 공정은 동일한 2탑 순환 유동층 반응기에서 고온 고압의 합성가스($H_2$, CO)를 유동층 WGS 촉매를 사용하여 CO를 $CO_2$로 전환하는 동시에 전환반응으로 생성된 $CO_2$를 흡수제를 이용하여 포집하는 기술이다. 본 연구는 $CO_2$ 회수와 WGS 반응이 동시에 이루어지는 공정에 적용 가능한 건식 재생 흡수제 및 유동층 WGS 촉매 개발을 목표로 $CO_2$ 흡수제(P Series) 및 WGS 촉매(PC Series) 조성을 제안하고 분무건조기를 이용하여 6~8kg/batch로 성형 제조하였다. 제조된 $CO_2$ 흡수제 및 촉매의 특성 평가 결과 내마모도(Attrition resistance)를 포함한 물리적 특성이 유동층 공정의 요구조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 모사 석탄 합성가스를 이용하여 20bar, $200^{\circ}C$ 흡수/$400^{\circ}C$ 재생 조건에서 열중량 분석기(TGA) 및 가압 유동층(Fluidized-bed) 반응기를 통한 흡수제의 $CO_2$ 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과 내마모도(AI) 3% 이하로 기계적 강도가 우수하며, $CO_2$ 흡수능 17.6 wt%(TGA) 및 11wt%(가압 유동층)를 나타냈다. 유동층 WGS 특성 평가 결과 내마모도가 7~35%로 우수하였고, CO 전환율은 $200^{\circ}C$에서 80% 이상으로, 유동층 SEWGS 공정에 적용 가능한 특성을 확인하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2010년도 춘계학술 발표회
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• pp.192-192
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• 2010

현재 산업과 과학의 발달로 인한 무분별한 화석연료의 사용은 에너지자원의 고갈과 환경오염의 문제를 야기시켜, 이의 해결을 위한 청정 신에너지에 대한 연구가 전 세계적으로 집중되고 있다. 이 중 바이오매스는 화석연료보다 비교적 높은 H/C 비를 갖기 때문에 신에너지인 수소 또는 Syngas를 생산하기 위한 가스화 특성이 우수한 특징을 가지고 있으며, 구성성분 내 중금속, 황, 질소를 거의 함유하지 않는 점에서 환경오염 저감과 동시에 대체 신에너지로써 각광을 받고 있다. 이에 본 연구에서는 목질계 바이오매스인 Wood pellet (미송)에 대하여 고정층 반응기를 이용하여 질소분위기하에서 온도 및 Steam/Biomass Ratio(이하 SBR) 조건에 따른 가스화 특성으로 고찰하는데 그 목적을 둔다. 온도의 영향에 대하여, 높은 온도 범위에서 수소 수율이 증가함을 알 수 있었다. SBR에 대한 영향으로서, 저온 (700, $800^{\circ}C$)에서는 SBR=1에서는 수소의 수율이 증가하였으나 SBR=2, 3에서 감소하는 것을 보였다. 하지만 $900^{\circ}C$에서는 SBR이 증가 할수록 수소의 수율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 볼륨비로 나타내었을 경우 $H_2/CO(vol/vol)$의 경우 $900^{\circ}C$, SBR=3에서 0.73%로 water gas shift reaction이 가장 잘 일어난 것을 확인했고, $H_2/CH_4(vol/vol)$의 경우 마찬가지로 위의 조건과 동일조건에서 2.59%로 steam reforming이 가장 잘 일어난 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로 본 실험에서는 $900^{\circ}C$, SBR=3인 경우에 가장 높은 수소수율을 얻을 수 있으며, 이때 수소의 수율은 32.7 Vol%였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제35권1호
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• pp.163-172
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• 2018

본 연구에서는 질소산화물 제거용 환원제로 사용하는 요소 수용액을 암모니아로 전환하는데 있어 SCR 상용촉매의 활용가능성을 확인하기위해 촉매조성에 따른 반응온도, 공간속도의 영향에 대한 연구를 수행하였다. 연구결과 SCR 촉매로 널리 사용되는 $V_2O_5/TiO_2$ 촉매는 $TiO_2$ 및 $WO_3-V_2O_5/TiO_2$ 촉매에 비해 암모니아 생성이 우수함을 보였다. 활성금속을 담지하지 않은 $TiO_2$ 촉매는 $V_2O_5$ 혹은 $WO_3-V_2O_5$를 담지 한 촉매에 비해 공간속도에 따른 암모니아 전환에 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며, 활성금속을 담지 한 촉매는 공간속도가 증가함에 따라 암모니아 생성 농도가 감소됨을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.534-545
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• 2011

This paper describes the evaluation of kinetic parameters for pyrolysis and carbon char oxidation of residual oil. The non-isothermal pyrolysis of residual oil was carried out with TGA (Thermo-Gravimetric Analyzer) at heating rate of 2, 5, 10 and $20^{\circ}C/min$ up to $800^{\circ}C$ under N2 atmosphere. The first order and nth order pyrolysis models were used to fit the experimental data, and the nth order model was turned out to follow the experimental data more precisely than the first order model. For carbon char oxidation experiment, TGA and four heating rates used in pyrolysis experiment were also adapted. The kinetic parameters for the residual carbon char particle were obtained with three char oxidation model, that is, volume reaction, grain and random pore model. Among them, the random pore model described the char oxidation behaviour quite well, compared to other two models. The non-linear regression method was used to obtain kinetic parameters for both pyrolysis and carbon char oxidation of residual oil.

• 청정기술
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• 제2권1호
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• pp.69-79
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• 1996

석탄가스화기에서 방출되는 황을 제어하는 것은 가스정화시스템에서 연료가스 중의 황화수소를 제거하는 것이다. 이에 본 연구에서는 천연산 망간광석의 황화수소 제거능에 영향을 미치는 탈황제의 입자크기, 황화반응 온도 및 탈황제 특성에 대해서 고찰하였다. 실험결과 황화수소 제거능은 반응온도 $700^{\circ}C$에서 효과적이었으며 입자크기가 작을수록 탈황효율은 증가하였으나 그 차이는 크지 않았다. 온도가 증가할수록 탈황제의 응집으로 인해 입자 내 물질전달저항이 증가하여 반응성이 저하되며 SEM 사진으로 탈황제의 응집을 확인할 수 있었다. 실험으로부터 구한 평형비 ($P_{H_2O}/P_{H_2S}$)는 ${\log}(P_{H_2O}/P_{H_2S})=5653/T-3.7909$였다. 천연산 망간광석의 황화수소 제거능이 기존에 개발되어 있는 탈황제들과 비슷하기 때문에 탈황제로 사용할 수 있음을 알았다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제20권4호
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• pp.491-496
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• 2017

The hydrogen($H_2$) is promising energy carrier of renewable energy in the microgrid system such as small village and military base due to its high energy density, pure emission and convenient transportation. $H_2$ can be generated by photocatalytic water splitting, gasification of biomass and water electrolysis driven by solar cell or wind turbine. Solid oxide electrolysis cells(SOECs) are the most efficient way to mass production due to high operating temperature improving the electrode kinetics and reducing the electrolyte resistance. The SOECs are consist of nickel-yttria stabilized zirconia(NiO-YSZ) fuel electrode / YSZ electrolyte / lanthanum strontium manganite-YSZ(LSM-YSZ) air electrode due to similarity to Solid Oxide Fuel Cells(SOFCs). The Ni-YSZ most widely used fuel electrode shows several problems at SOEC mode such as degradation of the fuel electrode because of Ni particle's redox reaction and agglomeration. Therefore Ni-YSZ need to be replaced to an alternative fuel electrode material. In this study, We studied on the Double perovskite $PrBrMnO_{5+{\delta}}$(PBMO) due to its high electric conductivity, catalytic activity and electrochemical stability. PBMO was impregnated into the scaffold electrolyte $La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.85}Mg_{0.15}O_{3-{\delta}}$(LSGM) to be synthesized at low temperature for avoiding secondary phase generated when it exposed to high temperature. The Half cell test was conducted at SOECs and SOFCs modes.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권5호
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• pp.850-859
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• 2012

목질계 바이오매스의 가스화 및 열분해 공정에서 탈휘발 과정은 매우 중요한 메커니즘 중의 하나이며, 공정 설계 시 반드시 반영되어야 한다. 바이오매스 입자의 탈휘발에 대한 많은 경험식이 존재하지만, 다양한 특성의 바이오매스를 특정 실험조건에서 도출한 경험식에 의존하기는 힘들다. 본 연구는 유동층 가스화 분위기에서의 바이오매스 단일 입자의 탈휘발 과정을 수학적 모델을 통하여 예측하였다. 모델은 다양한 형태의 입자를 구형태로 변환한 뒤, 입자 내부의 drying, shrinkage, heat generation을 고려하여 1차원으로 해석하였다. 또한 탈휘발 과정에 영향을 주는 입자의 크기, 반응온도, 초기 수분함량, 열전달 계수, 반응모델 등 다양한 변수에 대한 변화를 관찰하였다. 탈휘발 완료시간은 입자의 크기가 커질수록, 초기 수분함량이 높을수록 증가하였으며, 반응온도가 높을수록 선형적으로 감소하였다. 또한 외부 열전달 계수가 300 $W/m^2K$ 이상일 경우 큰 변화는 나타나지 않았지만, 입자의 크기가 작을수록 외부 열전달 계수의 영향은 크게 나타났다. 모델 예측값과 문헌의 실험값은 대체로 비슷한 경향을 나타내었으며, 오차 ${\pm}10%$ 이내로 근접하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.358-363
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• 2013

순수한 리튬-암모니아(Li-$NH_3$) 솔루션의 생성은 진공 상태에서 가능하지만, 고효율 열전전력을 얻기 위한 안정적이고 신뢰성 있는 분해에 대한 문제가 아직 남아있다. 본 논문은 Li-$NH_3$ 솔루션의 열전변환 효율을 향상시키기 위한 새로운 방법을 다루었다. 제안된 방법은 Li-$NH_3$ 솔루션의 합성과 분해를 위해 'U' 형태의 파이렉스 진공 튜브를 사용하였다. 튜브 상부에는 기존 'U' 형태의 파이렉스 진공 튜브의 두 다리를 연결하는 기체의 이동통로가 있는데, 이는 고온부(Hot side)에서 분해가 진행될 때 $NH_3$ 기화에 따른 양단의 내부압력 불균형을 방지하는 역할을 한다. 열전 실험결과, 'U' 형태 튜브 속에서 솔루션 반응은 기존 'U' 형태에 비해 매우 안정적이고 효율적으로 이루어졌으며, 결과적으로 열전변환 효율이 향상됨을 보였다. 또한, 제안 방식은 장시간에 걸친 고효율 열전 발전을 위해 튜브 속에서 합성과 분해가 순환되는 가역반응을 제공함이 입증되었다.

• 청정기술
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• 제19권2호
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• pp.165-172
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• 2013

본 연구에서는 고정층 반응기(높이 15 cm, 내경 0.5 cm)에서 K-계열 건식 흡수제($K_2CO_3/Al_2O_3$, 한국전력공사 전력연구원)를 이용하여 반응압력 변화에 따른 염화수소 흡수 실험을 수행하였다. 반응온도는 가스화 직후, 필터를 거쳐서 주입되는 것을 가정하여 $400^{\circ}C$로 설정하였으며, 반응기체 농도는 750 ppm HCl ($N_2$ balance)으로 설정하였다. 반응압력은 1, 5, 10, 15, 20 bar로 증가시켰다. 압력이 증가할수록 K-계열 흡수제의 흡수 성능이 증가하였다. 흡수제를 구성하고 있는 주요 물질인 $K_2CO_3$가 HCl 가스와 반응하여 KCl 결정을 형성하였으며, 강한 결합에너지로 인하여 흡수제의 재생이 실질적으로 불가능하였다. 이에 대한 광학적, 물리적, 화학적 특성을 SEM, EDX, BET, TGA, XRD를 이용하여 분석하였다. $400^{\circ}C$, 20 bar 조건(가스화 이후 탈할로겐 공정의 온도 및 압력조건)에서 $K_2CO_3$ 흡수제는 Ca 계열 및 Mg 계열의 흡수제에 비해 높은 HCl 흡수능 및 HCl/$N_2$ 분리 거동을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.306-309
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• 2005

One of the most critical issues in sol id oxide fuel cell (SOFC)running on hydrocarbon fuels is the risk of carbon formation from the fuel gas. The simple method to reduce the risk of carbon formation from the reactions is to add steam to the fuel stream, leading to the carbon gasification react ion. However, the addition of steam to fuel is not appropriate for the auxiliary power unit (APU) and potable power generation (PPG) systems due to an increase of complexity and bulkiness. In this regard, many researchers have focused on so-called 'direct methane' operation of SOFC, which works with dry methane without coking. However, coking can be suppressed only by the operation with a high current density, which may be a drawback especially for the APU and PPG systems. The single chamber fuel cell (SC-SOFC) is a novel simplification of the conventional SOFC into which a premixed fuel/air mixture is introduced. It relies on the selectivity of the anode and cathode catalysts to generate a chemical potential gradient across the cell. Moreover it allows compact and seal-free stack design. In this study, we fabricated honeycomb type mixed-gas fuel cell (MGFC) which has advantages of stacking to the axial direction and increasing volume power density. Honeycomb-structured SOFC with four channels was prepared by dry pressing method. Two alternative channels were coated with electrolyte and cathode slurry in order to make cathodic reaction sites. We will discuss that the anode supported honeycomb type cell running on mixed gas condition.