We evaluated the optimal conditions for fluidization of nickel oxide (NiO) and its reduction into high-purity Ni during hydrogen reduction in a laboratory-scale fluidized bed reactor. A comparative study was performed through structural shape analysis using scanning electron microscopy (SEM); variance in pressure drop, minimum fluidization velocity, terminal velocity, reduction rate, and mass loss were assessed at temperatures ranging from 400 to $600^{\circ}C$ and at 20, 40, and 60 min in reaction time. We estimated the sample weight with most active fluidization to be 200 g based on the bed diameter of the fluidized bed reactor and height of the stocked material. The optimal conditions for NiO hydrogen reduction were found to be height of sample H to the internal fluidized bed reactor diameter D was H/D=1, reaction temperature of $550^{\circ}C$, reaction time of 60 min, superficial gas velocity of 0.011 m/s, and pressure drop of 77 Pa during fluidization. We determined the best operating conditions for the NiO hydrogen reduction process based on these findings.
The effect of the reaction temperature and reaction time on the thermal oxidative purification quality of detonation nanodiamond (NDsoot) was investigated in a gas-solid fluidized bed reactor of a $0.10m-ID{\times}1.0m$-high stainless steel column with zirconia beads ($d_{SV}=99.2{\mu}m$). The carbon conversion increased with increasing the reaction temperature; however, when the reaction temperature was greater than 773 K, the carbon conversion did not increase. The content of $sp^3$-hybridized carbon at the reaction temperature of 703 K barely changed when the reaction time was more than 30 minutes, but at 773 K, the content decreased as preferred. At 703 K, the purification quality increased with the increasing reaction time; however, at 773 K, the purification quality increased up to 30 minutes and then decreased rapidly.
Kim, Sang-Bum;Kim, Young-Kook;Hwang, Jae-Young;Kim, Myung-Soo;Park, Hong-Soo;Hahm, Hyun-Sik
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.21
no.3
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pp.225-230
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2004
Synthesis gas is a high valued compound as a basic chemicals at various chemical processes. Synthesis gas is mainly produced commercially by a steam reforming process. However, the process is highly endothermic so that the process is very energy-consuming process. Thus, this study was carried out to produce synthesis gas by the partial oxidation of methane to decrease the energy cost. The effects of reaction temperature and flow rate of reactants on the methane conversion, product selectivity, product ratio, and carbon deposition were investigated with 13wt% Ni/MgO catalyst in a fluidized bed reactor. With the fluidized bed reactor, $CH_4$ conversion was 91%, and Hz and CO selectivities were both 98% at 850$^{\circ}C$ and total flow rate of 100 mL/min. These values were higher than those of fixed bed reactor. From this result, we found that with the use of the fluidized bed reactor it was possible to avoid the disadvantage of fixed bed reactor (explosion) and increase the productivity of synthesis gas.
The removal characteristics of H$_2$S from IGCC process over the natural manganese ore(NMO) containing several metal oxides($MnO_x$ : 51.85%, $FeO_y$ : 3.86%, CaO : 0.11%) were carried out in a batch type fluidized bed reactor(I.D.=40mm, height=0.8m). The $H_2S$ breakthrough curves were obtained as a function of temperature, initial gas velocity, initial gas concentration, and aspect ratio. The effect of particle size ratio and particle mixing fraction on $H_2S$ removal were investigated with binary system of different particle size. From this study, the adsorption capacity of $H_2S$ increased with temperature but decreased with excess gas velocity. The breakthrough time for $H_2S$ is reduced as the gas velocity is increased which leaded to gas by-passing and gas-solid contacting in a fluidized bed reactor. The results of the binary particle system with different size in batch experimental could predict to improve the behavior of continuous process of $H_2S$ removal efficiency. The natural manganese ore could be considered as potential sorbent in $H_2S$ removal.
Effects of temperature, pressure, and gas residence time on methane combustion characteristics of mass produced oxygen carrier particle (OCN706-1100) were investigated in a pressurized fluidized bed reactor using methane and air as reactants for reduction and oxidation, respectively. The oxygen carrier showed high fuel conversion, high $CO_2$ selectivity, and low CO concentration at reduction condition and very low NO emission at oxidation condition. Moreover OCN706-1100 particle showed good regeneration ability during successive reduction-oxidation cyclic tests up to the 10th cycle. Fuel conversion and $CO_2$ selectivity decreased and CO emission increased as temperature increased. These results can be explained by trend of calculated equilibrium CO concentration. However, $CO_2$ selectivity increased as pressure increased and fuel conversion increased as gas residence time increased.
Park, Sang-Soo;Lee, Dong-Ho;Choi, Won-Kil;Ryu, Ho-Jung;Rhee, Young-Woo
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.23
no.1
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pp.83-92
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2012
Syngas combustion characteristics of mass produced oxygen carrier particle (OCN706-1100) were investigated in a pressurized fluidized bed reactor using simulated syngas and air as reactants for reduction and oxidation, respectively. The oxygen carrier showed high fuel conversion, high $CO_2$ selectivity, and low CO concentration at reduction conditions and no NO emission at oxidation conditions. Moreover, OCN706-1100 particle showed good regeneration ability during successive reduction-oxidation cyclic tests up to the 10th cycle. Fuel conversion and $CO_2$ selectivity decreased and CO emission increased as temperature increased. These results can be explained by trend of calculated equilibrium CO concentration with temperature. However, fuel conversion and $CO_2$ selectivity increased and CO emission decreased as pressure and gas residence time increased.
The bio-oil produced from the fast pyrolysis of lignocellulosic biomass contains a high amount of oxygenates, causing variation in the properties of bio-oil, such as instability, high acidity, and low heating value, reducing the quality of the bio-oil. Consequently, an upgrading process should be recommended ensuring that these bio-oils are widely used as fuel sources. Catalytic fast pyrolysis has attracted a great deal of attention as a promising method for producing upgraded bio-oil from biomass feedstock. In this study, the fast pyrolysis of tulip tree was performed in a bubbling fluidized-bed reactor under different reaction temperatures, with and without catalysts, to investigate the effects of pyrolysis temperature and catalysts on product yield and bio-oil quality. The system used silica sand, ferric oxides (Fe2O3 and Fe3O4), and H-ZSM-5 as the fluidized-bed material and nitrogen as the fluidizing medium. The liquid yield reached the highest value of 49.96 wt% at 450 ℃, using Fe2O3 catalyst, compared to 48.45 wt% for H-ZSM-5, 47.57 wt% for Fe3O4 and 49.03 wt% with sand. Catalysts rejected oxygen mostly as water and produced a lower amount of CO and CO2, but a higher amount of H2 and hydrocarbon gases. The catalytic fast pyrolysis showed a high ratio of H2/CO than sand as a bed material.
Choi, Kyoon;Seo, Jin Won;Hahn, Yoon Soo;Son, Min Soo
Journal of Surface Science and Engineering
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v.47
no.6
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pp.354-361
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2014
In order to utilize silicon carbide (SiC) as an inner part of fluidized bed reactor (FBR) for manufacturing poly-silicon, we have carried out the thermodynamic calculation on the overall reactions including poly-silicon synthesis and compatibility of SiC with FBR process. The resources of silicon included $SiH_4(MS)$, $SiHCl_3(TCS)$ and $SiCl_4(STC)$ and the thermodynamic yield of the FBR with MS, TCS and STC were compared each other with variable range of temperature, pressure and hydrogen to silicon ratio. The silicon yield of MS, TCS and STC were 100%, 28% and 4%, respectively, throughout the conventional FBR conditions. Silicon carbide having high hardness and strength showed strong resistance to granule collisions during the FBR process using a lab-scale reactor. And it also showed quite good compatibility with the typical FBR processes of MS and TCS resources.
A number of experiments were conducted in order to investigate the organic removal efficiency and biomass characteristics according to the organic shock loading rate in a fluidized bed biofilm reactor. At the operation conditions of HRT, 8.44 hour, superficial upflow velocity, 0.9 cm/sec and temperature, 22$\pm$$1^{\circ}C$, the removal efficiency of SCOD was founded to be 96.5, 92 and 90 % with the organic shock loading rate of 3.5, 10.8 and 33 kgCOD/m$^3$ㆍday, respectively. Within the F/M ratio ranged 0.4 to 2.0 kgCOD/kgVSSㆍday, the SCOD removal efficiency was shown as 90% at F/M ratio of 2.0 kgCOD/kgVSSㆍday, but the TCOD removal efficiency was 72 % at F/M ratio of 1.8 kgCOD/kgVSSㆍday. The average biomass concentrations were 7800, 14950 and 27532 mg/l on the organic shock loading rate of 3.5, 10.8 and 33 kgCOD/$\textrm{m}^3$ㆍday, respectively. This result was agreed with the fact that more biomass could be produced at high concentration of substrate, but some biomass was detached at the onset of shock and easily acclimated at the shock condition.
A commercial NiO (green nickel oxide, 86 wt% Ni) powder was reduced using a batch-type fluidized-bed reactor in a temperature range of 500 to $600^{\circ}C$ and in a residence time range of 5 to 90 min. The reduction rate increased with increases in temperature; however, agglomeration and sintering (sticking) of Ni particles noticeably took place at high temperatures above $600^{\circ}C$. An increasing tendency toward sticking was also observed at long residence times. In order to reduce the oxygen content in the powder to a level below 1% without any sticking problems, which can lead to defluidization, proper temperature and residence time for a stable fluidized-bed operation should be established. In this study, these values were found to be $550^{\circ}C$ and 60 min, respectively. Another important condition is the specific gas consumption rate, i.e. the volume amount ($Nm^3$) of hydrogen gas used to reduce 1 ton of Green NiO ore. The optimum gas consumption rate was found to be $5,000Nm^3/ton$-NiO for the complete reduction. The Avrami model was applied to this study; experimental data are most closely fitted with an exponent (m) of $0.6{\pm}0.01$ and with an overall rate constant (k) in the range of 0.35~0.45, depending on the temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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