In this study, comparison study has been performed between two-stage compression and a vapor-recompression refrigeration cycle and a liquefaction using LNG cold heat. When using a first method using two-stage compression and a refrigeration cycle, at least three compressors are required, however when using LNG cold heat, no compressor is required since carbon dioxide can be pumped after condensing with the heat exchange with -160℃ of LNG. Through this study, we can save more than one hundred million KRW annually by using LNG cold heat instead of using gas compression and refrigeration cycle.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.23-26
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2009
General characteristics of hydrogen and the ratio change of the two forms of hydrogen(ortho-hydrogen and para-hydrogen) as a function of the temperature were introduced. The unique characteristics of hydrogen, such as a wide range of flammability limits, low minimum ignition energy, low maximum inverse temperature, and hydrogen embrittlement were introduced. The process of producing the liquid hydrogen using pre-cooling and expansion engine and ortho-para conversion using the catalyst were introduced. Finally, the characteristics and the considerations as a propellant for liquid rocket were reviewed.
This paper presents a hydrostatic bearing design and rotordynamic analysis of a turbo expander for a hydrogen liquefaction plant. Th~e turbo expander includes the turbine and compressor wheel assembled to a shaft supported by two hydrostatic radial and thrust bearings. The rated speed is 75,000 rpm and the rated power is 6 kW. For the bearing operation, we use pressurized air at 8.5 bar as the lubricant that is supplied to the bearing through the orifice restrictor. We calculate the bearing stiffness and flow rate for various gauge pressure ratios and select the orifice diameter providing the maximum bearing stiffness. Additionally, we conduct a rotordynamic analysis based on the calculated bearing stiffness and damping considering design parameters of the turbo expander. The predicted Cambell diagram indicates that there are two critical speeds under the rated speed and there exists a sufficient separation margin for the rated speed. In addition, the predicted rotor vibration is under 1 ㎛ at the rated speed. We conduct the operating test of the turbo expander in the test rig. For the operation, we supply pressurized air to the turbine and monitor the shaft vibration during the test. The test results show that there are two critical speeds under the rated speed, and the shaft vibration is controlled under 2.5 ㎛.
Journal of the Korean Professional Engineers Association
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v.39
no.5
s.188
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pp.20-24
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2006
The energy of 97% consumed by our country depends on it's import from foreign market. This article covers hydrogen, fuel-cell, coal liquefaction gasification energy, and solar, wind, photovoltaic, hydro power, ocean, waste, geothermal, bio energy that is renewable energy, and so on, which are new-generation energy sources, increasing the concern on new & renewable source of enenrgy in future.
During the hydrogen fueling process, hydrogen temperature inside the compressed tank were limited below 85℃ due to the allowable pressure of tank material. The chiller system to cool compressed hydrogen used R407C, greenhouse gas with a high global warming potential (GWP), as a refrigerant. To reduce greehouse gas emission, it should be replaced by refrigerant with a low GWP. This study proposes a chiller system for fueling hydrogen with R290, consisted in propane, by applying the C3 pre-cooled system use d in the LNG liquefaction process. The proposed system consisted of hydrogen compression and cooling sections and optimized the operating pressure through exergy analysis. It was also compared to the exergy efficiency with the existing system at the optimal operating pressure. The result showed that the optimal operating pressure is 700 kPa in 2-stage, 840 kPa/490 kPa in 3-stage, and the exergy efficiency increased by 17%.
Park, Ji-Ho;Kim, Young-Kwon;Jeong, Sang-Kwon;Kim, Seok-Ho
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.14
no.3
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pp.53-59
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2012
Adiabatic demagnetization refrigerator (ADR) for hydrogen re-liquefaction operating between 24 K and 20 K has been designed. $Dy_{0.9}Gd_{0.1}Ni_2$, whose Curie temperature is 24 K, is selected as a magnetic refrigerant. The magnetic refrigerant powder is sintered with oxygen-free high purity copper (OFHC) powder to enhance its effective thermal conductivity as well as to achieve relatively high frequency. A perforated plate heat exchanger (PPHE) operated with forced convection is utilized as a heat switch. The forced convection heat switch is expected to have fast response relative to a conventional gas-gap heat switch. A conduction-cooled high Tc superconducting (HTS) magnet is employed to apply external magnetic field variation on a magnetic refrigerant. $2^{nd}$ generation GdBCO coated conductor HTS tape with Kapton$^{(R)}$ insulation (SUNAM Inc.) will be utilized for the HTS magnet. The magnetization and demagnetization processes are to be achieved by the AC operation of the HTS magnet. The designed magnetic field and target ramp rate of the HTS magnet are over 4 T with 180 A and 0.4 T/s, respectively. AC loss distribution on HTS magnet is theoretically estimated.
This paper is a study on the thermal design of printed circuit heat exchanger (PCHE) to supply cryogenic high pressure liquid hydrogen stored from hydrogen liquefaction process by using computational fluid dynamics (CFD). This PCHE should be thermally designed to raise the temperature of cryogenic liquid hydrogen to a desired temperature and also to be anti-icing to avoid any local freezing in hot channel. This research presents the effect of inlet velocity and inlet temperature of hydrogen, and the effect of flow configurations of co/counter-flow on thermal design of PCHE heat exchanger based on various CFD simulation analysis.
Under the era of energy crisis, hydrogen energy is considered as one of the most potential alternative energies. Liquid hydrogen has much higher energy density per unit volume than gas hydrogen and is counted as the excellent energy storage method. In this study, Navier-Stokes equations based on 2-phase model were solved by using a computational fluid dynamics program and the liquefaction process of gaseous hydrogen passing through a cryogenic cooling tube was analyzed. The copper with high thermal conductivity was assumed as the material for cryogenic cooling tube. For different inlet velocities of 5 m/s, 10 m/s and 20 m/s for hydrogen gas, the distributions of fluid temperature, axial and radial velocities, and volume fractions of gas and liquid hydrogens were compared. These research results are expected to be used as basic data for the future design and fabrication of cryogenic cooling tube to transform the hydrogen gas into liquid hydrogen.
It is imperative to develop an effective pathway to depolymerize lignin into liquid fuel that can be used as a bioheavy oil. Lignin can be converted into liquid products either by a solvent-free thermal cracking in the absence air, or thermo-chemical degradation in the presence of suitable solvents and chemicals. Here we show that the solvent-assisted liquefaction has produced promising results in the presence of metal-based catalysts. The supercritical ethanol is an efficient liquefaction solvent, which not only provides better solubility to lignin, but also scavenges the intermediate species. The concentrated sulfuric acid hydrolysis lignin (CSAHL) was completely liquefied in the presence of solid catalysts (Ni, Pd and Ru) with no char formation. The effective deoxy-liquefaction nature associated with scEtOH with aid hydrodeoxygenation catalysts, resulted in significant reduction in oxygen-to-carbon (O/C) molar ratio up to 61%. The decrease in oxygen content and increase in carbon and hydrogen contents increased the calorific value bio-oil, with higher heating value (HHV) of $34.6MJ{\cdot}Kg^{-1}$. The overall process is energetically efficient with 129.8% energy recovery (ER) and 70.8% energy efficiency (EE). The GC-TOF/MS analysis of bio-oil shows that the bio-oil mainly consists of monomeric species such as phenols, esters, furans, alcohols, and traces of aliphatic hydrocarbons. The bio-oil produced has better flow properties, low molecular weight, and high aromaticity.
The ortho-para $H_2$ catalytic conversion equipment has been developed to reduce the evaporation loss from stored liquid hydrogen. The ortho-para $H_2$ conversion heat is evaluated at liquid nitrogen temperature. This problem is of particular interest in the design of the ortho-para $H_2$ converter in a hydrogen liquefaction system. The ortho-para $H_2$ conversion equipment consists of a catalytic converter, a precooler, and a liquid nitrogen bath. 30-90 cc of $Fe(OH)_3$ are employed as a catalyst in the present converter. The conversion heat and conversion effectiveness are evaluated when mass flow rate of hydrogen is in the range of 0.05-l.6 g/min. It is found that the ortho-para conversion heat is increased while conversion effectiveness is decreased as the mass flow rate of hydrogen is increased. Both the ortho-para conversion heat and conversion effectiveness are increased with an increase in the amount of the catalyst.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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