Pyroprocessing has been developed for the purpose of resolving the current spent nuclear fuel management issue and enhancing the recycle of valuable resources. Pyroprocessing has been developed with the dry technologies which are performed under high temperature conditions excluding any aqueous processes. Pyro-processes which are based on the electrochemical principles require pretreatment processes and a voloxidation process is considered as a pretreatment step for an electrolytic reduction process. Various kinds of gas conditions are applicable to the voloxidation process and the understanding of Cs behavior during the process is of importance for the analyses of waste characteristics and heat load on the overall pyroprocessing. In this study, the changes of chemical compounds with the gas conditions were calculated by analyzing gas-solid reaction behavior based on the chemical equilibria on a Cs-Te-O system. $Cs_2TeO_3$ and $Cs_2TeO_4$ were selected after a Tpp diagram analysis and it was confirmed that they are relatively stable under oxidizing atmospheres while it was shown that Cs and Te would be removed by volatilization under reducing atmosphere at a high temperature. This work provided basic data for predicting Cs behavior during the voloxidation process at which compounds are chemically distributed as the first stage in the pyroprocessing and it is expected that the results would be used for setting up material balances and related purposes.
Go, Eun Sol;Kang, Seo Yeong;Seo, Su Been;Kim, Hyung Woo;Lee, See Hoon
Korean Chemical Engineering Research
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v.58
no.4
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pp.651-657
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2020
Fluidization processes in which solid particles vividly move like gas or liquid have been widely used in various industrial sectors, such as thermochemical energy conversion and polymerization processes for general purpose polymer resins. One of the general purpose polymer resins, LLDPE(Linear low-density polyethylene) resins have been produced in bubbling fluidized bed processes in the world. In a bubbling fluidization polymerization reactors, LLDPE particles with relatively larger particle size and low density are fluidized by hydrogen gas for polymerization reaction. Though LLDPE polymerization reactors are one of bubbling fluidization processes, slugs that have negative impact for reaction exist or occur in these processes. Therefore, the fluidization state of LLDPE particles was investigated in a simulation model similar to a pilot-scale polymerization reactor (0.38 m l.D., 4.4 m High). In particular, the effect of gas velocity (0.45-1.2 m/s), solid density (900-199 kg/㎥), solid sphericity (0.5-1.0), and average particle size (120-1230 ㎛), on bed height and fluidization state were measured by using a CPFD(Computational particle-fluid dynamics) method. With CPFD analysis, the occurrence of a flat slug was visualized. Also, the change in particle properties, such as particle density, sphericity, and size, could reduce the occurrence of slug and bed expansion.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.193-198
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2010
In solid propellant rocket motors, $Al_2O_3$, one of combustion products, can be accumulated inside a combustion chamber. A special rocket motor was designed and tested to simulate thermal reaction of rubber insulator affected by the deposited slag. We successfully demonstrated through a dynamic radioscopy that the slag was deposited at the location as designed. In this paper we present a new test method which can simulate a high temperature and pressure environment in combustion chamber to evaluate material characteristics of rubber insulator and can provide design data to decide its thickness for a new solid rocket motor. The solid rocket motor, which has an average chamber pressure of 770 psia and a burning time of 50 seconds, was tested. The results show that erosion of EPDM insulator is more affected by a gas velocity rather than by the thermal reaction of slag with a high thermal capacity.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.15
no.3
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pp.9-14
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2011
In solid propellant rocket motors, $Al_2O_3$, one of combustion products, can be accumulated inside a combustion chamber. A special rocket motor was designed and tested to simulate thermal reaction of rubber insulator affected by the deposited slag. We successfully demonstrated through a dynamic radioscopy that the slag was deposited at the location as designed. In this paper we present a new test method which can simulate a high temperature and pressure environment in combustion chamber to evaluate material characteristics of rubber insulator and can provide design data to decide its thickness for a new solid rocket motor. The solid rocket motor, which has an average chamber pressure of 770 psia and a burning time of 50 seconds, was tested. The results show that erosion of EPDM insulator is more affected by a gas velocity rather than by the thermal reaction of slag with a high thermal capacity.
Direct Carbon Fuel Cell(DCFC), unlike gas turbines or engines, is a kind of fuel cell which directly generates electricity by electrochemical reaction from a carbon fuel. The advantages of DCFC are higher efficiency and lower emission in comparison with existing power generation facilities. In this study, the effects of CO and $CO_2$ on theoretical potential are examined using the thermodynamic equilibrium method, and the dependence of product on operating temperature is examined via two dimensional CFD method. As a result, when the reaction of CO production (Boudouard reaction) considered, theoretical potential is higher than that in only $CO_2$ reactions, and its value increases as temperature increases. Two dimensional results of computational fluid dynamics(CFD) confirm that the Boudouard reaction becomes more important to be considered as temperature increases and inert gas affects the equilibrium composition of the Boudouard reaction.
The volatiles formed from the reactions of L-ascorbic acid with L-alanine at 5 different pH (5, 6, 7, 8, or 9) and $140{\pm}2^{\circ}C$ for 2 hr was performed using solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS) analysis were identified to be 25 different kinds. The reaction between L-ascorbic acid and L-alanine led mainly to the formation of pyrazines. Many of these were alkylpyrazines, such as 3-ethyl-2,5-dimethylpyrazine, 2,5-dimethylpyrazine, 2-ethyl-5-methylpyrazine, 3,5-diethyl-2-methylpyrazine, methylpyrazine, 2-ethyl-6-methylpyrazine, and 2,3-diethyl-5-methylpyrazine, other compounds identified were furans, phenols, benzoquinones, 2,4,6-trimethylpyridine, and 2-methylbenzoxazole. The studies showed that furans, such as furfural and benzofuran were formed mainly at acidic pH. In contrast, higher pH values could promote the production of pyrazines.
One-dimensional aluminum nitride (AlN) nanostructures were synthesized by calcining an Al(OH)(succinate) complex, which contained a very small amount of iron as a catalyst, under a mixed gas flow of nitrogen and CO (1 vol%). The complex decomposed into a homogeneous mixture of alumina and carbon at the molecular level, resulting in the lowering of the formation temperature of the AlN nanostructures. The morphology of the nanostructures such as nanocone, nanoneedle, nanowire, and nanobamboo was controlled by varying the reaction conditions, including the reaction atmosphere, reaction temperature, duration time, and ramping rate. Iron droplets were observed on the tips of the AlN nanostructures, strongly supporting that the nanostructures grow through the vapor-liquid-solid mechanism. The variation in the morphology of the nanostructures was well explained in terms of the relationship between the diffusion rate of AlN vapor into the iron droplets and the growth rate of the nanostructures.
Perovskite-type oxides with the nominal composition of ABO3 can exsolve the B-site transition metal upon the controlled reduction. In this exsolution process, the transition metal emerges from the oxide lattice and migrates to the surface at which it forms catalytically active nanoparticles. The exsolved nanoparticles can recover back to the bulk lattice under oxidation treatment. This unique regeneration character by the redox treatment provides uniformly dispersed noble metal nanoparticles. Therefore, the conventional problem of traditional impregnated metal/support, i.e., sintering during reaction, can be effectively avoided by using the exsolution phenomenon. In this regard, the catalysts using the exsolution strategy have been well studied for a wide range of applications in energy conversion and storage devices such as solid oxide fuel cells and electrolysis cells (SOFCs and SOECs) because of its high thermal and chemical stability. On the other hand, although this exsolution strategy can also be applied to gas phase reaction catalysts, it has seldomly been reviewed. Here, we thus review recent applications of the exsolution catalysts to the gas phase reactions from the aspects of experimental measurements, where various functions of the exsolved particles were utilized. We also review non-perovskite type metal oxides that might have exolution phenomenon to provide more possibilities to develop higher efficient catalysts.
The present study investigates the combustion phenomena in a sludge incinerator using experimental and numerical method. The temperature and gas concentration were measured at 33 points during operation of the incinerator in order to assess the mixing and combustion characteristics. Numerical simulation was also carried out using a commercial CFD code. Simplified inlet conditions were introduced in oder to predict the bulk solid combustion and the diffusion of the volatile matter released by pyrolysis of sludge. The experimental results showed that the combustion process is extremely inhomogeneous. Large variations were observed in the temperature and gas concentrations in the freeboard of the incinerator due to poor mixing performance between the air and the combustibles, which is caused by massive and bulk generation of volatile matter by fast pyrolysis of sludge particles. The boundary condition of the CFD simulation was found effective in predicting the poor mixing and combustion performance of the reactor.
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-shaped anode 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 and the others were filled with partial oxidation (POX) catalyst to increase fuel conversion. Furthermore we employed the sol-gel technique which can increase cell performance and decrease carbon coking.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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