Seong-Ju Kim;Sung-Jin Park;Sung-Ho Jo;Se-Hwa Hong;Yong-Il Mun;Tae-Young Mun
New & Renewable Energy
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v.19
no.1
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pp.1-11
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2023
A large amount of carbon monoxide (CO) is generated in circulating fluidized bed combustion, the process whereby a hot cyclone separates unburned fuel. However, calcium sulfate (CaSO4), when combined with a high CO content, can cause fouling on the surface of the steam tube installed inside the integrated recycle heat exchangers (INTREX). In this study, CaSO4 decomposition was investigated using 0.2-3.2 vol.% CO and 1-3 vol.% oxygen (O2) at 850℃ for 20 min in a lab-scale fluidized bed reactor. The results show that CaSO4 decomposes into CaS and CaO when CO gas is supplied, and SO2 emissions increase from 135 ppm to 1021 ppm with increasing CO concentration. However, the O2 supply delayed SO2 emissions because the reaction between CO and O2 is faster than that of CaSO4; nevertheless, when supplied with CaCO3, the intermediate product, SO2 was significantly released, regardless of the CO and O2 supply. In addition, agglomerated solids and yellow sulfur power were observed after solid recovery, and the reactor distributor was corroded. Consequently, a sufficient O2 supply is important and can prevent fouling formation on the INTREX surface by suppressing CaSO4 degradation.
Park Ho Young;Kim Young Ju;Kim Tae Hyung;Seo Sang Il
Journal of Energy Engineering
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v.14
no.4
s.44
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pp.268-276
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2005
Vacuum Residue (VR) combustion tests were carried out with a 20 kg/hr (fuel feed rate) small scale reactor. The nozzle used was a steam atomized, internal mixing type. Compared to heavy oil, vacuum residue used in this work is extremely high viscous and contains high percentages of sulfur, carbon residue and heavy metals. To ignite atomized VR particles, it was necessary to preheat the reactor, and it has been done with LP gas. The axial and radial gas temperature, major species concentrations and solid sample were analyzed when varying the fuel feed rate. The main reaction zone of atomized VR-air flame in a reactor was anticipated within about 1 m from the burner tip by considering the profiles oi gas temperature, species concentration and particle size measured along with the reactor. At downstream, the thermally, fully developed temperature distribution was obtained. SEM photographs revealed that VR carbon particles collected from the reactor are porous and have many blow-holes on the particle surface.
Park, Jae Hyun;Lee, Hyojin;Valderrama, Edgar Willy Rimarachin;Yim, Chungsik;Yang, Heesung
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.2
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pp.74-86
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2018
This paper presents the one-dimensional model of a hydrogen generator, where the alkali solution was supplied from the top to the dry aluminum powders. Hydrogen was produced as the solution moved downward and reacted with aluminum. The species conservation equations were considered for the hydrogen gas and alkali solution, while the energy conservation equation was applied to the gas-liquid-solid mixture as a single medium. The gas rising velocity and liquid penetration velocity were also included in the theoretical approach. The developed code was validated with the experimental data of the hydrogen production amount and collector pressure. Additionally, the model successfully predicted the various reactor properties, such as the concentrations, volume fractions, and temperatures, and is expected to help significantly in the design of a novel hydrogen generator.
In the field of the $CO_2$ absorption process using aqueous ammonia, the effects of regeneration pressure and temperature on $CO_2$ absorption performances of the aqueous ammonia were investigated. The absorbents were prepared by dissolving ammonium carbonate solid in water to grant the resulted solution 0.5 $CO_2$ loading ($mol\;CO_2/mol\;NH_3$) and various ammonia concentration (14, 20, 26 and 32 wt%). As-prepared absorbents were regenerated at high pressure and temperature (over $120^{\circ}C$ and 6 bar) before the absorption test. The absorption test was carried out by injecting the simulated gas that contains 12 vol% of $CO_2$ into a bubbling reactor. The introduction of 26 wt% of the ammonia concentration for $CO_2$ absorption test resulted in the higher absorption capacities than other experimental conditions. In particular, when the absorbents with 26 wt% of the ammonia were regenerated at $150^{\circ}C$ and 14 bar, the highest absorption capacity, $45ml\;CO_2/g$, was obtained. According to the analysis of absorbents using acid-base titration, the ammonia loss during the regeneration of the absorbents with a fixed ammonia concentration decreased as the regeneration pressure increased, while it increased as the regeneration temperature increased. In the condition of fixed regeneration pressure and temperature, as expected, the ammonia loss increased as the ammonia concentration increased. The measured $CO_2$ loadings and ammonia concentrations of absorbents were compared to the values calculated by Electrolyte NRTL model in Aspen Plus.
Hybrid hydrothermal carbonization (Hybrid HTC) technology is a proprietary thermochemical process for two or more organic wastes.The reaction time is less than two hours with temperature range 180~250℃ and pressure range 20~40bar. Thanks to accumulation of the carbon of the waste during Hybrid HTC process, the energy value of the solid fuel increases significantly with comparatively low energy consumption. It has also a great volume reduction with odor removal effect so that it is evaluated as the best solid fuel conversion technology for various organic wastes. In this study of the hybrid hydrothermal carbonization, the effect on the calorific value and yield of Cambodian mango waste were evaluated according to changes in temperature and reaction time. Through the study, parameter optimization has been sought with improving energy efficiency of the whole plant. It is decomposed in the Hydro-Carbonation Technology to Generate Gas. At this time, it is possible to develop manufacturing and production technologies such as hydrogen (H2) and methane (CH4). Based on the results of the study, a pilot plant (2t/day) has been proposed for future commercialization purpose along cost analysis, mass balance and energy balance calculations.
Lee, Do Kyun;Kim, Sang Kyum;Hwang, Soon Choel;Lee, Si Hoon;Rhee, Young Woo
Korean Chemical Engineering Research
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v.52
no.4
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pp.544-552
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2014
In this study, We have investigated the kinetics on the char-$CO_2$ gasification reaction. Thermogravimetric analysis (TGA) experiments were carried out for char-$CO_2$ catalytic gasification of an Indonesian Roto lignite. $Na_2CO_3$, $K_2CO_3$, $CaCO_3$ and dolomite were selected as catalyst which was physical mixed with coal. The char-$CO_2$ gasification reaction showed rapid an increase of carbon conversion rate at 60 vol% $CO_2$ and 7 wt% $Na_2CO_3$ mixed with coal. At the isothermal conditions range from $750^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$, the carbon conversion rates increased as the temperature increased. Three kinetic models for gas-solid reaction including the shrinking core model (SCM), volumetric reaction model (VRM) and modified volumetric reaction model (MVRM) were applied to the experimental data against the measured kinetic data. The gasification kinetics were suitably described by the MVRM model for the Roto lignite. The activation energies for each char mixed with $Na_2CO_3$ and $K_2CO_3$ were found a 67.03~77.09 kJ/mol and 53.14~67.99 kJ/mol.
Kim, Hwan;Kim, Wan-Je;Lee, Jong-Won;Lee, Seung-Bok;Lim, Tak-Hyoung;Park, Seok-Joo;Song, Rak-Hyun;Shin, Dong-Ryul
Korean Chemical Engineering Research
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v.50
no.4
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pp.749-753
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2012
In present work, anode support for micro-tubular SOFC was fabricated with outer diameter of 3 mm and characterized with microstructure, mechanical properties and gas permeability. The microstructure of surface and cross section of a porous anode support were analyzed by using SEM (Scanning Electron Microscope) image. The gas permeability and the mechanical strength of anode support was measured and analysed by using differential pressure at the flow rates of 50, 100, 150 cc/min. and using universal testing machine respectively. The unit cell composed of NiO-YSZ, YSZ, YSZ-LSM/LSM/LSCF was fabricated and operated with reaction temperature and fuel flow rate and showed maximum power density of $1095mW/cm^2$ on the condition of $800^{\circ}C$. The performance of single cell for micro-tubular SOFC increased with the increasing the reaction temperature due to the decrement of ohmic resistance of cell by the increment of the ionic conductivity of electrolyte through the evaluation of electrochemical impedance analysis for single cell with reaction temperature.
Park, Ji Yun;Lee, Do Kyun;Hwang, Soon Cheol;Kim, Sang Kyum;Lee, Sang Heon;Yoon, Soo Kyung;Yoo, Ji Ho;Lee, Si Hyun;Rhee, Young Woo
Clean Technology
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v.19
no.3
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pp.306-312
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2013
We investigated the effects of the concentration of carbon dioxide on the char-$CO_2$ gasification reaction under isothermal conditions of $850^{\circ}C$ using the Drayton coal. Potassium carbonate was used to improve the low-temperature gasification reactivity. The enhancement of carbon dioxide concentration increased the gasification rate of char, while gasification rate reached a saturated value at the concentration of 70%. The best $CO_2$ concentration for gasification is determined to be 70%. We compared the shrinking core model (SCM), volumetric reaction model (VRM) and modified volumetric reaction model (MVRM) of the gas-solid reaction models. The correlation coefficient values, by linear regression, of SCM are higher than that of VRM at low concentration. While the correlation coefficients values of VRM are higher than that of SCM at high concentration. The correlation coefficient values of MVRM are the highest than other models at all concentration.
Laboratory experiments were carried out to investigate the performance of anaerobic sequencing batch reactor(ASBR) for digestion of a municipal sludge. Each cycle of the ASBR comprised feeding, two-or three-day reaction, one-day thickening, and withdrawal. The reactors were operated at an HRT of 10days and 5days with an equivalent organic loading rate of 0.8-1.54 gVS/l/d, 1.81-3.56 gVS/l/d at 35$\circ$C, respectively. Solids accumulation was remarkable in the ASBR during start-up period, and directly affected by settleable solids in the feed sludge. Floatation thickening occured in the ASBRs, and Solids profiles at the end of thickening step dramatically changed at solid-liquid interface. Slight difference in solids concentrations was observed within thickened sludge bed. Efficiencies through floatation thickening were comparable to that of additional thickening of the completely mixed control reactor. Average solids concentrations in the ASBRs were 2.2-2.6 times higher than that in the control throughout the total operation period. The dehydrogenase activity had a strong correlation with the solids concentration. Organics removals based on clarified effluent of the ASBRs were consistently above 86%. Remarkable increase in equivalent gas production of 27-52% was observed at the ASBRs compared with the control though the control and ASBRs showed similiar effluent quality. Thus, digestion of a municipal sludge was possible using the ASBR in spite of high concentration of solids in the sludge.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.70.1-70.1
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2012
In-situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and infrared (IR) spectroscopy studies of SOFC cathode materials will be discussed in this presentation. The mixed conducting perovskites (ABO3) containing rare and alkaline earth metals on the A-site and a transition metal on the B-site are commonly used as cathodes for solid oxide fuel cells (SOFC). However, the details of the oxygen reduction reaction are still not clearly understood. The information about the type of adsorbed oxygen species and their concentration is important for a mechanistic understanding of the oxygen incorporation into these cathode materials. XPS has been widely used for the analysis of adsorbed species and surface structure. However, the conventional XPS experiments have the severe drawback to operate at room temperature and with the sample under ultrahigh vacuum (UHV) conditions, which is far from the relevant conditions of SOFC operation. The disadvantages of conventional XPS can be overcome to a large extent with a "high pressure" XPS setup installed at the BESSY II synchrotron. It allows sample depth profiling over 2 nm without sputtering by variation of the excitation energy, and most importantly measurements under a residual gas pressure in the mbar range. It is also well known that the catalytic activity for the oxygen reduction is very sensitive to their electrical conductivity and oxygen nonstoichiometry. Although the electrical conductivity of perovskite oxides has been intensively studied as a function of temperature or oxygen partial pressure (Po2), in-situ measurements of the conductivity of these materials in contact with the electrolyte as a SOFC configuration have little been reported. In order to measure the in-plane conductivity of an electrode film on the electrolyte, a substrate with high resistance is required for excluding the leakage current of the substrate. It is also hardly possible to measure the conductivity of cracked thin film by electrical methods. In this study, we report the electrical conductivity of perovskite $La_{0.6}Sr_{0.4}CoO_{3-{\delta}}$ (LSC) thin films on yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte quantitatively obtained by in-situ IR spectroscopy. This method enables a reliable measurement of the electronic conductivity of the electrodes as part of the SOFC configuration regardless of leakage current to the substrate and cracks in the film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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