The conventional regenerative system has a high thermal efficiency as well as energy saving using the high preheated combustion air. in spite of these advantages, it can not avoid high nitric oxide emissions. Recently, flameless combustion has received much attention to solve these problems. In this research, numerical analysis is performed for flow-combustion phenomena in the self regenerative burner. In this analysis we used Fluent 6.0 code. the that is developed for commercial use, Methane gas is used as a fuel and two-step reaction model for methane and Zeldovich mechanism for NO generation are used. the velocity of the preheated combustion air is used as a parameter and we analyze the characteristics of flow-field, temperature distributions and NO emissions. Due to the increased recirculation rate, the maximum temperature of flame is significantly increased and NOx emissions is reduced
For practical application on the HCCI engine, the solution of subjects, such as control of auto-ignition timing and avoidance of knocking, is indispensable. This study focused on the technique of controlling HCCI combustion appropriately, changing the mixture ratio of two kinds of fuel. Methane and DME/n-Butane were selected as fuels. The influences, which the mixing ratio of two fuels does to ignition timing, ignition temperature, rate of heat release and oxidation reaction process, were investigated by experiment with 4-stroke HCCI engine and numerical calculation with elementary reactions.
In the present study, a systematic chemical kinetic calculations were made to investigate the augmentation of $NO-NO_2$ conversion due to the addition of various hydrocarbons (methane, ethylene, ethane, propylene, propane) in the nonthermal plasma treatment. It is included in the present conclusion that the reaction between hydrocarbon and oxygen radicals induced by electron collision, is believed to be a primarily process for triggering the overall NO oxidation and the eventual NOx reduction. Upon the completion of the initiating step, various radicals (OH, $HO_2$ etc.) successively are produced by hydrocarbon decomposition form the primary path of $NO-NO_2$ conversion. When the initiating step is not activated, hydrocarbon consumption rate appeared to be very low, thereby the targeted level of NO conversion can only be achieved by the addition of more input energy. Present study showed ethylene and propylene to have higher affinity with O radical under all conditions, thereby both of these hydrocarbons show very fast and efficient $NO-NO_2$ oxidation. It was also shown that propylene is superior to ethylene in the aspect of NOx removal.
Plasma nitrocarburizing and plasma oxidizing treatments were performed to improve the wear and corrosion resistance of SKD 11 steel. Plasma nitrocarburizing was conducted for 12 h at $520^{\circ}C$ in the nitrogen, hydrogen and methane atmosphere to produce the $\varepsilon-Fe_{2-3}(N,C)$ phase. It was found that the compound layer produced by plasma nitrocarburising was predominantly composed of $\varepsilon-phase$, with a small proportion of $\gamma'-Fe_4(N,C)$ phase. The thickness of the compound layer was about $5{\mu}m$ and the diffusion layer was about $150{\mu}m$ in thickness, respectively. Plasma post oxidation was performed on the nitrocarburized samples with various oxygen/hydrogen ratio at constant temperature of $500^{\circ}C$ for 1 hour. The very thin magnetite($Fe_3O_4$) layer $1-2{\mu}m$ in thickness on top of the compound layer was obtained by plasma post oxidation. It was confirmed that the corrosion characteristics of the nitrocarburized compound layer could be further improved by the application of the superficial magnetite layer.
압축천연가스 자동차에서 배출되는 메탄의 산화를 위한 Pd 촉매의 특성을 조사하였다. 알루미나에 담지된 Pd 촉매와 La과 Ce의 조촉매가 첨가된 촉매들을 함침법으로 제조하였다. 메탄산화 반응은 U-튜브 흐름 반응기에서 공간속도(GHSV)가 $72000h^{-1}$이고 반응온도가 $200{\sim}800^{\circ}C$ 범위에서 실험을 수행하였다. 촉매는 XRD, XPS, BET 표면적 및 수소화학흡착 실험에 의하여 특성화되었다. $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매 제조시 전구체로 $Pd(NO_3)_2$를 사용하고 $600^{\circ}C$로 소성하였을 때 $CH_4$ 산화의 활성이 가장 높았다. 소성된 $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매에서 palladium은 대부분 PdO로 존재하였으며, 이것의 메탄 산화 반응 활성이 환원된 촉매에 대부분 존재하는 Pd 금속 보다 높았다. 넓은 범위의 redox ratio에서 실험을 반복하면 $Pd/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매의 활성이 감소하고 높은 활성을 보이는 window 영역이 좁아지는 특성을 보였다. 조촉매로 Ce가 첨가된 촉매는 오히려 메탄 산화 활성이 감소하였으며, 조촉매로 La 이 첨가된 $Pd/La/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매는 담체와 Palladium의 열적 안정성이 향상되어 $1000^{\circ}C$에서 aging된 후에도 우수한 활성을 보였다. 또한 $Pd/La/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매의 NO에 의한 $CH_4$ 제거 반응 특성에서 산소가 존재하지 않는 경우 redox ratio가 1.2 근처에서 메탄이 모두 제거되었으나 산소가 존재하면 메탄 제거율이 크게 감소하였다.
농경지의 볏짚 수거량이 증가하면서 부족한 유기물을 공급하기 위하여 녹비작물을 이용하고 있다. 녹비작물은 유기물공급과 화학비료 대체가 가능한 우수한 유기물원이다. 그러나 농경지에서 분해되는 과정에 메탄을 발생시키기 때문에 메탄발생량을 줄이기 위한 노력이 요구된다. 따라서 논토양에서 녹비작물을 이용할 때 메탄발생량을 줄이기 위하여 경운깊이를 달리하여 시험하였다. 벼 생육기간 중 메탄 발생량은 이앙 후 63일, 74일에 가장 많았고 이앙 후 74일 이후부터 감소되었으며 이앙 후 106일에는 거의 발생되지 않았다. 녹비종류에 따른 메탄발생량은 보리환원구에서 가장 많았고, 그 다음은 헤어리베치, 화학비료 순이었다. 경운 깊이에 따른 메탄발생량은 10cm경운보다 20 cm로 경운함으로써 화학비료는 22.5%, 헤어리베치 환원구는 12.4%, 보리환원구는 11.7% 감소되었다. 벼 재배기간 동안 대기온도는 $30{\sim}40^{\circ}C$였고, 지온은 대기온도보다 약 $2{\sim}10^{\circ}C$정도 낮았다. 산화환원전위(Eh)는 이앙 전 관개를 시작하면서 급격히 토양이 환원되어 (-)값을 나타냈다. 작물 재배기간 동안 산화환원전위차는 -300~-500 mV으로 낮았으며 관개가 중단된 이앙 후 106일 이후에는 다시 급격하게 증가되었다. 쌀 수량은 경운깊이에 따른 차이는 없었으나 녹비작물중에서는 헤어리베치 환원구에서 가장 많았다. 논토양에서 헤어리베치를 이용할 때 20cm로 경운하여 메탄발생을 효과적으로 줄일 수 있었다.
고정층 상압 유통식 반응기를 사용하여 Ln(1)-Ni(5)/SBA-15 (Ln = Dy, Eu, Pr, Tb) 촉매상에서 메탄의 부분 산화 반응을 수행하여 수소의 수율을 조사하였다. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석으로 Ni(5)/SBA-15 촉매에 1 wt%의 Eu를 첨가함으로써 Eu(1)-Ni(5)/SBA-15의 O1s와 Si2p의 핵심 전자 수준의 화학적 이동이 있었으며, O1s, Ni2p3/2, Si2p의 원자의 비가 1.284, 1.298, 1.058로 증가하였다. 촉매 표면상에 O-, O2-의 산소와 Eu3+, Ni0, Ni2+, Si4+의 이온이 존재함을 알 수 있었다. Eu(1)-Ni(5)/SBA-15 촉매상에서 수소의 수율은 57.2%이었으며, Ln(1)-Ni(5)/SBA-15 (Ln = Dy, Pr, Tb)보다 우수한 수소 수율을 보여주었고 25 h의 반응에서 안정된 촉매 활성을 유지하였다. Eu를 Ni(5)/SBA-15에 1wt%를 첨가함으로서 금속과 담체 간에 강한 상호 작용에 의한 SMSI 효과로 산소 빈자리를 만들고 촉매 표면상에 Ni0, N2+의 나노입자의 분산을 증가시켜 촉매 활성을 유지시켰다.
Plasma nitrocarburising and plasma post oxidation were performed to improve the wear and corrosion resistance of S45C and SCM440 steel by a plasma ion nitriding system. Plasma nitrocarburizing was conducted for 3h at $570^{\circ}C$ in the nitrogen, hydrogen and methane atmosphere to produce the ${\varepsilon}-Fe_{2-3}$(N, C) phase. Plasma post oxidation was performed on the nitrocarburized samples with various oxygen/hydrogen ratio at constant temperature of $500^{\circ}C$ for 1 hour. The very thin magnetite ($Fe_3O_4$) layer $1-2{\mu}m$ in thickness on top of the $15{\sim}25{\mu}m$${\varepsilon}-Fe_{2-3}$(N, C) compound layer was obtained by plasma post oxidation. A salt spray test and electrochemical testing revealed that in the tested 5% NaCl solution, the corrosion characteristics of the nitrocarburized compound layer could be further improved by the application of the superficial magnetite layer. Throttle valve shafts were treated under optimum plasma processing conditions. Accelerated life time test results, using throttle body assembled with shaft treated by plasma nitrocarburising and post oxidation, showed that plasma nitrocarburizing and plasma post oxidation processes could be a viable technology in the very near future which can replace $Cr^{6+}$ plating.
부분산화가 적용된 저온플라즈마는 메탄으로부터 합성가스를 생산하는 기술이다. 저온 플라즈마 기술은 수증기 개질, 이산화탄소 개질을 이용한 개질기 보다 소형화와 시동특성이 우수한 장점을 가지고 있으며 다양한 분야에 적용이 가능하다. 본 연구에서는 GlidArc 방전을 이용한 저온플라즈마 개질기를 제안하였다. 개질 특성을 파악하고자 변수별 연구로서 가스 조성비율(O$_2$/CH$_4$), 수증기 주입량, 니켈과 철 촉매의 비교 및 이산화탄소 주입량에 대해 실험을 수행하였다. 최적의 수소 생산 조건은 O$_2$/C비가 0.64, 주입 가스유량은 14.2 L/min, 촉매의 반응기의 내부 온도는 672$^{\circ}C$, 주입 가스 량에 대한 수증기 유량 비율은 0.8 그리고 유입전력이 1.1 kJ/L일 때, 41.1%로 최대 수소 농도를 나타냈다. 그리고 이때 메탄의 전환율, 수소 수율 그리고 개질기 열효율은 각각 46.5%, 89.1%, 37.5%를 나타냈다.
There have been many methods for producing natural gas from gas hydrate reservoirs in permafrost and sea floor sediments. It is well knownthat the depressurization should be a best option for Class 1 gas hydrate deposit, which is composed of tow layers: hydrate bearing layer and an underlying free gas. However many of gas hydrate reservoirs in sea floor sediments are classified as Class 2 that is composed of gas hydrate layer and mobile water, and Class 3 that is a single gas hydrate layer. The most appropriate production methods among the present methods such as thermal stimulation, inhibitor injection, and controlled oxidation are still under development with considering the gas hydrate reservoir characteristics. In East Sea of Korea, it is presumed that the thick fractured shale deposits could be Class 2 or 3, which is similar to the gas hydrate discovered offshore India. Therefore it is needed to evaluate the possible production methods for economic production of natural gas from gas hydrate reservoir. Here we would like to present the production of natural gas from gas hydrate deposit in East Sea with industrial flue gases from steel company, refineries, and other sources. The existing industrial complex in Gyeongbuk province is not far from gas hydrate reservoir of East Sea, thus the carbon dioxide in flue gas could be used to replace methane in gas hydrate. This approach is attractive due to the suggestion of natural gas productionby use of industrial flue gas, which contribute to the reduction of carbon dioxide emission in industrial complex. As a feasibility study, we did the NMR experiments to study the replacement reaction of carbon dioxide with methane in gas hydrate cages. The in-situ NMR measurement suggeststhat 42% of methane in hydrate cages have been replaced by carbon dioxide and nitrogen in preliminary test. Further studies are presented to evaluate the replacement ratio of methane hydrate at corresponding flue gas concentration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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