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담체 및 조촉매 변화에 따른 Ni 촉매상의 SNG 반응 평가
류재홍(Ryu, Jaehong),강석환(Kang, Sukhwan),김수현(Kim, Suhyun),김진호(Kim, Jinho),이선기(Lee, Sunki),유영돈(Yoo, Youngdon),임효준(Lim, Hyojun),변창대(Byun, Changdae) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
석유의 고갈과 고유가 시대에 직면한 현재 전 세계적으로 매장량이 풍부하고 안정적으로 공급이 가능한 석탄 활용에 대한 관심이 급격히 증가하고 있다. 석탄의 활용 분야 중 석탄 가스화(Coal gasifier)에서 유도된 합성가스를 이용하여 합성천연가스(SNG) 생산을 할 수 있는 메탄화(Methanation) 공정에서는 대부분 Ni계열 촉매를 사용하고 있는데, 촉매를 설계하는 관점에서 담체(Support), 조촉매(Promoter), Ni의 함량 등과 같은 설계 변수에 따라 촉매의 활성과 함께 메탄 수율이 결정된다. 본 연구에서는 다양한 담체상에 Ni를 담지 하여 20bar 압력에서 SNG 반응에 높은 활성을 보일 수 있는 촉매를 확보하고자 실험을 수행하였으며, 그 결과 NiO/SiO₂-Al₂O₃ 촉매가 가장 우수한 활성을 보이는 것을 알 수 있었다. 또한 NiO/SiO₂-Al₂O₃ 상에 Cerium, Ferric oxide 조촉매를 첨가하여 SNG 반응 활성 평가를 수행하였다.
Ni<sub>x</sub>-Fe<sub>1-x</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>계 촉매의 함량이 CO<sub>2</sub> 메탄화반응에 미치는 영향
강석환(Kang, Sukhwan),류재홍(Ryu, Jaehong),김진호(Kim, Jinho),이선기(Lee, Sunki),유영돈(Yoo, Youngdon),변창대(Byun, Changdae),임효준(Lim, Hyojun) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
석탄 가스화에서 유도된 합성가스는 합성반응 공정을 통하여 합성석유, 메탄올(& DME), 합성천연가스(SNG) 등의 다양한 화학원료를 제조할 수 있어 이의 활용이 점차적으로 확대될 것이다. 이 중 SNG 공정의 경우, 석탄가스화기에서 생산된 합성가스는 집진, 탈황, 수성가스전환(H₂/CO 비를 조절), CO₂ 제거 등의 공정을 거쳐 메탄화 반응기로 유도되는데, 메탄화 반응에서 CO₂가 반응에 참여하면 탄소포집 및 저장(CCS)의 부담을 크게 줄일 수 있어 이에 대한 관심이 커지고 있다. 특히, 상업용으로 활용되고 있는 단열반응기를 직렬로 연결할 경우, 메탄화반응의 발열로 인한 반응기내의 온도 상승으로 CO₂가 생성되는데 이후의 2차 또는 3차의 단열반응기에서 CO₂ 수소화반응이 진행되면 최종 생성물인 메탄의 수율이 증가하며, 뿐만아니라 생성물 중 포함된 수소의 농도를 낮출 수 있는 장점을 가지게 된다. 따라서, 본 연구에서는 Ni계 촉매를 사용하여 풍부한 H₂ 분위기에서 Fe를 첨가하여 이의 함량이 CO₂ 수소화반응의 탄소 전환율과 생성되는 메탄의 수율에 미치는 영향을 고찰하였다.
고성곤(Sung-Gon Go),류재홍(Jaehong Ryu),박상진(Sangjin Park),김태화(Taewha Kim),김영욱(Youngwook Kim),정미진(Mijin Jeong),서정세(Jeongse Suh) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2
A thermoelectric generator (TEG) is a solid-state device that converts thermal energy directly into electrical energy. They have no moving parts inside, so they have a long operating life, are noiseless, and can operate reliably. They are also environmentally friendly, as they are pollution-free. Thermoelectric generators have great potential for harvesting ambient energy. this study aims to design a cooling system that attaches to the cold side of the thermoelectric modules. Three cases are considered based on the coolant inlet and outlet locations and flow path geometry. The average temperature of cooling system surface, temperature unifomlity, and pressure drop between the coolant inlet and outlet are selected as the performance indicators of the cooling system. Type 1-1, which had the lowest pressure drop between inlet and outlet, but the highest average cooling surface temperature and temperature uniformity, was judged to be the best performing case.
석탄 합성가스를 이용한 온도 및 압력변화에 대한 메탄화 반응 특성
김수현(Kim, Suhyun),유영돈(Yoo, Youngdon),류재홍(Ryu, Jaehong),변창대(Byun, Changdae),임효준(Lim, Hyojun),김형택(Kim, Hyungtaek) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
석탄가스화로부터 얻어진 합성가스는 CO, H₂가 주성분으로, 그 자체를 연료로 사용하여 발전을 하거나 또는 적절한 정제, 분리 및 합성을 통해 다양한 원료물질을 생산할 수 있다. 이러한 석탄의 청정 사용 기술은 최근의 에너지 분야에서 많은 관심을 불러일으키고 있는 고유가 현상 및 석유자원 고갈에 대비할 수 있는 현실적인 방법의 하나로 여겨지고 있다. 석유를 대체할 에너지원으로서 석탄을 이용하는 다양한 응용 방법 중의 하나로 가스화 반응을 통해 발생하는 합성가스를 이용한 SNG 제조 공정을 들 수 있는데, 이는 석탄 등의 고체 시료를 이용하여 메탄이 주성분인 연료가스를 생산하는 것이다. SNG(Synthesis Natural Gas 또는Substitute Natural Gas)는 합성천연가스 또는 대체천연가스로 불리어지는데 주로 석탄의 가스화를 통해 얻어진 합성가스(syngas 또는 synthesis gas)인 CO, H₂를 촉매에 의한 합성반응을 통해 얻을 수 있다. SNG 합성 반응(메탄화 반응)은 보통 수성가스 전환 공정과 가스 정제 공정을 거친 합성가스를 CH₄로 전환하는 것으로 석탄을 이용한 SNG 제조 공정에서 가장 핵심 공정인 메탄화 반응은 높은 발열반응으로 주로 니켈 촉매를 사용하며 250{sim}400?C에서 반응이 이루어진다. SNG 합성 반응은 공급되는 합성가스의 조성(H₂/CO 비), 공급되는 합성가스의 유량과 반응기에 충진된 촉매의 부피와의 관계를 나타낸 공간속도, 반응온도 등의 조건에 따라 반응 특성이 달라질 수 있다. 가스화 반응을 통해 생성되는 합성가스를 이용한 SNG 합성반응(메탄화 반응)의 특성을 파악하기 위하여 Lab-scale 규모의 고정층 반응기를 이용하여 Ni 함량이 다른 2종류의 촉매를 대상으로 반응온도 및 압력에 따른 CO 전환율, CH₄ 선택도, CH₄ 생산성 변화를 파악하였다. 실험 결과 반응기의 온도가 350도 이상의 조건에서 CO 전환율은 99.8%이상, CH₄ 선택도는 90.7%이상으로 나타났으며, 공간속도가 2,000 1/h 이상의 조건에서는 CH₄ 생산성이 500 ml/g-cat, h을 만족하였다.
등온반응기와 단열반응기 조합으로 구성된 0.25 MW급 메탄합성 파일롯 공정 운전특성
김수현(Suhyun Kim),유영돈(Youngdon Yoo),강석환(Sukhwan Kang),류재홍(Jaehong Ryu),김진호(Jinho Kim),김문현(Munhyun Kim),고동준(Dongjun Koh),이현정(Hyunjung Lee),김광준(Gwangjun Kim),김형택(Hyungtaek Kim) 한국청정기술학회 2013 청정기술 Vol.19 No.2
본 연구에서는 등온반응기와 단열반응기로 구성된 0.25 MW 메탄합성 파일롯 공정 실험을 통한 운전 특성을 분석하였다. 등온반응기는 메탄합성 반응을 통해 발생하는 열을 포화수의 유량과 압력을 통해 강제적으로 제어할 수 있는 반응기로 등온반응기와 단열반응기를 조합할 경우 기존 단열반응기만으로 구성된 메탄합성 공정에 비해 반응기 개수를 줄일 수 있다. 또한 합성가스 재순환이 불필요하기 때문에 단열반응기 조합으로 구성된 메탄합성 공정에서 비용의 약 15~20%를 차지하는 재순환 압축기를 제거할 수 있다. 등온반응기로 유입되는 합성가스의 H2/CO 비가 3보다 낮은 경우에는 튜브에 충진된 촉매에 탄소 침적 현상이 일어나 반응기의 차압이 증가하였으며, H₂/CO 비가 3으로 공급되는 경우에는 탄소 침적 현상이 일어나지 않고 메탄합성 반응이 안정적으로 유지되어 CO 전환율 99% 이상, CH₄ 선택도 97% 이상, CH₄ 생산성 최대 695 ml/h·-cat를 얻을 수 있었다. In this study, we analyzed the operational characteristics of a 0.25 MW methanation pilot plant. Isothermal reactor controled the heat released from methanation reaction by saturated water in shell side. Methanation process consisting of isothermal reactor and adiabatic reactor had advantages with no recycle compressor and more less reactors compared with methanation process with only adiabatic reactors. In case that H2/CO ratio of syngas was under 3, carbon deposition occurred on catalyst in tube side of isothermal reactor and the pressure of reactors increased. In case that H₂/CO ratio was maintained around 3, no carbon deposition on catalyst in tube side of isothermal reactor was found by monitoring the differential pressure of reactors and by measuring the differential pressure of several of tubes filled with catalyst before and after operating. It was shown that CO conversion and CH₄ selectivity were over 99, 97%, respectively, and the maximum CH₄ productivity was 695 ml/h·g-cat.