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V₂O5-MnO₂/TiO₂촉매가 분산된 PTFE 촉매 섬유소재의 제조 및 탈질성능 평가
부진호(Jinho Boo),권병찬(Byung Chan Kwon),박노국(No-Kuk Park),강도형(Dohyung Kang),이장훈(Jang Hun Lee),황상연(Sang Yeon Hwang),서명조(Myung Jo Seo) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
초미세먼지 발생원으로 주목받고 있는 연소공정에서 배출되는 질소산화물을 제거하기 위한 SNCR 및 SCR공정의 배출허용규제가 강화될 것으로 예상되며, SNCR에 의한 탈질공정은 고온에서 운전되고 탈질효율이 약 60% 정도에 그치므로, 이를 대비하여 SCR에 의한 2차 처리를 해주는 탈질공정의 개선이 요구되고 있다. 여과백 소재인 PTFE 섬유에 촉매를 담지하는 방법에는 표면 코팅기법과 섬유제조 과정에서 고분자 섬유질 내에 고분산하는 방법이 연구되고 있는데, 본 연구에서는 PTFE 섬유사 내에 촉매를 분산시키기 위한 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 집진에 이용되고 있는 PTFE 여과포 소재의 제조과정에서 먼저 V₂O5/TiO₂ 탈질촉매를 분산시켜 여과포 섬유 자체에 탈질기능을 부가하고자 하였다. 추가적으로 MnO₂/TiO₂와 V₂O5-MnO₂/TiO₂의 NH₃-SCR전환율을 비교분석하였다. V₂O5/TiO₂ 탈질촉매는 함침법에 의해서 대량으로 제조하였으며, 제조된 분말 촉매를 PTFE 분말과 혼합하여 로드를 제조한 후, 제유 및 연신공정을 거쳐 촉매가 분산된 PTFE 섬유사를 제조하였고, 탈질촉매가 분산된 PTFE 섬유사의 탈질성능을 조사하기 위하여 고정층 반응기에서 온도에 따른 NH₃-SCR 반응에서 탈질성능을 비교하였다. 또한, PTFE 섬유사 내에 촉매의 분산상태 및 함유량을 확인하기 위하여 주사전자현미경(SEM)과 실체 현미경을 이용하여 PTFE 섬유사 표면형상을 관찰하였으며, TG실험으로부터 촉매 담지량을 측정하였다. 표면분석 결과로부터 미세 촉매입자가 PTFE 섬유사 내에 분산된 것이 확인되었다.
청정 수소 생산을 위한 용융촉매 기반 천연가스 열분해 기포 반응기의 전산해석
박성민(Seongmin Park),김무경(Mukyeong Kim),구윤하(Yunha Koo),강도형(Dohyung Kang),류창국(Changkook Ryu) 한국연소학회 2022 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2022 No.5
Methane pyrolysis in a bubble column reactor (BCR) of molten catalysts has recently been proposed to produce H₂ without emitting CO₂, while overcoming the limitations of existing technologies for methane-to-hydrogen conversion. In this study, a numerical model for methane pyrolysis in the BCR of molten catalysts was developed. Based on a 1-D simplification of the BCR, continuous liquid and discrete bubble phases were considered. Applying ii to two sets of experiments, the model accurately reproduced the methane conversion at different conditions, and detailed information on the key phenomena was acquired. By comparing the performances of Ni<SUB>(27)</SUB>Bi<SUB>(73)</SUB> and KCl<SUB>(50)</SUB>MnCl<SUB>2(50)</SUB> under the same reaction conditions, a favorable influence of the catalyst density on methane conversion was revealed. The proposed model is an essential tool for developing methane pyrolysis technology to scale-up with high H₂ productivity.
VOCs 산화촉매의 카본침적 거동 조사 : 점화온도의 영향
고은희(Eun Hee Ko),권병찬(Byung Chan Kwon),강도형(Dohyung Kang),박노국(No-Kuk Park),윤대식(Daesik Yun) 한국에너지기후변화학회 2020 에너지기후변화학회지 Vol.15 No.2
In this study, the carbon deposition on the commercial catalyst during the combustion reaction of volatile organic compounds (VOCs) was investigated. The relatively low operating temperature can cause the decompositon of volatile organic compounds on the commercial catalyst. The carbon deposition was mainly observed at the lowest activation temperature, which highly depends on the type of volatile organic compounds. The ignition temperature for catalytic combustion of methyl-ethyl-ketone(MEK), ethyl acetate(EA), and methanol(MeOH) on a Pt-Pd/Al₂O₃-SiO₂-MgO-CeO₂ commercial catalyst was measured under 200 °C. MEK and EA was ignited above 160 and 200 °C, respectively, while MeOH was ignited below 100 °C. While no carbon deposition occurred in the catalytic combustion of MEK and EA, the severe carbon deposition was clearly observed in the case of the MeOH combustion above 160 °C and below 110 °C. When MEK-EA-MeOH mixed solvent is used, carbon deposition may occur due to catalytic decomposition of methanol, and carbon monoxide generated from the decomposition of methanol on the acidic sites of the catalyst may be deposited into the solid carbon by Boudouard reaction. Since carbon deposition can decrease the lifetime of the catalysts, in order to avoid carbon deposition, it is necessary to lower the acidity of the catalyst and operate the oxidation reaction at above 200 °C.
인쇄공정에서 배출되는 VOCs 종에 따른 촉매연소특성 조사
박노국(No-Kuk Park),권병찬(Byung Chan Kwon),강도형(Dohyung Kang),윤대식(Daesik Yun),류재홍(Jae-Hong Ryu),강석환(Suk-Hwan Kang) 한국에너지기후변화학회 2020 에너지기후변화학회지 Vol.15 No.1
In this study, the catalytic combustion characteristics according to the type of volatile organic compounds (VOCs) emitted from the printing process were investigated. The combustion characteristics were analyzed with the exothermic behavior on the catalyst bed during low-temperature combustion ignition using catalysts for methyl ethyl ketone (MEK), ethyl acetate (EA), and methanol(MeOH) among VOCs used in the gravure printing process. As a result of comparing and analyzing the temperature change in the inlet, middle, and outlet portions of the honeycomb catalyst packed in the reactor for each initial ignition temperature, it was confirmed that EA, MEK and MeOH were ignited above 250 °C, 270 °C, and 200 °C, respectively. It was confirmed that the differentiation of ignition and operating temperature is required depending on the type of VOCs in the catalytic combustion process in order to prevents to acting as a precursor of ultra-fine dust after discharged to the atmosphere of the solvent used in the printing process. It was concluded the deactivation of the combustion catalysts may be caused by the formation of carbon by incomplete combustion when MEK and EA were ignited at low-temperature.
석유 코크스 가스화 합성가스 내 황화물 제거용 카본계 흡수제 개발
권병찬(Byung Chan Kwon),배다솔(Dasol Bae),박노국(No-Kuk Park),강도형(Dohyung Kang),김민규(Minkyu Kim),이승종(Seung Jong Lee),이진욱(Jin Wook Lee),윤용승(Yongseung Yun) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
최근 석유 코크스, 폐기물 등의 저급 자원으로부터 합성 가스 생산 후, 이를 고도로 정제, 전환 및 분리하여 고순도 수소를 생산하는 합성가스 기반 수소생산기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 코크스의 경우 단일 플랜트에서 수십~수백 톤/일 규모의 수소를 생산할 수 있는 대용량화가 가능한데 이를 위해서는 합성가스 생산 시 황 등의 불순물을 고도 정제하기 위한 공정이 필요하다. 이에 본 연구에서는 합성가스 중에 포함된 황 성분 정제하기 위한 방안으로 카본계 흡수제를 사용하여 황 성분을 선택적으로 제거하기 위한 실험을 수행하였다. 비표면적이 높고 황 성분과의 반응성이 높은 활성탄에 potassium을 도핑하여 온도에 따른 황화합물과의 반응거동을 살펴보았다. 일반적으로 황화합물은 온도가 높아질수록 제거효율이 높아지나 제조된 카본계 흡수제의 경우 약 200 ℃의 온도에서 최대 황 흡수율을 보였다.