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고정층 흡착탑에서 다성분 휘발성 유기화합물의 활성탄 흡착 특성
조종훈 ( Jong Hoon Cho ),이시훈 ( Sihyun Lee ),이영우 ( Young Woo Rhee ) 한국화학공학회 2016 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.54 No.2
본 연구에서는 상용활성탄 4가지를 사용하여 산업공정에서 사용빈도가 높은 톨루엔, isopropyl alcohol (IPA), ethyl acetate (EA), 3성분계를 대상으로 흡착특성을 고찰하였다. 고찰결과 3가지 휘발성 유기화합물 중 활성탄과 가장 친화력이 낮은 IPA의 파과점이 가장 짧았으며 다음으로 EA, 톨루엔 순으로 파과점이 길어지는 것을 알 수 있었다. 가장 파과점이 짧은 IPA를 기준으로 단일성분, 2성분, 3성분계의 파과점 변화를 고찰한 결과 성분 수가 많아질수록 파과점이 낮아지는 것을 알 수 있었으며 이는 친화력이 낮은 물질이 친화력이 높은 물질에 의해 치환되는 경쟁흡착에 의한것을 알 수 있었다. 따라서 톨루엔-IPA-EA 3성분계 흡착에서는 IPA의 파과를 기준으로 흡착탑을 설계하여야 하며 실제 산업체에서 흡착탑을 설계하는 기준도 가장 친화력이 낮은 물질을 기준으로 하여야 함을 알 수 있었다. This study aims to examine absorption characteristics of toluene, isopropyl alcohol (IPA), ethyl acetate (EA), and ternary-compounds, all of which are widely used in industrial processes, by means of four types of commercial activated carbon substances. It turned out that among the three types of volatile organic compounds, the breakthrough point of activated carbon and that of IPA, whose affinity was the lowest, were the lowest, and then that of EA and that of toluene in the order. With the breakthrough point of IPA, which was the shortest, as the standard, changes in the breakthrough points of unary-compounds, binary-compounds, and ternary-compounds were examined. As a result, it turned out that the larger the number of elements, the lower the breakthrough point. This resulted from competitive adsorption, that is, substitution of substances with a low level of affinity with those with a high level of affinity. Hence, the adsorption of toluene-IPA-EA and ternary-compounds require a design of the activated carbon bed based on the breakthrough of IPA, and in the design of activated carbon beds in actual industries as well, a substance whose level of affinity is the lowest needs to be the standard.
다양한 등급의 17종 석탄의 CO<sub>2</sub> 가스화 반응특성 연구
김수현,유지호,전동혁,이시훈,이영우,Kim, Soohyun,Yoo, Jiho,Chun, Donghyuk,Lee, Sihyun,Rhee, Young Woo 한국청정기술학회 2013 청정기술 Vol.19 No.3
휘발분 21~57 wt%를 포함하는 17종의 다양한 등급의 석탄에 대하여 $CO_2$ 가스화 반응을 수행하였다. TGA를 이용하여 $CO_2$ 가스화 반응을 실시한 후 열분해 조건($N_2$)에서의 거동과 비교하였다. $N_2$ 분위기에서 온도 증가에 따른 무게 감량은 석탄 내 휘발분 함량에 비례하였고, $CO_2$가스화 반응성도 휘발분 증가에 따라 증가하였으나 열분해 대비 분산된 모습을 보였다. 석탄 내 산소 기능기들은 상대적으로 반응성이 크며, 이에 따라 O/C 비율의 증가는 $CO_2$ 가스화 반응성의 증가로 나타났다. 하지만 H/C 비율 및 가스화 반응의 촉매 역할을 담당할 수 있는 회분의 함량은 $CO_2$ 반응성과 유의할만한 상관관계를 나타내지 않았다. 이러한 반응 특징은 수증기 가스화 반응과 유사하였으며 고정층 반응기에서 얻어진 $CO_2$ 가스화 결과와 일치하였다. This paper presents results on $CO_2$ gasification of 17 raw coals containing a wide range of volatile matter (21-57 wt%). The gasification is performed using a TGA under $CO_2$ and also under $N_2$ atmosphere. An amount of weight loss with increasing temperature is proportional to that of volatile matter in a coal under $N_2$ atmosphere. Reactivity of $CO_2$ gasification also increases with a content of volatile matter. However, the correlation is a little scattered. Oxygenated functional groups in a coal are generally reactive and therefore, an increase in O/C ratio leads to enhanced reactivity. However, $CO_2$ reactivity is affected by neither H/C ratio nor a content of ashes that possibly activate the gasification reaction. These findings are also applicable to steam coal gasification and the reactivity series are confirmed in the test at a fixed bed reactor.
유다연(Dayeon Yu),이천성(Cheonseong Lee),김성곤(Songgon Kim),이병화(Byounghwa Lee),송주헌(Juhun Song),장영준(Youngjune Chang),이시훈(Sihyun Lee),전충환(Chunghwan Jeon) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11
In order to investigate devolatilization characteristics for ashless coal with relatively low ash content and high heating value, an experiment was performed in different bed configurations of TGA and DTF(Drop Tube Furnace) at atmospheric pressure condition. The heating rate was 10℃/min up to 950℃ in TGA, while temperatures varied from 500 to 1300℃ in DTF. A weight loss and particle temperature were obtained to be used for kinetic analysis of the devolatilization. The kinetic parameters including an activation energy and pre-exponential factor for ashless coal were obtained using Coats-Redfern method in TGA and single step method in DTF. Furthermore, the devolatilization kinetics of the ashless coal were compared with the results of different kinds of conventional coal such as sub-bituminous and bituminous.
삼화 원탄과 무회분탄의 촉매(K₂CO₃) 가스화 반응성 비교 연구
공용진(Yongjin Kong),임정환(Junghwan Lim),임영준(Youngjoon Rhim),전동혁(Donghyuk Chun),이시훈(Sihyun Lee),유지호(Jiho Yoo),이영우(Young-Woo Rhee) 한국청정기술학회 2014 청정기술 Vol.20 No.3
석탄의 가스화는 촉매 도입 시 온순 조건에서 가능하나, 석탄 내 회분에 의한 비활성화에 의해 반복적인 촉매 활용이 힘들다. 이에 본 연구에서는 삼화 원탄에서 회분을 제거하여 삼화 무회분탄(ash-free coal, AFC)을 제조한 후 가스화 반응성을 원탄과 비교하여 알아보았다. 우선 원탄을 대상으로 고정층 반응기에서 수증기 공급량, 공간 속도(space velocity), 온도 및 촉매를 변수로서 가스화 조건을 결정하였다. 고체상 혼합법으로 다양한 촉매 도입 시, 유동성을 갖는 K₂CO₃가 가장 높은 활성을 보였다. 무회분탄은 원탄보다 낮은 반응성을 보였으며, 이는 용매(1-methylnaphthalene, 1-MN)를 이용한 고온 추출 및 건조 공정 중에 소모된 산소 기능기 함량과 증가된 탄화도(carbonization)에 기인한다. K₂CO₃ 가 혼합된 무회분탄의 반응성은 급격히 증가하여 낮은 온도 (700 ℃)에서도 높은 전환율을 보였다. 이때 H₂/CO와 CO₂/CO 비율도 증가하는데, 이는 촉매에 의해 수성가스전환(water-gas shift) 반응이 활성화됨에 기인한다. 본 연구에서는 무회분탄의 저온 촉매 가스화 반응을 통해 석탄 가스화 공정의 경제성이 개선될 수 있음을 확인하였다. Catalytic gasification of raw coals at mild condition is not realized yet mainly due to deactivation of catalysts via their irreversible interaction with mineral matters in coal. In this work, the gasification behavior of ash-free coal (AFC) was compared with that of the parent raw coal. In order to modify the gasification conditions, the raw coal gasified with fixed variables (water supply, space velocity, temperature, catalysts) in a fixed bed reactor. When catalysts are added by physical mixing method with coal, K₂CO₃ was the most effective additives for steam gasification of coal. However, the activity of ash-free coal (AFC) was much less reactive than raw coal due to high temperature extraction in a 1-methylnaphthalene under 30bar at 370 ℃ for 1 h, almost removed oxygen functional groups, and increased carbonization. The addition of K₂CO₃ in AFC achieved higher conversion rate at low temperature (700 ℃). At that time, the molar ratio of gases (H₂/CO and CO₂/CO) was increased because of water-gas shift reaction (WGSR) by addition of catalysts. This shows that catalytic steam gasification of AFCs is achievable for economic improvement of gasification process at mild temperature.