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양정일(Yang, Jung-Il),양정훈(Yang, Jung Hoon),고창현(Ko, Chang-Hyun),김학주(Kim, Hak-Joo),천동현(Chun, Dong Hyun),이호태(Lee, Ho-Tae),정헌(Jung, Heon) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
Fischer-Tropsch synthesis (FTS) was carried out in heat-exchanger typed reactor with cobalt metallic foam catalyst. Considering the heat and mass transfer limitations in the cobalt catalyst, a Co-foam catalyst with an inner metallic foam frame and an outer cobalt catalyst was developed. The Co-foam catalyst was highly selective toward liquid hydrocarbon production and the liquid hydrocarbon productivity at 203?C reached to 52.5ml/(kg_{cat}{cdot}h), which was higher than that obtained by the Co-pellet. Furthermore, the heat-exchanger typed reactor was developed to efficiently control the highly exothermic reaction heat. The reaction heat generated in the FTS reaction on the cobalt active site was easily transferred to reactor wall by the metallic foam in the catalyst and the transferred reaction heat was directly removed by the hot oil which circulated the wall side of the heat-exchanger typed reactor.
KIER Liquefaction R & D's status
양정일(Yang, Jung-Il),양정훈(Yang, Jung Hoon),이호태(Lee, Ho-Tae),천동현(Chun, Dong Hyun),김학주(Kim, Hak-Joo),정헌(Jung, Heon) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
A bench scale slurry bubble column reactor (SBCR) with active-Fe based catalyst was developed for the Fischer-Tropsch synthesis (FTS) reaction. Considering the highly exothermic reaction heat generated in the bench scale SBCR, an effective cooling system was devised consisting of a U-type dip tube submerged in the reactor. Also, the physical and chemical properties of the catalyst were controlled so as to achieve high activity for the CO conversion and liquid oil (C_{5+}) production. Firstly, the FTS performance of the FeCuK/SiO₂ catalyst in the SBCR under reaction conditions of 265?C, 2.5 MPa, and H₂/CO=1 was investigated. The CO conversion and liquid oil (C_{5+}) productivity in the reaction were 88.6% and 0.226 g/g_{cat}-h, respectively, corresponding to a liquid oil (C_{5+}) production rate of 0.03 bbl/day. To investigate the FTS reaction behavior in the bench scale SBCR, the effects of the space velocity and superficial velocity of the synthesis gas and reaction temperature were also studied. The liquid oil production rate increased upto 0.057 bbl/day with increasing space velocity from 2.61 to 3.92 SL/h-g_{Fe} and it was confirmed that the SBCR bench system developed in this research precisely simulated the FTS reaction behavior reported in the small scale slurry reactor.
정헌(Jung, Heon),이호태(Lee, Hotae),양정일(Yang, Jung Il),김학주(Kim, Hakju),천동현(Chun, Dong Hyun),양정훈(Yang, Jung Hoon) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
최근 늘어나는 에너지 수요와 석유 및 천연가스의 공급 부족에 대비하여 석탄을 전환하여 부족분을 메우는 기술의 수요가 늘고 있다. 동시에 기후변화를 가속화하는 석탄기술의 확산을 어렵게 하는 정책이 수립되고 있어 석탄 이용 분야가 큰 딜레마에 처해있다. 두 마리 토끼를 다 잡기가 가장 용이한 석탄이용 기술이 가스화를 기반으로 하는 석탄전환 기술이다. 중국을 중심으로 진행되고 있는 석탄 전환기술의 현황과 단기 전망을 설명하고자 한다.
기포탑 반응기에서 기체 분사 방향에 따른 gas hold-up 변화
양정훈(Yang, Jung Hoon),양정일(Yang, Jung-Il),김학주(Kim, Hak-Joo),천동현(Chun, Dong Hyun),이호태(Lee, Ho-Tae),정헌(Jung, Heon) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06
슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 그러나 기포탑 반응기 내의 물질 거동은 매우 복잡하기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 그 현상에 대한 명확한 이해는 어려운 상황이다. 특히 기포탑반응기내에 기체의 포집율(gas hold-up)을 증가시키는 것을 목적으로 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기체의 분사 방향에 따른 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 기체 분사는 0.6 mm의 pore가 66개로 구성된 perforated plate를 통해서 이루어졌고, 수직방향, 수평방향, 45도 그리고 수직/수평 조합의 네 가지 분사방향에 대해서 실험을 수행하였다. 반응기는 내경이 0.15 m이고 높이 2.0 m 아크릴 반응기를 이용하였다. 사용된 연속상은 수돗물을 사용하였고 분산상 기체로는 압축 공기를 이용하였다. 전체적인 기체 포집율은 수직방향의 분사방향에서 가장 높게 측정되었다. 그리고 수직/수평의 조합 분사방향의 경우, 기체 포집율이 가장 낮게 관찰되었다. 이것은 분사방향이 수직/수평으로 서로 엇갈릴 경우, 기포간의 충돌 가능성이 높아지고 bubble coalescence가 증가하였기 때문인 것으로 보인다. 실제로 homogeneous flow regime에서 heterogeneous flow regime으로 전환되는 기체선속도는 분사방향이 수직, 45도, 수평, 수직/수평 조합의 순서로 감소하였다. 즉 이 순서로 기체흐름의 와류가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 Dynamic Gas Disengagement(DGD) 분석을 통하여 큰 기포가 발생하기 시작하는 기체 선속도의 변화를 관찰하였다. 이 경우, 예상되듯이 수직/수평 조합에서는 1.5 cm/sec 기체 선속도에서 큰 기포가 발생하기 시작한 반면 수직 방향 분사의 경우에는 2.5 cm/sec의 보다 높은 기체 선속도에서 관찰되기 시작하였다. 이러한 현상들을 종합하였을 때, 기체 분사방향을 수직으로 일정하게 했을 때, 기포간 출동을 최소화하고 와류발생을 최대한 지연시키며 전체 기체 포집율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
Trayed bubble column 반응기에서 tray의 기공크기에 따른 gas hold-up 변화 연구
양정훈(Yang, Jung Hoon),양정일(Yang, Jung-Il),김학주(Kim, Hak-Joo),천동현(Chun, Dong Hyun),이호태(Lee, Ho-Tae),정헌(Jung, Heon) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 그러나 기포탑 반응기 내의 물질 거동은 매우 복잡하기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 그 현상에 대한 명확한 이해는 어려운 상황이다. 특히 기포탑반응기 내에 기체의 포집율(gas hold-up)을 증가시키는 것을 목적으로 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 trayed bubble column 반응기에서 tray의 기공크기에 따른 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 실험에 사용된 반응기는 내경이 0.15 m이고 높이 2.0 m의 아크릴 반응기를 이용하였다. 사용된 연속상은 수돗물을 사용하였고 분산상 기체로는 압축공기를 이용하였다. Tray의 기공크기는 1.1 mm부터 14.0 mm까지 변화시키면서 높이별 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 기체 포집율의 변화를 균일흐름 영역과 불균일 흐름 영역에서 그 양상이 다르게 나타났다. 즉 균일계 영역에서는 기공의 크기가 1.1 mm부터 2.9 mm까지 증가시면 기체포집율이 감소하는 반면 2.9 mm 이상에서는 증가하는 것으로 관찰되었다. 반면 불균일 흐름 영역에서는 전반적으로 기공의 크기가 작아질수록 기체포집율이 증가하였다. 또한 각각의 흐흠 영역에서의 기체포집율 증가정도는 확연한 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 이것은 흐름영역의 유체거동에 따라서 기포와 tray 기공사이의 상호작용 메커니즘이 달라지기 때문인 것으로 보인다.
3상 Slurry Bubble Column Reactor에서 기체유속에 따른 고체입자의 거동에 대한 연구
양정훈(Yang, Jung-Hoon),양정일(Yang, Jung-Il),이호태(Lee, Ho-Tae),김학주(Kim, Hak-Joo),천동현(Chun, Dong-Hyun),정헌(Jung, Heon) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
Fischer-Tropsch 합성 반응과 같은 slurry bubble column reactor에서는 반응 속도를 증진시키기 위해서는 서로 다른 상간의 접촉 면적을 최대화함으로써 물질 전달을 원활하게 유지하여야 한다. 특히 Fischer-Tropsch 합성 반응에서는 반응물인 기체가 촉매로서 기능하는 고체 표면으로의 external mass transfer가 효과적으로 이루어져야 하기 때문에 반응기 내의 기체의 거동뿐만 아니라 고체인 촉매의 분포에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 반응기 내에 기체의 superficial velocity를 변화시키면서 기체의 hold up 뿐만 아니라 고체 입자의 분포특성에 대하여 관찰하였다. Superficial velocity가 증가함에따라 gas hold up의 경우, 일정하게 증가하다가 6 cm/sec 이상에서 그 증가폭이 감소하였다. 즉 6 cm/sec이상에서 turbulent flow regime을 형성하였다. 또한 고체입자의 분포 역시 기체의 superficial velocity가 증가함에따라 보다 균일하게 되는 것을 확인할 수 있었다.