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가정용 고분자연료전지 시스템을 위한 통합형 천연가스 개질기 개발
서유택(Seo, Yutaek),서동주(Seo, Dong Joo),정진혁(Jeong, Jin Hyeok),윤왕래(Yoon, Wang Lai) 한국신재생에너지학회 2005 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2005 No.06
수소 기반의 에너지 사회는 중소규모 분산 발전과 연료 전지 자동차에서 시작될 거라는 예측이 지배적이다. 가정용 고분자 연료전지 시스템은 상업화에 가장 가까운 소규모 분산 발전 시스템중의 하나이며, 에너지기술연구위원에서는 가정용 고분자 연료전지에 수소를 공급하기 위한 천연가스 수증기 개질시스템의 개발을 진행해 왔다. 효율 향상과 제작의 용이성, 그리고 소형화에 초점을 맞추어 개발된 prototype-I은 2.0Nm³/hr의 순수 수소 생산 용량을 가지고 있으며, 수증기 개질기와 수성가스 전이 반응기 수중기 생성 장치, 그리고 반응열 공급에 필요한 버너 등을 이중 동심원관에 통합한 형태이다. 수중기 개질과 수성가스 전이 반응을 거쳐 나오는 개질 가스의 조성은 72.3%;H₂,;4.8%;CH₄,;0.7%;CO,;22.2%;CO₂이며, 이때 S/C 비율은 2.5였다. 고분자 연료 전지 공급 시 요구되는 CO 농도가 10ppm 이하이기 때문에, 본 시스템에는 선택적 산화 반응기를 2단으로 설치하여 CO. 농도를 10ppm 이하로 낮추어주었다. 전체 시스템의 열효율은 LHV 기준으로 68%. Prototype-I의 운전을 통해 설계 개선안을 도출하였으며, 이를 적용해 제작한 prototype-II가 시험 운전 중이다,. 통합된 개질 시스템에서는 각 단위 반응기사이의 열교환을 최적화하여 단위 반응들이 적정 온도 범위에서 일어나도록 유도하는 것이 중요하다. Prototype-II는 수증기 개질 반응기와 WGS 반응기, 수증기 생성 장치 사이의 열교환율을 향상시켜 농도를 2.5%로 감소시키면서 CO의 농도는 1%이하로 유지하였다. 이 결과를 바탕으로 얻어진 메탄 전환율은 87%이고, 열효율은 LHV 기준으로 75%이다. 아울러 개선점을 적용한 선택적 산화 반응기를 제작하였다. 개질 가스와 산소의 혼합을 유도하고, 반응기 온도의 제어를 통해 선택적 산화 반응의 속도와 선택성을 향상시키고자 한다. 시스템의 운전을 통해 메탄 전환율과 열효율의 개선을 진행할 예정이다.
Study of Producing Natural Gas From Gas Hydrate With Industrial Flue Gas
서유택(Yutaek Seo),강성필(Seong-Pil Kang),이재구(Jae Goo Lee),Min Jun Cha,Huen Lee 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.10
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.
소규모 현장 생산 방식에 의한 수소 제조용 천연가스 수증기 개질기 개발
서동주(Seo, Dong Joo),서유택(Seo, Yutaek),서용석(Seo, Yong Seog),박상호(Park, Sang Ho),정진혁(Jeong, Jin Hyeok),윤왕래(Yoon, Wang Lai) 한국신재생에너지학회 2005 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2005 No.06
수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 10~100 Nm³/hr 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 20 Nm³/hr용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 680~720?C, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) 2.7~3.2 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 89% 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 70% 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 23.4Nm³/h였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 550?C 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.
<SUP>13</SUP>C NMR을 이용한 질소 및 이산화탄소 혼합 가스의 메탄 하이드레이트 치환 속도 규명 연구
Igor L Moudrakovski,John A. Ripmeester,서유택(Yutaek Seo),강성필(Seong-Pil Kang),이재구(Jae Goo Lee) 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.05
지구 온난화 문제의 심각성이 대두되면서 이산화탄소 저감 기술에 대한 관심이 증폭되고 있다. 가장 이상적인 방법은 탄소가 포함되지 않은 청정 재생 에너지원이지만, 에너지 공급 규모 면에서 보면 근 미래에도 화석 연료가 에너지 수요에 대한 주요 공급원으로 남아있을 것이라는 의견이 지배적이다. 많은 화석 연료 중 천연가스는 탄소 배출량이 가장 적은 청정 연료로 지난 10년간 수요가 폭발적으로 증가해왔다. 이를 고려해볼 때 탄소 배출량이 적은 천연가스를 생산하면서 이산화탄소를 격리 시킬수있는 기술은 매우 매력적 이다. 본 연구에서는 심해저의 메탄 하이드레이트로부터 천연가스를 생산하는 기술로서 이산화탄소와 질소의 혼합 가스를 사용하는 기술 개발의 일환으로 혼합 가스에 의한 메탄 하이드레이트 해리 속도를 13C NMR을 이용해 측정한 결과를 제시하고자 한다.
Conceptual design of an offshore LNG bunkering terminal
Sungtae Yun(윤성태),Jiheon Ryu(유지헌),Suwon Seo(서수원),Sangick Lee(이상익),Hyun Chung(정현),Yutaek Seo(서유택),Daejun Chang(장대준) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.12
This study proposes the conceptual design of an offshore LNG bunkering terminal that would play a critical role in the LNG supply chain for LNG-fuelled ship propulsion. The principal functions of the LNG bunkering terminal include importing LNG from LNG carriers, storing it temporarily, and exporting the stored LNG to LNG bunkering shuttles or LNG-fuelled ships. One of the critical issues facing cargo operation from a safety point of view is the treatment of boiloff gas (BOG) generated from several sources in the storage systems of the bunkering terminal. Several methods of handling BOG seem feasible. The employment of a pressure vessel with a re-liquefaction system is considered the most effective and safe alternative.