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바이오가스 직접 개질을 위한 플라즈마 수소 추출기 운전 특성 연구
이병진 ( Byungjin Lee ),위수빈 ( Subeen Wi ),이동규 ( Dongkyu Lee ),황상연 ( Sangyeon Hwang ),송형운 ( Hyoungwoon Song ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.4
바이오가스 직접 개질을 위해 플라즈마 방전영역을 확장할 수 있는 3상 글라이딩 아크 플라즈마 수소 추출기를 설계하고 스팀과 메탄의 부피 비율, 가스 유량, 플라즈마 입력 전력에 대해 개질 특성을 평가하여 운전 조건을 최적화했다. 수소생산효율은 플라즈마 에너지 밀도가 작을수록 증가하는 것으로 확인되었지만 C<sub>X</sub>H<sub>Y</sub> 혹은 carbon soot와 같은 촉매내구성에 영향을 줄 수 있는 부산물들이 발생했다. 부산물 생성을 억제하기 위해 스팀과 메탄의 비율 혹은 플라즈마 에너지 밀도를 높여야 했고 플라즈마 개질기 최적 조건으로 스팀과 메탄의 비율을 3, 플라즈마 에너지 밀도를 5.5 ~ 6.0 kJ/L로 선정했다. 또한 플라즈마 개질기에서 발생하는 열이 반응가스를 500 °C 이상까지 올려줄 수 있어 바이오 가스 버너의 연료사용량을 줄여 수소생산효율을 높일 수 있을 것으로 기대할 수 있다. For the direct reforming of biogas, a three-phase gliding arc plasma reformer was designed to expand the plasma discharge region, and the operation conditions of the plasma reformer, such as the S/C ratio, the gas flow rate, and the plasma input power, were optimized. The H<sub>2</sub> production efficiency is increased at a lower specific plasma input energy density, but byproducts such as C<sub>X</sub>H<sub>Y</sub> and carbon soot are generated along with the increase in H2 production efficiency. The formation of byproducts is decreased at higher specific plasma input energy densities and S/C ratios. The optimized operation conditions are 5.5 ~ 6.0 kJ/L for the specific plasma input energy density and 3 for the S/C ratio, considering the conversion efficiency, H<sub>2</sub> production, and byproduct formation. It is expected that the H2 production efficiency will improve with the decrease in fuel consumption in biogas burners because the heat generated from plasma discharge heats up the feed gas to over 500 °C.
반도체 스크러버 반응챔버 내 폐가스 열유동에 관한 수치해석 연구
윤종혁(Jonghyuk Yoon),위수빈(subeen Wi),송형운(Hyoungwoon Song),김현경(Hyunkyung Kim) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
반도체 산업의 발달과 더 불어 반도체 생산공정에서 발생되는 다양한 종류의 폐가스 배출을 저감시키기 위한 관심 이 집중되고 있다. 이러한 환경유해가스를 저감시키기 위한 장치로서 가스 스크러버 장치가 널리 사용되고 있으며 가스 스크러버 장치를 구성하고 있는 반응챔버의 성능향상을 위한 다양한 시도가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 수치해석기법을 기반으로 한 전산유체역학을 이용하여 반응챔버 내 열유동 특성을 예측하였고 실험과의 비교분석을 통하여 해석기법을 검증하였다. 온도결과에 대한 해석과 실험은 약 1.27-2.25% 수준의 오차를 보였으며 이룰 통해 해석결과의 타당성을 확보하였다. 추가적으로 검중된 해석기법을 이용하여 운전조건 및 반응기 형상 변화에 따른 거동특성을 파악하였다.
스크러버 반응챔버 축소모델 내부 열유동특성에 관한 실험 및 수치해석 연구
윤종혁(Jonghyuk Yoon),위수빈(subeen Wi),송형운(Hyoungwoon Song),김현경(Hyunkyung Kim) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
반도체 산업의 꾸준한 발전에 따라 반도체 제조공정으로 부터 생성된 폐가스를 정화하는 후처리 시스템에 않은 관심이 집중되고 있다. 이 중에서 반용챔버와 세정부로 구성되는 가스 스크러버는 반도체 제조공정으로부터 폐가스를 정제하기 위해 사용되고 있다. 전반적인 운전안정성 및 높온 제거효율을 얻기 위해 스크러버 시스템에서 반응챔버의 효율적인 설계가 필수적이다. 본 연구에 서 는 상사이론에 기초하여 단순화된 반응챔버의 축소모델이 설계되었고, 이러한 챔버 내부에서의 열유동 특성을 상용 전산유체역학(CFD) 코드인 Ansys CFX 2021 R2를 사용하여 수치해석적으로 분석되었다. 또한 수치해석 결과에 기초하여 반용챔버의 축소모델이 제작되었고, 수치해석결과를 검중하기 위해 특정 관측점에서의 온도의 결과를 실험과 비교 분석 하였으며, 약 2.5-9.8% 평균 오차가 발생하였고 전반적인 온도분포가 실험결과와 유사한 것을 확인하였다.