This paper discusses about research of ethylene-induced carbon deposition in diesel autothermal reforming (ATR). Unlike lighter hydrocarbon fuel reforming, diesel reforming has a few fundamental problems, such as carbon deposition in the reactor, which results in catastrophic failure of the reformer. Olefinic and aromatic hydrocarbons in diesel are known to be precursors of coke formation. Ethylene $(C_2H_4)$ is reported to cause rapid coke formation in the reforming process. It is found that the ethylene is clearly associated with carbon deposition in this research. The $O_2/C$ and $H_2O/C$ conditions in diesel ATR reaction are closely related to the carbon deposition from ethylene in diesel ATR. Additionally, I revealed that $O_2/C$ (reaction condition of diesel ATR) influences a homogeneous reaction of reactants (diesel, $O_2$ and $H_2O$) and the ethylene concentration in homogeneous reaction of diesel ATR at reactor entrance. The ethylene concentration decreases as $O_2/C$ increases in the product of homogeneous reaction in diesel ATR. And $H_2O/C$ (reaction condition of diesel ATR) effects a heterogeneous reaction of products from homogeneous reaction in diesel ATR reaction. The ethylene concentration decreases as $H_2O/C$ increases in diesel reformate gas. The ethylene concentration also as diesel is atomized using ultrasonic injector in product of homogeneous reaction in diesel ATR. Therefore, long-term reforming performance and high reforming efficiency can be achieved by controlling the amount of $C_2H_4$ in diesel reformate gas with varying $O_2/C$, $H_2O/C$ and ultrasonic injector (diesel atomizer).
본 논문은 디젤 자열개질 중 발생하는 에틸렌에 의한 탄소침적에 관한 연구를 담고 있다. 디젤 개질은 다른 저탄화수소 연료 개질에서 볼 수 없는 몇 가지 문제점들이 있다. 특히, 개질반응 중 발생하는 탄소침적 현상은 개질 반응기의 급격한 성능 저감을 야기한다. 디젤 내 포함되어 있는 불포화 탄화수소 및 방향족 성분들은 탄소 전구체로 잘 알려져 있다. 특히 에틸렌 $(C_2H_4)$ 은 개질 과정 중 급격한 탄소 생성을 유발하는 탄화수소로 널리 알려져 있다. 본 연구를 통해 디젤 자열개질 중 에틸렌과 탄소침적 현상의 밀접한 관계에 대하여 설명하고자 한다. 디젤 자열개질 반응 중 에틸렌에 의한 탄소침적 현상은 반응 조건 중 $O_2/C$, $H_2O/C$ 와 깊은 관련이 있다. $O_2/C$ 변화는 반응기 입구 단에서 반응물들의 동종 반응 중 발생하는 에틸렌 농도에 영향을 주며, $O_2/C$ 상승을 통해 동종 반응 구간에서의 에틸렌 생성양을 억제할 수 있다. H_2O/C 변화의 경우에는 동종 반응에서 생성된 생성물들의 이종 반응에 영향을 주며, 디젤 자열개질 생성 가스 내 에틸렌 농도와 관련이 있다. 또한, $O_2/C$, $H_2O/C$ 이외에 디젤 미립화기를 통해서 에틸렌 생성을 억제할 수 있다. 본 연구에서는 $O_2/C$, $H_2O/C$ 변화와 디젤 초음파 분무장치(디젤 미립화기)를 이용하여 에틸렌 생성을 억제하여 디젤 자열개질 효율 향상 및 장기 성능을 확보할 수 있었다.
