• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제30권4호
• /
• pp.455-462
• /
• 2006

Natural gas is a promising alternative fuel to meet strict engine emission regulations in many countries. Natural gas engines can operate at lean burn and stoichiometric burn conditions with different combustion and emission characteristics. In this paper, the fuel economy, emissions, misfire, knock and cycle-to-cycle variations in indicated mean effective pressure of lean burn natural gas engines are highlighted. Stoichiometric burn natural gas engines are briefly reviewed. To keep the output power and torque of natural gas engines comparable to that of gasoline engines, high boosting pressure should be used. High activity catalyst for methane oxidation and lean deNOx system or three way catalyst with precisely control strategies should be developed to meet stringent emission standards.

• 한국연소학회:학술대회논문집
• /
• 한국연소학회 2015년도 제51회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
• /
• pp.61-63
• /
• 2015

In the low pressure selective catalytic reduction (LP SCR) system, the uniformity of both ammonia concentration and exhaust gas flow at the SCR catalyst layer are important design factor for the efficient SCR-deNOx performance. According to the shape of the guide vane and static mixer, numerical simulations were conducted to analyze flow patterns and finally to find out the appropriate alternative for uniform flow at the front of catalyst in the real scale LP SCR reactor. The variations of gas velocity and ammonia concentration were quantitatively evaluated. Based on the present results, the shape was devised to satisfy the design criteria.

• 청정기술
• /
• 제27권1호
• /
• pp.61-68
• /
• 2021

선택적 촉매 혼합법은 대용량의 화력 발전시스템에서 질소산화물을 제거하는 방법으로 많이 사용되고 있다. 분사된 암모니아와 유입된 배기가스의 균일한 혼합은 촉매 층에서의 탈질 환원 과정에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 탈질설비의 암모니아 분사시스템 설계과정에 전산해석 기법을 적용하였다. 적용 모델은 현재 가동되고 있는 800 MW급 석탄 화력 발전소의 탈질설비이다. 유동 해석 범위는 암모니아 분사 시스템 입구에서 촉매 층 후단부이다. 2차원 유동장을 선택하였고 비압축성으로 가정하였다. 상용 소프트웨어인 ANSYS-Fluent를 사용하여 정상 상태의 난류 유동을 해석하였다. 설계 변수로는 암모니아 분사 시스템에서의 노즐 배치 간극과 분사 유량으로 4가지 경우에 대해 결과를 분석하였다. 촉매 층 입구에서의 몰 비에 의한 평균제곱근오차 값을 최적화 변수로 선정하였고 실험계획법을 기반으로 한 최적화 알고리즘을 도입하였다. 노즐 피치와 유량을 동시에 조절한 경우가 유동 균일성 관점에서 가장 우수하였다.

• 동력기계공학회지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.27-35
• /
• 2013

SCR (Selective Catalytic Reduction) on DPF (Diesel Particulate Filter) is a multi-functional after-treatment device which integrates soot filtration and DeNOx function into a single can. Because of its advantage in package and cost, the SCR on DPF is considered as a potential candidate for future application. It inherently employes wall flow type monolithic reactor so ash included in exhaust gas may deposit inside the inlet channel of this device. This study is intended to identify the impact of ash deposit on SCR reaction under wall flow type monolithic reactor. Simulation approach is used so relevant species transport equations for wall flow type monolith is derived. These equations can be solved together with momentum conservation equations and give solution for conversion performance. Both ash deposit and clean catalyst case are simulated and comparison of these two cases gives an insight for the impact of ash deposit on conversion performance. Ash deposit can be classified as ash layer and ash plug. and impact of ash deposit is described along with different morphology of ash deposit.

• 자원리싸이클링
• /
• 제21권6호
• /
• pp.65-73
• /
• 2012

탈질용 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매는 화력발전소의 탈질 시스템에서 발생한다. 폐 SCR 촉매로부터 바나듐 및 텅스텐과 같은 유가금속을 회수하기 위한 공정은 소다배소 및 수침출 법으로 이루어진다. 본 연구에 사용된 폐 SCR 촉매는 $V_2O_5$ 1.23 %, $WO_3$ 7.73 %를 함유하고 있다. 소다배소 공정은 바나듐과 텅스텐 화합물을 수용성의 물질로 전환시켜 주는 역할을 하며, 실험은 $Na_2CO_3$ 첨가량 5 당량, 배소온도 $850^{\circ}C$, 배소시간 120 분, 폐촉매 입자크기 $54{\mu}m$의 조건에서 수행하였다. 소다배소 실험 이후 배소산물을 사용하여 수침출 실험을 수행하였다. 침출실험을 위한 배소산물은 $-45{\mu}m$의 입자크기로 분쇄하였으며, 수침출 실험조건은 침출온도 $40^{\circ}C$, 침출시간 30 분, 광액밀도 10 %이다. 소다배소 및 수침출 실험결과, 바나듐 46 %, 텅스텐 92%의 침출율을 얻었다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제16권11호
• /
• pp.7433-7438
• /
• 2015

암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원법에서 $V_2O_5/TiO_2$ 촉매를 사용하여 황산화물에 대한 비활성화 특성을 연구하였다. 반응온도와 황산화물 농도를 변경시키면서 촉매의 활성변화를 측정하였다. 촉매의 활성은 황산화물의 농도와 반응시간이 증가할수록 감소하였다. 또한 황산화물에 대한 촉매의 활성감소 정도는 반응온도 $250{\sim}300^{\circ}C$의 범위에서 반응온도가 증가할수록 크게 감소하였다. BET, XRD, SEM, TPD분석을 통해 비활성화된 촉매의 물리화학적인 특성을 조사하였다. 분석결과, 비활성화현상은 황산화물이 존재하는 상태에서 미반응 암모니아, 수분 등이 반응하여 황산암모늄이 생성되기 때문이다. 황산암모늄은 촉매의 기공을 막으며 활성물질에 침적된다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제40권7호
• /
• pp.429-434
• /
• 2016

중대형 출력의 해상용 디젤엔진에서 여러 탈질 기술 중 요소(Urea)를 환원제로 사용하는 Urea-SCR 시스템이 가장 검증된 기술로 알려져 있다. 요소수의 경우 Urea-SCR 시스템의 노즐 특성 및 혼합기 유 무에 의한 분무거동 및 혼합특성이 시스템 효율에 지대한 영향을 미친다. 따라서 본 연구는 SCR 시스템의 최적 설계를 위해 혼합기 적용에 따른 반응영역에서의 분무거동 특성 및 암모니아 균일도를 전산해석기법으로 분석하였다. 그 결과 혼합구간의 $NH_3$농도로 비춰 볼 때 SCR 시스템의 성능 향상을 보장하기 위해서는 환원제의 균일도를 고려한 특정 형상의 혼합기의 적용이 필요하다는 것을 알 수 있었다. 특히 선박용 SCR 시스템은 설치 공간 제약에 따라 혼합구간 단축을 위해 혼합기 적용은 필수적임을 알 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제25권6호
• /
• pp.252-256
• /
• 2015

질소산화물 ($NO_X$)은 고정원(화력발전소, 산업시설) 및 이동원(자동차, 선박) 등에서 배출되어지며, 발암물질 및 광화학 스모그의 주범으로 작용하고 있다. 선택적 촉매 환원법(SCR)은 $NO_X$를 제거하는 가장 효율적인 방법이며, 상업용으로 사용되어지는 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$계 촉매에서 $V_2O_5$ 함량은 0.5~3 wt%, $WO_3$ 함량은 5~10 wt%이다. 촉매 성분 중 $V_2O_5$의 경우 $NO_X$ 환원 반응을 통해 촉매 작용을 촉진시키지만, 과량으로 첨가될 경우, $SO_2$에서 $SO_3$로의 산화 반응을 증가시킨다. 본 연구에서는 높은 탈질 효율을 유지시킴과 더불어, 바나듐의 함량을 줄이기 위하여, 그래핀을 바나듐 담지 matrix로 사용하여 나노복합체를 합성하였으며, 합성된 나노복합체를 첨가하여 Honeycomb형 1 inch SCR 촉매를 제조하였다. 제조된 SCR 촉매는 XRD(X-ray Diffraction), XRF(X-ray Fluorescence Spectrometer), BET(Brunauer, Emmett & Teller) 등의 분석을 통해 물성 평가를 진행하였으며, Micro Reactor(MR)를 이용하여 활성평가를 진행하였다. 그 결과, 촉매 상용 운전 온도인 $350^{\circ}C$에서 나노복합체가 첨가된 SCR 촉매의 탈질 효율은 77.1 %로 상용촉매의 탈질 효율인 77.8 %와 유사한 효율을 나타내는 것을 확인하였다.

• 공업화학
• /
• 제24권3호
• /
• pp.333-336
• /
• 2013

산업현장에서 배출되는 저온($150{\sim}250^{\circ}C$)의 배기가스에 포함된 질소산화물($NO_x$)을 제거하기 위한 공정으로써 산화 촉매와 암모니아 SCR 공정을 복합시킨 fast SCR 탈질공정에 대한 실험적인 연구가 수행되었다. Fast SCR 탈질공정을 위해서는 산화촉매를 이용 NO를 $NO_2$로 전환하는 것이 요구된다. 산화촉매 부피(Oxidation Catalyst Volume, OCV)에 따른 NO 전환율을 실험적으로 확인하였다. OCV 563000 h, 375000 h, 281000 h 각 경우에 NO 전환율은 37% : 45% : 51%이었다. 온도에 따른 fast SCR 탈질효율은 $NO_2/NO_x$ 비율 45%일 때 가장 높았다. $NO_2/NO_x$ 비율 45%, 온도 $200{\sim}250^{\circ}C$ 및 공간속도 $10000{\sim}30000h^{-1}$에서 standard SCR과 fast SCR 탈질효율을 비교한 결과, standard SCR은 공간속도 에 따라 온도별로 차이를 보였으나 fast SCR은 차이를 보이지 않았다. Fast SCR 반응을 고려한 탈질운전에서 공간속도 $10000h^{-1}$에서의 촉매부피와 비교하여 공간속도 $30000h^{-1}$으로 운전할 경우, NH3 SCR 촉매부피를 50% 이상 줄일 수 있음을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제32권2호
• /
• pp.201-208
• /
• 2010

활성코우크스 촉매상에서 $SO_2$와 $NO_x$의 제거는 1단계에서 $SO_2$가 $H_2SO_4$로 산화되고 2단계에서 $NO_x$가 $N_2$로 환원되는 2단계 반응으로 이루워진다. 2단계 영역에 미반응 $SO_2$가 유입되면 암모니아와로 반응하여 $NO_x$환원이 저하된다. 이러한 문제점을 해결기 위하여 본 연구에서는 황산으로 활성화된 코우크스 촉매상에서 $SO_2$와 $NH_3$와의 촉매반응에 의하여 생성된 물질의 규명과 반응성을 검토하고자 실험실 규모의 반응관을 이용하여 실험을 수행하고 반응전후 촉매의 원소분석, DTA, TGA, SEM를 조사 분석하였다. 반응온도에 따른 반응성을 검토하기 위해 $SO_2$의 반응속도와 반응속도의 경시변화에 따른 파과곡선 등을 측정하였다. 실험으로부터 얻어진 결과는 다음과 같다; 황산으로 활성화된 코우크스는 탄소성분은 감소하고 산소와 황성분(O+S)은 증가하였다. 활성 코우크스 촉매상에 형성되는 반응생성물은 황산암모늄($(NH_4)_2SO_4$)으로 반응관에 축적되어 압력손실을 일으켰다. 반응온도에 따른 전체적인 반응성의 크기는 $150^{\circ}C$ > $200^{\circ}C$ > $100^{\circ}C$의 순서이었다. 이는 활성코우크스에 흡착된 암모니아 흡착량과 상관성을 가지고 있었다.