• 공업화학
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• 제32권3호
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• pp.237-242
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• 2021

미세먼지와 함께 질소산화물, 황산화물, 휘발성 유기화합물, 암모니아 비롯한 유발물질에 대한 동시 저감기술은 엄격해지는 환경규제와 실질적인 저감효과 제고를 위해 꾸준히 주목받아 왔다. 오존산화에 의한 비수용성 질소산화물 고속산화 공정은 전통적으로 적용되고 있는 선택적 촉매환원 공정에 비해 공간절약형 시스템 적용을 가능하게 할 뿐만 아니라 운영비용 절감 측면에서 매우 효과적인 방법으로 평가되고 있으며 황산화물을 비롯한 산성가스와 동시 저감이 가능한 공정 구현이 가능하다는 장점까지 있다. 본 논문에서는 오존 고속산화 공정에 대한 기술 이슈 및 개발 동향을 소개하며 향후 산업적 이용 확대를 위한 개발 방향에 대해서 고찰하고자 한다.

• 공업화학
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• 제28권6호
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• pp.607-618
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• 2017

석탄화력발전소를 포함한 다양한 산업설비에서 유해 대기오염물질이 배출되고 있으며, 이러한 오염물질은 인체 건강과 자연 생태계에 영향을 준다. 특히, 질소산화물($NO_x$)와 이산화황($SO_2$)은 인체 건강에 악영향을 주는 미세먼지($PM_{2.5}$) 형성에 원인물질로 알려져 있다. 이러한 $NO_x$와 $SO_2$ 배출을 저감하기 위해서 선택적 촉매 환원(SCR)과 습식 탈황 공정(WFGD)으로 결합된 혼합 시스템이 사용되고 있으나, 높은 설치비용 및 운전비용을 필요로 하며, 유지보수의 문제점, 기술적인 한계점을 가지고 있다. 최근에 이러한 혼합 시스템을 대체하기 위한 $NO_x$, $SO_2$ 동시 저감 기술이 연구되고 있으며, 제안된 기술들은 흡수, 고도 산화(AOPs), 저온 플라즈마(NTP), 전자 빔(EB) 등이 있다. 이러한 기술들은 강한 수용성 산화제 및 산화력을 가진 화학활성종에 의한 $NO_x$, $SO_2$를 $HNO_3$, $H2SO_4$ 형태로의 산화 반응, 기-액 계면에서 $HNO_3$와 $H2SO_4$ 흡수 반응, 화학 첨가제에 의한 중화 반응을 기본으로 하고 있다. 본 논문에서는 각각의 동시 저감공정에 대한 기술적인 특징과 대용량 처리 공정 응용을 위한 향후 전망을 정리하였다.

• 청정기술
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• 제28권4호
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• pp.316-322
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• 2022

선택적 촉매환원 시스템 내 촉매 층 입구의 흐름 패턴은 탈질 설비의 성능에 영향을 미치는 주요한 특성 중 하나이다. 암모니아 주입 그리드와 촉매 층 사이의 곡확산부에는 유동 균일성을 개선하기 위해 안내 깃이 설치된다. 본 연구에서는 대형 석탄 화력 발전소의 선택적 촉매환원 시스템을 적용 대상으로 하여 안내 깃의 기하학적 구성이 탈질 설비의 공기역학적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 수치 해석을 수행하였다. 해석할 유동장은 암모니아 주입구의 출구부터 촉매 층 출구까지의 유동이 흐르는 전 영역을 포함한다. 3차원 정상상태, 점성 유동장을 해석하기 위해 상용 소프트웨어인 ANSYS-Fluent을 사용하여 유동 특성에 맞는 적절한 난류 모델을 적용하였다. 유동장 내부의 속도 및 압력 강하의 루트 평균 제곱을 주요 성능 매개변수로 선택했다. 현재 운용 중인 설비와 비교하여 흐름 품질을 개선하기 위해 4가지 유형의 안내 깃이 제안되었다. 해석 결과, 4번째 형상이 유동 균일성과 압력 등 관점에서 가장 좋은 공력 성능을 나타내었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권5호
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• pp.525-531
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• 2011

디젤엔진에서 배기가스 재순환(EGR; Exhaust Gas Recirculation)은 선택적 환원 촉매나 $NO_x$ 흡장 촉 매에 비해 $NO_x$ 배출 저감을 위한 가장 효과적인 기술이다. 점점 더 강화되어 가는 $NO_x$ 배출 규제를 만족시키기 위해서는 많은 양의 EGR 가스 공급이 필요하다. 저압 EGR은 일정한 과급 압력에서 가변형상 터보차져의 제어와 거의 독립적이기 때문에 EGR 공급 측면에서 보면 저압 EGR이 기존의 고압 EGR에 비해서 더 많은 장점을 갖는다. 본 연구에서는 저압 EGR이 연소 특성에 미치는 영향을 고압 EGR을 적용했을 때와 비교하였다. 각 EGR 루프에 대해 혼합기의 희석 정도에 따른 영향을 분석하기 위해 독립변수로써 희석비를 사용하였다. 저압 EGR을 적용하였을 때, 고압 EGR을 적용했을 때와 동등한 $NO_x$ 배출량을 유지하면서 연료 소비율과 매연 배출은 고압 EGR의 경우보다 좀 더 낮은 결과를 보였다.

• 한국항만경제학회지
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• 제36권3호
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• pp.21-38
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• 2020

최근들어 항만도시에서의 대기오염이 심각한 문제로 대두되고 있다. 그러나 항만의 하역기계에서 배출되는 온실가스는 선박, 트럭 등 타 수단에 비해 상대적으로 주목받지 못하였다. 본 연구에서는 인천항에서 디젤엔진으로 가동되는 하역기계로부터 배출되는 대기오염물질 배출량을 산정하였다. 이를 위해 각 항만하역사로부터 2017년 기준 하역장비의 대수, 제원, 가동시간 등 활동자료를 수집하였다. 분석 결과, CO 105.6톤, NOX 243.2톤, SOX 0.005톤, PM 22.8톤, VOC 26.0톤, NH3 0.2톤이 발생한 것으로 나타났다. CO와 NOX의 배출은 하역기계 전체 배출량의 87.71%를 차지하였으며, 크레인, 지게차, 트랙터, 로더의 배출량이 하역기계 전체 배출량의 84.79%를 차지하였다. 또한 노후화된 디젤엔진을 장착한 하역기계가 주 배출원임을 규명하였다. 분석된 대기오염물질 배출량 수치는 하역기계에 의한 항만 대기 오염의 심각성을 나타내며, 다음과 같은 친환경장비 도입이 시급함을 시사한다. 첫째, 오래된 디젤 장비의 LNG연료 또는 전기장비로의 교체가 필요하다. 둘째, NOX의 배출을 감소시킬 수 있는 선택적환원촉매(SCR)와 같은 후처리장비의 사용이 필요하다. 향후 체계적이고 공식적인 국가 대기오염배출 인벤토리 정립 방법을 설정하고, 매년 하역기계에서 배출되는 대기오염물질 배출량을 모니터링 및 평가하는 것이 필요하다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.61-68
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• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.713-719
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• 2016

암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원법에서 Mn-Cu-$TiO_2$ 촉매와 $V_2O_5$/$TiO_2$ 촉매를 사용하여 반응 조건에 따른 질소 산화물 전환 특성을 연구하였다. 반응 온도와 공간 속도를 변경시키면서 촉매의 질소 산화물 전환 효율 변화를 측정하였다. Mn-Cu-$TiO_2$ 촉매의 질소 산화물 제거 활성은 반응 온도와 공간 속도가 증가할수록 감소하였으나, $V_2O_5$/$TiO_2$ 촉매의 경우 반응 온도 증가에 따라 촉매의 질소 산화물 제거 활성 또한 증가하였다. Mn-Cu-$TiO_2$ 촉매의 경우 $200^{\circ}C$ 이하의 온도에서 저온 활성이 우수하였으며, 이를 $H_2$-TPR 및 XPS 분석 실험을 통해 확인할 수 있었다. 초기 반응 온도의 변경 실험을 통해 Mn-Cu-$TiO_2$ 촉매의 경우 고온에서 열적 쇼크를 일부 받으나, $V_2O_5$/$TiO_2$ 촉매의 경우는 거의 영향을 받지 않음을 확인할 수 있었다. 공간 속도에 따른 질소 산화물 전환 효율 변화는 C 촉매의 경우 전 구간에 걸쳐 공간 속도가 증가할수록 질소 산화물 전환 효율도 감소하는 경향을 보였다. 그러나 D 촉매의 경우 공간 속도가 증가할수록 질소 산화물 전환 효율은 감소하였으나, 감소 정도가 C 촉매 보다는 훨씬 적었다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권1호
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• pp.39-46
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• 2011

$250{\sim}400^{\circ}C$ 범위에서 $NO_x$ 제거를 위해 운영되는 선택적 촉매 환원법의 반응 온도를 $200^{\circ}C$ 이하로 낮추기 위해서는 NO를 $NO_2$로 산화시키는 전처리 공정을 필요로 한다. 이번 연구에서는 분말 $NaClO_2(s)$를 이용하여 NO를 $NO_2$로 산화시킨 후, 탄소 분산형 촉매를 이용한 저온에서의 $NO_x$, $SO_2$ 동시 제거에 관한 실험실 규모 실험과 제철소 소결 공장에서 실제 배기가스를 이용하는 bench 규모 실험을 진행하였다. 실험실 규모 실험에서는 반응기에 $NaClO_2(s)$ (2.4~3.6 g)를 충진 하여 $NO_x$ 200 ppm, $SO_2$ 75 ppm, $H_2O$ 10%, $O_2$ 15%의 모사가스(2.6 L/min)를 통과시켰으며, $NaClO_2(s)$와 반응 후의 모사가스를 탄소 분산형 촉매가 충진 된 반응기(공간 속도 = $2,000hr^{-1}$)로 주입하였다. bench 규모 실험에서는 $50Nm^3/hr$의 배기가스 유량에 screw feeder로 $NaClO_2(s)$ 분말을 주입하여 NO를 $NO_2$로 산화 시킨 후, $1,000hr^{-1}$ 탄소 분산형 촉매를 통과하여 $NO_x$ 제거 가능성을 확인하였다. 실험실 규모와 bench 규모 실험 모두 $SO_2$를 측정하며 $NO_x$, $SO_2$ 동시 제거 가능성을 확인하였다. 그 결과 실험실 규모와 bench 규모 실험 모두 $NaClO_2(s)$에 의하여 NO가 $NO_2$로 산화되었고, 이를 결합한 탄소 분산형 촉매에서 90% 이상의 $NO_x$, $SO_2$ 제거 효율을 나타내는 것을 확인하였다. 이상의 실험 결과로부터 $NaClO_2(s)$와 탄소 분산형 촉매의 결합은 저온에서 $NO_x$와 $SO_2$를 동시에 제거할 수 있음을 알 수 있었다.