To reduce the environmental pollution by $NO_x$ from ship engine, International maritime organization (IMO) announced Tier III regulation, which is the emmision regulation of ship's exhaust gas in Emission control area (ECA). Selective catalytic reduction (SCR) process is the most commercial $De-NO_x$ system in order to meet the requirement of Tier III regulation. In generally, commercial ceramic honeycomb SCR catalyst has been installed in SCR reactor inside marine vessel engine. However, the ceramic honeycomb SCR catalyst has some serious issues such as low strength and easy destroution at high velocity of exhaust gas from the marine engine. For these reasons, we design to metallic structured catalyst in order to compensate the defects of the ceramic honeycomb catalyst for applying marine SCR system. Especially, metallic structured catalyst has many advantages such as robustness, compactness, lightness, and high thermal conductivity etc. In this study, in order to support catalyst on metal substrate, coating slurry is prepared by changing binder. we successfully fabricate the metallic structured catalyst with strong adhesion by coating, drying, and calcination process. And we carry out the SCR performance and durability such as sonication and dropping test for the prepared samples. The MFC01 shows above 95% of $NO_x$ conversion and much more robust and more stable compared to the commercial honeycomb catalyst. Based on the evaluation of characterization and performance test, we confirm that the proposed metallic structured catalyst in this study has high efficient and durability. Therefore, we suggest that the metallic structured catalyst may be a good alternative as a new type of SCR catalyst for marine SCR system.
Selective catalytic reduction (SCR) is widely used as a method of removing nitrogen oxide in large-capacity thermal power generation systems. Uniform mixing of the injected ammonia and the inlet flue gas is very important to the performance of the denitrification reduction process in the catalyst bed. In the present study, a computational analysis technique was applied to the ammonia injection system design process of a denitrification facility. The applied model is the denitrification facility of an 800 MW class coal-fired power plant currently in operation. The flow field to be solved ranges from the inlet of the ammonia injection system to the end of the catalyst bed. The flow was analyzed in the two-dimensional domain assuming incompressible. The steady-state turbulent flow was solved with the commercial software named ANSYS-Fluent. The nozzle arrangement gap and injection flow rate in the ammonia injection system were chosen as the design parameters. A total of four (4) cases were simulated and compared. The root mean square of the NH3/NO molar ratio at the inlet of the catalyst layer was chosen as the optimization parameter and the design of the experiment was used as the base of the optimization algorithm. The case where the nozzle pitch and flow rate were adjusted at the same time was the best in terms of flow uniformity.
This study presents the effect of oxygen on the $NH_3$ selective catalytic reduction (SCR) by Mn/$TiO_2$ catalyst. The lattice oxygen of catalysts is participate in the low temperature SCR, and the gaseous oxygen directly takes part in the rexoidtion of reduced catalyst. These redox properties of oxygen an play important role in SCR activity and the available capability of lattice oxygen depends on the manganese oxidation state of the catalyst surface. $MnO_2$ species has a higher redox property than that of $Mn_2O_3$ species on deposited $TiO_2$ surface and these manganese oxide states strongly depend on the $TiO_2$ surface area.
In order to evaluate and finally optimize the vitrification condition for combustible dry active waste (DAW), dust and gas generation characteristics were investigated for PE, cellulose, and mixed waste Tests were conducted by varying the operation variables such as melter configuration, excess oxygen amount, and waste feeding rate. Results showed that dust generation characteristics were affected by the operation parameters and the melter's configuration is the dominant one. For all tested DAWs, dust generation was reduced by increasing the waste feeding rate and the excessive oxygen amount in the melter. Among waste types, dust amount was decreased by the order of mixed wastes, PE, and cellulose. Other parameters such as temperature variation and operation time have also affected the dust generation. The optimum condition for the DAW vitrification was determined as the melter's configuration equipped for minimizing the waste dispersion with 20 kg/h of waste feeding rate and 100% of excessive oxygen supply. CO gas concentration in the off-gas was immediately influenced by the combustion state in the melter, but showed similar trend as the dust generation. For the NOx production during the vitrification process, thermal NOx, which is generated from the Post Combustion Chamber (PCC), rather than fuel NOx was assumed to be dominant. The gas cleaning of efficiencies of the PCC, wet scrubber, and Selective Catalytic Reduction system (SCR) were found to be high enough to keep the concentration of pollutants (CO, NOx, SOx, HCI) in the stack below their relevant emission limits.
Park, Kwang-Hee;You, Seung-Han;Park, Young-Ok;Kim, Sang-Wung;Cha, Wang-Seog
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.9
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pp.4250-4256
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2011
Mn catalyst promoted with Cu were prepared and tested for selective catalytic reduction of $NO_x$ with $NH_3$. Performance of each catalyst was investigated for $NO_x$ activity while changing temperature, space velocity, water content and $O_2$ concentration. Hydrogen conversion efficiency of catalyst was also measured in the $H_2$-TPR system. The inhibition effect of water on catalyst was investigated with the on-off control of water supply. High activity of Mn-Cu catalyst was observed for $160{\sim}260^{\circ}C$. It is found that increase of oxygen concentration acts as a promotor to the increase of catalyst activity but water content acts as a inhibitor.
Simultaneous removal technologies of multi-pollutants such as particulate matters (PMs), NOx, SOx, VOCs and ammonia have received consistent attention due to the enhancement of pollutant abatement efficiency in addition to the stringent environmental regulation and emission standard. Pretreatment of insoluble NO by an ozone oxidation can be considered to be more effective route for saving space occupation as well as operation cost in comparison with that of traditional selective catalytic reduction (SCR) process. Moreover the primary advantage of ozone oxidation process is that the simultaneous removal with acidic gas including SOx is also available. Herein, we highlight recent studies of multi-pollutant abatement via ozone oxidation process and the promising research topics for better application in industrial sectors.
Choe, Su-Jeong;Pham, Van Chien;Lee, Won-Ju;Kim, Jun-Soo;Kim, Jeong-Kuk;Park, Hoyong;Lim, In Gweon;Choi, Jae-Hyuk
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.6
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pp.1092-1099
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2022
Research on exhaust aftertreatment devices to reduce air pollutants and greenhouse gas emissions is being actively conducted. However, in the case of the particulate matters/nitrogen oxides (PM/NOx) simultaneous reduction device for ships, the problem of back pressure on the diesel engine and replacement of the filter carrier is occurring. In this study, for the optimal design of the integrated device that can simultaneously reduce PM/NOx, an appropriate standard was presented by studying the flow inside the device and change in back pressure through the inlet/outlet pressure. Ansys Fluent was used to apply porous media conditions to a diesel particulate filter (DPF) and selective catalytic reduction (SCR) by setting porosity to 30%, 40%, 50%, 60%, and 70%. In addition, the ef ect on back pressure was analyzed by applying the inlet velocity according to the engine load to 7.4 m/s, 10.3 m/s, 13.1 m/s, and 26.2 m/s as boundary conditions. As a result of a computational fluid dynamics analysis, the rate of change for back pressure by changing the inlet velocity was greater than when inlet temperature was changed, and the maximum rate of change was 27.4 mbar. This was evaluated as a suitable device for ships of 1800kW because the back pressure in all boundary conditions did not exceed the classification standard of 68mbar.
Moon, Seong Joon;Jo, Nak Won;Oh, Se Doo;Lee, Ho Kil;Park, Kyoung Woo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.3
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pp.127-138
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2016
Diesel vehicles should be equipped with urea-selective catalytic reduction(SCR) system as a high-performance catalyst, in order to reduce harmful nitrogen oxide emissions. In this study, a three-dimensional Eulerian-Lagrangian CFD analysis was used to numerically predict the multiphase flow characteristics of the urea-SCR system, coupled with the chemical reactions of the system's transport phenomena. Then, the numerical spray structure was modified by comparing the results with the measured values from spray visualization, such as the injection velocity, penentration length, spray radius, and sauter mean diameter. In addition, the analysis results were verified by comparison with the removal efficiency of the nitrogen oxide emissions during engine and chassis tests, resulting in accuracy of the relative error of less than 5%. Finally, a verified CFD analysis was used to calculate the interanl flow of the urea-SCR system, thereby analyzing the characteristics of pressure drop and velocity increase, and predicting the uniformity index and overdistribution positions of ammonia.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.5
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pp.525-531
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2011
Exhaust gas recirculation (EGR) is more effective than selective catalytic reduction (SCR) or lean $NO_x$ trap (LNT) for the reduction of $NO_x$ emissions in diesel engines. A large amount of EGR gas is necessary to satisfy the stringent regulations on $NO_x$ emissions. Low pressure loop (LPL) EGR is almost independent of the variable geometry turbocharger (VGT) at a specific boost pressure, so LPL EGR is better than conventional high pressure loop (HPL) EGR in terms of EGR supply. We compare the influence of HPL EGR and LPL EGR on the combustion characteristics at a constant boost pressure in a diesel engine. The dilution ratio was employed as an independent parameter to analyze the effect of the dilution of the intake charge for each EGR loop. At the same level of $NO_x$ emissions, the fuel consumption and smoke opacity were slightly lower for LPL EGR than for HPL EGR.
Research, such as developing alternative energy in the transportation field, including aviation, is being actively conducted to solve the issue of current climate change. Interest in ammonia fuel as a carbon free energy (CFE) source is increasing due to the ease of liquefaction and transportation and similarity in energy density to that of methanol. However, explosiveness and toxicity of ammonia make it difficult to handle. Therefore, in this study, stable ammonia production was attempted using relatively easy-to-handle urea water solution (UWS). High temperature steam was used to promote the hydrolysis of ammonia. In order to determine the causes for ammonia production below the theoretical equivalent ratio, it was suggested that there were not enough collisions to promote the hydrolysis based on the kinetic theory of gases. The hydrolysis of unreacted isocyanic acid (HNCO) was tested according to the change in water supply. As a result, an increased amount of ammonia produced was confirmed. The increased amount of ammonia produced in a certain section was dependent on the steam temperature and the flow rate of water supplied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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