Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.5
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pp.818-826
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2004
The spray-induced mixing characteristics and thermal decomposition of aqueous urea solution into ammonia have been studied to design optimum sizes and geometries of the mixing chamber in SCR(Selective Catalytic Reduction) system. The cold flow tests about the urea-injection nozzle were performed to clarify the parameters of spray mixing characteristics such as mean diameter and velocity of drops and spray width determined from the interactions between incoming air and injected drops. Discrete particle model in Fluent code was adopted to simulate spray-induced mixing process and the experimental results on the spray characteristics were used as input data of numerical calculations. The simulation results on the spray-induced mixing were verified by comparing the spray width extracted from the digital images with the simulated Particle tracks of injected drops. The single kinetic model was adopted to predict thermal decomposition of urea solution into ammonia and solved simultaneously along with the verified spray model. The hot air generator was designed to match the flow rate and temperature of the exhaust gas of the real engines The measured ammonia productions in the hot air generator were compared with the numerical predictions and the comparison results showed good agreements. Finally, we concluded that the design capabilities for sizing optimum mixing chamber were established.
The present study conducted a numerical modeling on the diesel SCR (selective catalytic reduction) system using ammonia as a reductant over vanadium-based catalysts $(V_2O_5-WO_3/TiO_2)$. Transient modeling for ammonia adsorption/desorption on the catalyst surface was firstly carried out, and then the SCR reaction was modeled considering for it. In the current catalytic reaction model, we extended the pure chemical kinetic model based on laboratory-scale powdered-phase catalyst experiments to the chemico-physical one applicable to realistic commercial SCR reactors. To simulate multi-dimensional heat and mass transfer phenomena, the SCR reactor was modeled in two dimensional, axisymmetric domain using porous medium approach. Also, since diesel engines operate in transient mode, the present study employed an unsteady model. In addition, throughout simulations using the developed code, effects of space velocity on the DeNOx performance were investigated.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.3
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pp.125-132
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2006
Transient kinetics of $NH_3$ adsorption/desorption and of SCR(selective catalytic reduction) of NO with $NH_3$ were studied over vanadium based catalysts, such as $V_2O_5/TiO_2$ and $V_2O_5-WO_3/TiO_2$. In the present catalytic reaction process, NO adsorption is neglected while $NH_3$ is strongly chemisorbed on the catalytic surface. Accordingly, it is ruled out the possibility of a reaction between strongly adsorbed $NH_3$ and NO species in line with the hypothesis of an Eley-Rideal mechanism. The present kinetic model assumes; (1) non-activated $NH_3$ adsorption, (2) Temkin-type $NH_3$ coverage dependence of the desorption energy, (3) non-linear dependence of the SCR reaction rate on the $NH_3$ surface coverage. Thus, the surface heterogeneity for adsorption/desorption of $NH_3$ is taken into account in this model. The present study extends the pure chemical kinetic model based on a powdered-phase catalytic system to the chemico-physical one applicable to a realistic monolith reactor.
The Selective catalytic reduction(SCR) system is a highly-effective device of $NO_x$ reduction for diesel engines. Generally, the ammonia($NH_3$) generated from a liquid urea-water solution is used for the reductant. The ideal ratio of $NH_3$ molecules to $NO_x$ molecules is 1:1 based on $NH_3$ consumption and having $NH_3$ available for reaction of all of the exhaust $NO_x$. However, under the too low and too high temperature condition, the $NO_x$ reduction efficiency becomes lower, due to temperature window. And space velocity also affects to $NO_x$ conversion efficiency. This paper reviews a laboratory study to evaluate the effects of $NO_x$ and $NH_3$ concentrations, gas temperature and space velocity on the $NO_x$ conversion efficiency of the SCR system. The maximum conversion efficiency of $NO_x$ was indicated when the $NH_3$ to $NO_x$ ratio was 1.2 and the space velocity was $60,000\;h^{-1}$. The results of this paper contribute to improve overall $NO_x$ reduction efficiency and $NH_3$ slip.
Kim, Jae-kwan;Park, Seok-un;Lee, Hyun-dong;Chi, Jun-wha
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.2
no.3
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pp.437-445
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2016
This paper discussed the effect of ammonia concentration adsorbed on fly ash for the ammonia emission as AAFA (Ammonia Adsorbed Fly Ash) produced from coal fired plants due to operation of NOx reduction technologies was landfilled with distilled or sea water at closed and open systems, respectively. Ammonia bisulfate and sulfates adsorbed on fly ash is highly water soluble. The pH of ammonium bisulfate and sulfate solution had significant effect on ammonia odor emission. The effect of temperature on ammonia odor emission from mixture was less than pH, the rate of ammonia emission increased with increased temperature when the pH conditions were kept at constant. Since AAFA increases the pH of solution substantially, $NH_3$ in the ash can release the ammonia order unless it is present at low concentration. $NH_4{^+}$ ion is unstable in fly ash and water mixtures of high pH at open system, which is changed to nitrite or nitrate and then released as ammonia gas. The proper conditions for < 20 ppm of ammonia concentration released from the AAFAs landfilled in ash pond were explored using an open system with sea water. It was therefore proposed that optimal operation to collect AAFA of less than 168 ppm ammonia at the electrostatic precipitator were controlled to ammonia slip with less than 5 ppm at SCR/SNCR installations, and, ammonia odor released from mixture of fly ash of 168 ppm ammonia with sea water under open system has about 20 ppm.
The selective catalytic experiments using both sulfated/sulfur-free titania and V2O5/TiO2 catalysts have been conducted for NO reduction by NH3 in a packed-bed, down-flow reactor. The sulfated and vanadia loaded titania exhibited higher activity for NO removal than the sulfur-free catalysts, where > 90% NO removal was achieved over the sulfated V2O5/TiO2 catalyst between 280∼500 C. The surface structure of vanadia species on the catalyst surface played a critical role in the high performance of catalysts in which the existence of monomeric/polymeric vanadate is revealed by Raman spectra studies. Water vapor and SO2 were added to the reacting system for the catalyst deactivation tests. At higher temperatures (T ≥ 350 C), little deactivation was observed over the sulfated V2O5/TiO2 catalysts, showing good durability against SO2 and water vapor, which is compared with deactivation at lower temperatures.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.22
no.1
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pp.63-69
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2017
In this paper, we propose a method to optimize the geometry and installation position of the mixer in the selective catalytic reduction (SCR) system by computational fluid dynamic(CFD). Using the commercial CFD software of CFD-ACE+, the flow dynamics of the flue gas was numerically analyzed for improving the injection uniformity of the reduction agent. Numerical analysis of the mixed gas heat flow into the upstream side of the primary SCR catalyst layer was performed when the denitrification facility was operated. The characteristics such as the flow rate, temperature, pressure loss and ammonia concentration of the mixed gas consisting of the flue gas and the ammonia reducing gas were examined at the upstream of the catalyst layer of SCR. The temperature difference on the surface of the catalyst layer is very small compared to the flow rate of the exhaust gas, and the temperature difference caused by the reducing gas hardly occurs because the flow rate of the reducing gas is very small. When the mixed gas is introduced into the SCR reactor, there is a slight tendency toward one wall. When the gas passes through the catalyst layer having a large pressure loss, the flow angle of the exhaust gas changes because the direction of the exhaust gas changes toward a smaller flow. Based on the uniformity of the flow rate of the mixed gas calculated at the SCR, it is judged that the position of the test port reflected in the design is proper.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.5
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pp.85-90
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2010
As the environmental regulation of vehicle emission is strengthened, investigations for $NO_x$ and PM reduction strategies are popularly conducted. Two current available technologies for continuous $NO_x$ reduction onboard diesel vehicles are Selective Catalytic Reduction (SCR) using aqueous urea and lean $NO_x$ trap (LNT) catalysts. The experiments were conducted to investigate the $NO_x$ reduction performance of SCR system which can control the ratio of $NO/NO_2$, temperature and SV(space velocity), and the model gas was used which is similar to a diesel exhaust gas. The maximum reduction efficiency is indicated when the $NO:NO_2$ ratio is 1:1 and the SV is 30,000 $h^{-1}$ in $300^{\circ}C$. Generally, ammonia slip from SCR reactors are rooted to incomplete conversion of $NH_3$ over the SCR. In this research, slip was occurred in 6cases (except low SV and $NO:NO_2$ ratio is 1:1) after SCR. Among 6 case of slip occurrence, the maximum conversion efficiency is observed when SV is 60,000 $h^{-1}$ in $400^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.57-63
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2005
The effects of an urea injection at the exhaust pipe for a 4-cylinder DI(Direct Injection) diesel engine were investigated with the parameters such as urea-SCR(Selective Catalytic Reduction) and EGR system. The urea quantity was controlled by NOx quantity and MAF(Manifold Air Flow). The urea injection quantity can be controlled with the urea syringe pump, precisely. The effects of NOx reduction for the urea-SCR system were investigated with and without ECR engine, respectively. It was concluded that the SUF(Stoichiometric Urea Flow) is calculated and the NOx results are visualized with engine speed and load. Furthermore, the NOx map is made from this experimental results. It was suggested, therefore, that NOx reduction effects of the urea-SCR system without the EGR engine were better than that with the EGR engine except of low load and low speed.
Cha, Jin Sun;Park, Sung Hoon;Jeon, Jong-Ki;Park, Young-Kwon
Applied Chemistry for Engineering
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v.22
no.6
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pp.658-663
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2011
The SNCR-SCR (selective non-catalytic reduction-selective catalytic reduction) hybrid system is an economical NOx removal system. In this study, the effect of the operating parameters of the SNCR-SCR hybrid system on NOx removal efficiency was investigated. When the SNCR reactor was operated at a temperature lower than the optimum temperature ($900{\sim}950^{\circ}C$), an additional NO removal is obtained basesd on the utilization of $NH_3$ slip. On the other hand, the SNCR reactor operated above the temperature resulted in no additional NO removal of SCR due to decomposition of $NH_3$. Therefore, the SNCR process should be operated at optimum temperature to obtain high NO removal efficiency and low $NH_3$ slip. Thus, it is important to adjust NSR (normalized stoichiometric ratio) so that $SR_{RES}$ can be maintained at an appropriate level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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