Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.1
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pp.1-9
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2015
To satisfy stricter $NO_X$ emission regulations for light- and heavy-duty diesel vehicles, a control algorithm needs to be developed based on a selective catalytic reaction (SCR) dynamics model for chemical reactions. This paper presents the development and validation of a SCR dynamics model through test rig experiments and MATLAB simulations. A nonlinear state space model is proposed based on the mass conservation law of chemical reactions in the SCR dynamics model. Experiments were performed on a test rig to evaluate the effects of the $NO_X$ and $NH_3$ concentrations, gas temperature, and space velocity on the $NO_X$ conversion efficiency for the urea-SCR system. The parameter values of the proposed SCR model were identified using the experimental datasets. Finally, a control-oriented model for an SCR system was developed and validated from the experimental data in a MATLAB simulation. The results of this study should contribute toward developing a closed-loop control strategy for $NO_X$ and $NH_3$ slip reduction in the urea-SCR system for an actual engine test bench.
The SCR (selective catalytic reduction) system is highly-effective technique for NOx reduction from exhaust gases. In this study, the effects of the direction and size of nozzle and the ammonia injection concentration on the performance of SCR system are analyzed by using the computational fluid dynamics method. When the nozzle is arranged in zigzaged direction which is normal to exhausted gas flow, it is shown that the uniformity of gas flow and the NH3/NO molar ratio is improved remarkably. With the change of the ammonia injection concentration from 0.2 vol%(wet) to 1.0 vol%(wet), the uniformity of gas flow shows a good results. As the size of nozzle diameter changes from 6 mm to 12 mm, the uniformity of gas flow is maintained well. It is shown that the uniformity of the $NH_3/NO$ molar ratio becomes better with decreasing the ammonia injection concentration and the size of nozzle diameter.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.10a
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pp.29.1-29.1
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2011
The selective catalytic reduction (SCR) of $MnO_x$ with $NH_3$ is an effective method for the removal of $MnO_x$ from stationary system. The typical catalyst for this method is $V_2O_5-WO_3(MoO_3)/TiO_2$, caused by the high activity and stability. However, This catalyst is active within $300{\sim}400^{\circ}C$ and occurs the pore plugging from the deposition of ammonium sulfate salts on the catalysts surface. It needs to locate the SCR unit after the desulfurizer and electrostatic precipitator without reheating of the flue gas as well as deposition of dust on the catalyst. The manganese oxides supported on titania catalysts have attracted interest because of its high SCR activity at low temperature. The catalytic activity of $MnO_x/TiO_2$ SCR catalyst with different manganese precursors have investigated for low-temperature SCR in terms of structural, morphological, and physico-chemical analyses. The $MnO_x/TiO_2$ were prepared from three different precursors such as manganese nitrate, manganese acetate (II), and manganese acetate (III) by the sol-gel method and then it calcinated at $500^{\circ}C$ for 2 hr. The structural analysis was carried out to identify the phase transition and the change intensity of catalytic activity by various manganese precursors was analyzed by FT-IR and Raman spectroscopy. These different precursors also led to various surface Mn concentrations indicated by SEM. The Mn acetate (III) tends to be more suppressive the crystalline phase (rutile), and it has not only smaller particle size, but also better distributed than the others. It was confirmed that the catalytic activity of MA (III)-$MnO_x/TiO_2$ was the highest among them.
A novel catalytic kinetic method is proposed for the determination of Se(IV), Se(VI) and total inorganic selenium in water based on the catalytic effect of Se(IV) on the reduction of bromate by p-nitrophenylhydrazine at pH 3.0. The generated bromine, $Br_2$ or $Cl_2$ plus $Br_2$ in 0.1 M NaCl (or NaBr) environment efficiently decolorized Calmagite and the reaction was monitored spectrophotometrically at 523 nm as a function of time. In this indicator reaction, bromide acted as an activator for the catalysis of selenium (IV) and a reducing agent for selenium (VI) at pH 3.0, which allowed the determination of total selenium. The fixed time method was adopted for the determination and speciation of inorganic selenium. Under the optimum conditions, the calibration graph are linear in the range 1 - 35 ${\mu}gL^{-1}$ of Se(IV) for the fixed time method at $25^{\circ}C$. The detection limit based on statistical $3S_{blank}$/m-criterion was 0.215 ${\mu}gL^{-1}$ for the fixed time method (7 min). All of the variables that affect the sensitivity at 523 nm were investigated, and the optimum conditions were established. The interference effect of various cations and anions on the Se (IV) determination was also studied. The selectivity of the selenium determination was greatly improved with the use of the strongly cation exchange resin such as Amberlite IR120 plus. The proposed kinetic method was validated statistically and through recovery studies in natural water samples. The RSDs for ten replicate measurements of 5, 15 and 25 ${\mu}gL^{-1}$ of Se(IV) and Se(VI) was changed between 2.1 - 4.85%. Analyses of a certified standard reference material (NIST SRM 1643e) for selenium using the fixed-time method showed that the proposed kinetic method has good accuracy. Se(IV), Se(VI) and total inorganic selenium in environmental water samples have been successfully determined by this method after selective reduction of Se(VI) to Se(IV).
Song, Dong Hun;Kang, Jo Hong;Park, Hyun Sic;Song, Hojun;Chung, Yongchul G.
Clean Technology
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v.27
no.4
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pp.341-349
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2021
In combustion facilities, the nitrogen and sulfur in fossil fuels react with oxygen to generate air pollutants such as nitrogen oxides (NOX) and sulfur oxides (SOX), which are harmful to the human body and cause environmental pollution. There are regulations worldwide to reduce NOX and SOX, and various technologies are being applied to meet these regulations. There are commercialized methods to reduce NOX and SOX emissions such as selective catalytic reduction (SCR), selective non-catalytic reduction (SNCR) and wet flue gas desulfurization (WFGD), but due to the disadvantages of these methods, many studies have been conducted to simultaneously remove NOX and SOX. However, even in the NOX and SOX simultaneous removal methods, there are problems with wastewater generation due to oxidants and absorbents, costs incurred due to the use of catalysts and electrolysis to activate specific oxidants, and the harmfulness of gas oxidants themselves. Therefore, in this research, microbubbles generated in a high-pressure disperser and reducing agents were used to reduce costs and facilitate wastewater treatment in order to compensate for the shortcomings of the NOX, SOX simultaneous treatment method. It was confirmed through image processing and ESR (electron spin resonance) analysis that the disperser generates real microbubbles. NOX and SOX removal tests according to temperature were also conducted using only microbubbles. In addition, the removal efficiencies of NOX and SOX are about 75% and 99% using a reducing agent and microbubbles to reduce wastewater. When a small amount of oxidizing agent was added to this microbubble system, both NOX and SOX removal rates achieved 99% or more. Based on these findings, it is expected that this suggested method will contribute to solving the cost and environmental problems associated with the wet oxidation removal method.
SCR(Selective Catalytic Reduction) is a major after-treatment solution to reduce NOx emission in recent diesel engines. In this study, a metal foam is applied as an alternative SCR substrate and tested in a commercial diesel engine to compared with a conventional ceramic SCR system. Basic engine test from ND-13 mode shows that a metal foam catalyst has lower NOx conversion efficiency than a ceramic catalyst especially over $350^{\circ}C$. A metal foam catalyst has characteristics of high exhaust gas pressure before a SCR catalyst and high heat transfer rate due to its material and structure. NOx conversion efficiency of a metal foam catalyst shows an increasing tendency along with the increase of exhaust gas temperature by $500^{\circ}C$. The effect of urea injection quantity variation is also remarkable only at high exhaust gas temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.12
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pp.952-960
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2009
Selective Catalytic Reduction (SCR) system is a high-effective NOx reduction technology in diesel engines. As the emission standard of diesel engines is more stringent, vehicle manufactures makes efforts on emission technologies. This paper discusses the performance of Urea-SCR system according to the engine operating conditions in a passenger diesel engine. Engine test results in this paper show that it is important to consider the catalyst temperature and space velocity to obtain high NOx conversion efficiency. In condition of high catalyst temperature, over 90% NOx conversion efficiency is indicated. However, when catalyst temperature is low, NOx conversion efficiency was decreased. Also, it was shown that space velocity mainly effects on the DeNOx performance under 220 degree celsius of SCR catalyst temperature. As the urea injection pressure was decreased, NOx conversion efficiency was declined. It is concerned about urea droplet atomization. This work shown in this paper can lead to improved overall NOx conversion efficiency.
Park, Young-Joon;Hong, Woo-Kyoung;Ka, Jae-Geum;Cho, Yong-Seok;Joo, Jae-Geon;Kim, Hyun-Ok
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.5
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pp.118-124
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2011
To reach the Euro-6 regulations of PM and $NO_x$ for light-duty diesel vehicles, it will be necessary to apply the CDPF and the de-$NO_x$ catalyst. The described system consists of a catalytic configuration, where the CDPF is placed downstream of the diesel engine and followed by a urea injection unit and a urea-SCR catalyst. One of the advantages of this system configuration is that, in this way, the SCR catalyst is protected from PM, and both white PM and deposits become reduced. In the urea-SCR system, the injection control of reductant is the most important thing in order to have good performance of $NO_x$ reduction. 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 become slower, due to temperature window of SCR catalyst. And space velocity also affects to $NO_x$ conversion efficiency. In this paper, rig-tests were performed to evaluate the effects of $NO_x$ and $NH_3$ concentrations, gas temperature and space velocity on the $NO_x$ conversion efficiency of the urea-SCR system. And vehicle test was performed to verify control strategy of reductatnt injection. The developed control strategy of reductant injection was improved over all $NO_x$ reduction efficiency and $NH_3$ consumption in urea-SCR system. Results of this paper contribute to develop urea-SCR system for light-duty vehicles to meet Euro-5 emission regulations.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.8
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pp.816-822
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2008
This study presents the design modification for SCR muffler of a commercial vehicle. Its main objective is the reduction of radiated noise at SCR muffler. For this study, the research of five steps were achieved by experimental and CAE analysis. First step is the measurement of radiated noise using impact-acoustic test. Second step is the source identification using experimental modal analysis. The cause of radiated noise source is confirmed by the resonance of end plates at SCR muffler. Third step confirms the possibility of resonance avoidance using SDM analysis applied the mass control. Fourth step is the suggestion of design modification which is the change of mode shape by CAE analysis. Last step is the verification of design modification using SYSNOISE analysis. Finally, the prototype product applied the countermeasure of resonance evasion was manufactured and the reduction of radiated noise at SCR muffler was confirmed by pass-by noise test.
As diesel engines have high power and good fuel economy on top of less $CO_2$ emissions, their market shares are increasing not only in commercial vehicles but also in passenger cars. LNT, urea-SCR and combination of them have been developed for after-treatment of the exhaust gas to reduce NOx on diesel vehicles. The aim of this study is to investigate the $NH_3$ generation characteristics of LNT catalyst downstream. It was found from the experiments of the LNT catalyst that $H_2$ was useful as a reductant in SCR catalyst because it can enhance the de-NOx performance and improve $NH_3$ selectivity. The $NH_3$ generation of the LNT, when hydrothermally aged at $900^{\circ}C$ for 18 hr, increased to about 90ppm at $300^{\circ}C$ due to Pt sintering and Ba agglomeration. LNT catalyst was most sulfur poisoning at $500^{\circ}C$. The $NH_3$ slip increased due to the reduction of residence time according to SV increase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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