• 한국자동차공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.98-104
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• 2011

The introduction of a diesel engine into the passenger car and light duty applications in the United States involves significant technical challenges for the automotive makers. This paper describes the SCR System optimization procedure for such a diesel engine application to meet Tier2 Bin5 emission regulation. A urea SCR system, a representative $NO_x$ reduction after-treatment technique, is applied to a 3.0 liter diesel engine. To achieve the maximum $NO_x$ reduction performance, the exhaust system layout was optimized using series of the computational fluid dynamics and the urea distribution uniformity test. Furthermore a comprehensive simulation model for the key factors influencing $NO_x$ reduction performance was developed and embedded in the Simulink/Matlab environment. This model was then applied to the urea SCR system and played a key role to shorten the time needed for SCR control parameter calibration. The potential of a urea SCR system for reducing diesel $NO_x$ emission is shown for FTP75 and US06 emission standard test cycle.

• 자원리싸이클링
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• 제33권3호
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• pp.30-37
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• 2024

본 연구에서는 탈질 폐촉매 침출액으로부터 바나듐 환원과 Alamine 336을 이용한 용매추출에 의해 바나듐과 텅스텐의 분리 가능성을 조사하고 최적 공정 조건을 도출하기 위한 실험을 수행하였다. 바나듐과 텅스텐은 화학적 거동이 비슷하여 분리가 어렵지만 산성용액에서 일부 존재하는 음이온 상태의 5가 바나듐을 양이온 상태의 4가 바나듐으로 환원시켜 음이온 교환 추출제에 의한 추출을 억제할 경우 텅스텐을 선택적으로 추출할 수 있다. 실험 결과, 환원제로 NaHSO₃가 가장 적합하였으며 환원제 첨가량, 반응 시간, 온도가 증가할수록 바나듐의 추출 효율이 감소하여 분리 효율이 증가하였다. 최적 환원 조건인 NaHSO₃ 1.5당량, 60분, 60℃ 조건에서 환원할 경우, 바나듐 추출 효율 5.8%, 텅스텐 추출 효율 99%, 바나듐과 텅스텐의 분리 계수 7,564로 두 성분이 효과적으로 분리되었다.

• 공업화학
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• 제27권1호
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• pp.92-100
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• 2016

플라즈마와 선택적 촉매환원법이 결합된 복합공정을 이용하여 저온에서의 질소산화물($NO_x$) 저감에 대해 조사하였다. 플라즈마와 촉매가 직접 상호작용을 할 수 있도록 촉매 충진층에서 플라즈마가 생성되도록 하였다. 반응온도, 촉매의 형태, 환원제인 n-헵테인의 농도, 산소함량, 수분함량 및 에너지밀도의 변화가 $NO_x$ 전환효율에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 반응온도 $250^{\circ}C$, 에너지밀도 $42J\;L^{-1}$ 조건에서, 복합공정의 $NO_x$ 전환효율은 선형의 Ag 촉매($Ag\;(nanowire)/{\gamma}-Al_2O_3$)와 구형의 Ag 촉매($Ag\;(sphere)/{\gamma}-Al_2O_3$)를 사용한 경우에 각각 83%와 69%로 나타났으며, 플라즈마를 결합하지 않았을 때는 같은 조건에서 선형의 Ag 촉매를 사용해도 약 30%의 낮은 $NO_x$ 전환효율을 보였다. 플라즈마에 의한 촉매의 성능 향상은 플라즈마의 산화작용에 의해 NO가 반응성이 우수한 $NO_2$로 전환되고, n-헵테인이 부분 산화되어 환원력이 우수한 중간생성물을 발생시켜 선택적 환원반응을 촉진시켰기 때문이다. 에너지밀도의 증가에 따라 $NO_x$ 전환효율이 증가하는 경향을 보였으며, n-헵테인의 농도를 증가시킬수록 $NO_x$ 전환효율이 높아졌으나 $C_1/NO_x$ 비가 5 이상이 되면 더 이상 $NO_x$ 전환효율이 증가되지는 않았다. 수분은 $NO_x$와 경쟁흡착 관계에 있으므로 $NO_x$ 전환효율에 큰 영향을 미치며, 수분함량이 높을 경우 $NO_x$ 전환효율이 감소하는 현상을 보였다. 산소농도가 3~15%로 증가할수록 $NO_2$ 및 부분 산화 탄화수소의 생성 촉진으로 $NO_x$ 전환효율이 향상되었으며, 특히 낮은 에너지 밀도에서 $NO_x$ 전환효율 차이가 큰 것으로 나타났다.

• 한국결정성장학회지
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• 제16권5호
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• pp.216-221
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• 2006

Anatase $TiO_2$에 $WO_3$ 및 $V_2O_5$ 촉매를 첨가하여 SCR(selective catalytic reduction)용 분말을 합성하였으며, 촉매 첨가가 합성분말의 미세구조, 상합성 및 SCR 촉매능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 촉매의 지지체로 사용된 상용 anatase-$TiO_2$에서 rutile 단일상으로의 상전이 온도는 $1200^{\circ}C$이었다. 그러나 $WO_3$를 10wt% 첨가하면 이 상전이 온도가 $900^{\circ}C$로 낮아졌으며, $V_2O_5$를 첨가(5와 10wt%)할 경우 $650^{\circ}C$ 이하로 낮아졌다. $450^{\circ}C$에서 제조된 $WO_3(10wt%)/TiO_2$, SCR 분말은 $350^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$에서 100%에 가까운 우수한 $NO_x$ 변환효율을 보였다. $650^{\circ}C$에서 열처리한 경우, 보다 넓은 $300{\sim}400^{\circ}C$온도영역에서 100%가까운 우수한 촉매능을 보였다. $650^{\circ}C$에서 합성된 $V_2O_5(5wt%)/TiO_2$ 촉매분말은 넓은 온도범위($250^{\circ}C{\sim}350^{\circ}C$)에 걸쳐 100%에 달하는 가장 우수한 $NO_x$ 변환효율을 보였다. $650^{\circ}C$ 합성분말의 경우 10wt%의 $V_2O_5$ 첨가는 5wt% $V_2O_5$ 첨가 때 보다 분말물성과 촉매물성이 저하되었으며, 이는 $V_2O_5$의 높은 반응성으로 인한, 촉매의 입자성장에 따른 비표면적감소 때문으로 해석된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제27권7호
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• pp.832-838
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• 2003

IMO NOx levels are generally possible to meet by means of primary on-engine measures. Nevertheless further significant follow-on reductions are likely to require a secondary after-treatment technique. SCR system is currently the only available technology proven at full scale to meet the 90% NOx reduction levels. Accordingly, maybe the use of an SCR system on board ship provides the solution to minimize this primary pollutant without increasing fuel consumption. In order to develop a practical SCR system for marine application on board ship, a primary SCR system using urea was made. The SCR system was set up on the ship. employed a two-stroke diesel engine as a main propulsion. which is a training ship in KMU (Korea Maritime Univ.). The purpose of this paper is to report the results about the basic effects of the above system parameters which is investigated from practical application through its trial use. The degree of NOx removal depends on some parameters. such as the amount of urea solution added, space velocity. reaction gas temperature and activity of catalyst. The preliminary results from trial run are presented.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권1호
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• pp.1-9
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• 2015

디젤 자동차의 점점 강화되는 $NO_X$ 배기가스 규제를 만족하기 위해서는 화학공학 기반의 SCR 반응모델을 사용한 모델기반 제어 알고리즘 개발이 필요하다. 본 연구에서는 소형 경유차량을 대상으로 $NO_X$ 를 저감하기 위한 배기 후처리 시스템 모델을 설계하기 위하여 SCR 시스템 모델링과 Rig 실험 및 Matlab 을 이용하여 시뮬레이션 및 검증을 하였다. SCR Rig 실험은 디젤엔진에서 배출되는 배기가스와 같은 성분의 모사가스를 생성하여 공간속도와 온도의 변화에 의한 SCR 의 $NO_X$ 저감효율에 대한 실험 조건 및 데이터를 획득하였다. 또한, 제안된 모델은 Rig 실험에서 사용한 실험조건과 결과데이터를 이용하여 Matlab 을 통해 검증하였으며 시뮬레이션 시 필요한 모델의 파라미터 값들은 실험데이터를 기반으로 최적화하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권10호
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• pp.901-908
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• 2009

음식물류 폐수를 생활 폐기물 소각로에 직접 분사하여 소각처리 하는 방안에 대하여 검토하였다. 소각설비는 연속 스토카식 실증플랜트를 이용하였다. 그 결과 암모니아성 질소($NH_3$-N)가 다량 함유된 음식물류 폐수를 분사 소각함으로써 질소산화물($NO_x$) 농도저감과 동시에 질소산화물($NO_x$) 저감을 위해 선택적 비촉매 환원장치(selective non-catalytic reduction ; SNCR)에서 사용되는 암모니아($NH_3$)의 사용량을 절감하는 효과를 가져왔다. 또한, 음식물류 폐수를 분사하여 2차 연소실 출구온도를 적정온도인 870~$950^{\circ}C$로 유지하여 소각량을 최대화하는 한편 폐열회수 보일러의 수관외벽 막힘현상 개선을 통한 로의 안정성 확보 및 연속운영기간의 연장을 실현하였다. 질소산화물($NO_x$), 황산화물($SO_x$) 및 다이옥신 등 대기오염물질 26개 항목에 대하여 측정을 실시한 결과 모두 배출허용 기준치 이하의 값을 나타내었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.497-504
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• 2023

본 연구에서는 소형선박용 중·고속 디젤엔진에 적용하여 연구 중인 SCR+DPF 기술을 저속엔진이 설치된 선박에 탑재하여 해상 실증 시험을 수행하였다. 대상 선박(총 톤수 2,881 톤, 정격출력 1,470kW@240rpm ×1)은 국내 연해를 운항하는 일반화물선으로 배출저감설비의 선박 탑재를 위해 도면 개발, 승인 및 선박 임시검사를 수행하였다. 저감성능 확인을 위해서 가스상물질 측정장비는 NOx technical code 및 ISO-8178의 분석방법을 준용하는 장비를 사용하였으며, 입자상물질 측정장비는 국제해사기구(IMO)에서 논의하고 있는 블랙카본 측정 방법 중 하나인 스모크미터를 사용하였다. 시험은 황 함유량 따라 MGO(0.043%), LSFO(0.42%) 2종의 연료를 사용하였으며 실제 운항하는 엔진회전수(130, 160 및 180 rpm)를 고려하여 시험 조건을 설정하였다. 시험 조건에 따라 배출저감설비의 전·후단에서 가스상 및 입자상(매연) 물질을 측정하여 배출저감설비의 저감효율을 확인하였으며 모든 시험 조건에서 NOx의 경우 90% 이상, 입자상물질(매연)의 경우 95% 이상의 저감효율을 확인하였고 엔진 성능의 영향을 줄 수 있는 배기가스 압력은 허용배압 기준인 50mbar 이하를 만족하였다. 본 연구를 통해 해상실증 연구의 중요성과 중소형 저속엔진 선박의 질소산화물 및 입자상물질의 동시 저감을 위한 대응 기술로 SCR+DPF 설비 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권4호
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• pp.443-450
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• 2014

지르코니아를 고정한 실리카($ZrO_2-SiO_2$)와 망가니즈 산화물($MnO_x$)에 백금을 담지하여 제조한 촉매에서 수소에 의한 일산화질소의 선택적 촉매 환원($H_2$-SCR) 반응을 조사하였다. $Pt-MnO_x$ 촉매에서는 NO 전환율이 낮으며, $N_2O$와 $NO_2$ 생성이 억제되었다. 반면, $Pt/ZrO_2-SiO_2$ 촉매에서는 NO 전환율이 높지만, $100{\sim}150^{\circ}C$에서는 $N_2O$가, $200{\sim}300^{\circ}C$에서는 온도가 높아지면 $NO_2$ 수율이 높아져, $N_2$ 수율이 낮았다. $ZrO_2-SiO_2$에 $MnO_x$와 백금을 같이 담지한 $Pt-MnO_x/ZrO_2-SiO_2$촉매에서는 $100{\sim}150^{\circ}C$에서 이들 성분의 상승작용으로 $N_2$ 수율이 조금 높아졌다. 이들 촉매에서 표면 조성, 산화 상태, 산성도를 조사하고, NO가 흡착되어 수소와 반응하는 과정의 IR 스펙트럼을 그렸다. NO의 $H_2$-SCR 반응에서 전환율과 생성물 수율을 촉매 구성 성분의 촉매작용과 연계지어 고찰하였다.

• 공업화학
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• 제34권4호
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• pp.357-364
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• 2023

선택적 촉매 환원(SCR)은 질소산화물 배출을 줄이는 가장 효과적인 방법이지만, V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매가 좁은 작동온도 (300~400℃) 범위를 가지기 때문에, V₂O₅-WO₃/TiO₂ 촉매의 작동 온도범위가 200~450℃인 새로운 촉매를 개발하였다. SCR 과정에서 생성되는 촉매 독인 황산암모늄은 350℃ 이상으로 가열함으로써 제거할 수 있다. 촉매 활성 부위의 수를 증가시키고 활성 물질의 분산을 촉진하기 위해 TiO₂ 지지체에 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP) 처리를 여러 TTIP/TiO₂ 질량비로 진행하였다. 그 중 5 wt% TTIP 부하에서 높은 W 분산성으로 인해 열 안정성이 증가하였고 V⁵⁺가 형성되어 최적의 성능을 보였다. 5 wt% TTIP 부하로 처리된 촉매를 One-step co-precipitation으로 제조하였을 때 기존의 방법보다 더 나은 V-OH와 W-OH 분산 및 상호작용 향상이 나타나 더 낮은 온도에서 높은 촉매 활성으로 인해 향상된 성능을 보였다. 이를 향후 TTIP를 이용하여 TiO₂촉매의 표면을 개선하려는 연구자에게 이해하기 쉽게 설명하고자 하였다.