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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 모델가스를 사용하는 실험 장치를 제작하여 실제 기관에서 배출하는 배기가스와 유사한 조건으로 모사하여 배기가스 내 NO:NO2 비율과 공간속도, 온도에 따른 SCR과 AOC의 NOx, NH3 변환효율 특성을 파악하였다.
제안 방법
- SCR 후단에 AOC를 장착하였으며, 촉매 전·후단에 열전대를 장착하여 온도를 측정하였다.
- SCR과 AOC 전·후단에서 Eco Physics 사의 CLD 844 CMh 분석기를 사용하여 0 ~ 500 ppm 범위의 NOx와 NH3의 농도를 측정하였다.
- 같은 지점에서 CLD를 이용하여 각 조건 촉매 전·후단 NOx와 NH3 농도를 측정하였다.
- 4는 촉매 전·후단 실험장치의 개략도이고 온도를 측정하는 열전대의 위치를 보여준다. 모델가스가 흘러가면서 촉매 전단에서 분사된 NH3와 혼합되어 SCR 촉매를 지나도록 설계하였다.
- 모사가스 실험은 기본적으로 가스의 조성을 NOx 농도 250 ppm으로 유지한 상태에서 촉매 성능에 영향을 미치는 요인들을 변화시켜가면서 실시하였다. Fig.
-
건에서 기술한 바와 동일하게 실험하였다. 반응하
지 못하고 슬립 된 NH3를 산화시키는 AOC를 SCR
후단에 장착함으로써 각 조건에서의 NH3변환효율
을 측정하였다. -
본 논문에서는 AR비를 고정하고 Table 1에 있는
체적에 따라유량을조절하였다. -
본 연구는 여러 가지 실험변수를 두어 각각의 실
험을 통해 SCR의 NOx 저감효율과 NH3 과다분사로
인해 슬립이 일어난 6case를 통해 AOC의 NH3 변환
효율을 파악하였다. -
본 연구에서는 AOC효율을 알아보기 위해 NOx:
NH3 = 1/1.2로 고정하였으며 모사가스 조성 및 NO/
NO2 비율, 공간속도, 온도는 2.2.2 NOx저감 실험조
건에서 기술한 바와 동일하게 실험하였다. 반응하
-
본 연구에서는 SCR의 저감특성을 파악하기 위
해 최적의 조건인 NOx:NH3 = 1:1로 분사하여 실험
하였다. - 세번째 실험변수는 촉매에서의 반응온도이며 본실험에서는히터를통해모사가스를가열하여촉매 전단의 온도를 200°C, 300°C, 400°C로 변환시켜 각 온도에서의NOx 저감효율을확인하였다.
-
첫 번째 실험변수인 NO:NO2 비율은 1:1, 2:1, 1:2로 변경하였고, 두 번째 실험변수인 공간속도는
30000 h-1, 60000 h-1, 90000 h-1 조건으로 각각의 상태
에서NOx 저감효율을확인하였다. 공간속도는배기
대상 데이터
- 실험에 사용된 촉매는 제올라이트(Zeolite) 계열의 촉매이며 셀밀도 400 cpsi, 재질은 Cordierite이고, SCR과AOC 시편은 실제 크기의 촉매에서 공간속도에 따라 Table 1과 같이 절단하여 제작하였다. 실험에 사용된 SCR과 AOC 시편의 실제 형상은 Fig. 1에 나타내었다. 촉매의AR비는 1:2 로 고정하였다.
- 실험에 사용된 촉매는 제올라이트(Zeolite) 계열의 촉매이며 셀밀도 400 cpsi, 재질은 Cordierite이고, SCR과AOC 시편은 실제 크기의 촉매에서 공간속도에 따라 Table 1과 같이 절단하여 제작하였다. 실험에 사용된 SCR과 AOC 시편의 실제 형상은 Fig.
성능/효과
- 1) NO:NO2 =1:1 비율일 때 SCR의 NOx 변환효율은 300°C에서 가장 높았으며, 공간속도가 느릴수록 높아진다.
- 2) NO:NO2 비율에 따라 SCR의 NOx 변환효율은 온도 조건에 따라 200°C, 300°C, 400°C조건에서 모두 NO2의 비율이 커짐에 따라서 변환효율이 낮아졌으며 NO의 양이 많아져도 NO:NO2 = 1:1일 때보다 효율이 낮아지는것을 확인할 수있다.
- 200°C 일때변환효율은공간속도 30000 h-1, NO:NO2 =1:1일 때 86%로 가장 높았으며공간속도90000 h-1, NO:NO2 = 1:2 일때63%로가장 낮은 결과를 나타내었다.
-
3) NH3 슬립은 공간속도가 느린 30000 h-1, NO:NO2
= 1:1일 때는 일어나지 않았으며 공간속도가 빠
른 60000 h-1 ,90000 h-1일 때와 NO:NO2 = 1:2 일
때일어났다. - 300°C일 때 변환효율은 공간속도 30000 h-1, NO: NO2 = 1:1 일 때 99%로 가장 높았으며 공간속도90000 h-1, NO:NO2 = 2:1 일때75%로가장낮은결과를 나타내었다.
- 4) 슬립이일어난6cases에대해AOC의변환효율은 고온 조건인 400°C와 공간속도가 느린 60000 h-1 조건에서높은 효율을 나타낸다.
- 400°C조건에서도 변환효율은 공간 속도30000 h-1, NO:NO2 = 1:1 일때95%로가장높았으며 공간속도 90000 h-1, NO:NO2 = 2:1 일 때 63%로 가장 낮은 결과를 나타내었다.
-
AOC는 SCR과 마찬가지로 공간속도 60000 h-1일
때가 90000 h-1일 때 보다 효율이 높은 결과를 나타
냈으며 이는 SCR과 마찬가지로 모사가스가 촉매에
서 반응하는 시간이 길수록 변환효율이 좋아진다.
- NH3의 분사량을 NOx:NH3 = 1:1, 1:1.2, 1:1.4, 1:1.6 로 바꾸어 이번 실험조건인 200 ~ 400°C 온도에서 예비실험한 결과 NOx:NH3 = 1:1인 경우 NH3 슬립이 발생하지 않았고 과다분사된경우에슬립이일어났다.
- 앞서 200°C 조건과 마찬가지로 NO2의 비율이 커짐에 따라서 변환효율이 낮아졌으며 NO의 양이 많아져도 NO:NO2 = 1:1일때 보다 효율이낮아지는 것을 확인할수있다.
후속연구
-
일때 보다 효율이낮아지는 것을 확인할수있다. 기
관에서 배출되는 NOx의 대부분이 NO이기 때문에
현재 SCR전단의 DOC에 의해 NO를 NO2로 산화시
켜 반응속도를 빠르게 하고 있으나 지나친 NO2의
증가는 오히려 역효과를 가져오므로 DOC에서의
변환효율도향후 연구가 진행될 필요가 있다.
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