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백금산화촉매를 통한 이산화질소(NO2)의 저감 특성에 관한 실험적 연구

Experimental Investigation on the Reduction Characteristics of Nitric Dioxide(NO2) over Platinum-based Oxidation Catalyst

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.20 no.4, 2012년, pp.142 - 149  

김영득 (한양대학교 BK21 혁신설계기계인력양성사업단) ,  조자윤 (한양대학교 대학원 기계공학과) ,  이정길 (한양대학교 대학원 기계공학과) ,  김우승 (한양대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The reduction characteristics of $NO_2$ to NO are experimentally studied over a platinum-based catalyst, especially at lower temperatures below about $200^{\circ}C$. In the present work, two types of steady-state experiments, engine bench and synthetic gas bench tests, are carr...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 저온영역에서 Pt계 상용 DOC를 통한 NO2 저감에 지배적인 영향을 미치는 화학종을 분석하기 위해 엔진동력계 실험을 수행하였다. 또한 저온영역에서의 CO와 HC에 의한 NO2 저감뿐만 아니라, CO, C3H6 및 NO의 산화 그리고 고온영역에서의 NO2 분해반응에 대한 반응특성을 다양한 작동 조건하에서 모사가스 실험을 통해 분석하였다.
  • 본 연구에서는 저온영역에서 Pt계 상용 DOC를 통해 NO2 저감에 지배적인 영향을 미치는 화학종을 분석하기 위해 엔진동력계 실험을 수행하였다. 또한 저온영역에서의 CO와 HC에 의한 NO2 저감뿐만 아니라, CO, C3H6 및 NO의 산화 그리고 고온영역에서의 NO2 분해반응에 대한 반응특성을 다양한 작동 조건하에서 모사가스 실험을 통해 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대형 디젤엔진의 경우 NOX 저감 성능을 극대화 하기 위해 적용한 시스템은? 점차 강화되는 디젤엔진의 NOX 배출규제에 대응 하기 위해 수 많은 NOX 제거기술의 개발이 수행되어져 왔다. 특히, 대형 디젤엔진의 경우 NOX 저감 성능을 극대화하기 위해 DOC(diesel oxidation catalyst)와 urea-SCR(selective catalytic reduction)의 조합이 후처리시스템에 적용되고 있다. 비교적 저온영역에서 디젤엔진의 배출가스 내 NOX 중 NO2의 양은 약 20% 미만으로 작다.
저온영역에서 배출가스 내 NO2의 반응은? 비교적 저온영역에서 디젤엔진의 배출가스 내 NOX 중 NO2의 양은 약 20% 미만으로 작다.1-3) 더욱이 저온영역에서 배출가스 내 NO2는 DOC를 통해 환원제인 CO 또는 HC와 반응하여 NO로 변환된다.1-6) 이때, 변환된 고농도의 NO가 DOC 후단에 장착된 SCR 촉매로 유입됨에 따라 SCR 촉매를 통한 NOX 저감은 반응속도가 가장 빠른 fast-SCR 반응(4NH3 + 2NO + 2NO2 → 4N2 + 6H2O)이 아닌 standard-SCR 반응(4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O)에 의해 지배되기 때문에 NOX 저감 성능이 상대적으로 저하된다.
Pt계 상용 DOC에서 주요 화학반응에 따라 촉매온도를 크게 세 영역으로 나누면? 4) 주요 화학반응에 따라 촉매온도는 크게 세 영역으로 나타낼 수 있으며, CO 또는 C3H6에 의한 NO2의 저감반응이 주로 일어나는 약 200°C 이하의 저온영역(NO2 reduction region), NO의 산화반응이 반응속도론적으로 지배되는 약 200~300°C의 중온영역(kinetic control region)과 열역학적으로 지배되는 약 300°C 이상의 고온영역(thermo-dynamic control region)으로 나뉜다.
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참고문헌 (13)

  1. M. S. Li, K. Seshan and L. Lefferts, "Influence of NO on the Reduction of $NO_2$ with CO over $Pt/SiO_2$ in the Presence of $O_2$ ," Chin. J. Chem., Vol.25, pp.435-438, 2007. 

  2. M. S. Li, K. Seshan and L. Lefferts, "Selective Removal of $NO_2$ in the Presence of Oxygen and NO over $Pd/SiO_2$ Catalysts," Appl. Catal.(B), Vol.50, pp.143-151, 2004. 

  3. M. H. Lu, M. S. Li, Y. H. Shan, K. Seshan and L. Lefferts, "Reduction of $NO_2$ in Flue Gas by CO and Propylene over $CuO-CeO_2/SiO_2$ in the Presence of $O_2$ ," Chin. J. Chem., Vol.26, pp.1035-1040, 2008. 

  4. S. R. Katare, J. E. Patterson and P. M. Laing, "Aged DOC is a Net Consumer of $NO_2$ : Analyses of Vehicle, Engine-dynamometer and Reactor Data," SAE 2007-01-3984, 2007. 

  5. S. Raux, A. Frobert and E. Jeudy, "Low Temperature Activity of Euro4 Diesel Oxidation Catalyst: Comprehensive Material Analyses and Experimental Evaluation of a Representative Panel," Top. Catal., Vol.52, pp.1903-1908, 2009. 

  6. G. R. Bamwenda, A. Obuchi, A. Ogata, J. Oi, S. Kushiyama and K. Mizuno, "The Role of the Metal during $NO_2$ Reduction by $C_3H_6$ over Alumina and Silica-supported Catalysts," J. Mol. Catal. A-Chem., Vol.126, pp.151-159, 1997. 

  7. Y.-D. Kim, H.-C. Jeong, S.-M. Shim, S.-J. Jeong and W.-S. Kim, "Effect of Water on the Kinetics of Nitric Oxides Reduction by Ammonia over V-based Catalyst," Annual Conference Proceedings, KSAE pp.787-795, 2009. 

  8. Y.-D. Kim, J.-G. Lee, S.-M. Shim, J.-K. Park, S.-D. Oh, J.-H. Kang, S.-J. Jeong and W.-S. Kim, "An Experimental and Modeling Study on the Oxidation Kinetics of Nitric Oxide over Platinum-based Catalysts," Annual Conference Proceedings, KSAE, pp.685-694, 2009. 

  9. Y.-D. Kim and W.-S. Kim, "Re-evaluation and Modeling of a Commercial Diesel Oxidation Catalyst," Ind. Eng. Chem. Res., Vol.48, pp.6576-6590, 2009. 

  10. A. Knafl, M. Han, S. V. Bohac and D. N. Assanis, "Comparison of Diesel Oxidation Catalyst Performance on an Engine and a Gas Flow Reactor," SAE 2007-01-0231, 2007. 

  11. G. P. Ansell, P. S. Bennett, J. P. Cox, J. C. Frost, P. G. Gray, A. M. Jones, R. R. Rajaram, A. P. Walker, M. Litorell and G. Smedler, "The Development of a Model Capable of Predicting Diesel Lean NOX Catalyst Performance under Transient Conditions," Appl. Catal.(B), Vol.10, pp.183-201, 1996. 

  12. M. D. Amiridis, T. Zhang and R. J. Farrauto, "Selective Catalytic Reduction of Nitric Oxide by Hydrocarbons," Appl. Catal.(B), Vol.10, pp.203-227, 1996. 

  13. R. Burch, P. J. Millington and A. P. Walker, "Mechanism of the Selective Reduction of Nitrogen Monoxide on Platinum-based Catalysts in the Presence of Excess Oxygen," Appl. Catal.(B), Vol.4, pp.65-94, 1997. 

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