본 연구는 경유를 2차 분사연료로 사용하는 HC-SCR 후처리장치에서 2차 분사연료의 바이오디젤 함량 변화(BD0, BD10, BD25)에 다른 NOx 변환특성을 분석하였다. 시험조건은 HC-SCR 장치의 특성, 2차 분사연료의 distillation 등을 고려하여 장치 전단온도는 $290^{\circ}C$, $320^{\circ}C$, $350^{\circ}C$로 설정하였으며, 공간속도는 55,000(1/h)으로 고정하고 연료분사량을 조절하였다. Distillation 시험결과, T90은 약 $350^{\circ}C$로 동일한 수준이었으며 바이오디젤 함량이 증가할수록 $350^{\circ}C$보다 낮은 조건에서 증발량이 감소한다는 결과를 얻었다. 2차 분사연료에 혼합된 바이오디젤 함량이 증가할수록 NOx 저감효율은 감소하는 것을 확인하였으며 저온조건($290^{\circ}C$)보다 고온조건($320^{\circ}C$, $350^{\circ}C$)에서 NOx 저감율의 차이가 더 크게 발생했다. 이러한 결과는 바이오디젤의 열악한 증발특성(Distillation)과 높은 분자량인 것으로 추측된다.
본 연구는 경유를 2차 분사연료로 사용하는 HC-SCR 후처리장치에서 2차 분사연료의 바이오디젤 함량 변화(BD0, BD10, BD25)에 다른 NOx 변환특성을 분석하였다. 시험조건은 HC-SCR 장치의 특성, 2차 분사연료의 distillation 등을 고려하여 장치 전단온도는 $290^{\circ}C$, $320^{\circ}C$, $350^{\circ}C$로 설정하였으며, 공간속도는 55,000(1/h)으로 고정하고 연료분사량을 조절하였다. Distillation 시험결과, T90은 약 $350^{\circ}C$로 동일한 수준이었으며 바이오디젤 함량이 증가할수록 $350^{\circ}C$보다 낮은 조건에서 증발량이 감소한다는 결과를 얻었다. 2차 분사연료에 혼합된 바이오디젤 함량이 증가할수록 NOx 저감효율은 감소하는 것을 확인하였으며 저온조건($290^{\circ}C$)보다 고온조건($320^{\circ}C$, $350^{\circ}C$)에서 NOx 저감율의 차이가 더 크게 발생했다. 이러한 결과는 바이오디젤의 열악한 증발특성(Distillation)과 높은 분자량인 것으로 추측된다.
This study was aimed at analyzing NOx conversion characteristics in the HC-SCR with biodiesel content changes of the secondary fuel injection (BD0, BD10, BD25). Test conditions for temperature were set to $290^{\circ}C$, $320^{\circ}C$ and $350^{\circ}C$ considering ...
This study was aimed at analyzing NOx conversion characteristics in the HC-SCR with biodiesel content changes of the secondary fuel injection (BD0, BD10, BD25). Test conditions for temperature were set to $290^{\circ}C$, $320^{\circ}C$ and $350^{\circ}C$ considering the upstream temperature of a HC-SCR, distillation of the secondary injected fuels and etc. The amount of fuel injection was adjusted with a fixed space velocity of 55,000(1/h). According to the test results of distillation, the T90 was the same level about $350^{\circ}C$ on all test fuels and the amount of evaporation was reduced at lower than $350^{\circ}C$ temperature condition with increasing biodiesel content. As biodiesel content which is mixed with the secondary injected fuel is increased, NOx reduction efficiency was determined to decrease. The difference of the Nox reduction ratio in a high temperature condition($320^{\circ}C$ and $350^{\circ}C$) than the low temperature($290^{\circ}C$) was more significant. These results are thought to be poor evaporation properties (distillation) and high molecular weight of the biodiesel.
This study was aimed at analyzing NOx conversion characteristics in the HC-SCR with biodiesel content changes of the secondary fuel injection (BD0, BD10, BD25). Test conditions for temperature were set to $290^{\circ}C$, $320^{\circ}C$ and $350^{\circ}C$ considering the upstream temperature of a HC-SCR, distillation of the secondary injected fuels and etc. The amount of fuel injection was adjusted with a fixed space velocity of 55,000(1/h). According to the test results of distillation, the T90 was the same level about $350^{\circ}C$ on all test fuels and the amount of evaporation was reduced at lower than $350^{\circ}C$ temperature condition with increasing biodiesel content. As biodiesel content which is mixed with the secondary injected fuel is increased, NOx reduction efficiency was determined to decrease. The difference of the Nox reduction ratio in a high temperature condition($320^{\circ}C$ and $350^{\circ}C$) than the low temperature($290^{\circ}C$) was more significant. These results are thought to be poor evaporation properties (distillation) and high molecular weight of the biodiesel.
2) HC-SCR의 NOx 저감효율은 배출가스의 온도가 높을수록 높게 나타났으며 분사량이 증가할수록 저감효율이 증가하는 것을 확인하였다. 350 ℃조건에서 분사량과 NOx 저감효율은 높은 상관 관계를 보였다.
3) 배출가스 온도가 낮은 조건(290 ℃)에서는 바이오디젤 함량 증가에 따른 NOx 저감율의 차이가 작게 나타났으나 배출 가스 온도가 높은 조건(320℃, 350 ℃)에서는 바이오디젤 함량이 증가할수록 저감율의 차이가 커지는 것을 확인하였다.
2) HC-SCR의 NOx 저감효율은 배출가스의 온도가 높을수록 높게 나타났으며 분사량이 증가할수록 저감효율이 증가하는 것을 확인하였다. 350 ℃조건에서 분사량과 NOx 저감효율은 높은 상관 관계를 보였다.
4) 본 연구를 통해 HC-SCR의 환원제로 사용되는 2차 분사연료의 바이오디젤 함량이 증가함에 따라 NOx 저감율이 감소한다는 사실을 확인하였다.
이는 2차 분사연료가 촉매 활성화 온도조건에서 HC-slip 없이 NOx 변환반응에 대부분 소모되었기 때문인 것으로 판단된다. BD10은 대부분의 조건에서 BD0보다 미미하게 낮은 저감율을 보였으며 BD25는 두 가지 연료보다 확연히 낮은 저감율을 보였다.
분사량이 증가할수록 저감효율은 비례적으로 증가 하였다. 각 분사량에서 BD10은 BD0와 동일한 저감효율을 보이는 경우도 있었지만 미미하게 낮은 저감율을 보였다. 반면 BD25는 모든 분사조건에서 BD0과 BD10보다 큰 저감율 감소를 보였다.
Figure 5는 350 ℃에서 연료별 NOx 저감율 결과이다. 다른 온도조건보다 높은 저감율을 보였으며 분사 량과 저감율의 상관 관계도 더 높게 나타났다. 이는 2차 분사연료가 촉매 활성화 온도조건에서 HC-slip 없이 NOx 변환반응에 대부분 소모되었기 때문인 것으로 판단된다.
이는 배출가스 온도가 SCR촉매의 활성화 온도보다 낮아 연료의 물성에 의한 차이보다 배출가스 온도의 영향이 더 크게 기여한 것으로 판단된다. 미미한 차이이긴 하지만 바이오디젤 함량이 증가함에 따라 대부분의 분사조건에서 NOx 저감율이 감소하는 경향을 보였다.
경유(BD0)와 바이오디젤 100 %는 국내 품질기준을 만족하였다. 바이오디젤 함량이 증가함에 따라 density, flash point 등은 증가한 반면 sulfur content, heating value 등은 감소하였다. Distillation T90은 시료의 90 %가 증발하는 온도를 의미한다.
이 또한 분자구조와 연관성이 높다. 바이오디젤 함량이 증가함에 따라 동일 온도 조건에서 증발량이 감소하는 결과를 보였다. 실험 조건중 하나인 320 ℃에서 BD0는 77.
Figure 3은 290 ℃에서 바이오디젤 함량에 따른 NOx 저감율 결과이다. 분사량이 9 mL/min에서 45 mL/ min으로 9 mL/min씩 증가할수록 NOx 저감율도 비례적으로 증가하였다. BD0대비 BD10과 BD25는 상대적으로 낮은 NOx저감율을 보였으나 차이는 미미하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
바이오디젤이란?
바이오디젤이란 식물성 유지, 동물성 유지, 폐식용유 등의 재생가능한 자원을 촉매 존재하에서 알코올과 반응시켜 생성된 에스테르 혼합물을 말한다. 바이오디젤은 경유와 물성이 유사하여 경유에 혼합하여 압축 착화 방식인 디젤엔진에 사용할 수 있다.
유럽국가들의 바이오연료 사용 현황은?
특히, 경유와 물성이 비슷하여 경유 엔진의 구조변경 없이 사용할 수 있는 바이오디젤이 전세계적으로 사용되고 있다. 유럽국가 들은 경유에 바이오디젤을 최대 7 %까지 혼합하고 있으며 그 혼합양을 점진적으로 높일 계획이며 국내도 현재 약 2 % 수준의 바이오디젤 함량을 점진적으로 높일 계획이다.
대두유를 원료로한 바이오디젤의 성분은 어떠한가?
바이오디젤은 사용되는 원료 물질에 따라 서로 다른 물리·화학적 특성을 보인다. 대두유를 원료로한 바이오디젤은 Linoleic acid methyl ester(C18:2)와 Oleic acid methyl ester(C18:1)가 약 80 %이고 인지방질인 Lecthim이 약 1.5% 정도이다.
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