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LNT 촉매 후단의 NH3 생성 특성
NH3 Generation Characteristics of a LNT Catalyst Downstream 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.20 no.1, 2016년, pp.18 - 23  

서충길 (호원대학교 자동차기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 reduc...

주제어

#Diesel engine   #Catalyst   #Lean NOx Trap   #Selective Catalytic Reduction   # $NH_3$  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이 연구는 디젤 엔진 조건에서 발생되는 여러변수를 통하여 LNT 촉매 후단에서 발생되는 NH3 생성 메커니즘을 파악하는 것을 목적으로 한다.

가설 설정

  • 87)은 LNT 촉매의 축 방향 길이에 따른 NOx 환원과 NH3 생성 특성을 개략적으로 나타내고 있다. 공간 속도가 고정되어 있다고 가정하면, A 영역은 Ba 사이트에 흡장된 (NO3)2과 환원제 H2가 반응한다. 그리고 B 영역에서는 Pt 상에서 NH3와 N2O가 생성된다.
  • 생성된 NH3는 (NO3)2과 다시 환원반응하며 C 영역에서의 N2와 H2O로 환원시키는 경로를 갖게 된다. 공간속도가 증가하면 LNT 촉매에서 반응할 수 있는 시간이 짧아지므로 B 영역에서 NH3와 N2O 슬립이 증가하게 되며, NOx 정화율은 저하된다. 즉 공간속도가 증가함에 따라 NOx 정화율은 감소하고 NH3 생성량은 증가한다.
  • 1(a)는 CO 환원제가 공급되었을 때 1 사이클 동안 배출가스의 거동을 나타내고 있다. 과농 공연비 분위기에서 LNT 촉매에 흡장된 NO가 급격히 탈리되다 감소하며, NH3는 거의 생성되지 않는다. H2O가 공존하지 않으므로 수성가스전이 반응(water-gas shift reaction)이 발생하지 않은 결과라고 판단한다.
  • H2O가 공존하지 않으므로 수성가스전이 반응(water-gas shift reaction)이 발생하지 않은 결과라고 판단한다. 저온조건에서 환원제 CO의 공존은 H2보다는 NOx 정화 효율에 덜 효과적이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
디젤 엔진의 문제점은? 디젤 엔진은 강력한 파워, 높은 연료 경제성및 낮은 CO2 배출량 때문에 상용차뿐만 아니라 일반 승용차 및 선박에서도 시장 수요가 증가하고 있다. 그런데 디젤 엔진의 연소 특성상 국부 적인 고온 반응구간에서 NOx가 생성되고 확산 연소기간에서 입자상 물질(PM, Particle matter)이 배출되는 문제점을 안고 있다.1) NOx 저감을 위한 기술로는 전처리/후처리 장치로 구분이 되며, 그 중 대표적인 후처리 장치로는 LNT(Lean NOx Trap)2,3), urea-SCR4), LNT+SCR 복합시스템5,6)이 있다.
디젤 엔진이 상용차뿐만 아니라 일반 승용차 및 선박에서도 시장 수요가 증가하고 있는 이유는? 디젤 엔진은 강력한 파워, 높은 연료 경제성및 낮은 CO2 배출량 때문에 상용차뿐만 아니라 일반 승용차 및 선박에서도 시장 수요가 증가하고 있다. 그런데 디젤 엔진의 연소 특성상 국부 적인 고온 반응구간에서 NOx가 생성되고 확산 연소기간에서 입자상 물질(PM, Particle matter)이 배출되는 문제점을 안고 있다.
LNT 촉매의 수열 열화 온도가 증가하면 N2O 슬립양은 감소하는 이유는? 수열 열화 온도가 증가할수록 더많은 양의 NH3가 슬립되며 약 300℃에서 가장 높은 peak를 나타내고 있다. 반면에 수열 열화 온도가 증가하면 N2O 슬립양은 감소하고 있으며, 이는 수열 열화로 인하여 활성사이트가 감소하여 NOx 흡장량이 감소하였기 때문이다. 이러한 특징은 de-NOx 촉매의 비활성화를 야기시키는 수열 열화에 따른 촉매 성능 저하를 보상할 수 있는 LNT+SCR 복합시스템의 중요한 장점이라고할 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. C. K. Seo, H. N. Kim, B. C. Choi and M. T. Lim, 2011, "The Optimal Volume of a Combined System of LNT and SCR Catalysts", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 17, No. 6, pp. 382-385. 

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  2. C. K. Seo, H. N. Kim and B. C. Choi, 2010, "Characteristics of Adsorption, Desorption of Exhaust Gases and Deactivation of LNT and SCR Catalysts for Diesel Vehicles", Journal of The Korean Society for Power System Engineering, Vol. 14, No. 12, pp. 13-19. 

  3. B. C. Choi and K. S. Lee, 2014, "LNT/CDPF Catalysts for Simultaneous Removal of NOx and PM from Diesel Vehicle Exhaust", Chemical Engineering Journal, Vol. 240, No. 5, pp. 476-486. 

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  4. W. Wang, J. M Herreros, A. Tsolakis and A. P. E York, 2015, "Increased $NO_2$ Concentration in the Diesel Engine Exhaust for Improved $Ag/Al_2O_3$ Catalyst $NH_3$ -SCR Activity", Chemical Engineering Journal, Vol. 270, No. 6, pp. 582-589. 

    상세보기 crossref

  5. C. K. Seo, H. N. Kim, B. C. Choi, M. T. Lim, C. H. Lee and C. B. Lee, 2011, "De-NOx Characteristics of a Combined System of LNT and SCR Catalysts according to Hydrothermal Aging and Sulfur Poisoning", Catalysis Today, Vol. 164, No. 8, pp. 507-514. 

    상세보기 crossref

  6. J. Wang, Y. Ji, G. Jacobs, S. Jones, D. J. Kim, M. Crocker, 2014, "Effect of Aging on NOx Reduction in Coupled LNT-SCR Systems", Applied Catalysis B, Vol. 148, No. 8, pp. 51-61. 

  7. C. K. Seo, 2012, "Optimization of an LNTSCR Combined System to De-NOx the Diesel Engine Exhaust Gas" Dissertation for the Degree of Ph. D., Chonnam National University, pp. 81. 

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