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부하변동이 큰 화장시설 SCR 공정에서 NOx/N2O 및 NH3 동시 저감 특성 연구
The Reaction Characteristics of NOx/N2O and NH3 in Crematory Facility SCR Process with Load Variation 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.33 no.6, 2017년, pp.605 - 615  

박풍모 (서울시립대학교 환경공학과) ,  이하영 (산업안전보건연구원) ,  여상구 (서울시립대학교 환경공학과) ,  윤재랑 (서울시립대학교 환경공학과) ,  동종인 (서울시립대학교 환경공학과)

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Efficient simultaneous reduction conditions for $NO_x$ and $NH_3$-slip was investigated in SCR (Selective Catalytic Reduction) process with load variation by applying dual catalysts (SCR catalyst, $NH_3$ decomposition catalyst) system. $N_2O$ formation cha...

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문제 정의

  • SCR 촉매 후단에 암모니아 분해 촉매를 설치하여 2개의 촉매가 하나의 시스템에 존재할 경우에 기존 SCR 촉매만을 사용할 경우와 비교하여 NSR에 따른 반응 특성을 비교·분석하였고, 2단 촉매 시스템에 대해서 온도, O2의 양과 같은 변수를 고려하여 NOx, NH3, N2O 반응 특성을 고찰할 목적으로 수행하였다.
  • , 2005). 또한 변수가 되는 대표실험조건을 선정하여 질소산화물, 암모니아, 아산화질소의 반응 특성을 다양한 관점에서 분석하여 부하변동이 큰 연소시설에 적용 가능한 최적의 운전조건 도출하고자 하였다
  • 본 연구에서는 NH3-SCR 시스템에서 질소산화물과 암모니아의 동시 저감을 목적으로 SCR 촉매와 NH3 분해 촉매를 동시적용하였으며 NSR, 온도, 산소 농도를 변수로 하여 NOx, NH3 및 N2O의 배출 경향을 고찰하였다. 이를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 NH3를 환원제로 사용하는 NH3-SCR 공정에서 배기가스 중 질소산화물을 처리하는 SCR 촉매와 암모니아 분해 촉매를 동시에 적용한 2단 촉매장치를 Lab-scale 규모로 구현하여 부하변동이 큰 조건에서 질소산화물과 미반응 암모니아를 효율적으로 동시에 처리하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구에서는 부하변동 조건에 적합하다고 판단되는 Cordierite를 지지체로 한 촉매를 사용하였으며(Yates et al.
  • 분해 촉매를 함께 장착하였을 때의 반응 특성 실험, (2) 부하변동 조건을 반영한 실험을 수행하였다. 이때 다양한 운전조건 변수로는 환원제의 표준 당량비(NSR),유량, 온도, 산소 농도로 구분하였으며 이에 따른 질소산화물, 암모니아, 아산화질소의 반응 특성을 고찰하고자 하였다. 본 실험에서의 실험조건은 현장 분석 데이터(표 1)를 고려하여 선정하였으며 표 2에 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상용 SCR 탈질시스템 설계에 있어서 90% 이상의 요구탈질성능과 탈질설비 바로 후단에서 3~5 ppm의 미반응 NH3 Slip농도를 보증하기 위해 국내외에서 진행되고 있는 연구는? 상용 SCR 탈질시스템의 설계에 있어서 최우선적으로 고려할 사항은 90% 이상의 요구탈질성능과 탈질설비 바로 후단에서 3~5 ppm의 미반응 NH3 Slip농도를 보증할 수 있느냐이다(Forzatti, 2001,2000). 이를 달성하기 위한 방안으로 SCR 공정에 관한 대부분의 연구는 NH3 Slip과 NOx 저감율을 고려하여 다양한 촉매를 개질하여 새로운 촉매를 개발하는 연구가 국내·외에서 진행되고 있다(Salazar et al., 2017).
부하변동이 큰 시설은? 대표적인 부하변동이 큰 시설로는 화장시설, 기력발전시설, 소규모 생산 공정, 후처리설비, 소형 소각시설 등이 포함되며 특히, 화장시설의 경우 그 수요가 급격히 증가하고 있는 추세이다(SMBA, 2015). 국내의 경우 1970년대까지의 화장률은 10% 미만이었으나 급속한 산업발전과 도시화 정책에 따라 화장률은 큰 폭으로 증가하여 2016년에는 수요가 70% 이상으로 증가하였다(SMBA, 2015).
SCR은 어떤 문제점을 가지고 있는가? 대부분의 시설에서는 질소산화물 제어의 목적으로 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction) 공정을 주로 적용하고 있으나 SCR의 경우 온도 및 유량 등의 변화폭이 크고 가동의 주기가 잦아 질소산화물 배출농도가 급변하는 문제점을 가지고 있다. 또한 탈질공정에서 환원제로 사용되는 암모니아, 요소수 등이 미반응으로 인해 배출되어 암모니아 슬립(NH3-slip) 현상이 발생되고, 이는 2차적으로 배기가스 중의 SO3와 반응하여 ABS (Ammonium Bi-sulfate, NH4HSO4)와 AS (Ammonium Sulfate, (NH4)2SO4)를 생성시켜 후단설비 부식 또는 악취를 유발하여 인근 지역 주민들에게 환경피해 및 민원문제를 일으키는 것으로 보고되고 있다 (Kim, 2014b).
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참고문헌 (19)

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  4. Djerad, S., Tifouti, L., Crocoll, M., Weisweiler, W. (2004) Effect of vanadia and tungsten loadings on the physical and chemical characteristics of $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalysts, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 208, 257-265. 

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  8. Kim, K.H. (2007) Denitrification Technology (SCR) Trend and Nano-catalyst, Korean Industrial Chemistry News, 10, 45-59. 

  9. Kim, K.W. (2014a) A study on the selective oxidation study of Pt catalysts for ammonia removal, Department of Environmental energy systems engineering, Kyongki University. 

  10. Kim, N.R. (2014b) Preparation and Thermal Properties of Mullite/Cordierite Nano-Composite, Department of Environmental engineering, Chungbuk University. 

  11. Kobylinski, T.P., Taylor, B.W. (1974) The catalytic chemistry of nitric oxide: II. Reduction of nitric oxide over noble metal catalysts, Journal of Catalysis, 33, 376-384. 

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