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선박용 디젤엔진의 NOx를 저감하기 위한 습식 배기가스 처리기술 적용에 관한 실험적 연구
Experimental study of NOx reduction in marine diesel engines by using wet-type exhaust gas cleaning system 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.41 no.3, 2017년, pp.216 - 221  

류영현 (Korea Institute of Machinery & Materials) ,  김태우 (Techwin Co., Ltd.) ,  김정식 (Techwin Co., Ltd.) ,  남정길 (Division of Marine Engineering, Mokpo National Maritime University)

초록
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디젤엔진내연기관 중에 제동 열효율이 가장 높은 엔진이기 때문에 큰 동력을 필요로 하는 대형트럭과 같은 중 대형 운송 차량 및 선박 등의 수송분야 및 발전시스템 등의 다양한 분야에서 사용되어지고 있다. 하지만, 디젤엔진은 연소과정에서 질소산화물(이하 NOx) 발생량이 많은 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 선박용 디젤엔진의 NOx를 저감하기 위해서 습식 배기가스 처리 기술인 무격막식 해수 전기분해 방식을 이용하여 NOx 저감을 시도하였다. 실제 해수를 사용하여 디젤엔진에서 배출되는 유해가스에 전기 분해된 해수인 전해수를 분사하여 보았다. 전해수의 pH 농도 및 유효염소농도, 온도에 따른 NO 산화율 및 NOx 감소량을 조사하였다. 본 실험을 통해서 전해수의 pH가 약산성 영역일 경우가 중성일 경우보다 산화탑에서의 NO 산화율이 상승하였고, 유효염소농도가 높을수록 NO 산화율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전해수 온도는 NO 산화율에 영향이 없음을 추가적으로 확인할 수 있었으며 디젤엔진에서 생성된 배기배출물에 전해수를 분사함으로써 NOx가 저감됨을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Diesel engines have the highest brake thermal efficiency among internal combustion engines. Therefore, they are utilized in medium and large transportation vehicles requiring large amounts of power such as heavy trucks, ships, power generation systems, etc. However, diesel engines have a disadvantag...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 NOx 제거 성능은 유지하면서, 산화제 생성 시 소모되는 전력량을 감소시키기 위한 수단으로 NOx를 환원시킬 수 있는 촉매의 적용 방안도 검토하였다. 일반적인 선택적 촉매환원(SCR)과 달리 환원제로 요소가 아닌, 수소 가스를 사용하는 반응으로써 산화제 생산 시 부산물로 발생되는 수소 가스를 활용할 수 있다는 장점이 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Ryu et al이 제시한 NOx를 저감하기 위한 연구는 무엇인가? Ryu et al. [5]-[7]의 연구에서는 연료첨가제를 사용하여 디젤엔진의 연료를 개질한 후, 그 혼합된 연료를 2행정과 4행정 디젤엔진 모두에게 적용해서 엔진의 연소과정을 개선하여 NOx및 PM을 저감하는 연구를 발표했었다. 디젤엔진의 연료와 연소과정을 개선하는 방법도 배기배출물을 저감할 수 있으나, 각 국가 및 국제기구에서 요구하는 규정을 완전히 만족할 수는 없다.
디젤엔진이 주로 사용되는 분야는? 디젤엔진은 가솔린 엔진과 비교했을 때 제동 열효율이 높기 때문에 큰 동력을 필요로 하는 대형트럭과 같은 중·대형 운송 차량 및 선박 등의 수송분야, 발전소, 농기계, 건설장비 등의 산업분야 등과 같은 대출력을 요구하는 다양한 분야에서 사용되어지고 있다. 하지만, 디젤엔진은 연소과정에서 여러 유해 배기물질이 발생하는데 그 중에서 특히 NOx발생이 가장 문제시 되고 있다.
RDE 측정방식의 특징은 무엇인가? 이것은 실험실 수치보다 더 많이 배출된다고 알려진 실제 운전시의 배기배출물을 측정함으로써 더욱 강화된 규제이다. RDE 측정방식은 주행환경이 각각 다르기 때문에 상당히 까다로우며 각도와 경사, 하중, 기온, 기압, 습도 등 여러 환경적 변수가 존재한다. 본 규제는 디젤엔진을 사용하는 수송에너지 기관인 선박 및 농기계, 건설장비 등에서도 점차적으로 확대 시행될 것으로 예상된다[3][4].
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참고문헌 (20)

  1. Jo. B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, New York, USA, McGraw-Hill, Inc., 1988. 

  2. W. W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine, 2ND Edition, Pearson, 2004. 

  3. https://www.dieselnet.com, Accessed January 17 2017. 

  4. D. Blanco-Rodriguez, G. Vagnoni, and B. Holderbaum, "EU6 C-segment diesel vehicles, a challenging segment to meet RDE and WLTP requirements," IFAC-PapersOnLine, vol. 49, no. 11, pp. 649-656, 2016. 

  5. Y. H. Ryu, Y. S. Lee, and J. G. Nam, "An experimental study of the fuel additive to improve the performance of a 2-stroke large diesel engine," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 39, no. 6, pp. 620-625, 2015 (in Korean). 

  6. Y. H. Ryu, Y. S. Lee, and J. G. Nam, "Performance and emission characteristics of additives-enhanced heavy fuel oil in large two-stroke marine diesel engine," Fuel, vol. 182, pp. 850-856, 2016. 

  7. Y. H. Ryu, Y. S. Lee, and J. G Nam, "Improvement of the performance and emission in a four-stroke diesel engine using fuel additive," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 40, no. 9, pp. 762-767, 2016 (in Korean). 

  8. Y. H. Ryu, H. R. Kim, G. B. Cho, H. S. Kim, and J. G. Nam, "A study on the installation of SCR system for generator diesel engine of existing ship," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 39, no. 4, pp. 412-417, 2015 (in Korean). 

  9. G. Panomsuwan, R. Rujiravanit, T. Ueno, and N. Saito, "Non-thermal plasma technology for abatement of pollutant emission from marine diesel engine," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 40, no. 10, pp. 929-934, 2016. 

  10. T. W Kim, S. J. Choi, J. H. Kim, and J. Y. Song, "A study on the NOx reduction of flue gas using un-divided electrolysis of seawater," Korean Chemical Engineering Research, vol. 50, no. 5, pp. 825-829, 2012 (in Korean). 

  11. T. W. Kim, J. H. Kim, and J. Y. Song, "A study on the NOx reduction of flue gas using seawater electrolysis," Journal of the Korean Oil Chemist′ Society, vol. 29, no. 4, pp. 570-576, 2012 (in Korean). 

  12. L. Chen, C. H. Hsu, and C. L. Yang, "Oxidation and absorption of nitric oxide in a packed tower with sodium hypochlorite aqueous solutions," Environmental Progress, vol. 24, no. 3, pp. 279-288, 2005. 

  13. L. R. Czarnetzki and L. J. J. Janssen, "Formation of hypochlorite, chlorate and oxygen during NaCl electrolysis from alkaline solutions at an $RuO_2$ / $TiO_2$ anode", Journal of Applied Electrochemistry, vol. 22, pp. 315-324, 1992. 

  14. J. H. Park and S. H. Paik, "The problems of chemistry teachers' and pre-service teachers' conceptions in the prediction of electrolysis products," Journal of the Korean Chemical Society, vol. 48, no. 5, pp. 519-526, 2004 (in Korean). 

  15. H. J. Park, S. W. Lee, M. G. Ku, and J. H. Lim, "Electrochemical treatment of dye wastewater using $IrO_2$ /Ti electrode," Applied Chemistry, vol. 14, no. 1. pp. 37-40, 2010. 

  16. S. H. An, "Air pollution protection onboard by seawater and electrolyte," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 30, no. 1, pp. 93-101, 2006. 

  17. S. S. Kim, H. J. Choi, and S. C. Hong, "A study on reaction characteristics of $H_2$ SCR using Pt/ $TiO_2$ catalyst," Applied Chemistry for Engineering, vol. 21, no. 1, pp. 18-23, 2010. 

  18. Z. Liu, J. Li, and S. I. Woo, "Recent advances in the selective catalytic reduction of NOx by hydrogen in the presence of oxygen," Energy & Environmental Science, 5, pp. 8799-8814, 2012. 

  19. M. Henze, M. C. M, van Loosdrecht, G. A. Ekama, and D. Brdjanovic, Biological Wastement Treatment, IWA Publishing Books, p. 236, 2008. 

  20. R. T. Guo, W. G. Pan, X. B. Zhang, H. J. Xu, Q. Jin, C. G. Ding, and S. Y. Guo, "The absorption kinetics of NO into weakly acidic NaClO solution," Separation Science and Technology, vol. 48, no. 18, pp. 2871-2875, 2013. 

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