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플라즈마-탄화수소 선택적 촉매환원공정을 이용한 질소산화물 저감 연구
Conversion of NOx by Plasma-hydrocarbon Selective Catalytic Reduction Process 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.29 no.1, 2018년, pp.103 - 111  

조진오 (제주대학교 생명화학공학과) ,  목영선 (제주대학교 생명화학공학과)

초록
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본 연구에서는 온도가 큰 폭으로 변화하는 배기가스에 대응하기 위하여 플라즈마 촉매 공정을 이용하여 넓은 온도범위($150{\sim}500^{\circ}C$)에서 질소산화물($NO_x$)의 전환효율을 향상시키고자 하였다. 촉매 자체의 활성이 높은 고온에서는 $NO_x$저감이 효과적으로 일어나므로 고온 영역에서는 플라즈마 발생을 중지한 채 운전하고, 저온영역에서는 촉매상에 플라즈마를 발생시켜 $NO_x$ 전환효율을 증가시켰다. 촉매의 종류, 반응온도, 환원제(n-헵테인)의 농도 및 에너지 밀도의 변화가 $NO_x$ 전환효율에 미치는 영향을 조사하였다. 다양한 촉매를 비교분석한 결과, 고온에서 촉매에 의한 $NO_x$ 전환효율은 $Ag-Zn/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매의 경우가 90% 이상으로 가장 우수하였다. 저온 영역에서는 탄화수소 선택적 환원 공정에 의해 $NO_x$가 거의 제거되지 않았으나, 플라즈마를 촉매상에서 발생시킬 경우 약 90%의 높은 $NO_x$ 전환효율을 나타내었다. 배기가스의 온도변화에 대응하여 플라즈마를 촉매상에 생성시켜 운전할 경우 $150{\sim}500^{\circ}C$에서 $NO_x$ 전환효율을 높게 유지할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A plasma-catalytic combined process was used as an attempt to improve the conversion efficiency of nitrogen oxides ($NO_x$) over a wide temperature range ($150{\sim}500^{\circ}C$) to cope with the exhaust gas whose temperature varies greatly. Since the catalytic $NO_x$

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 NOx의 환원제로 n-헵테인(n-heptane)을 사용하는 HC-SCR 공정을 기본으로 하여 고온에서는 촉매 공정(HC-SCR)을 단독으로 이용하고, 저온에서는 플라즈마와 촉매가 결합된 공정(플라즈마-HC-SCR)을 이용하여 150-500 ℃의 넓은 온도범위에서 NOx를 효과적으로 저감하고자 하였다. 우선 다양한 금속 촉매를 이용하여 온도변화에 따른 NOx 저감효율을 조사하였고, 이를 바탕으로 선정된 촉매를 가지고 1단계 플라즈마-HC-SCR 반응기를 구성하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
질소산화물는 대기환경에 있어서 어떤 물질인가? 화석연료의 연소공정에서는 필연적으로 질소산화물(NOx)이 발생하게 된다. 질소산화물은 휘발성유기화합물과 함께 미세 먼지 및 광화학 스모그(photochemical smog) 생성의 주요 원인 물질이다[1]. 질소산화물을 제거하는 일반적인 방법으로는 흡수(absorption), 흡착(adsorption), 촉매 환원법(catalytic reduction) 등 다양한 기술이 알려져 있으며, 이 중 촉매를 기반으로 하는 기술이 질소산화물 저감에 매우 효과적인 방법으로서 널리 사용되고 있다[2-8].
NH3-SCR에서 반응의 효율을 높히는 방법은 무엇인가? 저온에서 질소산화물의 저감 효율을 향상시키기 위해 NO/NO2비율을 변화시켜 촉매의 반응성을 높이거나, 저온 플라즈마를 조합하여 촉매활성을 향상시키는 연구가 많이 이루어졌다[12,14,15]. 암모니아를 환원제로 이용하는 선택적 촉매 환원법(NH3-SCR)의 경우 NO/NO2 비율을 1 : 1로 조절하면 촉매 반응이 빨리 일어나 질소산화물 전환 효율이 높아진다고 알려져 있다[16,17]. 탄화수소 선택적 촉매 환원법(hydrocarbon SCR, HC-SCR)의 경우에는 NO2의 농도를 증가시키면 반응성이 향상되는 것으로 보고되고 있다[18].
선택적 촉매 환원공정의 효과적 제거를 위한 온도 범위를 넓히기 위해 이루어진 연구에는 어떤 것들이 있는가? 또한, 연소개소에 따라 배기가스 온도가 변동하는 경우가 많아 안정적인 질소산화물 저감 효율을 유지하기 위해서는 고온 및 저온에서 촉매의 활성이 유지되는 것이 중요하다. 저온에서 질소산화물의 저감 효율을 향상시키기 위해 NO/NO2비율을 변화시켜 촉매의 반응성을 높이거나, 저온 플라즈마를 조합하여 촉매활성을 향상시키는 연구가 많이 이루어졌다[12,14,15]. 암모니아를 환원제로 이용하는 선택적 촉매 환원법(NH3-SCR)의 경우 NO/NO2 비율을 1 : 1로 조절하면 촉매 반응이 빨리 일어나 질소산화물 전환 효율이 높아진다고 알려져 있다[16,17].
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