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Kafe 바로가기주관연구기관 | 나노 |
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연구책임자 | 박삼식 |
참여연구자 | 김성윤 , 신민철 , 김홍대 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2018-07 |
과제시작연도 | 2017 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
연구관리전문기관 | 한국산업기술평가관리원 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology |
등록번호 | TRKO202200007228 |
과제고유번호 | 1415152534 |
사업명 | 산업소재핵심기술개발 |
DB 구축일자 | 2022-09-03 |
키워드 | Roll-press.Hexagonal type.Ceramic substrate.Pressure loss.Vibration resistant.DeNOx catalyst. |
3. 개발결과 요약
최종목표
· 선박용 적층형 육각형상 탈질촉매 제조 기술 확립
- 선박용 적층형 탈질촉매 모듈 제조기술 확보
- 개발품 상용화를 위한 설계/평가 기술 확보
- 선박용 적층형 육각형상 탈질촉매 시제품 제작 (5 block)
· 육상엔진을 활용한 실형상 시제품 실증시험 및 가속시험을 통한 내구성 검증
· 육각형상 SCR 촉매 피독 매커니즘 및 관리기준 도출
개발내용 및 결과
· 선박용 적층형 육각형상 탈질촉매 제조 기술 확립
- 유사형상 촉매 입수 및
3. 개발결과 요약
최종목표
· 선박용 적층형 육각형상 탈질촉매 제조 기술 확립
- 선박용 적층형 탈질촉매 모듈 제조기술 확보
- 개발품 상용화를 위한 설계/평가 기술 확보
- 선박용 적층형 육각형상 탈질촉매 시제품 제작 (5 block)
· 육상엔진을 활용한 실형상 시제품 실증시험 및 가속시험을 통한 내구성 검증
· 육각형상 SCR 촉매 피독 매커니즘 및 관리기준 도출
개발내용 및 결과
· 선박용 적층형 육각형상 탈질촉매 제조 기술 확립
- 유사형상 촉매 입수 및 분석, 연구를 통한 개발 계획 수립
- 섬유 sheet 물성 및 전처리 기술 확립
- TiO2 slurry 최적 물성 및 코팅 공정기술 확립
- 고온용 및 저온용 신규 촉매조성 2종 확립
- TiO2 slurry 롤프레스 성형 조건 확립 (열풍 건조를 통한 함수제어, 금형 온도, 간극, 속도 조건 확립)
- 적층형 육각형상 탈질촉매 열처리 조건 확립
· 적층형 탈질촉매 모듈 제조기술 개발
- 촉매 cartridge 적층기술 및 육각형상 촉매단품 외벽 처리 기술 확립
- 육각형상 촉매단품 block화 기술 및 모듈 제작기술 확립
· 육각형상 탈질촉매 상용화를 위한 설계/평가기술 확립
· 적층형 Pilot scale 육각형상 공정설비 설계 및 제작
- Lab. scale 공정설비 설계 구축을 통한 scale-up 최적화 공정 확립
- 롤와인더, 무기 공정첨가제 혼합장치, 열풍건조장치, 롤프레스 성형장치, cartridge 커팅기 설비 공정장치 5종 설계 및 제작 완료
- 육각형상 금형 단위격자 설계 및 금형 3종 제작 완료
· 고효율 선박용 적층형 육각형상 탈질촉매 실형상 시제품 제작(5 block) 및 내구성, 성능 공인시험평가
- 고온 촉매 4 block, 저온 촉매 1 block
- 탈질촉매 크기: 508.2 ㎜×504.7 ㎜×507.3 ㎜ (w×h×l)
- 접촉면적: 842.6 ㎡/㎥ - 내벽두께: 0.33 ㎜
- 압축강도: 17.7 kg/㎠ - 내진동: Pass(무손상)
- 탈질효율: 95.9% (@240 ℃) - SO2/SO3 전환율: 0.48%
- NH3 slip: 1.4 ppm - 내마모도: 0.93%
· 육상 실증시험 설비 설계 및 성능검증
- 육상 실증시험 설비 설계 및 시험 절차 확립
- 650kW 엔진용 탈질촉매 시제품 성능검증
- 탈질효율: 98.4% - SO2/SO3 전환율: 0.51%
- NH3 slip: 3.34 ppm - 차압: 41.4 ㎜H2O
· 탈질촉매 시제품 실장 가속시험을 통한 내구성 검증
- 장기간(약 4,416시간) 간헐적 엔진 운전시 발생하는 배가스내 촉매 노출을 통한 내구성 및 성능 수명 검증
- Kt/K0 : 0.95
· 적층형 육각형상 탈질촉매용 고온 및 저온 신규 촉매조성 개발
- 고온촉매: 91.2% @420℃
- 저온촉매: 95.8% @240℃ (고정층반응기 평가 결과)
· 적층형 육각형상 SCR 촉매 피독 매커니즘 및 관리기준 도출
- 육상엔진 가속시험을 통한 촉매 피독물질 물성평가
- 독성물질에 의한 피독 매커니즘 도출 완료 (황, C-H계)
- 황(S), C-H계, 인(P), 알칼리류 피독에 의한 관리기준 확립
기술개발 배경
· 고온의 연소시스템을 이용하는 고정 및 이동오염원에 대한 배출가스 규제가 지속적으로 강화되고 있는 추세이다. 유엔산하 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)에서는 2016년부터 강화된 Tier-Ⅲ(선박에서 발생하는 NOx의 배출량을 Tier-Ⅰ 대비 80% 이상 저감)를 강제 적용하고 있어 선박 엔진 및 보일러에서 배출되는 NOx의 후처리 설비가 반드시 탑재되어야 하는 상황임.
· 현재 Tier-Ⅲ의 핵심규제는 NOx 배출량을 TierⅠ 대비 80% 이상 저감해야하는 것으로 육상용 DeNOx 시스템의 상용화된 기술들을 접목하여 활발하게 개발이 진행되고 있으며, 2000년대에 SCR 촉매 시스템이 장착된 선박들이 이미 연구 개발되어 실장시험 기간을 거쳐 운행 중에 있음.
· 단, 기존 선박에 적용중인 rectangle형 monolith 압출촉매의 경우 하중이 높고 기계적 충격 및 진동에 약할 뿐 아니라, 단가가 높은 단점을 가짐. 이에, 본 연구개발을 통해 선박 적용에 최적화 조건을 갖춤과 동시에 높은 촉매활성을 가지는 염가의 탈질촉매 제조기술을 확보하고자 하였음.
핵심개발 기술의 의의
· 고정 배출원용 상용촉매는 하중, 진동 및 충격 내구성에 대한 취약점 극복에 제한적임.
· 육각형 셀 형상을 갖는 개발품 구조는 변이 곧은 요철형 다각형 구조 중 최소의 재료로 가장 넓은 표면적을 만들 수 있어 운송수단인 선박에서의 공간집약적 활용이 가능할 뿐 아니라, 외부의 충격을 쉽게 분산시키고 비산재(fly-ash)에 의한 셀 막힘 현상을 방지할 수 있는 구조적 기능을 가짐.
· 기존 상용 촉매의 경우 원료의 반죽을 통한 압출 제조 방법으로 공정 운용 시 1회 제작 수량이 상당한 수준인 반면, 개발 촉매는 slurry 합성을 통한 코팅 제조공정으로 필요 수량에 따른 적정 생산 공급이 가능함.
· 이는, 선박 설계 조건마다 생산 조건이 상이한 SCR 촉매 특성상 수요 선박 조건에 따른 적정량 생산을 통해 안정적 수급과 함께 가격 인하 효과를 얻을 수 있음.
적용 분야
· 선박 배기가스 규제 강화에 따라 엔진제조사, 중공업, 선박용 SCR 설비 제조사 등
- 2016년부터 IMO의 강화규제인 Tier-Ⅲ가 발효 적용됨에 따라 대양 및 연안지역을 운행하는 선박은 의무적으로 NOx 저감설비를 장착해야 하기 때문에 대부분의 신조 선박에 SCR 탈질설비가 장착되는 실정임.
- Rectangle형 monolith촉매 대비 단가가 저렴하고 단위 부피당 접촉면적이 높아 공간 집약적 운용이 가능한 적층형 육각형상 SCR 촉매 개발 완료 및 양산화에 따라 시장 점유율을 점진적으로 확대해 나갈 예정임.
· 화력발전, 열병합, 복합화력 및 소각장 등 미세먼지 이슈화에 따른 NOx 배출규제 강화에 대응하기 위하여 저온촉매 적용 방안 검토.
(출처 : 초록 4p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
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연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
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