• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권9호
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• pp.762-767
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• 2016

디젤엔진은 다른 엔진과 비교했을 때 열효율이 높고 다양한 연료를 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 대기오염을 유발하는 배기배출물이 발생한다는 단점도 가지고 있다. 따라서 전 세계적으로 디젤엔진을 사용하는 승용차 및 상용차, 선박 등에 대한 국제규정인 EU Euro 6, IMO MEPC Tier 3 및 US EPA Tier 4 등의 대기환경오염법이 더욱 엄격해져가고 있다. 본 연구에서는 경유를 사용하는 발전용 4행정 디젤엔진을 실험 대상으로 하였으며, 유용성 Ca계 유기금속화합물을 경유에 투입하여 실험 결과를 비교, 분석하였다. Ryu et al. 논문에서는 2행정 디젤엔진에 연료첨가제를 적용했던 연구결과를 발표하였다. 본 논문에서는 4행정 디젤엔진에 연료첨가제를 투입하여 엔진의 성능 및 배기배출물 개선에 대해서 실험을 실시하였다. 본 연구를 통해서 2행정과 4행정 디젤엔진 모두에 연료첨가제를 적용하여 그 결과를 고찰해 볼 수 있었으며 유용성 Ca계 유기금속화합물 연료첨가제가 디젤엔진의 성능(연료소비율, 배기온도) 및 배기배출물(질소 산화물, 일산화탄소)을 개선시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국항해항만학회지
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• 제42권6호
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• pp.437-445
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• 2018

국제해사기구(IMO)에서는 해양 환경보호를 위해 황산화물($SO_X$), 질소산화물($NO_X$), 이산화탄소($CO_2$) 등의 선박 배기가스 배출 규제를 강화하고 있으며, 특히 미국, 유럽을 중심으로 배출가스통제구역(Emission Control Area, ECA)을 설정하여 운용하고 있다. 이러한 환경 규제의 대응방법으로서 친환경 고효율 선박에 대한 요구가 커지면서 배출가스를 줄일 수 있는 전기추진시스템 관련 연구 및 기술에 대한 관심이 늘어나고 있다. 컨테이너선과 같은 상선은 경제속도 운항의 이유로 전기추진시스템의 적용대상에서 벗어나 있었으나, 앞으로 배기가스 배출 규제가 강화되고 4차 산업혁명 기술로 대표되는 빅데이터, IoT 기술을 적용한 자동화 시스템이 선박에 적용되기 위해서는 모니터링 및 제어가 쉬운 전기추진시스템이 필요할 것으로 전망된다. 따라서 본 논문에서는 6,800TEU 컨테이너 선박을 대상으로 전기추진시스템을 적용하기 위해서 기존 컨테이너 선박의 부하분석을 통해 부하분석 기반의 발전기 및 배터리 용량 설계를 목표로 연구를 진행하였다. 부하분석기반으로 설계된 시스템은 배터리를 이용한 부하분배제어를 통해 발전기가 높은 효율구간에서 운용할 수 있다는 장점이 있다.

• 한국가스학회지
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• 제23권3호
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• pp.20-26
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• 2019

석탄 화력발전소 등의 대형 연소기기에서 질소산화물을 저감하기 위해 선택적 촉매환원 방법(SCR)의 탈질설비가 널리 쓰이고 있다. 본 연구에서는 SCR 탈질설비에서 암모니아를 공급하는 암모니아 분사 그리드(AIG)에 있는 암모니아와 희석 공기 혼합기에서 암모니아와 희석 공기의 균일한 혼합에 적합한 최적의 혼합기 형상을 도출하는 것을 목적으로 전산유체해석을 통해 수행하였다. 이를 위해 기본 형상의 혼합기(Case 1)에서 유동 특성과 $NH_3$ 농도 분포 특성을 살펴보았다. 기본 형상의 혼합기에서는 희석 공기 주 배관에서 암모니아 주입 배관 입구 반대쪽의 벽면으로 $NH_3$ 분포가 치우치는 것을 확인하였다. 이를 개선하기 위해 암모니아 주입 배관의 상단 구멍 1 개와 측면 구멍 4개를 막은 경우(Case 2)와 암모니아 주입 배관의 상단에 수평 평판을 설치한 경우(Case 3), 수평 평판과 함께 원호 평판을 설치 한 경우(Case 4)의 혼합기 형상에 대하여 유동과 $NH_3$ 농도 분포 특성을 분석하였다. 암모니아 주입 배관 상단에 수평 평판과 원호 평판을 설치한 경우(Case 4)에 혼합기 출구에서 $NH_3$ 분포의 % RMS 값이 가장 작은 값인 4.92%이고 농도 비율($R_{NH3}$) 범위가 -10.82~8.34%로 가장 최적의 $NH_3$ 균일 분포임을 알 수 있었다.

• 한국가스학회지
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• 제26권2호
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• pp.49-55
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• 2022

강화되는 환경 규제에 따라 석탄 화력발전소에서는 암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원법을 이용하여 질소산화물의 발생량을 감소시키고 있다. 본 연구에서는 전산유동 해석을 수행하여 암모니아 혼합 관에서 희석 공기와 암모니아를 효과적으로 혼합하기 위한 혼합 장치를 도출하는 것을 목적으로 수행하였다. 혼합 장치가 없는 기존 혼합 관 형상인 Case 1-1 형상을 기준으로 혼합 관내의 후류 단면과 16개 출구에서 암모니아 농도의 %RMS를 비교하여 혼합 효과를 비교하였다. 혼합 장치는 암모니아 공급 관 후류에 사각 판과 혼합 관 벽면에 원호 모양의 판의 위치를 변경하여 수행하였다. 기존 형상의 경우(Case 1-1)에 16개 출구에서 암모니아 농도의 %RMS는 29.50%로 나타났다. 혼합 장치 형상이 암모니아 공급 관 후류에 사각 판이 있는 것과 인접한 곳에 원호 판을 설치한 Case 3-2 형상의 16개 출구에서 암모니아 농도의 %RMS는 2.08%로 나타났으며 암모니아 혼합에 가장 효과적인 혼합 형상임을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권5호
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• pp.688-693
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• 2014

촉매필터의 NO 환원활성을 조사하기 위하여 $SO_2$와 $H_2O$가 동시 또는 따로 존재하는 조건에서 NO, $NH_3$, air로 구성된 합성가스 분위기에서 그 성능이 측정되었다. 집진성능이 높이 평가된 SiC 세라믹 필터의 기공에 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매를 코팅하여 SCR용 촉매필터를 제작하였다. $260^{\circ}C$ 이하의 저온영역에서 반응가스 중에 $SO_2$와 $H_2O$가 각각 또는 동시에 존재할 경우에 이들이 존재하지 않을 때와 비교하여 촉매필터의 활성이 두드러지게 감소하였다. 반면에 $320^{\circ}C$ 이상의 고온에서는 반응가스 중에 $SO_2$가 포함될 경우 촉매필터의 활성이 증가하여 여과속도 2 cm/s에서 500 ppm의 NO를 99.8% 이상 질소로 환원시켰다. 특히 반응가스 중에 물이 존재할 때는 $380^{\circ}C$의 고온까지 99% 이상의 NO 전환율이 유지되었다. 이와 같은 물의 영향은 물이 고온에서 $NH_3$ 산화반응을 둔화시켜서 $N_2O$ 생성으로 가는 반응을 억제시키기 때문으로 해석되었다. $SO_2$와 $H_2O$가 공존하는 반응가스에서 100시간 운전 후에도 촉매필터의 초기 NO 환원활성이 유지되었다. 따라서 촉매필터가 분진과 NOx 가스를 동시에 처리할 수 있는 우수한 산업촉매로써 활용될 수 있을 것으로 사료되었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제19권6호
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• pp.658-665
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• 2013

본 연구에서는 국제해사기구(IMO)의 뜨거운 관심분야로 부상되고 있는 선박기인 입자상물질(PM)과 오염물질 배출에 관하여 한국해양대학교 실습선 한바다호를 이용하여 계측하였다. 특히, PM은 TEM 그리드를 이용해 채취하고 전자현미경으로 구조를 파악하였으며, NOx, $CO_2$, CO 등의 배기가스는 연소가스분석기(PG-250A, HORIBA)를 이용해 측정하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 1) 선박이 항구에서 출항할 때, Bunker Change로 인한 PM 배출량은 최대 30 % 정도 차이가 있었다. 2) 정속 운항을 하면서 Bunker-A에서 L.R.F.O(3 %)로 변경할 때 측정한 PM 배출량은 $1.34mg/m^3$, L.R.F.O(3 %)로 고정해 측정한 PM 배출량은 $1.19mg/m^3$, L.R.F.O(3 %)만 사용하며 주기관 회전수를 20 % 증가시키면서 계측한 PM 배출량은 $1.40mg/m^3$ 이었다. 또한, 저질유(L.R.F.O(3 %))로 변경시 CO 농도는 약 16 % 증가하는데 비해 RPM을 20 % 상승시킨 경우에는 152 % 이상 급격한 증가를 보였다. 이러한 결과로부터 배기가스 배출의 증가는 연료유종의 영향도 있으나, RPM의 변화에 민감하다는 것을 알 수 있었다. 3) TEM 그리드로 채취한 PM은 약 $4{\sim}10{\mu}m$ 정도의 다양한 입경을 가지는 다공질 응집체 형상의 구조인 것으로 확인하였다.

• 청정기술
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• 제20권4호
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• pp.390-397
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• 2014

하수슬러지를 유동층 소각으로 처리할 때 유동매체가 $N_2O$ 발생에 미치는 영향을 고찰하였다. 유동매체로 zeolite 분말을 혼합하여 2 mm의 구형으로 제조하였다. 유동사의 평균크기 0.4 mm인 것을 유동매체로 사용할시 최소유동화속도($U_{mf}$)는 0.44 m/s로 나타났으나, 2 mm zeolite 유동매체를 사용하였을 경우, 최소유동화속도는 0.5 m/s로 다소 증가하는 것을 알 수 있었다. 유동층 소각로 내경에 대한 유동층 높이의 비(bed aspect ratio)를 1.4에서 3.1로 증가시켰을 때, 최소유동화속도는 0.5 m/s 에서 0.7 m/s로 다소 증가하는 것을 알 수 있었다. 과잉공기비가 1.79이고, 유동층 온도는 $909^{\circ}C$, 공탑속도는 약 1.65 m/s의 운전 조건에서, 유동매체 양의 증가에 따라 배가스 $O_2$ 농도는 다소 감소하였으며, $CO_2$의 농도는 다소 증가하는 것으로 나타났다. 유동매체의 양이 6 kg (bed aspect ratio 1.98) 이상일 때 $N_2O$의 농도가 크게 감소하였는데, 이러한 감소는 $N_2O$의 NOx로 전환이라기보다는 zeolite 유동매체에 의한 $N_2O$ 분해 반응에 의한 것으로 사료되었다. 한편, zeolite 유동매체를 유동사와 혼합하여, 유동층 높이를 일정하게 유지하고, zeolite 유동매체의 혼합 비율과 유동층 온도를 변화시켰을 때, $N_2O$의 발생농도는 혼합비율 보다 유동층 온도에 의해 크게 의존하였으며, 고온으로 갈수록 감소하는 것을 알 수 있었다. 소각 운전 온도를 고려하였을 때, zeolite 유동매체의 소성 온도는 $900^{\circ}C$에서 수행하는 것이 효과적인 것으로 판단되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.157-157
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• 2010

우리나라는 기후변화협약에 대응하기 위한 교토의정서를 비준한 국가로서, 아직 온실가스의 의무감축 대상 국가는 아니다. 그러나 2012년부터 시작될 교토의정서 2차 공약기간 중에 브라질, 중국 및 인도와 같이 2차 의무감축대상이 가장 유력시 되는 국가로 지목되고 있으므로, 이러한 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 기술적, 사회적, 정책적 방안이 신속히 마련될 필요가 있다. CCS(carbon capture & storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, 대료적인 $CO_2$ 발생대상인 석탄화력발전소로 부터 $CO_2$ 회수방안, 회수, 처리관련 연구를 포함하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료(천연가스, 석탄, 석유)의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 특히 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있다. 천연가스가 생산되는 LNG기지에서 LNG를 기화시키기 위하여 해수식 기화기(ORV : Open Rack Vaporizer와 수중연소식 기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 사용하고 있으며, 특히 SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 이때 연소시 $CO_2$를 상당량 발생시킨다. 본 논문에서는 SMV에서 순산소 연소방식을 적용하여 연료인 천연가스를 연소시키고, 이때 발생되는 $CO_2$와 수분이 주 성분인 배가스를 연소기에 재순환시켜, 연소실내 고온문제를 해결하며, 최종적으로 배가스중 $CO_2$는 $-162^{\circ}C$의 LNG 냉열을 이용하여 고순도의 액체 $CO_2$로 액화시키므로서 $CO_2$의 회수, 처리문제를 해결하는 방식을 소개하고자 한다. 이러한 방식은 천연가스에서 발생되는 $CO_2$ 회수를 LNG 냉열을 활용하므로서 폐열을 활용하는 에너지 효율적인 문제와 사용가능한 고순도 $CO_2$로 회수하므로서 환경적인 문제를 처리하는 기술이라 할 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권6호
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• pp.807-813
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• 2014

대나무를 원료로 탄화 및 활성화온도 $900^{\circ}C$에서 대나무 활성탄을 만들고, 이 대나무 활성탄을 질산은 수용액에 침지시켜 은첨착 대나무활성탄을 제조하였다. 0.002~0.1 mol/L 농도의 질산은 수용액에서 농도변화와 시간 변화 조건에서 은첨착실험을 하였다. 제조된 첨착활성탄의 은첨착량, 비표면적 및 세공분포 등의 물리적 특성을 분석하였다. 또한 폐대나무활성탄의 재활용을 위하여 대나무활성탄과 NO 기체의 반응 특성 실험을 열중량분석기를 사용하여 반응온도 $20{\sim}850^{\circ}C$, NO 농도 0.1~1.8 kPa 변화 조건에서 하였다. 실험 결과, 첨착시간 2시간 내에 은첨착이 완료되었고, 질산은 수용액 농도가 0.002~0.1 mol/L로 증가됨에 따라 은첨착량은 1.95 mg Ag/g 활성탄(0.2%)~88.70 mg Ag/g 활성탄(8.87%)로 증가되었다. 대나무 활성탄 특성 분석에서 은첨착량이 증가할수록 세공 부피와 표면적은 은첨착 0.2%일 때 최대이고 은첨착량이 증가할수록 세공체적이 감소하였다. 비등온과 등온 NO 반응에서는 전체적으로 은첨착 대나무활성탄[BA(Ag)]이 대나무활성탄[BA]에 비하여 반응이 억제되는 것을 볼 수 있다. NO 반응에서의 활성화에너지는 80.5 kJ/mol[BA], 66.4 kJ/mol[BA(Ag)]로 나타났고, NO 분압에 대한 반응차수는 0.63[BA], 0.69l[BA(Ag)]이었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.692-698
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• 2020

본 논문은 커먼레일 단기통 디젤엔진에서 다단 파일럿 분할 분사 전략이 연소 및 배기가스 배출특성에 미치는 영향을 분석하는 데 초점을 두었다. 실린더 내부 최고 압력과 열발생률은 단일분사 조건에서 가장 높았으며, 파일럿 분사량이 균등하게 분할되어 분사 횟수가 증가할수록 감소하는 경향으로 나타났다. IMEP, 엔진 토크 및 연소 효율은 1단 파일럿 분사 조건에서 가장 낮게 나타나는 특성을 보였으나, 다단 파일럿 분할 분사 전략 적용 시 증가하는 경향으로 분석되었다. COV_IMEP는 연소 효율이 가장 낮은 1단 파일럿 분사 조건에서 가장 높았으며, 이는 연소 안정성이 낮다는 것을 의미한다. 배기가스 중 산소농도는 단일분사 조건에서 가장 낮았고, 이산화탄소는 가장 높게 배출되는 특성을 보였다. 다단 분할 분사 전략 적용 시 저온 연소과정이 진행되기 때문에 일산화탄소의 산화율은 낮아지게 되고 배출수준은 증가하는 특성을 보였다. 탄화수소는 국부적으로 농후한 혼합기가 형성되는 단일분사 조건에서 가장 높은 결과를 보였다. 질소산화물은 다단 파일럿 분할 분사 전략 중 3단 파일럿 분사 조건에서 55.6%까지 감소하는 특성을 보였다.