혼합챔버 형상에 따른 urea의 열분해 특성에

Abstract

디젤엔진의 NOX 배출 저감을 위해 요소(urea) 또는 탄화수소(HC)를 이용한 SCR(selective catalytic reduction), LNC(lean NOX catalyst), 그리고 LNT(lean NOX trap) 등과 같은 촉매 기술들이 제시되고 있다. 이중 urea-SCR은 NOX 배출을 향후의 배기 규제 이하의 수준으로 저감시킬 수 있는 성능을 가진 후처리기술로 주목받고 있다. Urea-SCR은 urea의 열해리(thermolysis)와 가수분해(hydrolysis)를 통해 생성되는 NH3를 환원제로 사용해 NOX를 저감시킨다. 이와 같이 SCR 촉매의 deNOX 효율을 증가시키기 위해서는 SCR 촉매전단에서 urea의 열분해 효율을 향상시켜야 한다. 본 연구에서는 다양한 유입유속(4 m/s~12 m/s) 및 온도(350℃~500℃)조건 하에서 관 내 분사된 urea의 열해리 특성을 실험을 통해 분석하였다. Urea의 열해리 효율을 최대화하기 위해서 두 가지 혼합챔버를 설계 및 제작하여, 혼합챔버의 적용 유무에 따른 urea의 열해리 특성을 비교·분석하였다. 낮은 유입유속과 높은 유입온도에서 urea의 열해리 반응은 활발히 일어난다. 유입유속과 온도가 각각 6 m/s, 400℃인 조건에서 A 타입의 혼합챔버를 적용하였을 때 urea의 열해리를 통해 생성된 NH3의 농도는 혼합챔버의 미적용 시보다 최대 200% 증가하였고, 유입유속과 온도가 각각 4 m/s, 400℃인 조건에서 B 타입의 혼합챔버를 적용하였을 때 생성된 NH3의 농도는 혼합챔버의 미적용 시보다 최대 187% 증가하였다. 이는 혼합챔버의 적용으로 인해 urea의 열해리에 필요한 관 내 체류시간이 증가하고, urea와 가스의 혼합이 활발하게 일어나기 때문이다.