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CNG 대형엔진에서 이중 O<sub>2</sub> 센서를 활용한 피드백 제어를 통한 삼원촉매 정화효율 향상
윤성준 ( Sungjun Yoon ),이준순 ( Junsun Lee ),박현욱 ( Hyunwook Park ),이용규 ( Yonggyu Lee ),김창업 ( Changup Kim ),오승묵 ( Seungmook Oh ) 한국액체미립화학회 2019 한국액체미립화학회지 Vol.24 No.4
In this study, feedback logic using dual O<sub>2</sub> sensor values were developed to increase the purification capability of a threeway catalyst (TWC) in a compressed natural gas (CNG) engine. A heavy-duty inline 6-cylinder engine was used and the CNG was supplied to the engine through a mixer. This study consists of two main parts, namely, the proportional integral (PI) control with a front O<sub>2</sub> sensor and the feedback control with dual O<sub>2</sub> sensors. In the PI control experiment, effects of various parameters, such as P gain, I gain, and lean delay, on the TWC capability were identified. Based on the results of the PI control experiment, the feedback logic using dual O<sub>2</sub> sensor values were developed. In both cases, the nitrogen oxides (NOx) emissions were nearly zero. However, the carbon monoxide (CO) emissions were reduced significant in the feedback logic with dual O<sub>2</sub> sensors than in the PI control with the front O<sub>2</sub> sensor.
윤성준 ( Sungjun Yoon ),정현이 ( Hyeonyi Jeong ),박병노 ( Byungno Park ),김용운 ( Yongun Kim ),김혜수 ( Hyesu Kim ),박재봉 ( Jaebong Park ),손병구 ( Byungkoo Son ),김태욱 ( Taewook Kim ),문영범 ( Youngbum Mun ),이선동 ( Sundong Le 한국암석학회·(사)한국광물학회 2020 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.33 No.4
국내 폐슬레이트 발생량은 매년 증가 추세로 지정매립장 용량이 한계에 다다르고 있어 슬레이트를 대용량으로 안전하고 저렴하게 처리함과 동시에 재활용할 수 있는 방법이 필요하다. 이에 대한 대안으로 시멘트 소성로를 이용한 폐슬레이트 열처리 방법을 들 수 있다. 이 연구에서는 플라즈마를 이용하여 시멘트 소성로의 고온 환경을 모사할 수 있는 중간 규모(pilot scale)의 장치를 개발하고 이를 이용하여 폐슬레이트 내석면의 비활성화 및 시멘트 원료로의 재활용 가능성을 확인하고자 하였다. 중간규모 실험 장치는 플라즈마 토치를 이용하여 실제 소성로와 동일한 조건을 가지도록 1/50로 축소·제작하였다. 실험조건은 시멘트 소성로의 소성 시간과 동일하게 20분간 200-2,000℃까지 100℃ 간격으로 온도를 상승시키며 폐슬레이트의 비활성화 실험을 실시하였다. 플라즈마 고온반응기를 이용하여 열처리한 폐슬레이트의 XRD, PLM, TEM-EDS 분석결과, 1,500℃ 이상의 온도에서 슬레이트 내 백석면이 고토감람석으로 광물 상전이가 일어나 비활성화되고 시멘트 구성 광물인 라나이트(Ca<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>)가 형성됨을 확인하였다. 이 연구 결과는 추후 시멘트 소성로를 이용하여 대용량의 슬레이트를 경제적이고 안전하게 처리함과 동시에 시멘트 원료로 재활용할 수 있는 방안에 대한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다. The capacity of the designated landfill site for asbestos-containing waste is approaching its limit because the amount of asbestos-containing slate is increasing every year. There is a need for a method that can safely and inexpensively treat asbestos-containing slate in large capacity and at the same time recycle it. A cement kiln can be an alternative for heat treatment of asbestos-containing slate. We intend to develop a pilot scale device that can simulate the high temperature environment of a cement kiln using a high temperature plasma reactor in this study. In addition, this reactor can be used to inactivate asbestos in the slate and to synthesize one of the minerals of cement, to confirm the possibility of recycling as a cement raw material. The high-temperature plasma reactor as a pilot scale experimental apparatus was manufactured by downsizing to 1/50 the size of an actual cement kiln. The experimental conditions for the deactivation test of the asbestos-containing slate are the same as the firing time of the cement kiln, increasing the temperature to 200-2,000℃ at 100℃ intervals for 20 minutes. XRD, PLM, and TEM-EDS analyses were used to characterize mineralogical characteristics of the slate before and after treatment. It was confirmed that chrysotile [Mg<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(OH)<sub>4</sub>] and calcite (CaCO<sub>3</sub>) in the slate was transformed into forsterite (Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>) and calcium silicate (Ca<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>), a cement constituent mineral, at 1,500℃ or higher. Therefore, this study may be suggested the economically and safely inactivating large capacity asbestos-containing slate using a cement kiln and the inactivated slate via heat treatment can be recycled as a cement raw material.
정현이,문원진,윤성준,김유미,노열,Jeong, Hyeonyi,Moon, Wonjin,Yoon, Sungjun,Kim, Yumi,Roh, Yul 대한자원환경지질학회 2014 자원환경지질 Vol.47 No.5
석면이 발암물질로 지정 되면서 물리화학적 처리를 통하여 석면광물을 비섬유형으로 변형시키거나 또는 상전이시킴으로 광물 종을 변화시켜 무해화하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 국내에서는 석면의 광물학적 특성과 함께 무해화가 가능함을 제시하는 연구만 진행되었을 뿐, 열처리에 따른 석면광물의 형태 및 결정구조 변화에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 산출되는 백석면(chrysotile)과 석면형 투각섬석(asbestiform tremolite)에 대하여 열처리 전 후 석면의 형태 변화와 상전이에 따른 광물학적 특성을 전자현미경법으로 연구하였다. 백석면은 $850^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리된 후 감람석으로 상전이 되었으며, 석면형 투각섬석은 $1050^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리된 후 투휘석으로 상전이 되었다. 이러한 광물 상전이를 전자현미경법으로 연구한 결과, 두 석면은 섬유상 및 침상의 형태를 보이는 섬유다발이 열처리에 의해 끝이 매끄러운 주상의 형태로 변형되었으며, 분쇄하여도 벽개면, 섬유다발 등과 같은 형태로 발달하지 않음을 확인하였다. 또한 열처리에 따른 광물의 주 구성성분 변화 없이 결정구조의 변화가 일어남을 확인하였다. 이는 함수 규산염광물인 석면이 열에 의해 수산기(OH)가 제거되면서 광물의 상전이와 결정구조의 변화가 나타난 것으로 사료된다. 이처럼 전자현미경법은 석면의 형태, 화학성분, 그리고 결정구조의 변화를 동시에 확인 할 수 있어 광물 상전이에 따른 석면의 무해화를 연구하는데 효과적인 방법으로 판단된다. Asbestos is designated as carcinogen minerals. Detoxification of asbestos is being conducted by physical and chemical treatments that lead the formation of non-fibrous mineral particles or phase transitions. Major researches have been performed on mineralogical properties of asbestos and possibilities of detoxification in Korea. More specific studies are needed to prove the form and crystal structure changes during the detoxification of asbestos via heat treatment. Therefore, we studied thermal effects on mineralogical characteristics of chrysotile and asbestiform tremolite using electron microscopy investigation. Electron microscopy investigation showed chrysotile fibers were fully transformed into rod-shaped forsterite at $850^{\circ}C$ in 2 hours, and asbestiform tremolite fibers were converted into non-fibrous diopside at $1050^{\circ}C$ in 2 hours. Fibrous asbestos were converted into rod-shaped minerals, which are non-asbestiform. However, compositions of both minerals were not changed before and after heat treatment. These results indicate that thermal treatment of asbestos completely broke down asbestos structure due to dehydroxylation and recrystallization. Thus, electron microscopy investigation can provide the useful information of shapes, crystal structure, and chemistries of the asbestos for the detoxification.