반응온도 및 체류시간에 따른 아산화질소 열분해 효과

국문 초록 (Abstract)

아산화질소(N2O, Nitrous Oxide)는 6대 온실가스 중 하나로 대기 중에서 적외선을 흡수하여 온실효과를 유발하는 것으로 알려져 있다. 특히 지구온난화지수(GWP)는 CO2에 비해 310배 높아 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 이슈화되고 있으며, 그에 따른 강력한 환경 규 제 강화법들이 발의되고 있다. N2O 저감 기술에는 물리적인 방식에 따라 농축회수, 촉매분해, 그리고 열분해로 구분할 수 있는데, 본 연구 에서는 그 중 가장 효과적인 열분해 처리방식에 대해 논의하고자 일반적인 연소 조건 내 고온 열분해 방식을 이용하여 비용 저감과 함께 질소산화물을 저감시키는 온도 조건 및 반응 시간에 대한 정보를 제공하고자 한다. 열분해 조건으로 선정된 고온 영역은 1073 K부터 1373 K 까지 100 K 간격을 두고 계산을 수행하였다. 1073 K과 1173 K의 온도조건에 경우, N2O 저감율과 일산화질소 농도가 체류시간에 따라 비례관 계를 이루는 것이 관측되었으며, 1273 K에 경우, 체류시간이 증가함에 따라 발생되는 역반응으로 인해 N2O 저감율이 감소되는 것이 관측되 었다. 특히 1373 K에 경우, 모든 체류시간에 대해 정반응과 역반응이 화학 평형상태에 도달하여 N2O 저감에 대한 반응진행율이 오히려 감 소하는 것으로 확인되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Nitrous oxide (N2O) is one of the six major greenhouse gases and is known to produce a greenhouse effect by absorbing infrared radiation in the atmosphere. In particular, its global warming potential (GWP) is 310 times higher than that of CO2, making N2O a global concern. Accordingly, strong environmental regulations are being proposed. N2O reduction technology can be classified into concentration recovery, catalytic decomposition, and pyrolysis according to physical methods. This study intends to provide information on temperature conditions and reaction time required to reduce nitrogen oxides with cost. The high-temperature ranges selected for pyrolysis conditions were calculated at intervals of 100 K from 1073 K to 1373 K. Under temperatures of 1073 K and 1173 K, the N2O reduction rate and nitrogen monoxide concentration were observed to be proportional to the residence time, and for 1273 K, the N2O reduction rate decreased due to generation of the reverse reaction as the residence time increased. Particularly for 1373 K, the positive and reverse reactions for all residence times reached chemical equilibrium, resulting in a rather reduced reaction progression to N2O reduction.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론
• 2. 실험 방법 및 조건
• 3. 실험 결과 및 고찰
• 3.1 아산화질소 열분해에 의한 생성물 고찰
• 3.2 체류시간에 따른 아산화질소 열분해 비교
• 4. 결 론

참고문헌 (Reference)

1 유경선, "환원제로 우레아를 사용하는 SNCR 공정에서 첨가제 적용에 따른 탈질효율 향상 연구" 한국산학기술학회 18 (18): 663-668, 2017

2 장길상, "온실가스 아산화질소(N2O) 저감기술 및 CDM 사업의 현황과 전망" 한국공업화학회 19 (19): 17-26, 2008

3 심한섭, "소형 선박 디젤엔진의 질소산화물 저감에 관한 연구" 한국기계가공학회 10 (10): 79-84, 2011

4 이현균, "선박 대기오염 규제에 대한 국내 법률과 해운기업의 실무상 쟁점 - 2020년 국제해사기구 황산화물 규제를 중심으로 -" 한국해법학회 42 (42): 101-143, 2020

5 진시영, "분젠 예혼합 화염을 활용한 아산화질소 처리기술에 관한 연구" 해양환경안전학회 27 (27): 153-160, 2021

6 유동훈, "디젤엔진에 있어서 연료의 성분이 아산화질소 배출에 미치는 영향" 한국마린엔지니어링학회 38 (38): 1045-1050, 2014

7 이정희, "대기 오염 물질 저감용 선박 발전시스템에 관한 연구" 대한기계학회 42 (42): 939-944, 2018

8 강국진, "국내 선박 엔진의 Nox 배출현황 및 저감기술 개발에 관한 고찰" 한국해양환경·에너지학회 7 (7): 57-63, 2004

9 이한민, "고온 불활성 기체 분위기에서 아산화질소 열분해 및 반응속도에 관한 연구" 한국분무공학회 25 (25): 132-138, 2020

10 Smith, G. P., "http://www.me.berkeley.edu/gri_mech/"

11 Kim, S. Y., "The need to develop Nitrogen Oxides (NOx) Reduction Equipment and Regulation in Marine" The Korean Society of Combustion (4) : 69-74, 2012

12 Zel'dovich, Y. B., "The Oxidation of Nitrogen in Combustion Explosions" 21 : 577-628, 1946

13 Hu, X. Y., "The Effect of Biomass Pyrolysis Gas Reburning on N2O Emission in a Coal-fired Fluidized Bed Boiler" 56 : 1429-1433, 2011

14 Lee, S. J., "Dependence of N2O/NO Decomposition and Formation on Temperature and Residence Time in Thermal Reeactor" 14 (14): 1153-1163, 2021

15 Loffler, G., "Decomposition of Nitrous Oxide at Medium Temperatures" 120 (120): 427-438, 2000

16 Kim, J. M., "A Study on Reduction of NOx and Emission Characterastic of N2O According to Oxygen from Urea-SNCR Process" University of Seoul graduate school 2012

17 Jeong, M. S., "A Study on Reduction of N2O from Urea-SNCR Process" University of Seoul graduate school 2011