1. 질소산화물의 정의

Nox란 질소산화물을 총칭하며 NO, NO2, N2O, N2O3, N2O4, N2O5등의 가 스상 물질과 HNO2 HNO3등의 질산염류 및 분진류등을 총칭한다.
일반적으로 대기오염에 미치는 영향이 크며 1차적 발생물질중 대부분을 차지하는 NO, NO2,를 Nox라 칭한다.
연소과정에서 발생하는 Nox의 95% 이상은 NOx로써 배출되며 통상 5%미 만으로 산소가
풍부한 연돌출구에서 농도가 증가한다.

2. 연소과정에서의 생성

가. 연료 NOx의 생성

연료중 함유되어 있는 N2류는 질소산화물(피리딘, 인돌, 아미드류)이 연소 과정을 통해 NO로 변환되는데 NO의 생성원인이 연료에 기인한다하여 연료 NO라 칭한다.

나. 온도 NOx의 생성

공기중 함유되어 있는 N2(79%)가 연소과정에서 고온의 영향을 받아 NO로 변환되는데 NOx의 생성원인이 온도에 기인한다하여 온도NO라 한다.

3. NOx의 생성기구

가. 연료 NO

연료중 질소 또는 질소산화물의 연소과정에서 열분해되어 NO로 변화되 는 것으로 정확한
생성기구는 알려지고 있지 않으나 일반적인 견해는 다음과 같다.

① 차아 NO : 연료가 열분해되어 연소될 때 차아에 고정되어 있는 질소산화 물로써 NOx배출에 큰 영향을 미치고 있지 않으며 NO변환율이 낮고 생성기간이 길다.
② 휘발성 NO : 연료가 연소되는 과정에서 열분해 기화되는 휘발성분에 의 해 NO2로 변환되는 것으로써 차아 NO에 비하여 생성속도가 빠르며 NO의 변환율이 높다. 연료 NO의 주원인이 된다.
휘발성분중 N(화합물로 존재)
-> 중간물질(NH3, HCN) NH3 ,CN, HCO, N, NH + R -> NO변환(20 ~ 60%)
NH2 ,CN,NCO, N,NH + NO ->N2변환(80 ~ 50%)
여기서 R은 OH, O2등이 있다.

③ 연료 NO의 생성특성 : 연료 NOx는 연료중 질소산화물의 함량이 높을 수 로 변환율
(석탄<중유<경유<휘발유<기체연료)이 낮으나 NOx의 생성량(석탄 >중유>경유)은 많다.

- 급속한 연소속도를 유지할 때 연료 NOx의 생성율은 높아지며 연소온도(연 소온도가 높아
지면 온도NOx는 증가한다.)에 크게 영향을 받지 않는다.
- 1차 화염구역의 산소 농도가 높을수록 연료 NO의 생성량은 대폭증가한 다.
- 연료 NOx의 변환율은 일반적으로 20 ~ 50%범위로 알려져 있다
- NOx 변환율
- 연료중 질소가 전부 NO로 변환된다고 가정하고 실제연소 상황에서 연료 중 질소가 NO로
변환되 는 율

나. 온도 NOx

공기중 질소가 연소과정에서 고온의 영향을 받아 NOx로 변환되며 그 생성 기구는 젤로비치 생성기구와 프롬프트 생성기구로 대변된다.

① 젤로비치 생성기구

고온의 연소영역에서 질소라디칼과 반응성이 매우 높은 산소원자의 반응 에 의해 공기중 질소는 NO로 변환된다는 것임.

O2 + M -> 2O + M
N2 + O -> NO + N
N + O2 -> NO + O N + OH ⇔ NO + H (M: 삼체(촉매, 에너지원)
N2 + O2 + M -> 2NO + M

② 프롬프트 NO

젤로비치가 제안한 NO의 생성기구외의 생성기구로써 급속한 고온연소구 역에서 열분해된 질소는 중간 생성물인 NCN, CN등을 경유하여 NO로 변환된다는 것으로써 실증된 결과는 없으며 고온 연소 영역에서 HCN, CN등 시안화합물이 다량 검출되고 있는 것으로 알려지고 있음.

4. NOx 처리

① 촉매 산화법

연소과정에서 발생되는 질소산화물을 촉매로 사용하여 N2로 환원하는 방 법으로 NOx를 선택적으로 환원하는 선택적 접촉환원법과 그렇지 않은 비선택적 환원법이 있다.
사용되는 촉매로 비금속계(CO, Ni, Mo)와 귀금속계(Pt)등이 있으며 귀금속 계 촉매는 저온 활성도가 높고 공간속도를 증가시킬 수 있다.
가. 선택적 환원법

배기가스중 잔류하는 과잉 산소의 유무와 관계없이 질소산화물과 선택적 (SCR)으로 접촉하여 N2로 환원시키는 방법으로 주로 NH3에 의한 환원법이 채용된다.
6NO2 + 8NH3 -> 7N2 + 12H2O
6NO + 4NH3 -> 5N2 + 6H2O