KR20100001315A - 질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를이용한 질소산화물 제거방법 - Google Patents

질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를이용한 질소산화물 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물 제거방법에 관한 것이다. 본 발명은 망간산화물과, 금속 담지 활성탄이 1:1~4의 비율로 함유되고, 기타 불가피한 불순물로 이루어진다. 본 발명에 의하면, 활성탄을 이용하여 저가의 촉매를 제조하여 질소산화물을 제거하므로 기존의 고비용 촉매를 대체할 수 있으면서 경제적이고도 고효율을 달성할 수 있는 이점이 있다.
질소산화물, 촉매, 활성탄

Description

질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물 제거방법{Catalytic composition for removing nitrogen oxide, and method for producing that, and method for removing nitrogen oxide using the same}
본 발명은 질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저비용으로 질소산화물의 제거효율을 높일 수 있는 질소산화물 질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물 제거방법에 관한 것이다.
공장, 소각장 등에서 발생되는 폐가스에는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 다양한 오염물질이 포함되며, 폐가스 중에 함유되어 있는 질소산화물은 황산화물과 더불어 산성비의 주요 원인일 뿐만 아니라 광화학 스모그를 유발시키는 주요 대기오염물질이다.
질소산화물(NOx)을 제거하는 기술로는 질소산화물(NOx)을 촉매 위에서 선택적으로 암모니아와 반응시켜 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는 선택적 촉매 환원법(SCR, Selective Catalystic Reduction)이 대표적이다.
선택적 촉매 환원법은 배가스 중에 포함된 산소(O2)에 의해 방해받지 않고 질소산화물을 선택적으로 환원할 수 있는 촉매가 개발되면서 가장 상용화된 기술로질소산화물의 제거율이 80~95%로 우수하다.
하지만 선택적 촉매 환원법은 촉매의 성능이 가장 중요하므로 높은 투자비가 요구되는 문제점이 있다. 실질적으로 투자비의 30~40%가 촉매가격으로 알려져 있다. 이러한 이유로 현재 국내에서도 촉매의 개발이 진행되고 있으나, 아직까지는 외국의 수입에 의존하고 있는 실정이다.
촉매로는 바나듐계 촉매가 대표적인데, 산화바나듐(V2O5)와 산화티타늄(TiO4)을 혼합한 촉매가 가장 일반적으로 사용된다. 바나듐계 촉매는 사용 가능 온도범위가 300~430℃사이인 고온촉매로 350℃부근에서 가장 효율이 높다.
하지만 바나듐계 촉매는 마모, 교환, 피독성 등이 있어 질소산화물의 제거효율을 저하시키거나, 질소산화물의 제거반응 전에 환원제 산화(에컨데, 암모니아의 일부분이 다른 질소화합물로 전환)등의 부반응을 일으키거나, 암모니아 슬립(Ammonia Slip)을 발생시키는 등의 문제점을 갖는다.
암모니아 슬립은 운전온도가 촉매의 반응이 잘 일어나는 온도범위를 벗어나거나 질소산화물과 정량적으로 반응하는 암모니아 양보다 많은 양의 암모니아를 주입하는 경우 반응에 참여하지 않은 암모니아가 배가스 중으로 배출되는 현상이다.
암모니아의 경우 주입량이 증가하면 그만큼 질소산화물의 제거효율이 증가하지만 반응에 참여하지 않고 배출되는 암모니아는 그 자체가 주변환경에 악영향을 미치므로 적절한 양의 암모니아를 주입하면서도 질소산화물의 제거효율을 증가시키는 것이 중요하다.
이에 따라 최근에는 마이크로 웨이브를 이용한 탈질기술, 플라즈마 탈질기술, 또는 다양한 탄소물질에 의한 흡착 제거방법이 제안되고 있다.
　하지만, 마이크로 웨이브를 이용한 탈질기술이나 플라즈마 탈질기술의 경우에는 고비용 등의 문제로 인하여 상용화하기 어렵고, 탄소를 이용한 흡착법은 경제적이면서 간단한 방법이지만 흡착/재생에 따른 탄소의 소모와 흡착탑에서의 압력강화, 효율저하 등을 이유로 상업화되지 못하고 있다. 따라서 기존의 고비용 촉매를 대체할 수 있으면서 경제적이고도 고효율을 달성할 수 있는 촉매의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고온촉매인 바나듐계 촉매를 대체하면서도 저비용으로 질소산화물의 제거 효율을 높일 수 있는 질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물의 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 망간산화물과, 금속 담지 활성탄이 1:1~4의 비율로 함유되고, 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
상기 망간산화물은 순도 98~100%인 이산화망간(MnO2)이다.
상기 금속 담지 활성탄은 활성탄에 담지되는 금속이 상기 활성탄에 대비하여 2~4 wt% 범위이다.
상기 금속 담지 활성탄은 활성탄에 담지되는 금속이 상기 활성탄에 대비하여 3 wt% 범위이다.
상기 금속 담지 활성탄은 활성탄에 담지되는 금속이 구리 또는 칼륨이다.
금속산화물 용액으로 활성탄을 함침 처리 후 건조시켜 상기 활성탄의 표면에 금속을 담지시키는 제1단계와; 망간산화물을 상기 금속이 담지된 활성탄에 1:1~4의 중량비로 혼합하는 제2단계;를 포함한다.
상기 금속산화물 용액은 질산칼륨(KNO3) 또는 질산구리(II)(Cu(NO3)2)이다.
상기 망간산화물과 금속 담지 활성탄은 평균입경이 100~120 mesh의 입도가 되도록 혼합 전 각각 볼밀로 분쇄한다.
망간산화물과 금속 담지 활성탄이 1:1~4의 비율로 혼합된 촉매 조성물을 반응기 내에 충진하는 충진단계와; 상기 충진단계 실시 후 질소산화물을 포함하는 배가스, 산소를 함유하는 공기 및 탈질환원제를 상기 반응기로 공급하여 탈질 반응시키는 반응단계;를 포함한다.
상기 망간산화물은 순도 98~100%인 이산화망간(MnO2)이다.
상기 금속 담지 활성탄은 활성탄에 담지되는 금속이 3wt% 구리 또는 3wt% 칼륨이다.
상기 반응기의 운전온도는 110~130℃범위이다.
상기 반응기 내부에 함유되는 산소의 함량은 3~7vol%이다.
본 발명의 촉매조성물은 저가의 활성탄을 이용하면서도 바나듐계 촉매보다 낮은 온도에서 사용할 수 있고, 장시간 동안 안정적인 고효율의 탈질능을 나타낸다. 따라서 경제적이고 효율적으로 질소산화물을 제거할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물 제거방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 질소산화물 제거용 촉매 조성물(이하, '촉매 조성물'이라 칭함)은 망간산화물과 금속이 담지된 활성탄을 1:1~4의 비율로 혼합하여 제조한다.
망간산화물은 우수한 저온 탈질 특성을 위해 사용되는 것으로 본 실시예에서는 순도 98~100%인 이산화망간(MnO2)이 사용된다. 그러나 망간산화물의 종류에 특별히 제한을 두지는 않는다.
망간산화물은 중량%로 20~50% 범위로 함유된다. 이는 금속이 담지된 활성탄과의 혼합비율을 맞추기 위한 것으로, 그 함량이 20%미만이면 탈질 성능이 낮아 고효율의 탈질장치에 적합하지 않고, 50%를 초과하면 효율은 좋으나 비용이 너무 높아지므로 바람직하지 않다.
금속이 담지된 활성탄은 촉매조성물의 처리효율을 증대시키기 위해 활성탄을 금속산화물 용액으로 함침(含浸) 처리한 것이다. 금속이 담지된 활성탄은 고가의 망간산화물을 적게 함유하고도 질소산화물의 제거효율을 증가시킨다.
금속이 담지된 활성탄에는 금속이 중량%로 2~4% 범위로 담지되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 금속이 중량%로 3% 담지되는 것이 바람직하다.
활성탄에 담지되는 금속으로는 칼륨(K) 또는 구리(Cu)가 바람직하다. 활성탄 표면에 담지된 구리와 칼륨은 활성탄의 활성을 증가시키고 암모니아와 질소산화물의 반응점이 활성탄 표면에서 증가하도록 하여 질소산화물의 제거효율을 증대시킨다.
활성탄에 담지되는 금속으로는 칼륨(K)이 더욱 바람직하다. 이는 활성탄에 구리(Cu)가 담지된 경우도 활성탄 활성이 증가하나, 중량 3%의 칼륨이 담지 되었을 경우 활성탄의 활성이 가장 증가하기 때문이다.
다음으로 상술한 성분으로 조성되는 질소산화물 제거용 촉매 조성물의 제조방법을 설명한다.
질소산화물 제거용 촉매 조성물을 제조하는 방법은 금속산화물 용액으로 함침 처리 후 건조시켜 활성탄의 표면에 금속을 담지시키는 제1단계와; 망간산화물과 제1단계에 제조된 금속이 담지된 활성탄을 1:1~4의 중량비로 혼합하는 제2단계;를 포함한다.
제1단계에서의 금속산화물 용액은 질산칼륨(KNO3) 또는 질산구리(II)(
Cu(NO3)2)가 사용되며, 이는 최종 촉매조성물에 포함되는 활성탄의 표면에 칼륨 또는 구리를 담지시켜 활성탄의 활성을 증가시키는 역할을 한다.
제 2단계에서 망간산화물과 금속이 담지된 활성탄은 혼합 전 각각 볼밀로 분쇄하고 체분석하여 평균입경이 100~120 mesh의 입도가 되도록 한다. 이는 최종 촉매조성물의 반응율을 높이기 위함이다.
다음으로 상술한 방법에 의해 제조된 질소산화물 제거용 촉매 조성물을 이용하여 질소산화물을 제거하는 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 촉매조성물을 이용한 질소산화물의 제거방법은 촉매조성물을 반응 기 내에 충진하는 충진단계와, 충진단계 실시 후 질소산화물을 포함하는 배가스, 산소를 함유하는 공기 및 탈질환원제를 상기 반응기로 공급하여 일정 온도하에서 탈질반응시키는 반응단계를 포함한다.
여기서 온도는 110~130℃범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 120℃이다. 이는 실 공정에서의 배가스 온도가 100~120℃인데 100℃인 경우에는 전환율이 떨어지나, 120℃를 유지하는 경우에는 높은 촉매조성물이 환원제로 사용되는 암모니아와 높은 흡착반응을 거친 후 질소산화물과 반응하여 고효율의 탈질능을 나타내기 때문이다.
본 발명에 의한 질소산화물의 제거방법에서는 높은 처리효율을 위해 반응기 내에 산소를 함유한다. 아래의 반응식 2와 4에서 확인되는 바와 같이, 반응기 내부에 함유되는 산소는 질소산화물과 암모니아의 반응율을 증가시켜 처리효율을 증가시킨다.
이때, 산소의 함량은 3~7vol%가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5vol%이다. 이는 산소량이 증가하게 되면 처리해야 할 폐가스의 양도 증가하게 되어, 결국 처리 시설의 부피가 증가하고 처리하는데 소요되는 촉매의 양도 증가하게 되기 때문이다. 따라서, 3~7vol.%의 산소를 포함하는 경우 고효율이면서도 가장 경제적이다. 여기서 산소의 함량을 나타내는 단위인 vol%는 mol%와 동일한 의미로 사용된다.
본 발명의 촉매조성물을 이용하여 질소산화물을 제거하는 방법에 있어서 반응기 내의 질소산화물의 환원반응은 다음과 같다.
6NO + 4NH3 촉매-----> 5N2+6H2O
4NO + 4NH3 + O2 촉매-----> 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 촉매-----> 7N2 + 12H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 촉매-----> 3N2 + 6H2O
위의 반응식에서와 같이, 질소산화물의 제거시 산소를 포함하는 경우 반응율이 증가됨을 알 수 있다.
이하, 상술한 질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를 이용한 질소산화물 제거방법을 일 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.
표 1은 본 발명의 질소산화물 제거용 촉매 조성물의 제조하기 위한 활성탄(SGP-100AC)의 성분 및 특성을 나타낸 것이다.
원료물질 석탄
형상 펠릿
입도(%) Dia=4mm, I=3~10mm
경도(%) 95min
요오드흡착력(mg/g) 950min
비표면적(m2/g) 950min
총 세공면적(cc/g) 0.6~0.9
실시예 1: 질소산화물 제거용 촉매 조성물의 제조
표 1의 특성을 지니는 활성탄을 걸러 일정크기로 분류하고 초기에 함유된 불순물을 제거하기 위하여 진공 가열탈착을 수행한다. 이어서 활성탄 내에 존재하고 있는 잔류 금속을 줄이기 위하여 질산으로 처리하고, 세척 후 건조하였다.
건조된 활성탄을 질산칼륨(KNO3)용액에 첨가하고, 증발기에서 일정시간 동안 교반 과정을 거쳐 충분히 혼합하였다. 이후 363K에서 진공을 가해 11시간 증류 후 오븐에서 383K로 6시간 동안 건조함으로써 3 wt%의 칼륨 담지 활성탄을 제조하였다. 이후 N2 분위기, 300 ℃에서 6시간 동안 활성화하였다.
그리고, 상술한 과정에 의해 제조된 칼륨 3 wt% 담지한 활성탄을 ICP분석방법그 함량을 분석하였다.
표 2는 표 1의 조성을 갖고 상술한 과정에 의해 제조된 칼륨 3wt% 담지 활성탄과 구리 3wt% 담지 활성탄에 대한 ICP 분석결과와 비교데이터를 나타낸 것이다.
MnO2 AC K 3% AC Cu 3% AC
Al 1.008 9675 4650 3194
As 1~ 9.480 3.445 2.926
Au 8249 1~ 1~ 1~
BB 24.12 29.80 18.17 14.76
Ca 144.9 7087 2148 410.8
Co 22.17 30.76 17.09 13.50
Cr 63.26 13.78 8.578 12.44
Cu 2.217 8.116 2.837 30716
Fe 12.97 9578 5454 4886
K 419.5 411.2 27110 253.2
Mg 301.1 1749 637.5 281.7
Mn 646300 87.43 39.92 62.38
Mo 1~ 1~ 1~ 1~
Na 2686 878.4 381.3 319.5
Ni 54.29 25.64 8.510 1~
P 8.735 579.5 151.2 84.92
Pd 4.300 1.228 1~ 1~
Pt 1~ 1~ 1~ 1~
Rb 1~ 1~ 7.294 7.515
Ru 1~ 1~ 1~ 1~
Ti 2.889 480.8 293.8 295.1
V 24.39 22.37 13.24 10.84
W 1~ 1~ 1~ 1~
Zn 1~ 8.798 6.214 58.39
Zr 1~ 4.706 2.161 1~
표 2를 살펴보면, 활성탄의 처리율과 관련 있는 3 wt% 칼륨, 3 wt% 구리 담지가 효과적으로 이루어졌으며, 불가피하게 포함될 수 있는 망간, 납 등의 원소는 담지에 별 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있다.
다음으로, 상기에서 제조된 3 wt% 칼륨 담지 활성탄과 망간 산화물(MnO2 98%) 각각을 볼 밀(ball mill)로 분쇄한 후 체분석하여 평균 입경이 100 ~ 120 mesh인 입자로 만들었다.
그리고, 입자로 만들어진 3 wt% 칼륨 담지 활성탄과 망간 산화물(MnO2 98%) 각각은 거칠고 마모되기 쉬운 부분을 제거하기 위해 상온 유동층에서 12시간 동안 유동화시키고 다시 체분석 하였다. 그 후, 이들 망간산화물과 3 wt% 칼륨 담지 활성탄을 1:4의 중량비로 혼합하였다. 이와 같은 방법으로 본 발명에 의한 촉매조성물을 제조하였다.
상기한 바와 같은 촉매조성물을 이용하여 질소산화물을 제거하기 위한 반응기의 구성은 도 1에 도시된 바와 같다.
탈질반응 실험을 위한 고정층 반응기(10)는 내경 10mm, 높이 600mm인 석영관으로 제작하였으며 반응기 내 채널링(channeling)현상을 최소화하고 촉매층을 고정하기 위해서 촉매층 상하에 석영울(quartz wool)을 충전하였다.
반응기(10)의 온도는 반응기(10) 외벽에 위치한 전기로(11)에 의해 등온을 유지할 수 있게 되어 있으며, 보온재를 이용하여 가스의 예열 및 등온을 유지하도록 되어 있다.
반응기 안으로 삽입한 K-type의 열전쌍(thermocouple)을 PID온도조절기(13)와 연결하여 등온의 온도를 유지 조절하였다. 반응기(10)에 공급된 가스는 NO, N2, O2를 함유한 공기, NH3의 각 실린더(13a,13b,13c,13d)로부터 질량유량제어기(Mass Flow Controller, Sierra Instruments)(17a,17b,17c,17d)를 사용하여 유량을 조절하였다. 가스 공급관은 전체에 걸쳐 스테인레스 관을 사용하였다.
반응물과 생성물의 농도를 측정하기 위하여 우회 라인(bypass line)과 반응기(10)로부터 빠져나가는 NO2, NOx의 농도는 NOx분석기(19)를 통하여 분석하였다.
실험예 1 : 실시예 1에 의해 제조된 촉매조성물이 최대 효율을 보이는 반응기의 최적온도를 확인하기 위하여, 도 1에 도시된 반응기를 이용하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.
실험조건은 아래의 표 3과 같고, 표 3의 조건으로 실험한 결과 시간에 따른 질소산화물의 처리효율은 도 2와 같다.
반응기 내의 온도 GHSV 산소(O2) NO:NH3 질소산화물 처리효율
100℃ 6000ml/g/h 5vol% 1:1 70%미만
120℃ 6000ml/g/h 5vol% 1:1 100%
실험결과, 상기 실시예 1에서 제조된 촉매조성물은 120℃에서 100%에 가까운 처리효율을 보였다. 이와 대조적으로 100℃에서는 초기 30분 가량은 고효율을 나타내다가 40분이 지난 후에는 전환율이 70%에 미치지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 촉매조성물을 촉매로 이용하였을 경우 바나듐계 촉매의 활성 온도인 350℃에 비해 현저하게 낮은 온도에서도 운전이 가능하였다. 따라서 본 발명에 의한 촉매조성물은 사용하는 경우 바나듐계 촉매를 사용하는 경우에 비하여 에너지 사용이 크게 감소됨을 알 수 있다.
실험예 2 : 실시예1에서 제조된 촉매조성물을 사용하여 질소산화물을 제거하는 공정에서 산소가 미치는 영향을 확인하기 위해서, 산소의 유입원인 공기를 이용하여 혼합가스를 만들어 질소산화물의 처리효율을 비교하는 실험을 수행하였다. 실험은 도 1의 반응기를 이용하였다.
실험조건은 아래의 표 4와 같고, 표 4의 조건으로 실험한 결과 시간에 따른 질소산화물의 처리효율은 도 3과 같다. 여기서, NO:NH3의 비율을 1:1로 설정하는 것은 공지된 것으로 배가스 중에 있는 NO:NHx는 몰비가 1:1일 때 반응이 가장 잘 일어나기 때문이다.
산소(O2) GHSV 반응기 내의 온도 NO:NH3 질소산화물 처리효율
0 6000ml/g/h 120℃ 1:1 40~45%
1vol% 6000ml/g/h 120℃ 1:1 90~100%
5vol% 6000ml/g/h 120℃ 1:1 100%
실험결과, 본 발명에 의한 촉매조성물은 무산소 조건에서 낮은 탈질 효과를 나타내었다. 1vol.%의 산소조건에서 초기 탈질 효율은 우수하였으나, 장시간 고효율을 기대하기는 어려웠다. 5vol%의 산소조건에서 장시간 동안 100%에 가까운 처리효율을 보였다.
5vol% 이상의 산소조건에서는 보다 높은 처리효율을 보일 것으로 예상되나 과잉되는 공기투입량에 따라 탈질 장치의 부피 및 촉매의 양이 증가해야 하므로 경제적인 손실 또한 커지게 된다. 따라서, 본 발명에 의한 촉매조성물이 경제적이면서도 고효율의 탈질능을 나타낼 수 있는 산소의 범위는 5vol%임을 알 수 있다.
실험예 3 : 본 발명에서의 촉매조성물 제조시 적용가능한 최적 혼합비율을 확인하기 위해 망간산화물과 활성탄의 중량비를 변화하여 선행 실험을 도 1에 도시된 반응기를 이용하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.
실험조건은 아래의 표 5와 같고, 표 5의 조건으로 실험한 결과 시간에 따른 질소산화물의 처리효율은 도 4와 같다.
망간산화물: 활성탄 GHSV 반응기 내의 온도 산소(O2) NO:NH3 질소산화물 처리효율
1:1 6000ml/g/h 120℃ 5vol% 1:1 98~100%
1:4 6000ml/g/h 120℃ 5vol% 1:1 90~93%
1:9 6000ml/g/h 120℃ 5vol% 1:1 80~85%
실험결과로부터, 혼합비율에 있어서 망간산화물과 활성탄의 중량비가 1:9인 혼합촉매는 탈질 성능이 낮아 고효율의 탈질 장치에 적합하지 않았으며, 망간산화물과 활성탄의 중량비가 1:1인 혼합촉매가 가장 우수한 탈질 능력을 보였으며, 망간산화물과 활성탄의 중량비가 1:4인 혼합촉매가 90~93% 정도의 우수하고 안정적인 탈질 성능을 보일 뿐만 아니라, 고가의 망간산화물을 적게 사용할 수 있어 경제성에서도 우수하였다.
실험예 4 : 본 발명의 촉매조성물을 제조하기 위한 성분으로 활성탄에 담지되는 금속인 구리(Cu)와 칼륨(K) 중 효율이 우수한 것을 확인하기 위하여, 도 1에 도시된 반응기를 이용하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.
실험조건은 아래의 표 6와 같고, 표 6의 조건으로 실험한 결과 시간에 따른 질소산화물의 처리효율은 도 5와 같다.
담지 금속 GHSV 반응기 내의 온도 산소(O2) NO:NH3 망간산화물: 금속 담지 활성탄 질소산화물 처리효율
Cu 3wt% 6000ml/g/h 120℃ 5vol% 1:1 1:4 80~85%
K 3wt% 6000ml/g/h 120℃ 5vol% 1:1 1:4 100%
CSCR AC 100wt% 6000ml/g/h 120℃ 5vol% 1:1 - 50~60%
즉, 활성탄에 Cu와 K을 각각 3중량% 담지한 후 망간산화물과 금속담지 활성탄을 중량비 1:4로 혼합촉매를 제조한 후 도 1에서의 반응기를 통해 질소산화물의 처리 효율을 비교하였다.
실험 결과, 구리를 담지한 활성탄을 사용한 것보다 칼륨을 담지한 활성탄을 사용한 촉매가 월등히 우수한 성능을 보이는 것으로 나타났다 또한, 기존에 CSCR De-NOx공정에서 사용되는 탄소계촉매(CSCR AC)와 탈질 효율을 비교해본 결과 본 발명에 의한 촉매조성물(망간산화물과 3wt% 칼륨 담지 활성탄을 중량비 1:4로 물리적으로 혼합한 촉매)이 우수한 처리효율을 보였다.
실험예 5 : 실시예1에서 제조된 촉매에 대하여 실험예 1에서 실험예 4의 결과로부터 도출된 조건으로 실험하여 장시간 반응하였을 때 시간에 따른 질소산화물의 처리효율을 도 1에서 도시된 반응기를 통해 비교하였다.
실험조건은 아래의 표 7와 같고, 표 7의 조건으로 실험한 결과 시간에 따른 질소산화물의 처리효율은 도 6와 같다.
GHSV 반응기 내의 온도 산소(O2) NO:NH3
6000ml/g/h 120℃ 5vol% 1:1
도 6의 실험결과로부터 본 발명에 의한 촉매조성물을 사용한 경우, 장시간 동안 안정적이면서도 고효율의 탈질능을 나타냄을 확인할 수 있었다
도 1은 본 발명에 의한 질소산화물 제거용 촉매 조성물을 이용한 질소산화물의 제거방법을 실현하기 위한 제거장치의 개략적인 구성을 보인 구성도.
도 2내지 도 6은 표 3 내지 표 7의 조건으로 실험한 결과 시간에 따른 질소산화물의 처리효율을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10:반응기 11:전기로
13:온도조절기 15a,15b,15c,15d:실린더
17a,17b,17c,17d:질량유량제어기
19:NOx분석기

Claims (13)

  1. 망간산화물과, 금속 담지 활성탄이 1:1~4의 비율로 함유되고, 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 질소산화물 제거용 촉매 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 망간산화물은 순도 98~100%인 이산화망간(MnO2)임을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속 담지 활성탄은 활성탄에 담지되는 금속이 상기 활성탄에 대비하여 2~4 wt% 범위임을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 금속 담지 활성탄은 활성탄에 담지되는 금속이 상기 활성탄에 대비하여 3 wt% 범위임을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 금속 담지 활성탄은 활성탄에 담지되는 금속이 구리 또는 칼륨인 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물.
  6. 금속산화물 용액으로 활성탄을 함침 처리 후 건조시켜 상기 활성탄의 표면에 금속을 담지시키는 제1단계와;
    망간산화물을 상기 금속이 담지된 활성탄에 1:1~4의 중량비로 혼합하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1단계에서,
    상기 금속산화물 용액은 질산칼륨(KNO3) 또는 질산구리(II)(Cu(NO3)2)임을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 2단계에서.
    상기 망간산화물과 금속 담지 활성탄은 평균입경이 100~120 mesh의 입도가 되도록 혼합 전 각각 볼밀로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물의 제조방법.
  9. 망간산화물과 금속 담지 활성탄이 1:1~4의 비율로 혼합된 촉매 조성물을 반 응기 내에 충진하는 충진단계와;
    상기 충진단계 실시 후 질소산화물을 포함하는 배가스, 산소를 함유하는 공기 및 탈질환원제를 상기 반응기로 공급하여 탈질 반응시키는 반응단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물을 이용한 질소산화물 제거방법
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 충진단계에서,
    상기 망간산화물은 순도 98~100%인 이산화망간(MnO2)임을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물을 이용한 질소산화물 제거방법
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 금속 담지 활성탄은 활성탄에 담지되는 금속이 3wt% 구리 또는 3wt% 칼륨인 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물을 이용한 질소산화물 제거방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 반응단계에서,
    상기 반응기의 운전온도는 110~130℃범위임을 특징으로 하는 질소산화물 제 거용 촉매 조성물을 이용한 질소산화물 제거방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 반응단계에서,
    상기 반응기 내부에 함유되는 산소의 함량은 3~7vol%임을 특징으로 하는 질소산화물 제거용 촉매 조성물을 이용한 질소산화물 제거방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102046120B1 (ko) * 2019-05-03 2019-11-18 주식회사 비알인포텍 선박용 cctv의 세정 방법

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