금속 구조체상 V₂O₅-WO₃/TiO₂ 기반 탈질촉매 코팅 연구

정해영,김태용,황선엽,임동하 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0

선택적 촉매 환원법은 배연탈질 촉매 시스템 중 가장 효과적인 공정으로써, 상업적으로 널리 사용되고 있으며, V₂O₅-WO₃/TiO₂계 촉매가 대표적이다. 상용화된 산화물 촉매는 바인더와 함께 혼합되어 허니컴형 산화물 모노리스 형태로 압출되거나 산화물 지지체상에 활성물질을 담지하여 제조하고 있다. 제조된 산화물 촉매는 촉매활성이 발현을 위해 바나듐과 같은 고가의 프리커서를 과량으로 사용하는 문제점과, 산화물 지지체의 외부 충격에 취약함으로 인해 설치 및 운반에 어려움이 존재하고, 또한, 배가스에 의해 촉매가 파괴됨으로써 성능 저하를 초래하여 단기간의 유지보수 교체 주기가 요구되고 있다. 본 연구에서는 이러한 산화물촉매의 문제점을 보완하고자 경건하고 고비표면적 특성을 가지는 금속지지체를 이용하였으며, 습식공정을 통해 금속기판 상에 산화물 촉매를 코팅하여 탈질촉매를 제조하였다. 기존 산화물 촉매와 제조촉매 간의 활성 및 내구성 평가 결과를 통해, 금속구조체 기반 촉매의 적용가능성을 확인하였다.

선박 발전기관용 SCR 촉매의 셀 밀도차에 따른 NOx 저감 특성

임경선,임명환 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.7

The selective catalytic reduction (SCR) is known as a very efficient method to reduce nitrogen oxides (NOx) and the catalyst performs reduction from nitrogen oxides (NOx) to nitrogen (N2) and water vapor (H2O). The catalyst, which is one of the factors determining the performance of the nitrogen oxide (NOx) ruduction method, is known to increase catalyst efficiency as cell density increases. In this study, the reduction characteristics of nitrogen oxides (NOx) under various engine loads investigated. A 100CPSI(60Cell) catalysts was studied through a laboratory-sized simulating device that can simulate the exhaust gas conditions from the power generation engine installed in the training ship SEGERO. The effect of 100CPSI(60Cell) cell density was compared with that of 25.8CPSI(30Cell) cell density that already had NOx reduction data from the SCR manufacturing. The experimental catalysts were honeycomb type and its compositions and materials of V2O5-WO3-TiO2 were retained, with only change on cell density. As a result, the NOx concentration reduction rate from 100CPSI(60Cell) catalyst was 88.5%, and IMO specific NOx emission was 0.99g/kwh satisfying the IMO Tier III NOx emission requirement. The NOx concentration reduction rate from 25.8CPSI(30Cell) was 78%, and IMO specific NOx emission was 2.00g/kwh. Comparing the NOx concentration reduction rate and emission of 100CPSI(60Cell) and 25.8CPSI(30Cell) catalysts, notably, the NOx concentration reduction rate of 100CPSI(60Cell) catalyst was 10.5% higher and its IMO specific NOx emission was about twice less than that of the 25.8CPSI(30Cell) catalysts. Therefore, an efficient NOx reduction effect can be expected by increasing the cell density of catalysts. In other words, effects to production cost reduction, efficient arrangement of engine room and cargo space can be estimated from the reduced catalyst volume. 선택적 촉매 환원법(SCR)은 질소산화물(NOx)을 저감하는 매우 효율적인 방법으로 알려져 있으며 발생된 질소산화물(NOx)을 질소(N2)와 수증기(H2O)로 환원시키는데 촉매 작용을 한다. 질소산화물(NOx) 저감 성능을 결정하는 요소 중 하나인 촉매는 셀 밀도가 증가하면 촉매효율이 증가하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 실습선 세계로호에 설치되어 있는 발전 기관의 배기가스 조건을 모사한 실험장치를 통하여 100CPSI(60Cell)촉매의 부하에 따른 질소산화물(NOx) 저감 성능을 확인하고 세계로호에 설치되어 있는 25.8CPSI(30Cell) 촉매의 기존 연구 자료와의 비교를 통해, 셀 밀도가 질소산화물(NOx)의 저감에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 실험용 촉매는 셀 밀도만 변화를 주었고 형태는 벌집형(honeycomb), 조성물질은 V2O5-WO3-TiO2를 동일하게 사용하여 제작하였다. 실험결과 100CPSI(60Cell) 촉매의 질소산화물(NOx) 농도 저감율은 평균적으로 88.5%이며 IMO specific NOx 배출량은 0.99g/kwh로 IMO Tier III NOx 배출기준을 만족하였다. 25.8CPSI(30Cell) 촉매의 경우, 질소산화물(NOx) 농도 저감율은 78%, IMO specific NOx 배출량은 2.00g/kwh 이었다 두 촉매의 NOx 농도 저감율과 IMO specific NOx 배출량을 비교하였을 때, 100CPSI(60Cell)촉매가 25.8CPSI(30Cell) 촉매보다, NOx 농도 저감율은 10.5% 높고 IMO specific NOx 배출량은 약 2배 적은 것을 확인하였다. 따라서 촉매의 셀 밀도를 높임으로써 효율적인 탈질효과를 기대할 수 있으며 향후 실선 테스트를 통하여 검증한다면 촉매의 부피 저감을 통한 제작 비용을 줄이고 협소한 선박 기관실을 효율적으로 사용하기 위한 실용적인 자료로서 기대된다.

환원촉매를 이용한 디젤엔진 배기가스 중 NO_x 저감에 관한 연구

황화자,황재원,정지웅,한정희,채재우,Huang, H.Z.,Hwang, J.W.,Jung, J.Y.,Han, J.H.,Demidiouk, V.I.,Chae, J.O. 대한환경공학회 2000 대한환경공학회지 Vol.22 No.12

본 연구에서는 질소산화물 저감기술의 하나인 선태적 촉매 환원법(SCR)을 이용하여 실제 디젤엔진에서의 $NO_x$저감에 관한 실험을 수행하였다. 특히 선택적 촉매 환원법 중에서 금속산화물(metal oxide)과, 페롭스카이트(perovskite)형의 환원촉매를 사용하였으며 ${\gamma}-Al_2O_3$ 담체에 여러 가지 주촉매, 조촉매를 사용하여 배기가스 온도 범위 내에서 높은 $NO_x$제거효율을 가지고 있는 $LaCuMnO_x$을 선택하였다. $NO_x$ 제거를 위한 실험은 실제 디젤엔진에서 배출되는 배기가스를 이용하였으며 공간속도 $3,300h^{-1}$인 상태에서 촉매 반응기 통과전후의 $NO_x$의 변화량을 측정하였다. 그 결과 페롭스카이트 형태의 촉매가 활성화 온도범위가 우수함을 알 수 있었고 $LaCuMnO_x$의 경우에는 촉매 온도범위 $150{\sim}450^{\circ}C$하에서 $NO_x$의 제거효율이 전반적으로 우수하였다. To eliminate $NO_x$ in diesel emission. selective catalyst reduction (SCR) was used in real diesel engine. Among the SCR methods, metal oxide and perovskite catalysts were introduced in this paper. The removal efficiencies with various major, promoter catalysts on ${\gamma}-Al_2O_3$ at different reaction temperature were investigated, and $LaCuMnO_x$ catalyst which has high removal efficiency at the temperature of real diesel exhaust gas was selected. $NO_x$ reduction was carried out over these catalysts in the flow-through type reactor using by-pass ($SV=3,300h^{-1}$). Under the given condition to this study, perovskite catalysts showed considerably high removal efficiency and $LaCuMnO_x$ was the best one among these catalysts in the temperature range of $150{\sim}450^{\circ}C$.

바이오가스 열병합 발전에서 발생하는 NOx 제거를 위한 텅스텐 함량에 따른 NH₃-SCR 바나듐계 촉매 연구

정민기(Min Gie Jung),홍성창(Sung Chang Hong) 한국청정기술학회 2021 청정기술 Vol.27 No.4

하수슬러지 바이오연료 연소 시 배기가스 내 질소산화물 저감을 위한 탈질촉매 성능 및 황 내구성 증진 연구

박연재(Yeon Jae Park),이정현(Jung-Hyun Lee),하헌필(Heon Phil Ha),권동욱(Dong Wook Kwon) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계

생활환경에서 필연적으로 발생되는 하수슬러지를 연료로 활용하여 에너지화시키는 기술은 유기성 폐기물의 시장 활성화를 위해 육성되고 있다. 미제먼지 저감 및 신재생 에너지 사용 정책에 대응하기 위해 기존 발전소에서 사용되는 원료 대신 하수슬러지 혼합 연료화가 시도 중에 있다. 이때 하수슬러지는 높은 질소와 황 함량을 가지고 있으므로 연소 시 미세먼지의 전구체가 되는 질소산화물과황산화물을 다량 발생시킨다. 따라서, 해당 문제점을 극복하기 위한 방안으로, 배기가스 처리 기술중 가장 널리 사용되고 있는 선택적 촉매 환원법을 통해 질소산화물을 저감하고 황산화물에 내구성을 갖는 촉매 연구를 수행하였다. 바나듐-티타니아계 촉매에 조촉매를 첨가하여 촉매의 반응 특성에대하여 고찰하였다. 본 연구를 통해 촉매의 저온 탈질성능을 향상 시켰으며 황산화물로 인한 촉매피독 시 성능 감소에 대한 내구성을 증진시켰다. 다양한 분석을 통해 촉매 표면의 산화상태 및 산소종 변화로부터 향상된 성능 및 황산화물에 대한 피독 억제 원인을 규명하였다.

NH₃-SCR 반응에서 스팀 처리된 zeolite BEA 촉매의 영향

박지혜(Ji Hye Park),조광희(Gwang Hee Cho),황라현(Ra Hyun Hwang),백정훈(Jeong Hun Baek),이광복(Kwang Bok Yi) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.2

다양한 귀금속 촉매를 이용한 NOx의 탄화수소 선택적촉매환원 반응 특성에 관한 연구

김성수(Sung Su Kim),장두훈(Du Hun Jang),홍성창(Sung Chang Hong) 한국청정기술학회 2011 청정기술 Vol.17 No.3

미세먼지 저감을 위한 SCR 코팅촉매 및 NOx 제거 기술 개발

임동하,박정용,이치현 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

최근 미세먼지로 인한 국민건강에 대한 위험인식 증가와 관심 집중으로 12개 관계부처 합동 ‘미세먼지 관리 종합대책’을 통해 발전, 산업, 수송, 생활 등 사회 전 분야에 있어 미세먼지 배출량 30% 감축하기로 상향 조정하였다. 특히 화석연료가 연소되는 과정에서 발생하는 이산화질소(NOx)는 대기 중 광화학적 2차반응을 (초)미세먼지를 형성시키는 전구체 물질로 잘 알려져 있다. 이러한 NOx를 제거하는 방법들 중 선택적촉매환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 방법이 상업적으로 가장 많이 사용되고 있다. NOx 제거를 위해 SCR 촉매를 주로 사용하고 있으나, 막힘, 파손, 유지보수 등 문제점이 발생되고 있어 이를 해결하기 위하여 강건성, 내구성, 열전도성 및 열적안정성이 우수한 물리적 특성을 가지느 고강도·고활성 금속구조체 기반 SCR 탈질촉매를 개발하였다. 신개념 금속구조체 기반 SCR 탈질촉매 제조 기술 및 이를 이용한 탈질 성능평가 등에 대해 본 연구에서 논하고자 한다.

바이오연료 연소 시 발생하는 알칼리 금속이 NH3-SCR 반응에 미치는 영향 연구

정민기(Min Gie Jung),홍성창(Sung Chang Hong),권동욱(Dong Wook Kwon) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계

유기성 폐기물 시장의 활성화 일환으로 유기성 폐기물을 자원화하여 연료로 활용 가능하다. 특히 바이오연료의 경우 연소과정에서 질소산화물 및 알칼리 금속이 배출된다. 바이오연료 발전설비의연소 과정에서 발생하는 질소산화물 저감 방법 중 가장 효율적이고 경제적인 처리 방법은 선택적촉매 환원법으로 알려져 있다. 하지만 알칼리 금속에 의한 탈질촉매 피독으로 인한 성능 저하 문제가발생한다. 따라서, 본 연구에서는 유기성 폐기물을 자원화하여 연료로 사용하는데 있어 바이오연료연소시 배가스에 포함된 알칼리 금속(Na, K)이 선택적 촉매 환원법에 있어서 촉매 반응에 미치는영향을 연구하였다. 촉매는 상용촉매로 널리 사용되고 있는 바나듐-텅스텐-티타니아 촉매를 사용하였으며 알칼리 금속에 의한 활성 저하 원인을 규명하고자 물리⋅화학적 특성 분석을 수행하였다.

생활폐기물 소각시 운전 조건에 따른 배출가스 저감 특성

최석주 ( Seok-ju Choe ),윤형선 ( Hyung-sun Yoon ),서성규 ( Seong-gyu Seo ) 한국환경기술학회 2018 한국환경기술학회지 Vol.19 No.3

본 연구에서는 열분해 소각시설에 대하여 운전 조건에 따른 배출가스 특성을 파악하였다. 소각대상은 생활폐기물로써 폐기물의 삼성분은 수분 33.8 %, 가연분 55.6 %, 회분 10.6 %이며, 소각온도는 약 1,000 ℃, 산소 농도는 약 12 %에서 최적의 연소 조건으로 나타났다. 선택적비촉매환원법(SNCR)의 요소수 분사 공정에서 NOx의 경우 1,000 ℃에서 최대 효율을 나타내었고 1,100℃ 이상에서 Thermal NOx의 발생으로 농도가 급격하게 증가하였다. 최적 연소 조건(1,000 ℃, 12 %)에서 대기오염 방지시설 전·후의 배출 농도 분석 결과, 제거효율은 Dust(96.4 %), NOx(60.1 %), SOx(67.3 %), CO(38.8 %), NH₃(46.7 %), HCl(66.7 %)로 나타났다. This study, the characteristics of emission gas according to the operating conditions of pyrolysis incinerator were analyzed. The incinerator was the municipal waste. The wastes were 33.8 % moisture, 55.6 % combustible and 10.6 % ash, and the incineration temperature was about 1,000 ℃ and the oxygen concentration was about 12 %. In the urea water injection process of the SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction) process, NOx showed maximum efficiency at 1,000 ℃, and the concentration increased rapidly due to the generation of thermal NOx at above 1,100 ℃. The removal efficiencies of Dust (96.4 %), NOx (60.1 %), SOx (67.3 %) and CO (38.8 %) were measured before and after the air pollution prevention facilities in the optimal combustion condition (1,000 ℃, 12 % NH3 (46.7 %) and HCl (66.7 %).