JP2004330191A - 多段噴射を利用する窒素酸化物低減触媒及びその用途 - Google Patents

多段噴射を利用する窒素酸化物低減触媒及びその用途 Download PDF

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Abstract

【課題】 固定排出源及び移動排出源の燃焼過程で排出される排ガスに含まれている窒素酸化物を除去するための触媒と、アルミナ担体に銀を担持させた触媒を排ガスの移動経路に設置し、前記設置された触媒の前端に還元剤を噴射することにより、排ガスに含まれている窒素酸化物を除去する装置及びその方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、ガスまたは軽油、灯油及びバイオディーゼル油などの液体油を燃料とする固定排出源及び移動排出源の燃焼過程で排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を効果的に低減するための方法に関するものであり、さらに詳しくは、アルミナ担体に銀を担持させた触媒を排ガスの移動経路に設置した後、前記設置された触媒の前端に還元剤を噴射して窒素酸化物を処理する装置及び方法に関するものである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ガスまたは軽油、灯油及びバイオディーゼル油などの液体油を燃料とする固定排出源及び移動排出源の燃焼過程で排出される排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx、NO)を低減させて処理する方法に関する。さらに詳しく説明すると、アルミナ担体に銀を担持させた触媒を排ガスの移動経路に設けた後、前記設けられた触媒の前端に還元剤を噴射して窒素酸化物を処理する装置及び方法(Catalytic Process of Nitrogen Oxides Reduction by Multi−Injection and Use Thereof)に関する。
固定排出源及び移動排出源の燃焼過程で発生される排ガスに含まれた窒素化合物は、燃料の種類及び運転条件によって大きく異なる。このような窒素酸化物を低減するための従来の方法は、還元剤を利用して触媒上で窒素酸化物を窒素と水に転換させ処理する選択的触媒還元反応(SCR、Selective Catalytic Reduction)が使用されている。この時、前記選択的触媒還元反応に使用される還元剤としては、触媒反応性及び選択性が高いアンモニアが広く使用されている。
このような一例として、ティタ二ア担体にバナジウム及びタングステンなどの活性物質を担持させたハニカム構造の触媒を利用して排ガスで排出される窒素酸化物を選択的に処理するNH−SCR法が開示されている。(特許文献1参照)
しかし、前述の還元剤として使用されるアンモニアは、大変有毒なガスであり大気に流出する場合、深刻な環境汚染を招くため窒素酸化物よりも遥かに低い排出基準値(5ppm以下)が要求されている。
前述の理由により、現場では分析器を利用して排ガスに含まれている窒素酸化物の量を測定した後、その測定された量に該当するアンモニアを排ガスに注入して窒素酸化物を処理しているが、これは排出される窒素酸化物の濃度が流動的に変化する工程では使うことが困難であり、窒素酸化物を分析した後、アンモニアを供給する場合は工程上の時間遅滞(Time Lag)現象が発生し、窒素酸化物と未反応されたアンモニアが触媒層の後端へ排出される現象である「アンモニアスリップ(Slip)」が発生するという問題点などがある。
前述の問題点を克服するためにアンモニア/窒素酸化物のモル比を1以下に調節して前記アンモニアスリップを最小化を計っているが、未だに前述の問題点が克服されてない。
一方、最近になって建物及び遊楽施設が大型化とされ、安定的な電力を供給するために自家発電システムを自体建物内部に設置し、電力消費の増加に応じて前述の自家発電システムを可動している。
ゆえに、前記自家発電システムから排出される窒素酸化物を低減するため還元剤としてアンモニアを使うが、前記アンモニアを使用する場合、使われるアンモニアの漏出による大型事故が誘発される可能性が常に共存するため前記アンモニアの使用は非常に制限的だといえる。
最近、NH−SCR法の問題点を改善するために炭化水素を還元剤として利用するHC−SCR(Hydrocarbon SCR)法が提案される。
このような一例として、米国特許第5,993,764号はプロパンを還元剤として利用するHC−SCRが開示されているが除去活性が低く現在実用されていない。(特許文献2参照)
そして、エタノールを還元剤として利用し銀触媒上で窒素酸化物を窒素に転換させて除去するエタノール−SCR法が開示されており、これは他の炭化水素還元剤よりも高い活性を示すため商用化段階に至っている。(特許文献3及び特許文献4参照)
米国特許第5,024,981号明細書 米国特許第5,993,764号明細書 米国特許第5,824,621号明細書 米国特許第6,284,211B1号明細書
本発明は、固定排出源及び移動排出源の燃焼過程で排出される排ガスに含まれている窒素酸化物を処理するための触媒を提供する。
本発明は、固定排出源及び移動排出源の燃焼過程で排出される排ガスに含まれている窒素酸化物を低減するためにアルミナ担体に銀を担持させた触媒を排ガスの移動経路に設置した後、前記設置された触媒の前端で還元剤を噴射することにより、排ガスに含まれている窒素酸化物を処理する装置を提供する。
また、本発明は、固定排出源及び移動排出源の燃焼過程で排出される排ガスに含まれている窒素酸化物を処理するための方法を提供する。
一つの観点で、本発明は、アルミナ担体に銀が担持されていることを特徴とする窒素酸化物低減用の触媒を提供する。
他の観点で、本発明は、排ガスが流入される配管2、前記配管2に連結設置されて前記配管2に流入された排ガスに空気及び還元剤を噴射する、少なくとも一つ以上のノズル8及び前記ノズル8の後方に、少なくとも一つ以上備えられて還元剤が噴射された排ガスに存在する窒素酸化物を低減する、少なくとも一つ以上の窒素酸化物低減用の触媒層10を含む反応機4、前記ノズル8から噴射される還元剤が蓄えられている貯蔵タンク14、前記貯蔵タンク14とノズル8との間に連結設置されて前記貯蔵タンク14に蓄えられた還元剤をノズル8に移送する注入ポンプ12、前記ノズル8に連結設置されて空気を供給する空気ポンプ16及び前記触媒層10を通過し処理された排ガスが排出される排出口6を含む窒素酸化物処理装置を提供する。
また、他の観点で、固定排出源または移動排出源の燃焼工程で発生する窒素酸化物を含む排ガスに還元剤を噴射し、還元剤が噴射された排ガスを触媒層に通過させ窒素酸化物を処理する排ガス処理方法を提供する。
ここで、本発明による窒素酸化物は通常の排ガスに含まれている物質、例えば、NO、NOなどのNOx及びNOを意味し、前記「低減」とは排ガスに含まれている窒素酸化物の量を減少させる意味として通常的に窒素酸化物を除去する意味で解析されることができる。
本発明による窒素酸化物低減用の触媒は、アルミナ担体に銀が担持された触媒(Ag/Al)を意味するものであり、さらに前記アルミナ担体に銀が担持された触媒を硫酸処理した後に使用することもできる。この時、前記アルミナ担体に銀が担持された触媒を硫酸処理することで本発明による窒素酸化物低減用の触媒は硫酸塩を含む触媒(Ag/Al−SO 2−)の形態で製造される。
一方、前記アルミナ担体は、窒素酸化物の容易な処理のために無結晶型、ガンマ型、テータ型、またはエタ型の結晶構造を有することが望ましく、使用様態は前述の結晶構造を有するアルミナ担体をハニカム(honeycomb)成型体、望ましくはコーディアライト(Cordierite)ハニカム成型体にコーティングさせて使用し、その使用量は全体触媒の含量基準として0.05ないし0.3g/cmであることが望ましい。この時、前記アルミナ担体の含量が0.05g/cm未満である場合は触媒の性能が著しく減少し、0.3g/cmを超えた場合は触媒性能がそれ以上増加しなくなる。この時、前記触媒がコーティングされたハニカム成型体として窒素酸化物の処理装置に設置される場合、本発明では、これを “触媒層”と称する。
本発明で銀として使用可能な物質は、還元状態の銀(Ag)、酸化銀(AgO)、塩化銀(AgCl)、硝酸銀(AgNO)、硫酸銀(AgSO)、またはこれらの混合物を使用することができ、その使用量はアルミナ担体の重量基準として1ないし10重量%を使用することが望ましい。これは、前記銀の含量が1重量%未満である場合は触媒の性能が著しく減少し、10重量%を超える場合は触媒の性能がそれ以上増加しなくなるためである。
一方、本発明による窒素酸化物の低減用触媒は、必要によって硫酸0.01ないし1M水溶液に含浸させ窒素酸化物の低減用触媒を硫酸処理して硫酸塩を含む触媒(Ag/Al−SO 2−)形体で使用することができる。
この時、前記アルミナ担体に銀が担持された触媒を0.01ないし1M硫酸水溶液に含浸させ窒素酸化物の低減用触媒として使用する場合、窒素酸化物の低減性能が一部の温度領域、例えば、250ないし500℃の温度領域で著しく増加し、二酸化硫黄などに対する耐被毒性が向上する。
また、本発明によるアルミナ担体に銀が担持された触媒を硫酸処理する方法として前述の硫酸水溶液に前記触媒を担持する方法以外に、二酸化硫黄を前記触媒に持続的に流す方法を使用することができる。この時、前記二酸化硫黄を用いた処理方法は、前記硫酸水溶液を用いた硫酸処理方法により製造される触媒と類似の効果を得ることができる。
従って、本発明で意味する「硫酸処理」とは、硫酸水溶液に触媒を担持させるか、または二酸化硫黄を持続的に触媒に流すことを意味する。
一方、本発明による「触媒」とは、前述のアルミナ担体に銀が担持されたものを称することであるが、前記アルミナ担体に銀が担持された触媒はハニカム成型体に担持されて使われるため、前記触媒が担持されたハニカム成型体を本発明では触媒として理解することができる。
一方、本発明による触媒は、当業界で通常的に使われている方法で製造されるが、本発明による窒素酸化物の低減用触媒を製造する方法を以下のように説明する。
ここで、本発明による窒素酸化物の低減用触媒は、ハニカム成型体にコーティングして使用することが望ましいので、本発明の容易な説明のために前記ハニカム成型体にコーティングされた触媒を含め製造方法について説明する。
本発明による窒素酸化物の低減用触媒の製造方法は、イオン交換水にアルミナをゆっくり添加しながら強く撹拌して均一なスラリーを製造した後、前記スラリーをハニカム成型体、望ましいくはコーディアライトハニカム成型体、さらに望ましくは15×15×10cmの大きさ、200cells/in(84×84cells)のセル密度を有するコーディアライトハニカム成型体にコーティングして約24時間常温で乾燥させる段階と、
前記乾燥されたハニカム成型体を約120℃で約4時間乾燥させた後、1分当り約10℃ずつ昇温させて500ないし700℃で約2時間焼成する段階と、
前記焼成が終了したハニカム成型体を、例えば、塩化銀(AgCl)、硝酸銀(AgNO)、硫酸銀(AgSO)、またはこれらの混合物水溶液に含浸した後、約24時間常温で乾燥させる段階と、
前記乾燥されたハニカム成型体を約120℃で約4時間乾燥させた後、1分当り約10℃ずつ昇温させて500ないし700℃で約2時間焼成する段階と、を含む。
ここで、必要によって前記製造された窒素酸化物の低減用触媒を0.01ないし1M硫酸水溶液などの酸溶液に含浸した後、約24時間常温で乾燥させ、前記乾燥した触媒を約120℃で約4時間乾燥させた後、1分当り約10℃ずつ昇温させて500ないし700℃で約2時間焼成して硫酸処理した本発明による窒素酸化物の低減用触媒を製造することができる。
本発明による窒素酸化物処理装置において、前記排ガスは固定排出源及び/または移動排出源、望ましくはガスまたは軽油を燃料とする固定及び移動排出源の燃焼工程で発生する排ガスを称するものであり、石炭を燃料として使用する場合、発生する排ガスと比べて二酸化硫黄などの硫黄酸化物の含量が低い。
一方、本発明による還元剤は、空気と共にノズルから排ガスに噴射されて前記排ガスに存在する窒素酸化物を窒素と水に還元させるが、その使用量は通常的に前記排ガスに含まれている窒素酸化物に対するモル比を少なくとも0.1以上になるようにする。
ここで、前記還元剤は、窒素酸化物を窒素に還元させることができる物質であればどれを使用しても差し支えないが、代表的に使用可能な物質は不飽和炭化水素、非均質系炭化水素などの炭化水素類があり、望ましくはエタノールがよい。
一方、前記空気は、ノズルから噴射される還元剤が排ガスに広い範囲で噴射されるようにするものとして、前記還元剤と反応性がない不活性気体であればどの気体であれ前記空気を代替して使用することができるが価格及び収得の容易性などを考慮すると、前記空気を前述の還元剤と一緒に使用することが望ましい。
以下、添付の図面を参照して本発明による窒素酸化物の処理装置を詳しく説明する。
図1は、本発明による窒素酸化物の処理装置の構成を示す構成図であり、図2は、本発明による窒素酸化物処理装置の他の様態を示す構成図であり、ここでは一緒に説明をする。
図1及び図2に示されたように、本発明による窒素酸化物の処理装置は、固定排出源及び移動排出源、望ましくはガスまたは軽油、灯油及びバイオディーゼル油などの液体油を燃料とする固定排出源及び移動排出源の燃焼工程で発生する窒素酸化物を含む排ガスが流入される配管2、前記配管2に連結設置され前記配管2から流入された排ガスに空気及び還元剤を噴射する少なくとも一つ以上のノズル8及び前記ノズル8の後方に少なくとも一つ以上備えられて還元剤が噴射された排ガスに残存する窒素酸化物を低減する窒素酸化物の低減用触媒層10が含まれた反応機4、前記ノズル8から噴射される還元剤が蓄えられた貯蔵タンク14、前記貯蔵タンク14とノズル8との間に連結設置されて前記貯蔵タンク14に蓄えられた還元剤をノズル8に移送する注入ポンプ12、前記ノズル8に連結設置して空気を供給する空気ポンプ16及び前記反応機4の触媒層10を通過し処理された排ガスが排出される排出口6で構成されている。
ここで、前記流入される排ガスに含まれている窒素酸化物を還元させるための部分として、ノズル8及び触媒層10などが設置される場所を、本発明では反応機4として定義する。
この時、前記反応機4に設置される前記ノズル8及び触媒層10は、窒素酸化物を含む排ガスが流入される方向に対してノズル8が触媒層10の前端に設置されて一つのペアを成すようになり、前記ノズル8及び触媒層10が少なくとも一つ以上設置される場合にはノズル8及び触媒層10が順に設置された一つのペアが繰り返し設置される。
本発明による配管2は、固定排出源及び移動排出源の燃焼工程で発生する窒素酸化物が含まれている排ガスが流入されるように、その一側が固定排出源または移動排出源と連結設置されており、その他側では前記窒素酸化物を含む排ガスの窒素酸化物を還元させる反応機4及び処理された排ガスが排出される排出口6が順に連結設置されている。
本発明によるノズル8は、前記反応機4の内部に設置されて空気と還元剤を、前記反応機4を通過する窒素酸化物が含まれた排ガスに噴射するためのものであり、前記目的を達成させられるものであればどんな形態で設置しても差し支えないが、望ましいのは、前記反応機4内部一側に1段または多段で設置して、前記反応機4に沿って流入される200ないし500℃の窒素酸化物を含む排ガスに空気と還元剤を容易に噴射できるようにするのがよい。
ここで、1段とは一つの管18に多数の穴を備えた後、前記多数の穴にノズル8を締結して構成させたものを意味し、前記1段を少なくとも一つ以上備えたものを多段という。
一方、前述の多段は、エタノールなどの炭化水素類還元剤を反応機4に噴射させる場合、還元剤自身の酸化により噴射された還元剤の容量に対し実際反応に使われた還元剤の量を算出して噴射される還元剤の量が適当量で使用されたのかを判断でき、同じ量の還元剤を基準として1段で排ガスを処理するのに比べて高い窒素酸化物の低減率(除去率)を示す効果がある。
本発明による窒素酸化物の処理装置は、必要によって前記管18の内部を通過して流れる流体の流れを調節できるように、前記管18の一側にバルブ22を備え、前記配管2、反応機4及び排出口6を通過する排ガスの窒素酸化物濃度を測定する窒素酸化物測定センサー24を少なくとも一つ以上備え、前記窒素酸化物測定センサー24とバルブ22に連結設置し前記窒素酸化物測定センサー24から入力される窒素酸化物の濃度測定値を基にしてバルブ22の開閉率を調節する手段20をさらに備えることができる。
この時、前記窒素酸化物測定センサー24は、前記配管2、反応機4及び排出口6を流れる排ガスの窒素酸化物濃度を容易に測定できる位置であれば前記配管2、反応機4及び排出口6内部のどの部分に設置しても差し支えない。
一方、本発明による窒素酸化物処理装置は、必要によって、ノズル8及び前記ノズル8が連結設置されている管18の外周面を断熱材で処理して200ないし500℃で排出される排ガスの温度により還元剤があらかじめ燃焼されるのを防ぐことができる。また、前記高熱からノズル8及び管18の内部に流れる還元剤をより効率的に保護するために、前記断熱材を使用すること以外に管18及び/またはノズル8の内部に空気が移動できる移動経路を備えた後、前記空気が移動できる移動経路に外部の冷たい空気を移動させて高温の排ガスから還元剤が燃焼されるのを防ぐことができる。
以上のように説明した前記ノズル8は、空気と還元剤を噴射するためのものであり、その一側には外部から空気を給され圧縮する空気ポンプ16が連結設置されていて還元剤を給されるようにした注入ポンプ8及び前記還元剤が蓄えられている貯蔵タンク6が順に連結設置され、前記注入ポンプ8を動力源として前記貯蔵タンク6に蓄えられている還元剤をノズル8に移送させる。
この時、前記空気ポンプ16は圧縮空気を前記還元剤と共にノズル8に移送させ前記還元剤を高圧で噴射させることによって窒素酸化物を含む排ガスと還元剤が互いに容易に混合されるようにする。
前述したような構成を有する本発明による窒素酸化物処理装置の作動方法を調べてみると次のようである。
ガスまたは軽油、灯油及びバイオディーゼル油などの液体油を燃料とする固定排出源及び移動排出源の燃焼工程で窒素酸化物を含む排ガスが発生すると、前記排ガスは配管2を通過してノズル8及び触媒層10が備えられた反応機4に移送される。
その後、貯蔵タンク6に満たされている還元剤を、注入ポンプ8を利用してノズル8に移送させ、同時に空気ポンプ16を利用して外部から流入された圧縮空気をノズル8に移送させる。
その後、前記反応機4の内部に備えられたノズル8に移送された空気及び還元剤は、前記反応機4を通過し流れる窒素酸化物を含む排ガスに噴射される。
その後、前記還元剤が噴射された排ガスは、前記ノズル8の後方に設置されている触媒層10を通過し前記排ガスに含まれている窒素酸化物が窒素に還元されて低減される。
その後、前記窒素酸化物が低減された排ガスは、前記反応機4の終端部に連結設置された排出口6を通過して外部に排出される。
ここで、前記空気ポンプ16から圧縮された圧縮空気は、前記還元剤と共にノズル8に移送されて前記還元剤を高圧で噴射させ窒素酸化物を含む排ガスと還元剤が互いに容易に混合されるようにする。
一方、本発明による窒素酸化物処理装置は、その一側に排ガスに含まれた窒素酸化物の濃度を測定することができる窒素酸化物測定センサー24を備え、前記窒素酸化物測定センサー24から測定された窒素酸化物の濃度測定値を根拠にバルブ22の開閉率を調節する手段20を備え、さらに効率的に排ガスを処理することができる。
まず、装置の構成は配管2の内部に多数のノズル8が設置されている管18を少なくとも一つ以上備えた後、前記管18を注入ポンプ10及び空気ポンプ8に連結設置し、前記配管2、反応機4及び排出口6の内部に窒素酸化物測定センサー20を少なくとも一つ以上設置する。
ここで、前記それぞれの管18の一側には開閉率の調節が可能なバルブ22がそなえられていて、前記バルブ22及び窒素酸化物測定センサー20は調節手段20に連結設置される。
ガスまたは軽油、灯油及びバイオディーゼル油などの液体油を燃料とする固定排出源及び移動排出源の燃焼工程で窒素酸化物を含む排ガスが発生すると、前記排ガスは多数のノズル8が備えられた管18が設置されている反応機4に移送される。
この時、前記配管2、反応機4及び排出口6の内部に備えられた窒素酸化物測定センサー20は前記排ガスに含まれている窒素酸化物の濃度を測定した後、その測定値を調節手段20に送信する。
その後、前記調節手段20は、前記窒素酸化物測定センサー20から受信される窒素酸化物の濃度測定値を根拠に前記触媒層10の窒素酸化物低減率を算定して被毒された触媒層10の前端に設置されている管18のバルブ22の開閉率を増加させ被毒されてない触媒層10の前端に備えられたノズル8が設置された管18の開閉率を減少させる。
その後、貯蔵タンク6に満たされている還元剤を、注入ポンプ8を利用して前記バルブ22が開放された管18に移送させ、同時に空気ポンプ16を利用して外部の空気を前記還元剤と共にバルブ22が開放された管18に移送させる。
その後、前記反応機4の内部に備えられたバルブ22が開放された管18に移送された空気及び還元剤は前記管18に設置されているノズル8を通過して反応機4内部を通過する窒素酸化物が含まれた排ガスに噴射される。
その後、前記還元剤が噴射された排ガスは、前記ノズル8の後方に備えられた触媒層10を通過し前記排ガスに含まれた窒素酸化物が窒素に還元され処理される。
その後、前記窒素に転化されて処理された排ガスは、前記反応機4の終端部に連結設置された排出口6を通過して外部に排出するようになる。ここで、前記空気ポンプ16で圧縮された圧縮空気は、前記還元剤と共にノズル8に移送されて排ガスと還元剤が互いに容易に混合されるようにする。
本発明は、前述したようにガスまたは軽油、灯油及びバイオディーゼル油などの液体油を燃料とする固定排出源及び移動排出源の排ガスの条件によって触媒の製造方法を異なるようにし、還元剤を多段に噴射して窒素酸化物を触媒上に窒素と水に転換させて低減させることができる効果がある。
また、本発明は、従来のHC−SCRの限界として知られ、還元剤であるエタノールの酸化による窒素酸化物の低い処理効率を増加させる効果がある。
以下で実施例を通じて本発明を具体的に説明する。但し、下記の実施例は一途に本発明を具体的に説明するためのものであって、これらの実施例により本発明の範囲を限定するのではない。
(実施例1)
触媒層の製造。
脱イオン交換水にアルミナ[Spheralite 557,Exxons,フランス]をゆっくり添加しながら強く撹拌して均一なスラリーを製造した。
その後、前記製造されたスラリーを15×15×10cmの大きさ、200cells/in(84×84cells)のセル密度のコーディアライトハニカム成型体[Facktop kocat、中国]にアルミナ/ハニカム成型体の比が0.111g/cmになるようにコーティングして24時間常温で乾燥させた。
その後、前記乾燥されたハニカム成型体[Facktop kocat、中国]を120℃で4時間乾燥させた後、1分当り10℃ずつ昇温して600℃で2時間焼成した。
その後、前記アルミナがコーティングされたハニカム成型体を硝酸銀(AgNO)[Hangyeol Gold,韓国]水溶液に含浸させ銀がアルミナの重量対比2.1重量%に含浸されるようにして24時間常温で乾燥させた。
その後、前記乾燥物を120℃で4時間乾燥させた後、1分当り10℃ずつ昇温させ600℃で2時間焼成して本発明による硫酸処理された触媒層を製造した。
(実施例2)
触媒層の製造。
実施例1と同じ方法で実施するが、アルミナ/ハニカム成型体の比が0.111g/cmになるようにコーティングする代わりに0.123g/cmになるようにコーティングしたうえ、銀がアルミナの重量対比2.1重量%で含浸させるようにする代わりに5.0重量%で含浸させるようにした。
(実施例3)
触媒層の製造。
実施例1と同じ方法で実施するが、アルミナ/ハニカム成型体の比が0.111g/cmになるようにコーティングする代わりに0.149g/cmになるようにコーティングしたうえ、銀はアルミナの重量対比2.1重量%で含浸するようにする代わりに6.0重量%で含浸するようにした。
(実施例4)
硫酸処理された触媒層の製造。
実施例2によって製造された触媒層を0.1M硫酸[硫酸、Duk−san薬品工業、韓国]水溶液に含浸させた後、24時間常温で乾燥させた。
その後、120℃で4時間乾燥させた後、1分当り10℃ずつ昇温して500℃で2時間焼成して硫酸処理された触媒層を製造した。
その結果、製造された触媒層のアルミナ/ハニカムの比は0.123g/cmであり、銀の含量はアルミナの重量対比5.0重量%であり、硫酸塩(SO 2−)の含量はアルミナの重量対比1重量%であった。
(実施例5)
硫酸処理された触媒層の製造。
実施例4と同じ方法で実施するが、0.1M硫酸水溶液の代わりに0.21M硫酸水溶液を使用した。
その結果、製造された触媒層のアルミナ/ハニカムの比は0.123g/cmであり、銀の含量はアルミナの重量対比5.0重量%であり、硫酸塩(SO 2−)の含量はアルミナの重量対比2重量%であった。
(実施例6)
硫酸処理された触媒層の製造。
実施例4と同じ方法で実施するが、0.1M硫酸水溶液の代わりに0.42M硫酸水溶液を使用した。
その結果、製造された触媒層のアルミナ/ハニカムの比は0.123g/cmであり、銀の含量はアルミナの重量対比5.0重量%であり、硫酸塩(SO 2−)の含量はアルミナの重量対比4重量%であった。
(実施例7)
図1に示されたように、SUS304で製作した高さ15cm、幅15cm、長さ100cmの直4角形反応機[Gibo、韓国]を製作した後、前記反応機の内部前端一側に多数のノズル[TN050−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管を設置した。
その後、前記多数のノズル[TN050−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管の後端に実施例1によって製造された触媒層を設置した。
その後、貯蔵タンクに還元剤としてエタノール[Duk−san薬品工業、韓国]を満たした後、前記貯蔵タンクを注入ポンプ[M930、YoungLin、韓国]に連結設置し、前記注入ポンプ[M930、YoungLin、韓国]をノズル[TN050−SRW、トータルノズル、韓国]が設置された管に連結設置した。
その後、前記ノズル[TN050−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管を高圧の空気を供給する空気ポンプ[HP2.5、エアバンクコンプレッサー、韓国]に連結設置した。
その後、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[Eg02.9R、エルコ、ドイツ]から排出される排ガス及び別途の一酸化窒素[マトソン、米国]を前記反応機前端に注入したうえ、質量流速制御機[F−201C−FAC−22−V、Bronchost、オランダ]を利用して流量を調節した。
前記反応機に注入される排ガスの流量及び組成を表1に示した。
一方、前記反応機に流入される排ガスが配管を通過すると同時に前記空気ポンプ[HP2.5、エアバンクコンプレッサー、韓国]及び注入ポンプ[M930、YoungLin、韓国]を利用して高圧の空気とエタノール[Duk−san薬品工業、韓国]をノズル[TN050−SRW、トータルノズル、韓国]に供給して配管を通過する排ガスに前記高圧の空気とエタノール[Duk−san薬品工業、韓国]を噴射した。
この時、反応機に注入されるエタノール/窒素酸化物のモル比は1になるように調節されたうえ、前記反応機内部にK型熱伝帯を備え反応機の温度を測定した。
一方、反応条件として温度は100ないし550℃であり、空間速度は20,000h−1にして実験を実施した。
ここで、前記空間速度は下記の数学式1で計算した。
また、触媒反応前後の排ガス濃度は、携帯型窒素酸化物分析器[MK2、ユーロトロン、イタリア]を利用して分析したうえ、各触媒上での窒素酸化物低減効率は下記の数学式2で計算した。
その結果を図3に示した。
(実施例8)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例2によって製造された触媒層を使用した。
その結果を図3に示した。
(実施例9)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例5によって製造された触媒層を使用した。
その結果を図3に示した。
図3に示されたように、実施例7と実施例8とを比較してみるとアルミナコーティング量及び銀含浸量の変化により窒素酸化物の低減活性温度領域が変化することがわかた。そして、実施例7と実施例9とを比較してみると触媒を硫酸処理することにより窒素酸化物の低減活性温度領域が高温領域に移動することがわかた。
(実施例10)
実施例7と同じ方法で実施するが、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりに軽油バーナー[OM−1、オリンピア、韓国]を使用し、反応機に注入されるエタノール/窒素酸化物のモル比は2になるように調節し、反応温度は200ないし550℃、空間速度は20,000h−1であった。
ゆえに、反応機に流入される排ガスの流量及び組成を表2に示した。
その結果を図4に示した。
(実施例11)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例2によって製造された触媒層を使用し、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりに軽油バーナー[OM−1、オリンピア、韓国]を使用し、反応機に注入されるエタノール/窒素酸化物のモル比は2になるように調節し、反応温度は200ないし550℃、空間速度は20,000h−1であった。
従って、反応機に流入されるガスの組成を表2に示し、その結果を図4に示した。
(実施例12)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例3によって製造された触媒層を使用し、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりに軽油バーナー[OM−1、オリンピア、韓国]を使用し、反応機に注入されるエタノール/窒素酸化物のモル比は2に成るように調節し、反応温度は200ないし550℃、空間速度は20,000h−1であった。
ゆえに、反応機に流入されるガスの組成を表2に示し、その結果を図4に示した。
(実施例13)
実施例7と同じ方法で実施するが、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりにLNG90%+軽油10%を燃料として使用する内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]を使用し、排ガスの組成及び濃度は発電機の起動後に安全化された状態である混合モード(LNG90%+軽油10%)上で空間速度は20、000h−1になるように流量を調節し、エタノール/窒素酸化物のモル比は2で、反応温度は450℃に固定した。
反応機に流入される排ガスの流量及び組成を表3に示し、その結果を図5に示した。
(実施例14)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例4によって製造された触媒層を使用し、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりにLNG90%+軽油10%を燃料として使用する内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]を使用し、排ガスの組成及び濃度は発電機の起動後に安全化された状態である混合モード(LNG90%+軽油10%)上で空間速度は20、000h−1になるように流量を調節し、エタノール/窒素酸化物のモル比は2で、反応温度は450℃に固定した。
反応機に流入される排ガスの組成を表3に示し、その結果を図5に示した。
(実施例15)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例5によって製造された触媒層を使用し、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりにLNG90%+軽油10%を燃料として使用する内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]を使用し、排ガスの組成及び濃度は発電機の起動後に安全化された状態である混合モード(LNG90%+軽油10%)上で空間速度は20、000h−1になるよう流量を調節し、エタノール/窒素酸化物のモル比は2で、反応温度は450℃に固定した。
反応機に流入される排ガスの組成を表3に示し、その結果を図5に示した。
(実施例16)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例6によって製造された触媒層を使用し、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりにLNG90%+軽油10%を燃料として使用する内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]を使用し、排ガスの組成及び濃度は発電機の起動後に安全化された状態である混合モード(LNG90%+軽油10%)上で空間速度は20、000h−1になるように流量を調節し、エタノール/窒素酸化物のモル比は2で、反応温度は450℃に固定した。
反応機に流入される排ガスの組成を表3に示し、その結果を図5に示した。
図5に示されたように、触媒に対する硫酸処理量の変化による混合燃料(LNG90%+軽油10%)を利用する排出源の排ガスの中に含有された窒素酸化物低減効率の変化を観察することができたが、その結果、実施例4及び実施例5で製造した触媒が窒素酸化物の低減効率が高かったことがわかり、実施例4、実施例5及び実施例6によって製造された触媒が実施例2によって製造された触媒を硫酸処理することによってアルミナ担体で銀の分散度を増加させる効果により窒素酸化物に対する低減活性が増加することを示した。
(実施例17)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例2によって製造された触媒層を使用し、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりにLNG90%+軽油10%を燃料として使用する内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]を使用し、排ガスの組成及び濃度は発電機の起動後に安全化された状態である混合モード(LNG90%+軽油10%)上で空間速度は20、000h−1になるように流量を調節し、エタノール/窒素酸化物のモル比は2で、反応温度は200ないし550℃であった。
反応機に流入される排ガスの組成を表3に示し、その結果を図6に示した。
(実施例18)
実施例7と同じ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例4によって製造された触媒層を使用し、ボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりに初期には軽油100%を使用するが、起動後の安全化段階でLNG90%+軽油10%を燃料として使用する内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]を使用し、排ガスの組成及び濃度は発電機の起動後に安全化された状態である混合モード(LNG90%+軽油10%)上で空間速度は20、000h−1になるように流量を調節し、エタノール/窒素酸化物のモル比は2で、反応温度は200ないし550℃であった。
反応機に流入される排ガスの組成を表3に示し、その結果を図6及び図7に示した。
図6に示されたように、実施例17が実施例18に比べて250ないし450℃の温度領域で窒素酸化物の低減効率が高かった。これは実施例2によって製造された触媒に比べて硫酸処理した触媒(実施例4)がすべての温度領域で窒素酸化物の低減効率が高いことを示すものである。
(実施例19)
実施例7とおなじ方法で実施するが、実施例1によって製造された触媒層の代わりに実施例2によって製造された触媒層を使用しボイラー[ジェウロイヤルスチームボイラー、ジェウエナジー、韓国]のLPGバーナー[EgO2.9R、エルコ、ドイツ]の代わりにLNG90%+軽油10%を燃料として使用する内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]を使用する場合に発生する排ガスを実験対象ガスとし、排ガスの組成及び濃度は発電機の起動後に安全化された状態である混合モード(LNG90%+軽油10%)上で空間速度は20、000h−1になるように流量を調節し、エタノール/窒素酸化物のモル比は1で、反応温度は200ないし550℃であった。
反応機に流入される排ガスの組成を表3に示し、その結果を図7に示した。
図7に示されたように、実施例19が実施例18に比べて250ないし500℃の温度領域で窒素酸化物の低減効率が高く示されたことがわかる。これはエタノール/窒素酸化物のモル比が増加するにつれて窒素酸化物の低減効率も高くなることを示している。
(実施例20)
図1に示されたように、SUS304で製作した高さ15cm、幅15cm、長さ100cmの長方形反応機[Gibo、韓国]を製作した後、前記反応機の内部前端一側に多数のノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管を設置した。
その後、前記多数のノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管の後端に実施例2によって製造された触媒層を設置した後、前述の管及び触媒層を一組にしてその後端に同一な管及び触媒層一組をさらに設置した。
その後、貯蔵タンクに還元剤としてエタノール[Duk−san薬品工業、韓国]を満たした後、前記貯蔵タンクを注入ポンプ[M930、YoungLin、韓国]に連結設置し、前記注入ポンプ[M930、YoungLin、韓国]をノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が設置された各々の管に連結設置した。
その後、前記ノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管を高圧の空気を供給する空気ポンプ[HP2.5、エアーバンクコンプレッサー、韓国]に連結設置した。
その後、LNG90%+軽油10%を燃料として使用する内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]で排出される排ガス及び別途の一酸化窒素[マトソン、米国]を前記反応機前端に注入し、質量流速制御機[F−201C−FAC−22−V、Bronchost、オランダ]を利用して流量を調節した。
反応機に流入されるガスの組成及び濃度は表3で示し、反応温度は200ないし500℃であり、空間速度は20,000h−1になるように流量を調節した。
この時、各触媒層の前端に備えられた多数のノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた各管で噴射されるエタノール/窒素酸化物のモル比は各々0.5であり、測定方法は実施例7と同じである。
その結果を図8に示した。
(実施例21)
実施例20と同じ方法で実施例するが、エタノール/窒素酸化物のモル比が各々0.5である代わりに1とした。
その結果を図8に示した。
(実施例22)
実施例20と同じ方法で実施するが、前記内燃発電機関[5.6MW、14PC2.5VDF、新潟、日本]の燃料であるLNG90%+軽油10%の混合物の代わりに軽油100%を燃料として使用した。この時、反応機に流入される排ガスの流量及び組成は表4に示し、その結果を図9に示した。
図9に示されたように実施例21及び実施例22は、両方とも300ないし450℃の温度領域で良好な窒素酸化物の低減効率を示した。
(実施例23)
O 発生率
図1に示されたように、SUS304で製作した高さ15cm、幅15cm、長さ100cmの長方形反応機[Gibo、韓国]を製作した後、前記反応機の内部前端一側に多数のノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管を設置した。
その後、前記多数のノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管の後端に実施例2によって製造された触媒層を設置した。
その後、貯蔵タンクに還元剤としてエタノール[Duk−san薬品工業、韓国]を満たした後、前記貯蔵タンクを注入ポンプ[M930、YoungLin、韓国]に連結設置し、前記注入ポンプ[M930、YoungLin、韓国]をノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が設置された各々の管に連結設置した。
その後、前記ノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]が備えられた管を高圧の空気を供給する空気ポンプ[HP2.5、エアーバンクコンプレッサー、韓国]に連結設置した。
その後、ボイラー[JAEWOO LOYALスチームボイラー、JAEWOO ENERGY、韓国]の軽油バーナー[OM-1、OLYMPIA、韓国]で排出される排ガス及び別途の一酸化窒素[マトソン、米国]を前記反応機前端に注入し、質量流速制御機[F−201C−FAC−22−V、Bronchost、オランダ]を利用して流量を調節した。
前記反応機に流入される排ガスの流量及び組成を表5で示した。
一方、前記反応機に流入される排ガスが配管を通過すると同時に前記空気ポンプ[HP2.5、エアーバンクコンプレッサー、韓国]及び注入ポンプ[M930、YoungLin、韓国]を利用して高圧の空気とエタノール[Duk−san薬品工業、韓国]をノズル[TNO50−SRW、トータルノズル、韓国]で供給して配管を通過する排ガスに前記高圧の空気とエタノール[Duk−san薬品工業、韓国]を噴射した。
この時、反応機に注入されるエタノール/窒素酸化物のモル比は2になるように調節し、反応条件として温度は200ないし550℃であり、空間速度は20,000h−1にして実験を遂行し、実施例7の数学式2を通じ窒素酸化物の中NOの発生率を測定した。
また、前記NO 発生率は下記の数学式3で計算した。
その結果を図10に示した。
(実施例24)
実施例23と同一な方法で実施するが、実施例2によって製造された触媒層の代わりに実施例4によって製造された触媒層を使用した。
その結果を図10に示した。
(実施例25)
実施例23と同一な方法で実施するが、実施例2によって製造された触媒層の代わりに実施例5によって製造された触媒層を使用した。
その結果を図10に示した。
(実施例26)
実施例23と同一な方法で実施するが、実施例2によって製造された触媒層の代わりに実施例6によって製造された触媒層を使用した。
その結果を図10に示した。
図10に示されたように、硫酸処理した触媒層を利用した実施例24乃至実施例26が硫酸処理しなかった触媒層を利用した実施例23に比べて200ないし550℃の温度領域でNOの発生率が低いことで現れた。
本発明による窒素酸化物処理装置を示す構成図である。 本発明による窒素酸化物処理装置の他の様態を示す構成図である。 二酸化硫黄を含まない排ガスの温度領域別、窒素酸化物の転換率を示す図である。 二酸化硫黄を含む排ガスの温度領域別、窒素酸化物の転換率を示す図である。 硫酸処理された触媒による窒素酸化物の転換率を示す図である。 硫酸処理の有無しによる窒素酸化物の転換率を示す図である。 エタノールの1段噴射の時、エタノール/窒素酸化物のモル比による窒素酸化物の転換率を示す図である。 エタノールの2段噴射の時、エタノール/窒素酸化物のモル比による窒素酸化物転換率を示す図である。 エタノールの2段噴射の時、固定排出源の使用燃料による窒素酸化物の転換率を示す図である。 エタノールの2段噴射の時、固定排出源の使用燃料によるNOの発生率を示す図である。
符号の説明
2 配管
4 反応機
6 排出口
8 ノズル
10 触媒
12 注入ポンプ
14 貯蔵タンク
16 空気ポンプ
18 管
20 調節手段
22 バルブ
24 窒素酸化物測定センサー

Claims (17)

  1. アルミナ担体に銀が担持されていることを特徴とする窒素酸化物低減用触媒。
  2. 窒素酸化物の低減用触媒をさらに黄酸処理したことを特徴とする請求項1記載の窒素酸化物低減用触媒。
  3. 前記黄酸処理は、窒素酸化物の低減用触媒を0.01ないし1M黄酸水溶液に含浸させた後、乾燥及び焼成する方法、または二酸化硫黄を前記窒素酸化物低減用触媒に持続的に流す方法であることを特徴とする請求項2記載の窒素酸化物低減用触媒。
  4. 前記窒素酸化物がNOx、またはNOであることを特徴とする請求項1、請求項2及び請求項3記載のうち、どれか一つの窒素酸化物低減用触媒。
  5. アルミナが0.05ないし0.3g/cmであることを特徴とする請求項1、請求項2及び請求項3記載のうち、どれか一つの窒素酸化物低減用触媒。
  6. 銀がアルミナを基準として0.1ないし10重量%を含むことを特徴とする請求項1、請求項2及び請求項3記載のうち、どれか一つの窒素酸化物低減用触媒。
  7. 前記アルミナが無結晶系、ガンマ型、テータ型、エタ型、またはこれらの混合形態を有することを含む請求項1、請求項2及び請求項3記載のうち、どれか一つの窒素酸化物低減用触媒。
  8. 前記銀が還元状態の銀、酸化銀、塩化銀、硝酸銀、硫酸銀、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1、請求項2及び請求項3記載のうち、どれか一つの窒素酸化物低減用触媒。
  9. 前記触媒が金属板、バックフィルター、セラミックフィルター、セラミックハニカム及びセラミックコーディアライトハニカムで構成されているグループの中で選択されたどれか一つの構造物上に担持されたことを特徴とする請求項1、請求項2及び請求項3記載のうち、どれか一つの窒素酸化物低減用触媒。
  10. 前記触媒が球、ペレット及びハニカムで構成されているグループの中でどれか一つに成型加工されることを特徴とする請求項1、請求項2及び請求項3記載のうち、どれか一つの窒素酸化物低減用触媒。
  11. 排ガスが流入される配管2、前記配管2に連結設置され、前記配管2に流入された排ガスに空気及び還元剤を噴射する少なくとも一つ以上のノズル8及び前記ノズル8の後方に少なくとも一つ以上備えられて、還元剤が噴射された排ガスに存在する窒素酸化物を低減する少なくとも一つ以上の窒素酸化物低減用触媒層10を含む反応機4、前記ノズル8から噴射される還元剤が蓄えられている貯蔵タンク14、前記貯蔵タンク14とノズル8との間に連結設置され前記貯蔵タンク14に蓄えられた還元剤をノズル8に移送する注入ポンプ12、前記ノズル8に連結設置され、空気を供給する空気ポンプ16及び前記触媒層10を通過し処理された排ガスが排出される排出口6を含む窒素酸化物処理装置。
  12. 前記窒素酸化物低減用触媒層10が請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8及び請求項9による触媒を含むことを特徴とする請求項11記載の窒素酸化物処理装置。
  13. 前記ノズル8が少なくとも一つ以上連結設置され、管18を一つの端にして少なくとも一つ以上の端が反応機4内部に設置され、各端の後端に触媒層10を設置して前記端を通じて空気及び還元剤が排ガスに噴射されるようにしたことを特徴とする請求項11記載の窒素酸化物処理装置。
  14. 前記窒素酸化物がNOx、またはNOであることを特徴とする請求項11、請求項12及び請求項13記載のうち、どれか一つの窒素酸化物処理装置。
  15. 前記管18の一側に位置して各々の管18内部を通過して流れる流体の流れを調節できるようにしたバルブ22、前記排ガスの移動経路を提供する配管2、反応機4及び排出口6に少なくとも一つ以上が備えられて流れる排ガスの窒素酸化物の濃度を測定する窒素酸化物測定センサー24及び前記窒素酸化物測定センサー24とバルブ22に連結設置され、前記窒素酸化物測定センサー24から入力される窒素酸化物の濃度測定値を根拠バルブ22の開閉率を調節する手段20がさらに備えられたことを特徴とする請求項11、請求項12及び請求項13記載のうち、どれか一つの窒素酸化物処理装置。
  16. 前記還元剤が不飽和炭化水素、不均一系炭化水素、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項11、請求項12及び請求項13記載のうち、どれか一つの排ガス処理装置。
  17. 請求項11、請求項12、請求項13、請求項14、請求項15及び請求項16による窒素酸化物処理装置を利用した窒素酸化物処理方法。
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