KR100425058B1 - 촉매적반응에서의방법및장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연소성 성분과 관련된 가스의 촉매적 세척을 수행하기 위해, 가스 혼합물을, 고온 안정 금속성 물질의 네트 구조(15)로의 분무에 의한 변형된 열적 성형 공정에 의해 제조된 네트를 기재로 하는 세라믹 촉매와 접촉시키는 것이다. 세라믹 층(18)의 다공율과 비표면은 분무 공정 동안에 세라믹 물질의 이차적 침전 또는 대안으로 비표면이 높은 세라믹 분말의 침착으로 개선된다. 촉매 활성은 세라믹 층을 귀금속 또는 금속 산화물을 피복시키므로써 얻어진다.
Description
본 발명에 이르기 전에, CO, VOC 및 PAH와 관련된 연도 가스의 정제는 바람직하게는 촉매와 함께 이루어진다. 이러한 촉매는 촉매적 활성 성분으로 코팅된 팰릿(pellets), 모노라이트(monolith) 또는 섬유를 기재로 한다. 이러한 촉매 방법이 허용되는 정제도를 얻게 하는 것은 사실이나, 적용시키는 데 종종 문제가 되는 어느 정도 심각한 여러 결점을 가지고 있다. 팰릿 및 섬유 베드는 모두 대부분의 적용에 있어서 압력 강하가 지나치게 높다. 또한, 팰릿의 경우에는 촉매의 대부분이 연소 동안에 확산 효과로 인해 오염물질 및 산소에 접근할 수 없기 때문에 촉매 효능이 매우 불량하게 된다. 모노라이트는 수 천개의 채널을 갖는 벌집형 구조체이다. 이러한 구조체는 값이 비싸고, 침착물(그을음 및 재)을 제거하기 어려우며, 물질내 열적으로 유도된 텐션(tension)으로 인해 과도 온도 기간 중에 크래킹(cracking)될 수 있다.
네트 구조체에 세라믹층을 제공하므로써, 구조체의 활성이 상당히 증가하고, 동시에 귀금속의 소모가 감소될 수 있다. 따라서, 표준 스틸 와이어(steel wire) 네트를 비표면적이 큰 세라믹 입자(슬립 주입(slip casting))의 현탁액에 담그는 시험을 하였다. 건조 및 소성 과정을 통해 세라믹 층이 네트의 금속 와이어에 부착하게 되어, 비표면적이 큰 세라믹 층이 형성될 수 있다. 이후, 이 층에는 활성 물질이 통상적인 함침 공정으로 제공된다. 이러한 타입의 촉매는 상이한 타입의 탄화수소의 배기 가스를 정제하는 데 사용되었으며, 결과도 만족할 만하였다. 그러나,세라믹 와시 코트(wash coat)가 금속 와이어에 불충분하게 부착되어, 와시 코트의 일부가 점차적으로 느슨해진다는 문제가 생긴다. 이러한 붕해 과정은, 네트 구조체가 본래의 운동성에 의해 특정되고, 흐름 방향으로의 추력에 의해 진동하게 될 수 있기 때문에 모노라이트의 경우보다 네트 구조체에서 훨씬 더 뚜렷하다. 분진 함유 가스를 정제하는 데, 네트는 브러싱 또는 이와 유사한 것을 통해 기계적으로 세정될 수 있고, 이는 규칙적으로 수행되는 것이 또한 중요하다. 와시 코트는 금속 와이어에 느슨하게 부착되어 네트 구조체에서 층을 전체적으로 또는 부분적으로 느슨하게 할 수 있으며, 경우에 따라 촉매가 활성을 잃게 될 수 있다.
발명의 요약
분무에 의한 열적 성형 방법(표면 코팅을 위한 불꽃 분무, 공기 플라즈마 분무, 고속 분무, 폭발 분무, 코로나 브러싱(corona brushing), 보호 기체 플라즈마 분무, 진공 플라즈마 분무 및 레이저 이용 방법)의 연구를 통해, 예상밖으로 CO, VOC 및 PAH와 관련된 연도 가스를 정제하는 데 사용될 수 있는 네트 기재 다공성 세라믹 촉매를 제조하게 되었다. 본 발명은 네트 기재 세라믹 촉매를 제조하는 신규한 방법 및 연도 가스를 정제하는 데 이러한 촉매를 사용하는 방법을 포함한다. 본 발명은 200 내지 1000℃의 온도에서 CO, VOC 및 PAH를 효과적으로 제거한다. 본 발명은 바람직하게는 금속을 기재로 하며, 특정 타입의 열적 분무 성형 방법, 바람직하게는 불꽃 또는 공기 플라즈마 분무 방법을 통한 다공성 세라믹 층으로 코팅된 고온 안정성 네트 구조체로 이루어진다.
네트 구조체는 다수의 개구를 갖는 네트 또는 디스크일 수 있다. 네트 또는디스크는 평면형 또는 원통형이거나 배기 가스를 네트 구조체를 통과시키거나 네트 구조체를 옆으로 지나치게 하는 또 다른 형태일 수 있다. 또 다른 대체 형태로서, 발포 금속의 디스크 형태의 디자인이 언급될 수 있다. 세라믹 층은 수 많은 물질로 이루어질 수 있지만, 바람직하게는 지르코니아 또는 알루미나로 이루어진다. 강화되고, 적절한 기공 구조를 달성하기 위해서, 연소성 성분(예를 들어, 중합체 및 식물성 물질)의 혼합이 분무에 의한 성형 과정에 사용되는 초기 세라믹 물질중에서 이루어진다. 분무 성형시, 2상 층의 연소성 성분의 연소가 일어나, 적절한 구조가 형성된다. 다공성의 분무-형성된 층에 세라믹 물질을 침전시키므로써, 충분한 촉매적 활성을 달성하는 데 요구되는 상당히 확대된 세라믹층 비표면적(㎟/세라믹 물질 g)이 얻어진다. 침전된 세라믹 상은 수 개의 상이한 물질로 이루어질 수 있지만, 알루미나, 실리카, 이산화티탄, 지르코니아 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 표면적 확대 층은 또한 분무에 의해 형성된 층 상부 상의 와시 코트로서 도포될 수 있다. 이로써 분무-형성된 층의 고르지 않은 표면 구조체는 슬립 주입 공정을 통해 도포될 수 있는 와시 코트에 대해 효과적인 기부를 구성한다. 또한, 비표면적은 열적 분무 성형 장치로부터 세라믹 분말을 입자 분사로 침착시키므로써 크게 증대될 수 있다. 이를 위한 요건으로는 침착된 세라믹 분말이 높은 비표면적을 갖는 것과, 침착이 기판 표면에 바로 인접하여 일어나는 것이다. 이로써, 침착된 분말의 상당한 가열이 필요 없으며, 이에 따라 비표면적을 감소시킬 수 있는 소결 공정이 생략된다. 세라믹 층은 1) 직접 분무 + 침전에 의한 이차적 비표면적 확대 방법 또는 2) 분무와 동시에 세라믹 분말을 침착시키는 방법, 또는 1)과2) 방법 후에 함침 공정을 통해 촉매적 활성 물질로 코팅시키는 조합 방법에 따라 제조된다. 함침 동안에 세라믹층 기공 구조는 귀금속, 전이 금속 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있는 활성 성분을 함유하는 용액으로 포화된다. 함침 단계시에, 네트 구조체는 건조되고, 이후 산화 또는 환원 환경에 의해 가열된다.
본 발명은 기존 촉매 장치에 비교하여 다수의 이점을 보장한다. 첫째, 촉매적 활성 부위로 분자를 효과적으로 이동시키는 얇은 원통 형상 세라믹 층의 거대기공도(macroporosity)로 인해 촉매 효능이 매우 우수하게 된다. 둘째, 연속적으로 배치된 네트 구조체가 난류를 증가시켜, 질량 및 열 전달 인자를 개선시키므로써 촉매 효율을 증가시킨다. 셋째, 촉매의 개방 구조 형태가 압력 강하를 매우 적게 한다. 넷째, 촉매 표면이 그을음 및 재와 같은 침착 입자를 기계적으로 세정하기에 용이하다. 다섯째, 모듈식 기재 촉매 어셈블리가 적용 및 변형의 독특한 가능성을 제공한다. 본 발명은, 상이한 오염물질의 정제를 위해서는 상이한 활성 물질을 요한다는 사실에 기초한다. 다르게 코팅된 네트를 연속적으로 배치하므로써, 연도 가스에서 다량의 상이한 오염물질이 동시에 제거될 수 있다. 또한, 네트 기재 구조체는 상이한 기하학적 요건(기하학적 구조 및 치수)에 부합하기에 훨씬 더 용이할 수 있다. 여섯째, 상이한 촉매 네트는 하나 또는 일부 네트에서만 탈활성화가 일어나는 경우에 개별적으로 교체될 수 있다. 일곱째, 촉매의 모듈을 기재로 하는 구조적 어셈블리가 제조 공정을 단순화시키고, 촉매를 효과적으로 재활용하도록 한다.
본 발명은 여러 가지에 적용된다. 상기 설명을 근거로 촉매적 활성 네트 구조체는 고속 반응 촉매 작용에 적용될 수 있다. 이러한 반응의 예는 하기와 같다:
* 일산화탄소 및 탄화수소에 관련된 배기 가스와 연도 가스의 정제
* 에너지 생성을 위한 가스상 연료의 촉매적 연소
* 용매 연무에 관련된 통풍 공기의 촉매적 정제
* 악취성 화합물과 관련된 가스의 촉매적 정제
* 자동차 분야에서 2방향 및 3방향 촉매작용
* 암모니아 산화에 의한 질산의 생성
* 에틸렌 산화에 의한 에틸렌 옥사이드의 생성
* 메탄, 암모니아 및 산소 간의 반응을 통한 시안화수소의 생성
* 알코올의 부분 산화를 통한 알데히드의 생성
* 탄화수소의 스팀 개질
* 수성가스 반응(water gas reaction)의 촉매작용
* 메탄화반응
본 발명은 일산화탄소 및 탄화수소와 관련된 다양한 타입의 소각 플랜트로부터의 배기 가스와 연도 가스를 정제하는 데 사용될 수 있다. 이러한 적용에 있어서, 덜 깨끗한 가스가 하나의 촉매적 네트 또는 연속적으로 장착된 수 개의 촉매적 네트를 통해 최소 온도 200℃에서 유입된다. 네트는 임의의 기하학적 구조체로 될 수 있으며, 예를 들어, 판, 디스크 또는 원통형으로 성형될 수 있다. 바람직하게는 귀금속이 촉매적 활성 물질로서 사용되거나, 하나 이상의 금속 산화물과 혼합하여 사용된다. 산화 동안에 배기 가스 또는 연도 가스 중에 잔류하는 산소는 정상적으로 사용된다. 산소 함량이 지나치게 낮은 경우, 촉매로 아직 정제되지 않은 가스스트림에 보충 공기가 공급된다.
열 에너지를 생성시키는 것을 목적으로 하는 특정 경우에서는 천연 가스 또는 액화 석유 가스와 같은 연소성 화합물을 다량 함유하는 가스 혼합물의 연소에 관심이 집중된다. 이러한 경우에, 방열에 의해 냉각이 최대가 될 수 있도록 하는 방법으로 촉매를 구상하는 것이 필수적이다. 이에 따라, 촉매 가열이 생략되며, 이와 같이 하지 않는 경우, 촉매를 파괴할 것이다. 네트 구조체 뿐만 아니라 개방 구조의 융통성은, 촉매가 방열을 위한 함몰부로서 작용하는 냉각 표면에 의해 둘러싸일 경우에, 방열을 통해 효과적인 냉각이 되도록 한다. 이러한 경우에 있어서, 고온 안정성 금속으로 입증된 팔라듐이 활성 물질로서 사용되는 것이 바람직하다. 네트내 온도 수준은 작동중에 600 내지 1100℃, 바람직하게는 700 내지 900℃이다.
일부 산업에서는 상당량의 용매가 통풍 공기로 빠져 나간다. 촉매적 네트는 이러한 화합물로부터 통풍 공기를 정제하는 데 사용될 수 있다. 이후, 용매 함유 가스는 200℃를 초과하는 온도에서 다수의 네트를 통해 유입된다. 네트 촉매의 특이한 융통성에 따라, 다양한 공간 제약 및 기타 구성 요건에 부합하기에 용이하게 적용될 수 있다. 바람직하게는 귀금속이 활성 물질로서 사용된다.
발향성 물질은 특정 산업, 예를 들어 식품 산업의 주변 환경에 있어서는 분명히 문제가 될 수 있다. 발향성 물질은 아민류, 메르캅탄류 또는 테르펜류로 분류될 수 있다. 이러한 악취 문제는 발향성 물질과 섞인 공기를 200℃를 초과하는 온도에서 하나 또는 수개의 촉매적 네트를 통해 유입시키므로써 크게 감소시킬 수 있다. 일부 경우에, 본원에 기술된 침착 기술에 의해 분무-형성된 층에 지올라이트가부착된 네트가 사용된다.
본 발명에 따르는 네트는 또한 자동차 분야, 즉, 2 방향 촉매작용(일산화탄소 및 탄화수소에 대한 정제) 및 3 방향 촉매작용(일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물에 대한 정제) 모두에 사용될 수 있다. 먼저 언급된 경우에서, 배기 가스의 산소 함량은 너무 높아(2 사이클 엔진 또는 디젤 엔진) 오염물질이 바람직하게는 귀금속을 함유하는 네트 촉매에 걸쳐 산소의 영향하에서 연소된다. 나중에 언급된 경우에서, 연소는 모든 산소가 정상적으로 소비되는 방향으로 제어된다(람다 프로브(lambda probe)가 구비된 4 사이클 엔진). 따라서, 최저 온도 200℃에서 질소산화물(산화제), 일산화탄소 및 탄화수소(환원제) 사이의 반응을 달성할 수 있다. 귀금속, 매우 유리하게는 팔라듐 및 로듐의 혼합물이 촉매적 활성 물질로서 사용된다. 상기 네트는 압력 강하가 가능한 정도까지 제한되도록 설계되며, 이것은 흐름 단면이 비교적 큰, 연속적으로 배치된 소수개의 네트와 관련된다. 이러한 네트 구조체는 배기 가스가 네트 구조체를 통해 방사상으로 유입되도록 하는 원통형인 것이 바람직하다.
암모니아와 공기의 혼합물을 귀금속으로 코팅된 다수의 촉매적 네트를 통과하여 유입시키므로써, 일산화질소가 생성되고, 이후 산화되고, 수중에 용해되어 질산을 형성한다. 촉매는 서로의 상부에 연속적으로 배치된 다수의 촉매적 네트로 이루어지고, 가스 혼합물은 최소 온도 700℃에서 네트 패키지를 통해 유입된다. 본 발명 이전에, 균일 금속 와이어로 짜여진 귀금속 네트가 사용되었다(흔히 백금 및 로듐). 이러한 네트는 본 발명에 따른 네트보다 훨씬 고가이다. 이와 같은 이유로,본 발명에 따른 네트는 증발에 의한 귀금속의 손실이 감소될 수 있도록 귀금속에 대해 안정화 작용을 제공한다.
시안화수소의 제조는 질산의 제조와 유사한 방법으로 수행되나, 차이점은 메탄이 또한 반응 스트림에 포함된다는 것이다.
공기중 에텐을 함유하는 가스 혼합물을 250 내지 300℃에서 은을 함유하는 네트 촉매와 접촉시키는 경우, 에틸렌 옥사이드가 수득된다. 에틸렌을 제조하기 위한 선택성을 개선시키기 위해 소량(수 ppm)의 에틸렌 디클로라이드가 가스 스트림에 첨가된다.
알데히드 제조의 예는 포르말린의 제조로부터 유도될 수 있다. 이 과정에서 메탄올과 공기의 가스 혼합물은 은(높은 메탄올 농도) 또는 몰리브덴산제일철(낮은 메탄올 농도)을 함유하는 네트 촉매와 접촉하게 된다. 현재, 일부 산업 공정에서, 은으로 된 균일한 금속 네트가 사용된다. 이러한 네트는 본 발명에 따른 네트보다 훨씬 많은 비용이 든다. 몰리브덴산제일철 공정에서는 온도가 보통 350 내지 400℃이며, 은의 경우에서는 이보다 약간 높다.
적합한 금속/금속 산화물로 코팅된 네트 촉매가 또한 스팀 개질 반응 및 관련된 반응 동안에 사용될 수 있으며, 이는 석유 화학 산업 및 이와 관련된 합성 가스 공정에서 중요하다. 스팀 개질 동안에 귀금속 및/또는 니켈이 활성 물질로서 사용되는 것이 바람직하고, 스팀 및 탄화수소를 함유하는 가스 혼합물이 400 내지 900℃에서 촉매적 네트의 패키지를 통해 유입된다. 생성 가스의 조성은 반응 온도에 따라 좌우되며, 이로써 수소 및 일산화탄소 부분이 온도에 따라 서서히 증가한다. 수성 가스 반응은 철, 크롬, 구리 및 아연의 산화물을 함유하는 네트로 촉매 작용을 받으며, 스팀 개질 단계의 완료 후에 일산화탄소 및 수소간의 비를 조절하는 데 사용된다.
상기 예에서 기술된 바와 같은 용도를 제외하고, 본 발명에 따른 네트는 또한 반응 과정이 신속하고, 대량의 물질 이동(mass transfer)의 제한에 의해 특징되는 이외 많은 중요한 산업 공정에 사용될 수 있다.
본 발명은 연도 가스 정제 및 화학 합성과 같은 촉매적 반응을 이행하기 위한 세라믹 코팅된 네트 구조체의 용도, 및 분무에 의해 변형된 열적 성형 공정을 통해 이러한 촉매적 활성 네트를 제조하는 방법을 포함한다. 상기 변형은 다공 구조 및 세라믹층의 비표면적이 촉매적 활성에 영향을 미친다는 사실에 기초한다. 이러한 변형은 기공의 용적 및 세라믹 층의 비표면적을 증가시키기 위한 두 가지 대안적인 방법으로 이루어지며, 이 두 방법은 개별적으로 사용되거나 조합하여 사용될 수 있다. 어느 한 방법에서, 뚜렷한 기공 구조는 분무 공정 동안에 초기 세라믹 물질중에 기공 형성 연소성 물질을 포함하므로써 형성된다. 기공 구조는 연소성 성분의 연소를 통해 전개되며, 이후 침전 기법을 통해 표면적이 확대될 수 있다. 두번째 방법에서는, 높은 비표면적을 갖는 세라믹 분말이 분무 장치로부터 발생하는 입자 분사로 침착된다. 따라서, 세라믹 층은 비표면적이 큰 입자를 함유할 것이다. 두 방법에서, 활성 물질의 코팅은 함침 기법을 통해 이루어진다.
본 발명의 특징은 하기 다수개의 실시예 및 도면으로 설명될 것이다:
본 발명은 소각 플랜트로부터 발생하는 연도 가스를 정제시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 정제를 이행하기 위한 촉매 장치에 관한 것이다. 본 발명은 일산화탄소와 경탄화수소 및 중탄화수소(light and heavy hydrocarbons)와 관련된 연도 가스의 효율적인 정제 및 세정을 가능하게 한다. 또한, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 이외 다른 화학 반응에도 사용될 수 있다.
특정 타입의 소각 플랜트로부터 나오는 연도 가스는 일산화탄소(CO), 경탄화수소(light hydrocarbons)(VOC) 및 방향족 중탄화수소(PAH)와 같은 건강과 환경에 유해한 위험량의 오염물질을 함유하고 있다. 이러한 오염물질 중에서, PAH 배기 가스는 암을 유발할 수 있기 때문에 가장 심각한 오염물질로 간주된다. 한편, VOC 탄화수소는 광화학 스모그를 형성하고 온실효과를 일으킬 수 있는, 보다 많은 물질을 함유한다. 가장 큰 문제는 고체 연료를 연소시키며, 시스템 솔루션 및 작업 제어가 종종 부적합한 작은 플랜트에서 일어난다. 또한, 이러한 방출물은 연료의 질이 낮거나 다량의 물을 함유하는 경우에 많을 수 있다. 이러한 연료의 예로는 처리 플랜트로부터의 슬러지, 식품 공업 폐기물, 제지 및 펄프 산업으로부터의 폐기물 및 화학 공업으로부터의 물과 유기물질의 혼합물일 수 있다. 이러한 유해 화합물은 연료의 에너지 함량이 너무 낮아 연소 온도가 지나치게 낮아져 완전 연소를 수행할 수없기 때문에 형성된다.
도 1은 촉매의 외형 및 열적으로 형성된 금속 와이어의 단면을 도시한 것이다.
도 2는 개략적인 제조 공정의 블록도이다.
도 3은 사용된 견본 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 유동층 반응기내에서 연도 가스의 정제를 이행하는데 사용된 장치의 단면도이다.
도 5는 기공 형성 중합체 물질의 부피 분율의 함수로서 전체 기공도를 나타낸 도표이다.
도 6은 침착된 세라믹의 중량부의 함수로서 비표면적을 나타낸 도표이다.
도 7은 이미 공지된 타입의 모노라이트 촉매에 대하여 일산화탄소 및 메탄의 전환율을 나타낸 도표이다.
도 8은 네트 와이어 메시가 인치당 8 내지 20 메시로 다양한 경우, 일산화탄소 및 메탄의 전환율을 나타낸 도표이다.
도 9는 네트 수가 1 내지 4인 경우, 일산화탄소 및 메탄의 전환율을 나타낸 도표이다.
도 10은 일산화탄소의 연소 동안에 상이한 온도에서 유량의 함수로서 속도 상수를 나타낸 도표이다.
도 11은 여러 타입의 촉매적 네트를 사용하는 동안의 온도 함수로서 일산화탄소의 연소 동안의 전환율을 나타낸 도표이다.
도 12는 촉매적 네트의 각각 1회 및 4회의 함침에 대한 온도 함수로서 일산화탄소의 연소 동안의 전환율을 나타낸 도표이다.
도 13은 본 발명에 따른 장치의 구체예를 개략적으로 도시한 투시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 구체예를 개략적으로 도시한 투시도이다.
도 15는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 구체예를 개략적으로 도시한 투시도이다.
실시예 1: 분무 물질중 기공 형성 연소성 성분을 이용하므로써 기공 부피 증가
실시예 2: 분무 장치로부터 유래한 입자 분사로 세라믹 분말을 침착시키므로써 비표면적 증가
실시예 3: 모노라이트 촉매에서 CO 및 메탄의 연소; 참조예
실시예 4: CO 및 메탄의 연소 동안 네트 와이어 메시의 영향
실시예 5: CO 및 메탄의 연소 동안 네트 수의 영향
실시예 6: CO 및 메탄의 연소 동안 흐름 부하의 영향
실시예 7: CO의 연소 동안 표면 확대를 위한 여러 방법의 비교
실시예 8: CO 연소 동안 활성 물질 코팅도의 영향
실시예 9: 유동층내 바이오연료(biofuel)의 소규모 연소로부터의 연도 가스의 정제
이론적인 사항 및 실제 실험으로 세라믹 층은 확실히 거대기공도와 큰 비표면적을 가져야 하는 것으로 입증되었다. 이러한 목적은 촉매가 상기 설명에 따라 제조되는 경우에 달성된다. 세라믹 층의 두께는 어떤 곳은 0.1 내지 0.8mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.5mm이어야 한다. 네트의 와이어 메시 또한 촉매 효능에 중요한 역할을 한다. 증가된 와이어 메시는 정제도를 증가시키지만 압력 강하를 증가시키고, 연도 가스가 입자와 혼합되는 경우에 고빙(gobbing) 또는 클러깅(clogging)에 대한 위험성을 증가시킨다. 이러한 조사는 와이어 메시가 cm당 1.6 내지 9.5 메시(인치당 4 내지 24 메시, 테일러(Talyer) 메시 등급), 바람직하게는 cm당 3.1-6.3 메시(인치당 8 내지 18 메시)이어야 함을 나타낸다. 또한, 정제도 또는 세정도는 또한 순차적으로 배치된 네트의 수에 의해 영향을 받는다. 시험에서, 네트의 수는 연속적으로 배치된 네트로 1 내지 10, 바람직하게는 3 내지 7이어야 하는 것으로 나타났다. 또한, 흐름 부하는 증가된 유속이 가스와 촉매 간의 접촉 시간을 감소시킬 것이기 때문에 정제도에 중요한 영향을 미친다. 높은 정제도를 위해, 연소 반응은 거의 완전히 물질 이동을 제한하여, 흐름 효과를 약간 더 약하게 한다. 이러한 물질 이동 제한 영역에 있어서, 증가된 유속은 가스와 촉매 간의 접촉 시간을 감소되도록 할 것이고, 동시에 물질 이동 계수는 상승된 난류로 인해 증가할 것이다. 계산 및 실제 실험에서 흐름 방향으로 네트 구조체의 제곱 미터당 계산된 흐름 부하는 100 내지 1000㎥/h, ㎡(NTP), 바람직하게는 100 내지 600 ㎥/h, ㎡(NTP)이어야 하는 것으로 입증되었다.
도 1에서, 세 개의 촉매적 네트(15)는 직사각형의 네트 홀더(16)에 배치된다. 이 도면은 네트를 확대하여 도시하고 있다. 또한, 네트의 확대된 와이어(17)의단면도를 도시하고 있다. 상기 와이어에는 다공성 세라믹 물질층(18)이 구비된다. 이 층(18)은 본 발명의 구체예에 따라 열적 분무에 의해 형성된다.
도 2는 촉매를 제조하기 위한 3 단계를 도시한 개략적인 블록도이다. 제 1 단계(a)에서 네트 구조체는 변형된 열적 분무 공정에 의해 세라믹 물질로 코팅된다. 제 2 단계(b)에서, 다공성 세라믹 물질의 표면적이 분무에 의해 형성된 층의 기공에 세라믹 물질을 침착시키므로써 확대된다. 침착은 예를 들어 졸/겔 기법 또는 원위치(in situ) 침전 절차를 사용하여 수행될 수 있다. 최종적으로, 단계(c)에서, 표면 확대된 세라믹 층은 종래의 침전 절차를 통해 활성물질로 코팅된다.
촉매적 활성에 관한 시험은 특별히 구성된 반응기(10)에서 수행되었다(도 3 참조). 이 반응기는 광범위하게 다양한 연소 또는 소각 플랜트에서의 조건의 시뮬레이션을 허용한다. 질소, 산소, 이산화탄소를 함유하는 적합한 가스 혼합물이 가스 유입구(11)에 유입된다. 물은 유입구(12)를 통해 공급되고, 액체 상태로 비례적으로 공급되며, 반응기내에서 증발된다. 형성된 가스와 증기의 혼합물은 이후 가열 영역(13)을 통과하는 데, 이 때 가스 혼합물의 온도는 20 내지 700℃에서 다양할 수 있다. 가열 영역을 통과한 후, 상이한 오염 가스가 분배 파이프(14)를 통해 가스 스트림에 공급될 수 있다. 이후, 형성된 가스 혼합물은 유입되어 촉매적 네트(15)에 접촉한 후, 샘플링 튜브(sampling tube)(22)에 구비된 연도 가스 파이프(19)를 통해 빠져나간다. 온도가 제 1 열전쌍(23)을 갖는 가열 영역, 제 2 열전쌍(24)을 갖는 촉매 층 및 층 다음의 위치에서 측정된다. 또한, 다양한 고체 연료를 열분해하고 가스 스트림에 열분해 가스를 공급할 수 있다. 이러한 경우에 고체물질은 열분해 용기(20)에 배치되고, 특별한 형태로 가열된다. 이에 따라 형성된 열분해 가스는 불안정한 거대 분자의 파괴/연소를 피하도록 별도의 파이프내 가열 영역을 통해 이송된다. 열분해는 상이한 분위기, 즉, 환원, 중성 또는 산화 분위기에서 발생할 수 있다. 일산화탄소와 메탄의 연소 동안의 활성은 하기에 있는 구체예의 표준화된 연소 시험에서 관찰된다. 일산화탄소는 본원에서 연소가 용이하게 수행되는 불순물이지만, 메탄은 고유 안정성으로 인해 촉매적으로 연소시키기 가장 어려운 불순물중 하나인 것으로 여겨진다.
비표면적과 관련된 측정은 BET법에 따라 수행하였다(일점 측정(one-point measurement), MicroMeritics FlowSorb II). 전체 기공 부피는 침투 액체를 사용하여 측정하였다.
유동층내 바이오연료의 연소로부터 연도 가스의 정제에 대한 시험은 전력 등급 20 내지 40kW의 파일롯트(pilot) 장치에서 수행하였다(도 4 참조). 연도 가스는 유동층(25)으로부터 화살표 방향 A로 반응기를 통해 유입된다. 반응기에는 촉매적 네트를 갖는 네트 홀더(16)가 구비된다. 연도 가스 조성은 촉매 유니트 전후에서 분석한다.
실시예 1
본 실시예에서, 스틸 와이어 네트를 알루미나 분말(55g/분의 분말 공급율)로 불꽃 분무(산소-아세틸렌 불꽃)에 의해 세라믹층으로 코팅하였다. 기공 형성 성분 첨가 효과를 연구하기 위해, 연소성 아미드 수지를 아미드 수지와 알루미나 분말의 혼합물의 총부피를 기준으로 하여 0 내지 30 부피%로 알루미나 분말에 공급하였다.35부피%를 초과하여 첨가하는 경우에는 기판 표면과 분무-형성된 층 간의 접착이 불충분하였다. 도 5에는 기공 형성 물질의 양의 함수로서 전체 기공 부피가 도표로 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 전체 기공 부피(침투 액체를 사용하여 측정)는 측정 중의 기공 형성 물질의 양에 대해 실질적으로 선형의 형태로 증가한다. 이 시험은 기공 형성 첨가제를 사용하므로써 열적으로 분무-형성된 층의 기공도가 증가할 수 있음을 보여준다.
실시예 2
본 실시예에서, 불꽃 분무(산소-아세틸렌 불꽃)는 알루미나 분말(55g/분의 분말 공급율)로 수행하였다. 높은 비표면적을 갖는 알루미나(ProCatalyseⓒ, Spheraliteⓒ509D, 비표면적 326 ㎡/g, 입자 크기 50 내지 60 미크론)를 기판 표면 앞부분에 똑바로 입자 분사로 침착시켰다. 이로써, 높은 비표면적을 갖는 세라믹 입자가 분무-형성된 층에 혼입되고, 세라믹층에 비표면적이 증가되었다. 도 6은 침착된 세라믹 물질의 양이 0 내지 40중량%로 다양한 경우의 도표를 도시한 것이다. 도면에서 분명히 나타나는 바와 같이, 비표면적(면적계로 측정, MicroMereticsⓒ)은 침착된 세라믹 물질의 중량에 대해 선형으로 증가한다. 침착된 물질의 중량이 40%인 경우에, 세라믹 층의 비표면적은 16㎡/g이고, 이는 관련된 적용분야에 충분한 것이다. 이 시험은 분무 동안에 입자 분사로 비표면적이 큰 세라믹 분말을 침착시키므로써 분무-형성된 층의 비표면적을 증가시킬 수 있음을 보여준다.
실시예 3
본 발명의 효과를 평가하기 위해, 연소 시험을 촉매적 모노라이트로 수행하였다. 모노라이트를 촉매적 네트가 정상적으로 발견되는 위치에 있는 시험 장치내 배치하였다. 모노라이트의 직경은 초기에 150mm였으나, 장치내 장착하기 위해 직경이 100mm인 원통으로 잘라내었다. 원래 모노라이트는 전력이 10 내지 20kW인 우드 스토브(wood stove)로부터 연도 가스를 정제하기 위해 고안되었다. 공기중 2500ppm의 일산화탄소와 메탄의 가스 혼합물을 40ℓ/분의 유속으로 모노라이트를 통과하여 유입시켰다. 온도를 점증적으로 120℃에서 550℃로 올렸다. 도 7에 나타난 바와 같이 일산화탄소의 전환율은 120℃에서 10% 미만에서, 약 300℃에서 95%를 초과하여 증가하는 것으로 나타났다. 전환율 도표는 또한 연소 반응이 약 200℃를 초과하는 온도에서 물질 이동이 제한됨을 보여준다. 한편, 메탄은 실질적으로 일산화탄소보다 높은 연소 온도를 필요로 하였다. 전환율은 300℃에서 약 2%에서 500℃를 초과하는 온도에서 90%를 초과하게 증가하였다. 일산화탄소 연소의 경우와 유사하게 연소 반응은 고온(약 400℃를 초과하는 온도의 경우)에서는 물질 이동이 제한되었다. 모노라이트의 단면적이 이 시험 동안에 2배 감소되지만, 사실상 시험 장치에 사용된 유량에 대해서는 크기가 여전히 상당히 크다. 실제 적용에 있어서, 상기 크기의 모노라이트를 통과하는 가스 유속은 75 내지 150ℓ/분이며, 이는 촉매내 체류 시간이 2 내지 4배 감소됨을 의미한다. 촉매적 활성 네트의 하기 시험에서는 이러한 사실을 고려하는 것은 중요하다.
실시예 4
이러한 일련의 시험에서 여러가지 와이어 메시로 된 다수의 네트를 불꽃 분무를 사용하여 세라믹 물질(산화이트륨으로 안정화된 지르코니아)로 코팅하였다. 이 시험에는 각각 cm당 1.6, 3.1, 6.3 및 9.5 메시(인치당 각각 8, 12, 16 및 20 메시)를 갖는 네트를 포함한다. 하기 표 1은 네트와 관련된 데이타를 설명하고 있다.
상기 표로부터 알 수 있드시, 세라믹 층의 두께는 반응속도에 의해 정의된 영역에서 얻어진 전환율에 대해 다양하며, 영향을 미친다. 물질 이동 제한 영역에서, 세라믹 층의 두께(촉매량)은 중요하지 않다. 세라믹 층의 비표면적은 낮으며 단지 1.3㎡/g에 이른다. 따라서 이 경우에는 상대적으로 낮은 촉매적 활성이 예상된다. 상기 네트를 0.75몰/ℓ의 PD와 0.25몰/ℓ의 Pt를 함유하는 용액에 함침시켰다. 함침 후, 네트를 150℃에서 1시간 동안 건조시키고 800℃(수소 가스중에서)에서 3시간 동안 환원시켰다. 연소 시험 동안에 두개의 네트를 촉매 홀더에 연속적으로 배치하고, 2500ppm의 일산화탄소와 메탄을 함유하는 공기를 40ℓ/분의 유속으로 홀더에 유입하였다. 온도를 120 내지 600℃로 다양하게 하였다. 도 8에 따라 일산화탄소 전환율의 실질적인 증가는 모든 네트에 대해 150 내지 200℃의 온도에서 발생한다. cm당 3.1 및 4.7 메시(인치당 8 내지 12 메시)의 경우에, 물질 이동 제한영역은 200℃를 약간 초과하게 되는 반면, cm당 6.3메시(인치당 16메시)를 갖는 네트는 250℃에서 물질 이동 제한 영역에 접근하게 된다. 최고 밀도 네트, cm당 7.9메시(인치당 20 메시)는 반응속도 영역에서 여전히 250℃이며, 이것은 상기 전환율이 매우 온도 의존적인 것으로부터 자명한 것이다. 촉매는 낮은 활성을 가지며, 이는 메탄에 대한 전환율 곡선에 관련하여 볼 때 매우 자명하다. 상기 전환율은 모든 네트에 대해 400 내지 600℃에서 약간만 완만하게 증가한다. 일산화탄소의 경우와 유사하게 증가되는 와이어 메시는 또한 전환율을 증가시킨다. 이러한 일련의 시험은 증가한 네트 와이어 메시가 물질 이동 제한 영역에서 전환율을 증가시킴을 보여준다. 따라서, 이러한 이유로 증가된 네트 와이어 메시는 가스와 촉매간에 보다 큰 접촉 표면을 제공하므로써 물질 이동에 유리하게 된다.
실시예 5
본 실시예는 실시예 4와 유사한 방법으로 수행되나, 네트 와이어 메시를 변화시키는 대신에 네트의 수를 변화시킨 것이 다르다. 네트 수의 영향은 시험 장치내 연속적으로 인치당 와이어 메시가 cm당 6.3 메시(인치당 16 메시)인 네트를 1 내지 4개를 배치시키므로써 조사하였다. 연소 시험은 실시예 4와 동일한 방법으로 수행하였다. 시험 결과가 도 9에 나타난다. 전환율이 연속적으로 배치된 네트의 수에 매우 의존적인 것이 분명하다. 네트의 수가 1 에서 4로 증가한 경우, 일산화탄소의 전환율은 물질 이동 제한 영역에서 60에서 90%를 초과하여 증가하였다. 이와 상응하게, 메탄의 전환율은 네트의 수가 1에서 4로 증가되는 경우에 600℃에서 30%에서 약 60%로 증가한다. 이 시험은 다수의 촉매적 활성 네트를 연속적으로 배치시키므로써 정제도를 상당히 증가시킬 수 있음을 보여준다.
실시예 6
본 실시예에서, 흐름 부하를 일산화탄소와 메탄의 연소 동안에 다수의 상이한 온도에서 변화시켰다. 이 시험은 네트 와이어 메시가 cm당 6.3 메시(인치당 16 메시)인 실시예 5에 따르는 두개의 촉매적 활성 네트를 사용하였다. 반응 속도(몰/초)를 전체적인 전환 결과로 계산하고, 이 때 반응 속도는 흐름 부하에 대해 조정하였다. 도 10에서 반응 속도는 일산화탄소의 연소 동안 유량에 대해 조정하였다. 반응이 완전히 반응 속도에 의해 조절되는 경우, 반응 속도는 흐름 부하에 의존적이다. 한편, 물질 이동에 의해 완전히 제한되는 영역에서는 반응 속도와 흐름 부하간은 의존적이다. 일산화탄소의 연소는 두개의 낮은 온도에서 반응 속도론적으로 조절되지만 물질 이동은 최고 온도에서 반응속도론적으로 조절된다는 것이 도 8에 도시된다. 메탄 연소의 경우, 400 내지 600℃의 모든 온도에서 이와 상응하는 방법으로 반응속도에 의해 조절된다. 본 실시예는 전환율(특히 메탄의 전환율)이 촉매적 활성이 증가될 수 있는 경우에 상당히 증가될 수 있음을 보여준다. 하기 실시예에서는 다양한 방법이 이러한 활성 증가를 수행하기 위해 기술된다.
실시예 7
본 실시예에서, 인치당 와이어 메시가 cm당 6.3 메시(인치당 16 메시)인 스틸 와이어 네트를 0.2mm 두께의 알루미나 층으로 코팅하였다. 불꽃 분무 절차를 위해 혼합비가 80:20 부피%인 알루미나 분말과 폴리아미드의 혼합물을 사용하였다. 공기중 800℃에서 폴리아미드의 연소를 통해 분무-형성된 층내 뚜렷한 거대기공도가 되도록 전개하였다. 세라믹 층의 전체 기공 분율은 약 30부피%에 이른다. 출발시에 상기 세라믹 코팅된 네트를 사용하여, 하기 절차에 따라 촉매적 활성 네트를 제조하였다:
1) 팔라듐 용액을 사용하여 네트를 직접 함침시킴.
2) 팔라듐 용액을 사용하여 네트를 함침시킴. 함침 전에, 네트에 스페럴라이트ⓒ(Speraliteⓒ) 531P3(ProCatalyseⓒ, 115㎡/g의 비표면적, 8 내지 12 미크론의 입자 크기, 2 중량%의 La2O3/Al2O3상의 Nd2O3)의 와시 코트(20 미크론 두께)가 슬립 주입 공정을 통해 제공된다.
3) 팔라듐 용액을 사용하여 네트를 함침시킴. 함침 전에, 네트에 알루미나-졸 용액(Nyacol Colloidalⓒsol, 20중량%의 Al2O3, 입자 크기 50nm)을 사용하여 세라믹 층을 반복 처리하므로써 표면적 확대 물질이 제공된다.
4) 팔라듐 용액을 사용하여 네트를 함침시킴. 함침 전에, 네트에 원위치 공정(다공 구조가 알루미늄 이온으로 포화되어 알칼리성이 된다. 수산화알루미늄이 침전되고 하소를 통해 γ-알루미나로 전환된다)에 의해 알루미나를 침전시키므로써 표면적 확대층이 구비된다.
모든 네트를 1몰/ℓ의 용해된 팔라듐 용액으로 포화시켰다. 함침시, 환원반응이 3시간 동안 수소 가스 중에서 800℃에서 일어나고, 산화 반응이 3시간 동안 공기 중에서 800℃에서 일어났다. 시험 동안에 연속적으로 배치된 각각의 타입(1-4)의 두 개의 동일한 네트를 사용하였다. 시험 동안에 흐름 부하는 상기 경우에 900㎥/h, ㎡이며, 이것은 실시예 4와 5보다 2.5배 높았다. 도 11에는 활성도 측정 결과가 나타난다. 도 11로부터 표면적 확대가 활성도를 상당량 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 본 실시예는 표면적 확대를 통해 다공성 세라믹 네트 구조체내 활성을 증가시키는 방법과 상대적으로 용이한 형태 및 많은 상이한 방법으로 이와 같이 하는 방법을 보여준다.
실시예 8
본 실시예에서, 실시예 7에 따라 절차 3)을 상이한 함량의 활성 물질로 코팅하였다. 이러한 코팅은 용해된 형태로 1몰/ℓ의 팔라듐 용액으로 층의 기공 구조를 반복적으로 함침시키므로써 이루어졌다. 도 12에서, 전환율 도표는 각각 1회 및 4회 함침된 촉매적 네트에 대해서 플롯팅한 것이다. 이 도면에서 분명히 알 수 있드시, 촉매적 활성 물질량의 증가는 반응속도 억제 영역에서 강한 활성 증가를 유발시켰다. 양호한 저온 활성은 저온 적용 분야에 바람직한 촉매에 부여된다. 물질 이동 제한 영역에서 코팅도의 중요성은 단지 한계적이며, 이는 고온 적용에서 활성 물질의 촉매 함량을 제한할 수 있음을 의미한다. 본 실시예는 또한 촉매내 활성 물질의 함량을 증가시키므로써 촉매 활성을 증가시켜 반응속도 억제 영역에서 보다 유리한 효과를 유도할 수 있는 방법을 보여준다.
실시예 9
본 실시예에서 세개의 촉매적 활성 네트를 상기 설명에 따라 유동층 반응기의 자유로운 판 공간에 연속적으로 배치하였다. 상기 공간에서의 온도는 일반적으로 높기 때문에 촉매적 정제 공정은 물질 이동이 중요하게 되었다. 이것은 본 실시예가 실시예 7에 따르는 절차 2)로 가장 단순한 촉매 디자인으로 수행되기 때문이다. 따라서, 촉매적 활성 네트는 표면적 확대 없이 직접 함침된 세라믹 층을 포함하였다. 상기 네트는 200mm의 직경을 가지며, 이는 흐름 부하가 상기 주요 공정 조건 하에서 1000㎥/h, ㎡(NTP)에 도달함을 의미한다. 가스 출구를, 연도 가스를 방출시킬 수 있도록 촉매적으로 코팅된 네트 전후 모두에 배치하였다. 시험 동안, 바이오매스(biomass)는 층 온도가 약 700℃(150%의 초과 공기)에 이르는 촉매적 유동층에서 연소가 이루어졌다. 촉매적 활성 네트에서의 온도는 시험 동안에 서서히 상승하고, 작동 온도는 약 20분 후에 500 내지 700℃에 달하였다. 촉매적 네트 앞의 일산화탄소의 연도 가스 평균 함량은 고정 상태로 측정된 경우에 약 1500ppm에 이르렀다. 촉매적 네트 다음의 위치에서 상기 상응값은 270ppm이었다. 흐름 부하가 비교적 높았지만, 촉매가 상당히 불활성이고, 연속되는 네트의 수가 적고, 일산화탄소에 대해 80%를 초과하는 정제도가 달성되었다. 보완적 계산에서는 연속적인 촉매적 활성 네트를 기초로 하여 정확하게 측정된 촉매가 사용되는 경우에 정제도가 95%를 초과할 수도 있음을 보여준다.
도 13 내지 15는 본 발명에 따른 장치의 약간 상이한 실제 형태를 도시한 것이다. 도 13에서, 촉매는 연속적으로 배열된 수 개의 직사각형 네트(15)를 포함한다. 이 형태에서 주어진 화학 반응을 수행하게 되는 가스의 흐름은 네트(15)를 통해 유도된다. 다른 형태에서, 상기 흐름은 네트를 따라서 유도된다. 네트(15)는 완전히 평평하거나, 여러 방법으로 주름잡힐 수 있다. 네트의 수와 형태는 다른 무엇보다도 일어나는 화학 반응, 바람직한 수율 및 촉매에 대해 이용할 수 있는 공간에 따라 선택된다.
도 14에서, 수 개의 네트(15)는 동심 원통형으로 디자인되며, 흐름은 원통 외피면을 따라 유도된다.
도 15에 따른 형태에서, 촉매는 원통형 네트(15)를 포함한다. 네트로 이루어진 원통은 개방 단부와 폐쇄 단부를 갖는다. 흐름은 개방 단부를 통과하여 원통 외피면을 통해 방사상으로 흘러나간다.
미도시된 또 다른 형태에서, 촉매는 합치되는 네트를 포함한다. 네트의 구조적 어셈블리가 또 다른 기하학적 입체 구조를 형성한다. 또한, 또 다른 인자가 구조 선택에 영향을 미칠 수 있다.
Claims (28)
- 담체 기판을 네트로서 형성시켜 화학 반응용 촉매를 제조하는 방법으로서, 네트를 거대 기공의 다공 구조를 갖는 다공성 세라믹 층으로 열적 분무 공정을 통해 코팅시키는 단계, 거대 기공에 비표면적이 큰 물질을 침착시켜 세라믹 충의 표면적을 확대시키는 단계 및 촉매적 활성 물질을 표면적이 확대된 세라믹 층에 도포시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 열적 분무 공정이 불꽃 분무, 공기 플라즈마 분무, 고속 분무, 폭발(detonation) 분무, 코로나 브러싱, 보호 기체 플라즈마 분무, 진공 플라즈마 분무, 화학 증착법(CVD) 또는 표면 코팅용 레이저 이용법으로 이루어진 군으로부터의 하나 또는 수개의 방법을 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 세라믹 물질로서 알루미나, 지르코니아, 이산화티탄, 실리카, 텅스텐 탄화물, 규소 질화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군중 어느 한 물질이 사용됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 연소성 기공 형성 물질을 분무 공정에 사용되는 초기 세라믹 물질에 첨가하고, 제 2 단계에서 이 물질을 연소시켜 윤곽이 뚜렷한 기공 구조를 형성시킴을 특징으로 하는 방법.
- 제 4 항에 있어서, 연소성 기공 형성 물질로서 부피 분율이 0 내지 40%인 폴리아미드를 사용함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 비표면적이 큰 다공성 세라믹 분말을 분무 공정 동안에 기판 표면에 인접하여 입자 분사로 침착시키고, 비표면적이 큰 세라믹 입자를 분무 공정에 의해 형성된 구조체에 부착시킴을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 비표면적이 큰 다공성 세라믹 분말이 알루미나, 실리카, 이산화티탄, 지르코니아, 알루미늄-티탄, 규소 탄화물 또는 이들의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 비표면적이 큰 세라믹 물질을 화학적 습식 공정에 의해 분무-형성된 층의 기공 구조에 침전시킴을 특징으로 하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 화학적 습식 공정이 졸 용액을 사용하여 처리하거나 세라믹 물질을 침전시키기 위한 원위치(in-situ) 공정을 포함하고, 이때 건조 및 소성 과정이 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 비표면적이 큰 세라믹 물질이 알루미나, 실라카, 이산화티탄, 지르코니아, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있음을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 표면적이 확대된 세라믹 층이 함침 공정에 의해 귀금속, 금속 산화물 또는 이들의 혼합물인 활성물질로 코팅됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서, 세라믹 층이 분무에 의해 0.1 내지 0.8mm의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 방법.
- 담체 기판, 및 네트로서 설계된 담체 기판상에 촉매적으로 도포된 활성 물질을 포함하는 화학 반응용 촉매로서, 네트가 거대 기공의 다공 구조를 갖는 세라믹층으로 열적 분무 공정을 통해 코팅되고, 비표면적이 큰 세라믹 물질이 거대 기공에 침착되고, 촉매적 활성 물질이 표면적이 확대된 세라믹 층상에 도포되므로써 귀금속, 금속 산화물 또는 이들의 화합물이 활성 물질로서 사용됨을 특징으로 하는 촉매.
- 제 13항에 있어서, 네트가 금속 와이어(17)로 제조되며, 테일러(Tayler) 등급에 따라 인치당 4 내지 24 메시에 해당하는 와이어 메시 및 와이어 직경을 가짐을 특징으로 하는 촉매.
- 제 13 항 또는 제 14항에 있어서, 다수개의 촉매적 활성 네트가 연속적으로배열됨을 특징으로 하는 촉매.
- 제 13 항 또는 제 14항에 있어서, 촉매적 활성 네트들이 한 평면내에 펼쳐짐을 특징으로 하는 촉매.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 촉매적 활성 네트들이 동심 원통으로 디자인됨을 특징으로 하는 촉매.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 촉매적 활성 네트들이 주름짐을 특징으로 하는 촉매.
- 일산화탄소 및 탄화수소를 포함하는 가스를, 귀금속을 활성 물질로서 사용하는 촉매와 접촉시키므로써 정화시킴을 특징으로 하는, 제 13항 또는 제 14 항에 따른 촉매를 사용하는 화학 반응 관련 방법.
- 제 19 항에 있어서, 촉매에서 화학 반응을 겪는 가스가 네트 또는 다수개의 네트를 통과함을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 촉매에서 화학 반응을 겪는 가스가 네트 또는 다수개의 네트를 스쳐 지나감을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 가스상 연료가 활성물질로서 팔라듐이 사용된 촉매와 접촉한 후 에너지 생성에 사용됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 가스가 산화제와 함께 촉매와 접촉하게 됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 일산화탄소 및 탄화수소를 포함하는 가스가 용매 잔류물 함유 통풍 공기이고, 이것이 귀금속 중 하나가 활성물질로 사용된 촉매와 접촉하여 용매 방출물이 촉매적으로 세정됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 발향성 물질을 포함하는 가스 혼합물이 촉매와 접촉함을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 일산화탄소 및 탄화수소를 포함하는 가스가 촉매와 접촉함을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 암모늄과 공기의 혼합물이 촉매와 접촉하여 일산화질소가 생성되고, 일산화질소가 산화되고, 물에 용해되어 질산을 생성함을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 흐름 부하가 100 내지 1000㎥/h, ㎡(NTP)임을 특징으로 하는 방법.
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