KR100595844B1 - a Clearance Method of nitrogen oxide using an urea - water solution as a reducer - Google Patents

a Clearance Method of nitrogen oxide using an urea - water solution as a reducer Download PDF

Info

Publication number
KR100595844B1
KR100595844B1 KR1020040034171A KR20040034171A KR100595844B1 KR 100595844 B1 KR100595844 B1 KR 100595844B1 KR 1020040034171 A KR1020040034171 A KR 1020040034171A KR 20040034171 A KR20040034171 A KR 20040034171A KR 100595844 B1 KR100595844 B1 KR 100595844B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
urea
ammonia
urea solution
pyrolysis
nitrogen oxide
Prior art date
Application number
KR1020040034171A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20050109332A (en
Inventor
김태인
함성원
Original Assignee
블루버드환경 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 블루버드환경 주식회사 filed Critical 블루버드환경 주식회사
Priority to KR1020040034171A priority Critical patent/KR100595844B1/en
Publication of KR20050109332A publication Critical patent/KR20050109332A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100595844B1 publication Critical patent/KR100595844B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8621Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625Nitrogen oxides
    • B01D53/8628Processes characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/206Ammonium compounds
    • B01D2251/2067Urea
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/50Zeolites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/40Nitrogen compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 발명은 요소로부터 암모니아를 생성시키고 이를 SCR 공정에 공급해 요소를 환원제로 하여 질소산화물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는 요소수용액을 열분해 반응로에 주입하여 요소를 1차적으로 암모니아와 이소시안산으로 분해시키고 이들이 포함된 열분해가스를 질소산화물이 포함된 배기가스에 주입하여 혼합한다. 배기가스와 혼합된 열분해가스 중 이소시안산은 촉매상에서 수화되어 추가로 암모니아로 전환되고 이것이 열분해에 의해 생성된 암모니아와 함께 환원제로 작용을 하여 SCR 촉매상에서 질소산화물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 따라서 요소를 사용하지만 암모니아를 사용하였을 때와 동일한 질소산화물 제거 성능을 얻게 되는 동시에 취급이 용이하고 안전한 요소를 사용하기 때문에 유해한 암모니아 사용에 따른 수송, 저장 및 취급 등의 안전문제를 해결할 수 있는 방법을 제공한다.       The present invention relates to a method for producing ammonia from urea and feeding it to an SCR process to remove nitrogen oxides using urea as a reducing agent. More specifically, the urea aqueous solution is injected into a pyrolysis reactor to decompose urea into ammonia and isocyanic acid, and the pyrolysis gas containing these is injected into an exhaust gas containing nitrogen oxide and mixed. Isocyanic acid in the pyrolysis gas mixed with the exhaust gas is hydrated on the catalyst and further converted to ammonia, which acts as a reducing agent with the ammonia produced by the pyrolysis to remove nitrogen oxides on the SCR catalyst. Therefore, because it uses urea but obtains the same nitrogen oxide removal performance as when using ammonia and uses easy and safe urea, it is possible to solve the safety problems such as transportation, storage and handling due to the use of harmful ammonia. to provide.

Description

요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거 방법 { a Clearance Method of nitrogen oxide using an urea - water solution as a reducer }{A Clearance Method of nitrogen oxide using an urea-water solution as a reducer}

도 1은 요소수용액과 암모니아를 환원제로 하였을 때 질소산화물 제거 효율을 도시한 그래프이다.1 is a graph showing the removal efficiency of nitrogen oxide when using a urea solution and ammonia as a reducing agent.

본 발명은 암모니아가 필요한 산업 공정에서 암모니아를 직접 사용하는 대신에 요소수용액을 사용하는 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 배기가스에 함유된 질소산화물을 제거하기 위한 선택적환원(Selective Catalytic Redution, 이하 'SCR'이라 함)공정, 선택적비촉매환원(Selective Non-Catalytic Reduction, 이하 'SNCR'이라 함)공정 및 전기집진기에서 비저항이 낮은 먼지의 제거 효율을 향상시키기 위한 먼지의 비저항 조절제로 필요한 암모니아를 공급하는 공정에 적용되는 것으로, 악취, 폭발성, 유해성 등으로 수송, 저장, 및 취급이 용이하지 않은 암모니아를 직접 사용하는 대신 요소의 열분해단계와, 촉매수화반응단계를 통해 암모니아를 생산하여 공급함으로써 상기한 암모니아 사용에 따른 문제점 을 해결하고 암모니아를 사용하였을 때와 동일한 효과를 보는 것이 가능한 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of using urea aqueous solution instead of using ammonia directly in an industrial process that requires ammonia, and more specifically, to selectively remove nitrogen oxides contained in exhaust gas (Selective Catalytic Redution, Ammonia is required as a dust resistivity regulator to improve the removal efficiency of dust with low resistivity in processes such as 'SCR'), Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR) and electrostatic precipitators It is applied to the process of supplying ammonia, and instead of directly using ammonia, which is not easy to transport, store and handle due to odor, explosiveness, harmfulness, etc. Solve the problems caused by the use of ammonia, the same as when using ammonia It relates to the elements and viewing the aqueous solution to a method for removing NOx with a reducing agent.

질소산화물은 발전소, 각종 산업용 보일러, 자동차 등의 연소시스템에서 생성되고 대기 중으로 배출되어 광화학스모그 및 산성비를 유발시키는 대표적인 대기오염물질이다. 질소산화물을 제거하는 기술 중 현재 가장 널리 상업화된 기술은 암모니아를 환원제로 하여 촉매상에서 질소산화물을 무해한 물과 질소로 환원시켜 제거하는 SCR 기술이다. 그러나 환원제인 암모니아는 폭발성, 악취 등으로 인하여 수송, 저장 및 취급이 용이하지 않을뿐더러 질소산화물 제거공정에서 대기로 배출될 경우 또 다른 대기오염물질이 배출되는 것이기 때문에 비록 SCR 공정에서 암모니아가 우수한 성능으로 인해 널리 사용되고 있지만 최근에는 상대적으로 취급이 용이한 환원제의 사용이 적극 검토되고 있는 실정이다. 암모니아를 대체할 수 있는 환원제로는 다양한 탄화수소가 제안되고 있으나 탄화수소를 환원제로 사용하는 경우가 암모니아를 환원제로 사용하는 경우와 비교하여 질소산화물 제거 활성에서 아직 크게 미흡하고 특히, 처리하고자 하는 배기가스에 수분이 존재할 경우 촉매의 활성이 크게 낮아지는 단점이 있다. 따라서 암모니아를 대체할 환원제로 분해되어서 암모니아를 생성시키는 요소를 사용하는 방법이 다양하게 시도되고 있다.Nitrogen oxide is a representative air pollutant that is generated in combustion systems such as power plants, various industrial boilers, automobiles, and discharged into the atmosphere, causing photochemical smog and acid rain. Currently, the most widely commercialized technology for removing nitrogen oxides is SCR technology which reduces nitrogen oxides to harmless water and nitrogen on a catalyst by using ammonia as a reducing agent. However, ammonia, which is a reducing agent, is not easy to transport, store and handle due to explosiveness, odors, etc., and another air pollutant is emitted when it is discharged to the atmosphere in the nitrogen oxide removal process. Due to its widespread use, the use of a reducing agent, which is relatively easy to handle, has recently been actively studied. Various hydrocarbons have been proposed as substitutes for ammonia, but the use of hydrocarbons as a reducing agent is still far less effective in removing nitrogen oxides than the use of ammonia as a reducing agent. If moisture is present, there is a disadvantage in that the activity of the catalyst is significantly lowered. Therefore, various methods have been attempted to use urea that is decomposed into a reducing agent to replace ammonia to produce ammonia.

존스(Jones)는 미국 특허 제5,281,403호(1994)과 제5,827,490호(1998)에서 촉매를 사용하여 요소수용액을 암모니아로 전환하는 방법을 제시하고 있는데 요소수용액을 최소한 300psig의 고압 하에서 350~650℉ 로 가열한 후 수용액 상태의 요소수화물을 암모니아로 전환시키는 것을 골자로 하고 있다. 요소수용액을 고압에서 가열하면 다음과 같은 반응에 의해 요소의 수화물인 암모늄카바메이트(NH3CO2NH3)로 전환되고 이때 암모늄카바메이트의 생성은 촉매에 의해 촉진된다. 이어서 암모늄카바메이트는 SCR 이나 SNCR 공정의 전단에 공급되어 배가스의 고온에 의해 열분해되어 총괄적으로는 다음과 같이 2단계의 반응에 의해 1몰의 요소가 2몰의 암모니아로 전환된다고 설명하고 있다.Jones, in US Pat. Nos. 5,281,403 (1994) and 5,827,490 (1998), describes a method for converting urea solution to ammonia using a catalyst. The urea solution is reduced to 350 to 650 ° F under high pressure of at least 300 psig. After heating, the conversion of the urea hydrate in the aqueous state to ammonia is made. When the urea solution is heated at high pressure, it is converted into ammonium carbamate (NH 3 CO 2 NH 3 ), which is a hydrate of urea, by the following reaction, whereby the production of ammonium carbamate is promoted by a catalyst. Ammonium carbamate is then fed to the front end of the SCR or SNCR process and pyrolyzed by the high temperature of the flue-gas, which collectively explains that one mole of urea is converted to two moles of ammonia by a two-step reaction as follows.

NH2CONH₂+ H2O --> NH3CO2NH3 --> 2NH3 + CO2 NH 2 CONH₂ + H 2 O-> NH 3 CO 2 NH 3- > 2NH 3 + CO 2

이때 촉매를 사용하지 않을 경우 암모늄카바메이트의 생성속도가 느릴 뿐만 아니라 고온에서 분해가 일어날 경우 바람직하지 않은 생성물인 아산화질소와 일산화탄소의 생성량이 증가하고 이에 따라 이를 SCR이나 SNCR 공정에 주입할 경우 질소산화물의 제거율도 감소한다고 설명하고 있다. 그러나 촉매를 사용할 경우 아산화질소와 일산화탄소의 생성량이 감소하여 상대적으로 요소가 암모니아로 전환되는 선택성이 증가하기 때문에 결과적으로 질소산화물의 제거효율도 증가한다고 밝히고 있다. 또한 촉매를 사용함으로써 수화반응에 의해 요소가 암모늄카바메이트로 전환되는 시간을 크게 줄일 수 있다고 제안하고 있다. 그러나 촉매를 사용하더라도 요소를 90% 이상 전환시키는데 최대 10분 정도의 반응시간이 소요되고 약 300psig의 고압상태를 유지해야 하는 단점이 있다. 더구나 요소수용액의 농도가 증가하면 암모니아가 방출되는 것을 방지하기 위해 수화반응 공정의 압력을 더 높여야 하는 단점이 있다. 또한 SCR 촉매와 별도로 요소수용액을 수화시키기 위한 촉매와 반응기가 필요하다는 단점이 있다. If the catalyst is not used, the production rate of ammonium carbamate is not only slow, but the amount of nitrous oxide and carbon monoxide, which are undesirable products when decomposition occurs at high temperature, increases, and thus nitrogen oxide when injected into the SCR or SNCR process. The removal rate of is also reduced. However, the use of a catalyst decreases the production of nitrous oxide and carbon monoxide, which increases the selectivity to convert urea to ammonia, and consequently increases the removal efficiency of nitrogen oxides. It is also proposed that the use of a catalyst can greatly reduce the time for urea to be converted to ammonium carbamate by hydration. However, even when the catalyst is used, it takes a reaction time of up to 10 minutes to convert the urea more than 90% and has a disadvantage of maintaining a high pressure of about 300 psig. Moreover, when the concentration of the urea solution is increased, there is a disadvantage in that the pressure of the hydration process must be further increased to prevent ammonia from being released. In addition, there is a disadvantage in that a catalyst and a reactor are required to hydrate the urea solution separately from the SCR catalyst.

라가나(Lagana)가 제시한 미국특허 제5,985,224호(1999)는 1~30기압의 고압상태에서 100~233℃로 요소수용액을 가열하여 수화반응을 일으키고 수화반응된 요소수용액을 스팀과 접촉시켜 암모니아와 이산화탄소를 탈거시킨 후 암모니아가 소요되는 배기가스에 공급하는 것으로 구성되어 있다. 쿠퍼(Cooper)등은 미국특허 제6,077,491호(2000)에서 요소수용액을 수화반응기에서 20~500psig의 가압상태에서 110~200℃로 가열하여 수화반응을 일으키고 이를 최소한 60℃이상의 온도에서 암모니아와 이산화탄소를 탈거하여 배기가스에 공급하는 방법을 제시하고 있다. 수화반응을 촉진하기 위해 촉매를 사용하는 것을 포함하고 있다. 이때, 암모니아의 생성속도는 수화반응기로 공급되는 요소수용액의 양을 조절하여 수화반응기의 액위를 일정하게 유지하였으며 또한, 스팀 등을 통해 수화반응기에 공급되는 열량을 조절하여 반응기의 압력과 온도를 조절하여 암모니아의 생성속도를 조절하였다. 그러나 질소산화물이 생성되는 연소공정의 변화가 일어나고 특히, 암모니아의 공급량의 감소가 요구될 때에는 수화반응기의 압력과 온도를 갑자기 낮출 수가 없어 일정 시간동안 생성된 암모니아를 제거하여 배기시켜야 하는 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 미국특허 제6,436,359호(2002)에서는 요소의 수화반응기에 냉각기를 설치하고 냉각수를 순환시켜 온도를 낮추는 방법을 도입하였다. 그러나 열전달 속도의 제한으로 냉각속도에 한계가 있기 때문에 이 방법도 암모니아를 필요로 하는 연소배기가스의 변화가 심할 때는 이에 따른 암모니아의 공급량 조절이 용이하지 않은 한계를 갖고 있다. Lagana, U.S. Patent No. 5,985,224 (1999), discloses a hydration reaction by heating a urea solution at 100 to 233 ° C under a high pressure of 1 to 30 atmospheres, and ammonia is brought into contact with the hydrated urea solution by steam. And carbon dioxide are stripped off and then supplied to the exhaust gas where ammonia is consumed. Cooper et al. In U.S. Patent No. 6,077,491 (2000) heated the urea solution to 110-200 ° C. under a pressurization of 20-500 psig in a hydration reactor to produce a hydration reaction and at least 60 ° C. to produce ammonia and carbon dioxide. It shows how to remove and supply it to exhaust gas. It involves using a catalyst to accelerate the hydration reaction. At this time, the production rate of ammonia was kept constant by adjusting the amount of urea solution supplied to the hydration reactor, and the pressure and temperature of the reactor were controlled by controlling the amount of heat supplied to the hydration reactor through steam or the like. By controlling the production rate of ammonia. However, when a change in the combustion process in which nitrogen oxide is produced occurs, in particular, when a decrease in the amount of ammonia supply is required, the pressure and temperature of the hydration reactor cannot be lowered abruptly, and thus, there is a disadvantage in that the ammonia generated for a predetermined time is removed and exhausted. In order to improve this, US Pat. No. 6,436,359 (2002) introduced a method of lowering the temperature by installing a cooler in a urea hydration reactor and circulating the coolant. However, since the cooling rate is limited due to the limitation of the heat transfer rate, this method also has a limitation in that it is not easy to control the amount of ammonia supply when the flue gas flue requires ammonia.

상기에서 언급한 요소의 수화반응에 의한 암모니아 생산 방법에 관련된 기존 의 발명들은 고압을 요구하고 반응시간이 분단위로 느리게 진행되는 단점과 더불어 암모니아가 필요한 공정의 부하 변동에 따른 암모니아 생산량 변화에 유연성이 부족한 단점이 있다.Existing inventions related to the ammonia production method by the hydration reaction of the above-mentioned elements require a high pressure and the reaction time progresses slowly by minute, and there is a lack of flexibility in changing the ammonia output according to the load variation of the process requiring ammonia. There are disadvantages.

본 발명의 특징은 상대적으로 고온에서 진행되기는 하나 낮은 압력에서 요소수용액은 촉매가 없는 상태에서 1차적으로 암모니아와 이소시안산(HNCO)으로 열분해되고 이어서 이소시안산은 SCR 촉매에서 암모니아로 전환되며, 이 때 이소시안산의 수화반응이 SCR 반응에 비해 훨씬 빨라 짧은 시간에 SCR 반응에 필요한 암모니아를 제공하기 때문에 암모니아를 환원제로 하였을 때와 비교하여 질소산화물 제거 효율에 큰 차이가 없다는 것이다. A feature of the present invention is relatively high temperature, but at low pressure, urea aqueous solution is first thermally decomposed into ammonia and isocyanic acid (HNCO) in the absence of a catalyst, and then isocyanic acid is converted into ammonia in the SCR catalyst, At this time, the hydration reaction of isocyanic acid is much faster than the SCR reaction and thus provides ammonia necessary for the SCR reaction in a short time, so there is no significant difference in nitrogen oxide removal efficiency compared to when ammonia is used as a reducing agent.

또한, 본 발명의 다른 특징은 SCR 촉매상에서 이소시안산의 암모니아로의 수화반응이 질소산화물 제거반응과 동시에 진행되기 때문에 질소산화물 제거공정이 훨씬 간단하게 된다는 것이다.Another feature of the present invention is that the nitrogen oxide removal process is much simpler because the hydration of isocyanic acid to ammonia on the SCR catalyst proceeds simultaneously with the nitrogen oxide removal reaction.

본 발명의 또 다른 특징은 노즐을 통해 요소수용액을 공급하기 때문에 연소공정의 부하변동에 따라 암모니아 소요량의 변동이 심할 때에도 열분해 반응로로 공급되는 요소수용액의 공급량을 조절하여 용이하게 암모니아의 공급양을 조절할 수 있다는 것이다. Another feature of the present invention is that the urea solution is supplied through the nozzle, so even when the ammonia requirement fluctuates due to the load fluctuation of the combustion process, the amount of urea solution supplied to the pyrolysis reactor is easily adjusted to adjust the amount of ammonia supply. It can be adjusted.

본 발명의 목적은 1차적으로 요소수용액의 열분해 과정에서 고압이 요구되지 않고 열분해 반응시간이 초단위로 매우 짧아 동일한 요소의 분해에 소요되는 장치의 규모를 대폭 줄일 수 있는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a nitrogen containing a urea solution as a reducing agent, which does not require high pressure in the process of pyrolysis of urea solution, and the pyrolysis reaction time is very short. It is to provide an oxide removal method.

본 발명의 다른 목적은 요소수용액을 노즐을 통해 공급하기 때문에 암모니아가 소요되는 공정의 부하변동에 따라 분사되는 요소수용액의 양을 조절하여 용이하게 암모니아의 생성량을 조절할 수 있기 때문에 공정의 유연성이 매우 우수한 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to supply the urea solution through the nozzle, so that the amount of urea solution injected can be easily adjusted by adjusting the amount of urea solution injected according to the load variation of the process that requires ammonia, so the flexibility of the process is very excellent. It is to provide a nitrogen oxide removal method using a urea solution as a reducing agent.

본 발명의 이러한 목적들은 요소를 물에 녹여 수용액으로 하고 이를 노즐을 통해 열분해 반응로에 분사하여 1차적으로 요소를 열분해시켜 암모니아와 이소시안산의 열분해 생성물을 생성시키는 단계와, 생성된 가스상의 상기 열분해 생성물을 질소산화물이 포함된 배기가스에 혼합한 후 SCR 공정을 통과시켜 상기 열분해 생성물 중 이소시안산이 촉매상에서 수화반응을 통해 암모니아로 전환되어 열분해에 의해 생성된 암모니아와 함께 배기가스 함유된 질소산화물을 제거하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법에 의하여 달성된다.The object of the present invention is to dissolve urea in water to form an aqueous solution and spray it to a pyrolysis reactor through a nozzle to thermally decompose urea to produce pyrolysis products of ammonia and isocyanic acid. The pyrolysis product is mixed with the exhaust gas containing nitrogen oxides, and then passed through an SCR process to convert the isocyanic acid in the pyrolysis product into ammonia through a hydration reaction on a catalyst, and exhaust gas-containing nitrogen together with the ammonia generated by pyrolysis. It is achieved by a nitrogen oxide removal method using a urea solution according to the present invention comprising the step of removing the oxide as a reducing agent.

본 발명의 이러한 목적들은 요소를 물에 녹여 요소수용액으로 하고 상기 요소수용액을 노즐을 통해 열분해 반응로에 분사하여 1차적으로 요소를 열분해시켜 암모니아와 이소시안산의 열분해 생성물을 생성시키는 단계와, 생성된 가스상의 상기 열분해 생성물 중 이소시안산이 촉매상에서 수화반응을 통해 암모니아로 전환되어 암모니아를 생성시키는 단계와, 이를 질소산화물을 함유하고 있는 배기가스에 분사하여 SNCR 반응에 의해 질소산화물을 제거하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법에 의하여 달성된다. These objects of the present invention are the steps of dissolving urea in water to form urea solution and spraying the urea solution into a pyrolysis reactor through a nozzle to thermally decompose urea to produce pyrolysis products of ammonia and isocyanic acid. Isocyanic acid in the gaseous pyrolysis product is converted to ammonia through a hydration reaction on a catalyst to generate ammonia, and injected into an exhaust gas containing nitrogen oxide to remove nitrogen oxide by SNCR reaction It is achieved by a nitrogen oxide removal method using a urea solution according to the present invention comprising a reducing agent.                         

이하 본 발명의 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법은 이하에 기술되는 실시예를 통해 본 발명을 구체화한다. 그러나 본 발명의 내용과 범주가 다음의 실시예 들에 국한되는 것은 아니다.Hereinafter, the nitrogen oxide removal method using the urea aqueous solution of the present invention as a reducing agent embodies the present invention through the examples described below. However, the content and scope of the present invention is not limited to the following examples.

본 발명에서 요소수용액은 고체상태의 요소를 물에 녹여 사용한다. 이때 사용가능한 요소수용액의 농도는 물에 대한 요소의 용해도에 의해 결정되는데 요소의 농도가 낮을 경우에는 다량의 물이 소요되고 이로 인해 열분해단계에서 수분의 증발에 따른 다량의 열이 소요되는 단점이 있다. 또한, 요소의 농도가 높을 경우에는 저장탱크에서 요소의 석출을 방지하기 위해 저장탱크의 온도를 유지하기 위해 가열을 해야 하는 단점이 있다. 따라서 상온을 기준으로 바람직한 요소수용액의 농도는 1~50중량% 정도이다. 요소수용액은 노즐을 통해 열분해 반응로로 주입되는데 이때 요소수용액의 증발과 열분해를 용이하게 하기 위해서 이류체 노즐을 통해 요소수용액의 액적 크기를 작게 하여 분사한다. 이류체 노즐 대신 요소저장탱크를 가압하고 단류체 노즐을 사용할 수도 있다. 열분해 반응로에서 요소는 암모니아와 이소시안산으로 분해되는데 이때 분해효율은 분해온도와 분해반응시간에 의존한다. 동일한 분해효율을 얻기 위해서 분해온도가 낮을수록 반응시간은 더 많이 소요되기 때문에 분해온도에 따른 에너지 비용과 분해 반응시간 증가에 따른 열분해 반응로 크기의 증가를 고려하면 요소를 100% 분해하기 위한 분해반응온도는 250~500℃, 분해반응시간은 0.1~10초가 바람직하고 더욱 바람직한 분해반응온도는 250~500℃, 분해반응시간은 0.1~1초이다. 열분해 생성물은 암모니아, 이소시안산 및 수분으로 구성되는데 이들의 상대적인 농도는 요소수용액의 농도에 의존한다. 즉 요소수용액의 농도가 높을수록 암모니아와 이소시안산의 상대적인 농도는 증가하고 반대로 요소수용액의 농도가 낮을수록 암모니아와 이소시안산의 상대적인 농도는 감소한다. 열분해 생성물은 촉매반응기로 공급되어 이소시안산이 수화반응에 의해 암모니아로 전환되는데 이소시안산의 수화반응은 암모니아에 의한 질소산화물의 환원제거 반응에 비해 훨씬 빠르기 때문에 본 발명을 SCR 공정에 적용하면 SCR 촉매에서 이소시안산의 수화반응이 진행되고 이에 의해 생성된 암모니아가 요소의 열분해에 의해 생성된 암모니아와 함께 질소산화물 제거용 환원제로 사용된다. 따라서 본 발명에 의한 방법은 암모니아를 직접 환원제로 사용하는 SCR 공정과 거의 동등한 질소산화물 제거 효율을 나타낸다. 본 발명에 의한 방법을 SNCR공정이나 전기집진기에 적용할 경우에는 요소의 열분해 반응로 후단에 별도로 촉매공정을 설치하여 요소를 전부 암모니아로 전환시킨 후 SNCR공정이나 전기집진기로 공급하게 된다.In the present invention, the urea aqueous solution is used by dissolving a solid urea in water. At this time, the concentration of usable urea solution is determined by the solubility of urea in water. When the concentration of urea is low, a large amount of water is required, and thus, a large amount of heat is required due to evaporation of water in the pyrolysis step. . In addition, when the concentration of urea is high, there is a disadvantage in that heating is required to maintain the temperature of the storage tank to prevent precipitation of the urea in the storage tank. Therefore, the concentration of the preferred urea solution based on room temperature is about 1 to 50% by weight. The urea solution is injected into the pyrolysis reactor through the nozzle, in which the droplet size of the urea solution is sprayed through a two-fluid nozzle to facilitate the evaporation and pyrolysis of the urea solution. It is also possible to pressurize the urea storage tank instead of the two-fluid nozzle and use a single-fluid nozzle. In pyrolysis reactors, urea decomposes into ammonia and isocyanic acid, the decomposition efficiency of which depends on the decomposition temperature and the decomposition reaction time. In order to achieve the same decomposition efficiency, the lower the decomposition temperature, the longer the reaction time is. Therefore, the decomposition reaction for decomposing 100% of the urea is considered in consideration of the increase in the energy cost according to the decomposition temperature and the increase in the pyrolysis reactor size as the decomposition reaction time increases. The temperature is 250 ~ 500 ℃, the decomposition reaction time is preferably 0.1 ~ 10 seconds, more preferably the decomposition reaction temperature is 250 ~ 500 ℃, decomposition reaction time is 0.1 ~ 1 second. The pyrolysis product consists of ammonia, isocyanic acid and water whose relative concentration depends on the concentration of the urea solution. In other words, the higher the concentration of urea solution, the higher the relative concentration of ammonia and isocyanate. On the contrary, the lower the concentration of the urea solution, the lower the concentration of ammonia and isocyanate. The pyrolysis product is fed to the catalytic reactor so that isocyanic acid is converted to ammonia by the hydration reaction. Since the hydration reaction of isocyanate is much faster than the reduction and removal of nitrogen oxides by ammonia, the SCR process is applied to the SCR process. Hydration of isocyanic acid proceeds in the catalyst, and the ammonia produced by this is used as a reducing agent for removing nitrogen oxide together with the ammonia produced by pyrolysis of urea. The process according to the invention thus exhibits a nitrogen oxide removal efficiency which is nearly equivalent to the SCR process using ammonia as a direct reducing agent. When the method according to the present invention is applied to an SNCR process or an electrostatic precipitator, a catalytic process is separately installed at the rear of the pyrolysis reactor of the urea to convert all of the urea into ammonia and then supplied to the SNCR process or the electrostatic precipitator.

이하 본 발명의 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법을 이하에서 기술되는 실시예를 통해 본 발명을 구체화한다. 그러나 본 발명의 내용과 범주가 다음의 실시예 들에 국한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention is embodied through the following examples of nitrogen oxide removal using the urea aqueous solution of the present invention as a reducing agent. However, the content and scope of the present invention is not limited to the following examples.

[실시예 1]Example 1

실시예 1에서는 본 발명에 의한 요소의 열분해 정도와 열분해 생성물 분포를 알아보기 위해 6중량%의 요소수용액을 이류체 노즐의 내부관으로 주입하고, 주입되는 요소수용액을 작은 크기의 액적으로 만들어 열분해 반응로에서 증발과 열분해가 용이하도록 하기 위해 외부관에는 질소, 산소 및 수분을 함유한 가스를 운반가스로 흘리며 열분해반응로에 주입하여 열분해반응 실험을 수행하였다. 이때 열분해 반응로로 주입되는 요소수용액과 운반가스는 열분해 반응로에서 전부 기체로 되므로 기체로 환산한 조성은 질소 93%, 산소 5%, 수분 2% 및 요소 250ppm이 되도록 하였다. 열분해 반응로의 운전조건으로는 분해반응 시간(체류시간) 0.05~0.1초 및 반응온도는 300~450℃로 변화시켜 반응시간과 분해온도에 따른 요소의 열분해 특성을 검토하였다. 제 1 표는 각 분해반응시간에서 열분해 온도에 따라 열분해반응에 의한 생성물 분포를 보여주고 있다. 미분해되는 요소가 감소할수록 생성되는 암모니아와 이소시안산의 농도는 증가하는 것으로 확인되었고, 전반적으로 암모니아와 이소시안산의 농도가 비슷한 것으로 나타났는데 이는 요소가 분해하여 거의 동일한 농도의 암모니아와 이소시안산이 생성되는 것을 보여주는 것이다. 동일한 반응시간에서 분해온도가 증가함에 따라 요소의 전환율이 비례적으로 증가하는 것으로 나타났다. 이는 요소의 열분해 반응이 흡열반응이기 때문에 온도가 증가할수록 열분해가 더 잘 일어나기 때문이다. 동일한 반응온도 조건에서는 반응시간이 증가할수록 요소의 열분해가 더 잘 진행되는 것도 확인할 수 있다. 반응시간 0.1초에서는 분해온도 350℃ 이상에서, 반응시간 0.075초에서는 분해온도 400℃에서 요소가 100% 분해되었다. 실시예 1을 통해 요소의 분해율은 반응시간(체류시간)과 분해온도에 크게 의존하는 것을 알 수 있다. 따라서 반응시간과 분해온도를 적절히 조절할 경우 본 발명에 의해 요소의 분해율을 100%로 하는 것이 충분히 가능한 것으로 확인되었다. 본 실시예 1에서 주입된 요소의 농도가 250ppm이기 때문에 단순히 열분해 반응만 진행된다면 생성되는 암모니아의 최대농도가 250ppm이어야 한다. 그러나 분해온도가 높고 반응시간이 길 경우에 250ppm 이상의 암모니아가 생성되는 것으로 나타났는데 이는 이소시안산의 수화반응이 고온에서 일부 진행되어 암모니아를 생성시키기 때문이다. 본 실시예 1을 통해 본 발명에 의한 요소의 열분해는 350℃ 이상의 분해온도 및 0.1초 전후의 매우 짧은 시간에 진행되어 암모니아와 이소시안산을 생성하는 매우 효율적인 방법을 제공하는 것으로 확인되었다.In Example 1, 6 wt% urea aqueous solution was injected into the inner tube of the airflow nozzle to determine the pyrolysis degree and pyrolysis product distribution of the urea according to the present invention. In order to facilitate evaporation and pyrolysis in the furnace, a pyrolysis reaction was carried out by injecting a gas containing nitrogen, oxygen, and water into a pyrolysis reactor by flowing a gas containing a carrier gas as a carrier gas. At this time, since the urea aqueous solution and the carrier gas injected into the pyrolysis reactor were all gas in the pyrolysis reactor, the composition converted into gas was 93% nitrogen, 5% oxygen, 2% moisture, and 250 ppm of urea. The pyrolysis characteristics of urea were investigated according to the reaction time and decomposition temperature by changing the decomposition reaction time (retention time) from 0.05 to 0.1 seconds and the reaction temperature from 300 to 450 ℃. The first table shows the product distribution by pyrolysis reaction according to pyrolysis temperature at each decomposition reaction time. As the amount of undecomposed urea decreased, the concentrations of ammonia and isocyanic acid produced increased. In general, the concentrations of ammonia and isocyanic acid were similar. Ansan is produced. At the same reaction time, the conversion of urea increased proportionally with increasing decomposition temperature. This is because pyrolysis occurs better as the temperature increases because the pyrolysis reaction of urea is endothermic. Under the same reaction temperature conditions, it can be seen that the pyrolysis of urea proceeds better as the reaction time increases. In the reaction time of 0.1 second, urea was decomposed 100% at the decomposition temperature of 350 ° C. or higher at the reaction time of 0.075 second at the decomposition temperature of 400 ° C. It can be seen from Example 1 that the decomposition rate of urea largely depends on the reaction time (retention time) and the decomposition temperature. Therefore, it was confirmed that it is possible to make the decomposition rate of urea 100% by the present invention if the reaction time and decomposition temperature are properly adjusted. Since the concentration of the injected urea in the first embodiment is 250ppm, if only the pyrolysis reaction proceeds, the maximum concentration of ammonia to be produced should be 250ppm. However, when the decomposition temperature is high and the reaction time is long, more than 250ppm of ammonia was produced because the hydration reaction of isocyanic acid proceeds at a high temperature to generate ammonia. In Example 1, it was confirmed that pyrolysis of urea according to the present invention proceeds at a decomposition temperature of 350 ° C. or higher and a very short time around 0.1 second to provide a very efficient method of producing ammonia and isocyanic acid.

반응시간 (초) 분해온도 (℃) 암모니아 (ppm) 요소 (ppm) 이소시안산 (ppm) 0.1 300 208 25 205 350 245 0 227 400 275 0 203 450 310 0 163 0.075 300 173 57 160 350 212 30 190 400 250 0 217 450 313 0 170 0.05 300 139 98 130 350 168 75 165 400 208 32 183 450 240 13 213
제 1 표. 열분해 반응시간 및 분해온도에 따른 요소의 열분해 생성물 분포
Response time (seconds) Decomposition Temperature (℃) Ammonia (ppm) Element (ppm) Isocyanic acid (ppm) 0.1 300 208 25 205 350 245 0 227 400 275 0 203 450 310 0 163 0.075 300 173 57 160 350 212 30 190 400 250 0 217 450 313 0 170 0.05 300 139 98 130 350 168 75 165 400 208 32 183 450 240 13 213
Table 1. Pyrolysis product distribution of urea according to pyrolysis reaction time and decomposition temperature

삭제delete

[실시예 2]Example 2

실시예 2에서는 실시예 1과 동일한 열분해 조건에서 요소수용액의 농도를 20 및 40중량%로 높여 열분해 반응로에 주입하고 이미 실시예 1을 통해 요소의 열분해가 100% 가능한 조건인 반응시간 0.1초 및 분해온도 400, 450℃에서 열분해에 의한 생성물 분포를 제 2 표에 정리하였다. 동일한 반응시간과 분해온도에서 요소수용액의 농도에 상관없이 실시예 1에서와 비슷한 생성물 분포를 보이고 있는데 이는 본 발명에 의한 요소의 열분해 반응이 주입되는 요소수용액의 농도에 크게 영향을 받지 않는 다는 것을 보여주는 결과이다.In Example 2, the concentration of urea solution was increased to 20 and 40% by weight under the same pyrolysis condition as in Example 1, and then injected into the pyrolysis reactor, and the reaction time of 0.1 second was already 100%, which allowed the pyrolysis of urea through Example 1; Product distribution by pyrolysis at the decomposition temperature of 400 and 450 ° C is summarized in the second table. Regardless of the concentration of urea solution at the same reaction time and decomposition temperature, the product distribution was similar to that of Example 1, which shows that the pyrolysis reaction of urea according to the present invention was not significantly affected by the concentration of urea solution to be injected. The result is.

요소수용액 농도 (중량 %)Urea solution concentration (% by weight) 분해반응온도 (℃)Decomposition reaction temperature (℃) 암모니아 (ppm)Ammonia (ppm) 요소 (ppm)Element (ppm) 이소시안산 (ppm)Isocyanic acid (ppm) 2020 400400 281281 00 202202 450450 313313 00 160160 4040 400400 285285 00 203203 450450 319319 00 155155

제 2 표. 요소수용액 농도 및 분해온도에 따른 요소의 열분해 생성물 분포     2nd table. Distribution of pyrolysis products of urea according to urea solution concentration and decomposition temperature

[실시예 3]Example 3

본 발명에 의한 요소의 열분해 반응은 실시예 1과 2에서 확인된 바와 같이 요소가 1차적으로 이소시안산과 암모니아를 분해된다. 본 발명에서 요소로부터 암모니아를 생산하는 방법은 요소가 열분해되어 생성된 이소시안산이 SCR 촉매에서 수화반응에 의해 암모니아를 전환되는 공정을 포함한다. 따라서 본 발명에서는 이소시안산의 수화반응이 촉매 존재 하에서 얼마나 효율적으로 진행되는 가를 확인하기 위해 요소 열분해 반응기와 촉매반응기가 연속적으로 연결된 시스템에서 요소의 촉매분해 실험을 수행하였다. 이소시안산의 수화반응 뿐만 아니라 요소의 이소시안산과 암모니아로의 분해반응이 촉매에 의해 영향을 받는 정도를 동시에 확인하기 위해 열분해반응기의 온도를 250℃ 로 하여 미반응된 요소가 촉매반응기로 유입되게 하였다. 분해온도 250℃에서 250ppm으로 주입된 요소는 열분해되어 미분해된 요소 115ppm 과 생성된 암모니아 125ppm, 이소시안산 110ppm의 조성으로 열분해 반응기로부터 나온다. 열분해 반응 조건을 일정하게 유지하면서 촉매의 영향을 살펴보기 위해 열분해 반응기의 온도는 250℃로 고정하고 전체유량을 일정하게 유지하였으며, 촉매의 양을 바꿔 요소의 촉매 분해반응과 이소시안산의 촉매 수화반응에 대한 공간속도의 영향을 조사하였다. 제 3 표는 110,000~367,000hr-1사이의 각 공간속도에서 반응온도에 따라 촉매반응 후에 반응기 출구에서 요소, 이소시안산 및 암모니아의 농도를 정리한 것이다. 여기서 공간속도는 반응가스 부피유속을 촉매의 벌크밀도로 나눈 값으로 정의된다. 요소의 농도는 반응온도가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 공간속도의 변화에 따른 요소 농도의 차이는 크게 나타나지 않았는데 이는 요소의 분해반응이 촉매반응에 의해 진행되기 보다는 촉매반응기를 통과하면서 가스상의 열분해반응에 의해 감소하는 것을 의미한다. 이에 반해 이소시안산의 수화반응은 반응온도가 증가함에 따라 활발히 진행되어 농도가 감소할 뿐만 아니라 반응기 공간속도에도 영향을 많이 받아 촉매의 양이 많을수록 즉, 공간속도가 작을수록 이소시안산의 농도 감소가 큰 것으로 나타났다. 이는 이소시안산의 수화반응이 촉매반응에 의해 진행되는 것을 의미한다. 반응온도가 증가하거나 공간속도가 감소함에 따라 요소와 이소시안산의 농도는 감소하면서 암모니아는 농도가 증가하는 것을 확인할 수 있는데 이는 본 발명에 의한 방법에 의해 이소시안산이 촉매상에서 암모니아로 효율적으로 전환되는 것을 보여주는 것이다.In the pyrolysis reaction of urea according to the present invention, urea primarily decomposes isocyanic acid and ammonia, as confirmed in Examples 1 and 2. In the present invention, the method for producing ammonia from urea includes a process in which isocyanic acid produced by pyrolysis of urea is converted to ammonia by hydration in an SCR catalyst. Therefore, in the present invention, in order to confirm how efficiently the hydration reaction of the isocyanic acid proceeds in the presence of the catalyst, the urea catalytic decomposition experiment was performed in a system in which the urea pyrolysis reactor and the catalytic reactor were connected in series. In order to confirm the degree of hydration reaction of isocyanate as well as the decomposition reaction of urea to isocyanate and ammonia at the same time, the temperature of pyrolysis reactor is 250 ℃ and unreacted urea flows into catalytic reactor. It was made. The urea injected at 250 ° C at 250 ° C of decomposition temperature is pyrolyzed and emerges from the pyrolysis reactor with a composition of 115ppm of undecomposed urea, 125ppm of ammonia produced and 110ppm of isocyanic acid. The temperature of the pyrolysis reactor was fixed at 250 ° C. and the total flow rate was kept constant to check the effects of the catalyst while maintaining the pyrolysis reaction conditions constant. The catalytic amount of urea was changed and the catalyst hydration of isocyanate was changed. The effect of space velocity on the reaction was investigated. The third table summarizes the concentrations of urea, isocyanic acid and ammonia at the outlet of the reactor after catalysis, depending on the reaction temperature at each space velocity between 110,000 and 367,000 hr −1 . The space velocity is defined as the volume of the reaction gas volume divided by the bulk density of the catalyst. The concentration of urea decreased with increasing reaction temperature. However, the difference in urea concentration with the change of space velocity did not appear much, which means that the decomposition reaction of urea decreases due to the gas phase pyrolysis reaction through the catalytic reactor rather than the catalytic reaction. In contrast, the hydration reaction of isocyanic acid proceeds actively as the reaction temperature increases, and not only decreases the concentration, but also affects the reactor space velocity, so that the larger the amount of catalyst, that is, the smaller the space velocity, the lower the concentration of isocyanate. Turned out to be great. This means that the hydration reaction of isocyanic acid proceeds by catalysis. As the reaction temperature increases or the space velocity decreases, the concentration of urea and isocyanic acid decreases and the concentration of ammonia increases. This method effectively converts isocyanic acid from the catalyst to ammonia. To show what is going on.

공간속도 (hr-1)Space velocity (hr -1 ) 반응온도 (℃)Reaction temperature (℃) 암모니아 (ppm)Ammonia (ppm) 요소 (ppm)Element (ppm) 이소시안산 (ppm)Isocyanic acid (ppm) 110,000110,000 150150 300300 7070 1212 220220 365365 4343 00 290290 410410 2323 00 360360 440440 1010 00 430430 450450 44 00 157,000157,000 150150 290290 7070 1919 220220 360360 5050 33 290290 410410 2424 00 360360 440440 99 00 430430 450450 44 00 367,000367,000 150150 260260 7777 5858 220220 340340 5252 3131 290290 400400 2525 1414 360360 435435 1111 66 430430 450450 55 00

제 3 표. 구리가 이온교환된 Y형 제올라이트 촉매에서 요소의 분해 및
이소시안산의 수화반응 생성물 분포
3rd table. Degradation of Urea in Y-type Zeolite Catalysts with Copper Ion Exchange
Hydration Product Distribution of Isocyanic Acid

[실시예 4]Example 4

실시예 4에서는 본 발명에 의한 요소의 분해 방법이 효율적으로 진행되는 가를 확인하기 위해 열분해 반응로와 SCR 촉매반응기를 연속으로 연결하여 촉매에서 질소산화물의 제거효율을 살펴보았다. 요소는 6중량%의 것을 사용하여 수용액 상태로 주입하였으며 이때 열분해 반응로의 온도는 450℃로 하여 요소가 완전히 열분해되게 하였다. 열분해 반응로를 나온 분해가스는 촉매반응기로 주입되며 이때 반응가스의 조성은 질소산화물 500ppm, 산소 5%, 수분 10%, 나머지는 운반가스인 질소로 구성된다. 요소는 반응가스 중 250ppm이 되도록 주입하였는데 이는 요소가 열분해되고 이어서 수화되어 생성되는 암모니아 500ppm에 해당하는 농도이다. 암모니아를 직접 주입하는 방법과 질소산화물 제거활성을 비교하기 위해 암모니아는 500ppm으로 주입하였다. 반응가스의 유량은 공간속도로 나타내어지는데 여기서 공간속도는 반응가스 유량을 촉매의 벌크부피로 나눈 값으로 본 실시예에서는 공간속도를 시간당 50,000~100,000 으로 설정하였다. In Example 4, in order to confirm whether the urea decomposition method according to the present invention proceeds efficiently, the pyrolysis reactor and the SCR catalytic reactor were connected in series to examine the removal efficiency of nitrogen oxides from the catalyst. Urea was injected into the aqueous solution using 6% by weight of the urea at this time the temperature of the pyrolysis reactor was 450 ℃ so that the urea was completely pyrolyzed. Decomposition gas from the pyrolysis reactor is injected into the catalytic reactor, where the composition of the reaction gas is composed of 500 ppm of nitrogen oxide, 5% of oxygen, 10% of moisture, and the rest of nitrogen as a carrier gas. Urea was injected to 250 ppm in the reaction gas, which is equivalent to 500 ppm of ammonia produced by pyrolysis and subsequent hydration. Ammonia was injected at 500ppm to compare the direct injection of ammonia and nitrogen oxide removal activity. The flow rate of the reaction gas is represented by the space velocity, where the space velocity is the value obtained by dividing the reaction gas flow rate by the bulk volume of the catalyst. In this embodiment, the space velocity is set to 50,000 to 100,000 per hour.

제 1 도는 실시예 3에서 적용된 구리가 이온 교환된 Y형 제올라이트 촉매의 요소에 의한 질소산화물 제거 활성과 암모니아에 의한 제거 활성을 비교하여 보여주고 있다. 공간속도 100,000hr-1의 동일한 반응가스 유량조건에서 전 반응온도 범위에 걸쳐 요소를 환원제로 사용한 경우와 암모니아를 환원제로 사용하였을 경우 거의 동일한 질소산화물 제거효율을 보이고 있다. 이는 본 발명에 의한 요소의 분해방법에 의해 1몰의 요소에 대해 2몰의 암모니아가 생성되어 SCR 반응에 공급되고 있는 것을 보여주는 것이다. 실시예 1~3에서 확인된 바와 같이 요소를 1차적으로 암모니아와 이소시안으로 열분해 시키면 이소시안산의 촉매수화반응은 매우 빠르게 진행되어 추가로 암모니아를 생성시키기 때문에 요소가 열분해반응기에서 완전히 분해되어 암모니아와 이소시안산이 생성되는 조건이라면, 질소산화물의 제거활성은 암모니아를 사용했을 때와 마찬가지로 높은 효율을 보일 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 1 compares the removal of nitrogen oxides by the urea of the Y-type zeolite catalyst with copper ion applied in Example 3 and the removal activity by ammonia. When the urea was used as the reducing agent and the ammonia as the reducing agent over the entire reaction temperature range at the same reaction gas flow rate of the space velocity 100,000hr -1, the nitrogen oxide removal efficiency was almost the same. This shows that 2 moles of ammonia is produced per 1 mole of urea and supplied to the SCR reaction by the decomposition method of urea according to the present invention. As confirmed in Examples 1 to 3, when urea is primarily thermally decomposed into ammonia and isocyanate, the catalytic hydration of isocyanic acid proceeds very quickly to generate additional ammonia. When the isocyanic acid is produced, it was confirmed that the removal activity of the nitrogen oxide can be as high as when using ammonia.

본 발명에 의한 요소의 분해방법은 요소의 열분해 단계와 이어서 열분해 생성물인 이소시안산의 촉매수화반응에 의해 암모니아로 전환되는 연속적인 2단계로 구성되었는데 1차적으로 요소의 열분해 단계에서는 350℃이상의 분해온도에서 반응시간 1초 이내의 짧은 시간에 1몰의 요소가 각각 1몰의 암모니아와 1몰의 이소시안산으로 분해된다. 이어서 열분해에 의해 생성된 이소시안산은 촉매공정에서 수화반응에 의해 양론적으로 암모니아로 전환되어 결과적으로 1몰의 요소가 2몰의 암모니아로 전환된다. 특히, 이소시안산의 촉매수화반응에 의한 암모니아 생성반응은 질소산화물을 제거하는 SCR 촉매에서 진행되고 촉매상에서 암모니아에 의한 질소산화물제거반응에 비해 훨씬 빠르게 진행되기 때문에 본 발명에 의한 방법은 암모니아를 환원제로 주입하는 방법과 동일한 질소산화물 제거 효율을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명은 SCR, SNCR 및 전기집진기와 같이 암모니아를 사용하는 공정에서 암모니아를 사용했을 때와 동일한 효과를 얻을 수 있으며 이와 동시에 취급이 용이하고 안전한 요소를 사용하기 때문에 유해한 암모니아 사용에 따른 수송, 저장 취급 등의 안전문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.The decomposition method of urea according to the present invention consists of two consecutive steps of pyrolysis of urea followed by conversion into ammonia by catalytic hydration of isocyanic acid, which is a pyrolysis product. In a short time within 1 second of reaction time, 1 mole of urea is decomposed into 1 mole of ammonia and 1 mole of isocyanic acid. The isocyanic acid produced by pyrolysis is then converted into ammonia stoichiometrically by hydration in the catalytic process, resulting in one mole of urea to two moles of ammonia. In particular, the ammonia production reaction by catalytic hydration of isocyanic acid proceeds in an SCR catalyst that removes nitrogen oxides and proceeds much faster than the nitrogen oxide removal reaction by ammonia on the catalyst. Nitrogen oxide removal efficiency similar to the method of injecting can be obtained. Therefore, the present invention can achieve the same effect as when using ammonia in the process of using ammonia, such as SCR, SNCR and electrostatic precipitator. It is effective in solving safety problems such as handling.

Claims (20)

요소를 물에 녹여 요소수용액으로 하고 상기 요소수용액을 노즐을 통해 열분해 반응로에 분사하여 1차적으로 요소를 열분해시켜 암모니아와 이소시안산으로 열분해 생성물을 생성시키는 단계와, 생성된 가스상의 상기 열분해 생성물을 질소산화물이 포함된 배기가스에 혼합한 후 SCR 공정을 통과시켜 상기 열분해 생성물 중 이소시안산이 구리를 이온 교환한 제올라이트 또는 구리가 교환된 Y형 제올라이트 촉매상에서 수화반응을 통해 암모니아로 전환되어 열분해에 의해 생성된 암모니아와 함께 배기가스 함유된 질소산화물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법Dissolving urea in water to form urea solution and spraying the urea solution into a pyrolysis reactor through a nozzle to thermally decompose urea to produce a pyrolysis product with ammonia and isocyanic acid, and the resulting gaseous pyrolysis product Is mixed with an exhaust gas containing nitrogen oxides, and then passed through an SCR process to convert the isocyanic acid from the pyrolysis product into ammonia through a hydration reaction on a zeolite ion-exchanged copper or a Y-type zeolite exchanged copper. Nitrogen oxide removal method using a urea solution as a reducing agent comprising the step of removing the nitrogen oxide contained in the exhaust gas with ammonia produced by 제 1항에 있어서, 상기 요소수용액의 농도는 1~50중량%인 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법The method of claim 1, wherein the concentration of the urea solution is 1 to 50% by weight. 제 1항에 있어서, 분사되는 요소수용액의 액적을 작게 하기 위해 노즐은 이류체 노즐을 사용하거나 단류체 노즐을 사용할 경우는 요소수용액 저장탱크를 가압하는 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법The nitrogen oxide containing urea solution as a reducing agent according to claim 1, wherein the nozzle uses a two-fluid nozzle or pressurizes the urea solution storage tank to reduce the droplet of the urea solution to be injected. How to remove 제 1항에 있어서, 상기 열분해 반응로의 온도는 250~500℃로 하는 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법The nitrogen oxide removal method using a urea solution as a reducing agent according to claim 1, wherein the temperature of the pyrolysis reactor is 250 to 500 ° C. 제 1항에 있어서, 상기 열분해 시간은 0.1~10초로 하는 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법The method of claim 1, wherein the pyrolysis time is 0.1 ~ 10 seconds nitrogen oxide removal method using a urea solution as a reducing agent. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 요소를 물에 녹여 요소수용액으로 하고 상기 요소수용액을 노즐을 통해 열분해 반응로에 분사하여 1차적으로 요소를 열분해시켜 암모니아와 이소시안산으로 열분해 생성물을 생성시키는 단계와, 생성된 가스상의 상기 열분해 생성물중 이소시안산이 구리를 이온교환한 제올라이트 또는 구리가 교환된 Y형 제올라이트 촉매상에서 수화반응을 통해 암모니아로 전화되어 암모니아를 생성시키는 단계와, 이를 질소산화물을 함유하고 있는 배기가스에 분사하여 SNCR 반응에 의해 질소산화물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법Dissolving urea in water to form urea solution and spraying the urea solution into a pyrolysis reactor through a nozzle to thermally decompose urea to produce a pyrolysis product with ammonia and isocyanic acid, and the resulting gaseous pyrolysis product Isocyanic acid is converted into ammonia through a hydration reaction on a copper-ionized zeolite or a copper- exchanged Y-type zeolite catalyst to generate ammonia, which is injected into an exhaust gas containing nitrogen oxides and subjected to SNCR reaction. Nitrogen oxide removal method using a urea solution as a reducing agent comprising the step of removing nitrogen oxide by 제 11항에 있어서, 상기 요소수용액의 농도는 1~50중량%를 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법12. The method of claim 11, wherein the concentration of the urea solution is 1 to 50% by weight. 제 11항 에 있어서, 분사되는 요소수용액의 액적을 작게 하기 위해 노즐은 이류체 노즐을 사용하거나 단류체 노즐을 사용할 경우는 요소수용액 저장탱크를 가압하는 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법12. The nitrogen oxide comprising urea solution as a reducing agent according to claim 11, wherein the nozzle uses a two-fluid nozzle or pressurizes the urea solution storage tank to reduce the droplet of the urea solution to be injected. How to remove 제 11항에 있어서 열분해 반응로의 온도는 250~500℃로 하는 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법The nitrogen oxide removal method using a urea solution as a reducing agent according to claim 11, wherein the temperature of the pyrolysis reactor is 250 to 500 ° C. 제 11항에 있어서, 열분해 시간은 0.1~10초로 하는 것을 특징으로 하는 요소수용액을 환원제로 하는 질소산화물 제거방법The nitrogen oxide removal method using a urea solution as a reducing agent according to claim 11, wherein the pyrolysis time is 0.1 to 10 seconds. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020040034171A 2004-05-14 2004-05-14 a Clearance Method of nitrogen oxide using an urea - water solution as a reducer KR100595844B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040034171A KR100595844B1 (en) 2004-05-14 2004-05-14 a Clearance Method of nitrogen oxide using an urea - water solution as a reducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040034171A KR100595844B1 (en) 2004-05-14 2004-05-14 a Clearance Method of nitrogen oxide using an urea - water solution as a reducer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050109332A KR20050109332A (en) 2005-11-21
KR100595844B1 true KR100595844B1 (en) 2006-07-03

Family

ID=37285268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040034171A KR100595844B1 (en) 2004-05-14 2004-05-14 a Clearance Method of nitrogen oxide using an urea - water solution as a reducer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100595844B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101719134B1 (en) 2016-12-30 2017-03-23 (주) 시온텍 Device and method for manufacturing of urea water
KR20190009268A (en) 2018-08-30 2019-01-28 주식회사 블루텍 Device and method for manufacturing of urea water and management system of urea water

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220133720A (en) * 2021-03-25 2022-10-05 에스엠씨케미칼(주) Ammonia vaporization accelerating device, denitrification device using the same, and incinerator system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101719134B1 (en) 2016-12-30 2017-03-23 (주) 시온텍 Device and method for manufacturing of urea water
KR20190009268A (en) 2018-08-30 2019-01-28 주식회사 블루텍 Device and method for manufacturing of urea water and management system of urea water

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050109332A (en) 2005-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7485276B2 (en) Method for the removal of Nox and N2O from the tail gas in nitric acid production
CA2760777C (en) Combustion flue gas nox treatment
US6077491A (en) Methods for the production of ammonia from urea and/or biuret, and uses for NOx and/or particulate matter removal
KR102586253B1 (en) spray device comprising porous structure for providing precise controllable concentration of diluted urea-water solution inserted inside
KR101002888B1 (en) The hybrid de-nox system for boiler emission
CA2924319A1 (en) Treatment of nitrogen oxides in flue gas streams
US7906091B2 (en) Removal of laughing gas in nitric acid production
KR20090035773A (en) Selective non-catalytic reduction of nitrogen oxides within flue gas
EP2772301A1 (en) Process and Apparatus for Reducing the Content of Nitrogen Oxides
KR100595844B1 (en) a Clearance Method of nitrogen oxide using an urea - water solution as a reducer
CN102909104A (en) Thermal regeneration method and device of SCR (selective catalytic reduction) denitration catalyst
CN111108063B (en) Three-stage emission reduction N 2 O and NO X Method for producing nitric acid
KR102273602B1 (en) Fe-Cr/C complex catalyst for simultaneous removing NOx and SOx and fabrication method thereof
CN105289236A (en) Synchronous desulfurization and denitrification process for reinforcing sintered flue gas based on NO oxidization by hydrogen peroxide and potassium permanganate
CN105771652A (en) Flue gas denitration method by taking manganese oxide as cyclic absorption medium
JPH0871372A (en) Denitration apparatus and method using urea
WO2021134927A1 (en) Dry process of integrated flue gas desulfurization and denitration
US5399326A (en) Process for noncatalytic NOx abatement
US4956161A (en) Process for removing SO from a gaseous mixture (OP-3409)
KR100927327B1 (en) Nitrogen oxide reduction device and method for exhaust gas
US6004523A (en) Process for abating NOx emissions from a manufacturing stream
CA2828440A1 (en) Process and plant for the removal of nitrogen oxides from oxygen-containing gas streams
JP3713634B2 (en) Nitrogen oxide removal method and flue gas denitration equipment in exhaust gas
KR102586766B1 (en) Process for simultaneously reducing isopropanol and ammonia
CN114929651B (en) Method for producing fertilizer

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130624

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140623

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150622

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160617

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170622

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180625

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190624

Year of fee payment: 14