KR101236987B1

KR101236987B1 - 촉매 활성보존제를 사용한 폐 탈질 촉매 재생 세정용액의 개발

Info

Publication number: KR101236987B1
Application number: KR1020100124014A
Authority: KR
Inventors: 김희경; 성동민
Original assignee: 주식회사 아주엔비씨
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2013-02-26
Also published as: KR20120063020A

Abstract

본 발명은 폐 탈질 촉매의 재생에 사용하기 위한, 카테콜(catechol)과 유기산을 포함하는 세정용액에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 폐 탈질 촉매로부터 주 활성 성분인 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V)은 보호하면서, 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 철(Fe) 및 황(S)등은 효과적으로 제거할 수 있는 세정용액에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 쉽고 간편한 방법으로 높은 폐 촉매 재생 효율을 제공함으로써, 경제적일 뿐만 아니라 환경적으로 산업발전에 이바지할 수 있다.

Description

촉매 활성보존제를 사용한 폐 탈질 촉매 재생 세정용액의 개발{Improvement of regeneration efficiency for deactivated SCR catalyst by protective additive}

본 발명은 폐 탈질 촉매의 재생에 사용하기 위한, 카테콜(catechol)과 유기산을 포함하는 세정용액에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 폐 탈질 촉매로부터 주 활성 성분인 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V)은 보호하면서, 칼슘(Ca),나트륨(Na), 철(Fe), 황(S)등은 효과적으로 제거할 수 있는 세정용액에 관한 것이다.

질소산화물(NOx)은 황산화물(SOx)과 더불어 산성비의 주요 원인일 뿐만 아니라 광화학 스모그를 유발시키는 주요 대기 오염물질이다. 최근 환경에 대한 관심이 높아지면서, 대기 중에 질소산화물에 대한 배출 규제가 날로 엄격해지고 있다. 이에 따라 열 병합 발전소, 석탄 화력 발전소, 소각장 등에서는 질소산화물을 제거하기 위하여 NH₃를 이용한 SCR 탈질 설비(Selective Catalytic Reduction)를 갖추고 있다. SCR은 주로 NH₃를 이용하여 O₂의 존재 하에 NO를 무해한 N₂와 H₂O로 환원시키는 기술로써 반응식은 다음과 같다.

촉매는 시간이 지남에 따라 NO 제거 활성이 크게 저하되는데, 이는 소결에 의한 표면적 감소, 촉매 표면의 활성 물질의 농도 저하, 알칼리 금속 등에 의한 활성점의 피복 등으로 판단된다. 따라서, SCR 탈질 설비에 장착된 탈질 촉매의 수명이 다하게 되는 5∼6년 내에는 연간 수십에서 수백만 톤에 달하는 폐 탈질 촉매가 배출될 전망이다. 그러므로, 이러한 폐 탈질 촉매를 재생하여 사용기간을 연장할 수 있다면, 경제적일 뿐만 아니라 폐기물 감소 등의 환경적으로 큰 의미가 있을 것이다.

이와 관련하여, 비활성화된 탈질 촉매로부터 알칼리금속, 즉 나트륨(Na), 철(Fe), 황(S) 등을 제거하기 위한 여러 가지 방법이 검토되고 있다. 예를 들면, 탈질 촉매를 초음파 세척 수용액으로 세정하는 방법(JP-58-186445, JP-62-61647), 황산과 과산화수소 수용액으로 세정하는 방법(JP-54-11094. DE-A 3816600, EP-A 159959), 및 옥살산 수용액으로 세정하는 방법(EP-A 161206) 등이 제안되어 왔다.

그러나, 상기 방법들은 폐 탈질 촉매로부터 철(Fe), 황(S) 및 알칼리 금속뿐만 아니라 주 활성 성분들도 세정하여 만족할 만한 재생 효율을 얻을 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 쉽고 간편한 방법으로 폐 탈질 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐 탈질 촉매로부터 주 활성 성분인 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V)은 보호하면서, 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 철(Fe), 황(S)은 효과적으로 제거할 수 있는 세정용액을 제공한다.

본 발명에 따르면, 쉽고 간편한 방법으로 높은 폐 촉매 재생 효율을 제공함으로써, 경제적일 뿐만 아니라 환경적으로 산업발전에 이바지할 수 있다.

본 발명의 한 구현예에 따르면, 폐 탈질 촉매의 재생에 사용하기 위한, 카테콜(catechol)과 유기산을 포함하는 세정용액이 제공된다.

본 발명에 있어서, 유기산은 아세트산, 젖산, 시트르산, 술폰산, 아스코르브산, 클리코릭산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 카테콜은 0.05wt% 내지 0.1wt% 함유될 수 있으며, 바람직하기는 0.1wt% 함유된다.

본 발명에 있어서, 유기산은 아세트산과 젖산으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 카테콜과 유기산의 비가 1 : 1인 것인 세정용액에 제공된다.

상기 구현예에 있어서, 카테콜, 아세트산, 및 젖산의 비는 2 : 1 : 1일 수 있다.

본 발명에 따르면, 쉽게 간편한 방법으로 폐 탈질 촉매로부터 주 활성 성분인 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V)은 보호하면서, 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 철(Fe) 및 황(S)은 효과적으로 제거된다.

또한, 본 발명에 따르면, 폐 탈질 촉매를 재생함으로써 자원의 라이프타임을 극대화하고 폐기물 처리비용 및 처리 설비 제조의 원가를 절감할 수 있으므로, 경제적일 뿐만 아니라 환경적으로 산업발전에 이바지 할 수 있다.

도 1은 카테콜 함유 세정용액으로 세정한 허니컴 촉매의 탈질 효율을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명은 하기의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

본 발명에서 사용한 제철소 소결공장 SCR설비의 폐 탈질 촉매에 함유되어 있는 Ti, W, V 및 Na, Fe, S의 함량을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

Ti	W	V	Na	Fe	S
5.8	0	0	8.6	19.5	9.5

(단위: %)

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폐 탈질 촉매내 활성 성분인 Ti, W, V의 함량은 낮거나 관측되지 않았으나, Na, Fe 및 S의 함량은 높다는 것을 알 수 있다.

실시예 2

수용액 500ml를 기준으로, 카테콜 : 아세트산 : 젖산의 혼합 중량 비율을 달리하여 세정용액을 제조하였다. 상기 세정용액을 사용하여 실시예 1의 폐 탈질 촉매를 세정하였다. 상기 세정된 폐 탈질 촉매를 상온에서 건조시킨 후, 촉매 표면에 남아 있는 Ti, W, V 및 Ca, Na, Fe, S의 함량을 측정하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.

	2 : 1 : 1	0.5 : 1 : 1	0.2 : 1 : 1	0 : 1 : 1	0:0:0
Ti	22.05	16.06	18.52	10.41	5.8
W	0	3.32	2.72	0	0
V	0.87	0	0	0	0
Ca	2.4	3.0	0.9	2.35	2.2
Na	0	0	0	0	8.6
Fe	9.5	0	0	19.3	19.5
S	1.1	0	0.5	1.4	9.5

(단위: %)

상기 표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 아세트산과 젖산으로만 이루어진 세정용액의 경우, Ti, W 및 V의 함량은 각각 10.41%, 0%, 0%로 거의 보존되지 않았으며, Ca, Fe 및 S의 제거가 잘 이루어지지 않았다. 그러나, 카테콜 : 아세트산 : 젖산의 중량비가 2 : 1 : 1인 경우, 활성성분인 Ti, W 및 V의 함량은 각각 22.05%, 0%, 0.87%로 Ti 와 V의 잔류 함량이 가장 잘 보존되었으며, 또한 Ca, Na, Fe 및 S의 함량은 각각 2.4%, 0%, 9.5%, 1.1%로 Fe는 50% 정도의 제거율을 나타내었고, Na와 S는 약 90% 이상의 높은 제거율을 나타내었다.

또한 카테콜의 함량비가 적어질수록 W가 잘 보존되었으며, Ca, Na, Fe 및 S의 제거가 잘 이루어짐을 관찰할 수 있었다.

실시예 3

상기의 실시예 2와 동일한 조건 하에, 카테콜의 함량을 달리하여 세정용액을 제조하였다. 상기 세정용액을 사용하여 실시예 1의 폐 탈질 촉매를 세정하였다. 상기 세정된 폐 탈질 촉매를 상온에서 건조시킨 후, 촉매 표면에 남아 있는 Ti, W, V 및 Ca, Na, Fe, S의 함량을 확인하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.

	0.01wt%	0.05wt%	0.1wt%	1.5wt%
Ti	7.46	12.53	15.84	7.67
W	0	1.36	0	0
V	0	0	0	0
Ca	1.45	1.26	4.72	3.8
Na	8.6	0	0.77	5.73
Fe	7.3	1.22	2.16	7.4
S	9.4	0	1.02	6.68

(단위: %)

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 수용액내 카테콜의 함량이 0.1wt%인 경우, 활성성분인 Ti, W 및 V의 함량은 각각 15.8%. 0%, 0% 로 Ti가 가장 잘 보존되었으며, 또한 Ca, Na, Fe 및 S의 함량은 각각 4.72%. 0.77%, 2.16%, 1.02%로 높은 제거율을 나타내었다. 수용액내 카테콜의 함량이 0.05wt%인 경우에도 Ti와 W의 함량이 12.53% 및 1.36%로 보존되었으며, 촉매 비활성 성분들이 현저하게 제거되었다.

실시예 4

상기 실시예 2에서 제조된 세정용액을 사용하여 허니컴을 세정한 다음, 1% V205용액으로 코팅한 후, 촉매의 전환율(%)을 측정하였다. 결과를 표 4에 나타내었다.

	허니컴 1 (2 : 1 : 1)	허니컴 2 (0.5 : 1 : 1)	허니컴 3 (0.2 : 1 : 1)	허니컴 4 (0 : 1 : 1)
150℃	20	10	7	9
200℃	67	36	31	21
250℃	90	61	59	48
300℃	92	70	72	62

(단위: %)

상기 표 4로부터 알 수 있듯이, 카테콜 : 아세트산 : 젖산의 중량비가 2 : 1 : 1인 경우 허니컴의 전환율이 250℃에서 90%, 300℃에서 92%로 가장 높게 나타났다.

결과

상기 실시예로부터, 카테콜 : 아세트산 : 젖산의 중량비가 2 : 1 : 1인 세정용액을 사용하여 폐 탈질 촉매를 세정한 경우, 활성성분인 Ti 와 V가 잘 보존되면서도 Ca, Na, Fe 및 S가 효과적으로 제거됨을 알 수 있다. 또한, 상기 세정용액으로 세정한 허니컴의 경우, 약 250℃에서 90%, 300℃에서 92%로의 재생효율이 나타났다.

따라서, 본 발명은 기존의 산 세정용액에 카테콜을 첨가하는 쉽고 간편한 방법으로 활성성분인 V를 표면에 안정화시킴으로써 촉매 활성 성분 V2O5의 추가첨가에 의해 신촉매보다 더 성능이 뛰어난 촉매를 제공할 수 있으므로 경제적일 뿐만 아니라 환경적으로 산업발전에 이바지할 것으로 기대된다.

Claims

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폐 탈질 촉매의 재생에 사용하기 위한 세정용액으로, 카테콜, 아세트산 및 젖산을 0.2:1:1 ~ 2:1:1의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 세정용액.
삭제
제3항에 있어서, 카테콜, 아세트산 및 젖산의 중량비가 2:1:1인 것을 특징으로 하는 세정용액.
제3항에 있어서, 카테콜은 0.05wt% 내지 0.1wt% 함유되어 있는 것인 세정용액.