KR101353447B1 - 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체 - Google Patents
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Abstract
3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체를 제공한다. 본 발명에 따르면, 일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간격으로 배치되는 평면형의 제1, 제2 금속폼(metal foam); 및 상기 제1 금속폼과 상기 제2 금속폼의 사이에 배치되는 비평면형의 제3 금속폼을 포함하는 제1 단위 촉매 담체부를 포함한다.
Description
본 발명은 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적을 최대한 증가시킬 수 있도록 하여 부피와 무게를 최소화 할 수 있도록 한 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체에 관한 것이다.
예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NOx를 제거하는 기술로서 선택적 촉매 환원법(Selective catalytic reduction, SCR)이 알려져 있다.
이러한 선택적 촉매 환원법은 NH3와 NOx가 반응하여 N2+H2O로 전환하는 가스-가스 반응으로 주 반응을 위해서는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 반응 표면적이 중요한 변수이다. 이는 단위 부피 당 반응 표면적이 증가하게 될 경우, 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅되는 촉매 환원용 촉매 담체의 부피 감소와 더불어 총 무게 감소가 가능해지기 때문이다.
그런데 종래의 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는 단순하게 블록형으로 형성되어 있으므로, NH3와 NOx가 반응할 수 있는 반응 표면적이 그만큼 작게 되므로, 촉매 담체의 부피 및 무게가 증가하게 된다.
그러므로, 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적을 증가시켜 기존의 선택적 촉매 환원용 촉매 담체 대비 부피와 무게를 줄일 경우, 부피와 무게가 중요한 부품 선정 기준이 되는 선박용 배기 후처리 장치 등으로 활용성이 높아질 수 있으며, 엔진 초기 구동 시 촉매 반응 온도까지 온도 상승 지연에 따른 콜드 스타트(Cold start) 시점의 NOx 배출량도 급감시킬 수 있는 장점이 있기 때문에, NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적을 최대한 증가시킬 수 있는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적을 최대한 증가시킬 수 있도록 하여 부피와 무게를 최소화 할 수 있도록 한 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅되는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체로서, 일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간격으로 배치되는 평면형의 제1, 제2 금속폼(metal foam); 및 상기 제1 금속폼과 상기 제2 금속폼의 사이에 배치되는 비평면형의 제3 금속폼을 포함하는 제1 단위 촉매 담체부를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체가 제공될 수 있다.
상기 제1, 제2, 제3 금속폼은 50㎛ 내지 6000㎛ 크기의 셀(Cell)을 가질 수 있다.
상기 제1, 제2, 제3 금속폼에는 선택적 환원 촉매 분말로서 일정한 양의 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2 분말 중 적어도 하나 이상의 분말이 코팅될 수 있다.
상기 V2O5 와 WO3의 함량은 1wt%~20wt%까지 조절될 수 있다.
상기 제3 금속폼의 형상은 파(wave) 형상 또는 구불구불한(serpentine) 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제3 금속폼은 그 최고점을 형성하는 피크부와, 그 최하점을 형성하고 상기 피크부의 반대쪽에 위치하는 밸리부와, 상기 피크부와 상기 밸리부를 일정한 각도로 경사지게 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 제1 단위 촉매 담체부를 적어도 2개 이상 적층한 제1 단위 스택을 포함할 수 있다.
상기 제1 단위 스택을 적어도 2개 이상 접합한 제1 스택 어셈블리를 포함할 수 있다.
상기 제1 단위 스택간의 접합은 그 접합하는 일면에 슬러리를 코팅하여 이루어질 수 있다.
상기 슬러리는 액체, 파우더와 바인더(binder)를 포함할 수 있다.
상기 제1 단위 촉매 담체부를 적어도 2개 이상 적층하고, 일정한 간격을 두고 배치되는 제2, 제3 단위 스택;
상기 제2 단위 스택의 일단부와 상기 제2 단위 스택과 인접한 상기 제3 단위 스택의 일단부 사이를 막아주기 위한 제1 차단부재; 및
상기 제3 단위 스택의 타단부와 상기 제3 단위 스택과 인접한 상기 제2 단위 스택의 타단부 사이를 막아주기 위한 제2 차단부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 차단부재는 상기 제2 단위 스택과 상기 제3 단위 스택의 일단부와 접착제에 의하여 접합되고,
상기 제2 차단부재는 상기 제3 단위 스택과 상기 제2 단위 스택의 타단부와 접착제에 의하여 접합될 수 있다.
상기 제1, 제2, 제3 금속폼은 3차원 반응 구조를 가짐으로써 반응 면적이 증대되어 촉매의 부피를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅되는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체로서,
일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간격으로 배치되는 평면형의 제1, 제2 금속폼; 및 일정한 크기와 형상을 갖고, 상기 제1 금속폼과 상기 제2 금속폼 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 평면형의 제4 금속폼을 포함하는 제2 단위 촉매 담체부를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체가 제공될 수 있다.
상기 제1, 제2, 제4 금속폼은 50㎛ 내지 6000㎛ 크기의 셀을 가질 수 있다.
상기 제1, 제2, 제4 금속폼에는 선택적 환원 촉매 분말로서 일정한 양의 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2 분말 중 적어도 하나 이상의 분말이 코팅될 수 있다.
상기 V2O5 와 WO3의 함량은 1wt%~20wt%까지 조절될 수 있다.
상기 제2 단위 촉매 담체부를 적어도 2개 이상 적층한 제4 단위 스택을 포함할 수 있다.
상기 제4 단위 스택을 적어도 2개 이상 접합한 제2 스택 어셈블리를 포함할 수 있다.
상기 제4 단위 스택간의 접합은 그 접합하는 일면에 슬러리를 코팅하여 이루어질 수 있다.
상기 슬러리는 액체, 파우더와 바인더(binder)를 포함할 수 있다.
상기 제2 단위 촉매 담체부를 적어도 2개 이상 적층하고, 일정한 간격을 두고 배치되는 제5, 제6 단위 스택;
상기 제5 단위 스택의 일단부와 상기 제5 단위 스택과 인접한 상기 제6 단위 스택의 일단부 사이를 막아주기 위한 제3 차단부재; 및
상기 제6 단위 스택의 타단부와 상기 제6 단위 스택과 인접한 상기 제5 단위 스택의 타단부 사이를 막아주기 위한 제4 차단부재를 포함할 수 있다.
상기 제3 차단부재는 상기 제5 단위 스택과 상기 제6 단위 스택의 일단부와 접착제에 의하여 접합되고,
상기 제4 차단부재는 상기 제6 단위 스택과 상기 제5 단위 스택의 타단부와 접착제에 의하여 접합될 수 있다.
상기 제1, 제2, 제4 금속폼은 3차원 반응 구조를 가짐으로써 반응 면적이 증대되어 촉매의 부피를 줄일 수 있다.
본 실시예에 따르면, NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적을 최대한 증가시킬 수 있으므로, 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 부피와 무게를 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는, 일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간격으로 배치되는 평면형의 제1, 제2 금속폼(metal foam)(110, 120); 및 상기 제1 금속폼(110)과 상기 제2 금속폼(120)의 사이에 배치되는 비평면형의 제3 금속폼(130)을 포함하는 제1 단위 촉매 담체부(100)를 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2, 제3 금속폼(110, 120, 130)은 Ni, Fe, Cu, Ti, Al, Al2O3 등의 유기 및 무기 재질로 이루어진 3차원 기공체에 수십 ㎛의 직경을 가지는 유기/무기 분말을 도포하고 이를 고온 소결과 같은 일반적인 접합 방법으로 접합하여 표면을 올록볼록하게 제조할 수 있다. 이러한 제1, 제2, 제3 금속폼(110, 120, 130)의 제조 방법은 일반적인 것으로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 상기 제1, 제2, 제3 금속폼의 표면의 올록볼록한 기하학적 형상은 촉매 코팅시 촉매 접착력을 향상시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 촉매 활성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
여기서, 상기 제1, 제2, 제3 금속폼(110, 120, 130)은 50㎛~6000㎛ 크기의 셀(Cell)을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2, 제3 금속폼(110, 120, 130)은 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 금속 메쉬(metal mesh) 중 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제1, 제2, 제3 금속폼(110, 120, 130)에는 선택적 환원 촉매 분말로서 일정한 양의 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2 분말 중 적어도 하나 이상의 분말이 코팅될 수 있다. 상기 코팅 물질 중 V2O5 와 WO3의 함량은 1wt%~20wt%까지 조절될 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼(110, 120)은 일정한 길이, 두께와 폭을 갖는 평면형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 금속폼(130)은 일정한 길이, 두께와 폭을 갖는 굴곡형으로 형성될 수 있다.
상기 제3 금속폼(130)의 형상은 상기 제1 금속폼(110)과 상기 제2 금속폼(120) 사이에 슈트(soot) 공간을 확보할 수 있도록 파(wave) 형상 또는 구불구불한(serpentine) 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제3 금속폼(130)은 그 최고점을 형성하는 피크부(131)와, 최하점을 형성하고 상기 피크부의 반대쪽에 위치하는 밸리부(133)와, 상기 피크부와 상기 밸리부를 일정한 각도로 경사지게 연결하는 연결부(135)를 포함할 수 있다.
상기 피크부(131)는 상기 제1 금속폼(110) 또는 상기 제2 금속폼(120)과 접촉될 수 있고, 상기 밸리부(133)는 상기 제2 금속폼(120) 또는 상기 제1 금속폼(110)과 접촉될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체는 상기 제1, 제2 금속폼(110, 120)과 상기 제3 금속폼(130)의 올록볼록한 기하학적 형상, 및 상기 제3 금속폼(130)의 피크부(131), 밸리부(133) 및 연결부(135)의 굴곡 형상에 의하여 예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적이 증가될 수 있으므로, 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체의 부피와 무게를 최소화 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는 하기에서 특히 설명하는 사항 이외에는 상기 제1 실시예와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는, 제1 실시예에 따른 상기 제1 단위 촉매 담체부(100)를 적어도 2개 이상 적층한 제1 단위 스택(210)을 포함할 수 있다.
또한, 제2 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는, 상기 제1 단위 스택(210)을 적어도 2개 이상 접합한 제1 스택 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
상기 제1 스택 어셈블리(200)의 상기 제1 단위 스택(210)간의 접합은 그 접합하는 일면에 슬러리를 코팅하여 이루어질 수 있다.
상기 슬러리는 액체, 파우더와 바인더(binder)를 포함할 수 있다. 상기 파우더는 합금 분말로서 니켈(Ni), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 철(Fe)을 3wt%~80wt% 포함할 수 있다.
상기 파우더와 바인더는 믹서에 의하여 혼합될 수 있으며, 이 때, 파우더와 바인더의 용이한 혼합을 위하여 물 등과 같은 액체를 이용할 수 있다.
상기 슬러리에 포함된 파우더는 상기 제1 단위 스택(210)과 상기 제1 단위 스택(210) 사이의 양호한 소결 접촉을 보장하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 슬러리는 소결시 액체와 바인더 성분이 제거되면서 상기 제1 단위 스택(210)과 상기 제1 단위 스택(210)을 접합할 수 있게 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체는 상기 제1 단위 스택(210)을 적어도 2개 이상 접합한 제1 스택 어셈블리(200)에 의하여 예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적이 증가될 수 있으므로, 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체의 부피와 무게를 최소화 할 수 있다.
또한, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스는 상기 제1 스택 어셈블리(200)의 일측방향에서 타측방향으로 배출될 수 있으며, 상기 제1 스택 어셈블리(200)의 상, 하 방향으로 배출될 수 있으며, 상기 제1 스택 어셈블리(200)의 전, 후 방향으로도 배출될 수 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는 하기에서 특히 설명하는 사항 이외에는 상기 제2 실시예와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는, 상기 제1 단위 촉매 담체부(100)를 적어도 2개 이상 적층하고, 일정한 간격을 두고 배치되는 제2, 제3 단위 스택(300, 310);
상기 제2 단위 스택(300)의 일단부와 상기 제2 단위 스택과 인접한 상기 제3 단위 스택(310)의 일단부 사이를 막아주기 위한 제1 차단부재(320); 및
상기 제3 단위 스택(310)의 타단부와 상기 제3 단위 스택(310)과 인접한 상기 제2 단위 스택(300)의 타단부 사이를 막아주기 위한 제2 차단부재(330)를 포함할 수 있다.
상기 제1 차단부재(320)와 상기 제2 차단부재(330)는 상기 제2 단위 스택(300)과 상기 제3 단위 스택(310)의 단부면 사이를 지그재그로 막아줄 수 있도록 상기 제2 단위 스택(300)과 상기 제3 단위 스택(310)의 일단부와 타단부에 엇갈리게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 차단부재(320)와 상기 제2 차단부재(330)는 상기 제2 단위 스택(300)과 상기 제3 단위 스택(310)의 단부면 사이를 효과적으로 막아줄 수 있도록 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 제1 차단부재(320)는 상기 제2 단위 스택(300)과 상기 제3 단위 스택(310)의 일단부와 접착제 등에 의하여 접합될 수 있다.
또한, 상기 제2 차단부재(330)는 상기 제3 단위 스택(310)과 상기 제2 단위 스택(300)의 타단부와 접착제 등에 의하여 접합될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체는 상기 제2 단위 스택(300)과 상기 제3 단위 스택(310)에 의하여 예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적이 증가될 수 있으므로, 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체의 부피와 무게를 최소화 할 수 있다.
또한, 예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스가 상기 제2 단위 스택(300)과 상기 제3 단위 스택(310) 사이로 배출되면, 상기 배기가스는 상기 제1, 제2 차단부재(320, 330)에 의하여 도 3에 화살표로 도시된 바와 같이 상기 제2 단위 스택(300)과 상기 제3 단위 스택(310)쪽으로 분산되면서 상기 제2 단위 스택(300)과 상기 제3 단위 스택(310)을 통과하게 되므로, 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적이 증가되므로, NOx를 최대한 감소시킬 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는 하기에서 특히 설명하는 사항 이외에는 상기 제1 실시예와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는, 일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간격으로 배치되는 평면형의 제1, 제2 금속폼(110, 120); 및
일정한 크기와 형상을 갖고, 상기 제1 금속폼(110)과 상기 제2 금속폼(120) 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 평면형의 제4 금속폼(410, 420)을 포함하는 제2 단위 촉매 담체부(400)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제4 금속폼(410, 420)은 상기 제1 금속폼(110)과 상기 제2 금속폼(120)의 사이에 2개를 배치하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 한 개 또는 2개 이상 배치할 수 있다.
상기 제4 금속폼(410, 420)은 Ni, Fe, Cu, Ti, Al, Al2O3 등의 유기 및 무기 재질로 이루어진 3차원 기공체에 수십 ㎛의 직경을 가지는 유기/무기 분말을 도포하고 이를 고온 소결과 같은 일반적인 접합 방법으로 접합하여 표면을 올록볼록하게 제조할 수 있다. 이러한 제4 금속폼(410, 420)의 제조 방법은 일반적인 것으로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 상기 제4 금속폼(410, 420)의 표면의 올록볼록한 기하학적 형상은 촉매 코팅시 촉매 접착력을 향상시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 촉매 활성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
여기서, 상기 제4 금속폼(410, 420)은 50㎛~6000㎛ 크기의 셀을 가질 수 있다.
또한, 상기 제4 금속폼(410, 420)은 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 금속 메쉬(metal mesh) 중 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제4 금속폼(410, 420)에는 선택적 환원 촉매 분말로서 일정한 양의 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2 분말 중 적어도 하나 이상의 분말이 코팅될 수 있다.
상기 코팅 물질 중 V2O5 와 WO3의 함량은 1wt%~20wt%까지 조절될 수 있다.
상기 제4 금속폼(410, 340)은 일정한 길이, 두께와 폭을 갖는 평면형으로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체는 상기 제1, 제2 금속폼(110, 120)과 상기 제4 금속폼(410, 420)의 올록볼록한 기하학적 형상에 의하여 예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적이 증가될 수 있으므로, 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체의 부피와 무게를 최소화 할 수 있다.
또한, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스는 제2 단위 촉매 담체부(400)의 일측방향에서 타측방향으로 배출될 수 있으며, 상기 제2 단위 촉매 담체부(400)의 상, 하 방향으로 배출될 수 있으며, 상기 제2 단위 촉매 담체부(400)의 전, 후 방향으로도 배출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는 하기에서 특히 설명하는 사항 이외에는 상기 제4 실시예와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는, 상기 제2 단위 촉매 담체부(400)를 적어도 2개 이상 적층한 제4 단위 스택(510)을 포함할 수 있다.
또한, 제5 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는, 상기 제4 단위 스택(510)을 적어도 2개 이상 접합한 제2 스택 어셈블리(500)를 포함할 수 있다.
상기 제2 스택 어셈블리(500)의 상기 제4 단위 스택(510)간의 접합은 그 접합하는 일면에 슬러리를 코팅하여 이루어질 수 있다.
상기 슬러리는 액체, 파우더와 바인더(binder)를 포함할 수 있다. 상기 파우더는 합금 분말로서 니켈(Ni), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 철(Fe)을 3wt%~80wt% 포함할 수 있다.
상기 파우더와 바인더는 믹서에 의하여 혼합될 수 있으며, 이 때, 파우더와 바인더의 용이한 혼합을 위하여 물 등과 같은 액체를 이용할 수 있다.
상기 슬러리에 포함된 파우더는 상기 제4 단위 스택(510)과 상기 제4 단위 스택(510) 사이의 양호한 소결 접촉을 보장하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 슬러리는 소결시 액체와 바인더 성분이 제거되면서 상기 제4 단위 스택(510)과 상기 제4 단위 스택(510)을 접합할 수 있게 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 제5 실시예에 따른 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체는 상기 제4 단위 스택(510)을 적어도 2개 이상 접합한 제2 스택 어셈블리(500)에 의하여 예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적이 증가될 수 있으므로, 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체의 부피와 무게를 최소화 할 수 있다.
또한, 도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는 하기에서 특히 설명하는 사항 이외에는 상기 제5 실시예와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체는, 상기 제2 단위 촉매 담체부(400)를 적어도 2개 이상 적층하고, 일정한 간격을 두고 배치되는 제5, 제6 단위 스택(600, 610);
상기 제5 단위 스택(600)의 일단부와 상기 제5 단위 스택(600)과 인접한 상기 제6 단위 스택(610)의 일단부 사이를 막아주기 위한 제3 차단부재(620); 및
상기 제6 단위 스택(610)의 타단부와 상기 제6 단위 스택(610)과 인접한 상기 제5 단위 스택(600)의 타단부 사이를 막아주기 위한 제4 차단부재(630)를 포함할 수 있다.
상기 제3 차단부재(620)와 상기 제4 차단부재(630)는 상기 제5 단위 스택(600)과 상기 제6 단위 스택(610)의 단부면 사이를 지그재그로 막아줄 수 있도록 상기 제5 단위 스택(600)과 상기 제6 단위 스택(610)의 일단부와 타단부에 엇갈리게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제3 차단부재(620)와 상기 제4 차단부재(630)는 상기 제5 단위 스택(600)과 상기 제6 단위 스택(610)의 단부면 사이를 효과적으로 막아줄 수 있도록 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 제3 차단부재(620)는 상기 제5 단위 스택(600)과 상기 제6 단위 스택(610)의 일단부와 접착제 등에 의하여 접합될 수 있다.
또한, 상기 제4 차단부재(630)는 상기 제6 단위 스택(610)과 상기 제5 단위 스택(600)의 타단부와 접착제 등에 의하여 접합될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 제6 실시예에 따른 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체는 상기 제5 단위 스택(600)과 상기 제6 단위 스택(610)에 의하여 예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적이 증가될 수 있으므로, 선택적 촉맨 환원용 촉매 담체의 부피와 무게를 최소화 할 수 있다.
또한, 예컨대, 선박용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스가 상기 제5 단위 스택(600)과 상기 제6 단위 스택(610) 사이로 배출되면, 상기 배기가스는 상기 제3, 제4 차단부재(620, 630)에 의하여 도 6에 화살표로 도시된 바와 같이 상기 제5 단위 스택(600)과 상기 제6 단위 스택(610)쪽으로 분산되면서 상기 제5 단위 스택(600)과 상기 제6 단위 스택(610)을 통과하게 되므로, 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 NH3와 NOx가 반응할 수 있는 단위 부피당 반응 표면적이 증가되므로, NOx를 최대한 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 제1 단위 촉매 담체부 110: 제1 금속폼
120: 제2 금속폼 130: 제3 금속폼
200: 제1 스택 어셈블리 210: 제1 단위 스택
300: 제2 단위 스택 310: 제3 단위 스택
320: 제1 차단부재 330: 제2 차단부재
400: 제2 단위 촉매 담체부 410, 420: 제4 금속폼
500: 제2 스택 어셈블리 510: 제4 단위 스택
600: 제5 단위 스택 610: 제6 단위 스택
620: 제3 차단부재 630: 제4 차단부재
120: 제2 금속폼 130: 제3 금속폼
200: 제1 스택 어셈블리 210: 제1 단위 스택
300: 제2 단위 스택 310: 제3 단위 스택
320: 제1 차단부재 330: 제2 차단부재
400: 제2 단위 촉매 담체부 410, 420: 제4 금속폼
500: 제2 스택 어셈블리 510: 제4 단위 스택
600: 제5 단위 스택 610: 제6 단위 스택
620: 제3 차단부재 630: 제4 차단부재
Claims (24)
- 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅되는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체로서,
일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간격으로 배치되는 평면형의 제1, 제2 금속폼(metal foam); 및 상기 제1 금속폼과 상기 제2 금속폼의 사이에 배치되는 비평면형의 제3 금속폼을 포함하는 제1 단위 촉매 담체부를 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3 금속폼은 50㎛ 내지 6000㎛ 크기의 셀(Cell)을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3 금속폼에는 선택적 환원 촉매 분말로서 일정한 양의 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2 분말 중 적어도 어느 하나 이상의 분말이 코팅되는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제3항에 있어서,
상기 V2O5 와 WO3의 함량은 1wt%~20wt%까지 조절되는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제3항에 있어서,
상기 제3 금속폼의 형상은 파(wave) 형상 또는 구불구불한(serpentine) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제5항에 있어서,
상기 제3 금속폼은 그 최고점을 형성하는 피크부와, 그 최하점을 형성하고 상기 피크부의 반대쪽에 위치하는 밸리부와, 상기 피크부와 상기 밸리부를 일정한 각도로 경사지게 연결하는 연결부를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 단위 촉매 담체부를 적어도 2개 이상 적층한 제1 단위 스택을 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제7항에 있어서,
상기 제1 단위 스택을 적어도 2개 이상 접합한 제1 스택 어셈블리를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제8항에 있어서,
상기 제1 단위 스택간의 접합은 그 접합하는 일면에 슬러리를 코팅하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제9항에 있어서,
상기 슬러리는 액체, 파우더와 바인더(binder)를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 단위 촉매 담체부를 적어도 2개 이상 적층하고, 일정한 간격을 두고 배치되는 제2, 제3 단위 스택;
상기 제2 단위 스택의 일단부와 상기 제2 단위 스택과 인접한 상기 제3 단위 스택의 일단부 사이를 막아주기 위한 제1 차단부재; 및
상기 제3 단위 스택의 타단부와 상기 제3 단위 스택과 인접한 상기 제2 단위 스택의 타단부 사이를 막아주기 위한 제2 차단부재
를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제11항에 있어서,
상기 제1 차단부재는 상기 제2 단위 스택과 상기 제3 단위 스택의 일단부와 접착제에 의하여 접합되고,
상기 제2 차단부재는 상기 제3 단위 스택과 상기 제2 단위 스택의 타단부와 접착제에 의하여 접합되는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제3항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3 금속폼은 3차원 반응 구조를 가짐으로써 반응 면적이 증대되어 촉매의 부피를 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅되는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체로서,
일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간격으로 배치되는 평면형의 제1, 제2 금속폼; 및 일정한 크기와 형상을 갖고, 상기 제1 금속폼과 상기 제2 금속폼 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 평면형의 제4 금속폼을 포함하는 제2 단위 촉매 담체부
를 포함하고,
상기 제1, 제2, 제4 금속폼은 50㎛ 내지 6000㎛ 크기의 셀을 가지는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제4 금속폼에는 선택적 환원 촉매 분말로서 일정한 양의 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2 분말 중 적어도 어느 하나 이상의 분말이 코팅되는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제16항에 있어서,
상기 V2O5 와 WO3의 함량은 1wt%~20wt%까지 조절되는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제14항, 제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 단위 촉매 담체부를 적어도 2개 이상 적층한 제4 단위 스택을 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제18항에 있어서,
상기 제4 단위 스택을 적어도 2개 이상 접합한 제2 스택 어셈블리를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제19항에 있어서,
상기 제4 단위 스택간의 접합은 그 접합하는 일면에 슬러리를 코팅하여 이루어지는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제20항에 있어서,
상기 슬러리는 액체, 파우더와 바인더(binder)를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제14항, 제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 단위 촉매 담체부를 적어도 2개 이상 적층하고, 일정한 간격을 두고 배치되는 제5, 제6 단위 스택;
상기 제5 단위 스택의 일단부와 상기 제5 단위 스택과 인접한 상기 제6 단위 스택의 일단부 사이를 막아주기 위한 제3 차단부재; 및
상기 제6 단위 스택의 타단부와 상기 제6 단위 스택과 인접한 상기 제5 단위 스택의 타단부 사이를 막아주기 위한 제4 차단부재
를 포함하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제22항에 있어서,
상기 제3 차단부재는 상기 제5 단위 스택과 상기 제6 단위 스택의 일단부와 접착제에 의하여 접합되고,
상기 제4 차단부재는 상기 제6 단위 스택과 상기 제5 단위 스택의 타단부와 접착제에 의하여 접합되는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체. - 제16항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제4 금속폼은 3차원 반응 구조를 가짐으로써 반응 면적이 증대되어 촉매의 부피를 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120029190A KR101353447B1 (ko) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체 |
| PCT/KR2012/002493 WO2013141433A1 (ko) | 2012-03-22 | 2012-04-03 | 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120029190A KR101353447B1 (ko) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | 3차원 반응 구조를 갖는 선택적 촉매 환원용 촉매 담체 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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