KR102431102B1 - 환원제 슬립을 방지할 수 있는 질소산화물 저감용 선택적 환원촉매장치 및 이를 이용한 질소산화물 제거 방법 - Google Patents

환원제 슬립을 방지할 수 있는 질소산화물 저감용 선택적 환원촉매장치 및 이를 이용한 질소산화물 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 질소산화물 저감과 동시에 환원제 슬립을 방지할 수 있는 선택적 환원촉매 장치 및 이를 이용한 질소산화물 제거 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 260℃ 내지 580℃ 온도영역에서 높은NOX정화율을 갖고, 700℃ 이상의 고온에 노출된 후에도 촉매의 NOX정화율이 높으며 NOx 제거 반응 후 잔류하는 탄화수소, 일산화탄소, 수소 등의 가스가 슬립되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

환원제 슬립을 방지할 수 있는 질소산화물 저감용 선택적 환원촉매장치 및 이를 이용한 질소산화물 제거 방법 {SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION DEVICE FOR REDUCING NITROGEN OXIDE PREVENTING SLIPPAGE OF REDUCTANT AND THE METHOD TO REMOVE NITROGEN OXIDE USING THE SAME}
본 발명은 질소산화물 저감용 선택적 환원촉매장치 및 이를 이용한 질소산화물 제거 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질소산화물 저감과 동시에 환원제 슬립을 방지할 수 있는 선택적환원촉매 장치 및 이를 이용한 질소산화물 제거 방법에 관한 것이다.
디젤 연료는 탄화수소로 이루어진 물질로서 휘발유나 등유보다 가격이 저렴해 널리 쓰이고 있다.
디젤 자동차용 기관, 육상용 비상발전기용 디젤기관 혹은 선박용 디젤기관의 배출가스 중 질소산화물질(NOx)이 다량 배출되어 대기 중 미세먼지의 전구물질로 작용하여 대기 중 미세먼지의 증가가 원인이 되어 대기오염 문제가 증가하고 있다.
질소산화물질(NOx)은 산성비의 원인이 될 뿐 아니라 식물을 고사시키는 등 주요 대기오염물질로 규제되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 경유 자동차의 디젤 연료를 환원제로 사용하는 SCR을 이용한 기술이 주목을 받게 되었다.
종래의 HC-SCR 촉매 (탄화수소를 이용한 선택적 환원촉매)는 300℃ 이하의 저온 영역에서 NOx의 정화율이 낮고, NOx의 정화율이 80% 이상이 유지되는 온도 윈도우 영역(temperature window)이 매우 좁은 문제가 있었다.
또한, 종래의 HC-SCR 촉매는 700℃ 이상의 고온에 노출될 경우 촉매의 빠른 열화로 NOx의 정화율이 급격히 저하되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 HC-SCR 촉매에서 질소산화물질(NOx)을 제거하기 위해 사용하는 환원제에는 탄화수소, 수소, 일산화탄소 등이 있는데, NOx 제거 반응 후 잔류하는 탄화수소, 일산화탄소, 수소 등의 가스가 2차 대기오염원이 되어 유해 가스로 배출되는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제 1016598180000호
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 넓은 온도 윈도우 영역에서 촉매의 NOX정화율이 높고, 700℃ 이상의 고온에 노출된 후에도 촉매의 NOX정화율이 높으며, NOx 제거 반응 후 잔류하는 탄화수소, 일산화탄소, 수소 등의 가스가 슬립 되는 것을 방지할 수 있는 선택적 환원촉매장치를 제공하는 것이다. 또한, 상기 선택적 환원촉매장치를 이용한 질소산화물 저감 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 질소산화물 저감을 위한 선택적 환원 촉매 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 질소산화물 저감을 위한 선택적 환원 촉매장치는, 처리 가스가 도입되고 상기 처리 가스 중의 NOX를 선택적으로 제거하는 SCR 촉매를 포함하는 NOX 정화부; 및
상기 NOX 정화부로부터 정화된 처리 가스에 잔류하는 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소를 제거하는 환원제 슬립방지촉매를 포함하는 환원제 슬립 방지부를 포함할 수 있다.
상기 NOX 정화부의 SCR촉매는 0.1 wt% 내지2 wt%의 은(Ag)을 50 nm이하의 나노 파우더 γ-Al2O3를 사용하여 습식함침법으로 제조한 Ag/Al2O3 촉매를 포함할 수 있다.
상기 환원제 슬립방지부의 상기 환원제 슬립방지촉매는 1wt%의 팔라듐(Pd)으로 구성된 Pd/Al2O3 촉매 또는 2wt%의 구리(Cu), 1wt%의 주석(Sn)과 97 wt%의 제올라이트로 구성된 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매를 포함할 수 있다.
상기 NOX 정화부 및 환원제 슬립 방지부는 적층형태로 구성될 수 있다.
상기 Ag/Al2O3 촉매, Pd/Al2O3 촉매 및 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매는 습식함침법으로 제조될 수 있다.
상기 환원제 슬립방지부에서 Pd/Al2O3 촉매를 이용한 경우, 상기 NOX정화부의 Ag/Al2O3촉매가 80% 비율을 차지하고 상기 환원제 슬립 방지부의 Pd/Al2O3 촉매가 20%의 비율을 차지할 수 있다.
상기 환원제 슬립방지부에서 2Cu1Sn/ZSM-5촉매를 이용한 경우, NOX정화부의 Ag/Al2O3촉매가 50% 비율을 차지하고 환원제 슬립 방지부의 2Cu1Sn/ZSM-5촉매가 50% 비율을 차지할 수 있다.
상기 NOX정화부의 상기 Ag/Al2O3 촉매의 경우, 260℃ 내지580℃ 영역의 온도에서 NOx의 정화율이 80% 이상 유지될 수 있다.
상기 환원제 슬립방지부의 상기 환원제 슬립 방지 촉매가 Pd/Al2O3 인 경우, 175℃ 이상의 온도에서 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소의 정화율이 90% 이상이 유지될 수 있다.
상기 환원제 슬립방지부의 상기 환원제 슬립 방지 촉매가 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매인 경우, 320℃ 이상의 온도에서 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소의 환원제 슬립이 나타나지 않을 수 있다.
상기 SCR촉매 및 상기 환원제 슬립 방지 촉매에 700℃ 내지 800℃ 의 수분과 공기를 공급하여 강제 열화 시킨 경우, 260℃ 내지580℃ 온도 영역에서 상기 NOX 및 환원제의 정화율이 80%이상 유지될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 질소산화물 저감용 선택적 환원 촉매 장치를 이용하여 질소 산화물을 저감하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 질소산화물 저감용 선택적 환원 촉매 장치를 이용하여 질소 산화물을 저감하는 방법은,
질소산화물 저감용 선택적 환원 촉매 장치를 이용하여 질소 산화물을 저감하는 방법에 있어서,
처리 가스를 상기 NOX 정화부에 투입하여 상기 처리 가스 중의 NOX가 SCR 촉매에 의해 선택적으로 제거되는 NOx 정화단계; 및
상기 NOX 정화부로부터 정화된 처리 가스에 잔류하는 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소는 상기 환원제 슬립방지부로 이동하여 환원제 슬립방지 촉매에 의해 제거되는 환원제 슬립 방지 단계를 포함할 수 있다.
상기 NOX 정화단계에서 상기 SCR 촉매는 0.1 wt% 내지2 wt%의 은(Ag)으로 구성되는 Ag/Al2O3 촉매를 포함할 수 있다.
상기 환원제 슬립 방지 단계의 상기 환원제 슬립방지촉매는 1 wt%의 팔라듐(Pd) 으로 구성된 Pd/Al2O3 촉매 또는 2 wt%의 구리(Cu), 1 wt%의 주석(Sn)과 97 wt%의 제올라이트로 구성된 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, NOX정화부 및 환원제 슬립방지부를 적층 형태로 조합하여 구성함으로서, 260℃ 내지 580℃ 온도영역에서 높은 NOX 정화율을 갖고, 700℃ 이상의 고온에 노출된 후에도 촉매의 NOX정화율이 높으며, 상기NOx 제거 반응 후 잔류하는 탄화수소, 일산화탄소, 수소 등의 2차 대기오염원이 되는 가스가 슬립되는 것을 방지할 수 있는 질소산화물 저감용 선택적 환원 촉매 장치 및 이를 이용한 질소산화물 저감방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적환원촉매장치의 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 환원제 종류에 따른 촉매성능평가를 위한 실험 조건을 나타내는 표이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1Ag/Al2O3 를 이용한 선택적환원촉매장치의 환원제 종류와 열적열화특성에 따른 NOx 정화 성능을 나타내는 그래프이다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2Ag/Al2O3 를 이용한 선택적환원촉매장치의 환원제 종류와 열적열화특성에 따른 NOx 정화 성능 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Pd/Al2O3 촉매를 이용한 선택적 환원촉매장치의 NOX 정화율과 부차적인 반응으로 생성되는 부산물, 그리고 환원제의 슬립 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 환원제 중에 C3H6-H2 를 이용한 실험 조건에서, C3H6-H2-1Ag/Al2O3촉매 및 C3H6-H2-1Pd/Al2O3 촉매의 NOx 정화율과 환원제의 슬립 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1Ag/Al2O3, 2Ag/Al2O3 및 2Cu1Sn/ZSM-5 단층 촉매의 NOx 정화율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1Ag/Al2O3 및 1Pd/Al2O3가 조합된 선택적 환원촉매장치의 NOx 정화율과 환원제 정화율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1Ag/Al2O3, 2Ag/Al2O3및 2Cu1Sn/ZSM-5 가 조합된 촉매 장치의 NOx 정화율과 환원제 정화율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Ag/Al2O3 촉매의 Ag 함량과 수소의 공급량이 NOx 정화율에 미치는 영향을 평가한 것을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Ag/Al2O3 촉매와 Pd/Al2O3 촉매가 조합된 선택적 환원촉매의 수열열화처리 전과 후의 엑스레이 회절패턴을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어 “환원제 슬립”은 질소산화물질을 제거하기 위해 공급한 환원제가 반응에 참여하지 못하고 그대로 배출되는 현상을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 환원 촉매 장치를 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적환원촉매장치의 구성도이다.
도1의 (가)는 Ag/Al2O3 및 Pd/Al2O3의 단일층 촉매를 나타낸 구성도이고, 도1의 (나)는 두 종류의Ag/Al2O3와 Pd/Al2O3가 조합된 선택적 환원촉매장치 및 Pd/Al2O3 와 Ag/Al2O3 가 조합된 선택적 환원촉매장치를 나타낸 구성도이다.
상기 도 1의 (나)를 참조하면, 촉매로 도입된 처리 가스 중의 NOX를 선택적으로 제거하는 SCR 촉매를 포함하는 NOX 정화부가 전단에 구성되고 상기 NOX정화부로부터 정화된 처리 가스에 잔류하는 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소를 제거하는 환원제 슬립방지 촉매를 포함하는 환원제 슬립 방지부가 후단에 구성될 수 있다
또한, 상기 NOX 정화부의 SCR 촉매는 0.1 wt% 내지2 wt%의 은(Ag)으로 구성되는 Ag/Al2O3 촉매를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 환원제 슬립방지부의 상기 환원제 슬립방지 촉매는 1 wt%의 팔라듐(Pd)으로 구성된 Pd/Al2O3 촉매를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, Ag/Al2O3 촉매 및 Pd/Al2O3 촉매에 사용된 γ-Al2O3의 종류는 50 nm 이하의 나노 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 환원제 슬립방지부의 상기 환원제 슬립방지촉매는 2 wt%의 구리(Cu), 1 wt%의 주석(Sn)과 97 wt%의 제올라이트로 구성된 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매는 2 wt% Cu, 1 wt% Sn을 제올라이트 ZSM-5 (SiO2/Al2O3=90)에 습식함침법으로 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 도 1의 (나)를 참조하면 선택적환원촉매장치는 처리 가스 흐름 방향에 대한 순서로 조합될 수 있고, 각각의 촉매는 적층형태로 구성될 수 있다.
상기 도 1의 (나)를 참조하면, 상기 NOX 정화부의Ag/Al2O3와 상기 환원제 슬립방지부의Pd/Al2O3가 조합된 선택적 환원촉매장치는 처리 가스가 상부에 구성된 Ag/Al2O3에 먼저 접촉한 후 잔류 가스가 상부에서 하부로 이동하여 Pd/Al2O3 가 반응하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 도 1의 (나)를 참조하면, 상기 환원제 슬립방지부의 Pd/Al2O3 와 상기 NOX 정화부의 Ag/Al2O3 가 조합된 선택적 환원촉매장치는 처리 가스가 상부에 구성된 Pd/Al2O3에 먼저 접촉한 후 잔류 가스가 상부에서 하부로 이동하여 Ag/Al2O3 가 반응을 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 NOX 정화부의 상기 Ag/Al2O3촉매는 0.1 wt% 내지 2 wt%의 Ag을 함유한 50 nm 이하의 γAl2O3를 사용하고 습식함침법으로 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 선택적 환원 촉매 장치의 환원제 슬립방지부에서 Pd/Al2O3 촉매를 이용한 경우, 상기 NOX정화부의 Ag/Al2O3촉매가 80% 비율을 차지하고 상기 환원제 슬립 방지부의 Pd/Al2O3 촉매가 20%의 비율을 차지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 선택적 환원 촉매 장치의 환원제 슬립방지부에서 2Cu1Sn/ZSM-5촉매를 이용한 경우, NOX정화부의 Ag/Al2O3촉매가 차지하는 체적 비율을 50%로 하고 환원제 슬립 방지부의 2Cu1Sn/ZSM-5촉매의 체적비율을 50%인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 선택적환원촉매장치를 이용하여, 환원제 종류에 따른 촉매 성능을 평가하는 실험을 진행하였다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 환원제 종류에 따른 촉매성능평가를 위한 실험 조건을 나타내는 표이다.
도 2를 참조하면, 환원제로 사용되는 탄화수소는 프로필렌(C3H6) 과 수소(H2)이다.
C3H6-SCR 반응의 경우 환원제로서 프로필렌(C3H6)를 이용한 것이고, H2-SCR 반응의 경우 환원제로서 수소(H2)를 이용한 것이다.
또한, C3H6-H2-SCR의 경우 환원제로서 프로필렌(C3H6) 과 수소(H2)를 동시 사용한 것을 나타낼 수 있다.
이하에서는 제조예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 제조예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1>
본 발명의 일 실시예에 따른 습식함침법 (incipient wetness impregnation method) 과 모노리식 코디어라이트(monolithic cordierite)에 상기 촉매들을 코팅하여 제조하였다.
상기 선택적 환원촉매를 제조하기 위하여, 먼저 나노 크기의 γ-Al2O3 (nano-powder, 50 nm particle size) 를 준비하고, 상기 γ-Al2O3 지지체 내에 적절한 양(1내지 8 wt%)의 질산은(AgNO3, purity 99%)과 탈이온수를 실온에서 합한 후, 450 rpm에서 30분간 혼합물을 섞고 80℃에서 건조한다.
또한, 건조된 샘플은 불순물을 제거하기 위해 2.0 L/min 유속으로 5 시간 동안 500℃에서 소성(calcination)한 후, 막자사발에 곱게 갈아서 상기 Ag/Al2O3촉매를 얻을 수 있다.
<제조예 2>
본 발명의 일 실시예에 따른 습식함침법(incipient wetness impregnation method)에 의해 상기 2Cu1Sn/ZSM-5촉매를 제조하였다.
상기 선택적 환원촉매를 제조하기 위하여, 먼저 적절한 양의 질산구리 (Cu (NO3)2xH2O, purity 99.999%) 와 염화주석 (SnCl45H2O, purity 98%)을 준비하고, ZSM-5 (SiO2/Al2O3 = 90, Vision Chemical)에 실온조건에서 탈이온수에 습식함침한 후, 450 rpm 에서 30분 동안 교반 한다.
상기 교반된 촉매는 80℃에서 건조된 후 불순물을 제거하기 위해 2.0 L/min 유속으로 5 시간 동안 500℃에서 소성한 후, 막자 발에 곱게 갈아서 상기 2Cu1Sn/ZSM-5촉매를 얻을 수 있다.
<제조예 3>
본 발명의 일 실시예에 따른 습식함침법(incipient wetness impregnation method)에 의해 상기 Ag/Al2O3촉매와 Cu1Sn/ZSM-5촉매가 조합된 선택적환원촉매장치를 제조하였다.
모노리스 코디어라이트(monolithic honeycomb cordierite, 2MgO.2Al2O3. 5SiO2, wall thickness: 5 mil, cell density: 300 cell/in2, porosity: 35%)를 촉매 담체로 사용하였다.
Ag/Al2O3 촉매와 Cu1Sn/ZSM-5촉매를 준비하고, 상기 촉매들은 코디어라이트(cordierite)에 의해 워시코팅 되고, 외경 19mm, 높이 28.3mm 또는 14.2mm 로 절단되었다.
이로써, Ag/Al2O3 촉매의 부피는 8 cm3 이고 Cu1Sn/ZSM-5의 부피는 4 cm3 이 될 수 있다.
예측되지 않은 촉매 반응을 방지하기 위해서 상기 워시 코팅은 결합 물질 또는 산성 용액을 이용하지 않고 이루어 질 수 있다.
탈 이온수에 10 wt%의 촉매 분말을 포함하는 슬러리를 준비하고 코디어라이트(cordierite) 코어가 상기 용액에 반복적으로 잠기고 난 후, 워시 코트를 증착하기 위해서 건조되었다.
그 후, 상기 워시 코팅된 코디어라이트는 2시간 동안 2.0 L/min유량의 속도로 400 ℃에서 소성하여 선택적 환원촉매장치를 얻었다.
실험 예를 분석하기에 앞서, 상기 선택적 환원촉매장치의 성능 평가는 대기압 조건에서 세로 고정상 연속 유동 반응기 (vertical fixed-bed continuous flow reactor) 를 이용한 검출 장치를 통하여 평가하였다.
또한, 질량유량 컨트롤러, H2O 공급용으로 붕구산(borosilicate) 유리병, 석영반응기, 전기 세라믹로, 셀 부피가 300 cm3이고 광로 길이가 4 m인 푸리에 변환 적외선 분광 광도계, 충진 컬럼이 있는 가스크로마토그래프(GC)를 이용하였다.
또한, 선택적 환원촉매장치의 반응 전후 NO, NO2, CO, C3H6, N2O, NH3 및 HNCO의 농도는 온라인 FTIR 분석기(Midac)의 AutoQuant Pro software 모니터링 방법을 이용하였다.
또한, H2는 GC(가스크로마토그래프) 분석기와 Agilent Chemstation software를 이용한 모니터링 방법을 이용하였다.
<실험예1>
상기 도 2의 실험 조건 중에 환원제로서 C3H6, H2 또는C3H6-H2 를 이용하여 HC-SCR촉매(탄화수소를 이용한 촉매)의 성능을 확인하는 실험을 진행하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1Ag/Al2O3 를 이용한 선택적환원촉매장치의 환원제 종류와 열적열화특성에 따른 NOx 정화 성능을 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 3 (가)의 좌측 그래프에 나타난 것과 같이, 환원제로서 C3H6만을 사용할 경우, 온도 윈도우(온도 영역)가 430℃ 내지580℃인 영역에서 NOx의 정화율이 80% 이상을 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 도 3 (가)의 좌측 그래프에 나타난 것과 같이, 환원제로서 C3H6-H2 만을 사용할 경우, 온도윈도우가 260℃ 내지 580℃인 영역에서 NOx의 정화율이 80% 이상을 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
즉, C3H6-H2 -SCR촉매의 경우 저온측 온도윈도우가 C3H6-SCR 촉매보다 170℃도 낮아지는 성능 향상 효과를 확인 할 수 있다.
상기 온도 윈도우 영역이 낮아지는 성능 향상 효과를 확인할 수 있는 이유는, 도 3 (가)의 우측 그래프의 C3H6의 정화율을 보면, C3H6와 H2가 동시에 공존할 경우 450℃ 이하의 저온에서 C3H6의 정화율이 증가하는 것을 볼 수 있는데, 수소(H2)는 이 탄화수소 환원제의 반응을 촉진 시키면서 환원제로 작용하는 탄화수소 반응기(라디칼)를 많이 만들기 때문이다.
다만, 도 3 (가)의 좌측 그래프에 나타난 것과 같이, 환원제로서 H2 만을 사용할 경우,
H2-SCR에서 보면 NOx 정화율은 전 온도 영역에서 10% 이하로 매우 낮을 것으로 보아 수소 단독의 환원제로는 NOx 정화율을 충분히 높일 수 없다는 것을 확인할 수 있다.
이때, 여기서 환원제에 수소를 공급하는 방법은 수소 가스 봄베를 사용하는 방법 또는 디젤 연료와 같은 탄화 수소계 연료를 수증기 촉매 개질 니마 열분해에 의해 탄소수가 4보다 낮은 탄화수소와 수소를 생성하는 방법을 적용할 수 있다.
또한, 상기 도 3 (나)의 좌측 그래프를 참조하면, 700℃에서 12시간 동안 수분과 공기를 공급하여 강제 열화시킨 후 HC-SCR 촉매의 NOx 정화율을 나타내고 있다.
그 결과는 도 3 (가)의 좌측 그래프와 그래프의 형상이 거의 유사한 것을 확인 할 수 있다.
또한, 상기 도 3 (다)의 좌측 그래프를 참조하면, 800℃에서 12시간 동안 수분과 공기를 공급하여 강제 열화시킨 후 HC-SCR 촉매의 NOx 정화율을 나타내고 있다.
그 결과는 도 3 (가)의 좌측 그래프와 그래프의 형상이 거의 유사한 것을 확인 할 수 있다.
즉, 습식함침법으로 제조하는 기법을 채택한 1Ag/Al2O3 촉매는 열적 내구특성이 우수한 것을 확인 할 수 있다.
<실험예2>
상기 도 2의 실험 조건 중에 환원제로서 C3H6, H2 또는C3H6-H2 를 이용하여 HC-SCR촉매(탄화수소를 이용한 선택적환원촉매)의 성능을 확인하는 실험을 진행하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2Ag/Al2O3 를 이용한 선택적 환원촉매장치의 환원제 종류와 열적열화특성에 따른 NOx 정화 성능 특성을 나타내는 그래프이다.
상기 열적열화특성에 따른 NOx 정화 성능 특성 실험에 사용한 촉매는 2 wt%의 Ag를 사용한 2 Ag/Al2O3 촉매이다.
먼저, 도 4 의 좌측 그래프를 참조하면, 도3의 좌측 그래프와 비교 했을 때, 도 2의 결과와 거의 유사하지만 NOx의 정화율이 약 10% 정도 저하되고, 온도 윈도우도 좁아지는 특성을 확인 할 수 있다.
이로써, HC-SCR 촉매용으로 50 nm이하의 나노 파우더 γ-Al2O3를 사용하여 습식함침법으로 제조한 Ag/Al2O3의 촉매에 최적 Ag 함량은 0.1wt% 이상 2.0 wt% 이하가 사용 가능 한 최적의 범위임을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
Pd/Al2O3 촉매를 사용할 경우, 상기 Pd/Al2O3 촉매의 NOX 정화율과 부차적인 반응으로 생성되는 부산물, 그리고 환원제의 슬립 특성을 확인 하는 실험을 진행 하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Pd/Al2O3 촉매를 이용한 선택적환원촉매장치의 NOX 정화율과 부차적인 반응으로 생성되는 부산물 및 환원제의 슬립 특성을 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 5의 (가)를 참조하면, C3H6-Pd/Al2O3 를 이용한 경우,
NOx 정화율이 230℃에서 최고 25% 수준으로 도 3 또는 도 4에서 본 Ag/Al2O3 촉매에 비교하여 낮은 정화율이며, 부산물 N2O의 생성율이 약 12%로 높다.
또한, 도 5 (나)를 참조하면, C3H6-H2-Pd/Al2O3 를 이용한 경우,
NOx 정화율이 230℃에서 최고 28%로 도 5 (가)보다 약간 높지만, 부산물 N2O의 생성율이 약 12.5%로 여전히 높다.
N2O는 CO2보다 강력한 지구 온난화를 일으키는 물질이므로 배출해서는 안되는 물질이다.
그러나, 환원제 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 수소(H2)의 슬립은 전혀 배출되지 않는 특성을 확인 할 수 있다.
<실험예 4>
상기 도 2의 실험 조건 중에 환원제로서 C3H6-H2 를 이용한 실험 조건에서 C3H6-H2 -1Ag/Al2O3 촉매 및 C3H6-H2 -1Pd/Al2O3 촉매 각각의 NOx 정화율과 환원제의 슬립 특성 성능을 확인하는 실험을 진행하였다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도2의 환원제 중에 C3H6-H2 를 이용한 실험 조건에서, C3H6-H2-1Ag/Al2O3촉매 및 C3H6-H2-1Pd/Al2O3 촉매의 NOx 정화율과 환원제의 슬립 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6 (가)는 C3H6-H2-1Ag/Al2O3 촉매의 NOx 정화율과 환원제의 슬립 특성을 나타내는 그래프이고, 도6(나)는 C3H6-H2-1Pd/Al2O3 촉매의 NOx 정화율과 환원제의 슬립 특성을 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 6 (가)를 참조하면, 1Ag/Al2O3 촉매의 경우, NOx 정화율은 260℃에서 80% 이상을 나타내는 동시에 260℃ 이상에서 환원제 H2도 정화율이 260℃에서 80% 이상을 나타내는 것으로 보아 환원제 H2도 저감되는 특성을 확인 할 수 있다.
또한, 도 6 (가)를 참조하면, C3H6의 정화율은 약 30%을 나타내는 것으로 보아, 약 70%가 슬립 되는 것을 확인 할 수 있다.
일산화탄소(CO)의 경우 정화율이 마이너스를 나타내는 것으로 보아, 일산화탄소(CO)는 이 영역에서 C3H6의 산화과정에서 불완전산화로 인해 CO가 생성되었음을 확인할 수 있다.
즉, 1Ag/Al2O3 촉매의 경우, NOx 정화율은 높지만 환원제의 정화율이 낮은 것으로 보아 환원제 슬립 특성이 높은 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6 (나)를 참조하면, 1Pd/Al2O3촉매의 경우, NOx 정화율은 전체 온도 범위에서 20% 미만으로 매우 낮지만, 환원제인 C3H6, CO, H2의 정화율은 250℃에서 90% 이상을 나타내고 있다.
즉, 1Pd/Al2O3촉매의 경우, NOx 정화율은 낮지만 환원제의 정화율은 높은 것으로 보아 환원제 슬립 특성이 낮은 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 특성을 고려하여, 1Ag/Al2O3 촉매와 1Pd/Al2O3 촉매가 조합된 형태의 촉매장치를 고안하였으며, 250℃ 부근의 저온 영역에서 NOx의 정화율이 높은 Ag/Al2O3 촉매를 전단에 장착하고 후단에 환원제 슬립을 방지할 목적으로 1Pd/Al2O3를 장착하는 배기후처리 촉매장치를 고안하였다.
<실험예 5>
1Ag/Al2O3, 2Ag/Al2O3 및 2Cu1Sn/ZSM-5 단층 촉매의 NOx 정화율의 특성 성능을 확인하는 실험을 진행하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1Ag/Al2O3, 2Ag/Al2O3 및 2Cu1Sn/ZSM-5 단층 촉매의 NOx 정화율을 나타내는 그래프이다.
도 7(가)를 참조하면, 1Ag/Al2O3, 2Ag/Al2O3의 NOx 정화율은 80%이상으로 높고, 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매의 NOx 정화율은 최고 60% 정도로 정화율이 낮은 특성을 확인 할 수 있다.
또한, 1Ag/Al2O3촉매와 2Ag/Al2O3 촉매는 300℃에서 CO 정화율은 약 30%, C3H6 정화율은 40% 내지50% 정도로 낮은 특성을 확인할 수 있다.
또한, 도 7(나) 및 도 7(다)를 참조하면 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매의 CO와 C3H6는 300℃에서 거의 100% 정화율을 나타내는 특성을 확인할 수 있다.
즉, 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매가 환원제 중에 CO 또는 C3H6 를 정화하는 것은 산화 반응에 의한 환원제 농도가 감소되는 것을 의미하며, 상기 2Cu1Sn/ZSM-5는 환원제 슬립을 방지하는 특성을 가진 촉매임을 확인 할 수 있다.
<실험예 6>
상기 도 2의 실험 조건 중에 환원제로서 C3H6-H2 를 이용한 실험 조건에서 1Ag/Al2O3 촉매 및 1Pd/Al2O3 촉매가 조합된 선택적 환원촉매장치의 NOx 정화율과 환원제 정화율 특성을 확인하는 실험을 진행하였다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1Ag/Al2O3 및 1Pd/Al2O3가 조합된 선택적 환원촉매장치의 NOx 정화율과 환원제 정화율 특성을 나타내는 그래프이다.
이때, 촉매의 체적은 단층 촉매와 동일하며 각 촉매의 비율은 1Ag/ Al2O3가 80% 이고 1Pd/Al2O3가 20% 비율을 차지할 수 있다.
도 8 (가)는 1Ag/Al2O3 및 1Pd/Al2O3가 조합된 선택적 환원촉매장치의 정화율 특성을 나타낼 수 있다.
상기 도 8 (가)를 참조하면, NOx의 정화율은 275℃에서 90% 이상을 나타내고, 환원제 C3H6, H2, CO는 온도 175℃에서 95% 이상의 정화율을 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 도 5에서 나타낸 것처럼 Pd/Al2O3만 촉매로 사용할 경우 발생하는 N2O의 배출도 거의 배출되지 않음을 확인할 수 있다.
그 이유는 275℃에서 NOx의 정화율이90% 이상이기 때문에 N2O로 변환될 NOx가 저농도이고 상기 NOx가 N2O로 변환될 반응에 기여할 환원제의 농도도 낮기 때문일 수 있다.
그리고, 도 8 (나)는 1Ag/Al2O3 및 1Pd/Al2O3가 조합된 선택적 환원촉매장치를 700℃에서 12시간 동안 수분과 공기를 공급하여 강제 열화시킨 선택적 환원촉매장치의 NOx 정화율을 나타내고 있다.
도 8 (나)를 참조하면, NOx의 최고정화율이 나타나는 온도가 250℃ 정도로 고온으로 이동하며, 정화율이 2% 내지3% 저하하는 정도이고 환원제의 슬립도 거의 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도8 (다)는 1Ag/Al2O3 및 1Pd/Al2O3가 조합된 선택적 환원촉매장치를800℃에서 12시간 동안 수분과 공기를 공급하여 강제 열화시킨 선택적 환원촉매장치의 NOx 정화율을 나타내고 있다.
도 8 (다)를 참조하면, 도 8 (나)와 거의 유사한 형태의 그래프를 나타내고 있으며, NOx의 최고정화율이 나타나는 온도가 250℃ 정도로 고온으로 이동하고 정화율이 2% 내지3% 저하하는 정도이고 환원제의 슬립도 거의 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 1Ag/Al2O3 와 1Pd/Al2O3 가 조합된 선택적환원촉매장치는 275℃ 이상의 온도에서 NOx의 정화율을 90% 이상으로 유지하고 동시에 환원제 C3H6, H2 또는 CO도 175℃에서 95% 이상이 정화되어 슬립의 문제가 없는 선택적 환원촉매장치인 것을 확인 할 수 있다.
또한, 도 8 (다)를 참조하였을 때, 1Ag/Al2O3 와 1Pd/Al2O3가 조합된 선택적환원촉매장치는 800℃ 에서 열적내구특성이 아주 우수한 것을 확인 할 수 있다.
<실험예 7>
상기 도 2의 실험 조건 중에 환원제로서 탄화수소를 이용한 실험 조건에서 1Ag/Al2O3 촉매, 2Ag/Al2O3 및 2Cu1Sn/ZSM-5촉매가 조합된 선택적 환원촉매장치의 NOx 정화율과 환원제 정화율 특성을 확인하는 실험을 진행하였다.
상기 선택적환원촉매장치는 Ag/Al2O3촉매가 50% 비율을 차지하고 2Cu1Sn/ZSM-5촉매가 50% 비율을 차지할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1Ag/Al2O3, 2Ag/Al2O3및 2Cu1Sn/ZSM-5 가 조합된 촉매 장치의 NOx 정화율과 환원제 정화율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9 (가)는 1Ag/Al2O3 촉매와 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매가 조합된 선택적 환원촉매장치의 NOx 정화율 특성을 나타낼 수 있다.
상기 도 9 (가)를 참조하면, 배기가스의 흐름에 의해 먼저 접촉하는 촉매가 1Ag/Al2O3이고, 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매가 추후에 접촉하는 선택적 환원촉매장치인 경우, 촉매에 먼저 접촉하는 촉매가 2Cu1Sn/ZSM-5이고 1Ag/Al2O3 촉매가 추후에 접촉하는 선택적 환원촉매장치의 경우 보다 넓은 온도범위에서 높은 NOx 정화율을 나타내고 있다.
또한, 상기 도 9 (가)를 참조하면, 1Ag/Al2O3 및 2Cu1Sn/ZSM-5이 조합된 선택적 환원촉매장치의 C3H6 농도가 320℃ 이상에서 0을 나타내는 것을 통해서, C3H6의 슬립도 320℃ 이상에서 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 9 (나)는 2Ag/Al2O3 촉매와 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매가 조합된 선택적 환원촉매장치의 NOx 정화율 특성을 나타낼 수 있다.
상기 도 9 (나)를 참조하면, 배기가스의 흐름에 의해 먼저 접촉하는 촉매가 2Ag/Al2O3이고, 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매가 추후에 접촉하는 선택적 환원촉매장치인 경우, 촉매에 먼저 접촉하는 촉매가 2Cu1Sn/ZSM-5이고 2Ag/Al2O3 촉매가 추후에 접촉하는 선택적 환원촉매장치의 경우 보다 넓은 온도범위에서 높은 NOx 정화율을 나타내고 있다.
또한, 상기 도 9 (나)를 참조하면, 2Ag/Al2O3 및2Cu1Sn/ZSM-5이 조합된 선택적환원촉매장치의 C3H6 농도가 320℃ 보다 약간 낮은 온도 에서부터 0을 나타내는 것으로 보아, C3H6의 슬립도 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 8>
Ag/Al2O3 촉매의 Ag 함량과 수소의 공급량이 NOx 정화율에 미치는 영향을 확인하는 실험을 진행하였다.
상기, 도10 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Ag/Al2O3 촉매의 Ag 함량과 수소의 공급량이 NOx 정화율에 미치는 영향을 평가한 것을 나타내는 그래프이다.
먼저, Ag 함량이 NOx 정화율에 미치는 영향을 평가하기 위해서, 적정한 양의 Ag를 담지할 필요가 있다.
상기 Ag 함량이 1 wt%, 2 wt%, 4 wt% 또는 8 wt% 인 Ag/Al2O3 촉매를 제조하고, 각각의 촉매의 NOx 정화율을 평가하는 실험을 진행하였다.
도10 (가) 는 1 wt% 의Ag가 포함된 1Ag/Al2O3 촉매, 도10 (나)는 2 wt%의 Ag 가 포함된 2Ag/Al2O3 촉매, 도10 (다)는 4 wt%의 Ag가 포함된 4Ag/Al2O3 촉매, 도10 (라)는 8 wt%의 Ag가 포함된 8Ag/Al2O3 촉매이다.
이때, 상기 도10 (가) 와 도10 (나)는 NOx 정화율 80% 이상을 나타내는 온도영역을 확인할 수 있는 반면, 도10 (다) 와 도10 (라)는 NOx 정화율 80% 이상을 나타내는 온도영역을 확인할 수 없다.
이를 통해, 상기 Ag/Al2O3 촉매 반응에서 NOx 환원 반응의 활성점으로 작용하는 Ag의 최적 함량은 1 wt%와 2 wt%이며, Ag 함량이 4 wt%를 초과하면 NOx 환원 반응이 저해되는 것을 확인할 수 있다.
그 이유는, Ag 함량이 4 wt%를 초과하면 강력한 Ag 입자끼리 서로 응집하는 경향이 강해지며, 이 때 Ag 입자의 상호 응집으로 인해 활성점의 분산을 저해하기 때문에 NOx 환원반응을 저해한다.
또한, 상기Ag/Al2O3 촉매 반응에서 활성점의 과다 분포는 환원제인 C3H6의 산화반응을 촉진시키므로 NOx 환원반응의 반응성이 높아질 수 있다.
이때, 산화반응을 촉진함으로서, 중간 생성물의 생성을 억제함과 동시에 C3H6의 완전 산화반응이 진행할 수 있고, NOx 환원반응의 반응성이 높아질 수 있다.
또한, 공존 가스 중 수소는 저온 HC-SCR 반응을 촉진시키며, 수소의 함량이 증가하면 반응온도 300℃ 이하에서 NOx 정화율이 상승함을 나타낼 수 있다.
수소에 의해 C3H6는 낮은 온도에서 중간 생성물을 만드는 것이 활성화되기 때문에, H2 첨가는 C3H6의 부분 산화를 촉진시켰고, 결과적으로 NOx 정화율이 상승할 수 있다.
환원제의 산화반응이 촉진되면, NOx와 반응할 수 있는 중간생성물의 생성이 촉진되므로 NOx 정화율을 높이는데 기여할 수 있다.
또한, 수소의 공존은 환원제인 C3H6의 부분산화를 촉진시키는 역할을 하므로 H2-C3H6-SCR 반응에서 저온 NOx 정화율의 향상에 기여할 수 있다.
이를 통해, 최적의 Ag 함량은 1 wt% 와 2 wt%임을 알 수 있다.
또한, 상기 도10 (가) 와 도10 (나)를 참조하면, 1Ag/Al2O3촉매와 2Ag/Al2O3촉매에서 NOx 정화율이 현저히 상승하는 것을 확인 할 수 있다.
이를 통해, 처리 가스 중에 포함된 수소는 저온에서 NOx 환원 반응을 촉진시키며, 수소의 함량이 증가함에 따라 반응 온도 300℃ 이하에서 NOx 정화율이 상승함을 확인 할 수 있다.
또한, 도10 (나)를 참조하면, 수소 도입으로 450℃ 조건의 NOx 최대 전환율이 88% 에서 390℃ 에서 96%로 개선된 것을 확인 할 수 있다.
<실험예 9>
Ag/Al2O3 촉매와 Pd/Al2O3 촉매의 700℃ 와 800℃ 온도에서 수열 열화 후, 엑스레이 회절 패턴 특성을 확인하는 실험을 진행 하였다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Ag/Al2O3 촉매와 Pd/Al2O3 촉매가 조합된 선택적 환원촉매의 수열열화처리 전과 후의 엑스레이 회절패턴을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, Ag/Al2O3 촉매와 Pd/Al2O3 촉매 각각을 700℃ 와 800℃에서 수열 열화한 경우, 촉매의 지지체인 γAl2O3의 엑스레이 회절 강도와 회절 각의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 지지체로 사용한 γ-Al2O3는 고온의 수열 열화 후에 안정한 물질로 존재하고 있으며, γ-Al2O3의 구조변화가 없으므로 촉매의 고온 내구성을 유지할 수 있다.
또한, NOx 정화가 가능한 Ag/Al2O3 촉매는 수열 열화 후 Ag의 응집이 일어나지 않으므로 Ag의 회절 패턴이 분석되지 않는다.
상기와 같은 제조예 및 실험예에 따르면, 260℃ 내지 580℃ 온도영역에서 높은NOX정화율을 갖고, 700℃ 이상의 고온에 노출된 후에도 촉매의 NOX정화율이 높으며, 상기 NOx 제거 반응 후 잔류하는 탄화수소, 일산화탄소, 수소 등의 가스가 슬립 되는 것을 방지할 수 있는 질소산화물 저감용 선택적 환원 촉매 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 구성의 특징으로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 높은NOX 정화율을 갖고, 상기 NOx 제거 반응 후 잔류하는 탄화수소, 일산화탄소, 수소 등의 가스가 슬립 되는 것을 방지할 수 있는 질소산화물 저감 방법을 제공할 수 있다.
질소산화물 저감용 선택적 환원 촉매 장치를 이용하여 질소 산화물을 저감하는 방법에 있어서,
처리 가스를 투입하고 상기 처리 가스 중의 NOX가 SCR 촉매에 의해 선택적으로 제거되는 NOx정화단계; 및
상기 NOX 정화부로부터 정화된 처리 가스에 잔류하는 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소가 환원제 슬립방지촉매에 의해 제거되는 환원제 슬립 방지 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 NOx 정화단계에서 SCR촉매는 0.1 wt% 내지2 wt%의 은(Ag)으로 구성되는 Ag/Al2O3 촉매를 포함할 수 있다.
또한, 환원제 슬립방지단계의 상기 환원제 슬립방지촉매는 1 wt%의 팔라듐(Pd) 으로 구성된 Pd/Al2O3 촉매 또는 2 wt%의 구리(Cu), 1wt%의 주석(Sn)과 97 wt%의 제올라이트로 구성된 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매를 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 처리 가스가 도입되고 상기 처리 가스 중의 NOX를 선택적으로 제거하는 SCR 촉매를 포함하는 NOX 정화부; 및
    상기 NOX 정화부로부터 정화된 처리 가스에 잔류하는 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소를 제거하는 환원제 슬립방지촉매를 포함하는 환원제 슬립방지부를 포함하고,
    상기 SCR 촉매 및 상기 환원제 슬립방지촉매에 700℃ 내지 800℃ 의 수분과 공기를 공급하여 강제 열화 시킨 경우, 260℃ 내지580℃ 온도 영역에서 상기 NOX 및 환원제의 정화율이 80%이상 유지되는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 NOX 정화부의 SCR촉매는 0.1 wt% 내지2 wt%의 은(Ag)을 50 nm이하의 나노 파우더 γ-Al2O3를 사용하여 습식함침법으로 제조한 Ag/Al2O3 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환원제 슬립방지부의 상기 환원제 슬립방지촉매는 1wt%의 팔라듐(Pd)으로 구성된 Pd/Al2O3 촉매 또는 2wt%의 구리(Cu), 1wt%의 주석(Sn)과 97 wt%의 제올라이트로 구성된 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 NOX 정화부 및 환원제 슬립방지부는 적층형태로 구성된 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 Pd/Al2O3 촉매 및 상기 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매는 습식함침법으로 제조되는 것이 특징인 선택적 환원 촉매 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 환원제 슬립방지부에서 Pd/Al2O3 촉매를 이용한 경우, 상기 NOX 정화부의 Ag/Al2O3촉매가 80% 비율을 차지하고 상기 환원제 슬립방지부의 Pd/Al2O3촉매가 20%의 비율을 차지하는 것이 특징인 선택적 환원 촉매 장치.
  7. 처리 가스가 도입되고 상기 처리 가스 중의 NOX를 선택적으로 제거하는 SCR 촉매를 포함하는 NOX 정화부; 및
    상기 NOX 정화부로부터 정화된 처리 가스에 잔류하는 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소를 제거하는 환원제 슬립방지촉매를 포함하는 환원제 슬립방지부를 포함하고,
    상기 환원제 슬립방지부에서 2Cu1Sn/ZSM-5촉매를 이용한 경우, NOX 정화부의 Ag/Al2O3촉매가 50% 비율을 차지하고 환원제 슬립방지부의 2Cu1Sn/ZSM-5촉매가 50% 비율을 차지하는 것이 특징인 선택적 환원 촉매 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 NOX 정화부의 상기Ag/Al2O3 촉매의 경우, 260℃ 내지 580℃ 영역의 온도에서 NOx의 정화율이 80% 이상 유지되는 것이 특징인 선택적 환원 촉매 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 환원제 슬립방지부의 상기 환원제 슬립 방지 촉매가 Pd/Al2O3 인 경우, 175℃ 이상의 온도에서 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소의 정화율이 90% 이상이 유지되는 것이 특징인 선택적 환원 촉매 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 Ag/Al2O3 촉매는 습식함침법으로 제조되는 것이 특징인 선택적 환원 촉매 장치.
  11. 처리 가스가 도입되고 상기 처리 가스 중의 NOX를 선택적으로 제거하는 SCR 촉매를 포함하는 NOX 정화부; 및
    상기 NOX 정화부로부터 정화된 처리 가스에 잔류하는 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소를 제거하는 환원제 슬립방지촉매를 포함하는 환원제 슬립방지부를 포함하고,
    상기 환원제 슬립방지부의 상기 환원제 슬립방지촉매가 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매인 경우, 320℃ 이상의 온도에서 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소의 환원제 슬립이 나타나지 않는 것이 특징인 선택적 환원 촉매 장치.
  12. 제1항의 질소산화물 저감용 선택적 환원촉매장치를 이용하여 질소 산화물을 저감하는 방법에 있어서,
    처리 가스를 상기 NOX 정화부에 투입하여 상기 처리 가스 중의 NOX가 SCR 촉매에 의해 선택적으로 제거되는 NOx정화단계; 및
    상기 NOX 정화부로부터 정화된 처리 가스에 잔류하는 탄화수소, 수소 또는 일산화탄소는 상기 환원제 슬립방지부로 이동하여 환원제 슬립방지촉매에 의해 제거되는 환원제 슬립방지단계를 포함하는 것이 특징인 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 저감 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 NOx정화단계에서 상기 SCR촉매는 0.1 wt% 내지2 wt%의 은(Ag)으로 구성되는 Ag/Al2O3 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 저감 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 환원제 슬립 방지 단계의 상기 환원제 슬립방지촉매는 1 wt%의 팔라듐(Pd) 으로 구성된 Pd/Al2O3 촉매 또는 2 wt%의 구리(Cu), 1 wt%의 주석(Sn)과 97 wt%의 제올라이트로 구성된 2Cu1Sn/ZSM-5 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 저감 방법.
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