KR102457079B1 - Simultaneous removal system of complex harmful substances - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)의 동시 제거 장치, 방법 및 시스템은 저온에서부터 고온에 이르는 넓은 온도 범위에서 높은 전환율로 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 이산화탄소(CO2) 또는 질소(N2)로 전환할 수 있는 효과가 있다.Simultaneous removal apparatus, method and system for carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) according to the present invention are carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) at a high conversion rate in a wide temperature range from low to high temperatures. CO 2 ) or nitrogen (N 2 ) has the effect of being converted.

Description

복합유해물질 동시 제거 시스템{Simultaneous removal system of complex harmful substances}Simultaneous removal system of complex harmful substances

본 발명은 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for simultaneous removal of carbon monoxide and nitrogen oxides.

국내 전력공급의 첨두부하를 담당하고 있는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 발전은 미세먼지 감축을 위한 친환경 발전으로의 에너지전환 정책에 따라 2030년까지 액화천연가스 발전설비 용량이 꾸준히 증가될 전망이다. 액화천연가스 발전의 미세먼지 배출 수준이 석탄발전 대비 1/8 수준이나, 여전히 액화천연가스 연소 과정에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 양은 환경규제 수준을 만족하기 위하여 추가적인 저감 설비를 적용하고 있다. 질소산화물 배출 저감을 위한 가장 일반적인 배연탈질 기술은 암모니아(NH3) 또는 요소(CH4N2O)를 환원제로 사용하여 금속산화물 촉매 존재 하에 질소산화물(NOx)을 인체에 무해한 질소(N2)와 물(H2O)로 분해하는 선택적 촉매환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR)이다.Liquefied natural gas (LNG) power generation, which is responsible for the peak load of domestic electricity supply, is expected to steadily increase the capacity of liquefied natural gas power generation facilities by 2030 according to the energy transition policy to eco-friendly power generation to reduce fine dust. to be. Although the level of fine dust emission from liquefied natural gas power generation is 1/8 of that of coal power generation, the amount of nitrogen oxides (NO x ) emitted during the combustion process of liquefied natural gas is still being applied with additional reduction facilities to satisfy the level of environmental regulations. . The most common flue gas denitrification technology for reducing nitrogen oxide emissions is to use ammonia (NH 3 ) or urea (CH 4 N 2 O) as a reducing agent to convert nitrogen oxides (NO x ) harmless to human body nitrogen (N 2 ) in the presence of a metal oxide catalyst. ) and water (H 2 O), which is a selective catalytic reduction (SCR) method.

그러나 2019년 5개 발전사 대상 유해 대기오염물질 배출 실태 조사에 따르면 액화천연가스 발전 기동 초기에 가스터빈의 불완전 연소로 다량의 일산화탄소(~2,000 ppm)와 이산화질소(~70 ppm) 및 일산화질소(~80 ppm)가 그대로 배출되는 것으로 드러났다. 고농도 일산화탄소는 질식을 유발하는 유독가스이며, 10 ppm 이상의 이산화질소는 황연을 유발시켜 액화천연가스 발전 시설 주변의 인근 주민의 건강을 위협하는 요인으로 많은 민원이 제기되고 있는 상황이다.However, according to a 2019 survey on the emission of hazardous air pollutants from five power generation companies, large amounts of carbon monoxide (~2,000 ppm), nitrogen dioxide (~70 ppm) and nitrogen monoxide (~80 ppm) was found to be excreted as it is. A high concentration of carbon monoxide is a toxic gas that causes suffocation, and nitrogen dioxide over 10 ppm causes yellow smoke, which is a factor that threatens the health of nearby residents around liquefied natural gas power plants.

액화천연가스 발전 기동 초기에는 낮은 배기가스 온도로 인해 SCR 구동이 부적합함에 따라 가시 매연 유발 물질인 다량의 이산화질소(NO2) 저감이 어렵다. 따라서 황연 발생을 억제하기 위해 에탄올 환원제 분사 방법(Yellow Plume Elimination System, YPES)을 적용하고 있으나, 이는 단순히 이산화질소(NO2)를 일산화질소(NO)로 변환하여 황연 생성을 억제할 뿐, 변환된 고농도 일산화질소(NO)가 그대로 배출되는 방식이다. 따라서 강화된 질소산화물(NOX) 배출총량 규제를 충족시키기에 한계가 있으며, 에탄올 분사 시 발암물질인 포름알데히드와 같은 추가적인 대기오염물질을 발생시키는 문제점을 갖고 있다. At the initial stage of starting liquefied natural gas power generation, it is difficult to reduce a large amount of nitrogen dioxide (NO 2 ), which is a visible soot-causing substance, as the SCR operation is inappropriate due to the low exhaust gas temperature. Therefore, the ethanol reducing agent injection method (Yellow Plume Elimination System, YPES) is applied to suppress the generation of yellow smoke, but this simply converts nitrogen dioxide (NO 2 ) into nitrogen monoxide (NO) to suppress the generation of yellow smoke, and the converted high concentration Nitric oxide (NO) is discharged as it is. Therefore, there is a limit to satisfy the tightened nitrogen oxide (NO X ) emission regulation, and there is a problem of generating additional air pollutants such as formaldehyde, a carcinogen, when ethanol is sprayed.

특히 기동 초기 다량 배출되는 일산화탄소(CO)는 해외와 달리 국내 발전소의 경우 미규제 대기오염물질로 저감 대상이 아니었기 때문에 국내 발전소에는 일산화탄소 배출저감 설비가 없는 실정이다. 그러나 최근 고농도 미규제 대기오염물질에 대한 문제가 이슈화된 후, 질소산화물과 더불어 일산화탄소(CO) 배출 저감 설비에 대한 요구가 증대되고 있다. 하지만 현재 액화천연가스 발전소의 배열회수보일러(Heat Recovery Steam Generator, HRGS) 내부의 공간적 제약에 의해 추가적인 일산화탄소(CO) 저감 설비의 적용이 어려울 뿐만 아니라, 신규 발전소 건설 시 적용할 수 있는 저감 기술이 없는 상황이다.In particular, there are no carbon monoxide emission reduction facilities in domestic power plants because carbon monoxide (CO), which is emitted in large quantities at the beginning of operation, is not subject to reduction as unregulated air pollutants in domestic power plants, unlike overseas. However, after the recent issue of high-concentration unregulated air pollutants has become an issue, the demand for carbon monoxide (CO) emission reduction facilities along with nitrogen oxides is increasing. However, it is difficult to apply additional carbon monoxide (CO) reduction facilities due to the spatial restrictions inside the Heat Recovery Steam Generator (HRGS) of the current liquefied natural gas power plant, and there is no reduction technology that can be applied when constructing a new power plant. situation.

이와 같이, 강화되는 배출 규제에 대한 선제적 대응을 위해서는 다량의 유해 대기오염물질, 특히 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 동시에 효율적이고 효과적으로 제거할 수 있는 고도화된 기술 개발이 필수적이다.As such, in order to preemptively respond to the strengthened emission regulations, it is essential to develop advanced technologies that can efficiently and effectively remove a large amount of harmful air pollutants, particularly carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) at the same time.

나아가, 저온(160℃)에서부터 고온(400℃)까지 효과적으로 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 포함하는 대기오염물질을 동시에 저감 및 제거할 수 있는 촉매 시스템의 개발이 요구된다.Furthermore, it is required to develop a catalyst system capable of simultaneously reducing and removing air pollutants including carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) effectively from a low temperature (160°C) to a high temperature (400°C).

한국등록특허 제10-1091705호 (2011.12.02)Korean Patent Registration No. 10-1091705 (2011.12.02)

본 발명의 목적은 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 포함하는 가스를 동시에 저감 및 제거할 수 있는 장치, 방법 및 시스템을 제공한다.An object of the present invention is to provide an apparatus, method and system capable of simultaneously reducing and removing gases including carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ).

본 발명의 다른 목적은 저온에서부터 고온에 이르는 넓은 온도 범위에서 높은 전환율로 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 이산화탄소(CO2)와 질소(N2)로 전환할 수 있는 장치, 방법 및 시스템을 제공한다.Another object of the present invention is a device capable of converting carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NO X ) into carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen (N 2 ) at a high conversion rate in a wide temperature range from low temperature to high temperature, a method and provide the system.

본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치는, 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 유체가 유입되어, 제1 촉매에 의해 이산화탄소(CO2) 및 일산화질소(NO)로 전환되는 제1 반응부; 및 암모니아(NH3)가 유입되고, 상기 제1 반응부로부터 일산화질소(NO)를 포함하는 유체가 유입되어, 제2 촉매에 의해 상기 일산화질소(NO)가 상기 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2)와 물(H2O)로 전환되는 제2 반응부;를 포함하며, 상기 제1 촉매는 백금족 전이금속을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 일산화탄소-이산화질소 동시 저감 촉매이며, 상기 제2 촉매는 Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 질소산화물 환원 촉매이며, 상기 제1 촉매의 지지체 및 상기 제2 촉매의 지지체는 서로 독립적으로 알루미늄산화물, 티타늄산화물, 마그네슘산화물, 지르코늄산화물, 세륨산화물, 규소산화물 및 탄소 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다.Simultaneous removal apparatus for carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention, a fluid containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is introduced, and converted to carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide (NO) by the first catalyst a first reaction unit to be; And ammonia (NH 3 ) is introduced, a fluid containing nitrogen monoxide (NO) is introduced from the first reaction unit, and the nitrogen monoxide (NO) is reacted with the ammonia (NH 3 ) by a second catalyst A second reaction unit that is converted into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O); includes, wherein the first catalyst includes a support on which an active metal including a platinum group transition metal is supported. and the second catalyst is any one selected from Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu A nitrogen oxide reduction catalyst comprising a support on which an active metal containing one or more is supported, wherein the support of the first catalyst and the support of the second catalyst are each independently aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, zirconium oxide , including any one or two or more selected from cerium oxide, silicon oxide and carbon.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 촉매에서, 활성금속의 백금족 전이금속은 Pt를 포함하고, 지지체는 알루미늄산화물 및 티타늄산화물을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the first catalyst, the platinum group transition metal of the active metal may include Pt, and the support may include aluminum oxide and titanium oxide.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제2 촉매에서, 활성금속은 Gd 및 V을 포함할 수 있으며, 지지체는 티타늄산화물을 포함할 수 있다.In an example of the present invention, in the second catalyst, the active metal may include Gd and V, and the support may include titanium oxide.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 촉매의 지지체 또는 상기 제2 촉매의 지지체는 100 m2/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 것일 수 있다.In an example of the present invention, the support of the first catalyst or the support of the second catalyst may have a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 반응부의 유체는 액화천연가스 발전 시스템에서 배출되는 복합 유해가스일 수 있다.In an example of the present invention, the fluid of the first reaction unit may be a complex harmful gas discharged from a liquefied natural gas power generation system.

본 발명에 따른 내연 발전 시스템은 상기 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치를 포함하는 것으로서, 연료 및 공기가 유입되고 연소하여 가스터빈을 구동하는 내연기관; 상기 가스터빈의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기관; 및 상기 내연기관에서 배출되는 연소가스가 상기 제1 반응부로 유입되는 상기 장치;를 포함한다.An internal combustion power generation system according to the present invention includes the device for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides, and includes: an internal combustion engine in which fuel and air are introduced and combusted to drive a gas turbine; a power generation engine converting kinetic energy of the gas turbine into electrical energy; and the device through which the combustion gas discharged from the internal combustion engine flows into the first reaction unit.

본 발명에 따른 액화천연가스 발전 시스템은 상기 내연 발전 시스템을 포함하는 것으로서, 상기 연료는 액화천연가스로부터 공급되며, 상기 연소가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 복합 유해가스이다.The liquefied natural gas power generation system according to the present invention includes the internal combustion power generation system, wherein the fuel is supplied from liquefied natural gas, and the combustion gas is a complex harmful gas containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ). .

본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법은, 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 유체가 제1 촉매에 의해 이산화탄소(CO2) 및 일산화질소(NO)로 전환되는 제1 반응 단계 및 상기 제1 반응 단계를 거친 일산화질소(NO)를 포함하는 유체가 제2 촉매에 의해 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2) 및 물(H2O)로 전환되는 제2 반응 단계를 포함하며, 상기 제1 촉매는 백금족 전이금속을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 일산화탄소-이산화질소 동시 저감 촉매이며, 상기 제2 촉매는 Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 질소산화물 환원 촉매이며, 상기 제1 촉매의 지지체 및 상기 제2 촉매의 지지체는 서로 독립적으로 알루미늄산화물, 티타늄산화물, 마그네슘산화물, 지르코늄산화물, 세륨산화물, 규소산화물 및 탄소 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다.The method for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention is a first in which a fluid containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is converted into carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide (NO) by a first catalyst A second reaction step and a fluid containing nitrogen monoxide (NO) that has passed through the first reaction step is converted into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by reacting with ammonia (NH 3 ) by a second catalyst A reaction step, wherein the first catalyst is a carbon monoxide-nitrogen dioxide reduction catalyst including a support on which an active metal including a platinum group transition metal is supported, and the second catalyst is Gd, V, Mn, Co, Ni, La , Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and nitrogen oxide comprising a support on which an active metal containing any one or two or more selected from Lu It is a reduction catalyst, and the support of the first catalyst and the support of the second catalyst are each independently selected from aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, silicon oxide, and carbon. do.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 촉매에서, 활성금속의 백금족 전이금속은 Pt를 포함할 수 있고, 지지체는 알루미늄산화물 및 티타늄산화물을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the first catalyst, the platinum group transition metal of the active metal may include Pt, and the support may include aluminum oxide and titanium oxide.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 반응 단계에서, 125℃ 내지 175℃에서의 일산화탄소(CO) 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율은 모두 90% 이상일 수 있다.In an example of the present invention, in the first reaction step, carbon monoxide (CO) conversion and nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion at 125° C. to 175° C. may all be 90% or more.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 반응 단계에서, 200℃ 이하에서 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)가 이산화탄소(CO2) 또는 일산화질소(NO)로 전환될 수 있으며, 300℃ 이하에서 일산화탄소(CO)가 이산화탄소로(CO2)로 전환될 수 있다.In an example of the present invention, in the first reaction step, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) may be converted into carbon dioxide (CO 2 ) or nitrogen monoxide (NO) at 200° C. or less, and 300° C. or less In carbon monoxide (CO) can be converted to carbon dioxide (CO 2 ).

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제2 촉매에서, 활성금속은 가돌리늄 및 바나듐을 포함할 수 있으며, 지지체는 티타늄산화물을 포함할 수 있다.In an example of the present invention, in the second catalyst, the active metal may include gadolinium and vanadium, and the support may include titanium oxide.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제2 반응 단계에서, 200℃ 이상에서의 일산화질소(NO) 전환율이 90% 이상일 수 있다.In an example of the present invention, in the second reaction step, the nitrogen monoxide (NO) conversion rate at 200° C. or higher may be 90% or more.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 반응 단계 및 상기 제2 반응 단계의 전환 온도는 100 내지 400℃일 수 있다.In an example of the present invention, the conversion temperature of the first reaction step and the second reaction step may be 100 to 400 ℃.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 촉매 또는 상기 제2 촉매는, 활성금속 전구체 수용액에 지지체를 투입하여 슬러리를 제조하는 단계 및 상기 슬러리를 소성하여 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 촉매를 수득하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.In an example of the present invention, the first catalyst or the second catalyst is prepared by adding a support to an aqueous active metal precursor solution to prepare a slurry, and calcining the slurry to prepare a catalyst comprising a support on which an active metal is supported. It can be prepared including the step of obtaining.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 촉매의 지지체 또는 상기 제2 촉매의 지지체는 100 m2/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 것일 수 있다.In an example of the present invention, the support of the first catalyst or the support of the second catalyst may have a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 반응 단계의 유체는 액화천연가스 발전 시스템에서 배출되는 복합 유해가스일 수 있다.In an example of the present invention, the fluid of the first reaction step may be a complex harmful gas discharged from a liquefied natural gas power generation system.

본 발명에 따른 내연 발전 방법은 상기 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법을 포함하는 것으로서, 연료를 연소시켜 가스터빈을 구동하는 연소 단계; 상기 가스터빈의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전 단계; 및 상기 연소에 의해 생성되는 연소가스를 상기 제1 반응 단계의 유체로 사용하여 일산화탄소 및 질소산화물을 제거하는 동시 제거 단계;를 포함한다.The internal combustion power generation method according to the present invention includes a method for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides, comprising: a combustion step of burning fuel to drive a gas turbine; a power generation step of converting kinetic energy of the gas turbine into electrical energy; and a simultaneous removal step of removing carbon monoxide and nitrogen oxides by using the combustion gas generated by the combustion as the fluid of the first reaction step.

본 발명에 따른 액화천연가스 발전 방법은 상기 내연 발전 방법을 포함하는 것으로서, 상기 연료는 액화천연가스로부터 공급되며, 상기 연소가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 복합 유해가스이다.The liquefied natural gas power generation method according to the present invention includes the internal combustion power generation method, wherein the fuel is supplied from liquefied natural gas, and the combustion gas is a complex harmful gas containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ). .

본 발명에 따른 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)의 동시 제거 장치, 방법 및 시스템은 저온에서부터 고온에 이르는 넓은 온도 범위에서 높은 전환율로 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 이산화탄소(CO2) 또는 질소(N2)로 전환할 수 있는 효과가 있다.Simultaneous removal apparatus, method and system for carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) according to the present invention are carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) at a high conversion rate in a wide temperature range from low to high temperatures. CO 2 ) or nitrogen (N 2 ) has the effect of being converted.

도 1은 종래의 SCR 공정과 본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 저감 기술의 개념을 개략적으로 비교하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 저감 기술의 공정 개념도를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예의 제1 촉매에 대한 온도별 일산화탄소 및 이산화질소의 전환율 평과 결과이다.
도 4는 실시예 및 비교예의 제2 촉매에 대한 평가조건 1)에서의 온도별 평가결과이다.
도 5는 실시예 및 비교예의 제2 촉매에 대한 평가조건 2)에서의 평가결과이다.
도 6은 실시예 및 비교예의 제2 촉매에 대한 평가조건 2)에서의 시간별 평가결과이다.
도 7은 실시예 4의 제2 촉매에 대한 평가조건 3)에서의 시간별 평가결과이다.
도 8은 실시예 4의 제2 촉매에 대한 평가조건 4)에서의 시간별 평가결과이다.
1 schematically compares and shows the concept of a technology for simultaneously reducing carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention with a conventional SCR process.
Figure 2 shows a conceptual diagram of the process of the simultaneous reduction technology of carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention.
3 is an evaluation result of the conversion rate of carbon monoxide and nitrogen dioxide for each temperature for the first catalyst of Example.
4 is an evaluation result for each temperature under the evaluation condition 1) for the second catalyst of Examples and Comparative Examples.
5 is an evaluation result under evaluation condition 2) for the second catalyst of Examples and Comparative Examples.
6 is an evaluation result for each time under evaluation condition 2) for the second catalyst of Examples and Comparative Examples.
7 is an evaluation result for each time under evaluation condition 3) of the second catalyst of Example 4.
8 is an evaluation result for each time under evaluation condition 4) of the second catalyst of Example 4.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 시스템을 상세히 설명한다.Hereinafter, a system for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.The drawings described in this specification are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the drawings presented and may be embodied in other forms, and the drawings may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Unless otherwise defined in technical terms and scientific terms used in this specification, those of ordinary skill in the art to which this invention belongs have the meanings commonly understood, and in the following description and accompanying drawings, the subject matter of the present invention Descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure will be omitted.

본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.A singular form of a term used herein may be construed to include a plural form as well unless otherwise indicated.

본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.Unless otherwise specified, the unit of % used in the present specification means % by weight unless otherwise specified.

본 발명은 일산화탄소 및 질소산화물의 동시에 저감 및 제거할 수 있는 기술에 관한 것으로, 천연액화가스 발전 시 가동 초기에는 가스터빈의 불완전 연소로 다량의 일산화탄소와 함께 질소산화물이 배출됨에 따라, 일산화탄소 및 질소산화물의 제거가 필수적이다. 그러나 종래까지는 질소산화물의 제거에 초점을 맞추었을 뿐, 일산화탄소 및 질소산화물을 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 기술에 대해서는 깊이 연구되지 않았다.The present invention relates to a technology capable of simultaneously reducing and removing carbon monoxide and nitrogen oxides. At the initial stage of operation during natural liquefied gas power generation, incomplete combustion of a gas turbine releases nitrogen oxides along with a large amount of carbon monoxide, so carbon monoxide and nitrogen oxides removal is essential. However, until now, only focused on the removal of nitrogen oxides, the technology capable of effectively removing carbon monoxide and nitrogen oxides at the same time has not been studied in depth.

구체적으로, 도 1을 참조하면, 종래의 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 기술은 200℃ 이하의 저온에서는 질소산화물의 저감 및 제거가 현실적으로 어려웠으며, 특히 1 단계 반응만으로 공정을 수행했기 때문에 질소산화물과 함께 배출되는 일산화탄소는 제거 자체가 불가능하였다. 최근 일산화탄소 배출 저감에 대한 요구가 증대되고 있는 시점에서, 일산화탄소의 제거는 필수적이라 할 수 있음에 따라, 종래 SCR 기술로는 한계가 명확하다.Specifically, referring to FIG. 1 , in the conventional selective catalytic reduction (SCR) technology, it was practically difficult to reduce and remove nitrogen oxides at a low temperature of 200° C. or less. Carbon monoxide emitted along with nitrogen oxides was impossible to remove. At a time when the demand for carbon monoxide emission reduction is increasing recently, the removal of carbon monoxide is essential, so the conventional SCR technology has a clear limit.

이에 본 발명은 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시켜 일산화탄소를 저감 및 제거함과 동시에 이산화질소를 일산화질소로 환원시키는 제1 반응 공정과 상기 환원된 일산화질소를 질소와 물로 환원시키는 제2 반응 공정을 순차적으로 수행함으로써, 일산화탄소와 함께 질소산화물(NO, NO2)을 낮은 온도에서 효율적이고 효과적으로 저감 및 제거할 수 있는 기술을 제공한다.Accordingly, the present invention reduces and removes carbon monoxide by oxidizing carbon monoxide to carbon dioxide, and at the same time reduces nitrogen dioxide to nitrogen monoxide and a second reaction process of reducing the reduced nitrogen monoxide to nitrogen and water. By sequentially performing, It provides a technology that can efficiently and effectively reduce and remove nitrogen oxides (NO, NO 2 ) together with carbon monoxide at a low temperature.

상세하게는, 특정한 촉매들을 다단 반응에 각각 적용한 제1 반응 공정 및 제2 반응 공정이 결합된 시스템을 통해, 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 동시에 효율적이고 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명에서는 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX) 모두를 동시에 높은 전환율로 제거하기 위해, 후술하는 제1 촉매로 1차 반응시켜 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 동시에 저감 및 제거하는 1차 반응시킨 후, 상기 1차 반응에 의해 이산화질소(NO2)로부터 전환된 일산화질소(NO)를 제2 촉매로 2차 반응을 수행하여 질소(N2)와 물(H2O)로 전환함으로써, 낮은 온도에서 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 동시에 효율적이고 효과적으로 제거한다.Specifically, through a system in which the first reaction process and the second reaction process in which specific catalysts are applied to a multi-stage reaction, respectively, are combined, a technology that can efficiently and effectively remove carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) at the same time to provide. In the present invention, in order to simultaneously remove both carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) at a high conversion rate, a primary reaction with a first catalyst to be described later reduces and removes carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) at the same time After the first reaction, nitrogen monoxide (NO) converted from nitrogen dioxide (NO 2 ) by the first reaction is converted into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by performing a second reaction with a second catalyst By doing so, carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) are simultaneously efficiently and effectively removed at a low temperature.

도 2를 참조하면, 제1 반응 공정에서 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2)를 반응시켜 일산화질소(NO)가 생성되며, 일산화탄소(CO)는 산소(O2)와 반응하여 이산화탄소(CO2)를 생성한다. 따라서 제1 반응 공정에서 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2)는 동시에 저감 및 제거되며, 상기 제1 반응 공정에서 생성되는 일산화질소(NO)는 후단의 제2 공정에서 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2)와 물(H2O)을 생성한다. 이와 같이, 제1 반응 공정과 제2 반응 공정이 연속적으로 수행됨으로써, 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2)는 300℃ 이하에서, 좋게는 200℃ 이하의 저온에서도 최종적으로 이산화탄소(CO2)와 질소(N2) 및 물(H2O)로 높은 효율로 전환된다. 이때 최종적으로 배출되는 가스는 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 및 물(H2O)이므로 친환경적이며, 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2)의 제거와 함께 일산화질소(NO) 또한 반응하여 제거된다. 따라서 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOX)을 동시에 저감할 수 있는 측면과 더불어, 질소산화물인 이산화질소(NO2)와 일산화질소(NO) 모두를 저감 및 제거할 수 있는 측면에서 매우 바람직한 배출가스(CO, NOX) 저감 기술이라 할 수 있다.Referring to FIG. 2 , in the first reaction process, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are reacted to generate nitrogen monoxide (NO), and carbon monoxide (CO) reacts with oxygen (O 2 ) to react with carbon dioxide (CO 2 ) ) is created. Therefore, in the first reaction process, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are reduced and removed at the same time, and nitrogen monoxide (NO) generated in the first reaction process is ammonia (NH 3 ) and reaction in the second process of the second stage. to produce nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). As such, by continuously performing the first reaction process and the second reaction process, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are finally carbon dioxide (CO 2 ) and at a low temperature of 300 ° C. or less, preferably 200 ° C. or less. It is converted with high efficiency to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). At this time, the finally discharged gas is carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O), so it is eco-friendly, and nitrogen monoxide (NO) also reacts with the removal of carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) to be removed Therefore, in addition to the aspect that can reduce carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO X ) at the same time, nitrogen dioxide (NO 2 ) and nitrogen monoxide (NO), which are nitrogen oxides, both can be reduced and removed from the side, which is a very desirable exhaust gas (CO, NO X ) reduction technology.

이하, 본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an apparatus for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치는, 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 유체가 유입되어, 제1 촉매에 의해 이산화탄소(CO2) 및 일산화질소(NO)로 전환되는 제1 반응부; 및 암모니아(NH3)가 유입되고, 상기 제1 반응부로부터 일산화질소(NO)를 포함하는 유체가 유입되어, 제2 촉매에 의해 상기 일산화질소(NO)가 상기 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2)와 물(H2O)로 전환되는 제2 반응부;를 포함한다. 여기서 상기 제1 촉매는 백금족 전이금속을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 일산화탄소-이산화질소 동시 저감 촉매이며, 상기 제2 촉매는 Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 질소산화물 환원 촉매이다. 또한 상기 제1 촉매의 지지체 및 상기 제2 촉매의 지지체는 서로 독립적으로 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2), 마그네슘산화물(MgO), 지르코늄산화물(ZrO2), 세륨산화물(CeO2), 규소산화물(SiO2) 및 탄소(C) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다.Simultaneous removal apparatus for carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention, a fluid containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is introduced, and converted to carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide (NO) by the first catalyst a first reaction unit to be; And ammonia (NH 3 ) is introduced, a fluid containing nitrogen monoxide (NO) is introduced from the first reaction unit, and the nitrogen monoxide (NO) is reacted with the ammonia (NH 3 ) by a second catalyst and a second reaction unit that is converted into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). Here, the first catalyst is a carbon monoxide-nitrogen dioxide reduction catalyst including a support on which an active metal including a platinum group transition metal is supported, and the second catalyst is Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, It is a nitrogen oxide reduction catalyst comprising a support on which an active metal containing any one or two or more selected from Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu is supported. In addition, the support of the first catalyst and the support of the second catalyst are each independently aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), magnesium oxide (MgO), zirconium oxide (ZrO 2 ), cerium oxide ( CeO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), and includes any one or two or more selected from carbon (C).

상기 제1 반응부는 제1 촉매 하에 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 동시에 각각 이산화탄소(CO2) 및 일산화질소(NO)로 전환시키도록 한다. 구체적으로, 제1 반응부로 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 유체가 유입되며, 이때, 상기 유체는 액화천연가스의 연소가스이다. 즉, 연소가스는 액화천연가스 발전 시스템에서 천연가스의 연소에 의해 발생되는 것이며, 이는 일산화탄소(CO) 및 질소산화물(NO2, NO)을 포함한다. 따라서 연소가스가 대기 중으로 그대로 배출될 경우, 심각한 환경오염을 유발하게 되므로, 연소가스 내 일산화탄소(CO) 및 질소산화물(NO2, NO)을 저감 및 제거해야 한다. 특히 본 발명에서는 상기 제1 반응부 내에서 제1 촉매 하에 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)가 각각 이산화탄소(CO2) 및 일산화질소(NO)로 전환되고, 이때 한 반응 공간 안에서 동시에 전환됨에 따라 상대적으로 단순하고 작은 설비 공간 내에서 반응을 수행할 수 있다.The first reaction unit simultaneously converts carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) into carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide (NO) under the first catalyst, respectively. Specifically, a fluid containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is introduced into the first reaction unit, and in this case, the fluid is a combustion gas of liquefied natural gas. That is, the combustion gas is generated by the combustion of natural gas in a liquefied natural gas power generation system, which includes carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO 2 , NO). Therefore, when the combustion gas is discharged into the atmosphere as it is, since it causes serious environmental pollution, it is necessary to reduce and remove carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO 2 , NO) in the combustion gas. In particular, in the present invention, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are respectively converted into carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide (NO) under the first catalyst in the first reaction unit, and at this time, are simultaneously converted in one reaction space Accordingly, the reaction can be carried out in a relatively simple and small facility space.

따라서 상기 제1 촉매는 본 발명에서 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 동시에 제거할 수 있는 매우 중요한 역할을 한다. 제1 촉매는 백금족 전이금속을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 일산화탄소-이산화질소 동시 저감 촉매이며, 상기 백금족 전이금속은 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다. 바람직한 일 예로, 상기 제1 촉매에서, 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 동시에 저감 및 제거함에 있어, 보다 넓은 온도 구간에서 동시에 각각의 전환율을 90% 이상, 좋게는 100%에 근접하도록 하기 위한 측면에서, 상기 백금족 전이금속은 백금(Pt)을 포함하는 것이 좋다.Therefore, the first catalyst plays a very important role in the present invention to simultaneously remove carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ). The first catalyst is a catalyst for simultaneously reducing carbon monoxide and nitrogen dioxide including a support on which an active metal including a platinum group transition metal is supported, and the platinum group transition metal is ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os). ), any one or two or more selected from iridium (Ir) and platinum (Pt). As a preferred example, in the first catalyst, in reducing and removing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) at the same time, each conversion rate at the same time in a wider temperature range is 90% or more, preferably close to 100% In this aspect, the platinum group transition metal may include platinum (Pt).

상기 제1 반응부에서 일산화탄소(CO)는 제1 촉매 하에 산소(O2)와 반응하고, 이산화질소(NO2)는 연소 가스 내 일산화탄소(CO)와 반응하여 각각 이산화탄소(CO2)와 일산화질소(NO)로 전환된다. 산소(O2)는 상기 제1 반응부로 유입되는 유체, 즉, 배기가스 내에 공기로서 통상 포함되어 있으므로, 반응하여 이산화탄소(CO2)를 생성한다.In the first reaction unit, carbon monoxide (CO) reacts with oxygen (O 2 ) under a first catalyst, and nitrogen dioxide (NO 2 ) reacts with carbon monoxide (CO) in combustion gas to respectively carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide ( converted to NO). Oxygen (O 2 ) is normally included as air in the fluid flowing into the first reaction unit, that is, exhaust gas, and thus reacts to generate carbon dioxide (CO 2 ).

상기 제1 촉매에서, 지지체는 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2), 마그네슘산화물(MgO), 지르코늄산화물(ZrO2), 세륨산화물(CeO2), 규소산화물(SiO2) 및 탄소(C) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다. 바람직한 일 예로, 상기 제1 촉매에서, 지지체는 알루미늄산화물 및 티타늄산화물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것이, 보다 넓은 온도 구간에서 동시에 각각의 전환율을 90% 이상, 좋게는 100% 근접하도록 하기 위한 측면에서 좋다. 특히 상기 지지체가 알루미늄산화물 및 티타늄산화물을 모두 포함할 경우, 보다 더 넓은 온도 구간에서 동시에 일산화탄소(CO) 전환율과 이산화질소(NO2) 전환율을 모두 90% 이상, 좋게는 100%에 근접하도록 할 수 있어 바람직하다.In the first catalyst, the support is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), magnesium oxide (MgO), zirconium oxide (ZrO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ) and any one or two or more selected from carbon (C). As a preferred example, in the first catalyst, the support includes at least one selected from aluminum oxide and titanium oxide, so that each conversion rate is at least 90%, preferably close to 100% at the same time in a wider temperature range good in terms of In particular, when the support includes both aluminum oxide and titanium oxide, both carbon monoxide (CO) conversion and nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion at the same time in a wider temperature range are 90% or more, preferably close to 100%. desirable.

따라서 매우 바람직한 일 예로, 상기 제1 촉매의 활성금속이 백금(Pt)을 포함하고, 상기 제1 촉매의 지지체가 알루미늄산화물 및 티타늄산화물을 포함할 경우, 매우 넓은 온도 구간에서 동시에 일산화탄소(CO) 전환율과 이산화질소(NO2) 전환율을 모두 100%에 근접하도록 할 수 있는 측면에서 매우 바람직하다.Therefore, as a very preferred example, when the active metal of the first catalyst includes platinum (Pt), and the support of the first catalyst includes aluminum oxide and titanium oxide, carbon monoxide (CO) conversion rate at the same time in a very wide temperature range And nitrogen dioxide (NO 2 ) It is very preferable in terms of making it possible to make both the conversion rates close to 100%.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치, 제1 반응 단계에서, 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2)가 제거되며, 특히 특정 온도 구간에서 일산화탄소(CO) 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율이 현저히 높다.As described above, in the device for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention, in the first reaction step, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are removed, and in particular, carbon monoxide (CO) conversion rate and nitrogen dioxide in a specific temperature range The (NO 2 ) conversion is remarkably high.

구체적으로, 상기 제1 반응부에서 반응 온도는 100 내지 400℃, 바람직하게는 100 내지 300℃, 더 바람직하게는 100 내지 200℃일 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 제1 반응 단계에서, 120℃ 내지 180, 바람직하게는 125℃ 내지 175℃에서의 일산화탄소(CO) 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율은 모두 90% 이상, 바람직하게는 100%에 근접할 수 있다. 또한 바람직한 일 예로, 상기 제1 반응 단계에서, 200℃ 이하에서 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)가 이산화탄소(CO2) 또는 일산화질소(NO)로 전환될 수 있으며, 300℃ 이하에서 일산화탄소(CO)가 이산화탄소로(CO2)로 전환될 수 있다.Specifically, the reaction temperature in the first reaction part may be 100 to 400 ℃, preferably 100 to 300 ℃, more preferably 100 to 200 ℃. As a preferred example, in the first reaction step, the carbon monoxide (CO) conversion and the nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion at 120 ° C. to 180 ° C., preferably 125 ° C. to 175 ° C. are all 90% or more, preferably 100%. can be close Also as a preferred example, in the first reaction step, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) at 200° C. or less may be converted into carbon dioxide (CO 2 ) or nitrogen monoxide (NO), and at 300° C. or less, carbon monoxide ( CO) can be converted to carbon dioxide (CO 2 ).

본 발명의 일 예에 따른 장치는, 상기 제1 반응부에서 일산화탄소(CO)로부터 전환된 이산화탄소(CO2)는 그대로 유체에 포함되어 상기 제2 반응부로 유입될 수도 있지만, 상기 제1 반응부와 연통되며 상기 이산화탄소(CO2)가 상기 제2 반응부 외로 배출되는 이산화탄소 배출라인을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 반응부에서 생성된 이산화탄소(CO2)는 별도의 배출라인으로 배출되거나, 일부는 제2 반응부를 거쳐 배출될 수 있다.In the apparatus according to an embodiment of the present invention, carbon dioxide (CO 2 ) converted from carbon monoxide (CO) in the first reaction unit may be included in the fluid as it is and may be introduced into the second reaction unit, but with the first reaction unit and It may further include a carbon dioxide discharge line communicating with the carbon dioxide (CO 2 ) is discharged to the outside of the second reaction unit. In this case, carbon dioxide (CO 2 ) generated in the first reaction unit may be discharged to a separate discharge line, or a portion may be discharged through the second reaction unit.

상기 제2 반응부는 상기 제1 반응부에서 배출되는 일산화질소(NO)를 제2 촉매 하에 질소(N2)와 물(H2O)로 전환시키도록 한다. 상기 제2 촉매는 일산화질소(NO)를 질소(N2)로 전환시킬 수 있는 것이라면 무방하다. 제2 촉매에 의해 일산화질소(NO)는 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2)를 생성함에 따라, 상기 장치는 제2 반응부와 연통되는 암모니아 공급라인을 더 포함할 수 있다. 또한 일산화질소(NO)는 암모니아(NH3)와 함께 산소(O2)와 반응하거나, 암모니아(NH3)와 함께 이산화질소(NO2)와 반응하여 질소(N2)로 전환될 수 있으므로, 상기 장치는 상기 제2 반응부와 연통되는 제2 공기 공급라인을 더 포함할 수 있다. 암모니아(NH3)와 함께 이산화질소(NO2)와 반응하여 질소(N2)로 전환되는 경우, 제1 반응부에서 미반응한 이산화질소(NO2) 또는 일산화질소(NO)와 산소(O2)가 반응하여 생성된 이산화질소(NO2)가 사용될 수 있다.The second reaction unit converts nitrogen monoxide (NO) discharged from the first reaction unit into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) under a second catalyst. The second catalyst may be any one capable of converting nitrogen monoxide (NO) into nitrogen (N 2 ). As nitrogen monoxide (NO) reacts with ammonia (NH 3 ) by the second catalyst to generate nitrogen (N 2 ), the apparatus may further include an ammonia supply line communicating with the second reaction unit. In addition, nitrogen monoxide (NO) reacts with oxygen (O 2 ) together with ammonia (NH 3 ), or reacts with nitrogen dioxide (NO 2 ) together with ammonia (NH 3 ) to be converted into nitrogen (N 2 ). The apparatus may further include a second air supply line communicating with the second reaction unit. When converted to nitrogen (N 2 ) by reacting with nitrogen dioxide (NO 2 ) with ammonia (NH 3 ), unreacted nitrogen dioxide (NO 2 ) or nitrogen monoxide (NO) and oxygen (O 2 ) in the first reaction unit Nitrogen dioxide (NO 2 ) produced by the reaction may be used.

본 발명의 일 예에 따른 장치는 질소산화물 전환율을 측정하거나 일산화탄소 전환율을 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있다.The device according to an embodiment of the present invention may further include a sensor unit for measuring a nitrogen oxide conversion rate or measuring a carbon monoxide conversion rate.

설명한 바와 같이, 상기 제2 촉매는 일산화질소(NO)를 질소(N2)로 전환시킬 수 있는 것으로서, Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 질소산화물 환원 촉매이다. 바람직한 일 예로, 상기 제2 촉매의 활성금속은 저온 영역에서도 우수한 촉매성능을 구현함은 물론 종래 대비 개선된 내구성 및 내열성을 가질 수 있는 측면에서, Gd 및 V을 포함할 수 있다.As described, the second catalyst is capable of converting nitrogen monoxide (NO) into nitrogen (N 2 ), Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu , Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and is a nitrogen oxide reduction catalyst comprising a support on which an active metal containing any one or two or more selected from Lu. As a preferred example, the active metal of the second catalyst may include Gd and V in terms of achieving excellent catalytic performance even in a low-temperature region and having improved durability and heat resistance compared to the prior art.

상기 제2 촉매에서, 지지체는 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2), 마그네슘산화물(MgO), 지르코늄산화물(ZrO2), 세륨산화물(CeO2), 규소산화물(SiO2) 및 탄소(C) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다. 바람직한 일 예로, 상기 제2 촉매에서, 지지체는 티타늄산화물을 포함하는 것이, 저온 영역에서도 우수한 촉매성능을 구현함은 물론 종래 대비 개선된 내구성 및 내열성을 가질 수 있는 측면에서 바람직할 수 있다.In the second catalyst, the support is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), magnesium oxide (MgO), zirconium oxide (ZrO 2 ), cerium oxide (CeO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ) and any one or two or more selected from carbon (C). As a preferred example, in the second catalyst, it may be preferable that the support includes titanium oxide in terms of not only realizing excellent catalytic performance even in a low temperature region, but also having improved durability and heat resistance compared to the prior art.

이와 같이, 상기 제2 반응부에서 제2 촉매를 통해 질소산화물을 선택적으로 높은 전환율로 제거할 수 있으며, 상기 제2 반응부에서 반응 온도는 100 내지 400℃, 바람직하게는 100 내지 300℃, 더 바람직하게는 100 내지 200℃일 수 있다.In this way, nitrogen oxides can be selectively removed at a high conversion rate through the second catalyst in the second reaction unit, and the reaction temperature in the second reaction unit is 100 to 400 °C, preferably 100 to 300 °C, more Preferably it may be 100 to 200 ℃.

이하, 상기 제2 촉매의 바람직한 예를 구체적으로 설명하며, 제1 촉매도 함께 자세히 설명한다.Hereinafter, preferred examples of the second catalyst will be described in detail, and the first catalyst will also be described in detail.

상술한 바와 같이, 상기 제2 촉매는 산화티타늄을 담체(지지체)로 하는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 담체 내 Gd 및 V가 담지된 것, 바람직한 예로, 상기 담체 내 가돌리늄-바나데이트가 담지된 질소산화물 환원용 촉매인 것이 보다 바람직할 수 있다. 구체적으로, 제2 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있으며, 이는 저온 SCR 촉매의 용도 및 기능을 갖는다.As described above, the second catalyst may preferably use titanium oxide as a support (support), and Gd and V are supported in the support, for example, gadolinium-vanadate-supported nitrogen in the support. It may be more preferable that it is a catalyst for oxide reduction. Specifically, the second catalyst may be one represented by the following formula (1), which has the use and function of the low-temperature SCR catalyst.

[화학식 1][Formula 1]

Gd-VOX/TiO2 Gd-VO X /TiO 2

(상기 화학식 1에서, Gd는 가돌리늄이다)(In Formula 1, Gd is gadolinium)

본 발명의 일 예에 따른 제2 촉매는, 250℃이하의 온도에서도 질소산화물 전환율이 50%이상인 것일 수 있다. 이와 같은 효과는 현재까지 알려진 V-함유 촉매를 기반한 SCR 촉매 중 가장 높은 값일 수 있다.The second catalyst according to an embodiment of the present invention may have a nitrogen oxide conversion rate of 50% or more even at a temperature of 250° C. or less. This effect may be the highest value among SCR catalysts based on V-containing catalysts known to date.

일 예로, 본 발명의 일 예에 따른 제2 촉매는 180℃의 온도에서 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상에 달하는 질소산화물 전환율을 구현할 수 있다. 또한, 상기 제2 촉매는 180℃의 온도에서 90% 이상에 달하는 질소산화물 전환율을 구현할 수 있으며, 이와 같은 효과는 상용촉매(V/W/TiO2) 대비 180% 이상의 향상된 효과로 놀랍도록 현저한 수준에 해당한다.For example, the second catalyst according to an embodiment of the present invention may implement a nitrogen oxide conversion rate of 60% or more, or 70% or more, or 80% or more at a temperature of 180°C. In addition, the second catalyst can implement a nitrogen oxide conversion rate of 90% or more at a temperature of 180 ° C., and this effect is a surprisingly remarkable level with an improved effect of 180% or more compared to a commercial catalyst (V/W/TiO 2 ) corresponds to

일 예로, 상기 저온은 250℃이하범위일 수 있으며, 구체적으로 150 내지 250℃, 보다 구체적으로 160 내지 250℃, 가장 구체적으로 180 내지 250℃범위일 수 있다.For example, the low temperature may be in the range of 250 °C or less, specifically 150 to 250 °C, more specifically 160 to 250 °C, most specifically 180 to 250 °C range.

본 발명의 일 예에 따른 제2 촉매에 있어서, 상기 담체는 다공성을 갖는 것일 수 있으며, 구체적으로는 아나타제형일 수 있다.In the second catalyst according to an embodiment of the present invention, the carrier may have porosity, and specifically may be an anatase type.

본 발명의 일 예에 따른 제2 촉매는 고온의 열처리 단계를 요구하지 않고도 높은 촉매활성을 구현한다. 또한, 고온의 공정을 요구하지 않기 때문에 담체가 티타늄산화물(TiO2)일 경우, 이의 상변이에 따른 효과의 저하를 배제할 수 있다.The second catalyst according to an embodiment of the present invention realizes high catalytic activity without requiring a high-temperature heat treatment step. In addition, since a high-temperature process is not required, when the carrier is titanium oxide (TiO 2 ), it is possible to exclude a decrease in the effect due to a phase change thereof.

상기 제1 촉매의 지지체(담체) 또는 상기 제2 촉매의 지지체(담체)가 티타늄산화물일 경우, BET 비표면적이 100m2/g 이상인 것일 수 있다. 일 예로, 담체 티타늄산화물 담체의 표면적은 100m2/g 이상인 것일 수 있으며, 구체적으로는 250 내지 800m2/g, 보다 구체적으로는 300 내지 500m2/g의 범위를 갖는 것일 수 있다.When the support (carrier) of the first catalyst or the support (carrier) of the second catalyst is titanium oxide, the BET specific surface area may be 100 m 2 /g or more. For example, the surface area of the titanium oxide carrier may be 100 m 2 /g or more, specifically 250 to 800 m 2 /g, and more specifically 300 to 500 m 2 /g.

일 예로, 상기 제1 촉매의 지지체(담체) 또는 상기 제2 촉매의 지지체(담체)가 티타늄산화물일 경우, 이의 기공크기는 구체적으로 0.01 내지 20nm, 보다 구체적으로는 1 내지 10nm의 범위를 갖는 것일 수 있다.For example, when the support (carrier) of the first catalyst or the support (carrier) of the second catalyst is titanium oxide, the pore size thereof is specifically 0.01 to 20 nm, more specifically 1 to 10 nm. can

상기 제1 촉매의 지지체(담체) 또는 상기 제2 촉매의 지지체(담체)가 티타늄산화물일 경우, 이의 총 공극 부피는 1.0cm3/g 이하인 것일 수 있으며, 구체적으로는 0.9cm3/g 이하, 보다 구체적으로는 0.1 내지 0.6cm3/g, 가장 구체적으로는 0.3 내지 0.5cm3/g의 범위를 갖는 것일 수 있다.When the support (carrier) of the first catalyst or the support (carrier) of the second catalyst is titanium oxide, its total pore volume may be 1.0 cm 3 /g or less, specifically 0.9 cm 3 /g or less, More specifically, it may be in the range of 0.1 to 0.6 cm 3 /g, most specifically 0.3 to 0.5 cm 3 /g.

일 예로, 상기 제1 촉매의 지지체(담체) 또는 상기 제2 촉매의 지지체(담체)가 티타늄산화물일 경우, 이의 평균입경(D50)은 0.1 내지 100nm, 구체적으로 1 내지 50nm일 수 있고, 보다 구체적으로 5 내지 20nm의 범위를 갖는 것일 수 있다.For example, when the support (carrier) of the first catalyst or the support (carrier) of the second catalyst is titanium oxide, its average particle diameter (D 50 ) may be 0.1 to 100 nm, specifically 1 to 50 nm, and more Specifically, it may have a range of 5 to 20 nm.

전술한 지지체(담체)의 구체적 특성은 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되어 해석되는 것은 아니다.The specific characteristics of the above-described support (carrier) are only described as preferred examples, and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 제2 촉매는 총 중량 기준, 가돌리늄-바나데이트를 9 내지 20중량%로 포함하는 것일 수 있고, 구체적으로는 9.5 내지 15중량%, 보다 구체적으로는 10 내지 15중량% 범위로 포함하는 것일 수 있다.The second catalyst according to an embodiment of the present invention may include 9 to 20% by weight of gadolinium-vanadate based on the total weight, specifically 9.5 to 15% by weight, more specifically 10 to 15% by weight It may be included in the % range.

또한, 상술된 중량% 범위로 가돌리늄-바나데이트를 포함하는 제2 촉매는 바나듐 100중량부 기준, 가돌리늄이 5 내지 200중량부 범위로 포함된 것일 수 있다. 이와 같이, 제2 촉매는 가돌리늄이 바나듐 대비 동등수준 이하의 중량비로 포함되는 것이 바람직할 수 있으며, 이의 경우 질소산화물에 대한 전환율에 보다 이롭다.In addition, the second catalyst including gadolinium-vanadate in the above-described weight % range may include 5 to 200 parts by weight of gadolinium based on 100 parts by weight of vanadium. As such, the second catalyst may preferably contain gadolinium in a weight ratio equal to or less than that of vanadium, and in this case, it is more advantageous in conversion to nitrogen oxides.

구체적인 일 예로, 제2 촉매는 바나듐 100중량부 기준, 가돌리늄이 5 내지 180몰 범위로 포함되는 것일 수 있다.As a specific example, the second catalyst may contain 5 to 180 moles of gadolinium based on 100 parts by weight of vanadium.

구체적인 일 예로, 제2 촉매는 바나듐 100중량부 기준, 가돌리늄이 5 내지 150몰 범위로 포함되는 것일 수 있다.As a specific example, the second catalyst may contain 5 to 150 moles of gadolinium based on 100 parts by weight of vanadium.

하기 실시예에서, 제2 촉매가 총 중량 기준, 상기 가돌리늄-바나데이트를 10중량%로 포함하되, 바나듐과 가돌리늄이 9:1중량비로 포함되는 경우 9V-1.0Gd/TiO2로 표시될 수 있다.In the following examples, the second catalyst contains the gadolinium-vanadate in an amount of 10% by weight based on the total weight, but when vanadium and gadolinium are included in a 9:1 weight ratio, 9V-1.0Gd/TiO 2 It may be expressed as .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 촉매 또는 제2 촉매에 있어서, 담체가 티타늄산화물일 경우, 티타늄산화물 담체는 소성을 통해 BET 비표면적이 제어된 것이 더 바람직할 수 있다. 구체적으로, 초기 BET 비표면적 대비 소성 후 BET 비표면적(BET1/BET0)은 0.1 내지 0.5 수준일 수 있다. 이때, 상기 BET0은 초기 BET 비표면적이고, BET1은 소성 후 BET 비표면적이다.In addition, in the first catalyst or the second catalyst according to an embodiment of the present invention, when the support is titanium oxide, it may be more preferable that the BET specific surface area of the titanium oxide support is controlled through calcination. Specifically, the BET specific surface area after firing relative to the initial BET specific surface area (BET 1 /BET 0 ) may be at a level of 0.1 to 0.5. In this case, the BET 0 is the initial BET specific surface area, and BET 1 is the BET specific surface area after firing.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 촉매는 실질적으로 Gd-VOX/TiO2로 구성될 수 있다. 이에, 보다 안정적인 촉매성능의 구현이 가능하고 가혹조건하에도 안정적인 촉매성능의 구현이 가능하다. 이때, 상기 가혹조건은 1) 수분 존재, 2) 이산화황 존재, 3) 10시간 이상 사용, 4) 반복적인 온도변화 및 5) 이들의 조합일 수 있다. As described above, the second catalyst according to an embodiment of the present invention may be substantially composed of Gd-VO X /TiO 2 . Accordingly, it is possible to realize more stable catalytic performance and realize stable catalytic performance even under severe conditions. At this time, the harsh conditions may be 1) the presence of moisture, 2) the presence of sulfur dioxide, 3) use for 10 hours or more, 4) repeated temperature change, and 5) a combination thereof.

이하, 제1 촉매 및 제2 촉매의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for preparing the first catalyst and the second catalyst will be described in detail.

제1 촉매 또는 제2 촉매의 제조 방법은 활성금속 전구체를 용해하여, 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액에 담체를 투입하여, 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 슬러리를 건조 및 소성하여, 상기 담체에 활성금속이 담지된 촉매를 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.The method for preparing the first catalyst or the second catalyst includes the steps of dissolving an active metal precursor to prepare a mixed solution; preparing a slurry by adding a carrier to the mixed solution; and drying and calcining the slurry to prepare a catalyst in which an active metal is supported on the carrier.

먼저, 활성금속 전구체를 용해하여, 혼합용액을 제조한다. 이때, 2 종류 이상의 활성금속 전구체가 사용될 경우, 각 전구체 용액은 순서에 상관없이 혼합되어 한꺼번에 용해될 수도 있고, 각 전구체 용액을 제조한 후 혼합될 수도 있다. 바람직한 일 예로, 가돌리늄-바나데이트가 담지된 촉매일 경우에, 바나듐 전구체 용액을 제조한 후 가돌리늄 전구체를 투입하여 용해시키는 것일 수 있다.First, an active metal precursor is dissolved to prepare a mixed solution. In this case, when two or more kinds of active metal precursors are used, the respective precursor solutions may be mixed and dissolved at once regardless of the order, or may be mixed after preparing each precursor solution. As a preferred example, in the case of a catalyst on which gadolinium-vanadate is supported, after preparing a vanadium precursor solution, the gadolinium precursor may be added and dissolved.

일 예로, 상기 활성금속 전구체는 수용액 상에서 용해되는 것일 수 있다.For example, the active metal precursor may be dissolved in an aqueous solution.

상기 활성금속 전구체 용액의 제조 시, 예를 들어 바나듐 전구체의 용해도 및 pH 조절을 위하여 옥살산을 함께 투입할 수 있다. 상기 옥살산의 사용량 조절을 통해, 촉매의 활성종(active site)의 구조(structure)와 활성 격자 산소 (active lattice oxygen) 또는 표면 흡착 산소종(surface adsorbed oxygen species)의 비율을 다르게 하여 최종 촉매의 활성을 증가시킬 수 있다. 상기 옥살산의 사용량은 특별히 제한되지 않으며, 상기 전구체 100중량부를 기준으로 100 내지 200중량부, 구체적으로는 110 내지 180중량부, 보다 구체적으로는 120 내지 150중량부범위로 사용될 수 있다.When preparing the active metal precursor solution, for example, oxalic acid may be added together to adjust the solubility and pH of the vanadium precursor. By controlling the amount of oxalic acid used, the structure of the active site of the catalyst and the ratio of active lattice oxygen or surface adsorbed oxygen species are different to activate the final catalyst. can increase The amount of the oxalic acid used is not particularly limited, and may be used in an amount of 100 to 200 parts by weight, specifically 110 to 180 parts by weight, and more specifically 120 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of the precursor.

상기 활성금속 전구체는 공지된 활성금속의 전구체를 사용하면 무방하다. 백금 전구체를 예로 들면, 염화백금산(H2PtCl6), 사염화백금산칼륨(Potassium tetrachloroplatinate, K2PtCl4), 염화백금산수화물(Chloroplatinic acid hydrate, H2PtCl6·xH2O), 염화백금(Platinum chloride), 백금아세틸아세토네이트(Platinum acetylacetonate, Pt(C5H7O2)2)), 브롬화백금 및 백금디아민디클로라이드(Platinum diamine dichloride, Pt(NH3)2Cl2) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 바나듐 전구체를 예로 들면, NH4VO3, NaVO3, VCl2, VCl3, VBr3, VO(C5H7O2)2, VO(OC2H5)3, VC10H10Cl2, VC18H14I, VOCl3, VOF3, VO(OCH(CH3)2)3, V(C5H7O2)3, VOSO4, V(C5H5)2 및 V(C5H5)2 등에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 이들의 수화물 또는 이들의 용매화물 역시 본 발명에 따른 제2 촉매의 일 양태일 수 있다. 상기 가돌리늄 전구체를 예로 들면, GdCl3,GdF3, Gd(NO3)3, Gd(CH3CO2)3, Gd(C5H7O2)3, Gd2(SO4)3, Gd(C5H7O2)3 및 Gd(OH)3 등에서 선택되는 하나 또는 둘이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 이들의 수화물 또는 이들의 용매화물 역시 본 발명의 일 양태일 수 있다. 상술된 바나듐 전구체 및 가돌리늄 전구체는 목적하는 질소산화물 환원용 촉매에서 가돌리늄 및 바나데이트의 중량비에 따라 적절하게 조절될 수 있음은 물론이다.As the active metal precursor, a known active metal precursor may be used. Platinum precursors include, for example, chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ), potassium tetrachloroplatinate (K 2 PtCl 4 ), chloroplatinic acid hydrate (H 2 PtCl 6 ·xH 2 O), platinum chloride (Platinum). chloride), platinum acetylacetonate (Platinum acetylacetonate, Pt(C 5 H 7 O 2 ) 2 )), platinum bromide and platinum diamine dichloride (Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 ) Any one selected from Or it may include two or more. Taking vanadium precursor as an example, NH 4 VO 3 , NaVO 3 , VCl 2 , VCl 3 , VBr 3 , VO(C 5 H 7 O 2 ) 2 , VO(OC 2 H 5 ) 3 , VC 10 H 10 Cl 2 , VC1 8 H 14 I, VOCl 3 , VOF 3 , VO(OCH(CH 3 ) 2 ) 3 , V(C5H 7 O 2 ) 3 , VOSO 4 , V(C 5 H 5 ) 2 and V(C 5 H 5 ) ) may be one or a mixture of two or more selected from 2 and the like. In addition, a hydrate thereof or a solvate thereof may also be an aspect of the second catalyst according to the present invention. Taking the gadolinium precursor as an example, GdCl 3 , GdF 3 , Gd(NO 3 ) 3 , Gd(CH 3 CO 2 ) 3 , Gd(C 5 H 7 O 2 ) 3 , Gd 2 (SO 4 ) 3 , Gd( It may be one or a mixture of two or more selected from C 5 H 7 O 2 ) 3 and Gd(OH) 3 . In addition, a hydrate thereof or a solvate thereof may also be an aspect of the present invention. Of course, the above-described vanadium precursor and gadolinium precursor may be appropriately adjusted according to the weight ratio of gadolinium and vanadate in the desired catalyst for reducing nitrogen oxides.

구체적인 일 예로, 가돌리늄-바나데이트가 담지된 제2 촉매를 예로 들면, 상기 혼합용액은 상기 바나듐 전구체 1몰 기준, 상기 가돌리늄 전구체를 0.01 내지 0.4몰 범위로 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 가돌리늄 전구체를 0.015 내지 0.38몰, 보다 구체적으로 0.015내지 0.35몰 범위로 포함하는 것일 수 있다.As a specific example, taking the gadolinium-vanadate-supported second catalyst as an example, the mixed solution may include 0.01 to 0.4 moles of the gadolinium precursor based on 1 mole of the vanadium precursor. Specifically, the gadolinium precursor may be included in the range of 0.015 to 0.38 moles, more specifically 0.015 to 0.35 moles.

다음으로, 상기 혼합용액에 담체를 투입하여, 슬러리를 제조한다.Next, a carrier is added to the mixed solution to prepare a slurry.

상기 제1 촉매의 지지체(담체) 또는 상기 제2 촉매의 지지체(담체)가 티타늄산화물일 경우, 담체는 바람직하게 BET 비표면적이 100m2/g 이상인 것일 수 있다. 또한, 이산화황에 대한 저항성 증진을 위해, 상기 산화티타늄 담체는 사용 전 소성하는 단계를 더 거칠 수 있다. 사용 전 소성하는 단계를 통해, 상기 산화티타늄 담체는 하기 관계식 1을 만족하도록 BET 비표면적이 제어될 수 있다.When the support (carrier) of the first catalyst or the support (carrier) of the second catalyst is titanium oxide, the support may preferably have a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more. In addition, in order to improve resistance to sulfur dioxide, the titanium oxide carrier may be further subjected to a calcination step before use. Through the step of calcining before use, the BET specific surface area of the titanium oxide carrier may be controlled so as to satisfy the following Relational Equation 1.

[관계식 1][Relational Expression 1]

0.1 ≤ BET1/BET0 ≤ 0.50.1 ≤ BET 1 /BET 0 ≤ 0.5

(상기 관계식 1에서, BET0은 초기 BET 비표면적이고, BET1은 소성 후 BET 비표면적이다)(In Relation 1, BET 0 is the initial BET specific surface area, and BET 1 is the BET specific surface area after firing)

일 예로, BET1/BET0는 0.2 내지 0.45 범위, 또는 0.3 내지 0.4 범위인 것이 좋다.For example, BET 1 /BET 0 is preferably in the range of 0.2 to 0.45, or in the range of 0.3 to 0.4.

또한, 상기 슬러리를 제조하는 단계는 교반기 분산, 균질기 분산, 초고압 분산 및 초음파 분산 등에서 선택되는 통상의 분산조건이라면 제한되지 않으며, 좋게는 초음파 분산을 포함하는 분산조건일 수 있다.In addition, the step of preparing the slurry is not limited as long as it is a general dispersion condition selected from stirrer dispersion, homogenizer dispersion, ultra-high pressure dispersion and ultrasonic dispersion, and may preferably be a dispersion condition including ultrasonic dispersion.

일 예로, 상기 소성하는 단계는 통상의 조건이라면 제한되지 않으며, 좋게는 300 내지 700℃에서 수행될 수 있으며, 보다 좋게는 300 내지 500℃에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 소성은 1시간 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.For example, the calcining step is not limited as long as it is a normal condition, and may preferably be performed at 300 to 700° C., and more preferably at 300 to 500° C. In addition, the calcination may be performed for 1 hour to 24 hours.

다음으로, 상기 슬러리를 건조 및 소성하는 단계를 통해 담체에 활성금속이 담지된 촉매를 제조할 수 있다. 일 예로, 상기 건조의 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 90 내지 150℃에서 5 시간 내지 24 시간 동안 가열하여 용매를 제거하는 단계일 수 있다. 일 예로, 상기 소성의 방법 역시 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 오븐과 같이 밀폐된 가열 공간에서 가열하여 소성하는 단계일 수 있다. 상기 소성은, 예를 들면, 공기 분위기에서 수행할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 소성은 300 내지 700℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 이의 온도범위를 만족하는 경우 화학양론적으로 불리함이 없어 좋다. 또한, 상기 소성은 1시간 내지 24시간 동안 수행하는 것이 좋다.Next, through the steps of drying and calcining the slurry, it is possible to prepare a catalyst in which an active metal is supported on a carrier. For example, the drying method is not particularly limited, and may be, for example, heating at 90 to 150° C. for 5 to 24 hours to remove the solvent. For example, the firing method is also not particularly limited, and for example, it may be a step of heating and firing in a closed heating space such as an oven. The firing may be performed, for example, in an air atmosphere, but is not limited thereto. For example, the sintering may be performed at a temperature of 300 to 700° C., and if the temperature range is satisfied, there is no stoichiometric disadvantage. In addition, the calcination is preferably performed for 1 hour to 24 hours.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 촉매 또는 제2 촉매의 제조 방법에 있어서, 활성금속이 가돌리늄-바나데이트인 제2 촉매의 예를 들면, 중량 기준 가돌리늄:바나듐이 0.01:1 내지 1:1로 포함될 수 있다. 즉, 바나듐 대비 가돌리늄의 중량비는 동등 수준 이하인 것일 수 있으며, 이와 같은 중량비를 만족하는 경우 질소산화물의 환원에 보다 이점을 부여할 수 있다. 그러나 상기 가돌리늄 전구체 및 상기 바나듐 전구체는 상술된 가돌리늄:바나듐의 중량비를 만족하도록 다양한 조건 및 조성으로 변경 사용될 수 있음은 물론이다.In the method for preparing the first catalyst or the second catalyst according to an embodiment of the present invention, for example, the active metal of the second catalyst is gadolinium-vanadate, gadolinium:vanadium is 0.01:1 to 1:1 by weight. may be included as That is, the weight ratio of gadolinium to vanadium may be equal to or less than the equivalent level, and when such a weight ratio is satisfied, it is possible to give more advantages to the reduction of nitrogen oxides. However, it goes without saying that the gadolinium precursor and the vanadium precursor may be used under various conditions and compositions to satisfy the above-described gadolinium:vanadium weight ratio.

또한, 상술한 제1 촉매 또는 제2 촉매는 저온 SCR 촉매일 수 있다. 이때, 상기 저온 SCR 촉매는 저온에서도 높은 SCR 성능을 나타낼 수 있다는 것이지 저온에서만 SCR 성능을 나타낸다는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 통상의 고온공정 중에도 안정한 SCR 성능을 발휘할 수 있다.In addition, the first catalyst or the second catalyst described above may be a low-temperature SCR catalyst. In this case, the low-temperature SCR catalyst may exhibit high SCR performance even at low temperatures, but should not be interpreted as indicating SCR performance only at low temperatures. That is, stable SCR performance can be exhibited even during a normal high-temperature process.

이와 같이, 제1 촉매 또는 제2 촉매를 통해, 선택적 환원을 수행할 수 있다. 구체적인 일 실시예에 있어서, 상기 저온에서 선택적 환원 가능하며, 상기 저온은 250℃ 이하를 만족하는 것일 수 있다. 구체적으로 150 내지 250℃, 보다 구체적으로 160 내지 250℃, 가장 구체적으로 180 내지 250℃범위일 수 있다.As such, selective reduction may be performed through the first catalyst or the second catalyst. In a specific embodiment, selective reduction is possible at the low temperature, and the low temperature may satisfy 250° C. or less. Specifically, it may be in the range of 150 to 250 °C, more specifically 160 to 250 °C, and most specifically 180 to 250 °C.

상기 제2 촉매의 경우, 상기 선택적 환원에 따른 질소산화물 전환율은 50% 이상일 수 있다. 일 예로, 상기 선택적 환원에 따른 질소산화물 전환율은 180℃의 온도에서 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 90% 이상에 달하는 질소산화물 전환율을 구현할 수 있다.In the case of the second catalyst, the conversion rate of nitrogen oxides according to the selective reduction may be 50% or more. As an example, the nitrogen oxide conversion according to the selective reduction may implement a nitrogen oxide conversion rate of 60% or more, or 70% or more, or 80% or more, or 90% or more at a temperature of 180°C.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치를 통해 일산화탄소 및 이산화질소를 동시에 저감 및 제거할 수 있으며, 이는 내연 발전 시스템에 적용될 수 있다.As described above, it is possible to simultaneously reduce and remove carbon monoxide and nitrogen dioxide through the apparatus for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention, which can be applied to an internal combustion power generation system.

본 발명에 따른 내연 발전 시스템은 상기 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치를 포함하는 것으로서, 연료 및 공기가 유입되고 연소하여 가스터빈을 구동하는 내연기관; 상기 가스터빈의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기관; 및 상기 내연기관에서 배출되는 연소가스가 상기 제1 반응부로 유입되는 상기 장치;를 포함한다.An internal combustion power generation system according to the present invention includes the device for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides, and includes: an internal combustion engine in which fuel and air are introduced and combusted to drive a gas turbine; a power generation engine converting kinetic energy of the gas turbine into electrical energy; and the device through which the combustion gas discharged from the internal combustion engine flows into the first reaction unit.

본 발명에 따른 내연 발전 시스템은 바람직하게는 액화천연가스 발전 시스템일 수 있다. 액화천연가스 발전에서, 가동 초기에는 가스터빈의 불완전 연소로 다량의 일산화탄소(~2,000 ppm)와 함께와 이산화질소(~70 ppm) 및 일산화질소(~80 ppm)가 그대로 배출되므로, 본 발명에 따른 장치가 액화천연가스 발전에 적용될 경우, 일산화탄소와 이산화질소를 효과적으로 제거하여 환경적으로 경제적으로 매우 유리하다.The internal combustion power generation system according to the present invention may preferably be a liquefied natural gas power generation system. In liquefied natural gas power generation, at the beginning of operation, nitrogen dioxide (~70 ppm) and nitrogen monoxide (~80 ppm) are discharged together with a large amount of carbon monoxide (~2,000 ppm) due to incomplete combustion of the gas turbine, so the device according to the present invention When applied to liquefied natural gas power generation, it is environmentally and economically very advantageous by effectively removing carbon monoxide and nitrogen dioxide.

즉, 본 발명에 따른 액화천연가스 발전 시스템은 상기 내연 발전 시스템을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 연료는 액화천연가스로부터 공급되며, 상기 연소가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 복합 유해가스일 수 있다. 여기서 상기 제1 반응부의 유체는 액화천연가스 발전 시스템에서 배출되는 복합 유해가스일 수 있다.That is, the liquefied natural gas power generation system according to the present invention may include the internal combustion power generation system, the fuel is supplied from liquefied natural gas, and the combustion gas includes carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) It may be a complex harmful gas. Here, the fluid of the first reaction unit may be a complex harmful gas discharged from a liquefied natural gas power generation system.

또한 본 발명은 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법을 제공하며, 이는 전술한 장치와 동일한 기술적 사상을 가진다.In addition, the present invention provides a method for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides, which has the same technical idea as the above-described apparatus.

본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법은, 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 유체가 제1 촉매에 의해 이산화탄소(CO2) 및 일산화질소(NO)로 전환되는 제1 반응 단계 및 상기 제1 반응 단계를 거친 일산화질소(NO)를 포함하는 유체가 제2 촉매에 의해 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2) 및 물(H2O)로 전환되는 제2 반응 단계를 포함하며, 상기 제1 촉매는 백금족 전이금속을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 일산화탄소-이산화질소 동시 저감 촉매이며, 상기 제2 촉매는 Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 질소산화물 환원 촉매이며, 상기 제1 촉매의 지지체 및 상기 제2 촉매의 지지체는 서로 독립적으로 알루미늄산화물, 티타늄산화물, 마그네슘산화물, 지르코늄산화물, 세륨산화물, 규소산화물 및 탄소 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다. 구체적인 일 예로, 제1 반응 단계의 유체는 액화천연가스 발전 시스템에서 배출되는 복합 유해가스일 수 있다.The method for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention is a first in which a fluid containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is converted into carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide (NO) by a first catalyst A second reaction step and a fluid containing nitrogen monoxide (NO) that has passed through the first reaction step is converted into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by reacting with ammonia (NH 3 ) by a second catalyst A reaction step, wherein the first catalyst is a carbon monoxide-nitrogen dioxide reduction catalyst including a support on which an active metal including a platinum group transition metal is supported, and the second catalyst is Gd, V, Mn, Co, Ni, La , Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and nitrogen oxide comprising a support on which an active metal containing any one or two or more selected from Lu It is a reduction catalyst, and the support of the first catalyst and the support of the second catalyst are each independently selected from aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, silicon oxide, and carbon. do. As a specific example, the fluid of the first reaction step may be a complex harmful gas discharged from a liquefied natural gas power generation system.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치 및 방법은, 제1 반응 단계에서, 특정 온도 구간에서 일산화탄소(CO)와 이산화질소(NO2)가 제거되며, 일산화탄소(CO) 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율이 현저히 높다. 바람직한 일 예로, 상기 제1 반응 단계에서, 125℃ 내지 175℃에서의 일산화탄소(CO) 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율은 모두 90% 이상일 수 있다. 또한 바람직한 일 예로, 상기 제1 반응 단계에서, 200℃ 이하에서 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)가 이산화탄소(CO2) 또는 일산화질소(NO)로 전환될 수 있으며, 300℃ 이하에서 일산화탄소(CO)가 이산화탄소로(CO2)로 전환될 수 있다.As described above, in the apparatus and method for simultaneous removal of carbon monoxide and nitrogen oxides according to the present invention, in the first reaction step, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are removed in a specific temperature range, and carbon monoxide (CO) conversion rate and nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion rate is significantly high. As a preferred example, in the first reaction step, carbon monoxide (CO) conversion and nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion at 125° C. to 175° C. may all be 90% or more. Also as a preferred example, in the first reaction step, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) at 200° C. or less may be converted into carbon dioxide (CO 2 ) or nitrogen monoxide (NO), and at 300° C. or less, carbon monoxide ( CO) can be converted to carbon dioxide (CO 2 ).

바람직한 일 예로, 상기 제2 반응 단계에서, 200℃ 이상에서의 일산화질소(NO) 전환율이 90% 이상일 수 있다.As a preferred example, in the second reaction step, the nitrogen monoxide (NO) conversion at 200° C. or higher may be 90% or higher.

또한 바람직한 일 예로, 상기 제1 반응 단계 및 상기 제2 반응 단계의 전환 온도는 100 내지 400℃일 수 있다.Also as a preferred example, the conversion temperature of the first reaction step and the second reaction step may be 100 to 400 ℃.

본 발명에 따른 내연 발전 방법은 상기 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법을 포함하는 것으로서, 연료를 연소시켜 가스터빈을 구동하는 연소 단계; 상기 가스터빈의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전 단계; 및 상기 연소에 의해 생성되는 연소가스를 상기 제1 반응 단계의 유체로 사용하여 일산화탄소 및 질소산화물을 제거하는 동시 제거 단계;를 포함한다. 또한 본 발명에 따른 액화천연가스 발전 방법은 상기 내연 발전 방법을 포함하는 것으로서, 상기 연료는 액화천연가스로부터 공급되며, 상기 연소가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 복합 유해가스이다.The internal combustion power generation method according to the present invention includes a method for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides, comprising: a combustion step of burning fuel to drive a gas turbine; a power generation step of converting kinetic energy of the gas turbine into electrical energy; and a simultaneous removal step of removing carbon monoxide and nitrogen oxides by using the combustion gas generated by the combustion as the fluid of the first reaction step. In addition, the liquefied natural gas power generation method according to the present invention includes the internal combustion power generation method, wherein the fuel is supplied from liquefied natural gas, and the combustion gas is a complex harmful gas comprising carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) to be.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples, but these are for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the Examples below.

<제1 촉매의 제조><Preparation of the first catalyst>

활성금속 전구체인 염화백금산(H2PtCl6) 0.49 mmol이 용해된 100mL의 증류수에 지지체인 평균 입경이 170㎛인 산화알루미늄(Al2O3) 분말 9.9g을 첨가하고 30분간 초음파 분산하고 2시간 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다.9.9 g of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder having an average particle diameter of 170 μm as a support is added to 100 mL of distilled water in which 0.49 mmol of chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ), an active metal precursor, is dissolved, ultrasonically dispersed for 30 minutes, and 2 hours while stirring to prepare a slurry.

이후, 상기 슬러리를 60℃ 및 65 mmHg의 조건으로 회전증발농축기를 이용하여 65℃에서 수분을 증발시킨 후, 110℃ 건조오븐에서 24시간동안 건조하여 촉매를 수득하였다. 건조된 촉매는 승온 속도 10℃/min으로 400℃까지 승온시켜, 공기 분위기에서 4시간동안 소성하여 백금이 담지된 산화알루미늄 촉매(Pt/Al2O3)를 제조하였다.Thereafter, the slurry was evaporated at 65°C using a rotary evaporator under conditions of 60°C and 65 mmHg, and then dried in a drying oven at 110°C for 24 hours to obtain a catalyst. The dried catalyst was heated to 400° C. at a temperature increase rate of 10° C./min, and calcined in an air atmosphere for 4 hours to prepare a platinum-supported aluminum oxide catalyst (Pt/Al 2 O 3 ).

제조된 촉매는, 고정층 연속식 석영관 실험 장치를 통해 일산화탄소(CO) 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율을 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 도시하였다.The prepared catalyst was measured for carbon monoxide (CO) conversion and nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion through a fixed-bed continuous quartz tube test apparatus, and the results are shown in FIG. 3 .

실시예 1에서, 지지체로 산화알루미늄(Al2O3) 대신 산화티타늄(TiO2)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매(Pt/TiO2)를 제조하였다. 그리고 상기 촉매의 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 도시하였다.In Example 1, a catalyst (Pt/TiO 2 ) was prepared in the same manner as in Example 1, except that titanium oxide (TiO 2 ) was used instead of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as a support. And the conversion rate and nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion of the catalyst were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. 3 .

실시예 1에서, 지지체로 산화알루미늄(Al2O3) 대신 산화알루미늄(Al2O3)과 산화티타늄(TiO2)의 혼합물(1:1중량비)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매(Pt/Al2O3+TiO2)를 제조하였다. 그리고 상기 촉매의 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 도시하였다.In Example 1, the same as in Example 1, except that a mixture (1:1 weight ratio) of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ) was used instead of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as a support. A catalyst (Pt/Al 2 O 3 +TiO 2 ) was prepared by the method. And the conversion rate and nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion of the catalyst were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. 3 .

<제1 촉매의 성능 평가><Evaluation of the performance of the first catalyst>

실시예 1 내지 실시예 3의 제2 촉매의 질소산화물 전환율에 대한 평가는 고정층 연속식 석영관 반응기를 통해 수행되었다. 구체적으로, 촉매는 40-50mesh sieving 체 망을 사용하여 크기(직경)를 300~425㎛로 균일하게 한 것을 시료로 사용하였다. 반응기에 공급되는 질소, 산소, 일산화탄소, 이산화질소로 각 실린더로부터 MFC(Mass Flow Controller, MKS Co.)를 사용하여 유량을 제어하였다. 또한, 수분공급은 Solvent Delivery Pump를 사용하여 0.07cc/min의 속도로 주입하였다. 반응기에 유입되는 반응가스 유량은 1,000cc/min이며, 농도는 CO 1,505ppm, NO2 100ppm, O2 3.0vol%, H2O 6.0vol%, N2 잔량으로 설정하여 수행하였다. 반응기에 충진되는 촉매는 공간속도 120,000 hr-1이며, 이에 해당하는 촉매 부피는 0.5cc로 수행하였다.The evaluation of the nitrogen oxide conversion rates of the second catalysts of Examples 1 to 3 was performed through a fixed-bed continuous quartz tube reactor. Specifically, the catalyst was used as a sample having a uniform size (diameter) of 300 to 425 μm using a 40-50 mesh sieving mesh. The flow rate was controlled using MFC (Mass Flow Controller, MKS Co.) from each cylinder with nitrogen, oxygen, carbon monoxide, and nitrogen dioxide supplied to the reactor. In addition, water supply was injected at a rate of 0.07cc/min using a solvent delivery pump. The flow rate of the reaction gas introduced into the reactor was 1,000 cc/min, and the concentration was set to 1,505 ppm CO, 100 ppm NO 2 , 3.0 vol% O 2 , 6.0 vol% H 2 O, and the remaining amount of N 2 . The catalyst charged in the reactor had a space velocity of 120,000 hr -1 and the corresponding catalyst volume was 0.5 cc.

또한 반응물과 생성물의 농도를 측정하기 위하여 분석기와 검지관을 사용하였다. 먼저, 일산화탄소 측정 방법으로 비분산 적외석 가스분석기(PG-250, HORIBA Co.)를 사용하여 일산화탄소 농도를 계측하였다. 분석기로 유입되기 전 반응 가스의 수분을 제거하기 위해 냉각칠러 내 수분 trap을 이용하여 제거하였다. 이산화질소의 경우 반응기 후단에서 검지관(9L, Gastec Co.)을 사용하여 측정하였다. 상기 방법을 통하여 각 반응 가스의 반응 시작 온도에서 정상상태에 도달한 후에 생성물의 농도가 일정해 질 때까지 지속시켜 반응기 후단에서 농도변화를 측정하였다. 모든 결과 데이터는 각 반응온도에서 60분간 정상상태를 유지시킨 후 측정하였다. 그리고 하기 식 1을 이용하여 일산화탄소(CO)의 전환율(Conversion)을 계산하고, 그 결과를 도 3에 도시하였다.In addition, analyzers and detection tubes were used to measure the concentrations of reactants and products. First, the carbon monoxide concentration was measured using a non-dispersive infrared gas analyzer (PG-250, HORIBA Co.) as a carbon monoxide measurement method. In order to remove moisture from the reaction gas before flowing into the analyzer, it was removed using a moisture trap in the cooling chiller. In the case of nitrogen dioxide, it was measured using a detection tube (9L, Gastec Co.) at the rear end of the reactor. After reaching a steady state at the reaction starting temperature of each reaction gas through the above method, the concentration change was measured at the rear end of the reactor by continuing until the concentration of the product became constant. All result data were measured after maintaining a steady state for 60 minutes at each reaction temperature. And the conversion rate of carbon monoxide (CO) was calculated using Equation 1 below, and the result is shown in FIG. 3 .

[식 1][Equation 1]

CO Conversion(%)={(CCO,in-CCO,out)/CNO,in}×100CO Conversion(%)={(C CO,in -C CO,out )/C NO,in }×100

NO2 Conversion(%)={(CNO2,in-CNO2,out)/CNO2,in}×100NO 2 Conversion(%)={(C NO2,in -C NO2,out )/C NO2,in }×100

(상기 식 2에서, CCO,in는 반응 전 CO 농도이고, CCO,out는 반응 후 CO 농도이며, CNO2,in는 반응 전 NO2 농도이고, CNO2,out는 반응 후 NO2 농도이다)(In Equation 2, C CO,in is the CO concentration before the reaction, C CO,out is the CO concentration after the reaction, C NO2,in is the NO 2 concentration before the reaction, C NO2,out is the NO 2 concentration after the reaction to be)

도 3에서, 실시예 1(Pt/Al2O3)은 190℃ 이상에서 CO 전환율이 90% 이상이며, 180℃ 이하에서 NO2 전환율이 90% 이상임에 따라, CO와 NO2를 90% 전환율로 동시에 저감하기 위해서는 각각의 온도에서 운전되도록 제어해야함을 알 수 있다. 반면 실시예 2(Pt/TiO2)는 110℃ 이상에서 CO 전환율이 90% 이상이며, 140℃ 이하에서 NO2 전환율이 90% 이상임에 따라, 110~140℃ 온도 범위에서 CO와 NO2를 90% 전환율로 동시에 저감할 수 있음을 알 수 있다. 특히 실시예 3(Pt/Al2O3+TiO2)은 120℃ 이상에서 CO 전환율이 100%에 근접하고, 180℃ 이하에서 NO2 전환율이 100%에 근접함에 따라, 120~180℃의 매우 넓은 온도 범위에서 CO와 NO2를 100% 전환율로 동시에 저감할 수 있는 현저한 효과가 구현됨을 알 수 있다.In Figure 3, Example 1 (Pt / Al 2 O 3 ) At 190 ° C. or more, the CO conversion rate is 90% or more, and at 180 ° C. or less, the NO 2 conversion rate is 90% or more, CO and NO 2 90% conversion rate It can be seen that in order to simultaneously reduce the temperature, it is necessary to control the operation at each temperature. On the other hand, in Example 2 (Pt/TiO 2 ), the CO conversion rate is 90% or more at 110 ° C. or more, and the NO 2 conversion rate is 90% or more at 140 ° C. or less, and CO and NO 2 in the temperature range of 110 to 140 ° C. 90 It can be seen that the % conversion can be simultaneously reduced. In particular, Example 3 (Pt/Al 2 O 3 +TiO 2 ) has a CO conversion rate close to 100% at 120° C. or higher, and a NO 2 conversion rate close to 100% at 180° C. or lower. It can be seen that a remarkable effect of reducing CO and NO 2 at a 100% conversion rate at the same time in a wide temperature range is realized.

<제2 촉매의 제조><Preparation of the second catalyst>

18mmol의 NH4VO3가 용해된 100mL의 증류수에, 0.64mmol의 Gd(NO3)3·6H2O를 투입하여, 혼합용액을 제조한 후 1시간 동안 교반하였다. 이때, 상기 NH4VO3를 증류수에 용해 시, 옥살산을 1:1몰비로 혼합하여 사용하였다. 교반이 완료된 후, 상기 혼합용액에 평균입경이 7.5nm인 아나타제(Anatase) TiO2 분말(BET 비표면적 350m2/g) 9.0g을 첨가하고 30분간 초음파 분산하고 2시간 동안 교반하여 슬러리를 제조하였다.In 100 mL of distilled water in which 18 mmol of NH 4 VO 3 was dissolved, 0.64 mmol of Gd(NO 3 ) 3 .6H 2 O was added to prepare a mixed solution, followed by stirring for 1 hour. At this time, when the NH 4 VO 3 was dissolved in distilled water, oxalic acid was mixed in a 1:1 molar ratio and used. After the stirring was completed, 9.0 g of anatase TiO 2 powder (BET specific surface area 350 m 2 /g) having an average particle diameter of 7.5 nm was added to the mixed solution, ultrasonically dispersed for 30 minutes, and stirred for 2 hours to prepare a slurry .

이후, 상기 슬러리를 60℃ 및 65 mmHg의 조건으로 회전증발농축기를 이용하여 수분을 증발시킨 후, 120℃ 건조오븐에서 24시간동안 건조하여 촉매를 수득하였다. 건조된 촉매는 승온 속도 5℃/min으로 400℃까지 승온시켜, 공기 분위기에서 4시간동안 소성하여 촉매(9V-0.5Gd/TiO2)를 제조하였다.Thereafter, moisture was evaporated from the slurry using a rotary evaporator under conditions of 60° C. and 65 mmHg, and then dried in a drying oven at 120° C. for 24 hours to obtain a catalyst. The dried catalyst was heated to 400° C. at a temperature increase rate of 5° C./min, and calcined in an air atmosphere for 4 hours to prepare a catalyst (9V-0.5Gd/TiO 2 ).

제조된 촉매는 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS) 분석을 통해 원소분석을 수행하여 특정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다.The prepared catalyst was specified by performing elemental analysis through inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) analysis, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 4에서, Gd(NO3)3·6H2O를 0.32mmol로 사용하고, TiO2 분말을 9.05g으로 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 촉매(9V-0.5Gd/TiO2)를 제조하였다. 그리고 상기 촉매는 실시예 4와 동일한 방법으로 질량분석기(ICP-MS) 분석을 통해 원소분석을 수행하여 특정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다.In Example 4, Gd(NO 3 ) 3 .6H 2 O was used at 0.32 mmol, and TiO 2 powder was used at 9.05 g, except for using the catalyst (9V-0.5Gd/TiO 2 ) in the same manner as in Example 4 ) was prepared. And the catalyst was specified by performing elemental analysis through mass spectrometry (ICP-MS) analysis in the same manner as in Example 4, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 4에서, Gd(NO3)3·6H2O를 1.91mmol로 사용하고, TiO2 분말을 8.80g으로 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 촉매(9V-3.0Gd/TiO2)를 제조하였다. 그리고 상기 촉매는 실시예 4와 동일한 방법으로 질량분석기(ICP-MS) 분석을 통해 원소분석을 수행하여 특정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다.In Example 4, Gd(NO 3 ) 3 .6H 2 O was used at 1.91 mmol, and TiO 2 powder was used at 8.80 g, except for using the catalyst (9V-3.0Gd/TiO 2 ) in the same manner as in Example 4 ) was prepared. And the catalyst was specified by performing elemental analysis through mass spectrometry (ICP-MS) analysis in the same manner as in Example 4, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 4에서, Gd(NO3)3·6H2O를 3.18mmol로 사용하고, TiO2 분말을 8.60g으로 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 촉매(9V-5.0Gd/TiO2)를 제조하였다. 그리고 상기 촉매는 실시예 4와 동일한 방법으로 질량분석기(ICP-MS) 분석을 통해 원소분석을 수행하여 특정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다.In Example 4, Gd(NO 3 ) 3 .6H 2 O was used at 3.18 mmol, and TiO 2 powder was used at 8.60 g, except that 8.60 g of the catalyst (9V-5.0Gd/TiO 2 ) was used in the same manner as in Example 4 ) was prepared. And the catalyst was specified by performing elemental analysis through mass spectrometry (ICP-MS) analysis in the same manner as in Example 4, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 4에서, Gd(NO3)3·6H2O를 6.37mmol로 사용하고, TiO2 분말을 8.10g으로 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 촉매(9V-10.0Gd/TiO2)를 제조하였다. 그리고 상기 촉매는 실시예 4와 동일한 방법으로 질량분석기(ICP-MS) 분석을 통해 원소분석을 수행하여 특정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다.In Example 4, Gd(NO 3 ) 3 .6H 2 O was used at 6.37 mmol, and TiO 2 powder was used at 8.10 g, except for using the catalyst (9V-10.0Gd/TiO 2 ) in the same manner as in Example 4 ) was prepared. And the catalyst was specified by performing elemental analysis through mass spectrometry (ICP-MS) analysis in the same manner as in Example 4, and the results are shown in Table 1 below.

실시예 4에서, NH4VO3를 4mmol로 사용하고, Gd(NO3)3·6H2O를 0.26mmol로 사용하고, TiO2 분말을 3.76g으로 사용하고, 아나타제(anatase, BET 비표면적 350m2/g) TiO2 분말 대신 상기 TiO2 분말을 400℃ 공기 조건에서 4시간동안 소성한 TiO2 분말(BET 비표면적 140 m2/g)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 촉매(5V-1.0Gd/TiO2,400)를 제조하였다. 그리고 상기 촉매는 실시예 4와 동일한 방법으로 질량분석기(ICP-MS) 분석을 통해 원소분석을 수행하여 특정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다.In Example 4, NH 4 VO 3 was used at 4 mmol, Gd(NO 3 ) 3 .6H 2 O was used at 0.26 mmol, TiO 2 powder was used at 3.76 g, and anatase (BET specific surface area 350 m) 2 / g) In the same manner as in Example 4 , the catalyst ( 5V-1.0Gd/TiO 2,400 ) was prepared. And the catalyst was specified by performing elemental analysis through mass spectrometry (ICP-MS) analysis in the same manner as in Example 4, and the results are shown in Table 1 below.

2.3mmol의 NH4VO3가 용해된 170mL의 증류수에 1.15mmol의 망간염인 Mn(NO3)2·6H2O의 증류수를 첨가하여 혼합용액을 제조한 후 1 시간 동안 교반하였다. 교반이 완료된 후 상기 혼합용액에 아나타제(anatase) TiO2 분말 6g을 첨가하고 24시간 동안 교반한 후 탈수처리하였다. 탈수 후 얻어진 고형물을 500℃에서 5시간 동안 하소(calcination)처리하여 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매는 아나타제 상(anatase phase)을 가지는 TiO2를 담지체로 하고, 상기 담지체 내에 활성점으로 MnV2O6를 포함한다.To 170 mL of distilled water in which 2.3 mmol of NH 4 VO 3 was dissolved, 1.15 mmol of Mn(NO 3 ) 2 .6H 2 O of distilled water was added to prepare a mixed solution, followed by stirring for 1 hour. After the stirring was completed, 6 g of anatase TiO 2 powder was added to the mixed solution, stirred for 24 hours, and then dehydrated. After dehydration, the obtained solid was calcined at 500° C. for 5 hours to prepare a catalyst. The prepared catalyst includes TiO 2 having an anatase phase as a support, and MnV 2 O 6 as an active site in the support.

실시예 10에서, 망간염인 Mn(NO3)2·6H2O 대신 코발트염인 Co(NO3)2·H2O를 사용하여 활성점으로 CoV2O6를 포함하는 촉매를 제조한 것을 제외하고, 실시예 10과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.In Example 10, a catalyst containing CoV 2 O 6 as an active point was prepared by using Co(NO 3 ) 2 .H 2 O as a cobalt salt instead of Mn(NO 3 ) 2 .6H 2 O as a manganese salt. Except that, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 10.

실시예 10에서, 망간염인 Mn(NO3)2·6H2O 대신 니켈염인 Ni(NO3)2·6H2O를 사용하여 활성점으로 NiV2O6를 포함하는 촉매를 제조한 것을 제외하고, 실시예 10과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.In Example 10, a catalyst containing NiV 2 O 6 as an active point was prepared by using Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O as a nickel salt instead of Mn(NO 3 ) 2 .6H 2 O as a manganese salt. Except that, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 10.

[비교예 1][Comparative Example 1]

상용 V/W/TiO2 촉매(Ceram, 오스트리아)를 실시예 4와 동일한 방법으로 질량분석기(ICP-MS) 분석을 통해 원소분석을 수행하여 특정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다.Commercial V/W/TiO 2 catalyst (Ceram, Austria) was specified by performing elemental analysis through mass spectrometry (ICP-MS) analysis in the same manner as in Example 4, and the results are shown in Table 1 below.

[비교예 2][Comparative Example 2]

실시예 4에서, Gd(NO3)3·6H2O 0.64mmol 대신 Ni(NO3)2·6H2O 8.52mmol을 사용하고, TiO2 분말을 8.60g으로 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 촉매(9V-5.0Ni/TiO2)를 제조하였다. 그리고 상기 촉매는 실시예 4와 동일한 방법으로 질량분석기(ICP-MS) 분석을 통해 원소분석을 수행하여 특정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 도시하였다.In Example 4, Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O 8.52 mmol was used instead of Gd(NO 3 ) 3 .6H 2 O 0.64 mmol, and TiO 2 powder was used at 8.60 g, except that 8.60 g was used. A catalyst (9V-5.0Ni/TiO 2 ) was prepared in the same manner. And the catalyst was specified by performing elemental analysis through mass spectrometry (ICP-MS) analysis in the same manner as in Example 4, and the results are shown in Table 1 below.

V(중량%)V (wt%) W or Gd or Ni (중량%)W or Gd or Ni (wt%) 비교예1(상용 V/W/TiO2 촉매)Comparative Example 1 (commercial V/W/TiO 2 catalyst) 5.85.8 WW 4.04.0 비교예2(9V-5.0Ni/TiO2)Comparative Example 2 (9V-5.0Ni/TiO 2 ) 8.5 8.5 NiNi 5.35.3 실시예1(9V-1.0Gd/TiO2)Example 1 (9V-1.0Gd/TiO 2 ) 8.9 8.9 GdGd 1.31.3 실시예2(9V-0.5Gd/TiO2)Example 2 (9V-0.5Gd/TiO 2 ) 8.7 8.7 GdGd 0.60.6 실시예3(9V-3.0Gd/TiO2)Example 3 (9V-3.0Gd/TiO 2 ) 9.1 9.1 GdGd 3.73.7 실시예4(9V-5.0Gd/TiO2)Example 4 (9V-5.0Gd/TiO 2 ) 9.1 9.1 GdGd 5.85.8 실시예5(9V-10Gd/TiO2)Example 5 (9V-10Gd/TiO 2 ) 8.9 8.9 GdGd 11.311.3 실시예6(5V-1.0Gd/TiO2,400)Example 6 (5V-1.0Gd/TiO 2,400 ) 5.0 5.0 GdGd 1.01.0

<제2 촉매의 성능 평가><Evaluation of the performance of the second catalyst>

1. NO1. NO XX 전환율 conversion rate

실시예 4 내지 실시예 12, 비교예 1 및 비교예 2의 제2 촉매의 질소산화물 전환율에 대한 평가는 직경 3/8 inch를 갖는 quartz 고정층 수직 반응기를 이용하여 수행되었으며, 각 촉매는 유압프레스를 사용하여 pelletizing 후 40-50mesh로 체거름하여 사용되었다. 상기 반응기에 공급되는 반응가스는 MFC(Mass flow controller)를 사용하여 각각의 반응 가스 유량을 조절하여 공간속도(SV) 60,000h-1이 되도록 총 반응가스의 유량을 1,000sccm으로 조절하였다. 상기 반응가스는 NO 500ppm, NH3500ppm, O2 3vol%, H2O 6vol%, N2 잔량의 조성비를 갖는다.The evaluation of the nitrogen oxide conversion rates of the second catalysts of Examples 4 to 12, Comparative Examples 1 and 2 was performed using a quartz fixed-bed vertical reactor having a diameter of 3/8 inch, and each catalyst was subjected to a hydraulic press. After pelletizing, it was used after sieving with 40-50 mesh. The reaction gas supplied to the reactor was adjusted to the flow rate of the total reaction gas to 1,000 sccm so that the space velocity (SV) of 60,000h -1 by adjusting the flow rate of each reaction gas using a MFC (Mass flow controller). The reaction gas has a composition ratio of NO 500 ppm, NH 3 500 ppm, O 2 3 vol%, H 2 O 6 vol%, and N 2 remaining amount.

촉매성능 평가 시, 반응가스 중 NO와 NH3에 의한 염 생성 방지 및 수분 응축을 방지하기 위하여 반응기로 유입되는 반응가스의 온도는 180℃로 일정하게 유지하였다.In the evaluation of catalyst performance, the temperature of the reaction gas flowing into the reactor was kept constant at 180° C. in order to prevent salt formation and moisture condensation by NO and NH 3 in the reaction gas.

반응물 및 생성물 중, NOX농도는 비분산적외선 가스분석기(Non-dispersive infrared gas analyzer, NDIR)로 측정하였으며, 생성물은 냉각트랩을 거쳐 완전히 수분이 제거된 후 가스분석기로 유입되었다. 반응물 중, NO2와 미반응되어 배출되는 NH3 농도는 검지관을 사용하여 측정되었다.Among the reactants and products, the NO X concentration was measured with a non-dispersive infrared gas analyzer (NDIR), and the product passed through a cooling trap to completely remove moisture and then flowed into the gas analyzer. Among the reactants, NO 2 and unreacted NH 3 concentration were measured using a detection tube.

촉매 성능 평가는 반응기 내 촉매층 온도가 300℃에 도달한 후, 반응가스를 흘려주면서 반응온도를 20℃ 간격으로 하강하면서 160℃까지 측정하였다. 또한 각각의 반응온도에서 생성물의 농도가 일정할 때까지 유지한 후 측정되었으며, NOX 전환율(Conversion)은 아래 식 2를 통해 계산되었다. For evaluation of catalyst performance, after the temperature of the catalyst bed in the reactor reached 300°C, the reaction temperature was decreased at 20°C intervals while flowing the reaction gas to 160°C. In addition, it was measured after maintaining the concentration of the product at each reaction temperature until it was constant, and the NO X conversion rate was calculated through Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

NOX Conversion(%)={(CNO,in-CNO,out)/CNO,in}×100NO X Conversion(%)={(C NO,in -C NO,out )/C NO,in }×100

(상기 식 2에서, CNO,in는 반응 전 NO 농도이고, CNO,out는 반응 후 NO 농도이다)(In Equation 2, C NO,in is the NO concentration before the reaction, and C NO,out is the NO concentration after the reaction)

2. 내구성 및 성능 평가2. Durability and performance evaluation

실시예 4 내지 실시예 9, 비교예 1 및 비교예 2의 제2 촉매에 대한 촉매성능 및 내구성 평가는 다음과 같은 평가 방법으로 수행되었다.The catalytic performance and durability of the second catalysts of Examples 4 to 9, Comparative Examples 1 and 2 were evaluated by the following evaluation method.

평가조건 1) NOX=500ppm, NH3=500ppm, 3vol% O2, 6vol% H2O, 공간속도 60,000 hr-1 Evaluation conditions 1) NO X =500ppm, NH 3 =500ppm, 3vol% O 2 , 6vol% H 2 O, space velocity 60,000 hr -1

평가조건 2) 상기 평가조건 1)의 조건에 SO2=100ppm이 존재하는 반응가스를 순차적으로 흘려주거나 멈추면서 단계적으로 평가함(6vol% H2O 및 100ppm SO2조건 -> 6vol% H2O조건 -> 건조조건 -> 건조 및 100ppm SO2 조건).Evaluation condition 2) Step by step evaluation while sequentially flowing or stopping the reaction gas in which SO 2 =100 ppm exists in the condition of evaluation condition 1) (6 vol% H 2 O and 100 ppm SO 2 conditions -> 6vol% H 2 O conditions -> dry conditions -> dry and 100 ppm SO 2 conditions).

평가조건 3) T=180℃, NO/NH3 = 1:1(500ppm), 3vol% O2, 6vol% H2O 및 공간속도 60,000h-1 Evaluation condition 3) T=180℃, NO/NH 3 = 1:1 (500ppm), 3vol% O 2 , 6vol% H 2 O and space velocity 60,000h -1

평가조건 4) 300℃ -> 140℃ -> 300℃ -> 140℃의 반복적인 온도변화Evaluation condition 4) Repeated temperature change of 300℃ -> 140℃ -> 300℃ -> 140℃

또한, 그 결과를 하기 도 4 내지 도 8에 도시하였다.In addition, the results are shown in Figs. 4 to 8 below.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 질소산화물 환원용 촉매는 240℃이하의 저온에서도 98%이상의 질소산화물 전환율을 구현할 수 있음을 확인하였다. 구체적으로, 실시예 4 내지 실시예 9는 모두 160℃이상의 온도에서 50%이상의 질소산화물 전환율을 구현하며, 200℃ 부근 이상에서는 90%이상의 질소산화물 전환율을 구현함을 확인하였다. 또한, 180℃에서의 질소산화물 전환율을 대비한 결과, 실시예 4는 비교예 1 대비 180배 이상 향상된 효과로 확인되었다. 또한, V:Gd이 중량비가 9:1일 경우(실시예 4) 가장 높은 질소산화물 전환율을 보이며, V:Gd의 중량비가 1:1 이상일 경우(실시예 8) 질소산화물 전환율이 다소 저하되는 경향을 보였다. 또한, 가돌리늄 대신 전이금속인 니켈이 사용된 비교예 2의 경우, 상용촉매인 비교예 1 보다도 현저하게 낮은 수준의 질소산화물 전환율을 보였다.As shown in FIG. 4 , it was confirmed that the nitrogen oxide reduction catalyst according to the present invention can realize a nitrogen oxide conversion rate of 98% or more even at a low temperature of 240° C. or less. Specifically, it was confirmed that all of Examples 4 to 9 implement a nitrogen oxide conversion rate of 50% or more at a temperature of 160°C or higher, and a nitrogen oxide conversion rate of 90% or more at a temperature near 200°C or higher. In addition, as a result of comparing the nitrogen oxide conversion rate at 180° C., Example 4 was confirmed to have an effect of more than 180 times improved compared to Comparative Example 1. In addition, when the V:Gd weight ratio is 9:1 (Example 4), the highest nitrogen oxide conversion rate is shown, and when the V:Gd weight ratio is 1:1 or more (Example 8), the nitrogen oxide conversion rate tends to be slightly lowered showed In addition, in the case of Comparative Example 2, in which nickel as a transition metal was used instead of gadolinium, a nitrogen oxide conversion rate at a significantly lower level than that of Comparative Example 1, a commercial catalyst, was shown.

또한 실시예 10 내지 실시예 12의 촉매는 실시예 4 내지 실시예 9의 촉매와 비교하여, 높은 온도였지만 질소산화물의 제거 효과를 가짐을 확인하였다.In addition, the catalysts of Examples 10 to 12 were confirmed to have an effect of removing nitrogen oxides although the temperature was higher than that of the catalysts of Examples 4 to 9.

수분에 대한 저항성 증진 효과를 확인하기 위한 평가조건 1)에서의 결과에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 4의 경우 수분이 없는 조건에서의 질소산화물 전환율 대비 수분조건에서의 성능 저하율이 약 8.2% 정도로 비교예 1과 비교하여 수분에 대한 저항성이 월등히 향상됨을 확인하였다. 또한, 수분과 더불어 100 ppm의 이산화황(SO2)이 존재하는 조건에서도 성능 저하율 약 8% 정도로 높은 SO2에 대한 저항성으로 내구성이 우수함을 확인하였다. 반면, 비교예 1의 경우 수분과 SO2에 대한 저항성이 실시예들 대비 현저하게 낮았다.According to the results in the evaluation condition 1) for confirming the effect of improving the resistance to moisture, as shown in FIG. 5, in the case of Example 4, the performance degradation rate under the moisture condition compared to the nitrogen oxide conversion rate under the water-free condition was It was confirmed that the resistance to moisture was significantly improved as compared to Comparative Example 1 by about 8.2%. In addition, it was confirmed that the durability was excellent due to the resistance to SO 2 as high as about 8% of the performance degradation rate even in the presence of 100 ppm of sulfur dioxide (SO 2 ) in addition to moisture. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, the resistance to moisture and SO 2 was significantly lower than in Examples.

또한, 각각의 촉매를 평가조건 2)에 노출시킨 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 4의 경우 비교예 1 대비 현저한 차이로 질소산화물의 전환율, 즉 우수한 탈질효율을 나타낼 수 있음을 확인하였다.In addition, as a result of exposing each catalyst to evaluation condition 2), as shown in FIG. 6 , in the case of Example 4, it was confirmed that the conversion rate of nitrogen oxides, that is, excellent denitration efficiency, could be exhibited with a significant difference compared to Comparative Example 1. did.

또한, 촉매를 평가조건 3)에 노출시킨 결과, 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 4의 경우 수분조건에서 성능저하 없이, 13시간동안 92%의 탈질효율을 유지하는 것으로 확인되었다.In addition, as a result of exposing the catalyst to the evaluation condition 3), as shown in FIG. 7 , in the case of Example 4, it was confirmed that the denitration efficiency of 92% was maintained for 13 hours without degradation in the moisture condition.

또한, 촉매를 평가조건 4)에 노출시킨 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 4의 경우 반복적인 온도변화에서도 13시간동안 100%에 근접한 탈질효율을 유지하는 것으로 확인되었다.In addition, as a result of exposing the catalyst to evaluation condition 4), as shown in FIG. 8, in the case of Example 4, it was confirmed that the denitration efficiency close to 100% was maintained for 13 hours even with repeated temperature changes.

또한, 소성에 의해 BET 비표면적이 비표면적이 ~140m2/g 정도로 제어된 산화티타늄 담체에 V:Gd이 5:1 중량비로 담지된 경우(실시예 9), 수분에 대한 저항성은 실시예 4 대비 크게 나타나지만, 같은 농도의 SO2 (100 ppm) 존재 하에서의 성능 저하율이 약 2.8%로 실시예 4 대비 매우 높은 SO2 저항성을 가짐을 확인하였다.In addition, when V:Gd was supported in a 5:1 weight ratio on a titanium oxide support whose BET specific surface area was controlled to be about 140 m 2 /g by firing (Example 9), the resistance to moisture was obtained in Example 4 Although it appears large compared to that of SO 2 at the same concentration (100 ppm), the performance degradation rate in the presence of about 2.8% was confirmed to have a very high SO 2 resistance compared to Example 4.

이와 같은 결과로부터, 본 발명에 따른 제2 촉매는 우수한 질소산화물의 전환율 및 내구성으로 제1 반응 및 제2 반응이 순차적으로 수행되는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 시스템에 매우 적합하며, 이중 V:Gd이 9:1 중량비로 담지된 경우(실시예 4), 최대의 효과를 발휘할 수 있음을 확인하였다.From these results, the second catalyst according to the present invention is very suitable for a system for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides in which the first reaction and the second reaction are sequentially performed with excellent conversion rate and durability of nitrogen oxide, of which V: Gd It was confirmed that, when supported in this 9:1 weight ratio (Example 4), the maximum effect could be exhibited.

Claims (19)

일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 유체가 유입되어, 제1 촉매에 의해 이산화탄소(CO2) 및 일산화질소(NO)로 전환되는 제1 반응부; 및
암모니아(NH3)가 유입되고, 상기 제1 반응부로부터 일산화질소(NO)를 포함하는 유체가 유입되어, 제2 촉매에 의해 상기 일산화질소(NO)가 상기 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2) 및 물(H2O)로 전환되는 제2 반응부;를 포함하며,
상기 제1 촉매는 백금족 전이금속을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 일산화탄소-이산화질소 동시 저감 촉매이며,
상기 제2 촉매는 Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 질소산화물 환원 촉매이며,
상기 제1 촉매의 지지체 및 상기 제2 촉매의 지지체는 서로 독립적으로 알루미늄산화물, 티타늄산화물, 마그네슘산화물, 지르코늄산화물, 세륨산화물, 규소산화물 및 탄소 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치.
A first reaction unit in which a fluid containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is introduced, and converted into carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide (NO) by a first catalyst; and
Ammonia (NH 3 ) is introduced, a fluid containing nitrogen monoxide (NO) is introduced from the first reaction unit, and the nitrogen monoxide (NO) is reacted with the ammonia (NH 3 ) by a second catalyst to nitrogen (N 2 ) and a second reaction unit converted to water (H 2 O);
The first catalyst is a carbon monoxide-nitrogen dioxide reduction catalyst including a support on which an active metal including a platinum group transition metal is supported,
The second catalyst is any one selected from Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, or It is a nitrogen oxide reduction catalyst comprising a support on which an active metal containing two or more is supported,
The support of the first catalyst and the support of the second catalyst are each independently selected from aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, silicon oxide, and carbon monoxide comprising at least one or two or more of carbon and nitrogen. Simultaneous removal of oxides.
◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 2 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 제1 촉매에서, 활성금속의 백금족 전이금속은 Pt를 포함하고, 지지체는 알루미늄산화물 및 티타늄산화물을 포함하는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치.
According to claim 1,
In the first catalyst, the platinum group transition metal of the active metal includes Pt, and the support is a device for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides including aluminum oxide and titanium oxide.
◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 3 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 제2 촉매에서, 활성금속은 Gd 및 V을 포함하며, 지지체는 티타늄산화물을 포함하는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치.
According to claim 1,
In the second catalyst, the active metal includes Gd and V, and the support is a device for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides including titanium oxide.
◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 4 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 제1 촉매의 지지체 또는 상기 제2 촉매의 지지체는 100 m2/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 것인 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치.
According to claim 1,
The support of the first catalyst or the support of the second catalyst has a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more.
제1항에 있어서,
상기 제1 반응부의 유체는 액화천연가스 발전 시스템에서 배출되는 복합 유해가스인 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치.
According to claim 1,
The fluid of the first reaction unit is a simultaneous removal device of carbon monoxide and nitrogen oxides, which are complex harmful gases discharged from the liquefied natural gas power generation system.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 장치를 포함하는 내연 발전 시스템으로서,
연료 및 공기가 유입되고 연소하여 가스터빈을 구동하는 내연기관;
상기 가스터빈의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기관; 및
상기 내연기관에서 배출되는 연소가스가 상기 제1 반응부로 유입되는 상기 장치;를 포함하는 내연 발전 시스템.
An internal combustion power generation system comprising the device for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides according to any one of claims 1 to 5,
an internal combustion engine in which fuel and air are introduced and combusted to drive a gas turbine;
a power generation engine converting kinetic energy of the gas turbine into electrical energy; and
and the device through which the combustion gas discharged from the internal combustion engine flows into the first reaction unit.
제6항의 내연 발전 시스템을 포함하는 액화천연가스 발전 시스템으로서,
상기 연료는 액화천연가스로부터 공급되며,
상기 연소가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 복합 유해가스인 액화천연가스 발전 시스템.
A liquefied natural gas power generation system comprising the internal combustion power generation system of claim 6,
The fuel is supplied from liquefied natural gas,
The combustion gas is a liquefied natural gas power generation system that is a complex harmful gas containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ).
일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 유체가 제1 촉매에 의해 이산화탄소(CO2) 및 일산화질소(NO)로 전환되는 제1 반응 단계 및
상기 제1 반응 단계를 거친 일산화질소(NO)를 포함하는 유체가 제2 촉매에 의해 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2) 및 물(H2O)로 전환되는 제2 반응 단계를 포함하며,
상기 제1 촉매는 백금족 전이금속을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 일산화탄소-이산화질소 동시 저감 촉매이며,
상기 제2 촉매는 Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 질소산화물 환원 촉매이며,
상기 제1 촉매의 지지체 및 상기 제2 촉매의 지지체는 서로 독립적으로 알루미늄산화물, 티타늄산화물, 마그네슘산화물, 지르코늄산화물, 세륨산화물, 규소산화물 및 탄소 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
a first reaction step in which a fluid comprising carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is converted to carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen monoxide (NO) by a first catalyst; and
A second reaction step in which the fluid containing nitrogen monoxide (NO) that has passed through the first reaction step is converted to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by reacting with ammonia (NH 3 ) by a second catalyst includes,
The first catalyst is a carbon monoxide-nitrogen dioxide reduction catalyst including a support on which an active metal including a platinum group transition metal is supported,
The second catalyst is any one selected from Gd, V, Mn, Co, Ni, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, or It is a nitrogen oxide reduction catalyst comprising a support on which an active metal containing two or more is supported,
The support of the first catalyst and the support of the second catalyst are each independently selected from aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, silicon oxide, and carbon monoxide comprising at least one or two or more of carbon and nitrogen. Simultaneous removal of oxides.
◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 9 was abandoned at the time of payment of the registration fee.◈ 제8항에 있어서,
상기 제1 촉매에서, 활성금속의 백금족 전이금속은 Pt를 포함하고, 지지체는 알루미늄산화물 및 티타늄산화물을 포함하는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
9. The method of claim 8,
In the first catalyst, the platinum group transition metal of the active metal includes Pt, and the support includes aluminum oxide and titanium oxide.
제9항에 있어서,
상기 제1 반응 단계에서, 125℃ 내지 175℃에서의 일산화탄소(CO) 전환율 및 이산화질소(NO2) 전환율은 모두 90% 이상인 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
10. The method of claim 9,
In the first reaction step, carbon monoxide (CO) conversion and nitrogen dioxide (NO 2 ) conversion at 125° C. to 175° C. are both 90% or more. A method of simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 11 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제9항에 있어서,
상기 제1 반응 단계에서,
200℃ 이하에서 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)가 이산화탄소(CO2) 또는 일산화질소(NO)로 전환되며,
300℃ 이하에서 일산화탄소(CO)가 이산화탄소로(CO2)로 전환되는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
10. The method of claim 9,
In the first reaction step,
At 200 ° C. or less, carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are converted into carbon dioxide (CO 2 ) or nitrogen monoxide (NO),
Simultaneous removal of carbon monoxide and nitrogen oxides in which carbon monoxide (CO) is converted to carbon dioxide (CO 2 ) at 300° C. or less.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 12 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제8항에 있어서,
상기 제2 촉매에서, 활성금속은 가돌리늄 및 바나듐을 포함하며, 지지체는 티타늄산화물을 포함하는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
9. The method of claim 8,
In the second catalyst, the active metal includes gadolinium and vanadium, and the support is a method of simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides including titanium oxide.
제12항에 있어서,
상기 제2 반응 단계에서, 200℃ 이상에서의 일산화질소(NO) 전환율이 90% 이상인 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
13. The method of claim 12,
In the second reaction step, the nitrogen monoxide (NO) conversion rate at 200 ° C. or higher is a method of simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides of 90% or more.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 14 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제8항에 있어서,
상기 제1 반응 단계 및 상기 제2 반응 단계의 전환 온도는 100 내지 400℃인 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
9. The method of claim 8,
The conversion temperature of the first reaction step and the second reaction step is 100 to 400 ℃ Simultaneous removal of carbon monoxide and nitrogen oxides.
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 15 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제8항에 있어서,
상기 제1 촉매 또는 상기 제2 촉매는,
활성금속 전구체 수용액에 지지체를 투입하여 슬러리를 제조하는 단계 및
상기 슬러리를 소성하여 활성금속이 담지된 지지체를 포함하는 촉매를 수득하는 단계를 포함하여 제조되는 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
9. The method of claim 8,
The first catalyst or the second catalyst,
preparing a slurry by adding a support to an aqueous active metal precursor solution; and
Simultaneous removal of carbon monoxide and nitrogen oxides prepared including the step of calcining the slurry to obtain a catalyst comprising a support on which an active metal is supported.
◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 16 has been abandoned at the time of payment of the registration fee.◈ 제15항에 있어서,
상기 제1 촉매의 지지체 또는 상기 제2 촉매의 지지체는 100 m2/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 것인 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
16. The method of claim 15,
The method for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides, wherein the support of the first catalyst or the support of the second catalyst has a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more.
제8항에 있어서,
상기 제1 반응 단계의 유체는 액화천연가스 발전 시스템에서 배출되는 복합 유해가스인 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법.
9. The method of claim 8,
The fluid of the first reaction step is a method of simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides, which are complex harmful gases discharged from a liquefied natural gas power generation system.
제17항의 일산화탄소 및 질소산화물의 동시 제거 방법을 포함하는 내연 발전 방법으로서,
연료를 연소시켜 가스터빈을 구동하는 연소 단계;
상기 가스터빈의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전 단계; 및
상기 연소에 의해 생성되는 연소가스를 상기 제1 반응 단계의 유체로 사용하여 일산화탄소 및 질소산화물을 제거하는 동시 제거 단계;를 포함하는 내연 발전 방법.
An internal combustion power generation method comprising the method for simultaneously removing carbon monoxide and nitrogen oxides of claim 17,
a combustion step of burning fuel to drive a gas turbine;
a power generation step of converting kinetic energy of the gas turbine into electrical energy; and
and a simultaneous removal step of removing carbon monoxide and nitrogen oxides by using the combustion gas generated by the combustion as the fluid of the first reaction step.
제18항의 내연 발전 방법을 포함하는 액화천연가스 발전 방법으로서,
상기 연료는 액화천연가스로부터 공급되며,
상기 연소가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 복합 유해가스인 액화천연가스 발전 방법.
A liquefied natural gas power generation method comprising the internal combustion power generation method of claim 18,
The fuel is supplied from liquefied natural gas,
The combustion gas is a liquefied natural gas power generation method that is a complex harmful gas containing carbon monoxide (CO) and nitrogen dioxide (NO 2 ).
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