KR19990006519A - 하니콤형 촉매 및 그 제조방법 - Google Patents

하니콤형 촉매 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 하니콤형 촉매 및 압출성형법에 의한 하니콤형 촉매의 제조방법에 있어서, 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 구비한 금형을 이용하여 압출성형하는 것을 특징으로 하는 하니콤형 촉매의 제조방법에 관한 것이다.

Description

하니콤형 촉매 및 그 제조방법
본 발명은 하니콤형 촉매 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스와의 접촉효율이 개량된 하니콤형 촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다.
격자상(格子狀) 혹은 거미집 모양의 개구부(開口部)를 가지는 하니콤형 촉매(觸媒)는 가스를 유통·접촉시킬 때 낮은 압력손실을 유지할 수 있고, 또 더스트(먼지)가 공존하는 가스 처리에 있어서 구멍막힘(clogging)을 회피할 수 있기 때문에, 각종 연료의 보일러 배기가스나 가스터빈 배기가스의 탈초촉매(脫硝觸媒), 혹은 자동차 배기가스의 처리용 촉매 등 각종 가스 반응용 촉매로서 널리 사용되고 있다.
여기에서 사용되는 하니콤형 촉매는, 종래는 예컨대 탈초촉매인 경우, 촉매 원료인 TiO2가루에 활성성분(活性成分)인 V, Mo, W 등의 화합물 용액과, 유기(有機)바인더, 무기(無機)바인더를 혼합, 혼련(混練)하여 점토상의 물질로 만들고, 예컨대 도 4에 도시한 바와 같은 금형(10)을 장착한 압출성형기를 이용하여 격자상의 개구부를 가지는 성형물을 얻고 있다. 도 7은 정면도, 도 8은 도 7의 Ⅷ－Ⅷ 단면도이다. 촉매성분을 포함하는 점토상 물질이 도 8의 B측으로부터 C측을 향하여, 점토상 물질 통과공(12)을 통해 하니콤형상을 형성하는 꼭지쇠 선단부(11)의 격간에서 압출되어, 사각형 구멍이 열린 하니콤형의 성형물이 된다. 도 7, 도 8중, 부호 13은 꼭지쇠(10)를 압출기에 장착하기 위한 볼트구멍, 14는 외측 프레임이 되는 다이를 장착하기 위한 볼트구멍이다.
하니콤형 촉매는 상기와 같은 우수한 구조적 특징을 가지는 것이지만, 더욱 효율적인 가스반응 혹은 가스처리를 수행하기 위하여, 가스와의 접촉효율이 개량된 하니콤형 촉매가 요구되고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술을 감안하여 가스와의 접촉효율이 개량된 하니콤형 촉매 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시한 정면도,
도 2는 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시한 측면도,
도 3은 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 다른 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시한 정면 설명도,
도 4는 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 다른 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시한 도 3의 Ⅳ－Ⅳ 선을 따른 단면도,
도 5는 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 다른 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시한 정면도,
도 6은 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 다른 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시한 측면도,
도 7은 종래 하니콤형 촉매 압출성형용 금형의 일 예를 도시한 정면 설명도,
도 8은 종래 하니콤형 촉매 압출성형용 금형의 일 예를 도시하는 도 7의 Ⅷ－Ⅷ 선을 따른 단면도.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 하니콤형 촉매를 이용한 반응의 반응속도에 대해서 예의검토(銳意檢討)한 결과, 촉매 단위체적당의 가스 접촉면적 및 하니콤 벽면으로의 반응물질의 이동속도가 중요한 인자로 되어 있고, 촉매성능을 유효하게 발휘시키기 위해서는 접촉면적의 증대와 하니콤 구멍 내에서의 가스흐름을 교란하여 반응물질의 벽면으로의 이동속도를 증대시키는 것이 효과적인 것을 발견하여 본 발명을 완성하는데 도달하였다.
즉, 본 발명은 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽(內壁)에 요철(凹凸)이 형성되어 이루어지는 하니콤형 촉매이다.
또, 본 발명은 다른 측면으로서, 압출성형법에 의한 하니콤형 촉매의 제조방법에 있어서, 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 구비한 금형을 이용하여 압출성형하는 하니콤형 촉매의 제조방법이다.
본 발명의 실시 형태로서, 상기 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단은, 상기 금형 선단부의 꼭지쇠에, 표면에 적당한 피치로 요철을 형성시킨 롤러를 장착함으로써 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 형태로서, 상기 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단은, 상기 금형 선단부의 꼭지쇠에, 일정 주기로 진동하는 진동자(振動子)를 장착함으로써 구성할 수 있다.
본 발명의 실시 형태로서, 상기 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단은, 상기 금형 선단부의 꼭지쇠에, 둘레부에 톱니(깔쭉깔쭉함)가 있는 보조판을 장착함으로써 구성할 수 있다.
본 발명에 관계하는 하니콤형 촉매는 각종 연료의 보일러 배기가스나 가스터빈 배기가스의 탈초촉매 혹은 자동차 배기가스 처리용 촉매 등 각종 가스 반응용 촉매로서 널리 적용가능한 것이지만, 특히 연소 배기가스중에 포함되는 질소산화물의 환원제거 혹은 미연소된 일산화탄소나 탄화수소 제거 등의 분야에서 사용되는 촉매로서 유용한 것이다.
본 발명의 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철이 형성된 하니콤형 촉매는 구멍 내를 흘러가는 가스와의 접촉면적이 크고, 또 구멍 내에서 가스의 흐름이 교란되는 효과가 있어, 종래 하니콤형 촉매와 비교하여 촉매와 반응가스와의 접촉효율이 좋아서, 높은 촉매성능을 나타낸다.
또, 본 발명의 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 구비한 금형을 이용하여 압출성형하는 방법에 의하면, 상기 촉매 내벽에 요철이 형성되어, 촉매성능이 향상된 하니콤형 촉매를 용이하게 제조할 수 있다.
도 7, 도 8에 도시한 바와 같은 종래 형식의 금형을 이용하여 성형한 하니콤형 촉매에서는 하니콤 구멍 내의 벽면은 평활(平滑)하다. 이 때문에, 통상적으로는 촉매와 접촉시키는 가스는 흐름을 교란하는 일 없이 하니콤 구멍 내를 통과한다. 이에 비해서, 본 발명의 하니콤형 촉매는 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철이 형성되어 있기 때문에, 성형촉매의 단위체적당 가스 접촉면적이 증대하여, 촉매로서의 성능이 향상하고 있다. 특히 후술하는 도 1에서 도 6에 도시한 금형을 이용하여 성형한 것과 같이, 가스 유로의 단면적이 가스의 진행방향에서 변화하는 형태로 요철이 형성되어 있는 경우에는 하니콤 구멍 내에서의 가스 흐름의 교란이 증대하여, 가스경막(境膜)에서의 반응물질의 이동속도의 증대로 이어지게 되어 촉매성능의 향상효과가 크게 된다.
본 발명의 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철이 형성된 하니콤형 촉매는 촉매 구성원료를 성형조제(成型助劑)나 바인더성분 등과 혼련(混練)하여 압출성형 가능하게 한 압출원료(혼련물(混練物))를, 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 구비한 금형을 이용하여 압출성형함으로써 제조할 수 있다. 이하, 도면을 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1, 도 2는 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시하는 설명도로, 도 1은 정면도, 도 2는 측면도이다. 도 1, 도 2의 금형은 선단부의 꼭지쇠(1)에, 표면에 적당한 피치로 요철(2a)을 형성시킨 롤러(2)를 롤러지지축(3)으로 장착한 것이며, 도면의 A방향으로부터 압출되는 혼련물이 출구(B)에서 롤러(2)에 접촉하고, 롤러(2)의 회전에 따라서 성형촉매의 구멍 내벽에 롤러(2)의 표면에 형성된 요철(2a)에 대응하는 요철이 형성되도록 되어 있다.
도 3, 도 4는 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 다른 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시하는 설명도로, 도 3은 정면도, 도 4는 도 3의 Ⅳ－Ⅳ선을 따른 단면도이다. 도 3, 도 4의 금형은 선단부의 꼭지쇠(1)에, 일정 주기로 진동하는 진동자(4)를 장착한 것이며, 도면의 A방향으로부터 압출되는 혼련물에 출구(B)에서 진동자(4)가 접촉하여, 내리 눌려져서 성형촉매의 구멍 내벽에 요철이 형성되도록 되어 있다.
이 경우, 도 4에 도시하는 바와 같이, 예컨대 전자석(4a)에 통하는 전류를 온－오프함으로써, 진동자(4)를 자력으로 끌어 당기고, 도시하지 않은 리턴스프링으로 되돌린다고 하는 것에 의해 진동자(4)를 요동시키도록 할 수 있다.
도 5, 도 6은 본 발명의 촉매 제조에 사용하는 금형의 다른 일 예에 대해서, 그 선단의 일부를 확대하여 도시하는 설명도로, 도 5는 정면도, 도 6은 측면도이다. 도 5, 도 6의 금형은 선단부의 꼭지쇠(1)에, 둘레부에 톱니가 있는 보조판(5)을 장착한 것이며, 보조판(5)에 의해 꼭지쇠(1)의 단면형상이 수정된 형태가 되며, 도면의 A방향으로부터 압출되는 혼련물이 출구(B)에서 보조판(5)의 형상에 따른 단면형상으로 압출되어, 성형촉매의 구멍 내벽에 가스가 흘러나가는 방향으로 평행한 요철이 형성되도록 되어 있다. 도 5, 도 6중 부호 6은 보조판(5)을 꼭지쇠(1)의 선단에 장착하기 위한 나사를 나타낸다.
도 1에서 도 6의 금형의 다른 부분의 구성은 도 7, 8과 같은 모양 혹은 다른 공지된 금형과 같은 모양으로 구성할 수 있다. 또 이와같은 금형을 이용한 장치의 다른 부분의 구성으로서는 당업자의 입장에서 공지된 장치를 채용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철이 형성된 하니콤형 촉매는 구멍 내를 흘러가는 가스와의 접촉면적이 크고, 또 구멍 내에서 가스의 흐름이 교란되는 효과가 있어, 종래 하니콤형 촉매와 비교하여 촉매와 반응가스와의 접촉효율이 좋아서, 높은 촉매성능을 나타낸다.
또, 본 발명의 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 구비한 금형을 이용하여 압출성형하는 방법에 의하면, 상기 촉매 내벽에 요철이 형성되어, 촉매성능이 향상된 하니콤형 촉매를 용이하게 제조할 수 있다.
또, 본 발명의 하니콤형 촉매는 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철이 형성되어 있기 때문에, 성형촉매의 단위체적당 가스 접촉면적이 증대하여, 촉매로서의 성능이 향상하고 있다. 특히, 가스 유로의 단면적이 가스의 진행방향에서 변화하는 형태로 요철이 형성되어 있는 경우에는 하니콤 구멍 내에서의 가스 흐름의 교란이 증대하여, 가스경막(境膜)에서의 반응물질의 이동속도의 증대로 이어지게 되어 촉매성능의 향상효과가 크게 된다.

Claims (5)

  1. 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철이 형성되어 구성되는 것을 특징으로 하는 하니콤형 촉매.
  2. 압출성형법에 의한 하니콤형 촉매의 제조방법에 있어서,
    하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 구비한 금형을 이용하여 압출성형하는 것을 포함하는 하니콤형 촉매의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 금형의 선단부의 꼭지쇠에, 표면에 적당한 피치로 요철을 형성시킨 롤러를 장착하여 이루어지는 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 이용하는 하니콤형 촉매의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 금형의 선단부의 꼭지쇠에, 일정 주기로 진동하는 진동자를 장착하여 이루어지는 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 이용하는 하니콤형 촉매의 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 금형의 선단부의 꼭지쇠에, 둘레부에 톱니가 있는 보조판을 장착하여 이루어지는 하니콤 구멍 내의 촉매 내벽에 요철을 부여하는 수단을 이용하는 하니콤형 촉매의 제조방법.
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