KR20000022205A - 폐가스 정화방법 - Google Patents

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KR20000022205A
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알렉산드르 유리예비치 로기노프
올렉 알렉산드로비치 우스티노프
아르까지 알렉산드로비치 이바노프
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알렉산드르 유리예비치 로기노프
아르까지 알렉산드로비치 이바노프
올렉 알렉산드로비치 우스티노프
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Abstract

본 발명은 각종 폐가스 정화방법에 관한 것으로, 육해상 운송기기 내연기관의 불완전연소로 인해 발생하는 배기가스, 질소산화물 및 각종 연료에너지장치의 폐가스 정화에 유리하게 적용될 수 있는 폐가스 정화방법에 관한 것이다.
본 발명은 질소산화물의 산화환원과정이 산화물 촉매의 여러 층에서 분리적으로 진행되거나 혹은 산화물 환원제의 한 층에서 동시에 진행되며, 동시에 반응층에 축적된 탄소와/혹은 질소와/혹은 산소함유물질을 추가적으로 폐가스류에 유입시킴을 특징으로 하는 각 단계에서 해당 촉매제를 이용, 최소한 2단계로 유해성분을 처리하는 것을 특징으로 하는 폐가스 정화방법을 제공한다.

Description

폐가스 정화방법
공지된 일반적인 배기가스 정화법에는 삼단(3-way)방식의 촉매제 이용 기술이 있다. 이 촉매제는 CO와 탄화수소를 산화시키며, 동시에 미미한 산화환원 반응속에서 질소산화물을 중성분자화시킨다(T.J.Truex, R.A.Searles, D.C.Sun, Plamnium Metals,Rev., 1992,v,36,(1),p.2; wo 95/235, 1995). 이 정화기술에는 셀룰라 블럭(cellular block)구조의 담체로 전이되는 귀금속(Pt,Rh,Pb,Ru)성분이 함유된 복합적 촉매시스템이 이용된다(P.N.Hawker, Diesel Emission Control Technology, Plaminum Metals,Rev,1995, v.39,(1),2).
그러나 상기의 촉매법이 일반적인 것은 아니다. 이 촉매법은 고가의 촉매활성요소를 함유하고 있을 뿐 아니라 환경오염의 원인을 제공하기도 한다.
또한 저온과 산화되기 쉬운 조건(10-15% O2, 람다2)에서 가동되는 엔진의 경우, 탄화물 경미립자와 방향성 발암체 탄화수소 및 황 방출시 기존의 4-way Pt, Rh-촉매제는 완전한 정화를 보장해 주지 못한다.
산소가 과잉 함유된 배기가스 정화시 주요유해물질인 질소산화물(De-NOX)과 그을음의 유독물질 정화문제는 매우 중요하다. 그러나 전이된 Pt-촉매를 지닌 블럭을 추가적으로 이용해도 최신형 세라믹(ceramic wall-flow) 그을음 정화필터도 De-NOX문제의 해결방안을 제시해 주지는 못하는 실정이다(B.J. Cooper and S.A.Roth,Plaminum Metals,Rev.,1991,v,35,(4),p.178).
정화기능은 필터에 국한되는데, 필터앞에 위치한 특수 전기가열장치나 버너를 이용해 그을음이 정화된다(New technology and Advices in Automative Application, Plaminum Metals , Rev. ,1995, v , 39 , (3) , p.112- 116). 화력에너지 이용기업의 산업폐가스 질소산화물 제거시 환원제로 NO를 암모니아나 탄화수소를 환원시키는 환원법(SCR)이 보편적이다(Cat. Today. Catalytic Redugtion of NOx. A Review on the Fundamenyals and Technology; 1987,v,2, (4),p.365 -529; US,5,354,544 ;1995).
저온선택적 비촉매 환원법(SNRC)도 공지되어 있다. 이는 반응지점에 유입시키기 쉬운 수용액형태의 요소(urea) 혹은 요소의 파생물질을 환원제로서 이용한다.(O.A.우스티노프 외, 화학산업,1991,Noll, c.673-675;1995, No7, c.29-31).
섬유질분말담체를 이용하는 SNCR 환원법이 공지되어 있다(RU1,433, 486;1988).
이때, 요소 환원제는 담체의 표면에 유입돼 완전정화시까지 선택적으로 중화반응에 소모된다. 이 방법은 SCR보다 우세한 특성을 지니고 있다 :
- 산화촉매제의 상관비율을 지속적으로 일정하게 유지할 필요성 감소.
- 고가의 가치에 비해 효과가 적고 황혼합물에 쉽게 오염되는 촉매제 부재.
- 산소가 과다하고 온도가 낮아도 무관.
그러나, SNCR의 주요단점은 연료가스 주성분인 일산화질소산화물의 포집효과가 적다는 데에 있다. 따라서, 요소촉매 이용시 NO7전환도는 80-90% 라 할지라도 NO의 전환도는 매우 낮다. 이러한 단점은 NO2의 NO 정화를 위해 특수산화제(O3,KMnO4,CIO2등)를 이용시 보완될 수 있다. (US 5,348,715 : 1994)그러나, 산화제가 다량으로 소모되므로 경제성은 낮다. 기술과 결과면에서 정화기술과 가장 근접하는 것에는 이층구조의 촉매제를 이용한 2단계 정화기술이 있다(RU,2,042,406,1995).
1단계로 산화아연크롬 촉매층에서 산소함유가스층에 메탄을 환원제로 이용한다. 2단계로 제2층인 산화알미노동니켈 촉매층에 이미 정화된 환원상태의 질소산화물 정화가스를 여과시킨다. 그러나 이 방법은 촉매제인 메탄의 소비량이 많고, 정화시 필요온도가 비교적 높으며, 촉매의 기체저항도가 낮고, 알미노산화물의 산화성이 낮다는 단점을 안고 있다.
청동비석 이온교환촉매제의 탄화수소화합물을 이용해 NOx를 정화시키는 SCR의 다른 방법이 알려져 있다(US,5,354,544;1995).
보다 완벽한 화학적 변화유도를 위해 귀금속을 이용한 완전산화용 촉매제의 다른 층을 이용하는 방법이 제안되고 있다. SCR 촉매제에 앞서 연소 촉매제를 이용하는 방법은 이산화황의 산화로 인해 부적합한것으로 간주되고 있다(Cat. Today. Catalytic Redugtion of NOx. A Review on the Fundamenyals and Technology; 1987, v,2,(4),p.365-529).
신규정화기술 개발시 주요 과제는 기존의 공지된 다수의 촉매법이 지닌 단점을 보완 및 해결하는 것이다. :
1. 다수의 SCR 법에서 나타나는 (R):R = NO 환원제 이용비율체제의 단순화.
2. 디젤엔진 그을음 포집, 비축및 정화.
3. 산소가 아닌 NOx(니트로스및 아질산염등의 질소물)를 위한 촉매제 선택, Pt "연소" 금속촉매제를 이용하지 않는 방법, 특히 후자의 결론은 DE-NOx의 문제가 매우 중요한 디젤엔진 배기가스의 경우, 질소산화물의 형성량이 양적으로 탄화수소, HC, CO를 합한 양보다 많다는 사실에 의거한다(화학량론에 의거, 20-40%가 더 많음).
상기에 지적된 많은 문제점들을 고려해 볼때, 본 정화기술에 가장 근접하는 기술은 Johnson Matthry, B.J.Cooper, S.A.Roth가 제안한 디젤 내연기관용 정화기술이라 할 수 있다(Plaminum Metals,Rev.,1991,v,35,(4), p178;EP,0,341,832, B1,1996년 1월 10일(prototype)).
이 정화법은 촉매제를 이용하지 않고 세라믹 필터(ceramic filter)를 이용하지만 이에 앞서 촉매제의 CO,HC의 연소와 동시에 그을음 정화를 위해 Pt 함유 셀룰라구조의 촉매제를 이용한다. 이때 CO는 98%, HC는 96% 전환되며(NOx의 경우 6%) 환원제는 완전 산화된다. De-NOx를 위한 이후에 개발된 정화기술(P,0,341,832, B1,10,01,1996 (prototype))의 경우 발명인들은 다기공 필터(porous filter)의 바나듐촉매이용을 제안하고 있다.
이 경우, 질소산화물형태의 반응에 동원되지 않은 산화제가 반응후에도 많이 남아 있기 때문에 필터에서 제거되는 그을음 형태의 De-NOx 환원제는 그 양의 비축이 어렵다. 게다가, 그을음속의 이산화질소와 반응시 NO와 CO의 분리왜곡을 유발시킬 수 있다. NO와 CO의 양을 줄이기 위해 바나듐 환원제와 Pt산화제 이용은 NO2에 비해 NO의 반응도가 낮기 때문에 효과적이지 못하다. 이러한 단점의 보완을 위해 본 발명의 정화방법은 최소한 2단계로 정화를 한다. :
먼저 일산화질소를 산소로 산화유도 후 NO,NO2를 환원제를 이용 환원유도한다. 공지된 기술과의 차이점은 일단계에서 산화시켜 산화촉매제의 여러층을 이용하고 2단계에서는 질소산화물을 환원시켜 탄화물및 그을음이 축적돼 있는 필터등에 산화제로 이용한다는 데 있다.
가연성 유해가스의 정화를 위해 탄소 혹은 질소함유 환원제와 필터의 변형층을 추가적으로 이용하는 방법도 제안되고 있다.
이외의 차이점은 이하와 같다:
- 각 단계마다 다기공세라믹담체및 코르디에리트(근청석), 알루미나(AL2O3-A), 비석재 여과성이 탁월한 셀룰라 구조의 필터 촉매제 이용.
- 담체의 회티탄광과 같은 주요성분과 전이금속을 산화물 촉매로 이용.
- 필터와 담체의 탄소함유 환원유도물질 형태로 축적, 포집,재생되는 탄화수 소 유기물 이용.
- 저항도 0.1-2000 Om cm, 가스온도 100-3000C 상승을 위한 발열반응유 도를 위해 전도성 첨가물질 함유 촉매및 담체 이용.
- 전도유도물질로 회티탄광 촉매 이용.
- 변형유도물질로 질량의 1-30%에 해당하는 전이금속이용.
- 수용성 질소함유물로서 요소, 수소탄산암모늄 혹은 이의 화합물 이용.
- 여과후 가스를 20-1500C로 냉각키 위해 열교환반응 이용.
- 실용물질이 50-400g/l 분량으로 혼합된 50-100g/m3실용물질과 공기, 물, 수용액의 혼합물을 가스에 유입시킨다.
본 발명은 각종 폐가스 정화방법에 관한 것으로, 육해상 운송기기 내연기관(내부연소기관)의 불완전연소로 인해 발생하는 배기가스(그을음입자,CO,HC), 질소산화물 및 각종 연료에너지장치의 폐가스 정화에 적용가능한 폐가스 정화방법에 관한 것이다.
본 발명은 NO, NO2초기분자의 완전산화를 위해 1 단계에서 다기공세라믹 블럭구조형 담체의 효과적인 산화제를 이용한다. 디젤엔진 배기가스의 NOx 환원및 포집을 위하여, 2단계에서는 니트로스가스가 그을음 미립자와 반응시 형성되는 NO의 재산화유도를 위한 화합작용 혹은 환원작용시의 산화물 촉매함유 세라믹 필터를 이용한다. 촉매제의 해당층에서 산화환원시 양 반응의 개별적 반응에 대한 특별한 언급이 필요하다. 그 이유는 산화제에서 형성된 NO2분자는 환원제와 부분적으로 상호반응을 하며, 양반응이 개별적으로 동시에 얼마나 효과적으로 일어나는 가에 따라 가스의 성분이 결정되기 때문이다. 이외에도 동종촉매작용 연구결과에 의하면 산화물 환원시에는 NO, NO2의 균형이 크게 왜곡될 수 있다. 따라서 디젤엔진 배기가스 정화를 위해 산화물 촉매제의 다양한 층을 이용해 여러단계를 순차적으로 이용하는 방법도 고려해 볼 수 있다(표1,2).
공지된 바와 같이 NOx에서 가연성 가스 정화시 최대난점은 수분의 증기함유도가 높다는 것이다(6-10%).
응결온도에 근접하게 되면 니트로스잔류가스는 산을 형성하는데 이 산에서 질소함유산은 쉽게 분해되어 NO2의 3분의 1은 NO로 다시 변한다. (질산기술관련 문제) 특히 이는 이슬점까지 냉각한 촉매제의 표면에서 표류하기가 쉽다. 이러한 현상을 차단하고 촉매처리후 남아있는 니트로스 가스의 완전제거를 위해, 본 발명의 정화방법은 교환반응시 수증기와 함께 니트로스잔류가스를 응결시킨 후 형성된 산과 산화물을 비석등의 다기공블럭구조 담체 표면의 질소함유 수용액을 환원제로 이용해 중화시키는 방법을 제안하고 있다. 최종환원단계의 특징은 NOx 분해가스의 부차적 방출이 없다는 것으로 발명인들 중 한 사람이 O.A.Ustinov외, 화학산업 1991년 No.,11.c.673-675; 1995 No.,7.c.29-31에서 관련 매카니즘에 대해 기술했다.
단계적 정화법의 실현을 위해 셀룰라구조의 평행적 채널(통로)과 가스여과용 채널사이의 가스통과가 용이한 벽구조물을 지닌 다기공 촉매와 블럭구조의 담체이용이 제안되고 있다.
알루미나, 코르디에리트, 비석(천연 혹은 합성)의 블럭구조담체의 장점은 셀룰라 블럭의 내열, 내구,내산성(산에 강함)과 채널 벽의 다기공성과 잘 조화된다는 점이다.(50-60%) 따라서 효과적인 촉매제나 필터촉매로의 이용이 가능하다(표1,2,3).
1단계에서는 산화성과 안정성을 효과적으로 조합하는 것이 매우 중요하다.
이러한 특성이 뛰어난 물질에는 전이금속의 산화혼합물, 내열성이 강한 회티탄광등의 알칼리및 희귀광물들로 회티탄광의 경우 성분은 ABO3로 A는 희귀성 알칼리 광물, B는 Pt금속성분이 함유되지 않은 전이금속이다(T.Seilyame,Properties and Application of Perovskite-Type Oxides,New York, 1993).
본 방법의 특성은 이러한 재료의 촉매, 전기, 열전도 물질의 조합성을 고려해 적절히 이용하는 데에 있다.
다기공 세라믹 블럭으로 전이되거나 셀룰라 세라믹 구조로 압출된 회티탄광은 탁월한 금속적 혹은 반도체적 전도성을 지녀 세라믹 구조에 전도물질을 전달한다. 따라서 전이된 촉매블럭 혹은 그을음필터는 저항도 0.1-2000 Om cm의 전도성을 띄게 된다. 배기가스는 전류로 인해 100-3000C 까지 가열될 수 있다. 결과적으로 열조절촉매의 효율성은 급격히 증가하고 이미 냉각된 엔진에서도 가스가 정화될 수 있다. 촉매중화정화법과 가열법에 관한 기술은 표3에 제시되어 있다.
본 정화방법의 특성은 산화가 쉬운 조건에서도(1-5% O2) 디젤및 벤진 배기가스, 그을음 미립자, 탄화수소 혼합물에서 블럭구조의 산화촉매와 가열된 필터촉매를 이용해 CO, HC, NOx를 80-90% 정화하는 데에 있다.
중합체 및 발암물질정화 이외에도 산화층은 필터와 블럭구조 담체 배출채널의 촉매제 환원층 표면의 정화및 성능제고도 가능하게 해준다. 벤진엔진의 경우, NO 배출량에 비해 환원물질(CO, HC)이 과다할 경우 산소및 산화물질의 추가적인 투입으로 과잉량을 상쇄시킬 수 있다(예 : O3, H2O2).
NOx만을 함유하고 있는 산업폐가스의 경우, 청구된 정화기술의 대안으로서 필터를 이용하지 않고 질소함유환원제를 순차적으로 환원시키는 니트로스 가스 산화물 산화제를 이용하는 방법이 있다.
NO의 중화는 매우 힘든 반응이기 때문에 결과적으로 개개의 경우에 있어서도 먼저 NO를 산화시키고 반응성이 뛰어난 NO2를 형성시키는 방법으로 De-NOx 문제를 해결할 수 있다. 산화물 촉매제는 Pt 촉매제에 비해 반응도나 반응온도면에서 탁월함을 나타냈다(표2).
따라서, 이러한 장점 모두를 적절히 활용시 각 정화단계의 과학적 연결성을 적절히 이용시 획기적인 기술 개발의 가능성은 증대된다. 따라서 본 정화방법은 HC,CO, 그을음을 일시에 완전 산화시켜 유독물질(질소산화물)을 완전정화시킬 수 있는 가스의 종합적 정화기술에 관한 것이다.
NOx 환원을 위해 2단계에서는 NO2와의 반응시 먼저 CO, CHx화합물, 그을음이 부분적으로 산화된 후 필터에 과중한 유기물질과 그을음이 축적된다.
이를 위해 여과력이 뛰어난 필터가 개발됐다. 이 필터는 전이되지 않은 촉매와 함께 4kPa미만의 가스반응 저항도를 지닌다. 이런 필터촉매는 디젤엔진이 수시간 가동되는 동안 그을음을 축적한다.
2단계에서는 촉매여과과정과 함께 환원제 추가시, 기체, 고체상의 비촉매과정이 병행됨으로 좋은 결과를 얻게된다. 예를 들면, 시클로헥센, 쿠몰, 스티롤 등, 혹은 필터나 촉매에 붙어서 산화(중합화, 폴리중합화)되기 쉬운 연료의 고온열분해물질과 같은 방향족 물질이 유기물이 될 수 있다. 이러한 유기물들은 가스반응도를 높이는 활성물질을 만든다.
공지된 SNCR 정화법의 단점보완과 새로운 정화효과를 얻기위해 이하와 같은 중요한 수정이 가해졌다.
1. 입자화된 담체층을 단일화되고 견고하며 산과 습기에 강한 블럭구조로 기 계적 변화를 유도해 정화자체의 기능 향상.
2. 다기공블럭구조의 담체는 반응블럭의 막힘을 차단해 가스반응저항도를 낮 추어 가스의 흐름속도를 0.1-0.3m/s로 이상으로 가속화.
3. 흡착중화제의 밀도를 높여 정화된 가스와의 접촉면을 늘인 결과 정화효과 증대. (표2)
4. 질소산화물의 추가적인 포집을 위해 환원제액이나 안개형태의 물을 계 속적으로 분무해 다기공담체표면의 중화를 촉진.
5. 동,철, 망간, 니켈, 코발트, 크롬등의 활성촉진을 위한 전이금속을 질량의 1-30%정도의 비율로 비석에 혼합해 남아있는 질소산화물의 흡수와 환원 반응및 포집과 중화 촉진.
다음의 실시예는 본 발명의 정화방법에 대한 이해를 용이하게 해준다.
[실시예1]
중화물질의 촉매반응은 O25%, CO210%, H2O 18%를 함유한 천연가스 연소후의 폐가스류를 대상으로 실험된 것이다. 실험대상 가스류에는 NO 1000ppm, CO 1000 ppm, CH4150ppm 혹은 쿠몰 500 ppm등의 환원물질이 이용됐다. 가스화합물은 190-4500C의 반응로(reactor)를 통과해 용적속도(volume velocity) 36000/h (접촉시간 0.1 초)로 촉매의 한 층 혹은 여러 층에서 정화됐다. 알루미나(AL2O3-A), 코르디에리트(K), 비석(Z)재 다기공 셀룰라 세라믹으로 전이되는 산화물 촉매를 이용했다.
알루미나(AL2O3-A), 코르디에리트(K), 비석(Z)의 특성은 표 1에 제시됐다.
<표 1>
담체 특성 A K Z
-----------------------------------------------------
채널규격 mm (벽) 1.6 x 1.6 (0.4)
채널밀도, 채널수/cm225 25 25
세라믹블럭 밀도, Kg/l 0.55 0.42 0.48
블럭 실용표면 m2/l 1.65 1.65 1.65
유휴용적, % 64 64 64
담체 개(開)기공 용적
mg/l 0.5 0.41 0.39
블럭의 세로방향 견구성
Kg/cm2110 110 90
블럭의 내열성0C 1300 1200 800
* 촉매 명시및 해당성분 *
1 - La8Sr2Mn036 - CO3O4크린오프티올리트
2 - La8Sr2Ni037 - Fe-Mn 산화물
3 - La8Sr2Cr9Ni2038 - Ni-Cr-Zr 산화물
4 - Pt 0.5%/Al2O39 - Co-Fe-Cr 산화물
5 - CuO - Al2Si10O2420H2O
세라믹블럭은 진공유입방식으로 담체기공에 유입된 질량의 20-30%의 촉매성분을 함유하고 있다. 회티탄광, 산화촉매제는 이용된 금속의 수산화물이나 질산염의 분해로 8000C, 6000C에서 각각 얻어졌다. 회티탄광, 산화촉매제는 용해액과 혼합물질에서 추출하거나 가소제(plasticiser)나 관련 성분을 이용해 블럭을 형성하는 방법으로 유입을 유도했다.
가스성분 분석을 위해 연소가스특수분석기 Testo-350, 크로마토그라프법, 연기농도측정계(f.Bosch)가 이용됐다. 촉매 각 층의 정화기술 실험자료는 표 2에 제시돼 있다.(3200C 기준) 배기가스 평균온도인 3200C에 근접하면 NO는 열영향으로 활발한 산화반응을 했다. 산화반응상태는 흡착-촉매및 열반응성에 따라 결정된다. 가스류에 환원물질 주입시 온도에 따른 민감한 반응을 관찰할 수 있었다. 다음표2에 NO 산화제와 NO2연속환원제 여러층 정화시의 촉매효과가 제시돼 있다.
<표2>
No 가스성분 제1층 제2층 제3층 제4층 물질성분 (ppm)
3200C 3200C 3200C (요소) NO NO2 CO HC
1 NO 1 /A - - - 500 280 - -
2 NO 4 /K - - - 680 110 - -
3 NO 6 /Z - - - 450 350 - -
4 NO+CO 7 /A 5 /Z - - 300 85 50 -
5 NO+CO+CH4 6 /Z 8 /A 5 /Z - 205 50 - 10
6 NO+CO+CH4 1 /A 9 /A - 5 /Z 210 10 35 15
7 NO+''C''(HC) 9 /A 3 /F - 6 /Z 195 - 100 -
8 NO+''C''(HC) 9 /A 8 /F 5 /Z - 155 60 - -
9 NO+''C''(HC) - 9 /F - 6 /Z 310 56 250 -
10 NO+CO+CH4 6 /Z - - 5 /Z 390 80 25 20
11 NO+CO+CH4 7 /A 2 /K - Z 220 30 70 18
12 NO+CO+CH4 8 /A - - - 570 50 280 130
13 NO+CO+CH4 6 /Z 8 /A - - 250 80 110 27
Pt-촉매와 비교한 산화촉매 한 층에서의 NO 산화촉매 결과가 1,2,3번에
제시됐다. 환원제 동시 유입시, 환원촉매 혹은 혼합반응촉매 제2층의 연속유입결과 (4,13번) NO2방출량을 급격히 줄일 수 있었다. 그러나 단 하나의 환원제만으로는 (12번) 효과가 미미했다. (N2O 파생물 형성)
5,8,13번에서 알 수 있듯이 산화중심의 촉매시 NOx 전환율은 80%였고, CO, HC의 완전정화가 가능했다. 7,8,9번은 탄화수소를 가스류에 유입한 후 30분 동안의 촉매여과(필터)작업결과를 제시해 주고 있다. 필터의 여과작업후 오랫동안 다량의 탄소함유환원제가 남아있었고, 탁월한 NOx 정화효과가 나타났다. 열교환반응으로 가스냉각 후 질소함유환원제(요소)와 함께 촉매제 제 4층 이용시 특히 NO2의 방출량이 다소 감소했다. (6,7,9,10.11번)
NO2방출량 감소는 제 1층이후 제 4층 이용시에도 관찰됐다. (10번)
각종담체와 촉매제를 이용한 정화효과자료의 비교결과, 본 발명의 정화방법은 각종기술을 총체적으로 이용할 필요성을 잘 보여주고 있다 :
단계별 촉매정화, 열교환반응을 통한 가스냉각, 수용액환원제 주입.
[실시예2] 내연기관 배기가스 정화
1. 600 rpm(rotations per minute) 선박용 디젤엔진 L-160 Pns-shkoda (27 l, 140 kw)
2. 600 rpm 자동차용 디젤엔진 238-ЯM3 (14.8 L, 220 kw)
3. 2000 rpm 탄화물 엔진 2401-ΓA3 (2.4L, 62 kw)
본 실험은 세라믹 가열제와 여러층을 지닌 산화물 촉매제를 이용한 중화제및 필터를 이용해 엔진이 가동중인 일반적인 상태에서 시행되었다.
블럭구조형 촉매제와 필터를 배기가스관에 두고 배기가스온도 1900C(비가열시)와 가열촉매제 이용시 300-3900C 온도조건에서 본 성능실험이 실시됐다.
표 3에는 일반적인 중화반응하의 내연엔진배기가스의 유해물질전환도가 제시되어 있다(작동시작후 몇시간 동안과 작동후 20시간 경과 후의 평균수치가 인용됨).
< 표 3 >
Type 블럭형촉매여과촉매 유해성분 전 환1900C 3000C 3900C
내연엔진
1 6 /Z; 8 /A NOx 15 53 65(60)
CO 20 75 91(85)
HC 18 71 80(75)
"C"미립자 8 20 26
1 / F "C"미립자 90(95) 95(90) 95(95)
2 6 /A, 1 /A NOx 18 60 53
CO 15 80 90
HC 16 75 85
"C"미립자 10 15 25
1 / F "C"미립자 93(90) 95(90) 90(95)
3 9 /A, 1 /A NOx 20 75 80
CO 10 82 85
HC 5 80 87
결과적으로 엔진가동중에도 그을음미립자로부터 디젤가스를 완전정화할 수 있었으며, NOx, CO, HC 농도를 디젤기관 운송기(EVRO-3) 가스방출량표준치까지 줄일 수 있었다.
기존의 공지된 기술과는 달리, 촉매와 비촉매과정의 조합과 산화, 환원과정의 개별적 분리를 통한 본 발명의 연구분석 결과는 본 발명의 탁월한 효과, 완전하고 안전한 정화효과를 입증해 주고 있다. 따라서, 본 발명은 가스의 유독성이 심한 경우, 냉각된 배기가스용 산화물 촉매제와 가열제 이용을 통한 복합적 정화의 가능성을 제공한다.

Claims (10)

  1. 질소산화물의 산화환원과정이 산화물 촉매의 여러 층에서 분리적으로 진행되거나 혹은 산화물 환원제의 한 층에서 동시에 진행되며, 동시에 반응층에 축적된 탄소와/혹은 질소와/혹은 산소함유물질을 추가적으로 폐가스류에 유입시킴을 특징으로 하는 각 단계에서 해당 촉매제를 이용, 최소한 2단계로 유해성분을 처리하는 것을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  2. 제1항에 있어서, 각 단계에서 블럭형 다기공 세라믹 담체 혹은 코르디에리트와/혹은 알루미나나 비석(제오라이트)을 주 구성물질로 하는 셀룰라구조의 필터에서 촉매제를 이용함을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 변형요소와 활성요소로서 동, 철, 망간, 니켈, 은, 코발트, 크롬등의 전이금속 산화물을 이용하고, 담체형성 혹은 블럭으로의 전이를 위해 이 산화물을 질량의 1-30%분량으로 유입시킴을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  4. 제1항에 있어서, 촉매로서 회티탄광등의 전이물질을 비롯한 알칼리, 희귀광물성분, 지르코늄등의 산화물질 이용을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 변형물질과 촉매로서 저항도 0.1-2000 Om cm 셀룰라 구조의 발열물질을 얻을 수 있도록 전도성 첨가물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  6. 제1항 또는 제2항 또는 제5항에 있어서, 전도성 첨가물질로서 회티탄광 촉매 이용을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  7. 제1항에 있어서, 촉매처리후 정화된 가스를 열교환반응을 유도해 20-150℃ 까지 냉각시킴을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  8. 제1항에 있어서, 정화된 가스에 기체상을 열산화시키는 유기물질을 촉매제와 그을음 필터층에 유입함을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  9. 제1항에 있어서, 질소함유물로서 다기공 블럭형 담체의 요소, 수소탄산염, 암모니아 탄산염등의 이용을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
  10. 제1항에 있어서, 실용환원제와 공기, 물, 수용액등의 혼합액을 실용 환원제 50-400g/l 정도 함유시켜 50-100g/m3분량으로 정화된 가스에 첨가함을 특징으로 하는 폐가스 정화방법.
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