KR20030003632A - 졸 형태의 무기결합제를 이용한 촉매 담체의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

촉매능의 저하없이 우수한 결합력 및 가소성을 나타내는 졸 형태의 세라믹스 촉매 담체 압출성형용 무기결합제가 개시되어 있다. 먼저, Al2O3, TiO2, V2O3및 WO3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 촉매담체 원료에 상기 담체 원료의 양을 기준으로 할 때 50～200 중량%의 졸(sol) 형태의 Al, Ti 계열 무기결합제를 첨가하여 습식 혼합한 후 90～110℃의 온도범위에서 건조한다. 건조 혼합물에 유기결합제, 보강재를 첨가하여 건식 혼합하고 가소제, 계면활성제, 윤활제 및 30～50중량%의 물을 첨가하여 습식 혼합한다. 혼합물을 숙성, 압출 성형하여 50～150℃의 온도 범위에서 건조시키고 400～500℃의 온도 범위에서 열처리하여 세라믹스 촉매 담체를 제조한다. 얻어지는 촉매담체는 담체원료 계열의 무기 첨가제를 졸 형태로 첨가함으로써 측매능의 저하 없이 균열이 없고 강도가 우수하며 대형 사이즈로의 성형이 가능하게 할 수 있다.

Description

졸 형태의 무기결합제를 이용한 촉매 담체의 제조 방법{Fabricating Method for Catalyst Supporter using Inorganic Binder Sol}
본 발명은 세라믹스 촉매담체 제조용 결합제에 관한 것으로서, 상세하게는 촉매능의 저하없이 우수한 결합력 및 가소성을 나타내는 배연탈질 선택적촉매환원(SCR) 담체 압출성형용 무기결합제에 관한 것이다.
SCR 공정은 화력발전소, 대형소각로, 각종 화학플랜트 등의 배출가스중에 발생하는 유해한 질소산화물(NOx)을 촉매의 존재하에서 암모니아(NH3)와 반응시켜 무해한 질소(N2)와 수분(H2O)으로 분해하는 방법으로써, 주로 비표면적이 큰 이산화티타늄(Titanum Dioxide) 및 알루미나(Alumina)를 주성분으로 하여 하니컴 형상으로 압출성형한 담체에 탈질효과를 나타내는 촉매성분을 담지시켜 열처리하여 사용하고있다.
일반적으로, 촉매 담체의 제조를 위해서 용융 실리카(fused silica, SiO2), 벤토나이트(bentonite) 등의 무기결합제를 약 15 중량% 이상 사용하게 되는데, 이는 촉매 담체의 제조 과정 중에 발생될 수 있는 균열을 감소시키며 최종 구조에 충분한 강도를 부여해 준다는 장점은 있지만 열처리 공정 등에 의해서도 제거되지 않고 최종 생성물에 잔존하게 되므로 촉매 담체의 촉매 활성을 감소시키는 단점이 있다. 촉매 담체의 상업화를 위해서는 약 97% 이상의 촉매 활성이 요구되지만 이러한 무기결합제를 사용할 때는 촉매 활성이 감소되며 많게는 90% 이하로 저감되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 상술한 문제점을 해결하기 위하여, SCR 촉매담체와 같은 계열의 조성을 가지면서 압출성형시 충분한 결합력과 가소성을 나타내는 세라믹스 촉매 담체 압출성형용 무기결합제를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는
Al2O3, TiO2, V2O3및 WO3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 촉매담체원료에 상기 담체 원료의 양을 기준으로 할 때 50～200 중량%의 졸(sol) 형태의 Al, Ti 계열 무기결합제를 첨가하여 습식 혼합한 후 90～110℃의 온도범위에서 건조하는 단계;
얻어지는 건조 혼합물에 유기결합제, 보강재를 첨가하여 건식 혼합하는 단계;
건식 혼합물에 가소제, 계면활성제, 윤활제 및 30～50 중량%의 물을 첨가하여 습식 혼합하는 단계;
습식 혼합물을 숙성, 압출 성형하는 단계;
얻어지는 성형체를 50～150℃의 온도 범위에서 건조시키는 단계; 및
얻어지는 건조물을 400～500℃의 온도 범위에서 열처리하는 단계를 포함하는 세라믹스 촉매 담체의 제조 방법을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에서는 담체원료 계열의 무기 첨가제를 졸 형태로 첨가하여 최종 촉매 활성을 저하시키지 않으면서 성형체의 결합력 및 가소성을 증진시킨 세라믹스 촉매 담체를 제조할 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
1단계 (혼합) :
Al2O3, TiO2, V2O3및 WO3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 촉매담체원료에 Al2O3-x(OH)2x, [Al2O3-x-y(OH)2x(OR)2y]n, [TiO(acac)2]n 등의 무기결합제를 담체원료의 양을 기준으로 할 때 50～200 중량% 첨가하여 습식 혼합하고 90～110℃의 온도범위에서 건조한다.
2단계 (혼합) :
건조된 촉매 담체 원료와 무기 결합제의 혼합물에 대하여 MC (methyl cellulose), HC(hydroxyethyl cellulose), CMC(carboxymethyl cellulose) 등의 유기결합제를 첨가하여 건식 혼합한다.
3단계 (혼합):
건식 혼합한 후, 촉매 담체 원료와 무기 결합제의 혼합물에 대하여 20～50중량%의 물, 2～8 중량%의 PEG(polyethylene glycol), 글리세롤 등과 같은 가소제및 0.5～3 중량%의 미네랄 오일을 첨가한 후 약 1～5 시간 동안 습식 혼합한다.
3단계 (혼련):
혼합된 반죽 중의 기공을 제거하고 가소성을 증진시키기 위하여, 진공이 유지되는 혼련기 내에서 2～3회 혼련을 되풀이한다.
4단계 (숙성):
혼련 공정중 발생한 응력을 제거하고 덩어리 내의 수분을 균질하게 하기 위하여 수분의 증발을 억제시킨 상태로 상온에서 24 시간 동안 숙성시킨다.
5단계 (압출 성형):
다양한 형상으로 압출 성형한다.
6단계 (건조):
첨가된 유기 결합제인 MC, HC, CMC 등의 유기결합제가 열에 의해 고분자화 되어 3차원 망목구조를 형성할 수 있도록 약 50～150℃ 온도 범위에서 건조시키도록 한다.
7단계 (열처리):
300～500℃에서 3～7 시간 열처리하여 결합제, 가소제, 윤활제 등과 같은 잔류하는 유기물을 제거하여 세라믹스 촉매 담체를 제조한다.
얻어지는 촉매 담체는 98% 이상의 촉매활성을 나타내면서도 균열이 없고 강도가 높으며 필요에 따라 다양한 형태를 갖도록 제조할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 방법에 의하면 소각로, 화학 플랜트, 정유 공장, 대형 보일러 등의 폐가스에 포함된 다이옥신, 휘발성 유기 화합물, 질소 산화물 등 유해 물질을 효율적으로 제거할 수 있는 세라믹스 촉매 담체를 제조할 수 있다. 이는 담체원료 계열의 무기 첨가제를 졸 형태로 첨가함에 의해 구현될 수 있으며, 최종 촉매 활성을 저하시키지 않으면서 성형체의 결합력 및 가소성을 증진시킨 세라믹스 촉매 담체를 제조할 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. Al2O3, TiO2, V2O3및 WO3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 촉매담체원료에 졸(sol) 형태의 Al, Ti 계열 무기결합제를 첨가하여 습식 혼합한 후 건조하는 단계;
    얻어지는 건조 혼합물에 유기결합제, 보강재를 첨가하여 건식 혼합하는 단계;
    건식 혼합물에 가소제, 계면활성제, 윤활제 및 30～50 중량%의 물을 첨가하여 습식 혼합하는 단계;
    습식 혼합물을 숙성, 압출 성형하는 단계;
    얻어지는 성형체를 50～150℃의 온도 범위에서 건조시키는 단계; 및
    얻어지는 건조물을 400～500℃의 온도 범위에서 열처리하는 단계를 포함하는 세라믹스 촉매 담체의 제조 방법
  2. 제1항에 있어서, Al2O3-x(OH)2x, [Al2O3-x-y(OH)2x(OR)2y]n, [TiO(acac)2]n 등에서 선택되는 1종 또는 그 이상의 졸 형태의 무기결합제를 담체 원료의 양을 기준으로 할 때 50～200 중량% 첨가하여 습식 혼합하고 90～110℃의 온도범위에서 건조하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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