KR20050019708A - Catalyst and method for clarifying exhaust gas - Google Patents

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KR20050019708A
KR20050019708A KR10-2004-7017872A KR20047017872A KR20050019708A KR 20050019708 A KR20050019708 A KR 20050019708A KR 20047017872 A KR20047017872 A KR 20047017872A KR 20050019708 A KR20050019708 A KR 20050019708A
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스기야마마사시
소다켄고
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스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
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Abstract

촉매로서 프로톤형 β 제올라이트를 이용하여, 환원제로서 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 존재 하에서, 산소 과잉의 배기 가스를 이 촉매에 접촉시켜, 상기 배기 가스 중의 질소 산화물 NOX를 환원 제거한다. 프로톤형 β 제올라이트는, SiO2/Al2O3 몰비가 20 내지 70의 사이에 있음이 바람직하다. 이에 의해, 유황 산화물을 함유하는 배기 가스에 대해서도 우수한 NOX의 제거 성능과 내구성을 가지며, 배기 가스 온도가 300-400℃ 정도의 비교적 저온에서도 탈초 성능이 저하되지 않는다.Using a proton-type? Zeolite as a catalyst, an excess of oxygen exhaust gas is brought into contact with the catalyst in the presence of methanol and / or dimethyl ether as a reducing agent to reduce and remove nitrogen oxides NO x in the exhaust gas. Proton type β zeolite, SiO 2 / Al 2 O 3 is preferred that the molar ratio is between 20 and 70. As a result, it has an excellent removing performance and the durability of the NO X even in exhaust gas containing oxides of sulfur, not even at a relatively low temperature of about the exhaust gas temperature is 300-400 ℃ the denitration performance.

Description

배기가스 정화용 촉매 및 배기 가스 정화 방법{CATALYST AND METHOD FOR CLARIFYING EXHAUST GAS}Catalyst for exhaust gas purification and exhaust gas purification method {CATALYST AND METHOD FOR CLARIFYING EXHAUST GAS}

본 발명은, 보일러, 디젤엔진 발전기 또는 디젤엔진 자동차로부터의 각종 연소 배기 가스나, 산업 설비로부터의 배기 가스에 함유된 질소 산화물의 제거에 유효한 배기 가스 정화용 촉매, 및 이러한 촉매를 사용한 배기 가스 정화 방법에 관한 것이다. The present invention provides an exhaust gas purification catalyst effective for removing nitrogen oxides contained in various combustion exhaust gases from a boiler, a diesel engine generator, or a diesel engine vehicle, exhaust gas from an industrial facility, and an exhaust gas purification method using such a catalyst. It is about.

공장, 발전 설비 기타 산업 설비나, 자동차 등으로부터 배출되는 각종 배기 가스 중에는, 일산화질소나 이산화질소 등의 질소 산화물(NOX)이 함유되어 있다. 이러한 NOX는, 특히 인체의 호흡기계에 악영향을 미칠 수 있을 뿐 아니라, 지구 환경 보전상 문제시되는 산성비 발생 원인의 하나로 되고 있다. 이 때문에, 이들 각종 배기 가스로부터, 질소 산화물을 효율 좋게 제거하는 기술의 개발이 요청되고 있다.Among the various kinds of exhaust gases discharged from factories, power plants or other industrial plants, automobiles and so on, it is contained in the nitrogen oxide (NO X), such as hydrogen or nitrogen dioxide, nitric oxide. In particular, such NO X may not only adversely affect the respiratory system of the human body, but also is one of the causes of acid rain that is a problem in global environmental conservation. For this reason, the development of the technique which removes nitrogen oxide efficiently from these various exhaust gases is calculated | required.

이와 같은 질소 산화물의 제거 방법으로서, 자동차(가솔린차)의 배기 가스 처리에 사용되고 있는 삼원 촉매법이나, 암모니아를 환원제로 사용하는 암모니아 선택 접촉 환원법이 알려져 있다. 그러나, 상기 삼원 촉매법은, 배기 가스 중에 잔존하는 탄화수소나 일산화탄소 등의 미연소분을 완전히 산화시키는데 필요한 이론양보다 과잉의 산소를 함유하는 상기 배기 가스에는 적용될 수 없다. As such a method of removing nitrogen oxides, a three-way catalyst method used for exhaust gas treatment of automobiles (gasoline cars), and an ammonia selective catalytic reduction method using ammonia as a reducing agent are known. However, the three-way catalytic method cannot be applied to the exhaust gas containing excess oxygen than the theoretical amount necessary to completely oxidize unburned content such as hydrocarbons and carbon monoxide remaining in the exhaust gas.

한편, 산소가 과잉으로 존재하는 분위기 하에서 NOX를 환원 제거하는 방법으로서는, V2O5-TiO2로 이루어지는 촉매를 이용하고, 암모니아를 환원제로 하는 암모나이 선택 접촉 환원법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법에 있어서는, 취기가 강하고 유해한 암모니아를 이용하기 때문에 취급이 용이치 않고, 또한, 미반응 암모나이의 배출을 방지하기 위한 특별한 장치를 필요로 하기 때문에, 설비가 대형화된다. 이 때문에, 소규모의 배기 가스 발생원이나 이동형 발생원에의 적용에는 부적합한데다가, 경제성에 있어서도 바람직하지 않게 된다.On the other hand, as a method of reducing and removing NO x in an atmosphere in which oxygen is excessively present, an ammonia selective contact reduction method using a catalyst consisting of V 2 O 5 —TiO 2 as a reducing agent is known. However, in such a method, since the odor is strong and harmful ammonia is used, handling is not easy, and a special apparatus for preventing the discharge of unreacted ammonia is required, so the facility is enlarged. For this reason, it is unsuitable for application to a small-scale exhaust gas generation source or a portable generation source, and also unfavorable in economics.

최근, 산소 과잉 분위기의 희석 연소 배기 가스 중에 잔존하는 미연소의 탄화수소를 환원제로 사용함으로서, 그 배기 가스 중의 NOX의 환원 반응을 촉진시킬 수 있다는 보고가 이루어졌다. 이러한 보고 이래, NOX의 환원 반응을 촉진시키기 위한 촉매가 여러 가지 개발되어, 예를 들어, 알루미나나 알루미나에 천이 금속을 담지시킨 촉매 등이, 탄화수소류를 환원제로서 사용하는 NOX의 환원 제거 반응에 유효하다는 다수의 보고가 이루어지고 있다.In recent years, the use of unburned hydrocarbons remaining in a dilute combustion exhaust gas of an oxygen excess atmosphere as a reducing agent has been reported to promote the reduction reaction of NO X in the exhaust gas. Since this report, various catalysts for promoting the reduction reaction of NO X have been developed, and for example, a catalyst in which alumina or alumina supports a transition metal and the like are used for reduction reduction reaction of NO X using hydrocarbons as a reducing agent. There are a number of reports that are valid.

이와 같은 탄화수소류를 환원제로 하여 산소 과잉의 연소 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원 제거하는 촉매의 일례로서, 알루미나나 알루미나에 천이 금속을 담지시킨 촉매 외에, 0.1-4 중량%의 Cu, Fe, Cr, Zn, Ni 또는 V를 함유하는 알루미나 또는 실리카-알루미나로 이루어지는 환원 촉매가 보고되어 있다 (일본국 특개평 4-284848 호 공보 참조).An example of a catalyst for reducing and removing nitrogen oxides in an excess of combustion exhaust gas by using such hydrocarbons as a reducing agent, in addition to a catalyst in which a transition metal is supported on alumina or alumina, 0.1-4% by weight of Cu, Fe, Cr, A reduction catalyst consisting of alumina or silica-alumina containing Zn, Ni or V has been reported (see Japanese Patent Laid-Open No. 4-284848).

또한, Pt 등을 알루미나에 담지시킨 촉매를 이용하면, NOX의 환원 반응이 200-300℃ 정도의 저온 영역에서도 진행됨이 보고되어 있다 (일본국 특개평 4-267946 호 공보, 일본국 특개평 5-68855 호 공보, 일본국 특개평 5-103949 호 공보 참조). 그러나, 이들 귀금속을 함유하는 촉매는, 환원제인 탄화수소의 연소 반응이 과도하게 촉진되거나, 지구 온난화의 원인 물질의 하나로 되고 있는 N2O가 다량의 부산물로 생성되기 때문에, 무해한 N2로의 환원 반응을 선택적으로 촉진시키는 것이 곤란하다고 하는 결점을 가지고 있었다.In addition, when using a catalyst in which Pt or the like is supported on alumina, it has been reported that the reduction reaction of NO X proceeds even in a low temperature range of about 200-300 ° C (JP-A-4-267946, Japanese Patent Laid-Open No. 5 -68855, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-103949. However, catalysts containing these noble metals have a reduction reaction to harmless N 2 because excessive combustion of hydrocarbons as reducing agents is promoted excessively or N 2 O, which is one of the causes of global warming, is generated as a by-product. It had the drawback of being difficult to selectively promote.

그리고, 알루미나 등에 은을 담지시켜 이루어지는 촉매가, 산소 과잉 분위기 하에서 탄화수소를 환원제로 하여, NOX의 환원 반응을 선택적으로 촉진시킴이 보고되어 있다 (특개평 4-281844 호 공보 참조). 이 보고 이후, 은을 함유하는 촉매를 이용한 유사한 NOX의 환원 제거 방법이 다수 개발되어, 보고되고 있다 (일본국 특개평 4-354536 호 공보 참조).And, the catalyst is formed by supporting the alumina or the like, in a hydrocarbon as a reducing agent in an oxygen excessive atmosphere, are reported having to selectively promote the reduction reaction of NO X (see JP Patent Application Laid-Open No. 4-281844). Since this report, a number of similar methods for reducing and removing NO x using silver-containing catalysts have been developed and reported (see JP-A-4-354536).

그러나, 탈초촉매를 사용한 배기 가스의 정화 방법은, 어느 것도, 유황 산화물을 함유하는 산소 과잉의 배기 가스 중에서는, NOX의 제거 성능이 현저히 저하되어, 실용적인 내구성이 불충분하다고 하는 문제가 있었다. 또한, 배기 가스의 거의가 300-400℃ 정도의 비교적 저온에 있는 경우에는, NOX의 제거 성능이 낮아진다는 문제도 있었다.However, none of the methods for purifying exhaust gas using a denitrification catalyst has a problem that the removal performance of NO X is remarkably lowered in the excess oxygen exhaust gas containing sulfur oxides, and practical durability is insufficient. In the case of the exhaust gas is little in the relatively low temperature of about 300-400 ℃, the lower the removal performance of the NO X was also a problem.

또한, 수소화한 제올라이트로 이루어진 촉매나, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni 등을 제올라이트에 담지시킨 촉매를 사용하여, 유기 화합물의 공존 하에서 NOX 환원 제거하는 방법이 보고되고, 이 제올라이트로서, Y형 제올라이트, L형 제올라이트, 오프레타이트·에리오나이트 혼정형 제올라이트, 페리에라이트형 제올라이트 및 ZSM-5형 제올라이트가 나타나 있다 (일본국 특허 제 2139645 호 명세서 참조). 그리고, 프로톤형 제올라이트를 사용하여, 메탄올의 존재 하에서 NOX를 환원 제거하는 방법도 보고되고, 그러한 제올라이트로서 Y형 제올라이트, ZSM-5형 제올라이트 및 몰데나이트가 나타나 있다 (일본국 특허 제 2506598 호 명세서 참조).Further, using a catalyst impregnated or, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, etc. made of a hydrogenation catalyst a zeolite in the zeolite, the NO X under the coexistence of an organic compound A method of reducing and removing has been reported, and examples of the zeolite include Y-type zeolites, L-type zeolites, oleite-eryonite mixed crystal zeolites, ferrierite zeolites, and ZSM-5 zeolites. 2139645 specification). In addition, a method of reducing and removing NO x in the presence of methanol using a proton zeolite has also been reported, and as such zeolite, a Y zeolite, a ZSM-5 zeolite and a mordenite are shown (Japanese Patent No. 2506598). Reference).

그러나, 상기한 특정 제올라이트 촉매를 사용한 NOX의 환원 제거 방법은, 어느 것도 실용적으로 충분한 NOX의 제거 성능을 얻을 수 없고, 현 상태에서는 아직 실용화에 이르고 있지 않다.However, none of the methods for reduction and removal of NO x using the specific zeolite catalyst described above have practically obtained sufficient NO x removal performance, and have not been put to practical use in the present state.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여, 유황 산화물을 함유하는 배기 가스에 대해서도 우수한 NOX의 제거 성능과 사용 내구성을 가지며, 배기 가스 온도가 300-400℃ 정도의 비교적 저온에서도 탈초 성능이 높고, 실용성이 우수한 배기 가스 정화용 촉매, 및 이를 이용한 배기 가스 정화 방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention, in view of the above circumstances, has an excellent removal performance and durability using the NO X even in exhaust gas containing sulfur oxides, a high denitration performance at relatively low temperature of about the exhaust gas temperature is 300-400 ℃, practicality An object of the present invention is to provide an excellent catalyst for purifying exhaust gases and a method for purifying exhaust gases using the same.

상기의 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 배기 가스 정화용 촉매는, 산소 과잉의 배기 가스 중의 질소 산화물을, 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 존재 하에서 환원 제거할 수 있고, 프로톤형 β 제올라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. The exhaust gas purifying catalyst according to the present invention for achieving the above object is capable of reducing and removing nitrogen oxides in an excess of exhaust gas in the presence of methanol and / or dimethyl ether, and made of a proton-type? Zeolite. It features.

또한, 본 발명에 의한 배기 가스의 정화 방법은, 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원 제거하기 위해, 환원제로서의 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 존재 하에서, 산소 과잉의 배기 가스를 프로톤형 β 제올라이트 촉매에 접촉시키는 단계를 포함하고 있다. In addition, the method for purifying exhaust gas according to the present invention, in order to reduce and remove nitrogen oxides in exhaust gas, contacting a proton type? Zeolite catalyst with an excess of oxygen exhaust gas in the presence of methanol and / or dimethyl ether as a reducing agent. It includes steps.

본 발명의 배기 가스 정화 촉매 및 배기 가스 정화 방법에 있어서는, 프로톤형 β 제올라이트의 SiO2/Al2O3 몰비가, 20-70인 것이 바람직하다.In the exhaust gas purification catalyst and the exhaust gas purification method of the present invention, it is preferable that the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the proton β zeolite is 20-70.

본 발명에 의하면, 우수한 NOX의 제거 성능과 사용 내구성을 함께 구비하는 배기 가스 정화용 촉매를 제공할 수 있고, 이 촉매를 사용함으로서, 산소 과잉의 배기 가스로부터 NOX를 효율 좋게 제거할 수 있다. 더구나, 본 발명의 배기 가스 정화용 촉매는, 다량의 유황 산화물을 함유하는 배기 가스에 대해서도 높은 탈착 효율을 나타내며, 또한, 배기 가스 온도가 300-400℃ 정도의 비교적 저온에서도 탈초 성능이 낮아지지 않기 때문에, 매우 실용적으로 우수하다.According to the present invention, it is possible to provide an exhaust gas purifying catalyst provided with the removal of the excellent NO X performance and use durability, by using this catalyst, it is possible to efficiently remove NO X from exhaust gas of excess oxygen. In addition, the catalyst for purifying exhaust gases of the present invention exhibits high desorption efficiency even for exhaust gases containing a large amount of sulfur oxides, and the denitrification performance is not lowered even at relatively low temperatures of about 300-400 ° C. , Very practically excellent.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

본 발명에 의하면, 산소 과잉의 배기 가스 중의 질소 산화물 NOX를 탈초하는 때에, 촉매로서, 프로톤형 β 제올라이트를 사용한다. 제올라이트로는, β형 외에, Y형, L형, ZSM-5 (MFI)형, 몰데나이트형 등 많은 종류가 있으나, 그 중에서도, 특히 β 제올라이트를 수소화한 프로톤형 β 제올라이트가, 유황 산화물을 함유하는 배기 가스의 정화에 매우 유효한 것으로 알려져 있다. 즉, 프로톤형 β 제올라이트를 사용하는 것으로, 유황 산화물을 함유하는 배기 가스 중의 질소 산화물을 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 존재 하에서 환원 제거할 수 있다.According to the present invention, when denitrification of nitrogen oxide NO X in an excess of exhaust gas, a proton β zeolite is used as a catalyst. As zeolites, in addition to β-type, there are many types such as Y-type, L-type, ZSM-5 (MFI) type, and mordenite type. Among them, proton-type β zeolite, especially hydrogenated β zeolite, contains sulfur oxides. It is known to be very effective for the purification of exhaust gas. That is, by using a proton β zeolite, nitrogen oxide in the exhaust gas containing sulfur oxides can be reduced and removed in the presence of methanol and / or dimethyl ether.

β 제올라이트를 프로톤형으로 하기 위해서는, 예를 들어, 초산 암모늄 수용액 등으로 처리하여 암모늄형으로 하고, 이후 소성하여 암모니아를 휘산시킴으로서, 프로톤형으로 할 수 있다. 또한, 프로톤형 β 제올라이트는, 성형 가공이 가능하고, 용도에 따라 여러 가지 형상의 촉매로 할 수 있다. In order to make β-zeolite into a proton type, for example, it can be made a proton type by treating with ammonium acetate aqueous solution or the like to ammonium type and then calcining to volatilize ammonia. In addition, a proton type (beta) zeolite can be shape | molded and can be set as the catalyst of various shapes according to a use.

프로톤형 β 제올라이트의 실리카(SiO2)/알루미나(Al2O3) 비는, NOX 를 제거하는 탈초 성능의 점에서, 몰비로 20-70의 범위가 바람직하다. 이 몰비가 40을 초과하여 크게 될수록 탈초 성능이 저하되기 쉽게 되고, 또한, 열이나 증기에 대한 안정성 등을 고려하면, SiO2/Al2O3 몰비는, 20-40의 범위가 더욱 바람직하다.The silica (SiO 2 ) / alumina (Al 2 O 3 ) ratio of the proton-type β zeolite is preferably in the range of 20-70 in terms of molar ratio in terms of denitration performance for removing NO X. As the molar ratio exceeds 40, the denitration performance tends to be lowered, and in consideration of stability to heat and steam, the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is more preferably in the range of 20-40.

상기 프로톤형 β 제올라이트로 이루어지는 촉매는, 종래부터 알려져 있는 성형 방법에 의해, 구상, 허니컴상, 펠릿상 등의 여러 가지 형상으로 성형할 수 있다. 이들의 형상 및 크기 등은, 촉매의 사용 조건에 따라 임의로 선택하면 좋다. 또한, 배기 가스의 흐름 방향에 대하여 다수의 관통공을 가지는 내화 구조의 지지 기판의 표면에, 프로톤형 β 제올라이트를 워시 코트법 등으로 피복하여, 촉매로 하는 것도 가능하다. The catalyst composed of the proton β zeolite can be molded into various shapes such as spherical shape, honeycomb shape and pellet shape by a known molding method. What is necessary is just to select these shapes, a magnitude | size, etc. according to the use condition of a catalyst. It is also possible to coat the proton-type β-zeolite with a wash coat method or the like on the surface of the support substrate of the refractory structure having a large number of through holes in the flow direction of the exhaust gas to form a catalyst.

질소 산화물을 함유하는 산소 과잉의 배기 가스 정화 방법으로서는, 상기한 본 발명의 프로톤형 β 제올라이트 촉매에, 배기 가스를 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 존재 하에서 접촉시키면 좋다. 환원제로서 배기 가스 중에 공존하는 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 양은, 조업상 구해지는 탈초 효율 및 러닝 코스트 등에 따라 적절히 선택하면 좋으나, 통상은, 배기 가스 중의 질소 산화물에 대한 몰비(탄소(C) 환산)로서 0.5-5 정도가 바람직하다. As a method for purifying an oxygen-exhaust exhaust gas containing nitrogen oxide, the exhaust gas may be brought into contact with the above-described proton type β zeolite catalyst in the presence of methanol and / or dimethyl ether. The amount of methanol and / or dimethyl ether coexisting in the exhaust gas as the reducing agent may be appropriately selected depending on the denitration efficiency, running cost, and the like, which are obtained in operation, but in general, the molar ratio to nitrogen oxides in the exhaust gas (in terms of carbon (C)). As about 0.5-5, it is preferable.

본 발명이 적용되어야 하는 질소 산화물을 함유하는 배기 가스로서는, 보일러 등의 각종 연소 설비, 디젤 엔진 자동차나 정치식 디젤 기관 등의 내연 기관, 초산 제조 설비 등의 산업 설비로부터의 배기 가스를 들 수 있다. 이들 배기 가스는 일반적으로 CO, HC (탄화수소) 및 H2라고 하는 환원 성분과, NOX 및 O2라고 하는 산화 성분을 함유하나, 양 자 상호의 완전한 산화 환원 반응에 필요한 화학 양론량보다도 과잉량의 산소를 함유하고 있다. 이와 같은 산소 과잉의 배기 가스가 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 존재 하에, 본 발명의 촉매와 접촉함으로서, 배기 가스 중의 NOX가 N2와 H2O로 환원 분해된다.Examples of the exhaust gas containing nitrogen oxide to which the present invention should be applied include exhaust gases from various combustion facilities such as boilers, internal combustion engines such as diesel engine cars and stationary diesel engines, and industrial facilities such as acetic acid production facilities. . These exhaust gases generally contain a reducing component called CO, HC (hydrocarbon) and H 2 , and an oxidation component called NO X and O 2, but are in excess of the stoichiometry required for the complete redox reaction of the protons. Contains oxygen. When such an excess of exhaust gas is brought into contact with the catalyst of the present invention in the presence of methanol and / or dimethyl ether, NO X in the exhaust gas is reduced and decomposed into N 2 and H 2 O.

본 발명의 촉매를 이용한 배기 가스 정화 방법에서의 가스 공간 속도(SV)는, 특히 한정되지는 않으나, 1,000-100,000 h-1로 하는 것이 바람직하다. 또한, 배기 가스의 온도가 300-400℃ 정도의 비교적 저온에 있어서도, 보다 고온의 경우와 대략 동등하게 우수한 탈초 성능을 얻을 수 있다. 그리고, 유황 산화물을 함유하는 배기 가스에 있어서도 우수한 탈초 성능을 가지며, 그 내구성도 우수하다.The gas space velocity SV in the exhaust gas purification method using the catalyst of the present invention is not particularly limited, but is preferably set to 1,000-100,000 h −1 . In addition, even at a relatively low temperature of about 300-400 ° C., the exhaust gas has excellent denitrification performance which is approximately equivalent to that at higher temperatures. Moreover, also in the exhaust gas containing sulfur oxide, it has the outstanding denitration performance, and its durability is also excellent.

또, 본 발명의 방법으로 배기 가스를 처리하는 경우, 반응 조건에 따라서는, 미연소의 메탄올이나 디메틸에테르, 불완전 연소 생성물이 배기 가스 중에 배출되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 상기 본 발명의 탈초 촉매를 통과한 후의 배기 가스를 산화 촉매, 예를 들어, Pt나 Pd계의 귀금속에 담지시킨 촉매에 접촉시켜, 메탄올, 디메틸에테르 및 미연소 성분을 제거할 수 있다. In the case of treating the exhaust gas by the method of the present invention, unburned methanol, dimethyl ether and incomplete combustion products may be discharged into the exhaust gas depending on the reaction conditions. In such a case, the exhaust gas after passing through the denitration catalyst of the present invention is brought into contact with an oxidation catalyst, for example, a catalyst supported on a noble metal of Pt or Pd system to remove methanol, dimethyl ether and unburned components. Can be.

시판되는 NH4형 β 제올라이트 (SiO2/Al2O3 몰비 : 27)를, 450℃에서 5 시간 소성하여 프로톤형 β 제올라이트를 얻었다. 이를 가압 성형한 후, 분쇄하여 입도를 350-500μm로 정립하고, 본 발명의 촉매 1로 하였다. 또한, 시판되는 NH4형 β 제올라이트 (SiO2/Al2O3 몰비 : 37)를 사용한 이외에는 상기와 마찬가지로 하여 프로톤형 β 제올라이트를 얻고, 이를 본 발명의 촉매 2로 하였다.A commercially available NH 4 type β zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio: 27) was calcined at 450 ° C. for 5 hours to obtain a proton type β zeolite. This was press-molded, and then ground to obtain a particle size of 350-500 µm, which was used as the catalyst 1 of the present invention. A proton β zeolite was obtained in the same manner as above except that commercially available NH 4 β β zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio: 37) was used, and this was used as Catalyst 2 of the present invention.

이에 대하여, 비교예로서, 하기의 촉매 C1-C4를 조정하였다. 즉, 촉매 C1은, 시판되는 NH4형 β 제올라이트 (SiO2/Al2O3 몰비 : 75)를, 450℃에서 5 시간 소성하여 얻은 프로톤형 β 제올라이트이다. 촉매 C2는, 시판되는 NH4형 몰데나이트 (SiO2/Al2O3 몰비 : 20)를, 450℃에서 5 시간 소성하여 얻은 프로톤형 몰데나이트이다. 또한, 촉매 C3은, 시판되는 NH4형 ZSM-5 (SiO2/Al2O3 몰비 : 27)을, 450℃에서 5 시간 소성하여 얻은 프로톤형 ZSM-5이다. 그리고, 촉매 C4는, 100g의 이온 교환수에 초산 코발트 4수화물 1.3g을 용해하고, 이 용액에 상기 촉매 1과 마찬가지로 하여 얻은 프로톤형 β 제올라이트 (SiO2/Al2O3 몰비 : 27) 10g을 분산시켜, 온도를 60℃로 유지하여 12 시간 교반하고, 그 후, 여과 및 수세를 행하고, 110℃에서 건조한 후, 공기 중에서 500℃로 3 시간 소성하여 얻어졌다. Co를 담지시킨 β 제올라이트로 이루어진다. 또, 이 촉매 C4 중의 Co량은, 금속 환산으로 촉매 전체의 2.7 중량%였다.On the other hand, as a comparative example, the following catalysts C1-C4 were adjusted. That is, the catalyst C1 is a proton β zeolite obtained by calcining a commercially available NH 4 β β zeolite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio: 75) at 450 ° C. for 5 hours. Catalyst C2 is a proton-type mordenite obtained by calcining commercially available NH 4 type mordenite (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio: 20) at 450 ° C. for 5 hours. The catalyst C3 is a proton ZSM-5 obtained by calcining a commercially available NH 4 ZSM-5 (SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio: 27) at 450 ° C. for 5 hours. The catalyst C4 dissolves 1.3 g of cobalt acetate tetrahydrate in 100 g of ion-exchanged water, and 10 g of a proton β zeolite (molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 : 27) obtained in the same manner as the catalyst 1 in this solution. It disperse | distributed, it hold | maintained at 60 degreeC, stirred for 12 hours, and after that, it filtered and washed with water, dried at 110 degreeC, and baked at 500 degreeC in air for 3 hours, and obtained. It consists of β zeolite carrying Co. Moreover, Co amount in this catalyst C4 was 2.7 weight% of the whole catalyst in conversion of metal.

상기와 같이 하여 얻은, 본 발명의 촉매 1 및 2와 비교예의 촉매 C1-C4를, 각각 내경 15mm의 스테인리스제 반응관에 충전하여 촉매체를 형성하고, 이를 상압 고정 상류통 반응 장치에 장착하였다. 이 반응관 내에, 모델 배기 가스로서, NO : 1,000ppm, O2 : 10%, 메탄올 : 1,500ppm, H2O : 10%, SO2 : 100ppm, 잔부 : N2로 이루어지는 혼합 가스를, 공간 속도 30,000h-1의 조건에서 공급하여, 각 촉매의 탈초 성능을 평가하였다. 이 때, 가스 온도를 300℃, 350℃, 400℃로 각각 변화시켰다.The catalysts 1 and 2 of the present invention and the catalysts C1-C4 of the comparative example obtained as described above were filled in a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 15 mm, respectively, to form a catalyst body, which was mounted in an atmospheric pressure fixed upstream reactor. In this reaction tube, a mixed gas consisting of NO: 1,000 ppm, O 2 : 10%, methanol: 1500 ppm, H 2 O: 10%, SO 2 : 100 ppm, and the balance: N 2 is used as the model exhaust gas. It was supplied under the condition of 30,000 h −1 , and the denitration performance of each catalyst was evaluated. At this time, gas temperature was changed to 300 degreeC, 350 degreeC, and 400 degreeC, respectively.

또한, 모델 배기 가스의 조성을 변화시켜, 마찬가지로 각 촉매의 탈초 성능을 평가하였다. 즉, 상기 모델 배기 가스 중에 환원제로서 첨가한 메탄올 : 1,500ppm을 디메틸에테르 : 750ppm로 변화시켜, 촉매 1, 촉매 C2 및 촉매 C3을 사용하여 탈초 성능을 평가하였다. 그리고, 환원제를 프로필렌 : 500ppm 및 1,000ppm으로 변화시켜, 촉매 1을 사용하여 탈초 성능을 평가하였다. In addition, the composition of model exhaust gas was changed, and the denitration performance of each catalyst was evaluated similarly. That is, 1,500 ppm of methanol added as a reducing agent in the model exhaust gas was changed to 750 ppm of dimethyl ether, and the denitration performance was evaluated using Catalyst 1, Catalyst C2 and Catalyst C3. And the reducing agent was changed to propylene: 500ppm and 1,000ppm, and denitration performance was evaluated using catalyst 1.

또, 반응관 출구의 가스 조성의 분석에 대해서는, NOX의 농도는 화학 발광식 NOX계로 측정하고, N2O의 농도는 Porapak Q 컬럼을 장착한 가스마토그래프·열전도도 검출기를 이용하여 측정하였다. 어떠한 촉매의 경우에도, 반응관의 출구에 있어서의 가스 중에 N2O는 거의 인정되지 않았다. 촉매의 NOX 제거 성능으로서의 탈초율은, 하기의 식에 따라 산출하였다.For the analysis of the gas composition at the outlet of the reaction tube, the concentration of NO X was measured by a chemiluminescence type NO X system, and the concentration of N 2 O was measured by using a gasmatograph and a thermal conductivity detector equipped with a Porapak Q column. It was. In the case of any catalyst, N 2 O was hardly recognized in the gas at the outlet of the reaction tube. Denitration rate as the NO X removal performance of the catalyst was calculated according to the following equation.

탈초율 (%) = Denitrification Rate (%) =

상기 촉매 1, 2 및 C1-C4의 탈초율을, 하기 표 1에 나타내었다. 이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 촉매 1 및 2는, 유황 산화물이 다량으로 존재하는 산소 과잉의 배기 가스에 있어서, 배기 가스가 300-400℃의 비교적 저온에 있어서도, 비교예의 촉매 C1-C4에 비하여, 현저히 NOX의 제거 성능이 우수함을 알 수 있다. 그리고, 본 발명의 촉매 1 및 2는, 환원제로 메탄올 및/또는 디메틸에테르를 사용함으로서, 우수한 탈초 성능이 발현됨을 알 수 있다. 또, 프로톤형 β 제올라이트에 있어서도, SiO2/Al2O3 몰비가 75의 촉매 C1은, 탈초율이 매우 작음을 알 수 있다.The denitrification rates of the catalysts 1, 2 and C1-C4 are shown in Table 1 below. As can be seen from this result, catalysts 1 and 2 of the present invention are catalysts C1 of the comparative example, even when the exhaust gas is in an excess of oxygen in which a large amount of sulfur oxide is present, even at a relatively low temperature of 300 to 400 ° C. It can be seen that the NO x removal performance is remarkably superior to -C4. In addition, it can be seen that the catalysts 1 and 2 of the present invention exhibit excellent denitrification performance by using methanol and / or dimethyl ether as the reducing agent. Also in the proton β zeolite, the catalyst C1 having a SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of 75 has a very small denitrification rate.

[표 1]TABLE 1

시료sample 촉매catalyst 환원제reducing agent 탈초율(%)Denitrification Rate (%) 300℃300 ℃ 350℃350 ℃ 400℃400 ℃ 1One 촉매 1Catalyst 1 메탄올Methanol 6464 8888 9595 22 촉매 2Catalyst 2 메탄올Methanol 5959 8181 9090 33 촉매 1Catalyst 1 디메틸에테르Dimethyl ether 6464 8484 9393 4*4* 촉매 C1Catalyst C1 메탄올Methanol 1818 2727 3535 5*5 * 촉매 C2Catalyst C2 메탄올Methanol 2222 4646 5656 6*6 * 촉매 C3Catalyst C3 메탄올Methanol 1717 3232 5151 7*7 * 촉매 C4Catalyst C4 메탄올Methanol 4242 6666 6767 8*8* 촉매 C2Catalyst C2 디메틸에테르Dimethyl ether 2424 4444 5858 9*9 * 촉매 C3Catalyst C3 디메틸에테르Dimethyl ether 1515 3535 5252 10*10 * 촉매 1Catalyst 1 프로필렌(500ppm)Propylene (500 ppm) 2727 4040 6161 11*11 * 촉매 1Catalyst 1 프로필렌(1000ppm)Propylene (1000 ppm) 2929 4545 6767

(주) 표 중 *를 붙인 시료는 비교예이다. Note: The sample marked with * in the table is a comparative example.

다음으로, 촉매의 내구성 평가로서, 상기한 본 발명의 촉매 1과 비교예의 촉매 C2-C4를 이용하여, 이하와 같이 평가하였다. 즉, 상기와 같이 구성한 각 반응관 내에, 모델 배기 가스로서, NO : 1,000ppm, O2 : 10%, 메탄올 : 1,500ppm 또는 디메틸에테르 : 750ppm, H2O : 10%, SO2 : 1,000ppm, 잔부 : N2로 이루어지는 혼합 가스를, 가스 온도 : 350℃, 공간 속도 : 30,000h-1의 조건에서 20시간 공급하였다.Next, as evaluation of the durability of the catalyst, the above-described evaluation was made using the catalyst 1 of the present invention described above and the catalyst C2-C4 of the comparative example. That is, in each reaction tube configured as described above, as the model exhaust gas, NO: 1,000 ppm, O 2 : 10%, methanol: 1500 ppm or dimethyl ether: 750 ppm, H 2 O: 10%, SO 2 : 1,000 ppm, remainder: a mixed gas consisting of N 2, gas temperature: was fed for 20 hours at conditions of 30,000h -1: 350 ℃, space velocity.

상기 내구 시험 후, 각 반응관 내에, SO2 농도를 100ppm으로 한 이외에는, 상기 조성과 동일하게 모델 배기 가스를, 가스 온도 : 350℃ 및 공간 속도 : 30,000h-1의 조건에서 공급하고, 상기와 같이 하여 탈초율을 구하였다. 얻어진 결과를, 하기 표 2에 나타내었다.After the endurance test, a model exhaust gas was supplied to each reaction tube under the conditions of a gas temperature of 350 ° C. and a space velocity of 30,000 h −1 in the same manner as the above composition except that the SO 2 concentration was 100 ppm. In this manner, the denitrification rate was obtained. The obtained results are shown in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

시료sample 촉매catalyst 환원제reducing agent 탈초율(%)Denitrification Rate (%) 내구 시험전Before the endurance test 내구 시험후After endurance test 1212 촉매 1Catalyst 1 메탄올Methanol 8888 8383 1313 촉매 1Catalyst 1 디메틸에테르Dimethyl ether 8484 8080 14*14 * 촉매 C2Catalyst C2 메탄올Methanol 4646 4141 15*15 * 촉매 C3Catalyst C3 메탄올Methanol 3232 3030 16*16 * 촉매 C4Catalyst C4 메탄올Methanol 6666 5454 17*17 * 촉매 C3Catalyst C3 디메틸에테르Dimethyl ether 3535 3232

(주) 표중의 *를 붙인 시료는 비교예이다. Note: The sample marked with * in the table is a comparative example.

이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 고농도의 SO2를 함유하는 배기 가스에 의한 20 시간의 내구 시험 후에 있어서도, 본 발명의 프로톤형 β 제올라이트로 이루어진 촉매는, 높은 활성을 유지하고 있고, 내구성도 우수하다. 또, 비교예의 촉매에서는, 탈초 성능이 낮은 프로톤형 몰데나이트 촉매 C2 및 프로톤형 ZSM-5의 촉매 C3은 양호한 내구성을 나타내나, 비교적 탈초 성능이 우수한 Co를 담지한 β 제올라이트로 이루어진 촉매 C4는, 내구성의 점에서 열악함을 알 수 있다.As can be seen from this result, even after 20 hours of endurance tests by exhaust gas containing high concentration of SO 2 , the catalyst made of the proton β zeolite of the present invention maintains high activity and is excellent in durability. Do. In the catalyst of the comparative example, the proton-type mordenite catalyst C2 having low denitrification performance and the catalyst C3 of the proton-type ZSM-5 exhibited good durability, but the catalyst C4 made of β zeolite carrying Co having excellent denitrification performance, It is understood that it is poor in terms of durability.

Claims (4)

산소 과잉의 배기 가스 중의 질소 산화물을, 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 존재 하에서 환원 제거하는 배기 가스 정화용 촉매로서, 프로톤형 β 제올라이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화용 촉매.An exhaust gas purification catalyst comprising a proton-type? Zeolite as an exhaust gas purification catalyst for reducing and removing nitrogen oxides in an excess of exhaust gas in the presence of methanol and / or dimethyl ether. 제 1 항에 있어서, 프로톤형 β 제올라이트의 SiO2/Al2O3 몰비가, 20 내지 70의 사이에 있음을 특징으로 하는 배기 가스 정화용 촉매.The catalyst for purifying exhaust gases according to claim 1, wherein the molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 of the proton β zeolite is between 20 and 70. 환원제로서 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 존재 하에서, 산소 과잉의 배기 가스를, 프로톤형 β 제올라이트로 이루어진 촉매에 접촉시킴으로서, 상기 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법. Reducing and removing nitrogen oxides in the exhaust gas by bringing an excess of oxygen into the catalyst consisting of a proton-type? Zeolite in the presence of methanol and / or dimethyl ether as the reducing agent. Purification method. 제 3 항에 있어서, 상기 촉매의 SiO2/Al2O3 몰비가, 20 내지 70의 사이에 있음을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.The exhaust gas purification method according to claim 3, wherein a molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 of the catalyst is between 20 and 70.
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