KR20130094542A - Method of reducing nitrogen oxide using amine compound as reductant - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아민 화합물을 환원제로 사용한 질소산화물의 저감 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reducing nitrogen oxides using an amine compound as a reducing agent.
전 세계적으로 지구 온난화 및 고유가로 인해 CO2 배출이 적으면서 에너지 효율이 우수한 친환경 자동차 엔진 개발에 관심이 모아지고 있다. 최근 개발되고 있는 디젤 엔진은 고연비 엔진으로 CO2 배출 양이 적어 유럽 및 국내에서 연구 개발이 활발히 진행 중이다. There is interest in the development of eco-friendly automobile engines that are less energy-efficient due to global warming and higher oil prices and less CO 2 emissions. The recently developed diesel engine is a fuel-efficient engine with low CO 2 emissions, and research and development is currently underway in Europe and Korea.
그러나 디젤 엔진은 CO2 배출양은 적지만, 인체 및 환경에 유해한 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM)이 배출되는 문제가 있다. 특히 질소산화물은 스모그와 산성비의 주요 원인 물질로 선진국 및 국내에서 점차 규제가 강화되고 있으므로 배기가스 후처리 시스템을 통해 반드시 제거되어야 한다. 이와 같이, 질소산화물에 대하여 규제가 점점 강화됨에 따라, 엔진 개선과 더불어 배기가스 후처리 기술 개발이 추가적으로 요구되고 있다.However, the diesel engine has a problem that the emission of nitrogen oxides (NO x ) and particulate matter (PM), which are harmful to the human body and the environment, is small although CO 2 emissions are small. Nitrogen oxides are a major cause of smog and acid rain, and they are increasingly being regulated in developed countries and domestically, so they must be removed through the exhaust gas aftertreatment system. As the regulations for nitrogen oxides are strengthened as described above, there is a further demand for development of exhaust gas aftertreatment technology as well as engine improvement.
디젤 엔진에서 경형 차량(light-duty vehicle)의 배기가스 온도는 150 내지 250℃이고, 대형 차량(heavy-duty vehicle)은 200 내지 350℃ 정도로, 배기가스의 온도가 다소 저온이다(R.G. Gonzales, “Diesel Exhaust Emission System Temperature Test”, T&D Report 0851 -1816P, SDTDC, U.S. Department of Agriculture, Dec. (2008)). 따라서 디젤 엔진 배기가스 후처리 기술은 저온에서도 질소산화물을 제거할 수 있는 촉매 시스템을 필요로 한다.The exhaust gas temperature of a light-duty vehicle is 150 to 250 DEG C in a diesel engine, the heavy-duty vehicle is in a range of 200 to 350 DEG C, and the temperature of the exhaust gas is somewhat low (RG Gonzales, " Diesel Exhaust Emission System Temperature Test ", T & D Report 0851 -1816P, SDTDC, US Department of Agriculture, Dec. (2008)). Therefore, diesel engine exhaust aftertreatment technology requires a catalyst system capable of removing nitrogen oxides even at low temperatures.
현재 국내외적으로 엄격해진 배기가스 규제를 극복하기 위해, 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 방법으로, 요소(Urea) SCR(Selective Catalytic Reduction) 기술과 NOx 흡장형 촉매 기술(Lean NOx Trap, LNT)이 개발되었다. 요소/SCR 기술은 요소를 환원제로 사용하고, 제올라이트를 촉매로 사용하여 질소산화물을 선택적으로 환원시켜 제거하는 기술로 현재 개발된 질소산화물 제거 기술 중 저온에서 성능이 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 하지만, 요소/SCR 기술은 수열 안정성이 낮으며 배기가스에 포함된 SO2 및 탄화수소에 의해 쉽게 촉매 활성 저하를 나타내는 등 기술적 결점을 갖고 있으며, 또한 요소 저장 장치를 자동차에 추가적으로 설치하고 주기적으로 요소를 주입해야 하는 문제점을 갖고 있다(A. E. El-Sharkawy, P. D. Kalantzis, M. A. Syed and D. J. Snyder, SAE International Journal of Passenger Cars- Mechanical Systems, 2 (2009) 1042).Urea SCR (Selective Catalytic Reduction) technology and NOx occlusion-type catalyst technology (Lean NOx) have been used as a method to effectively remove nitrogen oxides emitted from diesel engines in order to overcome exhaust gas regulations that are now strictly domestically and internationally. Trap, LNT) have been developed. The urea / SCR technology is known to have the best performance at low temperatures among the currently developed technologies for removing nitrogen oxides by using element as a reducing agent and selectively reducing and removing nitrogen oxide by using zeolite as a catalyst. However, the urea / SCR technology has a low hydrothermal stability and has technical defects such as easily showing a decrease in catalytic activity due to
흡장형 촉매 기술(LNT)은 배기가스에 산소가 많은 조건(Lean condition)에서 발생하는 NOx를 흡장하여 산소가 적은 조건(Rich condition)에서 흡장하고 있던 NOx를 환원시켜 제거하는 기술로 저온 및 고온 성능이 우수하고 요소/SCR 시스템에서 요구되는 추가적인 인프라가 필요하지 않다는 장점이 있다. 하지만, 귀금속 촉매가 많이 사용되어 가격이 비싸고 엔진 운전이 복잡하며 황 피독에 약하다는 단점이 있다(H. Shinjoh, N. Takahashi, K. Yokoda and N. Sugiura, Appl. Catal. B, 15 (1998) 189).Storing catalyst technology (LNT) by storing the NO x generated in a number of conditions, oxygen in exhaust gas (Lean condition), a technology that oxygen is removed by reduction of NO x that was occluded in the low condition (Rich condition) low temperature and It has the advantage of high temperature performance and does not require the additional infrastructure required in urea / SCR systems. However, there is a disadvantage in that the noble metal catalyst is frequently used, the price is high, the operation of the engine is complicated, and it is weak in sulfur poisoning (H. Shinjoh, N. Takahashi, K. Yokoda and N. Sugiura, Appl. ) 189).
요소/SCR 기술과 LNT 기술의 대체기술로 개발된 HC/SCR 기술은 배기가스에서 나오는 탄화수소 혹은 연료로 사용되는 디젤을 환원제로 사용하여 질소산화물을 제거한다. 하지만 HC/SCR 기술은 요소/SCR 기술에 비해 저온에서 낮은 활성을 보이는 단점이 있다.The HC / SCR technology, developed as a replacement for urea / SCR technology and LNT technology, removes nitrogen oxides using diesel used as a hydrocarbon or fuel from exhaust gas as a reducing agent. However, HC / SCR technology has a disadvantage in that it exhibits low activity at low temperatures compared with urea / SCR technology.
HC/SCR의 저온 활성을 증가시키기 위해 알코올류 탄화수소 및 산소화된 탄화수소(oxygenated hydrocarbon)을 환원제로 사용하거나(K. Shimizu, M. Tsuzuki, A. Satsuma, Appl. Catal. B:Environ., 71 (2007) 80), 디젤 연료와 에탄올을 동시에 환원제로 사용하는 연구가 진행되고 있다(M. K. Kim, P. S. Kim, J. H. Baik, I.-S. Nam, B. K. Cho and S. H. Oh, Appl. Catal. B, 105 (2011) 1). 하지만 여전히 250℃ 이하에서 낮은 활성을 보이고 있어, 실제 상용 시스템에 적용하기 위해서는 저온에서도 높은 질소산화물 제거효율을 보이는 환원제나 촉매시스템 개발이 필요하다.In order to increase the low-temperature activity of HC / SCR, alcohol hydrocarbons and oxygenated hydrocarbons are used as reducing agents (K. Shimizu, M. Tsuzuki, A. Satsuma, Appl. Catal. 2007) 80), diesel fuel and ethanol are simultaneously being used as a reducing agent (MK Kim, PS Kim, JH Baik, I.-S. Nam, BK Cho and SH Oh, Appl. (2011) 1). However, it still shows low activity at 250 ° C or below. Therefore, it is necessary to develop a reducing agent or a catalyst system exhibiting high nitrogen oxide removal efficiency even at a low temperature in order to be applied to practical commercial systems.
본 발명의 일 구현예는 아민 화합물을 환원제로 사용하여 우수한 질소산화물 제거효율을 나타내는 질소산화물의 저감 방법을 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a method for reducing nitrogen oxides which exhibits excellent nitrogen oxide removal efficiency using an amine compound as a reducing agent.
본 발명의 일 구현예는 아민 화합물을 포함하는 환원제와 질소산화물을 포함하는 배기가스를, 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 촉매를 포함하는 촉매 시스템에 주입하는 공정을 포함하는 질소산화물의 저감 방법을 제공한다. One embodiment of the present invention is directed to a process for the production of nitrogen oxides comprising the step of injecting an exhaust gas comprising a reducing agent comprising an amine compound and a nitrogen oxide into a catalyst system comprising a silver supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) Provide mitigation methods.
상기 아민 화합물은 모노에탄올아민, 에틸아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The amine compound may be selected from the group consisting of monoethanolamine, ethylamine, and combinations thereof.
상기 환원제와 질소산화물의 혼합비(환원제/질소산화물)는 150 내지 500℃의 온도 범위에서 0.5 내지 2일 수 있다.The mixing ratio (reducing agent / nitrogen oxide) of the reducing agent and the nitrogen oxide may be 0.5 to 2 in the temperature range of 150 to 500 ° C.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 제1 촉매층과 제2 촉매층을 포함하는 다층 구조이고, 상기 제1 촉매층은 상기 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 제1 촉매를 포함하고, 상기 제2 촉매층은 Fe-ZSM5, Cu-ZSM5, MnFe/ZSM5, Cu-SSZ13 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제2 촉매를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the catalyst is a multi-layer structure including a first catalyst layer and a second catalyst layer, the first catalyst layer includes the silver-supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) first catalyst, The second catalyst layer may include a second catalyst selected from the group consisting of Fe-ZSM5, Cu-ZSM5, MnFe / ZSM5, Cu-SSZ13, and combinations thereof.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 제1 촉매층, 제2 촉매층과 함께, 제3 촉매층을 더욱 포함할 수 있고, 이때, 제2 촉매층은 상기 제1 촉매층과 제3 촉매층 사이에 위치하는 다층 구조일 수 있다. 상기 제1 촉매층은 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 제1 촉매를 포함하고, 상기 제2 촉매층은 Fe-ZSM5 제2 촉매를 포함하고, 상기 제3 촉매층은 MnFe/ZSM5 제3 촉매를 포함할 수 있다.Further, in another embodiment of the present invention, the catalyst may further include a third catalyst layer together with a first catalyst layer and a second catalyst layer, wherein a second catalyst layer is formed between the first catalyst layer and the third catalyst layer Layer structure. Wherein the first catalyst layer comprises a silver-supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) first catalyst, the second catalyst layer comprises a Fe-
상기 촉매가 제1 촉매층, 제2 촉매층 및 제3 촉매층을 포함하는 경우, 제1 촉매, 제2 촉매 및 제3 촉매의 부피비는 0.75:0.25:1 내지 1:0.25:1일 수 있다. 또한, 상기 환원제는 상기 제1 촉매층, 상기 제2 촉매층 및 상기 제3 촉매층을 차례로 통과하도록 주입될 수 있다.When the catalyst includes the first catalyst layer, the second catalyst layer and the third catalyst layer, the volume ratio of the first catalyst, the second catalyst and the third catalyst may be 0.75: 0.25: 1 to 1: 0.25: 1. Further, the reducing agent may be injected in order to pass the first catalyst layer, the second catalyst layer and the third catalyst layer in order.
상기 Cu-ZSM5, Cu-SSZ13 또는 Fe-ZSM5의 제2 촉매에서 Cu 또는 Fe의 함량은 상기 제2 촉매 전체 중량에 대하여 2 내지 4 중량%이고, 상기 MnFe/ZSM5 제2 촉매에서, Mn의 함량은 이 제2 촉매 전체 중량에 대하여 10 내지 40 중량%이고, Fe의 함량은 상기 제2 촉매 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다.The content of Cu or Fe in the second catalyst of Cu-ZSM5, Cu-SSZ13 or Fe-ZSM5 is 2 to 4% by weight based on the total weight of the second catalyst. In the MnFe / ZSM5 second catalyst, Is 10 to 40% by weight based on the total weight of the second catalyst, and the Fe content may be 5 to 20% by weight based on the total weight of the second catalyst.
상기 환원제는 에탄올을 더욱 포함할 수 있으며, 이때, 에탄올의 함량은 환원제 전체%(즉, 아민 화합물과 에탄올 전체) 100 부피에 대하여 13 내지 26 부피% 일 수 있다. The reducing agent may further include ethanol, wherein the content of ethanol may be 13 to 26% by volume based on 100% by volume of the total reducing agent (i.e., the amine compound and ethanol).
상기 배기 가스는 2.5 내지 10 부피%의 물을 포함할 수 있다.The exhaust gas may comprise 2.5 to 10% by volume of water.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.
본 발명의 일 구현예에 따른 질소산화물의 저감 방법은, 저온에서 질소산화물을 효과적으로 질소로 환원시킬 수 있는, 즉 저온 활성이 증가하며, 질소산화물 저감 효율이 매우 우수하다.The method for reducing nitrogen oxides according to one embodiment of the present invention is capable of effectively reducing nitrogen oxides to nitrogen at low temperatures, that is, increasing the low temperature activity and excelling in the reduction efficiency of nitrogen oxides.
도 1a는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3의 공정에 따른 질소산화물 전환율을 측정하여 나타낸 그래프.
도 1b는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3의 공정에 따른 질소(N2)로의 전환율을 측정하여 나타낸 그래프.
도 1c는 실시예 1 내지 2 및 비교예 2의 공정에 따른 암모니아(NH3) 생성율을 측정하여 나타낸 그래프.
도 2는 실시예 1, 3 및 4의 공정을 실시하여 얻어진 질소(N2)로의 전환율 측정 그래프.
도 3은 실시예 1, 5 및 6의 공정을 실시하여 얻어진 질소(N2)로의 전환율 측정 그래프.
도 4는 실시예 1, 7 및 8의 공정을 실시하여 얻어진 질소(N2)로의 전환율 측정 그래프.
도 5는 실시예 1, 9 및 10과, 비교예 4의 공정에 따른 질소(N2)로의 전환율측정 그래프.
도 6은 실시예 11 내지 14의 공정을 실시하여 얻어진 질소(N2)로의 전환율 측정 그래프.
도 7은 실시예 15 내지 16 및 참고예 1의 공정을 실시하여 얻어진 질소(N2)로의 전환율 측정 그래프.FIG. 1A is a graph showing the nitrogen oxide conversion rate measured according to the processes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3. FIG.
1B is a graph showing a conversion rate to nitrogen (N 2 ) measured by the processes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 1C is a graph showing ammonia (NH 3 ) production rates measured by the processes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2. FIG.
2 is a graph showing the conversion of nitrogen (N 2 ) obtained by carrying out the processes of Examples 1, 3 and 4. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the conversion of nitrogen (N 2 ) obtained by carrying out the processes of Examples 1, 5 and 6. FIG.
4 is a graph showing the conversion of nitrogen (N 2 ) obtained by performing the processes of Examples 1, 7, and 8 to the measurement of conversion.
5 is a graph showing the conversion rate measurement of nitrogen (N 2 ) according to the steps of Examples 1, 9, and 10 and Comparative Example 4.
FIG. 6 is a graph showing the conversion of nitrogen (N 2 ) measured by the processes of Examples 11 to 14. FIG.
7 is a graph showing the conversion of nitrogen (N 2 ) obtained by performing the processes of Examples 15 to 16 and Reference Example 1. Fig.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.
본 발명의 일 구현예는 아민 화합물을 포함하는 환원제와 질소산화물을 포함하는 배기가스를, 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 촉매를 포함하는 촉매 시스템에 주입하는 공정을 포함하는 질소산화물의 저감 방법을 제공한다. One embodiment of the present invention is directed to a process for the production of nitrogen oxides comprising the step of injecting an exhaust gas comprising a reducing agent comprising an amine compound and a nitrogen oxide into a catalyst system comprising a silver supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) Provide mitigation methods.
상기 아민 화합물은 모노에탄올아민, 에틸아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 모노에탄올아민이 가장 바람직하다. 은 담지 알루미나 촉매계 시스템에서, 아민 화합물을 환원제로 사용하는 경우, 종래 요소 또는 에탄올 등의 환원제에 비하여 우수한 환원 활성을 나타낸다. 아민 화합물은 탄화수소와 질소 성분을 모두 갖고 있는 물질로 질소산화물을 환원시키는 중간체를 쉽게 생성할 수 있는 장점을 갖고 있다. The amine compound may be selected from the group consisting of monoethanolamine, ethylamine, and combinations thereof, and monoethanolamine is most preferable. In the supported alumina catalyst system system, when the amine compound is used as a reducing agent, it exhibits excellent reducing activity compared with the conventional reducing agent such as urea or ethanol. The amine compound has both hydrocarbon and nitrogen components and has the advantage of easily producing an intermediate that reduces nitrogen oxides.
아민 화합물 중, 모노에탄올아민이 가장 바람직한 이유는 질소 선택도(N2 selectivity)가 우수하며, 이는 모노에탄올아민에서 이소시아네이트(isocyanate, -NCO)와 옥심(oxime, -C(H)=NOH)과 같은 반응성이 우수한 중간체의 생성이 용이하기 때문이다. 또한 모노에탄올아민은 촉매상에서 분해되어 수소를 생성하는데, 여기서 생성된 수소는 은 담지 알루미나 촉매상에서 SCR 반응을 빠르게 하는 역할을 할 수 있다. Among the amine compounds, monoethanolamine is most preferred because of its excellent N 2 selectivity, which is derived from isocyanate (-NCO) and oxime (-C (H) = NOH) in monoethanolamine This is because it is easy to produce an intermediate having excellent reactivity. In addition, the monoethanolamine is decomposed on the catalyst to produce hydrogen, where the hydrogen generated can serve to accelerate the SCR reaction on the silver supported alumina catalyst.
상기 환원제는 에탄올을 더욱 포함할 수 있다. 이때, 에탄올의 함량을 환원제 전체(아민 화합물과 에탄올의 전체) 부피에 대하여 13 내지 26 부피%일 수 있다. The reducing agent may further include ethanol. At this time, the content of ethanol may be 13 to 26% by volume based on the total volume of the reducing agent (the total amount of the amine compound and ethanol).
상기 은 담지 알루미늄 촉매계 시스템은 환원제와 질소산화물의 혼합비에 따라 촉매의 질소산화물 제거율이 달라지며, 상기 환원제와 질소산화물의 혼합비(환원제/질소산화물)는 150 내지 500℃의 온도 범위에서 0.5 내지 2인 것이 적절하다(이 혼합비는 환원제/질소산화물의 농도에 따른 비율이므로, 단위 없음. 예를 들어, 모노에탄올 아민 400ppm, 질소산화물 400ppm이면, 환원제/질소산화물의 혼합비는 1임). In the silver-supported aluminum catalyst system, the nitrogen oxide removal rate of the catalyst varies depending on the mixing ratio of the reducing agent and the nitrogen oxide, and the mixing ratio (reducing agent / nitrogen oxide) of the reducing agent and the nitrogen oxide is 0.5 to 2 (This mixing ratio is a ratio according to the concentration of the reducing agent / nitrogen oxide, so no unit, for example, 400 ppm of monoethanolamine and 400 ppm of nitrogen oxide), the mixing ratio of reducing agent / nitrogen oxide is 1).
보다 구체적으로는 150 내지 350℃의 온도 범위에서는 환원제/질소산화물의 혼합비가 1, 350℃초과, 500℃ 이하의 온도 범위에서는 환원제/질소산화물의 혼합비가 2인 경우 질소산화물 제거율이 높아 바람직하다. 온도에 따른 질소산화물 제거율이 높은 순서를 나타내면, 150 내지 350℃의 온도 범위에서는 환원제/질소산화물의 혼합비가 1, 0.5, 2 순서대로 낮아지고, 350℃ 초과, 500℃ 이하의 온도 범위에서는 환원제/질소산화물의 혼합비가2, 1, 0.5 순서대로 낮아진다.More specifically, in the temperature range of 150 to 350 占 폚, the mixing ratio of reducing agent / nitrogen oxide is 1, and when the mixing ratio of reducing agent / nitrogen oxide is 2 in the temperature range of more than 350 占 폚 and 500 占 폚 or less, the nitrogen oxide removal rate is high. The mixing ratio of reducing agent / nitrogen oxide is lowered in the order of 1, 0.5, and 2 in the temperature range of 150 to 350 ° C, and in the temperature range of more than 350 ° C and 500 ° C or less, the reducing agent / The mixing ratio of nitrogen oxides is lowered in order of 2, 1, and 0.5.
결과적으로 환원제/질소산화물의 혼합비가 2인 경우 저온(200-350℃)에서 미 반응 환원제가 활성점을 비활성화하여 활성이 감소한다.As a result, when the mixing ratio of the reducing agent / nitrogen oxide is 2, the unreacted reducing agent deactivates the active point at a low temperature (200-350 ° C) and the activity decreases.
본 발명의 일 구현예에서, 반응가스 중의 물의 농도에 따라 질소산화물 제거율이 달라지며, 배기 가스에 물이 포함된 경우 질소산화물 제거 효율이 보다 우수해진다. 따라서, 질소산화물 제거율을 높이기 위해서는 물 농도의 최적화가 필요하며, 배기 가스에 포함되는 적절한 물의 함량은 2.5 내지 10 부피%일 수 있다. 보다 적절한 물의 함량은 2.5 내지 5 부피%일 수 있으며, 이 경우 350℃ 이하에서 높은 질소산화물 제거효율을 보이므로, 보다 적절하다.In one embodiment of the present invention, the nitrogen oxide removal rate varies depending on the concentration of water in the reaction gas, and when water is included in the exhaust gas, the nitrogen oxide removal efficiency becomes better. Therefore, in order to increase the nitrogen oxide removal rate, it is necessary to optimize the water concentration, and the appropriate water content in the exhaust gas may be 2.5 to 10% by volume. A more suitable water content may be from 2.5 to 5% by volume, and in this case it is more suitable since it exhibits high nitrogen oxide removal efficiency at 350 캜 or lower.
상기 은 담지 알루미나 촉매에서, 은의 함량은 은 담지 알루미나 촉매 전체 중량에 대하여 2 내지 6 중량%가 적절하고, 알루미나는 94 내지 98 중량%일 수 있다. 상기 은 담지 알루미나 촉매의 경우, Ag 함량에 따라 반응온도에 따른 질소산화물 제거율이 다르며, Ag 함량이 낮을수록 고온에서 질소산화물 제거율이 높고, Ag 함량이 높을수록 저온에서 질소산화물 제거율이 높으므로, 촉매의 적용 온도에 따라 2 내지 6 중량% 범위 내에서, Ag 함량을 다르게 하여 조성할 수 있다. In the silver-supported alumina catalyst, the content of silver is suitably 2 to 6% by weight based on the total weight of the silver-supported alumina catalyst, and the alumina may be 94 to 98% by weight. In the case of the silver-supported alumina catalyst, the removal rate of nitrogen oxides according to the reaction temperature differs according to the content of Ag. When the Ag content is low, the removal rate of nitrogen oxide is high at a high temperature and the removal rate of nitrogen oxide is low at a low temperature when the Ag content is high. The Ag content may be varied within a range of 2 to 6% by weight depending on the application temperature of the composition.
또한, 상기 은 담지 알루미나 촉매에서 담체로 사용된 알루미나는 γ-알루미나가 적절하다. 담체로 γ-알루미나를 사용하는 경우, BET 표면적이 넓어 작은 은 입자가 알루미나 표면에 고르게 분포하는 장점이 있을 수 있다.In addition, the alumina used as the carrier in the silver-supported alumina catalyst is preferably? -Alumina. When γ-alumina is used as a carrier, the BET surface area may be broad and small silver particles may be distributed evenly on the alumina surface.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 제1 촉매층과 제2 촉매층을 포함하는 다층 구조로서, 상기 제1 촉매층은 상기 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 제1 촉매를 포함하고, 상기 제2 촉매층은 Fe-ZSM5, Cu-ZSM5, MnFe/ZSM5, Cu-SSZ13 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제2 촉매를 포함할 수 있다. 제1 촉매와 제2 촉매의 부피비는 1:1 내지 1:2 일 수 있다. 제1 촉매와 제2 촉매의 부피비가 이 범위에 포함되는 경우, 보다 우수한 활성을 나타낼 수 있다. 만약, 제1 촉매가 과량이 되면, 암모니아가 제거되지않아 N2 활성이 증가하지 않고, 제2 촉매 함량이 증가하면, 제1 촉매에서 모노에탄올아민이 산화되지 않아 제2 촉매가 피독되어 활성이 감소할 수 있다. 이와 같이 이중층 구조를 갖는 촉매를 사용하는 경우, 월등한 질소산화물 제거 활성을 얻을 수 있다. 상기 ZSM5는 알루미노 실리케이트 제올라이트의 일종으로서, NanAlnSi96-nO192·16H2O(0 < n < 27)로 알려진 물질이며, SSZ13은 알루미노 실리케이트 제올라이트의 일종으로서, RNaNabAl2.4Si33.6O72·wH2O(1.4 < a < 27, 0.7 < b <4.3, 1 < w < 7, RN: N,N,N-1-트리메틸아다만트암모늄, N,N,N-1-trimethyladamantammonium)으로 알려진 물질이다.In one embodiment of the present invention, the catalyst is a multi-layer structure including a first catalyst layer and a second catalyst layer, wherein the first catalyst layer includes the silver-supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) first catalyst, The second catalyst layer may include a second catalyst selected from the group consisting of Fe-ZSM5, Cu-ZSM5, MnFe / ZSM5, Cu-SSZ13, and combinations thereof. The volume ratio of the first catalyst to the second catalyst may be from 1: 1 to 1: 2. When the volume ratio of the first catalyst and the second catalyst is within this range, it is possible to exhibit more excellent activity. If the first catalyst is excessive, the ammonia is not removed and the N2 activity is not increased. If the second catalyst content is increased, the monoethanolamine is not oxidized in the first catalyst and the second catalyst is poisoned, can do. When such a catalyst having a bilayer structure is used, superior nitrogen oxide removal activity can be obtained. The ZSM5 is aluminosilicate as one type of zeolite, a material known as Na n Al n Si 96-n O 192 · 16H 2 O (0 <n <27), SSZ13 are a type of aluminosilicate zeolite, RN a Na b Al 2.4 Si 33.6 O 72 · wH 2 O (1.4 <a <27, 0.7 <b <4.3, 1 <w <7, RN: N, N, N-1- trimethyl adamantyl ammonium agent, N, N, N-1-trimethyladamantammonium).
또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 제1 촉매층, 제2 촉매층과 함께, 제3 촉매층을 더욱 포함할 수 있고, 이때, 제2 촉매층은 상기 제1 촉매층과 제3 촉매층 사이에 위치하는 다층 구조일 수 있다. 상기 제1 촉매층은 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 제1 촉매를 포함하고, 상기 제2 촉매층은 Fe-ZSM5 제2 촉매를 포함하고, 상기 제3 촉매층은 MnFe/ZSM5 제3 촉매를 포함할 수 있다. 이러한 삼중층 구조를 갖는 촉매를 사용하는 경우, 제2 촉매층은 고온 활성이 우수하고, 제3 촉매층은 저온 활성이 우수하므로, 저온에서부터 고온까지 질소산화물 제거 효과를 모두 증가시킬 수 있다.Further, in another embodiment of the present invention, the catalyst may further include a third catalyst layer together with a first catalyst layer and a second catalyst layer, wherein a second catalyst layer is formed between the first catalyst layer and the third catalyst layer Layer structure. Wherein the first catalyst layer comprises a silver-supported alumina (Ag / Al2O3) first catalyst, the second catalyst layer comprises a Fe-ZSM5 second catalyst, and the third catalyst layer comprises a MnFe / ZSM5 third catalyst have. When the catalyst having such a triple layer structure is used, the second catalyst layer is excellent in high temperature activity and the third catalyst layer is excellent in low temperature activity, so that the nitrogen oxide removal effect can be increased from low temperature to high temperature.
즉, 본 발명의 일 구현예에서, 상기 촉매는 이중층 구조를 가질 수도 있고, 삼중층 구조를 가질 수도 있다. 촉매가 이중층 구조를 갖거나 삼중층 구조를 갖거나 상관없이, 전단, 즉 환원제와 배기가스 혼합물이 가장 먼저 접촉하는 촉매층은 은 담지 알루미나 제1 촉매인 것이, 암모니아를 제거하여 질소산화물을 질소로 환원시키는 deNOx 효율을 극대화시킬 수 있어 바람직하다. 즉, 촉매가 삼중층 구조를 갖는다면, 상기 환원제와 배기 가스의 혼합물은 상기 제1 촉매층, 상기 제2 촉매층 및 상기 제3 촉매층을 차례로 통과하도록 주입될 수 있다.That is, in one embodiment of the present invention, the catalyst may have a double layer structure or a triple layer structure. Regardless of whether the catalyst has a double layer structure or a triple layer structure, the catalyst layer in which the shear, that is, the reducing agent and the exhaust gas mixture are first contacted is the silver-supported alumina first catalyst. The ammonia is removed to reduce nitrogen oxides to nitrogen Thereby maximizing the deNOx efficiency. That is, if the catalyst has a triple layer structure, a mixture of the reducing agent and the exhaust gas may be injected in order to pass through the first catalyst layer, the second catalyst layer and the third catalyst layer.
상기 촉매가 제1 촉매층, 제2 촉매층 및 제3 촉매층을 포함하는 경우, 제1 촉매, 제2 촉매 및 제3 촉매의 부피비는 0.75:0.25:1 내지 1:0.25:1일 수 있다. 제1 촉매, 제2 촉매 및 제3 촉매의 부피비가 상기 범위에 포함되는 경우, 300℃ 이하 온도에서 보다 우수한 활성을 나타낼 수 있다.When the catalyst includes the first catalyst layer, the second catalyst layer and the third catalyst layer, the volume ratio of the first catalyst, the second catalyst and the third catalyst may be 0.75: 0.25: 1 to 1: 0.25: 1. When the volume ratio of the first catalyst, the second catalyst, and the third catalyst is within the above range, the catalyst may exhibit better activity at temperatures below 300 ° C.
상기 Cu-ZSM5, Cu-SSZ13 또는 Fe-ZSM5의 제2 촉매에서 Cu 또는 Fe의 함량은 상기 제2 촉매 전체 중량(즉, Cu-ZSM5, Cu-SSZ13 또는 Fe-ZSM5의 전체 중량)에 대하여 2 내지 4 중량%이고, 상기 MnFe/ZSM5 제2 촉매에서, Mn의 함량은 이 제2 촉매 전체 중량에 대하여 10 내지 40 중량%이고, Fe의 함량은 상기 제2 촉매 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다. Cu, Fe, Mn 등의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우 암모니아 제거율이 보다 향상될 수 있다. 또한 사용되는 촉매에 따라 질소산화물 제거율이 달라질 수 있다.The content of Cu or Fe in the second catalyst of the Cu-ZSM5, Cu-SSZ13 or Fe-ZSM5 is preferably 2 (preferably 2) or more based on the total weight of the second catalyst (i.e., the total weight of Cu-ZSM5, Cu- By weight based on the total weight of the second catalyst, and the content of Mn in the MnFe / ZSM5 second catalyst is 10 to 40% by weight based on the total weight of the second catalyst, and the Fe content is 5 to 20% %. ≪ / RTI > When the content of Cu, Fe, Mn or the like is included in the above range, the ammonia removal rate can be further improved. Also, the nitrogen oxide removal rate may vary depending on the catalyst used.
상기 촉매가 삼중층 구조를 갖는 경우, 가장 우수한 질소산화물 제거 효과, 특히 동일한 촉매 부피에서도 가장 우수한 질소산화물 제거 효과를 가지므로, 촉매의 총 부피를 이중층 구조의 총 부피와 동일하게 사용할 수 있어, 부피의 과도한 증가 없이 우수한 질소산화물 제거 효과를 얻을 수 있다. When the catalyst has a triple layer structure, since the most excellent nitrogen oxide removal effect, especially the same catalyst volume, is obtained, the total volume of the catalyst can be equal to the total volume of the bilayer structure, An excellent nitrogen oxide removal effect can be obtained without an excessive increase of nitrogen oxide.
이하 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니 된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and thus the present invention should not be limited thereto.
(제조예 1 내지 7)(Production Examples 1 to 7)
γ-Al2O3(BET=207m2/g)에 AgNO3 용액을 함침하여 γ-Al2O3에 담지된 Ag 함량이 각각 2, 4, 6 중량%가 되도록 제조하고, 이들을 110℃ 오븐에서 12 시간 동안 건조 후, 550℃에서 5시간 동안 소성하여, Ag/Al2O3 촉매를 제조하였다(제조예 1, 2, 3).
Fe-ZSM5, Cu-ZSM5, Cu-SSZ13 촉매는 ZSM5(BET = 360m2/g) 또는 SSZ13(BET = 480m2/g)을 0.01M 농도의 Fe(NO3)3·9H2O 또는 Cu(CH3COO)2·H2O 용액에 이온 교환하여 Fe 또는 Cu 함량이 약 3 중량%가 되도록 제조하고, 이들을 10℃ 오븐에서 12 시간 동안 건조 후, 550℃에서 5시간 동안 소성하여, 제조하였다(제조예 4, 5, 6). (BET = 360 m 2 / g) or SSZ 13 (BET = 480 m 2 / g) was added to a 0.01M concentration of Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O or Cu (ZrO 2 ) CH 3 COO) 2 .H 2 O solution to make Fe or Cu content of about 3 wt%, and they were dried in an oven at 10 ° C for 12 hours and then calcined at 550 ° C for 5 hours (Production Examples 4, 5 and 6).
MnFe/ZSM5 촉매는 ZSM5에 Mn(NO3)2·6H2O와 Fe(NO3)3·9H2O 용액을 동시에 함침하여 Mn과 Fe 함량이 각각 30, 10 중량%가 되도록 제조하고, 이를 21% 농도의 산소를 흘리면서 500℃에서 5시간 동안 소성하여 제조하였다(제조예 7).The MnFe / ZSM5 catalyst was prepared by impregnating ZSM5 with Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O and Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O solutions at the same time so that Mn and Fe contents were 30 and 10 wt% And then fired at 500 ° C for 5 hours while flowing oxygen at a concentration of 21% (Production Example 7).
(실시예 1)(Example 1)
상기 제조예 2에서 제조된 촉매(Ag/Al2O3, Ag 함량 4 중량%)를 촉매 반응 장치에 넣고, 질소산화물 제거율을 측정하기 전에, 2.5 부피% H2O, 6 부피% O2 및 잔류량 He의 혼합 가스 하, 550℃의 온도에서 2시간 동안 전 처리를 실시하였다.Into the
전 처리 후, 400ppm NO, 2.5 부피% H2O, 6 부피% O2 및 잔류량 He를 주입하고, 환원제로 400ppm NH2(CH2)2OH를 주입하였다. 이때, 공간속도는 60,000h-1로 하였고, 150℃, 175℃, 200℃, 250℃, 300℃, 350℃, 400, 450, 500℃의 반응 온도에서 각각 2시간 동안 정상 상태를 유지한 후, 각 반응 온도에서의 활성을 측정하였다. 또한, 모노에탄올아민/질소산화물의 혼합비(MEA/NOx)는 1로 하였다.After the pretreatment, 400 ppm NO, 2.5 vol% H 2 O, 6 vol% O 2 and residual He were injected and 400 ppm NH 2 (CH 2 ) 2 OH was injected as a reducing agent. At this time, the space velocity was 60,000 h -1 and the reaction was maintained at 150 ° C., 175 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C., 400, , And the activity at each reaction temperature was measured. Further, the mixing ratio (MEA / NO x ) of the monoethanolamine / nitrogen oxide was 1.
(실시예 2)(Example 2)
환원제로 400ppm의 NH2CH2CH3를 주입하고, 반응 온도를 180℃, 200℃, 220℃, 240℃, 275℃, 300℃, 350℃, 425℃, 500℃로 변경하여, 이 반응 온도에서 각각 2시간 동안 정상 상태를 유지하여, 반응시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.400 ppm NH 3 CH 2 CH 3 was injected as a reducing agent and the reaction temperature was changed to 180 ° C, 200 ° C, 220 ° C, 240 ° C, 275 ° C, 300 ° C, 350 ° C, 425 ° C and 500 ° C, The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the reaction was continued for 2 hours in the steady state.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
환원제로 400ppm의 C2H5OH와 400ppm의 NH3의 혼합물을 주입하고, 반응 온도를 150℃, 200℃, 225℃, 250℃, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃로 변경하여, 이 반응 온도에서 각각 2시간 동안 정상 상태를 유지하여, 반응시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다. 200 ppm, 225 ppm, 250 ppm, 300 ppm, 350 ppm, 400 ppm, 450 ppm, 500 ppm, and 400 ppm of a mixture of C 2 H 5 OH and 400 ppm NH 3 as a reducing agent. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the reaction was continued at the reaction temperature for 2 hours while maintaining a steady state.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
환원제로 400ppm의 C2H5OH를 주입하고, 반응 온도를 200℃, 250℃, 275℃, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃로 변경하여, 이 반응 온도에서 각각 2시간 동안 정상 상태를 유지하여, 반응시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.400 ppm of C 2 H 5 OH was added as a reducing agent and the reaction temperature was changed to 200 ° C, 250 ° C, 275 ° C, 300 ° C, 350 ° C, 400 ° C, 450 ° C and 500 ° C, The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction was carried out while maintaining a steady state during the reaction.
(비교예 3)(Comparative Example 3)
환원제로 400ppm의 NH3를 주입하고, 반응 온도를 159℃, 200℃, 250℃, 275℃, 300℃, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃로 변경하여, 이 반응 온도에서 각각 2시간 동안 정상 상태를 유지하여, 반응시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.By injecting 400ppm of NH 3 as the reducing agent, and changing the reaction temperature to 159 ℃, 200 ℃, 250 ℃ , 275 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, respectively, for 2 hours at the reaction temperature The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction was carried out while maintaining a steady state during the reaction.
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에 따른, 촉매 반응이 완료된 후, 생성되는 NH3, NO, NO2, N2O, CO, CO2 등의 부가 생성물의 농도를 FT-IR(FT-IR; Nicolet 6700)을 사용하여 측정하였다. 이 결과로부터 주입된 질소산화물 농도에 대한 제거된 질소산화물의 비율, 즉 deNOx 활성, 즉 NOx 전환율(NOx conversion%)을 계산하여, 그 결과를 도 1a에 나타내었다.The concentration of adducts such as NH 3 , NO, NO 2 , N 2 O, CO and CO 2 produced after completion of the catalytic reaction according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 was measured by FT-IR FT-IR; Nicolet 6700). From this result, the ratio of the removed nitrogen oxide to the injected nitrogen oxide concentration, that is, the deNOx activity, that is, the NOx conversion% (NOx conversion%) was calculated and the results are shown in FIG.
도 1a에 나타낸 것과 같이, 환원제로 모노에탄올아민 또는 에틸아민을 사용한 실시예 1 및 2의 경우, 질소산화물 전환율(NOx conversion)이 가장 우수한 결과가 얻어졌다. 암모니아를 환원제로 사용한 비교예 3의 경우 질소산화물 전환율이 가장 낮은 결과가 얻어졌으며, HC/SCR 반응에서 환원제로 주로 사용되는 에탄올 또는 암모니아보다 질소산화물 전환율이 우수함을 알 수 있다. 암모니아가 환원제로 주입된 경우 400℃ 이상의 온도에서 음의 질소산화물 전환율을 보이는데 이는 암모니아가 산화되어 질소산화물이 생성되었음을 의미한다.As shown in Fig. 1A, in Examples 1 and 2 using monoethanolamine or ethylamine as the reducing agent, the best nitrogen oxide conversion (NOx conversion) was obtained. In the case of Comparative Example 3 using ammonia as a reducing agent, the nitrogen oxide conversion rate was the lowest, and it was found that the conversion of nitrogen oxide was superior to that of ethanol or ammonia, which is mainly used as a reducing agent in the HC / SCR reaction. When ammonia is injected as a reducing agent, it shows a negative conversion of nitrogen oxides at a temperature of 400 ° C or higher, which means that ammonia is oxidized to generate nitrogen oxides.
아울러, 상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에 따른, 촉매 반응이 완료된 후, 생성되는 질소(N2)를 정량적으로 분석하고자 팩킹된 컬럼(packed column)(분자체 5A)이 설치된 가스크로마토그래피(GC; HP 6890)를 사용하여, 생성되는 질소량을 측정하였다. 이 결과로부터 주입된 질소를 포함한 반응물 농도에 대하여 생성된 질소 농도의 비율을 계산하여, 질소를 포함한 반응물의 질소로의 전환율(%) 결과를 도 1b에 나타내었다.After the completion of the catalytic reaction according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the gas (N 2 ) produced by packing a packed column (molecular sieve 5 A) to analyze quantitatively nitrogen The amount of nitrogen produced was measured using chromatography (GC; HP 6890). From this result, the ratio of the nitrogen concentration generated to the reactant concentration including the injected nitrogen was calculated, and the conversion rate (%) of the reactant containing nitrogen to the nitrogen was shown in FIG.
도 1b에 나타낸 결과 또한, 실시예 1 및 2에 따른 질소산화물의 질소로의 전환율이 가장 우수하게 얻어졌다.The results shown in Fig. 1B also showed that the conversion of nitrogen oxides to nitrogen according to Examples 1 and 2 was the best.
또한, 상기 실시예 1, 2 및 비교예 2에 따른 촉매 반응 후, 생성되는 암모니아((NH3) 함량을 FT-IR(FT-IR; Nicolet 6700)을 사용하여 측정하였다. 이 결과로부터, 주입된 질소를 포함한 반응물의 농도 대하여 생성된 암모니아 비율을 계산하여, 질소를 포함한 반응물의 암모니아의 전환율(%) 결과를 도 1c에 나타내었다. 도 1c에 나타낸 것과 같이, 에틸아민을 환원제로 사용한 실시예 2의 경우 모노에탄올을 사용한 실시예 1의 경우보다 암모니아가 많이 생성되므로, 질소로의 전환율이 낮음을 알 수 있다. The ammonia (NH3) content was measured using FT-IR (FT-IR; Nicolet 6700) after the catalytic reaction according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 2. From the results, The conversion of ammonia in the reaction product containing nitrogen (%) results are shown in Fig. 1c, by calculating the ratio of ammonia produced to the concentration of reactant containing nitrogen. As shown in Fig. 1c, in Example 2 It is found that the conversion to nitrogen is low because ammonia is generated more than in the case of Example 1 using monoethanol.
(실시예 3)(Example 3)
상기 제조예 1에서 제조된 촉매(Ag/Al2O3, Ag 함량 2 중량%)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.Catalytic reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the catalyst (Ag / Al 2 O 3 , Ag content: 2% by weight) prepared in Preparation Example 1 was used.
(실시예 4)(Example 4)
상기 제조예 3에서 제조된 촉매(Ag/Al2O3, Ag 함량 6 중량%)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.Catalytic reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the catalyst (Ag / Al 2 O 3 , Ag content: 6 wt%) prepared in Preparation Example 3 was used.
상기 실시예 3 및 4에 따른, 촉매 반응이 완료된 후, 생성되는 질소(N2)량을 팩킹된 컬럼(분자체 5A)이 설치된 가스크로마토그래피(GC; HP 6890)를 사용하여 측정하였다. 이 결과로부터 주입된 질소를 포함한 반응물의 질소로의 전환율을 계산하여 결과를 도 2에 나타내었다. 또한, 비교를 위하여 실시예 1의 결과도 도 2에 함께 나타내었다. 도 2에 나타낸 것과 같이, Ag 함량이 2에서 6 중량%로 증가할수록 300℃ 이상 고온 활성이 감소한 반면, 300℃ 미만의 저온 활성은 증가한 결과가 얻어졌다. 또한, Ag 함량이 4 중량%인 실시예 1의 경우 저온 및 고온에서의 활성이 모두 우수한 결과가 얻어졌다.After the catalytic reaction was completed according to Examples 3 and 4, the amount of nitrogen (N 2 ) produced was measured using a gas chromatograph (GC: HP 6890) equipped with a packed column (molecular sieve 5A). From these results, the conversion of the injected nitrogen-containing reactant to nitrogen was calculated and the results are shown in FIG. For comparison, the results of Example 1 are also shown in Fig. As shown in FIG. 2, as the Ag content was increased from 2 to 6 wt%, the activity at high temperature of 300 ° C or higher was decreased, while the activity at low temperature of less than 300 ° C was increased. In addition, in Example 1 in which the Ag content was 4 wt%, excellent results were obtained at both low temperature and high temperature.
(실시예 5)(Example 5)
모노에탄올아민/질소산화물의 혼합비(MEA/NOx)를 0.5로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.The catalytic reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of monoethanolamine / nitrogen oxide (MEA / NOx) was changed to 0.5.
(실시예 6)(Example 6)
모노에탄올아민/질소산화물의 혼합비(MEA/NOx)를 2로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.The catalytic reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio (MEA / NOx) of monoethanolamine / nitrogen oxide was changed to 2.
상기 실시예 5 및 6에 따른, 촉매 반응이 완료된 후, 생성되는 질소(N2)량을 팩킹된 컬럼(분자체 5A)이 설치된 가스크로마토그래피(GC; HP 6890)를 사용하여 측정하였다. 이 결과로부터 주입된 질소를 포함한 반응물의 질소로의 전환율을 계산하여 결과를 도 3에 나타내었다. 또한, 비교를 위하여 실시예 1의 결과도 도 3에 함께 나타내었다. After the completion of the catalytic reaction according to Examples 5 and 6, the amount of nitrogen (N 2 ) produced was measured using a gas chromatograph (GC: HP 6890) equipped with a packed column (molecular sieve 5A). From these results, the conversion of the injected nitrogen-containing reactant to nitrogen was calculated and the results are shown in FIG. For comparison, the results of Example 1 are also shown in Fig.
도 3에 나타낸 것과 같이, MEA(모노에탄올아민)/NOx의 비를 0.5에서 1로 증가시키면 200 내지 500℃ 온도 범위에서 전반적으로 활성이 증가되었다. MEA/NOx의 비를 1에서 2로 증가하면 400℃ 이상 온도에서는 질소 전환율이 증가하였음을 알 수 있다.As shown in Fig. 3, when the ratio of MEA (monoethanolamine) / NOx was increased from 0.5 to 1, overall activity was increased in the temperature range of 200 to 500 占 폚. As the ratio of MEA / NOx increases from 1 to 2, it can be seen that the nitrogen conversion rate is increased at a temperature higher than 400 ° C.
(실시예 7)(Example 7)
400ppm NO, 2.5 부피% H2O, 6 부피% O2 및 잔류량 He 대신에, 400ppm NO, 0 부피% H2O, 6 부피% O2 및 잔류량 He를 주입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.Except that 400 ppm NO, 0 volume% H 2 O, 6
(실시예 8)(Example 8)
400ppm NO, 2.5 부피% H2O, 6 부피% O2 및 잔류량 He 대신에, 400ppm NO, 10 부피% H2O, 6 부피% O2 및 잔류량 He를 주입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.400ppm NO, 2.5 vol% H 2 O, 6% O 2 by volume, and the remaining amount He instead, 400ppm NO, 10 vol% H 2 O, 6% O 2 by volume, and Catalyst reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that residual He was injected.
상기 실시예 7 및 8에 따른, 촉매 반응이 완료된 후, 생성되는 질소(N2)량을 팩킹된 컬럼(분자체 5A)이 설치된 가스크로마토그래피(GC; HP 6890)를 사용하여 측정하였다. 이 결과로부터 주입된 질소를 포함한 반응물의 질소로의 전환율을 계산하여 결과를 도 4에 나타내었다. 또한, 비교를 위하여 실시예 1의 결과도 도 4에 함께 나타내었다. 도 4에 나타낸 것과 같이, 실험 조건에서 물이 없을 때 보다 물이 포함되었을 때 350℃ 이하에서 높은 활성을 나타내었다. 또한, 물의 농도가 2.5 부피% 일 때 가장 높은 활성을 보였으며 10 부피%로 증가하면 활성이 다소 감소하는 경향을 보였다.After the catalytic reaction was completed according to Examples 7 and 8, the amount of nitrogen (N 2 ) produced was measured using a gas chromatograph (GC: HP 6890) equipped with a packed column (molecular sieve 5A). From these results, the conversion of the injected nitrogen-containing reactant to nitrogen was calculated and the results are shown in FIG. For comparison, the results of Example 1 are also shown in FIG. As shown in FIG. 4, when water was included in the experimental conditions, water activity was higher than 350 ° C. when water was contained. In addition, when the concentration of water was 2.5 vol.%, The highest activity was shown. When the concentration of water was increased to 10 vol.%, The activity tended to decrease somewhat.
(실시예 9)(Example 9)
600ppm의 에탄올과 200ppm의 모노에탄올아민의 혼합 환원제를 주입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.Catalyst reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 600ppm of ethanol and 200ppm of monoethanolamine were mixed.
(실시예 10)(Example 10)
700ppm의 에탄올과 100ppm의 모노에탄올아민의 혼합 환원제를 주입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.Except that a mixed reducing agent of 700 ppm of ethanol and 100 ppm of monoethanolamine was injected into the reactor.
(비교예 4)(Comparative Example 4)
800ppm의 에탄올 환원제를 주입한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.Catalyst reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 800 ppm of an ethanol reducing agent was injected.
상기 실시예 9 내지 10 및 비교예 4에 따른, 촉매 반응이 완료된 후, 생성되는 질소(N2)량을 팩킹된 컬럼(분자체 5A)이 설치된 가스크로마토그래피(GC; HP 6890)를 사용하여 측정하였다. 이 결과로부터 주입된 질소를 포함한 반응물의 질소로의 전환율을 계산하여 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타낸 것과 같이, 250℃에서 800ppm의 에탄올을 환원제로 사용하였을 때 질소로의 전환율은 30%이지만, 400ppm의 모노에탄올아민을 사용한 경우 75%의 전환율을 나타내었다. 또한, 모노에탄올아민의 농도를 200ppm으로 줄이고 600ppm의 에탄올을 첨가한 경우에는, 77%의 전환율을 보였으며, 모노에탄올아민의 농도를 100ppm으로 줄이고 700ppm의 에탄올을 첨가한 경우 71%의 전환율을 나타내었다. 즉, 환원제로 사용된 모노에탄올아민의 양이 적어도 에탄올을 추가로 첨가하면 70% 이상의 질소로의 전환율을 달성할 수 있음을 알 수 있다. The amount of nitrogen (N 2 ) produced after completion of the catalytic reaction according to Examples 9 to 10 and Comparative Example 4 was measured using a GC (HP 6890) equipped with a packed column (molecular sieve 5A) Respectively. From these results, the conversion of the injected nitrogen-containing reactant to nitrogen was calculated and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, when 800 ppm of ethanol at 250 ° C was used as a reducing agent, the conversion to nitrogen was 30%, but when 400 ppm of monoethanolamine was used, the conversion was 75%. In addition, when the concentration of monoethanolamine was reduced to 200 ppm and 600 ppm of ethanol was added, the conversion was 77%, the concentration of monoethanolamine was reduced to 100 ppm, and when 700 ppm of ethanol was added, the conversion was 71% . That is, it can be seen that the addition of ethanol at least to the amount of monoethanolamine used as a reducing agent can achieve a conversion to nitrogen of 70% or more.
(실시예 11)(Example 11)
제조예 2에서 제조된 촉매(Ag/Al2O3, Ag 함량 4 중량%)의 제1 촉매층과, 제조예 4에서 제조된 촉매(Fe-ZSM5)의 제2 촉매층으로 구성된 촉매(제1 촉매층 : 제2 촉매층의 부피비 = 1: 1)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때 제1 촉매층을 전단 촉매로 사용하였으며, 전단 촉매와 후단 촉매의 부피를 동일하게 하였다. 이때, 반응기 공간 속도는 30,000h-1으로 하였다.A catalyst composed of the first catalyst layer of the catalyst (Ag / Al 2 O 3 , Ag content: 4 wt%) prepared in Production Example 2 and the second catalyst layer of the catalyst (Fe-ZSM5) prepared in Production Example 4 : The volume ratio of the second catalyst layer = 1: 1) was used. In this case, the first catalyst layer was used as the shear catalyst, and the volume of the shear catalyst and the rear stage catalyst was the same. At this time, the space velocity of the reactor was 30,000 h -1.
(실시예 12)(Example 12)
제조예 2에서 제조된 촉매(Ag/Al2O3, Ag 함량 4 중량%)의 제1 촉매층과, 제조예 5에서 제조된 촉매(Cu-ZSM5)의 제2 촉매층으로 구성된 촉매를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Except that the catalyst composed of the first catalyst layer of the catalyst (Ag / Al 2 O 3 , Ag content: 4% by weight) prepared in Production Example 2 and the second catalyst layer of the catalyst prepared in Production Example 5 (Cu-ZSM5) Was carried out in the same manner as in Example 1.
(실시예 13)(Example 13)
제조예 2에서 제조된 촉매(Ag/Al2O3, Ag 함량 4 중량%)의 제1 촉매층과, 제조예 7에서 제조된 촉매(MnFe/ZSM5)의 제2 촉매층으로 구성된 촉매를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Except that the catalyst composed of the first catalyst layer of the catalyst (Ag / Al 2 O 3 , Ag content: 4% by weight) prepared in Production Example 2 and the second catalyst layer of the catalyst prepared in Production Example 7 (MnFe / ZSM5) Was carried out in the same manner as in Example 1.
(실시예 14)(Example 14)
제조예 2에서 제조된 촉매(Ag/Al2O3, Ag 함량 4 중량%)의 제1 촉매층과, 제조예 6에서 제조된 촉매(Cu-SSZ13)의 제2 촉매층으로 구성된 촉매를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Except that the catalyst composed of the first catalyst layer of the catalyst (Ag / Al 2 O 3 , Ag content: 4% by weight) prepared in Preparation Example 2 and the second catalyst layer of the catalyst prepared in Preparation Example 6 (Cu-SSZ13) Was carried out in the same manner as in Example 1.
상기 실시예 11 내지 14에 따른, 촉매 반응이 완료된 후, 생성되는 질소(N2)량을 팩킹된 컬럼(분자체 5A)이 설치된 가스크로마토그래피(GC; HP 6890)를 사용하여 측정하였다. 이 결과로부터 주입된 질소를 포함한 반응물의 질소로의 전환율을 계산하여 결과를 도 6에 나타내었다. 실시예 11의 경우, 400℃ 이상에서 90% 이상의 질소로의 전환율을 나타내었고, 실시예 12의 경우는 300℃ 이상에서 90% 이상의 질소 전환율을 나타내었다. The amount of nitrogen (N2) produced after completion of the catalytic reaction according to Examples 11 to 14 was measured using a gas chromatograph (GC: HP 6890) equipped with a packed column (molecular sieve 5A). From these results, the conversion of the injected reactant containing nitrogen into nitrogen was calculated and the results are shown in FIG. In Example 11, the conversion to nitrogen was 90% or more at 400 ° C or higher, and in Example 12, the nitrogen conversion was 90% or more at 300 ° C or more.
아울러, 실시예 14의 경우에는 275℃ 이하에서 질소 전환율이 높게 나타났으며, 실시예 13의 경우에는 375℃ 이하 온도에서는 가장 우수한 활성을 나타냈다. 이 결과로부터, 촉매 구성을 조절하여 반응 온도에 따른 질소 전환율을 최적화할 수 있음을 알 수 있다.Further, in Example 14, the nitrogen conversion was high at 275 ° C or lower, and in Example 13, the highest activity was observed at temperatures lower than 375 ° C. From this result, it can be seen that the nitrogen conversion rate according to the reaction temperature can be optimized by adjusting the catalyst composition.
(실시예 15)(Example 15)
제조예 2에서 제조된 촉매(Ag/Al2O3, Ag 함량 4 중량%)의 제1 촉매층, 제조예 4에서 제조된 촉매(Fe-ZSM5)의 제2 촉매층 및 제조예 7에서 제조된 촉매(MnFe/ZSM5)의 제3 촉매층이 차례로 구성된 촉매를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 촉매 반응을 실시하였다. 이때, 전체 공간속도는 30,000h-1으로 하였다. 또한, 제1 촉매층, 제2 촉매층 및 제3 촉매층의 부피비는 0.75:0.25:1로 하였다.A first catalyst layer of the catalyst (Ag / Al 2 O 3 ,
(실시예 16)(Example 16)
제1 촉매층, 제2 촉매층 및 제3 촉매층의 부피비를 1:0.25:1로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 15와 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.The catalytic reaction was carried out in the same manner as in Example 15 except that the volume ratio of the first catalyst layer, the second catalyst layer and the third catalyst layer was changed to 1: 0.25: 1.
(참고예 1)(Reference Example 1)
제1 촉매층, 제2 촉매층 및 제3 촉매층의 부피비를 1:0.25:0.75로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 15와 동일하게 촉매 반응을 실시하였다.Catalytic reactions were carried out in the same manner as in Example 15 except that the volume ratio of the first catalyst layer, the second catalyst layer and the third catalyst layer was changed to 1: 0.25: 0.75.
상기 실시예 15 내지 16 및, 참고예 1에 따른, 촉매 반응이 완료된 후, 생성되는 질소(N2)량을 팩킹된 컬럼(분자체 5A)이 설치된 가스크로마토그래피(GC; HP 6890)를 사용하여 측정하였다. 이 결과로부터 주입된 질소를 포함한 반응물의 질소로의 전환율을 계산하여 결과를 도 7에 나타내었다.(GC) (HP 6890) equipped with a packed column (molecular sieve 5A) was used for the amount of nitrogen (N 2 ) produced after completion of the catalytic reaction according to Examples 15 to 16 and Reference Example 1 Respectively. From these results, the conversion of the injected reactant containing nitrogen into nitrogen was calculated and the results are shown in FIG.
촉매의 부피 비가 0.75:0.25:1 및 1:0.25:1인 실시예 15 및 16의 경우 모두 200℃ 이상의 온도에서 80% 이상의 우수한 질소 전환율을 나타냈다. 촉매의 부피 비가 1:0.25:0.75인 참고예 1의 경우 250℃ 이하의 온도에서는 질소로의 전환율이 감소되는 결과가 얻어졌다. 즉, MnFe/ZSM5 촉매의 부피가 감소하면, 저온에서 생성된 암모니아를 제거하는 효율이 저하되어, 결과적으로 질소산화물의 질소로의 전환율이 저하됨을 알 수 있다.In the case of Examples 15 and 16 in which the volume ratios of the catalysts were 0.75: 0.25: 1 and 1: 0.25: 1, excellent nitrogen conversions were observed at 80% or more at a temperature of 200 ° C or more. In the case of Reference Example 1 in which the volume ratio of the catalyst was 1: 0.25: 0.75, the conversion to nitrogen was decreased at a temperature of 250 DEG C or lower. That is, when the volume of the MnFe / ZSM5 catalyst is decreased, the efficiency of removing ammonia produced at a low temperature is lowered, and consequently, the conversion of nitrogen oxide to nitrogen is lowered.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The present invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various forms, and a person skilled in the art to which the present invention pertains has another specific form without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be appreciated that the present invention may be practiced as. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (11)
공정을 포함하는 질소산화물의 저감 방법. Injecting an exhaust gas containing a reducing agent containing an amine compound and a nitrogen oxide into a catalyst system containing a silver-supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) catalyst
Wherein the method comprises the steps of:
상기 아민 화합물은 모노에탄올아민, 에틸아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 질소산화물의 저감 방법.The method of claim 1,
Said amine compound is selected from the group consisting of monoethanolamine, ethylamine and combinations thereof.
상기 환원제와 질소산화물의 혼합비(환원제/질소산화물)는 150 내지 500℃의 범위에서 0.5 내지 2인 질소산화물의 저감 방법.The method of claim 1,
The mixing ratio (reducing agent / nitrogen oxide) of the reducing agent and the nitrogen oxide is 0.5 to 2 in the range of 150 to 500 ℃.
상기 은 담지 알루미나 촉매에서 은의 함량은 촉매 전체 중량에 대하여 2 내지 6 중량%인 질소산화물의 저감 방법.The method of claim 1,
Wherein the content of silver in the silver-supported alumina catalyst is 2 to 6 wt% based on the total weight of the catalyst.
상기 촉매는 제1 촉매층과 제2 촉매층을 포함하는 다층 구조이고,
상기 제1 촉매층은 상기 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 제1 촉매를 포함하고,
상기 제2 촉매층은 Fe-ZSM5, Cu-ZSM5, MnFe/ZSM5, Cu-SSZ13 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 제2 촉매를 포함하는 것인 질소산화물의 저감 방법.The method of claim 1,
Wherein the catalyst has a multi-layer structure including a first catalyst layer and a second catalyst layer,
Wherein the first catalyst layer comprises the silver-supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) first catalyst,
The second catalyst layer is a method of reducing nitrogen oxides comprising a second catalyst selected from the group consisting of Fe-ZSM5, Cu-ZSM5, MnFe / ZSM5, Cu-SSZ13, and combinations thereof.
상기 촉매는 제1 촉매층, 제3 촉매층, 및 제1 촉매층과 제3 촉매층 사이에 위치하는 제2 촉매층을 포함하는 다층 구조이고,
상기 제1 촉매층은 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 제1 촉매를 포함하고,
상기 제2 촉매층은 Fe-ZSM5 제2 촉매를 포함하고,
상기 제3 촉매층은 MnFe/ZSM5 제3 촉매를 포함하는 것인 질소산화물의 저감 방법.The method of claim 1,
Wherein the catalyst has a multilayer structure including a first catalyst layer, a third catalyst layer, and a second catalyst layer positioned between the first and third catalyst layers,
The first catalyst layer includes a silver-supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) first catalyst,
Wherein the second catalyst layer comprises a Fe-ZSM5 second catalyst,
And the third catalyst layer comprises a MnFe / ZSM5 third catalyst.
상기 제1 촉매, 상기 제2 촉매 및 상기 제3 촉매의 부피비는 0.75:0.25:1 내지 1:0.25:1인 질소산화물의 저감 방법. The method of claim 6, wherein
Wherein the volume ratio of the first catalyst, the second catalyst, and the third catalyst is 0.75: 0.25: 1 to 1: 0.25: 1.
상기 Cu-ZSM5, Cu-SSZ13 또는 Fe-ZSM5의 제2 촉매에서 Cu 또는 Fe의 함량은 상기 제2 촉매 전체 중량에 대하여 2 내지 4 중량%이고,
상기 MnFe/ZSM5 제2 촉매에서, Mn의 함량은 이 제2 촉매 전체 중량에 대하여 10 내지 40 중량%이고, Fe의 함량은 상기 제2 촉매 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%인 질소산화물의 저감 방법. 5. The method of claim 4,
The content of Cu or Fe in the second catalyst of Cu-ZSM5, Cu-SSZ13 or Fe-ZSM5 is 2 to 4% by weight based on the total weight of the second catalyst,
In the MnFe / ZSM5 second catalyst, the content of Mn is 10 to 40% by weight based on the total weight of the second catalyst, and the content of Fe is 5 to 20% by weight of the total weight of the second catalyst. Way.
상기 환원제는 에탄올을 더욱 포함하고, 이 에탄올의 함량은 환원제 전체 100 부피%에 대하여 13 내지 26 부피%인 질소산화물의 저감 방법.The method of claim 1, wherein
Wherein the reducing agent further comprises ethanol, and the content of ethanol is 13 to 26% by volume based on 100% by volume of the total reducing agent.
상기 배기 가스는 2.5 내지 10 부피%의 물을 포함하는 것인 질소산화물의 저감 방법.The method of claim 1,
Wherein the exhaust gas comprises 2.5 to 10% by volume of water.
상기 촉매는 제1 촉매층, 제3 촉매층, 및 제1 촉매층과 제3 촉매층 사이에 위치하는 제2 촉매층을 포함하는 다층 구조이고,
상기 제1 촉매층은 은 담지 알루미나(Ag/Al2O3) 제1 촉매를 포함하고,
상기 제2 촉매층은 Fe-ZSM5 제2 촉매를 포함하고,
상기 제3 촉매층은 MnFe/ZSM5 제3 촉매를 포함하고,
상기 환원제는 상기 제1 촉매층, 상기 제2 촉매층 및 상기 제3 촉매층을 차례로 통과하도록 주입되는 것인 질소산화물의 저감 방법.The method of claim 1,
Wherein the catalyst has a multilayer structure including a first catalyst layer, a third catalyst layer, and a second catalyst layer positioned between the first and third catalyst layers,
The first catalyst layer includes a silver-supported alumina (Ag / Al 2 O 3 ) first catalyst,
Wherein the second catalyst layer comprises a Fe-ZSM5 second catalyst,
The third catalyst layer comprises a MnFe / ZSM5 third catalyst,
Wherein the reducing agent is injected in order to pass through the first catalyst layer, the second catalyst layer and the third catalyst layer in order.
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Legal Events
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---|---|---|---|
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E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
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GRNT | Written decision to grant | ||
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