KR20200054400A - Method for improving durability of selective reduction catalyst, selective reduction catalyst system including the method, and internal combustion engine - Google Patents

Method for improving durability of selective reduction catalyst, selective reduction catalyst system including the method, and internal combustion engine Download PDF

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KR20200054400A
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Abstract

According to an advisable embodiment of the present invention, a method of improving the durability of a selective reduction catalyst is capable of measuring the NO_X conversion rate of a selective reduction catalyst, and then, making a conversion to a performance promotion SCR reaction through the addition of an enhancer if the NO_X conversion rate is less than a preset value, while performing a general SCR reaction by stopping the addition of the enhancer when the NO_X conversion rate reaches the preset value. According to the present invention, through the method of improving the durability of an SCR system catalyst, a conversion route for nitrogen oxides is changed by adding ammonia (NH_3) or urea (NH_2CONH_2) along with an enhancer when a deterioration in the activity of a selective reduction catalyst is found. Therefore, the lifespan of the selective reduction catalyst can be increased and the activity can be considerably improved.

Description

선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법, 그 방법이 적용된 선택적 환원 촉매 시스템, 및 내연기관{Method for improving durability of selective reduction catalyst, selective reduction catalyst system including the method, and internal combustion engine}Method for improving durability of selective reduction catalyst, selective reduction catalyst system to which the method has been applied, and internal combustion engine {Method for improving durability of selective reduction catalyst, selective reduction catalyst system including the method, and internal combustion engine}

본 발명은 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법, 그 방법이 적용된 선택적 환원 촉매 시스템 및 내연기관에 관한 것이며, 구체적으로 선박의 디젤엔진 배기가스를 처리하는 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 내구성을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the durability of a selective reduction catalyst, a selective reduction catalyst system to which the method is applied, and an internal combustion engine, and specifically, to improve the durability of a selective reduction catalyst (SCR catalyst) for treating diesel engine exhaust gas of a ship. It's about how.

석탄, 석유, 천연증기 등의 화석 연료나 폐기물의 연소시 배기가스에는 질소산화물이나 황산화물이 포함되어 있는데, 이러한 산화물은 대기오염의 주범이 되는 공해요소이므로 대기 중으로 배출하기 전에 반드시 제거하여야 한다.When burning fossil fuels such as coal, petroleum, natural steam, or waste, exhaust gas contains nitrogen oxides or sulfur oxides. These oxides are pollutants that are the main causes of air pollution and must be removed before discharge into the atmosphere.

일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 보조 동력 시스템인 보조엔진이 설치되어 운영되고 있다.2. Description of the Related Art In general, a main engine that drives a propeller to propel a ship and an auxiliary engine that is an auxiliary power system for supplying power to various equipment or equipment mounted on the ship are installed and operated.

이러한 선박 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 다수의 부유성 미립자와 질소산화물인 NOX, 황산화물인 SOX 등의 유해성 물질이 포함되어 있다.The exhaust gas discharged after combustion in such a ship engine contains a number of suspended particulates and harmful substances such as nitrogen oxides NO X and sulfur oxides SO X.

여기서, 중요한 대기오염물질로서의 NOX는, 아산화질소(N2O), 일산화질소(NO), 삼산화이질소(N2O3), 이산화질소(NO2), 오산화이질소(N2O5), 및 삼산화질소(NO3) 등의 질소산화물을 모두 포함하는 용어이지만, 일반적으로 이들 질소산화물 중에서 대기오염의 원인으로 가장 문제가 되는 NO 및 NO2를 NOX로 칭한다.Here, NO X as an important air pollutant is nitrous oxide (N 2 O), nitrogen monoxide (NO), dinitrogen trioxide (N 2 O 3 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), dinitrogen pentoxide (N 2 O 5 ), and Although it is a term including nitrogen oxides such as nitrogen trioxide (NO 3 ), NO and NO 2 , which are the most problematic causes of air pollution among these nitrogen oxides, are generally referred to as NO X.

일반적으로 엔진의 배기 라인에는 매연 여과 장치(DPF: Diesel Particulate Filter), 선택적 환원 촉매(SCR: Selective Catalytic Reduction) 장치, 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다In general, an exhaust line of an engine is installed with a diesel particulate filter (DPF), a selective catalytic reduction (SCR) device, a scrubber (SOx removal), and the like to remove harmful components in the exhaust gas.

이 중에서 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) 시스템은 배기가스 내의 질소산화물(NOX)을 촉매(Catalyst) 층에서 우레아와의 화학적 반응을 통해 환경에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시키는 장치이다.Among them, the selective reduction catalyst (SCR catalyst) system is a device that decomposes nitrogen oxides (NO X ) in exhaust gas into water and nitrogen, which are harmless to the environment, through chemical reaction with urea in the catalyst layer, and then discharges them.

여기서, 선택적 환원 촉매(SCR: Selective Catalytic Reduction)는 압출 혹은 금속성 코팅이 형성된 다공질 촉매 필터로 이루어진 것으로서, 배기 라인에 설치된 탈질 반응기 내에 한 개 또는 두 개가 연속 설치되어 배기가스 내의 유해 성분을 제거하게 된다.Here, the selective reduction catalyst (SCR: Selective Catalytic Reduction) consists of a porous catalyst filter formed with an extrusion or metallic coating, and one or two are continuously installed in a denitrification reactor installed in an exhaust line to remove harmful components in the exhaust gas. .

상기 선택적 환원 촉매((SCR: Selective Catalytic Reduction)법에 따르면 촉매의 전단에 암모니아 또는 우레아를 분사함으로써, 하기 화학식 1과 같은 화학반응이 일어나게 할 수 있다.According to the selective reduction catalyst ( (SCR: Selective Catalytic Reduction) method, ammonia or urea is injected to the front end of the catalyst to cause a chemical reaction such as the following Chemical Formula 1.

(1) 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O(1) 4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O

즉, 배기가스 내에 포함된 질소산화물을 암모니아와 반응시켜 무공해의 물(H2O) 및 질소(N2)로 바꿀 수 있다.That is, nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be changed to non-polluting water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) by reacting with ammonia.

한편, 보일러에서 석탄이나 중유의 연소 시 이산화황(SO2) 및 삼산화황(SO3)과 같은 황물질들이 발생하게 되는데, 이들 중 이산화황(SO2)은 하기의 화학식 2와 같이 선택적 환원 촉매에 의하여 일부가 삼산화황(SO3)으로 산화되어, 전체 배기가스 내의 삼산화황(SO3)의 농도를 증가시킨다.On the other hand, when combustion of coal or heavy oil in a boiler, sulfur substances such as sulfur dioxide (SO 2 ) and sulfur trioxide (SO 3 ) are generated. Among them, sulfur dioxide (SO 2 ) is partially selected by a selective reduction catalyst as shown in Chemical Formula 2 below. the sulfur trioxide is oxidized (SO 3), thereby increasing the concentration of sulfur trioxide (SO 3) in the entire exhaust gas.

삼산화황(SO3)의 증가는 SCR 후단의 설비를 손상시킬 수 있기 때문에 이산화황(SO2)에서 삼산화황(SO3)의 전환율은 1 % 이내로 제한하고 있는데, 최근에는 연료중 유황(S)의 농도가 높은 경우 삼산화황(SO3)의 전환율을 0.7 % 이내로 제한하고 있다.Since the increase of sulfur trioxide (SO 3 ) may damage the equipment at the back of the SCR, the conversion rate of sulfur trioxide (SO 3 ) to sulfur dioxide (SO 2 ) is limited to within 1%. Recently, the concentration of sulfur (S) in fuel In the high case, the conversion rate of sulfur trioxide (SO 3 ) is limited to within 0.7%.

(2) 2SO2 + O2 → 2SO3 (2) 2SO 2 + O 2 → 2SO 3

그리고, 일반적으로 배기가스에는 수분이 존재하는데, NO를 N2로 변환시키기 위하여 투입되는 암모니아(NH3) 일부와 삼산화황(SO3) 및 수분(H2O)은 하기의 화학식 3에 나타내는 바와 같은 반응하여 황산암모늄염을 형성할 수 있다.And, in general, moisture is present in the exhaust gas, and a part of ammonia (NH 3 ), sulfur trioxide (SO 3 ), and moisture (H 2 O) input to convert NO to N 2 are as shown in Chemical Formula 3 below. Reaction may form an ammonium sulfate salt.

(3) NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4, (NH4)2SO4 (3) NH 3 + SO 3 + H 2 O → NH 4 HSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4

여기서, 상기 황산암모늄염은 촉매의 표면, 틈새, 및 기공 등에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다.Here, the ammonium sulfate salt is adsorbed on the surface of the catalyst, the gap, and the pores to degrade the activity of the catalyst.

촉매에 형성된 기공들은 질소산화물과 암모니아가 반응할 수 있는 표면적을 증가시키는 역할을 하는 것이므로 촉매 기공이 막힐 경우 반응할 수 있는 표면적이 줄어들어 촉매 활성이 저하되거나, 촉매의 수명이 짧아지는 문제점들이 있다.Since the pores formed in the catalyst serve to increase the surface area where nitrogen oxide and ammonia can react, there is a problem in that when the pores of the catalyst are clogged, the surface area that can be reacted decreases to decrease the catalyst activity or shorten the life of the catalyst.

황산암모늄염과 같이 촉매의 표면을 흡착되어 촉매의 활성을 저하시키는 물질들을 피독물이라 하며, 촉매 표면이 황산암모늄염과 같은 물질에 피독되면, 탈질 반응기에서 피독된 촉매를 인출하여, 화학 처리를 통해 피독 물질을 제거하여 촉매를 재생하거나 재생할 수 없다면 해당 촉매를 폐기해야 된다.Substances that adsorb the surface of the catalyst and reduce the activity of the catalyst, such as ammonium sulfate, are called poisons. When the catalyst surface is poisoned with a substance such as ammonium sulfate, the poisoned catalyst is withdrawn from the denitrification reactor and poisoned through chemical treatment. If the catalyst cannot be regenerated or regenerated by removing material, the catalyst must be discarded.

즉, 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) 시스템을 통해 배기가스 내의 질소산화물(NOX)이 제거될 때 생성되는 피독물질은 특정 온도(예를 들어, 340 ℃) 이상에서는 기체 상태이지만 이 특정 온도 이하에서는 액체 상태로 존재하여 선택적 환원 촉매의 표면에 달라붙어 선택적 환원 촉매 표면의 활성점을 덮어버려 선택적 환원 촉매의 활성을 저하시키는 문제점이 있다.That is, the poisonous substance generated when nitrogen oxide (NO X ) in the exhaust gas is removed through the selective reduction catalyst (SCR catalyst) system is in a gaseous state above a certain temperature (for example, 340 ° C), but below this specific temperature It exists in a liquid state and adheres to the surface of the selective reduction catalyst, thereby covering the active point of the selective reduction catalyst surface, thereby lowering the activity of the selective reduction catalyst.

특히, 선박의 경우 선박이 항만에 정박하거나 공해상을 운행하는 경우, 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) 시스템은 운전을 정지하고, SCR 시스템의 전후 배관은 닫히게 되며, SCR 시스템 내부 온도는 상온으로 내려가게 된다.In particular, in the case of a ship, when a ship is anchored in a port or is operating on the open sea, the selective reduction catalyst (SCR catalyst) system stops operation, and the piping before and after the SCR system is closed, and the temperature inside the SCR system goes down to room temperature. .

SCR 시스템의 내부 온도가 상온으로 내려가게 되면, ECA(Emission Control Area) 지역 운전 중 SCR 시스템 내부에 남아있던 수분이 황 성분과 반응, 응축하여 시스템의 부식 및 촉매 성능 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.When the internal temperature of the SCR system was lowered to room temperature, there was a problem in that moisture remaining inside the SCR system reacted and condensed with the sulfur component during operation of the ECA (Emission Control Area) area, leading to corrosion of the system and deterioration of catalyst performance. .

KRKR -10-2013-0013134-10-2013-0013134 A1A1 KRKR -10-1057342-10-1057342 BB KRKR -10-2014-0079485-10-2014-0079485 A1A1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 활성이 저하되었을 때 암모니아(NH3) 또는 요소(NH2CONH2)의 투입과 동시에 증진제를 투입함으로써, 촉매의 수명을 증가시키고 활성을 향상시켜 질소산화물을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 촉매 내구성 향상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and the present invention provides an enhancer simultaneously with the addition of ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 CONH 2 ) when the activity of the selective reduction catalyst (SCR catalyst) decreases. It is an object of the present invention to provide a method for improving catalyst durability of a selective reduction catalyst (SCR catalyst) capable of effectively removing nitrogen oxides by increasing the life of the catalyst and improving activity by introducing it.

또한, 본 발명은 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법이 적용된 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) 시스템, 및 내연기관을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to provide a selective reduction catalyst (SCR catalyst) system, and an internal combustion engine to which the method for improving the durability of the selective reduction catalyst is applied.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem (s) mentioned above, and another problem (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법은, 선택적 환원 촉매의 NOX 전환율을 측정하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 미만이면, 증진제를 함께 투입하여 성능 촉진 SCR 반응으로 전환하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 이상에 도달하면 증진제 투입을 중단하여 일반 SCR 반응을 수행하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the method for improving the durability of a selective reduction catalyst according to an exemplary embodiment of the present invention measures the NO X conversion rate of the selective reduction catalyst, and when the NO X conversion rate is less than a predetermined value, an enhancer is added together. It is characterized by performing a general SCR reaction by switching to a performance-promoting SCR reaction by injecting and stopping the addition of an enhancer when the NO X conversion rate reaches a predetermined value or more.

일 실시예에 있어서, 상기 NOX 전환율을 이용하여 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 피독율을 산출하는 것이 바람직하다.In one embodiment, it is preferable to calculate the poisoning rate of a selective reduction catalyst (SCR catalyst) using the NO X conversion rate.

일 실시예에 있어서, 상기 증진제는, 일반 SCR 반응을 성능 촉진 SCR 반응으로 변환시키는 것이 바람직하다.In one embodiment, the enhancer, it is preferable to convert the general SCR reaction to a performance promoting SCR reaction.

일 실시예에 있어서, 상기 증진제는, 이산화질소(NO2), 오존(O3), 및 질산암모늄(NH4NO3)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1 종 이상인 것이 바람직하다.In one embodiment, the enhancer is preferably one or more selected from the group consisting of nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), and ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ).

일 실시예에 있어서, 상기 NOX 전환율의 기설정 값은 50 ~ 60 %인 것이 바람직하다.In one embodiment, the preset value of the NO X conversion rate is preferably 50 to 60%.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법이 적용된 선택적 환원 촉매 시스템은, 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)가 구비되고, 일측으로 암모니아(NH3) 또는 요소(NH2CONH2)를 투입하여 NOX를 N2로 전환시키는 반응기; 상기 반응기의 상기 일측 후단에 배치되며, NOX 전환율을 측정하는 센서부; 상기 센서부에서 측정한 NOX 전환율이 기설정 값 이하이면, 상기 반응기에 증진제를 투입하여 성능 촉진 SCR 반응으로 전환하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 이상에 도달하면 증진제 투입을 중단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the selective reduction catalyst system to which the method for improving the durability of the selective reduction catalyst is applied, is provided with a selective reduction catalyst (SCR catalyst), and ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 CONH 2 ) on one side. ) To convert NO X to N 2 ; A sensor unit disposed at the rear end of the one side of the reactor and measuring a NO X conversion rate; When the NO X conversion rate measured by the sensor unit is less than or equal to a preset value, a control unit is added to the reactor to switch to a performance-promoting SCR reaction, and when the NO X conversion rate reaches a predetermined value or more, a control unit for stopping the input of the promoter; It characterized in that it comprises.

일 실시예에 있어서, 상기 NOX 전환율의 기설정 값은 50 ~ 60 %인 것이 바람직하다.In one embodiment, the preset value of the NO X conversion rate is preferably 50 to 60%.

일 실시예에 있어서, 상기 증진제는, 일반 SCR 반응을 성능 촉진 SCR 반응으로 변환시키는 것이 바람직하다.In one embodiment, the enhancer, it is preferable to convert the general SCR reaction to a performance promoting SCR reaction.

일 실시예에 있어서, 상기 증진제는, 이산화질소(NO2), 오존(O3), 및 질산암모늄(NH4NO3)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1 종 이상인 것이 바람직하다.In one embodiment, the enhancer is preferably one or more selected from the group consisting of nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), and ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ).

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 내연기관은, 상기에 설명된 선택적 환원 촉매 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.An internal combustion engine according to another preferred embodiment of the present invention is characterized by comprising the selective reduction catalyst system described above.

본 발명에 따른 SCR 시스템 촉매의 내구성 향상방법을 이용하면, 본 발명에 따른 SCR 시스템 촉매의 내구성 향상방법을 이용하면, 선택적 환원 촉매의 활성이 저하되었을 때 암모니아(NH3) 또는 요소(NH2CONH2)의 투입 시 증진제를 함께 투입하여 질소산화물의 전환 경로를 변경함으로써, 선택적 환원 촉매의 수명을 증가시키고 활성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.When the durability improvement method of the SCR system catalyst according to the present invention is used, when the durability improvement method of the SCR system catalyst according to the present invention is used, when the activity of the selective reduction catalyst is lowered, ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 CONH) In the case of 2 ), by adding the enhancer together, the conversion path of nitrogen oxide is changed, thereby increasing the life of the selective reduction catalyst and dramatically improving the activity.

또한, 본 발명은 최초 촉매와 동등 수준의 촉매 성능을 나타낼 수 있어, 우수한 탈질 성능을 나타낼 수 있는 선택적 환원 촉매 시스템 및 내연기관을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing a selective reduction catalyst system and an internal combustion engine capable of exhibiting catalyst performance equivalent to that of the initial catalyst, and exhibiting excellent denitrification performance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템 촉매의 내구성 향상방법을 도식화한 것이다.
도 2는 배기가스를 처리하는 장치 및 피독된 촉매의 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 일반 SCR 조건에서 SO2 가스 투입시 NOX 전환율을 나타낸 그래프이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 실험실 일반 SCR 조건하에서 SO2를 투입하여 반응시킨 후의 반응기 전후단의 이미지이다.
도 5는 일반 SCR과 성능 촉진 SCR의 NOX 전환율을 비교한 이미지이다.
도 6은 일반 SCR과 성능 촉진 SCR 반응을 비교 실험한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 일반 SCR과 성능 촉진 SCR 간의 NOX 저감 성능의 차이를 비교한 것이다.
1 is a schematic diagram of a method for improving the durability of an SCR system catalyst according to an embodiment of the present invention.
2 shows an image of an apparatus for treating exhaust gas and a poisoned catalyst.
3 is a graph showing the NO X conversion rate when SO 2 gas is injected under general SCR conditions.
4 (a) to 4 (c) are images of the front-rear end of the reactor after reacting with SO 2 added under general SCR conditions.
5 is an image of a comparison of the general SCR and NO X conversion rate for performance promotion SCR.
Figure 6 shows the results of a comparison of the general SCR and performance-promoting SCR reaction.
7 compares the difference in NO X reduction performance between a general SCR and a performance-promoting SCR.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 성분의 양, 공정 조건 등을 나타내는 모든 수치는, 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해해야 한다. 따라서, 달리 표시되지 않는 한, 이하의 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 제시되는 수치적 파라미터는 근사치로서, 얻고자 하는 성질에 따라 변동될 수 있다. 적어도, 특허청구범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 의도가 아니고, 각각의 수치적 파라미터는 보고된 유효 숫자를 고려하고, 통상적 반올림법을 적용함으로써 해석되어야 한다.It should be understood that all numerical values representing the amount of ingredients, process conditions, and the like used in the present specification and claims are modified in the term "about" in all cases. Accordingly, unless indicated otherwise, the numerical parameters set forth in the following specification and appended claims are approximate and may vary depending on the nature desired. At least, it is not intended to limit the application of uniformity to the claims, and each numerical parameter should be interpreted by taking into account the reported significant digits and applying the usual rounding method.

본 발명의 폭넓은 범위를 제시하는 수치적 범위와 파라미터가 근사치이기는 하지만, 특정예에 제시된 수치적 값들은 가능한 한 정확히 기재된다. 그러나, 어느 수치적 값이든지, 예를 들면, 장치 및/또는 작업자 오류와 같이, 각각의 테스트 측정에서 나타나는 표준편차로부터 불가피하게 생기는 소정의 오차를 내포할 수 있다.Although the numerical ranges and parameters presenting the broad scope of the present invention are approximate, the numerical values given in the specific examples are described as accurately as possible. However, any numerical value can contain certain errors that inevitably arise from the standard deviation that appears in each test measurement, for example, device and / or operator errors.

또한, 본 명세서에 기재된 어느 수치적 범위든지 모든 하부-범위(Sub-range)가 포함되어 있는 것으로 한다. 예를 들면, "1 내지 10"의 범위는 기재된 최소값 1과 기재된 최대값 10 사이(1과 10을 포함), 즉 1 이상의 최소값과 10 이하의 최대값 사이의 모든 하부-범위를 포함한다.In addition, any numerical range described in this specification is assumed to include all sub-ranges. For example, a range of “1 to 10” includes all sub-ranges between the minimum value 1 described and the maximum value 10 described (including 1 and 10), ie, the minimum value of 1 or more and the maximum value of 10 or less.

본 명세서에 인용된 모든 특허, 출판물, 또는 다른 개시물은 그 전체 또는 일부가 원용에 의해 포함되지만, 그 포함되는 내용은 본 명세서에 개시되어 있는 정의, 진술 또는 다른 개시 내용과 상충되지 않는 범위까지만 해당된다. 본 명세서에 명백히 제시된 개시 내용은 그 자체 및 필요한 범위까지, 원용에 의해 본 명세서에 포함된 어떠한 상충되는 내용에 대해서도 우선한다. 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다고 하지만, 본 명세서에 제시된 정의, 진술, 또는 다른 개시 내용과 상충되는 임의의 내용 또는 그 일부는, 포함되는 내용과 이미 개시된 내용 사이에 상충을 일으키지 않는 범위까지만 포함될 것이다.All patents, publications, or other disclosures cited herein are incorporated by reference in whole or in part, but the inclusions thereof are only to the extent that they do not conflict with the definitions, statements, or other disclosures disclosed herein. Is applicable. The disclosures explicitly set forth in this specification take precedence over any conflicting content contained herein, by reference, to itself and to the extent necessary. Although incorporated herein by reference, any content or portion thereof that conflicts with the definitions, statements, or other disclosures provided herein is to be included only to the extent that there is no conflict between the inclusion and the content already disclosed. will be.

본 명세서는 다양한 예시적 비제한적 구현예를 참조하여 본 발명의 여러 가지 상이한 특징 및 측면을 설명한다.This specification describes various different features and aspects of the invention with reference to various exemplary non-limiting embodiments.

그러나, 본 발명은 당업자라면 유용하다는 것을 알 수 있는, 본 명세서에 기재된 여러 가지 특징, 측면 및 실시예를 임의의 조합으로 결합함으로써 달성될 수 있는, 다수의 대안적 구현예를 포함하는 것으로 이해된다.However, it is understood that the present invention includes a number of alternative embodiments, which can be achieved by combining the various features, aspects and examples described herein in any combination, which will be useful to those skilled in the art. .

본 명세서에서 용어 "SCR"는 화석 연료, 바이오 연료 및/또는 바이오매스를 이용하는 발전소에서 전기를 생산하는 연소 공정과 가정용 폐기물을 소각하는 동안 발생되는 연도 가스로부터 NOX를 제거하도록 설계된 선택적 촉매 환원법을 의미한다. SCR은 연도 가스 스트림으로 분사되는 암모니아와 같은 환원제를 이용하며, 촉매 반응 챔버로 이동되어, 이곳에서 촉매 물질이 연도 가스에서 환원제를 이용하여 다앙한 NOx 성분들의 환원을 촉진하여 원소 상태의 질소와 물을 생성한다. SCR 촉매는 "DeNOx 촉매"로 지칭할 수도 있다.The term "SCR" herein refers to a selective catalytic reduction method designed to remove NO X from flue gas generated during the incineration of household wastes and combustion processes that produce electricity in power plants using fossil fuels, biofuels and / or biomass. it means. SCR uses a reducing agent such as ammonia injected into the flue gas stream, and is moved to the catalytic reaction chamber, where the catalytic material promotes the reduction of various NOx components using a reducing agent in the flue gas to promote elemental nitrogen and water. Produces The SCR catalyst may also be referred to as a “DeNOx catalyst”.

SCR 촉매는 전형적으로 촉매 표면적으로 최대화하는 벌집형 촉매 배치, 주름형 촉매 배치 및 플레이트형 촉매 배치를 포함하는 구조를 가진다. 언급된 촉매 구조들은 당해 기술 분야에서 가장 일반적인 것이지만, 다른 촉매 구조와 배치도 가능하며, 본 발명의 범위와 "SCR 촉매"의 정의에 포함된다.SCR catalysts typically have a structure that includes a honeycomb catalyst batch, a pleated catalyst batch and a plate catalyst batch that maximizes the catalyst surface area. The catalyst structures mentioned are the most common in the art, but other catalyst structures and arrangements are possible, and are included in the scope of the present invention and the definition of “SCR catalyst”.

본원에서 용어 "SCR 촉매"은 촉매 물질, 촉매 기재 (비제한적인 예로, 티타늄 산화물), 촉매 지지 물질 (비제한적인 예로, 금속 메쉬, 예를 들어, 플레이트형 촉매), 촉매 지지 구조, 및 촉매 모듈을 형성하기 위한 지지 구조를 고정하는 모든 프레임워크를 포함한다.The term “SCR catalyst” herein refers to catalyst materials, catalyst substrates (non-limiting examples, titanium oxide), catalyst support materials (non-limiting examples, metal mesh, eg plate-type catalysts), catalyst support structures, and catalysts. Includes all frameworks that secure the support structure for forming the module.

종래의 선박에 구비된 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)는 배기가스에 포함된 황 성분으로 인하여 황산암모늄염과 같은 피독물질이 촉매의 표면이나 틈새, 기공 등에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시키는 문제점들이 있었다.The selective reduction catalyst (SCR catalyst) provided in a conventional ship has problems in that poisonous substances such as ammonium sulfate are adsorbed on the surface, crevices, pores, etc. of the catalyst due to the sulfur component contained in the exhaust gas, thereby reducing the activity of the catalyst.

상기 촉매 표면에 황산암모늄염과 같은 물질에 피독되면, 피독된 촉매를 탈질 반응기에서 인출하여, 촉매의 피독 물질을 제거할 수 있는 화학 처리 공정을 수행하든지 아니면 촉매를 폐기해야 한다. 이러한 촉매를 재생(화학 처리 공정)하거나, 폐기할 경우 보일러 또는 엔진의 운전을 반드시 정지해야 하므로 막대한 경제적 손실이 발생하는 문제점이 있다.When poisoned with a substance such as ammonium sulfate on the surface of the catalyst, the poisoned catalyst is withdrawn from the denitrification reactor to perform a chemical treatment process capable of removing the poisonous substance of the catalyst or to discard the catalyst. When the catalyst is regenerated (chemical treatment process) or disposed, the operation of the boiler or the engine must be stopped, and thus there is a problem that enormous economic loss occurs.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 활성이 저하되었을 때 암모니아(NH3) 또는 요소(NH2CONH2)의 투입과 동시에 증진제를 투입함으로써, 촉매의 수명을 증가시키고 활성을 향상시켜 질소산화물을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 촉매 내구성 향상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and the present invention provides an enhancer simultaneously with the addition of ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 CONH 2 ) when the activity of the selective reduction catalyst (SCR catalyst) decreases. It is an object of the present invention to provide a method for improving catalyst durability of a selective reduction catalyst (SCR catalyst) capable of effectively removing nitrogen oxides by increasing the life of the catalyst and improving activity by introducing it.

또한, 본 발명은 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법이 적용된 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) 시스템, 및 내연기관을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to provide a selective reduction catalyst (SCR catalyst) system, and an internal combustion engine to which the method for improving the durability of the selective reduction catalyst is applied.

본 발명에 따른 SCR 시스템 촉매의 내구성 향상방법을 이용하면, 선택적 환원 촉매의 활성이 저하되었을 때 암모니아(NH3) 또는 요소(NH2CONH2)의 투입 시 증진제를 함께 투입하여 질소산화물의 전환 경로를 변경함으로써, 선택적 환원 촉매의 수명을 증가시키고 활성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Using the method for improving the durability of the SCR system catalyst according to the present invention, when the activity of the selective reduction catalyst is lowered, the conversion path of nitrogen oxides by adding an enhancer when adding ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 CONH 2 ) By changing the, there is an advantage that can increase the life of the selective reduction catalyst and dramatically improve the activity.

또한, 본 발명은 최초 촉매와 동등 수준의 촉매 성능을 나타낼 수 있어, 우수한 탈질 성능을 나타낼 수 있는 선택적 환원 촉매 시스템, 및 내연기관을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing a selective reduction catalyst system and an internal combustion engine capable of exhibiting catalyst performance equivalent to that of the initial catalyst, and exhibiting excellent denitrification performance.

본 발명에 앞서 일반적인 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) 시스템을 이루고 있는 주요 구성부에 대해서 설명하도록 한다.Prior to the present invention will be described the main components constituting the general selective reduction catalyst (SCR catalyst) system.

상기 주요 구성부로는 NOX를 함유하는 배기가스가 균일한 유체역학적 특성을 유지하면서 탈질 반응기로 유입되도록 하는 가이드 베인, 환원제로 공급되는 암모니아 또는 요소와 배기가스 간의 원활한 혼합을 위한 환원제 분사시스템, 우레아-SCR 탈질반응이 일어나는 탈질촉매, 및 NOX, NH3, 및 SOX 등의 ppm 농도를 실시간으로 측정, 전송할 수 있는 온라인 계측시스템 등으로 구분할 수 있다.The main components include a guide vane allowing the exhaust gas containing NO X to flow into the denitrification reactor while maintaining uniform hydrodynamic properties, a reducing agent injection system for smooth mixing between ammonia or urea supplied as a reducing agent and exhaust gas, and urea -It can be classified into denitrification catalyst where SCR denitrification reaction occurs, and online measurement system that can measure and transmit ppm concentrations of NO X , NH 3 , and SO X in real time.

이러한 구성요소들 중 원하는 탈질성능을 발휘할뿐만 아니라 엔진의 다른 공정들에 악영향을 주지 않기 위해서 가장 중요한 것은 탈질촉매, 즉, 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)라 할 수 있다.Among these components, in order to not only exert the desired denitrification performance but also not adversely affect other processes of the engine, the most important thing is a denitration catalyst, that is, a selective reduction catalyst (SCR catalyst).

상기와 같은 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)가 황산암모늄염에 의해 피독되면, 엔진을 정지하고 촉매를 세정하거나, 촉매를 교체해야하기 때문에 경제적인 단점이 있다.When the selective reduction catalyst (SCR catalyst) as described above is poisoned by ammonium sulfate, there is an economical disadvantage because the engine must be stopped and the catalyst must be cleaned or the catalyst needs to be replaced.

본 발명은 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 피독되지 않은 부분을 최대한 활용하여 최초 촉매의 활성과 동일하거나, 비슷한 수준의 활성을 나타내게 하는 것이다.The present invention is to make the most of the non-poisoned portion of the selective reduction catalyst (SCR catalyst) to exhibit the same or similar activity as that of the initial catalyst.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템 촉매의 내구성 향상방법을 도식화한 것이다.1 is a schematic diagram of a method for improving the durability of an SCR system catalyst according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법은, 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) NOX 전환율을 측정(S100)하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 미만이면, 증진제를 함께 투입하여 성능 촉진 SCR 반응으로 전환(S300)하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 이상에 도달하면 증진제 투입을 중단(S200)하여 일반 SCR 반응을 수행하는 것을 특징으로 한다.The method for improving the durability of a selective reduction catalyst according to an embodiment of the present invention measures a selective reduction catalyst (SCR catalyst) NO X conversion rate (S100), and if the NO X conversion rate is less than a predetermined value, an enhancer is added together. It is characterized in that it converts to a performance-promoting SCR reaction (S300), and when the NO X conversion rate reaches a predetermined value or more, the input of the enhancer is stopped (S200) to perform a general SCR reaction.

먼저, 상기 선택적 환원 촉매의 NOX 전환율을 측정(S100)하기 전에 배기가스가 투입된 탈질 반응기에 암모니아(NH3) 또는 요소(NH2CONH2)를 공급하여 NOX를 물과 질소로 전환(S50)시킬 수 있다.First, before measuring the NO X conversion rate of the selective reduction catalyst (S100), NO x is converted into water and nitrogen by supplying ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 CONH 2 ) to the denitrification reactor with exhaust gas input (S50). ).

즉, 상기 NOX 전환율을 측정(S100)은 탈질반응기에 배기가스와 암모니아 또는 요소를 반응시켜 NOX를 N2로 전환(S50)시키는 공정 후에 수행될 수 있다.That is, the NO X conversion rate measurement (S100) may be performed after a process of converting NO X to N 2 by reacting exhaust gas with ammonia or urea in a denitrification reactor (S50).

도 2는 배기가스를 처리하는 장치 및 피독된 촉매의 이미지를 나타낸 것이고, 도 3은 일반 SCR 조건에서 SO2 가스 투입시 NOX 전환율을 나타낸 것이며, 도 4(a) 내지 도 4(c)는 실험실 일반 SCR 조건하에서 SO2를 투입하여 반응시킨 후의 반응기 전후단의 이미지이다.Figure 2 shows the image of the exhaust gas treatment apparatus and poisoned catalyst, Figure 3 shows the NO X conversion rate when SO 2 gas is injected under general SCR conditions, Figures 4 (a) to 4 (c) are This is an image of the front and rear of the reactor after reacting with SO 2 added under normal SCR conditions in the laboratory.

일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스 중에는 연소에 의하여 생성된 일산화질소(NO)만 포함되어 있는 것이 아니고, 잔여 산소와 결합되어 생성된 NO2, N2O 등이 포함되어 있으며, 다른 질소산화물들에 비하여 NO의 농도가 가장 높으며, NO2의 농도는 낮게 존재한다.In general, the exhaust gas emitted from the engine does not contain only nitrogen monoxide (NO) generated by combustion, but contains NO 2 , N 2 O, etc. generated by combining with residual oxygen, and other nitrogen oxides In comparison, the concentration of NO is the highest, and the concentration of NO 2 is low.

NO2의 농도가 낮기 때문에, 상기 배기가스와 암모니아 또는 요소를 반응시켜 NOX를 N2로 환원시키는 공정은 하기의 반응식 1과 같은 반응경로로 일산화질소(NO)가 질소(N2)로 전환된다.Since the concentration of NO 2 is low, in the process of reducing NO X to N 2 by reacting the exhaust gas with ammonia or urea, nitrogen monoxide (NO) is converted into nitrogen (N 2 ) in the reaction path as shown in Reaction Scheme 1 below. do.

상기 공정만으로도 배기가스 내의 NOX를 N2로 전환시킬 수 있으며, 상기 공정에서 환원제인 암모니아(NH3)를 사용할 경우 하기의 반응식 1의 반응 경로에 따라 질소(N2) 및 물(H2O)이 생성된다.NO X in the exhaust gas can be converted into N 2 by the above process alone, and when ammonia (NH 3 ), which is a reducing agent, is used in the above process, nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) according to the reaction route of Reaction Scheme 1 below. ) Is generated.

[반응식 1][Scheme 1]

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O

또한, 상기 공정에서 환원제로 요소를 사용할 경우 하기의 반응식 2의 반응 경로에 따라 암모니아를 생성한 후 최종적으로는 상기 반응식 1의 경로에 따라 질소(N2) 및 물(H2O)이 생성된다.In addition, when urea is used as a reducing agent in the above process, ammonia is produced according to the reaction route of Reaction Scheme 2 below, and finally nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) are generated according to the route of Reaction Scheme 1. .

[반응식 2][Scheme 2]

(1) NH2CONH2 → NH3 + HNCO(1) NH 2 CONH 2 → NH 3 + HNCO

(2) HNCO + H2O → NH3 + CO2 (2) HNCO + H 2 O → NH 3 + CO 2

(3) NH2CONH2 + H2O → 2NH3 + CO2 (3) NH 2 CONH 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2

즉, 환원제로 요소를 사용할 경우 상기 요소의 열분해(Thermolysis)로부터 NH3와 HNCO가 생성되고, HNCO는 다시 가수분해반응(Hydrolysis)에 따라 NH3로 전환된다.That is, when urea is used as a reducing agent, NH 3 and HNCO are generated from the thermal decomposition of the urea, and HNCO is converted back to NH 3 according to hydrolysis.

따라서, 요소를 환원제로 사용할지라도 최종적으로는 NH3가 환원제로서 기능하게 되기 때문에 상기의 반응식 1의 경로에 따라 질소(N2) 및 물(H2O)이 생성된다.Therefore, even if urea is used as a reducing agent, since NH 3 finally functions as a reducing agent, nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) are generated according to the route of Reaction Scheme 1 above.

상기 암모니아(NH3)는 기상이며, 상기 요소는 액상일 수 있다.The ammonia (NH 3 ) is a gas phase, and the urea may be liquid.

그러나, 상기 공정 단독으로 선택적 환원 촉매 시스템을 구성될 경우 하기의 반응식 3과 같이 배기가스 내에 포함되어 있는 일부의 암모니아는 삼산화황(SO3) 및 수분(H20)과 반응하여 황산암모늄염을 형성할 수 있다.However, when the selective reduction catalyst system is formed by the above process, some ammonia contained in the exhaust gas as shown in Reaction Scheme 3 below reacts with sulfur trioxide (SO 3 ) and moisture (H 2 0) to form an ammonium sulfate salt. Can be.

[반응식 3][Scheme 3]

NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4, (NH4)2SO4 NH 3 + SO 3 + H 2 O → NH 4 HSO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4

상기 황산암모늄염은 특정 온도 이하에서 액체로 존재하기 때문에 선택적 환원 촉매의 표면 및 기공 등에 흡착되어 촉매의 수명 및 활성을 저하시키는 문제점이 발생한다.Since the ammonium sulfate is present as a liquid at a certain temperature or lower, it is adsorbed on the surface and pores of the selective reduction catalyst, resulting in a problem of deteriorating the life and activity of the catalyst.

본원발명은 선택적 환원 촉매의 NOX 전환율을 측정(S100)하고, 그 결과에 따라 반응을 전화시켜 촉매의 활성을 높이고 내구성을 향상시킬 수 있다.The present invention can measure the NO X conversion rate of the selective reduction catalyst (S100), and invert the reaction according to the result to increase the activity of the catalyst and improve durability.

상기 NOX 전환율을 이용하여 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 피독율을 산출할 수 있다.The NO X conversion rate can be used to calculate the poisoning rate of a selective reduction catalyst (SCR catalyst).

또한, 상기 NOX 전환율을 측정(S100)하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 미만이면, 증진제를 투입(S300)하여 성능 촉진 SCR 반응으로 전환하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 이상에 도달하면 증진제 투입을 중단(S200)하여 상기 일반 SCR 반응을 수행할 수 있다.In addition, when the NO X conversion rate is measured (S100), and when the NO X conversion rate is less than a preset value, an enhancement agent is added (S300) to convert to a performance-promoting SCR reaction, and the NO X conversion rate reaches a predetermined value or more. When the input of the enhancer is stopped (S200), the general SCR reaction may be performed.

상기 NOX 전환율은 배출되는 배기가스의 NO/N2 농도비에 의해 산출될 수도 있으며, 화학 루미네선스(CLD : Chemi-Luminescence Detector) 감지법으로 측정할 수 있다.The NO X conversion rate may be calculated by the NO / N 2 concentration ratio of the exhaust gas discharged, and may be measured by a chemi-luminum detector (CLD) detection method.

상기 배기가스 내의 NO의 농도를 100 %, N2의 농도를 0 %이라고 가정할 때, 상기 탈질 반응기에 구비된 최초 촉매는 NO를 N2로 100 % 환원시킬 수 있으며, 이때 NO/N2의 농도비는 0 이며, 상기 NO/N2의 농도비가 1일 때, 상기 촉매의 활성이 저하된 것을 확인할 수 있다.Assuming that the concentration of NO in the exhaust gas is 100% and the concentration of N 2 is 0%, the first catalyst provided in the denitrification reactor can reduce NO to 100% with N 2 , wherein NO / N 2 The concentration ratio is 0, and when the NO / N 2 concentration ratio is 1, it can be confirmed that the activity of the catalyst was lowered.

상기 화학 루미네이선스(CLD) 감지법이란 배기가스 중의 일산화질소와 오존의 반응에 의해 NO2가 생성될 때 생기는 화학발광 광도가 일산화질소와 비례관계에 있는 것을 이용해서 배기가스 중에 포함된 일산화질소 농도를 측정하는 원리이다.The chemical luminescence (CLD) detection method uses nitrogen monoxide contained in the exhaust gas by using the chemical emission intensity generated when NO 2 is generated by the reaction of nitrogen monoxide and ozone in the exhaust gas with nitrogen monoxide. It is the principle of measuring concentration.

또한, 질소산화물(NO + NO2)을 측정할 경우 배기가스 중의 이산화질소를 컨버터를 통하여 일산화질소로 변환시킨 후 일산화질소를 측정할 때의 방법과 동일한 방법으로 측정하여 총 질소산화물 값을 구할 수도 있다.In addition, when measuring nitrogen oxides (NO + NO 2 ), nitrogen dioxide in exhaust gas is converted to nitrogen monoxide through a converter, and then measured in the same manner as when measuring nitrogen monoxide to obtain the total nitrogen oxide value. .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 미만이면, 배기 가스 내의 NOX 전환시 증진제를 함께 투입할 수 있다.In one embodiment of the present invention, if the NO X conversion rate is less than a predetermined value, an enhancer may be added when converting NO X in exhaust gas.

상기 NOX 전환율의 기설정 값은 50 ~ 60 %일 수 있다.The preset value of the NO X conversion rate may be 50 to 60%.

즉, 측정된 NOX 전환율이 50 ~ 60 %로 측정되면 증진제를 투입하여 하기의 반응식 4와 같이 성능 촉진 SCR 반응으로 전환(S300)할 수 있다.That is, when the measured NO X conversion rate is measured to be 50 to 60%, an enhancement agent may be added to convert into a performance-promoting SCR reaction as shown in Reaction Scheme 4 below (S300).

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O2NH 3 + NO + NO 2 → 2N 2 + 3H 2 O

상기 반응식 4는 일반 SCR 반응식인 반응식 1 보다 반응속도가 빠르기 때문에 촉매의 활성이 저하된 촉매라도 높은 NOX 환원율을 나타낼 수 있는 장점이 있다.The reaction scheme 4 has a merit that can exhibit a high NO X reduction rate even if the catalyst has a reduced activity because the reaction rate is faster than that of the general SCR reaction scheme 1.

상기 증진제는, 일반 SCR 반응을 성능 촉진 SCR 반응으로 변환시킬 수 있다.The enhancer can convert a general SCR reaction into a performance promoting SCR reaction.

상기 탈질 반응기에 증진제인 NO2를 직접 투입할 수도 있고, 상기 증진제로서, 상기 탈질 반응기에서 NO를 NO2로 변환시켜 성능 촉진 SCR 반응을 수행할 수 있는 것이라면, 그 종류를 제한하지 않으나, 구체적으로는 이산화질소(NO2), 오존(O3), 및 질산암모늄(NH4NO3)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1 종 이상일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 이산화질소(NO2)일 수 있다.The NO 2 which is an enhancer may be directly introduced into the denitrification reactor, and if the NO can be converted into NO 2 in the denitrification reactor to perform a performance-promoting SCR reaction, the type is not limited. May be one or more selected from the group consisting of nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), and ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), and more specifically, nitrogen dioxide (NO 2 ).

도 5는 일반 SCR과 성능 촉진 SCR의 NOX 전환율을 비교한 이미지이다.5 is an image of a comparison of the general SCR and NO X conversion rate for performance promotion SCR.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 이상에 도달하면 증진제 투입을 중단(S200)할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the NO X conversion rate reaches a predetermined value or more, the input of the enhancer may be stopped (S200).

상기 측정된 NOX 전환율이 60 % 이상이 되면 증진제 투입을 중단(S200)하고 상기의 반응식 1과 같이 일반 SCR 반응으로 NOX를 전환시킬 수 있다.When the measured NO X conversion rate is 60% or more, the input of the enhancer may be stopped (S200) and NO X may be converted by a general SCR reaction as shown in Reaction Scheme 1 above.

즉, 본 발명은 측정된 NOX 전환율에 따라 일반 SCR 반응과 성능 촉진 SCR 반응을 주기적으로 변화시킴으로써, 촉매의 활성 및 수명을 증진시킬 수 있는 장점이 있다.That is, the present invention has an advantage of improving the activity and life of the catalyst by periodically changing the general SCR reaction and the performance promoting SCR reaction according to the measured NO X conversion.

여기서, 주기적이라고 함은 동력원, 구동장치, 및 촉매 등의 일반적인 활성 정도 및 수명 등을 고려하여 설정할 수 있다.Here, the periodic can be set in consideration of the general activity level and life, such as a power source, a driving device, and a catalyst.

본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법이 적용된 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) 시스템은, 배기가스 내의 NOX를 N2로 전환시키는 탈질반응기; 상기 탈질반응기의 후단에 배치되며, NOX 전환율을 측정하는 센서부; 상기 센서부에서 측정한 NOX 전환율이 기설정 값 이하이면, 상기 탈질반응기에 증진제를 투입하여 성능 촉진 SCR 반응으로 전환하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 이상에 도달하면 증진제 투입을 중단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A selective reduction catalyst (SCR catalyst) system to which a method for improving durability of a selective reduction catalyst according to another embodiment of the present invention is applied includes a denitration reactor for converting NO X in exhaust gas to N 2 ; A sensor unit disposed at a rear end of the denitrification reactor and measuring NO X conversion rate; When the NO X conversion rate measured by the sensor unit is equal to or less than a preset value, a control unit is added to the denitrification reactor to switch to a performance-promoting SCR reaction, and when the NO X conversion rate reaches a predetermined value or more, a control unit for stopping the input of the promoter It characterized in that it contains a.

상기 탈질반응기는 그 종류를 제한하지 않는다.The denitrification reactor is not limited in its kind.

상기 탈질반응기의 일측에는 암모니아(NH3), 요소(NH2CONH2), 증진제 등을 공급할 수 있는 공급라인이 더 구비될 수 있다.A supply line capable of supplying ammonia (NH 3 ), urea (NH 2 CONH 2 ), and an enhancer may be further provided on one side of the denitrification reactor.

상기 탈질반응기에는 NOX를 N2로 전환시켜 배출시키는 배출라인이 더 구비될 수 있다.The denitrification reactor may further be provided with a discharge line for converting NO X to N 2 for discharge.

상기 NOX 전환율을 측정하는 센서부는 배출되는 배기가스의 NOX 전환율을 측정할 수 있는 것이라면, 그 종류를 제한하지 않는다.So long as the NO X conversion rate of the exhaust gas sensor to measure the NO X conversion portion can be measured, it does not limit the type.

상기 제어부는 NOX 센서부에서 측정된 NOX 전환율에 따라 증진제량을 산출하여 투입 및 중단을 제어할 수 있다.The control unit may control the input and stop by calculating the amount of the enhancer according to the NO X conversion rate measured by the NO X sensor unit.

상기 제어부는 상기 센서부에서 측정된 NOX 전환율이 50 ~ 60 % 미만일 때 증진제를 투입하여 성능 촉진 SCR 반응으로 전환할 수 있으며, 상기 NOX 전환율이 50 ~ 60 % 이상일 때 증진제 투입을 중단함으로써, 일반 SCR 반응으로 진행되도록 할 수 있다.When the NO X conversion rate measured by the sensor unit is less than 50 to 60%, the control unit may switch to a performance-promoting SCR reaction by introducing an enhancer, and when the NO X conversion rate is 50 to 60% or more, the input of the enhancer is stopped. It can be made to proceed with a general SCR reaction.

상기 제어부에서 증진제의 투입여부를 결정함으로써, 선택적 환원 촉매가 황산암모늄염에 피독되더라도 촉매의 초기 성능을 유지할 수 있는 장점이 있다.By determining whether or not the enhancer is added by the control unit, there is an advantage of maintaining the initial performance of the catalyst even if the selective reduction catalyst is poisoned with ammonium sulfate.

상기 증진제는 상기 증진제는, 일반 SCR 반응을 성능 촉진 SCR 반응으로 변환시킬 수 있다.The enhancer may convert the general SCR reaction into a performance promoting SCR reaction.

상기 반응기에 증진제인 NO2를 직접 투입할 수도 있고, 상기 탈질 반응기에서 NO를 NO2로 변환시킬 수 있는 것이라면, 그 종류를 제한하지 않으나, 구체적으로는 이산화질소(NO2), 오존(O3), 및 질산암모늄(NH4NO3)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1 종 이상일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 이산화질소(NO2)일 수 있다.It is also possible to directly inject the NO 2 as an enhancer to the reactor, and if the NO can be converted to NO 2 in the denitrification reactor, the type is not limited, specifically, nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ) , And ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), and may be one or more selected from the group consisting of nitrogen nitrate (NO 2 ).

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내연기관은, 상기에서 설명된 선택적 환원 촉매 시스템을 포함하여 제공된다.An internal combustion engine according to another embodiment of the present invention is provided, including the selective reduction catalyst system described above.

이하, 본 발명의 제조예 및 실험예를 통해 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, it will be described in more detail through production examples and experimental examples of the present invention.

제조예 : 피독된 선택적 환원 촉매의 제조Preparation Example: Preparation of poisoned selective reduction catalyst

벤치플로 시스템을 구축하여 실제 엔진에서 배출되는 배기가스를 모사하여 실험하였다.We built a bench flow system and simulated the exhaust gas emitted from the actual engine.

선택적 환원 촉매는 Sample을 3 Inch, 직경 0.9 cm, 및 무게 13 g의 크기로 만든 후 벤치플로 시스템인 노(furnace)의 유리관 내에 이 선택적 환원 촉매를 장착한 후 400 ℃의 온도에서 25 분 동안 NO 가스를 투입하고, SO2 가스를 80 분 동안 투입하여 황 피독된 선택적 환원 촉매를 제조하였다.The selective reduction catalyst is made of 3 Inch, 0.9 cm in diameter, and 13 g in weight, and then, after mounting the selective reduction catalyst in a glass tube of a furnace, a bench flow system, NO for 25 minutes at a temperature of 400 ° C. Gas was added and SO 2 gas was added for 80 minutes to prepare a sulfur poisoned selective reduction catalyst.

실험예 : 피독된 선택적 환원 촉매의 NOX 저감 성능Experimental Example: NO X reduction performance of poisoned selective reduction catalyst

제조예에 따라 제조된 황 피독된 선택적 환원 촉매를 시스템인 노의 유리관 내에 설치한 후, NO 가스를 계속해서 흘려보내고, NO2 가스를 25 분 동안은 투입하고, 25 분 동안은 중단하는 실험을 5 회 수행하였다.After the sulfur poisoned selective reduction catalyst prepared according to the manufacturing example was installed in the glass tube of the system furnace, NO gas was continuously flowed, NO 2 gas was added for 25 minutes, and an experiment was stopped for 25 minutes. 5 times.

도 6은 일반 SCR과 성능 촉진 SCR 반응을 비교 실험한 결과를 나타낸 것이고, 도 7은 일반 SCR과 성능 촉진 SCR NOX 저감 성능의 차이를 비교한 것이다.FIG. 6 shows the results of a comparison experiment of a general SCR and a performance promoting SCR reaction, and FIG. 7 compares a difference between the general SCR and the performance promoting SCR NO X reduction performance.

도 6 및 도 7을 참조하면, 황 피독된 선택적 환원 촉매는 NO 가스만 공급되었을 때에는 일반적인 SCR 반응 경로에 따라 반응식 1과 같이 NO를 N2로 변환하였으며, NO2 가스와 함께 공급되었을 때에는 성능 촉진 SCR 반응 경로에 따라 NOX 전환율이 상승되는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 6 and 7, when the sulfur poisoning selective reduction catalyst was supplied only with NO gas, NO was converted to N 2 as shown in Reaction Formula 1 according to a general SCR reaction route, and performance was promoted when supplied with NO 2 gas. It was confirmed that the NO X conversion rate was increased according to the SCR reaction path.

또한, 증진제인 NO2 가스의 공급과 중단을 반복 수행함으로써, 황 피독된 선택적 환원 촉매의 성능은 일부 회복되었으며, 이로 인하여 NOX 전환율이 증가되는 것을 확인할 수 있었다.In addition, by repeatedly performing the supply and interruption of the NO 2 gas as an enhancer, the performance of the sulfur poisoned selective reduction catalyst was partially recovered, thereby confirming that the NO X conversion was increased.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 활성이 저하되었을 때 암모니아(NH3) 또는 요소(NH2CONH2)의 투입과 동시에 증진제를 투입함으로써, 촉매의 수명을 증가시키고 활성을 향상시켜 질소산화물을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 촉매 내구성 향상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and the present invention provides an enhancer simultaneously with the addition of ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 CONH 2 ) when the activity of the selective reduction catalyst (SCR catalyst) decreases. It is an object of the present invention to provide a method for improving catalyst durability of a selective reduction catalyst (SCR catalyst) capable of effectively removing nitrogen oxides by increasing the life of the catalyst and improving activity by introducing it.

또한, 본 발명은 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법이 적용된 선택적 환원 촉매(SCR 촉매) 시스템, 및 내연기관을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to provide a selective reduction catalyst (SCR catalyst) system, and an internal combustion engine to which the method for improving the durability of the selective reduction catalyst is applied.

본 발명에 따른 SCR 시스템 촉매의 내구성 향상방법을 이용하면, 선택적 환원 촉매의 활성이 저하되었을 때 암모니아(NH3) 또는 요소(NH2CONH2)의 투입과 동시에 증진제를 투입하여 질소산화물의 환원 반응 경로를 변경함으로써, 선택적 환원 촉매의 수명을 증가시키고 활성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.When the durability improvement method of the SCR system catalyst according to the present invention is used, when the activity of the selective reduction catalyst is lowered, a reduction reaction of nitrogen oxides is performed by adding an ammonia (NH 3 ) or urea (NH 2 CONH 2 ) and simultaneously with an enhancer. By changing the route, there is an advantage that the life of the selective reduction catalyst can be increased and the activity can be dramatically improved.

또한, 본 발명은 최초 촉매와 동등 수준의 촉매 성능을 나타낼 수 있어, 우수한 탈질 성능을 나타낼 수 있는 선택적 환원 촉매 시스템 및 내연기관을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing a selective reduction catalyst system and an internal combustion engine capable of exhibiting catalyst performance equivalent to that of the initial catalyst, and exhibiting excellent denitrification performance.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법, 이를 포함하는 선택적 환원 촉매 시스템 및 내연기관에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.So far, a method for improving the durability of a selective reduction catalyst according to an embodiment of the present invention has been described with reference to specific embodiments of a selective reduction catalyst system and an internal combustion engine including the same, but within the limits that do not depart from the scope of the invention It is obvious that implementation modifications are possible.

그러므로 본 발명의 범위에 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, it should not be limited to the embodiments described in the scope of the present invention, and should be determined not only by the claims to be described later, but also by the claims and equivalents.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.That is, the above-described embodiments are illustrative in all respects, and should be understood as not limiting, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and It should be construed that any altered or modified form derived from the equivalent concept is included in the scope of the present invention.

S50 : NOX 전환
S100 : NOX 전환율 측정
S200 : 증진제 중단
S300 : 증진제 투입
S50: NO X conversion
S100: NO X conversion rate measurement
S200: Stop the enhancer
S300: Enhancement agent input

Claims (10)

선택적 환원 촉매의 NOX 전환율을 측정하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 미만이면, 증진제를 함께 투입하여 성능 촉진 SCR 반응으로 전환하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 이상에 도달하면 증진제 투입을 중단하여 일반 SCR 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법.
When measuring the NO X conversion rate of the selective reduction catalyst, and the NO X conversion rate less than the predetermined value, when the input the promoter with by switching to the performance promotes SCR reaction, the NO X conversion rate reaches a predetermined value or more the enhancer added Method for improving the durability of a selective reduction catalyst, characterized in that to perform a normal SCR reaction by stopping.
제 1항에 있어서,
상기 NOX 전환율을 이용하여 선택적 환원 촉매(SCR 촉매)의 피독율을 산출하는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법.
According to claim 1,
Method for improving the durability of a selective reduction catalyst, characterized by calculating the poisoning rate of a selective reduction catalyst (SCR catalyst) using the NO X conversion rate.
제 1항에 있어서,
상기 증진제는,
일반 SCR 반응을 성능 촉진 SCR 반응으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법.
According to claim 1,
The enhancer,
A method for improving durability of a selective reduction catalyst, characterized in that the general SCR reaction is converted into a performance-promoting SCR reaction.
제 3항에 있어서,
상기 증진제는,
이산화질소(NO2), 오존(O3), 및 질산암모늄(NH4NO3)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법.
According to claim 3,
The enhancer,
Method for improving the durability of a selective reduction catalyst, characterized in that at least one member selected from the group consisting of nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), and ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ).
제 1항에 있어서,
상기 NOX 전환율의 기설정 값은 50 ~ 60 %인 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 내구성 향상방법.
According to claim 1,
Method for improving the durability of the selective reduction catalyst, characterized in that the predetermined value of the NO X conversion rate is 50 to 60%.
배기가스 내의 NOX를 N2로 전환시키는 탈질반응기;
상기 탈질반응기의 후단에 배치되며, NOX 전환율을 측정하는 센서부;
상기 센서부에서 측정한 NOX 전환율이 기설정 값 이하이면, 상기 탈질반응기에 증진제를 투입하여 성능 촉진 SCR 반응으로 전환하고, 상기 NOX 전환율이 기설정 값 이상에 도달하면 증진제 투입을 중단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매 시스템.
A denitrification reactor for converting NO X in exhaust gas to N 2 ;
A sensor unit disposed at a rear end of the denitrification reactor and measuring NO X conversion rate;
When the NO X conversion rate measured by the sensor unit is equal to or less than a preset value, a control unit is added to the denitrification reactor to switch to a performance-promoting SCR reaction, and when the NO X conversion rate reaches a predetermined value or more, a control unit for stopping the input of the promoter ; Selective reduction catalyst system comprising a.
제 6항에 있어서,
상기 NOX 전환율의 기설정 값은 50 ~ 60 %인 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매 시스템.
The method of claim 6,
Selective reduction catalyst system, characterized in that the predetermined value of the NO X conversion is 50 ~ 60%.
제 6항에 있어서,
상기 증진제는,
일반 SCR 반응을 성능 촉진 SCR 반응으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매 시스템.
The method of claim 6,
The enhancer,
A selective reduction catalyst system characterized by converting a general SCR reaction into a performance promoting SCR reaction.
제 8항에 있어서,
상기 증진제는,
이산화질소(NO2), 오존(O3), 및 질산암모늄(NH4NO3)으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매 시스템.
The method of claim 8,
The enhancer,
Selective reduction catalyst system, characterized in that at least one member selected from the group consisting of nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), and ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ).
제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 선택적 환원 촉매 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.An internal combustion engine comprising the selective reduction catalyst system of claim 6.
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