KR20220158293A - 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정 - Google Patents
이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이소프로판올 및 암모니아를 산화하는 제1 반응과 질소, 이산화탄소 및 물을 생성하는 제2 반응을 포함하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공정은 기본적으로 1차 오염원인 이소프로판올 및 암모니아를 저감할 뿐만 아니라 별도의 환원제의 공급 없이 2차 오염원의 발생도 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정에 관한 것이다. 구체적으로, 이소프로판올 및 암모니아를 산화하는 제1 반응과 질소, 이산화탄소 및 물을 생성하는 제2 반응을 포함하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이 공정 등과 같은 특정 산업 분야에서는 공정 배출물로 주로 유기 휘발 물질(Volatile Organic Compounds, VOC)와 냄새 유발 물질(Oder Causing Compound)을 포함한다. 유기 휘발 물질과 냄새 유발 물질을 포함하는 공정 배출물은 대기오염의 원인물질이며, 따라서 유기 휘발 물질과 냄새 유발 물질의 처리기술이 요구된다.
종래의 방법에 따르면, 유기 휘발 물질은 축열식 열 산화(Regenerative Thermal Oxidation) 또는 축열식 촉매 산화(Regenerative Catalytic Oxidation) 등의 수단으로 처리된다. 저농도의 유기 휘발 물질은 처리 효율을 높이기 위해 농축기(예를 들면, 흡착제를 포함한 회전식 로터)를 사용하여 농축한 후 처리된다. 배기가스의 유량이 큰 경우에는 축열식 열 산화 방식이 경제적인 수단이 될 수 있지만, 처리 효율을 높이기 위해 반응온도가 지나치게 높을 경우에는 NOx가 발생하여 2차 오염원이 배출되는 문제점이 있다.
또한, 냄새 유발 물질 중 암모니아는 물에 쉽게 용해되기 때문에 암모니아가 포함된 배기가스를 수세하여 처리한다. 구체적으로, 물, 또는 암모니아의 용해도를 높이기 위해 고안된 특정 화학물질을 포함하는 수용액에 암모니아를 용해시켜 처리할 수 있으나, 수질 환경적 측면에서 총 질소 함량 규제가 엄격해지고 있다는 점을 고려하면, 작업장 내부 또는 외부에서 습식 산화 등으로 2차 처리가 요구된다. 암모니아 그 자체는 산화될 경우에 질소 산화물(예를 들면, NOx(NO, NO2) 또는 N2O 등)이 2차 오염원으로 배출될 수 있으므로, 이들 질소 산화물을 저감하기 위해서는 탄화수소, 암모니아, 요소 용액과 같은 환원제가 추가적으로 사용되어야 한다. 이 때, 별도의 de-NOx 반응기가 필요하고, 환원제의 저장탱크, 공급장치 등도 필요하게 되어 장치가 복잡하고 대형화될 수 있다.
유기 휘발 물질 중 물에 용해되는 물질(예를 들면, 알코올류, 케톤류, 알데히드류 등”은 수세하여 습식 산화 방법으로 제거할 수 있다. 수용성 유기 휘발 물질과 암모니아가 동시에 배출되는 사업장의 경우, 습식 방법으로 물, 또는 수용성 유기 휘발 물질과 암모니아의 용해도를 높이기 위한 화학물질을 함유한 수용액에 용해시켜 처리할 수 있으나, 2차 오염원이 발생할 수 있다.
특히, 최근에는 환경규제 강화로 폐수 처리(예를 들면, 습식 산화)가 필요한 기존 습식 방식의 저감 수단(예를 들면, 습식 스크러버)은 사용이 어려워 1차 오염원 그 자체와 2차 오염원의 발생도 최소화된 건식 저감 수단으로의 대체가 요구된다.
본 발명은 유기 휘발 물질 중 이소프로판올(IPA)와 냄새 유발 물질 중 암모니아(NH3)를 동시에 저감하는 공정을 제공하고자 한다. 이소프로판올 및 암모니아를 동시에 포함하는 산업 배기가스를 처리할 때, 이소프로판올과 암모니아를 완전히 분리하여 진행하는 것은 장치를 불필요하게 대형화할 수 있고, 이소프로판올과 암모니아를 동시에 처리하는 것은 각 성분의 화학양론에 맞게 최적화하기 어려워 불가피하게 NOx, N2O 등과 같은 2차 오염원을 동반한다. 이러한 2차 오염원은 별도의 환원제의 공급 없이는 용이하게 처리하기 어렵지만, 본 발명은 별도의 환원제의 공급 없이 2차 오염원을 최소화할 수 있는 공정을 제공한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면,
본 발명은 (1) 이소프로판올 및 암모니아를 포함하는 산업 배기가스를 제1 반응기에 공급하는 단계, (2) 상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아를 산화하는 단계, (3) 상기 제1 반응기의 배출물을 제2 반응기에 공급하는 단계, (4) 상기 제2 반응기에서 질소, 이산화탄소 및 물을 생성하는 단계, 및 (5) 상기 제2 반응기의 배출물을 배출하는 단계를 포함하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 산업 배기가스에서 이소프로판올 및 암모니아의 농도 합은 100ppm 내지 10,000ppm이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 산업 배기가스에서 이소프로판올의 농도는 암모니아의 농도를 기준으로 10% 내지 5,000%이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 산업 배기가스에서 이소프로판올 및 암모니아의 농도는 각각 100ppm 이상이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 산업 배기가스를 제1 반응기에 공급하기 전, 공급 유량을 제1 유량과 제2 유량으로 분리하여, 상기 제1 유량은 제1 반응기에 공급되고, 상기 제2 유량은 제1 반응기의 배출물과 혼합된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제2 유량은 제1 유량 및 제2 유량을 합친 공급 유량을 기준으로 5% 내지 30%이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아는 촉매 또는 열에 의해 산화된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아가 열에 의해 산화되는 경우, (6) 제3 반응기에서 N2O를 분해하는 단계를 더 포함하며, 상기 (5) 단계에서 제2 반응기의 배출물은 제3 반응기로 공급된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아가 촉매에 의해 산화되는 경우, 상기 촉매는 제1 촉매와 제2 촉매를 포함하며, 상기 제1 촉매는 Ni, Co, Ru, Pt, Pd, Fe, V, Mo, W 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하고, 상기 제2 촉매는 Cu 또는 Fe를 포함하는 제올라이트계 촉매이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제1 촉매는 제1 조촉매 및 담체를 더 포함하며, 상기 제1 조촉매는 Na, Ca, Mg, Cs 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 담체는 Al, Si 또는 Ti의 산화물 또는 이의 조합이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아가 촉매에 의해 산화되는 경우, 상기 제1 반응기는 100℃ 내지 650℃의 온도 조건, 상압 내지 10기압의 압력 조건 및 200hr-1 내지 20,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건으로 구동된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아가 열에 의해 산화되는 경우, 상기 제1 반응기는 500℃ 내지 1,000℃의 온도 조건, 상압 내지 10기압의 압력 조건 및 0.1초 내지 10초의 체류시간 조건으로 구동된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제2 반응기에서 질소 산화물은 촉매에 의해 환원되며, 상기 촉매는 제1 촉매와 제2 촉매를 포함하며, 상기 제1 촉매는 Ni, Co, Ru, Pt, Pd, Fe, V, Mo, W 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하고, 상기 제2 촉매는 Cu 또는 Fe를 포함하는 제올라이트계 촉매, V, W, Mo 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질이 티타니아(TiO2)에 담지된 촉매이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제1 촉매는 제1 조촉매 및 담체를 더 포함하며, 상기 제1 조촉매는 Na, Ca, Mg, Cs 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 담체는 Al, Si 또는 Ti의 산화물 또는 이의 조합이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제2 반응기는 100℃ 내지 650℃의 온도 조건, 상압 내지 10기압의 압력 조건 및 200hr-1 내지 20,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건으로 구동된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제3 반응기에서 N2O는 촉매에 의해 분해되며, 상기 촉매는 Co, Ni 또는 이의 조합을 포함하는 하이드로탈싸이트, CoZn 스피넬, Cu 산화물, Mn 산화물, Fe 산화물 또는 제올라이트를 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 촉매는 조촉매 및 첨가제를 더 포함하며, 상기 조촉매는 Au, Ag, Ru, Cr, Zr 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 첨가제는 K, Cs, Mg, Ca 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제3 반응기는 100℃ 내지 650℃의 온도 조건, 상압 내지 10기압의 압력 조건 및 200hr-1 내지 50,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건으로 구동된다.
본 발명에 따른 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정은 기본적으로 1차 오염원인 이소프로판올 및 암모니아를 저감할 뿐만 아니라 별도의 환원제의 공급 없이 2차 오염원의 발생도 최소화할 수 있다.
도 1은 제1 반응기가 촉매 산화 반응기인 경우의 예시적인 공정도이다.
도 2는 제1 반응기가 열 산화 반응기인 경우의 예시적인 공정도이다.
도 2는 제1 반응기가 열 산화 반응기인 경우의 예시적인 공정도이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체 예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정을 제공한다. 이소프로판올 및 암모니아를 모두 포함한 배기가스를 처리할 때, 종래의 기술적 수단, 예를 들면, 연소식 또는 촉매식 산화 방식을 사용하는 경우, 이소프로판올은 산화되어 이산화탄소로 전환될 수 있으나, 일정 부분의 암모니아는 산화 반응 중에 NOx, N2O로 전환될 수 있어, 2차 오염원이 발생할 수 있다. 본 발명은 환원제 공급 없이 이러한 2차 오염원까지 함께 저감할 수 있는 공정을 제공하고자 하며, 구체적으로 본 발명에 따른 공정을 통한 최종 배출물은 이소프로판올, 암모니아 및 NOx의 농도 합이 50ppm 이하로 제한된다. 본 발명의 1차적인 목적에는 해당하지는 않지만, 본 발명에 따른 공정 또는 이에 추가된 공정을 통해 CO 또는 N2O의 농도는 각각 50ppm 이하로 제한될 수 있다.
본 발명에 따른 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정은 (1) 이소프로판올 및 암모니아를 포함하는 산업 배기가스를 제1 반응기에 공급하는 단계; (2) 상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아를 산화하는 단계; (3) 상기 제1 반응기의 배출물을 제2 반응기에 공급하는 단계; (4) 상기 제2 반응기에서 질소, 이산화탄소 및 물을 생성하는 단계; 및 (5) 상기 제2 반응기의 배출물을 배출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 공정에 따르면, 이소프로판올 및 암모니아를 포함하는 산업 배기가스는 먼저 제1 반응기에 공급된다. 본 발명에 따른 공정의 효율을 높이기 위해서는, 산업 배기가스에서 이소프로판올 및 암모니아의 농도가 일정 수준 이상이 되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 산업 배기가스에서 이소프로판올 및 암모니아의 농도 합은 100ppm 내지 10,000ppm, 바람직하게는 2,000ppm 내지 9,000ppm, 더욱 바람직하게는 4,000ppm 내지 8,000ppm이고, 이소프로판올의 농도는 암모니아의 농도를 기준으로 10% 내지 5,000%, 바람직하게는 30 내지 3,000%, 더욱 바람직하게는 50 내지 1,000%이며, 이소프로판올 및 암모니아의 농도는 각각 100ppm 이상, 바람직하게는 1,000ppm 이상, 더욱 바람직하게는 2,000ppm 이상일 수 있다. 이소프로판올 및 암모니아 중 어느 한 성분의 농도가 지나치게 낮은 경우, 두 성분 간의 간섭 작용이 미미하여, 어느 한 성분을 제거하는 목적으로 고안된 발명을 통해서도 본 발명과 유사한 효과를 달성할 수 있어, 본 발명에 따른 공정의 효용성이 떨어질 수 있다. 이와 반대로, 이소프로판올 및 암모니아 중 어느 한 성분의 농도가 지나치게 높은 경우, 본 발명에 따른 공정을 통해서도 우수한 효과를 발현할 수 없어, 본 발명에 따른 공정의 효용성이 떨어질 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 공정은 암모니아의 선택 산화 반응(즉, 암모니아가 특정한 조건 또는 촉매 상에서 질소(N2)와 물(H2O)로 선택적으로 산화되는 반응)을 포함하는 데, 이소프로판올의 농도가 지나치게 낮은 경우에는 암모니아의 선택 산화 반응과 종래기술의 조합으로도 본 발명의 목적을 달성할 수 있고, 이와는 반대로, 이소프로판올의 농도가 지나치게 높은 경우에는 이소프로판올의 산화 처리 중 발생하는 반응열로 인해 암모니아의 산화 반응도 활성화되어 NOx(즉, NO 또는 NO2)가 다량 발생하게 됨에 따라 별도의 환원제 공급 단계가 없이는 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
본 발명에 따른 공정에 적합한 상술한 이소프로판올 및 암모니아의 농도 합은 실제 산업분야에 적용하여 처리효율을 높일 수 있는 수준이다. 공급된 산업 배기가스에서 이소프로판올 및 암모니아의 농도가 낮은 경우, 이소프로판올 및 암모니아를 흡착할 수 있는 농축기를 사용하여, 제1 반응기에 공급하기 전에 이소프로판올 및 암모니아의 농도를 조절할 수 있다.
상술한 이소프로판올 및 암모니아의 농도를 만족하는 산업 배기가스는 제1 반응기에 공급하기 전, 공급 유량을 제1 유량과 제2 유량으로 분리하여, 상기 제1 유량은 제1 반응기에 공급되고, 제2 유량은 제1 반응기의 배출물과 혼합될 수 있다. 공급 유량을 제1 유량과 제2 유량으로 분리한 후, 제2 유량을 제1 반응기의 배출물과 혼합하는 경우, 제2 반응기에서 제2 유량에 포함된 암모니아가 NOx 또는 N2O를 분해하기 위한 환원제로 사용될 수 있어, 반응 효율을 높일 수 있다. 제1 유량과 제2 유량의 분배는 하기 계산식 1에 의해 결정될 수 있다.
[계산식 1]
여기서, Qa는 분배 전 공급 유량을 의미하고, Qa2는 제2 유량을 의미하며, 해당 부호는 도 1 및 도 2를 참고한다. f는 제1 반응기에서 배출되는 NOx의 양(c), NOx 1 상당량을 완전히 제거하기 위해 필요한 암모니아의 상당량(d), 제2 반응기에서 목적하는 NOx의 제거 효율(x)과 관계가 있으며, 이들로부터 결정되어지는 NOx를 제거하기 위해 제2 반응기에 도입되어야 하는 암모니아의 양(a)를 시스템에 도입되는 배기가스에 포함된 암모니아의 총 양(b)로 나눈 값으로 정의할 수 있다. 이는 다음과 같은 계산식 2로 정리된다.
[계산식 2]
여기서, a는 c×d×x에 의해 계산된다. c는 제1 반응기에서 배출되는 NOx의 양을 의미하며, NO의 양(c1)과 NO2의 양(c2)을 합하여 결정된다. d는 NOx의 1 상당량을 완전히 제거하기 위해 필요한 암모니아의 상당량을 의미하며, NO의 양과 NO2의 양으로 계산 시에 하기 계산식 3에 따라 그 값이 결정된다. x는 목적하는 NOx의 제거 효율을 의미하며, 본 발명의 실행 단계에서 최종 처리된 배출가스 중 이소프로판올, 암모니아, NOx의 농도를 감안하여 사전에 정하게 된다. x는 0.5 내지 1.5, 바람직하게는 0.6 내지 1.4, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.3으로 정할 수 있다. 상기 범위보다 x 값이 작은 경우에는 암모니아의 선택적 환원 작용에 의한 NOx의 저감 효율이 낮아질 수 있으며, 상기 범위보다 x 값이 큰 경우에는 촉매에 부과되는 부담이 증가하여 이소프로판올과 암모니아의 산화 반응 효율이 저하될 수 있다.
[계산식 3]
본 발명의 일 구체예에 따르면, 제2 유량은 제1 유량 및 제2 유량을 합친 공급 유량을 기준으로 1%(f=0.01) 초과, 5%(f=0.05) 이상, 10%(f=0.1) 이상이고, 40%(f=0.4) 미만, 30%(f=0.3) 이하, 20%(f=0.2) 이하, 15%(f=0.15) 이하일 수 있고, 일례로 5% 내지 30%일 수 있다. 제2 유량이 상기 범위를 만족할 때, NOx, N2O과 같은 2차 오염원의 배출을 최소화할 수 있다.
산업 배기가스의 공급 유량(분리된 경우, 제1 유량)은 제1 반응기에 공급되며, 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아는 산화된다. 이소프로판올 및 암모니아의 산화는 이소프로판올 및 암모니아가 각각 산소와 반응하는 것이며, 이에 의해 다음의 반응이 수행될 수 있다.
[반응식 1]
C3H8O + 4.5O2 → 3CO2 + 4H2O
[반응식 2]
2NH3 + 1.5O2 → N2 + 3H2O
[반응식 3]
C3H8O + 2O2 → 2C + CO + 4H2O
[반응식 4]
C3H8O + 3O2 → 3CO + 4H2O
[반응식 5]
2NH3 + 2.5O2 → 2NO + 3H2O
[반응식 6]
2NH3 + 3.5O2 → 2NO2 + 3H2O
[반응식 7]
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O
[반응식 8]
8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O
반응식 1 및 2는 본 발명이 제1 반응기에서 목적하는 주반응이며, 반응식 3 내지 8은 실제 반응 진행 시 발생할 수 있는 부반응이다. 이소프로판올 및 암모니아를 동시에 산화하는 경우, 각각의 반응물에 대하여 최적의 조건에서 반응을 수행할 수 없기 때문에, 일정 수준 이상의 부반응이 필연적으로 동반된다. 이러한 부반응에 의한 2차 오염원을 제거하기 위해, 추가적인 반응이 요구된다. 이소프로판올 및 암모니아 외의 반응물인 산소는 일반적으로 배기가스에 충분한 양이 포함되어 있으나, 필요에 따라서 반응기에 공기를 추가 공급할 수 있다.
상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아는 촉매 또는 열에 의해 산화될 수 있다. 도 1은 제1 반응기가 촉매 산화 반응기인 경우의 예시적인 공정도를 나타내며, 도 2는 제1 반응기가 열 산화 반응기인 경우의 예시적인 공정도를 나타낸다. 열 산화 반응기를 이용하는 경우, 제2 반응기를 거친 후에도 다량의 N2O 성분을 포함할 수 있어 이를 분해하기 위해, 제3 반응기를 이용할 수 있는데, 이 부분에 대해서는 후술한다.
제1 반응기가 촉매 산화 반응기인 경우, 제1 반응기는 고정 베드 촉매 반응기(fixed bed catalytic reactor)의 형태로 촉매를 구비한다. 이 때, 촉매는 산화 반응 성능을 가지면서도 NH3의 선택 산화 반응과 NH3-deNOx 반응에 효과적인 촉매를 선택하는 것이 바람직할 수 있으며, 촉매가 이러한 기능성을 갖는다면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 촉매는 산화 기능성을 갖는 제1 촉매, 및 NH3의 선택 산화 반응과 NH3-deNOx 반응에 효과적인 제2 촉매를 포함하며, 상기 제1 촉매는 Ni, Co, Ru, Pt, Pd, Fe, V, Mo, W 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, Al, Si 또는 Ti의 산화물 또는 이의 조합으로 이루어진 산화물 담체를 포함할 수 있다. 상기 제2 촉매는 Cu 또는 Fe를 포함하는 제올라이트(Zeolite)계 촉매일 수 있다. 상기 촉매는 산화 기능 조절과 코크(Coke) 생성 방지를 위해 제1 조촉매를 포함할 수 있으며, 상기 제1 조촉매는 알카리 금속 또는 알카리 토금속으로 Na, Ca, Mg, Cs 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 제1 촉매(제1 조촉매 및 담체를 포함할 수 있음) 및 제2 촉매는 압출 성형된 촉매이거나 허니컴 등의 구조체에 코팅된 촉매일 수 있으며, 압출 성형된 촉매는 하나의 촉매로 제조될 수 있고, 각각 제조하여 혼합하여 반응기에 충진될 수 있다. 코팅된 촉매는 제1 촉매와 제2 촉매를 모두 포함한 코팅액을 제조한 후 코팅할 수 있고, 각각 제조하여 순차적으로 코팅할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 제1 촉매 대 제2 촉매의 중량비는 100:1 내지 1:10, 바람직하게는 10:1 내지 1:8, 더욱 바람직하게는 1:2 내지 1:6 일 수 있다. 상술한 범위로 제1 촉매 및 제2 촉매를 조합하는 경우, 제1 반응기에서 부반응을 최대한 억제하면서 주반응의 비중을 높일 수 있다.
촉매 산화 반응기인 제1 반응기는 100℃ 내지 650℃, 바람직하게는 200℃ 내지 600℃, 더욱 바람직하게는 300℃ 내지 550℃의 온도 조건 하에서 구동될 수 있다. 해당 범위보다 온도가 낮은 경우에는 전체적으로 산화 반응이 활발하게 진행되지 않아 바람직하지 않고, 해당 범위보다 온도가 높은 경우에는 NOx가 과다 발생하여 바람직하지 않다. 상기 제1 반응기는 상압 내지 10기압, 바람직하게는 상압 내지 7기압, 더욱 바람직하게는 상압 내지 5기압의 압력 조건 하에서 구동될 수 있다. 고압에서는 내압 용기를 채택해야 하기 때문에 장치 비용이 상승할 수 있다. 상기 제1 반응기는 200hr-1 내지 20,000hr-1, 바람직하게는 500hr-1 내지 10,000hr-1, 더욱 바람직하게는 1,000hr-1 내지 5,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건 하에서 구동 될 수 있다. 해당 범위보다 기체 공간 속도가 낮은 경우에는 장치가 대형화되어야 하기 때문에 바람직하지 않고, 해당 범위보다 기체 공간 속도가 높은 경우에는 반응의 효율과 선택도가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
상기 촉매 산화 반응기는 본 발명에 따른 목적을 달성하기 위해 반응물의 암모니아 중 질소산화물(NOx+N2O)로 전환된 비율이 50% 이하가 되고, N2O/총 질소산화물이 0.2 이하가 되도록 설계될 수 있다.
제1 반응기가 열 산화 반응기인 경우, 반응기의 온도를 500℃ 내지 1,000℃, 바람직하게는 550℃ 내지 900℃, 더욱 바람직하게는 600℃ 내지 850℃까지 높여서 구동할 수 있다. 해당 범위보다 온도가 낮은 경우에는 전체적으로 산화 반응이 활발하게 진행되지 않아 바람직하지 않고, 해당 범위보다 온도가 높은 경우에는 NOx가 과다하게 발생하여 바람직하지 않다. 상기 제1 반응기는 상압 내지 10기압, 바람직하게는 상압 내지 7기압, 더욱 바람직하게는 상압 내지 5기압의 압력 조건 하에서 구동될 수 있다. 고압에서는 내압 용기를 채택해야 하기 때문에 장치 비용이 상승할 수 있다. 상기 제1 반응기는 0.1초 내지 10초, 바람직하게는 0.2초 내지 5초, 더욱 바람직하게는 0.3초 내지 3초의 체류시간 조건 하에서 구동 될 수 있다. 해당 범위보다 체류시간이 길 경우에는 장치가 대형화되어야 하기 때문에 바람직하지 않고, 해당 범위보다 체류시간이 짧을 경우에는 반응의 효율과 선택도가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
상기 열 산화 반응기는 본 발명에 따른 목적을 달성하기 위해 반응물의 암모니아 중 질소산화물(NOx+N2O)로 전환된 비율이 50% 이하가 되고, NOx/총 질소산화물이 0.3 내지 0.6이 되도록 설계될 수 있다.
제1 반응기가 열 산화 반응기인 경우, 상기 반응식 1 내지 8의 반응이 진행됨과 아울러 아래의 반응식 9 내지 11과 같이 N2O의 생성이 활발해 질 수 있다. 이에 따라, 생성된 N2O를 분해하기 위한 제3 반응기를 필요로 할 수 있다.
[반응식 9]
2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O
[반응식 10]
2NH3 + 8NO → 5N2O + 3H2O
[반응식 11]
4NH3 + 4NO + 3O2 → 4N2O + 6H2O(3)
제1 반응기의 배출물은 제2 반응기에 공급된다. 제1 반응기에 공급되기 전에 공급 유량을 제1 유량과 제2 유량으로 분리한 경우에는 제2 유량이 제1 반응기의 배출물과 혼합되어 제2 반응기에 공급된다. 상기 제2 반응기에서 주로 질소, 이산화탄소 및 물이 생성된다. 상기 제2 반응기에서는 주로 다음의 반응이 수행될 수 있다.
[반응식 12]
C3H8O + 4.5O2 → 3CO2 + 4H2O
[반응식 13]
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O
[반응식 14]
8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O
[반응식 15]
C3H8O + 2.5O2 → 2C + CO2 + 4H2O
[반응식 16]
C3H8O + 3O2 → 3CO + 4H2O
[반응식 17]
2NH3 + 1.5O2 → N2 + 3H2O
반응식 12 내지 14이 본 발명이 제2 반응기에서 목적하는 주반응이며, 반응식 15 내지 17는 실제 반응 진행 시 발생할 수 있는 부반응이다. 제1 반응기와 비교한다면, 주반응으로 이소프로판올이 산화되는 것은 큰 차이가 없으나, 암모니아의 경우에는 제1 반응에서 발생한 NOx 성분이 암모니아와 반응하여 질소와 물로 분해된다.
제2 반응기에서 NOx 성분은 환원되기는 하지만, 이소프로판올과 암모니아를 기준으로 본다면, 제1 반응기와 마찬가지로 제2 반응기는 촉매 산화 반응기로 구분될 수 있고, 고정 베드 촉매 반응기의 형태로 촉매를 구비한다. 이 때, 촉매는 산화 반응 성능을 가지면서도 NH3-deN2O 및 NH3-deNOx 반응에 효과적인 촉매를 선택하는 것이 바람직할 수 있으며, 촉매가 이러한 기능성을 갖는다면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 촉매는 산화 기능성을 갖는 제1 촉매, 및 NH3-deN2O 및 NH3-deNOx 반응에 효과적인 제2 촉매를 포함하며, 상기 제1 촉매는 Ni, Co, Ru, Pt, Pd, Fe, V, Mo, W 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, Al, Si 또는 Ti 의 산화물 또는 이의 조합으로 이루어진 산화물 담체를 포함할 수 있다. 상기 제2 촉매는 Cu 또는 Fe를 포함하는 제올라이트(Zeolite)계 촉매, 또는 V, W, Mo 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질이 티타니아(TiO2)에 담지된 촉매일 수 있다. 상기 촉매는 산화 기능 조절과 코크(Coke) 생성 방지를 위해 제1 조촉매를 포함할 수 있으며, 상기 제1 조촉매는 알카리 금속 또는 알카리 토금속으로 Na, Ca, Mg, Cs 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 제1 촉매(제1 조촉매 및 담체를 포함할 수 있음) 및 제2 촉매는 압출 성형된 촉매이거나 허니컴 등의 구조체에 코팅된 촉매일 수 있으며, 압출 성형된 촉매는 하나의 촉매로 제조될 수 있고, 각각 제조하여 혼합하여 반응기에 충진될 수 있다. 코팅된 촉매는 제1 촉매와 제2 촉매를 모두 포함한 코팅액을 제조한 후 코팅할 수 있고, 각각 제조하여 순차적으로 코팅할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 제1 촉매 대 제2 촉매의 중량비는 100:1 내지 1:10, 바람직하게는 10:1 내지 1:10, 더욱 바람직하게는 1:5 내지 1:10 일 수 있다. 상술한 범위로 제1 촉매 및 제2 촉매를 조합하는 경우, 제2 반응기에서 부반응을 최대한 억제하면서 주반응의 비중을 높일 수 있다.
제2 반응기는 100℃ 내지 650℃, 바람직하게는 150℃ 내지 600℃, 더욱 바람직하게는 200℃ 내지 550℃의 온도 조건 하에서 구동될 수 있다. 해당 범위보다 온도가 낮은 경우에는 전체적으로 산화 반응이 활발하게 진행되지 않아 바람직하지 않고, 해당 범위보다 온도가 높은 경우에는 암모니아의 산화반응이 de-NOx 반응과 경쟁적으로 진행되어 NOx가 과다하게 발생하여 바람직하지 않다. 상기 제1 반응기는 상압 내지 10기압, 바람직하게는 상압 내지 7기압, 더욱 바람직하게는 상압 내지 5기압의 압력 조건 하에서 구동될 수 있다. 고압에서는 내압 용기를 채택해야 하기 때문에 장치 비용이 상승할 수 있다. 상기 제2 반응기는 200hr-1 내지 20,000hr-1, 바람직하게는 500hr-1 내지 15,000hr-1, 더욱 바람직하게는 1,000hr-1 내지 10,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건 하에서 구동 될 수 있다. 해당 범위보다 기체 공간 속도가 낮은 경우에는 장치가 대형화되어야 하기 때문에 바람직하지 않고, 해당 범위보다 기체 공간 속도가 높은 경우에는 반응의 효율과 선택도가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
제1 반응기가 열 산화 반응기인 경우, 제2 반응기를 거친 후에도 다량의 N2O 성분을 포함할 수 있어 이를 분해하기 위해, 제2 반응기의 배출물은 제3 반응기에 공급된다. 상기 제3 반응기에서는 다음의 반응에 의해 N2O가 분해된다.
[반응기 18]
N2O + 0.5O2 → N2 + O2
제3 반응기는 촉매 반응기로 구분될 수 있고, 고정 베드 촉매 반응기의 형태로 촉매를 구비한다. 이 때, 촉매는 N2O를 직접적으로 분해할 수 있는 촉매를 선택하는 것이 바람직할 수 있으며, 촉매가 이러한 기능성을 갖는다면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 촉매는 주촉매로 Co, Ni 또는 이의 조합을 포함하는 하이드로탈싸이트(hydrotalcite), CoZn 스피넬, Cu 산화물, Mn 산화물, Fe 산화물 또는 제올라이트를 사용할 수 있다. 상기 주촉매의 기능성을 보완하기 위해, 조촉매로 Au, Ag, Ru, Cr, Zr 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 추가할 수 있으며, 첨가제로 K, Cs, Mg, Ca 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 물질을 첨가할 수 있다. 상기 촉매는 압출 성형된 촉매이거나 허니컴 등의 구조체에 코팅된 촉매일 수 있다.
제3 반응기는 100℃ 내지 650℃, 바람직하게는 150℃ 내지 600℃, 더욱 바람직하게는 200℃ 내지 550℃의 온도 조건 하에서 구동될 수 있다. 해당 범위보다 온도가 낮은 경우에는 전체적으로 산화에 의한 N2O의 직접 분해 반응이 활발하게 진행되지 않아 바람직하지 않고, 해당 범위보다 온도가 높은 경우에는 N2O의 효율적 분해를 위해 제2 반응기에서 배출되는 배기가스를 추가로 가열하여 제 3 반응기에 도입해야 하는 불편함이 있다. 상기 제3 반응기는 상압 내지 10기압, 바람직하게는 상압 내지 7기압, 더욱 바람직하게는 상압 내지 5기압의 압력 조건 하에서 구동될 수 있다. 고압에서는 내압 용기를 채택해야 하기 때문에 장치 비용이 상승할 수 있다. 상기 제3 반응기는 200hr-1 내지 50,000hr-1, 바람직하게는 500hr-1 내지 40,000hr-1, 더욱 바람직하게는 1,000hr-1 내지 30,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건 하에서 구동 될 수 있다. 해당 범위보다 기체 공간 속도가 낮은 경우에는 장치가 대형화되어야 하기 때문에 바람직하지 않고, 해당 범위보다 기체 공간 속도가 높은 경우에는 반응의 효율과 선택도가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
이하의 실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2는 도 1을 참고한다.
실시예 1
농축기(20)을 통과한 흐름 a는 총 유량이 1L/min이고, 여기서, 이소프로판올 및 암모니아는 각각 3,000ppm의 농도를 갖는다. 상기 흐름 a는 유량이 0.85L/min인 흐름 a1과 유량이 0.15L/min인 흐름 a2로 분배되어 흐름 a1이 제1 반응기에 공급된다.
상기 제1 반응기는 고정 베드 촉매 반응기로 1.5 기압의 압력, 3,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 및 530℃의 반응온도 조건으로 구동된다. 촉매는 BEA(β-제올라이트)에 Fe가 2% 이온 교환된 Fe-BEA 촉매 분말을 코디어라이트(Cordierite) 재질의 100cpsi(cells per square inch) 허니컴 지지체에 1차적으로 코팅하고, 13 중량%의 니켈과 2 중량%의 마그네슘을 포함한 니켈-마그네슘-알루미나 촉매의 분말을 2차적으로 코팅하였다. 이 때, Fe-BEA 촉매와 니켈-마그네슘-알루미나 촉매의 중량비는 4:1이 되도록 조절되었으며, 각각 촉매의 코팅양의 합은 150g/L가 되도록 조절되었다.
상기 제1 반응기에서 배출된 흐름 b는 1ppm 이하의 이소프로판올, 1ppm 이하의 암모니아, 457ppm의 NOx, 25ppm의 CO, 28ppm의 N2O를 포함한다. 상기 흐름 b는 제1 반응기에 공급되기 전에 분배된 흐름 a2와 합류하여 흐름 c가 제2 반응기에 공급된다.
상기 제2 반응기는 고정 베드 촉매 반응기로 1.5 기압의 압력, 6,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 및 450℃의 반응온도 조건으로 구동된다. 촉매는 BEA(β-제올라이트)에 Fe가 2% 이온 교환된 Fe-BEA 촉매 분말을 코디어라이트(Cordierite) 재질의 100cpsi(cells per square inch) 허니컴 지지체에 1차적으로 코팅하고, 1.5 중량%의 코발트와 2 중량%의 마그네슘을 포함한 코발트-마그네슘-알루미나 촉매의 분말을 2차적으로 코팅하였다. 이 때, Fe-BEA 촉매와 코발트-마그네슘-알루미나 촉매의 중량비는 9:1이 되도록 조절되었으며, 각각 촉매의 코팅양의 합은 150g/L가 되도록 조절되었다.
실시예 2
흐름 a가 유량이 0.95L/min인 흐름 a1과 유량이 0.05L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
실시예 3
흐름 a가 유량이 0.90L/min인 흐름 a1과 유량이 0.10L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
실시예 4
흐름 a가 유량이 0.80L/min인 흐름 a1과 유량이 0.20L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
실시예 5
흐름 a가 유량이 0.70L/min인 흐름 a1과 유량이 0.30L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
비교예 1
흐름 a에 대해서 분배 없이 전량을 제1 반응기에 공급하고, 제1 반응기의 배출물을 그대로 제2 반응기에 공급한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
비교예 2
흐름 a가 유량이 0.60L/min인 흐름 a1과 유량이 0.40L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
제2 반응기에서 배출된 흐름 d의 IPA, NH3, NOx, CO, N2O 농도를 하기 표 1에 나타내었다. 참고적으로, Qa는 흐름 a의 유량을 나타내고, Qa2는 흐름 a2의 유량을 나타내며, Qa2/Qa는 흐름 a2의 유량을 흐름 a의 유량으로 나눈 값이다.
| IPA (ppm) |
NH3 (ppm) |
NOx (ppm) |
CO (ppm) |
N2O (ppm) |
IPA, NH3, NOx의 총량(ppm) | |
| 실시예1 (Qa2/Qa=0.15) |
1 이하 | 1 이하 | 4 | 8 | 12 | 6 이하 |
| 실시예2 (Qa2/Qa=0.05) |
1 이하 | 1 이하 | 42 | 7 | 26 | 44 이하 |
| 실시예3 (Qa2/Qa=0.1) |
1 이하 | 1 이하 | 27 | 8 | 18 | 29 이하 |
| 실시예4 (Qa2/Qa=0.2) |
1 이하 | 1 이하 | 12 | 28 | 22 | 35 이하 |
| 실시예5 (Qa2/Qa=0.3) |
3 | 5 | 41 | 46 | 24 | 49 |
| 비교예1 (Qa2/Qa=0) |
1 이하 | 1 이하 | 462 | 29 | 28 | 464 이하 |
| 비교예2 (Qa2/Qa=0.4) |
14 | 25 | 126 | 273 | 27 | 165 |
상기 표 1에 따르면, 제1 반응기와 제2 반응기를 이용하여, 이소프로판올 및 암모니아를 저감할 때, 공급유량(Qa)을 제1 반응기에 공급되기 전 일부 분리(제2 유량, Qa2)하여 제1 반응기에 공급하지 않고 제1 반응기의 배출물과 혼합하는 경우(실시예 1 내지 5와 비교예 2), 공급유량을 분리하지 않은 경우(비교예 1)에 비해 IPA, NH3, NOx의 총량이 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 분리 시, 제2 유량(Qa2)/공급유량(Qa)을 0.4 미만으로 조절하는 경우, 특히, NOx 및 CO가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이하의 실시예 6 내지 10과 비교예 3 및 4는 도 2를 참고한다.
실시예 6
농축기(20)을 통과한 흐름 a는 총 유량이 1L/min이고, 여기서, 이소프로판올 및 암모니아는 각각 3,000ppm의 농도를 갖는다. 상기 흐름 a는 유량이 0.85L/min인 흐름 a1과 유량이 0.15L/min인 흐름 a2로 분배되어 흐름 a1이 제1 반응기에 공급된다.
상기 제1 반응기는 열 산화 반응기로 연소실을 구비하며, 상기 연소실은 1.5기압의 압력에서 750℃로 유지된다. 제1 반응기의 공급물의 연소실 체류 시간은 0.75초이다.
상기 제1 반응기에서 배출된 흐름 b는 1ppm 이하의 이소프로판올, 1ppm 이하의 암모니아, 8ppm의 NOx, 7ppm의 CO, 512ppm의 N2O를 포함한다. 상기 흐름 b는 제1 반응기에 공급되기 전에 분배된 흐름 a2와 합류하여 흐름 c가 제2 반응기에 공급된다.
상기 제2 반응기는 고정 베드 촉매 반응기로 1.5 기압의 압력, 6,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 및 450℃의 반응온도 조건으로 구동된다. 촉매는 BEA(β-제올라이트)에 Fe가 2% 이온 교환된 Fe-BEA 촉매 분말을 코디어라이트(Cordierite) 재질의 100cpsi(cells per square inch) 허니컴 지지체에 1차적으로 코팅하고, 1.5 중량%의 코발트와 2 중량%의 마그네슘을 포함한 코발트-마그네슘-알루미나 촉매의 분말을 2차적으로 코팅하였다. 이 때, Fe-BEA 촉매와 코발트-마그네슘-알루미나 촉매의 중량비는 9:1이 되도록 조절되었으며, 각각 촉매의 코팅양의 합은 150g/L가 되도록 조절되었다.
상기 제2 반응기에서 배출된 흐름 d는 1ppm 이하의 이소프로판올, 1ppm 이하의 암모니아, 8ppm의 NOx, 5ppm의 CO, 512ppm의 N2O를 포함한다. 제1 반응기가 열 산화 반응기인 경우, 제2 반응기의 배출물에 N2O가 다량 함유될 수 있어, N2O를 직접적으로 분해하기 위해, 흐름 d는 제3 반응기에 공급된다.
상기 제3 반응기는 고정 베드 촉매 반응기로 1.5 기압의 압력, 15,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 및 400℃의 반응온도 조건으로 구동된다. 촉매는 코발트와 아연의 함량 비가 6:4의 몰 비인 CoZn 스피넬 촉매 분말을 코디어라이트(Cordierite) 재질의 100cpsi(cells per square inch) 허니컴 지지체에 코팅하였으며, 코팅양은 150g/L가 되도록 조절되었다.
실시예 7
흐름 a가 유량이 0.95L/min인 흐름 a1과 유량이 0.05L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
실시예 8
흐름 a가 유량이 0.90L/min인 흐름 a1과 유량이 0.10L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
실시예 9
흐름 a가 유량이 0.80L/min인 흐름 a1과 유량이 0.20L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
실시예 10
흐름 a가 유량이 0.70L/min인 흐름 a1과 유량이 0.30L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
비교예 3
흐름 a에 대해서 분배 없이 전량을 제1 반응기에 공급하고, 제1 반응기의 배출물을 그대로 제2 반응기에 공급한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
비교예 4
흐름 a가 유량이 0.60L/min인 흐름 a1과 유량이 0.40L/min인 흐름 a2로 분배된 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 조건으로 공정이 진행되었다.
| IPA (ppm) |
NH3 (ppm) |
NOx (ppm) |
CO (ppm) |
N2O (ppm) |
IPA, NH3, NOx의 총량(ppm) | |
| 실시예6 (Qa2/Qa=0.15) |
1 이하 | 1 이하 | 5 | 1 이하 | 23 | 5 이하 |
| 실시예7 (Qa2/Qa=0.05) |
1 이하 | 1 이하 | 42 | 1 이하 | 48 | 44 이하 |
| 실시예8 (Qa2/Qa=0.1) |
1 이하 | 1 이하 | 28 | 1 이하 | 39 | 31 이하 |
| 실시예9 (Qa2/Qa=0.2) |
1 이하 | 1 이하 | 13 | 1 이하 | 21 | 16 이하 |
| 실시예10 (Qa2/Qa=0.3) |
4 | 6 | 39 | 42 | 16 | 49 |
| 비교예3 (Qa2/Qa=0) |
11 | 22 | 397 | 58 | 27 | 430 |
| 비교예4 (Qa2/Qa=0.4) |
14 | 25 | 123 | 238 | 12 | 162 |
상기 표 2에 따르면, 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기를 이용하여, 이소프로판올 및 암모니아를 저감할 때, 공급유량(Qa)을 제1 반응기에 공급되기 전 일부 분리(제2 유량, Qa2)하여 제1 반응기에 공급하지 않고 제1 반응기의 배출물과 혼합하는 경우(실시예 6 내지 10과 비교예 4), 공급유량을 분리하지 않은 경우(비교예 3)에 비해 IPA, NH3, NOx의 총량이 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 분리 시, 제2 유량(Qa2)/공급유량(Qa)을 0.4 미만으로 조절하는 경우, 특히, NOx 및 CO가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 공급기
20: 농축기
30: 유량 분배 밸브
40: 제1 반응기
50: 열교환기
60: 흐름 a2와 흐름 b의 합류지점
70: 제2 반응기
80: 제3 반응기
20: 농축기
30: 유량 분배 밸브
40: 제1 반응기
50: 열교환기
60: 흐름 a2와 흐름 b의 합류지점
70: 제2 반응기
80: 제3 반응기
Claims (18)
- (1) 이소프로판올 및 암모니아를 포함하는 산업 배기가스를 제1 반응기에 공급하는 단계;
(2) 상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아를 산화하는 단계;
(3) 상기 제1 반응기의 배출물을 제2 반응기에 공급하는 단계;
(4) 상기 제2 반응기에서 질소, 이산화탄소 및 물을 생성하는 단계; 및
(5) 상기 제2 반응기의 배출물을 배출하는 단계를 포함하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 1에 있어서,
상기 산업 배기가스에서 이소프로판올 및 암모니아의 농도 합은 100ppm 내지 10,000ppm인 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 2에 있어서,
상기 산업 배기가스에서 이소프로판올의 농도는 암모니아의 농도를 기준으로 10% 내지 5,000%인 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 3에 있어서,
상기 산업 배기가스에서 이소프로판올 및 암모니아의 농도는 각각 100ppm 이상인 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 1에 있어서,
상기 산업 배기가스를 제1 반응기에 공급하기 전, 공급 유량을 제1 유량과 제2 유량으로 분리하여, 상기 제1 유량은 제1 반응기에 공급되고, 상기 제2 유량은 제1 반응기의 배출물과 혼합되는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 5에 있어서,
상기 제2 유량은 제1 유량 및 제2 유량을 합친 공급 유량을 기준으로 5% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아는 촉매 또는 열에 의해 산화되는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아가 열에 의해 산화되는 경우, (6) 제3 반응기에서 N2O를 분해하는 단계를 더 포함하며, 상기 (5) 단계에서 제2 반응기의 배출물은 제3 반응기로 공급되는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아가 촉매에 의해 산화되는 경우, 상기 촉매는 제1 촉매와 제2 촉매를 포함하며,
상기 제1 촉매는 Ni, Co, Ru, Pt, Pd, Fe, V, Mo, W 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하고,
상기 제2 촉매는 Cu 또는 Fe를 포함하는 제올라이트계 촉매인 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 9에 있어서,
상기 제1 촉매는 제1 조촉매 및 담체를 더 포함하며,
상기 제1 조촉매는 Na, Ca, Mg, Cs 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 담체는 Al, Si 또는 Ti의 산화물 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아가 촉매에 의해 산화되는 경우, 상기 제1 반응기는 100℃ 내지 650℃의 온도 조건, 상압 내지 10기압의 압력 조건 및 200hr-1 내지 20,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건으로 구동되는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 반응기에서 이소프로판올 및 암모니아가 열에 의해 산화되는 경우, 상기 제1 반응기는 500℃ 내지 1,000℃의 온도 조건, 상압 내지 10기압의 압력 조건 및 0.1초 내지 10초의 체류시간 조건으로 구동되는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 반응기에서 질소 산화물은 촉매에 의해 환원되며,
상기 촉매는 제1 촉매와 제2 촉매를 포함하며,
상기 제1 촉매는 Ni, Co, Ru, Pt, Pd, Fe, V, Mo, W 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하고,
상기 제2 촉매는 Cu 또는 Fe를 포함하는 제올라이트계 촉매, V, W, Mo 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질이 티타니아(TiO2)에 담지된 촉매인 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 13에 있어서,
상기 제1 촉매는 제1 조촉매 및 담체를 더 포함하며,
상기 제1 조촉매는 Na, Ca, Mg, Cs 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 담체는 Al, Si 또는 Ti의 산화물 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 반응기는 100℃ 내지 650℃의 온도 조건, 상압 내지 10기압의 압력 조건 및 200hr-1 내지 20,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건으로 구동되는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 8에 있어서,
상기 제3 반응기에서 N2O는 촉매에 의해 분해되며,
상기 촉매는 Co, Ni 또는 이의 조합을 포함하는 하이드로탈싸이트, CoZn 스피넬, Cu 산화물, Mn 산화물, Fe 산화물 또는 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 16에 있어서,
상기 촉매는 조촉매 및 첨가제를 더 포함하며,
상기 조촉매는 Au, Ag, Ru, Cr, Zr 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 첨가제는 K, Cs, Mg, Ca 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정. - 청구항 8에 있어서,
상기 제3 반응기는 100℃ 내지 650℃의 온도 조건, 상압 내지 10기압의 압력 조건 및 200hr-1 내지 50,000hr-1의 기체 공간 속도(GHSV) 조건으로 구동되는 것을 특징으로 하는 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정.
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