KR20230117102A - 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치 및 방법 - Google Patents
고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이소시안산이나 시안산의 가수분해를 촉진하여, 시아눌산의 생성량을 감소시킴으로써, 융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치 및 방법을 제공하는 것을 과제로 하며, 해당 과제는 가압 공기와 요소수를 공급하는 요소수 공급관(6)을 배기가스가 흐르는 배관 내에 삽통하고, 요소수 공급관(6)의 선단 부근에 요소수 분무 노즐(7)을 연결하고, 배관 내를 흐르는 배기가스와 요소수 분무 노즐(7)로부터 분무된 분무 요소수의 혼합부(8)를 가지며, 혼합부(8)의 주위에서 배관의 내벽면의 전부 또는 일부에, 금속 시트(9)를 띠 모양으로 주변에 설치하여 이루어지고, 금속 시트(9)의 내면에, 요소의 가수분해를 촉진하는 가수분해 촉매층(10)이 형성되어 있는 것에 의해 해결된다.
Description
본 발명은 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치 및 고융점 물질에 의한 배관 폐색의 억제 방법에 관한 것으로, 요소의 가열 분해에 의해 생성된 요소 유래의 고융점 물질에 의한 배관 내의 스케일 부착에 의한 배관 폐색을 억제할 수 있는 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치 및 고융점 물질에 의한 배관 폐색의 억제하는 방법에 관한 것이다.
디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에는, HC(탄화수소), CO(일산화탄소), NOx(질소산화물) 및 PM(Particulate Matter) 등의 오염물질이 포함된다.
이러한 오염물질 중에서도, NOx는, 산화 촉매나 가솔린 자동차에서 실용화되고 있는 삼원촉매로서는 정화가 어렵고, NOx를 정화할 수 있는 유망한 촉매로서 선택적 환원형 NOx 촉매인 탈질 촉매의 연구가 진행되고 있다(특허 문헌 1).
탈질 촉매는, NO, NO2와 같은 NOx와 암모니아(환원제)의 아래 반응에 의해, 질소 가스(N2)를 생성시키는 NOx의 제거에 기여하고 있다.
(1) 4NO＋4NH3＋O2 →4N2＋6H2O
(2) NO＋NO2＋2NH3 →2N2＋3H2O
(3) 6NO2 ＋8NH3 →7N2＋12H2O
환원제인 암모니아를 공급하는 방법으로서, 요소수 탱크로부터 탈질 촉매의 상류 측의 배기계에 요소를 첨가하여, 암모니아를 생성시켜 사용하는 방법이 알려져 있다.
특허문헌 1에 따르면, 환원제로서, 암모니아를 공급하는 방법으로서, 요소수 탱크로부터 탈질 촉매의 상류 측의 배기계에 요소를 첨가하여 암모니아를 생성시켜 사용하는 방법이 알려져 있지만, 요소는, 배기가스의 열에 의해, 혹은 가수분해 촉매에 의해 가수분해되어 암모니아를 생성하지만, 배기가스의 열에 의한 요소의 열분해에서는, 시아눌산, 이소시안산, 멜라민 등 고융점 물질로 변화하고, 분해 효율이 저하하거나 하류의 NOx 환원 성능을 저하시키는 문제가 있다고 지적하고 있고, 또 고융점 물질에 의한 배관 등의 막힘 문제가 있다고 지적하고 있다.
그러나, 특허문헌 1은 시아눌산, 이소시안산, 멜라민 등 고융점 물질의 전부에 배관 폐색 문제가 있다고 지적하고 있을 뿐, 배관 내의 스케일 부착에 의한 배관 폐색에 관여하는 물질이 무엇인지는 밝히지 않았다.
또, 요소의 가열 분해에 의해, 이소시안산이나 시안산이 생성되거나 또 시아눌산(6원자 고리)이 생성되거나, 멜라민(6원자 고리)이 생성되거나 하는 것이 알려져 있다.
본 발명자의 연구에 의하면, 배기가스의 배관 내에서의 요소 분무에 의해, 요소수의 주입 노즐을 폐색시키는 성분이나, 배기가스 배관을 폐색시키는 성분에 대해, X선 회절법에 의한 정성 분석을 실시한 바, 시아눌산(6원자 고리)인 것을 발견했다.
요소의 가열 분해에 있어서, 시아눌산이 생성되는 과정에는, 150 ℃ ~ 300 ℃의 가열에 의해 이소시안산이나 시안산이 생성되고, 일부 이소시안산이나 시안산은, 반응속도가 늦어, 약 150 ℃ ~ 약 300 ℃에서, 시아눌산에 중합되는(삼량체화) 경로가 있다. 또 다른 반응 경로에서는, 요소를 융점 135℃ 이상에서 가열하면, 암모니아가 분자 간 이탈하여 이소시안산이나 시안산이 발생하고, 그 일부가, 뷰렛(중간체)을 생성한다. 더욱이, 온도가 상승하여 196 ℃에서, 이 중간체는 분해되어 시아눌산이 된다.
이러한 요소의 가열 분해 과정에서 생성하는 물질 중, 멜라민이나 시아눌산과 같은 6원자 고리에서는, 가수분해를 일으키게 하는 것은 곤란하다.
본 발명자는, 다량체로 되어 있지 않은 이소시안산이나 시안산에 주목하여, 이소시안산이나 시안산이 중합되어 시아눌산이 생성하기까지, 이소시안산이나 시안산의 가수분해를 촉진하면, 시아눌산의 생성량이 감소하는 것을 발견하고 본 발명에 이르렀다.
그리하여, 본 발명의 과제는, 이소시안산이나 시안산의 가수분해를 촉진하여, 시아눌산의 생성량을 감소시킴으로써, 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치 및 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법을 제공하는 것에 있다.
더욱이, 본 발명의 다른 과제는, 이하의 기재에 의해 분명해진다.
상기 과제는 이하의 각 발명에 의해 해결된다.
1. 가압 공기와 요소수를 공급하는 요소수 공급관을 배기가스가 흐르는 배관 내에 삽통하고,
상기 요소수 공급관의 선단 부근에 요소수 분무 노즐을 연결하고,
상기 배관 내를 흐르는 배기가스와, 상기 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수의 혼합부를 가지고,
상기 혼합부의 주위에서 상기 배관의 내벽면의 전부 또는 일부에, 금속 시트를 띠 모양으로 주변에 설치하여 이루어지고,
상기 금속 시트의 내면에, 요소의 가수분해를 촉진하는 가수분해 촉매층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치.
2. 상기 금속 시트가, 알루미늄 금속 시트 또는 스테인리스 금속 시트인 것을 특징으로 하는 상기 1 기재의 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치.
3. 상기 가수분해 촉매가, Ti, Al, Si 중에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 기재의 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치.
4. 상기 가수분해 촉매가, TiO2 촉매인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 기재의 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치.
5. 가압 공기와 요소수를 공급하는 요소수 공급관을 배기가스가 흐르는 배관 내에 삽통하고,
상기 요소수 공급관의 선단 부근에 요소수 분무 노즐을 연결하고,
상기 배관 내를 흐르는 배기가스와, 상기 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수의 혼합부를 가지고,
상기 혼합부의 주위의 배관의 내벽면의 전부 또는 일부에 띠 모양으로 주변에 설치된 금속 시트의 내면에, 요소의 가수분해를 촉진하는 가수분해 촉매층을 형성하고,
상기 가수분해 촉매층에 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수를 접촉시켜, 이소시안산(HN=C=O)이나 시안산(HOCN)의 가수분해를 촉진함으로써 암모니아를 생성시킴과 함께, 시아눌산의 생성량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법.
6. 상기 가수분해 촉매가, Ti, Al, Si 중에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 5 기재의 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법.
7. 상기 가수분해 촉매가, TiO2 촉매인 것을 특징으로 하는 상기 5 기재의 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법.
8. 상기 가수분해 촉매층에 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수를 접촉시켜, 요소가 열분해하여 발생하는 암모니아 이외의 부생성물인 이소시안산이나 시안산과 분위기 중의 수분으로부터 가수분해하여 암모니아와 이산화탄소로 변환하는 가수 반응을 촉진함으로써, 이소시안산이나 시안산이 시아눌산으로 중합하는 반응을 하기 위한 상기 이소시안산이나 상기 시안산이 감소하고, 결과적으로 요소로부터의 시아눌산의 생성량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 상기 5, 6 또는 7 기재의 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법.
본 발명에 의하면, 이소시안산이나 시안산의 가수분해를 촉진하여, 시아눌산의 생성량을 감소시킴으로써, 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치 및 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 시트의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 시트의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 본 발명의 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치의 실시 형태를 도 1에 근거해 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 1에 있어서, 1은 디젤 엔진이고, 2는 디젤 엔진(1)로부터 배출되는 배기가스를 보내는 배기가스관이다.
3은 요소수의 가수분해 장치이며, 기화 장치라고도 한다. 가수분해 장치(3)는, 기화용 배관(4) 내에 설치된다. 기화용 배관(4)의 입구에는 배기가스의 도입구(5)가 설치되고, 배기가스는, 도입구(5)로부터 기화용 배관(4)에 도입된다.
기화용 배관(4)에는, 가압 공기(압축 공기)와 요소수를 공급하는 요소수 공급관(6)이 삽통되고, 요소수 공급관(6)의 선단 부근에 요소수 분무 노즐(7)이 설치되어 있다. 요소수 분무 노즐(7)은, 요소수 분무를 기화용 배관(4) 내에 공급 가능하게 구성되어 있다.
8은 기화용 배관(4) 내를 흐르는 배기가스와, 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수의 혼합부이다.
혼합부(8)의 주위에서 기화용 배관(4)의 내벽면의 전부 또는 일부에는, 금속 시트(9)가 띠 모양으로 주변에 설치되어 있고, 금속 시트(9)의 내면에, 요소의 가수분해를 촉진하는 가수분해 촉매층(10)이 형성되어 있다. 금속 시트(9) 상에 가수분해 촉매층(10)이 형성된 적층 구조는 시트 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
금속 시트(9)로서는, 예를 들면, 알루미늄 금속 시트, 스테인리스 금속 시트인 것이 바람직하다.
가수분해 촉매층(10)에 사용되는 촉매 재료는, 요소의 가수분해 촉매이면 되지만, 구체적으로는, 요소의 가수분해를 촉진하는 촉매로서 기능하는 금속 산화물인 것이 바람직하다.
금속 산화물로서는, Ti, Al, Si 중에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물(Al2O3, SiO2, Al2O3－SiO2, TiO2 등)을 들 수 있다. 입수성, 안전성 및 촉매 성능의 밸런스가 좋다는 관점으로부터, TiO2가 바람직하다.
혼합부(8)에 있어서, 배기가스와 분무 요소수가 혼합되면, 아래의 가수분해 반응이 발생한다.
(NH2)2CO＋H2O→2NH3＋CO2
금속 시트(9) 상에, 가수분해 촉매를 부여하여 가수분해 촉매층(10)을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 금속 시트(9) 상에 가수분해 촉매를 고정화하여 가수분해 촉매층(10)을 형성할 수 있으면 된다. 예를 들면, 분산액에 촉매인 산화 티탄을 혼합하여 가수분해 촉매 도포액을 작성하고, 그 도포액을 예를 들어 알루미늄 금속 시트나 스테인리스 금속 시트 등 금속 시트(9)에 도포하는 것에 의해 가수분해 촉매층(10)을 형성할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 금속 시트(9) 상이 아니라, 금속제의 배기가스 배관 내벽에 직접, 가수분해 촉매를 부여해도 좋다. 금속 시트(9) 상, 또는 금속제의 배기가스 배관 내벽에, 가수분해 촉매를 부여하는 방법으로서는, 가수분해 촉매 도포액을 도포하는 외에, 상술한 예를 들어, 솔질, 침지 도포, 스프레이, 용사, CVD 등 각종 방법으로 부여할 수 있다.
가수분해 촉매가 부여되고 가수분해 촉매층(10)이 형성된 금속 시트(9)가 설치되는 위치, 또는 가수분해 촉매가 부여되는 배관 내벽의 위치는, 요소수를 촉매에 접촉시키는 관점으로부터, 배관 내의 요소수 분무 노즐(7)이 놓여지는 위치 부근이 바람직하다. 또, 터보차저를 구비한 엔진인 경우에는, 요소수 분무 노즐(7)이, 연소실로부터 터보차저 앞 사이의 배기가스 배관 위치, 혹은 연소실로부터 터보차저 뒤의 배기가스 배관 위치에 배치되기 때문에, 이러한 경우에도, 요소수 분무 노즐(7)의 위치 부근에 배치되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가수분해 장치(3)에서, 요소가 가수분해되는 상기의 가수분해 반응에 의해, NH3이 생성하고, 탈질 장치(11)에서, 탈질 촉매에 의해, NOx와 NH3를 포함하는 배기가스는, 아래의 환원 반응에 의해, N2로 환원되어 정화된다.
4NO＋4NH3＋O2 →4N2＋6H2O
6NO2＋8NH3→7N2＋12H2O
탈질 촉매로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, TiO2 혹은 SiO2－TiO2, WO3－TiO2, SiO2－TiO2, Al2O3－SiO2 등 2원계 복합 산화물, 또는, WO3－SiO2－TiO2, Mo3－SiO2－TiO2 등 3원계 복합 산화물 등의 담체에, V, Cr, Mo, Mn, Fe, Ni, Cu, Ag, Au, Pd, Y, Ce, Nd, W, In, Ir, Nb 등의 활성 성분을 담지하여 이루어지는 허니콤 구조를 가지고, NH3(환원제)의 존재 하에서, NOx를 환원하여 질소 가스로 변환하여 정화하는 촉매가 사용된다.
본 실시 형태에 있어서는, 기화용 배관(4)의 외부 둘레 측에, 기화용 배관(4)을 덮도록, 온도 조절부(12)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 온도 조절부(12)로서는, 예를 들면, 배관 맨틀 히터인 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명에 따른 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법에 대해 설명한다.
도 1에 나타내는 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치를 사용하여 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법에 대해 설명한다.
구체적으로는, 요소의 가열 분해에 의해 시아눌산이 생성되지 않는 가열계(30 ~ 130 ℃미만, 결정 석출 방지의 관점으로부터 바람직하게는 100 ℃미만)에서, 상기 가수분해 촉매층에, 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수를 135 ℃ ~ 350℃, 보다 바람직하게는, 150 ℃ ~ 250 ℃에서 접촉시키고, 요소가 열분해하여 발생하는 암모니아 이외의 부생성물인 이소시안산(HN=c=o)이나 시안산(HOCN)과 분위기 중의 수분으로부터 가수분해하여 암모니아와 이산화탄소로 변환하는 가수 반응을 촉진함으로써, 시아눌산으로 중합하는 반응을 하기 위한 이소시안산(HN=c=o)이나 시안산(HOCN)이 감소하고, 결과적으로 요소로부터의 시아눌산의 생성량을 감소시킴으로써, 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제할 수 있다.
요소의 가열 온도를 시아눌산이 생성되지 않는 온도로 조절하는 방법으로서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 배기가스 배관의 외부 둘레 측에 설치된 온도 조절부(12)에 의해, 기화용 배관(4)의 온도를 조절할 수 있다. 이에 의해, 기화용 배관(4) 내에 도입되는 배기가스의 온도를 조절할 수 있다. 온도 조절부(12)를 설치함으로써, 배기가스 온도로 조절해야 할 경우, 온도를 조절할 수 있다. 그 결과, 시아눌산의 생성량이 감소하고, 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 기화용 배관(4)의 외부 둘레에 도시하지 않는 공기관을 설치하고(2중관 구조), 그 공기관에 압축 공기가 흐르도록 하는 것도 바람직하다. 배기가스의 온도 센서와 연동하여, 공기량을 조절하도록 해도 좋다. 이 경우, 기화용 배관의 외부 둘레에 마련한 공기관의 더 외부 둘레에, 온도 조절부(12)를 설치하는 것도 바람직하다.
본 발명은, 배기가스의 열에 의한 요소의 열분해에 있어서, 시아눌산으로 중합 하는 반응하기 위한 이소시안산(HN=c=o)이나 시안산(HOCN)이 감소하고, 결과적으로 요소로부터의 시아눌산의 생성량을 감소시킴으로써, 암모니아 공급량을 늘릴 수 있기 때문에, 배관 내에의 환원제 수소원 체류에 의한 환원제 수소원 공급 로스에 의해 탈질 효율이 저하하거나, 탈질 촉매의 표면 피복 또는 허니콤 촉매의 눈 크기의 폐색에 의해 하류의 NOx 환원 성능을 저하시키는 것과 같은 일이 없어진다. 더욱이, 시아눌산의 생성량이 감소함으로써, 촉매 반응관 상류부의 고융점 물질에 의한 배관 폐색 막힘이 억제되고, 배기관 배압 상승에서의 엔진 출력의 저하, 최악의 경우 엔진이 정지해 버리는 트러블을 억제할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만, 본 발명은, 이러한 실시예에 의해 한정되지 않는다.
(실시예 1)
도 1에 도시된 NOx 제거 장치를 사용하여, 선박용 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 가수분해 장치와, 탈질 장치를 사용하여, 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 실험을 실시했다.
1. 실험 조건
(1) 가수분해 장치
배기가스량 ： SV 90,000/h
가수분해 장치용 배관 ： 200 ℃ 가열(250 ℃배관 맨틀 히터 가열)
가수분해 촉매 ： 두께 0.1 mm의 알루미늄 금속 시트 위에, TiO2 촉매를 시트 형상으로 도포하여, 건조 전체 두께가 0.105 mm ~ 0.200 mm인 TiO2 요소 가수분해 촉매 시트(이하, 필요에 따라, TiO2 촉매 AL시트라고 함)를 제조했다.
(2) 탈질 장치
탈질 촉매 ： TiO2 촉매를 금속 허니콤체에 침지 도포하여, 허니콤 촉매를 제조하여, 탈질 촉매로 했다. 이 촉매는, 탈질 기능과 가수분해 기능을 가진다.
2. 실험
(1) 감히 배관 맨틀 히터의 가열 온도 450 ℃에서 얻어지는 일반 시스템 내 가스온도 300 ℃보다 일반 시스템 내 가스온도를 100 ℃ 낮춰, 요소수를 분무하여, 시아눌산 생성을 가속시켜 실험했다. 즉, 배관 맨틀 히터의 가열 온도를 250 ℃로 하여 시스템 내 가스온도 200 ℃에서의 시아눌산 생성 행위를 조사했다.
(2) 요소 공급 조건 ：
a) 4H의 32.5 wt% 요소수 공급량(g)은, 표 1과 같이 했다.
b) 순요소 공급 유량(g/min)을 표 1과 같이 했다.
(3) 고융점 물질(시아눌산)의 생성 속도
a) 요소 유래의 고융점 물질(시아눌산)의 생성량(g)(240분 후)은, 6.12 g였다(표 1 참조).
b) 요소 유래의 고융점 물질(시아눌산)의 단위시간 당 생성량(g/min)은, 0.0255 g/min였다(표 1 참조).
(4) 공급 요소로부터 고융점 물질(시아눌산)로의 전화율(%)은, 3.9(%)(w/w)였다(표 1 참조).
비교예 1
실시예 1에서, 알루미늄 시트 위에 촉매를 설치하지 않고, 알루미늄 시트만으로 한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실험했다.
그 결과를 표 1에 나타냈다.
| 비교예 1 |
실시예 1 | ||
| 블랭크(AL시트) | TiO2 촉매AL시트 | ||
| 요소공급조건 |
4H의 32.5 wt% 요소수 공급량(g) | 480 |
480 |
| 순요소 공급 유량(g/min) | 0.65 |
0.65 |
|
| 고융점 물질 생성 속도 |
요소 유래의 고융점 물질의 생성량(g) 240분 후 |
10.50 |
6.12 |
| 요소 유래의 고융점 물질의 단위시간 당 생성량(g/min) | 0.0438 | 0.0255 | |
| 공급 요소로부터 고융점 물질로의 전화율(%) | 6.7% | 3.9% | |
(평가)
표 1의 실험 결과로부터, 촉매에 의한 공급 요소로부터 고융점 물질(시아눌산)로의 생성 억제 효과는, 6.7%에서 3.9%로 감소한 것으로부터, 42% 감소한 것을 알 수 있었다.
실시예 2
도 1에 도시된 NOx 제거 장치를 사용하여, 선박용 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 가수분해 장치와 탈질 장치를 사용하여, 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 실험을 실시했다.
1. 실험 조건
(1) 가수분해 장치
배기가스량 ： SV 90,000/h
가수분해 장치용 배관 ： 200 ℃ 가열(250 ℃ 배관 맨틀 히터 가열)
가수분해 촉매 ： 두께가 0.1 mm인 스테인리스 금속 시트 위에, TiO2 촉매를 시트 형상으로 도포하여, 건조 전체 두께가 0.105 mm ~ 0.200 mm의 TiO2 요소 가수분해 촉매 시트(이하, 필요에 따라 , TiO2 촉매 SUS 시트라고 함)를 제조했다.
(2) 탈질 장치
탈질 촉매 ： TiO2 촉매를 금속 허니콤체에 침지 도포하여, 허니콤 촉매를 제조하여, 탈질 촉매로 했다. 이 촉매는, 탈질 기능과 가수분해 기능을 가진다.
2. 실험
(1) 배관 맨틀 히터 가열 온도 450 ℃에서 얻어지는 일반 시스템 내 가스온도 300 ℃보다 100 ℃ 낮춘 일반 시스템 가스 온도 200 ℃에서 요소수를 분무하여, 시아눌산 생성을 가속시켜 실험했다. 즉, 배관 맨틀 히터의 가열 온도를 250 ℃로 하여 시스템 내 가스온도 200 ℃에서의 시아눌산 생성 행위를 조사했다.
(2) 요소 공급 조건：
a) 4H의 32.5 wt% 요소수 공급량(g)은, 표 2와 같이 했다.
b) 순요소 공급 유량(g/min)을 표 2와 같이 했다.
(3) 고융점 물질(시아눌산)의 생성 속도
a) 요소 유래의 고융점 물질(시아눌산)의 생성량(g)(240분 후)은, 1.92 g였다(표 2 참조).
b) 요소 유래의 고융점 물질(시아눌산)의 단위시간 당 생성량(g/min)은, 0.00800 g/min였다(표 2 참조).
(4) 공급 요소로부터 고융점 물질(시아눌산)로의 전화율(%)은, 1.23(%)(w/w)였다(표 2 참조).
비교예 2
실시예 2에서, 스테인리스 시트 위에 촉매를 설치하지 않고, 스테인리스 시트만으로 한 이외는, 실시예 2와 동일하게 실험했다.
그 결과를 표 2에 나타낸다.
| 비교예 2 |
실시예 2 | ||
| 블랭크(SUS시트) | TiO2 촉매 SUS시트 | ||
| 요소공급조건 |
4H의 32.5 wt% 요소수 공급량(g) | 480 |
480 |
| 순요소 공급 유량(g/min) | 0.65 |
0.65 |
|
| 고융점 물질 생성 속도 |
요소 유래의 고융점 물질(g) 240분 후 | 3.39 |
1.92 |
| 요소 유래의 고융점 물질의 단위시간 당 생성량(g/min) |
0.0141 | 0.00800 | |
| 공급 요소로부터 고융점 물질로의 전화율(%) | 2.17% | 1.23% | |
(평가)
표 2의 실험 결과로부터, 비교예 2에 의하면, 공급 요소로부터 고융점 물질(시아눌산)로의 전화율은, 2.17%였다.
SUS 시트에 코팅한 TiO2 촉매의 고융점 물질(시아눌산)의 생성 억제 효과는, 공급 요소의 고융점 물질(시아눌산)로의 전화율이 2.17%에서 1.23%에 감소한 것으로부터, 고융점 물질(시아눌산)의 생성이 43% 감소한 것을 알 수 있었다.
실시예 3 ~ 5
또, 실시예 3 ~ 5는, 실시예 2의 TiO2 촉매 대신에, Al2O3 촉매, 규산 알루미늄 산화물(Al2O3－SiO2) 촉매 및 실리카(SiO2) 촉매를 사용하는 이외는, 실시예 2와 동일하게 실험했다. 실시예 2 ~ 5의 4 종류의 촉매를 각각 코팅한 SUS 금속 시트의, 비교예 2의 촉매를 부여하고 있지 않는 SUS 금속 시트에 대한 고융점 물질(시아눌산)의 생성 억제 효과의 결과를 표 3에 나타낸다.
| 촉매 시트 종류 | 억제 효과 | |
| 실시예2 | TiO2 촉매 코팅 SUS 시트 | +43% |
| 실시예3 | Al2O3 촉매 코팅 SUS 시트 | +40% |
| 실시예4 | 규산 알루미늄 산화물 촉매 코팅 SUS 시트 | +40% |
| 실시예5 | 실리카 촉매 코팅 SUS 시트 | +10% |
(평가)
이들 SUS 금속 시트 표면에 코팅된 다공질의 금속 산화물 촉매 내에서는, TiO2계 촉매, Al2O3 촉매, 규산 알루미늄 산화물(Al2O3－SiO2) 촉매의 요소 유래 고융점 물질(시아눌산)의 생성 억제 효과가 비교적 높고, TiO2계 촉매가 가장 높은 것을 알수 있었다.
1: 디젤 엔진
2: 배기가스 관
3: 요소수의 가수분해 장치(기화 장치)
4: 기화용 배관
5: 배기가스 도입구
6: 요소수 공급관
7: 요소수 분무 노즐
8: 혼합부
9: 금속 시트
10: 가수분해 촉매층
11: 탈질 장치
12: 온도 조절부
2: 배기가스 관
3: 요소수의 가수분해 장치(기화 장치)
4: 기화용 배관
5: 배기가스 도입구
6: 요소수 공급관
7: 요소수 분무 노즐
8: 혼합부
9: 금속 시트
10: 가수분해 촉매층
11: 탈질 장치
12: 온도 조절부
Claims (8)
- 가압 공기와 요소수를 공급하는 요소수 공급관을 배기가스가 흐르는 배관 내에 삽통하고,
상기 요소수 공급관의 선단 부근에 요소수 분무 노즐을 연결하고,
상기 배관 내를 흐르는 배기가스와, 상기 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수의 혼합부를 가지고,
상기 혼합부의 주위에서 상기 배관의 내벽면의 전부 또는 일부에, 금속 시트를 띠 모양으로 주변에 설치하여 이루어지고,
상기 금속 시트의 내면에, 요소의 가수분해를 촉진하는 가수분해 촉매층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치. - 제1항에 있어서,
상기 금속 시트는 알루미늄 금속 시트 또는 스테인리스 금속 시트인 것을 특징으로 하는 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가수분해 촉매는 Ti, Al, Si 중에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가수분해 촉매는 TiO2 촉매인 것을 특징으로 하는 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치. - 가압 공기와 요소수를 공급하는 요소수 공급관을 배기가스가 흐르는 배관 내에 삽통하고,
상기 요소수 공급관의 선단 부근에 요소수 분무 노즐을 연결하고,
상기 배관 내를 흐르는 배기가스와, 상기 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수의 혼합부를 가지고,
상기 혼합부의 주위의 배관의 내벽면의 전부 또는 일부에 띠 모양으로 주변에 설치된 금속 시트의 내면에, 요소의 가수분해를 촉진하는 가수분해 촉매층을 형성하고,
상기 가수분해 촉매층에 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수를 접촉시켜, 이소시안산(HN=C=O)이나 시안산(HOCN)의 가수분해를 촉진함으로써 암모니아를 생성시킴과 함께, 시아눌산의 생성량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 가수분해 촉매는 Ti, Al, Si 중에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 가수분해 촉매는 TiO2 촉매인 것을 특징으로 하는 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법. - 제5항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가수분해 촉매층에 요소수 분무 노즐로부터 분무된 분무 요소수를 접촉시켜, 요소가 열분해하여 발생하는 암모니아 이외의 부생성물인 이소시안산이나 시안산과 분위기 중의 수분으로부터 가수분해하여 암모니아와 이산화탄소로 변환하는 가수 반응을 촉진함으로써, 이소시안산이나 시안산이 시아눌산으로 중합하는 반응을 하기 위한 상기 이소시안산이나 상기 시안산이 감소하고, 결과적으로 요소로부터의 시아눌산의 생성량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 고융점 물질에 의한 배관 폐색을 억제하는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2020-176139 | 2020-10-20 | ||
| JP2020176139A JP2022067434A (ja) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 高融点配管閉塞物質の生成抑制装置及び方法 |
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ID=81289515
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|---|---|---|---|
| KR1020237015555A KR20230117102A (ko) | 2020-10-20 | 2021-10-06 | 고융점 배관 폐색 물질의 생성 억제 장치 및 방법 |
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| JP2009197762A (ja) | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Jgc Catalysts & Chemicals Ltd | 排ガス処理装置 |
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2020
- 2020-10-20 JP JP2020176139A patent/JP2022067434A/ja active Pending
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2021
- 2021-10-06 CN CN202180071639.7A patent/CN116568635A/zh active Pending
- 2021-10-06 US US18/249,646 patent/US20230383682A1/en active Pending
- 2021-10-06 EP EP21882593.3A patent/EP4234494A4/en active Pending
- 2021-10-06 KR KR1020237015555A patent/KR20230117102A/ko unknown
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-
2022
- 2022-11-22 JP JP2022186696A patent/JP2023024849A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009197762A (ja) | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Jgc Catalysts & Chemicals Ltd | 排ガス処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN116568635A (zh) | 2023-08-08 |
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