KR20240053852A - Exhaust gas purifying device and method for removing VOCs and NOx - Google Patents
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Abstract
본 발명은 VOCs및 NOx를 제거할 수 있는 배기가스 정화 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로, 휘발성유기화합물(VOCs) 및 질소산화물(NOx)을 포함하는 배가스를 150내지 400 ℃의 온도로 승온시키는 배가스 가열부; 및 휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO)를 환원제로 활용하여 NOx를 질소로 환원시키는 NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈을 포함하는, VOCs및 NOx 제거 장치와 이를 이용한 VOCs 및 NOx 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas purification device capable of removing VOCs and NOx and a method using the same, which increases the temperature of exhaust gas containing volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NOx) to a temperature of 150 to 400 ° C. heating unit; and a catalyst module including a NOx reduction catalyst that reduces NOx to nitrogen by using volatile organic compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) as a reducing agent. Regarding a VOCs and NOx removal device and a VOCs and NOx removal method using the same. will be.
Description
본 발명은 VOCs및 NOx를 제거할 수 있는 배기가스 정화 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사업장의 설비 규모와 유해 물질 배출 양상에 맞춰 VOCs와 NOx를 동시에 제거할 수 있는 배기가스 정화 시스템의 개발에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas purification device capable of removing VOCs and NOx and a method using the same. More specifically, an exhaust gas purification device capable of simultaneously removing VOCs and NOx according to the facility size and hazardous substance emission pattern of the workplace. It is about the development of the system.
전세계적으로 석탄이나 오일을 연료로 사용하는 수많은 화력발전소가 가동되고 있고, 수많은 산업용 보일러가 가동되고 있다. 환경 오염에 대한 규제가 강화되면서, 발전시스템 중 에너지 이용 효율이 높은 복합화력 발전설비의 보급이 급속하게 증가하였고, 복합화력 발전설비의 구조를 보면 먼저 가스터빈을 운전하고, 여기서 발생하는 고열의 배기가스로 배열회수보일러(HRSG: Heat Recovery Steam Generator)를 가열하여 고온의 증기를 발생시켜 증기터빈을 가동한다. 복합화력 발전설비는 열 공급을 위하여 도심지 주변에 설치되는 경우가 많아 다른 발전설비보다 엄격한 환경규제를 받고 있어 주로 천연가스와 같은 청정연료를 사용하고 있다. 천연가스 공급이 어려운 일부 지역은 저유황유를 연료로 사용하고 있다. 복합화력은 운전시에는 주로 질소산화물(NOx)만 발생하므로 배기가스 중의 질소산화물을 HC-DeNOx 촉매를 거치면서 제거하고 있다. Numerous thermal power plants using coal or oil as fuel are in operation around the world, and numerous industrial boilers are in operation. As regulations on environmental pollution have been strengthened, the spread of combined cycle power generation facilities with high energy use efficiency among power generation systems has rapidly increased. Looking at the structure of combined cycle power generation facilities, a gas turbine is first operated, and the high-heat exhaust generated from it is discharged. The heat recovery steam generator (HRSG) is heated with gas to generate high-temperature steam to operate the steam turbine. Combined cycle power generation facilities are often installed around urban areas to supply heat and are subject to stricter environmental regulations than other power generation facilities, so they mainly use clean fuels such as natural gas. Some areas where natural gas supply is difficult use low-sulfur oil as fuel. Combined cycle power plants mainly generate nitrogen oxides (NOx) during operation, so nitrogen oxides in exhaust gas are removed through an HC-DeNOx catalyst.
HC-DeNOx 촉매를 이용한 탈질설비는 배기가스에 암모니아나 우레아 등의 환원제를 분사하여 촉매 상에서 질소산화물(NOx)을 다음과 같이 무공해의 물과 질소로 전환시키는 설비이다.The denitrification facility using the HC-DeNOx catalyst is a facility that sprays a reducing agent such as ammonia or urea into the exhaust gas and converts nitrogen oxides (NOx) into pollution-free water and nitrogen on the catalyst as follows.
4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O4NO+4NH 3 +O 2 → 4N 2 +6H 2 O
2NO2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O2NO 2 +4NH 3 +O 2 → 3N 2 +6H 2 O
NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2ONO+NO 2 +2NH 3 → 2N 2 +3H 2 O
그러나, 최근 환경규제가 강화되면서 NOx 이외에 가스터빈 운전시 발생되는 일산화탄소(CO) 및 휘발성 유기화합물(VOCs) 등의 제거가 요구되어 HC-DeNOx 촉매 전단에 산화촉매를 장착하여 이들 공해물질을 제거하고 있다. 배기가스를 이용한 해수담수화 발전시스템이 한국공개특허 제10-2013-0131641호에서 제시하고 있으나, 이용한 배기가스를 그대로 배출하기에는 여러 공해물질이 포함되어 있어 대기중으로 직접 배출이 어렵고, 굴뚝으로 강제 배출해야 하는 단점이 있다.However, as environmental regulations have recently been strengthened, it is required to remove carbon monoxide (CO) and volatile organic compounds (VOCs) generated during gas turbine operation in addition to NOx, so these pollutants are removed by installing an oxidation catalyst in front of the HC-DeNOx catalyst. there is. A seawater desalination power generation system using exhaust gas is proposed in Korea Patent Publication No. 10-2013-0131641, but it is difficult to discharge the used exhaust gas directly into the atmosphere because it contains various pollutants, and must be forcibly discharged through a chimney. There is a downside to this.
더욱이, 소규모 사업장의 경우 일반적으로 보일러나 소형 연소로를 통해 유기 용제를 건조하는 공정이 많아 휘발성 유기 화합물 (VOCs) 및 NOx가 동시에 배출되며 이는 미세먼지 전구체로서 대기 환경 악화 가능성이 높은 유해 물질이다. 이에 대해 일반적으로 활성탄 흡착탄을 이용하여 제거하는 경우가 대부분이지만 활성탄의 사용 주기에 맞춘 적절한 교체 또는 재생 조치가 이루어지지 않을 경우 상기 언급된 유해 물질의 제거가 힘들다. Moreover, in the case of small businesses, there are generally many processes for drying organic solvents through boilers or small combustion furnaces, which simultaneously emit volatile organic compounds (VOCs) and NOx, which are hazardous substances with a high possibility of deteriorating the atmospheric environment as precursors to fine dust. In most cases, this is generally removed using activated carbon adsorption carbon, but if appropriate replacement or regeneration measures are not taken according to the usage cycle of activated carbon, it is difficult to remove the above-mentioned harmful substances.
따라서, 사업장의 설비 규모와 유해 물질 배출 양상에 맞춰 VOCs와 NOx를 동시에 제거할 수 있는, 가변적으로 적용이 가능한 모듈형 저감 기술의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop a modular reduction technology that can be variably applied and can simultaneously remove VOCs and NOx according to the facility size and hazardous substance emission pattern of the workplace.
이에 본 발명의 일 견지는 각 사업장에서 발생하는 VOCs 및 NOx에 맞춰 가변적으로 적용이 가능한 배기가스 정화 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, one aspect of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can be variably applied according to the VOCs and NOx generated at each business site.
본 발명의 다른 견지는 상기 본 발명의 장치를 이용하여 사업장의 설비 규모와 유해 물질 배출 양상에 맞춰 VOCs와 NOx를 동시에 제거할 수 있는 배기가스 정화 방법을 제공하는 것이다. Another aspect of the present invention is to provide an exhaust gas purification method that can simultaneously remove VOCs and NOx according to the facility size and hazardous substance emission pattern of the workplace using the device of the present invention.
본 발명의 한 측면에 의하면 휘발성유기화합물(VOCs) 및 질소산화물(NOx)을 포함하는 배가스를 150내지 400 ℃의 온도로 승온시키는 배가스 가열부; 및 휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO)를 환원제로 활용하여 NOx를 질소로 환원시키는 NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈을 포함하는, VOCs및 NOx 동시 저감 배기가스 정화 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, an exhaust gas heating unit that raises the temperature of exhaust gas containing volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NOx) to a temperature of 150 to 400 ° C.; And an exhaust gas purification device that simultaneously reduces VOCs and NOx is provided, including a catalyst module including a NOx reduction catalyst that reduces NOx to nitrogen by using volatile organic compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) as a reducing agent.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 본 발명의 장치에 VOCs 및 NOx를 포함하는 배가스를 투입하고, 배가스 열 교환기를 통해 상기 배가스를 150내지 400 ℃의 온도로 승온시키는 단계; 및 휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO)가 NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈 전단에 환원제로 투입되는 단계를 포함하는, 배기가스 정화 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the steps of introducing exhaust gas containing VOCs and NOx into the device of the present invention and increasing the temperature of the exhaust gas to a temperature of 150 to 400 ° C. through an exhaust gas heat exchanger; and introducing volatile organic compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) as a reducing agent at the front of the catalyst module including the NOx reduction catalyst.
본 발명에 의하면 소규모 사업장에서 배출되는 VOCs와 NOx를 일반적으로 사용되는 활성탄 흡착탑, 우레아(Urea) NOx 저감 촉매보다 효율적으로 질소, 이산화탄소, 및 수분으로 전환할 수 있으며, 특히 가변적으로 촉매 모듈을 변경 적용할 수 있어 설치 장소의 배가스에 맞춘 배기 처리 시스템 구축이 가능하다. According to the present invention, VOCs and NOx emitted from small businesses can be converted into nitrogen, carbon dioxide, and moisture more efficiently than commonly used activated carbon adsorption towers and urea NOx reduction catalysts. In particular, the catalyst module can be variably applied. This makes it possible to build an exhaust treatment system tailored to the exhaust gases at the installation location.
도 1은 NOx 저감 촉매 모듈을 1기 포함하는 본 발명의 예시적인 VOCs 및 NOx 제거 배기가스 정화 시스템을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 NOx 저감 촉매 모듈을 2기(a) 및 3기(b) 포함하는 본 발명의 예시적인 VOCs 및 NOx 제거 배기가스 정화 시스템을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 실험예 1의 시간에 따른 온도 변화(a), NOx 전환율(%)(b) 및 톨루엔 전환율(%)(c)을 나타낸 것이다.
도 4는 실험예 2의 시간에 따른 온도 변화(a) 및 NOx 전환율(%)(b)을 나타낸 것이다.
도 5는 실험예 2에서 촉매를 산화처리한 후의 NOx 저감 촉매 성능 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 실험예 3에서 온도에 따른 NOx 전환율(%) 및 에틸벤젠 전환율(%)을 나타낸 것이다.(백색 원: 에틸벤젠 전환율, 흑색원: NOx 전환율)
도 7은 실험예 3에서 온도 및 은 함량에 따른 NOx 전환율(%) 및 에틸벤젠 전환율(%)을 나타낸 것이다.1 schematically shows an exemplary VOCs and NOx removal exhaust gas purification system of the present invention including a NOx reduction catalyst module.
Figure 2 schematically shows an exemplary VOCs and NOx removal exhaust gas purification system of the present invention comprising two (a) and three (b) NOx reduction catalyst modules.
Figure 3 shows the temperature change (a), NOx conversion rate (%) (b), and toluene conversion rate (%) (c) over time in Experimental Example 1.
Figure 4 shows the temperature change (a) and NOx conversion rate (%) (b) over time in Experimental Example 2.
Figure 5 shows the results of evaluating NOx reduction catalyst performance after oxidizing the catalyst in Experimental Example 2.
Figure 6 shows the NOx conversion rate (%) and ethylbenzene conversion rate (%) according to temperature in Experimental Example 3. (White circle: ethylbenzene conversion rate, black circle: NOx conversion rate)
Figure 7 shows NOx conversion rate (%) and ethylbenzene conversion rate (%) according to temperature and silver content in Experimental Example 3.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
본 발명의 목적은 소규모 사업장에서 발생하는 휘발성유기화합물(VOCs) 및 질소산화물(NOx)에 맞춰 가변적으로 적용이 가능한 VOCs 및 NOx 저감 시스템을 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to provide a VOCs and NOx reduction system that can be variably applied to volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NOx) generated in small businesses.
이를 구현하고자 NOx 저감 촉매를 적용하여 암모니아 대신 휘발성유기화합물(VOCs)을 환원제로 사용하여 VOCs를 이산화탄소로 산화시키는 동시에 NOx를 질소로 환원시키는 시스템을 적용하였다. 일반적인 NOx 저감 시스템은 환원제로 암모니아를 사용하기 때문에 요소수를 분사할 수 있는 장치를 시스템 내에 구비하여야 하지만 본 발명은 NOx 저감 촉매로 시스템을 구성하기에 기존 대비 시스템 구축에 요구되는 장치를 축소시킬 수 있다. To implement this, a NOx reduction catalyst was applied to use volatile organic compounds (VOCs) instead of ammonia as a reducing agent to oxidize VOCs to carbon dioxide and simultaneously reduce NOx to nitrogen. Since the general NOx reduction system uses ammonia as a reducing agent, a device capable of spraying urea must be installed in the system. However, the present invention configures the system with a NOx reduction catalyst, so the devices required to build the system can be reduced compared to the existing system. there is.
보다 상세하게 본 발명의 VOCs및 NOx 제거 장치는 휘발성유기화합물(VOCs) 및 질소산화물(NOx)을 포함하는 배가스를 150내지 400 ℃의 온도로 승온시키는 배가스 가열부; 및 휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO)를 환원제로 활용하여, NOx를 질소로 환원시키는 NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈을 포함하는 것이다. In more detail, the VOCs and NOx removal device of the present invention includes an exhaust gas heating unit that raises the temperature of exhaust gas containing volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NOx) to a temperature of 150 to 400 ° C.; and a catalyst module including a NOx reduction catalyst that reduces NOx to nitrogen by using volatile organic compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) as a reducing agent.
소규모 사업장의 경우 일반적으로 보일러나 소형 연소로를 통해 유기 용제를 건조하는 공정이 많아 휘발성 유기 화합물 (VOCs) 및 NOx가 동시에 배출되며 VOCs중 특히 방향족 고리(Aromatic ring)를 가진 유기 화합물이 높게 배출된다. 상기 휘발성 유기 화합물 (VOCs)은 벤젠, 포름알데히드, 아세트알데히드, 톨루엔, 에틴벤젠, 자일렌, 스티렌, 등을 포함할 수 있으며, 예를 들어 방향족 고리를 가진 유기 화합물 중 톨루엔 및/또는 에틸벤젠을 포함할 수 있다. In the case of small-scale businesses, there is a lot of drying of organic solvents through boilers or small combustion furnaces, so volatile organic compounds (VOCs) and NOx are emitted at the same time. Among VOCs, organic compounds with aromatic rings are particularly high. . The volatile organic compounds (VOCs) may include benzene, formaldehyde, acetaldehyde, toluene, ethynebenzene, xylene, styrene, etc., for example, toluene and/or ethylbenzene among organic compounds with an aromatic ring. It can be included.
상기 배가스 승온 온도는 예를 들어 톨루엔을 환원제로 이용하는 경우 260℃ 내지 300℃, 예를 들어 260 내지 280℃일 수 있고, 에틸벤젠을 환원제로 이용하는 경우 190 내지 400℃, 예를 들어 200 내지 350℃, 또는 200 이상 250 ℃ 미만일 수 있다. For example, when using toluene as a reducing agent, the exhaust gas temperature increase temperature may be 260°C to 300°C, for example, 260 to 280°C, and when using ethylbenzene as a reducing agent, it may be 190 to 400°C, for example, 200 to 350°C. , or it may be 200 or more and less than 250 ℃.
상기 본 발명의 장치는 도 1 및 2에 도시한 바와 같이 1개 내지 5개, 예를 들어 2개 또는 3개의 촉매 모듈을 포함하는 것일 수 있다. The device of the present invention may include 1 to 5, for example, 2 or 3 catalyst modules, as shown in FIGS. 1 and 2.
본 발명의 예시적인 시스템을 도 1과 같이 구성하였다. 보다 상세하게, 건조로 및 배기 공조 설비(1)는 사업장에서 VOCs 및 NOx가 배출되는 작업 시설을 지칭하며, 이에서 발생 및 배출되는 VOCs와 NOx가 집진관(2)에서 집중되어 배기 공조팬(3)을 통해 이송될 수 있다. 이송된 배가스는 배가스 가열부 즉, 배가스 열 교환기(5)를 통과하면서 150 내지 400℃의 온도로 승온되어 NOx 저감 촉매(6)를 포함하는 촉매 모듈(7)을 통과하게 된다. 본 발명에 있어서 NOx 저감 촉매는 HC-DeNOx 촉매라고 명명하기도 하며, VOCs와 CO를 환원제로 사용하여 NOx를 질소로 환원시키는 역할을 수행한다. 촉매 모듈은 배가스 열 교환기(5) 및 NOx 저감 촉매(6)를 포함하는 촉매 모듈(7)을 포함하는 장치로서, 유해 물질 배출량에 따라 추가가 가능하며, 도 1은 1개의 NOx 저감 촉매 모듈을 적용한 것이다. An exemplary system of the present invention is configured as shown in FIG. 1. In more detail, the drying furnace and exhaust air conditioning equipment (1) refers to a work facility where VOCs and NOx are emitted at the workplace, and the VOCs and NOx generated and discharged therein are concentrated in the dust collection pipe (2) and the exhaust air conditioning fan ( 3) It can be transferred through. The transferred exhaust gas passes through the exhaust gas heating unit, that is, the exhaust gas heat exchanger (5), is heated to a temperature of 150 to 400°C, and passes through the catalyst module (7) including the NOx reduction catalyst (6). In the present invention, the NOx reduction catalyst is also called HC-DeNOx catalyst, and serves to reduce NOx to nitrogen using VOCs and CO as reducing agents. The catalyst module is a device that includes a catalyst module (7) including an exhaust gas heat exchanger (5) and a NOx reduction catalyst (6), and can be added depending on the amount of hazardous substances discharged. Figure 1 shows one NOx reduction catalyst module. It was applied.
에너지 회수용 열 교환기(4)는 NOx 저감 촉매 모듈(7)을 통과한 배가스가 갖는 열을 회수하여 신규 유입되는 배가스를 승온시키는 배가스 열 교환기(5)의 에너지 부하를 저감할 수 있다. VOCs 농축용 흡착제 모듈(8)은 잔여 VOCs를 흡/탈착하는 역할을 수행하여 VOCs 및 CO 산화 촉매 모듈(9)에서 VOCs와 CO의 산화를 통해 CO2와 수분으로 전환되는 반응을 보조한다. VOCs와 CO가 산화되면서 생성된 열을 배가스 열 교환기(5)를 통해 일부 회수 후 배기 공조 팬(10) 을 통해 사업장 굴뚝(11)으로 이송하여 VOCs와 NOx가 전환되어 발생한 질소, 이산화탄소, 수분을 대기 배출시킬 수 있다.The energy recovery heat exchanger 4 can recover the heat contained in the exhaust gas that has passed through the NOx reduction catalyst module 7 and reduce the energy load of the exhaust gas heat exchanger 5, which raises the temperature of the newly introduced exhaust gas. The adsorbent module for concentrating VOCs (8) plays a role in adsorbing/desorbing remaining VOCs and assists the reaction in the VOCs and CO oxidation catalyst module (9) that converts VOCs and CO into CO 2 and moisture through oxidation. Some of the heat generated as VOCs and CO are oxidized is recovered through the exhaust gas heat exchanger (5), and then transferred to the workplace chimney (11) through the exhaust air conditioning fan (10) to remove nitrogen, carbon dioxide, and moisture generated by the conversion of VOCs and NOx. It can be released into the atmosphere.
이 중 에너지 회수용 열 교환기(4) 및 배가스 열 교환기(5)는 NOx 저감 촉매(6)를 포함하는 촉매 모듈(7) 및 VOCs 및 CO 산화 촉매 모듈(9)의 작동 온도에 맞춰 설비 크기 및 형태를 조절할 수 있다.Among these, the energy recovery heat exchanger (4) and exhaust gas heat exchanger (5) are sized and installed according to the operating temperature of the catalyst module (7) containing the NOx reduction catalyst (6) and the VOCs and CO oxidation catalyst module (9). The shape can be adjusted.
사업장에서 배출되는 NOx 농도가 상대적으로 높아 동시 배출된 휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO)를 환원제로 활용하여도 NOx를 모두 저감하지 못할 경우, 보일러 연소 후 배기 가스 등의 휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO) 농도가 높은 배가스를 수동(Passive) SCR 촉매 모듈 전단에 추가 주입하여 NOx 저감 성능을 향상시킬 수 있다.If the concentration of NOx emitted from the workplace is relatively high and it is not possible to reduce all NOx even by using the simultaneously emitted volatile organic compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) as a reducing agent, volatile organic compounds (VOCs) such as exhaust gas after boiler combustion ) and exhaust gas with a high concentration of carbon monoxide (CO) can be additionally injected in front of the passive SCR catalyst module to improve NOx reduction performance.
투입되는 일산화탄소는 800 내지 10,000 ppm, 예를 들어 800 내지 5,000 ppm의 농도로 투입될 수 있으며, NOx의 환원제로 활용되고 잔존한 CO는 O2와 반응하여 CO2로 전환되며 이로 인해 생성물에는 CO 농도가 1.5 미만 ppm, 예를 들어 0.1 내지 0.3 ppm수준으로 배출된다. Carbon monoxide can be introduced at a concentration of 800 to 10,000 ppm, for example, 800 to 5,000 ppm. It is used as a reducing agent for NOx, and the remaining CO reacts with O 2 and is converted to CO 2 , resulting in a CO concentration in the product. is emitted at a level of less than 1.5 ppm, for example, 0.1 to 0.3 ppm.
본 발명의 환원제로 사용될 수 있는 상기 휘발성유기화합물은 상술한 바와 같이 예를 들어 톨루엔, 에틸벤젠, 방향족 고리(Aromatic ring)가 포함된 유기화합물 뿐만 아니라 모든 탄화수소류로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분일 수 있으며, 예를 들어 톨루엔, 에틸벤젠 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있다. As described above, the volatile organic compound that can be used as a reducing agent of the present invention includes, for example, toluene, ethylbenzene, and organic compounds containing an aromatic ring, as well as at least one component selected from the group consisting of all hydrocarbons. may be, for example, toluene, ethylbenzene, or a mixture thereof may be used.
나아가, 본 발명의 장치는 휘발성유기화합물 및 일산화탄소를 산화하여 CO2와 수분으로 전환시키는 산화 촉매 모듈을 추가로 포함하여 촉매의 활성을 재생시키는 단계를 수행할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 VOCs와 NOx 저감 시스템은 사업장 배출 가스 내 NOx를 기준으로 NOx 환원제로 소모 예상되는 VOCs보다 VOCs 배출량이 초과될 경우, 후단에 이를 저감시키는 VOCs 산화 촉매 모듈을 추가로 구성할 수 있으며, 상기 재생을 위한 산화 단계로 300 내지 1000℃, 예를 들어 400 내지 700 ℃에서 산소 분위기 하, 예를 들어 10 부피% 이상의 산소 분위기 하에서 열처리하여 촉매의 활성을 회복시키는 단계를 수행할 수 있다. Furthermore, the device of the present invention may further include an oxidation catalyst module that oxidizes volatile organic compounds and carbon monoxide and converts them into CO 2 and moisture, thereby performing a step of regenerating the activity of the catalyst. For example, the VOCs and NOx reduction system of the present invention can additionally configure a VOCs oxidation catalyst module to reduce the VOCs at the downstream stage if the VOCs emissions exceed the VOCs expected to be consumed by the NOx reducer based on the NOx in the workplace exhaust gas. In the oxidation step for regeneration, a step of recovering the activity of the catalyst can be performed by heat treatment at 300 to 1000°C, for example, 400 to 700°C, under an oxygen atmosphere, for example, under an oxygen atmosphere of 10% by volume or more. .
한편, 수동 SCR을 포함하는 촉매 모듈 및/또는 VOCs 및 CO 산화 촉매 모듈에 적용되는 촉매의 활성 물질은 전이금속 및 귀금속으로, 대표적으로 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 및 루테늄(Ru) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 귀금속 성분을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어 NOx 저감 촉매는 은(Ag), 백금(Pt) 또는 이들의 혼합을 포함할 수 있으며, 추가로 코발트(Co), 구리(Cu) 등의 금속을 포함할 수 있고, 사업장 배가스 조성 및 온도에 따라 이를 변경 적용할 수 있다.Meanwhile, the active materials of the catalyst applied to the catalyst module including passive SCR and/or the VOCs and CO oxidation catalyst module are transition metals and noble metals, typically silver (Ag), platinum (Pt), gold (Au), and palladium. It may contain at least one noble metal component selected from the group consisting of (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), and ruthenium (Ru). For example, the NOx reduction catalyst may include silver (Ag), platinum, etc. It may contain (Pt) or a mixture thereof, and may additionally contain metals such as cobalt (Co) and copper (Cu), and may be changed and applied depending on the composition and temperature of the exhaust gas at the business site.
상기 귀금속 성분은 촉매의 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 5 중량%의 함량으로 지지체에 포함되는 것일 수 있으며, 예를 들어 1 내지 3 중량%, 또는 2 내지 4 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 촉매의 활성 물질인 귀금속 성분이 0.5 중량% 미만인 경우 촉매 활성이 불충분할 수 있고, 촉매 내 활성물질, 귀금속 성분 증가 시, 성능 증가 효과가 미미하여 공정경제 상 바람직하지 않으며, 자가 응집으로 인해 지지체로 담지하면서 분포도가 나빠지는 경향이 있다.The noble metal component may be included in the support in an amount of 0.5 to 5% by weight based on the total weight of the catalyst, for example, 1 to 3% by weight, or 2 to 4% by weight. If the noble metal component, which is the active material of the catalyst, is less than 0.5% by weight, the catalytic activity may be insufficient, and when the active material and precious metal component in the catalyst increases, the performance increase effect is minimal, which is undesirable in terms of process economy, and it is not supported on a support due to self-agglomeration. As this happens, the distribution tends to worsen.
촉매의 상기 지지체는 TiO2, Al2O3, SiO2, 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있으며, 다만 이에 제한되는 것은 아니다. The catalyst support may be at least one selected from the group consisting of TiO 2 , Al 2 O 3 , SiO 2 , and zeolite, but is not limited thereto.
나아가, 본 발명의 장치는 잔여 휘발성유기화합물을 흡착 및 탈착하는 휘발성유기화합물 농축용 흡착제 모듈을 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 VOCs 농축용 흡착제 모듈은 NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈 후단에서 배출되는 VOCs의 함량에 맞춰 제올라이트, 란타넘족 원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 흡착제 종류 및 양을 조절할 수 있다.Furthermore, the device of the present invention may additionally include an adsorbent module for concentrating volatile organic compounds that adsorbs and desorbs residual volatile organic compounds, and the adsorbent module for concentrating VOCs is an adsorbent module for concentrating VOCs that is discharged from the rear end of the catalyst module containing the NOx reduction catalyst. At least one selected from the group consisting of zeolite and lanthanide elements can be used according to the content of VOCs, but the adsorbent type and amount can be adjusted without being limited thereto.
한편, 본 발명의 다른 견지에 의하면 상기 본 발명의 장치를 이용하여 VOCs 및 NOx를 동시제 제거하는 제거 방법이 제공된다.Meanwhile, according to another aspect of the present invention, a removal method for simultaneously removing VOCs and NOx using the device of the present invention is provided.
보다 상세하게, 본 발명의 VOCs 및 NOx 제거 방법은 상술한 본 발명의 VOCs및 NOx 제거 장치에 VOCs 및 NOx를 포함하는 배가스를 투입하고, 배가스 열 교환기를 통해 상기 배가스를 150내지 400 ℃의 온도로 승온시키는 단계; 및 휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO)를 환원제로 활용되는 단계를 포함하는 것이다. More specifically, the VOCs and NOx removal method of the present invention involves inputting exhaust gas containing VOCs and NOx into the VOCs and NOx removal device of the present invention described above, and heating the exhaust gas to a temperature of 150 to 400 ° C. through an exhaust gas heat exchanger. Raising the temperature; And it includes the step of using volatile organic compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) as reducing agents.
이때 본 발명이 적용될 수 있는 상기 배가스는 휘발성유기화합물 1500 내지 2500 ppm, NOx 10 내지 100 ppm, 및 SO2 10 ppm 이하를 포함하는 것일 수 있다. At this time, the exhaust gas to which the present invention can be applied may contain 1500 to 2500 ppm of volatile organic compounds, 10 to 100 ppm of NOx, and 10 ppm or less of SO 2 .
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are merely examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example
실시예 1Example 1
본 발명의 예시적인 시스템을 도 1과 같이 구성하였다. 보다 상세하게, 건조로 및 배기 공조 설비(1)는 사업장에서 VOCs 및 NOx가 배출되는 작업 시설을 지칭하며, 이에서 발생 및 배출되는 VOCs와 NOx가 집진관(2)에서 집중되어 배기 공조팬(3)을 통해 이송될 수 있다. 이송된 배가스는 배가스 열 교환기(5)를 통과하면서 150 내지 400℃의 온도로 승온되어 NOx 저감 촉매(6)를 포함하는 촉매 모듈(7)을 통과하게 된다. 본 발명에 있어서 NOx 저감 촉매는 HC-DeNOx 촉매라고 명명하기도 하며, VOCs와 CO를 환원제로 사용하여 NOx를 질소로 환원시키는 역할을 수행한다. NOx 저감 촉매 모듈은 배가스 열 교환기(5), NOx 저감 촉매(6)를 포함하는 촉매 모듈(7)을 포함하는 장치로서, 유해 물질 배출량에 따라 추가가 가능하며, 도 1은 1개의 NOx 저감 촉매 모듈을 적용한 것이다. 에너지 회수용 열 교환기(4)는 NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈(7)을 통과한 배가스가 갖는 열을 회수하여 신규 유입되는 배가스를 승온시키는 배가스 열 교환기(5)의 에너지 부하를 저감한다. VOCs 농축용 흡착제 모듈(8)은 잔여 VOCs를 흡/탈착하는 역할을 수행하여 VOCs 및 CO 산화 촉매 모듈(9) 에서 VOCs와 CO의 산화를 통해 CO2와 수분으로 전환되는 반응을 보조한다. VOCs와 CO가 산화되면서 생성된 열을 배가스 열 교환기(5) 를 통해 일부 회수 후 배기 공조 팬(10)을 통해 사업장 굴뚝(11)으로 이송하여 VOCs와 NOx가 전환되어 발생한 질소, 이산화탄소, 수분을 대기 배출시킨다.An exemplary system of the present invention is configured as shown in FIG. 1. In more detail, the drying furnace and exhaust air conditioning equipment (1) refers to a work facility where VOCs and NOx are emitted at the workplace, and the VOCs and NOx generated and discharged therein are concentrated in the dust collection pipe (2) and the exhaust air conditioning fan ( 3) It can be transferred through. The transferred exhaust gas is heated to a temperature of 150 to 400° C. while passing through the exhaust gas heat exchanger (5) and passes through the catalyst module (7) including the NOx reduction catalyst (6). In the present invention, the NOx reduction catalyst is also called HC-DeNOx catalyst, and serves to reduce NOx to nitrogen using VOCs and CO as reducing agents. The NOx reduction catalyst module is a device that includes a catalyst module (7) including an exhaust gas heat exchanger (5) and a NOx reduction catalyst (6), and can be added depending on the amount of hazardous substances discharged. Figure 1 shows one NOx reduction catalyst. The module is applied. The energy recovery heat exchanger 4 recovers the heat of the exhaust gas that has passed through the catalyst module 7 containing the NOx reduction catalyst and reduces the energy load of the exhaust gas heat exchanger 5, which raises the temperature of the newly introduced exhaust gas. The adsorbent module for concentrating VOCs (8) plays a role in adsorbing/desorbing remaining VOCs and assists in the reaction of converting VOCs and CO into CO 2 and moisture through oxidation of VOCs and CO in the VOCs and CO oxidation catalyst module (9). Some of the heat generated as VOCs and CO are oxidized is recovered through the exhaust gas heat exchanger (5), and then transferred to the workplace chimney (11) through the exhaust air conditioning fan (10) to remove nitrogen, carbon dioxide, and moisture generated by the conversion of VOCs and NOx. exhausts into the atmosphere.
이 중 에너지 회수용 열 교환기(4), 및 배가스 열 교환기(5)는 NOx 저감 촉매(6)를포함하는 촉매 모듈(7) 및 VOCs 및 CO 산화 촉매 모듈(9)의 작동 온도에 맞춰 설비 크기 및 형태를 조절할 수 있다.Among these, the energy recovery heat exchanger (4) and the exhaust gas heat exchanger (5) are sized according to the operating temperature of the catalyst module (7) including the NOx reduction catalyst (6) and the VOCs and CO oxidation catalyst module (9). and shape can be adjusted.
NOx 저감 촉매(6)를 포함하는 촉매 모듈(7) 및 VOCs 및 CO 산화 촉매 모듈(9)에 적용되는 촉매의 활성 물질은 Pt, Pd, Rh, Ag, Co, Cu 등으로 구성되며 사업장 배가스 조성 및 온도에 따라 이를 변경 적용할 수 있다.The active materials of the catalyst applied to the catalyst module (7) containing the NOx reduction catalyst (6) and the VOCs and CO oxidation catalyst module (9) are composed of Pt, Pd, Rh, Ag, Co, Cu, etc., and are composed of business exhaust gas composition. This can be changed and applied depending on the temperature.
VOCs 농축용 흡착제 모듈(8)은 NOx 저감 촉매(6)를 포함하는 촉매 모듈(7) 후단에서 배출되는 VOCs의 함량에 맞춰 제올라이트(Zeolite), 활성탄 등의 흡착제 종류 및 양을 조절할 수 있다. The adsorbent module for VOCs concentration (8) can adjust the type and amount of adsorbents such as zeolite and activated carbon according to the content of VOCs discharged from the rear end of the catalyst module (7) including the NOx reduction catalyst (6).
실시예 2 Example 2
NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈 2기를 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 본 발명의 예시적인 시스템을 도 2(a)와 같이 구성하였다.An exemplary system of the present invention was constructed as shown in FIG. 2(a) in the same manner as Example 1, except that two catalyst modules containing a NOx reduction catalyst were applied.
실시예 3Example 3
NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈 3기를 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 본 발명의 예시적인 시스템을 도 2(b)와 같이 구성하였다.An exemplary system of the present invention was constructed as shown in FIG. 2(b) in the same manner as Example 1, except that three catalyst modules containing a NOx reduction catalyst were applied.
2.2. 성능 시험결과Performance test results
소규모 사업장 배출 현황을 분석한 결과에 기초하여 예시적으로 VOCs 1500~2500 ppm, NOx 50 ppm, 및 SO2 10 ppm 이하를 포함하는 배가스를 대상으로 본 발명의 시스템 성능을 확인하였다. Based on the results of analyzing the emission status of small businesses, the performance of the system of the present invention was confirmed for exhaust gas containing 1500 to 2500 ppm of VOCs, 50 ppm of NOx, and 10 ppm of SO2 or less.
(1) 백금을 적용한 NOx 저감 촉매 성능 평가(1) Performance evaluation of NOx reduction catalyst using platinum
1 wt%Pt/Al2O3의 촉매를 적용한 경우 환원제 종류에 따른 성능을 평가하였다. 이때, 본 실험에 사용된 촉매는 1 g이며, 해당 촉매 내 Pt 함량은 1 wt%였다. 한편, 본 실험에 사용된 기체 성분 단위는 Vol.%로 하였다. When a catalyst of 1 wt% Pt/Al 2 O 3 was applied, performance was evaluated according to the type of reducing agent. At this time, the catalyst used in this experiment was 1 g, and the Pt content in the catalyst was 1 wt%. Meanwhile, the unit of gas composition used in this experiment was Vol.%.
1) 톨루엔을 환원제로 사용한 NOx 저감 촉매 성능 평가 [1%Pt/Al1) NOx reduction catalyst performance evaluation using toluene as a reducing agent [1%Pt/Al 22 OO 33 ] - 실험예 1] - Experimental Example 1
300ppm 톨루엔을 환원제로 사용하여, 공간속도 47,000h-1조건 하에서, 400ppm NO, 10% O2, 및 5% CO2를 포함하는 배가스를 대상으로 200℃부터 승온을 시작하면 약 240℃부터 톨루엔이 산화되기 시작하며, NOx의 전환이 약 260℃부터 시작되는 것을 확인하였다. Using 300ppm toluene as a reducing agent, under the condition of a space velocity of 47,000h -1 , if the temperature of the exhaust gas containing 400ppm NO, 10% O 2 , and 5% CO 2 is raised from 200°C, toluene is reduced from about 240°C. It was confirmed that oxidation begins and the conversion of NOx begins at about 260°C.
그 결과 NOx 전환율은 53.7% 수준이며, 톨루엔의 전환율은 280℃ 이상에서 100%임을 확인하고, 그 결과를 도 3(a) 내지 도 3(c)에 나타내었다. As a result, it was confirmed that the NOx conversion rate was at the level of 53.7% and the toluene conversion rate was 100% above 280°C, and the results are shown in Figures 3(a) to 3(c).
한편, 상기와 동일한 조건에서 CO 혼입에 따른 NOx 저감 촉매 성능 평가를 실시하였으며, 이때 CO를 배가스에 혼합하여 투입한 것으로, NOx 저감 촉매전단으로 투입되었다. 그 결과 하기 표 1과 같이 CO 농도에 따라 발생되는 CO2 농도가 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 CO와 O2가 반응하여 CO2로 전환되어 발생된 결과이며, 이로 인해 생성물에는 CO 농도가 높지 않고 1ppm 수준으로 측정되었다.Meanwhile, the NOx reduction catalyst performance was evaluated according to CO incorporation under the same conditions as above. At this time, CO was mixed with the exhaust gas and added to the front of the NOx reduction catalyst. As a result, it was confirmed that the CO 2 concentration generated changes depending on the CO concentration, as shown in Table 1 below. This is the result of CO and O 2 reacting and being converted into CO 2 , and as a result, the CO concentration in the product was not high and was measured at the level of 1 ppm.
* 공통 반응 조건: 300ppm 톨루엔, 400ppm NO, 10% O2, 5% CO2, 공간속도 47,000h-1에서 CO 투입 * Common reaction conditions: 300ppm toluene, 400ppm NO, 10% O 2 , 5% CO 2 , CO input at a space velocity of 47,000h -1
상기 표 1을 참고하면 농도 증가에 따라 O2 농도가 감소하고 CO2 농도가 증가하는 것으로 2CO + O2 → CO2 반응을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 above, the 2CO + O 2 → CO 2 reaction can be confirmed as the O 2 concentration decreases and the CO 2 concentration increases as the concentration increases.
2) 에틸벤젠을 환원제로 사용한 NOx 저감 촉매 성능 평가 [1%Pt/Al2) NOx reduction catalyst performance evaluation using ethylbenzene as a reducing agent [1%Pt/Al 22 OO 33 ] - 실험예 2] - Experimental Example 2
300ppm 에틸벤젠(ethylbenzene)을 환원제로 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 조건 하에서 200℃부터 승온을 시작하였다. The temperature was raised from 200°C under the same conditions as in Experimental Example 1, except that 300ppm ethylbenzene was used as a reducing agent.
반응 온도를 200℃로 설정하여 반응 후 배출되는 가스 분석을 실시하였을 때 반응 초기 NOx 전환율이 증가하는 형태가 나타났으며, 전환율은 약 70%이지만, N2O가 약 10% 정도로 측정되어 N2로 전환된 실질 NOx 전환율은 약 60%이었다. 그 결과를 도 4(a) 및 도 4(b)에 나타내었다.When the reaction temperature was set to 200°C and the gas released after the reaction was analyzed, it was found that the NOx conversion rate increased at the beginning of the reaction. The conversion rate was about 70%, but N 2 O was measured to be about 10%, so N 2 The actual NOx conversion rate was about 60%. The results are shown in Figures 4(a) and 4(b).
한편, 250℃로 승온하여 반응을 실시하였을 때 약 20분간 활성이 나타난 뒤 활성이 점차 감소하는 형태가 나타났으며, 온도에 의해 비활성화된 것인지 확인하기 위해 250℃에서 200℃로 온도를 낮췄지만 활성이 회복되지 않는 것으로 확인되었다. On the other hand, when the reaction was carried out by raising the temperature to 250℃, the activity appeared for about 20 minutes and then the activity gradually decreased. To check whether the temperature caused the inactivation, the temperature was lowered from 250℃ to 200℃, but the activity was not observed. It was confirmed that it would not recover.
이에 촉매를 10% O2 분위기에서 500℃로 열처리 후 200℃에서 동일한 조건 하에서 실험을 수행하였다. 그 결과 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이 반응물 주입에 따라 활성이 나타나며 NOx 전환율이 약 70%이지만 N2O가 약 10% 정도로 측정되어 N2로 전환된 실질 NOx 전환율은 약 60%인 것을 확인할 수 있었다. 하지만 활성 유지는 약 30분간 지속되었으며 이후에 다시 활성이 감소하는 형태가 나타났다. Accordingly, the catalyst was heat treated at 500°C in a 10% O 2 atmosphere and then an experiment was performed at 200°C under the same conditions. As a result, as can be seen in Figure 5, activity appears depending on the injection of the reactant, and the NOx conversion rate is about 70%, but N 2 O is measured to be about 10%, so it can be confirmed that the actual NOx conversion rate converted to N 2 is about 60%. there was. However, the maintenance of activity lasted for about 30 minutes, after which the activity decreased again.
(2) 은을 적용한 NOx 저감 촉매성능 평가(2) Evaluation of NOx reduction catalyst performance using silver
2 wt% Ag/Al2O3의 촉매 1 g 를 적용한 경우 환원제 종류에 따른 성능을 평가하였다.When 1 g of 2 wt% Ag/Al 2 O 3 catalyst was applied, the performance was evaluated according to the type of reducing agent.
1) 에틸벤젠을 환원제로 사용한 NOx 저감 촉매성능 평가[2wt.% Ag/Al1) Evaluation of NOx reduction catalyst performance using ethylbenzene as a reducing agent [2wt.% Ag/Al 22 OO 33 ] - 실험예 3] - Experimental Example 3
300ppm 에틸벤젠을 환원제로 사용하여, 공간속도 142,000h-1조건 하에서, 400ppm NO, 10% O2, 및 5% CO2를 포함하는 배가스를 대상으로 성능 평가를 진행하였다. Using 300ppm ethylbenzene as a reducing agent, performance evaluation was conducted on exhaust gas containing 400ppm NO, 10% O 2 , and 5% CO 2 under the conditions of a space velocity of 142,000 h -1 .
에틸벤젠을 주입하며 온도 별로 실험을 수행한 결과 도 6(a)의 검정 동그라미로 표시된 그래프(백색 원: Ethylbenzene 전환율, 흑색원: NOx 전환율)에서 확인할 수 있는 바와 같이 300℃에서 활성이 높게 관찰되었으며, 이 때 NOx 전환율은 48.7%였다. 한편, NOx 전환율이 높은 온도에서 급격하게 감소한 형태를 볼 수 있는데 전환된 NO가 NO2로 전환되어 NOx 전환율에 반영을 하지 않았다. As a result of performing experiments at different temperatures while injecting ethylbenzene, high activity was observed at 300°C, as can be seen in the graph marked with a black circle in Figure 6(a) (white circle: Ethylbenzene conversion rate, black circle: NOx conversion rate). , At this time, the NOx conversion rate was 48.7%. Meanwhile, it can be seen that the NOx conversion rate decreased rapidly at high temperatures, but the converted NO was converted to NO 2 and was not reflected in the NOx conversion rate.
FT-IR을 이용하여 에틸벤젠의 전환율을 확인하였고, 350℃보다 높은 온도에서는 100% 전환을 확인하였다. The conversion rate of ethylbenzene was confirmed using FT-IR, and 100% conversion was confirmed at temperatures higher than 350°C.
나아가, 동일한 조건 하에서 Ag 함량에 따른 NOx 저감 촉매의 성능 비교를 수행하였으며, 그 결과 도 6(b)에서 확인할 수 있는 바와 같이 1wt.% Ag/Al2O3 촉매의 경우 400℃부터 NOx 전환율이 나타나기 시작하였으며 450℃에서는 22.0% NOx 전환율이 확인하였으며, 2wt.% AgAl2O3 촉매 대비 Ag 함량이 낮아서 활성이 높지 않고, 이에 따라 NO2로 전환되는 양도 높지 않아 NO만 봤을 때도 전환되는 비율이 높지 않은 것을 확인할 수 있었다. Furthermore, the performance of NOx reduction catalysts according to Ag content was compared under the same conditions, and as can be seen in Figure 6(b), the NOx conversion rate for the 1wt.% Ag/Al 2 O 3 catalyst was lowered from 400°C. It began to appear, and at 450°C, a 22.0% NOx conversion rate was confirmed. Compared to the 2wt.% AgAl 2 O 3 catalyst, the Ag content is low, so the activity is not high, and the amount converted to NO 2 is also not high, so the conversion rate even when looking at just NO I was able to confirm that it was not high.
(3) 비귀금속 계열 성분을 포함하는 촉매 활성 비교 평가(3) Comparative evaluation of catalyst activity containing non-precious metal components
VOC를 환원제로 사용하며 탈질을 할 수 있는 촉매로 Pt 촉매 외 Cu가 함유된 제올라이트의 사용 가능성을 확인하기 위하여 Cu/Al2O3 및 Cu가 함유된 촉매에 대해 평가를 하였다.In order to confirm the possibility of using Cu-containing zeolites other than Pt catalysts as catalysts capable of denitrification using VOC as a reducing agent, Cu/Al 2 O 3 and Cu-containing catalysts were evaluated.
1) Cu/Al1) Cu/Al 22 OO 33 탈질 실험 - 실험예 4 Denitrification experiment - Experimental example 4
Cu/Al2O3를 함침법으로 제조하였으며, 촉매 조성을 제외하고는 실험예 1과 동일한 조건에서 실험을 수행하였다. Cu/Al 2 O 3 was prepared by impregnation, and the experiment was performed under the same conditions as Experiment 1 except for the catalyst composition.
그 결과 250℃에서 NO가 NO2로 전환되는 비율이 높아 NO만 전환된 비율로 보면 60.1%이지만 NOx 전환율은 38.5%이고, 톨루엔 전환율은 70.2%인 반면 300℃에서는 NOx 전환이 거의 일어나지 않았다. As a result, the conversion rate of NO to NO 2 was high at 250°C, and the conversion rate of NO alone was 60.1%, but the NOx conversion rate was 38.5% and the toluene conversion rate was 70.2%, while at 300°C, almost no NOx conversion occurred.
2) Cu/Al2) Cu/Al 22 OO 33 및 Pt/Al and Pt/Al 22 OO 33 혼합 촉매 탈질 실험 - 실험예 5 Mixed catalyst denitrification experiment - Experimental example 5
Cu가 함유될 때, Pt 또는 Ag 촉매에서 첨가제 효과가 있는지 검토하기 위해 먼저 Pt/Al2O3와 Cu/Al2O3를 질량비율 1:1로 혼합하여 촉매 조성을 제외하고는 실험예 1과 동일한 조건에서 활성 평가를 실시하였다.To examine whether there is an additive effect in the Pt or Ag catalyst when Cu is contained, Pt/Al 2 O 3 and Cu/Al 2 O 3 were first mixed at a mass ratio of 1:1, and the mixture was used as in Experimental Example 1 except for the catalyst composition. Activity evaluation was performed under the same conditions.
그 결과 300℃에서 NOx 전환율은 55.0%이고, 톨루엔 전환율은 58.2%이었다. 이 결과를 Pt/Al2O3만 사용한 결과와 비교해보면 NOx 전환율은 유사하지만 톨루엔 전환율은 100%가 되지 않는 것으로 보아 Cu에 의해 환원제가 사용되는 비율이 감소된 것으로 볼 수 있다. As a result, the NOx conversion rate at 300°C was 55.0% and the toluene conversion rate was 58.2%. Comparing this result with the result using only Pt/Al 2 O 3 , the NOx conversion rate is similar, but the toluene conversion rate is not 100%, which indicates that the proportion of reducing agent used by Cu has been reduced.
3) Cu-Ag/Al3) Cu-Ag/Al 22 OO 33 촉매 탈질 실험 - 실험예 6 Catalytic denitrification experiment - Experimental example 6
Cu와 Ag를 동시에 함침한 촉매를 이용하여 Cu에 의한 효과가 있는지 검토하기 위해 Cu와 Ag를 질량 비율 1:1로 포함하는 촉매를 제조하고, 이러한 촉매 조성을 제외하고는 실험예 1과 동일한 조건에서 활성 평가를 실시하였다.In order to examine the effect of Cu by using a catalyst impregnated with both Cu and Ag, a catalyst containing Cu and Ag at a mass ratio of 1:1 was prepared, and under the same conditions as in Experimental Example 1 except for this catalyst composition. Activity evaluation was performed.
그 결과, 300℃에서 NOx 전환율은 56.5%이고, 톨루엔 전환율은 99.6%이었다. 이러한 결과를 통해 Ag/Al2O3는 Cu가 있더라도 탈질 반응과 산화반응이 동시에 일어날 수 있도록 해주는 것을 확인할 수 있었다. As a result, the NOx conversion rate at 300°C was 56.5% and the toluene conversion rate was 99.6%. Through these results, it was confirmed that Ag/Al 2 O 3 allows denitrification and oxidation reactions to occur simultaneously even in the presence of Cu.
1: 도장시설 등과 같은 VOCs/NOx배출 공정의 건조로 및 배기 공조 설비
2: VOCs 및 NOx를 포함하는 유해 물질 포착용 집진관
3, 10: 배기 공조 팬
4: 에너지 회수용 열 교환기
5: 배가스 열 교환기(배가스 가열부)
6: NOx 저감 촉매 포함하는 촉매 모듈
7: NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈
8: VOCs 농축용 흡착제 모듈
9: VOCs 및 CO 산화 촉매 모듈
10: 배기 공조 팬
11: 사업장 굴뚝1: Drying furnace and exhaust air conditioning equipment for VOCs/NOx emission processes such as painting facilities
2: Dust collection tube for capturing hazardous substances including VOCs and NOx
3, 10: Exhaust air conditioning fan
4: Heat exchanger for energy recovery
5: Exhaust gas heat exchanger (exhaust gas heating unit)
6: Catalyst module containing NOx reduction catalyst
7: Catalyst module containing NOx reduction catalyst
8: Adsorbent module for VOCs concentration
9: VOCs and CO oxidation catalyst module
10: Exhaust air conditioning fan
11: Business chimney
Claims (7)
휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO)를 환원제로 활용하여 NOx를 질소로 환원시키는 NOx 저감 촉매를 포함하는 촉매 모듈;
을 포함하는, 배기가스 정화 장치.
An exhaust gas heating unit that raises the temperature of exhaust gas containing volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NOx) to a temperature of 150 to 400 ° C.; and
A catalyst module including a NOx reduction catalyst that reduces NOx to nitrogen by using volatile organic compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) as a reducing agent;
Including, an exhaust gas purification device.
The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the volatile organic compound is at least one component selected from the group consisting of toluene, ethylbenzene, benzene, formaldehyde, acetaldehyde, xylene, and styrene.
The method of claim 1, wherein the NOx reduction catalyst is selected from the group consisting of silver (Ag), platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), and ruthenium (Ru). An exhaust gas purification device comprising at least one precious metal component.
The exhaust gas purification device according to claim 1, further comprising an adsorbent module for concentrating volatile organic compounds that adsorbs and desorbs residual volatile organic compounds, wherein the adsorbent is at least one selected from the group consisting of zeolite and lanthanide elements. .
The exhaust gas purification device of claim 1, further comprising an oxidation catalyst module that oxidizes volatile organic compounds and carbon monoxide and converts them into CO 2 and moisture.
The exhaust gas purification device according to claim 5, wherein the active material of the catalyst applied to the VOCs and CO oxidation catalyst module is at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, Ag, Co, and Cu.
휘발성유기화합물(VOCs) 및 일산화탄소(CO)가 NOx 저감 촉매 모듈전단에 환원제로 투입되는 단계
를 포함하는, 배기가스 정화 방법.Injecting exhaust gas containing VOCs and NOx into the device of any one of claims 1 to 6, and increasing the temperature of the exhaust gas to a temperature of 150 to 400 ° C. through an exhaust gas heat exchanger; and
A step in which volatile organic compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) are introduced as a reducing agent in front of the NOx reduction catalyst module.
Including, a method of purifying exhaust gas.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20240053852A true KR20240053852A (en) | 2024-04-25 |
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