고비표면적 이산화티타늄 분말로 제조한 평판형 SCR 촉매의 탈질특성 De-NOx characteristics of plate type SCR catalyst fabricated using titanium dioxide powder having high specific surface area원문보기
전 세계적으로 화석연료를 이용한 에너지 소비량의 증가에 따라서 자동차엔진, 화력발전소, 소각로 및 각종 산업체에서 발생되는 고온 배기가스 배출량이 크게 증가하고 있다. 이들 배기가스에는 인체에 유해한 미세한 먼지를 유발하는 질소산화물(NOx), 아황산가스(SOx), 휘발성 유기화합물(VOCs)와 같은 유해가스가 상당량 포함되어 있어서 심각한 환경오염 문제를 유발하고 있다. 이러한 대기오염 물질 중 NOx과 SOx 그리고 ...
전 세계적으로 화석연료를 이용한 에너지 소비량의 증가에 따라서 자동차엔진, 화력발전소, 소각로 및 각종 산업체에서 발생되는 고온 배기가스 배출량이 크게 증가하고 있다. 이들 배기가스에는 인체에 유해한 미세한 먼지를 유발하는 질소산화물(NOx), 아황산가스(SOx), 휘발성 유기화합물(VOCs)와 같은 유해가스가 상당량 포함되어 있어서 심각한 환경오염 문제를 유발하고 있다. 이러한 대기오염 물질 중 NOx과 SOx 그리고 입자상물질 등은 양적으로 가장 많이 생성될 뿐만 아니라, 그 위해성 또한 높아 중요한 규제대상 물질로 규정하여 관리되고 있다. SOx 배출량은 대기환경보전법이 시행된 1990년대 이후 LNG와 같은 청정연료의 사용, 연료 중 유황성분의 제거 및 배연탈황설비 등에 의해 매년 감소하고 있으나, NOx는 전체의 48% 정도가 화력발전소 및 산업시설 등의 발전시설에서 배출되고 있고, NOx의 제거방법이 SOx처럼 쉽지 않아 배출량이 계속 증가하는 추세에 있어 환경규제에 능동적으로 대처할 수 있는 NOx 저감기술이 필요하다.(Fig.1, Fig.2) 질소산화물의 대부분은 NO로 존재하지만 대기 중 휘발성 유기화합물과 반응할 경우 높은 온도에서 인체에 유해한 NOx로 쉽게 산화되어 온실효과를 유발할 뿐만 아니라 그 효과가 CO2의 310배에 달하며 자외선 존재 하에 산소와 결합하여 광화학 스모그를 일으키는 원인 물질로 작용한다. 또한, 황 산화물과 함께 산성비의 원인이 되며 인간을 비롯한 동물의 체내에 흡입되면 호흡기에 독성을 일으켜 만성호흡기질환 등의 피해를 가져오기 때문에 NOx는 대기 중으로 배출하기 전에 반드시 제거하여야 한다. 우리나라도 대기 중의 NOx 농도가 꾸준한 증가추세를 보임에 따라 정부는 NOx 배출저감을 주요 중점 추진과제로 삼고 NOx 배출량에 비례한 배출 부과금을 부과하는 등 여러가지 대책을 시행하고 있으며, 이에 의해 배출 허용기준 이하를 유지하기 위한 경제성 논리가 적용되어 고효율기기의 보급이 확대되고 있으며, 대기오염물질 제어를 위한 설비투자가 확대되고 있다. 이러한 대기오염물질을 저감시키는 방법으로 연료나 재료 자체를 친환경화 하는 방법과 발생원으로부터 오염물질의 배출을 억제 또는 배출된 오염물질을 제거하는 방법을 들 수 있으며, 오염원에 대해 서로 다른 다양한 환경오염저감 기술이 개발되고 있으며, 후자의 방법으로는 촉매를 이용한 저감방법이 가장 널리 상용화되고 있다. 촉매란 어떤 화학반응에서 자신은 변화하지 않고 반응속도를 변화시키거나 반응을 개시시키는 등의 역할을 하는 것으로 환원제로 NH3를 사용하여 촉매상에서 NOx를 무해한 N2와 H2O로 분해하는 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR)이 선진국을 중심으로 유해 유기오염 물질 및 질소산화물(NOx)을 저감하는 방법으로 광범위하게 적용되고 있다. SCR탈질촉매의 종류로는 제조방법 및 형태에 따라 벌집형(Honeycomb type), 평판형(Plate type), 파형(Corrugate type) 촉매가 상용화 되어 사용되고 있다. 그 중에서도 평판형 촉매는 기계적 내구성이 우수하여 비산재(fly-ash)등에 의한 촉매 파손이 우려되는 석탄화력 발전소에서 주로 사용되고 있지만 단위부피당 탈질반응이 일어나는 접촉면적이 다른 형태의 촉매와 비교해서 상대적으로 낮아 동일한 탈질효율을 발휘하기 위해서는 많은 양의 촉매를 설치해야 하는 단점이 있어 탈질효율을 증가시키기 위한 개선이 필요한 상황이다.. 또한 한국의 경우 최근 연료인 석탄의 가격이 상승함에 따라 고열량탄과 저열량탄을 혼소해서 사용하고 있는 실정이며, 혼소비율은 점점 증가하고 있는 추세로, 사용하는 석탄의 질이 낮아짐으로 석탄 연소 후 발생하는 비산재의 함량도 함께 증가되어, 설치되어 있는 상용 평판형 촉매의 비산재에 의한 마모와 파손도 크게 증가하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 평판형 SCR 탈질촉매를 제조함에 있어 탈질촉매에서 반응 site를 제공하는 촉매담체 원료의 개선을 통한 탈질효율을 향상시키기 위해 촉매담체 주원료의 단위부피당 비표면적을 증가시킨 아타나제 결정상의 미립 sulfated TiO2를 제조하였으며, 기계적 강도와 내마모성 증진을 위해 첨가하는 보강재를 변화시킴으로써 Fly ash가 많은 석탄화력 발전소의 조건에서도 안정적으로 사용할 수 있는 평판형 촉매 원료로의 적용 가능성을 확인하고자 하였다.
전 세계적으로 화석연료를 이용한 에너지 소비량의 증가에 따라서 자동차엔진, 화력발전소, 소각로 및 각종 산업체에서 발생되는 고온 배기가스 배출량이 크게 증가하고 있다. 이들 배기가스에는 인체에 유해한 미세한 먼지를 유발하는 질소산화물(NOx), 아황산가스(SOx), 휘발성 유기화합물(VOCs)와 같은 유해가스가 상당량 포함되어 있어서 심각한 환경오염 문제를 유발하고 있다. 이러한 대기오염 물질 중 NOx과 SOx 그리고 입자상물질 등은 양적으로 가장 많이 생성될 뿐만 아니라, 그 위해성 또한 높아 중요한 규제대상 물질로 규정하여 관리되고 있다. SOx 배출량은 대기환경보전법이 시행된 1990년대 이후 LNG와 같은 청정연료의 사용, 연료 중 유황성분의 제거 및 배연탈황설비 등에 의해 매년 감소하고 있으나, NOx는 전체의 48% 정도가 화력발전소 및 산업시설 등의 발전시설에서 배출되고 있고, NOx의 제거방법이 SOx처럼 쉽지 않아 배출량이 계속 증가하는 추세에 있어 환경규제에 능동적으로 대처할 수 있는 NOx 저감기술이 필요하다.(Fig.1, Fig.2) 질소산화물의 대부분은 NO로 존재하지만 대기 중 휘발성 유기화합물과 반응할 경우 높은 온도에서 인체에 유해한 NOx로 쉽게 산화되어 온실효과를 유발할 뿐만 아니라 그 효과가 CO2의 310배에 달하며 자외선 존재 하에 산소와 결합하여 광화학 스모그를 일으키는 원인 물질로 작용한다. 또한, 황 산화물과 함께 산성비의 원인이 되며 인간을 비롯한 동물의 체내에 흡입되면 호흡기에 독성을 일으켜 만성호흡기질환 등의 피해를 가져오기 때문에 NOx는 대기 중으로 배출하기 전에 반드시 제거하여야 한다. 우리나라도 대기 중의 NOx 농도가 꾸준한 증가추세를 보임에 따라 정부는 NOx 배출저감을 주요 중점 추진과제로 삼고 NOx 배출량에 비례한 배출 부과금을 부과하는 등 여러가지 대책을 시행하고 있으며, 이에 의해 배출 허용기준 이하를 유지하기 위한 경제성 논리가 적용되어 고효율기기의 보급이 확대되고 있으며, 대기오염물질 제어를 위한 설비투자가 확대되고 있다. 이러한 대기오염물질을 저감시키는 방법으로 연료나 재료 자체를 친환경화 하는 방법과 발생원으로부터 오염물질의 배출을 억제 또는 배출된 오염물질을 제거하는 방법을 들 수 있으며, 오염원에 대해 서로 다른 다양한 환경오염저감 기술이 개발되고 있으며, 후자의 방법으로는 촉매를 이용한 저감방법이 가장 널리 상용화되고 있다. 촉매란 어떤 화학반응에서 자신은 변화하지 않고 반응속도를 변화시키거나 반응을 개시시키는 등의 역할을 하는 것으로 환원제로 NH3를 사용하여 촉매상에서 NOx를 무해한 N2와 H2O로 분해하는 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR)이 선진국을 중심으로 유해 유기오염 물질 및 질소산화물(NOx)을 저감하는 방법으로 광범위하게 적용되고 있다. SCR탈질촉매의 종류로는 제조방법 및 형태에 따라 벌집형(Honeycomb type), 평판형(Plate type), 파형(Corrugate type) 촉매가 상용화 되어 사용되고 있다. 그 중에서도 평판형 촉매는 기계적 내구성이 우수하여 비산재(fly-ash)등에 의한 촉매 파손이 우려되는 석탄화력 발전소에서 주로 사용되고 있지만 단위부피당 탈질반응이 일어나는 접촉면적이 다른 형태의 촉매와 비교해서 상대적으로 낮아 동일한 탈질효율을 발휘하기 위해서는 많은 양의 촉매를 설치해야 하는 단점이 있어 탈질효율을 증가시키기 위한 개선이 필요한 상황이다.. 또한 한국의 경우 최근 연료인 석탄의 가격이 상승함에 따라 고열량탄과 저열량탄을 혼소해서 사용하고 있는 실정이며, 혼소비율은 점점 증가하고 있는 추세로, 사용하는 석탄의 질이 낮아짐으로 석탄 연소 후 발생하는 비산재의 함량도 함께 증가되어, 설치되어 있는 상용 평판형 촉매의 비산재에 의한 마모와 파손도 크게 증가하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 평판형 SCR 탈질촉매를 제조함에 있어 탈질촉매에서 반응 site를 제공하는 촉매담체 원료의 개선을 통한 탈질효율을 향상시키기 위해 촉매담체 주원료의 단위부피당 비표면적을 증가시킨 아타나제 결정상의 미립 sulfated TiO2를 제조하였으며, 기계적 강도와 내마모성 증진을 위해 첨가하는 보강재를 변화시킴으로써 Fly ash가 많은 석탄화력 발전소의 조건에서도 안정적으로 사용할 수 있는 평판형 촉매 원료로의 적용 가능성을 확인하고자 하였다.
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