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논문 상세정보

반응조건에 대한 Mn-Cu-TiO2촉매와 V/TiO2촉매의 탈질 특성

NOx removal of Mn-Cu-TiO2 and V/TiO2 catalysts for the reaction conditions

초록

암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원법에서 Mn-Cu-$TiO_2$ 촉매와 $V_2O_5$/$TiO_2$ 촉매를 사용하여 반응 조건에 따른 질소 산화물 전환 특성을 연구하였다. 반응 온도와 공간 속도를 변경시키면서 촉매의 질소 산화물 전환 효율 변화를 측정하였다. Mn-Cu-$TiO_2$ 촉매의 질소 산화물 제거 활성은 반응 온도와 공간 속도가 증가할수록 감소하였으나, $V_2O_5$/$TiO_2$ 촉매의 경우 반응 온도 증가에 따라 촉매의 질소 산화물 제거 활성 또한 증가하였다. Mn-Cu-$TiO_2$ 촉매의 경우 $200^{\circ}C$ 이하의 온도에서 저온 활성이 우수하였으며, 이를 $H_2$-TPR 및 XPS 분석 실험을 통해 확인할 수 있었다. 초기 반응 온도의 변경 실험을 통해 Mn-Cu-$TiO_2$ 촉매의 경우 고온에서 열적 쇼크를 일부 받으나, $V_2O_5$/$TiO_2$ 촉매의 경우는 거의 영향을 받지 않음을 확인할 수 있었다. 공간 속도에 따른 질소 산화물 전환 효율 변화는 C 촉매의 경우 전 구간에 걸쳐 공간 속도가 증가할수록 질소 산화물 전환 효율도 감소하는 경향을 보였다. 그러나 D 촉매의 경우 공간 속도가 증가할수록 질소 산화물 전환 효율은 감소하였으나, 감소 정도가 C 촉매 보다는 훨씬 적었다.

Abstract

The NOx conversion properties of Mn-Cu-$TiO_2$ and $V_2O_5$/$TiO_2$ catalysts were studied for the selective catalytic reduction (SCR) of NOx with ammonia. The performance of the catalysts was investigated in terms of their $NOx$ conversion activity as a function of the reaction temperature and space velocity. The activity of the Mn-Cu-$TiO_2$ catalyst decreased with increasing reaction temperature and space velocity. However, the activity of the $V_2O_5$/$TiO_2$ catalyst increased with increasing reaction temperature. High activity of the Mn-Cu-$TiO_2$ catalyst was observed at temperatures below $200^{\circ}C$. H2-TPR and XPS analyses were conducted to explain these results. It was found that the activity of the Mn-Cu-$TiO_2$ catalyst was influenced by the thermal shock caused by the change of the initial reaction temperature, whereas the $V_2O_5$/$TiO_2$ catalyst was not affected by the initial reaction temperature. In the case of catalyst C, the $NO_x$ conversion efficiency decreased with increasing space velocity. The decrease in the $NO_x$ conversion efficiency with increasing space velocity was much less for catalyst D than for catalyst C.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선택적촉매환원공정
선택적촉매환원공정에서 가장 널리 이용되는 촉매시스템은?
V2O5/TiO2 촉매 시스템

5MW당 1m3가 소요 되며, 지속적으로 전력수급의 증가로 인하여 화석연료를 이용한 발전소의 신증설은 불가피하여 향후 촉매의 수요량도 증가될 것으로 예상된다. 선택적촉매환원공정에서 가장 널리 적용되고 있는 촉매시스템은 V2O5/TiO2 촉매 시스템이며 상기 촉매시스템은 주로 300∼400℃의 온도 영역에서 적용되고 있다. 촉매시스템이 비교적 고온인 300∼400℃에서 성공적으로 작동하기 위해서는 배기가스 정제공정 즉 비산먼지를 제거하기 전의 upstream 공정에 설치되어야 하며, 상기의 위치에서는 탈질촉매에 비산먼지가 침적될 뿐만 아니라 장시간 노출로 인한 열적쇼크에 의해 촉매가 보다 빨리 비활성화되는 문제점이 발생하고 있다[1].

선택적촉매환원공정
선택적촉매환원공정에서 촉매시스템이 배기가스 정제공정 즉 비산먼지를 제거하기 전의 upstream 공정에 설치됨에 의한 문제점은?
탈질촉매에 비산먼지가 침적될 뿐만 아니라 장시간 노출로 인한 열적쇼크에 의해 촉매가 보다 빨리 비활성화되는 문제점

선택적촉매환원공정에서 가장 널리 적용되고 있는 촉매시스템은 V2O5/TiO2 촉매 시스템이며 상기 촉매시스템은 주로 300∼400℃의 온도 영역에서 적용되고 있다. 촉매시스템이 비교적 고온인 300∼400℃에서 성공적으로 작동하기 위해서는 배기가스 정제공정 즉 비산먼지를 제거하기 전의 upstream 공정에 설치되어야 하며, 상기의 위치에서는 탈질촉매에 비산먼지가 침적될 뿐만 아니라 장시간 노출로 인한 열적쇼크에 의해 촉매가 보다 빨리 비활성화되는 문제점이 발생하고 있다[1]. 이러한 문제점을 해결하기 위해 배기 가스내 비산분진가 제거된 공정 즉 약 200℃의 온도를 유지하는 downstream공정에서 적절한 활성을 보이는 저온 SCR(Low temperature SCR, LT-SCR) 촉매의 개발이 요구되고 있다.

질소산화물
고정원에서 배출되는 질소산화물을 제거하는 공정 중 고농도로 대량으로 배출되는 공정에 적용하는 공정은?
암모니아를 환원제로 사용하는 선택적촉매환원법(NH3-SCR)

석탄을 많이 사용하는 발전 및 산업용 보일러와 같은 고정오염원과 화석연료를 사용하는 자동차와 같은 이동 오염원에서 90% 가량 배출되는 NO, NO2, NO3, N2O3, N2O, N2O4, N2O5 등과 같은 질소산화물(통상적으로 NOx)는 대기오염의 주요 원인물질 중 하나로서 대기 중의 오존과 반응하여 광화학스모그를 포함하여 인체에 유해한 2차 유해물질을 생성하는 원인물질로 작용하기도 한다. 고정원에서 배출되는 질소산화물을 제거하는 공정에는 흡수, 흡착, 전환공정 등이 있으나, 고농도로 대량으로 배출되는 공정에는 일반적으로 암모니아를 환원제로 사용하는 선택적촉매환원법(NH3-SCR)이 폭넓게 적용되고 있는데, 상기 공정의 경우 설치비용이 다소 비싸 지만 적절한 공정조건에서 높은 NOx 제거효율(90%이상)을 달성한다는 장점이 있다. 고정원에서 발생하는 질소산화물을 제거하는 공정은 일반적으로 설비규모가 매우 커서 많은 양의 촉매가 필요한데, SCR 촉매의 수요 비중은 일반적으로 발전소용이 전체의 70%로 최대이며 소각로용이 15%, 기타 화학 플랜트용이 15%를 차지하고 있다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (15)

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