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선박 배연탈질용 금속 구조체 기반 촉매 제조를 위한 코팅슬러리 최적화

Optimum Synthesis Conditions of Coating Slurry for Metallic Structured De-NOx Catalyst by Coating Process on Ship Exhaust Gas

청정기술 = Clean technology, v.24 no.2, 2018년, pp.127 - 134  

정해영 (한국생산기술연구원 에너지플랜트그룹) ,  김태용 (한국생산기술연구원 에너지플랜트그룹) ,  임은미 (한국생산기술연구원 에너지플랜트그룹) ,  임동하 (한국생산기술연구원 에너지플랜트그룹)

초록
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국제해사기구에서는 선박 배기가스 내 질소산화물($NO_x$) 배출에 대한 강화된 Tier III 규제가 2016년부터 적용됨에 따라 이를 대응하기 위한 노력이 필요하다. $NO_x$ 저감 방법으로 선택적 촉매 환원법(Selective catalytic reduction, SCR)을 주로 사용하고 있으며, 세라믹 허니컴 촉매를 주로 사용하고 있다. 그러나 기존의 세라믹 허니컴 촉매는 약한 강도로 인하여 운전상 문제가 발생하거나 유지 및 보수에 있어서도 어려움을 갖는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 세라믹 허니컴 촉매의 단점들을 보완하기 위하여 높은 열적 안정성기계적 강도를 가짐과 동시에 배기가스의 다방향성 이동을 통한 낮은 배압효과 등의 장점을 가지는 금속 지지체를 적용하였다. 이러한 금속 지지체 상에 촉매를 담지하기 위하여 유 무기바인더 첨가를 통해 코팅슬러리를 제조하고, 이를 코팅, 건조 및 소성과정을 통해 금속 지지체 상에 견고하게 부착된 금속 지지체 기반 촉매를 제조하였다. 이러한 금속 지지체 기반 촉매는 $NO_x$ 성능평가와 초음파 및 낙하시험을 통한 접착 내구성 평가를 수행하였다. 특히, 무기바인더를 첨가한 MFC01경우 95% 이상의 $NO_x$ 전환율을 보였으며, 상용 세라믹 허니컴 촉매보다도 우수한 내구성을 보였다. 이러한 특성 및 성능평가를 통하여 개발된 금속 지지체 기반 촉매는 고효율, 고내구성을 가짐을 확인하였으며, 기존 세라믹 허니컴 촉매를 대체할 수 있는 선박용 배연탈질 촉매로서의 가능성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To reduce the environmental pollution by $NO_x$ from ship engine, International maritime organization (IMO) announced Tier III regulation, which is the emmision regulation of ship's exhaust gas in Emission control area (ECA). Selective catalytic reduction (SCR) process is the most commerc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 메탈폼 촉매의 활성에 영향을 주는 활성점에 대한 분석을 위하여 NH3-TPD 실험을 통해 설명하고자 하였다. Miyamoto et al.
  • 본 연구에서는 열적 안정성과 기계적 강도 등의 우수한 물리적 특징과 다양한 형태의 구조적 특징에 의한 장점을 가지는 금속 구조체를 이용하여 기존 세라믹 허니컴 촉매의 단점을 보완하여 새로운 개념의 금속 구조체 기반 SCR 촉매를 개발하고 적용하고자 한다. 특히, 다양한 형상의 금속 지지체 제조가 가능함에 따라 선박 내 한정된 공간을 효율적으로 사용할 수 있어 선박 배기가스 처리를 위한 SCR 촉매 지지체로서의 장점을 가진다.
  • 유기 및 무기바인더의 단독 또는 혼합 첨가에 따른 특성분석과 이에 따른 NOx 전환효율 및 내구성 평가를 통해 최적의 유기 및 무기바인더를 조사하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존의 세라믹 허니컴 촉매의 단점은? $NO_x$ 저감 방법으로 선택적 촉매 환원법(Selective catalytic reduction, SCR)을 주로 사용하고 있으며, 세라믹 허니컴 촉매를 주로 사용하고 있다. 그러나 기존의 세라믹 허니컴 촉매는 약한 강도로 인하여 운전상 문제가 발생하거나 유지 및 보수에 있어서도 어려움을 갖는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 세라믹 허니컴 촉매의 단점들을 보완하기 위하여 높은 열적 안정성과 기계적 강도를 가짐과 동시에 배기가스의 다방향성 이동을 통한 낮은 배압효과 등의 장점을 가지는 금속 지지체를 적용하였다.
금속 지지체 상에 촉매를 담지하기 위해 사용한 방법은? 본 연구에서는 세라믹 허니컴 촉매의 단점들을 보완하기 위하여 높은 열적 안정성과 기계적 강도를 가짐과 동시에 배기가스의 다방향성 이동을 통한 낮은 배압효과 등의 장점을 가지는 금속 지지체를 적용하였다. 이러한 금속 지지체 상에 촉매를 담지하기 위하여 유 무기바인더 첨가를 통해 코팅슬러리를 제조하고, 이를 코팅, 건조 및 소성과정을 통해 금속 지지체 상에 견고하게 부착된 금속 지지체 기반 촉매를 제조하였다. 이러한 금속 지지체 기반 촉매는 $NO_x$ 성능평가와 초음파 및 낙하시험을 통한 접착 내구성 평가를 수행하였다.
메탈폼 기반 SCR 촉매의 세공구조로 인한 이점은 무엇인가? 무기바인더가 첨가된 슬러리를 코팅한 MFC01의 경우, FE-SEM 분석을 통하여 다공질의 코팅 표면이 형성됨을 확인하였으며, BET-BJH 결과를 통해 세공분포도를 확인할 수 있었다. 이들 세공구조는 기상-고상 촉매 반응에서 반응가스의 물질전달 효과를 증가시켰으며, 이러한 특성으로 인하여 낮은 온도에서의 높은 NOx 전환효율을 얻을 수가 있었다. 우수한 NOx 전환효율을 보이는 이유를 확인하기 위하여 NH3 -TPD를 통해 NH3 흡착량을 통해 촉매 활성점을 비교 하였다.
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참고문헌 (22)

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