질소산화물 환원과 NO 생성에 있어서 VO-WO/TiO 촉매의 VO 함량 영향

김진형; 최주홍

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김진형 (경상대학교 생명화학공학과/ERI) 최주홍 (경상대학교 생명화학공학과/ERI)

저널정보: 한국화학공학회 화학공학 화학공학 제51권 제3호

발행연도: 2013.1

수록면: 313 - 318 (6page)

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$V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매의 질소산화물 환원반응에 있어서 $V_2O_5$ 함량이 NO 환원 및 $N_2O$ 생성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 분말촉매를 사용한 미분반응기에서 실험 연구를 수행하였다. 고정된 비율의 $WO_3$와 $TiO_2$에 $V_2O_5$ 함량을 1에서 8 wt%까지 변화시킨 촉매에서 NO 환원반응과 암모니아 산화반응 특성이 조사되었다. $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매에서 NO 환원 반응은 $200^{\circ}C$ 이하에서도 상당량 진행되지만, $V_2O_5$ 함량을 1 wt% 촉매의 경우 700 ppm의 NO를 99.9%이상 전환시키는 최저 반응온도가 $340^{\circ}C$에서 아주 좁은 활성 온도창으로 일어났다. 그리고 이 활성온도는 촉매의 $V_2O_5$ 함량이 증가됨에 따라 점점 저온 쪽으로 이동하여, 6 wt% 촉매의 경우 $220{\sim}340^{\circ}C$에서 높은 활성을 보였다. $V_2O_5$ 함량이 8 wt% 촉매의 경우 전 온도 구간에서 6 wt% 촉매보다 낮은 NO 환원율을 보였다. 그러나 반응온도 $340^{\circ}C$ 이상에서는 촉매의 $V_2O_5$ 함량이 증가함에 따라 NO 전환율이 감소하였다. 이는 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매의 NO 환원을 위한 촉매 활성점 상당 크기 이상의 $V_2O_5$ 입자와 관계되는 것으로 판단되며 촉매 입자가 클수록 $320^{\circ}C$ 이상에서 암모니아 산화에 의해 발생되는 $N_2O$ 생성을 고려하여야 한다. $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매는 배기가스 중의 질소산화물 제거를 위하여 현재 통상적으로 $350{\sim}450^{\circ}C$의 영역에서 운전되고 있으나, 고온 영역에선 2차 오염물인 $N_2O$의 발생을 피할 수 없고 에너지 소비량이 많으므로, $250{\sim}320^{\circ}C$의 저온 영역에서 적합한 촉매로써 $V_2O_5$ 함량이 높은 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매의 사용이 권장되었다.

In order to investigate the effect of $V_2O_5$ loading of $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalyst on the NO reduction and the formation of $N_2O$, the experimental study was carried out in a differential reactor using the powder catalyst. The NO reduction and the ammonia oxidation were, respectively, investigated over the catalysts compose of $V_2O_5$ content (1~8 wt%) based on the fixed composition of $WO_3$ (9 wt%) on $TiO_2$ powder. $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalysts had the NO reduction activity even under the temperature of $200^{\circ}C$. However, the lowest temperature for NO reduction activity more than 99.9% to treat NO concentration of 700 ppm appeared at 340 with very limited temperature window in the case of 1 wt% $V_2O_5$ catalyst. And the temperature shifted to lower one as well as the temperature window was widen as the $V_2O_5$ content of the catalyst increased, and finally reached at the activation temperature ranged $220{\sim}340^{\circ}C$ in the case of 6 wt% $V_2O_5$ catalyst. The catalyst of 8 wt% $V_2O_5$ content presented lower activity than that of 8 wt% $V_2O_5$ content over the full temperature range. NO reduction activity decreased as the $V_2O_5$ content of the catalyst increased above $340^{\circ}C$. The active site for NO reduction over $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalysts was mainly related with $V_2O_5$ particles sustained as the bare surface with relevant size which should be not so large to stimulate $N_2O$ formation at high temperature over $320^{\circ}C$ according to the ammonia oxidation. Currently, $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalysts were operated in the temperature ranged $350{\sim}450^{\circ}C$ to treat NOx in the effluent gas of industrial plants. However, in order to save the energy and to reduce the secondary pollutant $N_2O$ in the high temperature process, the using of $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalyst of content $V_2O_5$ was recommended as the low temperature catalyst which was suitable for low temperature operation ranged $250{\sim}320^{\circ}C$.

#Ammonia SCR #Vanadium-oxide #Vanadium Loading Effect #$N_2O$ Formation

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