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KR100824225B1 - 가스 중의 ｎ2ｏ 및 ｎｏｘ 함량의 감소방법 - Google Patents

가스 중의 ｎ2ｏ 및 ｎｏｘ 함량의 감소방법 Download PDF

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KR100824225B1
KR100824225B1 KR1020037011939A KR20037011939A KR100824225B1 KR 100824225 B1 KR100824225 B1 KR 100824225B1 KR 1020037011939 A KR1020037011939 A KR 1020037011939A KR 20037011939 A KR20037011939 A KR 20037011939A KR 100824225 B1 KR100824225 B1 KR 100824225B1
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모츠요아힘
지페르트롤프
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우데 게엠베하
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Abstract

본 발명은 450℃ 미만의 반응 영역에서, 결정 구조물에 7Å 이상의 기공 또는 채널을 갖지 않는 하나 이상의 철 담지 제올라이트의 존재하에 NOx의 환원에 필요한 양으로 기체 환원제를 첨가하는, 가스 중의 N2O와 NOx의 함량을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 가스 혼합물의 유량 및/또는 촉매의 양은, 요구되는 N2O의 분해속도가 달성되도록 선택된다. 당해 방법은 발전소 및 가스 터빈에서 초석 제조용으로 특히 적합하다.
공정 가스, 배출 가스, N2O, NOx, 환원제, 암모니아, 철 담지 제올라이트, 촉매

Description

가스 중의 Ｎ2Ｏ 및 ＮＯＸ 함량의 감소방법{Method for reducing the content of N2O and NOx in gases}
본 발명은 가스, 특히 공정 가스(process gas) 또는 배출 가스(offgas) 중의 N2O 및 NOx 함량을 감소시키거나 완전히 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.
다수의 공정, 예를 들면, 연소 공정이나 질산의 공업적 생산공정은 일산화질소 NO, 이산화질소 NO2(본원에서, 통칭해서 NOx라고 함) 및 아산화질소 N2O가 담지된 배출 가스를 생성한다. NO 및 NO2는 생태학적으로 유해한 영향(산성비, 스모그 형성)을 미치는 화합물로서 오랫동안 인지되어 왔으며 이들의 최대 허용 가능한 방출 한계치가 전세계적으로 설정되어 있고 아산화질소가 성층권 오존의 분해 및 온실 효과에 중대한 영향을 미치고 있기 때문에, 환경 보호의 초점이 최근 수년간 아산화질소로 점점 더 모이고 있다. 따라서, 환경 보호 측면에서, NOx 방출과 함께 아산화질소 방출을 감소시키거나 가능하다면 완전히 제거하는 기술적 해법이 긴급하게 요구된다.
N2O와 NOx를 별도로 제거하기 위한 다수의 가능한 방법이 이미 공지되어 있다.
따라서, NOx 농도는 주로 각종 환원제를 사용하는, NOx의 촉매 환원을 포함하는 방법으로 감소되는데, 제올라이트 촉매가 종종 기술되어 왔다. Cu-교환된 제올라이트와는 별개로, 철 함유 제올라이트는 실제 적용에 있어서 특별한 이점이 있다. 사용된 환원제는, 예를 들면, 암모니아[참조: 미국 특허공보 제5,451,387호] 또는 탄화수소[참조: Feng, K. and W.K. Hall in Journal of Catalysis 166, pp. 368-376(1997)]이다.
당해 산업에서 수년간 확립되어 온, 배출 가스 중의 NOx의 농도 감소와는 대조적으로, N2O를 제거하기 위해서는 몇몇 공업 공정만이 존재하며, 이들은 일반적으로 N2O의 열분해 또는 촉매 분해에 기초한다. 문헌[참조: F. Kapteijn, et al., Appl. Cat. B: Environmental 9 (1996) 25-64]에는, 원칙적으로 아산화질소의 분해 및 환원에 적합한 것으로 보이는 촉매에 대한 개요가 제공되어 있다.
다시 한번, Fe- 및 Cu-제올라이트 촉매는 N2O를 N2 및 O2로 순수 분해시키거나[참조: 미국 특허공보 제5,171,553호], 예를 들면, NH3의 보조하에 N2O를 촉매 환원시켜 N2 및 H2O를 형성하는 데 특히 유용한 것으로 간주된다.
따라서, 일본 공개특허공보 제07 060 126호에는 펜타실(MFI) 유형의 철 함유 제올라이트의 존재하에 N2O를 NH3로 환원시키는 촉매가 기술되어 있다. 공업적으로 사용가능한 분해율이 450℃를 초과하는 온도에서만 달성되므로, 촉매의 열 안정성이 특히 요구된다.
문헌[참조: Mauvezin, et al., Catal. Lett. 62 (1999) 41-44]에는, N2O를 NH3로 환원시키는 MOR, MFI, BEA, FER, FAU, MAZ 및 OFF 유형의 각종 철 교환된 제올라이트의 안정성에 관한 개요가 제공되어 있다. 이에 따르면, Fe-BEA인 경우에만 450℃에서 NH3 첨가에 의해 70%를 초과하는 N2O 농도 감소를 달성할 수 있다.
NOx와 N2O를 동시 제거하는 각종 공정 변형이 간단함과 경제적인 이유로 특히 바람직하며, 마찬가지로 당해 문헌에서 찾아 볼 수 있다. 이들은 항상 NOx와 N2O의 공동 환원을 기술하고 있다.
따라서, 미국 특허공보 제4,571,329호는 우선 NOx로 NH3의 반응을 촉진시켜 H2O와 N2를 형성하고, 이어서 N2O로 NH3의 반응을 촉진시켜 H2O와 N2를 형성하는 Fe 치환된 제올라이트 촉매의 존재하에 암모니아를 사용하여 NOx와 N2O를 환원시키는 방법을 청구한다. 적합한 것으로 언급된 촉매는 모데나이트, 클리놉틸로라이트, 파우자사이트 및 제올라이트 Y로 이루어진 그룹으로부터 철 치환된 제올라이트이다. NO2에 대한 NH3의 비는 1.3 이상이다.
국제 공개공보 제WO 00/48715호에는, NOx와 N2O를 포함하는 배출 가스가 200 내지 600℃의 온도에서 베타형(=BEA) 철 제올라이트 촉매에 걸쳐 통과하며, 이때 배출 가스가, NOx와 N2O의 총량을 기준으로 하여, 0.7 내지 1.4의 비율로 NH3을 포함하는 방법이 기재되어 있다. 이러한 경우, NH3은 마찬가지로 NOx와 N2O 둘 다에 대해 환원제로서 작용한다. 당해 공정이 450℃ 미만의 온도에서 단일 단계 공정으로서 수행되더라도, 이는 위에서 언급한 방법과 같이, N2O 함량을 제거하기 위해서는, N2O의 양을 기준으로 하여, 거의 등몰량의 환원제 NH3가 필요하다는 근본적인 단점을 갖는다.
일본 공개특허공보 제51/03953호에는, N2O와 NOx가 탄화수소에 의해 동시에 환원되는, N2O 및 NOx 함유 질소 산화물의 제거방법이 기재되어 있다. 촉매로서, Cu, Ag, Cr, Fe, Co, Ni, Ru, Rh 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속을 함유하는 γ-Al2O3 또는 제올라이트 지지체가 사용된다. 또한, 당해 방법은 N2O와 NOx의 총량에 상응하는 양의 환원제를 첨가할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 매우 낮은 작동 온도에서 수행될 수 있고 환원제를 최소한으로 소모하는, 단일 유형의 촉매의 존재하에 N2O와 NOx의 농도를 동시에 감소시키는 간단하고 경제적인 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명의 방법에 의해 달성된다.
NOx를 환원시킬 수 있고 반응 조건하에서 기체인 환원제로서의 암모니아를, NOx의 환원에 필요한 양으로 NOx 및 N2O 함유 가스에 가하는 단계(a), 결정 구조물에 폭 7Å 이상의 기공 또는 채널을 갖지 않는 철 담지 제올라이트를 하나 이상 함유하는 반응 영역을 갖는 장치에 가스 혼합물을 도입하는 단계(b) 및 반응 영역의 온도를 450℃ 이하로 설정하고, 가스 혼합물의 유량 및/또는 촉매의 양을 선택하여, N2O의 목적하는 분해도를 달성하는 단계(c)를 포함하는, 가스, 특히 공정 가스 및 배출 가스 중의 NOx 및 N2O의 함량을 감소시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법을 수행하기 위해, N2O 및 NOx 함유 가스를 우선 기체 환원제, 바람직하게는 NH3와 혼합한 후, 450℃ 미만의 온도에서 상술한 공간 속도로 촉매에 걸쳐 통과시켜 N2O(분해에 의해 제거) 및 NOx(환원에 의해 제거)를 동시에 제거한다.
본 발명의 방법의 단계(a)에 따르면, 환원제는 NOx의 환원에 필요한 양으로 가한다. 본원의 목적을 위해, "필요한 양"은 N2O의 적절한 환원이 발생하지 않고도 완전히 또는 목적하는 최종 농도 이하로 가스 혼합물 중의 NOx를 환원시키는 데 필요한 환원제의 양이다. 환원제 양의 계산시, 가스 혼합물의 N2O 함량은 환원제가 사실상 선택적으로 NOx에 영향을 미치므로 어떤 역할도 하지 않는다.
"공간 속도"는 시간당 가스 혼합물의 용적을 촉매의 용적으로 나눈 값이다. 따라서 공간 속도는 가스의 유량 및/또는 촉매의 양을 통해 설정될 수 있다.
일반적으로, 반응 영역의 가스 혼합물의 온도는 250 내지 450℃, 바람직하게는 300 내지 450℃, 특히 350 내지 450℃이다.
단계(c)에서의 온도, 유량 및 촉매의 양은 50% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상, 특히 바람직하게는 80% 이상의 N2O가 반응 영역에서 분해되도록 선택되는 것이 바람직하다.
NOx 및 N2O 함량의 감소는 단일 유형의 촉매, 바람직하게는 필수적으로 하나 이상의 철 담지 제올라이트로 구성되는 단일 촉매의 존재하에 수행된다.
본 발명을 위한 환원제로서는, NO2의 환원에 대해 높은 활성도와 선택도를 가지며, 선택된 반응 조건하에서의 선택도와 활성도가, N2O의 가능한 환원에서보다 높은 물질을 사용하는 것이 가능하다. 본 발명을 위해 사용될 수 있는 환원제로는, 예를 들면, 탄화수소, 수소, 일산화탄소, 암모니아 또는 이들의 혼합물, 예를 들면, 합성 가스를 들 수 있다. 암모니아가 특히 바람직하다.
첨가된 환원제의 양은 NOx의 환원에 필요한 것보다 다소 많으면 안된다. 환원제로서 암모니아를 사용하는 경우, NOx 함량이 감소되는 정도에 따라, 암모니아를 NOx 1mol당 1.33mol(8/6) 이하의 양으로 사용한다. NOx 농도가 보다 적게 감소하는 것을 원하는 경우, 암모니아는 NOx 1mol당 1.33 ×y(여기서, y는 환원시 소모될 NOx의 백분율이다)mol이다. NOx에 대한 환원제의 필요한 몰비는 반응 조건에 따라서 달라질 수 있다. 압력이 증가하거나 반응 온도가 감소할 때, NOx를 완전히 제거하는 데 필요한 환원제의 양이 감소함을 발견하였다. 암모니아인 경우, 필요량이 NOx 1mol당 위에서 언급한 1.33몰로부터 1.0몰로 감소한다.
사용된 촉매는, 결정 구조물에 결정학적 직경이 7.0Å 이상인 기공 또는 채널을 갖지 않는 철 담지 제올라이트 또는 철 담지 제올라이트의 혼합물이다.
놀랍게도, N2O의 분해가 450℃ 미만의 온도에서 NOx와 NOx의 환원시 소모되는 것보다 적은 적당량의 환원제의 존재하에 이들 촉매 상에서 야기될 수 있음을 발견하였다.
본 공정 조건하에서, NH3는 N2O의 환원제로서 작용하지 않는 대신, 배출 가스 중에 존재하는 NOx를 선택적으로 환원시킨다.
어떠한 이론적 고찰에 얽매이지 않고, 이하의 메카니즘은 본 발명의 물리화학적 설명을 제공할 수 있다.
N2O 분해의 제1 단계에서, 산소 원자는 반응식 1에 따라 철 제올라이트 촉매의 활성 중심(*로 나타냄)에 제공된다.
N2O + * →N2 + O*
촉매 위의 채워지지 않은 활성 중심의 가정하에, 이러한 N2O의 분해가 신속하게 발생한다. 그러나, 반응식 2에 따라 O2 분자를 형성하는 데 필요한 활성 산소 원자의 제거는 비교적 느리다.
2O* →O2 + 2*
이는 반응식 2에 따른 반응이 촉진되는 경우, N2O의 분해가 또한 보다 신속하게 일어남을 의미한다.
이러한 작용은 반응식 3에 따라, 흡수된 O*와 반응하는 NO에 의해 수행된다.
NO + O* ⇔ NO2 + *
충분히 높은 온도에서, 반응식 4에 따르는 NO의 충분히 신속한 재형성은 본 발명에 따라 사용된 촉매의 존재하에 발생한다.
2NO2 ⇔ 2NO + O2 + *
보다 낮은 작동 온도에서, 본 발명의 목적에 특히 바람직한 바와 같이, NO/NO2 평형의 확립이 상응하여 서서히 발생한다.
O* 종의 반응은 NO의 결핍에 의해 한정된다.
반응식 3이 화학 평형이므로, O*의 완전 반응은 NO의 도입에 의해 초래될 뿐만 아니라, NO2의 제거를 필요로 한다. 이는 NO2와 선택적으로 반응하여 저온에서조차도 반응식 5에 따라 N2와 H2O를 형성하는 기체 환원제, 예를 들면, NH3의 첨가에 의해 달성된다.
6NO2 + 8NH3 →7N2 + 12H2O
이는 NOx의 존재와 기체 환원제, 예를 들면, 암모니아의 첨가가 NH3의 반응 등가물이 이러한 목적으로 소모되지 않으면서 NO2의 분해를 촉진시킴을 의미한다. 본 발명에 따라 사용된 촉매의 존재하에 필요한 NH3의 양은 목적하는 NOx의 제거에 의해 결정된다. 그러나, 이는 과량의 NH3가 N2O의 분해를 차단하고 승온에서 NH3에 의한 N2O의 목적하지 않은 환원을 야기할 수 있으므로, NOx의 환원에 필요한 것보다 다소 많아서는 안된다. 후자는 특히 본 발명의 범위 외에서 7Å 이상의 기공이나 통로를 갖는 철 제올라이트가 사용되는 경우이다. 이의 예로 BEA 유형의 제올라이트를 들 수 있다.
따라서 본 발명의 방법은 NH3와 같은 기체 환원제의 소모율이 낮은 단일 촉매 상에서 균일하게 낮은 작동 온도로 N2O의 분해와 NOx의 환원을 둘 다 수행하는 것을 가능케 하는데, 이는 지금까지 선행 기술에 기술된 방법을 사용하여 가능하지 않았었다.
이는 특히 대량의 N2O가 제거되어야 하는 경우 매우 유리하다.
철 함유 제올라이트, 바람직하게는 FER, MEL 및 MFI 유형의 제올라이트, 특히 Fe-ZSM-5를 사용한 결과, NOx의 존재하에서의 상기 방법에 의한 N2O의 분해는, NOx 및 NH3 없이 N2O의 분해가 전혀 일어나지 않을 저온에서 발생한다.
본 발명을 위해, 촉매 상은 어떤 방식으로도 구성될 수 있다. 예를 들면, 튜브 반응기 또는 방사상 바스켓 반응기(radial basket reactor)의 형태일 수 있다. 처리될 가스 스트림에 기체 환원제가 도입되는 방식도 또한 반응 영역의 업스트림(upstream)에서 행해지는 한, 본 발명에 따라 자유롭게 선택될 수 있다. 환원제는, 예를 들면, 촉매 상을 함유하는 용기의 입구 라인 업스트림 또는 상 바로 앞에 공급될 수 있다. 환원제는 가스, 또는 처리될 가스 스트림에서 증발하는 액체 또는 수용액의 형태로 도입될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 촉매는, 하나 이상의 철 담지 제올라이트를 바람직하게는 50중량% 초과, 특히 70중량% 초과 포함한다. 따라서, 예를 들면, 추가의 철 함유 제올라이트, 예를 들면, MFI 또는 FER 유형의 철 함유 제올라이트를 함께 갖는 Fe-ZSM-5 제올라이트가, 본 발명에 따라 사용되는 촉매에 존재할 수 있다.
게다가, 당해 기술분야의 숙련가에게 공지되어 있는 추가의 첨가제, 예를 들면, 결합제가, 본 발명에 따라 사용되는 촉매에 존재할 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 촉매는, 바람직하게 철이 고체-상태 이온 교환에 의해 도입된 제올라이트에 기초한다. 이들은 일반적으로 실온에서 볼 밀(ball mill)의 기계적 수단에 의해 격렬하게 혼합됨으로써, 시판중인 암모늄 제올라이트(예를 들면, NH4-ZSM-5)와 적당한 철 염(예를 들면, FeSO4ㆍ7H2O)으로부터 생성된다[참조: Turek et al.; Appl. Catal. 184, (1999) 249-256; 유럽 공개특허공보 제0 955 080호]. 따라서 이들 참조문헌의 기재는 참조로 명백히 인용된다. 수득된 촉매 분말은 후속적으로 머플 퍼니스(muffle furnace)에서 공기 중에 400 내지 600℃의 온도에서 소성된다. 소성 후, 철 함유 제올라이트를 증류수로 격렬하게 세척하고 여과하여 건조시킨다. 이러한 방식으로 수득된 철 함유 제올라이트는 후속적으로 적당한 결합제와 혼합되고, 혼합 및, 예를 들면, 압출되어 원통형 촉매체를 형성한다. 적당한 결합제는 통상적으로 사용되는 모든 결합제이며, 카올린과 같은 알루미늄 규산염이 가장 유용하다.
본 발명에 따르면, 사용될 수 있는 제올라이트에는 철이 담지되어 있다. 철 함량은 제올라이트의 질량에 기초하여 25% 이하일 수 있으나, 바람직하게는 0.1 내지 10%이다. 제올라이트의 결정 구조에는 결정학적 직경이 7.0Å 이상인 기공 또는 채널이 존재하지 않는다.
본 발명의 방법은 또한 격자 알루미늄의 일부가 하나 이상의 원소에 의해 동형 치환되고, 예를 들면, B, Be, Ga, Fe, Cr, V, As, Sb 및 Bi 중에서 선택된 하나 이상의 원소에 의해 대체된 제올라이트의 사용을 포함한다. 격자 규소가 하나 이상의 원소에 의해 동형 치환되고, 예를 들면, Ge, Ti, Zr 및 Hf 중에서 선택된 하나 이상의 원소에 의해 대체된 제올라이트의 사용이 또한 포함된다.
본 발명에 따라 사용되는 제올라이트의 구성이나 구조에 관한 정확한 세부사항은 본원에서 참조로 명백히 인용되는 문헌[참조: Atlas of Zeolite Structure Types, Elsevier, 4th Revised Edition 1996]에 제공되어 있다.
MFI(펜타실) 또는 FER(페리어라이트) 유형의 제올라이트는 본 발명에 따라 바람직하다. Fe-ZSM-5 유형의 제올라이트가 특히 바람직하다.
본 발명의 방법에 있어서, 스팀으로 처리된("스팀을 쐰") 상기 정의된 제올라이트 촉매를 사용하는 것이 특히 매우 바람직하다. 이러한 처리는 제올라이트의 격자를 탈알루미늄화하는데, 당해 처리는 당해 기술분야의 숙련가에게 그 자체로서 공지되어 있다. 이들 수열 처리된 제올라이트 촉매는 놀랍게도 본 발명의 방법에서 특히 높은 활성도를 나타낸다.
철이 담지되어 있고, 격자 알루미늄에 대한 격자외 알루미늄의 비율이 1:2 이상, 바람직하게는 1:2 내지 20:1인, 수열 처리된 제올라이트 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.
N2O와 NOx가 제거되는 촉매의 작동 온도는, 본 발명에 따라서 450℃ 미만, 특히 매우 바람직하게는 350 내지 450℃이다.
질소 산화물이 담지된 가스는 일반적으로, 촉매의 용적에 기초하여 200 내지 200000h-1, 바람직하게는 5000 내지 100000h-1, 특히 5000 내지 50000h-1, 특히 매우 바람직하게는 5000 내지 30000h-1의 공간 속도로 촉매에 걸쳐 통과한다.
작동 온도의 선택은, 선택된 공간 속도와 같이, N2O의 목적하는 제거도에 의해 결정된다.
NOx의 목적하는 제거율은 첨가된 기체 환원제, 예를 들면, NH3의 양에 의해 설정된다. 반응식 5에 따르면, 이는 바람직하게는 암모니아인 경우, 제거될 NOx 양의 약 8/6이나, 고압 또는 저온에서 또한 상술한 바와 같이 보다 적은 값을 가정할 수 있다.
본 발명의 방법은 일반적으로 1 내지 50bar, 바람직하게는 1 내지 25bar의 압력에서 수행된다.
촉매 상의 환원제 업스트림의 도입은 적당한 장치, 예를 들면, 적당한 압력 밸브 또는 적당히 이루어진 노즐에 의해 수행된다.
반응 가스의 물 함량은 바람직하게는 25용적%, 특히 15용적%의 범위에 있다.
일반적으로, 보다 높은 물 함량이 보다 높은 작동 온도를 필요로 하므로 비교적 낮은 물 농도가 바람직하다. 이는, 사용된 제올라이트의 유형과 작동 온도에 따라, 촉매의 수열 안정도의 한계를 초과할 수 있으며, 따라서 선택된 개개의 경우에 매치되어야 한다.
당해 기술분야의 숙련가에게 공지되어 있는 반응 가스의 CO2와 기타 비활성화 성분의 존재는 또한, 이들이 N2O의 분해에 악영향을 미치므로, 가능하다면 최소화되어야 한다.
본 발명의 방법은 또한, 본 발명에 따라 사용되는 촉매가 450℃ 미만의 온도에서 NH3와 같은 기체 환원제의 O2와의 반응을 억제하기에 충분한 선택도를 가지므로, O2의 존재하에서 성공적이다.
이들 모든 영향 인자와 또한 선택된 촉매 담지(loading), 즉 공간 속도는 반응 영역의 적당한 작동 온도를 선택하는 경우 고려할 필요가 있다.
본 방법에 의해 N2O와 NOx에 대해 달성될 수 있는 전환율은 80% 초과, 바람직하게는 90% 초과이다. 따라서 당해 방법은 이의 성능, 즉 N2O와 NOx의 달성가능한 전환도에 의해, 그리고 또한 이의 작동과 자본에 대해 선행기술보다 우수하다.
본 발명의 방법은 특히 발전소로부터의 배출 가스 또는 가스 터빈의 질산 생성시 사용될 수 있다. 이들 방법은, 질소 산화물을 포함하고, 본원에 나타낸 방법에 의해 저렴한 방식으로 질소 산화물을 제거할 수 있는 공정 가스 및 배출 가스를 생성한다.
본 발명을 이하의 실시예에 의해 설명한다.
촉매로서, ZSM-5 유형의 철 담지 제올라이트를 사용한다.
Fe-ZSM-5 촉매는 시판중인 암모늄 형태의 제올라이트(ALSI-PENTA, SM27)로부터 출발하는 고체-상태 이온 교환에 의해 제조되었다. 제조의 상세한 설명은 문헌[참조: M. Rauscher, K. Kesore, R. Monnig, W. Schwieger, A. Tiβler, T. Turek: "Preparation of highly active Fe-ZSM-5 catalyst through solid state ion exchange for the catalytic decomposition of N2O", in Appl. Catal. 184 (1999) 249-256]에 기재되어 있다.
촉매 분말을 공기 중에서 823K로 6시간 동안 소성시키고 세척하여 383K에서 밤새 건조시켰다. 적당한 결합제를 첨가한 후, 이들을 압출시켜 원통형 촉매체를 형성하고, 분쇄하여 입자 크기가 1 내지 2mm인 과립을 수득하였다.
NOX 및 N2O 함량을 감소시키는 장치로서, 유입 가스 스트림에 기초하여 10000h-1의 공간 속도가 야기되는 상기한 양의 촉매를 충전한 튜브 반응기를 사용하였다. NH3 가스는 반응기 입구의 전방에 첨가되었다. 반응기의 작동 온도는 가열 설비에 의해 설정되었다. 당해 장치로 유입되거나 이로부터 유출되는 가스 스트림을 FTIR 가스 분석기로 분석하였다.
이하에 나타낸 입구 농도와 작동 온도에서, 표 1에 보고되어 있는 NO2 및 NOX의 제거도를 달성하였다.
실시예 1: 375℃(1A), 400℃(1B), 425℃(1C)
입구 농도:
N2 중에 N2O 1000ppm, H2O 2500ppm 및 O2 2.5용적%
실시예 2: 375℃(2A), 400℃(2B), 425℃(2C)
입구 농도:
N2 중에 N2O 1000ppm, NOx 1000ppm, H2O 2500ppm, O2 2.5용적% 및 NH3 1200ppm
실시예 온도 N2O 함량의 감소율 NOx 함량의 감소율
1A 375℃ 4.5% -
2A 375℃ 56.2% 89.9%
1B 400℃ 14.7% -
2B 400℃ 79.8% 91.5%
1C 425℃ 33.7% -
2C 425℃ 93.2% 91.9%
실시예에서 입증된 바와 같이, NOx의 존재와 암모니아의 첨가는 NH3가 N2O를 환원시키기 위해 소모되지 않고 N2O의 분해를 극적으로 증가시킨다. (1000ppm의 NOx로부터 출발하는) NOx 함량의 약 90%의 달성된 감소는 반응식 5에 따라 8/6의 화학양론적 반응비로 나눈 NH3의 첨가량(1200ppm)에 대한 측정 정확도 내에 상응한다. 한편, 소정의 NOx와 NH3 농축물에서의 N2O의 분해도는 오직 작동 온도와 공간 속도 설정에 따라서 달라진다.

Claims (16)

  1. NOx를 환원시킬 수 있고 반응 조건하에서 기체인 환원제로서의 암모니아를, NOx 1mol당 1.33mol(8/6) 이하의 양으로 NOx 및 N2O 함유 가스에 가하는 단계(a),
    결정 구조물에 폭 7Å 이상의 기공 또는 채널을 갖지 않는 철 담지 제올라이트를 하나 이상 함유하는 반응 영역을 갖는 장치에 가스 혼합물을 도입하는 단계(b) 및
    반응 영역의 온도를 450℃ 이하로 설정하고, 가스를, 촉매의 용적을 기준으로 하여, 5000 내지 50000h-1의 공간 속도로 촉매에 통과시킴으로써 가스 혼합물의 유량 및/또는 촉매의 양을 선택하여, N2O의 목적하는 분해도를 달성하는 단계(c)를 포함하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계(c)에서 50% 이상의 N2O가 반응 영역에서 분해되도록 가스 혼합물의 온도와 유량이 설정되고/설정되거나 촉매의 양이 선택됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  3. 제1항에 있어서, NOx 및 N2O 함유 가스가, 촉매의 용적을 기준으로 하여, 5000 내지 30000h-1의 공간 속도로 촉매에 통과함을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  4. 제1항에 있어서, 반응 영역의 온도가 350 내지 450℃임을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  5. 제1항에 있어서, 가스가 단일 촉매에 통과함을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  6. 제1항에 있어서, MFI, FER 및 MEL 유형의 철 담지 제올라이트가 촉매로서 사용됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  7. 제6항에 있어서, 사용된 촉매가 MFI 유형의 철 담지 제올라이트임을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  8. 제7항에 있어서, MFI 유형의 철 담지 제올라이트가 Fe-ZSM-5 유형의 촉매임을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  9. 제1항에 있어서, 스팀으로 처리된 제올라이트가 촉매로서 사용됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  10. 제1항에 있어서, 격자 알루미늄에 대한 격자외 알루미늄의 비율이 0.5 이상인 철 담지 제올라이트가 촉매로서 사용됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  11. 제1항에 있어서, 질산 제조공정에 통합됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  12. 제1항에 있어서, 가스 터빈 조작공정에 통합됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  13. 제1항에 있어서, 발전소 조작공정에 통합됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  14. 제1항에 있어서, 가스가 공정 가스 및 배출 가스인, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  15. 제2항에 있어서, 70% 이상의 N2O가 반응 영역에서 분해되도록 가스 혼합물의 온도와 유량이 설정되고/설정되거나 촉매의 양이 선택됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
  16. 제15항에 있어서, 80% 이상의 N2O가 반응 영역에서 분해되도록 가스 혼합물의 온도와 유량이 설정되고/설정되거나 촉매의 양이 선택됨을 특징으로 하는, 가스 중의 NOx 및 N2O 함량의 감소방법.
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