부하변동이 큰 SCR 공정에서 NOx/N<sub>2</sub>O 및 NH<sub>3</sub> 동시저감 특성 연구
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2016
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화장인구의 증가로 인한 화장로에서의 질소산화물(NOx) 발생량은 증가하는 추세이며 향후 계속적으로 증가할 것으로 예상된다. 연소시설로서 화장시설의 큰 특성은 비연속적인 가동으로 인한 대기오염물질의 배출 변동이 크고 그에 따른 2차 대기오염물질을 생성하여 인체에 유해한 영향을 미치고 있다는 것이다. 이와 같이 연소과정에서 필수적으로 배출되는 NOx와 이를 제어하기 위한 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적촉매환원)공정에서 발생되는 미반응 암모니아(NH<sub>3</sub>-Slip)는 배가스 중의 SO<sub>3</sub>와 반응하여 악취를 유발시켜 민원이 발생하는 등의 환경적, 사회적 문제점을 가지고 있다. 또한 최근 SCR공정에서 NOx가 대표적 온실가스인 아산화질소(N<sub>2</sub>O)로 전환되어 배출되는 문제가 발견되고 있다.
본 연구에서는 SCR 촉매와 NH<sub>3</sub> 분해촉매를 하나의 시스템에 적용하여 부하변동이 큰 조건에서 NOx와 NH<sub>3</sub>-slip의 효율적인 동시처리를 목적으로 실험을 진행하였으며, 동일한 조건에서 N<sub>2</sub>O의 생성특성을 파악하였다. 실험에는 부하변동 조건에 적합하다고 판단되는 Cordierite를 지지체로 한 촉매를 사용하였으며, SCR 촉매로 V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO<sub>3</sub>-TiO<sub>2</sub>/Cordierite와 NH<sub>3</sub>-slip 제거 촉매로 Pt-TiO<sub>2</sub>/Cordierite를 사용하였다. 이때 촉매의 반응특성 실험에서 NH<sub>3</sub>/NOx비, 반응 온도, 산소 농도, 수분의 유·무 등 다양한 운전조건별 변수를 설정하여 NOx, NH<sub>3</sub>, N<sub>2</sub>O의 반응특성을 고찰하고 부하변동이 큰 연소시설에 적용 가능한 최적의 운전조건을 도출하였다.
NOx와 NH<sub>3</sub>의 동시저감 및 N<sub>2</sub>O의 생성 저감 측면에서 온도 300℃와 NSR 1.2가 최적 운전조건이라고 판단하였으며, 이때 NOx 저감효율 98%, NH<sub>3</sub> 저감효율 95%, N<sub>2</sub>O 생성농도 9.5ppm으로 나타났다.
실험가스 중 산소 농도를 0%, 5%, 10%로 변화시켰을 때, 200 ~ 350℃ 범위에서는 10vol.% O<sub>2</sub>가 NOx 저감효율이 높았으나 400℃ 이상에서는 5vol.% O<sub>2</sub> 조건이 최고 효율을 보였다. 이는 350℃ 이상의 고온에서는 혼합가스 내의 O<sub>2</sub>가 NH<sub>3</sub> 산화반응에 의해 N<sub>2</sub>O를 생성하기 때문이며, O<sub>2</sub>가 반응에 참여하여 효율에 영향을 미치므로 SCR 운전시 적정량이 주입될 필요가 있다고 판단된다. 모든 온도 영역에서 H<sub>2</sub>O는 NOx 및 NH<sub>3</sub> 저감효율을 감소시켰다. NOx 저감효율은 H<sub>2</sub>O의 Standard SCR 반응 억제효과에 의해 크게 감소되었으며, NH<sub>3</sub> 역시 촉매의 표면에 활성저하를 일으킨 것으로 사료된다. N<sub>2</sub>O의 경우, 수분 존재시 암모니아 산화반응 중 N<sub>2</sub>O 생성반응이 억제되어 생성량이 감소한 것으로 판단된다.
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