The Effect of HCl Gas on Selective Catalytic Reduction of Nitrogen Oxide

질소산화물의 선택적 환원 제거시 염화수소기체가 촉매에 미치는 영향

This study is aimed at investigating an effect of HCl gas on selective reduction of NOx over a CuHM and $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalyst. SCR process is the most effective method to remove NOx, but catalyst can be deactivated by the acidic gas such as HCl gas which is also included in flue gas from the incinerator. In dry condition of flue gas, the CuHM catalyst treated by HCl gas has shown higher NO removal activity than the fresh catalyst. The activity of the catalyst can be restored by treating at $500^{\circ}C$. On the contrary. $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalyst is obviously deactivated by HCl and the deactivation increases in proportion to the concentration of HCl gas. The deactivated catalyst is not restored to it's original activity by heat treatment for regeneration. In wet flue gas stream, the CuHM catalyst has shown lower activity than fresh catalyst and $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalyst was severely deactivated by HCl treatment. The activity loss of catalysts are mainly due to the decrease of Br$\ddot{o}$nsted acid site on the catalyst surface by $NH_3$ TPD. The change of BET surface area of CuHM catalyst after the reaction isn't observed but $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalyst is observed. The amount of $Cu^{{+}{+}}$ and $V_2O_5$ is decreased after the reaction. From these results, it is expected that CuHM catalyst should be better than $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalyst for its application to the incineration of flue gas.

본 연구에서는 소각로용 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매개발의 일환으로, 소각로 배기가스 중에 다량 함유되어 있는 염화수소 (HCl) 기체가 촉매활성에 미치는 영향에 관하여 고찰하였다. 연구에 사용된 촉매는 상용 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매와 구리이온이 교환된 모더나이트형 제올라이트, CuHM 촉매로 실험은 수분의 유무에 따라 건조가스 조건과 습윤가스 조건으로 나누어 수행하였다. 건조가스 조건에서는 염화수소농도가 증가함에 따라 CuHM 촉매의 NO 제거활성이 가역적으로 증가하는 반면 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매는 비가역적으로 저하되는 상반되는 결과를 보였다. 그리고 수분이 포함된 습윤가스 조건에서는 CuHM와 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매 모두 비가역적으로 활성이 감소됨이 관찰되었으나, 상대적으로 CuHM이 보다 안정적인 활성을 나타내었다. 이러한 활성변화는 $NH_3$ TPD(Temperature Programmed Desorption) 탈착곡선의 증가, 감소로부터 HCl에 따른 일시적인 산량 증가 또는 영구적인 산점의 변화와 관계됨을 알 수 있었다. 그리고 BET 및 ICP 분석을 통하여 염화수소기체에 의한 촉매의 표면적과 $Cu^{{+}{+}}$ 및 $V_2O_5$ 함유량의 변화를 관찰하였다. 이상의 연구결과로부터 HCl과 같은 산가스를 함유하고 있는 배기가스 중의 질소산화물을 제거할 경우 CuHM 촉매에 대한 선택적 촉매 환원공정의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.