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온실가스 N2O 저감을 위한 촉매공정 최적화

The Catalyst Process Optimaization for a Greenhouse Gas Reduction

  • 조성수 (Cho, Sung-Su, 아주대학교 일반대학원)

초록/요약

급격한 산업활동의 성장과 경제성장으로 인해 인류는 질적으로 많은 혜택을 누리고 있다. 반면에 수반되는 환경오염도 묵과해서 안되는 현실에 직면에 있다. 현재 우리나라는 기후변화 당사국으로 의무부담은 하지 않고 있으나, 2013년에는 온실가스에 대한 책임을 분담해야 하는 국제적 위치에 있다. 온실가스 배출원으로 가장 많이 배출되는 질산제조사업장의 경우 현재 1,000ppm 수준의 높은 농도로 배출되고 있는 상황이고, 유동층 발전설비, 소각로, 아디프산 제조 사업장에서도 배출되고 있으며 이러한 사업장은 NOx에 대해서는 SCR탑을 설치하여 법적규제에는 만족하고 있지만 온실가스 N2O에 대해서는 저감설비가 대부분 없으며 또한 법적 규제가 없는 실정이다. 기후변화가스인 N2O 저감과 관련해서는 촉매활성평가를 촉매공정에 대해서는 시스템 최적화 목적으로 공정조건 변경에 따른 영향을 고찰하였다. 본 논문은 온실가스 N2O에 대한 촉매제조·활성실험 및 촉매공정 최적화에 관한 논문으로 향후 온실가스에 저감방안의 하나로 자연에 존재하는 천연제올라이트를 원료로 사용하여 촉매제조방법과 제조한 촉매를 사용하여 환원제 NH3을 주입하여 N2O 분해실험을 수행하여 온실가스 저감 가능성을 밝혔다. 특히, 귀금속 촉매로 알려진 1% Pd/Fe/MOR 촉매를 하니컴 담체에 워시 코팅하여 공간속도 10,000 h-1, 반응온도 380℃에서 NOx?N2O가 90%이상 분해되는 것을 확인하였다. 또한 촉매공정 최적화 목적과 관련하여 구축된 시스템에서 어떻게 하면 에너지 소비를 최소화 가능하겠는지 방안에 대해 상용화 전석해석 프로그램인 Aspen Plus를 사용하여 크게 4 가지 방법으로 구성하여 비교한 결과 연소로 폐열이 500℃로 열교환기로 공급될 경우 최적의 운전방법이라 예측되었다. 본 연구결과는 향후 고체산 촉매원료로 천연제올라이트를 이용한 촉매제조, NOx·N2O 동시저감에 있어서 실험방법과 촉매공정 최적화 시스템 구축에 있어서 일정부분 실용화 가능성을 확인한 점과 더불어 향후 기후변화가스 협약의 청정개발체제 적용과 관련해서도 활용가능성이 있을 것으로 판단된다.

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목차

제 1 장 서론 = 1
제 1 절 연구배경 = 1
제 2 절 연구목적 및 연구범위 = 3
제 1 항 연구목적 = 3
제 2 항 연구범위 = 4
제 3 절 국내외 기술현황 = 5
제 1 항 국내기술현황 = 7
제 2 항 국외기술현황 = 8
제 4 절 온실가스 배출현황 = 11
제 2 장 실험장치 및 실험방법 = 15
제 1 절 원료선정 = 15
제 2 절 촉매원료의 전처리 방법 = 19
제 3 절 하니컴 촉매성형 = 21
제 4 절 촉매분석 = 23
제 1 항 FT-IR 분석 = 23
제 2 항 XRF, XRD분석 = 24
제 3 항 SEM 분석 = 28
제 4 항 EDX 분석 = 31
제 5 항 NH3 TPD 분석 = 33
제 5 절 실험방법 = 36
제 6 절 Pilot Plant 제작 = 40
제 1 항 촉매공정 개요 = 40
제 2 항 Pilot Plant 제작 = 41
제 3 항 촉매공정 최적화 = 48
제 4 항 공정모사 필요성 = 48
제 5 항 공정모사를 이용한 최적화 도출 방안 = 49
제 6 항 공정모사 방법 및 조건 = 51
제 3 장 실험결과 및 평가 = 55
제 1 절 하니컴 촉매를 활용한 저감 실험 = 55
제 1 항 6.9% Fe/HNZ 활성결과 = 55
제 2 항 1% Pd/Fe/MOR 활성결과 = 63
제 3 항 실험결과 분석평가 = 66
제 2 절 Pilot Plant 촉매공정 공정모사 = 67
제 1 항 촉매공정 최적화 1안 = 67
제 2 항 촉매공정 최적화 2안 = 68
제 3 항 촉매공정 분석평가 = 69
제 4 장 결론 = 70
참고문헌 = 72
Abstract = 74

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