산업용 배기가스 처리 공정에서 선택적 촉매 환원(SCR) 기술은 일반적으로 사용되는 탈질소화 방법이며, SCR DeNOx 촉매 이 기술의 핵심입니다. 그러나 시간이 지남에 따라 활동은 DeNOx 촉매는 점차 감소하여 탈질소화 효율에 영향을 미칩니다. 그렇다면 촉매 활성이 감소하는 이유는 무엇일까요?

활동 감소의 주요 원인은 탈질 촉매
1. 고온은 활성 성분의 손실을 초래합니다.
DeNOx 촉매는 일반적으로 고온 환경에서 작동하며 일반적인 SCR 반응 온도 범위는 300°C~400°C입니다. 장시간 고온 조건에서 이산화티타늄(TiO2) 및 산화바나듐(V2O5)과 같은 촉매의 활성 물질은 점차 결정 변화 또는 분해를 겪어 촉매 표면적이 감소하고 활성 성분이 손실되며 촉매 성능이 저하됩니다. 또한 고온은 촉매 표면의 기공 구조도 변화시켜 배기 가스의 반응물이 촉매의 활성 부위와 효과적으로 접촉하기 어려울 수 있습니다.
2.알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중독
바이오매스, 석탄 및 기타 연료에는 일정량의 알칼리 금속(예: 나트륨 및 칼륨)과 알칼리 토금속(예: 칼슘 및 마그네슘)이 포함되어 있습니다. 이러한 금속은 고온에서 알칼리 산화물을 형성하고 촉매 표면에 부착되어 반응 가스와 촉매 사이의 접촉을 방해하여 촉매 중독을 유발합니다. 알칼리 금속은 촉매의 활성 부위를 직접 덮어 촉매 능력을 약화시키고 궁극적으로 촉매의 활성 감소를 가속화합니다.
3.황화물 및 염화물 중독
연료에 존재하는 유황 및 염소 원소는 연소 과정에서 SO2 및 HCl과 같은 유황 및 염소 함유 화합물을 생성합니다. 이러한 화합물은 촉매 표면의 암모니아(NH3)와 화학적으로 반응하여 황산암모늄 또는 염화암모늄 침전물을 생성합니다. 침전물은 촉매의 기공을 막거나 활성 부위를 덮어 배기 가스의 NOx가 촉매와 접촉하는 것을 방지하여 탈질 효율에 심각한 영향을 미칩니다.
4. 입자상 물질 및 플라이애시의 기계적 차단
배기가스에는 많은 양의 입자상 물질과 비산재가 포함되어 있습니다. 이러한 고체 입자는 촉매 표면에 부착되거나 촉매 기공에 들어가 기계적 막힘을 일으킵니다. 특히 석탄 화력 발전소나 바이오매스 발전소에서 배기가스 중 비산재의 양이 많고 촉매 표면에 재 층을 형성하기 쉽습니다. 시간이 지남에 따라 이 재가 축적되어 촉매의 기공이 점차 막혀 가스 유동성에 영향을 미쳐 촉매의 활성이 감소합니다.

5.촉매 비활성화 반응
촉매 활성 감소는 또한 촉매와 배기 가스의 성분 사이의 화학 반응으로 인해 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 촉매는 SO2 또는 HCl과 반응하여 황산염 또는 염화물을 형성하고, 이는 촉매 표면에 침전물을 형성하여 배기 가스의 NOx와 촉매의 활성 성분 사이의 접촉을 방해하여 탈질소 반응이 실패하게 됩니다.

촉매 활성 감소에 대한 솔루션
1. 고온 내성 촉매 물질 선택
고온으로 인한 촉매 활성 감소 문제에 대해, 고온 내성 및 안정된 촉매 재료를 선택하는 것이 특히 중요합니다. 예를 들어, 바나듐 기반 촉매는 고온에서 양호한 촉매 활성을 유지할 수 있으며, 산화텅스텐 및 산화몰리브덴과 같은 첨가제를 첨가함으로써 고온 내부식성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 또한 실제 작동 시 SCR 시스템의 작동 온도를 합리적으로 제어하여 과도한 온도 또는 과도한 변동을 방지함으로써 촉매의 고온 고장도 지연시킬 수 있습니다.
2. 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중독 예방
알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중독 문제에 대해서는 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
연료 전처리: 연소 전에 연료에 있는 알칼리 금속과 알칼리 토금속 불순물을 제거하여 촉매 중독 위험을 줄입니다.
중독 방지 촉매를 선택합니다. 알칼리 금속 중독에 대한 저항성이 있는 이산화티타늄 담체 물질 등 내성이 더 높은 촉매 재료를 개발하거나 촉매 조성을 개선하여 중독 방지 성능을 향상시킵니다.
3.연소가스 중 유황, 염소 함량 제어
황화물 및 염화물 중독 문제에 대해, 연도 가스 구성을 제어하는 것이 핵심입니다. 연료의 탈황 및 탈염소화 전처리를 통해 SO2 및 HCl과 같은 불순물의 함량을 효과적으로 줄일 수 있으며, 촉매 표면에 침전되는 것을 줄일 수 있습니다. 동시에, 항유황 및 항염소 기능을 가진 촉매 재료를 사용하여 황 및 염소 화합물과 반응하여 촉매가 고장나는 것을 방지할 수도 있습니다.

4. 정기적인 청소 및 유지 관리
입자상 물질과 비산재가 촉매 표면이나 기공을 막는 것을 방지하기 위해 촉매를 정기적으로 세척하는 것이 매우 중요합니다. 일반적으로 기계적 세척 또는 온라인 역세척 시스템을 사용하여 촉매 표면의 재를 제거하여 촉매 표면의 개통성을 유지할 수 있습니다. 또한 탈질소 시스템을 정기적으로 검사하고 유지 관리하여 배기 가스 유량이 적절한지 확인하고 촉매 표면에 입자상 물질의 침전을 줄입니다.

5. 촉매의 재생 및 교체
이미 활동 감소를 경험한 촉매의 경우 재생 처리가 수명을 연장하는 효과적인 방법입니다. 촉매 재생에는 일반적으로 물리적 세척, 화학적 세척, 열처리 및 기타 단계가 포함되어 촉매의 표면 활동을 회복합니다. 동시에 심하게 저하된 촉매의 경우 탈질소 시스템의 효율적인 작동을 보장하기 위해 적시에 교체해야 합니다.
6. SCR 시스템의 작동 조건 최적화
SCR 시스템의 작동 매개변수를 최적화하는 것도 촉매 활성의 감소를 지연시키는 핵심 전략 중 하나입니다. 예를 들어, 배기 가스의 암모니아 질소 비율(NH3/NOx)을 합리적으로 제어하여 과도한 암모니아가 부반응을 유도하여 침전물을 형성하는 것을 방지할 수 있습니다. 동시에 적절한 배기 가스 온도, 압력 및 유량을 유지하면 촉매에 대한 부정적인 영향을 줄이고 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.

요약
활동 감소 초고온 SCR 탈질 촉매 SCR 시스템의 작동 효율에 영향을 미치는 주요 문제 중 하나입니다. 주요 원인으로는 고온 손실, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중독, 황화물 및 염화물 침전, 입자상 물질 막힘이 있습니다. 고온 내성 및 중독 방지 촉매 재료를 선택하고, 배기 가스 구성을 제어하고, 정기적인 세척 및 유지 관리, 적시에 촉매 재생 및 교체를 통해 촉매의 활동 감소를 효과적으로 지연시켜 탈질소 시스템의 장기 안정적인 작동을 보장할 수 있습니다.