KR100402021B1 - 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매와 플라즈마를 이용하여 배가스를 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 유전체 장벽을 전극사이에 둔 허니컴 촉매반응기의 내부공간을 교류 고전압으로 방전시켜 플라즈마를 형성하여 배가스의 처리효율을 향상시킬 수 있는 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은 질소산화물을 포함하는 배가스를 처리하는 장치에 있어서, 중공원통형의 금속제 케이싱(10);과, 상기 케이싱(10) 내부공간에 배치되는 복수개의 허니컴(12);과, 상기 케이싱(10)의 양측을 밀폐하는 덮개(14a)(14b)의 세락믹애자(13)에 양단이 지지되고, 변압기(16)로부터 고전압을 인가받아 반응활성이 우수한 성분을 발생시킬수 있도록 상기 케이싱(10)의 내부공간에 플라즈마방전을 일으키는 방전극(15);과, 상기 케이싱(10)내로 유입구(18)를 통하여 공급되고, 상기 허니컴(12)과 플라즈마방전이 일어나는 케이싱(10)의 내부공간을 통과하면서 질소산화물이 제거된 배가스를 외부로 배출하는 배출구(19);를 포함하는 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치를 제공한다.

Description

촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치{DEVICE FOR TREATING FLUE GAS USING CATALYST AND PLASMA}
본 발명은 촉매와 플라즈마를 이용하여 배가스를 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 유전체 장벽을 전극사이에 둔 허니컴 촉매반응기의 내부공간을 교류 고전압으로 방전시켜 플라즈마를 형성하여 배가스의 처리효율을 향상시킬 수 있는 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 질소산화물을 포함하는 배가스를 처리하는 종래의 장치는 크롬, 바나듐 및 백금등 금속계통의 촉매가 입혀진 허니컴(honeycomb)형태의 촉매반응기의 내부로 배가스를 통과시킴으로서 배가스내에 포함된 질소산화물은 질소로 환원되어 제거된다.
이러한 종래의 촉매반응기로서 질소산화물을 제거하는 효율은 일반적으로 고가의 귀금속 촉매를 사용할수록 높은 것으로 알려져 있으며, 최대 제거효율은 특정온도범위에서 일어나므로 상기 촉매반응기내로 공급되는 배가스의 온도가 낮을 경우에 이를 적정한 온도범위로 온도를 높여주어야 하는 반면에 온도가 높은 배가스는 냉각시켜주어야 한다.
따라서, 상기 촉매반응기내로 공급하여 질소산화물을 제거하고자 하는 배가스의 공급온도조건을 맞추기 위한 운전비용이 상승되는 문제점이 있으며, 고가의 촉매를 사용함으로서 장치의 설치유지비가 커지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은, 저가의 촉매반응기를 이용하여 질소산화물을 제거함에 있어서 장치의 설치비 및 운전비를 절감함과 동시에 질소산화물의 처리효율을 향상시킬수 있는 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치를 도시한 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 ..... 케이싱 12 ..... 허니컴
13 ..... 세라믹애자 14a,14b .... 덮개
15 ..... 방전극 16 ..... 변압기
17 ..... 전원부 18 ..... 유입구
19 ..... 배출구 20 ..... 열전대
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은,
질소산화물을 포함하는 배가스를 처리하는 장치에 있어서,
중공원통형의 금속제 케이싱;과, 상기 케이싱 내부공간에 배치되는 복수개의 허니컴;과, 상기 케이싱의 양측을 밀폐하는 덮개의 세락믹애자에 양단이 지지되고, 변압기로부터 고전압을 인가받아 반응활성이 우수한 성분을 발생시킬수 있도록 상기 케이싱의 내부공간에 플라즈마방전을 일으키는 방전극;과, 상기 케이싱내로 유입구를 통하여 공급되고, 상기 허니컴과 플라즈마방전이 일어나는 케이싱의 내부공간을 통과하면서 질소산화물이 제거된 배가스를 외부로 배출하는 배출구;를 포함함함을 특징으로 하는 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스처리장치를 도시한 구성도로서, 본 발명의 배가스 처리장치는 저가의 촉매가 도포된 허니컴과 플라즈마를 이용하여 배가스에 포함된 질소산화물을 높은 효율로 제거하는 것으로서, 이러한 장치(1)는 케이싱(10), 허니컴(12), 방전극(15)등으로 구성된다.
즉, 상기 케이싱(10)은 스테인레스(stainless)소재로 제작되는 내경 100mm이상의 금속제 중공형 원통부재로 구성되며, 상기 케이싱(10)의 내부공간에는 1 inch2당 20개의 셀(cell)로 구성된 허니컴(12)이 복수개 장착된다.
여기서, 상기 허니컴(12)은 저가의 크롬/산화티타늄(Cr/TiO2) 촉매가 피복되고, 상기 케이싱(10)내에서 플라즈마방전을 일으킬수 있는 유전체 장벽으로 사용될 수 있도록 상기 케이싱(10)의 길이중간에 복수개 배치된다.
그리고, 상기 중공원통형 케이싱(10)의 좌우양측은 세라믹애자(13)를 갖는 덮개(14a)(14b)로서 상기 케이싱(10)의 내부공간을 밀폐하고, 상기 세라믹애자(13)에 양단이 지지되어 상기 케이싱(10)과 절연되는 방전극(15)은 상기 케이싱(10)내에 복수개 배치된 허니컴(12)의 중앙을 관통하도록 상기 케이싱(10)의 원통중심에 길이방향으로 설치된다.
또한, 일측 세라믹애자(13)을 통해 외부로 일부 노출되는 상기 방전극(15)의 일측 단부는 고전원을 인가받아 상기 허니컴(12)이 배치된 케이싱(10)내부공간에 플라즈마방전을 일으켜 반응활성이 우수한 성분인 라디칼, 이온등을 발생시킬수 있도록 220V의 교류전원을 인가하는 전원부(17)와 전기적으로 연결되어 이로부터 인가된 전원을 5 내지 30kV의 고전압으로 승압하는 변압기(16)와 전기적으로 구성되며, 상기 케이싱(10)의 외부면에는 지면과 접지되는 접지부(10a)가 갖추어진다.
이러한 케이싱(10)의 일단 외부면에는 질소산화물을 포함하는 배가스가 공급되는 유입구(18)가 장착되고, 타단 외부면에는 저가의 촉매가 도포된 상기 허니컴을 통과하면서 질소산화물이 제거됨과 동시에 플라즈마방전시 발생된 반응활성이 우수한 라디칼, 이온등에 의해서 질소산화물이 제거된 배가스를 외부로 배출할수 있도록 배출구(19)를 갖추는 한편, 상기 배출구(19)에는 외부로 배출되는 배가스의 온도를 검출할 수있도록 열전대(20)가 장착된다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 질소산화물을 제거하고자 하는 배가스를 케이싱(10)의 일단 외부면에 연결된 유입구(18)를 통하여 상기 케이싱(10)내로 공급함과 동시에, 전원부(17)에서 발생된 220V의 교류전압을 변압기(16)측으로 공급하면, 상기 변압기(16)는 인가된 교류를 5 내지 30kV로 승압한다.
여기서, 상기 케이싱(10)내로 공급되는 배가스는 질소 90%, 산소 5%, 수분 4%, NO 200ppm, NH3200ppm 및 미량의 C3H6을 포함하며, 온도는 250℃, 유량은 10l/min이다.
그리고, 승압된 고전압은 상기 케이싱(10)내에 설치된 방전극(15)에 인가되고, 인가되는 고전압이 배가스의 절연파괴 전압이상이 되면, 상기 케이싱(10)의 내부공간에서는 방전극(15)으로부터 플라즈마 방전이 시작된다.
이때, 상기 방전극(15)으로 인가되는 고전압은 플라즈마방전을 발생시킬수 있도록 교류 또는 펄스로 인가해야만 한다.
이러한 플라즈마 방전에 의해서 상기 케이싱(10)의 내부공간에서는 다량의 라디칼(radical), 이온(ion)등의 반응활성이 우수한 성분들이 발생되기 때문에 유입구(18)를 통해 공급되어 저가의 촉매가 피복된 허니컴(12)을 통과하는 배가스는 촉매에 의하여 질소산화물을 제거하는 작용과 더불어 플라즈마 방전에 의해서 발생되는 반응활성이 우수한 성분들에 의한 질소산화물의 제거작용이 동시에 이루어지게 되고, 질소산화물이 제거된 배가스는 배출구를 통하여 외부로 배기처리된다.
이것에 의해서 상기 케이싱(10)내로 공급된 배가스의 촉매에 의한 질소산화물의 제거성능을 보다 향상시킬수 있는 것이다.
여기서, 촉매가 도포된 허니컴(12)만을 이용하여 질소산화물을 제거할 경우 케이싱(10)내로 공급되는 배가스의 공급온도를 케이싱(10)내로 공급하기 전에 적정한 온도로 조절해야만 하지만 상기 방전극(15)에 고전압을 인가하여 발생되는 플라즈마방전을 이용하게 되면 공급되는 배가스의 온도를 조절하지 않아도 높은 질소산화물의 제거효율을 얻을수 있다.
이러한 질소산화산화물 제거시험 결과에 의하면, 저가의 촉매를 도포한 허니컴을 채용하여도 플라즈마방전에 의해 질소산화물의 제거효율을 고가의 촉매를 이용한 경우보다 크게 향상시킬수 있는 것이다.
즉, 플라즈마방전을 시키지 않을 때 약 60%의 질소산화물(NO)가 제거되나 15kV의 고전압을 방전극(15)에 인가하여 플라즈마방전을 시키면 질소산화물의 제거효율이 90%이상으로 증가되었다. 이러한 결과는 플라즈마 상태에서 발생되는 OH 라디칼, 오존등과 같은 활성이 우수한 성분들이 허니컴(12)의 촉매성능을 향상시켜 주기 때문에 종래와 같이 높은 제거효율을 위해서 고가의 귀금속 촉매를 사용할 필요가 없어지게 되는 것이다.
상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 저가의 촉매를 도포한 허니컴에 배가스를 통과시키면서 질소산화물을 제거하는 공정에서 배가스가 공급되는 케이싱내에 설치된 방전극에 고전압을 인가하여 플라즈마방전을 시킴으로서, 다량의 활성이 우수한 성분들이 발생되도록 하여 촉매에 의한 배가스의 질소산화물 제거효율을 향상시키고, 공급되는 배가스의 온도에 크게 관계없이 질소산화물 제거효율을 향상시킴은 물론, 저가의 촉매를 사용하여 장치의 설치비용을 현저히 줄일 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (2)

  1. 질소산화물을 포함하는 배가스를 처리하는 장치에 있어서,
    중공원통형의 금속제 케이싱(10);과, 상기 케이싱(10) 내부공간에 배치되는 복수개의 허니컴(12);과, 상기 케이싱(10)의 양측을 밀폐하는 덮개(14a)(14b)의 세락믹애자(13)에 양단이 지지되고, 변압기(16)로부터 고전압을 인가받아 반응활성이 우수한 성분을 발생시킬수 있도록 상기 케이싱(10)의 내부공간에 플라즈마방전을 일으키는 방전극(15);과, 상기 케이싱(10)내로 유입구(18)를 통하여 공급되고, 상기 허니컴(12)과 플라즈마방전이 일어나는 케이싱(10)의 내부공간을 통과하면서 질소산화물이 제거된 배가스를 외부로 배출하는 배출구(19);를 포함함을 특징으로 하는 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 허니컴(12)은 저가의 크롬/산화티타늄(Cr/TiO2) 촉매가 피복되고, 상기 케이싱(10)내에서 플라즈마방전을 일으킬수 있는 유전체 장벽으로 사용될 수 있도록 상기 케이싱(10)의 길이중간에 복수개 배치됨을 특징으로 하는 촉매와 플라즈마를 이용한 배가스처리장치.
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CN108541124A (zh) * 2018-04-27 2018-09-14 浙江大维高新技术股份有限公司 一种蜂窝结构低温等离子体发生装置及其使用方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101118203B1 (ko) * 2008-12-16 2012-03-16 한국과학기술연구원 글라이딩 아크 방전과 촉매를 이용한 휘발성 유기화합물 처리장치 및 방법

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