KR100794390B1 - 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층촉매반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉매를 충진하는 구조물로 망상형태의 발열체를 사용함으로써 유입가스의 온도 변화가 발생할 경우에도 충전층 촉매의 온도를 최적의 질소산화물 분해 온도로 조절하고, 유입 가스가 균일한 압력 분포를 유지하면서 촉매 충전층을 통과하고, 주기적인 분진 제거가 가능한 구조를 적용함으로써 유입 가스에 함유된 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 촉매 반응기에 관한 것으로, 상부가 폐쇄되고 하부에 배가스유입구가 형성되며 내부에 배가스유입공간을 가지는 다수의 배가스유입부; 하부가 폐쇄되고 상부에 배가스배출구가 형성되며 내부에 배가스배출공간을 가지는 다수의 배가스배출부; 및 상부와 하부가 폐쇄되고 촉매를 가지는 다수의 촉매부를 포함하고, 상기 하나의 촉매부의 측부에는 배가스유입부의 측부와 배가스배출부의 측부가 맞닿고, 상기 배가스유입부와 상기 배가스배출부는 상기 촉매부에 의해 이격되도록 하여, 상기 촉매부와 배가스유입부와 배가스배출부가 격자구조를 이루는 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가진다.

촉매반응기, 질소산화물, 배가스

Description

질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층 촉매반응기{Packed Bed Catalytic Reactor for Removal of NOx by Temperature Controlled}

도 1은 본 발명의 실시예1 따른 충전층 촉매반응기의 부분절단 사시도이다.

도 2는 도 1의 배가스 유입부, 배가스 배출부, 촉매부의 사시도이다.

도 3은 도 1의 평면도이다.

도 4는 도 1의 저면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예2에 따른 유입부, 배가스 배출부, 촉매부의 정단면도이다.

도 6은 도 1의 촉매반응기를 장착한 촉매반응장치의 개략도이다.

<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,14: 배가스유입부 11: 배가스유입구

12: 유입부폐쇄단 13: 배가스유입공간

20,24: 촉매부 21,22: 촉매부폐쇄단

23: 망상구조물 30,34: 배가스배출부

31: 배가스배출구 32: 배출부폐쇄단

33: 배가스배출공간 100: 촉매반응기

110: 배가스배출덕트 120: 배가스유입덕트

130,150: 3방밸브 140: 배가스공급블로워

160: 에어공급블로워 170: 분진포집함

180: 로타리밸브

본 발명은 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층 촉매반응기에 관한 것으로, 자세하게는 촉매를 충진하는 구조물로 망상형태의 발열체를 사용함으로써 유입가스의 온도 변화가 발생할 경우에도 충전층 촉매의 온도를 최적의 질소산화물 분해 온도로 조절하고, 유입 가스가 균일한 압력 분포를 유지하면서 촉매 충전층을 통과하고, 주기적인 분진 제거가 가능한 구조를 적용함으로써 유입 가스에 함유된 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 촉매 반응기에 관한 것이다.

화학공장이나 발전소와 같은 고정 발생원원과 자동차나 선박과 같은 이동 발생원으로부터 배출되는 공정 가스나 배가스에 함유된 질소산화물은 황산화물과 함께 대기오염을 유발하는 근원 물질로서 잘 알려져 있다.

질소산화물은 크게 일산화질소, 이산화질소 및 아산화질소로 구분되며 이들 중 일산화질소와 이산화질소는 인체에 매우 유해한 발암성 물질로 심각한 대기오염을 유발할 뿐만 아니라 황산화물과 함께 산성비, 오존층 파괴 및 스모그 생성의 원인 물질로 작용하여 지구의 대기 환경을 오염시키는 오염원들로 알려져 있어 이 물질들을 효율적으로 제거하고자 하는 노력이 많이 이루어지고 있다.

종래의 질소산화물 분해 촉매는 허니컴 형상으로 성형된 형태로 사용되므로 촉매의 제조에 높은 비용이 소요되고, 운반 및 설치 과정에서 취급 부주의로 인한 파손 우려가 있고, 촉매의 재사용을 위한 허니컴 촉매의 분리, 재생 및 재설치 과정이 복잡해지는 문제점이 있다.

기존의 설비가 요구하는 질소산화물 제거 성능을 확보하기 위해서는 설비가 대형화되어야 하므로 설치 위치가 지상으로 한정되기 때문에 유입가스의 흐름이 지상으로 우회한 다음 대기로 배출하기 위하여 굴뚝으로 다시 보내져야 하는 문제점이 제기되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 질소산화물 제거 촉매의 형상 개선을 통한 성능 개선 및 경량화를 통하여 굴뚝에 직접 설치 가능한 반경류(Radial Flow) 기상 반응기에 적용할 수 있는 질소산화물 분해 촉매가 한국 공개특허 공보(제 10-2004-0010597)에 공개 되어 있다.

반경류(Radial Flow)란 단면이 육각형, 팔각형 등의 다각형 형태를 가지는 실린더벽으로 이루어진 구조물에 채워진 미립자 형태의 촉매층이나 촉매가 담지된 망상 형태의 실린더벽 자체에 수직으로 내부에서 외부 또는 외부에서 내부로 유입가스가 통과함으로서 유입가스에 함유된 질소산화물이 제거되는 것으로 유입가스에 는 환원제인 암모니아, 요소, 알킬 아민 등이 혼합되어 있고, 질소산화물 분해 촉매로는 바나듐 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등이 사용되지만 이에 국한되지 않고 제올라이트도 사용될 수 있고 제올라이트는 구리, 코발트, 은 아연 또는 백금 양이온 또는 그들의 조합에 의해 변형된 ZSM-5를 포함하기도 한다.

촉매층의 형태는 유입가스 흐름 경로에 따라 원추형이나 사다리꼴 형태를 가지지만 기본적인 형상이 실린더 형이고 촉매가 담지된 실린더 자체가 촉매로 작용하거나 실린더 형태의 구조물에 충진된 미립자 형태의 촉매에 의해 질소산화물의 분해가 이루어진다.

그러나, 실린더형 구조물에 충진된 미립자 촉매를 사용할 경우, 유입가스 흐름이 촉매층 내부에서 외부로 제한되기 때문에 유입가스와 촉매층과의 접촉이 촉매층의 반경 방향으로 제한되며 실린더형 구조물에 촉매를 담지하여 사용할 경우, 촉매의 제조, 설치 및 재사용을 위한 처리에 허니컴 촉매와 동일하게 고비용 및 취급 부주의로 인한 파손의 문제점을 가지고 있다.

또, 다른 기술로써 다공성의 메쉬형 구조체에 담지된 질소산화물 분해 촉매는 한국 공개특허 공보(제 10-2004-0010598)에 공개되어 있다. 환원제 존재 하에서 질소산화물의 선택적 환원을 위한 촉매로는 바나듐 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 텅스텐 및 몰리브덴 산화물 등이 있으며 이에 국한되지 않고 제올라이트도 사용될 수 있는 것으로 알려져 있으며 이러한 촉매를 85% 이상의 다공을 가진 메쉬형 구조체상에 담지하여 MEC(Microengineered catalyst)를 제조한다.

메쉬형 소재로는 선재(Wire), 섬유재(Fiber), 메쉬(Mesh), 금속펠트(Metal Felt), 금속 섬유 필터로 구성되며, 메쉬형 구조는 삼차원 네트워크인 망상체를 형성하도록 다수층의 선재나 섬유재로 구성된다.

일반적인 촉매 제조 방법인 미립자 담체를 사용하지 않고 다공성의 메쉬형 구조체상에 촉매를 담지하여 질소산화물 분해 반응기 내부에 패킹(Packing) 형태로 설치되는데, 복수개의 메쉬형 촉매층을 수직방향으로 평행하게 배열한 다음 촉매층 후단을 차단하고 촉매층 사이의 공간에 배가스 유출부는 좁고 유입부는 넓도록 변류기를 경사지게 설치함으로서 촉매 반응기에 유입된 배가스가 촉매층과 수직으로 통과하게 함으로써 배가스가 촉매층과 원활하게 접촉한 다음 반응기로부터 배출되는 구조를 형성하고 있다.

허니컴 구조의 촉매인 경우, 반응기에 유입된 유입가스가 촉매 표면과의 접촉에 의해서만 질소산화물 분해 반응이 진행되는 반면, 메쉬형 구조의 촉매는 반응기에 유입된 유입가스가 촉매층 내부를 통과하게 됨으로서 유입가스와 촉매층의 접촉 면적이 증가하고 촉매층 사이에 경사진 변류기를 설치함으로써 촉매층 높이에 따른 압력 분포를 균일하게 유지하여 촉매층과 유입가스의 접촉 시간을 균일하게 유지함으로써 질소산화물 분해 성능 면에서 허니컴 구조의 촉매 보다 우수한 성능을 가질 수 있지만, 촉매의 제조 비용, 운전 및 재생을 위한 운반, 설치 등의 취급 문제에 있어서는 허니컴 구조 촉매와 동일한 문제점을 가지고 있으며 입자형 담체를 사용하는 촉매에 비해 비용 및 취급 용이성에 있어서 여러 가지 단점을 가지고 있다.

유입가스의 온도감소로 인한 질소산화물의 분해 효율 저감을 방지하기 위한 방법의 하나로 발열체를 이용하여 허니컴 촉매의 온도를 질소산화물 분해에 적합한 온도로 가열함으로써 균일한 촉매의 성능을 확보하는 방안이 한국 공개특허 공보(제 10-2005-0095675)에 공개되어 있다.

허니컴 구조는 원활한 물질이동, 넓은 접촉면적과 구조상의 견고성 등의 이유로 유체의 정화장치의 촉매 담지체로 널리 사용되며, 열전도성 허니컴 지지체는 자동차 배기가스 3원촉매 시스템에서 이른바 콜드 스타트를 줄이기 위하여 허니컴을 초기에 가열하는 수단으로 많이 채용되고 있다.

허니컴 촉매의 전기가열부인 발열체는 자동차 배기가스 유입부에 설치되며 발열체의 형태에 따라 슬릿이나 나선상을 가지고 발열체 위치에 따라 국부적인 가열이 가능한 구조를 가지고 있다. 전기가열부를 허니컴 촉매 제조시 허니컴 내부에 설치하여 제작하는 일체형 성형 방식과 허니컴 촉매 사이에 전기가열부를 설치하는 별개형이 있으며, 일체형에서 전기가열부의 위치에 따른 집중가열을 위한 회로 구성 방법이 미국특허 5664049호, 5680503호, 5533167호 및 5680503호에 공개되어 있고 별개형의 경우, 별도의 가열 허니컴을 두어 배가스를 가열하는 방식이 미국특허 제 5597503호에 공개되어 있다.

이 방식의 경우, 슬릿형이나 나선형의 전기가열부를 포함한 일체형 허니컴을 제조하는데 어려움이 있으며 별개형의 경우, 허니컴과 허니컴 촉매 사이의 이격에 의하여 가열공기가 식고 유체 흐름 경로가 일치하여 않는 경우가 발생하여 압력 손실이 발생하여 배가스 처리에 문제가 발생하고 허니컴을 장착하기 위한 별도의 유 지 기구를 활보해야 하는 문제점이 있다.

또, 이 기술은 비교적 소형인 자동차 배가스 처리용 촉매에는 적용 가능성을 고려해 볼 수 있으나 고정발생원에서 배출되는 대규모 질소산화물의 분해에 적용하기 위해서는 기존의 허니컴 촉매만을 이용하는 경우 보다 제조비용이나 설치 및 유지 보수에 더욱 많은 문제점을 가지고 있다.

그리고, 이동발생원에서 발생하는 배가스를 처리하기 위하여 허니컴 구조를 이용한 기술이 유럽 특허(WO 2003/084640)에 공고되어 있다. 디젤 엔진의 배가스에 함유된 분진을 제거하기 위하여 다공성 재질로 격벽이 이루어진 허니컴 형태의 필터를 사용하였으며, 그 구조는 하니컴 필터의 배가스 유출부를 차단하고 허니컴의 배가스 통로 중 유출부가 차단되지 않은 유입부를 차단하는 구조를 전체 허니컴 필터에 반복적인 격자 형태로 적용함으로써 허니컴 필터로 유입된 배가스는 다공성 격벽을 통과한 다음 분진이 제거된 후 허니컴 필터의 유출부로 배출되는 구조를 가지고 있다.

허니컴 필터의 배가스 통과 경로는 원형, 사각형, 삼각형, 팔각형 등 다양한 형태로 구성할 수 있으며, 이러한 형태에 의해 허니컴 필터 단위 부피당 다공성 필터와 배가스의 접촉 면적을 최대화하여 분진 제거에는 효율적으로 적용할 수 있으나, 대규모 공정 가스나 배가스에 함유된 질소산화물의 분해에 적용할 수 있는 촉매의 담지를 위해서는 기공 조절 및 비용상의 문제점이 있고 허니컴 촉매의 설치, 재생을 위한 분리 및 처리 과정에 취급 부주의로 인한 파손 등의 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배가스 및 공정가스에 함유된 질소산화물을 제거하기 위한 촉매 시스템에서 촉매의 제조, 설치 및 재생이 용이한 입자형 담체에 지지된 촉매층을 사용하고, 촉매층을 형성하는 구조물의 형상을 유입된 가스가 촉매층을 수직방향으로 통과할 수 있도록 촉매층 상단 및 하단을 차단하고 촉매층과 인접한 배가스 유출부가 차단된 반복적인 격자형 구조를 가지며 촉매층의 상부가 하부보다 넓은 구조를 형성함으로써 배가스와 촉매층의 접촉 시간을 균일하게 유지하였고, 유입가스에 함유된 분진에 의해 촉매 표면에 형성된 분진을 제거하기 위한 시스템을 설치하고, 촉매층 형성 구조물로 발열체를 사용하여 촉매층의 온도를 조절함으로써 유입가스의 온도 변화에 따른 촉매 성능 저하를 방지하여 배가스 및 공정가스에 함유된 질소산화물에 대한 경제적이고 효율적인 충전층 촉매반응기을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상부가 폐쇄되고 하부에 배가스유입구가 형성되며 내부에 배가스유입공간을 가지는 다수의 배가스유입부; 하부가 폐쇄되고 상부에 배가스배출구가 형성되며 내부에 배가스배출공간을 가지는 다수의 배가스배출부; 및 상부와 하부가 폐쇄되고 촉매를 가지는 다수의 촉매부를 포함하고, 상기 하나의 촉매부의 측부에는 배가스유입부의 측부와 배가스배출부의 측부가 맞닿고, 상기 배가스유입부와 상기 배가스배출부는 상기 촉매부에 의해 이격되도록 하여, 상기 촉매부와 배가스유입부와 배가스배출부가 격자구조를 이루는 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층 촉매반응기이다.

상기 촉매부의 촉매는 입자형 지지체에 질소산화물 분해용 촉매를 담지 시킨 입자형 촉매인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 촉매부의 측부는 촉매를 지지하고 배가스의 유통을 자유롭게 하는 망상구조물이 배치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 망상구조물은 전기공급에 발열하는 발열체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 배가스유입부의 하부의 면적을 상부의 면적보다 크게 하고, 상기 촉매부의 하부의 면적을 상부의 면적보다 작게 하며, 상기 배가스 유입부의 하부와 상기 촉매부의 하부의 면적의 합은 상기 배가스 유입부의 상부와 상기 촉매부의 상부의 면적의 합과 동일한 것을 특징으로 한다.

또 다른 발명은, 상기 충전층 촉매반응기와, 상기 충전층 촉매반응기의 하측으로 설치되는 배가스유입덕트와, 상기 배가스유입덕트의 하측에 설치되는 3방밸브의 하측으로 설치되는 로타리밸브와 연결되는 분진포집함과, 상기 3방밸브에 연결되어 상기 배가스유입덕트에 배가스를 공급하는 배가스공급블로워와, 상기 충전층 촉매반응기의 상측으로 설치되는 배가스배출덕트와, 상기 배가스배출덕트의 상측에 설치되는 3방밸브의 일측에 설치되는 배가스배출관과, 상기 3방밸브의 타측에 설치되는 에어공급블로워를 포함하는 충전층 촉매반응장치이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에서는 입자형 촉매 충진구조물은 망상형으로 유입가스 흐름에 장애가 되지 않도록 하며, 촉매의 재생/교체시에 구조물을 개폐할 수 있는 구조이다.

따라서 배가스 유입부, 촉매부, 배가스 유출부가 격자 구조로 설치되어 유입가스 흐름이 균일하며, 충진된 촉매의 재생 및 교체가 용이하도록 구성되었다.

또, 본 발명은 입자상 담체에 지지된 입자형 촉매를 사용하며, 유입가스의 온도 변화에 따른 탈질효율 저하를 방지하기 위해 촉매를 지지하는 구조물에 온도 조절이 가능한 전열체를 설치하였다.

그리고, 촉매층을 형성하는 구조물의 형상을 유입가스가 촉매층을 수직방향으로 통과할 수 있도록 촉매층 상단 및 하단을 차단하고 촉매층과 인접한 배가스 유출부가 차단된 반복적인 격자형 구조를 가지며 촉매층의 상부가 하부보다 넓은 구조를 형성함으로써 배가스와 촉매층의 접촉 시간을 균일하게 유지하였고, 촉매층 하단에는 분진포집함이 설치되어 배가스 유동방향과 반대방향으로 공기를 주기적으로 분사하여 촉매층 표면에 부착된 분진을 제거할 수 있도록 구성하였다.

도 1은 본 발명의 실시예1 따른 충전층 촉매반응기(100)의 부분절단 사시도이고, 도 2는 도 1의 배가스 유입부(10), 배가스 배출부(30), 촉매부(20)의 사시도 이다.

상기 배가스 유입부(10)는 대략 4각기둥의 형상으로 형성되며, 하부에는 배가스유입구(11)이 형성되고, 상부는 유입부폐쇄단(12)이 형성되어 유체의 유동을 막고 있다.

그리고, 상기 배가스 유입부(10) 내에는 상기 배가스유입구(11)와 유입부폐쇄단(12) 사이에 배가스유입공간(13)이 형성된다.

또, 상기 배가스 배출부(30)는 대략 4각기둥의 형상으로 형성되며, 상부에는 배가스배출구(32)가 형성되고, 하부는 배출부폐쇄단(31)이 형성되어 유체의 유동을 막고 있다.

그리고, 상기 배가스 배출부(30) 내에는 상기 배가스배출구(32)와 배출부폐쇄단(31) 사이에 배가스배출공간(33)이 형성된다.

또, 상기 촉매부(30)는 대략 4각기둥의 형상을 가지고, 촉매부폐쇄단(21,22)에 의해 상부와 하부 모두 막혀져 있고, 상기 촉매부폐쇄단(21,22)이 형성하는 공간에 촉매가 충진된다.

상기 촉매부(30)의 촉매는 입자형 지지체에 질소산화물 분해용 촉매를 담지 시킨 입자형 촉매를 사용할 수 있다.

또, 상기 촉매를 지지하기 위하여 망상구조물(23)을 사용하여 배가스의 유통을 자유롭게 하는 것이 바람직하며, 상기 망상구조물(23)을 면상발열체와 같은 발열체로 구성함으로써, 배가스의 온도저하를 막도록 한다.

상기와 같은 배가스유입부(10), 배가스배출부(30), 촉매부(20)는 도 1에 도 시된 바와 같이 격자구조로 배치되어 촉매반응기(100)를 구성한다.

이 때, 상기 배가스유입부(10)와 상기 배가스배출부(30)는 상기 촉매부(20)에 의해 격리되며, 이렇게 배치된 상기 촉매반응기(100)의 모습은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같다.

따라서, 상기 배가스유입부(10)로 유입된 배가스는 상기 배가스유입부(10)의 배가스유입공간(13)에서 상기 촉매부(20)를 통과하여 상기 배가스배출부(30)로 나아가 배출되게 된다.

상기 배가스유입부(10), 배가스배출부(30), 촉매부(20)는 각각의 지지구조물을 형성하고 이를 조립하거나, 격자구조의 지지구조물을 전체적으로 성형하고 필요한 위치에 촉매부(20)를 설치하고, 상부 또는 하부를 막는 것으로 배가스유입부(10)와 배가스배출부(30)를 형성하는 것도 가능하다.

도 5는 본 발명의 실시예2에 따른 것으로, 배가스유입부(10)의 배가스 유입구(11)의 면적이 실시예1보다 커지고, 상기 유입부폐쇄단(12)의 면적이 실시예1보다 작아지며, 반대로 상기 촉매부(20)의 촉매부폐쇄단(21,22)의 하부 면적은 실시예1보다 감소하고 상부면적은 실시예1보다 커졌다.

이 때, 상기 배가스유입부(10)의 상부와 상기 촉매부(20)의 상부의 면적의 합은 상기 배가스유입부(10)의 하부와 상기 촉매부(20)의 하부의 면적의 합과 같도록 한다.

상기와 같이 배가스유입부(10) 및 촉매부(20)의 형상을 달리 구성함으로써, 촉매의 높이에 따른 유입가스의 압력 분포를 균일하게 유지하고 유입가스와 촉매의 접촉 시간을 일정하게 유지하여 촉매에 의한 질소산화물 분해 성능을 일정하게 유지하는 효과가 있다.

도 6은 상기와 같은 촉매반응기(100)를 이용하여 촉매반응장치를 구성하였다.

상기 촉매반응장치는 상기 촉매반응기(100)를 통한 배가스의 정화 뿐 아니라, 상기 촉매반응기(100)에 분진이 많이 포함된 경우 이를 제거하기 위해 퍼지가 가능하도록 구성된다.

상기 촉매반응기(100)의 하측으로 배가스유입덕트(120)가 설치된다.

상기 배가스유입덕트(120)는 대략 콘형상으로 이루어지는 것이 퍼지시 분진을 모으기 용이하므로 바람직하다.

상기 배가스유입덕트(120)의 하부에는 3방밸브(150)가 설치되고, 상기 3방밸브(150)에는 나머지 2측에는 로타리밸브(180)와 배가스공급블로워(160)가 각각 설치된다.

상기 로타리밸브(180)의 하측에는 분진포집함(170)이 연결되어 설치된다.

상기 분진포집함(170)은 상기 촉매반응기(100)에 축적된 분진을 퍼지시 모으는 것으로, 상기 촉매반응장치로부터 분리가 가능한 것이 바람직하고, 상기 3방밸브(150)의 하측에 위치시켜 중력에 의해 분진이 모이도록 한다.

상기 배가스공급블로워(160)를 통해 배가스가 공급된다.

그리고, 상기 촉매반응기(100)의 상측에는 배가스배출덕트(110)가 설치되고, 상기 배가스배출덕트(110)의 상측으로 3방밸브(130)가 설치된다.

상기 3방밸브(130)의 나머지 2측에는 에어공급블로워(140)와 배출관이 각각 연결된다.

상기 촉매반응장치의 작동순서는 다음과 같다.

먼저, 상기 배가스배출덕트(110)의 3방밸브(140)를 상기 배가스배출덕트(100)와 배출관이 연결되도록 하고, 상기 배가스유입덕트(120)의 3방밸브(150)를 상기 배가스유입덕트(120)와 상기 배가스공급블로워(160)가 연결되도록 한다.

그리고, 상기 배가스공급블로워(160)를 통해 배가스를 공급하면, 배가스는 상기 배가스유입덕트(120)를 지나 상기 촉매반응기(100)으로 유입된다.

상기 촉매반응기(100)로 공급되는 배가스는 상기 배가스유입부(10)의 배가스유입구(11)을 통해 상기 배가스유입공간(13)을 채우고, 상기 배가스유입공간(13)의 배가스는 접해있는 촉매부(20)의 촉매로 침투하게 된다.

이 때, 상기 촉매부(20)에 설치된 발열체로 구성된 망상구조물(23)에 전기를 공급하여 상기 망상구조물(23)을 가열하여 상기 촉매부(20)로 유입되는 배가스의 온도를 유지시켜, 상기 촉매와 상기 배가스의 반응을 활발하게 하도록 한다.

상기 촉매부(20)로부터 나오는 정화된 가스는 상기 배가스배출부(30)의 배가스배출공간(23)에 모이게 되고, 이는 상기 배가스배출덕트(110)를 지나 배출관으로 통해 외부로 배출된다.

그리고, 시간이 경과하여 상기 촉매부(20)의 촉매에 분진이 쌓여 상기 촉매 가 제기능을 못하게 되면, 상기 배가스배출덕트(110)의 3방밸브(140)를 상기 배가스배출덕트(100)와 상기 에어공급블로워(140)가 연결되도록 하고, 상기 배가스유입덕트(120)의 3방밸브(150)를 상기 배가스유입덕트(120)와 상기 로타리밸브(180)가 연결되도록 한다.

이 때, 상기 로타리밸브(180)를 개방한다.

그리고, 상기 에어공급블로워(140)를 통해 공기를 공급하면, 상기 촉매부(20)의 촉매에 배가스의 유동방향과 반대방향의 공기가 공급되면서 상기 촉매에 포함된 분진이 상기 배가스유입부(10)를 통해 배출되게 되고, 이 분진은 상기 로타리밸브(180)를 거쳐 분진포집함(170)에 쌓이게 된다.

그리고, 다시 상기 3방밸브(130,150)를 조작하여 배가스 정화를 실시할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명을 통하여, 허니컴에 담지된 촉매를 사용하지 않고 입자형 지지체에 담지된 촉매를 이용하여 질소산화물 분해용 촉매층을 형성함으로써, 비교적 고가이 며 생산성이 낮은 허니컴 촉매 제조 시설이 필요하지 않으며, 촉매의 재사용을 위한 재생 과정이 어려운 허니컴 촉매에 비해 입자형 촉매는 그 재생이 용이하여 재생 비용 절감 효과가 있다.

또 본 발명은 입자형 담체로 충진된 촉매 반응기를 격자형 구조로 형성하여 촉매층 상부와 하부를 차단하고 촉매층과 인접한 유입가스 배출부를 차단하여 유입가스가 촉매층과 수직으로 통과하게 함으로써 유입가스가 촉매와 완전한 접촉이 이루어지도록 하여 최대 촉매 성능을 확보할 수 있다.

그리고, 촉매 반응기의 촉매층을 형성하는 망상구조물에 발열체를 적용하여 이를 통과하는 유입가스 및 촉매층의 온도를 조절함으로써 유입가스 온도 변화에 따른 질소산화물 분해 효율 저하를 방지할 수 있으며 촉매 표면에 침적된 분진을 제거할 수 있는 주기적인 탈진 시스템을 적용함으로써 고농도 분진이 함유된 유입가스에도 적용할 수 있어 다용도 질소산화물 제거 설비로 활용할 수 있는 효과를 가지고 있다.

Claims (6)

1. 상부가 폐쇄되고 하부에 배가스유입구가 형성되며 내부에 배가스유입공간을 가지는 다수의 배가스유입부;

   하부가 폐쇄되고 상부에 배가스배출구가 형성되며 내부에 배가스배출공간을 가지는 다수의 배가스배출부; 및

   상부와 하부가 폐쇄되고 촉매를 가지는 다수의 촉매부를 포함하고,

   상기 하나의 촉매부의 측부에는 배가스유입부의 측부와 배가스배출부의 측부가 맞닿고, 상기 배가스유입부와 상기 배가스배출부는 상기 촉매부에 의해 이격되도록 하여, 상기 촉매부와 배가스유입부와 배가스배출부가 격자구조를 이루는 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층 촉매반응기.
2. 제1항에 있어서, 상기 촉매부의 촉매는 입자형 지지체에 질소산화물 분해용 촉매를 담지 시킨 입자형 촉매인 것을 특징으로 하는 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층 촉매반응기.
3. 제1항에 있어서, 상기 촉매부의 측부는 촉매를 지지하고 배가스의 유통을 자유롭게 하는 망상구조물이 배치되는 것을 특징으로 하는 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층 촉매반응기.
4. 제3항에 있어서, 상기 망상구조물은 전기공급에 발열하는 발열체로 이루어져서 상기 배가스유입부로 유입되는 배가스의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층 촉매반응기.
5. 제1항에 있어서, 상기 배가스유입부의 하부의 면적을 상부의 면적보다 크게 하고, 상기 촉매부의 하부의 면적을 상부의 면적보다 작게 하며, 상기 배가스 유입부의 하부와 상기 촉매부의 하부의 면적의 합은 상기 배가스 유입부의 상부와 상기 촉매부의 상부의 면적의 합과 동일한 것을 특징으로 하는 질소산화물의 저감을 위한 온도조절기능을 가지는 충전층 촉매반응기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한항의 충전층 촉매반응기와,

   상기 충전층 촉매반응기의 하측으로 설치되는 배가스유입덕트와,

   상기 배가스유입덕트의 하측에 설치되는 3방밸브의 하측으로 설치되는 로타리밸브와 연결되는 분진포집함과,

   상기 3방밸브에 연결되어 상기 배가스유입덕트에 배가스를 공급하는 배가스 공급블로워와,

   상기 충전층 촉매반응기의 상측으로 설치되는 배가스배출덕트와,

   상기 배가스배출덕트의 상측에 설치되는 3방밸브의 일측에 설치되는 배가스배출관과,

   상기 3방밸브의 타측에 설치되는 에어공급블로워를 포함하는 충전층 촉매반응장치.

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