KR100811011B1 - 소결로 폐가스 중의 일산화탄소 처리장치 - Google Patents

소결로 폐가스 중의 일산화탄소 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배가스가 유입되는 배관(2), 상기 배관(2)에 연결설치되어 상기 배관(2)으로 유입된 배가스에 반응제를 분사하는 적어도 하나 이상의 노즐(8) 및 상기 노즐(8)의 후방에 적어도 하나 이상 구비되어 반응제가 분사된 배가스에 존재하는 일산화탄소를 제거하는 적어도 하나 이상의 일산화탄소 제거용 촉매층(10), 상기 노즐(8)로부터 분사되는 반응제가 저장되어 있는 저장탱크(14) 및 상기 촉매층(10)을 통과하며 처리된 배가스가 배출되는 배출구(6)를 포함하는 일산화탄소 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
일산화탄소, 소결로, 배가스, 촉매독, 피독

Description

소결로 폐가스 중의 일산화탄소 처리장치{Apparatus for Removing Carbon Monoxide in the Waste Gas of Sinter Machine}
도 1은 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치의 다른 양태를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치의 성능을 나타내는 도,
도 4는 최적화된 초기 반응제 사용량 측정 결과를 나타내는 도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 배관 4 : 반응기
6 : 배출구 8 : 노즐
10 : 촉매 12 : 주입펌프
14 : 저장탱크 16 : 관
18 : 조절수단 20 : 밸브
22 : 일산화탄소 측정센서
본 발명은 일산화탄소 제거장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일산화탄소 및 상기 일산화탄소를 제거하기 위한 촉매에 촉매독으로 작용하는 촉매독성분을 포함하는 배가스의 이동경로에 반응제를 분사시켜 촉매독성분이 촉매를 피독하는 것을 방지하는 일산화탄소 제거장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 소결로, 소각로 및 발전설비로부터 발생되는 배가스에는 유독물질인 일산화탄소(CO)가 포함되어 있고, 이산화탄소(C02) 레이저 장치와 같은 곳에도 이산화탄소의 분해에 의해 일산화탄소가 생성되고 있다. 이렇게 생성되는 일산화탄소는 유독물질이기 때문에 일산화탄소가 생성되는 공정에는 일산화탄소를 제거하는 장치가 구비된다. 이때, 상기 일산화탄소를 제거하는데 사용되는 방법은 대부분 촉매를 사용하여 배가스 등에 존재하는 산소와 일산화탄소를 산화반응시켜 제거하는 방법이다.
종래의 일산화탄소 제거용 촉매로 가장 많이 사용되는 촉매는 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd)과 같은 귀금속을 알루미나(Al2O3)나 티타니아(TiO2)와 같은 금속 산화물 담체에 담지시킨 촉매이다.
상기 촉매는 보통 150℃의 높은 온도에서 그 활성을 갖게 되며, 최근 개발된 저온에서의 일산화탄소 제거용 촉매는 백금 또는 팔라듐 등의 귀금속을 여러 종류 의 금속 산화물에 담지시켜 제조하고 있으나, 이 제조방법에서는 금 또는 백금 등의 고가의 귀금속을 원료물질로 사용하고 있어 생산비가 많이 소요되고, 또한 촉매제조시 금이나 백금 등과 같은 활성금속이온을 담체에 균일하게 분산시키기 위해서는 고도의 기술을 필요로 하며, Cl2, HCl, SOx, HVOCs와 같은 촉매독성분이 함유된 폐가스에 의해 활성저하가 이루어지는 결점이 있다.
그 밖의 저온에서의 일산화탄소 제거용 촉매로서 산화주석, 산화망간, 산화구리 등의 혼합물로 이루어진 홉칼라이트(Hopcalite)는 비교적 경제적이고 일산화탄소를 제거하는 효능은 좋으나, 10% 이상의 수분 존재 하에서는 그 활성이 격감하는 문제점 등이 있다.
이상과 같이 일산화탄소 제거용 촉매 및 그 제조방법에 따른 종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다.
독일 특허 제4334981호 및 제4334983호에서는 백금 촉매를 사용한 일산화탄소 선택 산화반응 공정과 반응기에 관한 특허가 발표되었으나, 이 공정에서는 촉매의 활성이 충분히 높지 못할 뿐만 아니라, 활성이 장시간 유지되지 못하는 문제점이 있다.
한편, 촉매의 성분을 변화시키는 시도도 이루어졌는데, 제올라이트에 담지된 백금 촉매(미국 특허 제5,955,395호), 이리듐계 촉매(미국 특허 제6,162,558호), 팔라듐계 촉매(미국 특허 제5,162,012호) 등이 제안되었다. 이와 같이, 활성 및 선택도가 높으면서 촉매의 활성이 장시간 유지되는 일산화탄소 산화반응용 촉매를 개발하려는 연구가 계속 이루어지고 있다.
이와 같은, 일산화탄소를 제거하기 위한 촉매는 소결로 등에서 발생되는 배가스에 포함된 Cl2, HCl, SOx, HVOCs 등과 같은 촉매독성분으로 인하여 촉매가 피독됨으로써 그 수명이 감소하는바, 이러한 문제점을 해결하기 위한 일산화탄소 처리장치의 개발이 시급한 실정이다.
이에, 본 발명자들은 전술한 문제점을 극복하기 위하여 연구를 거듭하던 중 촉매독성분이 포함된 배가스가 유입되는 촉매의 전단에 수분, 즉 물, 수증기 또는 염기성 물질 등의 반응제를 분사할 경우 촉매의 피독을 방지할 수 있다는 점을 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 촉매를 피독시키는 HCl, Cl2, SOx, HVOCs류 및 일산화탄소를 포함하는 배가스의 이동경로에 분사수단으로써 노즐을 구비시켜 반응제를 분사함으로써 촉매의 피독을 방지하는 동시에 일산화탄소를 제거하는 일산화탄소 제거장치 및 방법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.
한 가지 관점에서, 본 발명은 배가스가 유입되는 배관, 상기 배관에 연결설 치되어 상기 배관으로 유입된 배가스에 반응제를 분사하는 적어도 하나 이상의 노즐 및 상기 노즐의 후방에 적어도 하나 이상 구비되어 반응제가 분사된 배가스에 존재하는 일산화탄소를 제거하는 적어도 하나 이상의 일산화탄소 제거용 촉매층, 상기 노즐로부터 분사되는 반응제가 저장되어 있는 저장탱크 및 상기 촉매층을 통과하며 처리된 배가스가 배출되는 배출구를 포함하는 일산화탄소 처리장치를 제공한다.
다른 관점에서, 소결로에서 발생하는 일산화탄소를 포함하는 배가스에 반응제를 분사하고, 반응제가 분사된 배가스를 촉매가 구비된 촉매층으로 통과시켜 일산화탄소를 처리하는 배가스 처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일산화탄소 제거용 촉매는 소결로에서 발생하는 일산화탄소를 포함하는 배가스가 유입되어 상기 배가스에 포함된 일산화탄소를 처리하는 것으로서, 이러한 목적을 위하여 당업계에서 통상적으로 사용하는 촉매라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 귀금속 촉매를 사용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 주촉매로서 귀금속 계열 중 백금족과, 조촉매로서 전이금속 계열 중 3B족과, 금속 산화물 담체로서 비표면 면적이 넓은 다공성 담체를 포함하는 내피독성 촉매를 사용하는 것이 좋다.
특정적으로, 본 발명에 따른 일산화탄소 제거장치에 사용되는 일산화탄소 제거용 촉매층(10)는 하기 화학식(Ι)로 표시되는 일산화탄소를 산화제거하기 위한 내피독성 촉매를 사용할 수 있다.
화학식(Ι)
A-X/Y
여기서, 상기 화학식(Ι)의 A는 전이금속 계열 중의 3B족 물질이고, X는 백금족 물질이며, Y는 금속 산화물 담체를 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 일산화탄소 제거용 촉매로 사용 가능한 내피독성 촉매를 구성하는 주촉매는 귀금속 계열 중 백금족, 예컨대 주기율표상의 제 8족에 속하는 원소 중 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 류테늄(Ru) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있고, 바람직하게는 백금을 사용하는 것이 좋다.
다른 특정 양태로서, 상기 주촉매는 산화물, 히드록사이드, 산, 할라이드, 암모늄염, 할라이드 착체, 니트레이트, 올레핀 착체, 프탈로시아닌 또는 아세틸아세토네이트 등 질소 함유 리간드(ligands)를 가진 착체형태로 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 일산화탄소 제거용 촉매로 사용 가능한 내피독성 촉매의 조촉매는 전이금속 계열 중 3B족, 예컨대 주기율표상의 제 3B족에 속하는 원소 중 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인디움(In), 티타늄(Ti) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 갈륨을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 담체는 주촉매 및 조촉매를 담지시키는 금속 산화물로서, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 마그네시아, 세리아, 실리카, 텅스텐 산화물로 구성된 군으로부터 선택되어지는 하나 이상의 금속 산화물을 사용할 수 있고, 바람직 하게는 티타니아 또는 알루미나를 사용하는 것이 좋다.
필요에 따라, 상기 티타니아는 실리카 또는 텅스텐을 첨가하여 사용할 수 있고, 알루미나는 보헤마이트(Bohemite) 형태를 사용할 수 있다.
상기 담체는 80 내지 200m2/g의 비표면적을 갖고, 그 형상은 미립자형, 펠렛형, 플레이트형, 하니컴형 등을 목적에 따라 임의로 선택할 수 있으며, 담체의 유동 통로는 사다리꼴, 직사각형, 사각형, 사인곡선, 육각형, 타원형 또는 원형과 같은 임의의 적절한 단면 형태 및 크기를 가질 수 있는 얇은 벽 채널일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 촉매는 당업계에서 통상적으로 사용되고 있는 방법으로 제조되는데, 이하 본 발명에 따른 일산화탄소 제거용 촉매로 바람직한 내피독성 촉매의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 금속 산화물 담체에 백금족 물질을 담지시킨다. 백금족의 전구체는 특별히 제한적이지 않고, 백금족 물질의 담지 방법 또한 제한적이지 않다. 백금족 물질을 담지한 후에는 열처리 공정을 거치며, 공기 분위기에서 100 내지 200℃, 바람직하게는 약 120℃로 1 내지 3시간, 바람직하게는 약 2시간 동안 건조 후 약 400 내지 550℃, 바람직하게는 약 500℃에서 1 내지 3시간, 바람직하게는 약 2시간 동안 소성한다.
그 다음, 담지된 백금 촉매에 전이금속 계열 중 3B족 물질을 첨가한다. 이때 상용 백금 담지 촉매를 그대로 사용할 수도 있다. 상기 3B족 물질의 전구체로는 어떤 화합물의 형태도 쓰일 수 있다. 3B족 물질은 함침법으로 담지하는데 건식 또는 습식 함침법 모두 가능하다. 3B족이 담지된 촉매는 공기 분위기에서 100 내지 200℃, 바람직하게는 약 120℃로 1 내지 3시간, 바람직하게는 약 2시간 동안 건조 후 약 400 내지 550℃, 바람직하게는 약 500℃에서 1 내지 3시간, 바람직하게는 약 2시간 동안 소성한다. 이때, 금속 산화물 담체 100중량%를 기준으로 제조된 촉매는 백금족 물질이 0.1 내지 1중량% 및 3B족 물질이 5 내지 10상술한 방법에 의해 제조된 촉매는 촉매독성분이 존재하는 가스 중 일산화탄소를 산화 반응시킨다. 이 때 통상의 고정층 상압 흐름 반응기를 이용하여 먼저, 촉매를 반응기에 채운 다음 수소를 흘려주면서 300 내지 500℃의 전 처리를 한 후, 일산화탄소가 포함된 기체 혼합물을 공급하여 연속적으로 일산화탄소를 산화시킨다. 전 처리 및 반응 시 기체의 공간 속도는 5,000 내지 60,000 h- 1 이고, 반응물의 조성은 일산화탄소 0.1 내지 1부피%, 수소 1 내지 75부피%, 산소 10 내지 15부피%, 수증기 0 내지 30부피%, o-DCB 0.05 내비 0.1부피%, HCl 0.8 내지 1.2부피%, Cl2 0.3 내지 0.5부피%, SO2는 1 내지 1.2부피%이다.
본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 일산화탄소를 포함하는 배가스는 소결로에서 발생하는 배가스를 지칭하는 것으로서, 상기 소결로에서 발생하는 배가스에는 통상적으로 상기 일산화탄소 이외에 Cl2, HCl, SOx, HVOCs와 같은 촉매독성분 및 질소산화물 등이 함께 포함될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반응제는 노즐 등의 분사수단으로부터 일산화탄소가 포함된 배가스로 분사되어 상기 배가스에 존재하는 Cl2, HCl, SOx, HVOCs와 같은 촉 매독성분이 촉매를 피독시키는 것을 방지함과 동시에 상기 배가스에 존재하는 일산화탄소를 이산화탄소 등으로 전환시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 통상적으로 상기 배가스의 부피를 기준으로 10부피% 이상이 되도록 한다.
여기서, 상기 반응제는 촉매독성분이 촉매를 피독하지 못하도록 하는 물질 및/또는 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시킬 수 있는 물질이라면 어느 것을 사용하여도 무방하며, 대표적으로 사용 가능한 물질은 물(H2O), 수증기 등의 수분, H2O2, NaOH, KOH와 같은 염기성 물질 또는 이들의 혼합물이 있고, 바람직하게는 물 및/또는 수증기 등의 수분이 좋다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치를 나타내는 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치의 다른 양태를 나타내는 구성도로서 함께 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치는 소결로에서 발생하는 일산화탄소를 포함하는 배가스가 유입되는 배관(2), 상기 배관(2)에 연결설치되고 상기 배관(2)으로 유입된 배가스에 반응제를 분사하는 적어도 하나 이상의 노즐(8) 및 상기 노즐(8)의 후방에 적어도 하나 이상 구비되어 반응제가 분사된 배가스에 존재하는 일산화탄소를 제거하는 일산화탄소 제거용 촉매 층(10), 상기 노즐(8)로부터 분사되는 반응제가 저장되어 있는 저장탱크(14) 및 상기 반응기(4)의 촉매층(10)을 통과하며 처리된 배가스가 배출되는 배출구(6)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 유입되는 배가스에 포함된 일산화탄소를 산화시키기 위한 부분으로서, 노즐(8) 및 촉매층(10) 등이 설치되는 장소를 본 발명에서는 반응기(4)로 지칭할 수 있다.
이때, 상기 반응기(4)에 설치되는 상기 노즐(8) 및 촉매층(10)은 일산화탄소를 포함하는 배가스가 유입되는 방향에 대하여 노즐(8)이 촉매층(10)의 전단에 설치되어 하나의 쌍을 이루게 되고, 상기 노즐(8) 및 촉매층(10)이 적어도 하나 이상 설치될 경우에는 노즐(8) 및 촉매층(10)이 순차적으로 설치된 하나의 쌍이 반복 설치된다.
특정적으로, 본 발명에 따른 일산화탄소 제거장치는 상기 저장탱크(14)와 노즐(8) 사이에 상기 저장탱크(14)에 저장된 반응제를 노즐(8)로 이송하는 주입펌프(12)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 배관(2)은 소결로에서 발생되는 일산화탄소가 포함된 배가스가 유입되도록 그 일측이 소결로의 배가스 이동경로에 연결설치되어 있고, 그 타측으로는 상기 일산화탄소를 포함하는 배가스의 일산화탄소를 산화시키는 반응기(4) 및 처리된 배가스가 배출되는 배출구(6)가 순차적으로 연결설치되어 있다.
본 발명에 따른 노즐(8)은 상기 반응기(4)의 내부에 설치되어 반응제를 상기 반응기(4)를 통과하는 일산화탄소가 포함된 배가스에 분사하기 위한 것으로서, 상 기 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 형태로 설치되어도 무방하지만, 바람직하게는 상기 반응기(4) 내부 일측에 1단 또는 다단으로 설치되어, 상기 반응기(4)를 따라 유입되는 200 내지 300℃의 일산화탄소를 포함하는 배가스에 반응제를 용이하게 분사할 수 있도록 하는 것이 좋다.
여기서, 1단이라 함은 하나의 관(16)에 다수개의 구멍을 구비시킨 뒤 상기 다수개의 구멍에 노즐(8)을 체결하여 구성한 것을 의미하며, 상기 1단을 적어도 하나 이상 구비시킨 것을 다단이라 한다.
한편, 전술한 다단은 물, 수증기, H2O2 및/또는 염기성 물질 등의 반응제를 반응기(4)에 분사시킬 경우, 반응제 자신의 산화에 따라 분사된 반응제의 용량 대비 실제 산화반응에 사용된 반응제의 양을 산출하여 분사되는 반응제의 양이 적당량 사용된 것인가를 판단할 수 있고, 동일한 양의 반응제를 기준으로 1단으로 배가스를 처리하는 것에 비하여 높은 일산화탄소 제거율을 나타내고, 촉매독성분이 촉매를 피독하는 것을 방지하여 촉매의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치는 필요에 따라, 상기 관(16)의 내부를 통과하여 흐르는 유체의 흐름을 조절할 수 있도록 상기 관(16)의 일측에 밸브(20)를 구비하고, 상기 배관(2), 반응기(4) 및 배출구(6)를 통과하는 배가스의 일산화탄소 농도를 측정하는 일산화탄소 측정센서(22)를 적어도 하나 이상 구비시키고, 상기 일산화탄소 측정센서(22)와 밸브(20)에 연결설치하여 상기 일산화탄소 측정센서(22)로부터 입력되는 일산화탄소 농도 측정값을 근거로 밸브(20)의 개폐율을 조 절하는 수단(20)을 더 구비할 수 있다.
이때, 상기 일산화탄소 측정센서(22)는 상기 배관(2), 반응기(4) 및 배출구(6)를 흐르는 배가스의 일산화탄소 농도를 용이하게 측정할 수 있는 위치라면 상기 배관(2), 반응기(4) 및 배출구(6) 내부의 어느 곳에 설치되어도 무방하다.
한편, 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치는 필요에 따라, 노즐(8) 및 상기 노즐(8)이 연결 설치하다 있는 관(16)의 외주면을 단열재로 처리하여 200 내지 300 ℃로 배출되는 배가스의 온도에 의해 반응제가 미리 연소되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 고열로부터 노즐(8) 및 관(16)의 내부에 흐르는 반응제를 보다 더 효율적으로 보호하기 위하여, 상기 단열재를 사용하는 것 외에 관(16) 및/또는 노즐(8)의 내부에 공기가 이동할 수 있는 이동경로를 구비시킨 후 공기가 이동할 수 있는 이동경로에 외부의 차가운 공기를 이동시켜 고온의 배가스로부터 반응제가 연소되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 상기 노즐(8)은 반응제를 분사하기 위한 것으로서, 그 일측으로는 반응제가 저장되어 있는 저장탱크(6)가 연결설치되어 상기 저장탱크(6)로부터 반응제를 공급받는다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 노즐(8)과 저장탱크(6) 사이에 저장탱크(6)의 반응제를 이송할 수 있는 주입펌프(12)를 더 구비시켜 반응제의 이송 및 이송되는 반응제의 양을 용이하게 조절할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치의 작용방법을 살펴보면 다음과 같다.
소결로에서 일산화탄소를 함유한 배가스가 발생하면, 상기 배가스는 배관(2)을 통과하여 노즐(8) 및 촉매층(10)이 구비된 반응기(4)로 이송되며, 상기 촉매층(10)이 구비된 반응기(4)는 촉매전단의 온도를 기준으로 200 내지 400℃의 범위에서 운전이 가능하다.
다음, 저장탱크(6)에 채워져 있는 반응제를 노즐(8)로 이송, 바람직하게는 주입펌프(8)를 이용하여 이송시킨다.
그 다음, 상기 반응기(4)의 내부에 구비된 노즐(8)로 이송된 반응제는 상기 반응기(4)를 통과하며 흐르는 일산화탄소를 포함하는 배가스에 분사되며, 그 사용량은 통상적으로 상기 반응기(4)로 유입되는 배가스의 부피를 기준으로 10부피%이상이 되도록 한다.
그 다음, 상기 반응제가 분사된 배가스는 상기 노즐(8)의 후방에 설치되어 있는 촉매층(10)을 통과하며 상기 배가스에 포함되어 있는 일산화탄소가 이산화탄소로 산화되어 제거된다.
그 다음, 상기 일산화탄소가 제거된 배가스는 상기 반응기(4)의 종단부에 연결 설치된 배출구(6)를 통과하여 외부로 배출된다.
한편, 본 발명에 따른 일산화탄소 처리장치는 그 일측에 배가스에 포함된 일산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 일산화탄소 측정센서(22)를 구비하고, 상기 일 산화탄소 측정센서(22)로부터 측정된 일산화탄소의 농도 측정값을 근거로 밸브(20)의 개폐율을 조절하는 수단(20)을 구비시켜 보다 효율적으로 배가스를 처리할 수 있다.
먼저 장치의 구성은 배관(2)의 내부에 다수개의 노즐(8)이 설치되어 있는 관(16)을 적어도 하나 이상 구비시킨 뒤 상기 관(16)을 주입펌프(10)에 연결설치하고, 상기 배관(2), 반응기(4) 및 배출구(6)의 내부에 일산화탄소 측정센서(20)를 적어도 하나 이상 설치한다.
여기서, 상기 각각의 관(16) 일측에는 개폐율의 조절이 가능한 밸브(20)가 구비되어 있으며, 상기 밸브(20) 및 일산화탄소 측정센서(20)는 조절수단(18)에 연결 설치하다 있다.
소결로에서 일산화탄소를 함유한 배가스가 발생하면, 상기 배가스는 다수개의 노즐(8)이 구비된 관(16)이 설치되어 있는 반응기(4)로 이송된다.
이때, 상기 배관(2), 반응기(4) 및 배출구(6)의 내부에 구비된 일산화탄소 측정센서(20)는 상기 배가스에 포함되어 있는 일산화탄소의 농도를 측정한 뒤 그 측정값을 조절수단(18)으로 송신한다.
그 다음, 상기 조절수단(18)은 상기 일산화탄소 측정센서(22)로부터 수신되는 일산화탄소 농도 측정값을 근거로 상기 촉매층(10)의 일산화탄소 제거율을 산정하여 피독된 촉매층(10) 전단에 설치되어 있는 관(16)의 밸브(20) 개폐율을 증가시키고 피독되지 않은 촉매층(10) 전단에 구비된 노즐(8)이 설치된 관(16)의 개폐율을 감소시킨다.
그 다음, 저장탱크(6)에 채워져 있는 반응제를 주입펌프(8)를 이용하여 상기 밸브(20)가 개방된 관(16)으로 이송시킨다.
그 다음, 상기 반응기(4)의 내부에 구비된 밸브(20)가 개방된 관(16)으로 이송된 반응제는 상기 관(16)에 설치된 노즐(8)을 통과하여 반응기(4) 내부를 통과하는 일산화탄소가 포함된 배가스에 분사된다.
그 다음, 상기 반응제가 분사된 배가스는 상기 노즐(8)의 후방에 구비된 촉매층(10)을 통과하며 상기 배가스에 포함된 일산화탄소가 이산화탄소로 산화되어 처리된다.
그 다음, 상기 이산화탄소로 전화되어 처리된 배가스는 상기 반응기(4)의 종단부에 연결 설치된 배출구(6)를 통과하여 외부로 배출하게 된다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 1에 도시된 바와 같이, SUS 304로 제작한 높이 15cm, 너비 15cm, 길이 100cm의 직사각형 반응기[기보, 대한민국]를 제작한 후 상기 반응기의 내부 전단 일측에 다수개의 노즐[TN050-SRW, 토탈노즐, 대한민국]이 구비된 관을 설치하였다.
그 다음, 상기 다수개의 노즐[TN050-SRW, 토탈노즐, 대한민국]이 구비된 관 의 후방으로 실시예 1에 의하여 제조된 촉매층을 설치하였다.
그 다음, 저장탱크에 반응제로 증류수[영린과학, 대한민국]를 채워 넣은 뒤 상기 저장탱크를 주입펌프[M930, 영린, 대한민국]에 연결설치하고, 상기 주입펌프[M930, 영린, 대한민국]를 노즐[TN050-SRW, 토탈노즐, 대한민국]이 설치된 관에 연결 설치하였다.
그 다음, 소결로 공정에서 배출되는 배가스를 모사하기 위해 하기 표 1의 조성을 갖는 배가스를 상기 반응기 전단에 주입하였으며, 질량유속제어기[F-201C-FAC-22-V, 브롱크호스트, 네덜란드]를 이용하여 그 유량을 조절하였다.
Figure 112006056896116-pat00001
한편, 상기반응기로 유입되는 배가스가 배관을 통과함과 동시에 주입펌프[M930, 영린, 대한민국]를 이용하여 증류수를 노즐[TN050-SRW, 토탈노즐, 대한민국]로 공급하여 배관을 통과하는 배가스에 상기 증류수를 분사하였다.
이때, 반응기에 주입되는 증류수의 양은 배가스의 부피에 대응하여 10%이상 이 되도록 조절되었으며, 상기 반응기 내부에 K형 열전대를 구비시켜 반응기의 온도를 측정하였다.
한편, 반응조건으로서 온도는 100 내지 500℃이고, 공간속도는 40,000h-1로 하였으며, 50시간 동안 연속적으로 반응시켜 촉매의 성능향상과 촉매 내피독성 실험을 수행하였다.
여기서, 상기 공간속도는 하기 수학식 1로 계산하였다.
Figure 112006056896116-pat00002
또한, 촉매반응 전후의 배가스 농도는 휴대형 일산화탄소 분석기[MK2, 유로트론, 이탈리아]를 이용하여 분석하였으며, 각 촉매 상에서의 일산화탄소 제거효율은 하기 수학식 2로 계산하였다.
Figure 112006056896116-pat00003
그 결과를 도 3으로 나타냈다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 반응제로 주입되는 증류수의 양을 0%부터 50%까지 조절하여 최적화된 초기 반응제 사용량 측정 실험을 수행하였다.
그 결과를 도 4로 나타내었다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 반응제 주입을 생략하여 촉매의 성능과 촉매 내피독성 실험을 수행하였다
그 결과를 도 3으로 나타내었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 전술한 바와 같이, 촉매를 이용하여 소결로에서 발생하는 배가스 에 존재하는 일산화탄소를 제거할 경우 상기 배가스에 포함된 촉매독성분으로 작용하는 성분에 반응제를 분사함으로써 촉매의 피독을 방지하여 촉매의 수명을 연장시키는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 배가스가 유입되는 배관, 상기 배관에 연결설치되어 상기 배관으로 유입된 배가스에 반응제를 분사하는 적어도 하나 이상의 노즐 및 상기 노즐의 후방에 적어도 하나 이상 구비되어 반응제가 분사된 배가스에 존재하는 일산화탄소를 제거하는 하기 화학식(Ⅰ)로 표시되는 일산화탄소를 산화제거하기 위한 내피독성 촉매인 일산화탄소 제거용 촉매층, 상기 노즐로부터 분사되는 반응제가 저장되어 있는 저장탱크 및 상기 촉매층을 통과하며 처리된 배가스가 배출되는 배출구를 포함하는 소결로 폐가스 중의 일산화탄소 처리장치:
    화학식(Ι)
    A-X/Y
    여기서, 상기 화학식(Ι)의 A는 전이금속 계열 중의 3B족 물질이고, X는 백금족 물질이며, Y는 금속 산화물 담체를 나타냄.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저장탱크와 노즐 사이에 저장탱크에 저장된 반응제를 노즐로 이송하는 주입펌프가 더 구비된 것을 특징으로 하는 일산화탄소 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐이 적어도 하나 이상 연결설치된 관을 하나의 단으로 하여 적어도 하나 이상의 단이 반응기 내부에 설치되고, 각 단의 후방으로 촉매층을 설치하여 상기 단을 통하여 공기 및 반응제가 배가스로 분사되도록 한 것을 특징으로 하는 일산화탄소 처리장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 관의 일측에 위치하여 각각의 관 내부를 통과하여 흐르는 유체의 흐름을 조절할 수 있도록 한 밸브, 상기 배가스의 이동경로를 제공하는 배관, 반응기 및 배출구에 적어도 하나 이상 구비되어 흐르는 배가스의 일산화탄소의 농도를 측정하는 일산화탄소 측정센서 및 상기 일산화탄소 측정센서와 밸브에 연결설치되어 상기 일산화탄소 측정센서로부터 입력되는 일산화탄소의 농도 측정값을 근거로 밸브의 개폐율을 조절하는 조절수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 일산화탄소 처리장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 담체가 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 마그네시아, 세리아, 실리카, 텅스텐 산화물로 구성된 군으로부터 선택되어지는 하나 이상의 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 일산화탄소 처리장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 3B족 물질이 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인디움(In), 티타늄(Ti) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 일산화탄소 처리장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 백금족 물질이 백금, 팔라듐, 이리듐, 오스뮴, 로듐 또는 류테늄인 것을 특징으로 하는 일산화탄소 처리장치.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응제가 물, 수증기, H2O2, NaOH, KOH 등의 염기성 물질 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 일산화탄소 처리장치.
  10. 소결로에서 발생한 일산화탄소를 포함하는 배가스를 노즐 및 촉매층이 구비된 반응기로 이송하는 단계;
    저장탱크에 채워져 있는 반응제를 노즐로 이송시켜 분사함으로써 반응기로 유입된 일산화탄소를 포함하는 배가스에 반응제를 분사하는 단계; 및
    상기 반응제가 분사된 일산화탄소를 포함하는 배가스를 하기 화학식(Ⅰ)로 표시되는 일산화탄소를 산화제거하기 위한 내피독성 촉매인 일산화탄소 제거용 촉매층을 통과시켜 일산화탄소가 이산화탄소로 산화되어 제거되는 단계를 포함하는 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 소결로 폐가스 중의 일산화탄소 처리장치를 이용한 일산화탄소 처리방법:
    화학식(Ι)
    A-X/Y
    여기서, 상기 화학식(Ι)의 A는 전이금속 계열 중의 3B족 물질이고, X는 백금족 물질이며, Y는 금속 산화물 담체를 나타냄.
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