KR101110949B1 - 코크스 필터를 이용한 배가스 처리장치 - Google Patents

코크스 필터를 이용한 배가스 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배가스중의 SOx 및 분진을 동시에 제거하기 위한 배가스 처리장치에 있어서, 적어도 2개이상의 필터를 다수 배열하되, 상기 필터의 일측에서 배가스가 유입된 후 타측으로 배출되도록 하며, 상기 필터의 상부에서는 충진제로서 코크스가 유입되는 코크스 유입구를 구성하는 것을 특징으로 하는 코크스 필터를 이용한 배가스 처리장치를 요지로 한다. 또한, 배가스중의 SOx 및 분진을 동시에 제거하기 위한 배가스 처리방법에 있어서, 적어도 2개이상의 필터를 다수 배열하되, 상기 필터의 일측에서 배가스가 유입된 후 타측으로 배출되도록 하며, 상기 필터의 상부에서는 충진제로서 코크스가 유입되는 코크스 유입구를 구성한후, 상기 필터로 유입되는 배가스내에 NH3 를 주입하는 것을 특징으로 하는 코크스 필터를 이용한 배가스 처리방법을 요지로 한다.
배가스처리

Description

코크스 필터를 이용한 배가스 처리장치 {Flue Gas Treatment using Coke Filter}
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 나타내기 위한 도면.
도 2는 NH3 주입량에 따른 배가스중의 SOx 농도 변화를 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 코크스 2,3,4: 코크스 주입구
10: 제 1단 필터 20: 제 2 단 필터
30: 제 3 단 필터 100: 코크스 필터 장치
본 발명은 코크스 필터를 이용한 배가스 처리장치에 관한 것으로서, 특히, SOx 및 분진을 동시에 제거하기 위한 것으로서 제철소에서 부산물로 발생되는 분코크스를 충진시킨 필터를 다단으로 구비하여 배가스를 통과시키고, 배가스내에 첨가 제로 NH3 혹은 Urea를 주입시킴으로써 배가스내에 존재하는 SOx와 분진을 효율적이고 경제적으로 제거할 수 있도록 한 SOx 및 분진 동시제거용 배가스 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 종래에 배가스 중에 포함된 분진을 제거하는 방법으로 가장 많이 이용되는 방법은 전기 집진기, 여과 집진기 등을 이용하는 방법으로서, 이러한 집진기는 산업현장 등에서 다양하게 사용되고 있으며, 이와 같은 집진기 설비를 이용하면 배가스 중의 분진을 99% 이상까지도 제거할 수 있다.[W. Strauss, "Industrial Gas Cleaning" Pergamon Press, 1975]
그러나, 전기 집진기의 경우, 미세먼지가 많이 존재하는 경우 등에는 후단에서 배출되는 분진 농도를 낮추는데 한계가 있어 통상 20~50 mg/Sm3 이상의 먼지는 배출되어 버리고, 소각로 등에서는 전기 집진기 내부에서의 다이옥신의 재생성 문제 등으로 인하여 여과 집진기를 선호하고 있는 상태이다.
여과 집진기의 경우, 분진 제거효율도 좋고, 후단의 분진 배출농도를 사용조건에 따라 10 mg/Sm3 이하까지도 만족할 수도 있다는 장점이 있으나, 주기적으로 여과포를 교체해야 하는 문제점이 있으며, 여과 집진기의 설비비도 고가라는 단점이 있다.
한편, 활성탄과 같은 카본 종류의 촉매는 저온에서 SO2를 흡착하여 제거할 수 있다는 것이 잘 알려져 있기 때문에, 입상의 활성탄 등을 이용한 탈황, 탈질공정이 이미 상업화 되어 있는데, 일본특허공개 1993-105415에는 여기에 사용되는 활성탄 의 제조방법을 게시하고 있다.
이러한 입상의 활성탄을 사용할 경우 배가스중의 SOx, NOx를 흡착 제거하는 이외에 활성탄층이 필터 역할을 하기 때문에 분진도 제거할 수 있는 것으로 알려져 있으나, 여기에 사용되는 활성탄 등은 매우 고가라는 단점이 있다.
한편, 배가스중의 SOx를 제거하는 방법으로는 소석회 슬러리 등과 같은 알칼리 용액을 사용하는 습식탈황기술이 잘 알려져 있으나 설비비용이 고가라는 단점이 있으며, 건식 혹은 반건식으로 소석회를 배가스중에 분사하여 제거하는 기술은 설비는 간단하나 SOx 제거효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배가스중에 첨가제로 NH3 혹은 Urea를 주입시킴으로써 배가스내에 존재하는 SOx를 제거하고, 제철소에서 부산물로 발생되는 입상의 분코크스를 필터로 사용하여 배가스내에 존재하는 분진 및 SOx 제거에 의해 발생하는 암모늄염을 제거하므로써 배가스중의 SOx와 분진을 경제적이고, 효율적으로 동시에 제거할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 분코크스 필터를 적어도 2단 이상의 다단으로 구성하여 필터의 여과 능력을 향상시킬 수 있는 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 후술될 구성 및 작용에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 나타내기 위한 도면이고, 도 2는 NH3 주입량에 따른 배가스중의 SOx 농도 변화를 보여주는 도면으로서, 상기 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 SOx 및 분진 동시제거용 배가스 처리장치는, 배가스중의 SOx를 제거하기 위하여 배가스 배관내에 첨가제로 NH3 혹은 Urea를 주입하고, 배가스중의 분진 및 암모늄염을 제거하기 위한 필터 장치에서, 필터의 충진제로서 입상의 분코크스를 사용하고, 분코크스가 충진된 필터에 배가스가 지나감으로써 배가스내의 분진이 제거되는 것을 특징으로 한다.
배가스중에 투입되는 첨가제인 NH3는 다음과 같은 화학반응에 의하여 가스상에서 SOx와 반응하여 고체상태의 암모늄염을 생성하게 된다.
2NH3 + SO2 + H2O + 1/2O2 --> (NH4)2SO4
NH3 + SO2 + H2O + 1/2O2 --> NH4HSO4
한편, 첨가제로 NH3 대신 urea를 사용하는 경우 urea는 다음과 같은 열분해반응에 의해 NH3를 생성하게 되고, 생성된 NH3가 SOx와 반응하게 된다.
(NH2)2CO + H2O --> 2NH3 + CO2
Urea를 주입하는 경우는 열분해반응이 원활히 일어나게 하기위해서는 약 300oC 이상의 온도가 필요하기 때문에 urea 주입부를 가열하여 urea가 분해된 후 배가스내에 투입되도록 하여야 한다.
한편, NH3와 SOx의 반응에 의해 생성되는 암모늄염은 가스상의 반응에 의해 생성되기 때문에 1 ㎛ 이하의 매우 미세한 입자로 구성된다. 따라서, 일반적인 집진장치로는 포집하기가 매우 어렵다. 그러나 분코크스를 충진한 필터를 사용할 경우 필터층을 통과하면서, 암모늄염이 분코크스 표면에 침적되어 분진 포집효과를 높일 수 있기 때문에 효율적으로 포집할 수 있다.
분코크스를 충진한 필터장치에서 분코크스는 외부에서 연속적으로 투입되고 일정하게 외부로 배출되어 분진포집에 의한 차압이 발생되는 것이 억제되고, 이 충진되는 분코크스의 크기는 5 내지 40 미리미터 이내의 것이 바람직하게 이용된다.
그리고, 분코크스가 충진된 필터를 적어도 2단 이상의 복수단으로 구성하고 각 단의 필터에서 하부로 배출되는 분코크스의 속도를 서로 달리하여 구성하면 분코크스 입자에 포집된 배가스 중의 분진이 배가스 흐름에 휩쓸려 배출되거나 코크스 간의 마찰로 인하여 일부부서진 입자가 배가스 중의 분진으로 배출되는 것을 방지할 수 있도록 구성된다.
특히, 복수 단의 필터 중에서 배가스가 입력되는 측에서 분진이 가장 많이 포집되는 최전방의 필터의 코크스 배출속도를 가장 빠르게 하여 분진이 많이 포집된 분코크스를 외부로 빨리 배출시키도록 구성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 하며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 분진 제거용 코크스 필터의 필터 장치(100)를 나타내 는 개요도이다.
필터장치(100)는 도 1에 게시되는 바와 같이 배가스가 좌측으로부터 유입되어 제1단 필터(10), 제2단 필터(20), 제3단 필터(30)를 지나 우측으로 배출되도록 구성된다. 배가스가 필터 장치(100)에 유입되기 전의 배가스 배관 내에 첨가제인 NH3나 Urea를 투입하여 SOx와 반응하게된다.
그리고, 입상의 분코크스(1)는 필터장치(100)의 상측으로부터 코크스 주입구(2),(3),(4)로 주입되어 각 단의 필터(10),(20),(30)를 거친 뒤에 하측으로 배출되도록 일정한 속도로 중력낙하되게 구성되고, 코크스 주입구(2),(3),(4)와 필터(10),(20),(30) 사이에는 투입되는 분코크스(1)의 양을 조절할 수 있는 조절밸브(미도시)가 각각 구비되며, 각 단 필터(10),(20),(30)의 하부에도 배출되는 분코크스(1)의 양을 조절할 수 있는 조절 밸브(미도시)가 구비된다.
필터(10),(20),(30)에 충진되는 분코크스(1)는 제철소에서 부산물로 발생되는 분코크스중에서 대략 5 ~40mm의 범위내에서 10 ~ 16 mm 크기의 입자를 선별하여 충진한 것이다. 그리고, 조절밸브와 같은 조절 수단을 이용하여 필터(10),(20),(30) 내의 분코크스(1)가 계속 유입과 배출이 이루어지게 하는 것은 입상의 분코크스(1)를 충진한 필터(10),(20),(30)에 배가스를 통과시킬 때 배가스중의 분진이 분코크스(1)에 의해 포집되어 필터의 차압이 상승하기 때문에 차압을 일정하게 유지시켜 필터 장치(100)의 운전이 원활히 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
그리고, 필터(10),(20),(30)는 본 실시예에서 3단의 필터로 구성하였는데, 필터를 여러 단으로 중복되게 구성하는 것은 배가스의 여과능력을 보다 향상시키기 위한 구성이며, 위에서 조절 수단을 이용하여 필터(10),(20),(30)내의 분코크스(1)의 배출 속도를 서로 다르게 설정할 수 있는데, 이는 분코크스(1)가 필터 내에서 이동할때 코크스 입자에 포집된 배가스 중의 분진이 배가스 흐름에 휩쓸려 밖으로 배출되거나 코크스 간의 마찰로 인하여 일부 부서진 입자가 배가스 중의 분진 형태로 배출될 수 있기에 이를 최대한 줄여주기 위한 설정이다.
즉, 배가스 중의 분진이 많이 포집되는 최전방의 필터(10)는 분코크스(1)의 배출속도를 빠르게 설정하고, 후방의 필터(20),(30)들은 최전방의 필터(10)에 비해 배출속도가 느리게 설정되는 것이 바람직하며, 외부로 배출된 분코크스는 분진을 많이 함유하고 있기 때문에 스크린을 이용하여 분진을 털어내고 나서 재사용할 수 있다.
실시예 1
코크스 필터의 전체 크기는 700(가로) x 700(세로) x 300(길이) mm의 크기였다. 필터를 통과하는 배가스는 소결공장에서 발생되는 배가스중 일부를 Fan을 이용하여 유입하였으며, 배가스의 유량은 1000Nm3/hr이었다. 여기에 첨가제로 NH3 가스를 주입하였다.
다음 도 2에 NH3의 주입량에 따른 배가스중의 SOx의 농도변화를 나타내었다. 도 2에 의해 나타나는 NH3 주입량에 따른 배가스중의 SOx 농도변화를 보면 NH3 주 입에 의해 SOx를 10 ppm 이하까지 제거할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2
실시예 1과 같은 장치에서 NH3를 주입하지 않고 필터를 통과했을때와 통과하지 않았을때의 분진 농도 및 NH3를 주입했을때의 분진농도를 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.
시험횟수 NH3투입량 측정조건 분진농도
1 0 LITER/MIN 필터 미통과 25.6 mg/Sm3
2 O LITER/MIN 필터 통과 4.3 mg/Sm3
2 2.0 LITER/MIN 필터 미통과 365 mg/Sm3
3 2.0 LITER/MIN 필터 통과 5.0 mg/Sm3
본 발명에 따른 코크스 필터를 이용한 배가스 처리장치를 사용하여 배가스 중의 SOx 및 분진이 대부분 제거되는 탁월한 작용 효과를 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 배가스 배관내에 첨가제인 NH3나 Urea를 주입하여 SOx를 제거하고, 분진 필터링 역할을 수행하는 저렴한 분코크스를 계속적으로 위에서 아래로 공급 및 배출시키는 구성이 제공되는 효과가 있다.
그리고, 2단 이상의 다단으로 분코크스 필터를 구성함에 따라 필터의 여과능력이 향상되며, 계속적으로 분코크스를 배출시켜주는 구성에 의해 분진포집에 의한 필터내의 차압이 발생하지 않는 안전하고 효율적인 필터가 제공되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 배가스중의 SOx 및 분진을 동시에 제거하기 위한 배가스 처리장치에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내부에 적어도 2개 이상 구비되어 있는 다수개의 필터; 및
    상기 하우징 외측에 구비되며, 상기 필터에 연결되어 있는 코크스주입구;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 필터의 충진제로서 입상의 코크스를 사용하고,
    상기 코크스는 상기 코크스주입구를 통하여 외부에서 연속적으로 투입되고, 일정하게 외부로 배출시키되, 상기 필터중에서 배가스가 입력되는 최전방의 필터의 코크스 배출속도를 가장 빠르게 하도록 구성하고, 상기 필터로 유입되는 배가스내에 NH3 를 주입하는 것을 특징으로 하는 코크스 필터를 이용한 배가스 처리장치.
  2. 배가스중의 SOx 및 분진을 동시에 제거하기 위한 배가스 처리방법에 있어서,
    하우징; 상기 하우징 내부에 적어도 2개 이상 구비되어 있는 다수개의 필터; 및 상기 하우징 외측에 구비되며, 상기 필터에 연결되어 있는 코크스주입구;를 포함하여 구성되는 배가스처리장치를 이용하되,
    상기 필터의 충진제로서 입상의 코크스를 사용하고, 상기 코크스는 상기 코크스주입구를 통하여 외부에서 연속적으로 투입되고, 일정하게 외부로 배출시키되, 상기 필터중에서 배가스가 입력되는 최전방의 필터의 코크스 배출속도를 가장 빠르게 하도록 구성하고, 상기 필터로 유입되는 배가스내에 NH3 를 주입하는 것을 특징으로 하는 코크스 필터를 이용한 배가스 처리방법.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 코크스의 입자크기는 5~40mm 크기인 것을 특징으로 하는 코크스 필터를 이용한 배가스 처리방법.
  5. 배가스중의 SOx 및 분진을 동시에 제거하기 위한 배가스 처리방법에 있어서,
    하우징; 상기 하우징 내부에 적어도 2개 이상 구비되어 있는 다수개의 필터; 및 상기 하우징 외측에 구비되며, 상기 필터에 연결되어 있는 코크스주입구;를 포함하여 구성되는 배가스처리장치를 이용하되,
    상기 필터의 충진제로서 입상의 코크스를 사용하고, 상기 코크스는 상기 코크스주입구를 통하여 외부에서 연속적으로 투입되고, 일정하게 외부로 배출시키되, 상기 필터중에서 배가스가 입력되는 최전방의 필터의 코크스 배출속도를 가장 빠르게 하도록 구성하고, 상기 필터로 유입되는 배가스내에 Urea 를 주입하는 것을 특징으로 하는 코크스 필터를 이용한 배가스 처리방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000246048A (ja) 1999-03-04 2000-09-12 Yoshiyuki Ogushi 排ガス用フィルタ、及び同フィルタを具備する排ガス処理装置
KR100340384B1 (ko) * 1994-03-30 2002-10-25 만 구테호프눙쉬테 악티엔게젤샤프트 연소가스로부터유해물질을분리하는여과기

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