KR101278551B1 - 배기가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

배기가스 처리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 활성탄을 이용하여, 횡방향 일측으로 유입되어 횡방향 타측으로 유출되는 배기가스 중 황산화물(SOX)을 제거하는 탈황부; 및 탈황부를 통과한 배기가스가 하부로 유입되며, 활성탄 및 환원제를 이용하여 배기가스 중 질소산화물(NOX)을 제거하는 탈질부를 포함하는 배기가스 처리 장치가 제공된다.

Description

배기가스 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스 처리 장치에 관한 것이다.
제철 공정 중의 소결 공정 등에서는 소결배가스 등과 같은 배기가스가 생성될 수 있으며, 이러한 배기가스에는 황산화물(SOX) 및 질소산화물(NOX)이 함유되어 있다.
따라서 배기가스는 이러한 황산화물과 질소산화물이 제거된 뒤, 대기 중으로 배출될 필요가 있으며, 이를 위해서 배기가스 처리 장치가 이용될 수 있다.
배기가스 처리 장치는 다양한 반응에 의해 황산화물 및 질소산화물을 제거할 수 있다. 그리고 이와 같이 황산화물 또는 질소산화물의 제거를 위한 다양한 반응에 따라 반응 생성물이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예는, 배기가스 처리 효율을 증가시킴과 동시에, 반응 생성물에 의한 활성탄 고착화를 최소화할 수 있는 배기가스 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 활성탄을 이용하여, 횡방향 일측으로 유입되어 횡방향 타측으로 유출되는 배기가스 중 황산화물(SOX)을 제거하는 탈황부; 및 탈황부를 통과한 배기가스가 하부로 유입되며, 활성탄 및 환원제를 이용하여 배기가스 중 질소산화물(NOX)을 제거하는 탈질부를 포함하는 배기가스 처리 장치가 제공된다.
탈황부는 횡방향 일측에 배기가스가 유입되는 제1 배기가스 유입구가 형성되고 횡방향 타측에 배기가스가 유출되는 제1 배기가스 유출구가 형성되어, 내부에서 배기가스가 횡방향으로 유동되며, 탈질부는 하부에 배기가스가 유입되는 제2 배기가스 유입구가 형성되고 상부에 배기가스가 유출되는 제2 배기가스 유출구가 형성되어, 내부에서 배기가스가 종방향으로 유동될 수 있다.
탈황부는 활성탄이 충진되는 탈황 반응조를 포함하여 이루어지며, 탈황 반응조는 횡방향을 따라 복수로 배치될 수 있다.
배기가스 처리 장치는, 복수의 탈황 반응조의 하부에 각각 설치되어 활성탄의 배출 속도를 조절하는 복수의 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.
복수의 조절 밸브는 서로 독립적으로 작동 가능하다.
탈황 반응조의 하부는 하측으로 갈수록 단면적이 감소될 수 있다.
탈질부는 활성탄이 충진되는 탈질 반응조를 포함하여 이루어지며, 탈질 반응조의 하부는 하측으로 갈수록 단면적이 감소될 수 있다.
황산화물은 활성탄에 흡착되어 배기가스로부터 제거될 수 있다.
탈황부의 횡방향 일측에는 환원제가 주입되는 제2 환원제 주입구가 마련되며, 황산화물은 황산화물과 환원제의 반응에 의해 반응 생성물이 생성됨에 따라 배기가스로부터 제거될 수 있다.
반응 생성물은 황산암모늄((NH4)2SO4)을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
탈질부의 하부에는 환원제가 주입되는 제1 환원제 주입구가 마련되며, 질소산화물은 활성탄을 촉매로 하는 환원 반응에 의해 배기가스로부터 제거될 수 있다.
환원제는 암모니아(NH3)를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
탈질부는 탈황부의 상측에 배치되고, 활성탄은 탈질부의 상부로 투입되어 탈황부의 하부로 배출되며, 탈질부와 탈황부를 순환할 수 있다.
배기가스 처리 장치는, 탈황부의 하부로 배출되는 활성탄을 재생시켜 탈질부의 상부로 투입하기 위한 활성탄 재생부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 처리 효율을 증가시킬 수 있으며, 반응 생성물에 의한 활성탄 고착화를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 장치를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 배기가스 처리 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 활성탄(10) 및 환원제(30)를 이용하여 배기가스(20) 내의 황산화물(SOX)과 질소산화물(NOX)을 처리하기 위한 배기가스 처리 장치(100)로서, 처리조(110), 탈황부(120), 탈질부(130) 및 활성탄 재생부(150) 등을 포함하는 배기가스 처리 장치(100)가 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 직교류(cross flow) 방식으로 배기가스(20)로부터 황산화물을 제거한 뒤, 이러한 배기가스(20)로부터 대향류(counter flow) 방식으로 질소산화물을 제거함으로써, 배기가스(20) 처리 효율을 보다 증가시킬 수 있으며, 반응 생성물에 의한 활성탄(10)의 고착화를 최소화할 수 있다.
탈황부(120)의 경우, 상측에서 하측 방향으로 유동하는 활성탄(10)에 대해 직교류 방식으로 배기가스(20)가 주입될 수 있다. 직교류 방식의 경우 대향류 방식에 비해 활성탄(10)의 유동 속도를 증가시킬 수 있으므로, 배기가스(20) 내의 황산화물과 환원제(30), 예를 들어 암모니아(NH3)의 반응에 의해 반응 생성물, 예를 들어 황산암모늄((NH4)2SO4) 등이 생성되더라도 활성탄(10)은 탈황부(120)로부터 보다 용이하게 배출될 수 있다. 이에 따라, 탈황부(120) 내에 반응 생성물이 고착화되어 활성탄(10)의 유동을 방해하는 것을 최소화할 수 있다.
그리고 탈질부(130)의 경우, 활성탄(10)의 유동에 대해 대향류 방식으로 배기가스(20)가 주입될 수 있다. 대향류 방식의 경우 직교류 방식에 비해, 편류 현상 등이 적으므로, 배기가스(20)로부터 질소산화물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 이 뿐만 아니라, 탈황부(120)에 환원제(30)를 적용하는 경우 탈황부(120)에서도 질소산화물이 일부 제거될 수 있으므로, 본 실시예와 같이 직교류와 대향류 방식을 복합적으로 적용하는 경우 보다 효과적으로 배기가스(20)의 처리가 가능하게 된다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
처리조(110)에는 도 1에 도시된 바와 같이 탈황부(120) 및 탈질부(130)가 마련될 수 있으며, 활성탄 투입로(111), 활성탄 배출로(112), 제1 배기가스 유입구(122), 제1 배기가스 유출구(124), 제2 배기가스 유입구(132), 제2 배기가스 유출구(134), 제2 환원제 주입구(123), 및 제1 환원제 주입구(133)가 각각 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 탈질부(130)는 탈황부(120)의 상측에 배치될 수 있으며, 활성탄(10)은 탈질부(130) 상부의 활성탄 투입로(111)를 통해 투입되어 탈질부(130)를 거쳐 탈황부(120) 하부의 활성탄 배출로(112)를 통해 배출될 수 있다. 이러한 활성탄(10)은 탈질부(130)와 탈황부(120)를 연속적으로 순환할 수 있으며, 순환 과정 중, 활성탄 재생부(150)에 의해 활성탄(10) 재생 공정이 이루어질 수 있다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이 배기가스(20)는 처리조(110)의 횡방향 일측에 형성된 제1 배기가스 유입구(122)를 통해 유입되어 탈황부(120)를 통과하고 제1 배기가스 유출구(124)를 통해 배출되며, 이후 배기가스(20)는 제2 배기가스 유입구(132)로 유입되어, 제1 환원제 주입구(133)를 통해 유입되는 환원제(30)와 혼합되고 탈질부(130)를 거쳐 제2 배기가스 유출구(134)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이 경우, 제1 배기가스 유입구(122)에는 제2 환원제 주입구(123)가 마련될 수 있으며, 이러한 제2 환원제 주입구(123)를 통해 탈황부(120)에도 환원제(30)가 유입될 수 있다.
본 실시예의 경우, 탈황부(120)와 탈질부(130)는 처리조(110)의 일부분으로서 처리조(110)와 일체로 형성되는 경우를 일 예로서 제시하고 있으나, 이와는 달리 탈황부(120) 및 탈질부(130)가 처리조(110)와는 별도의 구성으로 마련된 후 처리조(110) 내부에 설치될 수도 있음은 물론이다.
탈황부(120)는 활성탄(10)을 이용하여 배기가스(20)로부터 황산화물을 제거할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 탈황부(120) 내부에는 활성탄(10)이 충전될 수 있으며, 배기가스(20)에 함유된 황산화물은 이러한 활성탄(10)에 흡착됨으로써 배기가스(20)로부터 제거될 수 있다. 그리고 탈황부(120) 내에 제2 환원제 주입구(123)를 통해 환원제(30)가 주입되는 경우 황산화물은 황산화물과 환원제(30)의 반응에 의해 반응 생성물이 생성됨에 따라 배기가스(20)로부터 제거될 수 있다.
탈황부(120)에의 환원제(30) 주입 여부는 배기가스(20) 내의 황산화물 농도에 따라 결정될 수 있다. 즉, 황산화물의 농도가 낮은 경우 환원제(30)의 주입 없이 활성탄(10)의 흡착 작용만을 이용하여 황산화물이 제거될 수 있으며, 황산화물의 농도가 높은 경우 환원제(30)를 주입함으로써 활성탄(10)의 흡착 작용과 함께 환원제(30)와의 반응에 의해 황산화물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 탈황부(120)는 횡방향 일측에 배기가스(20)가 유입되는 제1 배기가스 유입구(122)가 형성되고 횡방향 타측에 배기가스(20)가 유출되는 제1 배기가스 유출구(124)가 형성되어, 도 1의 a와 같이 내부에서 배기가스(20)가 횡방향으로 유동될 수 있다. 이에 따라 탈황부(120)를 통과하는 배기가스(20)는 상측에서 하측으로 유동하는 활성탄(10)에 대해 직교류 유동을 가지게 되므로, 반응 생성물이 생성되는 경우에도 보다 효과적으로 활성탄(10)의 배출이 가능하게 된다.
탈황부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 활성탄(10)이 충진되는 탈황 반응조(126)로 이루어질 수 있으며, 탈황 반응조(126)의 하부는 하측으로 갈수록 단면적이 감소되는 형상을 가질 수 있다.
이러한 탈황 반응조(126)는 횡방향을 따라 복수로 배치될 수 있다. 그리고 이들 복수의 탈황 반응조(126)의 하부에는 활성탄(10)의 배출 속도를 조절하기 위한 복수의 조절 밸브(142, 144)가 각각 설치될 수 있다. 이와 같은 조절 밸브(142, 144)로는 로터리 밸브(rotary valve) 등이 이용될 수 있다.
이와 같은 복수의 조절 밸브(142, 144)는 서로 독립적으로 작동될 수 있으므로, 이들 조절 밸브(142, 144)의 속도를 각기 다르게 조절함으로써 보다 효과적으로 활성탄(10)의 배출이 가능하게 되며, 황산화물의 제거 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 탈황부(120) 중 전단부(도 1을 기준으로 좌측)에는 환원제(30)와 황산화물과의 반응에 의해 반응 생성물이 생성될 수 있으므로, 반응 생성물에 의한 활성탄(10)의 고착화를 방지하기 위해 활성탄(10)의 유동 속도를 후단부(도 1을 기준으로 우측)에 비해 높게 설정할 수 있다.
그리고 탈황부(120) 중 후단부의 경우, 전단부에서 미처리된 황산화물을 흡착에 의해 제거할 수 있으며, 다량의 황산화물이 전단부에서 제거되었으므로, 이러한 후단부에서의 활성탄(10) 유동 속도는 전단부에 비해 작게 설정될 수 있다.
이 경우, 복수의 탈황 반응조(126)를 구획하는 격벽에는 통기공이 형성될 수 있으며, 그 밖에 격벽이 메쉬(mesh) 구조 등을 가짐으로써 탈황 반응조(126) 간 배기가스(20)의 횡방향 유동이 가능하게 된다.
또한, 이와 유사하게, 제1 배기가스 유입구(122) 및 제1 배기가스 유출구(124)가 각각 설치되는 탈황 반응조(126)의 측벽에도 배기가스(20)의 유동을 위한 통기공이 형성될 수 있으며, 이러한 탈황 반응조(126)의 측벽 역시 메쉬 구조 등을 가질 수 있다.
탈질부(130)는 활성탄(10) 및 환원제(30), 예를 들어 암모니아를 이용하여 배기가스(20)로부터 질소산화물을 제거할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 탈질부(130) 내부에는 활성탄(10)이 충전될 수 있으며, 배기가스(20)에 함유된 질소산화물은 이러한 활성탄(10)의 촉매 작용에 의해, 제1 환원제 주입구(133)를 통해 주입된 환원제(30)와 환원 반응을 일으킴으로써 배기가스(20)로부터 제거될 수 있다.
탈질부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하부에 탈황부(120)를 통과한 배기가스(20)가 유입되는 제2 배기가스 유입구(132)가 형성되고 상부에 배기가스(20)가 유출되는 제2 배기가스 유출구(134)가 형성되어, 도 1의 c와 같이 내부에서 배기가스(20)가 종방향으로 유동될 수 있다. 이에 따라 탈질부(130)를 통과하는 배기가스(20)는 상측에서 하측으로 유동하는 활성탄(10)에 대해 대향류 유동을 가지게 되므로, 편류 현상이 최소화되어 질소 산화물의 제거 효율이 보다 향상될 수 있다.
탈질부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이, 활성탄(10)이 충진되는 탈질 반응조(136)로 구성될 수 있으며, 이러한 탈질 반응조(136)의 하부는 하측으로 갈수록 단면적이 감소되는 호퍼(hopper)로 이루어질 수 있다.
활성탄(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 탈질 반응조(136)의 상부에 형성된 활성탄 투입로(111)로부터 투입될 수 있으며, 탈질 반응조(136) 하부의 호퍼를 통해 탈황부(120)로 배출될 수 있다. 이 경우 호퍼는 도 1에 도시된 바와 같이 반응조 본체와 이격되게 배치될 수 있다.
이와 같이 호퍼가 반응조 본체와 이격되도록 배치되므로, 도 1의 b와 같이 배기가스(20)와 환원제(30)는 이러한 이격 공간을 통해 탈질 반응조(136) 내부로 유입됨으로써 도 1의 c와 같이 종방향으로 유동될 수 있다. 탈질 반응조(136) 내부로 유입된 배기가스(20) 중 질소산화물은 활성탄(10)의 촉매 작용에 의해 환원제(30)와 환원 반응을 일으킴으로써 배기가스(20)로부터 제거될 수 있다.
활성탄 재생부(150)는 도 1에 도시된 바와 같이, 탈황부(120)의 하부로 배출되는 활성탄(10)을 재생시켜 탈질부(130)의 상부로 투입할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 활성탄 재생부(150)는 탈황부(120)의 하부와 탈질부(130)의 상부 사이에 개재되어, 탈황부(120)의 하부로부터 탈질부(130)의 상부로 이송되는 활성탄(10)은 이러한 활성탄 재생부(150)를 통과할 수 있다.
탈황부(120) 하부의 활성탄 배출로(112)로 배출된 활성탄(10)에는 황산화물 등이 흡착되어 있으며, 환원제(30)와 황산화물과의 반응에 따른 반응 생성물이 점착될 수 있다. 활성탄 재생부(150)는 이러한 황산화물이나 반응 생성물 등을 활성탄(10)으로부터 제거하여 활성탄(10)을 재생시킬 수 있다. 이와 같이 재생된 활성탄(10)은 다시 탈질부(130) 상부의 활성탄 투입로(111)로 투입되어 순환될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 활성탄
20: 배기가스
30: 환원제
100: 배기가스 처리 장치
110: 처리조
111: 활성탄 투입로
112: 활성탄 배출로
120: 탈황부
122: 제1 배기가스 유입구
123: 제2 환원제 주입구
124: 제1 배기가스 유출구
126: 탈황 반응조
130: 탈질부
132: 제2 배기가스 유입구
133: 제1 환원제 주입구
134: 제2 배기가스 유출구
136: 탈질 반응조
142, 144: 조절 밸브
150: 활성탄 재생부

Claims (14)

  1. 황산화물(SOX)을 제거하는 탈황부; 및
    상기 탈황부의 상측에 배치되어 질소산화물(NOX)을 제거하는 탈질부를 포함하고,
    활성탄은 상기 탈질부의 상부로 투입되어 상기 탈질부와 상기 탈황부를 거쳐 상기 탈황부의 하부로 배출되며,
    상기 탈황부는 횡방향 일측에 배기가스가 유입되는 제1 배기가스 유입구가 형성되고 횡방향 타측에 상기 배기가스가 유출되는 제1 배기가스 유출구가 형성되어, 상기 탈황부 내부의 상기 배기가스는 횡방향 일측에서 타측으로 유동되고,
    상기 탈황부는, 상기 탈질부의 상부로 투입되어 상기 탈질부를 거쳐 상기 탈황부로 공급되는 상기 활성탄을 이용하여, 상기 제1 배기가스 유입구로 유입되어 상기 제1 배기가스 유출구로 유출되는 상기 배기가스 중 상기 황산화물을 제거하며,
    상기 탈질부는 상기 제1 배기가스 유출구로 유출된 상기 배기가스가 유입되는 제2 배기가스 유입구가 하부에 형성되고 상기 제2 배기가스 유입구로 유입된 상기 배기가스가 유출되는 제2 배기가스 유출구가 상부에 형성되어, 상기 탈질부 내부의 상기 배기가스는 하측에서 상측으로 유동되고,
    상기 탈질부는, 제1 환원제 및 상기 탈질부의 상부로 투입된 상기 활성탄을 이용하여, 상기 제2 배기가스 유입구로 유입되어 상기 제2 배기가스 유출구로 유출되는 상기 배기가스 중 상기 질소산화물을 제거하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탈황부는 상기 활성탄이 충진되는 탈황 반응조를 포함하여 이루어지며,
    상기 탈황 반응조는 횡방향을 따라 복수로 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 탈황 반응조의 하부에 각각 설치되어 상기 활성탄의 배출 속도를 조절하는 복수의 조절 밸브를 더 포함하는 배기가스 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 조절 밸브는 서로 독립적으로 작동 가능한 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 탈황 반응조의 하부는 하측으로 갈수록 단면적이 감소되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탈질부는 상기 활성탄이 충진되는 탈질 반응조를 포함하여 이루어지며,
    상기 탈질 반응조의 하부는 하측으로 갈수록 단면적이 감소되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 황산화물은 상기 활성탄에 흡착되어 상기 배기가스로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탈황부의 횡방향 일측에는 제2 환원제가 주입되는 제2 환원제 주입구가 마련되며,
    상기 황산화물은 상기 황산화물과 상기 제2 환원제의 반응에 의해 반응 생성물이 생성됨에 따라 상기 배기가스로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반응 생성물은 황산암모늄((NH4)2SO4)을 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 탈질부의 하부에는 상기 제1 환원제가 주입되는 제1 환원제 주입구가 마련되며,
    상기 질소산화물은 상기 활성탄을 촉매로 하는 환원 반응에 의해 상기 배기가스로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 환원제는 암모니아(NH3)를 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 탈황부의 하부로 배출되는 상기 활성탄을 재생시켜 상기 탈질부의 상부로 투입하기 위한 활성탄 재생부를 더 포함하는 배기가스 처리 장치.
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