KR101395594B1 - 복합적인 오염물질이 함께 배출되는 유해가스의 복합정화장치 - Google Patents

복합적인 오염물질이 함께 배출되는 유해가스의 복합정화장치 Download PDF

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Abstract

배기가스 온도가 상온이면서 습식인 반도체 제조 공정에서 배출되는 질소산화물을 제거할 수 있으며, 황산화물과 분진 및 백연의 미스트 등이 함유된 배기가스도 정화시킬 수 있는 복합적인 오염물질이 함께 배출되는 유해가스에 대한 복합정화장치가 개시된다. 이를 위하여 외부로부터 유입된 유해가스에 수용성 산화제를 분무하는 제 1 분사장치가 설치된 산화반응조와, 상기 산화반응조를 통과한 유해가스를 1차 정화처리하는 제 1 습식 전기집진기와, 상기 제 1 습식 전기집진기를 통과한 유해가스에 수용성 중화제를 분무하는 제 2 분사장치가 설치된 중화반응조, 및 상기 중화반응조를 통과한 유해가스를 2차 정화처리하는 제 2 습식 전기집진기를 포함하는 유해가스의 복합정화장치를 제공한다. 본 발명은 반응속도가 기존 설비에 비하여 매우 빠른 안개상의 습식 산화제 분무 방식과, 코로나 방전에 의한 반응 촉진, 미세분진 및 미세 유해 미스트의 습식 전기집진 방식 등을 사용함으로써 유해물질의 제거 효율이 향상된다.

Description

복합적인 오염물질이 함께 배출되는 유해가스의 복합정화장치{APPARATUS FOR CLEANING OF HARMFUL GAS HAVING COMPLEX POLLUTANT}
본 발명은 복합적인 오염물질이 함께 배출되는 유해가스의 복합정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스 온도가 상온이면서 습식인 반도체 제조 공정에서 배출되는 질소산화물을 제거할 수 있으며, 황산화물과 분진 및 백연의 미스트 등이 함유된 배기가스도 정화시킬 수 있는 복합적인 오염물질이 함께 배출되는 유해가스에 대한 복합정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 고온집진장치가 설치되는 설비에는 분진과 함께 다량의 유해가스가 함께 배출되고 있다.
특히 보일러, 발전소 또는 소각로 등의 각종 연소설비로부터 배출되는 배기가스 중에는 분진과 함께 질소산화물, 염화수소 및 황산화물 등과 같은 산성가스, 일산화탄소 및 다이옥신을 포함하는 방향족 할로겐화물 등 인체에 유해한 물질들이 함께 배출되는데, 이의 제거를 위하여 많은 연구가 진행되어 다양한 방법들이 제시되고 있으며, 일부 기술들은 이미 실용화되고 있다.
상기 분진의 제거에는 기존의 백(Bag)필터나 세라믹필터를 이용한 집진장치가 적용되고 있으며, 유해가스의 일반적인 제거기술로는 각 유해가스 별로 특유의 제거기술이 적용되고 있는데, 질소산화물을 제거하기 위한 경우에는 일반적으로 선택적 촉매환원법(SCR)이나 선택적 무촉매환원법(SNCR)이 가장 대표적이다.
보다 구체적으로, SCR의 경우는 일반적으로 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속 물질 또는 바나듐, 철, 코발트, 구리, 등의 기타 전이금속 물질을 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 등에 반응시켜 제조한 촉매를 내구성이 강한 하니컴형 코디어라이트(cordierite) 등의 기지에 결합시켜 반응탑에 여러 단으로 적재하거나, 상기 촉매를 입자 형태로 만들어 반응탑에 충진한 후, 암모니아 또는 암모니아수를 환원제로 하여 고온으로 가열된 촉매에 분사함으로써 질소산화물만을 선택적으로 환원시켜 질소가스로 바꾸는 기술을 사용하고 있다.
한편, SNCR은 연소 부위에 직접 암모니아나 암모니아 내지는 우레아 용액을 분사하여 질소 산화물을 환원하는 것인데, 암모니아를 분사시켜 고온의 배기가스와 완전하게 혼합시키는데 어려움이 있고, 온도를 적절하게 제어하기가 어려움이 있다.
또한, 산화제를 이용하여 질소산화물 제거하기 위한 종래 기술로서 3단계로 이루어진 공정이 공지되어 있다. 보다 구체적으로, 이러한 기술은 제1반응탑(제1살수탑)에 산화제인 NaClO2를 분사하여 NO를 NO2로 산화시키고, 제1반응탑에서 유입된 NO2 가스를 제2반응탑(제2살수탑)에서 환원제인 Na2S를 분사하여 NO2를 N2로 환원시키며, 제3반응탑(제3살수탑)에서 산화환원반응이 종결된 가스를 중화시키기 위해 NaOH를 투입하는 과정을 사용한다.
그러나, 이 방법은 기존의 단일 반응탑을 이용한 습식 알칼리 세정방식에 비해 공정 구성이 복잡하며, 효과적으로 NO가스를 제거하기 위해선 산화제인 NaClO2농도가 높아야 되므로 경제성이 떨어지는 문제가 있으므로, 실제적으로는 실용적인 SCR법이 주로 이용되고 있다.
또한, 황산화물을 제거하기 위한 경우에는 황산화물을 흡착하여 다시 황산으로 정제하는 방법이 있으나, 이러한 공정은 대규모 설비를 필요로 하므로, 소형집진장치에 적용이 어렵고 대부분의 경우에는 소석회나 생석회 분말이나 이를 주성분으로 하는 슬러리를 배기가스에 분무하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 분말이나 슬러리의 반응효율이 떨어져 2차적인 오염물질이 다량 발생되며, 다량의 반응물질의 사용에 따라 정화설비의 운영비용이 증가되는 문제점이 있다.
이외에 다이옥신을 포함하는 방향족 할로겐화합물 제거기술의 경우에는 고압방전시설, 플라즈마, 산화촉매탑 등을 이용하여 분해하는 기술이 개발되고 있으나, 모두 높은 설치비 및 유지비와 운전기술 및 효율의 문제를 안고 있어 국내의 경우 활성탄을 이용하여 흡착하는 방법을 추가하여 많이 사용하고 있다.
최근에는 각각의 유해물질을 별도로 처리하지 않고 동시에 제거하기 위한 기술이 개발되고 있으나, 현재까지 실용화가 가능한 형태의 개발이 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 이에 따라, 전술한 기술들을 순차적으로 적용하여 각각의 분진, 유해물질을 순차적으로 제거하는 방법을 사용하고 있으나, 이러한 경우에는 집진정화설비가 복잡하고, 대형화되는 문제점이 있다.
전술한 바와 같이, 복합적인 오염물질이 함께 배출 되는 배출가스 처리에 각각의 오염 항목에 대하여 별도의 처리장치를 설치할 경우 많은 비용과, 관리의 어려움, 많은 부지의 필요성이 대두된다.
따라서, 이러한 문제점을 보완하기 위하여 복합적인 여러 가지 오염물질을 동시에 처리하고 고 효율화 하여 상기의 문제점을 보완하고 저비용으로 환경오염을 개선할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-1127918호(2012.04.12 공고)
(특허문헌 2) 대한민국 등록특허 제10-0737941호(2007.07.13 공고)
(특허문헌 3) 대한민국 등록특허 제10-0817303호(2008.03.27 공고)
따라서, 본 발명의 목적은 순차적 다단 처리과정을 통한 분진 집진 및 다양한 유해가스의 처리를 하나의 장치 내에서 처리 가능하도록 일체화하여, 소형 장치에도 적용이 가능하도록 하는 복합정화장치를 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 외부로부터 유입된 유해가스에 포함된 산화물을 산화시키기 위해 수용성 산화제를 분무하는 제 1 분사장치가 설치된 산화반응조와, 상기 산화반응조를 통과한 유해가스에 포함된 미세 분진과 수용성 산화제 잔여물을 포집하여 회수하는 제 1 습식 전기집진기와, 상기 제 1 습식 전기집진기를 통과한 유해가스를 중화시키기 위해 수용성 중화제를 분무하는 제 2 분사장치가 설치된 중화반응조, 및 상기 중화반응조를 통과한 유해가스에 포함된 염과 수용성 중화제 잔여물을 포집하여 회수하는 제 2 습식 전기집진기를 포함하는 유해가스의 복합정화장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 각종 산업공정 및 생활환경에서 배출되는 배기가스에 대한 무해화처리가 신뢰성 있게 이루어질 수 있으며, 산화제와 환원제와 같은 2차 오염물질의 생성을 최소화할 수 있다.
그리고 본 발명은 반응속도가 기존 설비에 비하여 매우 빠른 안개상의 습식 산화제 분무 방식과, 코로나 방전에 의한 반응 촉진, 미세분진 및 미세 유해 미스트의 습식 전기집진 방식 등을 사용함으로써 제거 효율이 향상된다.
또한, 본 발명은 상온에서 동작이 가능하고 질소산화물, 황산화물, 분진, 백연의 유해 미스트 등을 동시에 제거할 수 있다.
아울러, 본 발명은 설비를 컴펙트화하여 설치 및 운전비용 절감뿐만 아니라, 설치 장소가 협소하거나 기존방식의 적용이 곤란한 반도체 제조 공정에도 적용이 가능하다.
나아가, 본 발명은 오염물질 제거의 효율화와 비용절감은 물론 오염물질 배출량 규제 강화에 따라 기존 장치로는 적용이 곤란한 반도체 제조공정 등 새로운 대상의 오염물질 제거장치에 적용이 가능함으로써 환경오염을 저 비용으로 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복합정화장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 복합정화장치를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 복합정화장치를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합정화장치의 전기적 연결 상태를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 복합정화장치의 실험 공정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 유량에 따른 일산화질소의 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 유량에 따른 이산화황의 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 시간에 따른 일산화질소 및 이산화황의 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 복합적인 오염물질이 함께 배출되는 유해가스의 복합정화장치(이하, '유해가스 복합정화장치'라고 약칭한다.)를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유해가스 복합정화장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유해가스 복합정화장치는 분진, 매연, NOx(질소산화물), Sox(황산화물), 산성가스(HF, HCl), 백연 등의 오염 물질이 포함된 복합적인 배출가스를 일괄적으로 처리하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 유해가스 복합정화장치는 유해가스에 수용성 산화제를 분무하는 제 1 분무장치(150)가 설치된 산화반응조(100)와, 상기 산화반응조(100)를 통과한 유해가스를 집진전극을 통해 1차 정화처리하는 제 1 습식 전기집진기(200)와, 상기 제 1 습식 전기집진기(200)를 통과한 유해가스에 수용성 중화제를 분무하는 제 2 분무장치(350)가 설치된 중화반응조(300), 및 상기 중화반응조(300)를 통과한 유해가스를 집진전극을 통해 2차 정화시켜 방출하는 제 2 습식 전기집진기(400)를 포함한다.
필요에 따라 배기가스 등의 유해가스를 흡입하여 산화반응조(100)로 공급하는 흡입부(미도시)와, 유해가스가 발생된 경우에만 동작되도록 가스에 대한 정보를 감지하는 센서부와, 상기 센서부로부터 입력되는 정보를 취합하여 각 구성요소의 동작을 제어하는 제어보드를 더 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 복합정화장치는 산화반응조(100)를 포함한다.
상기 산화반응조(100)는 내부 일측에 산화제를 분무하는 제 1 분사장치(150)가 설치되어 있으며, 외부로부터 유입된 유해가스에 산화제를 분무하여 균일하게 혼합되도록 하는 장치이다.
이때, 산화제로는 KMnO4, H2O2, NaClO2, NaClO 등이 사용될 수 있다. 또한, 산화제로는 기상 산화제와 수용액상 산화제를 사용할 수 있지만, 기상 산화제는 O3 , ClO 2 와 반응 후 여분의 산화재가 배출되어 2차 오염의 문제를 유발시킬 수 있는 단점이 있다. 따라서, 산화제로는 취급이 쉽고 2차 오염을 줄이고 폐수 처리가 용이한 수용성 산화제를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 수용성 산화제는 산화물이 물이나 중화제에 원활히 흡수되도록 산화반응조(100)의 내부에서 유해가스에 포함된 산화물을 산화시키는 역할을 수행한다. 예를 들어, 유해가스 중 일산화질소(NO)가 포함되어 있는 경우, NO는 물이나 중화제에 원활히 흡수가 되지 않는다.
보다 구체적으로, 수용성 산화제는 일산화질소(NO)를 다음의 [반응식 1]과 같이 이산화질소(NO2)로 산화시키는 역할을 수행한다.
[반응식 1]
3NO + 2KMnO4+H2O→3NO2+2MnO2(s)+2KOH
2NO + NaClO2→2NO2+NaCl(s)
NO + H2O2→NO2+H2O
NO + NaClO → NO2+NaCl(s)
이와 같이, 유해가스가 산화반응조(100)를 통과하면 유해가스에 포함된 NO가 수용성 산화제에 의해 NO2로 산화된다.
또한, 제 1 분사장치(150)로는 수용액 산화재의 표면적을 증대시켜 유해가스와 수용성 산화제의 접촉 면적을 증가시켜 수용성 산화제와 유해가스의 산화반응을 향상시킬 수 있도록 수용성 산화제를 미세입자, 바람직하게는 40㎛ 이하의 입자, 보다 바람직하게는 1 내지 40㎛의 입자 상태로 분무하는 분사장치를 사용한다.
이러한 분사장치로는 초음파 분무기, 분무액과 압축공기를 사용한 2류체 분무기, 일류체 고압 분무기 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
물론, 본 발명의 제 1 분사장치(150)로 일반적인 분무기를 사용할 수도 있지만, 이러한 분무기는 초음파 분무기 등에 비해 분무되는 수용성 산화제의 입자 사이즈가 크게 형성되기 때문에 질소산화물 등과 수용성 산화재의 접촉 면적이 전체적으로 저하된다. 다시 말해, 같은 양에서는 수용성 산화제의 입자를 작게 하여 포화도를 높인 것이 뛰어난 성능을 나타낸다.
즉, 일반적인 분무기를 사용하여 초음파 분무기 등과 동일한 수준의 산화반응을 발생시키기 위해서는 초음파 분무기 등을 사용하는 경우보다 많은 양의 수용성 산화제가 필요하고, 산화반응이 발생되는데 필요한 시간이 증가되며, 산화반응조(100)에서 요구되는 반응 공간이 증가된다.
게다가, 수용성 산화제의 사용량이 증가되면, 수용성 산화제를 순화시키기 위해 소모되는 전력량도 증가하므로, 결과적으로 유해가스의 정화처리하기 위해 필요한 운용비용이 증가된다.
이와 같이, 제 1 분사장치(150)는 기존 방식의 분무기(water splay)에 비해 비약적으로 분무 수용액의 표면적을 증대시키고, 이를 통해 반응 시간과 반응 공간을 줄여 고 효율을 달성할 수 있다. 뿐만 아니라, 기존 방식에서는 분무되는 액체의 표면적을 넓히기 위해 스크러버 충진물을 설치함으로써 다량의 순환수를 사용해야 하고, 펌프를 구동시키는데 사용되는 운용비용이 상승하며, 스크러버 충진물의 막힘 현상이 자주 발생되는 문제가 있지만, 본 발명은 이를 예방할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 유해가스 복합화장치는 40㎛의 입자 상태로 수용성 산화제를 분무하는 분사장치를 사용함으로써 순환수량이 기존의 분사장치에 비해 줄어들고, 분무된 입자의 표면적이 증대되어 기존 스크러버 충진물을 설치하지 않아도 무방하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 복합정화장치는 제 1 습식 전기집진기(200)를 포함한다.
상기 제 1 습식 전기집진기(200)는 산화반응조(100)를 통과한 유해가스에 포함된 미세 분진과 수용성 산화제 잔여물을 포집하여 회수하는 것으로, 이를 위해 산화반응조(100)의 후단이나 상부에 설치된다.
또한, 미세입자 분무방식은 상기의 여러 가지 유효한 점에도 불구하고 유해가스와 미 반응한 미세 분무입자가 유해가스와 함께 배출되어 2차 오염을 유발하여 문제가 발생되기 때문에 기존에는 사용할 수 없었다. 그러나 본 발명은 습식 전기집진기를 사용하여 유해가스와 함께 산화반응조(100)를 통과한 수용성 산화제의 잔여물이 외부로 배출되지 않도록 포집하여 처리하는 기능을 제공한다.
아울러, 제 1 습식 전기집진기(200)는 유해가스의 상온 처리가 가능하므로, 유해가스의 고온 처리 시 재가열의 에너지를 대량을 소모되는 것을 예방할 수 있다.
이러한 제 1 습식 전기집진기(200)로는 당업계에서 통상적으로 사용하는 습식 전기집진기를 사용하는 것이 좋다.
보다 구체적으로, 상기 제 1 습식 전기집진기(200)로는 유해가스를 처리하기 위해 펄스 코로나 방전(pulsed corona discharge) 기술이 적용된 습식 전기집진기를 사용할 수 있다. 여기서, 코로나 방전은 가스를 통하여 전류가 흐르는 상태임으로, 가스 중에 다량의 전자, 음이온, 양이온, 오존 등의 라디칼이 공존하면서 화학 반응을 촉진하는 역할을 하게 되어 유해가스 처리 효율을 상승시킨다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 제 1 습식 전기집진기(200)는 유해가스가 통과하는 닫힌 공간을 제공하는 하우징과, 상기 하우징 내에 소정의 간격마다 나란히 배열된 복수개의 평판형 접지전극들과, 상기 하우징 내에 상기 접지전극들 사이사이마다 배치된 복수개의 방전전극들, 및 상기 접지전극들과 상기 방전전극들 사이에 코로나 방전에 의한 플라즈마를 발생시키기 위하여 상기 방전전극들 각각에 고전압펄스를 인가하는 고전압펄스공급수단을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 복합정화장치는 중화반응조(300)를 포함한다.
상기 중화반응조(300)는 내부 일측에 수용성 중화제를 분무하는 제 2 분사장치(350)가 설치되어 제 1 습식 전기집진기(200)를 통과한 유해가스에 수용성 중화제를 분무하여 균일하게 혼합되도록 하는 장치이다. 이를 위해, 중화반응조(300)는 제 1 습식 전기집진기(200)의 후단이나 상부에 설치된다.
상기 중화제로는 수산화나트륨(NaOH) 수용액, 수산화칼륨(KOH) 수용액, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 수용액, 또는 암모니아(NH4OH) 수용액 중 어느 하나를 사용할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
이러한 수용성 중화제는 유해가스에 포함된 산화가스와 NOx, SOx, HF, HCl 등을 중화 처리하는 역할을 수행한다.
보다 구체적으로, 수용성 중화제는 다음의 [반응식 2]와 같이 산성 물질을 중화시키는 역할을 수행한다.
[반응식 2]
NO2+NaOH → NaNO3(s)+H
NO2+KOH→NaNO3(s)+H+
SO2+2NaOH→Na2SO4(s)+H2
SO2+KOH→K2SO4(s)+H2
HCl + NaOH → NaCl(s) + H2O
HCl + KOH → KCl(s) + H2O
HF + NaOH → NaF + H2O
HF + KOH → KF + H2O
이와 같이, 유해가스가 중화반응조(300)를 통과하면 유해가스에 포함된 산성 물질이 수용성 중화제에 의해 중화된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 복합정화장치는 제 2 습식 전기집진기(400)를 포함한다.
상기 제 2 습식 전기집진기(400)는 중화반응조(300)를 통과한 유해가스에 포함된 염과 수용성 중화제 잔여물을 포집하여 회수하는 것으로, 이를 위해 중화반응조(300)의 후단이나 상부에 설치된다. 이때, 제 2 습식 전기집진기(400)는 제 1 습식 전기집진기(200)에서 포집되지 않은 미세 먼지를 추가로 포집하는 기능도 제공한다.
이와 같이, 제 2 습식 전기집진기(400)는 중화반응조(300)에서 중화반응을 통해 생성된 염을 포집하여 처리하고, 수용성 중화제 잔여물이 외부로 배출되어 2차 오염을 유발시키지 않도록 포집하여 처리하는 기능을 제공한다.
이러한 제 2 습식 전기집진기(400)로는 당업계에서 통상적으로 사용하는 습식 전기집진기를 사용하는 것이 좋다.
보다 구체적으로, 상기 제 2 습식 전기집진기(400)로는 유해가스를 처리하기 위해 펄스 코로나 방전(pulsed corona discharge) 기술이 적용된 습식 전기집진기를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 유해가스 복합정화장치는 산화제 저장조(500) 및 중화제 저장조(600)를 더 포함할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 복합화장치를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해가스 복합화장치를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 산화제 저장조(500)는 산화반응조(100)에 분무되는 수용성 산화제를 저장하는 것으로, 제 1 분사장치(150)에 연결된다. 그리고 상기 중화제 저장조(600)는 중화반응조(300)에 분무되는 수용성 중화제를 저장하는 것으로, 제 2 분사장치(350)에 연결된다.
본 발명에 따른 유해가스 복합정화장치는 도 2에 도시된 바와 같이 수평형 구조로 구성될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 수직형 구조로 구성될 수도 있는 바, 상기 산화제 저장조(500)와 중화제 저장조(600)는 유해가스 복합정화장치의 형태에 따라 구분하여 설명한다.
보다 구체적으로, 수평형 구조로 구성된 유해가스 복합화장치는 도 2와 같이 산화반응조(100)의 후단에 제 1 습식 전기집진기(200)가 설치되며, 상기 제 1 습식 전기집진기(200)의 후단에 중화반응조(300)가 설치되며, 상기 중화반응조(300)의 후단에 제 2 습식 전기집진기(400)가 설치된다. 그리고 제 2 습식 전기집진기(400)의 후단에는 제 2 습식 전기집진기(400)를 통과한 유해가스를 외부로 배출시키는 송풍팬(700)이 설치될 수 있다.
이때, 상기 산화제 저장조(500)는 제 1 습식 전기집진기(200)의 하부에 설치될 수 있고, 상기 중화제 저장조(600)는 중화반응조(300)의 하부에 설치될 수 있다.
필요에 따라, 산화제 저장조(500)는 제 1 습식 전기집진기(200)에 의해 포집된 후 자유 낙하하는 수용성 산화제 잔여물을 재사용할 수 있도록 제 1 습식 전기집진기(200)의 하부를 커버하는 크기로 형성될 수 있다. 이를 위해, 산화제 저장조(500)는 제 1 습식 전기집진기(200)에 접촉되는 상면이 개방되며, 제 1 습식 전기집진기(200)는 산화제 저장조(500)에 접촉되는 하면이 개방된다.
그리고 중화제 저장조(600)는 제 2 습식 전기집진기(400)에 의해 포집된 후 자유 낙하하는 수용성 중화제 잔여물을 재사용할 수 있도록 제 2 습식 전기집진기(400)의 하부를 커버하는 크기로 형성될 수 있다. 이를 위해, 중화제 저장조(600)는 제 2 습식 전기집진기(400)에 접촉되는 상면이 개방되며, 제 2 습식 전기집진기(400)는 산화제 저장조(500)에 접촉되는 하면이 개방된다.
한편, 수직형 구조로 구성된 유해가스 복합화장치는 도 3과 같이 상기 산화제 저장조(500)의 상부에 산화반응조(100)가 설치되고, 상기 산화반응조(100)의 상부에 제 1 습식 전기집진기(200)가 설치되며, 상기 제 1 습식 전기집진기(200)의 상부에 중화제 저장조(600)가 설치되고, 상기 중화제 저장조(600)의 상부에 중화반응조(300)가 설치되며, 상기 중화반응조(300)의 상부에 제 2 습식 전기집진기(400)가 설치된다. 그리고 제 2 습식 전기집진기(400)의 상부에는 제 2 습식 전기집진기(400)를 통과한 유해가스를 외부로 배출시키는 송풍팬(700)이 설치될 수 있다.
이때, 상기 산화제 저장조(500)의 하부에는 유입조(800)가 설치될 수 있다. 이러한 유입조(800)는 산화제 저장조(500)를 통해 산화반응조(100)로 유해가스가 유입되는 경우, 어느 한 쪽에 유해가스가 집중되지 않고 전면에 균일하게 유해가스가 유입될 수 있도록 산화제 저장조(500)에 유해가스를 균일하게 분배하는 역할을 수행한다.
이러한 산화제 저장조(500)는 제 1 습식 전기집진기(200)에 의해 포집된 후 자유 낙하하는 수용성 산화제 잔여물과 산화반응조(100)에서 응집된 후 자유 낙하하는 수용성 산화제 잔여물을 재사용할 수 있도록 산화반응조(100)의 하부를 커버하는 크기로 형성될 수 있다.
그리고 중화제 저장조(600)는 제 2 습식 전기집진기(400)에 의해 포집된 후 자유 낙하하는 수용성 중화제 잔여물과 중화반응조(300)에서 응집된 후 자유 낙하하는 수용성 중화제 잔여물을 재사용할 수 있도록 중화반응조(300)의 하부를 커버하는 크기로 형성될 수 있다.
이를 위해, 유입조(800)와 산화제 저장조(500)의 사이에 유해가스의 이동경로를 제공하는 연통홀이 형성되며, 제 1 습식 전기집진기(200)와 중화제 저장조(600)의 사이에 유해가스의 이동경로를 제공하는 연통홀이 형성된다.
또한, 상기 연통홀이 형성된 산화제 저장조(500)와 중화제 저장조(600)의 하부에는 각각 연통홀을 통과한 유해가스와 자유 낙하된 액체(수용성 산화제, 수용성 중화제)의 접촉을 차단하는 기액분리장치(510, 610)가 구비될 수 있다.
이러한 기액분리장치(510, 610)는 도 3에 도시된 바와 같이 종축 단면이 화살표형 구조를 갖도록 형성되어 자유 낙하된 액체가 연통홀로 유입되는 것을 차단하고, 상기 액체에 의해 유해가스의 이동이 방해받지 않도록 유해가스의 이동경로를 제한한다. 예를 들면, 기액분리장치(510, 610)는 화살표 머리부와 화살표 몸통부로 구성될 수 있으며, 화살표 머리부는 원뿔형으로 형성되고, 화살표 몸통부는 원통형으로 형성될 수 있다. 이때, 화살표 몸통부에 접촉되지 않는 화살표 머리부의 하면에는 화살표 몸통부를 통과한 유해가스가 배출되는 통로가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제 1 분사장치(150)는 산화제 저장조(500)를 연결하는 제 1 공급 배관 및 산화반응조(100)를 연결하는 제 2 공급 배관을 포함하며, 제 2 분사장치(350)는 중화제 저장조(600)를 연결하는 제 3 공급 배관 및 중화반응조(300)를 연결하는 제 4 공급 배관을 포함한다. 이때, 제 2 공급 배관 및 제 4 공급 배관의 말단에는 미세 분무를 위한 노즐이 설치될 수 있다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 유해가스 복합정화장치는 제 1 공급 배관 내지 제 4 공급 배관에 각각 구비되고, 제어보드(910)에 전기적으로 연결되며, 상기 제어보드(910)의 제어신호에 따라 각 공급 배관을 개폐하는 유출제어 수단(930)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 유출제어 수단(930)으로는 자동제어밸브나 펌프 등을 사용할 수 있다.
이와 같이, 수용성 산화제와 수용성 중화제는 분무되는 분사장치가 서로 다르기 때문에 유해가스로 분무되기 전에 서로 접촉되어 중화되는 문제를 미연에 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 복합정화장치는 흡입부를 더 포함할 수 있다.
상기 흡입부는 유해가스 배출원의 주위에 설치되어 유해가스를 흡입하는 것으로서, 상기 유해가스를 흡입하기 위해 송풍기가 구비될 수 있다. 여기서, 유해가스 배출원이란 유해가스의 배출 가능성이 있는 공장, 소각장 등의 개별시설, 이들 시설들이 밀집된 공업 및 산업단지, 또는 해당시설이나 단지와 인접하여 유해가스가 유입될 우려가 있는 주거지역을 의미한다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 흡입부는 유해가스가 통과하는 관형의 하우징과, 상기 유해가스를 관형의 하우징 내부로 유입시키기 위하여 유해가스가 유입되는 하우징의 유입부에 설치되는 하나 이상의 송풍기와, 상기 송풍기에 일정간격으로 이격되도록 하우징 내부에 구비되어 유입된 유해가스에 포함된 이물질(먼지, 과잉 유수분 등)을 제거하는 필터로 구성될 수 있다.
이때, 상기 필터로는 프리필터 및 데미스터(Demister) 등이 사용될 수 있으며, 상기 프리필터와 데미스터 중 어느 하나가 전단에 위치될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 복합정화장치의 전기적 연결 상태를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 복합정화장치는 센서부(920)를 더 포함할 수 있다.
상기 센서부(920)는 유해가스를 배출하는 유해가스 배출원의 주위에 설치되는 것으로서, 유해가스에 대한 정보를 실시간으로 감지하고, 감지된 정보를 제어보드(910)로 전송한다. 여기서, 센서부(920)는 하나 이상의 센서(922, 924, 926)로 이루어지며, 각 센서는 단일의 유해가스 배출원에 두 개 이상이 설치되거나 인접한 위치의 유해가스 배출원에 각각 설치될 수 있다.
이러한 센서부(920)로는 유해가스를 감지할 수 있다면 어떠한 센서를 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 NOx(질소산화물), Sox(황산화물), 산성가스(HF, HCl), 백연 등의 발생을 감지할 수 있는 센서를 사용하는 것이 좋다. 보다 구체적으로, 센서부(920)로는 반도체식 센서, 전기화학식 센서, 직접연소식 센서, UV센서, IR센서 등을 사용할 수 있다.
나아가, 상기 센서부(920)에서는 유해가스의 발생여부, 유해가스의 종류, 유해가스의 발생량을 측정할 수 있는 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 센서를 사용하면, 제어보드(910)는 유해가스의 종류, 유해가스의 발생량, 유해물질 입자의 크기에 따라 유출제어 수단(930)을 제어하여 공급 배관의 개폐를 조절할 수 있게 되어, 보다 효율적인 시스템 운영이 가능해진다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 복합정화장치는 제어보드(910)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어보드(910)는 센서부(920), 송풍기, 제 1 분사장치(150), 제 2 분사장치(350), 제 1 습식 전기집진기(200), 제 2 습식 전기집진기(400), 유출제어 수단(930), 송풍팬(700)에 전기적으로 연결되는 것으로서, 유해가스 배출원에 설치된 센서부(920)를 이용하여 유해가스의 발생여부 및 배출농도 정보와, 센서부(920)를 구성하는 센서들의 위치정보, 상기 센서들의 이상 유무 등의 정보를 취합한다.
그리고 제어보드(910)는 상기 센서부(920)로부터 제공되는 정보를 취합하여 송풍기, 제 1 분사장치(150), 제 2 분사장치(350), 제 1 습식 전기집진기(200), 제 2 습식 전기집진기(400), 유출제어 수단(930), 및 송풍팬(700)의 동작을 제어한다.
전술한 유해가스 복합정화장치는 습식 전기 집진기가 1차와 2차로 분리 설치되어 있기 때문에 산화재와 중화재의 혼합을 방지하고, 미세 먼지의 처리 효율을 증대시킨다. 그리고 유해가스 복합정화장치는 설치된 2개의 습식 전기집진기를 크리닝하는 경우 교대로 크리닝을 시행할 수 있기 때문에 전체적으로 장비 운전 중 습식 전기집진기의 완전 정지시간이 없는 구조이다.
이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1에서는 대표 유해 물질인 일산화질소(NO) 가스와 이산화황(SO2) 가스의 화학 반응을 유도하고, 이를 통하여 생성물질을 코로나방전을 이용하여 유해물질을 제거하기 위해 도 5와 같이 구성하였다.
구체적으로, 일산화질소(NO) 가스와 이산화황(SO2) 가스로는 초기 농도가 각각 220ppm과 1,100ppm인 일산화질소 및 이산화황을 사용하였으며, MFC(Mass Flow Controller)를 이용하여 유량을 조절하였다. 상기 일산화질소와 이산화황은 상온에서 열역학적으로 쉽게 화학반응이 일어날 수 있고, 쉽게 구입할 수 있으며, 가격이 저렴한 경제적인 특징이 있어 사용하였다.
또한, 공기는 장치 후단에 송풍팬(700)을 사용하여 공기를 습식 전기집진기로 투입시켰다.
아울러, 화학반응을 통하여 생성된 물질을 제거하기 위한 코로나 방전 반응을 이용한 습식 전기집진기를 제작하여 사용하였다. 그리고 코로나 방전을 발생시키기 위해 사용된 전원은 고전압 직류전원장치를 사용하였으며, 고전압(kV), 저전류(mA) 형태로 전원이 공급하였다.
제거율(removal efficiency)과 설계인자는 다음에 [수학식 1]을 이용하여 계산하였다.
[수학식 1]
제거율 (%) =
Figure 112013066266521-pat00001
여기서,
Figure 112013066266521-pat00002
는 초기 일산화질소와 이산화황의 농도(ppm)이며,
Figure 112013066266521-pat00003
는 분해 후 일산화질소와 이산화황의 농도(ppm)이다.
도 6은 유량에 따른 일산화질소의 제거 효율을 나타내는 그래프이며, 도 7은 유량에 따른 이산화황의 제거 효율을 나타내는 그래프이며, 도 8은 시간에 따른 일산화질소 및 이산화황의 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
실험결과, 유량이 500L/min에서는 일산화질소 및 이산화황이 반응시간 3초 이내에 95%이상 제거율을 보였다.
[실시예 2]
실시예 2에서는 제 1,2 분사장치의 분무 입경과 그 표면적 및 기존에 사용하는 스크러버 충진물의 체적을 비교하였으며, 그 결과는 다음의 [표 1]과 같이 나타났다.
[표 1] 분무 입자의 표면적 및 물량계산
Figure 112013066266521-pat00004
실험결과, 0.005mm(5㎛)정도의 평균 입도로 보면 NON-PARKING 형식에서 PACKING 1㎥에 해당 되는 수증기(fog) 물량은 1 LPM/㎥ 정도 소요되는 것으로 확인되었다.
또한, 기존 일반 스크러버 충진물의 물량이 30㎥ 정도의 경우라면, 미세 분무 방식에서 분무 평균 입자가 5㎛ 정도 일때 분당 30 리터의 미세분무 물량만 있으면 되고, 이것은 분당 2,000-4,000 리터의 물량을 사용하는 일반 스크러버와 현격한 차이가 발생되는 것이며, 순환수 Pump 전력비가 대부분 감소되는 효과를 나타내었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 산화반응조 150 : 제 1 분사장치
200 : 제 1 습식 전기집진기 300 : 중화반응조
350 : 제 2 분사장치 400 : 제 2 습식 전기집진기
500 : 산화제 저장조 600 : 중화제 저장조
700 : 송풍팬 800 : 유입조
910 : 제어보드 920 : 센서부
930 : 유출제어 수단

Claims (8)

  1. 외부로부터 유입된 유해가스에 포함된 산화물을 산화시키기 위해 수용성 산화제를 분무하는 제 1 분사장치가 설치된 산화반응조;
    상기 산화반응조를 통과한 유해가스에 포함된 미세 분진과 수용성 산화제 잔여물을 포집하여 회수하는 제 1 습식 전기집진기;
    상기 제 1 습식 전기집진기를 통과한 유해가스를 중화시키기 위해 수용성 중화제를 분무하는 제 2 분사장치가 설치된 중화반응조;
    상기 중화반응조를 통과한 유해가스에 포함된 염과 수용성 중화제 잔여물을 포집하여 회수하는 제 2 습식 전기집진기;
    상기 제 1 분사장치에 제 1 공급 배관을 통해 연결되며 수용성 산화제를 저장하는 산화제 저장조; 및
    상기 제 2 분사장치에 제 3 공급 배관을 통해 연결되며 수용성 환원제를 저장하는 중화제 저장조를 포함하며,
    상기 산화반응조의 후단에 제 1 습식 전기집진기가 설치되며, 상기 제 1 습식 전기집진기의 하부에 상기 산화제 저장조가 설치되고, 상기 제 1 습식 전기집진기의 후단에 중화반응조가 설치되며, 상기 중화반응조의 하부에 상기 중화제 저장조가 설치된 것을 특징으로 하는 유해가스의 복합정화장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 외부로부터 유입된 유해가스에 포함된 산화물을 산화시키기 위해 수용성 산화제를 분무하는 제 1 분사장치가 설치된 산화반응조;
    상기 산화반응조를 통과한 유해가스에 포함된 미세 분진과 수용성 산화제 잔여물을 포집하여 회수하는 제 1 습식 전기집진기;
    상기 제 1 습식 전기집진기를 통과한 유해가스를 중화시키기 위해 수용성 중화제를 분무하는 제 2 분사장치가 설치된 중화반응조;
    상기 중화반응조를 통과한 유해가스에 포함된 염과 수용성 중화제 잔여물을 포집하여 회수하는 제 2 습식 전기집진기;
    상기 제 1 분사장치에 제 1 공급 배관을 통해 연결되며 수용성 산화제를 저장하는 산화제 저장조; 및
    상기 제 2 분사장치에 제 3 공급 배관을 통해 연결되며 수용성 환원제를 저장하는 중화제 저장조를 포함하며,
    상기 산화제 저장조의 상부에 산화반응조가 설치되고, 상기 산화반응조의 상부에 제 1 습식 전기집진기가 설치되며, 상기 제 1 습식 전기집진기의 상부에 중화제 저장조가 설치되고, 상기 중화제 저장조의 상부에 중화반응조가 설치되며, 상기 중화반응조의 상부에 제 2 숩식 전기집진기가 설치된 것을 특징으로 하는 유해가스의 복합정화장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산화제 저장조의 하부에 유해가스가 유입되는 유입조가 설치되고, 상기 유입조와 산화제 저장조의 사이에 유해가스의 이동경로를 제공하는 연통홀이 형성되며, 상기 제 1 습식 전기집진기와 중화제 저장조의 사이에 유해가스의 이동경로를 제공하는 연통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 유해가스의 복합정화장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연통홀이 형성된 산화제 저장조와 중화제 저장조의 하부에 각각
    연통홀을 통과한 유해가스와 자유 낙하된 액체의 접촉을 차단하는 기액분리장치가 구비된 것을 특징으로 하는 유해가스의 복합정화장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 분사장치는
    1 내지 40㎛ 직경의 입자로 수용액을 분무하는 미세 분무장치인 것을 특징으로 하는 유해가스의 복합정화장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미세 분무장치를 사용함으로써 산화반응조와 중화반응조의 내부에 충진물을 설치하지 않는 것을 특징으로 하는 유해가스의 복합정화장치.
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