KR101606257B1 - 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치 및 탈황탈질방법 - Google Patents

유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치 및 탈황탈질방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물로부터 암모늄염을 형성하는 1차 처리공정 및 배가스에 포함된 일산화질소로부터 이산화질소를 형성하는 전처리공정을 플라즈마를 이용하여 수행하는 플라즈마반응부; 상기 1차 처리공정 및 상기 전처리공정을 거친 배가스에 수산화칼슘을 공급하기 위한 수산화칼슘공급부; 수산화칼슘 및 상기 플라즈마반응부로부터 배출된 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 상기 전처리공정을 거친 질소산화물에 대한 탈질공정 및 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 황산화물에 대한 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행하는 유동층반응부; 및 상기 유동층반응부로부터 배출된 배가스로부터 상기 1차 처리공정을 거쳐 형성된 암모늄염 및 상기 2차 처리공정을 거쳐 형성된 칼슘염을 동시에 포집하는 백필터를 포함하는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치 및 탈황탈질방법에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, 수산화칼슘 및 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 탈질공정 및 탈황공정을 병행하여 수행하도록 구현됨으로써, 수산화칼슘 및 배가스 간의 접촉효율을 향상시킬 수 있고, 탈질공정 및 탈황공정에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다.

Description

유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치 및 탈황탈질방법{Apparatus and Method for Denitrifying and Desulfurizing Exhaust Gas using Fluidized Bed}
본 발명은 제철소, 발전소 등의 사업장에서 배출되는 배가스로부터 황산화물, 질소산화물 등의 유해물질을 제거하기 위한 탈황탈질장치에 관한 것이다.
일반적으로 제철소, 발전소 등의 사업장에서는 유해물질이 포함된 배가스가 생성된다. 예컨대, 배가스에는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질이 포함되어 있다. 이러한 유해물질은 스모그(Smog), 산성비(Acid Rain), 지구온난화(Global Warming), 오존층 파괴 등의 환경문제를 야기한다. 최근에는 배가스에 포함된 유해물질로 인한 환경문제를 해결하기 위해 사업장에 대한 유해물질 배출기준이 엄격히 강화되면서, 사업장으로부터 배출되는 배가스로부터 유해물질을 제거하기 위한 기술이 활발하게 개발되고 있다.
배가스에 포함된 황산화물과 질소산화물을 제거하기 위해, 종래 기술에 따른 배가스 처리시스템은 탈황설비 및 탈질설비를 포함한다.
상기 탈황설비는 배가스로부터 황산화물을 제거하는 탈황공정을 수행한다. 상기 탈황공정에는 습식공정과 건식공정이 있다. 습식공정은 물 또는 알카리 용액을 이용하여 황산화물을 제거하는 것으로, 황산물에 대한 제거 효율이 90%로 높은 장점이 있으나 다량의 용수가 필요하고 2차 유해물질이 발생하는 단점이 있다. 건식공정은 Na계 흡수제를 이용하여 황산화물을 제거하는 공정으로, 습식공정에 비해 2차 유해물질 발생이 적은 장점이 있지만, 낮은 제거 효율과 흡수제가 고가인 단점이 있다.
상기 탈질설비는 배가스로부터 질소산화물을 제거하는 탈질공정을 수행한다. 상기 탈질설비는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 또는 SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)을 포함한다. SCR은 V2O5/TiO2 계 촉매에 질소산화물과 환원제인 암모니아를 주입하여 질소산화물을 질소와 물로 변환함으로써, 배가스로부터 질소산화물을 제거한다. 그러나, SCR은 2차 유해물질인 폐수를 발생시키고, 고가의 촉매를 이용하기 때문에 운영비용이 상승하는 문제가 있다. 반면, SNCR은 고온의 배가스에 암모니아를 직접 주입함으로써 질소산화물을 제거한다. SNCR은 촉매를 이용하지 않기 때문에 촉매에 대한 운영비용이 저렴한 장점이 있으나, 반응온도가 높게 유지되어야 하고 질소산화물의 제거 효율이 낮은 문제가 있다.
이와 같은 종래 기술에 따른 배가스 처리시스템은 상기 탈황설비와 상기 탈질설비가 구분되어 설치됨으로써, 배가스로부터 황산화물과 질소산화물을 제거하였다. 이와 같이 탈황설비와 탈질설비를 구분하여 설치함에 따라, 종래 기술에 따른 배가스 처리시스템은 상당한 규모의 설치면적을 필요로 하여 부지면적에 대한 제약이 크고, 투자비용에 대한 부담이 큰 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 배가스로부터 황산화물과 질소산화물을 동시에 제거할 수 있는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치 및 탈황탈질방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함한다.
본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치는 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물로부터 암모늄염을 형성하는 1차 처리공정 및 배가스에 포함된 일산화질소로부터 이산화질소를 형성하는 전처리공정을 플라즈마를 이용하여 수행하는 플라즈마반응부; 상기 1차 처리공정 및 상기 전처리공정을 거친 배가스에 수산화칼슘을 공급하기 위한 수산화칼슘공급부; 수산화칼슘 및 상기 플라즈마반응부로부터 배출된 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 상기 전처리공정을 거친 질소산화물에 대한 탈질공정 및 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 황산화물에 대한 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행하는 유동층반응부; 및 상기 유동층반응부로부터 배출된 배가스로부터 상기 1차 처리공정을 거쳐 형성된 암모늄염 및 상기 2차 처리공정을 거쳐 형성된 칼슘염을 동시에 포집하는 백필터를 포함한다.
본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물로부터 암모늄염을 형성하는 1차 처리공정이 수행되도록 배가스를 플라즈마 반응시키는 단계; 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 수산화칼슘을 공급하는 단계; 수산화칼슘 및 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 질소산화물에 대한 탈질공정 및 황산화물에 대한 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행하는 단계; 및 상기 2차 처리공정을 거친 배가스로부터 상기 1차 처리공정을 거쳐 형성된 암모늄염 및 상기 2차 처리공정을 거쳐 형성된 칼슘염을 동시에 포집하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법에 있어서, 상기 배가스를 플라즈마 반응시키는 단계는, 상기 2차 처리공정에서 수행되는 유동층을 이용한 탈질공정의 효율을 높이기 위해 배가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 전처리공정 및 상기 2차 처리공정이 건식으로 수행되도록 배가스를 플라즈마 반응시켜 상기 1차 처리공정을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법에 있어서, 상기 2차 처리공정을 수행하는 단계는 상기 전처리공정을 거친 질소산화물에 대한 탈질공정 및 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 황산화물에 대한 탈황공정이 병행하여 이루어진다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 이룰 수 있다.
본 발명은 수산화칼슘 및 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 탈질공정 및 탈황공정을 병행하여 수행하도록 구현됨으로써, 수산화칼슘 및 배가스 간의 접촉효율을 향상시킬 수 있고, 탈질공정 및 탈황공정에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 수산화칼슘 및 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 수산화칼슘 및 배가스 간의 혼합률을 증대시킴으로써, 수산화칼슘에 대한 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 운영비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 수산화칼슘을 이용하여 탈질공정과 탈황공정을 병행하여 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 질소산화물 중에서 이산화질소의 비중을 높이는 전처리공정을 수행한 후에 수산화칼슘과 반응시킴으로써 수산화칼슘을 이용한 탈질공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 배가스에 대한 탈질공정과 탈황공정을 동시에 수행할 수 있도록 구현됨으로써, 설치면적의 규모를 줄여서 부지면적에 대한 제약을 완화시킬 수 있고, 이에 따라 배가스로부터 유해물질을 제거하기 위한 설비를 구성하는데 드는 투자비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치의 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치의 개략적인 구성도
도 3은 본 발명에 따른 유동층반응부의 개략적인 구성도
도 4는 본 발명에 따른 제1반응챔버 및 인입부재의 개략적인 평단면도
도 5는 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법의 개략적인 순서도
이하에서는 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치의 개략적인 구성도, 도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치의 개략적인 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 유동층반응부의 개략적인 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 제1반응챔버 및 인입부재의 개략적인 평단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스로부터 유해물질을 제거하기 위한 것이다. 상기 배가스 발생원(10)은 제철소, 발전소 등일 수 있다. 예컨대, 상기 배가스 발생원(10)은 제철소에서 철광석을 고로 등에 장입하기 쉬운 괴상의 형태로 가공하기 위한 소결공정이 이루어지는 소결설비일 수 있다. 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스에는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질이 포함되어 있다. 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스로부터 유해물질을 제거한 후, 유해물질이 제거된 배가스가 스택(20)을 통해 대기로 방출되도록 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 배가스에 대한 1차 처리공정과 전처리공정을 수행하는 플라즈마반응부(2), 상기 1차 처리공정 및 전처리공정을 거친 배가스에 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 공급하는 수산화칼슘공급부(3), 및 상기 전처리공정과 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 대해 탈질공정과 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행하는 유동층반응부(4)를 포함한다.
상기 플라즈마반응부(2)는 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물로부터 암모늄염을 형성하는 1차 처리공정, 및 배가스에 포함된 일산화질소(NO)를 산화시킴으로써 이산화질소(NO2)를 형성하는 전처리공정을 수행한다. 이에 따라, 상기 플라즈마반응부(2)는 상기 2차 처리공정이 수행되기 전에 배가스에 포함된 이산화질소의 비중을 높일 수 있다. 상기 플라즈마반응부(2)는 배가스를 플라즈마 반응시킴으로써, 상기 1차 처리공정 및 전처리 공정을 수행한다.
상기 유동층반응부(4)는 상기 전처리공정을 거친 질소산화물에 대한 탈질공정 및 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 황산화물에 대한 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행한다. 상기 유동층반응부(4)는 수산화칼슘 및 배가스를 이용하여 유동층을 형성시킴으로써, 상기 2차 처리공정을 수행한다.
따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 다음과 같은 작용효과를 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 유동층반응부(4)가 수산화칼슘 및 배가스를 이용하여 유동층을 형성시킴으로써, 상기 2차 처리공정에서 유동층 방식으로 탈질공정 및 탈황공정을 수행한다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 수산화칼슘 및 배가스 간의 접촉효율을 향상시킴으로써, 탈질공정 및 탈황공정에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 수산화칼슘 및 배가스 간의 혼합률을 증대시킴으로써, 배가스에 포함된 유해물질과 반응하지 않고 배출되는 수산화칼슘의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 수산화칼슘에 대한 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 운영비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 2차 처리공정을 수행하기 이전에 상기 전처리공정을 수행하여 배가스에 포함된 이산화질소의 비중을 높임으로써, 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용한 탈질공정의 효율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 수산화칼슘을 이용하여 높은 효율로 탈황공정을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 이와 함께 상기 2차 처리공정을 수행하기 이전에 상기 전처리공정을 수행하여 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용하여 높은 효율로 탈질공정을 병행하여 수행함으로써, 배가스에 포함된 유해물질에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 배가스를 플라즈마 반응시켜서 상기 1차 처리공정을 수행함으로써, 배가스를 가열하기 위해 배가스에 스팀, 가열된 수분 등을 공급하지 않고 상기 2차 처리공정을 건식으로 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 스팀, 가열된 수분 등을 생성하기 위한 가열설비 및 가열공정을 없앨 수 있으므로, 상기 가열설비 및 상기 가열공정을 수행하기 위한 연료 연소로 인해 이산화탄소가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 질소산화물, 황산화물 등을 제거하기 위해 다른 유해물질인 이산화탄소가 발생하는 것을 방지함으로써, 환경문제를 해소하는데 적합한 사업장을 구축하는데 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 2차 처리공정을 통해 배가스에 대한 탈질공정과 탈황공정을 동시에 수행하므로, 탈황설비와 탈질설비가 각각 개별적으로 구비된 종래 기술과 비교할 때, 설치면적의 규모를 줄임으로써 부지면적에 대한 제약을 완화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 배가스로부터 유해물질을 제거하기 위한 설비를 구성하는데 드는 투자비용을 줄일 수 있다.
이하에서는 상기 플라즈마반응부(2), 상기 수산화칼슘공급부(3), 및 상기 유동층반응부(4)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참고하면, 상기 플라즈마반응부(2)는 상기 배가스 발생원(10)과 상기 유동층반응부(4) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스는 상기 플라즈마반응부(2)로 공급된 후, 상기 플라즈마반응부(2)를 거쳐 상기 유동층반응부(4)로 공급된다.
상기 플라즈마반응부(2)는 배가스를 방전시킴으로써, 플라즈마를 발생시킨다. 이에 따라, 상기 플라즈마반응부(2)는 배가스를 플라즈마 반응시킴으로써, 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물 각각으로부터 암모늄염을 형성하는 1차 처리공정을 수행한다. 예컨대, 상기 1차 처리공정을 통해 배가스에 포함된 황산물 및 질소산화물은 아래 반응식 1 및 반응식 2와 같이 라디칼 반응으로 제거될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112015070537271-pat00017
[반응식 2]
Figure 112014009403791-pat00002

상기 플라즈마반응부(2)는 배가스를 플라즈마 반응시킴으로써, 배가스에 포함된 일산화질소를 산화시켜 이산화질소를 형성하는 전처리공정을 수행한다. 예컨대, 상기 전처리공정을 통해 배가스에 포함된 일산화질소는 아래 반응식 3과 같이 이산화질소로 형성될 수 있다.
[반응식 3]
Figure 112015070537271-pat00018
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 플라즈마반응부(2)는 플라즈마챔버(21) 및 플라즈마발생부(22)를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마챔버(21)에서는 상기 1차 처리공정 및 전처리공정이 수행된다. 상기 플라즈마챔버(21)는 상기 플라즈마발생부(22)로부터 공급된 전력을 이용하여 배가스를 방전시키기 위한 방전 전극 등을 포함한다. 상기 플라즈마챔버(21)는 배가스가 균일하게 유입 및 배출될 수 있도록 입구 측과 출구 측에 설치되는 다공판을 포함할 수도 있다. 상기 플라즈마반응부(2)는 저온 플라즈마 반응기일 수 있다.
상기 플라즈마챔버(21)는 연결덕트(30)를 통해 상기 배가스 발생원(10)에 연결된다. 상기 연결덕트(30)는 일측이 상기 배가스 발생원(10)에 연결되고, 타측이 상기 플라즈마챔버(21)에 연결된다. 배가스는 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 후, 상기 연결덕트(30)를 통해 상기 플라즈마챔버(21)로 공급된다. 상기 연결덕트(30)에는 배가스를 이동시키기 위한 제1팬(100)이 결합될 수 있다. 상기 제1팬(100)은 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배가스를 배출시키고, 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스를 상기 플라즈마반응부(2)에서 상기 유동층반응부(4)로 이동시킬 수 있다.
상기 플라즈마발생부(22)는 상기 플라즈마챔버(21)에 결합된다. 상기 플라즈마발생부(22)는 상기 플라즈마챔버(21) 내부에 위치한 배가스에 전력을 공급함으로써, 상기 플라즈마챔버(21) 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상기 플라즈마발생부(22)는 공정 조건에 따라 상기 플라즈마챔버(21)에 공급하는 전력의 에너지밀도를 조절할 수 있다. 상기 플라즈마발생부(22)는 상기 전처리공정을 거친 후 배가스에 잔존하는 질소산화물 중에서 이산화질소가 40 ~ 100%를 차지하도록 에너지밀도를 2 ~ 5 Wh/Nm3로 조절하여 상기 플라즈마챔버(21)에 공급할 수 있다. 상기 플라즈마발생부(22)는 상기 전처리공정을 거친 후 배가스에 잔존하는 질소산화물 중에서 이산화질소가 90 ~ 100%를 차지하도록 에너지밀도를 조절하여 상기 플라즈마챔버(21)에 공급할 수도 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 전처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 질소산화물 중에서 이산화질소의 비중을 더 높임으로써, 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘 및 유동층을 이용한 탈질공정의 효율을 극대화시킬 수 있다. 상기 플라즈마발생부(22)는 상기 2차 처리공정에서 탈질효율 70% 이상, 그리고 탈황효율 85% 이상이 되도록 에너지밀도를 2.5 Wh/Nm3 이상으로 조절하여 상기 플라즈마챔버(21) 에 공급할 수도 있다.
상기 플라즈마발생부(22)는 전원공급장치(221) 및 펄스발생기(222)를 포함할 수 있다. 상기 전원공급장치(221)에서 발생된 전기가 상기 펄스발생기(222)에 인가되고, 상기 펄스발생기(222)에서 발생된 고전압 펄스가 상기 플라즈마챔버(21)에 인가됨으로써, 상기 플라즈마챔버(21) 내부에는 플라즈마가 발생될 수 있다. 상기 고전압 펄스는 동파이프를 통해 상기 플라즈마챔버(21)에 공급될 수 있다. 상기 전원공급장치(221)는 130 ~ 160 kV의 전기를 상기 펄스발생기(222)에 인가할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 수산화칼슘공급부(3)는 상기 1차 처리공정 및 전처리공정을 거친 배가스에 수산화칼슘을 공급한다. 상기 수산화칼슘공급부(3)는 배가스에 포함된 유해물질의 양에 대응되는 양의 수산화칼슘을 배가스에 공급할 수 있다. 상기 수산화칼슘공급부(3)는 수산화칼슘이 저장되는 수산화칼슘저장부, 및 상기 수산화칼슘저장부에 저장된 수산화칼슘을 배가스에 공급하기 위한 수산화칼슘공급수단을 포함할 수 있다. 상기 수산화칼슘공급수단은 배가스에 공급하는 수산화칼슘의 공급량을 조절할 수 있다. 이를 위해, 상기 수산화칼슘공급수단은 댐퍼, 유량조절밸브 등을 포함할 수 있다.
상기 수산화칼슘공급부(3)는 상기 플라즈마챔버(21)에서 상기 유동층반응부(4)로 이동하는 배가스에 수산화칼슘을 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 수산화칼슘공급부(3)은 이음덕트(40)에 연결될 수 있다. 상기 이음덕트(40)는 일측이 상기 플라즈마챔버(21)에 연결되고, 타측이 상기 유동층반응부(4)에 연결된다. 배가스는 상기 플라즈마챔버(21)로부터 배출된 후, 상기 이음덕트(40)를 통해 상기 유동층반응부(4)로 공급된다. 상기 수산화칼슘공급부(3)가 상기 이음덕트(40)에 수산화칼슘을 공급함에 따라, 배가스는 수산화칼슘이 혼합된 상태로 상기 유동층반응부(4)로 공급될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 유동층반응부(4)는 수산화칼슘 및 상기 플라즈마반응부(2)로부터 배출된 배가스를 이용하여 유동층을 형성시킨다. 이에 따라, 상기 유동층반응부(4)는 상기 전처리공정을 거친 질소산화물에 대한 탈질공정 및 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 황산화물에 대한 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행한다. 예컨대, 상기 유동층반응부(4)는 아래 반응식 4 내지 반응식 6에 따라 탈질공정 및 탈황공정을 병행하여 수행할 수 있다.
[반응식 4]
Figure 112014009403791-pat00004

[반응식 5]
Figure 112014009403791-pat00005

[반응식 6]
Figure 112014009403791-pat00006

상기 반응식 4는 탈황공정을 나타낸 것이다. 상기 1차 처리공정을 거친 후에 배가스에 잔존하는 이산화황(SO2)은 상기 반응식 4에 따라 상기 수산화칼슘공급부(3)로부터 공급된 수산화칼슘과 반응하여 황산칼슘(CaSO4)으로 형성됨으로써, 탈황공정이 수행된다. 상기 2차 처리공정에 있어서, 탈황공정은 상기 플라즈마챔버(21)에서 배가스를 플라즈마 반응시켜서 1차 처리공정이 수행된 배가스에 수산화칼슘을 공급함으로써 이루어진다. 이에 따라, 상기 2차 처리공정에 있어서, 탈황공정은 130℃ 정도의 저온에서 건식으로 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 1차 처리공정을 거친 배가스를 가열하기 위해 배가스에 스팀, 가열된 수분 등을 공급하지 않고, 상기 2차 처리공정에서 탈황공정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 스팀, 가열된 수분 등을 생성하기 위한 연료 연소로 인해 이산화탄소가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 탈황공정을 수행하기 위해 다른 유해물질인 이산화탄소가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 반응식 5는 탈질공정을 나타낸 것이다. 상기 전처리공정을 거쳐 배가스에 포함된 이산화질소(NO2)는 상기 반응식 5에 따라 상기 수산화칼슘공급부(3)로부터 공급된 수산화칼슘과 반응하여 질산칼슘(Ca(NO3)2)을 형성함으로써, 탈질공정이 수행된다. 상기 플라즈마챔버(21)에서 상기 전처리공정을 수행함에 따라, 배가스에 포함된 일산화질소는 산화하여 이산화질소로 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 2차 처리공정을 수행하기 이전에 상기 전처리공정을 수행하여 배가스에 포함된 이산화질소의 비중을 높임으로써, 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용한 탈질공정의 효율을 높일 수 있다.
상기 반응식 6은 탈질공정을 나타낸 것이다. 상기 1차 처리공정 및 상기 전처리공정을 거친 후에 배가스에 일산화질소(NO)가 잔존하는 경우, 해당 일산화질소(NO)는 상기 반응식 6에 따라 상기 수산화칼슘공급부(3)로부터 공급된 수산화칼슘 및 상기 전처리공정을 거쳐 배가스에 포함된 이산화질소와 반응하여 질산칼슘을 형성함으로써, 탈질공정이 수행된다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 1차 처리공정 및 상기 전처리공정을 거친 후에 배가스에 일산화질소가 잔존하더라도, 이러한 일산화질소에 대해서도 수산화칼슘을 이용하여 탈질공정을 수행할 수 있으므로, 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용한 탈질공정의 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 2차 처리공정을 거쳐, 상기 유동층반응부(4)는 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 각각 상기 반응식 4 내지 반응식 6에 따라 반응시켜 칼슘염으로 형성함으로써, 탈황공정과 탈질공정을 동시에 수행한다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 수산화칼슘을 이용하여 높은 효율로 탈황공정을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 이와 함께 상기 2차 처리공정을 수행하기 이전에 상기 전처리공정을 수행하여 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용하여 높은 효율로 탈질공정을 병행하여 수행함으로써, 배가스에 포함된 유해물질에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 1차 처리공정을 통해 황산화물과 질소산화물을 1차적으로 제거한 후에, 상기 전처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 황산화물과 질소산화물을 수산화칼슘을 이용하여 2차적으로 제거함으로써, 유해물질에 대한 제거효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)에 있어서, 상기 1차 처리공정을 거쳐 주로 황산화물이 제거될 수 있고, 상기 2차 처리공정을 거쳐 주로 질소산화물이 제거될 수 있다.
상기 유동층반응부(4)는 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스에 염산(HCl)이 포함된 경우, 상기 탈질공정과 상기 탈황공정에 추가로 배가스에 포함된 염산에 대한 탈염산공정이 병행하여 이루어지는 2차 처리공정을 수행할 수 있다. 상기 유동층반응부(4)는 상기 수산화칼슘공급부(3)로부터 공급된 수산화칼슘을 이용하여 탈염산공정을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 유동층반응부(4)는 아래 반응식 7에 따라 탈염산공정을 수행할 수 있다.
[반응식 7]
Figure 112014009403791-pat00007

배가스에 포함된 염산은 상기 수산화칼슘공급부(3)로부터 공급된 수산화칼슘과 상기 반응식 7에 따라 반응하여 염화칼슘(CaCl2)으로 형성됨으로써, 탈염산공정이 수행된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 질소산화물 및 황산화물과 함께 염산이 포함된 배가스에 대해서도 유해물질 제거 공정을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 다양한 종류의 유해물질이 포함된 배가스를 배출하는 배가스 배출원(10)에 적용할 수 있는 범용성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 유동층반응부(4)는 유체 상태의 배가스 및 고체 상태의 수산화칼슘을 이용하여 유동층을 형성시킨다. 이 경우, 수산화칼슘이 유동층을 형성하기 위한 분립체로 기능하고, 배가스가 수산화칼슘을 부유시키기 위한 유체로 기능함으로써, 유동화가 발생하여 유동층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 유동층반응부(4)는 수산화칼슘 및 배가스 간의 접촉효율을 향상시킴으로써, 배가스에 포함된 유해물질에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다.
상기 유동층반응부(4)는 제1반응챔버(41) 및 연결챔버(42)를 포함할 수 있다.
상기 제1반응챔버(41)는 상기 플라즈마반응부(2)에 연결된다. 상기 제1반응챔버(41)는 상기 이음덕트(40)를 통해 상기 플라즈마반응부(2)에 연결될 수 있다. 상기 플라즈마반응부(2)로부터 배출된 배가스는 상기 이음덕트(40)를 따라 이동하여 상기 제1반응챔버(41) 내부로 공급된다. 이 경우, 상기 플라즈마반응부(2)로부터 배출된 배가스는 상기 이음덕트(40)를 따라 이동하는 과정에서 상기 수산화칼슘공급부(3)로부터 공급된 수산화칼슘과 혼합된 상태로 상기 제1반응챔버(41) 내부로 공급될 수 있다. 상기 제1반응챔버(41)는 내면이 원통 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 배가스 및 수산화칼슘은 상기 제1반응챔버(41) 내부로 공급되면서 와류를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 유동층반응부(4)는 배가스에 포함된 유해물질 및 수산화칼슘 간의 혼합률 및 반응률을 향상시킴으로써, 배가스에 포함된 유해물질에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다.
상기 연결챔버(42)는 상기 제1반응챔버(41)에 결합된다. 상기 연결챔버(42)는 상기 제1반응챔버(41)의 상측에 위치되게 상기 제1반응챔버(41)에 결합된다. 상기 연결챔버(42) 및 상기 제1반응챔버(41)는 내부가 서로 연통되게 결합된다. 상기 연결챔버(42)는 상기 제1반응챔버(41)로부터 공급되는 배가스 및 수산화칼슘을 이용하여 난류유동층(Turbulent Fluidized bed)을 형성한다. 이에 따라, 상기 유동층반응부(4)는 배가스에 포함된 유해물질 및 수산화칼슘 간의 혼합률 및 반응률을 더 향상시킴으로써, 배가스에 포함된 유해물질에 대한 처리효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 연결챔버(42)는 상기 제1반응챔버(41)에 비해 작은 직경으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1반응챔버(41)에서 상기 연결챔버(42)로 이동하는 과정에서 유동층의 유속이 증가함으로써, 상기 연결챔버(42)에서는 난류유동층이 형성될 수 있다. 상기 연결챔버(42)는 내면이 원통 형태로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 유동층반응부(4)는 상기 연결챔버(42)에 결합되는 공급기구(43)를 포함할 수 있다.
상기 공급기구(43)는 상기 연결챔버(42)에 압축공기 및 수산화칼슘을 공급한다. 이에 따라, 상기 공급기구(43)는 상기 연결챔버(42) 내부에 존재하는 유체의 확산을 배가시킴으로써, 상기 연결챔버(42) 내부에 난류유동층을 형성시킬 수 있다. 상기 공급기구(43)는 상기 수산화칼슘공급부(3)에 연결될 수 있다. 상기 수산화칼슘공급부(3)는 상기 공급기구(43)에 수산화칼슘을 공급할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 하나의 수산화칼슘공급부(3)를 이용하여 상기 이음덕트(40) 및 상기 연결챔버(42)에 수산화칼슘을 공급할 수 있도록 구현됨으로써, 설치 비용 및 운영 비용을 절감할 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 공급기구(43)는 압축공기를 공급하는 공급부에 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 상기 유동층반응부(4)는 상기 제1반응챔버(41)에 결합되는 인입부재(44)를 포함할 수 있다.
상기 인입부재(44)는 일측이 상기 이음덕트(40)를 통해 상기 플라즈마반응부(2)에 연결되고, 타측이 상기 제1반응챔버(41) 내부에 연결된다. 이에 따라, 상기 플라즈마반응부(2)로부터 배출된 배가스는 상기 인입부재(44)를 통해 상기 제1반응챔버(41) 내부로 공급된다.
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상기 인입부재(44)를 통해 상기 제1반응챔버(41)의 내부로 공급된 배가스 및 수산화칼슘은, 상기 유동층반응부(4) 내부에서 고정층, 기포 유동층, 슬러깅(Slugging), 및 난류 유동층을 형성하면서 서로 혼합되어 반응할 수 있다. 상기 고정층은 상기 제1반응챔버(41)의 하부에 형성된 입자층으로, 수산화칼슘으로 이루어질 수 있다. 상기 고정층에 위치된 수산화칼슘은 배가스의 이동으로 인한 움직임이 거의 없는 상태이다. 상기 기포 유동층은 상기 제1반응챔버(41)에서 상기 고정층의 상측에 형성된다. 상기 기포 유동층은 고체 농도가 희박한 기포상(Bubble Phase) 및 고체 농도가 큰 에멀젼상(Emulsion Phase)의 2상 혼합물로 이루어진다. 상기 슬러깅은 상기 제1반응챔버(41)에서 상기 기포 유동층의 상측에 형성된다. 상기 슬러깅은 상기 기포 유동층에서 형성된 기포의 직경이 배가스의 유속 증가로 인해 증가함으로써 형성된다. 상기 난류 유동층은 상기 슬러깅의 상측에 위치되게 상기 연결챔버(42)에 형성된다. 상기 난류 유동층은 배가스의 유속 증가로 인해 기포상과 에멀젼상 간의 경계가 없어진 상태이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 유동층반응부(4)는 상기 연결챔버(42)에 결합되는 제2반응챔버(45)를 포함할 수 있다.
상기 제2반응챔버(45)는 상기 연결챔버(42)의 상측에 위치되게 상기 연결챔버(42)에 결합된다. 상기 제2반응챔버(45) 및 상기 연결챔버(42)는 내부가 서로 연통되게 결합된다. 상기 연결챔버(42)는 상기 제1반응챔버(41) 및 상기 제2반응챔버(45) 사이에 위치된다. 상기 제2반응챔버(45)의 내부에는 고속 유동층(Fast Fluidized Bed)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 유동층반응부(4)는 배가스에 포함된 유해물질 및 수산화칼슘 간의 혼합률 및 반응률을 더 향상시킴으로써, 배가스에 포함된 유해물질에 대한 처리효율을 더 향상시킬 수 있다. 상기 제2반응챔버(45)는 상기 연결챔버(42)에 비해 큰 직경으로 형성될 수 있다. 상기 제2반응챔버(45)는 내면이 원통 형태로 형성될 수 있다. 상기 제2반응챔버(45)의 내부에는 상기 고속 유동층의 상측에 희박상 수송영역이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 유동층반응부(4)는 하부에서 상부를 향하는 방향으로 상기 고정층, 상기 기포 유동층, 상기 슬러깅, 상기 난류 유동층, 상기 고속 유동층, 및 상기 희박상 수송영역의 6가지 영역이 형성됨으로써, 배가스에 포함된 유해물질 및 수산화칼슘 간의 혼합률 및 반응률을 향상시킬 수 있고, 배가스에 포함된 유해물질에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 유동층반응부(4)는 미세분무노즐(46)을 포함할 수 있다.
상기 미세분무노즐(46)은 상기 제2반응챔버(45)에 결합된다. 상기 미세분무노즐(46)은 상기 제2반응챔버(45)의 내부에 물과 압축공기를 분사한다. 상기 미세분무노즐(46)로부터 분사된 물과 압축공기는 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물을 흡수하여 제거할 수 있다. 이 경우, 상기 미세분무노즐(46)은 물과 압축공기를 미세화(Atomizing) 처리하여 상기 제2반응챔버(45)의 내부에 분사할 수 있다. 이에 따라, 황산화물 및 질소산화물을 흡수한 물 및 압축공기는 배가스의 온도에 의해 증발됨으로써, 별도의 폐수 처리 설비 없이 처리될 수 있다. 또한, 상기 미세분무노즐(46)은 상기 연결챔버(42)에 공급된 수산화칼슘이 상기 제2반응챔버(45)에서 슬러리 형태로 고착되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 백필터(5)는 상기 유동층반응부(4)에 연결된다. 상기 백필터(5)는 상기 백필터덕트(50)를 통해 상기 유동층반응부(4)에 연결될 수 있다. 상기 백필터(5)는 미세한 가공으로 인하여 액상이나 고상의 물질들을 포집함으로써, 액상이나 고상의 물질들이 통과하는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, 상기 백필터(5)는 상기 플라즈마챔버(21)로부터 공급된 배가스로부터 상기 1차 처리공정을 거쳐 형성된 암모늄염 및 상기 2차 처리공정을 거쳐 형성된 칼슘염을 동시에 포집한다. 예컨대, 상기 백필터(5)는 상기 1차 처리공정을 통해 NO로부터 형성된 NH4NO3, SO2로부터 형성된 NH4HSO3, NH4HSO4, (NH4)2SO3, (NH4)2SO4을 포함하는 암모늄염, 및 상기 2차 처리공정을 통해 NO와 NO2로부터 형성된 Ca(NO3)2, SO2로부터 형성된 CaSO4, 및 HCl로부터 형성된 CaCl2를 포함하는 칼슘염을 동시에 포집할 수 있다. 따라서, 상기 백필터(5)는 상기 플라즈마챔버(21)로부터 공급된 배가스로부터 최종적으로 유해물질을 제거할 수 있다. 상기 백필터(5)의 표면은 테프론(Teflon) 등과 같은 여과능이 우수한 재질이 코팅될 수 있다.
상기 백필터(5)는 상기 유동층반응부(4)로부터 공급되는 배가스로부터 분진(Dust) 등을 추가로 포집할 수도 있다. 상기 백필터(5)는 미반응된 수산화칼슘을 추가로 포집할 수도 있다. 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 백필터(5)에 포집된 미반응된 수산화칼슘을 회수하기 위한 회수장치를 포함할 수 있다. 상기 회수장치는 상기 백필터(5)로부터 회수한 미반응된 수산화칼슘을 저장하거나, 미반응된 수산화칼슘이 재사용되도록 상기 수산화칼슘공급부(3)로 공급할 수 있다.
상기 백필터(5)는 배출관(60)을 통해 상기 스택(20)에 연결된다. 상기 백필터(5)를 거쳐 유해물질이 최종적으로 제거된 배가스는, 상기 배출관(60)을 따라 이동한 후에 상기 스택(20)을 통해 대기로 방출된다. 상기 배출관(60)에는 배가스를 이동시키기 위한 제2팬(200)이 결합될 수 있다. 상기 제2팬(200)은 상기 백필터(5)로부터 배가스를 배출시키고, 상기 백필터(5)로부터 배출된 배가스가 상기 스택(20)을 통해 대기로 방출되도록 배가스를 이동시킬 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 암모니아(NH3)를 공급하기 위한 암모니아공급부(6)를 포함할 수 있다.
상기 암모니아공급부(6)는 상기 플라즈마챔버(21)로 공급되는 배가스에 암모니아를 공급한다. 상기 암모니아공급부(6)로부터 공급된 암모니아는 배가스에 혼합됨으로써, 상기 플라즈마챔버(21)에서 상기 1차 처리공정을 통해 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물 각각으로부터 암모늄염을 형성하는데 이용된다.
상기 암모니아공급부(6)는 배가스에 포함된 황산화물과 질소산화물의 양에 대응되는 양의 암모니아를 배가스에 공급할 수 있다. 상기 암모니아공급부(6)는 암모니아의 양을 NSR(Normalized Stoichiometric Ratio) 0.1 ~ 0.8로 조절하여 배가스에 공급할 수 있다. 상기 암모니아공급부(6)가 암모니아의 양을 NSR 0.8 이상으로 조절하여 배가스에 공급하면, 상기 1차 처리공정에서 황산화물과 질소산화물 각각에 반응하지 못하고 슬립되는 암모니아가 발생하게 된다. 상기 암모니아공급부(6)가 암모니아의 양을 NSR 0.1 미만으로 조절하여 배가스에 공급하면, 상기 1차 처리공정에서 암모늄염으로 형성되지 못한 황산화물과 질소산화물이 잔존하게 된다.
상기 암모니아공급부(6)는 상기 플라즈마챔버(21)에 암모니아를 공급함으로써, 상기 플라즈마챔버(21)로 공급되는 배가스에 암모니아를 공급할 수도 있다. 상기 암모니아공급부(6)는 상기 연결덕트(30)에 암모니아를 공급함으로써, 상기 플라즈마챔버(21)로 공급되는 배가스에 암모니아를 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 암모니아공급부(6)는 상기 연결덕트(30)에 연결될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 암모니아공급부(6)는 암모니아가 저장되는 암모니아저장부, 및 상기 암모니아저장부에 저장된 암모니아를 배가스에 공급하기 위한 암모니아공급수단을 포함할 수 있다. 상기 암모니아공급수단은 배가스에 공급하는 암모니아의 공급량을 조절할 수 있다. 이를 위해, 상기 암모니아공급수단은 댐퍼, 유량조절밸브 등을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 탄화수소를 공급하기 위한 탄화수소공급부(7)를 포함할 수 있다.
상기 탄화수소공급부(7)는 상기 플라즈마챔버(21)로 공급되는 배가스에 탄화수소를 공급한다. 예컨대, 상기 탄화수소는 프로필렌(C3H6)일 수 있다. 배가스에 공급된 탄화수소는, 상기 반응기(3) 내부에 위치한 산소원자, 오존 등과 반응함으로써 RO2 과산화물(R=H, CH3, HCO3, C2H3, C2H5 등)을 형성한다. 이러한 RO2 과산화물은 일산화질소를 이산화질소로 더 효과적으로 산화시킴으로써, 상기 전처리공정에 대한 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, RO2 과산화물은 이산화황을 삼산화황으로 더 효과적으로 산화시킴으로써, 상기 1차 처리공정에 대한 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 탄화수소공급부(7)는 상기 플라즈마발생부(22)가 상기 플라즈마챔버(21)에 공급하는 전력의 에너지밀도당 상기 1차 처리공정이 이루어지는 효율을 향상시킴으로써, 상기 플라즈마발생부(22)가 소모하는 전력량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 운영 비용을 줄일 수 있다.
상기 탄화수소공급부(7)는 상기 전처리공정을 거친 후 배가스에 잔존하는 질소산화물 중에서 이산화질소가 40% 이상을 차지하도록 탄화수소의 양을 조절하여 배가스에 공급할 수 있다. 바람직하게는, 상기 탄화수소공급부(7)는 상기 전처리공정을 거친 후 배가스에 잔존하는 질소산화물 중에서 이산화질소가 90% 이상을 차지하도록 탄화수소의 양을 조절하여 배가스에 공급할 수 있다.
상기 탄화수소공급부(7)는 NSR 0.2 ~ 1.0에 해당하는 양의 탄화수소를 배가스에 공급할 수 있다. 상기 탄화수소공급부(7)가 탄화수소의 양을 NSR 1.0 초과로 조절하여 배가스에 공급하면, 상기 에너지밀도에 비해 과다한 양의 탄화수소가 공급됨에 따라 슬립되는 탄화수소가 발생하게 된다. 상기 탄화수소공급부(7)가 탄화수소의 양을 NSR 0.2 미만으로 조절하여 배가스에 공급하면, 상기 에너지밀도에 비해 부족한 양의 탄화수소가 공급됨에 따라 상기 플라즈마발생부(22)가 소모하는 전력량을 감소시키고자 하는 효과가 저하된다. 상기 탄화수소공급부(7)는 상기 플라즈마발생부(22)가 상기 플라즈마챔버(21)에 공급하는 전력의 에너지밀도에 대응되는 양으로 프로필렌의 양을 조절하여 배가스에 공급할 수 있다.
상기 탄화수소공급부(7)는 상기 플라즈마챔버(21)에 탄화수소를 공급함으로써, 상기 플라즈마챔버(21)로 공급되는 배가스에 탄화수소를 공급할 수도 있다. 상기 탄화수소공급부(7)는 상기 연결덕트(30)에 탄화수소를 공급함으로써, 상기 플라즈마챔버(21)로 공급되는 배가스에 탄화수소를 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 탄화수소공급부(7)는 상기 연결덕트(30)에 연결될 수 있다. 상기 탄화수소공급부(7)는 상기 암모니아공급부(6)로부터 이격된 위치에서 상기 연결덕트(30)에 연결될 수 있다. 상기 탄화수소공급부(7)는 상기 배가스 발생원(10)과 상기 암모니아공급부(6) 사이에 위치되게 상기 연결덕트(30)에 연결될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 탄화수소공급부(7)는 탄화수소가 저장되는 탄화수소저장부, 및 상기 탄화수소저장부에 저장된 탄화수소를 배가스에 공급하기 위한 탄화수소공급수단을 포함할 수 있다. 상기 탄화수소공급수단은 배가스에 공급하는 탄화수소의 공급량을 조절할 수 있다. 이를 위해, 상기 탄화수소공급수단은 댐퍼, 유량조절밸브 등을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 활성탄를 공급하기 위한 활성탄공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 활성탄공급부는 상기 백필터(5)로 공급되는 배가스에 활성탄를 공급한다. 배가스에 공급된 활성탄은, 배가스에 포함된 다이옥신을 흡착한다. 상기 백필터(5)는 다이옥신을 흡착한 활성탄을 포집함으로써, 배가스로부터 다이옥신을 제거할 수 있다. 상기 활성탄공급부는 상기 유동층반응부(4)에서 상기 백필터(5)로 이동하는 배가스에 활성탄를 공급함으로써, 상기 백필터(5)로 공급되는 배가스에 활성탄를 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 활성탄공급부는 상기 백필터덕트(50)에 연결될 수 있다. 상기 활성탄공급부는 상기 백필터덕트(50)에 활성탄를 공급함으로써, 배가스에 포함된 다이옥신이 활성탄에 흡착되도록 할 수 있다.
상기 활성탄공급부는 배가스에 수산화칼슘이 공급된 이후에 활성탄이 공급되도록 상기 유동층반응부(4)와 상기 백필터(5) 사이에 위치되게 상기 백필터덕트(50)에 연결될 수 있다. 배가스에 수산화칼슘보다 활성탄이 먼저 공급되면, 활성탄은 배가스에 포함된 다이옥신 외에 다른 유해물질과도 반응하게 되므로 상기 활성탄공급부가 공급하는 활성탄의 양이 증가하게 된다. 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 배가스에 수산화칼슘을 공급한 후에 활성탄을 나중에 공급함으로써, 활성탄이 다이옥신 외에 다른 유해물질과도 반응하게 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 탈질탈황장치(1)는 활성탄에 대한 소모량을 줄일 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 활성탄공급부는 활성탄이 저장되는 활성탄저장부, 및 상기 활성탄저장부에 저장된 활성탄을 배가스에 공급하기 위한 활성탄공급수단을 포함할 수 있다. 상기 활성탄공급수단은 배가스에 공급하는 활성탄의 공급량을 조절할 수 있다. 이를 위해, 상기 활성탄공급수단은 댐퍼, 유량조절밸브 등을 포함할 수 있다. 상기 활성탄공급부는 카본 분말로 형성된 활성탄을 배가스에 공급할 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)는 상기 백필터(5)로부터 배출되는 배가스로부터 질소산화물, 황산화물, 염산 및 암모니아 중에서 적어도 하나의 함량을 측정하는 측정부(9)를 더 포함한다.
상기 측정부(9)는 상기 백필터(5)와 상기 스택(20) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 측정부(9)는 상기 배출관(60)에 설치될 수 있다. 상기 측정부(9)는 상기 배출관(60)을 통해 상기 백필터(5)에서 상기 스택(20)으로 이동하는 배가스로부터 질소산화물, 황산화물, 염산 및 암모니아 중에서 적어도 하나의 함량을 측정할 수 있다. 상기 측정부(9)는 황산화물분석기, 질소산화물분석기, 염산분석기 및 암모니아분석기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 측정부(9)는 상기 백필터(5)로부터 배출되는 배가스로부터 질소산화물, 황산화물 및 암모니아 중에서 적어도 하나의 함량을 측정하여 측정값을 획득한 후, 획득한 측정값을 상기 암모니아공급부(6)에 제공할 수 있다. 상기 암모니아공급부(6)는 상기 측정부(9)로부터 제공된 측정값에 따라 배가스에 공급하는 암모니아의 공급량을 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 측정부(9)가 측정한 암모니아에 대한 측정값이 기설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 암모니아공급부(6)는 배가스에 공급하는 암모니아의 공급량을 줄일 수 있다. 이에 따라, 상기 암모니아공급부(6)는 상기 1차 처리공정에서 이용되지 못하고 슬립되는 암모니아를 줄임으로써, 상기 백필터(5)로부터 배출되는 배가스에 함유된 암모니아의 양을 줄일 수 있다. 예컨대, 상기 측정부(9)가 측정한 질소산화물 또는 황산화물에 대한 측정값이 기설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 암모니아공급부(6)는 배가스에 공급하는 암모니아의 공급량을 늘릴 수 있다. 이에 따라, 상기 암모니아공급부(6)는 상기 1차 처리공정에서 질소산화물과 황산화물로부터 암모늄염이 형성되는 양을 증대시킴으로써, 상기 백필터(5)로부터 배출되는 배가스에 함유된 질소산화물 또는 황산화물의 양을 줄일 수 있다.
상기 측정부(9)는 상기 백필터(5)로부터 배출되는 배가스로부터 질소산화물, 황산화물 및 염산 중에서 적어도 하나의 함량을 측정하여 측정값을 획득한 후, 획득한 측정값을 상기 수산화칼슘공급부(3)에 제공할 수 있다. 상기 수산화칼슘공급부(3)는 상기 측정부(9)로부터 제공된 측정값에 따라 배가스에 공급하는 수산화칼슘의 공급량을 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 측정부(9)가 측정한 질소산화물, 황산화물 또는 염산에 대한 측정값이 기설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 수산화칼슘공급부(3)는 배가스에 공급하는 수산화칼슘의 공급량을 늘릴 수 있다. 이에 따라, 상기 수산화칼슘공급부(3)는 상기 2차 처리공정에서 질소산화물, 황산화물 및 염산로부터 칼슘염이 형성되는 양을 증대시킴으로써, 상기 백필터(5)로부터 배출되는 배가스에 함유된 질소산화물, 황산화물 또는 염산의 양을 줄일 수 있다. 상기 측정부(9)는 백필터(5)로부터 배출되는 배가스로부터 분진량, 온도, 수분 함유량 등을 추가로 측정할 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법의 개략적인 순서도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스로부터 유해물질을 제거하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상술한 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치(1)를 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.
우선, 배가스발생원(10)으로부터 배출되는 배가스를 플라즈마 반응시킨다(S10). 이러한 공정(S10)은 상기 플라즈마반응부(2)가 내부에 위치된 배가스를 방전시켜서 배가스를 플라즈마 반응시킴으로써 이루어질 수 있다.
상기 배가스를 플라즈마 반응시키는 공정(S10)은 상기 1차 처리공정을 수행하는 공정(S11) 및 상기 전처리공정을 수행하는 공정(S12)을 포함한다.
상기 1차 처리공정을 수행하는 공정(S11)은 배가스를 방전시켜서 배가스에 포함된 황산화물과 질소산화물을 플라즈마 상태로 유도한 후에, 암모니아와 최종 반응시켜서 암모늄염으로 형성함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공정(S11)은 상기 플라즈마반응부(2)에서 이루어질 수 있다. 상기 1차 처리공정은 상기 반응식 1 및 반응식 2에 따라 수행될 수 있다. 상기 1차 처리공정은 아래 반응식 8 및 반응식 9에 따라 수행될 수도 있다.
[반응식 8]
Figure 112014009403791-pat00010

[반응식 9]
Figure 112014009403791-pat00011

상기 반응식 8 및 반응식 9에서 [O]는 여러 가지 종류의 산화물을 의미한다. 예컨대, [O]는 배가스가 방전되어 플라즈마 상태로 유도됨에 따라 형성된 수산화기(OH), 산소원자(O), 오존(O3) 등 일수 있다. 배가스에 포함된 질소산화물 및 황산화물은 [O] 산화물과 반응하여 산화된 후, 배가스 또는 상기 플라즈마반응부(2) 내부에 존재하는 공기에 포함된 물분자(H20)와 반응함으로써 각각 질산(HNO3) 및 황산(H2SO4)을 형성한다. 이와 같이 형성된 질산 및 황산은 암모니아(NH3)와 반응하여 각각 질산암모늄(NH4NO3) 및 황산암모늄((NH4)2SO4)을 형성함으로써, 암모늄염을 형성한다. 상기 암모니아는 배가스에 포함된 것일 수도 있고, 상기 암모니아공급부(6)로부터 공급된 것일 수도 있다.
상기 1차 처리공정을 수행하는 공정(S11)은 배가스를 플라즈마 반응시킴으로써, 상기 1차 처리공정을 거친 배가스를 가열하기 위해 배가스에 스팀, 가열된 수분 등을 공급하지 않고 상기 2차 처리공정에서 탈황공정을 건식으로 수행되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 2차 처리공정을 수행하는 과정에서 스팀, 가열된 수분 등을 생성하기 위한 연료 연소로 인해 이산화탄소가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 2차 처리공정에서 탈황공정을 수행하기 위해 다른 유해물질인 이산화탄소가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 전처리공정을 수행하는 공정(S12)은 배가스에 포함된 일산화질소(NO)를 산화시켜 이산화질소(NO2)로 형성한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
우선, 상기 전처리공정을 수행하지 않는 경우에도, 상기 2차 처리공정은 수산화칼슘을 이용하여 상기 탈질공정과 상기 탈황공정에 대해 소정의 효율을 나타낸다. 그러나, 배가스에 포함된 일산화질소의 일부는 상기 1차 처리공정을 통해 암모늄염으로 형성됨으로써 제거되지만 제거효율이 높지 않으므로, 상기 1차 처리공정을 거치더라도 배가스에 잔존하게 된다. 이와 같이 상기 1차 처리공정을 거치더라도 배가스에 잔존하게 되는 일산화질소는 상기 수산화칼슘공급부(3)로부터 공급되는 수산화칼슘과 반응하여 제거 가능하지만 제거효율이 높지 않기 때문에, 상기 2차 처리공정을 거친 배가스에 일산화질소가 남게 된다. 따라서, 상기 전처리공정을 수행하지 않으면, 상기 2차 처리공정은 상기 탈질공정에 대한 효율이 낮게 나타나는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 2차 처리공정을 수행하기 이전에 배가스에 포함된 이산화질소의 비중을 높이기 위해 상기 전처리공정을 수행한다(S12). 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 전처리공정을 통해 배가스에 포함된 일산화질소를 산화시켜서 수산화칼슘과 반응하여 높은 제거효율을 나타내는 이산화질소로 형성함으로써, 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용한 탈질공정의 효율을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 수산화칼슘을 이용하여 높은 효율로 탈황공정을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 이와 함께 상기 2차 처리공정을 수행하기 이전에 상기 전처리공정을 수행하여 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용하여 높은 효율로 탈질공정을 병행하여 수행함으로써, 배가스에 포함된 유해물질에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 플라즈마반응부(2)에서 배가스에 포함된 질소산화물 중에서 이산화질소가 40% 이상을 차지하도록 상기 전처리공정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 2차 처리공정을 통해 수산화칼슘을 이용하여 이산화질소에 대한 탈질공정을 수행함으로써, 탈질공정에 대한 효율을 70% 이상으로 높일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 플라즈마반응부(2)에서 배가스에 포함된 질소산화물 중에서 이산화질소가 90% 이상을 차지하도록 상기 전처리공정을 수행함으로써, 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용한 탈질공정에 대한 효율을 극대화할 수 있다.
상기 전처리공정을 수행하는 공정(S12)은 배가스를 방전시켜서 배가스에 포함된 일산화질소를 플라즈마 상태로 유도함으로써, 일산화질소를 다음과 같은 반응식들에 따라 이산화질소로 형성할 수 있다. 이러한 공정(S12)은 상기 플라즈마반응부(2)에서 이루어질 수 있다. 상기 전처리공정은 상기 반응식 3에 따라 수행될 수 있다. 상기 전처리공정은 아래 반응식 10 내지 반응식 19에 따라 수행될 수도 있다.
[반응식 10] e + O2 → O + O + e
[반응식 11] e + O2 → O + O(1D) + e
[반응식 12] O(1D) + H2O → O + H2O
[반응식 13] O(1D) + O2 → O + O2
[반응식 14] O(1D) + N2 → O + N2
[반응식 15] e + H2O → OH + e
[반응식 16] O(1D) + H2O → OH + OH
[반응식 17] OH + OH → H2O + O
[반응식 18] O + O2 → O3
[반응식 19] NO + (O, O3) → NO2
상기 반응식 10 내지 반응식 15에 대해 구체적으로 살펴보면, 배가스와 상기 플라즈마반응부(2) 내부에 존재하는 공기가 방전되어 플라즈마 상태로 유도됨에 따라, 배가스 또는 공기에 포함된 산소분자(O2)의 일부는 반응식 10에 따라 반응하여 산소원자(O)를 형성된다. 그리고, 배가스 또는 공기에 포함된 산소분자(O2)의 일부는 반응식 11에 따라 반응하여 산소원자(O)와 들뜬 상태의 산소원자(O(1D))를 형성한다.
반응식 10과 반응식 11에 따라 형성된 산소원자(O)의 일부는 반응식 19에 따라 배가스에 포함된 일산화질소(NO)와 반응함으로써 이산화질소(NO2)를 형성한다. 그리고, 반응식 10과 반응식 11에 따라 형성된 산소원자(O)의 일부는 반응식 18에 따라 배가스 또는 공기에 포함된 산소분자(O2)와 반응함으로써 오존(O3)을 형성한 후, 반응식 19에 따라 배가스에 포함된 일산화질소(NO)와 반응함으로써 이산화질소(NO2)를 형성한다.
반응식 11에 따라 형성된 들뜬 상태의 산소원자(O(1D))는 반응식 12 내지 반응식 14에 따라 배가스 또는 공기에 포함된 물분자(H2O), 산소분자(O2), 질소분자(N2)와 각각 반응함으로써, 산소원자(O)를 형성한다. 반응식 12 내지 반응식 14에 따라 형성된 산소원자(O)의 일부는 상기 반응식 19에 따라 일산화질소(NO)와 반응함으로써 이산화질소(NO2)를 형성한다. 그리고, 반응식 12 내지 반응식 14에 따라 형성된 산소원자(O)의 일부는 반응식 18에 따라 배가스 또는 공기에 포함된 산소분자(O2)와 반응함으로써 오존(O3)을 형성한 후, 반응식 19에 따라 배가스에 포함된 일산화질소(NO)와 반응함으로써 이산화질소(NO2)를 형성한다.
한편, 배가스와 상기 플라즈마반응부(2) 내부에 존재하는 공기가 방전되어 플라즈마 상태로 유도됨에 따라, 배가스 또는 공기에 포함된 물분자(H2O)는 반응식 15에 따라 반응하여 수산화기(OH)를 형성한 후, 반응식 17에 따라 반응함으로써 산소원자(O)를 형성한다. 반응식 15와 반응식 17에 따라 형성된 산소원자(O)의 일부는 상기 반응식 19에 따라 일산화질소(NO)와 반응함으로써 이산화질소(NO2)를 형성한다. 반응식 15와 반응식 17에 따라 형성된 산소원자(O)의 일부는 반응식 18에 따라 배가스에 포함된 산소분자(O2)와 반응함으로써 오존(O3)을 형성한 후, 반응식 19에 따라 배가스에 포함된 일산화질소(NO)와 반응함으로써 이산화질소(NO2)를 형성한다. 반응식 17에서 이용되는 수산화기(OH)는, 반응식 11에 따라 형성된 들뜬 상태의 산소원자(O(1D))가 반응식 16에 따라 물분자(H2O)와 반응함으로써 형성된 것일 수도 있다.
상술한 바와 같은 과정들을 거쳐, 배가스에 포함된 일산화질소는 반응식 19에 따라 산소원자(O) 또는 오존(O3)과 반응하여 산화되고, 이에 따라 이산화질소로 형성됨으로써 상기 전처리공정이 수행된다(S12).
상기 전처리공정을 수행하는 공정(S12) 및 상기 1차 처리공정을 수행하는 공정(S11)은 상기 플라즈마반응부(2) 내부에서 동시에 이루어질 수 있다. 상기 전처리공정을 수행하는 공정(S12) 및 상기 1차 처리공정을 수행하는 공정(S11)은 상기 플라즈마반응부(2) 내부에서 어느 하나가 먼저 이루어지고, 나머지 하나가 나중에 이루어질 수도 있다. 상기 1차 처리공정을 수행하는 공정(S11)이 먼저 이루어지는 경우, 상기 전처리공정을 수행하는 공정(S12)은 상기 1차 처리공정이 수행된 후에도 배가스에 잔존하는 일산화질소를 산화시켜 이산화질소로 형성함으로써 이루어질 수 있다.
상기 배가스를 플라즈마 반응시키는 공정(S10)은 상기 플라즈마챔버(21)에 플라즈마를 발생시키기 위한 에너지밀도를 2 ~ 5 Wh/Nm3으로 조절하여 공급함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공정은 상기 플라즈마발생부(22)에 의해 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 배가스에 포함된 질소산화물 중에서 이산화질소가 40% 이상을 차지하도록 상기 전처리공정을 수행할 수 있다.
다음, 수산화칼슘을 공급한다(S20). 이러한 공정(S20)은 상기 수산화칼슘공급부(3)가 상기 플라즈마반응부(2)로부터 배출된 배가스에 수산화칼슘을 공급함으로써 이루어질 수 있다. 상기 수산화칼슘을 공급하는 공정(S20)은, 상기 연결챔버(42)에 수산화칼슘을 공급함으로써 이루어질 수도 있다. 상기 수산화칼슘을 공급하는 공정(S20)은 배가스에 공급하는 수산화칼슘의 공급량을 조절하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은 상기 수산화칼슘공급부(3)가 수산화칼슘의 공급량을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 상기 수산화칼슘을 공급하는 공정(S20)은 수산화칼슘의 양을 NSR 2 ~ 5로 조절하여 공급함으로써 이루어질 수 있다.
다음, 유동층을 형성시켜서 2차 처리공정을 수행한다(S30). 이러한 공정(S30)은, 상기 유동층반응부(4)가 수산화칼슘과 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 탈질공정과 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행함으로써 이루어질 수 있다. 상기 2차 처리공정을 수행하는 공정(S30)은 상기 탈황공정이 상술한 반응식 4에 따라 처리됨으로써 수행될 수 있다. 상기 2차 처리공정을 수행하는 공정(S30)은 상기 탈질공정이 상술한 반응식 5 및 반응식 6에 따라 처리됨으로써 이루어질 수 있다. 상기 2차 처리공정을 수행하는 공정(S30)은, 상기 전처리공정을 거친 후에 배가스에 일산화질소가 잔존하는 경우, 해당 일산화질소(NO)를 상기 반응식 6에 따라 질산칼슘을 형성함으로써 탈질공정을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 전처리공정을 거친 후에 배가스에 일산화질소가 잔존하더라도, 이러한 일산화질소에 대해서도 수산화칼슘을 이용하여 탈질공정을 수행할 수 있으므로, 상기 2차 처리공정에서 수산화칼슘을 이용한 탈질공정의 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 2차 처리공정을 수행하는 공정(S30)은, 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스에 염산이 포함된 경우, 상기 탈질공정과 상기 탈황공정에 추가로 배가스에 포함된 염산에 대한 탈염산공정을 추가로 수행한다. 이러한 공정(S30)은 상기 유동층반응부(4)에서 상기 반응식 6에 따라 탈염산공정이 수행됨으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 질소산화물 및 황산화물과 함께 염산이 포함된 배가스에 대해서도 유해물질 제거 공정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 다양한 종류의 유해물질이 포함된 배가스를 배출하는 배가스 배출원(10)에 적용할 수 있는 범용성을 향상시킬 수 있다.
다음, 배가스로부터 암모늄염과 칼슘염을 동시에 포집한다(S40). 이러한 공정(S40)은 상기 백필터(5)가 상기 2차 처리공정을 거친 배가스로부터 암모늄염과 칼슘염을 동시에 포집함으로써 이루어질 수 있다. 상기 암모늄염과 칼슘염을 포집하는 공정(S40)에 의해, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 배가스로부터 최종적으로 질소산화물과 황산화물을 제거할 수 있다. 상기 배가스 발생원(10)으로부터 배출된 배가스에 염산이 포함된 경우, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 배가스로부터 최종적으로 질소산화물, 황산화물 및 염산을 제거할 수 있다. 상기 암모늄염과 칼슘염을 포집하는 공정(S40)은, 상기 백필터(5)가 분진, 미반응된 미수산화칼슘을 추가로 포집함으로서 이루어질 수도 있다. 상기 암모늄염과 칼슘염을 포집하는 공정(S40)을 거친 배가스는, 상기 스택(20)을 통해 대기로 방출된다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 2차 처리공정을 수행하는 공정(S30)은, 상기 유동층반응부(4)에 배가스를 공급하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 상기 인입부재(44)가 상기 제1반응챔버(41)의 중심위치(OP, 도 4에 도시됨)로부터 이격된 위치로 배가스를 공급함으로써 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 배가스가 상기 제1반응챔버(41)의 내부고 공급되면서 와류를 형성하도록 유도함으로써, 상기 유동층반응부(4)에서 유동층이 원활하게 형성되도록 구현될 수 있고, 배가스 및 수산화칼슘 간의 혼합률 및 반응률을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 2차 처리공정을 수행하는 공정(S30)은, 상기 유동층반응부(4)에 압축공기 및 수산화칼슘을 공급하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 상기 공급기구가 상기 연결챔버(42)에 압축공기 및 수산화칼슘을 공급함으로써 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 연결챔버(42) 내부에 존재하는 유체의 확산을 배가시킴으로써, 상기 연결챔버(42) 내부에 난류유동층을 형성시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 배가스 및 수산화칼슘 간의 혼합률 및 반응률을 더 향상시킴으로써, 유해물질에 대한 처리효율을 더 향상시킬 수 있다. 상기 유동층반응부에 압축공기 및 수산화칼슘을 공급하는 공정은, 제1직경으로 형성된 제1반응챔버(41)에 비해 작은 제2직경으로 형성된 연결챔버(42)에 압축공기 및 수산화칼슘을 공급함으로써 이루어질 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 2차 처리공정을 수행하는 공정(S30)은, 상기 유동층반응부(4)에 물과 압축공기를 분사하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은, 상기 미세분무노즐(46)이 물과 압축공기를 미세화 처리하여 상기 제2반응챔버(45)에 분사함으로써 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 제2반응챔버(45)에서 물과 압축공기가 배가스에 포함된 황산화물 및 질소산화물을 흡수하여 추가로 제거할 수 있도록 구현된다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 암모니아를 공급하는 공정(S50)을 더 포함한다.
상기 암모니아를 공급하는 공정(S50)은 상기 암모니아공급부(6)가 상기 배가스 발생원(10)로부터 배출되어 상기 플라즈마반응부(2)로 공급되는 배가스에 암모니아를 공급함으로써 이루어질 수 있다. 상기 암모니아를 공급하는 공정(S50)에 의해, 배가스는 암모니아와 혼합된 상태로 상기 플라즈마반응부(2) 내부에 위치된다. 상기 암모니아를 공급하는 공정(S50)은, 암모니아의 양을 NSR 0.1 ~ 0.8로 조절하여 배가스에 공급함으로써 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 전처리공정을 거친 후 배가스에 잔존하는 질소산화물 중에서 이산화질소가 40% 이상을 차지하도록 구현된다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은, 탄화수소를 공급하는 공정(S60)을 더 포함한다.
상기 탄화수소를 공급하는 공정(S60)은, 상기 탄화수소공급부(7)가 상기 플라즈마반응부(2)로 공급되는 배가스에 탄화수소를 공급함으로써 이루어질 수 있다. 상기 탄화수소를 공급하는 공정(S60)에 의해, 배가스는 탄화수소와 혼합된 상태로 상기 플라즈마반응부(2) 내부에 위치된다. 상기 탄화수소를 공급하는 공정(S60)은 상기 암모니아를 공급하는 공정(S50)이 수행된 후, 그리고 상기 배가스를 플라즈마 반응시키는 공정(S10)이 수행되기 전에 수행될 수 있다. 상기 탄화수소를 공급하는 공정(S60)은, 프로필렌의 양을 NSR 0.2 ~ 1.0으로 조절하여 배가스에 공급함으로써 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 배가스를 플라즈마 반응시키는 공정(S10)은, 상기 암모니아와 탄화수소가 혼합된 배가스를 방전시킴으로써 이루어질 수 있다. 상기 암모니아와 탄화수소가 혼합된 배가스를 방전시킴에 따라, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 일산화질소를 이산화질소로 더 효과적으로 산화시킴으로써, 상기 전처리공정에 대한 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은 상기 플라즈마발생부(22)가 상기 플라즈마챔버(21)에 공급하는 전력의 에너지밀도당 상기 1차 처리공정이 이루어지는 효율을 향상시킴으로써, 상기 플라즈마발생부(22)가 소모하는 전력량을 감소시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은, 활성탄을 공급하는 공정(S70)을 더 포함한다.
상기 활성탄을 공급하는 공정(S70)은, 상기 활성탄공급부가 상기 백필터(5)로 공급되는 배가스에 활성탄을 공급함으로써 이루어질 수 있다. 상기 활성탄을 공급하는 공정(S70)에 의해, 배가스는 다이옥신이 활성탄에 흡착된 상태로 상기 백필터(5)에 공급된다. 상기 백필터(5)는 다이옥신을 흡착한 활성탄을 포집함으로써, 배가스로부터 다이옥신을 제거할 수 있다. 상기 활성탄을 공급하는 공정(S70)은 상기 2차 처리공정을 수행하는 공정(S30)이 수행된 후, 그리고 상기 암모늄염과 칼슘염을 동시에 포집하는 공정(S30)이 수행되기 전에 수행될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법은, 배가스로부터 질소산화물, 황산화물 및 암모니아 중에서 적어도 하나의 함량을 측정하는 공정(S80)을 더 포함할 수 있다.
상기 함량을 측정하는 공정(S80)은, 상기 측정부(9)가 상기 백필터(5)로부터 배출된 배가스로부터 질소산화물, 황산화물, 염산 및 암모니아 중에서 적어도 하나의 함량을 측정함으로써 이루어질 수 있다. 상기 측정부(9)는 질소산화물, 황산화물, 염산 및 암모니아 중에서 적어도 하나에 대한 측정값을 상기 암모니아공급부(6) 및 상기 수산화칼슘공급부(3) 중에서 적어도 하나에 제공할 수 있다.
이 경우, 상기 암모니아를 공급하는 공정(S50)은, 측정값에 따라 암모니아의 공급량을 조절하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은 상기 암모니아공급부(6)가 암모니아의 공급량을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 상기 측정값은 상기 함량을 측정하는 공정(S80)에서 획득된 질소산화물, 황산화물 및 암모니아 중에서 적어도 하나에 대한 측정값이다.
상기 수산화칼슘을 공급하는 공정(S20)은, 측정값에 따라 수산화칼슘의 공급량을 조절하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은 상기 수산화칼슘공급부(3)가 수산화칼슘의 공급량을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 상기 측정값은 상기 함량을 측정하는 공정(S80)에서 획득된 질소산화물, 황산화물 및 염산 중에서 적어도 하나에 대한 측정값이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 에게 있어 명백할 것이다.
1 : 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치 2 : 플라즈마반응부
3 : 수산화칼슘공급부 4 : 유동층반응부
10 : 배가스 발생원 20 : 스택

Claims (12)

  1. 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물로부터 암모늄염을 형성하는 1차 처리공정 및 배가스에 포함된 일산화질소로부터 이산화질소를 형성하는 전처리공정을 플라즈마를 이용하여 수행하는 플라즈마반응부;
    상기 플라즈마반응부로 공급되는 배가스에 암모니아를 공급하는 암모니아공급부;
    상기 1차 처리공정 및 상기 전처리공정을 거친 배가스에 수산화칼슘을 공급하기 위한 수산화칼슘공급부;
    수산화칼슘 및 상기 플라즈마반응부로부터 배출된 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 상기 전처리공정을 거친 질소산화물에 대한 탈질공정 및 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 황산화물에 대한 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행하는 유동층반응부; 및
    상기 유동층반응부로부터 배출된 배가스로부터 상기 1차 처리공정을 거쳐 형성된 암모늄염 및 상기 2차 처리공정을 거쳐 형성된 칼슘염을 동시에 포집하는 백필터를 포함하고,
    상기 유동층반응부는 상기 플라즈마반응부로부터 배출된 배가스를 공급받는 제1반응챔버, 상기 제1반응챔버에 결합되는 연결챔버, 및 상기 연결챔버에 결합되고, 상기 2차 처리공정을 거친 배가스를 배출하는 제2반응챔버, 및 상기 제2반응챔버 내부에 물과 압축공기를 분사하기 위한 미세분무노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유동층반응부는 상기 연결챔버에 결합되는 공급기구를 포함하고,
    상기 공급기구는 상기 연결챔버에 위치한 수산화칼슘 및 배가스가 난류유동층을 형성하도록 압축공기 및 수산화칼슘을 상기 연결챔버에 공급하며,
    상기 수산화칼슘공급부는 상기 공급기구에 수산화칼슘을 공급하는 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마반응부로 공급되는 배가스에 프로필렌을 공급하는 탄화수소공급부, 및
    상기 백필터로 공급되는 배가스에 다이옥신을 흡착하기 위한 활성탄을 공급하는 활성탄공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수산화칼슘공급부는 상기 탈질공정과 상기 탈황공정에 추가로 배가스에 포함된 염산에 대한 탈염산공정이 병행하여 이루어지는 2차 처리공정이 수행되도록 상기 유동층반응부에 수산화칼슘을 공급하는 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질장치.
  8. 배가스를 플라즈마 반응시키기 이전에, 상기 배가스에 암모니아를 공급하는 단계;
    상기 배가스에 포함된 질소산화물과 황산화물로부터 암모늄염을 형성하는 1차 처리공정이 수행되도록 배가스를 플라즈마 반응시키는 단계;
    상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 수산화칼슘을 공급하는 단계;
    수산화칼슘 및 배가스를 이용하여 유동층을 형성시켜서 질소산화물에 대한 탈질공정 및 황산화물에 대한 탈황공정을 포함하는 2차 처리공정을 수행하는 단계; 및
    상기 2차 처리공정을 거친 배가스로부터 상기 1차 처리공정을 거쳐 형성된 암모늄염 및 상기 2차 처리공정을 거쳐 형성된 칼슘염을 동시에 포집하는 단계를 포함하고,
    상기 배가스를 플라즈마 반응시키는 단계는, 상기 2차 처리공정에서 수행되는 유동층을 이용한 탈질공정의 효율을 높이기 위해 배가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 전처리공정 및 상기 2차 처리공정이 건식으로 수행되도록 배가스를 플라즈마 반응시켜 상기 1차 처리공정을 수행하는 단계를 포함하고;
    상기 2차 처리공정을 수행하는 단계는 상기 전처리공정 및 상기 1차 처리공정을 거친 배가스를 공급받는 제1반응챔버, 상기 제1반응챔버에 결합되는 연결챔버, 및 상기 연결챔버에 결합되고 상기 2차 처리공정을 거친 배가스를 배출하는 제2반응챔버를 포함하는 유동층반응부를 이용하여 상기 전처리공정을 거친 질소산화물에 대한 탈질공정 및 상기 1차 처리공정을 거친 배가스에 잔존하는 황산화물에 대한 탈황공정이 병행하여 이루어지되, 미세분무노즐이 상기 제2반응챔버 내부에 물과 압축공기를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 2차 처리공정을 수행하는 단계는 상기 탈질공정과 상기 탈황공정에 추가로 배가스에 포함된 염산에 대한 탈염산공정을 수행하고,
    상기 탈질공정은 반응식 Ca(OH)2 + 2NO2 + 1/2O2 → Ca(NO3)2 + H2O 및 Ca(OH)2 + NO + NO2 + 1/2O2 → Ca(NO3)2 + H2로 처리되고,
    상기 탈염산공정은 반응식 Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + H2O로 처리되며,
    상기 탈황공정은 반응식 Ca(OH)2 + SO2 + 1/2O2 → CaSO4 + H2O로 처리되는 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 배가스를 플라즈마 반응시키기 이전에, 배가스에 프로필렌을 공급하는 단계, 및
    상기 2차 처리공정을 수행한 후에 배가스에 다이옥신을 흡착하기 위한 활성탄을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 배가스 탈황탈질방법.
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