KR101724882B1 - 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세분진을 1차 처리하는 필터모듈이 장착된 건식처리부; 상기 건식처리부를 거진 1차 처리가스를 2차 처리하기 위한 습식처리부를 포함하되, 상기 습식처리부에 오존공급부가 연결되어 상기 오존공급부에서 공급한 오존을 습식처리부의 반응기내 투입된 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)과 반응시켜 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템을 제공한다.

Description

배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템{COMPLEX REMOVING SYSTEM OF CONTAMINATING MATERIALS IN FLUE GAS}

본 발명은 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배연가스 중 함유된 오염물질을 제거함과 동시에 산업적으로 유용한 물질로 재이용이 가능하여 저렴하면서도 안전하고, 친환경적인 장점을 제공하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템에 관한 것이다.

배연가스는 발전소, 보일러 등에서 연소 후 배출되는 연기에 포함된 기체로써, 대기오염물질인 분진(PM), SOx, NOx 등의 오염물질이 포함되어 있다. 이들 오염물질을 처리하기 위한 공정으로 백필터(Bag filter)와 전기집진기 등의 설비가 요구되며, 백필터의 경우 여과섬유층 속의 먼지를 모으는 내부여과방식을 채택하여 여과제 표면에 먼지층이 쌓이는 것에 의해 기공이 메워져 제거효율이 높아지는 장점을 제공하지만, 아직까지는 PM2.5 정도의 초미세분진 까지는 제거할 수 없는 실정이고, 또 250℃ 이상의 고온에서는 사용가능한 필터재에 제한이 있으며, 점착성, 흡습성 등에 문제를 야기하여 분진제거를 방해할 뿐만 아니라, 케이크 형성에 의해 두께가 일정 수준 이상을 초과하게 되면 폭발의 위험성까지 상존한다.

이에 따라, PM2.5 수준의 초미세분진까지도 제거가 가능하고, 대기오염물질과 산성비의 원인이 되는 NOx와 SOx의 제거효율이 우수하면서도, 간단한 장치구성에 의해 저렴하게 설치가 가능한 오염물질 제거시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 배연가스 중 함유된 오염물질을 제거함과 동시에 산업적으로 유용한 물질로 재이용이 가능하여 저렴하면서도 안전하고, 친환경적인 장점을 제공하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 미세분진을 1차 처리하는 필터모듈이 장착된 건식처리부; 상기 건식처리부를 거진 1차 처리가스를 2차 처리하기 위한 습식처리부를 포함하되, 상기 습식처리부에 오존공급부가 연결되어 상기 오존공급부에서 공급한 오존을 습식처리부의 반응기내 투입된 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)과 반응시켜 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.

(2) 상기 (1)에 있어서,

필터모듈은 미세분진을 제거하는 세라믹필터로 구성되며, 상기 세라믹필터는 막을 관통하는 미세기공이 형성된 것을 특징으로 하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.

(3) 상기 (1)에 있어서,

습식처리부는 유입된 1차 처리가스내 함유된 PM2.5, NOx, SOx의 오염물질을 처리하며, 상기 건식처리부로부터 1차 처리가스가 유입되는 1차 처리가스유입부, NOx, SOx의 산화반응을 위한 오존공급부, 생성된 산화물의 무해화 처리를 위한 중화반응을 위해 알칼리성분을 공급하는 알칼리 공급부, 및 PM2.5, NOx, SOx 등의 오염물질이 제거된 2차 처리가스 배출부와 연결된 것을 특징으로 하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.

(4) 상기 (1)에 있어서,

상기 1차 처리가스유입부는 단부에 습식처리부의 반응기내로 기체 확산을 시키기 위한 미세기포확산부를 포함하여, PM2.5, NOx, SOx의 오염물질을 함유한 1차 처리가스를 미세기포 형태로 반응기내 물속에 확산시키는 것을 특징으로 하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.

(5) 상기 (1)에 있어서,

상기 오존공급부는 오존공급관을 통해 습식처리부내 반응기로 오존을 투입하고, 오존공급관의 단부에는 반응기내로 오존확산을 위한 오존확산부를 포함하여 오존을 미세기포 형태로 반응기내 수중으로 확산시키는 것을 특징으로 하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 배연가스 중 함유된 오염물질을 제거함과 동시에 산업적으로 유용한 물질로 재이용이 가능하여 저렴하면서도 안전하고, 친환경적인 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명의 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 필터모듈을 구성하는 세라믹 필터의 구성 및 설명도.
도 3은 본 발명의 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템의 세부적 구성도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 따른 배연가스내 함유된 오염물질의 복합제거시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 오염물질의 1차 처리를 위한 건식처리부(100)와 2차 처리를 위한 습식처리부(200)를 포함한다.

본 발명에서 오염물질이라 함은 미세분진(PM10), 초미세분진(PM2.5), SOx, NOx 등의 오염물질을 포함하는 것으로 한다.

먼저, 건식처리부(100)는 배연가스에 포함된 PM10과 NOx의 일부를 1차적으로 제거하기 위한 것으로, 그 내부에는 세라믹 필터로 이루어진 필터모듈(110)이 장착되어 있다. 먼저, 유입된 배연가스 중 상대적으로 입자크기가 큰 PM10이 필터모듈(110)을 구성하는 세라믹필터 표면에 흡착되어진다.

각 세라믹 필터는 도 2에 도시한 바와 같이, 막을 관통하는 미세기공(C)이 형성되고, 바람직하게는 상기 미세기공(C)의 표면에는 NOx의 환원반응을 매개하는 촉매(예로, V₂O₅/TiO₂/WO₃) 코팅층이 형성되어 있다.

따라서, 막의 미세기공(C)으로 NOx, SOx, 및 PM2.5의 미세분진은 통과하지만, PM10과 같이 상대적으로 입경이 큰 오염물질은 막의 표면에 흡착되어 케이크를 형성한다. 케이크가 형성되면서 막의 두께가 두꺼워지고, 따라서 이들 오염물질의 제거효율은 보다 증가하게 되지만, 일정한 두께 수준에 이르면 미세기공(C)까지 차단되어 폭발의 위험성이 따르게 되므로 운전 중 혹은 운전을 정지하고 케이크를 제거해 주어야만 한다.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예로써, 배연가스의 오염물질 제거시스템의 세부적인 구성도이다.

건식처리부(100)에서 하기 반응식 1에 의해 NOx의 일부 혹은 전부를 제거해주기 위하여, 반응을 위해 외부에서 별도로 암모니아 혹은 요소와 같은 반응물이 투입되어야 하고, 필요한 경우 반응기의 온도를 반응에 필요한 온도(예로, 350℃)로 조절해 주기 위한 열공급부(미도시)가 필요할 수 있다.

[반응식 1]

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O, 6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O

PM10의 분진이 제거된 1차 처리가스(바람직하게는 NOx의 일부 혹은 전부가 제거)는 후속공정인 습식처리를 위해 습식처리부(200)로 유입된다.

습식처리부(200)는 유입된 1차 처리가스내 함유된 PM2.5, NOx, SOx 등의 오염물질을 완벽히 처리하기 위한 것으로, 상기 건식처리부(100)로부터 1차 처리가스가 유입되는 1차 처리가스유입부(120), NOx, SOx의 산화반응을 위한 오존공급부(400), 생성된 산화물의 무해화 처리를 위한 중화반응을 위해 알칼리성분을 공급하는 알칼리 공급부(300), 및 PM2.5, NOx, SOx 등의 오염물질이 제거된 2차 처리가스 배출부(500)와 연결되어진다.

상기 1차 처리가스유입부(120)는 단부에 습식처리부(200)의 반응기내로 기체 확산을 시키기 위한 미세기포확산부(121)를 포함하여, PM2.5, NOx, SOx 등의 오염물질을 함유한 1차 처리가스를 미세기포 형태로 반응기내 물속에 확산시킨다.

상기 오존공급부(300)는 통상적인 오존발생기일 수 있으며, 생성된 오존(O₃)은 오존공급관(410)을 통해 습식처리부(200)내 반응기로 투입되어진다. 마찬가지로 오존공급관의 단부에는 반응기내로 오존확산을 위한 오존확산부(411)를 포함하여 오존을 미세기포 형태로 반응기내 수중으로 확산시킨다.

상기 반응기내 수중에서는 질소산화물(NOx)이 아래 반응식 2에 의해 오존(O₃)과 반응하여 산화된 후, 산화물은 투입된 알칼리에 의해 중화처리되어 무해화된다.

[반응식 2]

2NO+O₃+H₂O→2HNO₃

6NO₂+O₃+3H₂O→6HNO₃

HNO₃+NaOH→NaNO₃+H₂O

마찬가지로, 상기 반응기내 수중에 투입된 황산화물(SOx)은 아래 반응식 3에 의해 오존(O₃)과 반응하여 산화된 후, 산화물은 투입된 알칼리에 의해 중화처리되어 무해화된다.

[반응식 3]

상기와 같은 반응식 2 및 3을 거쳐 얻어진 PM2.5, NaNO₃, Na₂SO₃, Na₂SO₄ 및 기타 오염물질은 반응기 하단으로 모여 배출밸브(221)을 개방하여 배출부(220)을 통해 배출시키고, 정화된 공기는 공기배출부(500)을 통해 일부는 배출시키고, 일부는 압축하여 반응기내로 공급한다.

상기 반응식 2 및 3을 통해 생성되어 배출된 물질 중 NaNO₃, Na₂SO₃, Na₂SO₄ 등의 물질은 별도로 정제공정을 거쳐 수거된다. 이 중 NaNO₃는 식품첨가물의 하나로 육류발색제, 보존료, 색소고정제로 산업적으로 사용되어지며, Na₂SO₃는 방부제, 펄프나 종이공업에서 주로 이용되며, 사진공업에서 탈산소제, 탈색제 등으로 산업적으로 이용되고, 마지막으로 Na₂SO₄는 무수물은 망초라 하여 유리의 원료나 유기물의 건조 등에 산업적으로 이용되어질 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 배연가스 중 함유된 오염물질을 제거함과 동시에 산업적으로 유용한 물질로 재이용이 가능하여 저렴하면서도 안전하고, 친환경적인 장점을 제공한다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 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: 건식처리부
110: 필터
120: 1차 처리가스유입부
121: 미세기포확산부
200: 습식처리부
300: 알칼리공급부
400: 오존공급부
410: 오존공급관
411: 오존확산부

Claims (5)

1. 막을 관통하고 표면에 질소산화물(NOx)의 환원반응을 매개하는 촉매 코팅층이 형성된 미세기공을 갖는 세라믹필터로 이루어져, 배연가스에 포함된 PM10과 질소산화물(NOx)을 1차 처리하는 필터모듈이 장착된 건식처리부; 및 상기 건식처리부를 거친 1차 처리가스를 2차 처리하기 위한 습식처리부를 포함하되,
   상기 습식처리부는 유입된 1차 처리가스내 함유된 PM2.5, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)의 오염물질을 처리하며, 상기 건식처리부로부터 1차 처리가스가 유입되는 1차 처리가스유입부, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)의 산화반응을 위해 오존을 공급하는 오존공급부, 반응기내 수중에서 생성된 산화물의 무해화 처리를 위한 중화반응을 위해 알칼리성분을 공급하는 알칼리 공급부, 및 PM2.5, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)의 오염물질이 제거된 2차 처리가스 배출부와 연결되며,
   상기 1차 처리가스유입부는 단부에 습식처리부의 반응기내로 기체 확산을 시키기 위한 미세기포확산부를 포함하여, PM2.5, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)의 오염물질을 함유한 1차 처리가스를 미세기포 형태로 반응기내 물속에 확산시키고,
   상기 오존공급부는 오존공급관을 통해 습식처리부내 반응기로 오존을 투입하고, 오존공급관의 단부에는 반응기내로 오존확산을 위한 오존확산부를 포함하여 오존을 미세기포 형태로 반응기내 수중으로 확산시키는 것을 특징으로 하는 배연가스 내 함유된 오염물질의 복합제거시스템.
   
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