KR101767157B1 - 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법 - Google Patents

오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 피독된 촉매로부터 무기 물질(X)과 유기 물질을 제거하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치는, CO 및 유기 물질과 무기 물질의 오염 물질이 포함된 공정 배출 가스를 유통시키는 관체, 상기 관체에 연결되어 CO 및 상기 오염 물질을 산화 제거하는 촉매를 내장하는 촉매탑, 상기 촉매의 후방에서 상기 촉매탑에 일측으로 연결되고 방향 전환 밸브를 개재하여 다른 일측으로 상기 관체에 연결되는 바이패스 관체, 상기 촉매의 전방에서 상기 촉매탑에 연결되어 수소를 공급하는 수소 발생기, 및 상기 촉매의 전방에서 상기 촉매탑에 연결되어 오존을 공급하는 오존 발생기를 포함한다.

Description

오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법 {CO AND POLLUTED MATERIAL REMOVAL DEVICE WITH REGENERATING MEANS OF POLLUTED CATALYST AND CO AND POLLUTED MATERIAL REMOVAL METHOD WITH REGENERATING OF POLLUTED CATALYST}
본 발명은 CO와 같은 가연성 성분이 유기 물질 및 무기 물질의 오염 물질과 함께 포함된 공정 배출 가스에서 CO 및 가연성 성분의 촉매 산화 반응 시 오염 물질로 인해 발생하는 촉매 비활성화를 재생하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 산업현장에서 발생, 배출되는 CO 또는 가연성 오염 물질을 제거하는데 산화 촉매가 사용된다. CO 및 HC 등을 포함한 공정 배출 가스는 산화 촉매를 통하여 산화 처리될 수 있다. 그러나 공정의 종류에 따라 배출 가스 중에 포함된 미량의 유기 물질 및 무기 물질에 의하여 촉매가 급속히 피독될 수 있다.
고온 조건에서 촉매를 재생하면, 유기 물질이 촉매로부터 산화 제거되어 촉매의 반응성이 회복될 수 있다. 그러나 무기 물질의 경우, 촉매를 단순히 고온 처리하는 것만으로 촉매의 반응성이 회복되지 않는다.
즉 무기 물질이 산화 제거되는 무기 물질의 전환율이 제1고온 조건에서 제1수준을 유지하다가 촉매가 피독되면 무기 물질의 전환율이 제1수준보다 낮은 제2수준으로 급격이 저하된다.
이 상태에서 촉매를 재생하면 제1고온 조건보다 더 높은 제2고온 조건에서 무기 물질의 전환율이 제1수준에 이른다. 따라서 잔류 무기 물질로 인하여 촉매의 활성이 저하된다. 즉 무기 물질로 피독된 촉매의 재생이 필요하다.
무기 물질(X)에 의한 촉매의 피독은 설정 온도(일례 350℃ 이상)에서 수소를 공급하므로 촉매로부터 무기 물질(X)을 HnXm 형태로 제거할 수 있다. 이 경우에도 촉매를 피독한 유기 물질은 제거되지 않는다.
본 발명의 목적은 CO 또는 가연성 성분과 유기 물질과 무기 물질이 포함된 공정 배출 가스에서 오염 물질로 인한 촉매의 활성 저하를 재생하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 피독된 촉매로부터 무기 물질(X)과 유기 물질을 제거하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 피독된 촉매로부터 무기 물질(X)과 유기 물질을 제거하는 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치는, CO 및 유기 물질과 무기 물질의 오염 물질이 포함된 공정 배출 가스를 유통시키는 관체, 상기 관체에 연결되어 CO 및 상기 오염 물질을 산화 제거하는 촉매를 내장하는 촉매탑, 상기 촉매의 후방에서 상기 촉매탑에 일측으로 연결되고 방향 전환 밸브를 개재하여 다른 일측으로 상기 관체에 연결되는 바이패스 관체, 상기 촉매의 전방에서 상기 촉매탑에 연결되어 수소를 공급하는 수소 발생기, 및 상기 촉매의 전방에서 상기 촉매탑에 연결되어 오존을 공급하는 오존 발생기를 포함한다.
상기 수소 발생기는 플라즈마 반응을 통하여 일측으로 공급되는 연료와 공기로부터 수소를 포함한 합성가스를 생성할 수 있다.
상기 수소 발생기는 일측에 연료 공급구와 공기 공급구를 구비하고 다른 일측에 수소가 포함된 합성가스를 토출하는 토출구를 구비하며 접지되는 하우징, 및 상기 연료 공급구와 상기 공기 공급구 사이에 구비되고 구동 전압이 인가되는 전극을 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 전극의 전방과 상기 토출구 사이에 확장된 플라즈마 반응 공간을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치는, 유기 물질과 무기 물질의 오염 물질이 포함된 공정 배출 가스를 유통시키는 관체, 상기 관체에 연결되어 상기 오염 물질을 산화 제거하는 제1촉매를 내장하는 제1촉매탑, 상기 관체에 방향 전환 밸브를 개재하여 연결되어 상기 오염 물질을 산화 제거하는 제2촉매를 내장하는 제2촉매탑, 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 연결되어 상기 제1촉매와 상기 제2촉매의 전방에 선택적으로 수소를 공급하는 수소 발생기, 및 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 연결되어 상기 제1촉매와 상기 제2촉매의 전방에 선택적으로 오존을 공급하는 오존 발생기를 포함한다.
상기 수소 발생기와 상기 오존 발생기에 연결되어 수소와 오존을 선택적으로 공급하는 공급 관로는, 제1방향 전환 밸브와 제1관로를 각각 개재하여 상기 수소 발생기를 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 선택적으로 연결하고, 제2방향 전환밸브와 제2관로를 개재하여 상기 오존 발생기를 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 선택적으로 연결할 수 있다.
상기 제1촉매 및 상기 제2촉매는 상기 제1촉매탑 및 상기 제2촉매탑 내에서 1단 또는 복수 단으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법은, 피독된 촉매를 재생하기 위하여, 공정 배출 가스를 차단하여 상기 촉매에 대하여 바이패스 하는 제1단계, 수소 발생기를 구동하여 발생된 수소를 상기 촉매에 공급하여 피독된 촉매의 무기 물질을 제거하는 제2단계, 상기 수소 발생기의 구동부터 설정 시간 경과 후, 상기 수소 발생기의 작동을 중지하여 수소 공급을 차단하는 제3단계, 오존 발생기를 구동하여 발생된 오존을 상기 촉매에 공급하여 피독된 촉매의 유기 물질을 제거하는 제4단계, 및 상기 오존 발생기의 구동부터 설정 시간 경과 후, 상기 오존 발생기의 작동을 중지하여 오존 공급을 차단하고 상기 촉매에 대한 바이패스를 해제하며 상기 촉매로 공정 배출 가스를 유입하는 제5단계를 포함한다.
상기 제1단계는 상기 공정 배출 가스의 온도가 설정치(350℃) 보다 높은 조건에서 무기 물질에 피독된 촉매를 재생할 수 있다.
상기 제3단계는 상기 공정 배출 가스가 설정치 보다 높은 온도에서 진행되어 무기 물질을 제거하고, 상기 제4단계는 상기 공정 배출 가스가 상기 설정치 보다 낮은 온도에서 진행되어 유기 물질을 산화 제거할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치는, CO 또는 가연성 성분과 유기 물질 및 무기 물질이 포함된 공정 배출 가스의 오염 물질을 산화 제거하는 촉매를 바이패스 관체로 바이패스 할 때, 플라즈마 반응으로 수소 발생기에서 생성된 고온의 수소를 촉매에 공급함으로써 피독된 촉매로부터 무기 물질(X)을 HnXm의 형태로 제거하고, 이어서 오존 발생기에서 발생된 오존을 촉매에 공급함으로써 피독된 촉매로부터 유기 물질을 산화 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 수소 발생기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법의 순서도이다.
도 5는 도 4의 순서도에 따른 수소 발생기와 오존 발생기의 작동 정지를 도시한 타임 차트이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치(1)는 공정 배출 가스를 유통시키는 관체(10), 관체(10)에 연결되어 촉매(21)를 내장하는 촉매탑(20), 촉매(21)를 바이패스 하여 촉매탑(20)과 관체(10)를 연결하는 바이패스 관체(30), 촉매(21)의 전방에 수소를 공급하는 수소 발생기(40), 및 촉매(21)의 전방에 오존을 공급하는 오존 발생기(50)를 포함한다. 공정 배출 가스는 CO, HC, 유기 물질 및 무기 물질과 같은 오염 물질을 포함한다.
촉매탑(20)은 관체(10)를 통하여 유통되는 공정 배출 가스를 내장된 촉매(21)로 유통시키면서 공정 배출 가스에 포함된 CO 및 오염 물질들을 산화 제거 후, 출구(22)로 배출한다. 일례로써, 촉매탑(20)은 관체(10)에 연결되는 하측으로 공정 배출 가스를 유입하여, 촉매(21)에서 CO 및 오염 물질을 산화 제거시켜 이 과정에서 승온된 공정 배출 가스를 상측의 출구(22)로 배출하도록 구성된다.
촉매(21)가 산화 촉매인 경우, 공정 배출 가스에 포함된 CO 및 HC는 촉매(21)에서 산화 처리될 수 있다. 공정 배출 가스에 포함된 무기 물질 및 유기 물질은 촉매(21)를 피독시키는데, 무기 물질 및 유기 물질로 피독된 촉매(21)는 고온 조건에서 재생되어 활성을 유지할 수 있다.
공정 배출 가스에 포함된 무기 물질에 의하여 피독된 촉매(21)는 300 내지 600℃의 고온 조건에서, 수소 발생기(40)에서 공급되는 수소에 의하여 재생될 수 있다. 촉매(21)를 피독하는 무기 물질(X)은 수소와 HnXm의 형태로 결합되어 촉매(21)로부터 분리, 제거될 수 있다.
이를 위하여, 바이패스 관체(30)는 일측으로 관체(10)에 연결되고 다른 일측으로 촉매(21)의 후방에서 촉매탑(20)에 연결되어, 관체(10)를 유통하는 공정 배출 가스가 촉매(21)를 경유하지 않고 배출될 수 있게 한다.
바이패스 관체(30)는 방향 전환 밸브(60)를 개재하여 관체(10)에 연결된다. 즉 방향 전환 밸브(60)의 선택에 따라 관체(10)를 유통하는 공정 배출 가스는 촉매탑(20)으로 공급되어 촉매(21)를 경유하거나, 바이패스 관체(30)로 공급되어 촉매(21)를 바이패스 하여 촉매탑(20)의 출구(22)로 배출될 수 있다.
수소 발생기(40)는 촉매탑(20)에 연결되어 플라즈마 반응을 통하여 생성된 수소가 포함된 합성가스를 촉매(21)의 전방으로 공급한다. 오존 발생기(50)는 촉매탑(20)에 연결되어 생성된 오존을 촉매(21)의 전방에 공급한다. 수소 발생기(40)와 오존 발생기(50)는 서로 다른 시기에 각각 구동되어, 수소와 오존을 각각 발생시켜 촉매(21)로 공급할 수 있다.
수소 발생기(40)는 일측으로 공급되는 연료와 공기로 플라즈마 반응을 일으켜서 수소를 포함한 합성가스를 생성하도록 구성된다. 수소(H2)는 피독된 촉매(21)로부터 무기 물질(X)을 HnXm의 형태로 제거할 수 있다. 오존 발생기(50)는 일측으로 공급되는 공기 또는 산소로 오존을 생성하도록 구성된다. 오존은 피독된 촉매(21)로부터 유기 물질을 산화 제거할 수 있다.
도 2는 도 1에 적용되는 수소 발생기의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 수소 발생기(40)는 전기적으로 접지되는 하우징(41)과, 하우징(41)에 내장되어 전압(V)을 인가하는 전극(42)을 포함한다.
하우징(41)은 일측에 연료 공급구(43)와 공기 공급구(44)를 구비하여 연료와 공기를 방전갭(G)으로 공급하고, 다른 일측에 수소가 포함된 합성가스를 토출하는 토출구(45)를 구비한다. 전극(42)은 연료와 공기가 공급되는 하우징(41)의 유입측에 구비될 수 있다. 일례로써, 전극(42)은 연료 공급구(43)와 공기 공급구(44) 사이에 배치된다
따라서 하우징(41)이 접지된 상태에서 전극(42)에 전압(V)을 인가하면 전극(42)과 하우징(41) 사이에 설정되는 방전갭(G)에서 아크가 발생되어, 공급되는 연료와 공기를 이용하여 플라즈마 반응을 발생시킨다. 연료는 LNG와 같이 수소를 포함하는 탄화수소계의 연료일 수 있다.
하우징(41)은 연료 공급구(43)와 공기 공급구(44)에서 토출구(45)에 이르는 사이에 플라즈마 반응 공간(S)을 구비한다. 따라서 전극(42)과 하우징(41) 사이에 설정된 방전갭(G)에서 발생되는 아크는 플라즈마 반응 공간(S)에서 플라즈마 반응으로 확산되면서 수소를 포함하는 합성가스를 생성한다.
하우징(41)의 내부에 확장 형성된 플라즈마 반응 공간(S)은 플라즈마 반응을 원활하게 하고, 토출구(45)를 통하여 고온의 수소 및 합성가스를 고압으로 분출 가능케 한다. 공정 배출 가스는 산업 공정에서 생성되어, 관체(10)를 통하여 대유량으로 연속 공급될 수 있다.
수소 발생기(40)는 부분 산화 반응인 플라즈마 반응을 일으켜 수소를 생성하므로 가장 빠른 시간에 수소를 촉매(21)에 공급할 수 있다. 부분 산화 반응의 부산물은 플라즈마 반응 공간(S)에서 토출구(45)를 통하여 고온 상태로 배출된다.
따라서 별도의 가열 단계를 거치지 않고 300 내지 600℃의 수소를 함유한 합성가스가 생성 및 공급될 수 있다. 즉 아크 형태의 플라즈마는 수소 발생기(40) 내의 플라즈마 반응 공간(S)에 비교적 높은 온도 조건을 형성할 수 있다.
제1실시예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치(1)가 CO 및 오염 물질을 정상적으로 산화 제거할 때, 방향 전환 밸브(60)는 관체(10)를 촉매탑(20)에 연통시킨다. 따라서 공정 배출 가스는 관체(10)를 유통하여 촉매탑(20)으로 공급된다. 이때 촉매탑(20) 내의 촉매(21)는 공정 배출 가스에 포함된 CO 및 오염 물질들을 산화 제거한다.
대유량의 공정 배출 가스에 포함된 오염 물질을 장기간 산화 제거 처리하면, 촉매(21)가 무기 물질 및 유기 물질로 피독된다. 즉 촉매(21)의 활성이 저하될 때, 방향 전환 밸브(60)는 바이패스 관체(30)를 통하여 관체(10)와 촉매탑(20)을 서로 연통시킨다. 따라서 관체(10)를 유통하는 공정 배출 가스는 촉매(21)를 바이패스 하여 촉매탑(20)을 통하여 출구(22)로 배출된다. 공정 배출 가스는 오염 물질을 포함하여 일시적으로 배출된다.
이러한 상태에서, 수소 발생기(40)는 공급되는 연료와 공기를 이용하여 플라즈마 반응으로 수소를 포함하는 합성가스를 생성한다. 수소 발생기(40)에서 생성된 많은 양의 수소가 촉매탑(20) 내의 촉매(21)로 공급됨에 따라 피독된 촉매(21)로부터 무기 물질이 제거된다.
도시하지 않았으나 플라즈마 반응을 이용하는 수소 발생기는 회전 아크를 이용한 플라즈마 반응기로 형성될 수 있다.
또한, 피독된 촉매(21)로부터 보다 고온 조건에서 무기 물질을 제거한 후, 수소 발생기(40)의 구동을 정지하고, 무기 물질을 제거한 온도 보다 낮은 온도에서 오존 발생기(50)를 구동한다.
이러한 상태에서, 오존 발생기(50)는 공급되는 공기 또는 산소를 이용하여 오존을 생성한다. 오존 발생기(50)에서 생성된 많은 양의 오존이 촉매탑(20) 내의 촉매(21)로 공급됨에 따라 피독된 촉매(21)로부터 유기 물질이 산화 제거된다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우, 방향 전환 밸브(60)는 주기적으로 전환되어 관체(10)를 촉매탑(20)과 바이패스 관체(30)에 선택적으로 연결한다. 즉 공정 배출 가스는 촉매(21)로 공급되어 오염 물질 제거되거나, 바이패스 관체(30)를 통하여 바이패스 배출된다.
공정 배출 가스가 바이패스 될 때, 수소 발생기(40)와 오존 발생기(50)는 주기적으로 구동되어 수소와 오존을 각각 촉매(21)에 주기적으로 공급한다. 따라서 촉매(21)는 주기적으로 오염 물질을 제거하고, 무기 물질 및 유기 물질로부터 재생될 수 있다.
제1실시예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치(1)는 산화 반응을 통해 CO 1000 ppm 당 배출 가스에서 9℃ 정도의 승온을 가능케 할 수 있다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우에도, 제1실시예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치(1)는 공정 배출 가스를 바이패스 시켜서, 공정 배출 가스 전체를 가열하지 않게 하므로 많은 에너지 및 큰 설비(예, 대형 버너)를 불필요하게 한다.
이하 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 제1실시예와 비교하여 서로 동일한 구성에 대하여 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치의 구성도이다. 도 3를 참조하면, 제2실시예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치(2)는 관체(210), 관체(210)에 방향 전환 밸브(260)를 개재하여 연결되는 제1촉매탑(221)과 제2촉매탑(222), 수소 발생기(240) 및 오존 발생기(250)를 포함한다.
제1촉매탑(221)은 제1촉매(211)를 내장하고, 제2촉매탑(222)은 제2촉매(212)를 내장한다. 제1, 제2촉매(211, 212)는 제1, 제2촉매탑(221, 222) 내에서 1단 또는 복수 단으로 형성 및 배치될 수 있다.
제1, 제2촉매탑(221, 222)은 방향 전환 밸브(260)를 개재하여 관체(210)에 연결되므로 방향 전환 밸브(260)의 작동에 따라 선택적으로 공정 배출 가스를 공급 받을 수 있다. 즉 관체(210)에 구비되는 방향 전환 밸브(260)는 공정 배출 가스를 제1, 제2촉매탑(221, 222) 공급하는 것을 선택한다.
수소 발생기(240) 및 오존 발생기(250)는 제1, 제2촉매탑(221, 222)에 연결되어, 제1, 제2촉매(211, 212)의 전방에 선택적으로 수소 및 오존을 공급할 수 있다. 이를 위하여, 공급 관로(450)는 제1, 제2촉매탑(221, 222)에 연결되고, 수소 발생기(240)와 오존 발생기(250)에 연결되어 수소와 합성가스 및 오존을 선택적으로 공급한다.
공급 관로(450)는 제1방향 전환 밸브(242)와 제1관로(241)를 개재하여 수소 발생기(240)에 연결되고, 제2방향 전환 밸브(252)와 제2관로(251)를 개재하여 오존 발생기(250)에 연결된다.
즉, 수소 발생기(240)는 제1관로(241)와 제1방향 전환 밸브(242) 및 공급 관로(450)를 통하여 제1, 제2촉매탑(221, 222)에 선택적으로 연결되고, 오존 발생기(250)는 제2관로(251)와 제2방향 전환 밸브(252) 및 공급 관로(450)을 통하여 제1, 제2촉매탑(221, 222)에 선택적으로 연결된다.
예를 들면, 제2촉매(212)가 피독된 경우, 방향 전환 밸브(260)는 공정 배출 가스를 제1촉매탑(221)으로 공급하여 제2촉매(212)에 대하여 바이패스하고, 제1방향 전환 밸브(242)는 제1관로(241)와 공급 관로(450)을 통하여 수소 및 합성가스를 제2촉매탑(222)으로 공급하여 피독된 제2촉매(212)로부터 무기 물질을 제거하여 제2촉매(212)를 재생한다. 이때, 공정 배출 가스에 포함된 오염 물질은 제1촉매탑(221)의 제1촉매(211)에서 제거된다.
또한, 피독된 제2촉매(212)로부터 보다 고온 조건에서 무기 물질을 제거한 후, 수소 발생기(240)의 구동을 정지하고, 무기 물질을 제거한 온도 보다 낮은 온도에서 오존 발생기(250)를 구동한다.
이러한 상태에서, 오존 발생기(250)에서 생성된 많은 양의 오존이 제2촉매탑(222) 내의 제2촉매(212)로 공급됨에 따라 피독된 제2촉매(212)로부터 유기 물질이 오존에 의해 산화 제거된다.
즉 수소 발생기(240)와 오존 발생기(250)는 제2촉매(212)에 대하여 주기적으로 구동되어 수소와 오존을 각각 제2촉매(212)에 주기적으로 공급한다. 따라서 제2촉매(212)는 오염 물질을 제거하지 않을 때, 주기적으로 무기 물질 및 유기 물질로부터 재생될 수 있다.
또한 제1촉매(211)가 피독된 경우, 방향 전환 밸브(260)는 공정 배출 가스를 제2촉매탑(222)으로 공급하여 제1촉매(211)에 대하여 바이패스 하고, 제1방향 전환 밸브(242)는 제1관로(241)와 공급 관로(450)을 통하여 수소 및 합성가스를 제1촉매탑(321)으로 공급하여 피독된 제1폭매(211)로부터 무기 물질을 제거하여 제1촉매(211)를 재생한다. 이때, 공정 배출 가스에 포함된 오염 물질은 제2촉매탑(222)의 제2촉매(212)에서 제거된다.
또한, 피독된 제1촉매(211)로부터 보다 고온 조건에서 무기 물질을 제거한 후, 수소 발생기(240)의 구동을 정지하고, 무기 물질을 제거한 온도 보다 낮은 온도에서 오존 발생기(250)를 구동한다.
이러한 상태에서, 오존 발생기(250)에서 생성된 많은 양의 오존이 제1촉매탑(221) 내의 제1촉매(211)로 공급됨에 따라 피독된 제1촉매(211)로부터 유기 물질이 오존에 의해 산화 제거된다.
즉 수소 발생기(240)와 오존 발생기(250)는 제1촉매(211)에 대하여 주기적으로 구동되어 수소와 오존을 각각 제1촉매(211)에 주기적으로 공급한다. 따라서 제1촉매(211)는 오염 물질을 제거하기 않을 때, 주기적으로 무기 물질 및 유기 물질로부터 재생될 수 있다.
따라서 제2실시예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치(2)는 제2 또는 제1촉매(212, 211)를 재생하면서 제1 또는 제2촉매탑(221, 222)의 제1 또는 제2촉매(211, 212)를 통하여 지속적으로 공정 배출 가스를 산화 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법의 순서도이고, 도 5는 도 4의 순서도에 따른 수소 발생기와 오존 발생기의 작동 정지를 도시한 타임 차트이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 및 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법은 제1단계(ST1), 제2단계(ST2), 제3단계(ST3), 제4단계(ST4) 및 제5단계(ST5)를 포함한다. 편의상, 제1실시예를 참조하여 방법에 대하여 설명한다.
제1단계(ST1)는 피독된 촉매(21)를 재생하기 위하여, 공정 배출 가스를 차단하여 촉매(21)에 대하여 바이패스 한다. 이때 공정 배출 가스는 관체(10), 방향 전환 밸브(60), 및 바이패스 관로(30)를 통하여 촉매(21)를 바이패스 하여 촉매탑(20)으로 배출된다.
제2단계(ST2)는 공정 배출 가스 차단하고 설정 시간 후, 수소 발생기(40)를 구동하여 발생된 수소를 촉매(21)에 공급하여 피독된 촉매(21)의 무기 물질을 제거한다. 공정 배출 가스가 차단된 상태에서 발생된 수소 및 합성가스는 촉매(21)로 공급되어 무기 물질을 제거하여 촉매(21)를 재생한다.
공정 배출 가스의 온도가 설정치(350℃)도 보다 낮은 조건에서 무기 물질에 피독된 촉매(21)을 재생하기 위하여 고온 조건을 형성하게 되면, 공정 배출 가스의 가 승온을 위하여 과도한 에너지가 소모될 수 있다.
본 실시예는 공정 배출 가스를 바이패스 관로(30)로 바이패스시키고 수소와 합성가스를 촉매(21)에 공급하므로 매우 작은 유량의 수소와 합성가스 및 에너지로 공정 배출 가스의 온도를 높여서 촉매(21)를 재생할 수 있다. 즉 수소 발생기(40)는 고온의 수소 개질 가스를 촉매(21)로 공급한다.
제3단계(ST3)는 수소 발생기(40)의 구동부터 설정 시간 경과 후, 수소 발생기(40)의 작동을 중지하여 수소 공급을 차단한다.
제4단계(ST4)는 수소 공급을 차단하고 설정 시간 후, 오존 발생기(50)를 구동하여 발생된 오존을 촉매(21)에 공급하여 피독된 촉매(21)의 유기 물질을 제거한다. 이때, 공정 배출 가스는 수소 발생기(40)가 작동하여 수소를 공급할 때보다 낮은 온도를 냉각된다. 수소 및 합성가스가 차단된 상태에서 발생된 오존은 촉매(21)로 공급되어 유기 물질을 산화 제거하여 촉매(21)를 재생한다.
제5단계(ST5)는 오존 발생기(50)의 구동부터 설정 시간 경과 후, 오존 발생기(50)의 작동을 중지하여 오존 공급을 차단하고, 촉매(21)에 대한 바이패스를 해제하며 촉매(21)로 공정 배출 가스를 유입한다(ST51). 오존 공급이 차단되고, 공정 배출 가스가 촉매(21)로 공급되면, 촉매(21)는 공정 배출 가스에 포함된 CO 및 유기 물질과 무기 물질의 오염 물질을 제거한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 제거 장치 10, 210: 관체
20: 촉매탑 21: 촉매
22: 출구 30: 바이패스 관체
40, 240: 수소 발생기 41: 하우징
42: 전극 43: 연료 공급구
44: 공기 공급구 45: 토출구
50, 250: 오존 발생기 60, 260: 방향 전환 밸브
211: 제1촉매 212: 제2촉매
221: 제1촉매탑 222: 제2촉매탑
242: 제1방향 전환 밸브 241: 제1관로
251: 제2관로 252: 제2방향 전환 밸브
450: 공급 관로 G: 방전갭
S: 플라즈마 반응 공간

Claims (10)

  1. CO 및 유기 물질과 무기 물질의 오염 물질이 포함된 공정 배출 가스를 유통시키는 관체;
    상기 관체에 연결되어 CO 및 상기 오염 물질을 산화 제거하는 촉매를 내장하는 촉매탑;
    상기 촉매의 후방에서 상기 촉매탑에 일측으로 연결되고 방향 전환 밸브를 개재하여 다른 일측으로 상기 관체에 연결되는 바이패스 관체;
    상기 촉매의 전방에서 상기 촉매탑에 연결되고, 구동되어 수소를 공급하며, 구동부터 설정 시간 경과 후, 작동을 중지하여 수소 공급을 차단하는 수소 발생기; 및
    상기 촉매의 전방에서 상기 촉매탑에 연결되고, 구동되어 오존을 공급하며, 구동부터 설정 시간 경과 후 작동을 중지하여 오존 공급을 차단하는 오존 발생기
    를 포함하며,
    상기 방향 전환 밸브는
    상기 수소 발생기 또는 상기 오존 발생기의 구동에 따라, 상기 관체를 상기 촉매탑 또는 바이패스 관체에 연결하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소 발생기는
    플라즈마 반응을 통하여 일측으로 공급되는 연료와 공기로부터 수소를 포함한 합성가스를 생성하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소 발생기는
    일측에 연료 공급구와 공기 공급구를 구비하고 다른 일측에 수소가 포함된 합성가스를 토출하는 토출구를 구비하며 접지되는 하우징, 및
    상기 연료 공급구와 상기 공기 공급구 사이에 구비되고 구동 전압이 인가되는 전극을 포함하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 전극의 전방과 상기 토출구 사이에 확장된 플라즈마 반응 공간을 구비하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치.
  5. 유기 물질과 무기 물질의 오염 물질이 포함된 공정 배출 가스를 유통시키는 관체;
    상기 관체에 연결되어 상기 오염 물질을 산화 제거하는 제1촉매를 내장하는 제1촉매탑;
    상기 관체에 방향 전환 밸브를 개재하여 연결되어 상기 오염 물질을 산화 제거하는 제2촉매를 내장하는 제2촉매탑;
    상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 연결되어 상기 제1촉매와 상기 제2촉매의 전방에 선택적으로 수소를 공급하는 수소 발생기; 및
    상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 연결되어 상기 제1촉매와 상기 제2촉매의 전방에 선택적으로 오존을 공급하는 오존 발생기
    를 포함하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수소 발생기와 상기 오존 발생기에 연결되어 수소와 오존을 선택적으로 공급하는 공급 관로는,
    제1방향 전환 밸브와 제1관로를 개재하여 상기 수소 발생기를 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 선택적으로 연결하고,
    제2방향 전환밸브와 제2관로를 개재하여 상기 오존 발생기를 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 선택적으로 연결하는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1촉매 및 상기 제2촉매는
    상기 제1촉매탑 및 상기 제2촉매탑 내에서 1단 또는 복수 단으로 형성되는 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 장치.
  8. 피독된 촉매를 재생하기 위하여, 공정 배출 가스를 차단하여 상기 촉매에 대하여 바이패스 하는 제1단계;
    수소 발생기를 구동하여 발생된 수소를 상기 촉매에 공급하여 피독된 촉매의 무기 물질을 제거하는 제2단계;
    상기 수소 발생기의 구동부터 설정 시간 경과 후, 상기 수소 발생기의 작동을 중지하여 수소 공급을 차단하는 제3단계;
    오존 발생기를 구동하여 발생된 오존을 상기 촉매에 공급하여 피독된 촉매의 유기 물질을 제거하는 제4단계; 및
    상기 오존 발생기의 구동부터 설정 시간 경과 후, 상기 오존 발생기의 작동을 중지하여 오존 공급을 차단하고 상기 촉매에 대한 바이패스를 해제하며 상기 촉매로 공정 배출 가스를 유입하는 제5단계
    를 포함하는 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1단계는
    상기 공정 배출 가스의 온도가 설정치, 350℃보다 높은 조건에서 무기 물질에 피독된 촉매를 재생하는 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제3단계는
    상기 공정 배출 가스가 설정치 보다 높은 온도에서 진행되어 무기 물질을 제거하고,
    상기 제4단계는
    상기 공정 배출 가스가 상기 설정치 보다 낮은 온도에서 진행되어 유기 물질을 산화 제거하는 오염 촉매의 재생이 포함된 일산화탄소와 오염 물질 제거 방법.
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