KR101774498B1 - 펠릿 촉매 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 펠릿 촉매 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모듈케이스의 내부에 배기가스가 유입되는 유입통로와 배기가스가 배출되는 배출통로를 교대로 형성하고, 상기 유입통로와 배출통로 사이에 촉매 층을 형성하되, 상기 유입통로의 상단은 넓게 개방되고 하단은 좁고 밀봉되며, 상기 배출통로는 상단은 밀봉되고 하단은 넓게 개방되게 형성하여 압력 손실은 최소화하면서 촉매효율을 증대시키는 펠릿 촉매 모듈에 관한 것이다.

Description

펠릿 촉매 모듈{PALLET CATALYTIC FILTER MODULE}

본 발명은 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 펠릿 촉매 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모듈케이스의 내부에 배기가스가 유입되는 유입통로와 배기가스가 배출되는 배출통로를 교대로 형성하고, 상기 유입통로와 배출통로 사이에 촉매 층을 형성하되, 상기 유입통로의 상단은 넓게 개방되고 하단은 좁고 밀봉되며, 상기 배출통로는 상단은 밀봉되고 하단은 넓게 개방되게 형성하여 압력 손실은 최소화하면서 촉매효율을 증대시키는 펠릿 촉매 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 화학공정, 가스합성공정, 배기오염물질 저감장치 등에서 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하기 위해서 다양한 종류의 촉매를 사용하고 있다. 예를 들어, 분말 촉매, 펠릿 촉매, 허니콤 촉매, 플레이트 촉매 등 다양한 형태의 촉매가 사용되고 있다. 그 중에서 분말이나 펠릿 형태의 촉매는 비표면적이 넓어서 반응 효율이 높은 장점이 있으나 압력손실이 높고 수명이 짧은 단점이 있다. 이로 인해서 대부분의 가스 반응촉매는 허니콤 또는 플레이트 형태의 촉매가 사용되고 있다.

그리고 배기가스가 이동하는 통로 상에 촉매 층을 설치하기 위해서는 소정의 모듈케이스를 사용한다. 예를 들어서, 분말이나 펠릿 형태의 촉매는 바스켓이나 박스 형태의 모듈케이스에 충전되고, 카트리지나 플레이트 형태의 촉매는 모듈케이스 내부에 가스 통로가 형성되도록 장착하게 된다.

도 7은 종래 기술에 따른 촉매 모듈의 일 예를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 종래의 촉매 모듈(100)는, 상단과 하단이 개방된 모듈케이스(110)와, 상기 모듈케이스(110)의 내부에 일정한 간격으로 평행하게 설치되어 그 사이에 통로를 형성하는 다수의 촉매 플레이트(114)와, 상기 촉매 플레이트(114) 사이에 형성된 통로(112)를 번갈아서 밀봉할 수 있도록 상기 촉매 플레이트(114)의 양단에 교호적으로 설치되는 밀봉 판(117)을 포함하여 이루어진다.

따라서 촉매 모듈(100)의 상측으로부터 배기가스가 흘러오면, 배기가스는 밀봉 판(117)으로 막혀있지 않는 유입 통로의 내부(112a)로 유입된다. 그러나 배기가스가 유입된 유입통로(112a)의 출구 측은 밀봉 판(117)으로 막혀 있으므로 배기가스는 도면 중에 화살표로 도시하는 바와 같이, 통로 측면을 형성하는 촉매 플레이트(114)를 관통하여 출구 측이 막혀있지 않는 배출통로(112b)로 빠져 간다. 이렇게 해서 배기가스가 촉매 플레이트(114)를 통과할 때, 배기가스 중에 포함되어 있는 오염물질이 상기 촉매 플레이트(114)의 촉매와 반응하여 제거된다.

그러나 종래 기술의 촉매 플레이트(114)는, 촉매를 다공성 물질과 혼합하여 플레이트 형태로 제작한 플레이트 형태의 촉매로서 제작공정이 복잡하고 상대적으로 비표면적이 작을 뿐만 아니라 비표면적에 대비하여 소요되는 촉매의 사용량이 증감함으로 비용이 상승되는 문제가 있었다.

또한, 종래 기술에 따른 촉매 모듈(100)는, 다수의 촉매 플레이트(114)를 일정한 간격으로 설치하여 그 사이에 통로(112)가 형성되도록 하여야 하므로 설치가 어려울 뿐만 아니라 성능이 떨어진 촉매 플레이트를 교체하는 작업이 매우 복잡하다는 문제가 있었다.

또한, 종래 기술에 따른 촉매 모듈(100)는, 배기가스가 유입되는 유입통로의 입구와 배기가스가 배출되는 배출통로의 출구의 폭이 좁아서 배기가스의 유입 및 배출이 원활하게 이루어지지 못한다는 문제점이 있었다.

또한, 종래 기술에 따른 촉매 플레이트(114)는 다공성 물질과 촉매로 이루어지므로 촉매 사이의 공극이 충분하지 않아서 배기가스가 촉매 플레이트를 통과하는 동안에 압력강하가 일어나 촉매 층에 따른 반응 효율이 변화하고, 전체의 압력손실이 증가하여 유체이동을 위한 에너지 소비가 증가하여 촉매의 교체 주기가 빈번하여 지는 문제가 있었다.

(0001) 대한민국 등록특허 제10-0868958호 (2008.11.10) (0002) 대한민국 공개특허 제10-2014-0023238호 (2014.02.26) (0003) 대한민국 등록특허 제10-0336821호 (2002.05.02)

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은, 지지플레이트와 스크린 판 사이의 간극에 펠릿 촉매를 충전하여 플레이트 형태의 촉매 층을 형성하여 촉매 층을 용이하게 설치할 수 있는 펠릿 촉매 모듈을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 촉매 층의 공극을 충분히 크게 하여 압력손실을 줄이고, 유입통로의 입구와 배출통로의 출구를 크게 하여 배기가스의 유입 및 배출을 원활하게 하여 촉매의 효율을 향상시킬 수 있는 펠릿 촉매 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 성능이 떨어진 촉매 층의 교체를 매우 용이하게 하여 유지관리 비용을 절감할 수 있는 펠릿 촉매 모듈을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈은,

배기가스에 포함된 오염물질을 제거하는 촉매 모듈에 있어서,

상단과 하단이 개방된 상자 형태의 모듈케이스와;

상기 모듈케이스의 내부에 일정한 각도로 경사지게 설치하되, 상단과 하단이 교대로 접촉하도록 하여, 상단은 넓게 개방되고 하단은 좁게 폐쇄되는 유입통로와, 상단은 폐쇄되고 하단은 넓게 개방되는 배출통로가 번갈아 형성되게 하는 다수의 지지플레이트와;

상기 유입통로의 내부에 설치되며, 일정한 각도로 경사지게 설치되는 두 개의 스크린 판으로 이루어져 그 사이에 상단은 넓게 개방되고 하단은 폐쇄되는 공간이 형성되는 촉매스크린과;

상기 유입통로의 내부에 삽입된 촉매스크린의 스크린 판과 상기 지지플레이 사이에 형성된 간극에 일정량의 펠릿 촉매를 충전하여 이루어지는 촉매 층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 지지플레이트와 스크린 판은 배기가스는 자유롭게 통과하고 상기 펠릿 촉매는 통과할 수 없는 다수의 관통 홀이 형성된다.

상기 스크린 판의 상단과 하단에는 50~100mm 높이의 평판이 설치되어 배기가스가 통과할 수 없도록 한다.

상기 지지플레이트의 경사 각은 60~85°이다.

상기 촉매스크린은 두 개의 스크린 판을 경사지게 설치하여 "V"자 형상으로 이루어지되, 상기 스크린 판의 경사 각은 60~85°이다. .

이러한 본 발명에 따르면, 유입통로의 입구가 넓게 형성되고, 배출통로의 출구가 넓게 형성되어 배기가스의 유입 및 배출이 원활하게 이루어져 전체적으로 압력손실이 줄어드는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 지지플레이트와 스크린 판 사이에 형성되는 간극에 펠릿 촉매를 충전하여 플레이트 형태의 촉매 층을 형성하므로 저렴한 비용으로 용이하게 촉매 층을 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 펠릿 촉매로 촉매 층을 형성함으로써 촉매 흐름 단면적을 최대화하고 촉매의 반응에 필요한 체류시간을 충분히 유지시켜 오염물질의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈의 바람직한 실시 예를 보여주는 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 펠릿 촉매 모듈의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 모듈케이스가 제거된 펠릿 촉매 모듈을 보여주는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 지지플레이트 사이에 촉매스크린을 설치하는 모습을 보여주는 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 펠릿 촉매의 일 예를 보여주는 설명도,
도 6은 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈의 작용을 보여주는 설명도,
도 7은 종래 기술에 따른 촉매 모듈의 일 예를 보여주는 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다. 여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈을 보여주는 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 펠릿 촉매 모듈의 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 모듈케이스가 제거된 펠릿 촉매 모듈을 보여주는 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)는, 상단과 하단이 개방된 모듈케이스(10)와, 상기 모듈케이스(10)의 내부에 일정한 간격으로 배열되고 그 사이에 통로(12:12a,12b)가 형성되는 다수의 지지플레이트(14)를 포함한다.

그리고 상기 다수의 지지플레이트(14) 사이에 형성되는 통로(12a)에는, 두 개의 스크린 판(18)으로 이루어진 촉매스크린(16)이 설치된다. 그리고 상기 지지플레이트(14)와 스크린 판(18) 사이에 형성되는 간극에는 일정량의 펠릿 촉매를 충전하여 일정한 두께의 촉매 층(20)이 형성된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)는, 상기 모듈케이스(10)의 내부에 다수의 통로(12)와 촉매 층(20)을 형성하기 위한 것으로서, 다수의 지지플레이트(14)를 일정한 각도로 경사지게 설치하여 유입통로(12a)와 배출통로(12b)를 형성한 후, 상기 유입통로(12a)에 촉매스크린(16)을 삽입하여 지지플레이트(14)와 촉매스크린(16)의 스크린 판(18) 사이에 일정한 간극이 형성되게 한 다음, 상기 지지플레이트(14)와 스크린 판(18) 사이의 간극에 일정량의 펠릿 촉매(21)를 충전하여 일정 두께의 촉매 층(20)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)의 제1의 관점은, 펠릿 촉매(21)를 이용하여 플레이트 형상의 촉매 층(20)을 용이하게 형성하는 것이다. 그리고 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)의 제2의 관점은, 입구가 넓은 유입통로(12a)와 출구가 넓은 출구통로(12b)를 교대로 형성하여 압력손실을 줄일 수 있도록 하는 것이다.

더욱 구체적으로, 상기 모듈케이스(10)는 상단과 하단이 개방된 상자이다. 도면에는 사각형의 상자가 도시되어 있으나 반드시 이러한 형태로 한정하는 것은 아니다. 바람직하게 상기 모듈케이스(10)는 4개의 금속소재의 측 판으로 이루어질 수 있다.

상기 지지플레이트(14)는 다수의 관통 홀이 형성된 금속판으로 이루어진다. 상기 관통 홀은 펠릿 촉매(21)가 통과할 수 없는 크기로 이루어진다. 그리고 상기 지지플레이트(14)는 일정한 각도로 경사지게 설치된다. 바람직하게, 두 개의 지지플레이트(14) 중 하나의 지지플레이트(14a)는 좌측 상부로 경사지게 설치되고, 다른 하나의 지지플레이트(14b)는 우측 상부로 경사지게 설치되어 그 사이에 통로(12)가 형성되도록 한다. 즉, 이웃하는 지지플레이트(14)가 일정한 각도로 경사지게 설치되어, "V" 또는 "∧" 형상으로 이루어진다. 이때, 상기 지지플레이트(14)의 경사 각은 60~85°이다.

그리고 상기 두 개의 지지플레이트(14a)(14b)의 쌍으로 이루어진 지지플레이트 유닛을 상기 모듈케이스(10)의 내부에 설치하면, "V" 형태로 이루어진 유입통로(12a)와 "∧" 형태로 이루어진 배출통로(12b)가 교대로 형성되게 된다. 이때, 상기 배출통로(12b)의 하단은 별도의 밀봉 판으로 밀봉할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)은, 상기 모듈케이스(10)의 내부에 상단은 넓고 하단은 폐쇄된 형태로 이루어진 다수의 유입통로(12a)와 상단은 폐쇄되고 하단은 넓은 형태로 이루어진 다수의 배출통로(12b)가 교대로 형성한다. 따라서 상기 펠릿 촉매 모듈(1)의 상측에서 흘러들어오는 배기가스는 상기 유입통로(12a)로 유입된 후, 상기 유입통로(12a)의 양측에 형성된 촉매 층(20)을 관통하여 상기 배출통로(12b)를 통해서 하측으로 배출되게 된다.

이어, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 다수의 유입통로(12a)에는 촉매스크린(16)이 더 설치된다. 상기 촉매스크린(16)은 두 개의 스크린 판(18)이 일정한 각도로 경사지게 설치되어 그 사이에 상단은 넓고 하단은 밀폐되는 공간을 형성한다. 이 공간은 배기가스가 유입되는 통로가 된다.

상기 스크린 판(18)은 지지플레이트(14)보다 약간 작지만 유사한 각도로 경사지게 설치된다. 즉, 두 개의 스크린 판(18)은 일정한 각도로 경사지게 설치되어 "V"자 형상으로 이루어지고, 상기 스크린 판의 경사 각은 60~85°가 된다. 따라서 상기 촉매스크린(16)은 지지플레이트(14)에 의해서 형성된 "V"자 형의 통로(12)에 삽입될 수 있고 상기 지지플레이트(14)와 스크린 판(18) 사이에 일정한 폭으로 간극이 형성되게 된다.

이때, 상기 스크린 판(18)은 다수의 관통 홀이 형성된 금속판으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 관통 홀은 펠릿 촉매가 통과할 수 없는 크기로 이루어진다. 또한, 상기 스크린 판(18)의 상단과 하단은 50mm 내지 100mm 높이의 평판(19)으로 막아서 배기가스가 통과하지 못하도록 하다. 이는 촉매 층(20)에서의 채널링과 배기가스의 우회를 방지하기 위한 것이다.

이어서, 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 유입통로(12a)에 "V"자 형태로 이루어진 촉매스크린(16)을 삽입하여, 상기 지지플레이트(14)와 스크린 판(18) 사이에 형성되는 간극에 일정량의 펠릿 촉매(21)를 충전하여 일정한 두께의 촉매 층(20)을 형성한다.

상기 펠릿 촉매(21)는, 아산화질소 및 일산화질소의 선택적 환원을 위해서 사용되는 것으로서, 도 5에서 보는 바와 같이, 작은 원주 형태로 이루어진다. 그리고 상기 펠릿 촉매는 티타늄 산화물 계열의 촉매와 금속 성분이 이온교환된 제올라이트 계열의 촉매가 주로 사용된다. 예를 들어, 티타늄 산화물에 W, Si, B, Al, P, Zr, Ba, Y, La, Ce 중의 산화물과 Y, Nb, Mo, Fe, Cu 중의 산화물을 혼합하여 사용될 수 있다. 또한, 일산화질소의 선택적 환원을 위해서 BETA, ZSM, MORD, Y 등의 제올라이트에 Fe, Cu, Co, Ce, Pt, Rh, Pd, Ir, Mg 등을 이온교환시킨 촉매가 사용될 수 있다. 또한, 질소산화물을 촉매 환원시키기 위해서 티타늄 산화물과 Cr, Mg, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Sn, W, Pt, Au, Pb와 이들의 산화물 중 하나와 혼합한 촉매가 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)의 작용에 대해서 설명한다.

먼저, 도 6에서 보는 바와 같이, 상기 펠릿 촉매 모듈(1)의 상측으로부터 흘러들어온 배기가스는 상단이 폐쇄되지 않은 유입통로(12a)로 유입된다. 이때, 상기 유입통로(12a)는 하단이 폐쇄되어 있으므로 배기가스는 도면 중에 화살표로 도시하는 바와 같이, 유입통로(12a)의 양 측면에 형성되어 있는 촉매 층(20a)(20b)을 관통하여 출구통로(12b)로 이동한 후 개방된 하단을 통해서 외부로 배출되게 된다.

그리고 배기가스는 촉매 층(20a)(20b)을 통과하는 동안에 펠릿 촉매(21)와 접촉하여 배기가스에 포함된 오염물질과 반응하여 오염물질을 제거한다. 이때, 배기가스는 지지플레이트(14)와 스크린 판(18)에 형성된 관통 홀과 상기 촉매 층(20)에 형성된 공극을 통해서 이동하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)는, 상기 유입통로(12a)의 상단이 넓게 형성되어 입구가 넓게 형성되고, 상기 배출통로(12b)의 하단이 넓게 형성되어 출구가 넓게 형성되어 배기가스의 유입 및 배출이 원활하게 이루어지고 압력손실을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)은, 지지플레이트(14)와 스크린 판(18) 사이에 형성되는 간극에 펠릿 촉매를 충전하여 플레이트 형상의 촉매 층(20)을 형성함으로써 저렴한 비용으로 용이하게 촉매 층을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 펠릿 촉매 모듈(1)는, 상기 유입통로의 양 측면에 펠릿 촉매를 사용하여 촉매 층(20)을 형성함으로써 배기가스의 흐름을 넓게 분산시키고 촉매 흐름 단면적을 최대화하여 오염물질의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다..

1: 펠릿 촉매 모듈 10: 모듈케이스
12: 통로 12a: 유입통로
12b: 배출통로 14: 지지플레이트
16: 촉매스크린 18: 스크린 판
20: 촉매 층

Claims (5)

1. 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하는 촉매 모듈에 있어서,
   상단과 하단이 개방된 상자 형태의 모듈케이스와;
   상기 모듈케이스의 내부에 일정한 각도로 경사지게 설치하되, 상단과 하단이 교대로 접촉하도록 하여, 상단은 넓게 개방되고 하단은 좁게 폐쇄되는 유입통로와, 상단은 폐쇄되고 하단은 넓게 개방되는 배출통로가 번갈아 형성되게 하는 다수의 지지플레이트와;
   상기 유입통로의 내부에 설치되며, 일정한 각도로 경사지게 설치되는 두 개의 스크린 판으로 이루어져 그 사이에 상단은 넓게 개방되고 하단은 폐쇄되는 공간이 형성되는 촉매스크린과;
   상기 유입통로의 내부에 삽입된 촉매스크린의 스크린 판과 상기 지지플레이 사이에 형성된 간극에 일정량의 펠릿 촉매를 충전하여 이루어지는 촉매 층;을 포함하고;
   상기 지지플레이트와 스크린 판에는 배기가스는 자유롭게 통과하고 상기 펠릿 촉매는 통과할 수 없는 다수의 관통 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 펠릿 촉매 모듈.
   
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 스크린 판의 상단과 하단에는 50~100mm 높이의 평판이 설치되어 배기가스가 통과할 수 없도록 하는 것을 특징으로 하는 펠릿 촉매 모듈.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 지지플레이트의 경사 각은 60~85°인 것을 특징으로 하는 펠릿 촉매 모듈.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 촉매스크린은 두 개의 스크린 판은 일정한 각도로 경사지게 설치하여 "V"자 형상으로 이루어지되, 상기 스크린 판의 경사 각은 60~85°인 것을 특징으로 하는 펠릿 촉매 모듈.
   
   
   
   

Images