KR101828458B1 - 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치 - Google Patents

오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 NOx이 포함된 공정 배출 가스의 유기 물질과 무기 물질에 의하여 오염된 산화 촉매의 비활성을 재생할 때, 필요한 고온 조건 및 수소를 공급하여 산화 촉매를 효과적으로 재생하는 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치는, 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화 촉매를 내장하는 산화 촉매탑, 및 상기 산화 촉매의 전방에서 상기 산화 촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 상기 산화 촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화 촉매를 재생시키는 플라즈마 반응기를 포함한다.

Description

오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치 {NOx REDUCTION DEVICE WITH REGENERATING MEANS OF POLLUTED OXIDATION CATALYST}
본 발명은 가연성 물질(일례, CO, HC), 유기 물질, 무기 물질(일례, S, F계 화합물) 및 질소산화물(NOx)이 포함된 공정 배출 가스에 대하여, 가연성 물질을 산화 촉매에서 산화 촉매 반응으로 제거하고 NOx를 선택적환원촉매에서 환원 처리할 때, 가연성 물질, 유기 물질 및 무기 물질로 인하여 산화 촉매가 비활성화 되는데, 이 산화 촉매를 재생하고 질소산화물을 제거하는, 오염된 산화 촉매를 재생하는 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 산업 현장에서 발생 및 배출되는 CO와 HC와 같은 가연성 오염 물질을 제거하는데 산화 촉매가 사용되고, 질소산화물(NOx)을 제거하는데 선택적환원촉매(SCR)가 된다. 즉 공정 배출 가스에 포함된 CO 및 HC는 산화 촉매를 통하여 산화 처리되고, NOx는 SCR을 통하여 환원 처리될 수 있다.
그러나 공정의 종류에 따라 공정 배출 가스 중에 포함된 미량의 유기 물질 및 무기 물질에 의하여 산화 촉매가 급속히 피독될 수 있다. 그리고 SCR은 약 230℃ 이상의 기동 온도를 유지하여야 NOx를 제거할 수 있다. 공정에 따라 공정 배출 가스의 온도가 낮은 경우, 공정 배출 가스를 가열하여 온도를 높이므로 SCR은 NOx를 제거할 수 있게 된다.
고온 조건에서 피독된 산화 촉매를 재생하면, 유기 물질이 산화 촉매로부터 산화 제거되어 산화 촉매의 반응성이 회복될 수 있다. 그러나 무기 물질의 경우, 산화 촉매를 단순히 고온 처리하는 것만으로 산화 촉매의 반응성이 회복되지 않는다.
즉 산화 촉매가 피독되지 않은 상태에서 산화 촉매에 의한 CO 및 HC의 산화 전환률은 제1고온 조건에서 제1수준을 유지하다가, 무기 물질에 의한 피독시 산화 전환률은 제1수준보다 낮은 제2수준으로 급격히 저하된다.
이 상태에서 단순히 고온 처리만을 통해 산화 촉매를 재생할 경우, 제1고온 조건이 다시 제공되더라도 무기 물질에 의한 피독으로 인해 산화 전환률이 제1수준으로 회복되지 않고 제1수준 보다 낮은 성능을 보이게 된다.
따라서 무기 물질들을 산화 촉매 상에서 제거하지 못하는 경우, 산화 촉매에 잔류하는 무기 물질로 인하여 산화 촉매의 활성이 저하된다.
본 발명의 목적은 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 NOx이 포함된 공정 배출 가스의 유기 물질과 무기 물질에 의하여 오염된 산화 촉매의 비활성을 재생할 때, 필요한 고온 조건 및 수소를 공급하여 산화 촉매를 효과적으로 재생하는 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 공정 배출 가스에 포함된 가연성 물질을 제거하면서 발생되는 열을 이용하여 피독된 산화 촉매로부터 유기 물질과 무기 물질을 제거하여 산화 촉매를 재생시키고, 이때 발생되는 열로 공정 배출 가스를 가열하여 선택적환원촉매를 기동 온도까지 상승시키는 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치는, 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화 촉매를 내장하는 산화 촉매탑, 및 상기 산화 촉매의 전방에서 상기 산화 촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 상기 산화 촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화 촉매를 재생시키는 플라즈마 반응기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치는, 상기 산화 촉매탑에 연결되어 상기 제1온도보다 높은 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 상기 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 내장하는 환원 촉매탑을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치는, 상기 제1온도의 공정 배출 가스를 상기 관체에서 상기 산화 촉매로 공급하거나 상기 산화 촉매를 바이패스 하여 상기 환원 촉매탑으로 공급하도록 선택하는 제1제어 밸브를 더 포함한다.
상기 산화 촉매는 상기 플라즈마 반응기에서 공급되는 수소가 포함된 고온의 합성가스에 의하여 상기 유기 물질 및 상기 무기 물질이 제거됨으로써 재생될 수 있다.
상기 선택적환원촉매는 상기 산화 촉매를 경유한 상기 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 가열될 수 있다.
상기 플라즈마 반응기는 일측으로 공급되는 탄화수소계 연료와 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기는 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 전압이 인가되는 전극을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기는 상기 하우징의 상기 연료 공급구 및 상기 공기 공급구에서 상기 토출구 사이에 형성되는 플라즈마 반응 공간에 연통하는 개질 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기는 상기 하우징의 상기 플라즈마 반응 공간과 상기 개질 촉매 사이에 연료 추가 공급구와 공기 추가 공급구를 구비하여 연료와 공기를 추가로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치는, 상기 산화 촉매를 바이패스 하도록 상기 제1제어 밸브를 상기 산화 촉매탑에 연결하는 바이패스 관체를 더 포함할 수 있다.
상기 산화 촉매탑은 병렬로 배치되고 제2제어 밸브에 의하여 상기 선택적환원촉매에 선택적으로 연결되는 제1촉매탑과 제2촉매탑을 포함하며, 상기 제1제어 밸브는 상기 관체를 상기 산화 촉매의 전방에서 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 선택적으로 연결할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기는 제3제어 밸브를 개재하여 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 선택적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치는, 상기 산화 촉매탑의 전방에 구비되어 상기 산화 촉매탑으로 공급되는 상기 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제1제어 밸브, 및 상기 산화 촉매탑의 후방에 구비되어 상기 산화 촉매탑에서 공급되는 상기 제2온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제2제어 밸브를 더 포함한다.
상기 플라즈마 반응기는 상기 제1제어 밸브와 상기 제2제어 밸브를 연결하는 바이패스 관체 상에 설치되어, 상기 제1제어 밸브와 상기 제2제어 밸브의 선택 작동으로 형성되는 폐회로(closed loop)를 순환하는 상기 제1온도의 공정 배출 가스와 별도로 공급되는 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에 공급되는 공기는 연소당량비의 10~100%로 설정될 수 있다.
상기 환원 촉매탑은 상기 산화 촉매탑의 후방에 구비될 수 있다.
상기 제1제어 밸브는 상기 관체에서 상기 산화 촉매탑으로 공급되는 상기 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하며, 상기 제2제어 밸브는 상기 산화 촉매탑에서 상기 환원 촉매탑으로 공급되는 상기 제2온도의 공정 배출 가스를 단속할 수 있다.
상기 환원 촉매탑은 상기 산화 촉매탑의 전방에 구비되어 상기 관체에 연결되고, 상기 관체와 상기 산화 촉매탑의 후방 관체에 열교환기가 설치될 수 있다.
상기 제1제어 밸브는 상기 환원 촉매탑에서 상기 산화 촉매탑으로 공급되는 상기 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하고, 상기 제2제어 밸브는 상기 산화 촉매탑에서 상기 열교환기 측으로 공급되는 상기 제2온도의 공정 배출 가스를 단속할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치는, 플라즈마 반응으로 생성되는 고온의 수소를 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 산화 촉매에 공급하여, 산화 촉매로부터 가연성 물질을 제거하면서 이때 발생된 열을 이용하여 유기 물질 및 무기 물질을 휘발시키거나 수소와의 반응을 통하여 유기 물질 및 무기 물질을 제거하여(무기 물질(X)을 HnXm의 형태로 제거) 산화 촉매를 재생시킨다.
즉 본 발명의 일 실시예는 산화 촉매에서 가연성 물질을 산화 제거하면서 발생되는 열을 이용하므로 별도의 가열 수단을 사용하지 않고도 고온 상태에서 피독된 산화 촉매로부터 유기 물질 및 무기 물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 제1온도의 공정 배출 가스로 산화 촉매를 재생시킨 후 제2온도로 가열된 공정 배출 가스를 배출하여 선택적환원촉매에 공급하므로 제2온도로 가열된 공정 배출 가스가 선택적환원촉매를 기동 온도까지 승온시킬 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 적용되는 다른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예의 변형예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다.
도 9는 도 8에 적용되는 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제7실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다.
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 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(1)는, 공정 배출 가스를 유통시키는 관체(10), 관체(10)에 연결되어 산화 촉매(21)를 내장하는 산화 촉매탑(20), 및 수소가 포함된 고온의 합성가스를 생성하는 플라즈마 반응기(40)를 포함한다.
공정 배출 가스는 산업 현장의 각 공정에서 생성되어 배출되며, 고온의 공정을 포함하는 경우, NOx 배출과 함께 가연성 물질, 유기 물질 및 무기 물질과 같은 오염 물질을 포함한다. 예를 들면, 가연성 물질은 CO 및 HC를 포함하고, 무기 물질은 황, 불소계 화합물을 포함한다. 생산 공정에서 관체(10)로 유입되는 공정 배출 가스는 공정에 따라 설정되는 제1온도 수준을 유지한다.
산화 촉매(21)는 산화 촉매탑(20)에 내장되며, 공정 배출 가스의 흐름에 대하여, 산화 촉매(21)의 전방으로 유입되는 공정 배출 가스에 포함된 가연성 물질을 산화 촉매 작용으로 제거한 후, 공정 배출 가스를 산화 촉매(21)의 후방으로 내보낸다.
산화 촉매(21)는 공정 배출 가스에 포함되어 있는 유기 물질 및 무기물질과 같은 오염 물질에 의하여 피독되어 활성이 저하될 수 있다. 이때, 플라즈마 반응기(40)에서 생성되어 산화 촉매(21)의 전방으로 공급되는 수소가 포함된 고온(예를 들면, 350℃ 이상)의 합성가스가 산화 촉매(21)로 공급되면 산화 촉매(21)가 재생될 수 있다.
즉 수소가 포함된 고온의 합성가스는 산화 촉매(21)에서 가연성 물질을 산화 제거하고, 촉매 표면에서 무기 물질이 휘발되거나 수소와 결합 반응하므로 산화 촉매(21)를 피독하는 유기 물질 및 무기 물질이 제거된다.
산화 촉매(21)를 재생시킨 후, 산화 촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1온도(예를 들면, 222℃)보다 높은 제2온도(예를 들면, 255℃) 수준을 유지하면서 후방으로 배출된다.
도 2는 도 1에 적용되는 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 반응기(40)는 전기적으로 접지되는 하우징(41), 및 하우징(41)에 내장되어 전압(V)을 인가하는 전극(42)을 포함한다.
하우징(41)은 하우징(41)의 일측에 연료 공급구(43)와 공기 공급구(44)를 구비하고, 다른 일측에 토출구(45)를 구비한다. 연료 공급구(43)와 공기 공급구(44)는 각각 연료와 공기를 방전갭(G)으로 공급하고, 토출구(45)는 플라즈마 반응으로 생성된 수소가 포함된 합성가스를 토출한다.
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. 이때 사용되는 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 고온의 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 분출할 수 있게 한다. 공정 배출 가스는 산업 공정에서 생성되어, 관체(10)를 통하여 대유량으로 연속 공급될 수 있다.
플라즈마 반응기(40)는 부분 산화 반응인 플라즈마 반응을 일으켜 수소를 생성하므로 가장 짧은 시간 내에 수소를 산화 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 500 내지 600℃ 이상의 수소를 함유한 합성가스가 생성되어 산화 촉매(21)에 공급될 수 있다. 즉 아크 형태의 플라즈마는 플라즈마 반응기(40) 내의 플라즈마 반응 공간(S)에서 비교적 높은 온도 조건을 형성할 수 있다.
플라즈마 반응기(40)에서 생성되는 수소를 포함하는 합성가스는 산화 촉매탑(20)의 산화 촉매(21)로 공급된다. 동시에, 관체(10)로 유입되는 제1온도의 공정 배출 가스는 산화 촉매(21)를 경유하여 배출된다.
따라서 공정 배출 가스에 포함된 유기 물질 및 무기 물질에 의하여 피독된 산화 촉매(21)는 300 내지 600℃ 이상의 수소를 포함한 합성가스에 의하여 고온 조건에 노출되어 재생된다. 즉 피독된 산화 촉매(21)의 유기 물질 및 무기 물질(X)은 고온에서 휘발되어 촉매 표면에서 탈거되거나 수소와 HnXm의 형태로 결합되어 산화 촉매(21)로부터 분리, 제거된다.
산화 촉매(21)를 재생시킨 후, 산화 촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1온도보다 높은 제2온도 수준으로 가열된다.
도 3은 도 1에 적용되는 다른 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 플라즈마 반응기(60)는 개질 촉매(61)를 더 포함할 수 있다. 즉 개질 촉매(61)는 하우징(641)의 연료 공급구(43) 및 공기 공급구(44)에서 토출구(45) 사이에 형성되는 플라즈마 반응 공간(S)에 연통된다.
개질 촉매(61)를 사용할 경우 촉매로 인한 개질 반응을 추가로 야기하여, 플라즈마 반응에 소요되는 전력을 감소시킬 수 있다. 따라서 수소 생성을 위하여 전극(42)에 전압(V)으로 인가되는 에너지가 절감될 수 있고, 공정 배출 가스에 포함된 오염 물질을 산화 제거하는 처리 용량이 증가될 수 있다.
플라즈마 반응기(60)는 하우징(641)의 플라즈마 반응 공간(S)과 개질 촉매(61) 사이에 연료 추가 공급구(643)와 공기 추가 공급구(644)를 더 구비하여 연료와 공기를 추가로 공급 받아서, 플라즈마 반응 공간(S)에서 발생되어 토출되는 플라즈마를 더 연장시킬 수 있다.
더 연장되는 플라즈마는 개질 촉매(61)로 공급되어 개질 촉매의 개질 반응을 더욱 활성화시켜 개질 촉매(61)의 개질 작용을 극대화시킬 수 있다. 즉 플라즈마 반응 공간(S) 및 개질 촉매(61)는 플라즈마 반응을 더욱 원활하게 하고, 토출구(45)를 통하여 고온의 수소 및 합성가스를 대량으로 분출하므로 대유량의 산업 공정에 효과적으로 적용될 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명된 실시예와 비교하여 서로 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다. 도 4를 참조하면, 제2실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치에서, 제1제어 밸브(V1)는 관체(10)에 설치되어 산업 공정에서 관체(10)로 유입되어 산화 촉매탑(20)으로 공급되는 제1온도의 공정 배출 가스의 경로를 선택한다.
즉 제1제어 밸브(V1)는 제1온도의 공정 배출 가스를 산화 촉매(21)로 공급하거나 산화 촉매(21)를 바이패스 하도록 제어된다. 제1제어 밸브(V1)는 산화 촉매(21)의 재생시 공정 배출 가스를 바이패스 시킬 수 있다.
이를 위하여, 바이패스 관체(50)가 구비되며, 바이패스 관체(50)는 산화 촉매(21)를 바이패스 하도록 산화 촉매(21)의 전방에서 관체(10)에 연결되고 산화 촉매(21)의 후방에 산화 촉매탑(20)에 연결된다. 제1제어 밸브(V1)는 관체(10)와 바이패스 관체(50)의 연결부에 설치되어, 제1온도의 공정 배출 가스의 흐름을 산화 촉매(21)의 전방 또는 후방으로 선택한다.
플라즈마 반응기(40)는 제1제어 밸브(V1)의 후방이면서 산화 촉매(21)의 전방에서 산화 촉매탑(20)에 연결된다. 따라서 제1제어 밸브(V1)가 제어되어 공정 배출 가스를 바이패스 관체(50)로 바이패스 시킬 때, 플라즈마 반응기(40)는 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 산화 촉매(21)로 공급한다.
이때, 바이패스 관체(50) 및 제1제어 밸브(V1)는 관체(10)로 유입되는 제1온도의 공정 배출 가스가 산화 촉매(21)를 경유하지 않고 배출되게 한다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우, 제1제어 밸브(V1)는 주기적으로 전환되어 관체(10)를 산화 촉매(21)의 전방과 후방에 선택적으로 연결한다. 그리고 플라즈마 반응기(40)는 주기적으로 구동되어 수소 및 수소가 포함된 합성가스를 산화 촉매(21)에 주기적으로 공급한다. 따라서 피독된 산화 촉매(21)는 주기적으로 재생될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다. 도 5를 참조하면, 제3실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(3)는 제1실시예의 구성에 산화 촉매탑(20)에 연결되어 선택적환원촉매(SCR)(31)를 내장하는 환원 촉매탑(30)을 더 포함한다.
산화 촉매(21)를 재생시킨 후, 산화 촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1온도(예를 들면, 222℃)보다 높은 제2온도(예를 들면, 255℃) 수준을 유지한다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 산화 촉매(21)를 재생한 후, 가열되어 공급되는 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온될 수 있다.
선택적환원촉매(31)는 환원 촉매탑(30)에 내장되며, 선택적환원촉매(31)의 전방으로 유입되는 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온되고, 제2온도 수준의 공정 배출 가스에 포함된 NOx을 환원 제거한다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 별도의 가열 수단을 사용하지 않고도 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 효과적으로 제거할 수 있다.
선택적환원촉매(31)는 전방으로 유입되는 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온되고, 공정 배출 가스에 포함된 NOx을 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 환원 제거한다.
제3실시예의 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(3)는 산화 촉매(21)에서의 산화 반응을 통해 CO 1000 ppm 당 공정 배출 가스에서 9℃ 정도의 승온을 가능케 할 수 있다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우에도, 제3실시예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(3)는 공정 배출 가스 전체를 가열하지 않고 일부를 가열케 하므로 많은 에너지와 대형 버너와 같은 큰 설비를 필요로 하지 않게 한다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다. 도 6을 참조하면, 제4실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(4)는, 제3실시예의 구성에 제2실시예의 구성인 제1제어 밸브(V1) 및 바이패스 관체(50)를 더 포함한다.
즉 제4실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(4)는 공정 배출 가스를 유통시키는 관체(10), 관체(10)에 연결되어 산화 촉매(21)를 내장하는 산화 촉매탑(20), 산화 촉매탑(20)에 연결되어 선택적환원촉매(SCR)(31)를 내장하는 환원 촉매탑(30), 공정 배출 가스의 경로를 선택하는 제1제어 밸브(V1), 및 수소가 포함된 고온의 합성가스를 생성하는 플라즈마 반응기(40)를 포함한다.
생산 공정에서 관체(10)로 유입되는 공정 배출 가스는 공정에 따라 설정되는 제1온도 수준을 유지한다. 산화 촉매(21)의 전방으로 유입되는 공정 배출 가스에 포함된 가연성 물질을 산화 촉매 작용으로 제거한 후, 공정 배출 가스를 산화 촉매(21)의 후방으로 내보낸다.
플라즈마 반응기(40)에서 생성되어 산화 촉매(21)의 전방으로 공급되는 수소가 포함된 고온(예를 들면, 350℃ 이상)의 합성가스가 산화 촉매(21)로 공급되면 산화 촉매(21)가 재생될 수 있다.
즉 수소가 포함된 고온의 합성가스는 산화 촉매(21)에서 가연성 물질을 산화 제거하고, 촉매 표면에서 무기 물질이 휘발되거나 수소와 결합 반응하므로 산화 촉매(21)를 피독하는 유기 물질 및 무기 물질이 제거된다.
산화 촉매(21)를 재생시킨 후, 산화 촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1온도(예를 들면, 222℃)보다 높은 제2온도(예를 들면, 255℃) 수준을 유지한다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 산화 촉매(21)를 재생한 후, 가열되어 공급되는 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온될 수 있다.
선택적환원촉매(31)는 환원 촉매탑(30)에 내장되며, 선택적환원촉매(31)의 전방으로 유입되는 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온되고, 제2온도 수준의 공정 배출 가스에 포함된 NOx을 환원 제거한다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 별도의 가열 수단을 사용하지 않고도 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 효과적으로 제거할 수 있다.
제1제어 밸브(V1)는 관체(10)에 설치되어 산업 공정에서 관체(10)로 유입되어 산화 촉매탑(20)으로 공급되는 제1온도의 공정 배출 가스의 경로를 선택한다. 즉 제1제어 밸브(V1)는 제1온도의 공정 배출 가스를 산화 촉매(21)로 공급하거나 산화 촉매(21)를 바이패스 하도록 제어된다. 제1제어 밸브(V1)는 산화 촉매(21)의 재생시 공정 배출 가스를 바이패스 시킬 수 있다.
바이패스 관체(50)는 산화 촉매(21)를 바이패스 하도록 산화 촉매(21)의 전방에서 관체(10)에 연결되고 산화 촉매(21)의 후방에 산화 촉매탑(20)에 연결된다. 제1제어 밸브(V1)는 관체(10)와 바이패스 관체(50)의 연결부에 설치되어, 제1온도의 공정 배출 가스의 흐름을 산화 촉매(21)의 전방 또는 후방으로 선택한다.
플라즈마 반응기(40)는 제1제어 밸브(V1)의 후방이면서 산화 촉매(21)의 전방에서 산화 촉매탑(20)에 연결된다. 따라서 제1제어 밸브(V1)가 제어되어 공정 배출 가스를 바이패스 관체(50)로 바이패스 시킬 때, 플라즈마 반응기(40)는 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 산화 촉매(21)로 공급한다.
따라서 공정 배출 가스에 포함된 유기 물질 및 무기 물질에 의하여 피독된 산화 촉매(21)는 300 내지 600℃ 이상의 수소를 포함한 합성가스에 의하여 고온 조건에 노출되어 재생된다. 즉 피독된 산화 촉매(21)의 유기 물질 및 무기 물질(X)은 고온에서 휘발되어 촉매 표면에서 탈거되거나 수소와 HnXm의 형태로 결합되어 산화 촉매(21)로부터 분리, 제거된다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우, 제1제어 밸브(V1)는 주기적으로 전환되어 관체(10)를 산화 촉매(21)의 전방과 후방에 선택적으로 연결한다. 그리고 플라즈마 반응기(40)는 주기적으로 구동되어 수소 및 수소가 포함된 합성가스를 산화 촉매(21)에 주기적으로 공급한다. 따라서 피독된 산화 촉매(21)는 주기적으로 재생될 수 있다.
산화 촉매(21)를 재생시킨 후, 산화 촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1온도보다 높은 제2온도 수준으로 가열되어 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 승온시킨다.
선택적환원촉매(31)는 전방으로 유입되는 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온되고, 공정 배출 가스에 포함된 NOx을 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 환원 제거한다.
제4실시예의 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(4)는 산화 촉매(21)에서의 산화 반응을 통해 CO 1000 ppm 당 공정 배출 가스에서 9℃ 정도의 승온을 가능케 할 수 있다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우에도, 제4실시예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(4)는 공정 배출 가스 전체를 가열하지 않고 일부를 가열케 하므로 많은 에너지와 대형 버너와 같은 큰 설비를 필요로 하지 않게 한다.
도 7은 본 발명의 제4실시예의 변형예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다. 도 7을 참조하면, 제4실시예의 변형예의 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(401)는 산화 촉매탑(220)을 복수의 제1촉매탑(201)과 제2촉매탑(202)으로 형성한다. 제1촉매탑(201)과 제2촉매탑(202)은 병렬로 배치되어, 제2제어 밸브(V22)에 의하여 선택적환원촉매(31)에 선택적으로 연결될 수 있다.
제1제어 밸브(V21)는 제1, 제2산화 촉매(121, 221)의 전방에 배치되어 관체(10)를 제1, 제2촉매탑(201, 202)에 선택적으로 연결한다. 따라서 제1제어 밸브(V21)의 제어에 따라 관체(10)를 경유한 제1온도의 공정 배출 가스는 제1, 제2촉매탑(201, 202)의 제1, 제2산화 촉매(121, 221)에 선택적으로 공급될 수 있다.
제2제어 밸브(V22)는 제1, 제2산화 촉매(121, 221)의 후방에 배치되어, 제1, 제2촉매탑(201, 202)을 선택적으로 선택적환원촉매(31)에 연결한다. 따라서 제2제어 밸브(V22)의 제어에 따라 제1, 제2촉매탑(201, 202)의 제1, 제2산화 촉매(121, 221)를 경유한 제2온도의 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)에 선택적으로 공급될 수 있다.
플라즈마 반응기(40)는 제1제어 밸브(V21)의 후방이면서 제1, 제2산화 촉매(121, 221)의 전방에서 선택적환원촉매(31)를 개재하여 제1촉매탑(201)과 제2촉매탑(202)에 선택적으로 연결된다. 따라서 제3제어 밸브(V23)의 제어에 따라 플라즈마 반응기(40)에서 발생된 수소가 함유된 고온의 합성가스는 제1, 제2촉매탑(201, 202)의 제1, 제2산화 촉매(121, 221)에 선택적으로 공급될 수 있다.
예를 들면, 제2산화 촉매(221)가 피독된 경우, 제2산화 촉매(221)는 재생되고, 제1산화 촉매(121)는 산화 촉매 작용하여 가연성 물질을 산화 제거하면서 공정 배출 가스의 온도를 승온시키고, 이때 승온된 온도에서 선택적환원촉매(31)는 선택적촉매환원 반응으로 NOx를 제거한다.
즉 제1제어 밸브(V21)는 관체(10)를 제1촉매탑(201)에 선택 연결하여, 제1온도의 공정 배출 가스는 제1촉매탑(201)으로 공급되어 제1산화 촉매(121)에서 산화된다. 제2제어 밸브(V22)는 제1촉매탑(201)을 환원 촉매탑(30)에 연결하여, 제2온도로 공급되는 공정 배출 가스는 환원 촉매탑(30)으로 공급되어 선택적환원촉매(31)에서 환원된다.
그리고 제3제어 밸브(V23)는 플라즈마 반응기(40)를 피독된 제2산화 촉매(221)에 선택 연결하여, 수소가 함유된 합성가스는 제2산화 촉매(221)에 공급되어 제2산화 촉매(221)를 피독시킨 유기 물질 및 무기 물질을 제거한다.
또한, 제1산화 촉매(121)가 피독된 경우, 제1산화 촉매(121)는 재생되고, 제2산화 촉매(221)는 산화 촉매 작용하여 가연성 물질을 산화 제거하면서 공정 배출 가스의 온도를 승온시키고, 이때 승온된 온도에서 선택적환원촉매(31)는 선택적촉매환원 반응으로 NOx를 제거한다.
즉 제1제어 밸브(V21)는 관체(10)를 제2촉매탑(202)에 선택 연결하여, 제1온도의 공정 배출 가스는 제2촉매탑(202)으로 공급되어 제2산화 촉매(221)에서 산화된다. 제2제어 밸브(V22)는 제2촉매탑(202)을 환원 촉매탑(30)에 연결하여, 제2온도로 공급되는 공정 배출 가스는 환원 촉매탑(30)으로 공급되어 선택적환원촉매(31)에서 환원된다.
그리고 제3제어 밸브(V23)는 플라즈마 반응기(40)를 피독된 제1산화 촉매(121)에 선택 연결하여, 수소가 함유된 합성가스는 제1산화 촉매(121)에 공급되어 제1산화 촉매(121)를 피독시킨 유기 물질 및 무기 물질을 제거 한다.
따라서 제2실시예 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(2)는 제2 또는 제1산화 촉매(221, 121)를 재생하면서 제1 또는 제2촉매탑(201, 202)의 제1 또는 제2산화 촉매(121, 221)를 통하여 지속적으로 제1온도의 공정 배출 가스에 포함된 가연성 물질을 촉매 산화 작용으로 제거하고, 이때 발생되는 고온으로 선택적환원촉매(31)를 통하여 NOx를 제거할 수 있다.
또한 제2 또는 제1산화 촉매(221, 121)를 선택적으로 재생시킨 후, 제1, 제2촉매탑(201, 202)으로 배출되는 제2온도 수준의 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 승온시킨다.
따라서 선택적환원촉매(31)는 전방으로 유입되는 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 충분히 승온되고, 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 충분히 환원 제거할 수 있다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우에도, 제2실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(2)는 제1온도의 공정 배출 가스를 전체적으로 가열하지 않게 하므로 많은 에너지와 대형 버너와 같은 큰 설비를 필요로 하지 않으면서, 제1실시예와 달리 공정 배출 가스를 바이패스 배출하지 않는다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이고, 도 9는 도 8에 적용되는 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제5실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(5)에서, 산화 촉매탑(320)은 관체(10)에 연결되고, 환원 촉매탑(30)은 산화 촉매탑(320)의 후방에 구비되어 연결된다. 제1제어 밸브(V31)은 산화 촉매탑(320)의 전방에 구비되고, 제2제어 밸브(V32)은 산화 촉매탑(320)의 전방에 구비된다.
제1제어 밸브(V31)는 관체(10)에서 산화 촉매탑(320)으로 공급되는 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하고, 제2제어 밸브(V32)는 산화 촉매탑(320)에서 환원 촉매탑(30)으로 공급되는 제2온도의 공정 배출 가스를 단속한다.
바이패스 관체(350)는 산화 촉매탑(320)을 바이패스 하도록 산화 촉매(321)의 전방에서 관체(10)에 제1제어 밸브(V31)를 개재하여 연결되고, 산화 촉매(321)의 후방에서 산화 촉매탑(320)에 제2제어 밸브(V32)를 개재하여 연결된다. 플라즈마 반응기(340)는 바이패스 관체(350) 상에 설치된다.
따라서 제1, 제2제어 밸브(V31, V32)의 선택 제어에 따라, 공정 배출 가스는 제1, 제2제어 밸브(V31, V32)에서 일시적으로 유입 배출이 차단되고, 산화 촉매(321)와 플라즈마 반응기(340)는 바이패스 관체(350) 및 제1, 제2제어 밸브(V31, V32)를 통하여 폐회로(closed loop)를 형성한다. 즉 플라즈마 반응기(340)는 폐회로를 순환하는 제1온도의 공정 배출 가스와 별도로 공급되는 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성하고 순환시킨다.
플라즈마 반응기(340)는 별도의 신기(fresh air)를 공급받지 않고, 제1온도에서 점진적으로 가열되는 고온의 공정 배출 가스를 공급받아 구동되므로 공정 배출 가스의 온도 상승을 위한 연료를 절감할 수 있다. 다만, 폐회로로 플라즈마 반응기(340)를 운전할 때, 기 연소된 기체를 계속 공급받아서 사용하기 때문에 산소의 농도가 점진적으로 낮아진다.
따라서 일반 버너를 이용하여 폐회로로 운전하는 경우, 운전 가능 범위가 매우 좁아진다. 그러나 제5실시예의 플라즈마 반응기(340)는 폐회로로 운전하는 경우에도, 플라즈마 반응기(340) 내부로 유입되는 기체의 산소 농도가 연소당량비의 10~100% 정도까지도 화염을 유지할 수 있다.
그러므로 제5실시예는 플라즈마 반응기(340)를 운전하여 수소가 함유된 합성가스를 충분히 생산하여 산화 촉매(321)에 공급하여 순환시키므로 산화 촉매(321)에서 산화 촉매 작용으로 가연성 물질을 제거하고, 산화 촉매(321) 상에서 발생하는 촉매 피독을 재생하면서 선택적환원촉매(31)에서 NOx를 충분히 제거할 수 있다.
이를 위하여, 플라즈마 반응기(340)에서 하우징(341)의 일측에 구비되는 공정 배출 가스 공급구(343)는 바이패스 관체(350)에 연결되어 제2제어 밸브(V32)를 경유하는 제1온도에서 점진적으로 가열된 고온의 공정 배출 가스를 하우징(341) 내부로 공급한다.
순환하는 공정 배출 가스와 공기 공급구(344)로 공급되는 공기(신기)를 부분적으로 이용하여, 접지되는 하우징(341)과 전압(V)이 인가되는 전극(342)은 서로의 사이에서 아크를 일으키고 플라즈마 반응 공간(S)에서 플라즈마 반응을 일으킨다.
이로 인하여, 하우징(341)의 다른 일측에 구비되는 토출구(345)는 플라즈마 반응 공간(S)에서 플라즈마 반응으로 생성되는 수소가 포함된 합성가스를 바이패스 관체(350)로 토출하여, 제1제어 밸브(V31)를 경유하여 산화 촉매(321)로 다시 공급되게 한다.
제5실시예 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(5)는 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 산화 촉매(321)를 재생하면서 산화 촉매탑(320)의 산화 촉매(321)를 통하여 지속적으로 제1온도에서 더 가열되는 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 선택적환원촉매(31)에서 선택적환원반응으로 제거할 수 있다.
또한 산화 촉매(321)를 재생시킨 후, 제1, 제2제어 밸브(V31, V32)의 제어에 의하여, 바이패스 관체(350)가 차단되고, 산화 촉매탑(320)에서 배출되는 제2온도 수준의 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 승온시킨다.
따라서 선택적환원촉매(31)는 전방으로 유입되는 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 충분히 승온되어, 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 충분히 환원시켜 제거할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다. 도 10을 참조하면, 제6실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(6)에서, 선택적환원촉매(71)를 내장하는 환원 촉매탑(70)은 산화 촉매탑(320)의 전방에 구비되어 관체(10)에 연결된다.
산화 촉매탑(320)의 후방에 연결되는 후방 관체(11)와 환원 촉매탑(70)의 전방에 연결되는 관체(10)에 열교환기(80)가 설치된다. 열교환기(80)는 산화 촉매탑(320)에서 가열된 제2온도의 공정 배출 가스의 열을 관체(10)로 전달하여, 관체(10)로 공급되는 제1온도의 공정 배출 가스를 제2온도 수준으로 승온시킨다.
제1제어 밸브(V31)는 관체(10)를 경유하여 환원 촉매탑(70)에서 산화 촉매탑(320)으로 공급되는 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하고, 후방 관체(11)는 산화 촉매탑(320)에서 및 열교환기(80) 측으로 2온도의 공정 배출 가스를 공급한다.
제1제어 밸브(V31)의 선택 제어에 따라, 산화 촉매(321)는 플라즈마 반응기(40) 또는 환원 촉매탑(70에 연결된다. 즉 플라즈마 반응기(40)는 연료와 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성하고 공급한다.
수소가 함유된 합성가스가 충분히 생산되어 산화 촉매(321)를 경유하므로 산화 촉매(321)는 산화 촉매 작용으로 가연성 물질을 제거하고, 재생되면서 선택적환원촉매(31)에서 NOx를 충분히 제거할 수 있도록 공정 배출 가스를 제2온도 수준으로 가열한다.
합성가스를 포함하여 가열된 공정 배출 가스는 산화 촉매탑(320)에서 후방 관체(11)로 배출되고, 열교환기(80)를 통하여 관체(10)로 열전달된다. 관체(10)로 공급되는 제1온도의 공정 배출 가스는 열교환기(80)에서 전달되는 열에 의하여 제2온도 수준을 승온된다.
제2온도 수준으로 승온된 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 승온시킨다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 충분히 환원시켜 제거할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제7실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치를 도시한 구성도이다. 도 11을 참조하면, 제7실시예에 따른 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(7)에서, 제1제어 밸브(V31)는 관체(10)를 경유하여 환원 촉매탑(70)에서 산화 촉매탑(320)으로 공급되는 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하고, 제2제어 밸브(V32)는 산화 촉매탑(320)에서 후방 관체(11) 및 열교환기(80) 측으로 공급되는 제2온도의 공정 배출 가스를 단속한다.
제1, 제2제어 밸브(V31, V32)의 선택 제어에 따라, 산화 촉매(321)와 플라즈마 반응기(340)는 바이패스 관체(350)를 통하여 폐회로(closed loop)를 형성한다. 즉 플라즈마 반응기(340)는 폐회로를 순환하는 제1온도의 공정 배출 가스 및 별도로 공급되는 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성하고 순환시킨다.
수소가 함유된 합성가스가 충분히 생산되어 산화 촉매(321)를 순환하므로 산화 촉매(321)는 산화 촉매 작용으로 가연성 물질을 더 빨리 제거하고, 재생되면서 선택적환원촉매(31)에서 NOx를 충분히 제거할 수 있도록 공정 배출 가스를 제2온도 수준으로 가열한다.
합성가스를 포함하여 가열된 공정 배출 가스는 산화 촉매탑(320)에서 후방 관체(11)로 배출되고, 열교환기(80)를 통하여 관체(10)로 열전달된다. 관체(10)로 공급되는 제1온도의 공정 배출 가스는 열교환기(80)에서 전달되는 열에 의하여 제2온도 수준을 승온된다.
제2온도 수준으로 승온된 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 더 신속하게 승온시킨다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 충분히 환원시켜 제거할 수 있다.
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, 3, 4, 401, 5, 6, 7: 제거 장치 10, 11, 50: 관체
20, 220, 320: 산화 촉매탑 21, 321: 산화 촉매
30, 70: 환원 촉매탑 31, 71: 선택적환원촉매
40, 60, 340: 플라즈마 반응기 41, 341, 641: 하우징
42, 342: 전극 43: 연료 공급구
44, 344: 공기 공급구 45: 토출구
50, 350: 바이패스 관체 80: 열교환기
121, 221: 제1, 제2산화 촉매 201, 202: 제1, 제2촉매탑
343: 공정 배출 가스 공급구 643: 추가 연료 공급구
644: 추가 공기 공급구 G: 방전갭
S: 플라즈마 반응 공간 V: 전압
V1, V21, V31: 제1제어 밸브 V22, V32: 제2제어 밸브
V23: 제3제어 밸브

Claims (17)

  1. 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화 촉매를 내장하는 산화 촉매탑; 및
    상기 산화 촉매의 전방에서 상기 산화 촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 상기 산화 촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화 촉매에서 유기 물질을 제거하고 무기 물질(X)을 HnXm 형태로 제거하여 상기 산화 촉매를 재생시키는 플라즈마 반응기
    를 포함하며,
    상기 플라즈마 반응기는
    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 전압이 인가되는 전극
    을 포함하고,
    상기 하우징은
    상기 연료 공급구와 상기 공기 공급구에서 상기 토출구에 이르는 사이에 확장된 플라즈마 반응 공간을 구비하며,
    상기 토출구는
    상기 플라즈마 반응 공간보다 좁게 형성되어 수소를 포함하는 고온의 합성가스를 분출하는 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화 촉매탑에 연결되어 상기 제1온도보다 높은 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 상기 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 내장하는 환원 촉매탑
    을 더 포함하는 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1온도의 공정 배출 가스를 상기 관체에서 상기 산화 촉매로 공급하거나 상기 산화 촉매를 바이패스 하여 상기 환원 촉매탑으로 공급하도록 선택하는 제1제어 밸브
    를 더 포함하는 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 선택적환원촉매는
    상기 산화 촉매를 경유한 상기 제2온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 가열되는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기는
    상기 하우징의 상기 연료 공급구 및 상기 공기 공급구에서 상기 토출구 사이에 형성되는 플라즈마 반응 공간에 연통하는 개질 촉매
    를 더 포함하는 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  7. 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화 촉매를 내장하는 산화 촉매탑; 및
    상기 산화 촉매의 전방에서 상기 산화 촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 상기 산화 촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화 촉매를 재생시키는 플라즈마 반응기
    를 포함하고,
    상기 플라즈마 반응기는
    일측에 연료 공급구와 공기 공급구를 구비하고 다른 일측에 수소가 포함된 합성가스를 토출하는 토출구를 구비하며 접지되는 하우징,
    상기 연료 공급구와 상기 공기 공급구 사이에 구비되고 전압이 인가되는 전극, 및
    상기 하우징의 상기 연료 공급구 및 상기 공기 공급구에서 상기 토출구 사이에 형성되는 플라즈마 반응 공간에 연통하는 개질 촉매
    를 포함하며,
    상기 플라즈마 반응기는
    상기 하우징의 상기 플라즈마 반응 공간과 상기 개질 촉매 사이에 연료 추가 공급구와 공기 추가 공급구를 구비하여 연료와 공기를 추가로 공급하는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 산화 촉매를 바이패스 하도록 상기 제1제어 밸브를 상기 산화 촉매탑에 연결하는 바이패스 관체를
    더 포함하는 오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  9. 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화 촉매를 내장하는 산화 촉매탑;
    상기 산화 촉매의 전방에서 상기 산화 촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 상기 산화 촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화 촉매를 재생시키는 플라즈마 반응기;
    상기 산화 촉매탑에 연결되어 상기 제1온도보다 높은 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 상기 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 내장하는 환원 촉매탑; 및
    상기 제1온도의 공정 배출 가스를 상기 관체에서 상기 산화 촉매로 공급하거나 상기 산화 촉매를 바이패스 하여 상기 환원 촉매탑으로 공급하도록 선택하는 제1제어 밸브
    를 포함하며,
    상기 산화 촉매탑은
    병렬로 배치되고 제2제어 밸브에 의하여 상기 선택적환원촉매에 선택적으로 연결되는 제1촉매탑과 제2촉매탑을 포함하며,
    상기 제1제어 밸브는
    상기 관체를 상기 산화 촉매의 전방에서 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 선택적으로 연결하는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기는
    제3제어 밸브를 개재하여 상기 제1촉매탑과 상기 제2촉매탑에 선택적으로 연결되는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  11. 삭제
  12. 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화 촉매를 내장하는 산화 촉매탑;
    상기 산화 촉매의 전방에서 상기 산화 촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 상기 산화 촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화 촉매를 재생시키는 플라즈마 반응기;
    상기 산화 촉매탑에 연결되어 상기 제1온도보다 높은 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 상기 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 내장하는 환원 촉매탑;
    상기 산화 촉매탑의 전방에 구비되어 상기 산화 촉매탑으로 공급되는 상기 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제1제어 밸브, 및
    상기 산화 촉매탑의 후방에 구비되어 상기 산화 촉매탑에서 공급되는 상기 제2온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제2제어 밸브
    를 포함하며,
    상기 플라즈마 반응기는
    상기 제1제어 밸브와 상기 제2제어 밸브를 연결하는 바이패스 관체 상에 설치되어, 상기 제1제어 밸브와 상기 제2제어 밸브의 선택 작동으로 형성되는 폐회로(closed loop)를 순환하는 상기 제1온도의 공정 배출 가스와 별도로 공급되는 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성하는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기에 공급되는 공기는
    연소당량비의 10~100%로 설정되는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 환원 촉매탑은 상기 산화 촉매탑의 후방에 구비되는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1제어 밸브는
    상기 관체에서 상기 산화 촉매탑으로 공급되는 상기 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하며,
    상기 제2제어 밸브는
    상기 산화 촉매탑에서 상기 환원 촉매탑으로 공급되는 상기 제2온도의 공정 배출 가스를 단속하는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  16. 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화 촉매를 내장하는 산화 촉매탑;
    상기 산화 촉매의 전방에서 상기 산화 촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 상기 산화 촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화 촉매를 재생시키는 플라즈마 반응기;
    상기 산화 촉매탑에 연결되어 상기 제1온도보다 높은 제2온도의 공정 배출 가스에 포함된 상기 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 내장하는 환원 촉매탑;
    상기 산화 촉매탑의 전방에 구비되어 상기 산화 촉매탑으로 공급되는 상기 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제1제어 밸브, 및
    상기 산화 촉매탑의 후방에 구비되어 상기 산화 촉매탑에서 공급되는 상기 제2온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제2제어 밸브
    를 포함하며,
    상기 환원 촉매탑은 상기 산화 촉매탑의 전방에 구비되어 상기 관체에 연결되고,
    상기 관체와 상기 산화 촉매탑의 후방 관체에 열교환기가 설치되는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1제어 밸브는
    상기 환원 촉매탑에서 상기 산화 촉매탑으로 공급되는 상기 제1온도의 공정 배출 가스를 단속하고,
    상기 제2제어 밸브는
    상기 산화 촉매탑에서 상기 열교환기 측으로 공급되는 상기 제2온도의 공정 배출 가스를 단속하는
    오염된 산화 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치.
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