KR101830477B1 - 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치 및 질소 산화물 제거 방법 - Google Patents

소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치 및 질소 산화물 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소결 배기가스 내에 포함된 불완전연소 가스의 산화반응이 일어나는 산화 촉매 반응기, 상기 산화 촉매 반응기에 후속되고 질소 산화물의 환원반응이 일어나는 선택적 촉매 환원 반응기 및 상기 선택적 촉매 반응기에 환원제를 공급하는 환원제 공급장치를 포함하는 질소 산화물 제거 장치 및 이를 이용한 질소 산화물 제거 방법을 제공하며, 이로 인해, 소결 배기가스 내에 포함된 불완전 연소 가스를 산화하여 발생한 열을 활용하여, 종래의 선택적 촉매 환원 탈질 설비에서 필요하던 보조 연료를 사용하지 않고도 일관된 공정 내에서 질소 산화물을 용이하게 제거할 수 있으며, 아황산암모늄 발생을 방지하여 촉매 활성을 높게 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치 및 질소 산화물 제거 방법{Apparatus for removing of nitrogen oxides in exhaust sintering gas and method for removing of nitrogen oxides}
본 발명은 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치 및 질소 산화물 제거 방법에 관한 것이다.
제철 공정 중 소결 공정은 철광석을 고로 등에 장입하기 쉬운 괴상의 형태로 가공하기 위한 공정으로서 철광석, 첨가제 및 바인더 등을 혼합한 후 고온에서 소결하는 공정이다. 상기 공정으로 인하여 투입되는 원료에서 가스가 대량으로 발생하는데, 상기 가스에는 황 산화물, 질소 산화물 및 기타 할로겐 화합물 등의 유해 가스가 다량 포함되어 있다. 배출되는 유해 가스량은 대형 소결기의 경우 시간당 1,000,000㎥ 이상으로, 이를 그대로 대기 중에 배출할 경우 인근지역의 대기 오염을 유발한다. 유해가스 중에서도 질소 산화물은 주요 오염 성분으로 산성비, 온실가스 등의 원인이 된다.
한편, 세계 각국의 배기가스 배출 허용 기준이 강화되면서 소결 배가스 중에 포함된 먼지, 황 산화물, 질소 산화물 및 기타 할로겐 화합물 등을 제거하는 설비가 추가되고 있다. 그 중 탈황 설비는 각종 알칼리제를 이용한 반건식, 건식 및 습식 등의 다양한 방법이 적용되고 있으며 제거 효율도 높아 신뢰도가 높으나, 강화된 배출 허용 기준을 만족할 만한 충분한 제거 효율이 나오지 않고 있다.
또한, 질소산화물 제거를 위한 최적의 탈질 설비로 분류되고 있는 선택적 촉매 환원 탈질 설비(SCR)를 사용하려면 대략 170 ℃ 이상의 고온의 가스가 필요한데 이를 달성하기 위해서는 액화천연가스(LNG), 코크스오븐가스(COG) 및 매립지가스(LFG) 등의 보조 연료가 필요하다.
더욱이, 소결 배기가스 내에 포함된 삼산화황(SO3) 성분은 선택적 촉매 환원 탈질 설비에 일반적으로 사용되는 우레아(Urea) 또는 암모니아와 반응하여 아황산암모늄(NH4HSO4)을 형성하여 촉매의 표면을 막아 촉매의 활성도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
즉, 선택적 촉매 환원 탈질 설비를 사용하기 위해서는 고온의 소결 배기가스가 필요하며 이를 위해 보조 연료를 사용함으로써 운영비가 높아지는 문제점이 있다. 또한, 환원제로써 주입되는 우레아 또는 암모니아가 삼산화황과 반응하여 아황산암모늄이 형성되어 촉매의 활성도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원 탈질 설비(SCR)의 운전 시 보조 연료를 사용하지 않아 공정 운영비용을 저감하고, 아황산암모늄 발생을 방지하여 촉매의 활성을 높게 유지하는 질소 산화물 제거 장치 및 질소 산화물 제거 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소결 배기가스 내에 포함된 불완전연소 가스의 산화반응이 일어나는 산화 촉매 반응기, 상기 산화 촉매 반응기에 후속되고 질소 산화물의 환원반응이 일어나는 선택적 촉매 환원 반응기, 및 상기 선택적 촉매 반응기에 환원제를 공급하는 환원제 공급장치를 포함하는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치를 제공한다.
상기 산화 촉매 반응기에 산화제를 공급하는 산화제 공급장치를 더 포함할 수 있다.
상기 산화제는 오존, 플라즈마 산소 및 플라즈마 산화질소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 산화제는 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성될 수 있다.
상기 산화 촉매 반응기는 백금, 금, 팔라듐, 니켈, 로듐, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 산화 촉매를 포함할 수 있다.
상기 환원제는 수산기를 포함하는 탄화수소; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 암모니아; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 유레아(urea); 및 수산기를 포함하는 탄화수소, 암모니아 및 유레아일 수 있다.
상기 산화 촉매 반응기 및 선택적 촉매 환원 반응기 내에 포함된 촉매의 활성을 재생시키는 촉매 재생장치를 더 포함할 수 있다.
상기 촉매 재생장치는 촉매 재생장치 내부의 온도를 상승시키는 온도 상승 장치를 포함할 수 있다.
상기 산화 촉매 반응기는 2개의 반응기가 직렬 또는 병렬로 배치되어, 하나의 반응기에서 불완전연소 가스가 산화되는 동안 다른 하나의 반응기에서는 촉매의 활성이 재생될 수 있다.
상기 선택적 촉매 환원 반응기는 2개의 반응기가 직렬 또는 병렬로 배치되어, 하나의 반응기에서 질소 산화물이 환원되는 동안 다른 하나의 반응기에서는 촉매의 활성을 재생될 수 있다.
상기 산화 촉매 반응기 및 상기 선택적 촉매 환원 반응기는 하나의 반응기로 결합되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 소결 배기가스를 산화 촉매에 통과시켜 불완전연소 가스의 산화반응을 일으켜 불완전연소 가스가 산화된 배기가스를 획득하는 단계, 상기 불완전연소 가스가 산화된 배기가스에 환원제를 공급하여 환원제가 공급된 배기가스를 획득하는 단계, 및 상기 환원제가 공급된 배기가스를 환원 촉매에 통과시켜 질소 산화물을 질소와 수증기로 환원하는 단계를 포함하는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 방법을 제공한다.
상기 소결 배기가스에 산화제를 공급하는 산화제 공급 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 산화제는 오존, 플라즈마 산소 및 플라즈마 산화질소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 산화제는 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성될 수 있다.
상기 산화 촉매는 백금, 금, 팔라듐, 니켈, 로듐, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 환원제는 수산기를 포함하는 탄화수소; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 암모니아; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 유레아(urea); 및 수산기를 포함하는 탄화수소, 암모니아 및 유레아일 수 있다.
상기 산화 촉매 및 환원 촉매의 활성을 재생시키는 촉매 재생 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 질소 산화물 제거 장치 및 제거 방법은 소결 배기가스 내에 포함된 불완전 연소 가스를 산화하여 발생한 열을 활용하여, 종래의 선택적 촉매 환원 탈질 설비에서 필요하던 보조 연료를 사용하지 않고도 일관된 공정 내에서 질소 산화물을 용이하게 제거할 수 있으며, 아황산암모늄 발생을 방지하여 촉매 활성을 높게 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 6은 본 발명의 일 실시예인 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치의 구성을 간략히 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
종래의 선택적 촉매 환원 탈질 설비(SCR)는 소결 배기가스의 온도 상승을 위해 보조 연료를 추가적으로 사용함으로써 운영비가 높아지는 문제점이 있으며, 환원제로써 주입되는 우레아(Urea) 또는 암모니아(NH3)가 삼산화황(SO3)과 반응하여 아황산암모늄(NH4HSO4)이 형성되어 촉매의 활성이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예인 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치는 종래의 선택적 촉매 환원 탈질 설비의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 소결 배기가스의 온도 상승을 위해 상기 배기가스 중에 포함되어 있는 불완전 연소가스를 완전 연소시켜 배기가스의 온도를 높일 수 있다. 또한, 환원제로 수산기를 포함하는 탄화수소만을 사용하거나, 수산기를 포함하는 탄화수소 및 종래 환원제를 사용하여 아황산암모늄의 생성을 방지할 수 있다.
도 1 내지 6은 본 발명의 일 실시예인 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치의 구성을 간략히 나타낸 개략도로, 이하, 도 1 내지 6을 참조하여 본원발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소결 배기가스 내에 포함된 불완전연소 가스의 산화 반응이 일어나는 산화 촉매 반응기(1), 상기 산화 촉매 반응기에 후속되고 질소 산화물의 환원반응이 일어나는 선택적 촉매 환원 반응기(2) 및 상기 선택적 촉매 반응기에 환원제를 공급하는 환원제 공급장치(3)를 포함하는 질소 산화물 제거 장치를 제공할 수 있다.
소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물을 제거하기 위한 최적의 탈질 설비로 분류되고 있는 촉매 환원 탈질 설비(SCR)를 사용하려면 고온의 가스가 필요하다. 종래에는 소결 배기가스의 고온의 온도가 되도록 하기 위하여 보조 연료를 이용하였으나, 이로 인해 공정 운영비용이 증가한다는 문제점이 있다. 그러나, 본원발명의 질소 산화물 제거 장치는 산화 촉매 반응기(1)를 포함하며, 상기 산화 촉매 반응기 내에 포함된 산화 촉매가 소결 배기가스 내에 포함된 불완전연소 가스를 산화시켜 소결 배기가스의 온도를 고온으로 높일 수 있다.
소결 배기가스 내에 포함된 불완전 연소가스는 방향족 탄화수소, 사슬형 유기물 및 무기가스 등이 포함하며, 그 중에서 가장 많은 비중을 차지하는 것이 일산화탄소(CO) 가스이다. 상기 일산화탄소 가스는 전체 소결 배기가스에 대하여 약 0 % 초과 2 % 이하로 포함되어 있는데, 일산화탄소가 산화 촉매 반응기(1)에 포함된 산화 촉매에 의해 산화됨으로 인하여 소결 배기가스의 온도가 200 ℃까지 고온으로 높아질 수 있다.
상기 일산화탄소를 산화시켜 고온의 소결 배기가스를 얻기 위하여 사용하는 산화 촉매는 저온에서도 활성이 높은 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 백금, 금, 팔라듐, 니켈, 로듐, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 산화 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예인 질소 산화물 제거장치는, 상기 산화 촉매 반응기(1)에 후속되고 질소 산화물의 환원반응이 일어나는 선택적 촉매 환원 반응기(2)를 포함할 수 있다. 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 촉매로는 V2O5-WO3-TiO2계 촉매를 사용할 수 있으며, 조촉매로는 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 산화 촉매 반응기(1)가 선택적 촉매 환원 반응기(2) 전단에 위치함으로 인하여, 고온의 소결 배기가스를 선택적 촉매 환원 반응기에 직접적으로 공급하므로 추가적인 보조 연료를 사용하지 않아 경제적이다. 또한, 상기 산화 촉매 반응기가 선택적 촉매 환원 반응기 후단에 위치하는 경우, 열교환기 등의 설비가 추가적으로 필요하며, 열교환이 이루어지는 동안 외부로 방출되는 열량으로 인하여 에너지가 낭비되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 산화 촉매 반응기가 선택적 촉매 반응기 전단에 위치하는 경우, 상기 산화 촉매 반응기가 선택적 촉매 반응기 후단에 위치하는 경우에 비하여, 설비가 간소화되며, 외부로 방출되는 열량을 저감하여 에너지 낭비를 방지할 수 있다.
상기 산화 촉매 반응기(1)에서 이루어진 불완전 연소 가스의 산화 반응으로 인해 온도가 매우 높아진 소결 배기가스는, 상기 선택적 촉매 환원 반응기(2)의 환원 촉매를 통과할 수 있다. 이로 인해, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물은 상기 환원 촉매와 반응하여 질소 가스(N2)와 수증기(H2O)로 환원될 수 있다.
상기 선택적 촉매 환원 반응기(2)에서 질소 산화물의 환원 반응은 환원성 분위기 하에서 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 환원성 분위기는 직접 수소가스 공급함으로 인해 이루어질 수 있지만, 암모니아를 포함한 환원제를 공급하는 것이 더욱 바람직하다. 종래의 촉매 환원 탈질 설비는 우레아 또는 암모니아를 환원제로 사용하였으나, 소결 배기가스 내에 포함된 삼산화황이 상기 우레아 또는 암모니아와 반응하여 아황산암모늄을 형성하며, 상기 아황산암모늄이 촉매의 표면을 막아 촉매의 활성도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
그러나, 본원발명은 수산기를 포함하는 탄화수소; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 암모니아; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 유레아(urea); 및 수산기를 포함하는 탄화수소, 암모니아 및 유레아를 환원제로 사용할 수 있다.
상기 수산기를 포함하는 탄화수소만을 환원제로 사용하는 경우 암모니아와 삼산화황이 반응하여 형성되는 아황산암모늄의 생성을 방지할 수 있다. 또한, 수산기를 포함하는 탄화수소 및 종래 환원제(암모니아 및/또는 유레아)를 환원제로 사용하는 경우 암모니아의 소모량을 저하시킬 수 있으며, 암모니아와 삼산화황이 반응하여 형성되는 아황산암모늄의 생성량을 저하시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 아황산암모늄이 촉매의 표면을 막아 촉매의 활성도를 떨어뜨리는 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 상기 수산기를 포함하는 탄화수소는 선택적 촉매 환원 반응기(2)에 포함된 환원 촉매가 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물을 환원하는 것을 도와 질소 산화물의 제거 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 수산기를 포함하는 탄화수소 자체가 산화되어 소결 배기가스의 온도를 높여 질소 산화물의 제거 효율을 높일 수 있다.
상기 수산기를 가지는 탄화수소는 수산기(-OH)가 포함된 탄소와 수소로만 이루어져 있는 유기화합물이라면 특별히 제한하지 않으나, 알코올 계열인 것이 바람직하며, 예를 들어, 에탄올, 메탄올, 프로판올 및 부탄올로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예인 질소 산화물 제거장치는, 상기 산화 촉매 반응기(1)에 산화제를 공급하는 산화제 공급장치(4)를 더 포함할 수 있다. 도 2는 도 1의 질소 산화물 제거 설비에서 산화제 공급장치를 더 포함하고 있는 설비를 간략히 나타낸 개략도이며, 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 산화제 공급장치는 상기 산화 촉매 반응기의 전단에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 산화 촉매 반응기(1) 전단에 위치하는 산화제 공급장치(4)는 산화제를 분사하는 장치이며, 분사된 산화제는 상기 산화 촉매 반응기에 공급되어 상기 산화 촉매 반응기의 산화 촉매의 활성 온도를 낮추고 산화 촉매를 기능적으로 보완할 수 있다. 즉, 상기 산화제는 산화 촉매가 소결 배기가스 내에 포함된 불완전 연소 가스를 산화시키는 것을 도와 불완전 연소 가스의 산화 효율을 높일 수 있습니다.
상기 산화제 공급장치(4)는 고체, 액체 및 기체 형태의 산화제를 분사할 수 있다. 상기 산화제의 종류는 특별한 제한이 없으나, 예를 들어, 오존, 플라즈마 산소 및 플라즈마 산화질소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 산화제는 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성될 수 있다. 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성된 산화제는 반응성이 높은 라디칼 및 이온들을 포함하므로, 산화 촉매 반응기에서 불완전 연소 가스의 산화반응을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 특히, 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성된 라디칼은 연쇄 반응하여 소결 배기가스 내에 포함된 산소 및 일산화질소 등을 분해시켜 산화력이 강한 라디칼로 생성시킬 수 있다. 연쇄 반응에 의해 생성된 라디칼은 라디칼을 추가적으로 생성시키거나, 산화 촉매가 불완전 연소 가스를 산화시키는 것을 도와 불완전 연소 가스의 산화 효율을 더욱 높일 수 있다. 따라서, 상기 라디칼의 연쇄 반응에 의하여 불완전 연소 가스의 산화반응을 더욱 촉진시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예인 질소 산화물 제거장치는, 상기 산화 촉매 반응기(1) 및 선택적 촉매 환원 반응기(2) 내에 포함된 촉매의 활성을 재생시키는 촉매 재생장치(5)를 더 포함할 수 있다. 도 2는 도 1의 질소 산화물 제거 설비에서 촉매 재생장치(5)를 더 포함하고 있는 설비를 간략히 나타낸 개략도로, 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 산화 촉매 반응기 및 선택적 촉매 환원 반응기에 촉매 재생장치(5)가 부가되는 것이 바람직하다.
상기 촉매 재생장치(5)는 촉매 재생장치 내부의 온도를 상승시키는 온도 상승 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 상승 장치로 인하여 소결 배기가스의 온도가 더욱 높아져 소결 배기가스 내에 포함된 황 산화물을 분해하여 제거할 수 있으며, 황 산화물뿐만 아니라 소결 배기가스에 포함된 다른 오염물질을 분해하여 제거할 수 있다. 또한, 촉매 재생장치(5)는 환원제 공급설비를 추가적으로 포함하여 배기가스가 포함된 오염물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화 촉매 반응기(1)는 2개의 반응기가 직렬 또는 병렬로 배치되어, 하나의 반응기에서 불완전연소 가스가 산화되는 동안 다른 하나의 반응기에서는 촉매의 활성이 재생될 수 있다.
도 3은 도 2의 질소 산화물 제거 설비에서 산화 촉매 반응기(1) 2개가 병렬로 배치되어 있는 설비를 간략히 나타낸 개략도로, 하부에 위치한 반응기의 촉매가 재생되는 동안 상부에 위치한 반응기에서 불완전연소 가스가 산화될 수 있다. 반대로, 상부에 위치한 반응기의 촉매가 재생되는 동안 하부에 위치한 반응기에서 불완전연소 가스가 산화될 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 선택적 촉매 환원 반응기(2)는 2개의 반응기가 직렬 또는 병렬로 배치되어, 하나의 반응기에서 질소 산화물이 환원되는 동안 다른 하나의 반응기에서는 촉매의 활성을 재생될 수 있다.
도 4는 도 2의 질소 산화물 제거 설비에서 선택적 촉매 환원 반응기(2) 2개가 병렬로 배치되어 있는 설비를 간략히 나타낸 개략도로, 하부에 위치한 반응기의 촉매가 재생되는 동안 상부에 위치한 반응기에서 질소 산화물이 환원될 수 있다. 반대로, 상부에 위치한 반응기의 촉매가 재생되는 동안 하부에 위치한 반응기에서 질소 산화물이 환원될 수 있다.
도 5는 산화 촉매 반응기(1) 및 선택적 촉매 환원 반응기(2) 2개가 각각 병렬로 배치되어 있는 설비를 간략히 나타낸 개략도이다. 2개 이상의 반응기가 병렬 또는 직렬로 연결되어 교대로 운영됨으로 인해, 일 측의 촉매가 재생되고 있는 동안 다른 측의 촉매는 산화 또는 환원반응을 진행하여 설비 이용률을 높일 수 있다. 이로 인해, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물의 제거 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 산화 촉매 반응기(1) 및 상기 선택적 촉매 환원 반응기(2)는 하나의 반응기로 결합되어 있을 수 있다. 도 6은 산화 촉매 반응기(1) 및 선택적 촉매 환원 반응기(2)가 하나의 반응기로 결합된 산화 촉매 및 선택적 촉매 환원 반응기(6)를 포함하는 설비를 간략히 나타낸 개략도로, 설비의 설치 공간을 줄이기 위해 산화 촉매 반응기 및 선택적 촉매 환원 반응기가 하나의 반응기로 결합되어 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 방법을 제공하며, 상기 질소 산화물 제거 방법은 소결 배기가스를 산화 촉매에 통과시켜 불완전연소 가스의 산화반응을 일으켜 불완전연소 가스가 산화된 배기가스를 획득하는 단계, 상기 불완전연소 가스가 산화된 배기가스에 환원제를 공급하여 환원제가 공급된 배기가스를 획득하는 단계 및 상기 환원제가 공급된 배기가스를 환원 촉매에 통과시켜 질소 산화물을 질소와 수증기로 환원하는 단계를 포함할 수 있다.
본원발명의 일 실시예에 따르면, 소결 배기가스를 산화 촉매에 통과시켜 소결 배기가스 내에 포함됨 불완전 연소 가스의 산화 반응을 일으키는 공정을 통하여 고온의 소결 배기가스를 얻을 수 있다. 상기 불완전 연소 가스를 산화시키는 산화 촉매는 저온에서도 활성 높은 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 백금, 금, 팔라듐, 니켈, 로듐, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 산화 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 소결 배기가스 내에 포함된 불완전연소 가스의 산화 반응을 일으키는 단계 전에, 상기 소결 배기가스에 산화제를 공급하는 산화제 공급 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 산화제는 산화 촉매가 소결 배기가스 내에 포함된 불완전 연소 가스를 산화시키는 것을 도와 불완전 연소 가스의 산화 효율을 높일 수 있습니다.
상기 산화제의 종류는 특별한 제한이 없으며 통상적으로 사용하는 산화제라면 가능하다. 예를 들어, 오존, 플라즈마 산소 및 플라즈마 산화질소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 산화제는 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성될 수 있다. 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성된 산화제는 반응성이 높은 라디칼 및 이온들을 포함하므로, 산화 촉매 반응기에서 불완전 연소 가스의 산화반응을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 특히, 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성된 라디칼은 연쇄 반응하여 소결 배기가스 내에 포함된 산소 및 일산화질소 등을 분해시켜 산화력이 강한 라디칼로 생성시킬 수 있다. 연쇄 반응에 의해 생성된 라디칼은 라디칼을 추가적으로 생성시키거나, 산화 촉매가 불완전 연소 가스를 산화시키는 것을 도와 불완전 연소 가스의 산화 효율을 더욱 높일 수 있다. 따라서, 상기 라디칼의 연쇄 반응에 의하여 불완전 연소 가스의 산화반응을 더욱 촉진시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 불완전연소 가스가 산화된 배기가스에 환원제를 공급할 수 있다. 상기 환원제는 수산기를 포함하는 탄화수소; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 암모니아; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 유레아(urea); 및 수산기를 포함하는 탄화수소, 암모니아 및 유레아일 수 있다.
상기 불완전연소 가스가 산화된 배기가스에 상기 환원제가 공급됨으로 인해, 후속공정의 환원 촉매가 질소 산화물을 환원하는 기능을 보완하여 소결 배기가스로부터 질소 산화물을 제거하는 효율을 높일 뿐 아니라, 수산기를 포함하는 탄화수소 자체가 산화되어 소결 배기가스의 온도를 높일 수 있다.
상기 환원제가 공급된 배기가스를 환원 촉매에 통과시켜 질소 산화물을 질소와 수증기로 환원할 수 있다. 상기 환원 촉매로는 V2O5-WO3-TiO2계 촉매를 사용할 수 있으며, 조촉매로는 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본원발명의 일 실시예인 질소 산화물 제거 방법은 상기 산화 촉매 및 환원 촉매의 활성을 재생시키는 촉매 재생 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 재생 단계에서는 산화 촉매 및 환원 촉매의 촉매 활성이 낮아졌을 경우 촉매의 기능을 복원할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
질소 산화물이 114.5 ppm으로 포함된 소결 배기가스를 유량 50 Nm3/h로 본원발명에 따른 질소 산화물 제거 장치에 공급하여 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거하였다. 총 10시간 시험하였으며, 이때 각 설비에서 배기가스의 온도를 측정한 결과 산화 촉매 반응기(1) 전단의 온도는 100 ℃이고, 선택적 촉매 환원 반응기(2)의 온도는 195 ℃인 것을 확인했다.
질소 산화물을 제거하기 위해 환원제인 암모니아가 3.5 g/h의 유량으로 에탄올이 0.9 g/h의 유량으로 공급되었다. 상기와 같은 조건으로 본원발명의 설비를 운영한 결과 반응 후의 질소 산화물은 8.2 ppm으로 98.9 %의 높은 제거효율을 나타내었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1 : 산화 촉매 반응기
2 : 선택적 촉매 환원 반응기
3 : 환원제 공급장치
4 : 산화제 공급장치
5 : 촉매 재생장치
6 : 산화 촉매 및 선택적 촉매 환원 반응기

Claims (18)

  1. 소결 배기가스 내에 포함된 불완전연소 가스의 산화반응이 일어나는 산화 촉매 반응기;
    상기 산화 촉매 반응기에 후속되고 질소 산화물의 환원반응이 일어나는 선택적 촉매 환원 반응기;
    상기 선택적 촉매 환원 반응기에 환원제를 공급하는 환원제 공급장치; 및
    상기 산화 촉매 반응기 및 선택적 촉매 환원 반응기 내에 포함된 촉매의 활성을 재생시키는 촉매 재생장치를 포함하며,
    상기 촉매 재생장치는 촉매 재생장치 내부의 온도를 상승시키는 온도 상승 장치 및 환원제 공급장치를 추가로 포함하고,
    상기 선택적 촉매 환원 반응기의 촉매로는 V2O5-WO3-TiO2계 촉매에, 조촉매로서 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 사용되는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 촉매 반응기에 산화제를 공급하는 산화제 공급장치를 더 포함하는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 산화제는 오존, 플라즈마 산소 및 플라즈마 산화질소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 산화제는 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성되는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 촉매 반응기는 백금, 금, 팔라듐, 니켈, 로듐, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 산화 촉매를 포함하는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 환원제는 수산기를 포함하는 탄화수소이거나; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 암모니아이거나; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 유레아(urea)이거나; 수산기를 포함하는 탄화수소, 암모니아 및 유레아인, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 촉매 반응기는 2개의 반응기가 직렬 또는 병렬로 배치되어, 하나의 반응기에서 불완전연소 가스가 산화되는 동안 다른 하나의 반응기에서는 촉매의 활성이 재생되는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 선택적 촉매 환원 반응기는 2개의 반응기가 직렬 또는 병렬로 배치되어, 하나의 반응기에서 질소 산화물이 환원되는 동안 다른 하나의 반응기에서는 촉매의 활성이 재생되는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 촉매 반응기 및 상기 선택적 촉매 환원 반응기는 하나의 반응기로 결합되어 있는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치.
  12. 소결 배기가스를 산화 촉매에 통과시켜 불완전연소 가스의 산화반응을 일으켜 불완전연소 가스가 산화된 배기가스를 획득하는 단계;
    상기 불완전연소 가스가 산화된 배기가스에 환원제를 공급하여 환원제가 공급된 배기가스를 획득하는 단계;
    상기 환원제가 공급된 배기가스를 환원 촉매에 통과시켜 질소 산화물을 질소와 수증기로 환원하는 단계; 및
    상기 산화 촉매 및 환원 촉매의 활성을 재생시키는 촉매 재생 단계를 포함하고,
    상기 촉매 재생 단계는 촉매 재생장치 내부의 온도를 상승시키는 온도 상승 장치 및 환원제 공급장치를 포함하는 촉매재생장치에서 수행되며,
    선택적 촉매 환원 반응기의 상기 환원 촉매로는 V2O5-WO3-TiO2계 촉매에, 조촉매로서 니켈(Ni), 안티몬(Sb), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 사용되는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 소결 배기가스에 산화제를 공급하는 산화제 공급 단계를 더 포함하는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 산화제는 오존, 플라즈마 산소 및 플라즈마 산화질소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 산화제는 전자빔 장치 또는 플라즈마 장치를 거쳐 생성되는, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 산화 촉매는 백금, 금, 팔라듐, 니켈, 로듐, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 환원제는 수산기를 포함하는 탄화수소이거나; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 암모니아이거나; 수산기를 포함하는 탄화수소 및 유레아(urea)이거나; 수산기를 포함하는 탄화수소, 암모니아 및 유레아인, 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 방법.
  18. 삭제
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