KR101929172B1 - 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템 - Google Patents

고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템 Download PDF

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KR101929172B1
KR101929172B1 KR1020180033121A KR20180033121A KR101929172B1 KR 101929172 B1 KR101929172 B1 KR 101929172B1 KR 1020180033121 A KR1020180033121 A KR 1020180033121A KR 20180033121 A KR20180033121 A KR 20180033121A KR 101929172 B1 KR101929172 B1 KR 101929172B1
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gas
combustion catalyst
heat exchange
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KR1020180033121A
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이경우
정유식
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주식회사 지엔티엔에스
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/88—Handling or mounting catalysts
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Abstract

고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템이 개시되어 있다.
개시된 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템은 베이스; 상기 베이스 상에 고정 설치되며, 측면에 연료가스 및 공기가 유입되는 제1 유입포트와, 연료가스 및 유해가스가 유입되는 제2 유입포트를 갖는 가스유입모듈; 상기 가스유입모듈의 내부 상측에 마련된 채, 상기 가스유입모듈로부터 상승되는 가스들을 혼합시켜주는 1차 혼합부재; 상기 가스유입모듈과 연통되게 적층되며, 그 내부에는 혼합된 가스를 촉매반응에 의해 연소시키기 위한 고온 연소촉매가 충진된 연소촉매모듈; 상기 연소촉매모듈의 상부에 연통되게 적층되며, 상기 연소반응을 위해 열원을 제공하는 점화수단이 마련된 점화모듈; 상기 점화모듈의 상부에 적층되되, 그 내부에 상기 점화모듈과 연통되어 고온의 연소가스가 배출되는 다수의 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프를 냉각시켜주기 위한 냉매가 내장된 열교환모듈; 상기 열교환모듈의 상부에 연통되게 적층되어, 상기 열교환모듈을 통과한 냉각된 연소가스를 외부로 배출시키는 배기모듈;로 이루어진 것을 포함하며, 상기 점화모듈 내부에는 구배판이 설치되되, 상기 구배판의 하단은 점화모듈의 일측 내면에 밀착되게 설치되고, 상단은 점화모듈의 타측 내면과 이격되게 설치되어, 이격된 부분은 연소가스의 통로가 되고, 밀착된 부분은 이격된 부분을 통과하는 연소가스로부터 발생되는 응축수가 포집되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템{Modular air purification system using high temperature combustion catalyst}
본 발명은 대기환경 정화시스템에 관련한 것으로, 더 상세하게는 고온의 연소촉매를 이용함에 따라 부생가스 및 유해가스 제거효율이 우수한 점, 각 구성요소가 모듈화되어 필요한 유닛을 선택적으로 적층 결합할 수 있음과 교환이 손쉽다는 점에 특징을 갖는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템에 관한 것이다.
각종 공장 등의 배출가스에는 대기오염의 주요인이 되고 있는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds;VOCs)과 같은 다양한 유해 화학물질이나 악취를 유발하는 가스가 포함되어 있다. 상기 휘발성 유기화합물은 그 종류가 다양하나, 벤젠(benzene) 및 페놀(phenol) 같은 방향족(Aromatic) 화합물, 알칸(Alkane), 알켄(Alkene) 등의 탄화수소(Hydrocarbon) 화합물과 염소와 같은 할로겐(halogen) 화합물, 질소, 산소 등을 포함한 비균질 탄화수소(Heterogeneous Hydrocarbon) 등이 있다. 주요 휘발성 유기화합물의 배출원으로는 도료, 도장 및 플라스틱 관련 공장, 화학공장, 정유공장, 저유소 및 세탁소 등을 들 수 있다.
이러한 휘발성 유기화합물은 그 종류 및 대기 중의 반응형태에 따라 대류권 오존오염, 성층권 파괴 및 지구 온난화 등을 유발하며, 인체나 동식물이 휘발성 유기화합물에 노출된 경우 단기적으로는 호흡기 질환, 신경장애 등을 일으키고, 장기적으로는 발암, 유전자 변이 등을 일으킬 수 있다고 보고되어 있다. 이와 같이, 그 자체로도 건강에 매우 유해한 휘발성 유기화합물의 배출량은 산업의 발달로 인해 매년 늘고 있어 그에 따른 환경오염도 더욱 가중되고 있다.
한편, 악취는 주로 대기오염 등에 의하여 발생하며 사람의 후각을 자극한다. 악취의 원인물질에는 황화수소, 머캅탄(mercaptan)류, 아민류 외에도 알데하이드류, 인돌류, 케톤류, 알코올류, 페놀류, 염소화합물, 이황화탄소, 암모니아, 유기산 등이 있다. 이러한 악취물질을 원료로 하는 고무제조공장, 약품제조공장, 플라스틱 제조공장, 식품제조공장, 비료공장, 제지공장 등의 주면에는 농축산업이 이루어지는 곳, 하수처리장, 분뇨처리장, 화장터, 쓰레기 매립장 근처에서도 다량의 악취가 발생된다.
사람이 악취를 맞게 되면 먼저 정신적 스트레스가 쌓이고, 심리적으로 붕안해지면서 짜증, 히스테리, 불면증 등을 동반하기도 한다. 생리적으로는 냄새로 인한 혈압상승, 호르몬 분비의 변화에 의한 생식계의 이상, 후각 감퇴, 두통, 구토 등의 증상이 나타나기도 한다.
이러한 유해 화학물질 가스와 악취물질을 제거하기 위해 종래에는 직접 연소법의 재생식 열산화(Regenerative Thermal Oxidation: RTO) 장치, 간접연소법의 재생식 촉매산화(Regenerative Catalytic Oxidation: RCO) 장치, 흡착처리 장치 또는 바이오필터 등이 주로 사용되고 있었다
상기 RTO 장치는 배출가스를 직접 연소시켜 산화처리한 후 연소열은 회수 및 재사용하는 방식으로, 처리효율이 높고 고농도의 휘발성 유기화합물의 처리에 경제적이어서 현재 많이 사용되고 있다. 그러나 설비비가 과다한데다가 휘발성 유기화합물의 농도가 낮으면 운전비가 많이 들어 경제성이 없으며, 배출가스의 유량변동이 심하거나 할로겐, 황화합물이 포함된 휘발성 유기화합물의 처리에는 부적합하며, 구조상 설치장소에도 제한이 따른다.
상기 RCO 장치는 촉매를 연소시켜 활성화한 다음, 이를 배출가스와 반응시켜 처리하고 연소열은 회수 및 재사용하는 방식으로, 운전비가 적게 들고 질소화합물(NOx)의 발생이 적으며, 소형이라는 이점이 있다. 그러나, RTO 장치 보다 시설비가 과다하고, 처리대상기체의 생성에 따라 그 적용범위가 제한되며, 유량변동이 심하거나 고농도의 휘발성 유기화합물 처리에는 부적합하며, 촉매를 주기적으로 교체하여야 한다.
한편, 흡착처리 장치는 배출가스를 고형 흡착제와 접촉시켜 흡착제의 표면에 휘발성 유기화합물을 채취, 포집, 체류시키는 방법으로 처리하고 열사이클을 이용한 탈착으로 흡착제를 재생한다. 이는 휘발성 유기화합물의 제거효율이 높고 연료비가 적게 드는 이점이 있으나, 배출가스에 포함된 입자상 물질을 미리 여과해야 하는 전처리 설비가 필요하고, 흡착제의 재생시 폐수가 발생하여 별도의 폐수처리가 요구되는 단점이 있다.
또한, 바이오필터의 경우 생물학적으로 분해가 되지 않는 물질의 경우 사용하기가 곤란하다. 이러한 바이오필터를 설치할 경우, 생물학적으로 반응하는데 필요한 시간이 길어서, 부지를 많이 차지하고, 미생물에 활성을 유지 및 관리하는데 어려우며, 특히 온도에 민감하여, 겨울철에 효율이 낮고, 운전이 어려운 단점이 있다.
나아가 플라즈마 처리공정을 이용한 오염물질의 제거방법이 널리 사용되고 있으나, 극히 작은 미립자 형태의 오염물질은 그 크기가 매우 작기 때문에 플라즈마 처리를 하여도 제거되지 않는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 작은 미립자 형태의 오염물질에 물을 무화시켜 분사하여 미립자를 조대화시킨 후 전기 집진하는 기술이 개발되어 있다. 그러나, 물은 극성 성질을 지니고 있기 때문에 극성 성질을 갖는 오염물질에만 조대화시킬 수 있으므로, 비극성 성질을 갖는 오염물질을 제거하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 물에 의해 조대화가 일정 수준 이상으로 발생되면 자유낙하하게 되는 부산물이 발생되며, 이에 따라 부산물을 처리하는데 별도의 비용이 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 인체에 유해하고, 악취 및 환경오염의 원인이 되지만 일반적인 오염물질 제거공정으로는 처리되지 않는 물질을 제거하기 위한 효율적이고 경제적인 방법의 개발이 요구되고 있다.
특허문헌 1 : 등록특허공보 제10-0817303호 특허문헌 2 : 등록특허공보 제10-0737941호 특허문헌 3 : 등록특허공보 제10-0929905호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고온의 연소촉매를 이용함에 따라 부생가스 및 유해가스 제거효율이 우수한 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템을 제공함에 있다.
또한, 각 구성요소가 모듈화되어 필요한 유닛을 선택적으로 적층 결합할 수 있음과 교환이 손쉬운 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 베이스; 상기 베이스 상에 고정 설치되며, 측면에 연료가스 및 공기가 유입되는 제1 유입포트와, 연료가스 및 유해가스가 유입되는 제2 유입포트를 갖는 가스유입모듈; 상기 가스유입모듈의 내부 상측에 마련된 채, 상기 가스유입모듈로부터 상승되는 가스들을 혼합시켜주는 1차 혼합부재; 상기 가스유입모듈과 연통되게 적층되며, 그 내부에는 혼합된 가스를 촉매반응에 의해 연소시키기 위한 고온 연소촉매가 충진된 연소촉매모듈; 상기 연소촉매모듈의 상부에 연통되게 적층되며, 상기 연소반응을 위해 열원을 제공하는 점화수단이 마련된 점화모듈; 상기 점화모듈의 상부에 적층되되, 그 내부에 상기 점화모듈과 연통되어 고온의 연소가스가 배출되는 다수의 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프를 냉각시켜주기 위한 냉매가 내장된 열교환모듈; 상기 열교환모듈의 상부에 연통되게 적층되어, 상기 열교환모듈을 통과한 냉각된 연소가스를 외부로 배출시키는 배기모듈;로 이루어진 것을 포함하며, 상기 점화모듈 내부에는 구배판이 설치되되, 상기 구배판의 하단은 점화모듈의 일측 내면에 밀착되게 설치되고, 상단은 점화모듈의 타측 내면과 이격되게 설치되어, 이격된 부분은 연소가스의 통로가 되고, 밀착된 부분은 이격된 부분을 통과하는 연소가스로부터 발생되는 응축수가 포집되는 것을 더 포함하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스유입모듈과 연소촉매모듈 사이에 개입되어, 상기 1차 혼합부재에 의해 혼합된 혼합가스를 2차 혼합시켜주는 2차 혼합부재를 더 포함하되, 상기 2차 혼합부재는 메쉬(mesh)형태로 된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 유입포트는, 공기가 유입되는 공기유입관; 미세관 형태로 되며, 출구측이 상기 공기유입관의 내부에 나란하게 삽관되어 연료가스가 유입되는 연료가스 유입관으로 구성되고, 상기 제2 유입포트는, 상기 제1 유입포트과 마주하거나 또는 직각을 이루도록 배치되며, 유해가스가 유입되는 유해가스 유입관; 미세관 형태로 되며, 출구측이 상기 유해가스 유입관의 내부로 나란하게 삽관되어 연료가스가 유입되는 연료가스 유입관으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 유입포트와 제2 유입포트는 상하방향으로 위치차를 갖도록 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 각 모듈은 플랜지 이음에 의해 결합된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열교환모듈의 일측 하부에는 상기 열교환모듈의 내부로 냉매를 주입하는 냉매주입포트가 마련되고, 상기 열교환모듈의 일측 상부에는 열교환모듈 내의 냉매를 외부로 배출하기 위한 냉매배출포트가 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열교환모듈과 배기모듈 사이에 배치되며, 연소가스 내에 포함된 유해물질을 흡착하는 흡착물질이 충진된 흡착모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배기모듈은, 상기 열교환모듈에 의해 열교환된 연소가스를 재차 공냉시켜주는 공냉챔버와, 상기 공냉챔버의 상부에 결합되는 배기구로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 점화수단은 스파크형 점화봉, 파일럿 버너, 전기히터 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
삭제
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 고온 연소촉매는 질산염 전이 금속, 질산염 알칼리 토금속 및 질산염 알루미늄을 함유하되, 상기 질산염 알칼리 토금속은 칼슘, 스트론튬, 바륨 또는 라듐 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 질산염 전이 금속/질산염 알칼리 토금속/질산염 알루미늄의 몰 비는 (1-x)/(1-y)/11이되, 상기 x는 0.1 내지 0.5 범위의 수이고, 그리고 y는 0.1 내지 0.5 범위의 수인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연소촉매모듈의 열효율은 90% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연소촉매모듈에서 배출되는 CO(일산화탄소)의 양은 20ppm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연소촉매모듈에서 배출되는 NOX 양은 20ppm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유해가스의 처리 효율은 99% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유해가스는 석유가스를 포함하는 휘발성 유기화합물 종류와 황화합물 종류, 암모니아 화합물, 할로겐 화합물 종류를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고온의 연소촉매를 이용함에 따라 부생가스 및 유해가스 제거효율이 우수하고, 각 구성요소가 모듈화되어 필요한 유닛을 선택적으로 적층 결합할 수 있고 교환이 손쉬운 장점이 있다.
또한, 귀금속이 포함되지 않고, 고온에서 우수한 내구성을 가지며, 비교적 저렴한 전이 금속 성분으로 구성된 고온 연소촉매를 사용함에도 희박연소/완전연소/이론연소가 가능하여 일산화탄소의 발생이 거의 없을 뿐만 아니라, 질소산화물(NOx) 발생 또한 거의 없어서 친환경적이고, 경제적이며, 열효율이 높다는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템의 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템의 정단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템의 계통도
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템의 정단면도
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템의 정단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템의 계통도이다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대가환경 정화시스템(100)(이하, '정화시스템'으로 약칭함)은 베이스(110), 가스유입모듈(120), 1차 혼합부재(130), 연소촉매모듈(140), 점화모듈(150), 열교환모듈(160) 및 배기모듈(170)을 포함할 수 있다. 여기서, 각 모듈은 사각박스형태로 마련될 수 있으며, 각 모듈은 플랜지 이음에 의해 적층 결합할 수 있어서 필요에 따라 모듈의 적층 구성을 달리할 수도 있고, 특정 모듈의 교환시에도 분해 결합이 용이한 구조를 갖는다.
베이스(110)는 정화시스템(100)의 받침대 역할을 하는 것으로, 본 실시예에서는 상기 베이스(110)의 저면에 이동의 용이성을 위해 캐스터(111)가 마련될 수 있다.
가스유입모듈(120)은 상기 베이스(110) 상에 결합된 채, 연료가스, 유해가스 및 공기를 유입하는 역할을 하는 것으로, 일측면에는 예열시 연료가스 및 공기가 유입되는 제1 유입포트(121)와, 연료가스 및 유해가스가 유입되는 제2 유입포트(122)가 마련될 수 있다.
여기서, 상기 제1 유입포트(121)는 공기가 유입되는 공기유입관(121a)과, 미세관 형태로 되며, 출구측이 상기 공기유입관의 내부에 나란하게 삽관되어 연료가스가 유입되는 연료가스 유입관(121b)으로 구성될 수 있다. 이렇게 공기유입관(121a)과 연료가스 유입관(121b)의 배출방향이 동일하도록 나란하게 구성됨에 따라 공기와 연료가스가 혼합된 상태로 원활하게 공급될 수 있다.
또한, 상기 제2 유입포트(122)는 유해가스가 유입되는 유해가스 유입관(122a)과, 미세관 형태로 되며, 출구측이 상기 유해가스 유입관의 내부로 나란하게 삽관되어 연료가스가 유입되는 연료가스 유입관(122b)으로 구성될 수 있다. 이렇게 유해가스 유입관(122a)과 연료가스 유입관(122b)의 배출방향이 동일하도록 나란하게 구성됨에 따라 유해가스와 연료가스가 혼합된 상태로 원활하게 공급될 수 있다.
상기 제1 유입포트(121)와 제2 유입포트(122)는 가스유입모듈(120)의 하우징 측면에 마주하거나 또는 직각을 이루도록 배치될 수 있으며, 마주하게 배치되는 경우에는 상하방향으로 위치차를 갖도록 배치함으로써 두 유입포트로부터 배출되는 가스가 충돌되는 것을 방지토록 하는 것이 바람직하다.
상기에서 유해가스(부생가스)는 석유가스를 포함하는 휘발성 유기화합물 종류와 황화합물 종류, 암모니아 화합물, 할로겐화합물 종류를 포함할 수 있다.
1차 혼합부재(130)는 상기 가스유입모듈(120)의 내부 상측에 마련된 채, 상기 가스유입모듈로부터 상승되는 연료가스 및 유해가스를 1차적으로 혼합시켜주는 역할을 하는 것으로, 본 실시예에서 상기 1차 혼합부재(130)는 철실이 얼기설기 엉켜있는 철수세미와 같은 형태로 될 수 있다. 이 경우, 연료가스 및 유해가스가 철수세미의 불규칙한 유로를 통과하면서 양호하게 혼합된다.
연소촉매모듈(140)은 촉매연소를 위한 것으로, 상기 가스유입모듈(130)과 연통되게 적층되는 사각박스형태로 되며, 그 내부에는 상기 1차 혼합부재(130)에 의해 혼합된 혼합가스를 촉매반응에 의해 연소시키기 위한 고온 연소촉매(141)가 충진될 수 있다.
상기 연소촉매모듈(140)의 부피는 고온 연소촉매(141)의 충진량에 따라 가변적이나 100~500리터(ℓ)가 적당하다.
실험결과, 상기 연소촉매모듈(140)의 열효율은 90% 이상이 될 수 있 수 있으며, 연소촉매모듈(140)에서 배출되는 CO량은 20ppm 이하이고, 연소촉매모듈(140)에서 배출되는 NOX 양은 20ppm 이하이며, 부생가스 및 유해가스의 처리 효율은 99% 이상이다.
상기 고온 연소촉매(141)는 알갱이 형태 즉, 펠릿형태를 이룰 수 있으나, 원통형, 원기둥형, 구형, 육면체형 등도 적용될 수 있다. 이들은 모두 기공을 형성될 수 있으며, 기공이 형성되면, 연료가스의 확산방지 및 차압을 받지 않게 되므로 연료가스가 특정부위로 편중되지 않고 일정하게 통과하게 된다.
바람직하게, 상기 펠릿의 크기는 2 ~ 5mm가 적절하다 펠릿의 크기가 이 범위보다 크면 펠릿과 펠릿 사이의 기공이 커지게 되어 연소효율이 저하되고, 반면 펠릿의 크기가 이 범위보다 작으면 기공이 작아지게 되어 연소가스의 통과율이 저하되므로 연소촉매유닛(120)의 점화불꽃이 상기 예비혼합실(130)로 플래시 백(flash back)되는 문제점이 발생하므로 상기 크기범위를 준수해야 한다.
한편, 상기한 고온 연소촉매(141)는 아래의 공정을 통해 대량생산이 가능하다.
즉, 질산염 전이 금속, 질산염 알칼리(alkali) 토금속 및 질산염 알루미늄(aluminum)을 함유하는 금속 전구체 용액이 제조된다. 질산염 전이 금속/질산염 알칼리 토금속/질산염 알루미늄의 몰 비는 (1-x)/(1-y)/11이되, 여기서 x는 0.1 내지 0.5 범위의 수이고, 그리고 y는 0.1 내지 0.5 범위로 될 수 있다. 질산염 전이 금속은 망간, 코발트, 철 또는 크롬 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 질산염 알칼리 토금속은 칼슘, 스트론튬, 바륨 또는 라듐 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속 전구체 용액을 제조하는 것은 질산염 전이 금속, 질산염 알칼리 토금속 및 질산염 알루미늄을 증류수에 용해하는 것일 수 있다.
침전 용액이 제조된다. 침전 용액을 제조하는 것은 요소를 증류수에 교반하는 것일 수 있다. 침전 용액에서의 요소의 농도는 금속 전구체 용액에서의 금속 전구체의 농도의 12배일 수 있다.
금속 전구체 용액 및 침전 용액을 혼합하여, 혼합 용액이 제조되면, 혼합 용액을 90 ~ 100 ℃로 승온시키고, 그리고 10 ~ 48 시간 유지시켜 침전 반응이 일어나도록 한다. 혼합 용액을 침전 반응시키는 것은 균일 용액 침전법을 이용할 수 있다.
침전 반응에 의해 형성된 침전물 슬러리(slurry)는 여과되어, 혼합 용액으로부터 분리된다. 침전물 슬러리를 여과하여 분리된 혼합 용액은 침전 용액을 제조하는 것에 재활용될 수 있다. 침전물 슬러리가 수세된다.
수세된 침전물 슬러리에 있는 수분을 제거하기 위해 건조가 수행된다. 수세된 침전물 슬러리를 건조하는 것은 100 ~ 150 ℃ 범위의 온도에서 건조하는 것일 수 있다.
건조된 침전물 슬러리에 잔존하는 수분을 제거하기 위해 1,000 ~ 1,500 ℃에서 소성이 수행된다. 소성된 침전물 슬러리는 헥사알루미네이트 구조를 가지되, 5 ~ 150 m2/g 범위의 비표면적을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 고온 연소촉매의 제조 방법에 적용된 균일 용액 침전법은 다른 침전법과 달리 공정이 간편하고, 대량 생산을 위한 공정 설계가 용이하다. 일반적인 촉매 제조 방법으로 널리 사용되고 있는 공침법은 촉매를 합성하기 위한 침전제로 탄산나트륨(Na2CO3)이나 수산화나트륨(NaOH) 등과 같은 염기성 물질을 사용하며, 금속 전구체는 금속 질산염 등과 같은 산성 물질을 사용한다. 이 두 물질의 산중화 반응에서 생성되는 염을 사용하여 촉매로 이용하게 된다. 이 과정에서 pH 조절이 촉매의 물성과 성능을 결정짓는 중요한 요소 중 하나이다. 그러나 pH 조절 속도를 맞추는 것은 비교적 어려운 공정이며 까다로운 공정이다 이러한 공정으로 인해 동일한 품질의 촉매를 대량으로, 그리고 반복적으로 제조하는 것은 비교적 어렵다.
본 발명에 따른 고온 연소촉매의 제조 방법에 사용된 균일 용액 침전법은, 이러한 pH 조절 문제를 해결하면서 대량으로, 그리고 반복적으로 동일한 품질의 고온 연소 촉매를 제조할 수 있다 균일 용액 침전법에서 침전제로 사용되는 요소는 90 ~ 100℃ 사이에서 암모니아(NH3)와 탄산가스(CO2)로 분해되어 금속 전구체들과 반응하게 된다. 이때, 용액 전체에서 침전 반응이 균일하게 나타나며, pH는 자연적으로 7을 유지하게 된다 수산화나트륨 등을 침전제로 이용한 공침법에서는, 침전제가 투입되는 곳에서만 먼저 침전 반응이 국부적으로 일어나면서 순간적으로 그 부위만 높은 pH가 나타나므로 강한 교반이 필요하고, 균일성을 보장하기 힘들기 때문에, 동일한 품질의 촉매를 생산하기 어려운 단점이 있다. 반면에, 균일 용액 침전법은 이러한 문제점을 해결할 수 있으므로, 동일한 품질의 고온 연소 촉매를 비교적 간단히 생산할 수 있다.
여과 및 수세 공정에서, 수산화나트륨 등을 침전제로 이용한 공침법의 경우, 침전물 슬러리 속에 남아있는 소듐(Na) 또는 질산염 등과 같은 불순물들을 제거하여 하는데, 이 불순물들은 다량의 증류수로 용해시켜야만 제거된다. 이 불순물들은 촉매의 물성과 성능을 저하하는 원인으로 작용하므로, 여과 및 수세 공정을 엄격히 실시해야한다. 이때 사용되는 증류수 양이 촉매를 합성할 때 사용되는 증류수보다 3 ~ 4 배 이상 사용된다 반면, 균일용액 침전법에서 생성되는 불순물들은 질산암모늄(NH4NO3)이나 미 반응된 요소이며, 이 불순물들은 소량의 증류수에도 잘 용해되어 제거가 용이하며, 열에 의해서도 제거가 가능하다. 그래서 균일 용액 침전법은 일반적인 공침법보다 불순물에 의한 촉매의 물성 및 성능 저하 현상이 거의 나타나지 않으며, 이러한 공정 상의 간편성으로 인해 공정 비용이 적게 들 수 있다.
또한, 침전 반응이 끝난 후, 여과 공정에서 생성되는 폐수의 대부분은 미 반응된 요소이므로 침전제 역할을 하는 침전 용액으로 재사용이 가능하다. 침전 반응에서 과량으로 사용되는 침전 용액 중 전구체 농도와 동일한 요소만 침전 반응에 사용되며 나머지 요소는 그대로 남게 된다 과량의 요소를 사용하게 되는 이유는 침전 반응속도를 정반응 쪽으로 원활하게 진행시키기 위해서이다 그래서 침전 용액 중 일부만 사용되고 나머지는 그대로 여과액으로 나오게 된다 여과액에 이론적으로 사용된 요소 양만 추가하여 사용하면 다시 침전 용액으로 재활용이 가능하다.
그리고 수세 공정 또한 기존의 공침법에 비해 간편하다. 그 이유는 여과 공정 후 침전물에 남은 불순물은 반응후 생성된 질산암모늄 형태로 남아 있는데, 질산암모늄 또한 용해도가 높으며, 반응에 사용된 증류수의 1/2 정도만 사용하여도 충분히 제거가 되며, 건조 및 소성 공정에서도 완전히 제거가 가능하다. 또한, 여기서 생성되는 소량의 폐수 또한 재사용이 가능하다. 그래서 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 연소 촉매의 제조 방법은 폐기되는 폐액이 거의 없는 무공해 제조 방법이라고 할 수 있다.
건조 및 소성 공정에서, 침전물 슬러리의 건조는 약 100 ℃에서 10 시간 이상 진행하여 잔존 수분을 제거한다. 그리고 소성 공정에서는 1,000 ℃ 이상으로 약 1 시간 이상 소성을 유지함으로써, 고온에서도 성능 및 내구성을 유지할 수 있는 고온 연소 촉매가 제조될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 고온 연소 촉매의 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.
1. 금속 전구체 용액 제조
금속 전구체로 망간(Mn), 바륨(Ba), 알루미늄을 질산염의 형태인 질산염 망간(Mn(NO3)2·6H2O), 질산염 바륨(Ba(NO3)2), 질산염 알루미늄(Al(NO3)3·9H2O) 시약들이 사용되었다 고온 연소 촉매의 성분비인 망간/알루미늄/바륨은 1/10/1의 몰(molar) 비로 증류수에 용해시킨다.
2. 요소 용액 제조
요소 또한 증류수에 교반을 시켜 요소 용액이 제조된다 요소 용액의 농도는 금속 전구체 농도의 약 12배로 한다.
3. 혼합
앞서 제조된 같은 용량의 금속 전구체 용액 및 요소 용액은 합성 반응기에서 혼합되어 혼합 용액이 형성된다. 혼합 용액은 고르게 잘 교반된다.
4. 침전 반응
합성 반응기의 온도는 약 95 ℃로 승온을 하고, 혼합 용액은 24 시간 이상 강하게 교반되면서 유지된다.
5. 여과
이러한 균일 용액 침전법으로 침전된 침전물 슬러리에 남아있는 질산암모늄 및 미 반응된 소량의 요소와 금속전구체인 불순물 및 물을 제거하기 위해서 여과 공정이 실시된다. 부후너 깔때기(Buchner funnel)에 필터(filter)를 설치를 한 다음, 침전물 슬러리를 투입시켜 필터에 걸러진 침전물 슬러리와 폐액으로 분리된다. 그리고 폐액은 다시 사용될 요소(금속 전구체 농도가 1 M이면, 요소 또한 1 M에 해당하게 첨가)를 첨가하여 요소용액으로 재활용될 수 있다.
6. 수세
폐액을 분리한 다음, 침전물 슬러리에 소량의 증류수를 통과시키는 것에 의해 침전물 슬러리 속에 남아 있는 질산암모늄이 제거된다. 그리고 여기서 생성된 폐액 또한 보관하여 차후 고온 연소 촉매를 제조할 때 다시 수세공정에 투입이 가능하다.
7. 건조 및 소성
불순물 및 물이 제거된 침전물 슬러리의 내부에 잔존하는 수분을 완전히 제거하기 위해서 약 100 ℃의 건조 오븐에서 약 10 시간 이상 건조 공정이 수행된다. 그 후 최종 상품인 고온 연소 촉매를 제조하기 위해서 건조된 침전물 슬러리는 1,200 ℃로 약 3 ℃/min의 승온 속도로 승온되어 다음 약 6 시간 동안 유지된다.
상기 고온 연소촉매는 연료가스의 연소반응과 동시에 유해가스의 분해/연소 반응을 일으키는 역할을 한다. 특히 고온 연소촉매의 활성점에 해당되는 부분에서 연소반응과 분해반응이 동시에 일어나는데, 이 반응은 강한 발열반응이므로 많은 양의 열이 발생한다. 예를 들어 유해가스가 톨루엔인 경우, 1kg의 양이 고온 연소촉매에서 처리될 때 약 9,665kcal의 열이 발생하게 된다. 또한, 연료가스가 LNG인 경우, 1Nm3의 양이 고온 연소촉매에서 연소될 경우 약 10,200kcal의 열이 또한 발생하게 된다. 이것은 고온 연소촉매에서 연료가스와 유해가스가 동시에 처리되고 그 열량 또한 연료가스와 유해가스의 열량을 합한 것과 같다. 따라서, 유해가스의 농도가 높을수록 연료가스의 양이 적게 투입되므로 연료를 절약할 수 있다는 장점을 갖게 된다.
상기 연소촉매모듈(140)에서의 촉매효율을 높이기 위한 최적의 조건은, 상기 연소촉매모듈에 대한 혼합가스의 공간속도(GHSV)가 1,000 ~ 30,000 h-1라고 할 때, 상기 연소촉매모듈(140)의 부피는 1~15ℓ이고, 상기 고온 연소촉매(141)의 밀도는 0.5~1 g/㎖ 이며, 고온 연소촉매(141)의 공극률(고온 연소촉매 전체 용적에 대한 공간용적의 비율)은 0.3 ~ 0.5%로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 연소촉매모듈(140)의 토출측 압력강하율을 20% 이내로 유지할 수 있게 된다.
아래의 표 1은 처리가스가 연소촉매모듈을 통과하기 전과 통과한 후의 THC농도를 비교 측정한 것이다.
측정 횟수 통과 전 THC 농도
(ppm)		 통과 후 THC 농도
(ppm)		 처리효율
(%)
1 453 1.37 99.7
2 333 1.37 99.6
3 334 1.67 99.5
4 850 2.02 99.8
5 350 0.5 99.9
6 380 1.55 99.6
여기서, 연료가스는 메탄을 사용하였으며, 유해가스는 VOCS 종류인 THC(total hydro-carbon)을 사용하였다.
표 1에서 THC 처리 효율은 평균 99.5% 이상이 지속적으로 나타나고 있어서, 기존의 대기환경 정화시스템(RTO 시스템, 활성탄 흡착처리시스템 등)보다 월등히 우수한 것으로 나타났다.
아래의 표 2는 기존의 연소촉매와 본 발명에 따른 고온 연소촉매를 대비한 것으로, 처리효율 부분에서는 본 발명이 기존의 처리시스템보다 우수하고, 운전온도는 기존의 연소촉매보다 높은 온도 영역에서 운전이 가능하다. 따라서, 타르나 미세먼지, 황화합물과 염소화합물에 대한 피독 등에서 유리하며, 저가의 전이금속계열의 고온 연소촉매를 사용하므로 유지비용이 저렴하다는 장점도 있다.
구분 기존 연소촉매 본 발명에 따른 고온 연소촉매 비고
처리효율 95% 이상 99% 이상 RTO 시스템보다 우수한 처리효율
운전온도 400℃ 미만 500~1,300℃ 고온 연소촉매 사용으로 고온에서의 유해가스 처리 가능
타르, 미세먼지 취약 문제없음 500℃ 이상시 문제없음
(고온연소촉매에 의한 고온 연소처리)
황화합물
(SO2,H2S 등)		 취약 문제없음 350℃ 이상 운전조건에서 촉매 피독 되지 않음
NOX, CO영향 문제없음 문제없음 본 발명 고온 촉매연소의 특성
: 1,000℃ 미망 완전 연소
염소화합물 취약 문제없음 350℃ 이상 운전조건에서 촉매 피독 되지 않음
설비비용 고가
(귀금속 촉매)		 저가
(전이금속 촉매)		 활성점으로 사용되는 촉매 재료는 저렴한 전이금속이며, 대량 생산이 가능하므로 촉매는 전반적으로 저가로 생산됨
한편, 본 발명에 따른 정화시스템(100)은 상기 가스유입모듈(120)과 연소촉매모듈(140) 사이에 개입되어, 상기 1차 혼합부재(130)에 의해 혼합된 혼합가스를 2차 혼합시켜주는 2차 혼합부재(190)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 2차 혼합부재(190)는 메쉬(mesh)형태로 될 수 있다.
점화모듈(150)은 상기 연소촉매모듈(140) 상부에 연통되게 적층되며, 연소반응을 위해 열원을 제공하는 점화수단(151)이 마련된다. 여기서 점화수단은 스파크형 점화봉, 파일럿 버너, 전기히터 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 이 중, 예열시 전기히터가 적용될 경우, 초기화염이 전혀 발생하지 않게 된다.
한편, 상기 점화모듈(150)의 내부에는 구배판(152)이 설치될 수 있다. 상기 구배판(152)의 하단은 점화모듈(150)의 일측 내면에 밀착되게 설치되고, 상단은 점화모듈(150)의 타측 내면과 이격되게 설치된다.
따라서, 이격된 부분으로는 연소가스의 통로가 되고, 밀착된 부분은 이격된 부분을 통과하는 연소가스로부터 발생되는 응축수가 포집된다. 이로써, 응축수가 고온 연소촉매로 낙수되는 것을 방지할 수 있어서 연소효율을 보다 높일 수 있게 된다.
또한, 상기 점화모듈(150)의 일 측면에는 연소촉매모듈(140) 내의 연소상태를 육안으로 확인할 수 있는 관찰창(153)이 마련될 수 있다.
열교환모듈(160)은 고온의 연소가스를 냉각시키기 위한 것으로, 상기 점화모듈(150)의 상부에 적층되되, 그 내부에 상기 점화모듈(150)과 연통되어 고온의 연소가스가 배출되는 다수의 열교환 파이프(161)가 수직상으로 설치되며, 상기 열교환 파이프를 냉각시키기 위한 냉매(162)가 내장될 수 있다.
따라서, 상기 열교환 파이프(161)를 통과하는 고온의 연소가스는 냉매에 의해 열교환되면서 냉각된다. 이 과정에서 냉매는 열교환작용에 의해 고온화 되는데, 고온화된 냉매는 회수하여 활용할 수 있다.
상기 열교환모듈(160)의 측면에는 고온화 된 냉매(예컨대, 물)를 외부로 인출하기 위한 냉매배출포트(163)가 마련되어 온수로 활용할 수 있으며, 냉매를 보충하기 위한 냉매주입포트(164)도 마련될 수 있다.
또한, 상기 열교환모듈(160)의 하우징 내면에는 오염방지를 위하여 내오염 코팅제가 코팅되는 것이 바람직하다.
상기 코팅제는 폴리올 20~30중량%, 플루오르알콜 또는 실란올 중에서 선택되는 하나 이상의 기능성 알콜 15~20중량%, 이소시아네이트 15~25중량%, 블록화제 5~8중량%, 체질안료 20~40중량%, 아민 단량체 3~10중량%, 첨가제 1~3중량% 및 유기금속 촉매 1~3중량%가 포함될 수 있다.
상기 폴리올은 조성물에 인장강도, 인열강도, 내마모성 등의 기능을 부여하기 위하여 첨가되는 물질로서, 바람직하게는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜 및 폴리이소프렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 하나 이상을 선택할 수 있다. 이 때, 상기 폴리올이 조성물 전체 중량에 대하여 20중량% 미만으로 포함시에는 조성물의 점도상승으로 인한 작업성이 떨어지고 30 중량%를 초과하여 포함하는 경우에는 경화에 의하여 형성된 도막의 기계적 물성이 현저하게 떨어져 작업성 및 도막 강도의 저하를 가져올 수 있으므로, 20 내지 30 중량%의 범위로 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 폴리올은 KPX 케미칼사의 PP-3000 및 GP-4000을 혼합하여 사용하였다.
상기 기능성 알콜은 플루오르알콜 또는 실란올 중에서 선택되는 하나 이상의 알콜류로서, 폴리우레아 조성물에 내마모성, 내후성, 내오염성을 부여하기 위하여 첨가된다. 따라서 상기 기능성 알콜이 포함됨으로써 조성물에 난연성을 부여됨은 물론이고 내열성, 내한성, 내후성 및 내노화성 등의 기계적 물성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
상기 기능성 알콜 중 플루오르 알콜은 플루오르알킬기(CnF2n+1)의 말단에 OH가 결합된 구조를 갖는 화합물로서, 구체적인 예를 들면 2,2,2-트리플루오르에탄올, 2,2,3,3-테트라플루오르-1-프로판올, 2,2,3,3,3-펜타플루오르-1-프로판올, 2,2,3,4,4,4-헥사플루오르-1-부탄올, 2,2,3,3,4,4,4-헵타플루오르-1-부탄올, 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오르-1-펜탄올, 2,2,3,3,4,4,5,5,5-노난플루오르-1-펜탄올, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-펜타데카플루오르-1-옥탄올, 4-플루오르-α-메틸벤질 알콜을 사용할 수 있다. 또한 상기 기능성 알콜 중 실란올은 트리메틸실란올, 트리페닐 실란올, 메틸 페닐 비닐 실란올, 에틸 벤질 비닐 실란올, 디부틸 비닐 실란올, 프로필 페닐알릴 실란올, 에틸 벤질 알릴 실란올 중 선택되는 하나 이상의 실란올 단량체로서 순도가 80~100%인 것을 사용할 수 있다.
이때, 상기 기능성 알콜은 조성물 전체 중량에 대하여 15~20 중량% 범위로 포함되도록 한다. 15 중량% 미만으로 포함시 본 발명에서 요구되는 내후성, 내오염성 및 기계적 물성의 부여 효과가 미미하고, 20 중량%를 초과하여 포함하는 경우에는 점도가 상승하고, 상대적으로 다른 조성물의 함량이 적어지므로 원하는 물성을 얻기가 어렵게 되는 문제점이 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기능성 알콜은 Aldrich사의 순도가 98~100%인 4-플루오르-a-메틸벤질 알콜 또는 순도 80~100%의 트리메틸 실란올을 단독 또는 혼합하여 사용하였다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(HDT), 이소포론 디이소시아네이트 (Isophorone Diisocyanate,IPDI), 시클로헥실메탄디이소시아네이트(Cyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI) 및 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 이소시아네이트 혹은 NCO 함량이 높아질수록 경도가 높아지거나 반응 조절이 어려우므로 상기 이소시아네이트의 NCO 함량은 5~10%인 것이 바람직하다. 또한 상기 이소시아네이트의 함량은 15~25 중량%로 포함시키는 것이 바람직한 바, 상기 이소시아네이트가 15 중량%미만으로 포함되면 조성물의 점도가 높아지고 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있으며, 25 중량%를 초과하는 경우에는 조성물의 점도가 낮아지며 접착력이 낮아지고 경도가 증가되어 바람직하지 않기 때문이다.
배기모듈(170)은 상기 열교환모듈(160)의 상부에 연통되게 적층되어, 상기 열교환모듈을 통과한 냉각된 연소가스를 외부로 배출시키는 역할을 한다. 이러한 배기모듈(170)은 상기 열교환모듈(160)에 의해 열교환된 연소가스를 재차 공냉시키기 위한 공냉챔버(171)와, 상기 공냉챔버의 상부에 결합되는 배기구(172)로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 정화시스템(100)은 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 열교환모듈(160)과 배기모듈(170) 사이에 배치되며, 연소가스 내에 포함된 유해물질을 흡착하는 흡착물질이 충진된 흡착모듈(180)을 더 포함할 수 있다. 반면, 도 4에서와 같이, 제외될 수도 있음은 물론이다.
이상의 본 발명은 상기 배기모듈(100)을 통해 배출되는 배기가스의 성분 중 유해가스인 CO와 NOX의 발생량은 각각 7ppm, 0.1ppm으로 유해가스 성분이 거의 발생하지 않는다. 특히, NOX의 경우에는 거의 0에 가깝다. 이것은 초기점화 시 화염이 전혀 없기 때문에 나타나는 호현상으로 보여진다.
상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 기재한 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.
100 : 정화시스템 110 : 베이스
120 : 가스유입모듈 121 : 제1 유입포트
122 : 제2 유입포트 130 : 1차 혼합부재
140 : 연소촉매모듈 141 : 고온 연소촉매
150 : 점화모듈 151 : 점화수단
152 : 구배판 160 : 열교환모듈
161 : 열교환 파이프 162 : 냉매
170 : 배기모듈 171 : 공냉챔버
172 : 배기구 180 : 흡착모듈
190 : 2차 혼합부재

Claims (19)

  1. 베이스;
    상기 베이스 상에 고정 설치되며, 측면에 연료가스 및 공기가 유입되는 제1 유입포트와, 연료가스 및 유해가스가 유입되는 제2 유입포트를 갖는 가스유입모듈;
    상기 가스유입모듈의 내부 상측에 마련된 채, 상기 가스유입모듈로부터 상승되는 가스들을 혼합시켜주는 1차 혼합부재;
    상기 가스유입모듈과 연통되게 적층되며, 그 내부에는 혼합된 가스를 촉매반응에 의해 연소시키기 위한 고온 연소촉매가 충진된 연소촉매모듈;
    상기 연소촉매모듈의 상부에 연통되게 적층되며, 연소 반응을 위해 열원을 제공하는 점화수단이 마련된 점화모듈;
    상기 점화모듈의 상부에 적층되되, 그 내부에 상기 점화모듈과 연통되어 고온의 연소가스가 배출되는 다수의 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프를 냉각시켜주기 위한 냉매가 내장된 열교환모듈;
    상기 열교환모듈의 상부에 연통되게 적층되어, 상기 열교환모듈을 통과한 냉각된 연소가스를 외부로 배출시키는 배기모듈;로 이루어진 것을 포함하며,
    상기 점화모듈 내부에는 구배판이 설치되되, 상기 구배판의 하단은 점화모듈의 일측 내면에 밀착되게 설치되고, 상단은 점화모듈의 타측 내면과 이격되게 설치되어, 이격된 부분은 연소가스의 통로가 되고, 밀착된 부분은 이격된 부분을 통과하는 연소가스로부터 발생되는 응축수가 포집되는 것을 더 포함하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스유입모듈과 연소촉매모듈 사이에 개입되어, 상기 1차 혼합부재에 의해 혼합된 혼합가스를 2차 혼합시켜주는 2차 혼합부재를 더 포함하되, 상기 2차 혼합부재는 메쉬(mesh)형태로 된 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유입포트는, 공기가 유입되는 공기유입관; 미세관 형태로 되며, 출구측이 상기 공기유입관의 내부에 나란하게 삽관되어 연료가스가 유입되는 연료가스 유입관으로 구성되고,
    상기 제2 유입포트는, 상기 제1 유입포트과 마주하거나 또는 직각을 이루도록 배치되며, 유해가스가 유입되는 유해가스 유입관; 미세관 형태로 되며, 출구측이 상기 유해가스 유입관의 내부로 나란하게 삽관되어 연료가스가 유입되는 연료가스 유입관으로 구성된 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 유입포트와 제2 유입포트는 상하방향으로 위치차를 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    각각의 모듈은 플랜지 이음에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환모듈의 일측 하부에는 상기 열교환모듈의 내부로 냉매를 주입하는 냉매주입포트가 마련되고, 상기 열교환모듈의 일측 상부에는 열교환모듈 내의 냉매를 외부로 배출하기 위한 냉매배출포트가 마련된 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환모듈과 배기모듈 사이에 배치되며, 연소가스 내에 포함된 유해물질을 흡착하는 흡착물질이 충진된 흡착모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기모듈은, 상기 열교환모듈에 의해 열교환된 연소가스를 재차 공냉시켜주는 공냉챔버와, 상기 공냉챔버의 상부에 결합되는 배기구로 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 점화수단은 스파크형 점화봉, 파일럿 버너, 전기히터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 고온 연소촉매는 질산염 전이 금속, 질산염 알칼리 토금속 및 질산염 알루미늄을 함유하되, 상기 질산염 알칼리 토금속은 칼슘, 스트론튬, 바륨 또는 라듐 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 질산염 전이 금속/질산염 알칼리 토금속/질산염 알루미늄의 몰 비는 (1-x)/(1-y)/11이되, 상기 x는 0.1 내지 0.5 범위의 수이고, 그리고 y는 0.1 내지 0.5 범위의 수인 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 연소촉매모듈의 열효율은 90% 이상인 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  16. 청구항 1 또는 15에 있어서,
    상기 연소촉매모듈에서 배출되는 CO(일산화탄소)의 양은 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  17. 청구항 1 또는 15에 있어서,
    상기 연소촉매모듈에서 배출되는 NOX 양은 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 유해가스의 처리 효율은 99% 이상인 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 유해가스는 석유가스를 포함하는 휘발성 유기화합물 종류와 황화합물 종류, 암모니아 화합물, 할로겐 화합물 종류를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 연소촉매를 이용한 모듈형 대기환경 정화시스템.












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