KR102021935B1 - 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법 - Google Patents

액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102021935B1
KR102021935B1 KR1020170170059A KR20170170059A KR102021935B1 KR 102021935 B1 KR102021935 B1 KR 102021935B1 KR 1020170170059 A KR1020170170059 A KR 1020170170059A KR 20170170059 A KR20170170059 A KR 20170170059A KR 102021935 B1 KR102021935 B1 KR 102021935B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid tin
unit
reaction
sulfur
nitrogen oxide
Prior art date
Application number
KR1020170170059A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190069790A (ko
Inventor
황지원
정수화
김영두
이은도
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020170170059A priority Critical patent/KR102021935B1/ko
Publication of KR20190069790A publication Critical patent/KR20190069790A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102021935B1 publication Critical patent/KR102021935B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/06—Spray cleaning
    • B01D47/063—Spray cleaning with two or more jets impinging against each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/60—Simultaneously removing sulfur oxides and nitrogen oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/79—Injecting reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 발명은 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전소, 자동차 등에서 발생하는 배가스에 포함된 질소산화물 및 황산화물을 효율적으로 제거하기 위한 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법에 관한 것이다. 본 발명은 액체주석이 수용되며, 처리가스가 투입되는 반응부; 및 상기 반응부 내에 액체주석을 분무하는 분사부를 포함하며, 상기 처리가스 내 질소산화물 및 황산화물 중 어느 하나 이상은 상기 반응부 내에 분사되어 수용된 상기 액체주석과 반응하여 제거되는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치를 제공한다.

Description

액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법{NOx AND SOx REMOVAL EQUIPMENT AND REMOVAL METHOD USING LIQUID TIN}
본 발명은 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전소, 자동차 등에서 발생하는 배가스에 포함된 질소산화물 및 황산화물을 효율적으로 제거하기 위한 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법에 관한 것이다.
최근 미세먼지 이슈로 인해 질소산화물, 황산화물 등에 대한 규제가 강화되고 있으며 이에 따라 질소산화물 및 황산화물을 저감할 수 있는 탈질 탈황 관련 기술에 대한 시장수요가 크게 증가하고 잇는 추세이다.
이에, 종래에는 섭씨 300도 내지 400도의 배가스에 암모니아 분사와 희소금속으로 만들어진 촉매를 동시에 활용하여 탈질하는 SCR 방식이나 고온 배가스에 암모니아 또는 우레아를 분사하여 탈질을 하는 방식이 사용되었다.
그리고, 탈황의 경우 석회석과 같은 첨가제를 로(furnace) 내에 직접 분사하거나 열교환기로 배가스를 냉각시킨 후 건식, 반건식, 습식 세정기를 사용하여 탈황을 수행하는 방법이 사용되었다.
그러나, 종래의 기술은 탈질, 탈황에 필요한 온도조건, 첨가제 종류가 서로 다르기 때문에, 별도의 반응기가 필요하였으며, 이에 따라, 초기 투자비가 높고, 반응 조건을 맞추는 과정에서 에너지 효율이 떨어지고, 폐수를 발생시키는 등의 문제가 있었다.
또한, 석탄화력의 경우 고가 SCR 촉매의 교체주기가 2년 내외인데, 종래에 촉매나 약품을 사용한 방법은 계속적으로 촉매 및 약품을 소비하여 질소산화물 및 황산화물을 제거해야 하므로 경제적이지 못하다는 문제점이 있었다.
따라서, 경제적이고 효율적으로 동시에 탈질 및 탈황을 수행할 수 있는 장치 및 방법이 필요하다.
한국공개특허 제10-2014-0140805호
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 발전소, 자동차 등에서 발생하는 배가스에 포함된 질소산화물 및 황산화물을 효율적으로 제거하기 위한 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 액체주석이 수용되며, 처리가스가 투입되는 반응부; 및 상기 반응부 내에 액체주석을 분무하는 분사부를 포함하며, 상기 처리가스 내 질소산화물 및 황산화물 중 어느 하나 이상은 상기 반응부 내에 분사되어 수용된 상기 액체주석과 반응하여 제거되는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응부에서, 상기 질소산화물과 상기 액체주석 사이에 발생하는 화학 반응은, Sn+2NO -> SnO2+N2인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응부에서, 상기 황산화물과 상기 액체주석 사이에 발생하는 화학 반응은, 3Sn+SO2 -> SnS+2SnO, 2Sn+SO2 -> SnS+SnO2 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응부는, 상기 분사부로부터 분무된 액체주석이 수용되는 반응로; 상기 반응로의 일측 상부에 연장되어 마련되며, 상기 처리가스가 유입되는 경로를 형성하는 유입로; 및 상기 반응로의 타측 상부에 연장되어 마련되며, 상기 질소산화물 및 상기 황산화물이 상기 액체주석과 반응하여 생성된 질소가스 및 황가스를 배출하는 경로를 형성하는 배출로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응부와 연결되어 상기 반응부에 수용된 액체주석을 제공받는 고액분리부를 더 포함하며, 상기 고액분리부는, 상기 액체주석 내 포함된 애쉬(ash)를 제거하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응부와 연결되어 마련되며, 수소가 주입되는 환원부를 더 포함하며, 상기 환원부는, 상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석을 상기 수소와 반응시켜 환원시키도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 환원부에서 발생하는 화학 반응은, SnO2+2H2 -> Sn+2H2O, SnO+H2 -> Sn+H2O중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 환원부에 수용된 상기 액체주석의 온도는 섭씨 300도 이상으로 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 환원부 및 상기 분사부와 연결된 제1 펌프부를 더 포함하며, 상기 제1 펌프부는, 상기 환원부에서 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부에 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응부의 전단에 배치되는 백필터부(bag filter)를 더 포함하며, 상기 백필터부는 가열로로부터 유입되는 처리가스 내 포함된 애쉬(ash)를 제거하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 환원부 및 상기 분사부와 연결되며, 상기 환원부에서 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부에 공급하도록 마련된 제2 펌프부를 더 포함하며, 상기 제2 펌프부는, 상기 분사부로 이송되는 상기 액체주석이 상기 가열로의 내부를 통과하며 열교환하도록 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 처리가스를 반응부에 투입하는 단계; 및 b) 분사부를 이용하여 상기 반응부에 투입되는 상기 처리가스에 액체주석을 분무하는 단계를 포함하며, 상기 b) 단계에서, 상기 처리가스 내에 포함된 질소산화물 및 황산화물 중 어느 하나 이상은 상기 액체주석과 반응하여 제거되는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 반응부 내 액체주석의 온도는 섭씨 317도 내지 668도로 제어된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계 이후에, c) 상기 반응부에 수용된 상기 액체주석에 포함된 애쉬(ash)를 분리하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계 이후에, d) 상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석을 환원시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계에서, 상기 산화된 액체주석은 섭씨 300도 이상의 온도에서 수소와 반응하여 환원되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계 이후에, e) 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치를 이용한 배가스 탈질 및 탈황장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법을 이용한 배가스 탈질 및 탈황방법을 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 액체주석과 처리 대상인 처리가스의 산화 환원 반응을 이용하여 질소산화물 및 황산화물을 동시에 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명은 탈질 및 탈황에 필요한 설비가 동일하여 초기 투자비가 낮다.
질소산화물 및 황산화물의 탈질 및 탈황 반응에 사용되어 산화된 액체주석은 환원부에서 환원 반응을 통해 재생되기 때문에, 액체주석의 반영구적인 사용이 가능하다. 따라서, 본 발명은 약품을 주기적으로 교체해주어야 하는 종래기술에 비해 경제적이며, 환경 오염이 적다.
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 일실시예에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치의 예시도이다.
도 2는 액체주석에 수용된 질소산화물 및 황산화물의 온도에 따른 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 온도에 따른 산화된 액체주석과 수소의 환원반응을 나타낸 그래프이다.
도 4는 온도에 따른 산화된 액체주석과 탄소의 환원반응을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치의 예시도이다.
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 붙였다.
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 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치의 예시도이다.
도 1에 도시된 것처럼, 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치(100)는 반응부(110), 분사부(120), 고액분리부(130), 환원부(140) 및 제1 펌프부(150)를 포함한다.
상기 반응부(110)는 처리가스가 투입되도록 마련되며, 반응로(111), 유입로(112) 및 배출로(113)를 포함한다. 여기서, 상기 처리가스는 자동차, 유동층 가열로, 연소장치 등에서 배출되어 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 포함하는 배가스를 의미한다.
상기 반응로(111)는 상기 분사부(120)로부터 분무된 액체주석(Sn)이 수용되도록 마련된다. 여기서, 상기 분사부(120)가 분무하는 것은 액체주석으로 한정되지 않으며, 본 발명에서 액체주석의 기능을 수행할 수 있는 액체금속으로 대체되는 것도 가능하다.
상기 반응로(111)에서는 상기 액체주석과 상기 질소산화물 및 상기 황산화물 사이에 화학 반응이 발생할 수 있다.
상기 반응부(110)에서, 상기 질소산화물과 상기 액체주석 사이에 발생하는 화학 반응은, 2NO+Sn -> SnO2+N2, 2NO+2Sn -> 2SnO+N2이고, 상기 반응부(110)에서, 상기 황산화물과 상기 액체주석 사이에 발생하는 화학 반응은, 3Sn+SO2 -> SnS+2SnO, 2Sn+SO2 -> SnS+SnO2일 수 있다.
이처럼 상기 반응부(110)의 상기 반응로(111)에서는 상기 질소산화물과 상기 황산화물이 각각 분해되어 동시에 제거될 수 있다.
따라서, 본 발명은 액체주석과 처리 대상인 처리가스의 산화 환원 반응을 이용하여 질소산화물 및 황산화물을 동시에 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명은 탈질 및 탈황에 필요한 설비가 동일하여 초기 투자비가 낮다.
또한, 화학 반응식인 3Sn+SO2 -> SnS+2SnO, 2Sn+SO2 -> SnS+SnO2에서 볼 수 있듯이, SnO는 SnO2와 비교하여 산소 1몰(mol)당 소모되는 액체주석의 양이 많다. 따라서, 상기 반응부(110)에서는 액체주석과 황산화물질이 화학 반응하였을 때, SnO2형태로 반응이 진행되도록 온도를 제어함으로써, 적은 액체주석으로 더 많은 황산화물질을 제거하도록 할 수 있다.
상기 유입로(112)는 상기 반응로(111)의 일측 상부에 연장되어 마련되며, 상기 처리가스가 유입되는 경로를 형성할 수 있다.
상기 유입로(112)를 통해 유입되는 상기 처리가스는 별도의 냉각 공정 없이 가열로(10)로부터 직접 유입된 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 첨가제를 이용한 종래의 탈질 및 탈황기술과 달리 별도의 첨가제를 필요로 하지 않기 때문에 고온의 처리가스를 냉각할 필요가 없어 에너지 효율이 높고 경제적이다.
또한, 상기 유입로(112)를 통해 유입되는 상기 처리가스는 상기 분사부(120)에서 분사되는 액체주석에 의해 세정되면서 상기 반응로(111)로 이송될 수 있다.
상기 배출로(113)는 상기 반응로(111)의 타측 상부에 연장되어 마련되며, 상기 질소산화물 및 상기 황산화물이 상기 액체주석과 반응하여 생성된 질소가스(N) 및 황가스(S)가 배출되는 경로를 형성할 수 있다.
상기 분사부(120)는 상기 반응부(110) 내에 액체주석을 분무하도록 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 분사부(120)는 상기 유입로(112) 및 상기 배출로(113)에 각각 마련되어, 상기 반응로(111)를 향해 상기 액체주석을 분무하도록 마련될 수 있다.
도 2는 액체주석에 수용된 질소산화물 및 황산화물의 온도에 따른 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 2를 더 참조하면, 상기 액체주석에 수용된 질소산화물은 317도의 온도에서도 83.4%가 제거되는 반면, 황산화물은 317도에서 17.6%만 제거된다. 그리고, 상기 질소산화물은 317도에서 668도로 온도가 증가할수록 제거율이 높아지나, 제거율이 황산화물에 비해 완만하게 증가하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 황산화물은 317도에서 668도로 온도가 증가할수록 제거율이 높아지며, 황산화물에 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 상기 반응로(111) 내의 액체주석은 섭씨 317도 내지 668도로 제어될 수 있으며, 상기 처리가스 내 산화물의 종류에 대응하여 온도가 제어되도록 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 반응부(110)는 상기 처리가스 내에 질소산화물만 존재할 경우, 317도의 온도로도 질소산화물을 80% 이상 제거할 수 있다. 따라서, 이 경우, 반응부(110)의 온도를 317도 내외로 제어할 수 있다.
그러나, 상기 반응부(110)는 상기 처리가스 내에 황산화물만 존재할 겨우, 317도의 온도로 황산화물을 17.6% 밖에는 제거할 수 없다. 따라서, 황산화물을 더 많이 제거하기를 원할 경우, 상기 반응부(110)는 액체주석의 온도를 600도 이상으로 상승시킬 수 있다.
따라서, 상기 반응부(110)는 상기 처리가스 내 질소산화물과 황산화물의 목표 제거율에 대응하여 상기 반응로(111)에 수용된 액체주석읜 온도를 제어하도록 마련됨이 바람직하다.
상기 고액분리부(130)는 상기 반응부(110)와 연결되어 상기 반응부(110)에 수용된 액체주석을 제공받도록 마련될 수 있다. 그리고, 상기 고액분리부(130)는 상기 액체주석 내 포함된 애쉬(ash)를 제거하도록 마련될 수 있다. 여기서, 상기 애쉬는 분진을 포함한다.
항목 1 2 3 4 5 평균
초기중량(g) 0.0915 0.0923 0.0940 0.0940 0.0931 0.0930
실험 전 중량(g) 0.0919 0.0974 0.0990 0.0974 0.0968 0.0965
분진중량(g) 0.0004 0.0051 0.0050 0.0034 0.0037 0.0035
분진량(mg/Nm3) 0.200 2.550 2.500 1.700 1.850 1.760
항목 1 2 3 4 5 평균
초기중량(g) 0.0915 0.0923 0.0940 0.0940 0.0931 0.0930
실험 전 중량(g) 0.0919 0.0974 0.0990 0.0974 0.0968 0.0965
분진중량(g) 0.0004 0.0051 0.0050 0.0034 0.0037 0.0035
분진량(mg/Nm3) 0.200 2.550 2.500 1.700 1.850 1.760
보다 구체적으로, 상기 표 1은 처리가스를 액체주석을 이용하지 않은 상태에서 질소산화물과 황산화물을 제거할 때, 처리가스 내 분진량을 나타낸 것이고, 표 2는 본 발명에 따라, 액체주석을 이용하여 질소산화물과 황산화물을 제거할 때, 처리가스내 분진량을 나타낸 것이다.
표 1 및 표2에서 알 수 있듯이, 액체주석을 이용하여 처리가스 내 황산화물 및 질소산화물을 제거할 경우, 액체주석을 이용하지 않을 때보다 분진량이 더 적어, 분진의 제거에 더 효율적임을 알 수 있다.
상기 환원부(140)는 상기 반응부(130)와 연결되어 마련된다. 구체적으로, 상기 환원부(140)는 상기 반응부(130)와 연결된 상기 고액분리부(130)와 연결되며, 상기 고액분리부(130)에서 애쉬가 제거된 상태인 액체주석을 제공받을 수 있다.
그리고, 상기 환원부(140)에는 수소가 주입될 수 있다. 이처럼 주입된 수소는 상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석과 반응하여 산화된 액체주석을 환원시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 환원부(140)에서 발생하는 상기 산화된 액체주석과 수소의 화학 반응은 다음과 같다.
SnO2+2H2 -> Sn+2H2O, SnO+H2 -> Sn+H2O
도 3은 온도에 따른 산화된 액체주석과 수소의 환원반응을 나타낸 그래프이다.
도 3을 더 참조하면, 상기 산화된 액체주석과 수소의 환원반응은 섭씨 300도 이상의 온도에서 이루어짐을 알 수 있다. 따라서, 상기 환원부(140)에 수용된 상기 액체주석의 온도는 섭씨 300도 이상으로 제어될 수 있다.
보다 구체적으로, 상온부터 섭씨 300도까지 액체주석은 H2O와 산화 반응을 일으켜 SnO2, SnO, H2를 생성하고, 섭씨 300도 이상에서 H2는 SnO2 및 SnO와 환원 반응을 일으켜 Sn과 H2O가 생성함을 알 수 있다.
도 4는 온도에 따른 산화된 액체주석과 탄소의 환원반응을 나타낸 그래프이다.
한편, 도 4에 도시된 것처럼, 상온부터 650도까지 액체주석과 이산화탄소가 반응하여 SnO2, SnO, C가 생성되며, 산화된 액체주석과 탄소의 환원반응은 650도 이상에서 활발하게 이루어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 환원부(140)에 탄소를 주입하여 산화된 액체주석을 환원시키려 할 경우, 상기 환원부(140) 내 온도는 650도 이상으로 제어될 수도 있다.
그리고, 산소는 상온에서 지속적으로 액체주석과 반응된다.
다시, 도 1을 참조하면, 상기 제1 펌프부(150)는 상기 환원부(140) 및 상기 분사부(120)와 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 펌프부(150)는, 상기 환원부(140)에서 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부(120)에 공급하도록 마련될 수 있다.
이처럼, 환원된 액체주석은 상기 제1 펌프부(150)에 의해 상기 분사부(120)에 공급되고, 상기 분사부(120)는 상기 제1 펌프부(150)에 의해 공급된 환원된 액체주석을 다시 상기 반응부(110)에 분무함으로써, 상기 액체주석은 반영구적으로 재활용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 약품을 주기적으로 교체해주어야 하는 종래기술에 비해 경제적이며, 환경 오염이 적다.
또한, 본 발명에서 상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 상기 액체주석을 환원시키기 위한 가스로 수소를 개시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 액체주석을 환원시킬 수 있는 환원가스를 모두 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 상기 액체주석을 환원시키기 위한 가스로 메탄(CH4), 마그네슘(Mg)을 사용할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법의 순서도이다.
도 1 및 도 5에 도시된 것처럼, 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법은 먼저, 처리가스를 반응부(110)에 투입하는 단계(S210)를 수행할 수 있다.
이때, 처리가스를 반응부(110)에 투입하는 단계(S210)에서, 상기 반응부(110) 내 액체주석의 온도는 섭씨 317도 내지 668도로 제어될 수 있다.
상기 처리가스를 반응부(110)에 투입하는 단계(S210) 이후에는, 분사부(120)를 이용하여 상기 반응부(110)에 투입되는 상기 처리가스에 액체주석을 분무하는 단계(S220)를 수행할 수 있다.
분사부(120)를 이용하여 상기 반응부(110)에 투입되는 상기 처리가스에 액체주석을 분무하는 단계(S220)에서, 상기 처리가스 내에 포함된 질소산화물 및 황산화물 중 어느 하나 이상은 상기 액체주석과 반응하여 제거될 수 있다.
즉, 분사부(120)를 이용하여 상기 반응부(110)에 투입되는 상기 처리가스에 액체주석을 분무하는 단계(S220)에서는, 질소산화물 및 황산화물이 모두 포함된 경우뿐만 아니라, 상기 처리가스 내에 질소산화물 및 황산화물 중 어느 하나만 포함된 경우에도 액체주석을 이용하여 상기 질소산화물과 황산화물을 제거할 수 있다.
분사부(120)를 이용하여 상기 반응부(110)에 투입되는 상기 처리가스에 액체주석을 분무하는 단계(S220) 이후에는, 상기 반응부(110)에 수용된 상기 액체주석에 포함된 애쉬(ash)를 분리하여 제거하는 단계(S230)를 수행할 수 있다.
상기 반응부(110)에 수용된 상기 액체주석에 포함된 애쉬(ash)를 분리하여 제거하는 단계(S230)는, 상기 고액분리부(130)가 상기 반응부(110)로부터 액체주석을 제공받고, 액체주석에 포함된 애쉬를 분리하여 제거함으로써 이루어질 수 있다.
상기 반응부(110)에 수용된 상기 액체주석에 포함된 애쉬(ash)를 분리하여 제거하는 단계(S230) 이후에는, 상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석을 환원시키는 단계(S240)를 수행할 수 있다.
상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석을 환원시키는 단계(S240)에서, 상기 환원부(140)에는 수소가 주입될 수 있다. 그리고 주입된 수소는, 상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석과 반응하여 산화된 액체주석을 환원시킬 수 있다.
이때, 상기 산화된 액체주석은 섭씨 300도 이상의 온도로 제어됨으로써, 섭씨 300도 이상의 온도에서 수소와 반응하여 환원될 수 있다.
한편, 상기 환원부(140)에 탄소를 주입하여 산화된 액체주석을 환원시키려 할 경우, 상기 환원부(140) 내 온도는 600도 이상으로 제어될 수도 있다.
상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석을 환원시키는 단계(S240) 이후에는, 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부에 제공하는 단계(S250)를 수행할 수 있다.
환원된 상기 액체주석을 상기 분사부에 제공하는 단계(S250)에서, 환원된 액체주석은 상기 제1 펌프부(150)에 의해 상기 분사부(120) 공급될 수 있다. 이처럼 상기 분사부(120)에 공급된 상기 환원된 액체주석은 상기 반응부(110)에 분사되어 재활용될 수 있어 경제적이다.
전술한 바와 같이 마련된 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치(100)는 배가스 탈질 및 탈황장치에 적용될 수 있으며, 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법은 배가스 탈질 및 탈황방법에 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치의 예시도이다.
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치(200)는 반응부(210), 분사부(220), 백필터부(230), 환원부(240) 및 제2 펌프부(250)를 포함한다.
여기서, 상기 반응부(210), 상기 분사부(220), 상기 환원부(240)에 관한 설명은 일실시예에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치(100)와 실질적으로 동일함으로 중복된 설명은 생략하도록 한다.
상기 백필터부(230)는 상기 반응부(210)의 전단에 배치되며, 상기 가열로(10)로부터 유입되는 처리가스 내 포함된 애쉬(ash)를 제거하도록 마련될 수 있다. 여기서 상기 애쉬는 분진 등을 지칭할 수 있다.
이때, 상기 백필터부(230)는 상기 가열로(10)에서 가열된 고온의 처리가스가 직접 유입될 경우 손상을 받을 수 있다. 따라서, 상기 백필터부(230)의 전단에는 냉각부(미도시)가 마련되어, 상기 처리가스를 200도 내지 300도로 냉각할 수 있다.
여기서, 상기 처리가스의 냉각온도는 200도 내지 300도로 한정되지 않으며, 상기 백필터부에 손상이 발생하지 않을 온도면 변경이 가능하다.
상기 제2 펌프부(250)는 상기 환원부(230) 및 상기 분사부(220)와 연결되며, 상기 환원부(230)에서 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부(220)에 공급하도록 마련될 수 있다.
이때, 상기 제2 펌프부(250)는, 상기 분사부(220)로 이송되는 상기 액체주석이 상기 가열로(10)의 내부를 통과하며 열교환하도록 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 백필터부(230)를 통과한 처리가스는 200도 내지 300도 정도로 냉각된 상태이나, 황산화물 및 질소산화물을 제거하기 위해 요구되는 상기 반응부(110) 내 액체주석의 온도는 317도 내지 668도이다.
따라서, 본 발명의 상기 제2 펌프부(250)는 상기 분사부(220)로 이송되는 환원된 액체주석이 상기 가열로(10)의 내부를 통과하면서 열교환영역(H)에서 열교환되도록 할 수 있다. 그리고 이처럼, 상기 열교환영역(H)을 통과하면서 승온된 상기 액체주석은 상기 분사부(220)로 이송되어 분무되면서 상기 반응부(110)내 온도를 황산화물 및 질소산화물을 제거하기 적합한 온도로 상승시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 백필터부(230)를 통과하면서 냉각된 처리가스가 유입되도, 부가적인 가열 장치 없이 폐열을 활용하여 반응부(110) 내 온도를 유지할 수 있어 경제적이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 가열로
100, 200: 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치
110, 210: 반응부 111, 211: 반응로
112, 212: 유입로 113, 213: 배출로
120, 220: 분사부 130: 고액분리부
230: 백필터부 140, 240: 환원부
150: 제1 펌프부 250: 제2 펌프부
H: 열교환영역

Claims (19)

  1. 액체주석이 수용되며, 처리가스가 투입되는 반응부; 및
    상기 반응부 내에 액체주석을 분무하는 분사부를 포함하며,
    상기 처리가스 내 질소산화물 및 황산화물 중 어느 하나 이상은 상기 반응부 내에 분사되어 수용된 상기 액체주석과 반응하여 제거되고,
    상기 반응부와 연결되어 마련되며, 수소가 주입되는 환원부를 더 포함하며,
    상기 환원부는, 상기 질소산화물 및 상기 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석을 상기 수소와 반응시켜 환원시키도록 마련되는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응부에서, 상기 질소산화물과 상기 액체주석 사이에 발생하는 화학 반응은, Sn+2NO -> SnO2+N2인 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응부에서, 상기 황산화물과 상기 액체주석 사이에 발생하는 화학 반응은, 3Sn+SO2 -> SnS+2SnO, 2Sn+SO2 -> SnS+SnO2 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응부는,
    상기 분사부로부터 분무된 액체주석이 수용되는 반응로;
    상기 반응로의 일측 상부에 연장되어 마련되며, 상기 처리가스가 유입되는 경로를 형성하는 유입로; 및
    상기 반응로의 타측 상부에 연장되어 마련되며, 상기 질소산화물 및 상기 황산화물이 상기 액체주석과 반응하여 생성된 질소가스 및 황가스를 배출하는 경로를 형성하는 배출로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응부와 연결되어 상기 반응부에 수용된 액체주석을 제공받는 고액분리부를 더 포함하며,
    상기 고액분리부는, 상기 액체주석 내 포함된 애쉬(ash)를 제거하도록 마련된 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원부에서 발생하는 화학 반응은, SnO2+2H2 -> Sn+2H2O, SnO+H2 -> Sn+H2O중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 환원부에 수용된 상기 액체주석의 온도는 섭씨 300도 이상으로 제어되는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원부 및 상기 분사부와 연결된 제1 펌프부를 더 포함하며,
    상기 제1 펌프부는, 상기 환원부에서 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부에 공급하는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응부의 전단에 배치되는 백필터부(bag filter)를 더 포함하며,
    상기 백필터부는 가열로로부터 유입되는 처리가스 내 포함된 애쉬(ash)를 제거하도록 마련된 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 환원부 및 상기 분사부와 연결되며, 상기 환원부에서 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부에 공급하도록 마련된 제2 펌프부를 더 포함하며,
    상기 제2 펌프부는, 상기 분사부로 이송되는 상기 액체주석이 상기 가열로의 내부를 통과하며 열교환하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치.
  12. a) 처리가스를 반응부에 투입하는 단계;
    b) 분사부를 이용하여 상기 반응부에 투입되는 상기 처리가스에 액체주석을 분무하는 단계;
    c) 상기 반응부에 수용된 상기 액체주석에 포함된 애쉬(ash)를 분리하여 제거하는 단계; 및
    d) 상기 처리가스 내에 포함된 질소산화물 및 황산화물과 반응하면서 산화된 액체주석을 환원시키는 단계를 포함하며,
    상기 b) 단계에서, 상기 처리가스 내에 포함된 질소산화물 및 황산화물 중 어느 하나 이상은 상기 액체주석과 반응하여 제거되는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 상기 반응부 내 액체주석의 온도는 섭씨 317도 내지 668도로 제어된 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 d) 단계에서,
    상기 산화된 액체주석은 섭씨 300도 이상의 온도에서 수소와 반응하여 환원되는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    e) 환원된 상기 액체주석을 상기 분사부에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법.
  18. 제 1 항에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치를 이용한 배가스 탈질 및 탈황장치.
  19. 제 12 항에 따른 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거방법을 이용한 배가스 탈질 및 탈황방법.
KR1020170170059A 2017-12-12 2017-12-12 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법 KR102021935B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170170059A KR102021935B1 (ko) 2017-12-12 2017-12-12 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170170059A KR102021935B1 (ko) 2017-12-12 2017-12-12 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190069790A KR20190069790A (ko) 2019-06-20
KR102021935B1 true KR102021935B1 (ko) 2019-10-18

Family

ID=67103590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170170059A KR102021935B1 (ko) 2017-12-12 2017-12-12 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102021935B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023054752A1 (ko) * 2021-09-29 2023-04-06 한국생산기술연구원 액체금속을 이용한 온실가스 저감 장치 및 이의 작동방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100947985B1 (ko) * 2008-03-18 2010-03-18 성균관대학교산학협력단 액체주석을 이용한 연료가스의 고온탈황방법 및 액체금속을이용한 연료가스의 고온탈황장치
KR101324131B1 (ko) 2007-06-28 2013-11-01 삼성코닝정밀소재 주식회사 산화 주석 분말, 그 제조 방법 및 그 제조용 반응 장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101516779B1 (ko) 2013-05-30 2015-05-04 현대제철 주식회사 배가스 처리 장치
KR200491258Y1 (ko) * 2015-12-18 2020-03-10 현대중공업 주식회사 일체형 통합발전장치용 질소산화물 저감시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101324131B1 (ko) 2007-06-28 2013-11-01 삼성코닝정밀소재 주식회사 산화 주석 분말, 그 제조 방법 및 그 제조용 반응 장치
KR100947985B1 (ko) * 2008-03-18 2010-03-18 성균관대학교산학협력단 액체주석을 이용한 연료가스의 고온탈황방법 및 액체금속을이용한 연료가스의 고온탈황장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190069790A (ko) 2019-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108939808B (zh) 一种提高余热利用率和脱硝率的活性炭处理系统及其使用方法
CN102667343B (zh) 一体化锅炉和空气污染控制系统
KR20180095064A (ko) 연도 가스 탈황 및 탈질 방법 및 장치
CN109794146A (zh) 一种链篦机-回转窑sncr/scr脱硝与活性焦脱硫组合系统及工艺
EP2859936B1 (en) Air pollution control apparatus and method
KR20140017573A (ko) 가스 스트림으로부터 오염물을 제거하는 방법
CN106268270B (zh) 一种链篦机-回转窑脱硝系统
CN108704463B (zh) 一种烧结烟气脱硫脱硝、烟气消白综合处理系统及工艺
CN107551756A (zh) 防止腐蚀的烟气脱硫脱硝方法和装置
US8404200B2 (en) Cold selective catalytic reduction
CN106994287A (zh) 一种用于燃煤电站烟气干法脱硫脱硝的系统和方法
CN110721568A (zh) 一种基于链篦机-回转窑的球团焙烧烟气脱硝脱硫装置及方法
CN105194991B (zh) 玻璃炉窑烟气脱硫脱硝系统及工艺
CN103505999A (zh) 一种湿法脱硫脱硝的系统和方法
CN101940868B (zh) 一种工业烟气处理的方法和系统
CN102909104B (zh) 一种scr脱硝催化剂的热处理再生方法及装置
CN206240259U (zh) 一种烟气脱硫脱硝装置
CN113828148B (zh) 一种一氧化碳高效利用的烟气处理系统及烟气处理方法
CN110523251A (zh) 一种烧结烟气循环联合臭氧预氧化的脱硫脱硝系统及方法
CN110484283B (zh) 一种炼焦余热综合回收工艺及系统
US7235220B2 (en) Exhaust gas treatment method, exhaust gas treatment system, and catalytic oxidation apparatus
CN206240258U (zh) 防止腐蚀的烟气脱硫脱硝装置
CN111495106B (zh) 一种活性焦吸附塔控温系统及控温方法
KR102021935B1 (ko) 액체주석을 이용한 질소산화물 및 황산화물 제거장치 및 제거방법
CN110841449A (zh) 一种臭氧分段氧化协同尿素吸收的烟气脱硫脱硝系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant