KR102071045B1 - 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 필터링공간부를 갖는 필터하우징, 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되어 촉매를 이용하여 연소가스에서 질소산화물을 1차 제거하기 위한 제1촉매부, 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되어 상기 제1촉매부에 의해 질소산화물이 1차 제거된 연소가스에서 질소산화물을 2차 제거하기 위한 제2촉매부, 및 상기 필터하우징의 필터링공간부로 요소수를 공급하기 위한 요소수공급부,를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 연소가스 중에 포함된 질소산화물을 처리하도록 하나의 구조물에 설치되어 비용을 절감시킬 수 있고, 하나의 구조물에서 하나의 공정상으로 단계별로 제거함은 물론, 각 단계에서 온도 저감폭을 좁혀 처리효율을 향상시킬 수 있다.

Description

복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템{NOx removal system by complex catalyst system}

본 발명은 질소산화물제거시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소가스 중에 포함된 질소산화물을 촉매에 의한 환원반응이 효과적으로 발생되도록 제작된 고온 및 저온촉매를 복합으로 적용하여 질소산화물의 제거효율을 높이기 위한 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 각 산업공정에서 발생하는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기 화합물 등의 유해물질의 폐해는 더욱 늘어나고 있는 실정이다.

따라서 이러한 공해물질의 방출을 막기 위하여 일부에서는 고분자 필터나 산업용 필터, 부직포 필터를 사용하고 있으나 각 필터들은 각각의 문제점이 존재함에 따라, 최근에는 세라믹필터가 사용되고 있다.

이러한 세라믹필터는 세라믹 섬유(Fiber)를 이용한 튜브 형태를 진공성형이나 압축성형해서 제조되는 것으로, 진공챔버의 크기제한에 따라 제작할 수 있는 세라믹 필터의 크기에 제약을 받게 되고 진공성형에 따라 제조된 세라믹 필터의 크기 제한을 가지므로 대형 필터는 제조하지 못하는 문제가 있다.

이를 극복하기 위하여, 종래 세라믹필터 제조는 등록특허 10-1359017에서 개진된 바와 같이, 망상 또는 다공질 구조체로 이루어진 담지체를 말아 중공 원통 또는 중공 다각기둥 형태의 틀 구조물 내부에 위치시킨 후, 틀 구조물을 회전시킨 상태에서 담지체 내부에 세라믹 분말을 포함한 슬러리를 분사하여 크기에 제한되지 않도록 제작되고 있다.

그러나 종래 SOx를 처리하기 위해 사용되는 소석회와 NOx를 처리하기 위해 사용되는 우레아 및 촉매제를 통과하는 가스 온도가 촉매반응이 효율적으로 발생되기 위한 온도 범위를 유지가 불가능하여 NOx 제거효율이 저하되는 문제가 있었다.

이에 따라, 배출되는 연소가스에서 질소산화물을 하나의 공정에서 제거를 하되 설치공간을 축소시키며 제거효율을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 내부에 필터링공간부를 갖는 필터하우징, 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되어 촉매를 이용하여 연소가스에서 질소산화물을 1차 제거하기 위한 제1촉매부, 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되어 상기 제1촉매부에 의해 질소산화물이 1차 제거된 연소가스에서 질소산화물을 2차 제거하기 위한 제2촉매부, 및 상기 필터하우징의 필터링공간부로 요소수를 공급하기 위한 요소수공급부,를 포함하여 연소가스 중에 포함된 질소산화물을 처리하도록 하나의 구조물에 설치되어 비용을 절감시킬 수 있고, 하나의 구조물에서 하나의 공정상으로 단계별로 제거함은 물론, 각 단계에서 온도 저감폭을 좁혀 처리효율을 향상시킬 수 있는 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 내부에 필터링공간부를 갖는 필터하우징, 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되어 촉매를 이용하여 연소가스에서 질소산화물을 1차 제거하기 위한 제1촉매부, 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되어 상기 제1촉매부에 의해 질소산화물이 1차 제거된 연소가스에서 질소산화물을 2차 제거하기 위한 제2촉매부, 및 상기 필터하우징의 필터링공간부로 요소수를 공급하기 위한 요소수공급부,를 포함한다.

바람직하게, 상기 필터하우징은, 내부에 필터링공간부를 갖는 하우징몸체, 상기 필터링공간부로 연소가스를 유입시키기 위한 연소가스유입부, 및 상기 필터링공간부의 기체를 배출시키기 위한 기체배출부,를 포함한다.

그리고 상기 제1촉매부와 제2촉매부는, 내부에 촉매기공을 갖고, 촉매제가 담지되거나 코팅된 촉매필터이다.

또한, 제2촉매부의 촉매기공의 크기는 제1촉매부의 촉매기공의 크기보다 작게 형성된다.

그리고 상기 촉매필터는, 세라믹필터 또는 백필터(bag-filter)이다.

또한, 상기 촉매기공은 허니컴(honeycomb) 형상이다.

그리고 상기 제1촉매부와 제2촉매부는, 내부에 상측으로 개방된 촉매공간부를 갖는 메시구조의 촉매본체, 및 상기 촉매본체의 촉매공간부에 수납되는 복수의 촉매볼,을 포함한다.

또한, 상기 제1촉매부는 내부에 촉매기공을 갖고, 촉매제가 담지되거나 코팅된 촉매필터이며, 상기 제2촉매부는 내부에 상측으로 개방된 촉매공간부를 갖는 메시구조의 촉매본체, 및 상기 촉매본체의 촉매공간부에 수납되는 복수의 촉매볼,을 포함한다.

그리고 상기 촉매볼은, 세라믹볼에 촉매제를 도포한다.

또한, 상기 제1촉매부와 제2촉매부는, 고온과 저온 중 어느 하나의 상태에서 이루어진다.

그리고 고온촉매의 온도는 300 ~ 350℃이고, 저온촉매의 온도는 150 ~ 250℃이다.

또한, 상기 요소수공급부는, 내부에 요소수혼합공간부를 갖되, 상측과 하측으로 통공되어 필터링되기 위한 연소가스가 통과되도록 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되는 요소수공급하우징, 요소수분사노즐을 갖고, 상기 요소수공급하우징의 측방향에서 요소수를 공급하기 위한 요소수공급관, 및 상기 요소수공급관을 통해 요소수를 공급하는 요소수공급펌프,를 포함한다.

그리고 유입되는 연소가스 중에 포함된 분진과 황산화물을 제거하도록 상기 제1촉매부의 전측인 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되는 필터부, 상기 필터하우징의 필터링공간부로 탈황물질을 공급하기 위한 탈황물질공급부, 및 상기 필터하우징의 필터링공간부로 활성탄을 공급하기 위한 활성탄공급부,을 더 포함한다.

또한, 상기 필터부는, 내부에 하측으로 개방된 제1처리유입공간부와 상측으로 개방된 제1처리배출공간부가 교번 형성되도록 복수 개의 격벽을 갖는 세라믹필터이다.

그리고 상기 필터부는, 백필터(Bag filter)이다.

또한, 상기 필터부는, 연소가스 중에 포함된 황산화물을 제거하기 위한 제1처리필터부, 및 상기 제1처리필터부 전측에 구비되어 인가되는 전원에 의해 연소가스 중에 포함된 분진을 포집하기 위한 제1처리집진부,를 포함한다.

그리고 상기 제1처리필터부는, 내부에 하측으로 개방된 제1처리유입공간부와 상측으로 개방된 제1처리배출공간부가 교번 형성되도록 복수 개의 격벽을 갖는 세라믹필터이다.

또한, 상기 제1처리필터부는, 세라믹필터 또는 백필터(Bag filter)이다.

그리고 제1처리집진부는, 그물망 형상으로 연소가스가 유입되는 제1처리필터부의 전측에 위치되는 제1집진몸체, 인가되는 전원에 의해 제1집진몸체로 이동되는 연소가스에 +전하를 인가시키기 위해 구비되는 제1전극부, 및 인가되는 전원에 의해 제1집진몸체에 -전하를 인가시키기 위해 구비되는 제2전극부,를 포함한다.

또한, 상기 제1처리집진부는, 상기 제1처리필터부의 외측을 감싸되, 일정 간격 이격되도록 위치되는 제1집진몸체, 상기 제1집진몸체로 이동되는 연소가스에 +전하를 인가시키기 위한 제1전극부, 및 상기 제1집진몸체에 -전하를 인가시키기 위한 제2전극부,를 포함한다.

그리고 상기 제1집진몸체는, 원통 그물망이다.

또한, 상기 탈황물질공급부는, 탈황물질을 상기 연소가스유입부로 공급하고, 상기 활성탄공급부와 요소수공급부는, 활성탄과 요소수를 상기 필터부와 제1촉매부 사이로 공급된다.

그리고 상기 탈황물질은 소석회, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 중 어느 하나 이상이다.

또한, 상기 탈황물질공급부와 활성탄공급부, 요소수공급부는, 탈황물질과 활성탄 및 요소수를 상기 연소가스유입부로 공급하여 유입되는 연소가스와 혼합하여 상기 필터부와 제1촉매부, 제2촉매부를 순차적으로 통과시킨다.

그리고 상기 탈황물질공급부는, 탈황물질분사노즐을 갖고, 탈황물질을 분사하도록 상기 필터하우징에 구비되는 탈황물질공급관, 및 상기 탈황물질공급관을 통해 탈황물질을 공급하는 탈황물질공급펌프,를 포함한다.

또한, 상기 활성탄공급부는, 활성탄분사노즐을 갖고, 활성탄(active carbon)을 분사하도록 상기 필터하우징에 구비되는 활성탄공급관, 및 상기 활성탄공급관을 통해 활성탄을 공급하는 활성탄공급펌프,를 포함한다.

그리고 상기 필터부를 세척하기 위한 세척부,를 더 포함한다.

또한, 상기 세척부는, 복수의 세척노즐을 갖고, 상기 필터부로 세척기체를 분사하되, 연소가스 유입방향과 반대방향으로 세척기체를 분사하기 위한 분사부, 상기 분사부에서 분사된 세척기체에 의해 상기 필터부에서 분리된 분진을 포집하기 위한 포집부, 및 상기 분사부로 세척기체를 공급하기 위한 세척기체공급부,를 포함한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템에 의하면, 연소가스 중에 포함된 질소산화물을 처리하도록 하나의 구조물에 설치되어 비용을 절감시킬 수 있고, 하나의 구조물에서 하나의 공정상으로 단계별로 제거함은 물론, 각 단계에서 온도 저감폭을 좁혀 처리효율을 향상시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템의 구체적인 도면을 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 촉매부의 다른 실시 예를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 촉매부의 또 다른 실시 예를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예의 촉매부를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시 예의 촉매부를 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 요소수공급부를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템에 필터부가 더 구비된 상태를 도시한 도면이며,
도 9는 본 발명에 따른 필터부의 다른 실시 예를 도시한 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 제1처리집진부의 다른 실시 예를 도시한 도면이며,
도 11은 본 발명에 따른 탈황물질공급부와 활성탄공급부를 도시한 도면이고,
도 12는 본 발명에 따른 세척부가 더 구비된 상태를 도시한 도면이며,
도 13은 본 발명에 따른 온도에 따른 질소산화물 제거효율을 나타낸 그래프이고,
도 14는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소수를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소수를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소수를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템의 구체적인 도면을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 촉매부의 다른 실시 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 촉매부의 또 다른 실시 예를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예의 촉매부를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시 예의 촉매부를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 요소수공급부를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템에 필터부가 더 구비된 상태를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 필터부의 다른 실시 예를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 제1처리집진부의 다른 실시 예를 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명에 따른 탈황물질공급부와 활성탄공급부를 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 세척부가 더 구비된 상태를 도시한 도면이며, 도 13은 본 발명에 따른 온도에 따른 질소산화물 제거효율을 나타낸 그래프이고, 도 14는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템은 필터하우징(100)과 제1촉매부(200), 제2촉매부(300) 및 요소수공급부(400)를 포함한다.

필터하우징(100)은 내부에 필터링공간부(102)가 형성되는 것으로, 상하로 길게 형성된다.

물론, 이 필터하우징(100)은 수평방향으로 길게 형성될 수도 있음이 당연하다.

그리고 제1촉매부(200)는 필터하우징(100)의 필터링공간부(102)에 구비되어 촉매를 이용하여 연소가스에서 질소산화물을 1차 제거하기 위해 구비된다.

제2촉매부(300)는 필터하우징(100)의 필터링공간부(102)에 구비되어 제1촉매부(200)에 의해 질소산화물이 1차 제거된 연소가스에서 질소산화물을 2차 제거하기 위해 구비된다.

또한 요소수공급부(400)는 필터하우징(100)의 필터링공간부(102)로 요소수를 공급하기 위해 구비된다.

이러한 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템에 의하면, 요소수를 공급하여 질소산화물(NOx)가 포함된 연소가스를 단계별로 처리하여 질소산화물에 대한 처리효율을 향상시킬 수 있다.

이를 위한, 필터하우징(100)은 하우징몸체(110)과 연소가스유입부(120) 및 연소가스배출부(130)를 포함한다.

하우징몸체(110)는 내부에 필터링공간부(102)가 형성된다.

또한 연소가스유입부(120)는 필터링공간부(102)로 연소가스를 유입시키기 위해 구비된다.

연소가스배출부(130)는 필터링공간부(102)의 연소가스를 배출시키기 위해 구비된다.

이러한 필터링공간부(102)가 상하방향으로 길게 형성되도록 하우징몸체(110)는 세워져 설치된다.

그리고 연소가스유입부(120)는 하우징몸체(110)의 하단부에 구비되어 필터링하고자 하는 연소가스를 측방향에서 공급한다.

연소가스배출부(130)는 하우징몸체(110)의 상단부에 구비되어 필터링된 연소가스를 측방향으로 배출시킨다.

그리고 제1촉매부(200)와 제2촉매부(300)는 일 실시 예로, 세라믹으로 제작되어 각 내부에 촉매기공이 형성된다.

여기서, 제2상단처리부(320)의 미세기공의 크기는 제2하단처리부(310)의 미세기공의 크기보다 작게 형성된다.

이에, 제2상단처리부(320)는 제2하단처리부(310)에서 처리되지 못한 질소산화물(NOx)를 처리함에 따라, 질소산화물(NOx)에 대한 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 3에서 도시한 바와 같이, 다른 실시 예의 제1촉매부(200')와 제2촉매부(300')는 내부에 복수의 촉매기공(212', 312')을 갖는 판형의 촉매담체(210', 310')이며, 이 촉매담체(210', 310')는 하나 또는 두 개 이상이 적층된다.

이러한 제1촉매부(200')와 제2촉매부(300')의 표면에는 촉매제(214', 314')가 도포되는 것으로, 각 촉매기공(212', 312')의 내측면에도 도포됨이 당연하다.

이 촉매담체(210', 310')의 촉매기공(212', 312')은 허니컴(honeycomb) 형상으로 형성되어 통과되는 연소가스의 직진성을 향상시킬 수 있다.

즉, 통과되는 연소가스의 직진성이 향상되면, 통과 속도와 압력이 증가됨에 따라, 처리속도를 증가시킬 수 있다.

여기서, 제2촉매부(300')의 촉매기공(312')의 크기는 제1촉매부(200')의 촉매기공(212')의 크기보다 작게 형성된다.

이에, 제2촉매부(300')는 제1촉매부(200')에서 처리되지 못한 질소산화물(NOx)를 처리함에 따라, 질소산화물(NOx)에 대한 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 4에서 도시한 바와 같이, 또 다른 실시 예의 제1촉매부(810)와 제2촉매부(820)는 각각 내부에 촉매기공(813, 823)을 갖고, 촉매제가 담지되거나 코팅된 촉매필터(812, 822)이다.

이러한 제1촉매부(810)와 제2촉매부(820)의 표면에는 촉매제(814, 824)가 도포되는 것으로, 각 촉매기공(813, 823)의 내측면에도 도포됨이 당연하다.

이 촉매필터(812, 822)는 세라믹필터 또는 백필터(bag-filter)이다.

그리고 촉매기공(813, 823)은 다른 실시 예로, 허니컴(honeycomb) 형상이다.

여기서, 제2촉매부(820)의 촉매기공(823)의 크기는 제1촉매부(810)의 촉매기공(813)의 크기보다 작게 형성된다.

이에, 제2촉매부(820)는 제1촉매부(810)에서 처리되지 못한 질소산화물(NOx)를 처리함에 따라, 질소산화물(NOx)에 대한 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 또 다른 실시 예로, 도 5에서 도시한 바와 같이, 제1촉매부(810')와 제2촉매부(820')는 촉매본체(812', 822')와 촉매볼(814', 824')로 구성된다.

촉매본체(812', 822')는 내부에 상측으로 개방된 촉매공간부(813', 823')를 갖는 메시(mesh)구조로, 통형상으로 형성된다.

그리고 촉매볼(814', 824')은 촉매본체(812', 822')의 촉매공간부(813', 823')에 복수 개 수납된다.

이 촉매볼(814', 824')은 세라믹볼에 촉매제를 도포한다.

여기서, 제1촉매부(810')와 제2촉매부(820')는 고온촉매제를 이용하여 단계별로 질소산화물(NOx)을 처리한다.

한편, 다른 실시 예로, 제1촉매부(810')와 제2촉매부(820')는 저온촉매제를 이용하여 단계별로 질소산화물(NOx)을 처리한다.

또한 또 다른 실시 예로, 제1촉매부(810')는 고온촉매제를 이용하고, 제2촉매부(820')는 저온촉매제를 이용하여 질소산화물(NOx)을 온도별로 처리한다.

여기서, 고온촉매에 의해 처리효율이 높게 나타나는 촉매반응온도는 300 ~ 350℃이고, 저온촉매에 의해 처리효율이 높게 나타나는 촉매반응온도는 150 ~ 250℃이다.

그리고 도 6에서 도시한 바와 같이, 또 다른 실시 예의 제1촉매부(810")는 세라믹필터로, 복수 개의 격벽(816")에 의해 내부에 하측으로 개방된 제1처리유입공간부(812")와 상측으로 개방된 제1처리배출공간부(814")가 교번 형성된다.

이 제1촉매부(810")의 작동상태를 살펴보면, 유입된 연소가스가 각 제1처리유입공간부(812")를 통해 유입된 후, 해당 격벽(816")을 통과하면서 분진과 황산화물(SOx)가 처리된 다음, 해당 제1처리배출공간부(814")를 통해 제1촉매부(200)로 이동된다.

여기서, 제1촉매부(810")의 표면에 제1필터촉매층(818")가 더 포함된다.

한편, 제1촉매부(810")는 세라믹필터를 대신하여 백필터(Bag filter)를 사용할 수도 있다.

또한 또 다른 실시 예의 제2촉매부(820")는 제2촉매본체(822")와 제2촉매볼(824")로 구성된다.

제2촉매본체(822")는 내부에 상측으로 개방된 제2촉매공간부(823")를 갖는 메시(mesh)구조로, 통형상으로 형성된다.

그리고 제2촉매볼(824")은 제2촉매본체(822")의 제2촉매공간부(823")에 복수 개 수납된다.

이 제2촉매볼(824")은 세라믹볼에 촉매제를 도포한다.

여기서, 제1촉매부(810")와 제2촉매부(820")는 고온촉매제를 이용하여 단계별로 질소산화물(NOx)을 처리한다.

한편, 다른 실시 예로, 제1촉매부(810")와 제2촉매부(820")는 저온촉매제를 이용하여 단계별로 질소산화물(NOx)을 처리한다.

또한 또 다른 실시 예로, 제1촉매부(810")는 고온촉매제를 이용하고, 제2촉매부(820")는 저온촉매제를 이용하여 질소산화물(NOx)을 온도별로 처리한다.

여기서, 고온촉매에 의해 처리효율이 높게 나타나는 촉매반응온도는 300 ~ 350℃이고, 저온촉매에 의해 처리효율이 높게 나타나는 촉매반응온도는 150 ~ 250℃이다.

그리고 도 7에서 도시한 바와 같이, 요소수공급부(400)는 요소수공급하우징(410)과 요소수공급관(420) 및 요소수공급펌프(430)를 포함한다.

요소수공급하우징(410)은 필터하우징(100)의 필터링공간부(102)에 구비되는 것으로, 내부에 요소수혼합공간부(412)를 갖되, 상측과 하측으로 통공되어 필터링되기 위한 연소가스가 통과되도록 요소수혼합유입구(414)와 요소수혼합배출구(416)가 형성된다.

또한 요소수공급관(420)은 요소수분사노즐(422)을 갖고, 요소수공급하우징(410)의 측방향에서 요소수(urea)를 공급하기 위해 구비된다.

요소수공급펌프(430)는 요소수공급관(420)을 통해 요소수를 공급한다.

그리고 도 8에서 도시한 바와 같이, 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템은 필터부(500)와 탈황물질공급부(600) 및 활성탄공급부(700)를 더 포함한다.

필터부(500)는 유입되는 연소가스 중에 포함된 분진과 황산화물을 제거하도록 제1촉매부(200)의 전측인 필터하우징(100)의 필터링공간부(102)에 구비된다.

또한 탈황물질공급부(600)는 필터하우징(100)의 필터링공간부(102)로 탈황물질을 공급하기 위해 구비된다.

활성탄공급부(700)는 필터하우징(100)의 필터링공간부(102)로 활성탄을 공급하기 위해 구비된다.

이러한 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템에 의하면, 탈황물질과 활성탄 및 요소수를 공급하여 분진(초미세먼지 포함)과 황상화물(SOx), 질소산화물(NOx)가 포함된 연소가스를 단계별로 처리하여 처리효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 탈황물질공급부(600)는 탈황물질을 연소가스유입부(120)로 공급하고, 활성탄공급부(700)와 요소수공급부(400)는 활성탄과 요소수를 필터부(500)와 제1촉매부(200) 사이로 공급된다.

여기서, 탈황물질공급부(600)에서 공급하는 탈황물질은 소석회, 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 중 어느 하나 이상이다.

한편, 다른 실시 예로, 탈황물질공급부(600)와 활성탄공급부(700), 요소수공급부(400)는 탈황물질과 활성탄 및 요소수를 연소가스유입부(120)로 공급하여 유입되는 연소가스와 혼합하여 필터부(500)와 제1촉매부(200), 제2촉매부(300)를 순차적으로 통과시킨다.

그리고 필터부(500)는 세라믹필터로, 복수 개의 격벽(530)에 의해 내부에 하측으로 개방된 제1처리유입공간부(510)와 상측으로 개방된 제1처리배출공간부(520)가 교번 형성된다.

이 필터부(500)의 작동상태를 살펴보면, 유입된 연소가스가 각 제1처리유입공간부(510)를 통해 유입된 후, 해당 격벽(530)을 통과하면서 분진과 황산화물(SOx)가 처리된 다음, 해당 제1처리배출공간부(520)를 통해 제1촉매부(200)로 이동된다.

여기서, 필터부(500)의 표면에 필터촉매부(540)가 더 포함된다.

한편, 필터부(500)는 세라믹필터를 대신하여 백필터(Bag filter)를 사용할 수도 있다.

그리고 도 9에서 도시한 바와 같이, 다른 실시 예의 필터부(500')는 제1처리필터부(510')와 제1처리집진부(520')를 포함한다.

제1처리필터부(510')는 연소가스 중에 포함된 황산화물을 제거하기 위해 구비된다.

또한 제1처리집진부(520')는 제1처리필터부(510') 전측에 구비되어 인가되는 전원에 의해 연소가스 중에 포함된 분진(초미세먼지 포함)을 포집하기 위해 구비된다.

이 제1처리필터부(510')는 세라믹필터로, 복수 개의 격벽(516')에 의해 내부에 하측으로 개방된 제1처리유입공간부(512')와 상측으로 개방된 제1처리배출공간부(514')가 교번 형성된다.

이 제1처리필터부(510')의 작동상태를 살펴보면, 유입된 연소가스가 각 제1처리유입공간부(512')를 통해 유입된 후, 해당 격벽(516')을 통과하면서 분진과 황산화물(SOx)가 처리된 다음, 해당 제1처리배출공간부(514')를 통해 제1촉매부(200)로 이동된다.

여기서, 제1처리필터부(510')의 표면에 제1촉매부(540')가 더 포함된다.

한편, 제1처리필터부(510')는 세라믹필터를 대신하여 백필터(Bag filter)를 사용할 수도 있다.

그리고 제1처리집진부(520')는 제1집진몸체(522')와 제1전극부(524') 및 제2전극부(526')를 포함한다.

제1집진몸체(522')는 그물망 형상으로 연소가스가 유입되는 제1처리필터부(510')의 전측에 위치된다.

또한 제1전극부(524')는 인가되는 전원에 의해 제1집진몸체(522')로 이동되는 연소가스에 +전하를 인가시키기 위해 구비된다.

제2전극부(526')는 인가되는 전원에 의해 제1집진몸체(522')에 -전하를 인가시키기 위해 구비된다.

한편, 도 10에서 도시한 바와 같이, 다른 실시 예의 제1처리집진부(520")는 제1집진몸체(522")와 제1전극부(524") 및 제2전극부(526")를 포함한다.

제1집진몸체(522")는 제1처리필터부(510')의 외측을 감싸되, 일정 간격 이격되도록 위치된다.

이 제1집진몸체(522")는 원통 그물망으로, 필터링공간부(102)에 위치되도록 필터하우징(100)에 구비된다.

그리고 제1전극부(524")는 제1집진몸체(522")로 이동되는 연소가스에 +전하를 인가시키기 위해 구비된다.

제2전극부(526")는 제1집진몸체(522")에 -전하를 인가시키기 위해 구비된다.

여기서, 제1처리필터부(510')는 세라믹필터 또는 백필터(Bag filter) 중 하나이다.

그리고 도 11에서 도시한 바와 같이, 탈황물질공급부(600)는 탈황물질공급관(610)과 탈황물질공급펌프(620)를 포함한다.

탈황물질공급관(610)은 탈황물질분사노즐(612)을 갖고, 탈황물질을 분사하도록 필터하우징(100)에 구비된다.

또한 탈황물질공급펌프(620)는 탈황물질공급관(610)을 통해 탈황물질을 공급한다.

그리고 활성탄공급부(700)는 활성탄공급관(710)과 활성탄공급펌프(720)를 포함한다.

활성탄공급관(710)은 활성탄분사노즐(712)을 갖고, 활성탄(active carbon)을 분사하도록 필터하우징(100)에 구비된다.

또한 활성탄공급펌프(720)는 활성탄공급관(710)을 통해 활성탄을 공급한다.

그리고 도 12에서 도시한 바와 같이, 필터부(500)를 세척하기 위한 세척부(900)를 더 포함한다.

이 세척부(900)는 분사부(910)와 포집부(920) 및 세척기체공급부(930)를 포함한다.

분사부(910)는 복수의 세척노즐(912)을 갖고, 세척기체공급부(914)에서 공금되는 세척기체를 필터부(500)로 부사하되, 연소가스 유입방향과 반대방향으로 세척기체를 분사하기 위해 구비된다.

또한 포집부(920)는 분사부(910)에서 분사된 세척기체에 의해 필터부(500)에서 분리된 분진(초미세먼지 포함)을 포집하기 위해 구비된다.

이동부(930)는 분사부(910)로 필터부(500)로 이동시키거나 반대로 이동시키기 위해 구비된다.

이 이동부(930)는 필터부(500)의 사용시에는 연소가스 유로상에서 이탈된 상태로 위치되고, 세척을 위해 연소가스 유로상으로 위치되도록 이동된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템은 도13에 도시한 바와 같이, 350~380℃ 범위의 고온배가스일 경우 제1촉매로 V₂O₅ 촉매를 사용하며, 그 활성영역은 도면의 좌측상단에 나타낸 바와 같고, 200℃ 정도의 저온배가스일 경우 제2촉매로 Mn-based 촉매를 사용하며, 그 활성영역은 도면의 우측상단에 나타낸 바와 같다.

본 발명에서는 상기와 같이 고온촉매를 제1촉매로 하고, 저온촉매를 제2촉매로 할 때, 도13의 하단에 나타낸 바와 같이, 배가스의 온도분포에 관계없이 이들 촉매를 단일촉매로 적용한 경우에 비하여 높고 일정한 제거효율을 보이는 것을 볼 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명의 도 6에 나타낸 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템을 이용하여 고온촉매를 제1촉매로 하고, 저온촉매를 제2촉매로 하여 저온 및 고온 영역의 배가스를 대상으로 NOx 제거효율을 측정한 결과, 도14에서 확인할 수 있듯이, 저온과 고온 영역 모두에서 높은 제거효율을 보이면서 시간이 경과하면서도 일정한 NOx 제거효율을 유지하는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템에 의하면 배가스의 온도분포에 관계없이 높으면서 일정한 수준의 NOx 제거효율이 장시간 유지될 수 있음을 확인할 수 있어, 단독 촉매 시스템으로 구성된 경우에 비하여 상승적인 NOx 제거효율을 제공할 수 있다.

100 : 필터하우징
200, 200', 810, 810', 810" : 제1촉매부
300, 300', 820, 820', 820" : 제2촉매부
400 : 요소수공급부 500 : 필터부
600 : 탈황물질공급부 700 : 활성탄공급부
900 : 세척부

Claims (6)

1. 내부에 필터링공간부를 갖는 필터하우징;
   상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되어 촉매를 이용하여 연소가스에서 질소산화물을 1차 제거하기 위한 제1촉매부;
   상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되어 상기 제1촉매부에 의해 질소산화물이 1차 제거된 연소가스에서 질소산화물을 2차 제거하기 위한 제2촉매부; 및
   상기 필터하우징의 필터링공간부로 요소수를 공급하기 위한 요소수공급부;를 포함하고,
   상기 제1촉매부는 고온촉매제를 이용하며, 상기 제2촉매부는 저온촉매제를 이용하여 질소산화물(NOx)을 온도별로 처리하고,
   상기 고온촉매제의 온도는 300 ~ 350℃이고, 저온촉매제의 온도는 150 ~ 250℃이며,
   상기 요소수공급부는,
   내부에 요소수혼합공간부를 갖되, 상측과 하측으로 통공되어 필터링되기 위한 연소가스가 통과되도록 상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되는 요소수공급하우징;
   요소수분사노즐을 갖고, 상기 요소수공급하우징의 측방향에서 요소수를 공급하기 위한 요소수공급관; 및
   상기 요소수공급관을 통해 요소수를 공급하는 요소수공급펌프;를 포함하고,
   상기 요소수공급하우징은,
   상기 필터하우징의 필터링공간부에 구비되는 것으로, 요소수혼합공간부로 연소가스가 통과되도록 요소수혼합유입구와 요소수혼합배출구가 형성되는 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 필터하우징은,
   내부에 필터링공간부를 갖는 하우징몸체;
   상기 필터링공간부로 연소가스를 유입시키기 위한 연소가스유입부; 및
   상기 필터링공간부의 기체를 배출시키기 위한 기체배출부;를 포함하는 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1촉매부와 제2촉매부는,
   내부에 촉매기공을 갖고, 촉매제가 담지되거나 코팅된 촉매필터인 것을 특징으로 하는 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1촉매부와 제2촉매부는,
   내부에 상측으로 개방된 촉매공간부를 갖는 메시구조의 촉매본체; 및
   상기 촉매본체의 촉매공간부에 수납되는 복수의 촉매볼;을 포함하는 복합촉매방식에 의한 질소산화물제거시스템.
5. 삭제
6. 삭제

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