KR102170628B1 - 기체상 이산화염소를 이용하여 배기가스 중의 질소산화물과 이산화황을 제거하는 시스템 및 방법 - Google Patents

기체상 이산화염소를 이용하여 배기가스 중의 질소산화물과 이산화황을 제거하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기체상 이산화염소를 이용하여 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 이산화황(SO2)을 제거하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저렴한 염소산나트륨(NaClO3)을 출발물질로 사용하여 발생시킨 기체상 이산화염소를 흡착제가 충전된 반응덕트 내로 공급하여 흡착제의 표면과 기공 사이에서 머물면서 충분한 시간동안 배기가스 중의 질소산화물 및 이산화황과 기체-기체 산화반응을을 하도록 하여 질소산화물과 이산화황을 효과적으로 제거할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

기체상 이산화염소를 이용하여 배기가스 중의 질소산화물과 이산화황을 제거하는 시스템 및 방법 {System and Method for removing Nitrogen oxides and Sulfur dioxide in flue gas using gaseous chlorine dioxide}
본 발명은 기체상 이산화염소를 이용하여 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 이산화황(SO2)을 제거하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 저렴한 염소산나트륨(NaClO3)을 출발물질로 사용하여 발생시킨 기체상 이산화염소를 흡착제가 충전된 반응덕트 내로 공급하여 흡착제의 표면과 기공 사이에서 머물면서 충분한 시간동안 배기가스 중의 질소산화물 및 이산화황과 기체-기체 산화반응을을 하도록 하여 질소산화물과 이산화황을 효과적으로 제거할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현대사회는 산업화되어 경제가 성장함에 따라 에너지 사용량이 증가하며, 특히 화석연료의 사용이 증가한다. 화석연료의 사용은 환경오염에 직접적인 영향을 미치는데, 환경오염은 한 국가만의 문제가 아니라 지구 전체에 영향을 주는 문제이다.
대기오염 물질 중 질소산화물(NOx)은 온실효과와 시정장애를 일으키고 산성비의 원인으로 작용한다. 또한, 1차 오염물질로서의 질소산화물은 자외선에 의해 산소와 반응하여 오존, PAN(Peroxy Acetyl Nitrate) 등의 광화학 스모그와 같은 대기 유해물질인 2차 오염물질을 발생시켜 대기를 오염시키는 것으로 알려져 있으며, 미세먼지를 발생시키는 원인물질에 포함된다.
질소산화물을 제거하는 것은 환경문제에 있어 중요한 과제이다. 질소산화물이 대기환경에 미치는 영향이 심각하기 때문에 현재 전 세계 각국의 환경당국에서는 법적인 규제를 만들어 질소산화물의 배출량을 저감하고자 노력하고 있는데, 이렇게 전 세계적으로 강화된 규제를 만족하기 위해서는 배기가스 중 질소산화물 제어 설비가 요구된다.
일반적으로 질소산화물(NOx)은 주로 NO(95%)와 NO2(5%)로 구성되며 황산화물(SOx)은 주로 이산화황(SO2)이다. 질소산화물과 이산화황을 제거하는 기술은 크게 물리적인 방법과 화학적인 방법으로 분류된다.
물리적인 방법은 활성탄 등의 고체 물질에 흡착시키는 방법, 알칼리 수용액에 흡수시키는 방법 등이 있다. 이러한 물리적인 방법들은 배기가스 중의 질소산화물을 제3의 물질로 이동시킴으로서 폐기물 처리과정이 생기게 되는 단점이 있다.
화학적인 방법은 질소로 변화시키는 환원법, 질산으로 산화시키는 방법 등이 있다. 환원법으로는 촉매를 이용하여 질소산화물을 제어하는 방법으로 직접 질소산화물을 분해하는 방법(환원제 미사용)과 환원제를 이용한 촉매 환원법이 있다.
촉매상에서 질소산화물을 직접 분해하는 촉매분해법은 환원제를 공급하지 않고 질소산화물을 질소(N2) 및 산소(O2)로 분해하여 비교적 유지비가 적게 소요되며, 환원제 공급 장비도 불필요하기 때문에 경제적으로 유리하다. 그러나 고온(600℃ 이상)에서만 우수한 촉매활성을 나타내며, 배기가스에 포함된 산소 및 이산화탄소(CO2)가 질소산화물(NOx) 분해반응을 억제하여 제거효율을 감소시키는 원인이 되는 문제점이 있다.
촉매 환원법에는 환원제를 사용하여 질소산화물을 환원시키는 SCR(Selective Catalytic Reduction)법이 있다. SCR법은 환원제로 탄화수소(hydrocarbon)를 사용하는 HC-SCR, 수소를 사용하는 H2-SCR 및 암모니아(NH3)를 사용하는 NH3-SCR로 구분할 수 있으며, 암모니아를 환원제로 사용하여 다음과 같은 반응식에 의해 질소산화물을 질소로 환원시키는 NH3-SCR법이 대표적이다.
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
이 방법은 촉매의 수명, 배기가스 성분에 의한 촉매 손상, 먼지 등에 의한 촉매 침식, 암모니아 누출 등의 단점이 있다. 또한 비교적 고온(300~400℃)과 넓은 설치면적(foot-print)이 요구되며, 반응에 있어서 환원제로 사용되어야 할 암모니아(NH3)는 촉매상에서 산소와 반응하여 직접 산화반응이 진행되어 오히려 다음과 같이 NO, NO2 및 N2O와 같은 질소산화물(NOx)이 발생하여 촉매활성에 부정적인 영향을 미치는 문제점이 있다.
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
4NH3 + 7O2 → 4NO2 + 6H2O
2NH3 + O2 → N2O + 3H2O
일반적으로 SCR 촉매는 탈황공정 전단에 위치하기 때문에 탈황공정 전단에 높은 농도의 이산화황이 존재할 경우 황에 의한 촉매 비활성화가 발생한다.
SCR 촉매로 유입된 배기가스 내의 이산화황(SO2)는 촉매상에서 아래의 반응식과 같이 SO3로 산화된다.
SO2 + 1/2O2 → SO3
SCR 촉매의 이산화황(SO2)에 의한 활성 저하는 배기가스에 포함된 이산화황(SO2)이 촉매상에서 SO3로 산화되고 SO4-의 형태로 촉매 표면에 흡착되어 결합함으로써 활성점의 기능이 상실되어 촉매활성의 저하가 발생한다.
SCR법으로는 최대 60~85%의 질소산화물 감소가 가능하므로, 고온(1,149~1,423K)을 사용하는 SNCR(Selective Noncatalytic Reduction)법을 병행하여 사용하기도 한다. 그러나 이 방법도 질소산화물 감소치가 최대 90%를 넘지 못하는 단점이 있다
CO(NH2)2 + 2NO + 1/2O2 → 2N2 + CO2 + 2H2O
산화제를 사용하여 질소산화물을 저감시키는 방법으로는 오존법이 있다. NO는 오존에 의해 NO2로 산화되고 이것은 흡수탑에서 Na2S 환원제로 N2로 변환된다. 반면 이산화황(SO2)은 오존과 반응을 하지 않으므로 흡수탑에서 Na2S에 의해 황으로 환원된다.
2NO + Na2S → N2 + Na2SO4
2SO2 + Na2S → 2S + Na2SO4
이 방법을 통해 질소산화물은 95%, 이산화황은 100% 제거될 수 있지만, 고가의 오존발생기가 필요하고 전력비가 과다 소요되는 단점이 있다. 예를 들어 한 소형 소각로의 경우 배기가스 배출량이 16,300Nm3/시간, 150℃이고, 질소산화물을 30ppm에서 10ppm으로 저감시키는 것을 목표를 설정할 경우, 제거해야 하는 NO의 양은 16,300Nm3/시간의 20ppm에 (0,326Nm3) 온도 150℃ 보정하면 (0.5Am3)가 되고, PV=nRT 공식에 의해 NO의 몰 수는 n=1.015atm(P)×(0,5Am3=500ℓ)(V)/0.082ℓ/atm K(R)/423oK(T)= 14.6몰/시간으로 환산된다. NO의 분자량이 30이므로 14.6몰은 439g이고 NO 1g당 1.6g의 오존이 필요하므로 오존필요량은 0.7㎏/시간이다. 오존 1㎏ 발생비용이 $20이고 KWh당 요금이 $0.5이므로 오존 ㎏당 제조에 소요되는 전기비용은 $6.99/시간이고, 이는 $168/일, $61,233/년으로 계산된다. 또한 오존제조에 필요한 산소 발생기 혹은 공기 드라이어에 필요한 전력비용은, 오존 ㎏당 $8이고 KWh당 요금이 $0.5이므로 오존 ㎏당 산소 제조에 소요되는 전기비용은 $2.8/시간이고, 이는 $67/일, $24,493/년으로 계산된다. 따라서, 오존제조 및 산소제조에 소요되는 총 전기비용은 $85,726, 즉 1억 287만원이다.
특히, 배기가스 배출량이 116,667m3/시간인 중형 소각로의 경우는, 질소산화물을 30ppm에서 10ppm으로 저감시키는 것을 목표로 설정할 경우, 제거해야 하는 NO의 양은 116,667Nm3/시간의 20ppm에 (2.33Nm3) 온도 150℃ 보정하면 3.61Am3가 되고, PV=nRT 공식에 의해 NO의 몰 수는 n=1.015atm(P)×(3.61Am3 =3,610ℓ)(V)/0.082ℓ/atm K(R)/423oK(T)= 105.6몰/시간으로 환산된다. NO의 분자량이 30이므로 105.6몰은 3,168g이고 NO 1g당 1.6g의 오존이 필요하므로 오존 필요량은 5.1㎏/시간이다.
상기 배기가스 배출량이 16,300Nm3/시간인 소형 소각로의 계산과 동일하게 오존의 운전비용을 산출하면, 전기비용은 $446,126/년으로 계산된다. 또한 오존제조에 필요한 산소 발생기 혹은 공기 드라이어에 필요한 전력 비용은 $178,432/년으로 계산된다. 두가지를 합하면 오존제조 및 산소제조에 소요되는 총 전기 비용은 $624,558, 즉 7억 4,947만원이다.
이와 같이, 오존을 활용하는 방법은 설치비용도 매우 높고, 오존 발생비용뿐 아니라 오존의 원료인 산소비용까지 감안하면 운전비용이 매우 큰 부담이 되며, 특히 중대형 소각로는 매우 큰 운전비용이 큰 단점으로 부각된다.
상기 각종 저감방법을 고찰하면 SCR은 처리효율이 80~90%로 비교적 높으나 촉매손상, 과다면적 등의 단점이 있고, SNCR은 30~75%로 효율이 낮으며, 오존 또한 설치와 운전비용의 단점이 있다. 최근에는 오존과 SCR을 결합한 하이브리드 시스템도 선보이고 있으나, 현재까지 질소산화물 및 이산화황의 안전하고 친환경적인 저감처리에 관한 많은 연구가 이루어지고 있음에도 만족할 만한 방법이 제시되지 못하고 있다.
최근에 친환경 산화제인 이산화염소(Chlorine Dioxide, ClO2)를 활용하여 질소산화물과 이산화황을 제거하고자 하는 환경기술 연구가 활발히 진행되고 있으나, 아직 실용화에 이르지는 못하고 있는 실정이다.
이산화염소는 1811년 Sir Humphrey Dary에 의해 발견되었으며, 녹는점 -59℃, 끓는점 11℃이고 상온에서 녹황색인 기체이다. 이산화염소는 약한 염소냄새가 나며 물, 에테르 등에 잘 녹는다. 이산화염소는 산화상태가 +4로 강력한 산화력을 가지므로 살균효과를 제공한다.
이산화염소는 1944년 뉴욕주의 나이애가라 폭포의 수처리시설에 최초로 적용되었고, 현재 미국, 유럽 등에서 살균소독제로 널리 사용되고 있다. 이산화염소는 우리나라에서 환경부고시 1999-173호에 의해 살균소독제로 인정(1ppm 이하 사용)되며, 식품의약품안전청고시 제2007-74호에 의해 이산화염소수 제조장치를 통하여 제조되는 이산화염소수는 식품의 살균 목적으로 사용된다.
현재 가정에서 널리 사용되는 염소계 소독제인 차아염소산나트륨 수용액(소위, "락스")은 유기물과 반응하여 발암성 물질인 트리할로메탄(trihalomethane, THM), 할로아세트산(haloacetic acids, HAAs) 및 기타 염소화 유기화합물을 생성한다.
그러나, 이산화염소는 유기물을 산화시키지 않으므로 상기 발암성 물질을 생성하지 않고 넓은 pH 범위에서 살균효능을 가지며, 빛에 의해 쉽게 분해되어 환경 친화적이다.
Deshwal 등은 배기가스의 주성분인 NO를 이산화염소를 이용하여 수용액 상에서 산화시켜 제거하는 논문을 발표하였으며, 유사한 기술이 대한민국 특허등록 제10-0622990호 개시되어 있다. 이 기술에서는 질소산화물이 다음과 같이 이산화염소에 의해 NO가 NO2로 산화되고 이것이 다시 질산으로 산화된다.
5NO + 2ClO2 + H2O → 5NO2 + 2HCl
5NO2 + ClO2 + 3H2O → 5HNO3 + HCl
이때 생성되는 염산(HCl)과 질산(HNO3)은 pH 조정으로 쉽게 처리된다.
그러나, NO는 물에 불용성으로(0.0056g/100㎖, 20℃), 수용액상에서 이산화염소와 반응을 하기 어려운 단점이 있다.
호주의 Dioxide Pacific 사에서는 전기분해식 이산화염소 발생기를 이용하여 질소산화물을 제거하는 연구를 진행하고 있으나, 전기분해식 이산화염소 발생기는 대당 이산화염소 최대 생산량이 10㎏/시간에 지나지 않아, 일반적인 질소산화물 제거 플랜트에 설치하려면 여러 대를 병렬로 연결해야 되는 단점이 있다.
또한, 전기분해식 이산화염소 기체 활용법도 상기 오존법에서 예를 들어본 바와 같이 한 중형 소각로의 경우 배기가스 배출량이 116,667m3/시간이고, 운전 온도 150℃이며, 질소산화물을 30ppm에서 10ppm으로 저감하는 목표를 설정할 경우, 제거해야 하는 NO의 양은 116,667Nm3/시간의 20ppm에 (2.33Nm3) 온도 150℃ 보정하면 3.61Am3 가 되고, PV=nRT 공식에 의해 NO의 몰 수는 n=1.015atm(P)×(3.58Am3 =3,580ℓ)(V)/0.082ℓ/atm K(R)/423oK(T)= 105.6몰/시간으로 환산된다.
NO의 분자량이 30이므로 105.6몰은 3,168g이고 NO 1g당 0.9g의 이산화염소가 필요하므로 이산화염소 필요량은 2,851g/시간이다.
이산화염소 ㎏당 31% 아염소산나트륨 수용액이 4.8ℓ 사용되고, ℓ당 가격이 $2이므로 이산화염소 ㎏당 제조비용은 $9.6이다. 필요한 이산화염소의 양이 2.851㎏이므로 시간당 $27/시간의 제조비용이 들고, $648/일, $236,520/년의 제조비용이 소요되는 것으로 계산된다.
전기분해식 이산화염소 발생기에서의 전기료는 이산화염소 ㎏당 2.6KWh가 소요되고 KWh당 요금이 $0.5이므로 이산화염소 ㎏당 제조 전기비용은 $3.7/시간이고, 이는 $88.9/일, $32.467/년으로 계산된다. 화학원료비용과 전기료를 합하여 총 $268,987/년, 즉 연간 3억 2,280만원 정도가 소요된다.
이와 같이, 중형 소각로의 경우에도 연간 처리비용이 총 3억원을 상회하므로 업계에 큰 부담이 되는 단점이 있다.
최근 스웨덴 Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology 와 Akzo Nobel Pulp and Performance Chemicals가 공동으로 전기분해식 이산화염소 발생기를 활용하여 파일럿 스케일(Pilot Scale)(배기가스 400Nm3 /시간) 규모의 이산화염소 기체를 이용한 질소산화물 및 이산화황 제거 시스템 연구를 진행하고 있다.
특허등록 제10-0622990호 특허공개 제10-2020-0003289호 특허공개 제10-2019-0043942호
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Figure 112020072196191-pat00001
Jakob Johansson, Anette Heijnesson Hultn, Fredrik Normann, and Klas Andersson ,Simultaneous removal of NOx and SOx from flue gases using ClO2 - process scaling and modeling simulations.
Figure 112020072196191-pat00002
Figure 112020072196191-pat00003
Anette Heijnesson Hultna,, Pr Nilssona, Marie Samuelssona, Sima Ajdarib, Fredrik Normann ,Klas Andersson, First evaluation of a multicomponent flue gas cleaning concept using chlorine dioxide gas - Experiments on chemistry and process performance,Fuel 2017;210:885-891.
Figure 112020072196191-pat00004
Figure 112020072196191-pat00005
(비특허 문헌 8) Jakob Johansson, Anette Heijnesson Hultn, Sima Ajdari, Pr Nilsson, Marie Samuelsson,Fredrik Normann, and Klas Andersson Gas-Phase Chemistry of the NO-SO2-ClO2 System Applied to Flue Gas Ind. Eng. Chem. Res. 2018; 57: 14347-14354 .
본 발명은 저가의 염소산나트륨을 출발물질로 하여 기체상 이산화염소를 발생시키고 발생된 기체상 이산화염소가 반응덕트 내에서 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)과 완전한 산화반응을 하기에 충분한 시간동안 접촉을 유지할 수 있도록 하여 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)을 효과적으로 제거할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는,
질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)이 포함된 배기가스가 배출되는 배출통로에 구비되어 배기가스가 통과하면서 산화반응을 하게 되는 기체상 산화 반응덕트와; 상기 반응덕트에 기체상 이산화염소를 공급하는 기체상 이산화염소 발생기를 포함하는 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템으로서,
상기 기체상 산화 반응덕트는 상기 기체상 이산화염소 발생기에서 생성된 기체상 이산화염소를 상기 반응덕트 내로 공급하는 주입구와; 실리카겔, 제올라이트, 활성탄 중 1종 이상의 흡착제를 상기 반응덕트 내에 충전시켜 형성한 흡착제층과; 상기 주입구과 상기 흡착제층 사이에 형성되어 주입된 기체상 이산화염소 및 배기가스가 통과하게 되는 배플과 모세관이 구비된 원통형 관(M)을 포함하며,
상기 기체상 이산화염소 발생기는 염소산나트륨(NaClO3)을 출발물질로 해서 기체상 이산화염소(ClO2)를 발생시키고, 발생된 기체상 이산화염소를 상기 반응덕트에 구비된 주입기를 통해 상기 반응덕트로 공급하며,
상기 주입구를 통해 공급된 기체상 이산화염소는 상기 배플과 모세관이 구비된 원통형관을 통과해서 흡착제층에 흡착되고,
상기 반응덕트로 유입되는 배기가스는 상기 배플(B)과 모세관이 구비된 원통형관과 흡착제층을 통과하면서 상기 배기가스 중에 함유된 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)이 기체상 이산화염소와 기체-기체 산화반응을 하되, 상기 배기가스는 함유된 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)이 완전한 산화반응을 하기에 충분한 시간동안 반응덕트에 머무르며 상기 흡착제 표면 및 기공에서 기체상 이산화염소와 산화반응을 하며,
상기 함유된 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 산화반응이 완료된 배기가스는 반응덕트 밖으로 배출되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에서는,
염소산나트륨(NaClO3)을 출발물질로 해서 기체상 이산화염소(ClO2)를 발생시키는 단계;
배기가스가 배출되는 배출통로에 구비되고, 실리카겔, 제올라이트, 활성탄 중 1종 이상의 흡착제가 충전되어 있는 반응덕트에. 상기 발생된 기체상 이산화염소(ClO2)를 투입하는 단계;
상기 흡착제가 충전된 반응덕트(D)에 배기가스가 유입되는 단계;
상기 반응덕트로 유입된 배기가스가 반응덕트를 통과하면서 상기 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)이 흡착제 표면 및 기공에서 기체상 이산화염소와 기체-기체 산화반응을 하는 단계를 포함하는, 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거방법을 제공한다.
본 발명은 친환경성 산화제인 이산화염소를 기체 상태로 이용함으로써 종래 사용되는 이산화염소 수용액이 물에 불용성인 NO를 제거하지 못하는 문제점을 해결하고 기체-기체 산화반응으로 질소산화물(NOx)과 이산화황(SO2)을 동시에 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 기체상 이산화염소를 반응덕트 내에 충전된 흡착제에 흡착시켜 흡착제의 표면 및 기공에서 배기가스에 함유된 질소산화물 및 이산화황과 완전한 산화반응을 하기에 충분한 시간동안 접촉하도록 하여 매우 높은 효율로 배기가스 중의 질소산화물과 이산화황을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 이산화염소를 제조하는 원료로 고가의 아염소산나트륨(NaClO2) 대신 저가의 염소산나트륨(NaClO3)을 사용하여 비용을 크게 절감할 수 있다. 뿐만 아니라 이산화염소가 산소에 의한 NO의 NO2로의 산화를 촉진시킴으로써 적은 양의 이산화염소를 사용하여도 높은 효과를 얻을 수 있어, 효과나 비용 모든 면에서 매우 유리하다.
특히, 화학적으로 이산화염소와 산소를 동시에 발생시키는 공정으로 진행시킬 수 있는데, 효과와 비용면에서 더욱 유리하다.
또한, 이산화염소 기체를 아토마이징 스프레이 등을 활용하여 반응덕트에 주입하여 산화반응성을 높일 수 있고, 덕트 내에 배플과 작은 틸트된 모세관이 배치된 원통형 관을 설치하여 제거효율을 높일 수 있다. 또한 소형 소각로와 같이 적은 설치면적을 요구하는 경우 반응덕트를 스크러버 안에 배치하여 산화반응과 분해흡수반응을 하나의 스크러버 형태의 수직 간편 유니트에서 동시에 수행하게 할 수 있다.
본 발명에서 '완전한 산화반응'이란 반응덕트에 유입된 배기가스 중에 함유된 NO의 97% 이상이 NO2 또는 질산(HNO3) 또는 아질산(HNO2)으로 변환되고, SO2의 97% 이상이 SO3로 또는 황산(H2SO4)으로 변환되는 것으로 정의된다.
도 1은 배기가스 혼합물과 흡착제에 흡착된 기체상 이산화염소와의 산화 반응이 일어나는 반응덕트(Duct Mix)를 나타낸 것이다. (A)는 아토마이저, (B)는 배플, (D)는 반응덕트, (F)는 팬, (H)는 측정 및 가스 포집 구멍, (R)은 흡착제층, (S)는 미세 구멍 주입기, (M)은 틸트(tilt)된 미세유리관이다.
도 2는 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)를 제거하기 위하여 구성된 흡착제에 흡착된 기체상 이산화염소를 활용한 산화처리시스템(수평 시스템)을 나타낸 것이다. 도 2에서 (1)은 가습기, (2)는 가열 및 냉각기, (3)은 이산화염소 발생기, (4)는 진공펌프, (5)는 반응덕트, (6)은 ??처, (7)은 가성소다 저장 탱크, (8)은 가성 소다수 공급 탱크, (9)는 배수관, (10)은 스크러버, (11)은 약액 공급 탱크, (12)는 가성 소다 저장 탱크, (13)은 아황산 나트륨 저장 탱크이다.
도 3은 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)를 제거하기 위하여 구성된 흡착제에 흡착된 기체상 이산화염소를 활용한 산화처리시스템(수직 간편 시스템)을 나타낸 것이다. 도 3에서 (1)은 가습기, (2)는 가열 및 냉각기, (3)은 스크러버, (4)는 기체 상승 유니트, (5)는 반응덕트, (6)은 진공펌프, (7)은 이산화염소 발생기, (8)은 배수관, (9)는 약액 공급 탱크, (10)은 가성 소다수 공급 탱크, (11)은 아황산 나트륨 저장 탱크이다.
배기가스와 이산화염소(산화제) 및 산소의 가스상 반응을 살펴보면 다음과 같다.
배기가스는 주로 NO로 구성되어 있으나 NO2가 열역학적으로 안정하므로 시간이 경과함에 따라 모든 NO는 NO2로 전부 산화된다.
2NO (기체) + O2 (기체) → 2NO2 (기체)
그러나 상기 반응은 속도가 느리나, 압력이 증가하거나 이산화염소와 같은 산화제가 첨가될 경우 반응이 신속하게 진행된다.
기체상태의 이산화염소는 강력한 산화제로서 NO를 NO2로 산화시키는 동시에 상기 NO와 O2의 반응도 촉진한다.
NO (기체) + ClO2 (기체) → NO2 (기체) + ClO (기체)
2NO (기체) + 2ClO (기체) → 2NO2 (기체) + Cl2 (기체)
이때 기체상 수증기가 존재할 경우 기체상 질산(HNO3)과 아질산(HNO2)이 생성된다.
3NO2 (기체) + H2O (기체) → 2HNO3 (기체)+ NO (기체)
NO (기체) + NO2 (기체) + H2O (기체) → 2HNO2 (기체)
SO2의 경우도 NO의 경우와 동일하게 시간이 경과함에 따라 모든 SO2는 SO3로 전부 산화된다.
2SO2 (기체) + O2 (기체) → 2SO3 (기체)
이때 기체상의 SO2는 ClO와 반응하여 SO3를 생성하고 기체상의 수증기와 반응하여 황산(H2SO4)으로 변환된다.
2SO2 (기체) + 2ClO (기체) → 2SO3 (기체) + Cl2 (기체)
SO3 (기체) + H2O (기체) → H2SO4 (기체)
그러나 SO2의 경우는 NO의 경우와 달리 물에 대한 용해도가 비교적 높기 때문에 습식반응으로도 쉽게 제거될 수 있다.
5SO2 + 2ClO2 + 6H2O → 5H2SO4 (수용액)+ 2HCl(수용액)
상기 여러 기체반응에서 기체상 이산화염소와 NO, SO2 등 제거대상 기체의 산화반응이 완결되게 진행되는 것이 중요하다. 일반적으로 기체-기체반응은 상호 만나고 접촉하는 시간에 비례하므로, 기체상 이산화염소와 NO 및 SO2 기체가 충분한 시간 동안 접촉하도록 보장해주는 것이 매우 필요하다.
본 발명에서는 저가의 염소산나트륨을 출발물질로 사용하여 기체상 이산화염소를 발생시키고 발생된 기체상 이산화염소를 반응덕트 내 흡착제에 흡착시켜 흡착제 표면과 기공에서 완전한 산화반응을 하기에 충분한 시간동안 기체상 이산화염소와 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)이 접촉하도록 한다.
본 발명의 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거방법은, 염소산나트륨(NaClO3)을 출발물질로 해서 기체상 이산화염소(ClO2)를 발생시키는 단계; 배기가스가 배출되는 배출통로에 구비되고, 실리카겔, 제올라이트, 활성탄 중 1종 이상의 흡착제가 충전되어 있는 반응덕트에. 상기 발생된 기체상 이산화염소(ClO2)를 투입하는 단계; 상기 흡착제가 충전된 반응덕트(D)에 배기가스를 투입하는 단계; 그리고 상기 반응덕트로 유입된 배기가스가 반응덕트를 통과하면서 상기 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)이 흡착제 표면 또는 흡착제 사이의 기공에서 기체상 이산화염소와 기체-기체 산화반응을 하는 단계를 포함한다.
질소산화물, 특히 산화질소(NO)는 물에 불용성이므로 이산화염소 수용액을 사용하는 경우 제거하기 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 기체 형태의 이산화염소를 사용한다. NO는 기체 형태의 이산화염소와 기체-기체 산화반응으로 제거된다.
상기 기체상 이산화염소(ClO2)를 발생시키는 단계는 값이 저렴한 원료인 염소산나트륨(NaClO3)을 출발물질로 해서 다음 반응식 중 선택된 방법으로 기체상태의 이산화염소를 제조할 수 있다.
(1) 2NaClO3 + H2O2 + H2SO4 → 2ClO2 + O2 + Na2SO4 + H2O
(2) 2NaClO3 + SO2 + H2SO4 → 2ClO2 + 2NaHSO4
(3) 4NaClO3 + C12H22O11 + 24H2SO4 → 48ClO2 + 12CO2 + 4Na2SO4 + 3H2O
(4) 6NaClO3 + CH3OH + H2SO4 → 6ClO2 + CO2 + 2Na3H(SO4)2 + 5H2O
(5) 2NaClO3 + NaCl + 4H2SO4 → 2ClO2 + Cl2 + 4NaHSO4 + H2O
(6) 2NaClO3 + 4HCl → 2ClO2 + Cl2 + 2NaCl + 2H2O
보통 고농도 염소산나트륨(NaClO3 , 99%, 85만원/ton)은 저농도 아염소산나트륨(NaClO2, 23% 아염소산나트륨, 170만원/ton)에 비해 상당히 저렴하다. 아염소산나트륨을 사용한 중형 소각로의 경우 연간처리비용이 3억원을 상회하는 반면, 본 발명에서와 같이 고농도 염소산나트륨을 사용하는 경우 이산화염소 100㎏을 생산하는데 드는 비용이 평균 20만원이므로 시간당 2.85㎏, 생산비는 4,930만원/년으로 환산되어 상기 전기분해 방식에 비해 6.5배 저렴한 장점이 있다.
상기 방법 중 (1)의 반응식으로 염소산나트륨, 과산화수소 및 황산을 반응시켜 이산화염소와 산소를 동시에 생성하는 방법을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이 방법에 의하면, 생성물로 이산화염소와 산소가 동시에 발생되므로 산소에 의해 NO의 NO2로의 산화가 촉진되고, 산소에 의한 산화를 이산화염소가 촉진하여 산화력이 증가되며, 저렴한 염소산나트륨을 원료로 사용하고 적은 양의 이산화염소를 사용하게 되므로 저렴한 비용으로 배기가스 중의 질소산화물과 이산화황을 동시에 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 기체상 이산화염소와 처리대상인 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)이 반응덕트에서 완전한 산화반응을 하기에 충분한 시간동안 접촉할 수 있도록 하기 위하여, 발생된 이산화염소를 반응덕트 내에 설치된 흡착제층에 흡착되게 함으로써 흡착제층의 표면과 미세기공에서 기체상 이산화염소와 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)이 충분한 시간동안 산화반응을 할 수 있도록 한다.
이산화염소 기체와 처리대상인 배기가스 중 NO 및 SO2 기체가 단순하게 덕트를 통과하게 될 경우에는 만나서 접촉할 시간이 충분히 확보되지 않아 산화반응이 완결되지 못하고 반응을 완결시키기 위해서는 덕트 길이가 너무 길어지는 문제점이 있었다.
흡착제로는 실리카겔, 제올라이트, 활성탄(그래늄 타입) 등을 사용할 수 있다. 실리카겔을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 흡착제는 반응덕트 내에 반응덕트 길이의 1/3 내지 2/3로 충전되는 것이 바람직하며, 1/2로 충전되는 것이 보다 바람직하다.
상기 기체상 이산화염소를 투입하는 단계는, 배기가스 중에 함유된 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)을 산화시키기 위해 필요한 기체상 이산화염소의 계산량 보다 10~30% 정도 과량으로 기체상 이산화염소를 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템은, 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)이 포함된 배기가스가 배출되는 배출통로에 구비되어 배기가스가 통과하면서 산화반응을 하게 되는 기체상 산화 반응덕트와; 상기 반응덕트에 기체상 이산화염소를 공급하는 기체상 이산화염소 발생기를 포함한다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 기체상 산화 반응덕트의 바람직한 일 실시예이다. 기체상 산화 반응덕트(D)는 상기 기체상 이산화염소 발생기에서 생성된 기체상 이산화염소를 상기 반응덕트 내로 공급하는 주입구와; 실리카겔, 제올라이트, 활성탄 중 1종 이상의 흡착제를 상기 반응덕트 내에 충전시켜 형성한 흡착제층과; 상기 주입구과 상기 흡착제층 사이에 형성되어 주입된 기체상 이산화염소 및 배기가스가 통과하게 되는 배플과 모세관이 구비된 원통형 관(M)을 포함한다.
바람직하게는, 기체상 이산화염소는 주입구에 구비된 아토마이저(A)를 통해 상기 반응덕트로 공급된다. 도 1에서와 같이, 반응덕트는 기체상 이산화염소와 산소가 아토마이저(A)를 활용하여 T자관을 통해 주입되어 미세한 구멍들을 통해 반응덕트(D)로 유입된다(S). 배기가스 성분과 이산화염소 기체 및 산소가 덕트에서 효과적으로 상호반응(산화)을 일으키게 하기 위해 배플(B)과 아주 작은 모세관(각기 다른 방향으로 틸트되어 있음)이 배치된 원통형 관(M)을 거치고 흡착제층(R)에 흡착된다. 유입되는 배기가스 성분 중 NO 및 SO2와 충분한 시간동안 흡착제 표면 및 미세구멍(R)에서 산화반응을 완결한 후 풍력팬(F)을 통해 반응덕트 밖으로 이송된다.
도 2와 같이, 기체상 이산화염소 발생기는 반응덕트 외부에 별도로 위치하며 염소산나트륨(NaClO3)을 출발물질로 해서 기체상 이산화염소(ClO2)를 발생시키고, 발생된 기체상 이산화염소를 상기 반응덕트에 구비된 주입기를 통해 상기 반응덕트로 공급한다.
상기 주입구를 통해 공급된 기체상 이산화염소는 상기 배플과 모세관이 구비된 원통형관을 통과해서 흡착제층에 흡착된다.
또한, 상기 반응덕트로 유입되는 배기가스는 상기 배플(B)과 모세관이 구비된 원통형관과 흡착제층을 통과하게 되고, 그 과정에서 배기가스 중에 함유된 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)이 기체상 이산화염소와 기체-기체 산화반응을 하게 된다. 배기가스는 함유된 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)이 완전한 산화반응을 하기에 충분한 시간동안 반응덕트에 머무르며 상기 흡착제 표면 또는 흡착제 사이의 기공에서 기체상 이산화염소와 산화반응을 하고, 산화반응이 완료된 배기가스는 반응덕트 밖으로 배출된다.
본 발명의 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템은, 바람직하게는 상기 반응덕트의 앞쪽 배출통로에는 유입되는 배기가스에 수증기를 투입하기 위한 가습기와, 유입된 배기가스의 온도를 조절하기 위한 가열 및 냉각기를 더 포함시키고, 상기 반응덕트의 뒤쪽 배출통로에는 처리가스가 이송되는 ??처와 상기 ??처에 약품을 공급하기 위한 약품저장탱크(7)를 더 포함시켜 시스템을 구성할 수 있다.
상기 가습기는 반응덕트 쪽으로 유입되는 배기가스에 수증기를 투입하고, 상기 가열 및 냉각기로 유입되는 배기가스의 온도를 조절한다.
상기 ??처(6)는 반응덕트 밖으로 이송된 처리가스의 온도를 조절하고, 기체상 이산화염소와 산소에 의한 산화반응의 결과물인 염산과 질산을 상기 약품저장탱크(7)로부터 가성소다(NaOH)를 공급받아 중화시키게 된다.
??처(6)에서 중화반응을 거친 배기가스는 스크러버(10)로 이송되어, 반응하고 남은 이산화염소 기체는 아황산나트륨(Na2SO3)(13)을 이용하여 분해되고 잉여의 염산과 질산은 가성소다(12) 수용액으로 중화된다. 이러한 반응들의 반응식은 다음과 같다.
5Na2SO3 + 2ClO2 + H2O → 5Na2SO4 + 2HCl
HCl + NaOH → NaCl + H2O
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
이송되는 기체와 스크러버 약액이 충분히 접촉하도록 스크러버 내부에 보로실리케이트 재질의 6mm×6mm 라시히(Raschig) 링 등을 활용한다.
폐액은 배수관(9)을 통해 폐수처리시설로 이동된다.
반응덕트로 이송되기 전(Inlet)의 NO, NO2 및 SO2 농도와 스크러버(10)에서 최종 처리된 기체혼합물(Outlet)에서의 NO, NO2 및 SO2 농도를 측정기로 확인하여 처리효율을 검증한다.
이러한 본 발명 제거 시스템의 바람직한 실시예는 도 2 및 도 3과 같다.
도 2는 흡착제층에 흡착된 이산화염소 기체를 이용하여 배기가스 중의 질소산화물과 이산화황을 제거하는 산화처리시스템(수평시스템)의 일 예이다.
반응에 필요한 소량의 수증기를 투입하기 위하여 가습기(1)를 배치한다. 처리대상 배기가스는 온도를 조절하기 위한 가열 및 냉각기(2)를 거쳐 반응덕트(5)로 상온에서 주입된다. 이산화염소 발생기(3)에서 생성되는 이산화염소 기체와 산소가 동시에 반응덕트(5)로 투입되어 유입되는 배기가스 성분과 기체상 산화반응을 한다.
이때 이산화염소 발생기(3)에서 생성된 기체상 이산화염소는 진공펌프(4)를 사용하여 투입하는데, 일반적으로 사용하는 공기를 주입하여 퍼징(purging)하는 방법에 비해 간편하고 정확도가 높다. 진공펌프를 이용하여 발생기에서 올라오는 기체상 이산화염소를 보다 효과적으로 배기가스 성분(NO 및 SO2)과 반응시키기 위하여 아토마이징 스프레이(atomization spray)방식을 채용하는 것이 바람직하다. 이산화염소 기체를 아토마이징 스프레이를 활용하여 덕트에 주입하면 산화반응성이 높아진다.
반응덕트로 이산화염소 발생기에서 생성되는 이산화염소 기체와 산소가 동시에 투입되어 유입되는 배기가스 혼합물 성분과 산화반응을 한다. 이때 이산화염소는 유입되는 배기가스와 충분히 반응할 수 있도록 20~30% 과량을 투입하는 것이 바람직하다.
도 3은 흡착제층에 흡착된 이산화염소 기체를 이용하여 배기가스 중의 질소산화물과 이산화황을 제거하는 산화처리시스템(수직 간편 시스템)의 일 예이다.
도 3의 산화처리시스템(수직 간편 시스템)은 중소형 소각시설 등의 배기가스량 및 처리 시설 면적 등을 고려하여 처리 시스템을 소형화 및 간편화하기 위해 반응덕트를 스크러버 내에 배치한다. 스크러버 하단에 배치된 반응덕트에서, 발생기를 통해 주입되는 기체상 이산화염소(산소 포함)가 흡착제층에 흡착되고, 유입되는 NO 및 SO2와 충분한 시간동안 접촉하여 산화반응을 완결한다, 산화반응이 완결된 후 처리된 기체는 위로 이송되어 스크러버의 상단에서 2단으로 가성소다 수용액과 아황산나트륨 수용액으로 처리된 후 최종 배출된다.
수평 시스템과 동일하게 이산화염소 발생기(7)에서 제조되는 이산화염소 기체는 진공펌프(6)를 이용하여 덕트(5)로 보내진다. 덕트에서 미세구멍을 통해 아토마이저로 공급된 이산화염소는 흡착제층에 흡착되고, 유입되는 NO 및 SO2와 충분한 시간동안 접촉하여 산화반응을 완결한 후 처리된 기체는 위로 이송되고, 위로 이송된 처리후 기체는 스크러버(3)의 상단에서 2단으로 가성소다 수용액과 아황산나트륨 수용액으로 처리된 후 최종 배출된다. 이때도 이송되는 기체와 스크러버 약액의 충분한 접촉을 보장하기 위하여 스크러버 내부에 라시히 링 등이 활용된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이들은 본 발명을 예시하는 것으로서 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
배기가스 중 질소산화물(NOx)과 이산화황(SO 2 ) 제거(저감) 실험
배기가스 성분인 NO, NO2, SO2, 및 질소, 탄산가스 봄베(NO: RIGAS Certification Number 1911PRJ1962, NO2: RIGAS Certification Number 1911PRJ01963, SO2: RIGAS Certification Number 1911PRJ1964)를 활용하여 처리대상 가스 혼합물을 구성하였다. 질소와 탄산가스는 100% 충전하고, NO, NO2 및 SO2는 질소와 혼합하여 봄베에 각각 700ppm을 충전하였으며, 유속 6ℓ/분으로 공급하였다(유량계 Dwyer Instrument, RATE MASTER). 배기가스 성분 혼합물은 상온(25℃)에서 주입하였다.
질소와 혼합하여 봄베에 700ppm 충전하기 위하여 NO는 측정기 상에서 100ppm(v/v){1몰 NO의 부피가 22.4ℓ이므로, 100ppm×30(NO분자량)/22.4ℓ = 133.9㎎/ℓ}으로 실험에 투입하였고, NO2는 측정기 상에서 5ppm(v/v){1몰 NO2의 부피가 22.4ℓ이므로, 5ppm×46(NO분자량)/22.4ℓ = 10.3mg/ℓ}을 투입하였다. SO2는 측정기 상에서 50ppm(v/v)(1몰 SO2의 부피가 22.4ℓ이므로, 50ppm×64(NO분자량)/22.4ℓ = 142.9mg/ℓ)을 투입하여 실험하였다.
반응덕트로 이송되기 전(Inlet)의 NO, NO2 및 SO2 농도를 측정하기 위한 측정기로는 중국 Hunan Guorui Instrument 사의 GRI-9106-E-50ppm을 사용하였고, 스크러버에서 최종처리된 기체혼합물(Outlet)에서의 NO, NO2 및 SO2 농도를 측정하기 위한 측정기로는 동사의 GRI-9106-E- 500ppm을 사용하였다. 측정기 내의 수분유입을 방지하기 위한 전처리 유니트도 사용하였다
수증기를 투입하기 위하여 가습기를 배치하였고, 혼합된 기체 구성물의 온도를 조절하기 위한 가열 및 냉각기를 거쳐 반응덕트로 상온에서 주입하였다.
반응덕트로 이산화염소 발생기에서 생성되는 이산화염소 기체와 산소가 동시에 투입되어 유입되는 배기가스 혼합물 성분과 반응(산화)하였다. 이산화염소는 유입되는 NO 133.9mg/ℓ와 충분히 반응할 수 있도록 20% 여분을 추가하였다(NO 1g당 이산화염소 0.9g이 소요). 실험에서 이산화염소 기체는 유속 6ℓ/분으로 진공펌프 및 투입관을 조절하여 공급하였다.
기체상 이산화염소는 133.9mg/ℓ의 NO에 맞게 (이산화염소 1몰의 부피가 22.4ℓ) 측정기 상에서 48.0ppm(v/v) {133.9mg×1.2×0.9×22.4ℓ/67.45(분자량)} 투입하였다. 투입되는 이산화염소 농도는 GUO RUI Instrument사의 code :90271000.90(0~1,000ppm)를 사용하였다. 이산화염소 발생기에서 반응덕트로 주입될때는 code :90271000.90 (0~1,000ppm) 측정기를 사용하였고, 스크러버 처리 후에 설치된 측정기는 code :90271000.90 (0~200 ppm)을 사용하였다.
반응덕트는 재질이 FRP로 원통형이고 도 1과 같이 기체상 이산화염소와 산소가 T자관을 통해 주입되어 티타늄 재질의 미세한 구멍들을 통해 덕트로 유입되었다. 이때 발생기로부터 기체상 이산화염소의 투입은 건식 진공펌프를 사용하였다. 진공펌프를 이용하여 발생기에서 올라오는 기체상 이산화염소를 보다 효과적으로 배기가스 성분(NO 및 SO2)과 반응시키기 위하여 아토마이징 스프레이방식을 채용하였다.
흡착제로는 실리카겔을 사용하였다. 실리카겔 층의 길이는 반응덕트 길이의 1/2 로서, 본 실시예의 경우, 덕트는 길이 40cm, 직경은 10cm로 설치하였다. 배기가스 성분 혼합 기체와 이산화염소 기체 및 산소가 반응덕트에서 상호반응(산화)을 효과적으로 일으키게 하기 위해 도 1에서와 같이 아주 작은 유리 모세관(각기 모두 다른 방량으로 틸트됨)이 배치된 원통형 관을 거치고 실리카겔 층에서 흡착되도록 하였다. 유입되는 배기가스는 배기가스 주성분 NO 및 SO2와 기체상 이산화염소가 충분한 시간 동안 실리카겔 표면과 미세구멍에서 산화반응을 완결한 후 풍력팬을 통해 ??처로 이송되었다. ??처는 이송된 기체들의 온도를 조절하고 기체상 이산화염소와 산소에 의한 산화반응 결과물인 염산과 질산을 1차적으로 중화시킨다.
약품 저장 탱크에 배치된 가성소다로 중화작업을 하고 그 수용액은 저장탱크를 통해 ??처에 공급하였다. ??처에서 중화반응을 거친 기체 혼합물은 스크러버로 이송되어 반응하고 남은 이산화염소 기체는 아황산나트륨으로 분해되고 잉여의 염산과 질산은 가성소다 수용액으로 중화시켰다.
이송되는 기체와 스크러버 약액의 충분한 접촉을 보장하기 위하여, 스크러버 내부에 보로실리케이트 재질의 6mm×6mm 라시히 링을 사용하였다. 폐액은 배수관을 통해 폐수처리시설로 이동시켰다.
반응덕트로 이송되기 전(Inlet)의 NO, NO2 및 SO2 농도는 각각 100ppm(v/v), 5ppm(v/v) 및 50ppm(v/v)으로 측정되었고, 스크러버에서 최종 처리된 기체 혼합물(Outlet)에서의 NO, NO2 및 SO2 농도는 각각 3ppm(v/v), 0ppm(v/v) 및 0ppm(v/v)으로 측정기로 확인되었다.
따라서, 본 발명의 실리카겔에 흡착된 기체상 이산화염소를 활용한 배기가스 중 NOx 및 SO2 제거 시스템의 처리효율은 NO는 97%, NO2 및 SO2는 100%로 확인되어 질소산화물과 이산화황의 제거효과가 매우 우수한 것을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)이 포함된 배기가스가 배출되는 배출통로에 구비되어 배기가스가 통과하면서 산화반응을 하게 되는 기체상 산화 반응덕트와; 상기 반응덕트에 기체상 이산화염소를 공급하는 기체상 이산화염소 발생기를 포함하는 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템으로서,
    상기 기체상 산화 반응덕트는 상기 기체상 이산화염소 발생기에서 생성된 기체상 이산화염소를 상기 반응덕트 내로 공급하는 주입구와; 실리카겔, 제올라이트, 활성탄 중 1종 이상의 흡착제를 상기 반응덕트 내에 충전시켜 형성한 흡착제층과; 상기 주입구과 상기 흡착제층 사이에 형성되어 주입된 기체상 이산화염소 및 배기가스가 통과하게 되는 배플과 모세관이 구비된 원통형 관(M)을 포함하며,
    상기 기체상 이산화염소 발생기는 염소산나트륨(NaClO3)을 출발물질로 해서 기체상 이산화염소(ClO2)를 발생시키고, 발생된 기체상 이산화염소를 상기 반응덕트에 구비된 주입기를 통해 상기 반응덕트로 공급하며,
    상기 주입구를 통해 공급된 기체상 이산화염소는 상기 배플과 모세관이 구비된 원통형관을 통과해서 흡착제층에 흡착되고,
    상기 반응덕트로 유입되는 배기가스는 상기 배플(B)과 모세관이 구비된 원통형관과 흡착제층을 통과하면서 상기 배기가스 중에 함유된 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)이 기체상 이산화염소와 기체-기체 산화반응을 하되, 상기 배기가스는 함유된 질소산화물(NOx) 및 이산화황(SO2)이 완전한 산화반응을 하기에 충분한 시간동안 반응덕트에 머무르며 상기 흡착제 표면 및 기공에서 기체상 이산화염소와 산화반응을 하며,
    상기 함유된 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 산화반응이 완료된 배기가스는 반응덕트 밖으로 배출되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응덕트의 앞쪽 배출통로에는 유입되는 배기가스에 수증기를 투입하기 위한 가습기와, 유입된 배기가스의 온도를 조절하기 위한 가열 및 냉각기가 더 포함되고,
    상기 반응덕트의 뒤쪽 배출통로에는 처리가스가 이송되는 ??처와 상기 ??처에 약품을 공급하기 위한 약품저장탱크(7)가 더 포함되며,
    상기 가습기로 유입되는 배기가스에 수증기를 투입하고, 상기 가열 및 냉각기로 유입되는 배기가스의 온도를 조절하며,
    상기 ??처는 이송된 기체들의 온도를 조절하고 상기 약품저장탱크(7)로부터 가성소다(NaOH)를 공급받아 이송된 처리가스에 함유된 염산과 질산을 중화시키는 것을 특징으로 하는, 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기체상 이산화염소 발생기는 아래 반응식 1의 방법으로 기체상 이산화염소(ClO2)와 산소를 동시에 발생시키고, 기체상 이산화염소(ClO2)와 산소를 동시에 상기 반응덕트로 공급하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템.
    [반응식 1]
    2NaClO3 + H2O2 + H2SO4 → 2ClO2 + O2 + Na2SO4 + H2O,
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡착제는 실리카겔인 것을 특징으로 하는, 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기체상 이산화염소는 주입구에 구비된 아토마이저를 통해 상기 반응덕트로 공급되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모세관은 각기 다른 방향으로 틸트되어 있는 것을 특징으로 하는, 배기가스 중의 질소산화물(NOx) 또는 이산화황(SO2)의 제거 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
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