KR102330690B1 - 배출가스 복합 처리 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 처리대상 배출가스에 산화제를 투입하여 상기 처리대상 배출가스에 함유된 일산화질소를 산화시키는 산화 처리부; 상기 산화 처리부로부터 배출되는 산화 처리 가스가 유입되는 흡기구와 연통되는 가스 도입 공간과, 가스가 배출되는 배기구와 연통되는 반응 공간과, 상기 가스 도입 공간과 상기 반응 공간의 아래에서 상기 가스 도입 공간 및 상기 반응 공간과 연통되는 연결 공간을 제공하고, 상기 산화 처리 가스에 포함된 처리대상 성분을 처리하는 가스 처리조; 및 상기 가스 처리조로부터 가스를 배출시키는 배기 팬을 포함하며, 상기 가스 처리조는, 상기 반응 공간에서 아래로부터 위로 차례대로 배치되는 복수개의 가스 처리부들을 구비하며, 상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 가스 처리조 내에서 상기 가스 처리부들을 아래로부터 위로 차례대로 유동하여 상기 배기구를 통해 배출되며, 상기 복수개의 가스 처리부들 각각은, 상기 가스 처리부의 내부 공간을 하부 공간과 처리수를 수용하는 상부 공간으로 분할하는 바닥판과, 상기 바닥판으로부터 돌출되어서 상기 하부 공간으로 유입된 가스를 상기 상부 공간으로 위를 향해 분사하는 가스 분사노즐과, 상기 가스 분사노즐의 위에 배치되어서 상기 가스 분사노즐로부터 분사된 가스가 충돌하는 제1 충돌판을 구비하는, 배출가스 복합 처리 설비가 제공된다.

Description

배출가스 복합 처리 설비 {EXHAUST GAS COMPLEX TREATMENT EQUIPMENT}
본 발명은 배출가스 처리 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배출가스에 함유된 질소산화물, 황산화물 및 분진을 제거하는 배출가스 처리 설비에 관한 것이다.
보일러에서는 석탄 등의 화석연료와 과잉산소가 포함된 공기가 주입되어서 연소가 이루어지고, 연소 결과 석탄회, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물(NOX), 황산화물(SOX), 미연탄소분(HC) 등의 부산물이 열과 함께 발생하고, 반응하지 않은 질소와 산소가 잔류하게 된다.
이와 같이, 황을 함유한 연료가 연소할 때, 황은 재에 붙은 것을 제외하고 이산화황(SO2)의 형태로 대기로 방출된다. 이러한 이산화황은 대기오염을 유발하며 지구상에 산성비를 내리게 하여 환경에 해로운 영향을 미친다.
또한, 질소산화물은 주로 다양한 공정이 이루어지는 높은 온도에서 대기 중에 존재하는 기본 산소와 질소 사이에 반응하여 생성되며, 주로 일산화질소(NO)의 형태로 방출된다. 이러한 질소산화물은 산성비를 내리게할 뿐만 아니라 오존을 형성하고 광화학 스모그를 형성한다.
이에 따라, 환경보호 차원에서 대규모의 소각 시설 및 발전소 등에는 통상적으로 배출가스 중 질소산화물과 황산화물을 처리하기 위한 탈질장치와 탈황장치가 설치된다.
탈황장치 중 대부분은 습식배연 탈황장치이며, 습식 탈황 공정에 있어서, 배기가스는 석회와 같은 알칼리를 함유한 흡수 유체와 기체-액체 접촉하게 된고, 그에 따라 이산화황이 배출가스로부터 흡수되고 제거된다. 이때, 배출가스와 흡수유체의 기액접촉방법에 따라 다양하게 분류되지만 분무방식의 접촉방법이 많이 사용되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0105283호 (2019.09.17.)
본 발명의 목적은 배출가스에 함유된 질소산화물, 황산화물 및 분진을 효율적으로 제거할 수 있는 배출가스 복합 처리 설비를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 처리대상 배출가스에 산화제를 투입하여 상기 처리대상 배출가스에 함유된 일산화질소를 산화시키는 산화 처리부; 상기 산화 처리부로부터 배출되는 산화 처리 가스가 유입되는 흡기구와 연통되는 가스 도입 공간과, 가스가 배출되는 배기구와 연통되고 제1 가스 처리부가 설치되는 반응 공간과, 상기 가스 도입 공간과 상기 반응 공간의 아래에서 상기 가스 도입 공간 및 상기 반응 공간과 연통되는 연결 공간을 제공하고, 상기 산화 처리 가스 중 이산화질소를 포함한 처리대상 성분을 처리하는 마이크로버블 가스 처리조; 및 상기 가스 처리조로부터 가스를 배출시키는 배기 팬을 포함하며, 상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 가스 처리조 내에서 가스는 상기 가스 도입 공간, 상기 연결 공간, 상기 반응 공간을 차례대로 유동하여 상기 배기구를 통해 배출되며, 상기 제1 가스 처리부는, 상기 제1 가스 처리부의 내부 공간을 제1 하부 공간과 제1 처리수를 수용하는 제1 상부 공간으로 분할하는 제1 바닥판과, 상기 제1 하부 공간으로 유입된 가스를 상기 제1 상부 공간으로 위를 향해 분사하는 제1 가스 분사노즐과, 상기 제1 가스 분사노즐의 위에 배치되어서 상기 제1 가스 분사노즐로부터 분사된 가스가 충돌하는 제1 충돌판을 구비하며, 상기 제1 처리수는 상기 처리대상 성분과 반응하는 처리 성분을 포함하며, 상기 배기 팬이 작동을 시작하면 상기 제1 하부 공간의 가스가 상기 제1 상부 공간으로 분사되고, 상기 제1 처리수가 상기 제1 상부 공간으로 공급되어 상기 제1 상부 공간에 저수되되, 상기 제1 상부 공간으로 분사된 상기 제1 하부 공간의 가스로 인하여 상기 제1 상부 공간에 저수된 상기 제1 처리수가 중력에 의하여 상기 제1 가스 분사노즐을 통하여 하부로 유출되는 것이 방지되며, 상기 제1 충돌판이 상기 제1 처리수에 의하여 잠기면 상기 제1 가스 분사노즐로부터 분사되는 가스는 상기 제1 충돌판과 충돌하여 상기 제1 처리수 내에서 마이크로버블을 형성하여 상기 가스와 상기 제1 처리수 사이의 접촉시간 및 접촉면적을 증가시키는, 배출가스 복합 처리 설비가 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로, 산화 처리조에서 처리대상 배출가스에 함유된 일산화질소가 산화제와 반응하여 이산화질소로 산화되고, 산화 처리조에서 배출된 산화 처리 가스가 가스 처리조에 유입된 후 가스 처리조의 반응 공간을 상승하면서 가스 처리부를 통과하는 과정에서 마이크로버블 형태로 처리수와 접촉하여 환원제에 의한 환원 처리 및 중화제에 의한 중화흡수 처리가 수행되고, 가스 처리조에서 반응 공간으로 유입되기 전 탈진 처리수에 의해 분진이 포집되므로 탈진, 탈황 및 탈진 처리가 효율적으로 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 복합 처리 설비의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배출가스 복합 처리 설비에서 산화 처리부의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 배출가스 복합 처리 설비에서 산화 처리부의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 배출가스 복합 처리 설비에서 마이크로버블 가스 처리조를 탈진용 처리수 순환부, 환원용 처리수 순환부 및 흡수용 처리수 순환부와 함께 도시한 도면으로서, 배출가스에 대한 처리가 진행 중인 상태를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 배출가스 복합 처리 설비에서 마이크로버블 가스 처리조를 도시한 도면으로서, 배출가스에 대한 처리가 진행되기 전의 상태를 도시한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 포함된 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 분진을 제거하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 복합 처리 설비의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 복합 처리 설비(100)는, 유동 중인 처리대상 배출가스(G0)에 산화제를 투입하여 처리대상 배출가스(G0)에 함유된 일산화질소(NO)를 산화시키는 산화 처리부(110)와, 산화 처리부(110)로부터 배출되는 사전 산화 처리 가스(G1)를 마이크로버블(micro bubble)을 이용하여 처리하는 마이크로버블 가스 처리조(120)와, 마이크로버블 가스 처리조(120)로부터 가스를 배출시키는 배기 팬(120a)과, 탈진 처리를 위해 마이크로버블 가스 처리조(120)에 탈진 처리수(L)를 순환 공급하는 탈진용 처리수 순환부(140)와, 환원 처리를 위해 마이크로버블 가스 처리조(120)에 제1 가스 처리수(L1)를 순환 공급하는 제1 가스 처리수 순환부(150)와, 중화흡수 처리를 위해 마이크로버블 가스 처리조(120)에 제2 가스 처리수(L2)를 순환 공급하는 제2 가스 처리수 순환부(160)와, 가스 처리를 위한 환원제를 공급하는 환원제 공급부(170)와, 가스 처리를 위한 중화제를 공급하는 중화제 공급부(180)와, 마이크로버블 가스 처리조(120)를 거쳐서 최종적으로 배출되는 최종 처리 가스(G2)에서 액체 성분을 분리하는 처리 후 기액 분리기(190)와, 최종 처리 가스(G2)를 구성하는 성분들 각각의 농도를 측정하는 측정부(193)와, 산화 처리부(110)에서의 산화제 투입량, 환원제 공급부(170)에 의한 환원제 공급량 및 중화제 공급부(180)에 의한 중화제 공급량을 조절하는 제어부(196)를 포함한다.
산화 처리부(110)는 처리대상 배출가스(G0)에 함유된 일산화질소(NO)를 산화제와 반응시켜서 이산화질소(NO2)로 산화시킨다. 산화 처리부(110)로부터 배출되는 가스(G1)는 사전 산화 처리 가스로서 마이크로버블 가스 처리조(120)로 유입된다. 본 실시예에서 산화제로 이산화염소(ClO2)가 사용되는 것으로 설명한다. 산화제로서 이산화염소(ClO2)를 사용하고 이산화염소(ClO2)가 수용액 형태로 투입되는 경우에 일산화질소(NO)의 산화 반응식은 아래 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
5NO + 2ClO2 + H2O → 5NO2 + 2HCl
또한, 산화제로 이산화염소(ClO2)를 사용하는 경우에 산화 처리부(110)에서 아래 반응식 2와 같이 이산화황(SO2)이 제거될 수 있다.
[반응식 2]
5SO2 + 2ClO2 + 6H2O → 5H2SO4 + 2HCl
본 실시예에서는 산화제로 이산화염소(ClO2)가 사용되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 아염소산나트륨(NaClO2)이 사용될 수도 있다. 아염소산나트륨(NaClO2)은 다른 산화제에 비해 저가이고 독성이 낮다는 점에서 유리하다. 산화제로서 아염소산나트륨(NaClO2)을 사용하는 경우에 산화 처리부(110)에서 일산화질소(NO)의 산화 반응식은 아래 반응식 3과 같다.
[반응식 3]
NO + NaClO2 + H2O → NO2 + NaOCl + H2O
또한, 산화제로 아염소산나트륨(NaClO2)을 사용하는 경우에 산화 처리부(110)에서 아래 반응식 4-1과 반응식 4-2와 같이 이산화황(SO2)이 제거될 수 있다. 이 경우 별도의 후처리가 필요없다는 점에서 유리하다.
[반응식 4-1]
SO2 + NaClO2 + H2O → H2SO4 + NaOCl
[반응식 4-2]
2SO2 + NaClO2 + 2H2O → 2H2SO4 + NaOCl
산화제로서 차아염소산나트륨(NaClO)이 사용될 수도 있다. 산화제로서 차아염소산나트륨(NaClO)을 사용하는 경우에 산화 처리부(110)에서 일산화질소(NO)의 산화 반응식은 아래 반응식 5와 같다.
[반응식 5]
NO + ClO- + H2O → NO3 - + 2H+ + Cl-
또한, 산화제로 차아염소산나트륨(NaClO)을 사용하는 경우에 산화 처리부(110)에서 아래 반응식 6과 같이 이산화황(SO2)이 제거될 수 있다.
[반응식 6]
SO2 + ClO- + H2O → SO4 -2 + 2H+ + Cl-
산화제로서 과망간산칼륨(KMnO4)이 사용될 수도 있다. 산화제로서 과망간산칼륨(KMnO4)을 사용하는 경우에 산화 처리부(110)에서 일산화질소(NO)의 산화 반응식은 아래 반응식 7과 같다.
[반응식 7]
4NO + 2KMnO4 - + 2H2O → 4NO3 - + 4H+ + 2MnO2
또한, 산화제로 과망간산칼륨(KMnO4)을 사용하는 경우에 산화 처리부(110)에서 아래 반응식 8과 같이 이산화황(SO2)이 제거될 수 있다.
[반응식 8]
2SO2 + 2KMnO4 - + 2H2O → 2SO4 -2 + 4H+ + 2MnO2
도 2에는 산화 처리부(110)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 산화 처리부(110)는 처리대상 배출가스(G0)에 함유된 일산화질소(NO)와 산화제가 반응하는 산화 반응기(101)와, 산화 반응기(101)로부터 배출되는 가스에서 미반응 산화제를 포함하는 액체 성분을 분리하는 기액 분리기(104)와, 산화제 수용액이 저장되는 산화제 저장탱크(106)와, 산화 반응기(101)와 기액 분리기(104)로부터 배출된 산화제 수용액이 저장되는 미반응 산화제 저장조(107)와, 산화제 수용액을 산화 반응기(101)로 공급하는 산화제 공급 펌프(108)를 구비한다.
산화 반응기(101)는 처리대상 배출가스(G0)에 함유된 일산화질소(NO)를 산화제를 이용하여 산화시킨다. 산화 반응기(101)는 반응 케이스(102)와, 산화제 분무 노즐(103)을 구비한다.
반응 케이스(102)는 내부에 일산화질소(NO)와 산화제가 반응하는 산화 반응 공간(102a)을 제공한다. 산화 반응 공간(102a)에서 일산화질소(NO)가 산화제와 반응하여 이산화질소(NO2)로 산화된다. 산화 반응 공간(102a)은 처리대상 배출가스(G0)의 유동방향을 따라 연장되어서 처리대상 배출가스(G0)가 유동하는 통로의 역할도 한다.
산화제 분무 노즐(103)은 반응 케이스(102)의 내부에 형성된 산화 반응 공간(102a)에 설치되어서 산화제 수용액을 스프레이 형태로 분무한다. 본 실시예에서는 산화제 분무 노즐(103)이 산화제 수용액을 처리대상 배출가스(G0)의 유동방향과 반대방향으로 분무하는 것으로 설명한다. 산화 반응 공간(102a)에서 일산화질소(NO)와 반응하지 않은 미반응 산화제는 배출되어서 미반응 산화제 저장조(107)에 저장된다.
기액 분리기(104)는 산화 반응기(101)보다 처리대상 배출가스(G0)의 유동방향 하류에 위치하여, 산화 반응기(101)로부터 배출되는 가스에서 미반응 산화제를 포함하는 액체 성분을 분리한다. 본 실시예에서 기액 분리기(104)는 원심분리기인 것으로 설명한다. 기액 분리기(104)에서 분리된 액체 성분은 미반응 산화제를 포함하는 산화제 수용액으로서, 미반응 산화제 저장부(107)에 저장된다.
산화제 저장탱크(106)에는 산화제 수용액이 저장된다. 산화제 저장탱크(106)에 저장된 산화제 수용액은 산화제 공급 펌프(108)에 의해 산화제 분무 노즐(103)로 공급된다.
미반응 산화제 저장조(107)에는 산화 반응기(101)와 기액 분리기(104)로부터 배출된 미반응 산화제를 포함하는 산화제 수용액이 저장된다. 미반응 산화제 저장조(107)에 저장된 산화제 수용액은 산화제 공급 펌프(108)에 의해 산화제 분무 노즐(103)로 공급된다.
산화제 공급 펌프(108)는 산화제 저장탱크(106)에 저장된 산화제 수용액과 미반응 산화제 저장조(107)에 저장된 산화제 수용액을 산화제 분무 노즐(103)로 공급한다. 산화제 공급 펌프(108)의 작동은 제어부(196)에 의해 제어되어서 산화제 분무 노즐(103)을 통한 산화제 투입량이 조절된다. 도시되지는 않았으나, 산화제 저장탱크(106)에 저장된 산화제 수용액과 미반응 산화제 저장조(107)에 저장된 산화제 수용액 중 어느 하나의 산화제 수용액이 선택적으로 산화제 분무 노즐(103)로 공급될 수 있다.
산화제로는 오존(O3)과 같은 가스 형태의 것이 사용될 수도 있다. 산화제로서 오존(O3)이 사용되는 경우에 일산화질소(NO)의 산화 반응식은 아래 반응식 9와 같다.
[반응식 9]
NO + O3 → NO2 + O2
또한, 산화제로 오존(O3)을 사용하는 경우에 아래 반응식 10과 같이 이산화황(SO2)이 제거될 수 있다.
[반응식 10]
SO2 + O3 + H2O → H2SO4 + O2
도 3에는 산화제로 오존(O3)과 같은 가스 형태의 것이 사용되는 경우의 산화 처리부(210)의 구성이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 산화 처리부(210)는 처리대상 배출가스(G0)에 함유된 일산화질소(NO)와 산화제가 반응하는 산화 반응기(101)와, 산화제인 오존(O3) 가스가 저장되는 산화제 저장탱크(206)와, 산화제 저장탱크(206)에 저장된 오존 가스를 산화 반응기(101)로 공급하는 산화제 공급 펌프(108)를 구비한다.
산화 반응기(101)는 처리대상 배출가스(G0)에 함유된 일산화질소(NO)를 산화제인 오존 가스를 이용하여 산화시킨다. 산화 반응기(101)는 반응 케이스(102)와, 산화제 분무 노즐(103)을 구비하는데, 도 2에 도시된 산화 반응기(101)의 구성 및작용과 대체로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
산화제 저장탱크(106)에는 산화제인 오존 가스가 저장된다. 산화제 저장탱크조(106)에 저장된 오존 가스는 산화제 공급 펌프(108)에 의해 산화제 분무 노즐(103)로 공급된다.
산화제 공급 펌프(108)는 산화제 저장탱크(106)에 저장된 오존 가스를 산화제 분무 노즐(103)로 공급한다.
마이크로버블 가스 처리조(120)는 산화 처리부(110)로부터 배출되는 사전 산화 처리 가스(G1)를 처리수(L, L1, L2)를 이용하여 탈진, 환원 및 중화흡수 처리하고 최종 처리 가스(G2)로 배출시킨다. 도 4에는 마이크로버블 가스 처리조(120)의 구성이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 마이크로버블 가스 처리조(120)는 내부 공간(110a)에서 천장으로부터 아래로 연장되어서 형성된 격벽(121)을 구비한다. 격벽(121)의 하단은 마이크로버블 가스 처리조(120)의 내부 공간(110a)에서 바닥과 이격된다. 격벽(121)에 의해 마이크로버블 가스 처리조(120)의 내부 공간(110a)은 가스 도입 공간(110b), 반응 공간(110c) 및 연결 공간(110d)으로 구분된다.
가스 도입 공간(110b)과 반응 공간(110c)은 격벽(121)을 사이에 두고 분리되는 두 공간이다. 연결 공간(110d)은 격벽(121)의 하단과 마이크로버블 가스 처리조(120)의 내부 공간(110a) 바닥 사이에 형성되는 공간으로서, 가스 도입 공간(110b)과 반응 공간(110c)의 아래에 위치하여 가스 도입 공간(110b) 및 반응 공간(110c)과 각각 연통된다. 연결 공간(110d)의 바닥(110e)에는 배수구(110f)가 형성된다. 연결 공간(110d)의 탈진 처리수(L)는 배수구(110f)를 통해 배출된 후 탈진용 처리수 순환부(140)에 의해 가스 도입 공간(110b)으로 다시 유입된다. 탈진 처리수(L)가 배출되 연결 공간(110d)의 바닥(110e)과 격벽(121)의 하단은 이격되어서, 연결 공간(110d)의 바닥(110e)과 격벽(121)의 하단 사이에 가스가 이동할 수 있는 가스 이동 통로(110g)가 형성된다.
가스 도입 공간(110b)의 상단에는 가스 도입 공간(110b)과 연통되는 흡기구(121a)가 위치한다. 흡기구(121a)를 통해 산화 처리부(110)로부터 배출되는 사전 산화 처리 가스(G1)가 가스 도입 공간(110b)으로 유입된다. 또한, 가스 도입 공간(110b)의 상단부로 탈진용 처리수 순환부(140)에 의해 순환 공급되는 탈진 처리수(L), 환원제 공급부(170)에 의해 공급되는 환원제 수용액(R)이 유입된다. 도시되지는 않았으나, 가스 도입 공간(110b)으로 공업용수도 공급된다. 가스 도입 공간(110b)에는 위로부터 아래로 차례대로 위치하는 수조(111)와, 제1 수류관(113)과, 혼합통(115)과, 제2 수류관(117)이 구비된다.
수조(111)는 가스 도입 공간(110b)에서 흡기구(121a)의 아래에 인접하여 위치한다. 수조(111)에는 가스 도입 공간(110b)으로 유입되는 탈진 처리수(L), 환원제 수용액(R)을 포함하는 용액이 일시 저장된다.
제1 수류관(113)은 가스 도입 공간(110b)에서 수조(111)의 아래에 위치한다. 제1 수류관(113)은 아래로 갈수록 좁아지는 형상이며, 제1 수류관(113)의 하단에는 용액과 가스를 아래로 배출하는 제1 배출구(114)가 형성된다. 제1 수류관(113)을 따라서 가스와 환원제가 제1 배출구(114)를 향해 아래로 유동하면서 가스와 환원제 사이의 접촉 면적이 증가한다.
혼합통(115)은 가스 도입 공간(110b)에서 제1 수류관(113)에 형성된 제1 배출구(114)의 아래에 위치한다. 혼합통(115)에는 제1 배출구(114)를 통해 배출된 가스와 용액이 일시 저장된다.
제2 수류관(117)은 가스 도입 공간(110a)에서 혼합통(115)의 아래에 위치한다. 제2 수류관(117)은 아래로 갈수록 좁아지는 형상이며, 제2 수류관(117)의 하단에는 용액과 가스를 아래로 배출하는 제2 배출구(118)가 형성된다. 제2 수류관(117)을 따라서 가스와 환원제가 제2 배출구(118)를 향해 아래로 유동하면서 가스와 환원제 사이의 접촉 면적이 증가한다.
반응 공간(110c)의 상단에는 반응 공간(110c)과 연통되는 배기구(121b)가 위치한다. 배기구(121b)를 통해 최종 처리 가스(G2)가 반응 공간(110c)으로부터 배출된다. 반응 공간(110c)에는 가스 이동 통로(111g)와 배기구(121b)의 사이에서 높이방향을 따라서 아래로부터 위로 차례대로 배치되는 제1 가스 처리부(122a)와 제2 가스 처리부(122b)가 구비된다. 제1 가스 처리부(122a)와 제2 가스 처리부(122b)의 사이에는 제1 가스 처리부(122a)와 제2 가스 처리부(122b)를 연통시키는 중간 가스 통로(122c)가 형성된다. 중간 가스 통로(122c)를 통해 제1 가스 처리부(122a)로부터 배출되는 가스(G12)가 제2 가스 처리부(122b)로 유입된다.
제1 가스 처리부(122a)는, 가스 이동 통로(110g)보다 위에 위치하는 제1 바닥판(123a)과, 제1 바닥판(123a)에 설치되는 제1 아토마이징부(124a)와, 제1 수위 조절부(127a)와, 복수개의 제1 차단판(128a)들과, 제1 엘리미네이터(eliminator)(129a)를 구비한다.
제1 바닥판(123a)은 판상으로서 제1 처리부(122a)에서 대체로 수평으로 설치되고, 가스 이동 통로(110a)보다 위에 위치한다. 제1 처리부(122a)는 제1 바닥판(123a)을 사이에 두고 제1 하부 공간(1221a)과 제1 상부 공간(1222a)으로 분리되는데, 제1 상부 공간(1222a)에 환원 처리를 위한 제1 가스 처리수(L1)가 저장된다. 제1 바닥판(123a)에 제1 아토마이징부(124a)가 설치된다.
제1 아토마이징부(124a)는 제1 하부 공간(1221a)에 존재하는 사전 산화 처리 가스(G1)를 제1 가스 처리수(L1)가 저장된 제1 상부 공간(1222a)으로 분사한다. 제1 아토마이징부(124a)에 의해 분사된 가스(G1)는 제1 가스 처리수(L1) 내에서 마이크로 버블(micro-bubble)(B)을 형성한다. 제1 아토마이징부(124a)는 제1 상부 공간(1222a)으로 가스(G1)를 분사하는 제1 가스 분사노즐(125a)과, 제1 가스 분사노즐(125a)의 끝에 위치하는 제1 충돌판(126a)을 구비한다. 제1 아토마이징부(124a)에 의해 형성된 마이크로 버블(B)로 인해 제1 상부 공간(1222a)에서 가스와 제1 가스 처리수(L1) 사이의 접촉 면적이 증가한다. 또한, 마이크로 버블(B)은 제1 가스 처리수(L1) 내에서 일반적인 버블보다 천천히 상승하기 때문에 더 오랜 시간 머무르게 된다. 그에 따라, 제1 상부 공간(1222a)에서 처리대상 가스(G1)에 포함된 처리대상 성분과 제1 가스 처리수(L1)에 포함된 처리 성분의 반응 효율이 현저하게 높아진다.
제1 가스 분사노즐(125a)은 제1 바닥판(123a)으로부터 위로 돌출되어서 형성되어서 제1 상부 공간(1222a)에 위치한다. 제1 가스 분사노즐(125a)에 의해 제1 하부 공간(1221a)의 처리대상 가스(G1)가 제1 상부 공간(1222a)으로 위를 향해 분사된다. 도시된 바와 같이, 제1 가스 분사노즐(125a)에는 가스가 제1 가스 분사노즐(125a)을 따라 유동하면서 가스의 속도가 증가하도록 끝단으로 갈수록 내부 통로가 좁아지는 구간이 형성된다. 제1 가스 분사노즐(125a)의 끝단에는 제1 충돌판(126a)이 인접하여 위치한다.
제1 충돌판(126a)은 제1 가스 분사노즐(125a)의 끝단 위에 인접하도록 제1 상부 공간(1222a)에 위치한다. 제1 충돌판(126a)에 제1 가스 분사노즐(125a)로부터 분사되는 가스가 충돌하여 마이크로 버블(B)을 형성하게 된다. 본 실시예에서는 제1 충돌판(126a)이 도시된 바와 같이 두 개(1261a, 1262a)가 높이방향을 따라서 차례대로 배치되는 2단 구조인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 1단 구조이거나 3단 이상의 구조인 것도 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 다단 구조인 경우, 위에 위치하는 제1 상부 충돌판(1262a)이 아래에 위치하는 제1 하부 충돌판(1261a)의 전체를 덮도록 더 크며, 제1 상부 충돌판(1262a) 사이에 적어도 하나의 제1 통로(1263a)가 형성되는 것이 바람직하다. 도시되지는 않았으나, 가스 처리 용량을 조절하기 위하여, 제1 충돌판(126a)의 설치 높이가 가변되어서 제1 가스 분사노즐(125a)과의 거리가 조절될 수 있다.
제1 수위 조절부(127a)는 제1 상부 공간(1222a)의 측면에 위치하며, 제2 상부 공간(1222a)에서 오버플로우를 통해 제1 가스 처리수(L1)의 수위를 조절한다. 제1 수위 조절부(127a)는 제1 상부 공간(1222a)의 측벽에 형성된 제1 수위조절 개구부(1271a)을 통해 제1 상부 공간(1222a)과 연통되는 제1 수위조절 수조(1272a)를 구비한다. 제1 수위조절 개구부(1271a)는 제1 가스 처리수(L1)의 수위조절 높이에 대응하여 위치한다. 제1 수위조절 수조(1272a)에는 제1 상부 공간(1222a)에서 오버플로우된 제1 가스 처리수(L1)가 저장된다. 제1 수위조절 수조(1272a)에 저장된 제1 가스 처리수(L1)는 배출되어서 제1 가스 처리수 순환부(150)에 의해 순환되어서 제1 상부 공간(1222a)으로 재공급된다.
복수개의 제1 차단판(128a)들은 제1 상부 공간(1222a)에서 설정된 제1 가스 처리수(L1)의 수위보다 위에 층을 이루며 배치된다. 복수개의 제1 차단판(128a)들에 의해 제1 상부 공간(1222a)에 저장된 제1 가스 처리수(L1)의 급격한 상승이 차단된다.
제1 엘리미네이터(129a)는 제1 상부 공간(1222a)에서 복수개의 제1 차단판(128a)들 중 가장 위에 위치하는 제1 차단판(128a)보다 위에 위치하여 물방울을 제거한다. 제2 엘리미네이터(129a)는 중간 가스 통로(122c)보다 아래에 위치한다. 제1 엘리미네이터는(129a)은 합성수지재질의 재료를 사용하여 이루어진다.
제2 가스 처리부(122b)는 제1 가스 처리부(122a)의 바로 위에 배치되며, 중간 가스 통로(122c)보다 위에 위치하는 제2 바닥판(123b)과, 제2 바닥판(123b)에 설치되는 제2 아토마이징부(124b)와, 제2 수위 조절부(127b)와, 복수개의 제2 차단판(128b)들과, 제2 엘리미네이터(129b)를 구비한다. 제2 가스 처리부(122b)는 중간 가스 통로(122c)를 통해 제1 가스 처리부(122a)로부터 배출되는 1차 처리 가스(G12)에 대한 2차 처리를 수행하여 최종 처리 가스(G2)로서 배기구(121b)를 통해 배출한다.
제2 바닥판(123b)은 판상으로서 제2 가스 처리부(122b)에서 대체로 수평으로 설치되고, 중간 가스 통로(122c)보다 위에 위치한다. 제2 처리부(122b)는 제2 바닥판(123b)을 사이에 두고 제2 하부 공간(1221b)과 제2 상부 공간(1222b)으로 분리되는데, 제2 상부 공간(1222b)에 1차 처리 가스(G12)에 포함된 처리대상 성분과 반응하여 처리대상 성분을 제거하는 처리 성분을 포함하는 제2 가스 처리수(L2)가 저장된다. 제2 바닥판(123b)에 제2 아토마이징부(124b)가 설치된다.
제2 아토마이징부(124b)는 제2 하부 공간(1221b)에 존재하는 1차 처리 가스(G12)를 제2 가스 처리수(L2)가 저장된 제2 상부 공간(1222b)으로 분사한다. 제2 아토마이징부(124b)에 의해 분사된 1차 처리 가스(G12)는 제2 가스 처리수(L2) 내에서 마이크로 버블(micro-bubble)(B)을 형성한다. 제2 아토마이징부(124b)는 제2 상부 공간(1222b)으로 1차 처리 가스(G12)를 분사하는 제2 가스 분사노즐(125b)과, 제2 가스 분사노즐(125b)의 끝에 위치하는 제2 충돌판(126b)을 구비한다. 제2 아토마이징부(124b)에 의해 형성된 마이크로 버블(B)로 인해 제2 상부 공간(1222b)에서 가스와 제2 가스 처리수(L2)의 접촉 면적이 증가한다. 또한, 마이크로 버블(B)은 제2 가스 처리수(L2) 내에서 일반적인 버블보다 천천히 상승하기 때문에 더 오랜 시간 머무르게 된다. 그에 따라, 제2 상부 공간(1222b)에서 1차 처리 가스(G12)에 포함된 처리대상 성분과 제2 가스 처리수(L2)에 포함된 처리 성분의 반응 효율이 현저하게 높아진다.
제2 가스 분사노즐(125b)은 제2 바닥판(123b)으로부터 위로 돌출되어서 형성되어서 제2 상부 공간(122b)에 위치한다. 제2 가스 분사노즐(125b)에 의해 제2 하부 공간(1221b)의 1차 처리 가스(G12)가 제2 상부 공간(1222b)으로 위를 향해 분사된다. 도시된 바와 같이, 제2 가스 분사노즐(125b)에는 가스가 제2 가스 분사노즐(125b)을 따라 유동하면서 가스의 속도가 증가하도록 끝단으로 갈수록 내부 통로가 좁아지는 구간이 형성된다. 제2 가스 분사노즐(125b)의 끝단에는 제2 충돌판(126b)이 인접하여 위치한다.
제2 충돌판(126b)은 제2 가스 분사노즐(125b)의 끝단 위에 인접하도록 제2 상부 공간(1222b)에 위치한다. 제2 충돌판(126b)에 제2 가스 분사노즐(125b)로부터 분사되는 가스가 충돌하여 마이크로 버블(B)을 형성하게 된다. 본 실시예에서는 제2 충돌판(126b)이 도시된 바와 같이 두 개(1261b, 1262b)가 높이방향을 따라서 차례대로 배치되는 2단 구조인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 1단 구조이거나 3단 이상의 구조인 것도 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 다단 구조인 경우, 위에 위치하는 제2 상부 충돌판(1262b)이 아래에 위치하는 제2 하부 충돌판(1261b)의 전체를 덮도록 더 크며, 제2 상부 충돌판(1262b) 사이에 적어도 하나의 제2 통로(1263b)가 형성되는 것이 바람직하다. 도시되지는 않았으나, 가스 처리 용량을 조절하기 위하여, 제2 충돌판(126b)의 설치 높이가 가변되어서 제2 가스 분사노즐(125b)과의 거리가 조절될 수 있다.
제2 수위 조절부(127b)는 제2 상부 공간(1222b)의 측면에 위치하며, 제2 상부 공간(1222b)에서 오버플로우를 통해 제2 가스 처리수(L2)의 수위를 조절한다. 제2 수위 조절부(127b)는 제2 상부 공간(1222b)의 측벽에 형성된 제2 수위조절 개구부(1271b)을 통해 제2 상부 공간(1222b)과 연통되는 제2 수위조절 수조(1272b)를 구비한다. 제2 수위조절 개구부(1271b)는 제2 가스 처리수(L2)의 수위조절 높이에 대응하여 위치한다. 제2 수위조절 수조(1272b)에는 제2 상부 공간(1222b)에서 오버플로우된 제3 처리액(L3)이 저장된다. 제2 수위조절 수조(1272b)에 저장된 제2 가스 처리수(L2)는 배출되어서 제2 가스 처리수 순환부(160)에 의해 순환되어서 제2 상부 공간(1222b)으로 재공급된다.
복수개의 제2 차단판(128b)들은 제2 상부 공간(1222b)에서 설정된 제2 가스 처리수(L2)의 수위보다 위에 층을 이루며 배치된다. 복수개의 제2 차단판(128b)들에 의해 제2 상부 공간(1222b)에 저장된 제3 처리액(L3)의 급격한 상승이 차단된다.
제2 엘리미네이터(129b)는 제2 상부 공간(1222b)에서 복수개의 제2 차단판(128b)들 중 가장 위에 위치하는 제2 차단판(128b)보다 위에 위치하여 물방울을 제거한다. 제2 엘리미네이터(129b)는 배기구(121b)보다 아래에 위치한다. 제2 엘리미네이터는(129b)은 합성수지재질의 재료를 사용하여 이루어진다.
상기 실시예에서는 마이크로버블 가스 처리조(120)가 높이방향을 따라서 아래로부터 위로 연속으로 배치되는 제1 가스 처리부(122a)와 제2 가스 처리부(122b)를 구비하는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 제1 가스 처리부(122a)만을 구비하거나, 3개 이상의 가스 처리부가 높이방향을 따라서 연속으로 배치될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
도 1을 참조하면, 배기 팬(120a)은 마이크로버블 가스 처리조(120) 내부의 기체가 배기구(도 3의 121b)를 통해 배출되도록 유동 압력을 형성한다. 본 실시예에서는 배기 팬(120a)이 마이크로버블 가스 처리조(120)의 하류에 위치하는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 마이크로버블 가스 처리조(120)의 상류에 위치하여 가스를 마이크로버블 가스 처리조(120)의 흡기구(121a)로 불어넣는 구성일 수도 있다.
탈진용 처리수 순환부(140)는 탈진 처리를 위해 마이크로버블 가스 처리조(120)에 탈진 처리수(L)를 순환 공급한다. 도 1과 도 3을 참조하면, 탈진용 처리수 순환부(140)는 마이크로버블 가스 처리조(120)의 배수구(110f)로부터 연장된 탈진 처리수 배수라인(141)을 통해 배출된 탈진 처리수(L)가 저장되는 탈진 처리수 저장조(142)와, 탈진 처리수 저장조(141)에 저장된 탈진 처리수(L)를 탈진 처리수 공급라인(144)을 통해 마이크로버블 가스 처리조(120)의 가스 도입 공간(110b)으로 유동시키는 탈진 처리수 공급 펌프(145)를 구비한다. 탈진 처리수 저장조(141)에는 탈진 처리수(L)에 공기를 공급하는 산기관(143)이 설치된다. 탈진 처리수 저장조(141)에는 공업용수가 별도로 공급될 수 있다. 탈진 처리수(L)가 가스 도입 공간(110b)으로 순환 공급되어서 가스 도입 공간(110b)에서는 가스(G1)에 포함된 분진이 탈진 처리수(L)에 포집되어서 제거된다.
제1 가스 처리수 순환부(150)는 환원 처리를 위해 마이크로버블 가스 처리조(120)에 제1 가스 처리수(L1)를 순환 공급한다. 제1 가스 처리수 순환부(150)는 마이크로버블 가스 처리조(120)의 제1 수위 조절부(127a)의 제1 수위조절 수조(1271a)로부터 배출되는 제1 가스 처리수(L1)를 제1 상부 공간(1222a)으로 순환 공급한다. 제1 가스 처리수 순환부(150)는 제1 수위조절 수조(1271a)로부터 제1 가스 처리수 배수라인(151)을 통해 배수된 제1 가스 처리수(L1)가 저장되는 제1 가스 처리수 저장조(152)와, 제1 가스 처리수 저장조(152)에 저장된 제1 가스 처리수(L1)를 제1 가스 처리수 공급라인(154)을 통해 마이크로버블 가스 처리조(120)의 제1 상부 공간(1222a)으로 유동시키는 제1 가스 처리수 공급 펌프(155)를 구비한다. 제1 가스 처리수 저장조(151)에는 제1 가스 처리수(L1)에 공기를 공급하는 산기관(153)이 설치된다. 제1 가스 처리수 저장조(151)에는 공업용수가 별도로 공급될 수 있다.
제2 가스 처리수 순환부(160)는 중화흡수 처리를 위해 마이크로버블 가스 처리조(120)에 제2 가스 처리수(L2)를 순환 공급한다. 제2 가스 처리수 순환부(160)는 마이크로버블 가스 처리조(120)의 제2 수위 조절부(127b)의 제2 수위조절 수조(1271b)로부터 배출되는 제2 가스 처리수(L2)를 제2 상부 공간(1222b)으로 순환 공급한다. 제2 가스 처리수 순환부(160)는 제2 수위조절 수조(1271b)로부터 제2 가스 처리수 배수라인(161)을 통해 배수된 제2 가스 처리수(L2)가 저장되는 제2 가스 처리수 저장조(162)와, 제2 가스 처리수 저장조(162)에 저장된 제2 가스 처리수(L2)를 제2 가스 처리수 공급라인(164)을 통해 마이크로버블 가스 처리조(120)의 제2 상부 공간(1222b)으로 유동시키는 제2 가스 처리수 공급 펌프(165)를 구비한다. 제2 가스 처리수 저장조(161)에는 공기를 제2 가스 처리수(L2)에 공기를 공급하는 산기관(163)이 설치된다. 제2 가스 처리수 저장조(161)에는 공업용수가 별도로 공급될 수 있다.
환원제 공급부(170)는 가스 처리를 위한 환원제를 공급한다. 환원제 공급부(170)는 환원제를 포함하는 환원제 수용액이 저장된 환원제 저장탱크(171)와, 환원제 저장탱크(171)에 저장된 환원제 수용액을 마이크로버블 가스 처리조(120), 제1 가스 처리수 저장조(152) 및 제2 가스 처리수 저장조(162)로 유동시키는 환원제 공급 펌프(175)를 구비한다. 환원제 공급 펌프(175)의 작동은 제어부(196)에 의해 제어되어서 환원제의 공급량이 조절된다.
중화제 공급부(180)는 가스 처리를 위한 중화제를 공급한다. 중화제 공급부(180)는 중화제를 포함하는 중화제 수용액이 저장된 중화제 저장탱크(181)와, 중화제 저장탱크(181)에 저장된 중화제 수용액을 제1 가스 처리수 저장조(152) 및 제2 가스 처리수 저장조(162)로 유동시키는 중화제 공급 펌프(185)를 구비한다. 중화제 공급 펌프(185)의 작동은 제어부(196)에 의해 제어되어서 중화제의 공급량이 조절된다.
처리 후 기액 분리기(190)는 마이크로버블 가스 처리부(120)를 거쳐서 최종적으로 배출되는 최종 처리 가스(G2)에서 액체 성분을 분리하여 배출한다.
측정부(193)는 처리 후 기액 분리기(190)를 통과한 최종 처리 가스(G2)를 구성하는 성분들 각각의 농도를 측정하고 측정된 가스 성분 데이터를 제어부(196)로 전송한다. 측정부(193)가 측정하여 제어부(196)로 전송하는 가스 성분 데이터는 최종 처리 가스(G2)에 포함된 일산화질소 가스(NO)의 농도(ppm) 및 이산화질소 가스(NO2)의 농도(ppm)를 포함한다. 측정부(193)로는 TMS(Tele-Monitoring System)이 사용될 수 있다.
제어부(196)는 측정부(193)로부터 측정된 가스 성분 농도 데이터를 기초로 산화제 공급 펌프(108), 환원제 공급 펌프(175) 및 중화제 공급 펌프(185)의 작동을 제어하여 산화제, 환원제 및 중화제의 공급량을 조절한다.
이제, 도 4 및 도 5를 참조하여, 마이크로버블 가스 처리조(120)의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다. 도 5에는 배출가스에 대한 처리가 진행되기 전의 상태로서 배기 팬(도 1의 120a)이 작동하지 않는 경우의 마이크로버블 가스 처리조(120)의 상태가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 제1 가스 처리부(122a)에서 제1 가스 처리수(L1)의 수위는 제1 가스 분사노즐(125a)의 끝단보다 아래에 위치하고, 제2 가스 처리부(122b)에서 제2 가스 처리수(L2)의 수위는 제2 가스 분사노즐(125b)의 끝단보다 아래에 위치한다. 제1 가스 처리수(L1)가 제1 가스 분사노즐(125a)을 통해 아래로 새지 않고, 제2 가스 처리수(L2)가 제2 가스 분사노즐(125b)을 통해 아래로 새지 않는다. 이 상태에서 배기 팬(도 1의 120a)이 작동하면, 제1 가스 분사노즐(125a)을 통해 제1 하부 공간(1221a)의 가스가 제1 상부 공간(1222a)으로 분사되고, 제2 가스 분사노즐(125b)을 통해 제2 하부 공간(1221b)의 가스가 제2 상부 공간(1222b)으로 분사된다. 이 상태에서 제1 가스 처리수 순환부(150)가 작동하여 제1 가스 처리수(L1)가 제1 상부 공간(1222a)으로 공급되고, 제2 가스 처리수 순환부(160)가 작동하여 제2 가스 처리수(L2)가 제2 상부 공간(1222b)으로 공급되면, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 상부 공간(1222a)에서 제1 가스 처리수(L1)의 수위와 제2 상부 공간(1222b)에서 제2 가스 처리수(L2)의 수위는 마이크로버블(B)이 형성될 수 있을 정도로 충분히 높아진다. 제1 상부 공간(1222a)에서 제1 가스 처리수(L1)의 수위는 제1 수위조절부(127a)에 의해 적절히 유지되고, 제2 상부 공간(1222b)에서 제2 가스 처리수(L2)의 수위는 제2 수위조절부(127b)에 의해 적절히 유지된다.
이제, 마이크로버블 가스 처리부(120)의 환원 처리에 의한 탈질 과정을 설명하면 다음과 같다. 마이크로버블 가스 처리부(120)로 유입된 사전 산화 처리 가스(G1)에 함유된 이산화질소(NO2)는 사용되는 환원제(R)의 종류에 따라 다음의 반응식들과 같이 탈질 처리된다.
아래 반응식 11은 환원제(R)로 황산나트륨(Na2S)이 사용되는 경우이다.
[반응식 11]
2NO2 + Na2S → N2 + Na2SO4
아래 반응식 12는 환원제(R)로 아황산나트륨(Na2SO3)이 사용되는 경우이다.
[반응식 12]
2NO2 + 4Na2SO3 → N2 + 4Na2SO4
또한, 이산화질소(NO2)는 이산화황(SO2)과 반응하여 아래 반응식 13과 같이 환원에 의해 탈질 처리될 수도 있다
[반응식 13]
2NO2 + SO2 → N2 + SO4 -2
환원화제(R)를 이용한 환원 처리에 의한 이산화질소의 제거는 마이크로버블 가스 처리부(120)의 제1 가스 처리부(122a)와 제1 가스 처리수 저장조(152)에서 주로 이루어진다.
이제, 마이크로버블 가스 처리부(120)의 중화흡수 처리에 의한 탈질 과정을 설명하면 다음과 같다. 마이크로버블 가스 처리부(120)로 유입된 사전 산화 처리 가스(G1)에 함유된 이산화질소(NO2)는 사용되는 중화제(C)의 종류에 따라 다음의 반응식들과 같이 탈질 처리된다.
아래 반응식 14는 중화제(C)로 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 사용되는 경우이다.
[반응식 14]
2NO2 + Mg(OH)2 → MgNO3 + H2O
중화제(C)를 이용한 중화흡수 처리에 의한 이산화질소의 제거는 마이크로버블 가스 처리부(120)의 제2 가스 처리부(122b)와 제2 가스 처리수 저장조(162)에서 주로 이루어진다.
또한, 이산화질소(NO2)는 산화제로 사용되는 이산화염소(ClO2)와 반응하여 아래 반응식 15와 같이 중화흡수에 의해 탈질 처리될 수 있다.
[반응식 15]
5NO2 + ClO2 + 3H2O → 5HNO3 + HCl
마이크로버블 가스 처리부(120)의 중화흡수 처리에 의해 불화수소(HF)가 다음의 반응식들과 같이 함께 처리될 수 있다.
아래 반응식 16은 중화제(C)로 수산화나트륨(NaOH)이 사용되는 경우이다.
[반응식 16]
HF + NaOH → NaF + H2O
아래 반응식 17은 중화제(C)로 수산화칼륨(KOH)이 사용되는 경우이다.
[반응식 17]
HF + KOH → KF + H2O
아래 반응식 18은 중화제(C)로 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 사용되는 경우이다.
[반응식 18]
2HF + Ca(OH)2 → CaF2 + 2H2O
중화제(C)를 이용한 중화흡수 처리에 의한 불화수소(HF)의 제거는 마이크로버블 가스 처리부(120)의 제2 가스 처리부(122b)와 제2 가스 처리수 저장조(162)에서 주로 이루어진다.
이제, 마이크로버블 가스 처리부(120)의 중화흡수 처리에 의한 탈황 과정을 설명하면 다음과 같다. 마이크로버블 가스 처리부(120)로 유입된 사전 산화 처리 가스(G1)에 함유된 이산화황(SO2)은 사용되는 중화제(C)의 종류에 따라 다음의 반응식들과 같이 탈황 처리된다.
아래 반응식 19 내지 22는 중화제(C)로 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 사용되는 경우이다.
[반응식 19]
Mg(OH)2 + SO2 → MgSO3 + H2O
[반응식 20]
MgSO3 + SO2 + H2O → Mg(HSO3)2
[반응식 21]
Mg(HSO3)2 + Mg(OH)2 → 2MgSO3
[반응식 22]
MgSO3 + 7H2O + 1/2O2 → MgSO4·7H2O
아래 반응식 23 내지 28은 중화제(C)로 탄산칼슘(CaCO3)이 사용되는 경우이다.
[반응식 23]
CaCO3 + SO2 + H2O → Ca(HSO3)2 + CO2
[반응식 24]
Ca(HSO3)2 + CaCO3 → 2CaSO3 + CO2 + H2O
[반응식 25]
CaSO3 + 1/2O2 + 2H2O → CaSO4·2H2O
[반응식 26]
SO2 + H2O → H2SO3
[반응식 27]
H2SO3 + O2 → H2SO4 + 1/2O2
[반응식 28]
CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2SO3
중화제(C)를 이용한 중화흡수 처리에 의한 탈황 처리는 마이크로버블 가스 처리부(120)의 제2 가스 처리부(122b)와 제2 가스 처리수 저장조(162)에서 주로 이루어진다.
상기 실시예에서는 배출가스 복합 처리 설비(100)가 질소산화물을 기본으로 황산화물과 분진을 추가적으로 함께 제거하는 것으로 설명하였으나, 사용되는 환원제(R)와 중화제(C)에 따라 기타 다른 성분들도 제거할 수 있다.
산화제로서 아염소산나트륨(NaClO2)을 사용하는 경우 반응식 3과 같은 반응에서는 질산이 생성되지 않지만, 아래 반응식 29와 같은 반응을 통해 질산(HNO3)이 생성될 수도 있다.
[반응식 29]
4NO + 3NaClO2 + H2O → HNO3 + 3NaCl
질산은 물과 반응하여 질산염을 생성하고, 생성된 질산염은 마이크로버블 가스 처리부(120)의 제2 가스 처리부(122b)와 제2 가스 처리수 저장조(162)에서 중화제(C)와 반응하여 NOX를 새롭게 발생시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 기액 분리기(104)를 통해 수용액에 함유된 질산염이 마이크로버블 가스 처리부(120)로 유입되지 않도록 하고, 미반응 산화제 저장조(107)에 저장된 수용액이 산화 반응기(101)로 공급되기 전에 함유된 질산염이 처리되는 것이 바람직하다. 또한, 마이크로버블 가스 처리부(120)의 제1 가스 처리부(122a)와 제1 가스 처리수 저장조(152)에서의 환원 처리 과정을 통해 질산염이 모두 제거되는 것이 바람직하다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 배출가스 복합 처리 설비 101 : 산화 반응기
104 : 기액 분리기 106 : 산화제 저장탱크
107 : 미반응 산화제 저장조 108 : 산화제 공급 펌프
110 : 산화 처리부 120 : 가스 처리조
122a : 제1 가스 처리부 124a : 제1 아토마이징부
122b : 제2 가스 처리부 124b : 제2 아토마이징부
140 : 탈진 처리수 순환부 150 : 제1 가스 처리수 순환부
160 : 제2 가스 처리수 순환부 170 : 환원제 공급부
180 : 중화제 공급부 193 : 측정부
196 : 제어부

Claims (18)

  1. 처리대상 배출가스에 산화제를 투입하여 상기 처리대상 배출가스에 함유된 일산화질소를 산화시키는 산화 처리부;
    상기 산화 처리부로부터 배출되는 산화 처리 가스가 유입되는 흡기구와 연통되는 가스 도입 공간과, 가스가 배출되는 배기구와 연통되고 가스 처리부가 설치되는 반응 공간과, 상기 가스 도입 공간과 상기 반응 공간의 아래에서 상기 가스 도입 공간 및 상기 반응 공간과 연통되는 연결 공간을 제공하고, 상기 산화 처리 가스 중 이산화질소를 포함한 처리대상 성분을 처리하는 가스 처리조; 및
    상기 가스 처리조로부터 가스를 배출시키는 배기 팬을 포함하며,
    상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 가스 처리조 내에서 가스는 상기 가스 도입 공간, 상기 연결 공간, 상기 반응 공간을 차례대로 유동하여 상기 배기구를 통해 배출되며,
    상기 가스 처리부는, 상기 가스 처리부의 내부 공간을 하부 공간과 처리수를 수용하는 상부 공간으로 분할하는 바닥판과, 상기 하부 공간으로 유입된 가스를 상기 상부 공간으로 위를 향해 분사하는 가스 분사노즐과, 상기 가스 분사노즐의 위에 배치되어서 상기 가스 분사노즐로부터 분사된 가스가 충돌하는 충돌판을 구비하며,
    상기 처리수는 상기 처리대상 성분과 반응하는 처리 성분을 포함하며,
    상기 배기 팬이 작동을 시작하면 상기 하부 공간의 가스가 상기 상부 공간으로 분사되고, 상기 처리수가 상기 상부 공간으로 공급되어 상기 상부 공간에 저수되되, 상기 상부 공간으로 분사된 상기 하부 공간의 가스로 인하여 상기 상부 공간에 저수된 상기 처리수가 중력에 의하여 상기 가스 분사노들을 통하여 하부로 유출되는 것이 방지되며, 상기 충돌판이 상기 처리수에 의하여 잠기면 상기 가스 분사노즐로부터 분사되는 가스는 상기 충돌판과 충돌하여 상기 처리수 내에서 마이크로버블을 형성하여 상기 가스와 상기 처리수 사이의 접촉시간 및 접촉면적을 증가시키는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  2. 처리대상 배출가스에 산화제를 투입하고 상기 처리대상 배출가스에 함유된 이산화황이 상기 산화제와 반응하여 제거되는 산화 처리부;
    상기 산화 처리부로부터 배출되는 산화 처리 가스가 유입되는 흡기구와 연통되는 가스 도입 공간과, 가스가 배출되는 배기구와 연통되고 가스 처리부가 설치되는 반응 공간과, 상기 가스 도입 공간과 상기 반응 공간의 아래에서 상기 가스 도입 공간 및 상기 반응 공간과 연통되는 연결 공간을 제공하고, 상기 산화 처리 가스 중 이산화질소를 포함한 처리대상 성분을 처리하는 가스 처리조; 및
    상기 가스 처리조로부터 가스를 배출시키는 배기 팬을 포함하며,
    상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 가스 처리조 내에서 가스는 상기 가스 도입 공간, 상기 연결 공간, 상기 반응 공간을 차례대로 유동하여 상기 배기구를 통해 배출되며,
    상기 가스 처리부는, 상기 가스 처리부의 내부 공간을 하부 공간과 처리수를 수용하는 상부 공간으로 분할하는 바닥판과, 상기 하부 공간으로 유입된 가스를 상기 상부 공간으로 위를 향해 분사하는 가스 분사노즐과, 상기 가스 분사노즐의 위에 배치되어서 상기 가스 분사노즐로부터 분사된 가스가 충돌하는 충돌판을 구비하며,
    상기 처리수는 상기 처리대상 성분과 반응하는 처리 성분을 포함하며,
    상기 배기 팬이 작동을 시작하면 상기 하부 공간의 가스가 상기 상부 공간으로 분사되고, 상기 처리수가 상기 상부 공간으로 공급되어 상기 상부 공간에 저수되되, 상기 상부 공간으로 분사된 상기 하부 공간의 가스로 인하여 상기 상부 공간에 저수된 상기 처리수가 중력에 의하여 상기 가스 분사노들을 통하여 하부로 유출되는 것이 방지되며, 상기 충돌판이 상기 처리수에 의하여 잠기면 상기 가스 분사노즐로부터 분사되는 가스는 상기 충돌판과 충돌하여 상기 처리수 내에서 마이크로버블을 형성하여 상기 가스와 상기 처리수 사이의 접촉시간 및 접촉면적을 증가시키는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  3. 처리대상 배출가스에 산화제를 투입하여 상기 처리대상 배출가스에 함유된 일산화질소를 산화시키고 상기 처리대상 배출가스에 함유된 이산화황이 상기 산화제와 반응하여 제거되는 산화 처리부;
    상기 산화 처리부로부터 배출되는 산화 처리 가스가 유입되는 흡기구와 연통되는 가스 도입 공간과, 가스가 배출되는 배기구와 연통되고 가스 처리부가 설치되는 반응 공간과, 상기 가스 도입 공간과 상기 반응 공간의 아래에서 상기 가스 도입 공간 및 상기 반응 공간과 연통되는 연결 공간을 제공하고, 상기 산화 처리 가스 중 이산화질소를 포함한 처리대상 성분을 처리하는 가스 처리조; 및
    상기 가스 처리조로부터 가스를 배출시키는 배기 팬을 포함하며,
    상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 가스 처리조 내에서 가스는 상기 가스 도입 공간, 상기 연결 공간, 상기 반응 공간을 차례대로 유동하여 상기 배기구를 통해 배출되며,
    상기 가스 처리부는, 상기 가스 처리부의 내부 공간을 하부 공간과 처리수를 수용하는 상부 공간으로 분할하는 바닥판과, 상기 하부 공간으로 유입된 가스를 상기 상부 공간으로 위를 향해 분사하는 가스 분사노즐과, 상기 가스 분사노즐의 위에 배치되어서 상기 가스 분사노즐로부터 분사된 가스가 충돌하는 충돌판을 구비하며,
    상기 처리수는 상기 처리대상 성분과 반응하는 처리 성분을 포함하며,
    상기 배기 팬이 작동을 시작하면 상기 하부 공간의 가스가 상기 상부 공간으로 분사되고, 상기 처리수가 상기 상부 공간으로 공급되어 상기 상부 공간에 저수되되, 상기 상부 공간으로 분사된 상기 하부 공간의 가스로 인하여 상기 상부 공간에 저수된 상기 처리수가 중력에 의하여 상기 가스 분사노들을 통하여 하부로 유출되는 것이 방지되며, 상기 충돌판이 상기 처리수에 의하여 잠기면 상기 가스 분사노즐로부터 분사되는 가스는 상기 충돌판과 충돌하여 상기 처리수 내에서 마이크로버블을 형성하여 상기 가스와 상기 처리수 사이의 접촉시간 및 접촉면적을 증가시키는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 산화제는 이산화염소(ClO2), 아염소산나트륨(NaClO2), 차아염소산나트륨(NaClO), 과망간산칼륨(KMnO4), 또는 오존(O3)인,
    배출가스 복합 처리 설비.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 산화 처리부는 상기 산화제를 포함하는 산화제 수용액을 유동 중인 상기 처리대상 배출가스에 분무하는 산화 반응기와, 상기 산화 반응기로부터 배출되는 가스에서 미반응 산화제를 포함하는 산화제 수용액을 분리하는 기액 분리기를 구비하는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 산화 처리부는 상기 기액 분리기에 의해 분리된 산화제 수용액을 상기 산화 반응기로 공급하는 산화제 공급 펌프를 더 구비하는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 가스 분사노즐은 상기 바닥판으로부터 돌출되어서 형성되는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 처리수에 환원제를 공급하는 환원제 공급부를 더 포함하는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 환원제는 황산나트륨(Na2S) 또는 아황산나트륨(Na2SO3)인,
    배출가스 복합 처리 설비.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 처리수에 중화제를 공급하는 중화제 공급부를 더 포함하는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 중화제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 또는 탄산칼슘(CaCO3)인,
    배출가스 복합 처리 설비.
  12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 상부 공간에 상기 처리수를 순환 공급하는 가스 처리수 순환부를 더 포함하는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  13. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 가스 처리부는 복수개이며,
    상기 복수개의 가스 처리부들은 높이방향을 따라서 차례대로 배치되며,
    상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 반응 공간에서 가스가 상기 복수개의 가스 처리부들을 아래로부터 위로 차례대로 통과하는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  14. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 가스 도입 공간으로 분진을 포집하기 위한 탈진 처리수를 순환 공급하는 탈진 처리수 순환부를 더 포함하는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 가스 처리조는 상기 가스 도입 공간에 높이방향을 따라서 차례대로 배치되는 복수개의 수류관들을 더 구비하며,
    상기 탈진 처리수가 상기 가스 도입 공간에서 낙하하면서 상기 복수개의 수류관들을 차례대로 통과하는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 처리부는 높이방향을 따라서 차례대로 2개가 배치되며,
    상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 반응 공간에서 가스가 상기 2개의 가스 처리부들을 아래로부터 위로 차례대로 통과하며,
    상기 2개의 가스 처리부들 중 아래에 위치하는 제1 가스 처리부에 수용된 제1 처리수에 함유된 환원제가 이산화질소와 반응하여 이산화질소가 제거되고,
    상기 2개의 가스 처리부들 중 위에 위치하는 제2 가스 처리부에 수용된 제2 처리수에 함유된 중화제가 이산화질소와 반응하여 이산화질소가 제거되는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 처리부는 높이방향을 따라서 차례대로 2개가 배치되며,
    상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 반응 공간에서 가스가 상기 2개의 가스 처리부들을 아래로부터 위로 차례대로 통과하며,
    상기 2개의 가스 처리부들 중 아래에 위치하는 제1 가스 처리부에 수용된 제1 처리수에 함유된 환원제가 이산화질소와 반응하여 이산화질소가 제거되고,
    상기 2개의 가스 처리부들 중 위에 위치하는 제2 가스 처리부에 수용된 제2 처리수에 함유된 중화제가 불화수소와 반응하여 불화수소가 제거되는,
    배출가스 복합 처리 설비.
  18. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스 처리부는 높이방향을 따라서 차례대로 2개가 배치되며,
    상기 배기 팬의 작동에 의해 상기 반응 공간에서 가스가 상기 2개의 가스 처리부들을 아래로부터 위로 차례대로 통과하며,
    상기 2개의 가스 처리부들 중 아래에 위치하는 제1 가스 처리부에 수용된 제1 처리수에 함유된 환원제가 이산화질소와 반응하여 이산화질소가 제거되고,
    상기 2개의 가스 처리부들 중 위에 위치하는 제2 가스 처리부에 수용된 제2 처리수에 함유된 중화제가 이산화황과 반응하여 이산화황이 제거되는,
    배출가스 복합 처리 설비.
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