KR102390209B1 - 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법 - Google Patents

질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 가스상 오염물질 중 특히 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법에 관한 것이다.

Description

질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법{method for treatment of gas phases pollutants with excellent nitrogen oxides removal efficiency}
본 발명은 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 가스상 오염물질 중 특히 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 열병합발전소의 보일러와 같은 대형 보일러 등에서 발생한 배 가스에는 황산화물(SO2)이나 질소산화물(NOx)와 같은 대기오염물질을 포함하고 있다. 이러한 대기오염물질은 그 배출량이 법으로 규제되고 있다. 따라서, 이들은 허용치이하로 정화처리되어 배출되지 않으면 안되고, 이를 위해 보일러의 배기관에는 정화장치가 연결되어 정화된 배가스만을 피부로 배기하게 된다.
이와 같은 대기오염물질을 처리하는 방법 중 하나인 전자선을 이용한 처리방법은 다양한 대기오염물질을 처리하는데 그 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 특히, 다양한 대기오염물질 중 황산화물(SO2)을 처리하는데 그 효과가 우수하며, 구체적으로 도 1에 도시된 것처럼 황산화물(SO2) 및 질소산화물(NOx)이 포함된 가스상 오염물질에 물(H20) 및 수산화암모늄(NH4OH)을 첨가하고 전자선을 조사하여, 황산화물(SO2) 및 질소산화물(NOx)을 동시에 제거할 수 있다.
하지만, 도 1에 도시된 방법을 통해서는 황산화물(SO2)을 효과적으로 제거되지만 질소산화물(NOx)은 그 제거율이 현저히 낮은 문제가 있었다.
한국 등록특허번호 제10-1475145호(공개일 : 1995.09.15)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 가스상 오염물질 중 특히 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 단순화된 공정으로 가스상 오염물질을 고효율, 저비율으로 처리할 수 있는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법은 질소산화물(NOx)을 포함하는 배가스에 응결핵 성장촉진제 및 반응촉진제를 접촉시켜서 혼합가스를 제조하는 제1단계, 상기 혼합가스에 전자선을 조사하여 혼합가스를 이온화시켜서 에어로졸(aerosol)을 포함하는 혼합가스를 제조하는 제2단계, 상기 에어로졸을 포함하는 혼합가스를 응축 및 조대화시키는 응축공정을 수행하는 제3단계를 포함하고, 상기 제1단계 내지 제3단계는 연속적인 공정일 수 있다.
본 발명의 가스상 오염물질 처리방법은 가스상 오염물질 중 특히 질소산화물 제거 효율이 우수하다.
또한, 본 발명의 가스상 오염물질 처리방법은 단순 용이한 방법으로 가스상 오염물질을 고효율, 저비용으로 처리할 수 있다.
도 1은 종래의 방법에 따른 전자선를 이용한 가스상 오염물질 처리 기술에 관한 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법에 관한 모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법은 하기 제1단계 내지 제3단계를 포함하고, 상기 제1단계 내지 제3단계는 연속적인 공정일 수 있다.
도 2를 참조하여 설명하면, 먼저, 본 발명의 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법의 제1단계로서, 질소산화물(NOx)을 포함하는 배가스(1)에 응결핵 성장촉진제(2) 및 반응촉진제(3)를 접촉시켜서 혼합가스를 제조할 수 있다.
배가스(1)에 응결핵 성장촉진제(2) 및 반응촉진제(3)을 접촉시키는 방법은 당업계 이용되는 다양한 방법을 통해 접촉시킬 수 있으며, 바람직하게는 응결핵 성장촉진제(2) 및 반응촉진제(3)의 분사 형태를 통해 배가스(1)에 접촉시킬 수 있다.
배가스(1)는 대규모 산업시설 등의 환경오염원으로 방출되는 다량의 유해물질을 포함하는 가스상 물질로서, 유해물질 중 하나인 질소산화물(NOx)을 포함할 수 있다.
또한, 배가스(1)는 원자수은 및 응축성 미세먼지(CPM : condensable particulate matter) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
응결핵 성장촉진제(2)는 배가스(1)에 포함된 유해물질과 반응하기 위한 반응물질로, 응결핵의 성장속도를 현저히 촉진할 수 있으며, 바람직하게는 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH) 및 염화나트륨(NaCl) 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 수산화나트륨(NaOH)을 포함할 수 있다.
또한, 응결핵 성장촉진제(2)는 2000 ~ 5000ppm 농도, 바람직하게는 2500 ~ 4800ppm 농도의 수산화나트륨(NaOH) 수용액, 수산화암모늄(NH4OH) 수용액 및 염화나트륨(NaCl) 수용액 중 1종 이상을 200 ~ 400㎕, 바람직하게는 230 ~ 370㎕, 더욱 바람직하게는 250 ~ 350 ㎕를 포함할 수 있으며, 만일 200㎕ 미만으로 포함하거나, 400㎕을 초과한다면 가스상 오염물질의 제거 효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 응결핵 성장촉진제(2)는 2600 ~ 4000 ppm 농도의 수산화나트륨 수용액, 바람직하게는 2800 ~ 3800 ppm 농도의 수산화나트륨 수용액, 더욱 바람직하게는 3000 ~ 3500ppm 농도의 수산화나트륨 수용액을 200 ~ 400㎕, 바람직하게는 230 ~ 370㎕, 더욱 바람직하게는 250 ~ 350 ㎕를 포함할 수 있으며, 만일 수산화나트륨 수용액이 200㎕ 미만으로 포함하거나, 400㎕을 초과한다면 가스상 오염물질의 제거 효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
다음으로, 반응촉진제(3)는 가스상 오염물질(1)과 응결핵 성장촉진제(2)의 반응속도를 증가시켜주는 물질로서, 바람직하게는 물을 포함할 수 있다.
반응촉진제(3)로서 물을 포함할 때, 물은 200 ~ 400 ㎕, 바람직하게는 230 ~ 370 ㎕, 더욱 바람직하게는 250 ~ 350 ㎕를 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 제1단계는 제1-1단계 및 제1-2단계를 포함하는 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 제1-1단계는 질소산화물(NOx)을 포함하는 배가스(1)에 응결핵 성장촉진제(2) 및 반응촉진제(3)를 접촉시켜서 혼합가스를 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제1-2단계는 혼합가스를 50 ~ 100℃의 온도, 바람직하게는 55 ~ 90℃의 온도, 더욱 바람직하게는 60 ~ 75℃의 온도에서 1 ~ 3시간동안, 바람직하게는 1.5 ~ 2.5시간동알 가열할 수 있으며, 만일 가열 온도가 50℃ 미만이면 접촉에 의한 반응성이 떨어져서 추후 가스상 오염줄질의 제거 효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 100℃를 초과하면 경제성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법의 제2단계로서, 제1단계에서 제조된 혼합가스에 전자선을 조사하여 혼합가스를 이온화시켜서 에어로졸(aerosol)을 포함하는 혼합가스를 제조할 수 있다.
구체적으로, 제1단계에서 제조된 혼합가스를 전자선조사반응기(10)에 투입하고, 전자선조사반응기(10)에 전자선가속기(11)에서 발생된 전자를 조사할 수 있다. 이와 같은 조사를 통해, 배가스(1)에 포함된 오염물질들은 산화, 제거 또는 에어로졸로 전환될 수 있는 것이다.
한편, 제2단계에서 조사되는 전자선의 조사선량은 1 ~ 1000kGy, 바람직하게는 5 ~ 20kGy, 더욱 바람직하게는 7 ~ 13kGy일 수 있으며, 만일 조사선량이 1kGy 미만이면, 가스상 오염물질의 제거 효율이 현저히 낮고, 1000kGy를 초과하면 조사선량 대비 제거되는 가스상 오염물질이 현저히 증가되지 않아 경제성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
한편, 제2단계의 전자선 조사에 의한 질소산화물 제거 효율은 30% 이상일 수 있으며, 특히, 응결핵 성장촉진제로서 수산화나트륨을 사용할 때, 전자선 조사에 의한 질소산화물 제거 효율은 80% 이상, 바람직하게는 80% ~ 90%일 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법의 제3단계로서, 상기 에어로졸을 포함하는 혼합가스를 응축 및 조대화시키는 응축공정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 전자선조사반응기(10)에서 제조된 에어로졸을 포함하는 혼합가스는 입자하전응축기(20)로 옮겨져 응축 및 조대화시키는 응축공정을 수행할 수 있다. 이를 통해 배가스(1)에 포함된 오염물질들은 거대화할 수 있어, 제거효율을 상승시킬 수 있다. 구체적으로, 제3단계를 통해 나노미터(nm)에서 마이크로미터(㎛)의 크기를 갖는 배가스(1)에 포함된 오염물질들은 응축 및 조대화될 수 있으며, 이를 통해 후술할 제4단계에서 응축된 오염물질을 포집할 때, 포집 효율이 현저히 상승할 수 있는 것이다.
나아가, 본 발명의 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법은 제3단계에서 응축공정을 수행한 혼합가스로부터 응축된 오염물질을 포집하는 제4단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 입자하전응축기(20)에서 응축공정을 수행한 혼합가스를 포집기(30)로 옮겨 포집할 수 있으며, 포집기(30)로서 전기집진기(ESP : electrostatic precipitator) 또는 백필터(Bag filter)가 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예 1
(1) 질소산화물로서 200ppm의 NO 가스 1.5L, 200ppm의 NO2 가스 1.5L가 투입된 테들러 백(tedlar bag)에 응결핵 성장촉진제로서 3270ppm의 수산화나트륨 300㎕, 반응촉진제로서 물 300㎕를 분사하여 혼합가스를 제조하였다.
(2) 상기 테들러 백을 65℃의 전기오븐에서 2시간동안 가열하였다.
(3) 가열된 테들러 백을 전자선조사반응기에 투입하고, 전자선가속기를 이용하여 10kGy의 전자선을 조사하였다.
실시예 2 ~ 12, 비교예 1 ~ 4
실시예 1과 동일한 방법으로 테들러 백에 전자선을 조사하였다. 다만, 하기 표 1과 같이 응결핵 성장촉진제 및 조사선량을 달리하였다.
Figure 112018003620037-pat00001
실험예 1
실시예 1 ~ 12 및 비교예 1 ~ 4를 통해 조사된 테들러 백에 대해 질소산화물 농도분석을 수행하여 질소산화물의 제거효율(%)를 측정하였다. 이에 대한 결과값을 하기 표 2에 기재하였다.
Figure 112018003620037-pat00002
표 2에 기재된 바와 같이, 응결핵 성장촉진제를 포함하여 전자선이 조사된 실시예 1 ~ 12는 응결핵 성장촉진제를 포함하지 않고 전자선이 조사된 비교예 1 ~ 4보다 질소산화물 제거효율이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 응결핵 성장촉진제로서 수산화나트륨을 사용한 실시예 1 은 응결핵 성장촉진제로서 수산화암모늄(NH4OH)을 사용한 실시예 5 및 염화나트륨(NaCl)을 사용한 실시예 9보다 질소산화물 제거효율이 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 조사선량이 10kGy인 실시예 1은 조사선량이 5kGy인 실시예 2보다 질소산화물 제거효율이 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 조사선량이 15kGy인 실시예 3 및 조사선량이 20kGy인 실시예 4는 조사선량이 10kGy인 실시예 1보다 질소산화물 제거효율이 동일하거나 일부 증가하지만 조사선량 대비 제거되는 가스상 오염물질이 현저히 증가되지 않아 경제성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1 : 배가스
2 : 응결핵 성장촉진제
3 : 반응촉진제
10 : 전자선조사반응기
11 : 전자선가속기
20 : 입자하전응축기
30 : 포집기

Claims (11)

  1. 질소산화물(NOx)을 포함하는 배가스에 응결핵 성장촉진제 및 반응촉진제를 접촉시켜서 혼합가스를 제조하는 제1단계;
    상기 혼합가스에 전자선을 조사하여 혼합가스를 이온화시켜서 에어로졸(aerosol)을 포함하는 혼합가스를 제조하는 제2단계; 및
    입자하전응축기를 이용하여 에어로졸을 포함하는 혼합가스를 응축 및 조대화시키는 응축공정을 수행하는 제3단계; 를 포함하고,
    상기 전자선은 7 ~ 13kGy의 조사선량으로 조사하며, 제1단계 내지 제3단계는 연속적인 공정인 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축공정을 수행한 혼합가스로부터 응축된 오염물질을 포집하는 제4단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 응결핵 성장촉진제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH) 및 염화나트륨(NaCl) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 응결핵 성장촉진제는 수산화나트륨(NaOH)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반응촉진제는 물(H2O)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    상기 응결핵 성장촉진제는 2000 ~ 5000ppm 농도의 수산화나트륨(NaOH) 수용액, 수산화암모늄(NH4OH) 수용액 및 염화나트륨(NaCl) 수용액 중 1종 이상을 200 ~ 400㎕ 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 응결핵 성장촉진제는 2600 ~ 4000ppm 농도의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 200 ~ 400㎕를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 반응촉진제는 물(H2O) 200 ~ 400㎕를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계의 배가스는 원자수은 및 응축성 미세먼지(CPM) 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계는
    질소산화물(NOx)을 포함하는 배가스에 응결핵 성장촉진제 및 반응촉진제를 접촉시켜서 혼합가스를 제조하는 제1-1단계; 및
    상기 혼합가스를 50 ~ 100℃의 온도에서 1 ~ 3시간동안 가열하는 제1-2단계;
    를 포함하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거 효율이 우수한 가스상 오염물질 처리방법.
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