KR102407762B1 - 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법 - Google Patents

배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 배기가스의 질소산화물 제거하기 위해, 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)을 일대일로 혼합하여 사용함으로써, 황화수소의 발생을 억제하면서 환원제의 사용량을 최소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법{THE APPARTUS AND METHOD FOR DENITRIFICATION OF EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법으로서, 배기가스의 질소산화물 제거시 황화수소의 발생을 방지하면서 환원제 사용량을 현저하게 감소시킬 수 있는 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체, LED, LCD 제조공정에서 사용되는 가스는 매우 다양하며, N 성분을 함유한 가스로는 NH3나 NF3와 같은 F-gas 등이 이용되고 있다.
전자산업 분야의 제조공정에서 사용되는 다양한 가스 성분들은 스크러버 장치(열분해, 연소, 플라즈마 방식)에 의해 처리되고 무해한 성분의 가스만 최종 배출된다.
그러나 이러한 방식에 의해서도 완전히 처리되지 못하고 배출될 수 있는 성분이 있는데, 열분해의 경우에는 배기가스 내 산소와 N 성분이 반응한 NOx, 연소에 의한 방식일 경우에는, 산화용 공기 주입으로 인한 NOx, 플라즈마 방식일 경우에는, NH3이나 NF3의 분해에 의한 NOx는 완전히 처리되지 않게 된다.
이러한 NOx를 처리하기 위해 탈질제로 작용하는 소정의 환원제를 투입하여 습식 스크러버장치 등을 사용하여 NOx를 처리한다.
그러나, 기존 습식 스크러버장치를 이용하는 경우, NOx를 제거하기 위하여 환원제를 투입하게 되는데 환원제 투입에 따른 H2S의 발생이 급격하게 증가하는 문제점이 있었다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1300482호 "매개 금속이온 및 환원제를 사용한 대기오염물질 처리 시스템 및 그 처리 방법" 2. 대한민국 등록특허 제10-1890165호 "폐가스에 포함된 n2o 저감용 스크러버 장치"
본 발명의 과제는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배기가스의 질소산화물 제거시 황화수소의 발생을 방지할 수 있는 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 배기가스의 질소산화물 제거시 환원제의 사용량을 이론 사용량 대비 최소화할 수 있는 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 배기가스의 질소산화물 제거 장치에 있어서, 상기 배기가스가 유입 및 배출되는 챔버; 및, 상기 챔버 내로 유입되는 배기가스의 NOx를 제거하도록 상기 NOx와 반응하는 환원제를 분사하는 노즐;을 포함하며, 상기 환원제는 일대일 비율로 혼합된 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)인 배기가스의 질소산화물 제거 장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 챔버 외부로 배출되는 배기가스의 NOx 농도와 H2S의 농도를 측정하는 가스분석기; 상기 환원제가 저장되며, 상기 챔버로 상기 환원제를 공급하는 수조; 상기 수조에 저장된 상기 환원제의 pH를 측정하는 pH센서; 상기 수조에 저장된 상기 환원제의 ORP를 측정하는 ORP센서; 및, 상기 NOx 농도에 따른 NOx 제거율을 계산하며, 상기 H2S의 농도, 상기 pH센서의 측정치 및 상기 ORP센서의 측정치를 제공받고, 설정된 NOx제거율 기준치 또는 설정된 H2S 발생 농도의 기준치에 따라 상기 수조에 저장된 환원제의 투입시기 및 투입량을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 설정된 NOx 제거율보다 계산된 NOx 제거율이 작아지는 경우, 상기 설정된 NOx 제거율보다 크거나 같아지기 위하여 상기 수조의 환원제를 상기 챔버로 공급하도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 설정된 H2S의 농도보다 측정된 H2S의 농도가 커지는 경우, 상기 설정된 H2S의 농도보다 작거나 같아지기 위하여 상기 수조의 환원제를 상기 챔버로 공급하도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 상기 ORP센서의 측정치를 통해 상기 NOx 제거율을 계산하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 상기 pH센서의 측정치를 통해 상기 H2S의 농도를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 챔버의 후단에서 상기 챔버에서 처리된 배기가스를 제공받도록 설치되며, 방전부와 집진부를 포함하는 전기집진부를 더 포함하며, 상기 집진부는 상기 환원제를 이용한 수막으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 챔버로 주입되기 전의 배기가스에 오존을 주입하도록 설치되는 오존발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물 제거 방법에 있어서, 챔버 내로 배기가스를 유입시키는 단계; 일대일의 비율로 혼합된 티오황산나트륨(Na2S2O3) 및 아황산나트륨(Na2SO3)으로 구성된 환원제를 상기 챔버 내로 분사하는 단계; 및, 상기 환원제가 상기 배기가스의 NOx와 반응하여 처리되는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 환원제가 상기 챔버 내에서 반응시, 설정된 NOx제거율 기준치 또는 설정된 H2S 발생 농도의 기준치에 따라 수조에 저장된 환원제의 투입시기 및 투입량을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배기가스가 상기 챔버 내로 유입되기 이전에 실행되며, 상기 배기가스의 일산화질소와 오존이 반응하여 이산화질소를 생성하도록 오존을 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배기가스의 질소산화물 제거시 황화수소의 발생을 방지할 수 있는 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법이 제공된다.
또한, 배기가스의 질소산화물 제거시 환원제의 사용량을 이론 사용량 대비 최소화할 수 있는 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스의 질소산화물 제거 장치의 개략도 ,
도 2는 도 1의 장치를 이용한 배기가스의 질소산화물 제거 방법의 순서도,
도 3은 분당 환원제 총 사용량과 환원제의 혼합비의 관계를 나타낸 그래프이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스의 질소산화물 제거 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스의 질소산화물 제거 장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에에 따른 배기가스의 질소산화물 제거 장치는 오존발생기(10), 메인 챔버(20), 노즐(30), 전기집진부(40), 가스분석기(50) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 오존발생기(10)는 유전체 장벽 방전 등을 이용하여 오존(O3)을 발생시키며, 발생된 오존(O3)은 배기가스에 주입된다. 주입된 오존(O3)에 의해 배기가스에 포함된 NOx의 주성분인 NO는 아래 화학식과 같이 NO2로 산화된다.
(화학식 1) NO + O3 -----> NO2 + O2
상기 메인 챔버(20)는 종방향으로 길게 형성된 박스 형태로서, 상단에 유입구가 형성되어 이산화질소를 포함하는 배기가스가 유입되고, 하부 측면에는 유입된 배기가스가 배출되는 배출구가 마련된다.
상기 배출구는 다음 공정으로 이어지는 습식 전기집진장치인 전기집진부(40)와 연통되도록 설치될 수 있다.
또한, 배출구의 하측에는 저장조(21)가 마련되며, 저장조(21)는 별도로 마련된 수조(22)로부터 용액을 공급받도록 설치된다.
상기 수조(22)에는 환원제가 저장되며, 상기 환원제는 일대일의 비율로 혼합된 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)일 수 있다.
상기 저장조(21)에는 환원제의 ORP(Oxidation-Reduction Potential)를 측정하는 ORP센서(23)와 pH를 측정하는 pH센서(24) 등이 설치된다. 상기 ORP센서(23)는 산화환원전위를 센싱하는 장치이고, pH센서(24)는 H2S의 농도를 측정하는 장치이다. 또한, ORP센서(23)와 pH센서(24)의 측정치는 제어부로 전송하도록 설치된다.
상기 노즐(30)은 메인 챔버(20) 내부의 상측에 위치하여 제공되는 환원제를 분사하도록 설치된다. 환원제는 펌프를 통해 노즐(30)과 저장조(21) 사이에서 순환되며, 배기가스와 반응을 통해 점차 그 양이 감소하므로 수조(22)를 통해 후술하는 제어부를 통해 일정량이 주기적으로 공급될 수 있다.
상기 가스분석기(50)는 후술하는 전기집진부(40)를 통과한 배기가스의 NOx 농도와 H2S의 농도를 측정하며, 측정된 측정치는 제어부로 전송하도록 설치된다.
상기 제어부(미도시)는 NOx 농도를 제공받아 NOx 제거율을 계산하도록 마련되며, 가스분석기(50)로부터 제공되는 H2S의 농도, pH센서(24) 및 ORP센서(23)로부터 제공되는 각각의 측정치를 제공받고, 사전에 설정된 NOx제거율 기준치 또는 사전에 설정된 H2S 발생 농도의 기준치에 따라 수조(22)에 저장된 환원제의 투입시기 및 투입량을 제어할 수 있다.
가령, 제어부는 설정된 NOx 제거율보다 계산된 NOx 제거율이 작아지는 경우, 설정된 NOx 제거율보다 크거나 같아지기 위하여 수조(22)의 환원제를 메인 챔버(20)로 공급하도록 제어한다.
또한, 제어부는 설정된 H2S의 농도보다 측정된 H2S의 농도가 커지는 경우, 설정된 H2S의 농도보다 작거나 같아지기 위하여 수조(22)의 환원제를 메인 챔버(20)로 공급하도록 제어한다.
한편, 제어부는 ORP센서(23)의 측정치를 통해 NOx 제거율을 계산하며, pH센서(24)의 측정치를 통해 H2S의 농도를 측정하도록 마련된다.
상기 전기집진부(40)는 메인 챔버(20)에서 NOx가 제거된 배기가스를 공급받고, 배출하도록 마련되는 집진부 챔버(41)와, 고전압 방전에 의해 방전하는 방전부(42) 및 방전된 입자를 포집하는 집진부(43)를 포함하여 구성된다.
여기서, 집진부(43)는 펌프에 의해 순환되는 중화제에 의해 집진부 챔버(41) 벽 내부에 수막을 형성하는 수막형으로 마련된다. 수막형 집진부의 구체적인 구성은 본 출원인이 출원하여 등록된 등록특허 제10-1173496호 또는 등록특허 제1967985호에 개시된 형태로 마련될 수 있다.
상기 집진부(43)는 환원제에 의해 형성되는 수막으로 구성되므로, 유입된 배기가스 입자 중 산성물질을 포집하여 처리한다.
지금부터는 상술한 배기가스의 질소산화물 제거 장치를 이용한 배기가스의 질소산화물 제거 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 도 1의 장치를 이용한 배기가스의 질소산화물 제거 방법의 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물 제거 방법은, 먼저 반도체 등의 공정으로부터 배출되는 배기가스가 메인 챔버(20) 내로 유입되기 이전에 오존발생기(10)로부터 발생시킨 오존을 배기가스에 주입한다(S10).
주입된 오존은 상기 (화학식 1)과 같이 배기가스 내부에 포함된 일산화질소와 반응하여 이산화질소로 생성된다.
그리고, 이산화질소를 포함한 배기가스를 챔버 내로 유입시키고(S20), 챔버 내부의 노즐(30)에서는 일대일의 비율로 혼합된 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)을 상기 챔버 내로 분사하면(S30), 분사된 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)는 아래 화학식에 따라 각각 배기가스의 이산화질소와 반응한다(S40).
(화학식 2)
2NO2 + 4Na2SO3 →4Na2SO4 + N2
(화학식 3)
2NO2 + Na2S2O3 + H2O → Na2S2O4 + 2HNO2 + S
이때, 제어부에서는 가스분석기(50)로부터 NOx 농도를 제공받아 NOx 제거율을 계산하며, 사전에 설정된 NOx제거율 기준치 또는 사전에 설정된 H2S 발생 농도의 기준치에 따라 수조(22)에 저장된 환원제의 투입시기 및 투입량을 제어할 수 있다.
이때, NOx 제거율은 ORP센서(23)로부터 전송받은 ORP 측정치로부터 계산하며, H2S 발생 농도는 pH센서(24)로부터 전송받은 pH 측정치로부터 측정할 수 있다.
그리고, 메인 챔버(20) 내에서 처리된 배기가스는 전기집진부(40)의 집진부 챔버(41)로 이동하여 산성물질이 처리된다(S50). 즉, 전기집진부(40)의 집진부 챔버(41) 내부로 유입되는 배기가스 입자는 방전부(41)의 고전압 방전에 의해 방전되며, 방전된 입자 중 산성물질 입자가 환원제에 의해 형성되는 수막형 집진부(42)에 포집된다. 이어, 전기집진부(40)를 통과한 배기가스는 외부로 배출된다.
상기와 같은 방법에 의해 배기가스의 질소산화물 제거시 환원제 사용량을 최소화하면서도 황화수소(H2S)가 발생하지 않을 수 있다.
실험예
아래 표는 NOx를 포함하는 배기 가스에 적합한 환원제의 사용량을 측정하기 위해 환원제의 종류와 배기가스에 투입되는 물질을 변경하며 실험한 결과표이다.
Figure 112020017608389-pat00001
상기 실험들의 모든 실험 조건은 환원제의 종류와 수산화나트륨(NaOH)의 사용여부 및 배기가스에 포함되는 NOx 및 기타 성분들만 달리하고 배기가스 주입속도 및 농도, 운전시간 등은 동일한 조건으로 실험하였다. 설정된 NOx 제거율은 80%, 발생한 H2S농도는 0ppm이다.
실험 1
실험 1은 메인 챔버에 NOx를 포함한 배기가스를 유입시키고, 환원제로 Na2S를 사용하여 평균 NOx제거율은 67.0%, 발생한 H2S의 농도는 23.7ppm으로 나타났다. 이때, Na2S의 실사용량은 0.58(g/min)으로서 이론사용량 0.23(g/min)의 2.52배가 사용되었다. 실험 1은 평균 NOx 제거율이 67%로서 설정된 NOx 제거율(80%)에 미치지 못하고, H2S의 농도(23.7ppm)는 매우 높게 나타났다.
실험 2
실험 2는 실험 1에서 발생한 H2S를 억제하기 위하여 Na를 가진 NaOH를 Na2S와 함께 사용하여 평균 NOx제거율은 77.9%, 발생한 H2S의 농도는 4.0ppm으로 나타났다. 이때, Na2S의 실사용량은 1.46(g/min)으로서 이론사용량 0.29(g/min)의 5.11배이고, NaOH의 실사용량은 0.12(g/min)으로서 이론사용량 0.26(g/min)의 0.47배가 사용되었다. 실험 2는 실험 1에 비해 평균 NOx제거율이 80%에 근접한 77.9%로 상승하면서 H2S의 농도(4.0ppm)는 낮아졌으나 환원제인 Na2S의 사용량이 2배 이상으로 증가하였다. 여전히 평균 NOx제거율 및 H2S의 농도가 기준치에 미달이며, 환원제 사용량만 증가하였다.
실험 3
실험 3은 메인 챔버에 NOx와 HCl을 포함한 배기가스를 유입시키고, 환원제로 Na2S와 NaOH를 함께 사용하여 평균 NOx제거율 81.0%, 발생한 H2S의 농도는 1.0ppm으로 나타났다. 이때, Na2S의 실사용량은 1.88(g/min)으로서 이론사용량 0.30(g/min)의 6.2배이고, NaOH의 실사용량은 0.30(g/min)으로서 이론사용량 0.50(g/min)의 0.60배가 사용되었다. 실험 3은 반도체 공정의 배기가스에 HCl이 포함되어 있는 것을 가정한 것으로서, 실험 2에 비하여 평균 NOx제거율(81.0%)은 H2S의 농도(1.0ppm)는 낮아졌으나, 여전히 H2S의 농도는 기준치 보다 높을 뿐만 아니라 환원제인 Na2S의 사용량이 증가하였다.
실험 4
실험 4는 메인 챔버에 NOx와 SO2를 포함한 배기가스를 유입시키고, 환원제로 Na2S와 NaOH를 함께 사용하여 평균 NOx제거율 82.9%, 발생한 H2S의 농도는 1.8ppm으로 나타났다. 이때, Na2S의 실사용량은 2.17(g/min)으로서 이론사용량 0.37(g/min)의 5.84배이고, NaOH의 실사용량은 0.56(g/min)으로서 이론사용량 0.56(g/min)의 0.71배가 사용되었다. 실험 4는 반도체 공정의 배기가스에 SO2가 포함되어 있는 것을 가정한 것으로서, 실험 3에 비해 평균 NOx제거율(82.9%)은 상승하면서 Na2S의 사용량은 상대적으로 감소하였으나, 여전히 H2S의 농도(1.8ppm)는 기준치보다 높았다.
실험 5
실험 5는 메인 챔버에 NOx와 HCl 및 SO2를 포함한 배기가스를 유입시키고, 환원제로 Na2S와 NaOH를 함께 사용하여 평균 NOx제거율 83.0%, H2S의 농도는 1.2ppm으로 나타났다. 이때, Na2S의 실사용량은 2.50(g/min)으로서 이론사용량 0.34(g/min)의 7.25배이고, NaOH의 실사용량은 1.04(g/min)으로서 이론사용량 0.95(g/min)의 1.09배가 사용되었다. 실험 5는 반도체 공정의 배기가스에 HCl 및 SO2가 포함되어 있는 것을 가정한 것으로서, 실험 4에 비해 평균 NOx제거율(83.0%)은 상승하였으나, H2S의 농도(1.2ppm)는 여전히 기준치 보다 높고, Na2S의 사용량은 7.25배로 증가하였다.
실험 6
실험 6은 메인 챔버에 NOx를 포함한 배기가스를 유입시키고, 환원제로 Na2SO3을 사용하여 평균 NOx제거율은 77.9%로 나타났고, H2S의 농도는 0ppm으로 나타났다. 이때, Na2S2O3의 실사용량은 80.9(g/min)으로서 이론사용량 1.54(g/min)의 80.9배가 사용되었다. 실험 6은 평균 NOx제거율이 기준치에 미달하였고, 실험 1~5와 비교하여 H2S의 농도가 0ppm으로 나타나 기준치를 만족시켰으나 환원제 사용량이 이론 사용량 대비 80.9배로 가장 많은 사용량이 나타났다.
실험 7
실험 7은 메인 챔버에 NOx를 포함한 배기가스를 유입시키고, 환원제로 Na2S2O3을 사용하여 평균 NOx제거율은 69.0%, H2S의 농도는 0ppm으로 나타났다. 이때, Na2S2O3의 실사용량은 57.3(g/min)으로서 이론사용량 1.34(g/min)의 42.7배가 사용되었다. 실험 7은 평균 NOx제거율이 기준치에 미달하였으나 발생한 H2S의 농도가 0ppm으로서 H2S가 발생하지 않았고, 실험 6과 비교하여 환원제 사용량도 감소하였다. 그러나 여전히 환원제 사용량이 이론 사용량 대비 42.7배로서 매우 높게 나타났다.
혼합비 실험
실험 6과 실험 7의 실험결과를 토대로, 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)은 H2S가 발생하지 않는 것을 확인하였다. 이에 따라, 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)을 혼합하여 환원제로 사용하고, 환원제 사용량을 최소화할 수 있는 최적 혼합비를 찾기 위해 아래와 같은 혼합비 실험을 실시하였다. 실험조건은 배 가스의 유속을 1CMM(m³/min), 일산화질소(NO) 농도 200ppm으로 설정하고, 평균 운전시간 1시간 동안 평균 NOx제거율 90%로 설정하였다.
도 3은 분당 환원제 총 사용량과 환원제의 혼합비의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 분당 환원제 총 사용량(g/min)은 전체적으로 봤을 때 대략 "U"자 형태의 그래프로 나타나며, 1:1일때 가장 낮은 사용량을 나타내어 1:1의 혼합비가 환원제 사용량을 최소화할 수 있는 최적 혼합비임을 확인하였다.
실험 8
실험 8은 메인 챔버에 NOx를 포함한 배기가스를 유입시키고, 환원제로 환원제 사용량을 최소화할 수 있는 혼합비인 일대일 비율로 혼합된 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)을 사용한 결과, 평균 NOx제거율은 82.0%, 발생한 H2S의 농도는 0ppm으로 나타났다.
이때, 일대일 비율로 혼합된 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)의 실사용량은 7.90(g/min)으로서 이론사용량 1.45(g/min)의 5.45배가 사용되었다. 여기서, 실험 8은 평균 NOx제거율이 기준치인 80%를 충족시켰고, H2S의 농도가 0ppm으로서 H2S가 발생하지 않았아 기준치를 충족시켰다. 이와 동시에 환원제 사용량도 이론 사용량 대비 5.45배로 나타나 최소한의 환원제가 사용된 것을 확인하였다.
본 발명에서와 같이 일대일로 혼합한 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)을 환원제로 사용함으로써, NOx제거율을 기준치 이상으로 유지시키면서도 H2S는 발생하지 않고 동시에 환원제의 사용량을 최소화할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10 : 오존발생기
20 : 메인 챔버
21 : 저장조 22 : 수조
23 : ORP센서 24 : pH센서
30 : 노즐
40 : 전기집진부 41 : 집진부 챔버
42 : 방전부 43 : 집진부
50 : 가스분석기

Claims (11)

  1. 배기가스의 질소산화물 제거 장치에 있어서,
    상기 배기가스가 유입 및 배출되는 챔버; 및,
    상기 챔버 내로 유입되는 배기가스의 NOx를 제거하도록 상기 NOx와 반응하는 환원제를 분사하는 노즐;을 포함하며,
    상기 환원제는 일대일 비율로 혼합된 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 아황산나트륨(Na2SO3)인 배기가스의 질소산화물 제거 장치이고,
    상기 환원제가 상기 챔버 내에서 반응시, 설정된 NOx제거율 기준치 또는 설정된 H2S 발생 농도의 기준치에 따라 환원제의 투입시기 및 투입량을 제어하는 제어부를 포함하는 배기가스의 질소산화물 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 외부로 배출되는 배기가스의 NOx 농도와 H2S의 농도를 측정하는 가스분석기;
    상기 환원제가 저장되며, 상기 챔버로 상기 환원제를 공급하는 수조;
    상기 수조에 저장된 상기 환원제의 pH를 측정하는 pH센서; 및
    상기 수조에 저장된 상기 환원제의 ORP를 측정하는 ORP센서;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 가스분석기의 NOx 농도에 따른 상기 ORP센서의 측정치를 토대로 NOx 제거율을 계산하며, 상기 pH센서의 측정치를 토대로 H2S의 농도를 측정하는 배기가스의 질소산화물 제거 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 설정된 NOx 제거율보다 계산된 NOx 제거율이 작아지는 경우, 상기 설정된 NOx 제거율보다 크거나 같아지기 위하여 상기 수조의 환원제를 상기 챔버로 공급하도록 제어하는 배기가스의 질소산화물 제거 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 설정된 H2S의 농도보다 측정된 H2S의 농도가 커지는 경우, 상기 설정된 H2S의 농도보다 작거나 같아지기 위하여 상기 수조의 환원제를 상기 챔버로 공급하도록 제어하는 배기가스의 질소산화물 제거 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 후단에서 상기 챔버에서 처리된 배기가스를 제공받도록 설치되며, 방전부와 집진부를 포함하는 전기집진부를 더 포함하며,
    상기 집진부는 상기 환원제를 이용한 수막으로 형성되는 배기가스의 질소산화물 제거 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버로 주입되기 전의 배기가스에 오존을 주입하도록 설치되는 오존발생기를 더 포함하는 배기가스의 질소산화물 제거 장치.
  9. 배기가스의 질소산화물 제거 방법에 있어서,
    챔버 내로 배기가스를 유입시키는 단계;
    일대일의 비율로 혼합된 티오황산나트륨(Na2S2O3) 및 아황산나트륨(Na2SO3)으로 구성된 환원제를 상기 챔버 내로 분사하는 단계; 및,
    상기 환원제가 상기 배기가스의 NOx와 반응하여 처리되는 단계;를 포함하는 배기가스의 질소산화물 제거 방법이고,
    상기 환원제가 상기 챔버 내에서 반응시, 설정된 NOx제거율 기준치 또는 설정된 H2S 발생 농도의 기준치에 따라 환원제의 투입시기 및 투입량을 제어하는 배기가스의 질소산화물 제거 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 배기가스가 상기 챔버 내로 유입되기 이전에 실행되며,
    상기 배기가스의 일산화질소와 오존이 반응하여 이산화질소를 생성하도록 오존을 주입하는 단계를 더 포함하는 배기가스의 질소산화물 제거 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102577281B1 (ko) 2023-03-21 2023-09-12 주식회사 와이투에이치소프트테크 질소 산화물 저감을 위한 오존 발생기 농도 및 생산량 제어 장치 및 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102628487B1 (ko) * 2021-07-27 2024-01-25 (주)플라즈마텍 반도체 제조 설비의 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 시스템 및 이를 이용한 산성 배기가스 및 알칼리 배기가스 복합 처리 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100268029B1 (ko) * 1998-07-10 2000-10-16 홍종두 산화제를 이용한 질소산화물제거방법 및 그 제거장치
KR100702660B1 (ko) * 2005-11-24 2007-04-02 신도건공 주식회사 산화/환원공정을 이용한 습식 질소산화물 제거방법과 장치
JP5276460B2 (ja) 2009-01-30 2013-08-28 三菱重工業株式会社 排ガス浄化装置
KR101696979B1 (ko) * 2014-10-31 2017-01-18 한국기계연구원 선박의 배출물 처리 시스템 및 이를 이용한 처리 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101300482B1 (ko) 2010-03-31 2013-09-02 순천대학교 산학협력단 매개 금속이온 및 환원제를 사용한 대기오염물질 처리 시스템 및 그 처리 방법
KR101890165B1 (ko) 2016-04-29 2018-08-21 (주)명성씨.엠.아이 폐가스에 포함된 n2o 저감용 스크러버 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100268029B1 (ko) * 1998-07-10 2000-10-16 홍종두 산화제를 이용한 질소산화물제거방법 및 그 제거장치
KR100702660B1 (ko) * 2005-11-24 2007-04-02 신도건공 주식회사 산화/환원공정을 이용한 습식 질소산화물 제거방법과 장치
JP5276460B2 (ja) 2009-01-30 2013-08-28 三菱重工業株式会社 排ガス浄化装置
KR101696979B1 (ko) * 2014-10-31 2017-01-18 한국기계연구원 선박의 배출물 처리 시스템 및 이를 이용한 처리 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102577281B1 (ko) 2023-03-21 2023-09-12 주식회사 와이투에이치소프트테크 질소 산화물 저감을 위한 오존 발생기 농도 및 생산량 제어 장치 및 방법

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