KR102543113B1 - Cyclone for dry granulation and separation of NOx and SOx - Google Patents
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Abstract
본 발명은 NOx 및 SOx의 건식 입자화 및 분리 배출을 위한 사이클론에 관한 것으로: 사이클론 본체; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, NOx 및 SOx를 포함하는 배가스가 유입되는 제1유입구; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, 기체 암모니아가 유입되는 제2유입구; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, 수증기가 유입되는 제3유입구; 제1유입구와 연결되고, 오존이 유입되는 제4유입구; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, 정화 배가스가 배출되는 제1유출구; 및 사이클론 본체의 하부에 형성되고, 입자가 배출되는 제2유출구를 포함하는 사이클론을 제공한다.The present invention relates to a cyclone for dry granulation and separate discharge of NO x and SO x , comprising: a cyclone body; a first inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which exhaust gas containing NO x and SO x flows; a second inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which gaseous ammonia flows; a third inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which water vapor flows; a fourth inlet connected to the first inlet and into which ozone flows; A first outlet formed on the upper part of the cyclone body and through which purified exhaust gas is discharged; and a second outlet formed at a lower portion of the cyclone body and through which particles are discharged.
Description
본 발명은 NOx 및 SOx의 건식 입자화 및 분리 배출을 위한 사이클론(cyclone)에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 상온에서 건식으로 배가스에 존재하는 NOx/SOx를 기체 암모니아와 수증기와의 혼합을 통해서 입자화하고, 생성된 입자를 분리 배출할 수 있는 사이클론에 관한 것이다.The present invention relates to a cyclone for dry granulation and separate discharge of NO x and SO x , and more specifically, mixing NO x /SO x present in exhaust gas with gaseous ammonia and water vapor in a dry manner at room temperature. It relates to a cyclone capable of granulating through and separating and discharging the generated particles.
도 1을 참고하면, 대기 오염 물질을 배출하는 시설(발전소 등)에서는 현재 NOx를 저감시키기 위해 선택적 촉매 환원(SCR: Selective Catalytic Reduction)을 사용하고, SOx를 저감시키기 위해서 배연 탈황(FGD: Flue-Gas Desulfurization)을 사용한다. 그리고 입자상 물질을 저감하기 위해서 전기집진기(ESP: ElectroStatic Precipitator)를 사용한다. 이와 같이 각 오염물질을 제거하기 위해서는 개별의 장치를 필요로 한다.Referring to FIG. 1, in facilities (power plants , etc.) emitting air pollutants, selective catalytic reduction (SCR) is currently used to reduce NO x , and flue gas desulfurization (FGD: Flue-Gas Desulfurization) is used. In addition, an electrostatic precipitator (ESP) is used to reduce particulate matter. In this way, separate devices are required to remove each contaminant.
입자상 물질의 배출원으로는 각종 사업장(반도체 제조시설 등) 및 발전소와 같은 연소 시설 등이 있다. 그리고 이러한 시설에서 입자상 물질의 2차 생성 원인물질인 NOx와 SOx가 다량으로 배출된다. 연소 시설 등에서 배출되는 배가스를 처리하기 위해서는, 상술한 바와 같이, NOx를 저감하기 위한 장치, SOx를 저감하기 위한 장치 그리고 PM 2.5와 같은 입자상 물질을 제거하기 위한 장치를 개별적으로 설치해야 한다.Sources of particulate matter include various workplaces (semiconductor manufacturing facilities, etc.) and combustion facilities such as power plants. In addition, a large amount of NO x and SO x , which are substances that cause secondary generation of particulate matter, are emitted from these facilities. In order to treat flue gas discharged from a combustion facility, etc., as described above, a device for reducing NO x , a device for reducing SO x , and a device for removing particulate matter such as PM 2.5 must be separately installed.
본 발명의 목적은 개별적인 처리 장치를 사용하지 않고 단일 장치를 통해서 NOx와 SOx의 동시 저감이 가능한 사이클론을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a cyclone capable of simultaneously reducing NO x and SO x through a single device without using separate treatment devices.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해: 제1실시형태로서: 사이클론 본체; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, NOx 및 SOx를 포함하는 배가스가 유입되는 제1유입구; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, 기체 암모니아가 유입되는 제2유입구; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, 수증기가 유입되는 제3유입구; 제1유입구와 연결되고, 오존이 유입되는 제4유입구; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, 정화 배가스가 배출되는 제1유출구; 및 사이클론 본체의 하부에 형성되고, 입자가 배출되는 제2유출구를 포함하는 사이클론을 제공한다.In order to achieve the above objects, the present invention: As a first embodiment: a cyclone body; a first inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which exhaust gas containing NO x and SO x flows; a second inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which gaseous ammonia flows; a third inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which water vapor flows; a fourth inlet connected to the first inlet and into which ozone flows; A first outlet formed on the upper part of the cyclone body and through which purified exhaust gas is discharged; and a second outlet formed at a lower portion of the cyclone body and through which particles are discharged.
본 발명의 제1실시형태에 따르면, NOx 및 SOx는 기체 암모니아 및 수증기와 반응하여 염의 형태로 입자화되고, 생성된 입자는 사이클론 본체 내부에서 배가스와 분리되어 제2유출구로 배출되며, 입자가 분리된 배가스는 제1유출구로 배출될 수 있다.According to the first embodiment of the present invention, NO x and SO x are reacted with gaseous ammonia and water vapor to be particles in the form of salts, and the generated particles are separated from the exhaust gas inside the cyclone body and discharged through the second outlet, and the particles The separated flue gas may be discharged through the first outlet.
본 발명의 제1실시형태에 따르면, 입자화는 상온에서 건식으로 이루어질 수 있다.According to the first embodiment of the present invention, granulation can be performed dry at room temperature.
본 발명의 제1실시형태에 따르면, NOx 및 SOx는 사이클론 본체 내부에서 기체 암모니아 및 수증기와 혼합되고, 상부에서 하부로 회전하며 이동하면서 염을 형성할 수 있다.According to the first embodiment of the present invention, NO x and SO x are mixed with gaseous ammonia and water vapor inside the cyclone body, and may form a salt while rotating and moving from top to bottom.
본 발명의 제1실시형태에 따르면, 생성된 염은 점성을 가져 사이클론 본체 내부에서 생성된 뒤 하부로 이동하면서 입자간 응집이 발생하여 입자의 크기가 증가할 수 있다.According to the first embodiment of the present invention, the generated salt has viscosity and is generated inside the cyclone body and then moves downward, causing agglomeration between particles to increase the size of the particles.
본 발명의 제1실시형태에 따르면, 오존은 오존 발생 장치를 통해 발생되고, NO를 산화시킬 수 있다.According to the first aspect of the present invention, ozone is generated through the ozone generating device, and NO can be oxidized.
본 발명의 제1실시형태에 따르면, 오존 발생 장치는 유전체 장벽 방전 플라스마 장치일 수 있다.According to the first aspect of the present invention, the ozone generating device may be a dielectric barrier discharge plasma device.
또한, 본 발명은 제2실시형태로서: 사이클론 본체; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, NOx 및 SOx를 포함하는 배가스가 유입되는 제1유입구; 제1유입구와 연결되고, 기체 암모니아가 유입되는 제2유입구; 제1유입구와 연결되고, 수증기가 유입되는 제3유입구; 제1유입구와 연결되고, 오존이 유입되는 제4유입구; 사이클론 본체의 상부에 형성되고, 정화 배가스가 배출되는 제1유출구; 및 사이클론 본체의 하부에 형성되고, 입자가 배출되는 제2유출구를 포함하는 사이클론을 제공한다.Further, the present invention, as a second embodiment: a cyclone body; a first inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which exhaust gas containing NO x and SO x flows; a second inlet connected to the first inlet and into which gaseous ammonia flows; a third inlet connected to the first inlet and into which water vapor flows; a fourth inlet connected to the first inlet and into which ozone flows; A first outlet formed on the upper part of the cyclone body and through which purified exhaust gas is discharged; and a second outlet formed at a lower portion of the cyclone body and through which particles are discharged.
본 발명의 제2실시형태에 따르면, NOx 및 SOx는 기체 암모니아 및 수증기와 반응하여 입자화된 이후에 사이클론 본체로 유입될 수 있다.According to the second embodiment of the present invention, NO x and SO x may be introduced into the cyclone body after reacting with gaseous ammonia and water vapor to be particles.
본 발명의 제2실시형태에 따르면, 입자가 사이클론 본체 내부에 유입된 뒤 응집을 통한 입자의 크기가 증가 가능하고, 배출되는 입자의 크기 증가로 저감 효율이 증가 가능하다.According to the second embodiment of the present invention, the size of the particles can be increased through aggregation after the particles are introduced into the cyclone body, and the reduction efficiency can be increased by increasing the size of the discharged particles.
본 발명의 제2실시형태에 따르면, 제4유입구는 오존 발생 장치와 연결되고, 오존 발생 장치는 공기가 유입되는 제5유입구와 연결될 수 있다.According to the second embodiment of the present invention, the fourth inlet may be connected to the ozone generating device, and the ozone generating device may be connected to the fifth inlet through which air is introduced.
또한, 본 발명은 제1실시형태 또는 제2실시형태에 따른 사이클론을 이용하는 배가스 처리방법으로서: NOx 및 SOx를 기체 암모니아 및 수증기와 혼합 및 반응시켜 염의 형태로 입자화하는 단계; 생성된 입자를 배가스와 분리하여 하부로 배출하는 단계; 및 입자가 분리된 배가스를 상부로 배출하는 단계를 포함하는 배가스 처리방법을 제공한다.In addition, the present invention is an exhaust gas treatment method using a cyclone according to the first or second embodiment: mixing and reacting NO x and SO x with gaseous ammonia and water vapor to form particles in the form of salts; Separating the generated particles from exhaust gas and discharging them to the lower part; And it provides an exhaust gas treatment method comprising the step of discharging the exhaust gas from which the particles are separated to the top.
본 발명에서 기체 암모니아의 양론 비율은 0.1 내지 2일 수 있다.In the present invention, the stoichiometric ratio of gaseous ammonia may be 0.1 to 2.
본 발명에서 NO2의 제거율은 10% 이상이고, SO2의 제거율은 50% 이상일 수 있다.In the present invention, the removal rate of NO 2 is 10% or more, and the removal rate of SO 2 may be 50% or more.
본 발명에서 수증기의 함량은 0.01 내지 5 부피%일 수 있다.In the present invention, the water vapor content may be 0.01 to 5% by volume.
본 발명에서 SO2의 농도는 10 내지 1500 ppm일 수 있다.In the present invention, the concentration of SO 2 may be 10 to 1500 ppm.
본 발명에서 입자의 입경은 0.1 내지 10 ㎛이고, 입자의 농도는 10 내지 200 mg/㎥일 수 있다.In the present invention, the particle size of the particles may be 0.1 to 10 μm, and the concentration of the particles may be 10 to 200 mg/
본 발명에 따른 사이클론 장치는 NOx와 SOx 저감을 위해서 개별적인 처리 장치를 사용하지 않고, 단일 장치를 통해서 NOx와 SOx의 동시 저감이 가능하다. 또한, NOx 및 SOx의 건식 입자화를 통해 생성된 물질은 분리 배출되어 비료로서 유용하게 사용될 수 있다.The cyclone device according to the present invention is capable of simultaneously reducing NO x and SO x through a single device without using separate processing devices for reducing NO x and SO x . In addition, materials produced through dry granulation of NO x and SO x can be separated and discharged and usefully used as fertilizer.
도 1은 종래의 SCR 공정 및 FGD 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시형태에 따른 사이클론의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시형태에 따른 사이클론의 구성도이다.
도 4는 본 발명에서 암모니아 농도의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에서 상대습도의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에서 SO2 농도의 영향을 나타낸 그래프이다.1 shows a conventional SCR process and FGD process.
2 is a configuration diagram of a cyclone according to a first embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a cyclone according to a second embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the effect of ammonia concentration in the present invention.
5 is a graph showing the effect of relative humidity in the present invention.
6 is a graph showing the effect of SO 2 concentration in the present invention.
이하, 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시형태에 따른 사이클론(1)은 사이클론 본체(10), 제1유입구(11), 제2유입구(12), 제3유입구(13), 제4유입구(14), 제1유출구(15), 제2유출구(16) 등으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
사이클론 본체(10)는 입자(17)를 제거하는 역할을 한다. 이를 위해, 사이클론 본체(10)는 배가스가 내부에서 회전하도록 원통 형태로 형성될 수 있고, 입자(17)들이 배가스와 함께 회전하는 동안 중력과 원심력에 의해 사이클론 본체(10)의 내벽을 따라 아래쪽으로 이동한 후 바닥으로 모이도록 구성될 수 있으며, 입자(17)의 포집을 위해 사이클론 본체(10)의 하부는 원뿔 형태의 테이퍼(taper) 구조를 가질 수 있다.The
사이클론 본체(10)의 상부에서 공급된 배가스는 회전하면서 위쪽으로부터 아래쪽으로, 그리고 내벽 쪽으로부터 중심 쪽으로 이동할 수 있다. 배가스의 이러한 사이클론 이동을 극대화시키도록, 사이클론 본체(10)에는 흐름 안내를 위한 베인(vane)이나 블레이드(blade)와 같은 구성요소가 구비될 수 있고, 이러한 구성요소는 헬리컬(helical) 형태 등과 같은 일정한 방향성을 가질 수 있다.Exhaust gas supplied from the top of the
제1유입구(11)는 NOx 및 SOx를 포함하는 배가스(flue gas)가 유입되는 곳으로, 체류시간 증대 및 원활하고 효율적인 입자화와 포집 등을 위해, 사이클론 본체(10)의 상부에, 예를 들어 사이클론 본체(10)의 측면 상단에 형성될 수 있다.The
제1유입구(11)는 원통형 사이클론 본체(10)의 원형 단면을 기준으로, 원을 90도 간격으로 균등하게 4개로 나눈 사분원 중 제1사분원 위치에 배치될 수 있고, 제1유입구(11)의 바깥쪽 외주면이 사이클론 본체(10)의 외주면과 0도 위치에서 접선 형태로 접속될 수 있다.The
배가스는 각종 사업장(반도체 제조시설 등) 및 발전소와 같은 연소 시설 등에서 배출되는 배가스일 수 있다. 이러한 시설에서 입자상 물질의 2차 생성 원인물질인 NOx와 SOx가 다량으로 배출된다.Exhaust gas may be exhaust gas discharged from combustion facilities such as various workplaces (semiconductor manufacturing facilities, etc.) and power plants. These facilities emit large amounts of NOx and SOx , which are sources of secondary generation of particulate matter.
제1유입구(11)는 다른 유입구들(12, 13, 14)에 비해 큰 직경을 가질 수 있고, 예를 들어 다른 유입구들(12, 13, 14)의 1.5 내지 2.5배 또는 1.8 내지 2.2배의 직경을 가질 수 있다.The
제2유입구(12)는 기체 암모니아(NH3)가 유입되는 곳으로, 체류시간 증대 및 원활하고 효율적인 입자화와 포집 등을 위해, 사이클론 본체(10)의 상부에, 예를 들어 사이클론 본체(10)의 측면 상단에 형성될 수 있다.The
제2유입구(12)는 제2사분원 위치에 배치될 수 있고, 제2유입구(12)의 바깥쪽 외주면이 사이클론 본체(10)의 외주면과 90도 위치에서 접선 형태로 접속될 수 있다. 이에 따라 제2유입구(12)는 제1유입구(11)와 90도를 이루면서 배치될 수 있다. 제2유입구(12)는 제1유입구(11)와 동일 높이 또는 동일 평면 상에 배치될 수 있다.The
제3유입구(13) 수증기(H2O)가 유입되는 곳으로, 체류시간 증대 및 원활하고 효율적인 입자화와 포집 등을 위해, 사이클론 본체(10)의 상부에, 예를 들어 사이클론 본체(10)의 측면 상단에 형성될 수 있다.The
제3유입구(13)는 제3사분원 위치에 배치될 수 있고, 제3유입구(13)의 바깥쪽 외주면이 사이클론 본체(10)의 외주면과 180도 위치에서 접선 형태로 접속될 수 있다. 이에 따라 제3유입구(13)는 제2유입구(12)와 90도를 이루고, 제1유입구(11)와는 180도를 이루면서 평행하게 대칭적으로 배치될 수 있다. 제3유입구(13)는 제1유입구(11) 및 제2유입구(12)와 동일 높이 또는 동일 평면 상에 배치될 수 있다.The
이와 같이, 제1유입구(11), 제2유입구(12) 및 제3유입구(13)는 바람개비 형태처럼 90도 간격으로 엇갈리게 배치됨으로써, NOx와 SOx 및 기체 암모니아와 수증기의 회전 흐름을 원활하고 효율적으로 형성할 수 있고, 이에 따라 NOx와 SOx 및 기체 암모니아와 수증기의 혼합과 반응 및 입자화와 포집이 원활하고 효율적으로 이루어질 수 있다.In this way, the
제4유입구(14)는 오존(ozone, O3)이 유입되는 곳으로, 제1유입구(11)와 직접 연결될 수 있고, 배가스가 사이클론 본체(10)로 유입되기 전에, 오존은 배가스 중의 NO와 반응하여 NO를 NO2 등으로 산화시킬 수 있다. 제4유입구(14)는 제1유입구(11)와 높이방향으로 위쪽에서 직교하여 연결될 수 있다. 오존은 오존 발생 장치를 통해 발생될 수 있는데, 예를 들어 오존 발생 장치는 유전체 장벽 방전(DBD: Dielectric Barrier Discharge) 플라스마 장치일 수 있다.The
제1유출구(15)는 정화 배가스(clean gas)가 배출되는 곳으로, 사이클론 본체(10)의 상부 중앙에 높이방향으로 길게 배치될 수 있고, 사이클론 본체(10)의 내부(예를 들어 사이클론 본체의 높이방향의 대략 중간 지점)로부터 사이클론 본체(10)의 외부까지(사이클론 본체 상단을 관통하여 외부로 돌출) 연장될 수 있다. 이와 같이, 제1유출구(15)는 사이클론 본체(10)의 내부 깊숙이까지 연장됨으로써, 입자(17)가 제1유출구(15)로 배출되는 것을 방지할 수 있다.The
제2유출구(16)는 입자(17)가 배출되는 곳으로, 사이클론 본체(10)의 하부 중앙에, 구체적으로 테이퍼 구조를 갖는 하부의 하단에 형성될 수 있다.The
제1실시형태에 따르면, NOx 및 SOx는 기체 암모니아 및 수증기와 반응하여 염의 형태로 입자화되고, 생성된 입자(17)는 사이클론 본체(10) 내부에서 배가스와 분리되어 제2유출구(16)로 배출되며, 입자(17)가 분리된 배가스는 제1유출구(15)로 배출될 수 있다.According to the first embodiment, NO x and SO x are reacted with gaseous ammonia and water vapor to be particles in the form of salts, and the generated
이와 같이, 연소로 발생하는 NOx와 SOx가 포함된 배가스에 암모니아 가스와 수증기를 주입하여 염(입자상 물질)을 형성할 수 있고, 사이클론 내부에서 입자와 가스의 분리로 NOx/SOx와 그들의 염이 제거된 배가스가 배출되는 형태를 가질 수 있다.In this way, salt (particulate matter) can be formed by injecting ammonia gas and water vapor into exhaust gas containing NO x and SO x generated by combustion, and NO x /SO x and NO x /SO x and It may have a form in which exhaust gases from which their salts are removed are discharged.
입자화는 상온에서 건식으로 이루어질 수 있다. 상온은 대략 20±5℃를 의미할 수 있고, 건식은 물 등의 액체가 없거나 거의 없는(예를 들어 물 함량이 5, 3 또는 1 중량% 이하) 상태를 의미할 수 있다. 입자화가 상온에서 건식으로 이루어짐으로써, 온도 조절 등에 따른 비용을 절감하면서 입자화를 효율적으로 원활하게 수행할 수 있다.Granulation may be performed dry at room temperature. Room temperature may mean approximately 20 ± 5 ° C, and dry may mean a state in which there is no or almost no liquid such as water (eg, water content of 5, 3, or 1% by weight or less). Since granulation is performed in a dry manner at room temperature, granulation can be efficiently and smoothly performed while reducing costs due to temperature control.
제1실시형태에 따르면, NOx 및 SOx는 사이클론 본체(10) 내부에서 기체 암모니아 및 수증기와 혼합되고, 상부에서 하부로 회전하며 이동하면서 염을 형성할 수 있다. 이와 같이, NOx/SOx와 암모니아/수증기는 사이클론 내부에서 혼합되고, 상부에서 하부로 회전하며 이동하면서 염을 형성할 수 있다. 회전 흐름은 상술한 바와 같은 유입구들(11, 12, 13)의 배치 구조에 기인할 수 있다.According to the first embodiment, NO x and SO x are mixed with gaseous ammonia and water vapor inside the
제1실시형태에 따르면, 생성된 염(입자)은 점성을 가져 사이클론 본체(10) 내부에서 생성된 뒤 하부로 이동하면서 입자(17)간 응집이 발생하여 입자(17)의 크기가 증가할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 입자(17)는 상부에서 형성된 후 회전하면서 하부로 이동함에 따라 그 크기가 점점 커지게 되고, 이에 따라 포집 효율이 증가할 수 있다.According to the first embodiment, the generated salt (particles) has viscosity and is generated inside the
또한, DBD 플라즈마와 같은 오존 발생 장치를 통해서 오존을 발생시킨 뒤, NOx/SOx가 존재하는 배가스에 주입하여 NO를 산화시킬 수 있다. 단, NOx/SOx 혼합 가스에 오존을 넣더라도, 오존은 NOx 중에서 NO와만 산화 반응을 한다.In addition, after generating ozone through an ozone generator such as DBD plasma, it is possible to oxidize NO by injecting it into exhaust gas containing NO x /SO x . However, even if ozone is added to the NO x /SO x mixed gas, ozone oxidizes only with NO in NO x .
도 3을 참고하면, 본 발명의 제2실시형태에 따른 사이클론(2)은 사이클론 본체(20), 제1유입구(21), 제2유입구(22), 제3유입구(23), 제4유입구(24), 제1유출구(25), 제2유출구(26), 오존 발생 장치(28), 제5유입구(29) 등으로 구성될 수 있다. 제2실시형태에 따른 사이클론(2)은 다음의 두 가지 측면에서 제1실시형태에 따른 사이클론(1)과 상이하고, 나머지 구성은 제1실시형태에 따른 사이클론(1)과 동일할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
첫째, 유입구의 배치에 있어서, 제2유입구(12) 및 제3유입구(13)가 사이클론 본체(10)와 독립적으로 연결된 도 2의 제1실시형태에 따른 사이클론(1)과 달리, 도 3의 제2실시형태에 따른 사이클론(2)에서 제2유입구(22) 및 제3유입구(23)는 사이클론 본체(20)와 독립적으로 연결되지 않고 제1유입구(21)에 직접 연결될 수 있다.First, in the arrangement of the inlet, unlike the
둘째, 입자화가 일어나는 시점과 위치에 있어서, 반응물질인 NOx와 SOx 및 기체 암모니아와 수증기가 사이클론 본체(10)에 유입된 후에 입자화가 일어나고, 입자화가 사이클론 본체(10) 내에서 진행되는 도 2의 제1실시형태에 따른 사이클론(1)과 달리, 도 3의 제2실시형태에 따른 사이클론(2)에서는 반응물질인 NOx와 SOx 및 기체 암모니아와 수증기가 사이클론 본체(20)에 유입되기 전에 입자화가 일어나고, 입자화는 제1유입구(21) 내에서 진행될 수 있다.Second, in terms of the time and location of granulation, after the reactants NO x and SO x , gaseous ammonia, and water vapor are introduced into the
이와 같이, 제2실시형태에 따르면, NOx 및 SOx는 기체 암모니아 및 수증기와 반응하여 입자화된 이후에 사이클론 본체(20)로 유입될 수 있다. 즉, 입자화는 사이클론 본체(20)에 유입되기 전에 이미 제1유입구(21) 내에서 진행될 수 있고, 이미 입자화가 완료된 입자(27)들이 바로 사이클론 본체(20)로 유입될 수 있다.In this way, according to the second embodiment, NO x and SO x may be introduced into the
이러한 제2실시형태에 따르면, 제1실시형태와 비교하여, 입자(27)가 사이클론 본체(20) 내부에 유입된 뒤 응집을 통한 입자(27)의 크기가 증가 가능하고, 배출되는 입자(27)의 크기 증가로 저감 효율이 증가 가능하다. According to the second embodiment, compared to the first embodiment, the size of the
제2실시형태에 따르면, 제4유입구(24)는 DBD 플라즈마와 같은 오존 발생 장치(28)와 연결될 수 있고, 오존 발생 장치(28)는 공기가 유입되는 제5유입구(29)와 연결될 수 있다. 오존 발생 장치(28)는 공기로부터 오존을 발생시킬 수 있다. 주입 순서의 경우, 오존이 배가스에 먼저 주입된 후에, 암모니아와 수증기가 나중에 주입될 수 있다. 이에 따라, 배가스 중의 NO가 먼저 오존과 반응하여 기상 산화가 이루어진 후, 암모니아와 수증기의 주입 시점에서 가스의 입자로의 전환(입자화)이 이루어질 수 있다.According to the second embodiment, the
또한, 본 발명은 제1실시형태 또는 제2실시형태에 따른 사이클론을 이용하는 배가스 처리방법으로서: NOx 및 SOx를 기체 암모니아 및 수증기와 혼합 및 반응시켜 염의 형태로 입자화하는 단계; 생성된 입자를 배가스와 분리하여 하부로 배출하는 단계; 및 입자가 분리된 배가스를 상부로 배출하는 단계를 포함하는 배가스 처리방법을 제공한다.In addition, the present invention is an exhaust gas treatment method using a cyclone according to the first or second embodiment: mixing and reacting NO x and SO x with gaseous ammonia and water vapor to form particles in the form of salts; Separating the generated particles from exhaust gas and discharging them to the lower part; And it provides an exhaust gas treatment method comprising the step of discharging the exhaust gas from which the particles are separated to the top.
입자화 원리 및 화학 반응식은 다음과 같다. 구체적으로, 다음과 같이, 오존에 의한 산화 반응, 수증기에 의한 반응, 암모니아에 의한 암모늄염 생성 반응, 황산암모늄염에 의한 NOx 저감 반응이 일어날 수 있다.The granulation principle and chemical reaction formula are as follows. Specifically, as follows, an oxidation reaction by ozone, a reaction by water vapor, an ammonium salt production reaction by ammonia, and a NOx reduction reaction by ammonium sulfate salt may occur.
기체 암모니아의 양론 비율(stoichiometric ratio)은 0.1 내지 2, 0.25 내지 1.75, 0.5 내지 1.5, 0.5 내지 1, 1 내지 1.5, 또는 1.25 내지 1.75일 수 있다. 여기서, 양론 비율은 (실제 주입된 암모니아 양) / (이론적으로 필요한 암모니아 양)의 비율을 의미할 수 있다.The stoichiometric ratio of gaseous ammonia may be 0.1 to 2, 0.25 to 1.75, 0.5 to 1.5, 0.5 to 1, 1 to 1.5, or 1.25 to 1.75. Here, the stoichiometric ratio may mean a ratio of (actually injected ammonia amount) / (theoretically required ammonia amount).
NO2의 제거율은 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 또는 70% 이상일 수 있다. SO2의 제거율은 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 또는 93% 이상일 수 있다.The NO 2 removal rate may be 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, or 70% or more. The removal rate of SO 2 may be 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 93% or more.
도 4는 입자화에서 암모니아 농도의 영향을 나타낸 것으로, NH3 양론 비율에 따른 SOx 및 NOx 저감 효율을 나타낸 것이다. 도 4에서 SOx 및 NOx 제거 효율은 다음의 식으로부터 계산될 수 있다. 여기서, η는 제거효율을 나타내고, C는 유입구 및 유출구에서의 농도를 나타낸다.Figure 4 shows the effect of ammonia concentration on granulation, showing the SO x and NO x reduction efficiency according to the NH 3 stoichiometric ratio. The SO x and NO x removal efficiencies in FIG. 4 can be calculated from the following equations. Here, η represents the removal efficiency, and C represents the concentration at the inlet and outlet.
양론 비율은 다음의 식으로부터 계산될 수 있다. 여기서, 은 몰 유속을 나타내고, λ는 양론 비율을 나타낸다.The stoichiometric ratio can be calculated from the following formula. here, represents the molar flow rate, and λ represents the stoichiometric ratio.
도 4에 따르면, NH3 양론 비율이 증가할수록, SOx 및 NOx 저감 효율이 증가하였다. 구체적으로, 양론 비율이 0.5 내지 1의 범위에서는, 증가에 따른 가파른 효율 상승이 관측되었다. 또한, 양론 비율이 1 내지 1.5의 범위에서는, 증가에 따른 완만한 효율 상승이 관측되었다. 이러한 결과의 이유로는 양론 비율 1에서부터 NH3 슬립(slip)이 급격하게 일어났기 때문이다. NH3 슬립은 입자화 반응 후 잔여 암모니아가 대기 중으로 배출되는 것을 의미한다. SO2의 경우, 양론 비율이 1.5일 때, 93.4%의 최고 제거 효율을 나타냈다. NO2의 경우, 양론 비율이 1.5일 때, 70.3%의 최고 제거 효율을 나타냈다.According to FIG. 4, as the NH 3 stoichiometric ratio increases, SO x and NO x reduction efficiencies increase. Specifically, in the range of 0.5 to 1 stoichiometric ratio, a steep increase in efficiency was observed with an increase. Further, in the range of stoichiometric ratio of 1 to 1.5, a gradual increase in efficiency was observed with an increase. The reason for this result is that NH 3 slip occurred rapidly from the stoichiometric ratio of 1. NH 3 slip means that residual ammonia is discharged into the atmosphere after the granulation reaction. In the case of SO 2 , when the stoichiometric ratio was 1.5, the highest removal efficiency of 93.4% was exhibited. In the case of NO 2 , when the stoichiometric ratio was 1.5, the highest removal efficiency was 70.3%.
수증기의 함량은 0.01 내지 5 부피%, 0.05 내지 4 부피%, 0.1 내지 3 부피%, 1 내지 3 부피%, 또는 2 내지 3 부피%일 수 있다.The water vapor content may be 0.01 to 5 vol%, 0.05 to 4 vol%, 0.1 to 3 vol%, 1 to 3 vol%, or 2 to 3 vol%.
도 5는 입자화에서 상대습도의 영향을 나타낸 것으로, 상대습도에 따른 SOx 및 NOx 저감 효율을 나타낸 것이다.5 shows the effect of relative humidity on granulation, and shows SO x and NO x reduction efficiency according to relative humidity.
SO2의 경우, 상대습도가 높을수록 제거 효율이 증가하였다. 상대습도가 95%일 때, 최대 90%의 효율을 나타냈다. 다음의 반응처럼, 상대습도가 높을수록, SO2와 반응할 과량의 H2O가 존재하기 때문이다.In the case of SO 2 , the higher the relative humidity, the higher the removal efficiency. When the relative humidity was 95%, the maximum efficiency was 90%. This is because, as the relative humidity is higher, there is an excess of H 2 O to react with SO 2 , as in the following reaction.
NOx의 경우, 상대습도에 영향을 거의 받지 않았다. NOx 제거 메인 메커니즘은 질산암모늄 생성이 아닌, 황산암모늄염에 의한 제거이기 때문이다. 따라서 H2O에 대한 영향이 없었다.In the case of NO x , it was hardly affected by relative humidity. This is because the main mechanism for NO x removal is removal by ammonium sulphate, not by ammonium nitrate production. Therefore, there was no effect on H 2 O.
SO2의 농도는 10 내지 1500 ppm, 50 내지 1300 ppm, 100 내지 1200 ppm, 200 내지 1100 ppm, 300 내지 1000 ppm, 또는 600 내지 900 ppm일 수 있다.The concentration of SO 2 may be 10 to 1500 ppm, 50 to 1300 ppm, 100 to 1200 ppm, 200 to 1100 ppm, 300 to 1000 ppm, or 600 to 900 ppm.
입자의 입경은 0.1 내지 10 ㎛, 0.15 내지 9 ㎛, 0.2 내지 8 ㎛, 0.25 내지 7 ㎛, 0.3 내지 6 ㎛, 0.35 내지 5 ㎛, 또는 0.4 내지 4 ㎛일 수 있다. 입자의 최빈 입경(node diameter)은 1.5±0.2 ㎛일 수 있다.The particle size of the particles may be 0.1 to 10 μm, 0.15 to 9 μm, 0.2 to 8 μm, 0.25 to 7 μm, 0.3 to 6 μm, 0.35 to 5 μm, or 0.4 to 4 μm. The node diameter of the particles may be 1.5±0.2 μm.
입자의 농도는 10 내지 200 mg/㎥, 20 내지 190 mg/㎥, 30 내지 180 mg/㎥, 40 내지 170 mg/㎥, 50 내지 160 mg/㎥, 60 내지 150 mg/㎥, 70 내지 140 mg/㎥, 80 내지 135 mg/㎥, 90 내지 130 mg/㎥, 또는 100 내지 125 mg/㎥일 수 있다.The concentration of the particles is 10 to 200 mg/m3, 20 to 190 mg/m3, 30 to 180 mg/m3, 40 to 170 mg/m3, 50 to 160 mg/m3, 60 to 150 mg/m3, 70 to 140 mg /m3, 80 to 135 mg/m3, 90 to 130 mg/m3, or 100 to 125 mg/m3.
도 6은 입자화 결과로서, SO2 농도에 따른 암모늄 생성 입자의 크기 분포 및 농도를 나타낸 것이다. 입도 분석기로는 APS(Aerodynamic Particle Sizer) 및 SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer)를 사용하였다. NH3 주입에 의해 약 1.5 ㎛의 최빈 입경을 갖는 암모늄염(1.59 g/㎤) 입자들이 생성되었다. SO2 농도를 증가시킬 경우, 입자의 농도가 증가하였다. 또한, SO2 농도를 증가시키더라도, 최빈 입경은 거의 변하지 않았다.6 shows the particle size distribution and concentration of ammonium generating particles according to SO 2 concentration as a result of particleization. APS (Aerodynamic Particle Sizer) and SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer) were used as particle size analyzers. Ammonium salt (1.59 g/cm 3 ) particles having a mode particle diameter of about 1.5 μm were produced by NH 3 injection. When the SO 2 concentration was increased, the concentration of particles increased. Also, even if the SO 2 concentration was increased, the mode particle size hardly changed.
1, 2: 사이클론
10, 20: 사이클론 본체
11, 21: 제1유입구
12, 22: 제2유입구
13, 23: 제3유입구
14, 24: 제4유입구
15, 25: 제1유출구
16, 26: 제2유출구
17, 27: 입자
28: 오존 발생 장치
29: 제5유입구1, 2: Cyclone
10, 20: cyclone body
11, 21: first inlet
12, 22: second inlet
13, 23: 3rd inlet
14, 24: 4th inlet
15, 25: first outlet
16, 26: second outlet
17, 27: particle
28: ozone generator
29: 5th inlet
Claims (17)
사이클론 본체의 상부에 형성되고, NOx 및 SOx를 포함하는 배가스가 유입되는 제1유입구;
사이클론 본체의 상부에 형성되고, 기체 암모니아가 유입되는 제2유입구;
사이클론 본체의 상부에 형성되고, 수증기가 유입되는 제3유입구;
제1유입구와 연결되고, 오존이 유입되는 제4유입구;
사이클론 본체의 상부에 형성되고, 정화 배가스가 배출되는 제1유출구; 및
사이클론 본체의 하부에 형성되고, 입자가 배출되는 제2유출구를 포함하며,
NOx 및 SOx는 기체 암모니아 및 수증기와 반응하여 염의 형태로 입자화되고, 생성된 입자는 사이클론 본체 내부에서 배가스와 분리되어 제2유출구로 배출되며, 입자가 분리된 배가스는 제1유출구로 배출되고,
입자화는 상온에서 건식으로 이루어지며,
건식은 물 함량이 5 중량% 이하인 상태이고,
기체 암모니아의 양론 비율은 0.1 내지 2이며,
수증기의 함량은 0.01 내지 5 부피%이고,
입자의 입경은 0.1 내지 10 ㎛이며, 입자의 농도는 10 내지 200 mg/㎥인 사이클론.cyclone body;
a first inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which exhaust gas containing NO x and SO x flows;
a second inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which gaseous ammonia flows;
a third inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which water vapor flows;
a fourth inlet connected to the first inlet and into which ozone flows;
A first outlet formed on the upper part of the cyclone body and through which purified exhaust gas is discharged; and
It is formed in the lower part of the cyclone body and includes a second outlet through which particles are discharged,
NO x and SO x react with gaseous ammonia and water vapor to form particles in the form of salts, and the generated particles are separated from the exhaust gas inside the cyclone body and discharged through the second outlet, and the exhaust gas separated from the particles is discharged through the first outlet. become,
Granulation is done dry at room temperature,
Dry is a state in which the water content is 5% by weight or less,
The stoichiometric ratio of gaseous ammonia is 0.1 to 2,
The content of water vapor is 0.01 to 5% by volume,
A cyclone having a particle size of 0.1 to 10 μm and a particle concentration of 10 to 200 mg/m 3 .
NOx 및 SOx는 사이클론 본체 내부에서 기체 암모니아 및 수증기와 혼합되고, 상부에서 하부로 회전하며 이동하면서 염을 형성하는 사이클론.According to claim 1,
NO x and SO x are mixed with gaseous ammonia and water vapor inside the cyclone body, and a cyclone that forms salt while rotating and moving from top to bottom.
생성된 염은 점성을 가져 사이클론 본체 내부에서 생성된 뒤 하부로 이동하면서 입자간 응집이 발생하여 입자의 크기가 증가하는 사이클론.According to claim 4,
The generated salt has viscosity and is created inside the cyclone body, and then moves to the bottom of the cyclone, causing agglomeration between particles to increase the size of the particles.
오존은 오존 발생 장치를 통해 발생되고, NO를 산화시키는 사이클론.According to claim 1,
Ozone is generated through an ozone generator, a cyclone that oxidizes NO.
오존 발생 장치는 유전체 장벽 방전 플라스마 장치인 사이클론.According to claim 6,
The ozone generator is a cyclone, which is a dielectric barrier discharge plasma device.
사이클론 본체의 상부에 형성되고, NOx 및 SOx를 포함하는 배가스가 유입되는 제1유입구;
제1유입구와 연결되고, 기체 암모니아가 유입되는 제2유입구;
제1유입구와 연결되고, 수증기가 유입되는 제3유입구;
제1유입구와 연결되고, 오존이 유입되는 제4유입구;
사이클론 본체의 상부에 형성되고, 정화 배가스가 배출되는 제1유출구; 및
사이클론 본체의 하부에 형성되고, 입자가 배출되는 제2유출구를 포함하며,
NOx 및 SOx는 기체 암모니아 및 수증기와 반응하여 염의 형태로 입자화되고, 생성된 입자는 사이클론 본체 내부에서 배가스와 분리되어 제2유출구로 배출되며, 입자가 분리된 배가스는 제1유출구로 배출되고,
입자화는 상온에서 건식으로 이루어지며,
건식은 물 함량이 5 중량% 이하인 상태이고,
기체 암모니아의 양론 비율은 0.1 내지 2이며,
수증기의 함량은 0.01 내지 5 부피%이고,
입자의 입경은 0.1 내지 10 ㎛이며, 입자의 농도는 10 내지 200 mg/㎥인 사이클론.cyclone body;
a first inlet formed on the upper part of the cyclone body and through which exhaust gas containing NO x and SO x flows;
a second inlet connected to the first inlet and into which gaseous ammonia flows;
a third inlet connected to the first inlet and into which water vapor flows;
a fourth inlet connected to the first inlet and into which ozone flows;
A first outlet formed on the upper part of the cyclone body and through which purified exhaust gas is discharged; and
It is formed in the lower part of the cyclone body and includes a second outlet through which particles are discharged,
NO x and SO x react with gaseous ammonia and water vapor to form particles in the form of salts, and the generated particles are separated from the exhaust gas inside the cyclone body and discharged through the second outlet, and the exhaust gas separated from the particles is discharged through the first outlet. become,
Granulation is done dry at room temperature,
Dry is a state in which the water content is 5% by weight or less,
The stoichiometric ratio of gaseous ammonia is 0.1 to 2,
The content of water vapor is 0.01 to 5% by volume,
A cyclone having a particle size of 0.1 to 10 μm and a particle concentration of 10 to 200 mg/m 3 .
NOx 및 SOx는 기체 암모니아 및 수증기와 반응하여 입자화된 이후에 사이클론 본체로 유입되는 사이클론.According to claim 8,
NO x and SO x react with gaseous ammonia and water vapor to form particles, and then flow into the cyclone body.
입자가 사이클론 본체 내부에 유입된 뒤 응집을 통한 입자의 크기가 증가 가능하고, 배출되는 입자의 크기 증가로 저감 효율이 증가 가능한 사이클론.According to claim 9,
A cyclone capable of increasing the size of particles through aggregation after particles flow into the cyclone body, and increasing the reduction efficiency by increasing the size of discharged particles.
제4유입구는 오존 발생 장치와 연결되고, 오존 발생 장치는 공기가 유입되는 제5유입구와 연결되는 사이클론.According to claim 8,
The fourth inlet is connected to the ozone generating device, and the ozone generating device is connected to the fifth inlet through which air is introduced.
NOx 및 SOx를 기체 암모니아 및 수증기와 혼합 및 반응시켜 염의 형태로 입자화하는 단계;
생성된 입자를 배가스와 분리하여 하부로 배출하는 단계; 및
입자가 분리된 배가스를 상부로 배출하는 단계를 포함하는 배가스 처리방법.An exhaust gas treatment method using a cyclone according to claim 1 or 8:
mixing and reacting NO x and SO x with gaseous ammonia and water vapor to form particles in the form of salts;
Separating the generated particles from exhaust gas and discharging them to the lower part; and
Exhaust gas treatment method comprising the step of discharging the exhaust gas from which the particles are separated to the top.
NO2의 제거율은 10% 이상이고, SO2의 제거율은 50% 이상인 배가스 처리방법.According to claim 12,
An exhaust gas treatment method in which the removal rate of NO 2 is 10% or more and the removal rate of SO 2 is 50% or more.
SO2의 농도는 10 내지 1500 ppm인 배가스 처리방법.According to claim 12,
The concentration of SO 2 is 10 to 1500 ppm flue gas treatment method.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |