KR102571184B1 - 대기 오염물질 저감 장치 - Google Patents

대기 오염물질 저감 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 저온 조건에서 VOCs를 제거하는 대기 오염물질 저감 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 휘발성 유기화합물(VOCs)이 포함된 공기를 공급하는 송풍기, 상기 송풍기를 경유한 공기에 포함된 VOCs를 흡착하여 산화 가능한 고농도 조건으로 VOCs를 농축하는 흡착재, 고온의 열을 상기 흡착재로 공급하여 상기 흡착재로부터 농축된 고온의 VOCs를 탈리하는 열원, 및 상기 흡착재에서 탈리된 고농도 조건의 가연성 VOCs를 산화 제거하는 산화촉매를 포함한다.

Description

대기 오염물질 저감 장치 {APPARATUS REMOVING POLLUTANTS IN ATMOSPHERE}
본 발명은 대기 오염물질 저감 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상온에서 휘발성 유기화합물질(VOCs)이나 질소산화물(NOx)과 같은 대기 오염물질을 상온(즉 저온) 조건에서 제거하는 대기 오염물질 저감 장치에 관한 것이다.
알려진 바에 따르면, 휘발성 유기화합물질(VOCs) 및 질소산화물(NOx)과 같은 대기 오염물질의 경우 대부분의 배출구의 온도가 상온보다 높은 곳이 많다. 상온보다 높은 온도를 이용해서 주로 촉매를 이용하는 VOCs, NOx를 저감하는 장치들은 촉매의 작동 온도 조건을 형성하므로 이 오염물질들을 산화 또는 환원 처리하여 저감한다.
그러나 대기 중 또는 저온 조건에서 배출되는 VOCs, NOx는 농도가 낮고 저감 촉매가 운전될 수 없는 온도 조건이므로 처리할 수 있는 방법이 없다. VOCs를 산화 제거하거나 NOx를 환원 제거하기 위해서는 산화/환원 촉매의 운전에 적합한 온도 조건이 필요하다. 따라서 배출원을 특정하기 어려운 상온 대기 중의 VOCs 및 NOx는 사실상 대응 가능한 방법이 없다.
VOCs 제거를 위한 기존 기술은 흡착재를 사용하여 VOCs를 농축시킨 후 흡착재를 탈거 회수하여 고온의 로 혹은 고온의 환경에서 농축된 VOCs를 탈리 및 산화 시켜 처리한다. NOx 제거를 위한 기존 기술은 주로 배출구에 SCR 촉매를 설치하고, NOx를 N2로 환원하는 환원제를, 일례로써, 암모니아나 요수소를 공급하여 NOx를 제거한다.
기존 기술은 VOCs의 처리를 위해 농축기가 사용될 경우, 흡착 농축된 흡착재를 탈거하여 별도의 산화처리 과정을 통하여 VOCs를 제거한다. NOx의 경우 고온인 환원 촉매의 작동 온도 조건으로 인하여 주로 배출구에 장착된 형태로 대응이 가능했다. NOx의 환원을 위하여 별도의 장치를 통하여 환원제를 공급하여야 한다.
본 발명의 목적은 저온 조건에서 VOCs를 제거하는 대기 오염물질 저감 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 저온 조건에서 VOCs와 NOx를 동시에 제거하는 대기 오염물질 저감 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 휘발성 유기화합물(VOCs)이 포함된 공기를 공급하는 송풍기, 상기 송풍기를 경유한 공기에 포함된 VOCs를 흡착하여 산화 가능한 고농도 조건으로 VOCs를 농축하는 흡착재, 고온의 열을 상기 흡착재로 공급하여 상기 흡착재로부터 농축된 고온의 VOCs를 탈리하는 열원, 및 상기 흡착재에서 탈리된 고농도 조건의 가연성 VOCs를 산화 제거하는 산화촉매를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 제1송풍기, 상기 흡착재 및 상기 산화촉매가 배치되는 메인관, 상기 제1송풍기의 전방에서 상기 메인관에 연결되는 배출관, 상기 메인관과 상기 배출관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 메인관과 상기 배출관에 선택적으로 연결하는 선택밸브, 상기 선택밸브의 전방의 상기 메인관에 상기 열원을 연결하는 열공급관, 상기 열공급관에 구비되어 상기 열원의 열을 상기 메인관으로 공급하는 제2송풍기, 및 상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 메인관으로의 열공급을 단속하는 단속밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 제1송풍기가 설치되는 송풍관, 상기 송풍관에서 분기되어 제1흡착재 및 제1산화촉매가 배치되는 제1분기관, 상기 송풍관에서 분기되어 제2흡착재 및 제2산화촉매가 배치되는 제2분기관, 상기 송풍관과 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관에 선택적으로 연결하는 선택밸브, 상기 선택밸브의 전방에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관에 상기 열원을 각각 연결하는 제1열공급관과 제2열공급관, 상기 제1열공급관과 상기 제2열공급관에 구비되어 상기 열원의 열을 상기 제1열공급관 및 상기 제2열공급관으로 공급하는 제2송풍기, 및 상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관으로의 열공급을 각각 단속하는 제1단속밸브와 제2단속밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 상기 송풍기, 상기 흡착재 및 상기 산화촉매가 배치되는 관을 더 포함하며, 상기 흡착재 및 상기 산화촉매는 복수로 구비되고, 상기 관의 내부에 교호적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 휘발성 유기화합물(VOCs)과 질소산화물(NOx)이 포함된 공기를 공급하는 송풍기, 상기 송풍기를 경유한 공기에 포함된 VOCs를 흡착하여 산화 가능한 고농도 조건으로 VOCs를 농축하는 흡착재, 고온의 열을 상기 흡착재로 공급하여 상기 흡착재로부터 농축된 고온의 VOCs를 탈리하는 열원, 상기 흡착재에서 탈리된 고농도 조건의 가연성 VOCs를 산화 제거하는 산화촉매, 및 상기 산화촉매를 경유한 공기에 포함된 NOx을 환원시키는 HC SCR(hydrocarbon selective catalytic reduction) 촉매를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 제1송풍기, 상기 흡착재, 상기 산화촉매 및 상기 HC SCR 촉매가 배치되는 메인관, 상기 제1송풍기의 전방에서 상기 메인관에 연결되는 배출관, 상기 메인관과 상기 배출관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 메인관과 상기 배출관에 선택적으로 연결하는 선택밸브, 상기 선택밸브의 전방의 상기 메인관에 상기 열원을 연결하는 열공급관, 상기 열공급관에 구비되어 상기 열원의 열을 상기 메인관으로 공급하는 제2송풍기, 및 상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 메인관으로의 열공급을 단속하는 단속밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 제1송풍기가 설치되는 송풍관, 상기 송풍관에서 분기되어 제1흡착재, 제1산화촉매 및 제1HC SCR 촉매가 배치되는 제1분기관, 상기 송풍관에서 분기되어 제2흡착재, 제2산화촉매 및 제2HC SCR 촉매가 배치되는 제2분기관, 상기 송풍관과 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관에 선택적으로 연결하는 선택밸브, 상기 선택밸브의 전방에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관에 상기 열원을 각각 연결하는 제1열공급관과 제2열공급관, 상기 제1열공급관과 상기 제2열공급관에 구비되어 상기 열원의 열을 상기 제1열공급관 및 상기 제2열공급관으로 공급하는 제2송풍기, 및 상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관으로의 열공급을 각각 단속하는 제1단속밸브와 제2단속밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 상기 송풍기, 상기 흡착재, 상기 산화촉매 및 상기 HC SCR 촉매가 배치되는 관을 더 포함하며, 상기 흡착재 및 상기 산화촉매는 복수로 구비되고, 상기 관의 내부에 교호적으로 배치되며, 상기 HC SCR 촉매는 최종 출구측에 구비될 수 있다.
상기 HC SCR 촉매의 직전에는 상기 흡착재가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치는, 제1송풍기가 설치되는 송풍관, 상기 송풍관에서 분기되어 제1흡착재와 제1산화촉매가 복수로 구비되어 교호적으로 배치되며 최종 출구측에 제1HC SCR 촉매가 배치되는 제1분기관, 상기 송풍관에서 분기되어 제2흡착재와 제2산화촉매가 복수로 구비되어 교호적으로 배치되며 최종 출구측에 제2HC SCR 촉매가 배치되는 제2분기관, 상기 송풍관과 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관에 선택적으로 연결하는 선택밸브, 상기 선택밸브의 전방에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관에 상기 열원을 각각 연결하는 제1열공급관과 제2열공급관, 상기 제1HC SCR 촉매와 제2HC SCR 촉매의 후방에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관에 상기 열원을 각각 연결하는 제3열공급관과 제4열공급관, 상기 제1열공급관과 상기 제2열공급관에 구비되어 상기 열원의 열을 상기 제1열공급관, 제2열공급관, 제3열공급관 및 상기 제4열공급관으로 공급하는 제2송풍기, 및 상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 제1분기관, 상기 제2분기관, 상기 제3분기관 및 상기 제4분기관으로의 열공급을 각각 단속하는 제1단속밸브, 제2단속밸브, 제3단속밸브 및 제4단속밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 HC SCR(hydrocarbon selective catalytic reduction) 촉매는, 질소산화물의 흡장 기능을 가지며, 상기 흡착재에서 탈리된 VOCs 및 NOx에서 환원된 기체를 이용하여 흡장된 질소산화물을 탈착 및 환원시킬 수 있다.
이와 같이, 일 실시예는 연료가 공급되지 않는 상온, 대기 조건 및 별도의 환원제 공급이 없는 조건에서 열원으로 탈리열을 공급하여 흡착재에 흡착 농축된 VOCs를 탈리열로 탈리하여 산화촉매에서 탈리열로 VOCs를 산화 제거할 수 있다.
또한, 일 실시예는 HC SCR 촉매로 산화촉매를 경유한 공기에 포함되어 있는 NOx을 환원시키므로 연료가 공급되지 않는 상온, 대기 조건 및 별도의 환원제 공급이 없는 조건에서 VOCs와 NOx를 동시에 제거할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 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 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 대기 오염물질 저감 장치(100)는 송풍기(즉, 제1, 제2송풍기(F1, F2)), 흡착재(10), 열원(20) 및 산화촉매(30)를 포함한다.
제1, 제2송풍기(F1, F2)는 대기 중에 휘발성 유기화합물(VOCs)이 포함된 공기를 공급한다. 휘발성 유기화합물(VOCs)은 대부분 산화를 통해서 제거될 수 있다. 그러나 휘발성 유기화합물(VOCs)의 산화 과정에서 발생하는 열이 산화 반응을 유지할 수 있을 정도의 열량이 되지 않으면 반응이 지속될 수 없다.
이 경우 외부 연료나 열원을 이용해서 산화에 필요한 열을 공급해야 한다. 즉 외부 연료나 열원을 사용하지 않고 휘발성 유기화합물(VOCs)의 산화 처리를 지속적으로 하기 위해서는 고농도 조건으로 VOCs을 농축하여 충분한 산화열이 발생하도록 해야 한다.
본 발명의 실시예들은 고농도 조건으로 VOCs을 농축하여 휘발성 유기화합물(VOCs)을 지속적으로 산화 처리할 수 있는 산화열이 충분히 발생되게 한다. 일례로써, 흡착재(10)는 제1, 제2송풍기(F1, F2)를 경유한 공기에 포함된 휘발성 유기화합물(VOCs)을 흡착하여 산화 가능한 고농도 조건으로 농축한다. 즉 흡착재(10)는 상온에서 VOCs을 흡착하여 고농도 조전으로 농축할 수 있도록 구성된다.
일반적으로 사용되는 흡착재(10)는 상온에서 일정 기간 또는 흡착용량에 따라 VOCs을 흡착한 후 VOCs의 탈리가 가능한 고온 조건을 만들어 주면, 농축된 VOCs가 탈리되어 배출될 수 있다.
이 경우 고농도 조건으로 농축된 VOCs를 탈리하는 탈리열은 탈리된 VOCs를 산화촉매(30)에서 산화 제거할 수 있게 한다. 이러한 특성을 이용하여 배치되는 흡착재(10)와 산화촉매(30)는 저온 조건에서 VOCs를 흡착하고 농축한 후, 탈리열로 VOCs를 탈리하여 산화 처리할 수 있게 한다.
열원(20)은 고온의 열을 흡착재(10)로 공급하여 농축된 고온의 VOCs를 흡착재(10)로부터 탈리열로 탈리한다. 산화촉매(30)는 흡착재(10)에서 탈리된 고농도 조건의 가연성 VOCs를 탈리열로 산화 제거하며, 이를 위하여, 흡착재(10)의 전방에 배치된다. 즉 흡착재(10)는 열원(20) 측에 배치되어 탈리열을 받고, 산화촉매(30)는 출구측에 배치되어 탈리열로 가연성 VOCs를 산화 처리한다.
이를 위하여, 제1실시예의 대기 오염물질 저감 장치(100)는 메인관(40)과 배출관(50)을 포함한다. 제1송풍기(F1), 흡착재(10) 및 산화촉매(30)는 메인관(40)에 배치된다, 배출관(50)은 제1송풍기(F1)의 전방에서 상기 메인관(40)에 연결된다. 즉 제1송풍기(F1)로 공급되는 VOCs를 포함하는 공기는 메인관(40)을 경유하면서 VOCs이 제거된 후 배출되거나 배출관(50)을 통하여 바로 배출될 수도 있다.
이를 위하여, 제1실시예의 대기 오염물질 저감 장치(100)는 선택밸브(V1)를 더 포함한다. 선택밸브(V1)는 메인관(40)과 배출관(50) 연결부에 배치되어 제1송풍기(F1)의 공기를 메인관(40) 또는 배출관(50)에 선택적으로 연결한다.
즉 선택밸브(V1)가 제1송풍기(F1)를 메인관(40)에 연결하면, 공급되는 공기에 포함된 VOCs는 흡착재(10)에 흡착 및 농축된 후, 탈리열에 의하여 탈리되어 산화촉매(20)에서 탈리열로 산화 제거된다. 또한 선택밸브(V1)가 제1송풍기(F1)를 배출관(50)에 연결하면, 공급되는 공기에 포함된 VOCs는 산화 제거되지 않고 배출관(50)으로 배출된다.
즉 흡착재(10)가 상온에서 일정 기간 또는 흡착용량에 따라 흡착을 한 후 탈리 가능한 고온 조건으로 되면, 농축된 VOCs가 흡착재(10)로부터 탈리되어 배출된다. 또 다시 흡착재(10)로 VOCs를 흡착 농축하도록 하기 위하여, 흡착재(10)로부터 VOCs를 탈리하여 배출하는 동안, 일시적으로 제1송풍기(F1)로 공급되는 공기는 VOCs 제거 과정 없이 배출관(50)으로 배출될 수 있다.
또한, 제1실시예의 대기 오염물질 저감 장치(100)는 열공급관(60), 제2송풍기(F2) 및 단속밸브(V2)를 더 포함한다. 열공급관(60)은 선택밸브(V1)의 전방의 메인관(40)에 열원(20)을 연결한다. 따라서 열원(20)과 제2송풍기(F2)의 구동으로 가열되어 탈리열을 포함하는 공기가 메인관(40) 및 흡착재(10)로 공급될 수 있다. 단속밸브(V2)는 제2송풍기(F2) 및 열원(20)에서 메인관(40)으로 탈리열의 공급을 단속한다.
제1실시예의 대기 오염물질 저감 장치(100)의 운전 과정은 제1단계 내지 제5단계로 구성된다. 제1단계는 제1송풍기(F1)를 가동하고 선택밸브(V1)를 온(on) 제어하여, 주변 공기를 메인관(40)으로 공급하여 오염물질, 즉 VOCs를 흡착재(10)에서 고농도에 이르기까지 흡착 농축시킨다.
제2단계는 흡착재(10)가 파과(break through) 또는 정해진 수준의 농축 정도에 도달하여 오염물질, 즉 VOCs의 흡착 농축이 더 이상 이루어지지 않을 때, 선택밸브(V1)를 오프(off) 제어하여 공기가 더 이상 흡착재(10)로 유입되지 않고, 배출관(50)으로 배출되게 한다.
제3단계는 열원(20)과 제2송풍기(F2)를 가동하고 단속밸브(V2)를 온(on) 제어하여 가열되어 탈리열을 포함하는 고온의 건조 공기가 열공급관(60)을 통하여 메인관(40) 내의 흡착재(10)로 공급되어 흡착재(10)에 농축된 오염물질, 즉 VOCs를 탈리시킨다.
제4단계는 탈리열을 포함하도록 고온으로 공급되는 공기에 의하여 농축된 VOCs가 흡착재(10)로부터 탈리되어 산화촉매(30)로 배출된다. 이때, 농축되었다가 탈리된 VOCs는 고온 조건의 탈리열을 포함한다. 탈리열을 포함하는 가연성 VOCs는 산화촉매(30)에서 산화 제거된다. 이때, 산화 과정에서 산화열이 발생하며 탈리열과 산화열을 이용하여 반응이 지속 가능하며, 산화촉매(30)는 별도의 열원을 필요로 하지 않는다.
제5단계는 흡착재(10)에서 VOCs의 탈리가 끝나면 열원(20), 제2송풍기(F2) 및 단속밸브(V2)를 오프(off) 제어한다. 그리고 제1단계로 반복하여, 제1송풍기(F1)를 가동하고 선택밸브(V1)를 온(on) 제어하여, VOCs가 포함된 공기를 흡착재(10)로 공급하여 다시 흡착하여 농축 과정을 반복하게 한다.
이와 같이 제1실시예의 대기 오염물질 저감 장치(100)는 산화촉매(30)를 구동하기 위하여 별도의 연료가 공급되지 않는 상온, 대기 조건 및 별도의 환원제 공급이 없는 조건에서 흡착재(10)에 흡착 농축된 VOCs를 탈리열로 탈리하고, 그 탈리열을 포함하는 VOCs를 산화촉매(30)에서 산화 제거한다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명된 실시예와 비교하여 동일한 구성들에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성들에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다. 제2실시예의 대기 오염물질 저감 장치(200)는 송풍관(240)과 제1분기관(241) 및 제2분기관(242)을 포함한다. 제1송풍기(F1)가 제1송풍관(241)에 설치되어 VOCs가 포함된 공기를 제1송풍관(241)으로 공급한다.
송풍관(240)에서 분기된 제1분기관(241)에는 제1흡착재(11) 및 제1산화촉매(31)가 배치되고, 제2분기관(242)에는 제2흡착재(12) 및 제2산화촉매(32)가 배치된다.
선택밸브(V1)는 송풍관(240)과 제1분기관(241) 및 제2분기관(242)의 연결부에 배치되어 제1송풍기(F1)의 공기를 제1분기관(241) 또는 제2분기관(242)에 선택적으로 연결한다.
제1분기관(241) 및 제2분기관(242)으로 인하여, 제1, 제2열공급관(61, 62)이 구비된다. 제1열공급관(61)은 선택밸브(V1)의 전방에서 제1분기관(241)에 열원(20)을 연결하고, 제2열공급관(62)은 선택밸브(V1)의 전방에서 제2분기관(242)에 열원(20)을 연결한다.
제2송풍기(F2)는 열원(20)을 개재하여 제1열공급관(61)과 제2열공급관(62)에 구비되어, 열원(20)의 열을 제1열공급관(61) 및 제2열공급관(62)으로 공급한다. 제1열공급관(61)과 제2열공급관(62)으로 인하여, 제1, 제2단속밸브(V21, V22)가 구비된다.
제1단속밸브(V21)는 제2송풍기(F2) 및 열원(20)에서 제1분기관(241)으로 탈리열의 공급을 단속하고, 제2단속밸브(V22)는 제2송풍기(F2) 및 열원(20)에서 제2분기관(242)으로 탈리열의 공급을 단속한다.
제1열공급관(61)과 제2열공급관(62)으로 공급되는 탈리열은 제1분기관(241)과 제2분기관(242)에 구비되는 제1흡착재(11)와 제2흡착재(12)로 각각 공급되어 흡착 농축된 VOCs을 탈리한다.
제2실시예의 대기 오염물질 저감 장치(200)는 제1분기관(241)과 제1열공급관(61) 및 제2분기관(242)과 제2열공급관(62)의 2개의 라인으로 이루어지므로 한 라인에서는 제1실시예에서 설명한 제1단계 내지 제5단계의 VOCs의 흡착과 농축 과정을 수행하고, 다른 라인에서는 탈리와 산화 과정을 수행하므로 흡착과 농축 과정 및 탈리와 산화 과정을 연속적으로 구현할 수 있다. 즉 제1실시예에서와 같이 VOCs를 산화 처리하지 않고 배출관(50)으로 배출하는 기간이 제2실시예에서는 없어졌다.
제1송풍기(F1)가 가동되고, 선택밸브(V1)가 제1분기관(241)을 선택하여, 제1분기관(241)을 통하여 VOCs가 포함된 공기를 공급하여 제1흡착재(11)에서 VOCs를 흡착 및 농축시킨다. 이때, 제1단속밸브(V21)가 오프 제어되어 있다.
반면에, 제2단속밸브(V2)가 온 제어된다. 따라서 제2송풍기(F2)가 가동되고 열원(20)이 온 제어되어 제2흡착재(12) 및 제2산화촉매(32)에서 VOCs를 탈리 및 산화시킨다.
제1흡착재(11)의 흡착 농축이 완료되면 선택밸브(V1)가 제2분기관(242)을 선택하고, 제1단속밸브(V21)가 온 제어된다. 따라서 제2송풍기(F2)가 가동되고 열원(20)이 온 제어되어 제1흡착재(11) 및 제1산화촉매(31)에서 VOCs를 탈리 및 산화시킨다.
반면에, 제2단속밸브(V2)가 오프 제어되어 있다. 제1송풍기(F1)가 가동되고, 선택밸브(V1)가 제2분기관(242)을 선택하여, 제2분기관(242)을 통하여 VOCs가 포함된 공기를 공급하여 제2흡착재(12)에서 VOCs를 흡착 및 농축시킨다.
이와 같이, 제1분기관(241)에서의 흡착과 농축 및 제2분기관(242)에서의 탈리와 산화 과정이 진행되거나, 제1분기관(241)에서의 탈리와 산화 및 제2분기관(242)에서의 흡착과 농축 과정이 진행된다. 그리고, 제1, 제2분기관(241, 242)의 과정이 교호적으로 진행된다. 따라서 제2실시예는 VOCs에 대한 흡착과 농축 과정 및 탈리와 산화 과정을 연속적으로 진행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 제3실시예의 대기 오염물질 저감 장치(300)는 송풍기(F), 흡착재(10) 및 산화촉매(30)가 배치되는 관(340)을 포함한다. 흡착재(10) 및 산화촉매(30)는 복수로 구비되고, 관(340)의 내부에 교호적으로 배치된다.
흡착 및 농축의 초기에 가능한 작은 열에너지를 공급하는 것만으로 흡착 및 농축 과정을 가능하게 한다. 이를 위하여, 흡착재(10)와 산화촉매(30)를 교호적으로 배치함에 따라 흡착 및 농축 과정과 탈리 및 산화 과정을 용이하게 할 수 있다. 흡착재(10)와 산화촉매(30)를 동시에 담체에 코팅하므로(미도시) 흡착 및 농축 과정과 탈리 및 산화 과정을 가능하게 할 수 있다.
흡착 및 농축된 첫 번째 흡착재(10)가 탈리 가능할 정도의 가열에 필요한 탈리열만을 첫 번째 흡착재(10)에 공급하게 되면, 이후 탈리된 농축 VOCs들이 산화촉매(30)에 유입되어 산화되면서 가열되고, 이 가열된 열이 다음 흡착재(10)에서 탈리열로 작용하여 흡착재(10)에서 VOCs를 탈리할 있게 한다. 따라서 흡착재(10)에서 흡착과 농축 과정 및 산화촉매(30)에서 탈리와 산화 과정이 순차적으로 진행될 수 있다.
흡착과 농축 및 탈리와 산화의 과정이 반복되면서 탈리열이 부족하거나 방열을 감안하여 처음에 공급되는 열을 탈리열보다 큰 열을 공급하거나, 흡착재(10)와 산화촉매(30)의 용량을 단계적으로 줄일 수도 있다.
이하에서는 VOCs와 NOx가 동시에 존재하는 공기에서 VOCs의 흡착 및 농축 과정을 이용하여, NOx을 동시에 제거하는 대기 오염물질 저감 장치에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 제4실시예의 대기 오염물질 저감 장치(400)는 제1실시예의 대기 오염물질 저감 장치(100)에 HC SCR(hydrocarbon selective catalytic reduction) 촉매(70)를 더 포함한다. HC SCR 촉매(70)는 환원촉매로서, 산화촉매(30)를 경유한 공기에 포함된 NOx을 환원시킨다.
농축 및 탈리된 VOCs가 산화촉매(30)의 산화 과정에서 산화되지 않고 남을 수 있다. 이 남은 VOCs는 HC SCR 촉매(70)에서 환원제로 활용될 수 있다. 흡착재(10)는 VOCs 및 NOx를 흡착했다가 높은 농도로 탈리하고, 이중 VOCs는 산화촉매(30) 상에서 산화되고, 미처 산화되지 못한 VOCs, 또는 VOCs가 부분적으로 산화된 중간체들이 NOx와 함께 HC SCR 촉매(70)로 공급된다. HC SCR 촉매(70)는 이들 환원제 기능의 성분들과 NOx를 반응시켜, 즉 NOx를 N2로 환원시키고, 미연 VOCs 들을 CO2, H2O 형태로 제거한다.
제4실시예는 HC SCR 촉매(70)로 산화촉매(30)를 경유한 공기에 포함되어 있는 NOx을 환원시키므로 연료가 공급되지 않는 상온, 대기 조건 및 별도의 환원제 공급이 없는 조건에서 VOCs와 NOx를 동시에 제거할 수 있다.
즉 HC SCR(hydrocarbon selective catalytic reduction) 촉매는 질소산화물의 흡장 기능을 가지므로 흡착재(10)에서 탈리된 VOCs 및 NOx에서 환원된 기체를 이용하여 흡장된 질소산화물을 탈착 및 환원시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다. 도 5를 참조하면, 제5실시예의 대기 오염물질 저감 장치(500)는 제2실시예의 대기 오염물질 저감 장치(200)에 제1, 제2HC SCR 촉매(71, 72)를 더 포함한다. 제1, 제2HC SCR 촉매(71, 72)는 제4실시예에서와 같이 VOCs와 NOx를 동시에 저감시킬 수 있게 한다.
송풍관(240)에서 분기된 제1분기관(241)에는 제1흡착재(11), 제1산화촉매(31) 및 제1HC SCR 촉매(71)가 배치되고, 제2분기관(242)에는 제2흡착재(12), 제2산화촉매(32) 및 제2HC SCR 촉매(72)가 배치된다.
제5실시예의 대기 오염물질 저감 장치(500)는 제1분기관(241)과 제1열공급관(61) 및 제2분기관(242)과 제2열공급관(62)으로 이루어지므로 제4실시예와 같이 VOCs와 NOx를 동시에 저감시키며, 제2실시예에서와 같이, 저감시키는 과정을 연속적으로 구현할 수 있게 한다.
제1송풍기(F1)가 가동되고, 선택밸브(V1)가 제1분기관(241)을 선택하여, 제1분기관(241)을 통하여 VOCs와 NOx가 포함된 공기를 공급하여 제1흡착재(11)에서 VOCs와 NOx를 흡착 및 농축시킨다. 이때, 제1단속밸브(V21)가 오프 제어되어 있다.
반면에, 제2단속밸브(V2)가 온 제어된다. 따라서 제2송풍기(F2)가 가동되고 열원(20)이 온 제어되어 제2흡착재(12) 및 제2산화촉매(32)에서 VOCs와 NOx를 탈리 및 VOCs를 산화시킨 후, 제2HC SCR 촉매(72)에서 NOx를 환원 제거한다.
제1흡착재(11)의 흡착 농축이 완료되면 선택밸브(V1)가 제2분기관(242)을 선택하고, 제1단속밸브(V21)가 온 제어된다. 따라서 제2송풍기(F2)가 가동되고 열원(20)이 온 제어되어 제1흡착재(11) 및 제1산화촉매(31)에서 VOCs와 NOx를 탈리 및 VOCs를 산화시킨 후, 제1HC SCR 촉매(71)에서 NOx를 환원 제거한다.
반면에, 제2단속밸브(V2)가 오프 제어되어 있다. 제1송풍기(F1)가 가동되고, 선택밸브(V1)가 제2분기관(242)을 선택하여, 제2분기관(242)을 통하여 VOCs와 NOx가 포함된 공기를 공급하여 제2흡착재(12)에서 VOCs와 NOx를 흡착 및 농축시킨다.
즉 제1분기관(241)에서의 VOCs와 NOx의 흡착과 농축 과정 및 제2분기관(242)에서의 탈리와 산화 과정과 NOx의 환원 제거 과정이 진행되거나, 제1분기관(241)에서의 탈리와 산화 과정과 NOx의 환원 제거 과정 및 제2분기관(242)에서의 VOCs와 NOx의 흡착과 농축 과정이 진행된다. 그리고, 제1, 제2분기관(241, 242)의 과정이 교호적으로 진행된다. 따라서 제5실시예는 VOCs와 NOx에 대한 흡착과 농축 과정 및 VOCs의 탈리와 산화 과정과 NOx의 환원 제거를 연속적으로 진행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 제6실시예의 대기 오염물질 저감 장치(600)는 제3실시예의 대기 오염물질 저감 장치(300)에 HC SCR 촉매(70)를 더 포함한다.
HC SCR 촉매(70)는 최종 출구측에 구비된다. HC SCR 촉매(70)의 직전에는 흡착재(10)가 배치된다. 마지막 흡착재(10)에서 탈리되는 VOCs들은 모두 HC SCR 촉매(70)로 유입되어 환원제로 기능할 수 있게 된다.
흡착 및 농축된 첫 번째 흡착재(10)가 탈리 가능할 정도의 가열에 필요한 탈리열만을 첫 번째 흡착재(10)에 공급하게 되면, 이후 탈리된 농축 VOCs와 NOx가 산화촉매(30)에 유입되어 VOCs가 산화되면서 가열되고, 이 가열된 열이 다음 흡착재(10)에서 탈리열로 작용하여 흡착재(10)에서 VOCs와 NOx를 탈리할 있게 한다. 따라서 흡착재(10)에서 흡착과 농축 과정 및 산화촉매(30)에서 탈리와 산화 과정이 순차적으로 진행될 수 있다. 마지막 VOCs의 산화 과정 후, HC SCR 촉매(70)는 미산화 VOCs, VOCs의 분분 산화된 중간체들을 환원제로 사용하여 NOx를 N2로 환원시키고, 미연 VOCs 들을 CO2, H2O 형태로 제거한다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 대기 오염물질 저감 장치의 구성도이다. 도 7을 참조하면, 제7실시예의 대기 오염물질 저감 장치(700)는 제5, 제6실시예의 대기 오염물질 저감 장치(500, 600)를 결합한 구조이다.
송풍관(340)에서 분기된 제1분기관(341)에는 제1흡착재(11)와 제1산화촉매(31)가 교호적으로 배치되고 최종 출구측에 제1HC SCR 촉매(71)가 배치되며, 제2분기관(342)에는 제2흡착재(12)와 제2산화촉매(32)가 교호적으로 배치되고 최종 출구측에 제2HC SCR 촉매(72)가 배치된다.
제2송풍기(F2)는 열원(20)을 개재하여 제1, 제3열공급관(61, 63)과 제2, 제4열공급관(62, 64)에 구비되어, 열원(20)의 열을 제1, 제3열공급관(61, 63) 및 제2, 제4열공급관(62, 64)으로 공급한다. 제1, 제3열공급관(61, 63)과 제2, 제4열공급관(62, 64)으로 인하여, 제1, 제3단속밸브(V21, V23)와 제2, 제4단속밸브(V22, V24)가 구비된다.
제7실시예의 대기 오염물질 저감 장치(700)는 제1분기관(341)과 제1, 제3열공급관(61, 63) 및 제2분기관(342)과 제2, 제4열공급관(62, 64)으로 이루어지므로 제5실시예와 같이 VOCs와 NOx를 동시에 저감시키며, 제6실시예에서와 같이, 저감시키는 과정을 연속적으로 구현할 수 있게 한다.
제1분기관(341)에서 흡착 및 농축된 첫 번째 흡착재(11)가 탈리 가능할 정도의 가열에 필요한 탈리열만을 첫 번째 흡착재(11)에 공급하게 되면, 이후 탈리된 농축 VOCs와 NOx가 제1산화촉매(31)에 유입되어 VOCs가 산화되면서 가열되고, 이 가열된 열이 다음 제1흡착재(11)에서 탈리열로 작용하여 제1흡착재(11)에서 VOCs와 NOx를 탈리할 있게 한다. 따라서 제1흡착재(11)에서 흡착과 농축 과정 및 제1산화촉매(31)에서 탈리와 산화 과정이 순차적으로 진행될 수 있다. 마지막 VOCs의 산화 과정 후, 제1HC SCR 촉매(71)는 미산화 VOCs, VOCs의 분분 산화된 중간체들을 환원제로 사용하여 NOx를 N2로 환원시키고, 미연 VOCs 들을 CO2, H2O 형태로 제거한다.
또한 제2분기관(342)에서 흡착 및 농축된 첫 번째 제2흡착재(12)가 탈리 가능할 정도의 가열에 필요한 탈리열만을 첫 번째 제2흡착재(12)에 공급하게 되면, 이후 탈리된 농축 VOCs와 NOx가 제2산화촉매(32)에 유입되어 VOCs가 산화되면서 가열되고, 이 가열된 열이 다음 제2흡착재(12)에서 탈리열로 작용하여 제2흡착재(12)에서 VOCs와 NOx를 탈리할 있게 한다. 따라서 제2흡착재(12)에서 흡착과 농축 과정 및 제2산화촉매(32)에서 탈리와 산화 과정이 순차적으로 진행될 수 있다. 마지막 VOCs의 산화 과정 후, 제2HC SCR 촉매(72)는 미산화 VOCs, VOCs의 분분 산화된 중간체들을 환원제로 사용하여 NOx를 N2로 환원시키고, 미연 VOCs 들을 CO2, H2O 형태로 제거한다.
제3열공급관(63)과 제4열공급관(64) 및 제3단속밸브(V23)와 제4단속밸브(V24)는 제1, 제2HC SCR 촉매(71, 72)에서 환원반응에 필요한 열을 보충할 수 있다.
한편, 열원(20)은 다양한 형태를 포함한다. 일례를 들면, 열원(20)으로 연료의 공급이 가능할 경우, 버너 형태로 열을 공급할 수도 있고, 연료 공급이 어렵거나 연료를 사용하지 않아야 하는 환경일 경우 전력 공급을 통해서 히터 또는 플라즈마를 이용하여 열을 공급할 수도 있다. 플라즈마를 사용할 경우, 고온 조건을 생성하는 아크 플라즈마, 무선주파수(Radio Frequency, RF) 플라즈마, 또는 마이크로웨이브 플라즈마가 가능하다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 흡착재 11, 12: 제1, 제2흡착재
20: 열원 30: 산화촉매
31, 32: 제1, 제2산화촉매 40: 메인관
50: 배출관 60: 열공급관
61, 63: 제1, 제3열공급관 62, 64: 제2, 제4열공급관
70: HC SCR 촉매 71, 72: 제1, 제2HC SCR 촉매
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: 대기 오염물질 저감 장치
240: 송풍관 241, 341: 제1분기관
242, 342: 제2분기관 340: 관
F: 송풍기 F1, F2: 제1, 제2송풍기
V1: 선택밸브 V2: 단속밸브
V21, V23: 제1, 제3단속밸브 V22, V24: 제2, 제4단속밸브

Claims (11)

  1. 휘발성 유기화합물(VOCs)이 포함된 공기를 공급하는 제1송풍기;
    상기 제1송풍기를 경유한 공기에 포함된 VOCs를 흡착하여 산화 가능한 고농도 조건으로 VOCs를 농축하는 흡착재;
    상기 흡착재 유입 측에 구비되어 고온의 열을 상기 흡착재로 공급하여 상기 흡착재로부터 농축된 고온의 VOCs를 탈리열로 탈리하도록 상기 탈리열을 제공하는 열원과 제2송풍기; 및
    상기 흡착재 배출 측에 구비되어 상기 흡착재에서 탈리된 고농도 조건의 가연성 VOCs를 상기 탈리열로 산화 제거하는 산화촉매
    를 포함하며,
    상기 제1송풍기는 상기 흡착재 및 상기 산화촉매로 상기 공기를 공급하고,
    상기 제2송풍기는 상기 흡착재 유입 측에서 상기 열원의 열을 상기 공기에 공급하는 대기 오염물질 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1송풍기, 상기 흡착재 및 상기 산화촉매가 배치되는 메인관,
    상기 제1송풍기의 전방에서 상기 메인관에 연결되는 배출관,
    상기 메인관과 상기 배출관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 메인관과 상기 배출관에 선택적으로 연결하는 선택밸브,
    상기 선택밸브의 전방의 상기 메인관에 상기 열원을 연결하고, 상기 열원의 열을 상기 메인관으로 공급하도록 상기 제2송풍기를 구비하는 열공급관, 및
    상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 메인관으로의 열공급을 단속하는 단속밸브
    를 더 포함하는 대기 오염물질 저감 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1송풍기가 설치되는 송풍관,
    상기 송풍관에서 분기되어 제1흡착재 및 제1산화촉매가 배치되는 제1분기관,
    상기 송풍관에서 분기되어 제2흡착재 및 제2산화촉매가 배치되는 제2분기관,
    상기 송풍관과 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관에 선택적으로 연결하는 선택밸브,
    상기 선택밸브의 전방에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관에 상기 열원을 각각 연결하고, 상기 열원의 열을 공급하도록 상기 제2송풍기를 구비하는 제1열공급관과 제2열공급관, 및
    상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관으로의 열공급을 각각 단속하는 제1단속밸브와 제2단속밸브
    를 더 포함하는 대기 오염물질 저감 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡착재 및 상기 산화촉매는
    복수로 구비되고,
    교호적으로 배치되는
    대기 오염물질 저감 장치.
  5. 휘발성 유기화합물(VOCs)과 질소산화물(NOx)이 포함된 공기를 공급하는 제1송풍기;
    상기 제1송풍기를 경유한 공기에 포함된 VOCs를 흡착하여 산화 가능한 고농도 조건으로 VOCs를 농축하는 흡착재;
    상기 흡착재 유입 측에 구비되어 고온의 열을 상기 흡착재로 공급하여 상기 흡착재로부터 농축된 고온의 VOCs를 탈리열로 탈리하도록 상기 탈리열을 제공하는 열원과 제2송풍기;
    상기 흡착재 배출 측에 구비되어 상기 흡착재에서 탈리된 고농도 조건의 가연성 VOCs를 상기 탈리열로 산화 제거하는 산화촉매; 및
    상기 산화촉매를 경유한 공기에 포함된 NOx을 환원시키는 HC SCR(hydrocarbon selective catalytic reduction) 촉매
    를 포함하며,
    상기 제1송풍기는 상기 흡착재 및 상기 산화촉매로 상기 공기를 공급하고,
    상기 제2송풍기는 상기 흡착재 유입 측에서 상기 열원의 열을 상기 공기에 공급하는 대기 오염물질 저감 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1송풍기, 상기 흡착재, 상기 산화촉매 및 상기 HC SCR 촉매가 배치되는 메인관,
    상기 제1송풍기의 전방에서 상기 메인관에 연결되는 배출관,
    상기 메인관과 상기 배출관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 메인관과 상기 배출관에 선택적으로 연결하는 선택밸브,
    상기 선택밸브의 전방의 상기 메인관에 상기 열원을 연결하고, 상기 열원의 열을 상기 메인관으로 공급하도록 상기 제2송풍기를 구비하는 열공급관, 및
    상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 메인관으로의 열공급을 단속하는 단속밸브
    를 더 포함하는 대기 오염물질 저감 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1송풍기가 설치되는 송풍관,
    상기 송풍관에서 분기되어 제1흡착재, 제1산화촉매 및 제1HC SCR 촉매가 배치되는 제1분기관,
    상기 송풍관에서 분기되어 제2흡착재, 제2산화촉매 및 제2HC SCR 촉매가 배치되는 제2분기관,
    상기 송풍관과 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관에 선택적으로 연결하는 선택밸브,
    상기 선택밸브의 전방에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관에 상기 열원을 각각 연결하고, 상기 열원의 열을 공급하도록 상기 제2송풍기를 구비하는 제1열공급관과 제2열공급관, 및
    상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 제1열공급관과 상기 제2열공급관으로의 열공급을 각각 단속하는 제1단속밸브와 제2단속밸브
    를 더 포함하는 대기 오염물질 저감 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 흡착재 및 상기 산화촉매는
    복수로 구비되고,
    교호적으로 배치되며,
    상기 HC SCR 촉매는
    최종 출구측에 구비되는
    대기 오염물질 저감 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 HC SCR 촉매의 직전에는 상기 흡착재가 배치되는 대기 오염물질 저감 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1송풍기가 설치되는 송풍관,
    상기 송풍관에서 분기되어 제1흡착재와 제1산화촉매가 복수로 구비되어 교호적으로 배치되며 최종 출구측에 제1HC SCR 촉매가 배치되는 제1분기관,
    상기 송풍관에서 분기되어 제2흡착재와 제2산화촉매가 복수로 구비되어 교호적으로 배치되며 최종 출구측에 제2HC SCR 촉매가 배치되는 제2분기관,
    상기 송풍관과 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관 사이에 배치되어 상기 제1송풍기의 공기를 상기 제1분기관 및 상기 제2분기관에 선택적으로 연결하는 선택밸브,
    상기 선택밸브의 전방에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관에 상기 열원을 각각 연결하고, 상기 열원의 열을 공급하도록 상기 제2송풍기를 구비하는 제1열공급관과 제2열공급관,
    상기 제1HC SCR 촉매와 제2HC SCR 촉매의 후방에서 상기 제1분기관과 상기 제2분기관에 상기 열원을 각각 연결하고, 상기 열원의 열을 공급하도록 상기 제2송풍기에 연결되는 제3열공급관과 제4열공급관, 및
    상기 제2송풍기 및 상기 열원에서 상기 제1열공급관, 상기 제2열공급관, 상기 제3열공급관 및 상기 제4열공급관으로의 열공급을 각각 단속하는 제1단속밸브, 제2단속밸브, 제3단속밸브 및 제4단속밸브
    를 더 포함하는 대기 오염물질 저감 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 HC SCR(hydrocarbon selective catalytic reduction) 촉매는
    질소산화물의 흡장 기능을 가지며, 상기 흡착재에서 탈리된 VOCs 및 NOx에서 환원된 기체를 이용하여 흡장된 질소산화물을 탈착 및 환원시키는 대기 오염물질 저감 장치.
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