KR19990007067A - 연소 배기 가스의 탈질 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 연소 배기가스, 특히 쓰레기 소각로에서 나오는 배기 가스의 탈질 방법에서는, 연소가스를 재연소할 때에 반응 온도에서 암모니아를 방출하는 환원제를 연소가스에 첨가하고, 재연소 후에 암모니아를 함유한 배기 가스를 냉각하고 그와 같이 냉각된 암모니아를 함유한 배기 가스에 다시 한 번 환원제를 공급하며, 이어서 그와 같이 처리된 배기 가스를 촉매 요소(7)로 이송하여 산화질소의 환원을 위한 촉매 반응을 일으킨다.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 연소 배기 가스의 탈질 방법에 관한 것이다.
연소 배기 가스에 암모니아를 공급하고, 그 암모니아가 약 850℃의 온도에서 산화질소와 반응하여 질소와 물을 생성하는 것에 의해 연소 배기 가스를 탈질하는 것은 공지되어 있는 방법이다. 그러한 방법의 단점은 탈질처리량을 높힐 경우에는 암모니아의 반응이탈이 커진다는 점이다. 또 다른 단점은 암모니아가 상대적으로 많이 소모된다는 점이다.
또 다른 연소 배기 가스의 탈질 방법은 DE 36 34 360 C2로부터 공지되어 있는데, 그 방법에서는 배기 가스를 NH3,암모니아 함유 물질, 아민 또는 아민 함유 물질과 혼합하고, 이어서 그 혼합물을 150 내지 600℃의 온도에서 하나 이상의 필터 요소를 통해 이송한다. 그 경우, 필터 요소는 세라믹 캐리어 재료로 이루어지고, 산화질소의 환원을 위한 촉매 반응을 일으키는 촉매 작용 물질을 포함한다. 연소 배기 가스가 예컨대 쓰레기를 연소할 때에 나오는 배기 가스에서 그러한 바와 같이 많은 유해 물질을 함유하고 있는 경우, 전술된 방법은 사용될 수 없거나, 사용된다고 하더라도 촉매의 수명이 매우 한정되는 것을 감소할 수 밖에 없다. 설령 전술된 방법이 사용될 수 있다고 하더라도, 전술된 방법으로 작업을 하는 데에는 매우 많은 비용이 소요된다.
전술된 방법의 또 다른 단점은 촉매의 표면 온도가 600℃까지 이를 정도로 매우 높기 때문에 많은 다이옥신이 생성된다는 점이다.
본 발명의 목적은 효율이 높고 비용이 저렴한 연소 배기 가스의 탈질 방법을 제공하는 것이다.
그러한 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 연소 배기 가스의 탈질 방법에 의해 달성된다. 청구항 2 내지 10의 종속항들은 본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 구성에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 연소장치, 2 : 재연소실,
3 : 온도 측정 장치, 4 : 보일러,
5 : 측정 장치, 7 : 촉매 요소,
8 : 열 탈취 장치 9 : 습식 배기 가스 정화 장치,
10 : 굴뚝, 12 : 슬래그
20 : 쓰레기 재활용 장치.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 연소 배기 가스의 탈질 방법, 특히 쓰레기 소각로에서 나오는 배기 가스의 탈질 방법은 연소 가스를 재연소할 때에 반응 온도에서 암모니아를 방출하는 환원제를 연소 가스에 첨가하고, 재연소 후에 암모나아를 함유한 배기 가스를 냉각하고 그와 같이 냉각된 암모니아를 함유한 배기 가스에 다시 한 번 환원제를 공급하며, 이어서 그와 같이 처리된 배기 가스를 촉매 요소로 이송하여 산화질소의 환원을 위한 촉매 반응을 일으키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 연소 배기 가스의 탈질 방법으로서,폐기물 연소 장치에서의 연소에 의해 발생되는 연소 배기 가스, 특히 쓰레기 소각로에서 나오는 배기 가스의 탈질 방법은 연소 과정을 주연소와 재연소에 의한 2단계 과정으로 진행하고, 연소 배기 가스를 재연소할 때에 암모니아이거나 반응 온도에서 암모니아를 방출하는 환원제를 연소 배기 가스에 첨가하며, 그에 의해 재연소 후에 생성된 암모니아를 함유한 배기 가스를 냉각하고 그와 같이 냉각된 암모니아를 함유한 배기 가스에 다시 한번 환원제를 공급하고, 이어서 그와 같이 처리된 연소 배기 가스를 촉매 요소로 이송하여 산화질소의 환원을 위한 촉매 반응을 일으키는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 목적은 2단계의 연소 배기 가스의 탈질 방법에 의해 달성된다.제 1 방법 단계에서는 연소 가스 또는 연소 배기 가스를 재연소 할때에 연소 가스 또는 연소 배기 가스에 환원제를 첨가하는데, 그 경우에 예컨대 약850℃+/-50℃의 온도에서 암모니아와 산화질소가 반응하여 질소와 물을 생성한다. 제 2 방법 단계에서는 그러한 배기 가스를 냉각한 후에 배기 가스에 다시 한 번 환원제를 첨가하고,이어서 그와 같이 처리된 배기 가스를 촉매 요소에 공급한다. 제 1 방법 단계에서는 대략적인 탈질 처리가 이루어지는 반면에, 제 2 방법 단계에서는 세밀한 탈질 처리가 이루어진다. 그러한 방법의 장점은 암모니아의 반응 이탈 잔류물이 예컨대 10mg NH₃/m³미만의 적은 양에 불과하면서도 촉매 요소를 통과한 후의 배기 가스가 예컨대 30ppm미만의 적은 양의 산화질소를 함유한다는 점이다.
본 발명에 따른 방법은 촉매가 장시간에 걸쳐 그 기능을 발휘할 수 있기 때문에 새로이 교환될 필요가 없다는 점에서 유리한데, 그로 인해 비용의 측면에서 저렴할 뿐 아니라 촉매와 관련하여 배기 가스 정화 장치의 작동을 상당한 시간동한 정지시킬 필요가 없이 작업을 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 촉매 요소는 필터 요소를 추가로 포함하는데, 그러한 2개의 요소는 예컨대 간행물 DE 36 34 360 C2에 개시된 바와 같이 촉매 작용 물질을 포함한 필터 요소로서 형성될 수도 있다. 필터 요소로는 촉매/캔들 필터가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은 촉매/필터 또는 촉매/캔들 필터가 상대적으로 소형의 컴팩트한 구조로 형성될 수 있다는 점이다. 공지되어 있는 바와 같이,촉매의 효력은 시간의 경과에 따라 감소한다. 탈질을 위해 촉매만을 사용하는 장치에서는 촉매가 예컨대 2년의 작동 수명으로 설계되기 때문에 주어진 작동 수명의 말기 무렵에서도 충분히 높은 탈질율을 얻기 위해서는 그에 상응하는 대형의 크기로 제작되어야 한다. 종래의 촉매는 높은 성능 보존 용량을 필요로 하고.그 때문에 촉매가 대형으로 형성되어 그에 상응하게 고가의 비용으로 형성될 수 밖에 없었다. 본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은 촉매의 효력이 떨어진 경우에는 상당량의 암모니아를 분사하는 것에 의해 촉매작용에 의하지 않고서도 강력한 탈질을 실시하기 때문에 촉매의 수명이 연장될 수 있다는 점이다. 그로 인해, 촉매의 교환 시기가 연장될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은 연소 가스의 온도의 변동이 있는 경우에도 최적의 탈질이 보장된다는 점이다. 연소 가스의 온도는 보일러를 통과한 후에는 보일러의 오염으로 인해 변동되는 것으로 알려져 있다. 정화된 보일러에는 오염된 보일러에서보다 더 많은 열이 연소 가스로부터 탈취된다. 연소가스의 온도는 촉매의 변환율에 영향을 미친다. 연소 가스의 온도가 원인이되는 촉매의 변환율의 변동은 촉매 작용에 의하지 않는 탈질이 실시되는 것으로 인해 촉매에서의 탈질에 단지 미미한 영향만을 미친다.
따라서,촉매 작용에 의하지 않는 탈질과 촉매 작용에 의한 탈질과의 조합으로 이루어진 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 장점을 제공한다:
-촉매/필터가 소형으로 컴팩트하게 구성될 수 있고,
-촉매의 효력의 감소를 촉매 작용에 의하지 않는 탈질의 증대에 의해 보상하기 때문에 촉매의 수명이 연장될수 있으며,
-연소 가스의 온도의 변동이 촉매의 변환율에 적은 영향만을 미칠 뿐이고,
-전체적으로 저렴한 비용으로 탈질이 달성된다.
촉매/캔들 필터의 사용에 따른 장점은 동일한 장치와 동일한 방법 단계에서 연소 가스의 집진뿐 아니라 연소 가스의 탈질이 실시된다는 점이다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은 다이옥신이 적게 생성된다는 점이다.배기 가스에서의 다이옥신의 생성과 굴뚝 재에서의 다이옥신의 생성은 한편으로는 배기 가스 중에 암모니아를 분사하는 것에 의해 억제된다. 또한,본 발명에 따른 필터 요소의 경우에는 집진이 상대적으로 낮은 온도에서 실시되기 때문에 분리된 분진에서는 다이옥신이 거의 생성되지 않는다. 또한,촉매 작용을 하는 필터는 다이옥신을 파괴시킨다. 촉매 요소에 후속하여 습식 배기 가스 정화를 실시하기 전에 또는 습식 배기 가스 정화를 실시하는 동안에 활성탄의 첨가에 의한 재흡착을 실시하기 때문에, 추가의 다이옥신 또는 기존의 다이옥신이 제거된다.
따라서,본 발명에 따른 방법에 의해 정화된 쓰레기 소각로의 배기 가스는 매우 적은 수치의 다이옥신을 함유한다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은 촉매 작용에 의하지 않는 탈질만을 전적으로 실시하는 방법(SNCR법)에 비해 배기 가스의 탈질을 위해 필요로 하는 암모니아가 적게 소모된다는 점이다. 촉매 작용에 의하지 않는 방법(SNCR법)에서 높은 분율의 산화질소를 환원시키기 위해서는 지속적으로 과잉의 암모니아가 필요하다. 즉,일정한 정도의 암모니아의 반응 이탈을 막을 도리가 없다.
환원제로서 적합한 것은 암모니아 이외에도 암모니아 함유 물질,아민,용해된 암모늄염 또는 염화암모늄 용액이 있다. 암모니아는 가스 형태로 또는 수용액,특히 액적 형태로 배기 가스에 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 구성에 있어서,전체적으로 최소의 암모니아가 소모되고 암모니아의 반응 이탈도 최소가 되도록 환원제의 첨가를 제어하고, 그에 의해 환경 오염과 관련하여서도 최적화된 탈질이 이루어진다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 구성에 있어서, 촉매 요소를 통과한 후의 배기 가스에 활성탄을 첨가하여 가장 미량으로 함유된 염소화 방향족 물질 또는 금속상 수은을 활성탄에 흡착시킨다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 구성에 있어서, 촉매 요소를 통과한 후의 배기 가스를 습식 배기 가스 정화에 의해 처리하여 SO2또는 HCl과 같은 산성의 유해물질을 제거한다.
본 발명에 따른 방법의 장점은 습식 배기 가스 정화 장치로부터 유출된 후의 배기 가스가 예컨대 독일 환경 보호법 제 17조에 규정된 값과 같은 가스 방출치에 관한 국내 법규를 충족시키기 때문에 종래에 필요로 하였던 예컨대 흡착제를 끼워 넣은 섬유 필터 또는 코우크스 고체층으로서 형성되는 습식 정화 단계를 거칠 필요가 없이 굴뚝을 경유하여 배출될 수 있다는 점이다.
이하, 본 발명에 따른 방법을 도 1에 개략적으로 도시된 실시예에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 따른 쓰레기 재활용 장치(20)는 쓰레기(11)를 연소하는 연소장치(1) 및 그 연소장치(1)에 후속하여 배치된 배기 가스 정화 장치를 구비한다. 공기의 첨가 하에 연소되는 쓰레기(11)로부터 슬래그(12) 및 연소 배기 가스 또는 배기 가스(R)가 생성되는데, 그 배기 가스(R)는 각종의 단계를 거친 후에 파이프 라인(6)을 경유하여 굴뚝(10)으로 이송되고, 정화된 배기 가스(R)는 정화 가스(Re)로서 굴뚝(10)으로부터 대기 중으로 방출된다.
배기 가스(R)는 연소 장치(1)를 통과한 후에 재연소실(2)로 이송되고, 재연소실(2)에서는 암모니아이거나 암모니아 함유 물질, 아민 또는 아민 함유 물질과 같은 암모니아 분리 화합물인 환원제가 배기 가스(R)에 분사되어 촉매 작용에 의하지 않는 탈질이 이루어진다. 환원제는 배기 가스의 온도가 700 내지 900℃, 바람직하게는 약 850℃인 재연소실(2)의 장소에 파이프 라인(13a,13b,13c)을 경유하여 분사된다. 파이프 라인(13a,13b,13c)은 재연소실(2)의 여러 장소에 배치되는데, 온도 측정 장치(3)가 재연소실(2)중의 온도를 탐지하고, 그에 의거하여 도시를 생략한 제어 장치가 상이한 위치에 배치된 파이프 라인(13a,13b,13c)에 환원제를 공급하여 환원제가 바람직한 온도 구역에 분사되도록 한다. 재연소실(2)은 배기 가스(R)가 전체적으로 약 2초 동안 그안에 체류하도록 설계된다.
그와 같이 촉매 작용에 의하지 않는 탈질 처리를 거친 배기 가스(R)는 보일러(4)로 이송되어 그 보일러(4)에서 350℃미만, 바람직하게는 200 내지 350℃의 온도로 냉각된다. 또한, 보일러(4)에 있는 배기 가스(R)에는 파이프 라인(14)을 경유하여 다시 한 번 환원제가 분사되는데, 그 분사 노즐은 임의의 작동상태에서 분사 장소에 있는 배기 가스의 온도가 850℃미만이 되도록 보일러(4) 중에 배치된다. 배기가스(R)는 보일러(4)를 통과한 후에 촉매 요소(7)에 공급된다. 촉매 요소(7)는 세라믹 캐리어 재료로 이루어진 캔들 필터(7a)를 구비한 필터 요소(7b)를 포함하고, 세라믹 캐리어 재료는 산화질소의 환원을 위한 촉매 반응을 일으키는 활성의 촉매 작용 물질로 코팅된다. 촉매 작용 물질로서는 원자번호가 23 내지 30인 원소의 산화물과 염 및 텅스텐 또는 몰리브덴의 산화물과 염이 사용된다. 그러한 필터(7b)를 구비한 촉매요소(7)는 집진 작용을 할 수 있을 뿐 아니라, 배기 가스(R)중에 존재하는 암모니아에 의해 배기 가스(R)를 탈질시킬 수도 있다. 또한, 촉매 요소(7)에서는 예컨대 PCDD와 같은 가스 형태의 과염소화 방향족 물질이 파괴된다.
촉매 요소(7)는 필터 작용을 수반하지 않아서 소위 HD법(high dust method)에서 사전에 집진처리를 거치지 않은 배기 가스(R)가 촉매 요소(7)를 통과하도록 형성될 수도 있다. 그 경우, 촉매 요소는 폐색의 방지를 위해 그에 상응하게 개방된 배기 가스(R)의 흐름 채널이 가용될 수 있도록 형성되어야 한다.
촉매 요소(7)에 후속하여 열 탈취 장치(8)가 접속될 수 있는데, 그 열 탈취 장치(8)는 배기 가스(R)로부터 잔존 여열을 탈취하여 배기 가스(R)를 160℃까지 냉각시킨다. 그에 후속하여 배기 가스(R)중에 함유된SO₂또는 HCl과 같은 산성의 유해 물질을 흡수하는 습식 배기 가스 정화 장치(9)가 접속된다. 가장 미량으로 함유된 염소화 방향족 물질 또는 금속상 수은을 흡착하기 위해서는,파이프 라인(16a,16b)을 경유하여 배기 가스 흐름(R) 또는 습식 배기 가스 정화 장치(9)에 직접 활성탄을 투입하는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.
분사되는 암모니아의 양은 여러 전략에 따라 제어될 수 있다. 예컨대,암모니아는 다음과 같이 분사될 수 있다: 측정 장치(5)에 의해 측정할때에 배기 가스(R)가 약 100ppm의 NO로 부분적으로 탈질되도록 하는 양의 암모니아를 파이프 라인(13)을 경유하여 분사한다. 재연소실(2)의 온도 분포를 측정하고,그에 의지하여 3개의 파이프 라인(13a,13b,13c)중에서 850±50℃의 최적 온도에 가장 가까운 장소에 있는 하나의 파이프 라인에 접속하여 암모니아를 분사한다. 부가적으로, 재연소실(2)에의 암모니아의 첨가는 재연소실(2)의 원료 가스 중의 NO함량에 대해 최대1.5±0.5배의 암모니아량이 분사되도록 한정된다. 그러한 한정량은 최대 암모니아량으로서 고정적으로 설정되거나 재연소실(2)의 온도에 의존하여 변경될 수도 있다.
촉매 요소(7)를 통과하기전의 배기 가스의 암모니아 함량은 파이프라인(14)을 경유하여 2번째로 암모니아를 첨가하는 것에 의해 촉매 요소(7)를 통과하기 전의 배기 가스가 측정 장치(5)에 의해 측정할 때에 산화질소에 대한 화학량론적 양(stoichiometric quantity)의 암모니아를 함유할 정도로 높아진다. 암모니아의 반응이탈을 최소화시키기 위해,화학량론적 계수는 예컨대0.66배의 화학량론적 양과 같이 1보다 더 작을 수도 있다.
그러한 제어 개념에 의해, 암모니아의 반응 이탈 잔유물이 10mgNH3/㎥미만이면서도 배기 가스(R)의 탈질 잔류물이 예컨대 30ppm NO미만으로 될 수 있다.
파이프 라인(14)을 경유한 2번째의 암모니아 분사 장소는 측정 장치(5)에 후속하여 배치될 수도 있다.
측정 장치(5)이외에도,암모니아와 산화질소의 농도를 측정하는 측정장치가 예컨대 재연소실(2)에 배치되어 환원제의 첨가를 제어할 수 있다.
또한,통상 굴뚝에 선행하여 배치되는 방출 측정 장치를 사용하여 예컨대 촉매 효율의 감소를 재연소실(2)에서의 탈질의 증대에 의해 보상할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 있어서,화살표(17)로 지시된 바와 같이 촉매/필터(7)를 통과하기 전의 배기 가스(R)에 건조된 흡수제를 공급한다. 흡수제로서 적합한 것은 알칼리 흡수제, 즉 알칼리 원소, 알칼리 화합물 또는 알칼리 토화합물이다. 그러한 실시예의 경우, 촉매/필터(7)는 예컨대 간행물 EP 476 300 Al에 개시된 바와 같이 내부에서 분진이 재순환되는 필터로서 형성되는 것이 특히 바람직하다. 촉매/필터(7)에서는 다음과 같은 과정이 진행된다:
―연소 가스(R)를 집진하는 과정,
―촉매에 의해 연소가스(R)의 탈질 잔류물을 탈질하는 과정,
―CaO또는 NaHCO₃와 같은 알칼리 흡수제에서 HCl, HF 또는 SO₂와 같은 산성 성분을 흡수하는 과정,
―예컨대 황을 함유한 활성탄에서 수은과 다이옥신을 흡착하는 과정.
그에 의해,연소 가스(R)를 매우 저렴한 비용으로 포괄적으로 정화할 수 있다.
본 발명에 따르면 촉매 작용에 의한 탈질과 촉매 작용에 의하지 않는 탈질과의 조합에 의해 촉매가 소형으로 컴팩트하게 구성될 수 있고, 촉매의 수명이 연장될 수 있으며, 저렴한 비용으로 탈질이 이루어질 수 있는 연소 배기 가스의 탈질 방법이 제공된다.
Claims (11)
- 폐기물 연소 장치에서의 연소에 의해 발생되는 연소 배기 가스, 특히 쓰레기 소각로에서 나오는 배기 가스의 탈질 방법으로서,연소 과정을 주연소와 재연소에 의한 2단계 과정으로 진행하고,연소 배기 가스를 재연소할 때에 암모니아이거나 반응 온도에서 암모니아를 방출하는 환원제를 연소 배기 가스에 첨가하며, 그에 의해 재연소 후에 생성된 암모니아를 함유한 배기 가스를 냉각하고, 그와 같이 냉각된 암모니아를 함유한 배기 가스에 다시 한 번 환원제를 공급하고, 이어서 그와 같이 처리된 연소 배기 가스를 촉매 요소(7)로 이송하여 산화질소의 환원을 위한 촉매 반응을 일으키는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 제1항에 있어서,촉매 요소(7)는 배기 가스(R)로부터 분진을 집진하는 필터 요소(7b)를 추가로 포함하고, 그들 2개의 요소(7,7b)는 특히 촉매/캔들 필터로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,환원제를 산화질소에 대해 최대 2배의 화학량론적 양으로 재연소에 투입하는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 선행항들 중의 어느 하나의 항에 있어서, 환원제를 700 내지 900℃,특히 약 850℃의 연소 가스 온도에서 재연소에 투입하는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 선행항들 중의 어느 하나의 항에 있어서, 환원제를 촉매 요소(7)의 통과 직전의 배기 가스가 산화질소에 대한 화학량론적 양의 암모니아, 특히 0.66배의 화학량론적 양의 암모니아를 최대로 함유하도록 하는 양으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 선행항들 중의 어느 하나의 항에 있어서, 배기 가스를 필터 유입 시의 온도가 350℃미만, 특히 200 내지 350℃로 되도록 냉각시키는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 선행항들 중의 어느 하나의 항에 있어서, 촉매 요소(7)를 통과한 후의 배기 가스에 활성탄을 첨가하는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 선행항들 중의 어느 하나의 항에 있어서,촉매 요소(7)를 통과한 후의 배기 가스를 습식 배기 가스 정화에 의해 처리하는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 선행항들 중의 어느 하나의 항에 있어서, 암모니아를 환원제로서 사용하고,암모니아를 가스 형태 또는 수용액, 특히 액적 형태로 공급하는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 선행항들 중의 어느 하나의 항에 있어서,촉매 요소(7)를 통과하기 전의 배기 가스에 알칼리 흡수제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 연소 배기 가스의 탈질 방법.
- 제 1항 내지 제10항 중의 어느 하나의 항에 따른 방법에 의해 작동되는 쓰레기 소각로와 같은 배기 가스 정화 장치.
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