KR20010022149A - 연도가스 파이프 및 연도가스 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유해물을 분해하는 반응 구역(2) 및 다이옥신 촉매(4)를 구비하고 후속 접속되어 연도가스를 냉각하는 열 교환기(3)를 구비한 연소 설비의 연도가스 파이프(1)에 관한 것이다. 열 교환기(3) 속에 다이옥신 촉매(4)가 배치됨으로써 온도 강하 시에 재합성에 의해 새로이 다이옥신이 생성되는 것이 방지될 수 있다.
Description
그러한 형식의 연도가스 파이프는 화력 발전소 또는 쓰레기 소각로와 같은 연소 설비의 연도가스 또는 배기 가스를 안내하고 처리하기 위한 것으로 공지되어 있다.
반응 구역에서는 연도가스가 열에 의해 또는 촉매 작용에 의해 처리되어 연도가스 중에 혹시 존재할 수 있는 유해물이 분해된다. 또한, 그러한 유형의 반응 구역 속에는 유해물을 수용하여 축적하는 소위 흡착제가 삽입된다. 그러한 유형의 반응 구역은 예컨대 연도가스가 통과하여 흐르고 특정적으로 작용하는 촉매가 내부에 배치된 반응기이다.
후속 접속된 열 교환기에서는 연도가스가 냉각되고, 그런 연후에 연도가스가 주위 환경 중에 도달된다. 또한, 연도가스로부터 빼앗은 열을 예컨대 연소 공기를 가열하는 것에 의해 다시 연소 공정으로 반송하는 것도 역시 공지되어 있다. 그에 적합한 그러한 유형의 열 교환기는 축열식 열 교환기로서 지칭되기도 한다.
유기물을 연소할 경우 또는 유기물과 플라스틱의 혼합물인 가정 쓰레기를 연소할 경우에는 일산화탄소, 산화질소 및 탄화수소와 함께, 특히 극소량만으로도 이미 인체에 유독하게 작용하는 다이옥신이 아울러 발생된다. 그 경우, "다이옥신"이란 용어는 환상 할로겐화 방향족 폴리에테르의 그룹을 통칭하는 용어로서 언급된 것이다.
환상 에테르(푸란) 및 환상 디에테르(고유의 다이옥신)가 그러한 그룹에 속한다. 특히 유독하게 작용하는 대표적인 것으로서 폴리클로로-디벤조다이옥신 (PCDD) 및 폴리클로로-디벤조푸란(PCDF)가 알려져 있다.
전술된 유해물을 제거하기 위해, 주로 특정하게 작용하는 촉매가 연도가스 파이프의 반응 구역 속에 삽입된다.
그와 관련하여, EP 0 447 537 B1에는 쓰레기 소각로의 연도가스로부터 산화질소 및 다이옥신을 제거하는 촉매 시스템이 개시되어 있다. 그러한 촉매 시스템에서는 공지의 SCR법에 따라 환원제의 첨가 하에 산화질소를 선택적 촉매 작용에 의해 분자 질소로 환원시키는 산화질소 제거 촉매(DeNOX-catalyst)와, 다이옥신을 산화시키는 산화 촉매가 직렬로 접속된다. 양자의 촉매는 이산화티탄(TiO2), 삼산화텅스텐(WO3), 오산화바나듐(V2O5) 및 경우에 따른 삼산화몰리브덴(MoO3)을 주성분으로 함유한다.
또한, DE 43 04 323 A1로부터 산화질소(NOX), 일산화탄소(CO) 및 다이옥신을 제거하는 촉매 시스템도 공지되어 있다. 그러한 촉매 시스템에서는 연소 설비의 연도가스의 흐름 방향을 기준으로 산화 촉매의 전방에 환원 촉매 또는 SCR 촉매가 배치되고, 다이옥신 촉매의 전방에 산화 촉매가 배치된다.
또한, SCR 촉매와는 대조적으로 별도의 환원제를 필요로 함이 없이 연도가스 중에 함유된 산화질소를 제거하는 촉매도 공지되어 있다. 그러한 촉매는 통상 SCD 촉매(SCD = Selective Catalytic Decomposition; 선택적 촉매 작용에 의한 분해)라고 지칭된다.
또한, 연도가스 중에 함유된 다이옥신을 반응 구역에서 800 ℃를 넘는 온도로 가열함으로써 열에 의해 분해하는 것도 공지되어 있다.
아울러, EP 0 502 443 B1로부터 산화질소를 축열식 열 교환기에서 그 곳에 배치된 SCR 촉매에 의해 직접 분해하는 것이 공지되어 있다.
그러나, 반응 구역에 후속 접속된 열 교환기를 사용할 경우에는 주위 환경 중에 도달된 연도가스가 무시할 수 없는 양의 새로운 다이옥신을 수반하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 반응 구역 및 후속 접속된 열 교환기를 구비한 연도가스 파이프와, 연도가스 처리방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면 중에서,
도 1은 반응 구역 및 후속 접속된 열 교환기를 구비한 연도가스 파이프의 개략적인 단면도이고,
도 2는 반응 구역 및 후속 접속된 열 교환기를 구비하고, 반응 구역이 조합된 산화질소 제거/다이옥신 촉매를 포함하는 연도가스 파이프의 개략적인 단면도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 반응 구역 및 후속 접속된 열 교환기를 구비한 연도가스 파이프에서 다이옥신이 주위 환경 중으로 방출되는 것을 확실하게 방지하는 것이다.
그러한 목적은 본 발명에 따라 연도가스 중의 유해물을 분해하는 반응 구역 및 후속 접속되어 연도가스를 냉각하는 열 교환기를 구비하고, 열 교환기가 다이옥신의 분해를 위해 형성된 다이옥신 촉매를 포함하는 연도가스 파이프에 의해 달성된다.
그와 관련하여, 본 발명은 연소 설비의 연도가스 중에서는 250 내지 400 ℃이 온도에서 소위 재합성(de novo synthesis)에 의해 배가된 다이옥신이 생성된다는 인식을 기초로 하여 출발하고 있다. 그러한 유형의 재합성의 메커니즘은 VDI 보고서 제634호, 1987, 제557 내지 584면에 상세히 개시되어 있다. 그러한 메커니즘에서는 산소의 존재 하에 미연소 유기 화합물 및 금속 염화물로부터 다이옥신이 생성되는데, 존재하는 중금속 성분은 제1 단계에서 전술된 금속 염화물로부터 염소를 생성하는 촉매 작용을 한다.
화력 발전소 또는 쓰레기 소각로의 연도가스 중에서 재합성의 원인이 되는 화합물은 촉매 작용에 의한 연도가스의 처리를 실시한 후에도 여전히 연도가스 중에 함유되기 때문에, 반응 구역에 후속 접속되는 어느 열 교환기라도 그것에 의해 일어나는 연도가스의 온도 강하로 인해 새로운 다이옥신을 생성하는 잠재적인 근원이 되는 것이다. 특히, 후속 접속된 열 교환기에서는 통상 연도가스가 400 ℃ 미만의 온도로 냉각된다.
그러나, 그와 같이 이미 유해물의 처리가 실시된 후에도 연도가스 중에서 다이옥신이 새로이 생성되는 것은 반응 구역에 후속 접속된 열 교환기가 다이옥신의 분해를 위해 형성된 다이옥신 촉매를 포함한다면 확실하게 방지된다. 그러한 형식으로, 한편으로는 온도 강하 시에 다이옥신이 새로이 생성되는 것이 방지되고, 다른 한편으로는 이미 생성된 다이옥신이 무해한 물질로 분해된다.
다이옥신 촉매로서는 예컨대 TiO2, WO3, V2O5및 경우에 따른 MoO3를 함유한 촉매가 사용될 수 있다. 그 경우, V2O5의 함량은 연도가스의 조건에 맞춰 조절된다. 또한, 촉매는 판, 벌집 또는 펠릿의 형태인 것이 적합하다.
특히 비용상으로 저렴하고 기술적으로 간단하게 실현될 수 있는 구성은 열 교환기의 열 교환 요소 자체가 다이옥신 촉매에 의해 형성되어 그 다이옥신 촉매에서 열 교환이 실시되는 것이다. 그에 적합한 바람직한 촉매는 높은 비표면적으로 인해 열 교환 용량도 높게 되는 적절히 코팅된 벌집형 또는 판형 촉매이다.
열 교환기로서 축열식 열 교환기가 사용될 경우에는 연소 설비의 효율이 향상된다. 그러한 유형의 축열식 열 교환기는 한편으로는 연도가스로부터 열을 빼앗고, 다른 한편으로는 빼앗은 열을 연소 설비의 연소 공정에 다시 공급한다. 그것은 예컨대 연소 공기의 가열에 의해 실현될 수 있다.
반응 구역이 추가의 다이옥신 촉매 또는 다이옥신 흡착기를 포함하게 되면 연도가스 중의 다이옥신 함량이 더욱 감소된다. 그러한 다이옥신 촉매로서는 예컨대 이산화티탄을 기저로 하는 이미 전술된 조성의 벌집형 또는 파형 촉매가 적합하다. 또한, 벌크 또는 펠릿의 형태의 다이옥신 촉매도 고려될 수 있다.
특히, 반응 구역에서는 다이옥신 촉매와 산화질소 제거 촉매를 직렬로 접속하는 것이 유리한데, 그 이유는 그에 의해 실질적으로 동일한 반응 조건에서 연도가스로부터 산화질소와 다이옥신이 동시에 제거될 수 있기 때문이다. 또한, 양자의 촉매의 화학 조성이 유사하기 때문에, 양자의 촉매에 대해 통합된 촉매 캐리어를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은 본 발명에 따라 우선 연소 설비의 연도가스를 유해물을 분해하는 반응 구역을 통해 통과시키고, 이어서 후속 접속된 열 교환기를 거쳐 안내함으로써 냉각하며, 열 교환기에서는 연도가스를 다이옥신의 분해를 위해 마련된 제1 다이옥신 촉매와 접촉시키는 연도가스 처리방법에 의해 달성된다.
우선 연도가스를 반응 구역에서 300 내지 500 ℃의 온도로 산화질소 제거 촉매 및/또는 추가의 제2 다이옥신 촉매와 접촉시키고, 이어서 제1 다이옥신 촉매를 구비한 열 교환기를 경유하여 안내함으로써 냉각하면 다이옥신 및 산화질소를 매우 효과적으로 분해할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에서 도시를 생략한 연소 설비, 특히 쓰레기 소각로의 연도가스 파이프(1)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1의 연도가스 파이프(1)는 반응 구역(2) 및 후속 접속된 열 교환기(3)를 포함하는데, 열 교환기(3)는 축열식 열 교환기로서 형성된다. 배기 가스의 처리를 위해, 산화질소, 일산화탄소, 미연소 유기 화합물 및 다이옥신과 같은 가스상 유해물과 함께 중금속 함유 분진 및 금속 염화물과 같은 고체 성분까지 함유하고 있는 연도가스(G)를 우선 반응 구역(2)으로 흘려 보내서 유해물을 분해한다. 반응 구역(2)에서는 가스상 유해물이 촉매 작용에 의해 또는 열에 의해 제거된다. 그 경우, 산화질소 또는 다이옥신을 촉매 작용에 의해 제거하기 위한 통상의 온도는 약 300 내지 500 ℃이다. 다이옥신을 열에 의해 분해하려면 연도가스를 800 ℃가 넘는 온도로 가열한다.
유해물을 감소시킨 후에는 연도가스(G)를 후속 접속된 열 교환기(3)로 흘려 보낸다. 그 열 교환기(3)에서는 연도가스(G)가 400 ℃ 미만의 온도로 냉각된다. 탈취된 열은 새로이 연소 설비의 연소 공정에 공급된다. 그를 위해, 연도가스(G)를 도 1의 실시예에서는 벌집형의 다이옥신 촉매(4)로서 형성된 열 교환기(3)의 열 교환 요소를 통해 통과시킨다. 그 경우, 다이옥신 촉매는 이산화티탄(TiO2) 및 삼산화텅스텐(WO3)을 주성분으로 하여 이루어진다. 또한, 자유로운 출입이 가능한 표면은 약 20 %의 함량의 오산화바나듐(V2O5)을 함유한다. 다이옥신 촉매(4)를 연도가스 파이프(1)의 종방향 축선을 중심으로 회전시킴으로써 다이옥신 촉매(4)의 가열된 부분이 측방에 배치된 정화 공기 파이프로 선회되는데, 축적된 열량은 정화 공기 파이프를 통해 흐르는 정화 가스(R)에 인도된다. 그렇게 하여 가열된 정화 가스(R)는 연소 설비의 연소부(도시를 생략)에 공급된다. 연도가스(G)는 열 교환기(3)를 통과한 후에 최종적으로 도시를 생략한 굴뚝을 통해 외부에 도달된다.
열 교환기(3) 속에 다이옥신 촉매(4)가 열 교환 요소로 배치됨으로써 후속 접속된 열 교환기(3)의 온도 강하 시에 재합성에 의해 새로운 다이옥신이 생성되는 것이 방지될 수 있다.
도 2는 도 1과 마찬가지로 연도가스 파이프(1)를 도시한 것이지만, 그 연도가스 파이프(1)의 반응 구역(2)에는 산화질소 제거 촉매(5) 및 직렬 접속된 다이옥신 촉매(6)가 배치되어 있다. 양자의 촉매는 각각 벌집형 캐리어를 구비한 캐리어 촉매이다. 양자의 촉매(5, 6)에서는 캐리어가 이산화티탄(TiO2) 및 삼산화텅스텐 (WO3)을 주성분으로 하여 이루어진다. 산화질소 제거 촉매(5) 및 다이옥신 촉매(6)는 연도가스가 자유롭게 출입될 수 있는 각각의 표면에 오산화바나듐(V2O5)을 함유한다.
Claims (7)
- 연도가스 중의 유해물을 분해하는 반응 구역(2) 및 후속 접속되어 연도가스를 냉각하는 열 교환기(3)를 구비한 연도가스 파이프(1)로서,열 교환기(3)는 다이옥신의 분해를 위해 형성된 다이옥신 촉매(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연도가스 파이프.
- 제 1 항에 있어서, 다이옥신 촉매(4)는 열 교환이 실시되는 열 교환기(3)의 구성요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연도가스 파이프.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 열 교환기(3)는 축열식 열 교환기로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연도가스 파이프.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 반응 구역(2)은 추가의 다이옥신 촉매(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연도가스 파이프.
- 제 4 항에 있어서, 반응 구역(2)에서는 산화질소의 제거를 위해 산화질소 제거 촉매(5)가 추가의 다이옥신 촉매(6)와 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 연도가스 파이프.
- 우선 연소 설비의 연도가스(G)를 유해물을 분해하는 반응 구역(2)을 통해 통과시키고, 이어서 후속 접속된 열 교환기(3)를 거쳐 안내함으로써 냉각하며, 열 교환기(3)에서는 연도가스(G)를 다이옥신의 분해를 위해 마련된 제1 다이옥신 촉매(4)와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 연도가스 처리방법.
- 제 6 항에 있어서, 연도가스(G)를 반응 구역(2)에서 300 내지 500 ℃의 온도로 산화질소의 분해를 위한 산화질소 제거 촉매(5) 및/또는 다이옥신의 분해를 위한 추가의 제2 다이옥신 촉매(6)와 접촉시키고, 이어서 후속 접속된 열 교환기(3)에서 400 ℃ 미만의 온도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 연도가스 처리방법.
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