KR20010060950A - Fin type catalytic heat exchanger - Google Patents

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KR20010060950A KR1019990063410A KR19990063410A KR20010060950A KR 20010060950 A KR20010060950 A KR 20010060950A KR 1019990063410 A KR1019990063410 A KR 1019990063410A KR 19990063410 A KR19990063410 A KR 19990063410A KR 20010060950 A KR20010060950 A KR 20010060950A
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손재익
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
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Abstract

PURPOSE: A heat exchanger of a catalyst burning type is provided to supply heat to a heat medium by using catalyst reaction on surface of pins. CONSTITUTION: Inorganic composite such as gamma alumina is wash-coated on a surface of a metallic pin for conveniently attaching catalyst. Then, titanium and zirconium are post processed on a catalyst layer. Herein, the surface of the pin is processed in a sand blasting method for wash-coating the catalyst. Then, a pin typed heat exchanger coated by gamma alumina is heated at a temperature of 500deg.C for 5 hours. Then, the pin is dried at a temperature of 120deg.C for 6 hours after coating the catalyst. Burned gas at a first exhaust gas outlet(2) is reacted in a heat exchanger having a honeycomb catalyst for being exhausted. Herein, the exhaust gas includes heat for being used as a pre-heating air of the pin typed heat exchanger.

Description

핀형 촉매연소식 열교환기{Fin type catalytic heat exchanger}Fin type catalytic heat exchanger

본 발명은 핀형 표면에서의 촉매 반응을 이용하여 열매체에 열을 공급하는 촉매 연소식 열교환기에 관한 것이다. 본 발명의 촉매 열교환기는 정유공장의 리보일러 공정의 설비 대체, 정밀 화학제품 제조용 가열원, 휘발성유기용제(VOC) 및 악취 물질 제거 설비, 산업용 및 가정용 청정 난방장치로 이용 가능한 기술이다.The present invention relates to a catalytic combustion heat exchanger for supplying heat to a heat medium using a catalytic reaction on a fin surface. Catalytic heat exchanger of the present invention is a technology that can be used as a replacement of the reboiler process of the refinery, a heating source for the production of fine chemicals, volatile organic solvents (VOC) and odor substance removal equipment, industrial and household clean heating device.

촉매 연소를 이용한 열교환기 기술은 촉매연소 이후 열교환이 이루어지는 분리형과 촉매연소와 열교환기의 기능이 동시에 발생하는 일체형이 있다.The heat exchanger technology using catalytic combustion has a separate type in which heat exchange is performed after catalytic combustion, and an integral type in which the functions of the catalytic combustion and the heat exchanger simultaneously occur.

분리형에는 촉매연소 이후 배기가스를 이용하여 열전달을 하는 경우와 펠렛(pellet)형 지지체에 담지된 촉매의 반응열을 이용하여 열전달이 이루어지는 경우가 있는데, 두 방법 모두 높은 열전달 효율을 기대할 수 없을 뿐 아니라 촉매가 열화되어 열충격을 많이 받는다는 문제점을 내포하고 있다.In the separate type, heat transfer is performed by using exhaust gas after catalytic combustion and heat transfer is performed by using reaction heat of a catalyst supported on a pellet-type support. In both methods, high heat transfer efficiency cannot be expected and catalyst Is deteriorated and suffers from a lot of thermal shocks.

반면 일체형의 경우 촉매반응에 의해 발생된 열을 직접 열교환하기 때문에 열손실을 최대한 줄일 수 있고, 실제 열전달 접촉면을 크게 할 수 있어 상대적으로 높은 열전달 효율을 얻을 수 있으며, 전체 시스템이 소형화되어 질 수 있다.On the other hand, in the case of the integrated type, heat loss can be reduced as much as possible by directly exchanging heat generated by the catalytic reaction, and the heat transfer contact surface can be enlarged to obtain relatively high heat transfer efficiency, and the whole system can be miniaturized. .

지금까지 일반적으로 사용되고 있는 일체형은 다공성의 촉매체에 의한 반응열이 관 내부로 전달되어지는 형태로써 복잡한 구조에도 불구하고 압력 손실이 적고 연소반응 전환율과 열전달 효율이 뛰어나며 그 적용 범위가 큰 것으로 알려져 있다.In general, the one-piece type generally used is a form in which reaction heat by a porous catalyst is transferred into a tube, and despite a complicated structure, pressure loss is low, combustion reaction conversion rate and heat transfer efficiency are excellent, and its application range is known.

그러나 구조가 복잡하여 분진이나 응축물 등에 의한 막힘 현상(clogging)이 우려되는 경우에는 사용상의 제약을 받게되며, 촉매의 초기 반응 개시 온도를 위해 보조 버너에 의한 추가의 연료공급이 필요하다는 단점이 있다.However, when the structure is complicated and clogging due to dust or condensate is concerned, it is restricted in use, and there is a disadvantage in that additional fuel supply by an auxiliary burner is required for the initial reaction start temperature of the catalyst. .

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 촉매 연소식 열교환기도 촉매연소와 열교환이 동시에 이루어지는 일체형에 해당된 것으로, 도 1에서와 같이 연료와 공기의 혼합가스 입구(1)에서 들어온 혼합가스는 핀 표면에 담지된 촉매층(4)에서 표면 반응에 의해 연소되어지며, 여기서 발생되어진 열은 핀(3)과 관을 통하여 열매체로 열전달(7)되어 진다.The present invention for solving the above problems corresponds to an integral type in which the catalytic combustion heat exchanger is also the catalytic combustion and heat exchange at the same time, the mixed gas coming from the mixed gas inlet (1) of the fuel and air as shown in FIG. In the catalyst layer (4) supported on the surface is burned by the surface reaction, the heat generated is heat transfer (7) to the heat medium through the fin (3) and the tube.

촉매가 담지되어지는 핀의 구조는 도 2에서와 같이 혼합가스입구(1)의 유입 방향을 고려하여 핀(3)과의 충분한 표면 반응 및 열전달 면적을 극대화하기 위해 고안된 형상을 이용하였다. 핀에 생성된 8개의 홈은 유입되는 혼합가스입구(1)가 후단에 위치한 또 다른 핀과의 접촉을 원활하게 하도록 도와주는 역할을 하게 되며, 핀(3)과 혼합가스입구(1)의 충분한 접촉시간을 기대할 수 있어 원활한 표면 반응 및 열전달의 향상을 얻을 수 있다. 이러한 효과를 극대화하기 위하여 처음 핀과 다음 핀과의 홈의 위치를 일치시키지 않고 엇갈리게 배치하였다. 또한 핀형은 기존의 와이어-매쉬(wire-mesh)나 금속 스폰지(sponge)와 같은 촉매 지지체 보다는 열충격의 영향에 대한 의존도가 적으며, 열매체로의 급속한 열전달로 인한 응축물의 생성을 최소화 할 수 있다.The structure of the fin on which the catalyst is supported uses a shape designed to maximize a sufficient surface reaction and heat transfer area with the fin 3 in consideration of the inflow direction of the mixed gas inlet 1 as shown in FIG. 2. The eight grooves formed in the fin serve to facilitate the incoming mixed gas inlet (1) to smoothly contact another pin located at the rear end, and the fins (3) and the mixed gas inlet (1) Contact time can be expected, and smooth surface reaction and heat transfer improvement can be obtained. In order to maximize this effect, the grooves of the first pin and the next pin are staggered without being aligned. In addition, the fin type is less dependent on the impact of the thermal shock than the conventional catalyst support such as wire-mesh or metal sponge (sponge), it can minimize the generation of condensate due to rapid heat transfer to the heat medium.

가스 연료로 많이 사용되고 있는 천연 가스 및 재활용이 가능한 정유공장의 부생가스에는 다량의 황화합물이 포함되어 있어 촉매연소를 사용하는 공정에서는 이러한 황 피독에 대한 연구의 중요성이 크다. 황이 여러 가지 화학적 형태로 존재하는 것은 반응 조건에 따라 다르며, 대부분의 촉매에서 황의 흡착은 표면의 전기적인 것과 구조적 특성에 있어 중요한 변화의 요인이 된다. 이들은 촉매적 특성 또한 많은 영향을 주며, 촉매에 존재하는 황이 전체적으로나 부분적으로 분자 공간의 흡착이나 탈착에 악영향을 줄 수 있고, 흡착된 공간 사이에서 표면 반응에 악 영향을 줄 수 있다. 황이 흡착한 금속과 황의 결합은 금속화합물 속의 금속-황의 결합보다도 훨씬 강하다. 금속과 황의 결합세기 때문에 황의 흡착은 종종 촉매층에서 기대와는 다르게 불균일하다. 그래서 황피독에 대한 기초적인 정보의 제공이 어렵다.Natural gas, which is widely used as gaseous fuel, and by-product gas of recyclable oil refinery contains a large amount of sulfur compounds, so research on sulfur poisoning is important in the process using catalytic combustion. The presence of sulfur in various chemical forms depends on the reaction conditions, and for most catalysts, the adsorption of sulfur is an important factor in the electrical and structural properties of the surface. They also have a large effect on the catalytic properties, and the sulfur present in the catalyst may adversely affect the adsorption or desorption of the molecular space in whole or in part, and may adversely affect the surface reaction between the adsorbed spaces. Sulfur-bonded metals and sulfur bonds are much stronger than metal-sulfur bonds in metal compounds. Due to the bond strength of metals and sulfur, the adsorption of sulfur is often different than expected in the catalyst bed. Therefore, it is difficult to provide basic information on the poisoning.

도 1은 핀형 촉매연소 열교환기의 구조1 is a structure of a fin type catalytic combustion heat exchanger

도 2는 촉매가 담지된 핀의 구조 및 개념2 is a structure and concept of a pin loaded with a catalyst

도 3은 핀형 촉매연소식 열교환기의 성능분석 장치3 is a performance analysis device of the fin type catalytic combustion heat exchanger

도 4는 내열·내피독 촉매의 연소특성4 is the combustion characteristics of the heat-resistant and endothelial catalyst

도 5는 촉매연소식 열교환기의 전환률 및 열전달 특성5 is a conversion rate and heat transfer characteristics of the catalytic combustion heat exchanger

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

(1) : 혼합가스 입구 (2) : 배기가스출구(1): mixed gas inlet (2): exhaust gas outlet

(3) : 핀 (4) : 촉매층(3): fin (4): catalyst layer

(5) : 열매체입구 (6) : 열매체 출구(5): heat medium inlet (6): heat medium outlet

(7) : 열전달 (8) : 하니컴 촉매(7): heat transfer (8): honeycomb catalyst

(9) : 배기(9): exhaust

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings, the configuration and the operation of the embodiment of the present invention to achieve the object as described above and to perform the task for eliminating the conventional drawbacks.

먼저 그 외형적 구성은 수직으로 세워진 몸체에 연료와 공기의 혼합가스입구 (1) 및 열매체입구(5)가 연통되고 또한 1차 배기가스출구(2) 및 열매체 출구(6)가 연통되며 물체의 내부에서 열교환과 외면부에 다수개의 핀(3)이 돌출형성되고 그 핀(3)의 표면에는 촉매층(4)이 담지된 구조로 되어 있다.First of all, the external configuration of the gas and gas mixture (1) and the heat medium inlet (5) of the fuel and air communicate with the vertically erect body, and the primary exhaust gas outlet (2) and the heat medium outlet (6) communicate with each other. A plurality of fins 3 protrude from the inside of the heat exchanger and an outer surface thereof, and a catalyst layer 4 is supported on the surface of the fins 3.

본 발명의 촉매 열교환기 역시 정유공장에서 배출되는 부생가스를 에너지원으로 재 이용할 수 있는 기술이다. 이러한 내열·내피독 촉매의 개발을 위해 본 발명에서는 촉매가 금속 핀 표면에 적절히 부착되기 위해 금속 표면에 감마알루미나(γ-Al2O3)와 같은 무기화합물을 워시-코팅(wash-coating)한 다음 귀금속 촉매를 담지하고, 이렇게 담지된 촉매층 위에 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 금속으로 후 처리하는 방법을 이용하였다. 핀에 촉매를 워시-코팅(wash-coating)하기 위해 샌드 브라스팅(Sand blasting) 방법으로 표면을 처리하고, 알콜과 헥산을 이용하여 세척한 후, 감마알루미나와 질산, 물을 혼합 교반하는 과정을 통해 워시-코팅(wash coating)액을 제조하였으며, 제조된 용액을 핀의 표면에 코팅하였다.Catalytic heat exchanger of the present invention is also a technology that can reuse the by-product gas discharged from the refinery as an energy source. In order to develop such a heat and endothelial catalyst, in the present invention, the catalyst is wash-coated with an inorganic compound such as gamma alumina (γ-Al 2 O 3) on the metal surface in order to properly attach the metal pin surface. Next, a noble metal catalyst was supported, and a method of post-treatment with titanium (Ti) and zirconium (Zr) metal on the supported catalyst layer was used. In order to wash-coate the catalyst on the fin, the surface is treated by sand blasting, washed with alcohol and hexane, followed by mixing and stirring gamma alumina, nitric acid and water. Wash-coating (wash coating) solution was prepared, and the prepared solution was coated on the surface of the pin.

감마알루미나가 코팅된 핀형 열교환기는 공기 분위기에서 500℃로 5시간 가열하여 소성하였다. 촉매 활성물질의 담지는 그 위에 2.0wt%에 상당하는 Pd(NO3)2와 Pt (H2PtCl6)의 귀금속 촉매를 담지하여 120℃에서 6시간 동안 건조하였다.The gamma alumina-coated fin heat exchanger was calcined by heating to 500 ° C. for 5 hours in an air atmosphere. Supporting the catalytically active material was carried on the noble metal catalyst of Pd (NO 3 ) 2 and Pt (H 2 PtCl 6 ) corresponding to 2.0wt% on it and dried at 120 ℃ for 6 hours.

핀 표면에서 촉매반응으로 생성된 1차배기가스출구(2)의 연소가스는 다시 하니컴 촉매(8)가 있는 열교환기의 연소기에서 반응하고 배기(9)되어진다.The combustion gas of the primary exhaust gas outlet 2 produced by the catalytic reaction on the fin surface is again reacted and exhausted 9 in the combustor of the heat exchanger with honeycomb catalyst 8.

이때 발생되어진 배기가스는 고온의 열을 포함하고 있어, 도 3에서와 같은 방법으로 다시 회수하여 핀 형 열교환기의 예열 공기로 이용하게 된다.At this time, the generated exhaust gas contains high temperature heat, and is recovered again in the same manner as in FIG. 3 to be used as preheating air of the fin type heat exchanger.

이러한 열 순환 시스템을 통하여 기존에 열교환기 시스템에서 문제점으로 지적되어 왔던 예열 및 지속적인 촉매연소에 필요한 보조 열원에 소요되는 추가적인 연료를 절감 할 수 있다.Through this thermal circulation system, it is possible to save additional fuel for the auxiliary heat source required for preheating and continuous catalytic combustion, which has been pointed out as a problem in the heat exchanger system.

또한 핀형 촉매 열교환기 내의 연료량 및 연소반응에 대한 유연성을 얻을 수 있어 열매체로 전달되어지는 열교환량을 조절할 수 있다.In addition, it is possible to obtain flexibility in fuel amount and combustion reaction in the fin-type catalytic heat exchanger, thereby controlling the amount of heat exchanger transferred to the heat medium.

2차 열교환기의 연소기에 있는 하니컴 촉매(3)는 코디어라이트 50%, 물라이트 50%의 성분으로 되어 있는 300 cell/in2하니컴(직경 50mm)을 사용하였으며, 촉매물질로서 Pd(NO3)2와 피막제인 γ-Al2O3졸을 사용하여 촉매층을 형성하였다.The honeycomb catalyst (3) in the combustor of the secondary heat exchanger used 300 cell / in 2 honeycomb (diameter 50 mm) composed of 50% cordierite and 50% mullite, and Pd (NO 3) ), a catalyst layer was formed by using the second and pimakje of γ-Al 2 O 3 sol.

(실시 예)(Example)

본 실험에 사용된 핀형 촉매연소식 열교환기의 핀형 관은 SUH409(11Cr - 1.0Ti - 0.06C, Fe balance) 재질을 사용하였다. 관의 외경은 38mm이며, 핀이 형성되진 관의 최대 길이는 110-360mm인 것을 선택하여 사용하였다. 핀의 두께는 1.27mm이고, 핀 높이는 13.5-20mm인 것을 사용하였다. 핀에 촉매를 워시-코팅 (wash-coating)하기 위해 샌드 브라스팅(Sand blasting) 방법으로 표면을 처리하고, 알콜과 헥산을 이용하여 세척한 후, 감마알루미나와 질산, 물을 혼합 교반하는 과정을 통해 워시-코팅(wash coating)액을 제조하였으며, 제조된 용액을 핀의 표면에 코팅하였다. 감마알루미나가 코팅된 핀형 열교환기는 공기 분위기에서 500℃로 5시간 가열하여 소성하였다. 촉매 활성물질의 담지는 그 위에 2.0wt%에 상당하는 Pd(NO3)2와 Pt(H2PtCl6)의 귀금속 촉매를 담지하여 120℃에서 6시간 동안 건조하였다. 또한 내열·내피독에 강한 촉매층을 형성하기 위하여 이렇게 담지된 촉매층 위에 지르코늄과 티타늄으로 후 처리 하였다. 2차 열교환기의 연소기에 있는 하니컴촉매(3)는 코디어라이트 50%, 물라이트 50%의 성분으로 되어 있는 300 cell/in2하니컴(직경 50mm)을 사용하였으며, 촉매물질로서 Pd(NO3)2와 피막제인 γ-Al2O3 졸을 사용하여 촉매층을 형성하였다.The fin tube of the fin catalytic combustion heat exchanger used in this experiment was made of SUH409 (11Cr-1.0Ti-0.06C, Fe balance). The outer diameter of the tube was 38 mm, and the maximum length of the tube on which the pin was formed was selected to be 110-360 mm. The thickness of the pin was 1.27 mm, and the pin height was 13.5-20 mm. In order to wash-coate the catalyst on the fin, the surface is treated by sand blasting, washed with alcohol and hexane, and then mixed and stirred with gamma alumina, nitric acid, and water. Wash-coating (wash coating) solution was prepared, and the prepared solution was coated on the surface of the pin. The gamma alumina-coated fin heat exchanger was calcined by heating to 500 ° C. for 5 hours in an air atmosphere. Supporting the catalytically active material was carried on the noble metal catalyst of Pd (NO 3 ) 2 and Pt (H 2 PtCl 6 ) corresponding to 2.0wt% and dried at 120 ° C. for 6 hours. In addition, in order to form a catalyst layer resistant to heat and endothelial poisoning, it was post-treated with zirconium and titanium on the supported catalyst layer. The honeycomb catalyst (3) in the combustor of the secondary heat exchanger used 300 cell / in 2 honeycomb (diameter 50 mm) composed of 50% cordierite and 50% mullite, and Pd (NO 3) ) to form a catalyst layer using the second and pimakje of γ-Al2O3 sol.

(변형예, 응용예의 법적해석)(Legal interpretation of modified examples and applied examples)

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

도 3은 핀형 촉매 열교환기의 성능분석 장치 개략도이다. 공기와 연료의 혼합가스입구(1)의 혼합가스는 수직으로 세워진 촉매 열교환기의 상단으로 주입되어 촉매가 담지된 핀(3)의 표면에서 반응을 일으킨 후 하단부로 배기가스출구(2)에서 배기되어진다. 이때 배기된 가스는 다시 2차 하니컴 촉매(8) 열교환기에서 다시 연소되어 완전 연소가스로 배기(9)된다. 열교환기로 유입되는 열매체로는 100℃ 이상의 온도에도 상변화를 일으키지 않는 기화점이 250-280℃인 오일(콩기름)을 사용하여 실험하였으며, 촉매층에서 발생된 열을 흡수하여 배출되도록 하였다. 열매체의 순환은 기어펌프를 이용하여 공급하고 흐르는 양은 유량계로 확인하였다. 또 열매체의 유입 온도는 전반적인 촉매층에서의 연소 반응에 큰 영향을 줄 수 있으므로, 오일 탱크에 있는 가열기를 통해 온도를 조절한 이후에 공급하는 방식을 택했으며, 오일 탱크내의 온도를 균일하게 하기 위해 교반기를 설치하여 탱크내에서 국부 가열에 의한 오일의 증발현상이 발생하지 않도록 하였다. 연소 반응 중 촉매 층의 온도 분포와 열매체의 온도는 열전대를 설치하여 측정하였다. 연소반응 중 촉매층 각 부위에서 생성되어지는 반응물 및 생성물에 대한 성분과 조성은 온라인으로 연결된 가스 분석기를 이용하여 분석하였다.3 is a schematic diagram of a performance analysis apparatus for a fin type catalytic heat exchanger. The mixed gas of the mixed gas inlet (1) of air and fuel is injected into the upper end of the vertically spaced catalytic heat exchanger to react on the surface of the fin (3) on which the catalyst is supported, and then exhausted from the exhaust gas outlet (2) to the lower end. It is done. At this time, the exhaust gas is burned again in the second honeycomb catalyst (8) heat exchanger and exhausted (9) as a complete combustion gas. The heat medium flowing into the heat exchanger was tested using an oil (soybean oil) having a vaporization point of 250-280 ° C. which does not cause a phase change even at a temperature of 100 ° C. or higher, and absorbed heat generated from the catalyst layer to be discharged. The circulation of the heat medium was supplied using a gear pump, and the flow amount was confirmed by a flow meter. In addition, since the inlet temperature of the heat medium can have a great influence on the combustion reaction in the overall catalyst bed, it is selected after supplying the temperature through the heater in the oil tank, and in order to make the temperature in the oil tank uniform. Was installed to prevent evaporation of oil by local heating in the tank. The temperature distribution of the catalyst layer and the temperature of the heat medium during the combustion reaction were measured by installing a thermocouple. The components and composition of the reactants and products generated in each part of the catalyst layer during the combustion reaction were analyzed using a gas analyzer connected online.

연료 가스의 연소용 촉매를 선정하기 위해 제조된 촉매의 황에 대한 내피독 특성을 조사하였다. 조사 방법은 CH4의 연소의 반응물에 약 1300ppm의 H2S가스를 추가로 혼합가스에 주입시켜 CH4에 대한 촉매의 연소 활성을 비교하였다. 도 4에 황화합물에 의한 촉매의 내피독 정도를 보였다. H2S 가스가 없는 조건에서 조사된 Pd(2)/γ-Al2O3촉매(-▲-)에서 cycle 반응 결과 T50이 약 250℃에서 270℃ 정도로 CH4연소 활성이 조금밖에 감소되지 않았으나, H2S 가 포함된 조건(●)에서는 T50이 약 370℃에서 470℃로 촉매 활성이 현저하게 저하되었다. 그러나 지르코늄이 추가로 첨가된 촉매에서는 H2S 가스가 있어도 초기 활성은 조금 떨어지나 반복 실험 후에도 그 활성에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 이 외에도 티타늄과 틴이 추가로 담지된 이원금속 촉매에 대해서도 같은 방법으로 CH4의 연소 활성을 비교하였으나 지르코늄 담지 촉매에서 보다 활성 유지 정도가 더 심화되어 나타났다.In order to select a catalyst for the combustion of fuel gas, the poisoning property against sulfur of the prepared catalyst was investigated. Irradiation method is by injecting a gas mixture further H 2 S gas from about 1300ppm in the reaction of CH 4 of the combustion was compared to combustion activity of the catalyst for the CH 4. Figure 4 shows the degree of poisoning of the catalyst by the sulfur compound. As a result of the cycle reaction with Pd (2) / γ-Al 2 O 3 catalyst (-▲-) irradiated in the absence of H 2 S gas, there is little reduction in CH 4 combustion activity of T 50 from about 250 ℃ to 270 ℃. However, in the condition (●) containing H 2 S, the catalytic activity of T 50 was significantly decreased from about 370 ° C. to 470 ° C. However, the addition of zirconium showed a slight decrease in the initial activity even with H 2 S gas, but there was no significant difference in the activity even after repeated experiments. In addition, the combustion activity of CH 4 was compared in the same way for the binary metal catalyst further loaded with titanium and tin, but the activity retention was deeper than that of the zirconium supported catalyst.

도 5는 공기량이 50L/min이고 LPG 혼합가스의 양이 1.72L/min로 과잉공기비가 1.25인 조건에서 유입되는 열매체(오일) 온도가 140oC로 일정할 때 그 양에 따른 핀형 촉매 열교환기의 연소반응 및 열전달 특성을 보이고 있다. 오일이 유입되지 않을 때는 열매체로의 열손실이 이루어지지 않으므로 핀 표면에서의 반응온도가 높게 유지되며 그 만큼 촉매의 연소반응에 의한 활성이 좋았다. 그러나 오일이 유입되기 시작하면서 연소 전환률(1st)이 감소하는 경향을 보이고 있는데, 이것은 핀을 통해 반응열이 열매체로 열전달 되면서 핀의 표면온도에 영향을 미쳐 연소반응 활성이 저하되었던 것으로 보인다. 그러나 오일이 유입된 다음부터는 오일의 양이 계속 증가하여도 연소 전환률에는 큰 변화가 없었다. 전환률(2nd)은 1차 핀 촉매 반응에서 생성된 연소가스를 2차 하니컴 촉매에 의해 다시 반응시킨 이후의 결과이며, 완전 연소가 이루어졌음을 알 수 있다. 2차 연소를 통하여 얻은 고온의 열은 도 3에서와 같이 다시 회수하여 핀 형 열교환기의 예열 공기로 이용하여 예열에 필요한 보조 열원에 소요되는 추가적인 연료가 절감되는 효과를 얻을 수 있었다.5 is a fin type catalytic heat exchanger according to the amount of heat medium (oil) temperature is constant at 140 o C in the condition that the air volume is 50L / min and the amount of LPG gas mixture is 1.72L / min and the excess air ratio is 1.25 Shows combustion reaction and heat transfer characteristics. When oil is not introduced, heat loss to the heat medium does not occur, so the reaction temperature at the surface of the fin is kept high and the activity of the catalyst is good by the combustion reaction. However, as the oil starts to flow, the combustion conversion rate (1st) tends to decrease. This is because the heat of reaction is transferred to the heat medium through the fins, which affects the surface temperature of the fins, which deteriorates the combustion reaction activity. However, after the oil was introduced, there was no significant change in the combustion conversion rate even if the amount of oil continued to increase. The conversion rate 2nd is a result after reacting the combustion gas generated in the primary fin catalytic reaction again with the secondary honeycomb catalyst, and it can be seen that complete combustion has been achieved. The high temperature heat obtained through the secondary combustion was recovered again as shown in FIG. 3 and used as preheating air of the fin type heat exchanger, thereby reducing the additional fuel required for the auxiliary heat source required for preheating.

Claims (5)

핀(3) 구조로 되어있고, 핀(3) 표면에 담지되어 있는 촉매층에서 공기와 연료의 혼합가스가 표면 반응에 의해 연소되고 여기서 얻어지는 반응열을 핀과 관을 통하여 관내를 흐르는 열매체로 전달하게 하는 것을 특징으로 하는 핀형 촉매연소식 열교환기.It has a fin 3 structure, in which a mixed gas of air and fuel is combusted by surface reaction in the catalyst layer supported on the surface of the fin 3, and transfers the reaction heat obtained from the fin to the heat medium flowing through the tube through the fin and tube. Fin-type catalytic combustion heat exchanger, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 핀형 촉매 연소식 열교환기의 연소기내에서 공기와 연료의 혼합가스가 유입되는 흐름을 고려하여 혼합가스가 핀(3) 표면에 접촉할 수 있는 시간을 최대화하고 접촉할 수 있는 면적을 크게 하면서 실제 열전달을 위한 접촉 면적의 감소를 최소화하기 위해 핀 표면에 다수의 홈을 내고 다음 핀과의 그 위치를 엇갈리게 배열하는 것을 특징으로 하는 핀형 촉매연소식 열교환기.Considering the flow of mixed gas of air and fuel in the combustor of the fin-type catalytic combustion heat exchanger, the actual heat transfer while maximizing the time that the mixed gas can contact the surface of the fin 3 and increasing the area that can be contacted Finned catalytic combustion heat exchanger, characterized in that a plurality of grooves in the fin surface and to arrange their positions with the next fin to minimize the reduction of the contact area for the. 제 1 항 에 있어서,The method of claim 1, 핀형 촉매 연소식 열교환기의 핀(3)의 표면에 감마알루미나(γ-Al2O3)와 같은무기화합물을 워시-코팅(wash-coating)한 후에 귀금속 촉매를 담지하고 여기에 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr)의 금속을 후 처리하여 얻은 내열 및 황에 대한 내피독 특성이 강한 촉매층(4)을 형성한 것을 특징으로 하는 핀형 촉매연소식 열교환기.After washing-coating an inorganic compound such as gamma alumina (γ-Al 2 O 3 ) on the surface of the fin 3 of the fin-type catalytic combustion heat exchanger, the precious metal catalyst is supported thereon and titanium (Ti) And a catalyst layer (4) having a strong anti-toxicity against heat and sulfur obtained by post-treating a metal of zirconium (Zr). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 핀형 촉매연소 열교환기에서 표면반응에 의해 얻은 연소가스를 하니컴 촉매에서 2차 연소시키고, 여기서 얻은 고온의 배기가스로부터 다시 열을 회수하는 방식으로 핀형 촉매연소 열교환기내의 연소반응 및 열전달량을 조절함과 동시에 연소기내의 예열 및 지속적인 촉매반응을 위해 추가적으로 지원되어야 하는 보조열원에 필요한 에너지를 절감케 한 것을 특징으로 하는 핀형 촉매연소식 열교환기.Combustion gas obtained by surface reaction in fin-type catalytic combustion heat exchanger is secondary burned in honeycomb catalyst and heat is recovered again from high-temperature exhaust gas to control combustion reaction and heat transfer in fin-type catalytic combustion heat exchanger. And at the same time, it is possible to reduce the energy required for auxiliary heat sources which must be additionally supported for preheating and continuous catalytic reaction in the combustor. 수직으로 세워진 몸체에 연료와 공기의 혼합가스 입구(1) 및 열매체 입구(5)가 연통되고 또한 1차 배기가스출구(2) 및 열매체 출구(6)가 연통되며 물체의 내부에서 열교환관의 외면부에 다수개의 핀(3)이 돌출형성되고 그 핀(3)의 표면에는 촉매층(4)이 담지된 것을 특징으로 하는 핀형 촉매연소식 열교환기.The gaseous inlet (1) and the heat medium inlet (5) of fuel and air communicate with the upright body, and the primary exhaust gas outlet (2) and the heat medium outlet (6) communicate with each other. Fin-type catalytic combustion heat exchanger, characterized in that a plurality of fins (3) protruding in the portion and the catalyst layer (4) is supported on the surface of the fin (3).
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