KR20010072167A - 배기 가스로부터 산화 질소를 제거하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

배기 가스로부터 산화 질소를 제거하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 가스로부터 산화 질소를 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 산화 질소(NOX)를 함유한 배기 가스(A)는 산화 촉매 변환기(2)에서 촉매 산화되어 혼합 장치(4)에서 물(H2O)과 산소(O2) 또는 공기(L)에 접촉된다. 여기서, 산화 질소(NOX)에 의해 정화된 배기 가스(A') 및 수용액(HNO3)이 생성된다. 반응 용기(15)에서 수용액(HNO3)은 환원 조건들하에서 수성 산 물질(M) 중에서 질소 함유 환원제(R)와 반응한다. 여기서 생성되는 가스(N2)는 배출관(24)을 통해 배출된다.

Description

배기 가스로부터 산화 질소를 제거하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR REMOVING NITROGEN OXIDES FROM EXHAUST GASES}
연소 장치, 예컨대 발전소 또는 내연 기관으로부터 나온 배기 가스에서 그 속에 함유된 산화 질소(NOX)를 감소시키는 것이 중요하다. 산화 질소를 감소시키기 위해 오늘날 질소 함유 환원제에 의한 SCR 방법에 따른, 주로 산화 질소 환원 촉매 변환기가 사용된다. 여기서, 환원제로는 암모니아(NH3) 또는 우레아가 사용된다. 산화 질소를 감소시키기 위한 장치에서 환원제가 배기 가스 내로 살포된다. 특히 냄새가 강하고 환경에 유해한 암모니아에서 환원제 누출을 피하기 위해, 고가의 도우징 제어 장치 또는 조절 장치가 필요하다.
본 발명은 배기 가스로부터 산화 질소를 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 배기 가스로부터 산화 질소를 제거하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 배기 가스(A)로부터 산화 질소(NOX)를 제거하기 위한 장치이다.
본 발명의 목적은 환원제 누출이 배제되는, 서두에 언급된 방식의 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
방법에 관련해서 상기 목적은 본 발명에 따라 주어진 순서에 따른 하기 단계에 의해 달성된다. 즉,
a) 배기 가스가 촉매 산화되고,
b) 그리고 나서, 배기 가스가 물 및 산소에 접촉됨으로써, 산화 질소에 의해 정화된 배기 가스 및 수용액이 생성되며,
c) 상기 수용액은 수성 산 물질 중에서
c1) 환원 조건들 하에서 또는
c2) 환원 전해 조건들하에서 질소 함유 환원제와 반응하게 되며, 반응액 및 가스가 생성되고, 및
d) 가스가 배출된다.
이러한 방법에서 환원제 누출이 분명히 배제된다. 상기 방법은 자동 조절되고 환원제 도우징량 제어 또는 조절을 필요로 하지 않는다.
바람직한 개선예에 따라 배기 가스는 공기가 유입되기 전에 물을 통해 안내됨으로써 물 및 산소에 접촉된다. 여기서, 특히 물 및 공기에 공급되는 가스 세정기와 같은 혼합 장치가 사용된다.
수성 산 물질로서 주로 반응액의 pH-값에 따라 공급되는 산이 사용된다. 여기서, 산은 저장 용기, 예컨대 자동차에 존재하는 자동차 배터리로부터 빼내질 수 있다.
여기서, 산을 함유한 반응제로는 바람직하게 우레아가 사용된다.
환원 조건들은 예컨대 아연과 같은 비금속의 첨가에 의해 주어질 수 있다. 환원 전해 조건들은 전해 장치에 의해 전기 화학적인 음극 환원에 의해 주어질 수있다.
본 방법의 부가의 바람직한 실시예는 종속항에 제시된다.
장치에 관련해서 언급된 목적은 본 발명에 따라,
a) 배기 가스가 공급될 수 있는 산화 촉매 변환기,
b) 배기 가스가 물 및 산소에 접촉될 수 있도록 하는, 상기 촉매 변환기에 연결된 혼합 장치, 특히 가스 세정기,
c) 반응 용기 및
d) 연결 라인을 포함하며,
상기 연결 라인을 통해 상기 혼합 장치에서 생성되는 수용액이 반응 용기로 공급될 수 있으며, 수성 산 물질 및 질소 함유 환원제가 상기 반응 용기(15)에 공급될 수 있고, 및
d1) 환원 조건들 또는
d2) 환원 전해 조건들이 상기 반응 용기(14)에 주어질 수 있다.
본 장치의 부가의 바람직한 실시예는 종속항에 제시된다.
본 발명의 실시예는 하기에서 개략적인 도면에 의해 더 자세히 설명된다.
도면에는 배기 가스(A)로부터 산화 질소(NOX)를 제거하기 위한 장치가 도시된다. 산화 질소(NOX)를 함유한 배기 가스(A)는 산화 촉매 변환기(2)로 공급된다. 여기서, 순금 촉매 변환기가 제공된다. 상기 촉매 변환기는 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 산화 티탄(TiO2)의 기판 상의 백금 또는 팔라듐으로 이루어진 층을 갖는다. 상기 산화 촉매 변환기(2)에서 NOX는 양적으로 NO2로 산화된다. 상기 배기 가스(A)는 혼합 장치(4)로 공급된다. 여기서, 예컨대 가스 세정기 또는 유사한 장치가 제공될 수 있다. NO2를 함유한 배기 가스(A)는 공기(L) 또는 산소(O2)의 유입하에서 물(H2O)에 의해 안내된다. 상기 혼합 장치(4)는 물의 충전을 위해 물 탱크(4)에 연결된다. 송풍기(8)에 의해 상기 혼합 장치(4)에는 산소 탱크(10)로부터 산소(O2)가 특히 공기(L)의 형태로 공급된다. 상기 혼합 장치(4)에는 NO2가 경우에 따라 (도시되지 않은) 촉매 변환기의 보조 사용하에 하기 반응식;
4NO2+ 2H2O + O2→ 4HNO3
에 따라 질산으로 변환된다. 공기(L)의 유입없이 질소의 산 및 질산으로 이루어진 혼합물이 생성된다. 상기 질산(HNO3)(수용액)은 연결 라인(12)에 의해 배출된다. 상기 산화 질소(NO2)에 의해 정화된 배기 가스(A')는 배출관(14)을 통해 배출된다.
수용액 내에 함유된 HNO3는 상기 연결 라인(12)을 통해 반응 용기(15)로 공급된다. 여기서, 예컨대 아연(Zn)과 같은 비금속(Me)에 의한 환원 조건들 또는 ELYS로 특징지워지는 환원 전해 조건들(음극 환원) 하에서 질소를 함유한 반응제(R), 바람직하게는 우레아((NH2)2CO)를 갖는 산 물질(M)로의 변환이 나타난다. 여기서 질화물(NO3)로부터 양적으로 우레아에 의해 하기 단순 일반식;
NO3 -+ (NH2)2CO → N2+ H2O
에 따라 기본 질소(N2)가 형성된다. 질화물(NO2 -)로부터 우레아에 의해 환원 조건없이도 산 물질(M)에서 질소(N2)가 형성된다.
산 물질(M), 자동차에서 자동차 배터리로부터 제거될 수 있는 특히 황산과 같은 산은 필요에 따라 저장기(16)로부터 배출된다. 산의 제어 공급은 pH-값 센서(20)에 의해 제어된 제어 밸브(18)에 의해 이루어진다. 상기 pH-값 센서(20)는 예컨대 유리 전극에 의한 반응액(P)의 측정을 돕는다. 상기 반응액(P)이 산 영역을 떠날 경우, 밸브(18)에 의해 저장기(16)로부터 산이 추가 배출된다.
예컨대 우레아(NH2)2CO와 같은 질소 함유 환원제(R)를 위해 충전 장치(22)가 제공되며, 상기 충전 장치(22)는 반응 용기(15)에 연결된다.
상기 반응제(R)는 고체 또는 용해된 형태로 반응 용기(15)에서 초과량시 제공된다. 이는 반응 용기(15)에 함유된 질산염-아질산염 이온에 존재하는 만큼만 사용된다는데 달려있다. 이상적인 경우 이러한 양은 경우에 따라 충전 장치(22)또는 저장 카트리지로부터 자동 재충전됨으로써, 저장기의 충전이 제어 서비스의 범주 내에서 이루어질 수 있도록 측정된다. 이러한 제어 서비스는 규칙적인 검사시, 예정된 작업장에서, 그리고 굴뚝 청소부의 방문시에 이루어질 수 있다.
배출관(24)을 통해 물 및 반응액(P)의 부가 물질이 반응 용기(15)로부터 제거될 수 있다. 그리고 배출관(26)을 통해 질소(N2)가 제거될 수 있다.
도면의 실시예에서 환원제(R)의 도우징량의 조절이 요구되지 않는 자동 조절되는 방법이 나타난다는 사실이 다시 한번 확인되어야만 한다. 따라서, 산화 질소 제거시 환원제(R)의 누출은 나타나지 않을 수 있다.

Claims (21)

  1. 배기 가스(A)로부터 나온 산화 질소(NOX)를 제거하기 위한 방법에 있어서,
    a) 상기 배기 가스(A)가 촉매 산화되는 단계,
    b) 그리고 나서, 상기 배기 가스(A)가 물(H2O) 및 산소(O2)에 접촉됨으로써, 산화 질소(NOX)에 의해 정화된 배기 가스(A') 및 수용액(HNO3)이 생성되는 단계, 및
    c) 상기 수용액(HNO3)이 수성 산 물질(M) 중에서
    c1) 환원 조건들(Me, Zn) 하에서 또는
    c2) 환원 전해 조건들(ELYS)하에서 질소 함유 환원제(R)와 반응하게 되며, 반응액(P) 및 가스(N2)가 생성되는 단계, 및
    d) 가스(N2)가 배출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    촉매 산화시 상기 배기 가스(A)가 산화 촉매 변환기(2)를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 촉매 변환기(2)가 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 산화 티탄(TiO2)으로 이루어진 기판 상의 백금 또는 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 가스(A)가 공기(L)의 유입하에서 물(H2O)을 통해 안내됨으로써, 물(H2O) 및 산소(O2)에 접촉되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 배기 가스(A)가 가스 세정기(4)를 통해 안내되어, 물(H2O) 및 공기(L)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 가스(A)가 물(H2O) 및 산소(O2)와의 접촉 후에 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수성 산 물질(M)이 상기 반응액(P)의 pH-값에 따라 추가 공급될 수 있는 산인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 산이 저장기(16), 예컨대 자동차 배터리로부터 빼내지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질소 함유 환원제(R)로서 우레아가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원 조건들이 비금속(Me), 특히 아연(Zn)의 첨가에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원 전해 조건들(ELYS)이 전해 장치에 의한 전기 화학적 음극 환원에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액(HNO3)이 환원 용기(15)에 공급되고, 고체 형태 또는 용해된 형태의 질소 함유 환원제(R)가 충전 장치(22)로부터 나와 상기 환원 용기(15)에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질소 함유 환원제(R)가 초과량으로 상기 수용액(HNO3) 내로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 충전 장치(22)가 규칙적인 또는 미리 주어진 시간 간격으로 상기 환원제(R)로 채워지는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 배기 가스(A)로부터 산화 질소(NOX)를 제거하기 위한 장치에 있어서,
    a) 배기 가스(A)가 공급될 수 있는 산화 촉매 변환기(2),
    b) 배기 가스(A)가 물(H2O) 및 산소(O2)에 접촉될 수 있도록 하는, 상기 촉매 변환기(2)에 연결된 혼합 장치(4), 특히 가스 세정기,
    c) 반응 용기(15) 및
    d) 연결 라인(12)을 포함하며,
    상기 연결 라인(12)을 통해 상기 혼합 장치(4)에서 생성되는 수용액(HNO3)이 반응 용기(15)로 공급될 수 있으며, 상기 수성 산 물질(M) 및 질소 함유 환원제(R)가 상기 반응 용기(15)에 공급될 수 있고, 및
    d1) 환원 조건들(Me, Zn) 또는
    d2) 환원 전해 조건들(ELYS)이 상기 반응 용기(14)에 주어질 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 산화 촉매 변환기(2)가 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 산화 티탄(TiO2)으로 이루어진 기판 상의 백금 또는 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 15항 또는 16항에 있어서,
    상기 혼합 장치(4)가 물 탱크(6) 및 산소 탱크(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 15항, 16항 또는 17항에 있어서,
    상기 혼합 장치(4)가 정화된 배기 가스(A')용 배출관(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 15항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 용기(15)가 산 저장기(16), 예컨대 자동차 배터리에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 15항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 용기(15)가 고체 또는 용해된 상태의 질소 함유 환원제(R)용, 특히 우레아((NH2)2CO)용 충전 장치(22)에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 19항 또는 20항에 있어서,
    상기 산 저장기(16)의 유출량이 반응 용기(15) 내의 반응액(P)의 pH-값을 측정하기 위한 pH-값 센서(20)에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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