KR20030060606A

KR20030060606A - 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치

Info

Publication number: KR20030060606A
Application number: KR1020020001374A
Authority: KR
Inventors: 서광희
Original assignee: 임연섭
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-07-16

Abstract

본 발명은 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치에 관한 것으로, 소각시설의 배기가스 배출구에 설치되는 촉매반응탑(7)의 중간부위에 마이크로웨이브를 촉매반응탑(7)내부로 조사하는 마이크로웨이브 발생장치(8)를 설치하되, 상기 촉매반응탑(7)의 내부에는 인산알루미늄(Al(H₂PO₄))이 첨착된 활성탄 분말을 주성분으로 하여 Cu이온이 치환된 x타입 zeolite를 부성분으로 하며 외주에 요철이 형성되도록 관형으로 사출성형된 촉매(20)를 상기 마이크로웨이브 발생장치(8)를 기준으로 상하로 배치하고, 촉매반응탑(7)의 상/하부와 상부 촉매(20)의 하부에는 촉매(20)의 파손을 방지하기 위한 스텐레스망(12)을 설치하며, 상기 마이크로웨이브 발생장치(8)와 대응되는 촉매반응탑(7)에는 마이크로웨이브투과창(22)을 형성하고, 이 마이크로웨이브투과창(22)에는 그을음이나 먼지등을 제거하기 위한 공기주입파이프(13)를 설치함으로써, 소형소각시설에서 매출되는 오염가스인 NO_X, SO_X는 N₂, S로 분자로 분해시키고, HCl은 Cl₂로 변화시킨 후 800℃이상의 고온촉매베드(BED)상에서 탈염소화시켜 대기오염을 방지하는 것이다.

Description

소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치{Catalytic apparatus for reducing of exhaust pollution gas}

본 발명은 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부에 요철이 형성되도록 압출성형된 촉매에 마이크로웨이브(microwave)를 조사하여 소형소각시설에서 매출되는 오염가스인 NO_X, SO_X는 N₂, S로 분자로 분해시키고, HCl은 Cl₂로 변화시킨 후 800℃이상의 고온촉매베드(BED)상에서 탈염소화시킴으로써, 소형소각시설의 대기오염 발생을 방지하는 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치에 관한 것이다.

현대사회에서 지속적으로 증가되고 있는 폐기물중 일부는 소각처리하고 있으며, 우리나라에서는 폐기물 관리법에서 200㎏/hr미만(대기환경보존법에서는 100㎏/hr미만)설비에 대한 설치기준을 완화하여 소형소각시설의 확대를 촉진시키고 있으며, 또한 대기 환경보전법에서도 100㎏/hr미만시설에 대해서는 대기오염배출시설에서 제외시켜 소형소각시설의 보급을 유도하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 소형소각시설의 30%(1996년도 측정결과)이상이 NO_X와 산성가스류(S0_X, HCl)에 대한 배출허용기준을 못맞추는 것으로 나타나고 있으며, 상기한 소형소각시설에서 발생되는 오염물질 중 NO_X는 광화학스모그와 산성비를 내리게 하고, SO_X는 빗물속에 용해되어 산성비를 내리게 하거나 광화학적 산화결과로 생기는 황산이나 황산염의 mist는 공기중에서 aeros로 존재하다가 지표에 침전되기도 한다. 또한, 가스중의 HCl은 특히 염화비닐(PVC)의 연소에 의해서 발생되며, 금속염화물, 유기계염소등도 고온하에서 연소하면 분해되어 HCl을 발생시키며, 다이옥신 전구물질에 포함된 Cl^-은 Deacon반응에 의해서 HCL로 전환되는 것보다는 Cl₂로 생성되어져서 다이옥신 생성에 큰 영향을 미친다고 본다.

그러나, 상기한 바와 같은 오염물질 발생을 억제하기 위한 종래의 정화기술을 살펴보면, N0_X의 경우에는 암모니아에 의한 N0_X의 선택적 환원법(SCR-NH₃), CH₄등 비선택적 환원법, ClO₂를 사용한 기상산화법, NaClO₂를 사용한 액상산화법, 전자선 조사법등이 있으나 시설이 고가이고 정화효율이 높지 않은것이 단점으로 지적되고 있다.

그리고, SO_X의 탈황법으로는 습식방법, 건식흡수법, 흡착법등이 있으나, 처리효율이 그다지 높지 않고, 시설비가 고가이다.

또한, HCl의 경우에는 습식세정방법, 반습식처리방법, 건식처리방법등이 있으나, 습식세정방법은 폐수처리 문제가 단점으로 지적되고 있으며, 반습식처리방법 및 건식처리는 분말주입공정에서의 작업성이 나쁠뿐만 아니라 주변환경의 오염등이 지적되고 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 외부에 요철이 형성되도록 압출성형된 촉매에 마이크로웨이브(micro wave)를 조사하여 소형소각시설에서 매출되는 오염가스인 NO_X, SO_X는 N₂, S로 분자로 분해시키고, HCl은 Cl₂로 변화시킨 후 800℃이상의 고온촉매베드(BED)상에서 탈염소화시킴으로써, 소형소각시설의 대기오염 발생을 방지하는 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 촉매장치가 구비된 소형소각시설을 나타내는 도면

도 2a내지 도 2c는 본 발명에 따른 촉매장치를 나타내는 도면

도 3은 본 발명에 따른 촉매를 나타내는 사시도

도 4는 촉매가 가득채워진 촉매장치를 나타내는 사진

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 1차 연소실 2 : 2차 연소실

3 : 건식버너 6 : 사이클론

7 : 촉매반응탑 9 : 연돌

12 : 스텐레스망 13 : 공기주입파이프

20 : 촉매 22 : 마이크로웨이브투과창

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 촉매장치가 구비된 소형소각시설을 나타내는 도면이고, 도 2a내지 도 2c는 본 발명에 따른 촉매장치를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 촉매를 나타내는 도면이며, 도 4는 촉매가 가득채워진 촉매장치를 나타내는 사진이다.

본 발명에 따른 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치는 1차 연소실(1)과 2차연소실(2)과 사이클론(6)과 촉매반응탑(7) 및 연돌(9)을 구비한 소형 소각시설에 있어서, 상기 촉매반응탑(7)의 중간부위에는 마이크로웨이브를 촉매반응탑(7)내부로 조사하는 마이크로웨이브 발생장치(8)를 설치하되, 상기 촉매반응탑(7)의 내부에는 외주에 요철이 형성되도록 관형으로 사출성형된 촉매(20)를 상기 마이크로웨이브 발생장치(8)를 기준으로 상하로 배치하고, 촉매반응탑(7)의 상/하부와 상부 촉매(20)의 하부에는 촉매(20)의 파손을 방지하기 위한 스텐레스망(12)을 설치하며, 상기 마이크로웨이브 발생장치(8)와 대응되는 촉매반응탑(7)에는 마이크로웨이브투과창(22)을 형성하고, 이 마이크로웨이브투과창(22)에는 그을음이나 먼지등을 제거하기 위한 공기주입파이프(13)를 설치한 것이다.

한편, 상기한 구성에서 촉매의 구성을 살펴보면, 인산알루미늄(Al(H₂PO₄))이 첨착된 활성탄 분말25-35중량%와, 90% Cu이온이 치환된 x타입 xeolite(이하 Cu/x-zeo라 함)5-10중량%, 바인더인 점토 55-65중량%, Na-CMC(Sodium Carvorxylmethyl Cellulose) 0.01-2중량%를 혼합하여 스크류 압출기를 이용하여 외부에 길이방향 요철이 형성된 관형의 촉매를 사출성형하여 24시간동안 음건한 후, 음건된 촉매는분위기 상태에서 600℃ 4시간동안 소성하여 제조하거나, 인산알루미늄이 첨착된 활성탄 분말30-35중량%, 바인더인 점토 60-70중량%, Na-CMC 0.1-0.5중량%를 혼합하여 상기와 동일한 방법으로 촉매를 제조하는데, 상기한 구성에서 활성탄분말을 인산알루미늄(Al(H₂PO₄))용액(5%)에 첨착하는 이유는 800℃이상의 배기온도와 10%이상의 산소농도에서 활성탄이 탄화되는 것을 막고, 마이크로 웨이브와의 반응에서 탄소물질의 소모를 적정량으로 조절하기 위한 것이고, Cu이온을 x-type 제오라이트에 이온교환시키는 것은 고온에서 촉매의 구조가 파괴되거나 변형되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 상기한 바와 같은 촉매에서 조성물의 바람직한 실시예를 살펴보면, 인산알루미늄(Al(H₂PO₄))이 첨착된 활성탄 분말 31중량%와, Cu/x-zeo 8중량%, 바인더인 점토 60.98중량%, Na-CMC 0.02중량%로 구성되고, 인산알루미늄이 첨착된 활성탄 분말 33.3중량%, 바인더인 점토 66.5중량%, Na-CMC 0.2중량%로 구성되며, 이 조성비는 상기의 범위내에서 가변이 가능하다.

그리고, 본 발명의 구성에서 미설명부호 3은 건식버너를 나타내고, 10은 검사공을 11은 인젝션라인을 나타내고, 16과 17은 촉매반응탑(7)내부를 관찰 및 청소를 할 수 있도록 하기 위한 클리닝홀을 나타낸다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 하기에서 살펴본다.

마이크로 웨이브는 촉매중의 탄소분이 손실계수가 커서 에너지의 흡수가 쉽고 가열되기 쉬우므로 조사각도를 잘맞추고 사방에서 멀티타입으로 설치한다.

도파관(유도관)은 2인치로 설치되며, 마이크로웨이브 발생장치는 2,450MHz의 고정된 주파수에 출력은 0-1KW까지 가변될 수 있도록 한다.

이와 같이 설치된 마이크로웨이브 발생장치에 의하여 촉매 베드상에 마이크로웨이브를 조사했을 때의 반응을 하기에서 살펴본다.

유전체를 구성하는 분자는 일반적으로 (+)(-)의 전하를 띤 전기적인 분자로써, 상기 유전체의 분자배열은 진폭의 변화에 따라 변화하게되고 결과적으로 분자의 회전에 의해 각 분자간의 마찰이 있게되고 순간적으로 일정하게 열이 발생하게 된다.

이에 따라 상기 마이크로 웨이브가 활성탄의 탄소분에 흡수되면 촉매내부의 분자에 작용하여 그 에너지전이가 분자회전상태로 나타나고, 이 회절작용(유도반응)에 의하여 발생되는 마찰열때문에 촉매반응탑상의 온도는 700-850℃의 고온으로 유지되는데, 이 과정에서 오염가스는 분자분해를 하게된다.

또한 촉매중 일 실시예에 들어가는 물질인 Cu이온이 치환된 x-zeo의 촉매활성온도를 올여주는 역활을 한다.

이에 따라 마이크로 웨이브가 활성탄에 조사되면 하기의 화학식 1과 같이 C(탄소)와 2NO(일산화질소)가 마이크로 웨이브에 의하여 CO₂와 N₂로 변환되고, C와 SO₂가 마이크로 웨이브에 의하여 CO₂와 S로 변환되고, C와 HCl이 마이크로 웨이브에 의하여 C-Cl₂와 H₂로 변환되어 Cl₂는 탈염소화된다.

그리고, Cu/x-zeo에 조사되는 마이크로웨이브에 의하여 하기의 화학식 2와 같이 Cu-NO가 N₂와 O₂로 변환되고, Cu-SO₂가 Cu/x-zeo에 조사되는 마이크로웨이브에 의하여 S와 O₂로 변환되고, 2HCl이 Cu/x-zeo에 조사되는 마이크로웨이브에 의하여 H₂와 Cl₂로 변환되어 Cl₂는 탈염소화된다.

이에 따라, 본 발명의 촉매장치를 사용하면 소형소각시설의 배연오염물질인 NO_X, SO_X, HCl을 효율적으로 저감시킬 수 있게 된다.

한편, 도면에서는 촉매반응탑(7)이 사이클론(6)과 연돌(9)사이에 설치되어 있으나, 소각시설에서 발생하는 고온의 배출가스를 방지시설로 인입하여 250℃이하로 되는 시설에는 폐열보일러 및 공냉식 열교환기 후단에 촉매반응탑(7)을 설치할 수도 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 소형소각시설시설에서 배출되는 대기 오염물질인 NO_X, SO_X, HCl등을 N₂, S, 탈염소화로 분해시킴으로써, 대기오염방지의 효과가 크고, 실시설의 운전결과 마이크로웨이브출력 250W일때 NO_X, SO_X, HCl의 분해제거율은 95%이상으로 제거효율이 높았다.

이상과 같은 본 발명에 의하면 소형소각시설(200kg/hr)에서 배출되는 대기오염물질인 NO_X, SO_X, HCl등을 탄소물질과 구리이온이 치환된 x-zeolite로 조성된 촉매에 마이크로 웨이브를 조사하여 저감시킴으로써, 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

Claims

1차 연소실(1)과 2차연소실(2)과 사이클론(6)과 촉매반응탑(7) 및 연돌(9)을 구비한 소형 소각시설에 있어서,

상기 촉매반응탑(7)의 중간부위에는 마이크로웨이브를 촉매반응탑(7)내부로 조사하는 마이크로웨이브 발생장치(8)를 설치하되, 상기 촉매반응탑(7)의 내부에는 외주에 요철이 형성되도록 관형으로 사출성형된 촉매(20)를 상기 마이크로웨이브 발생장치(8)를 기준으로 상하로 배치하고, 촉매반응탑(7)의 상/하부와 상부 촉매(20)의 하부에는 촉매(20)의 파손을 방지하기 위한 스텐레스망(12)을 설치하며, 상기 마이크로웨이브 발생장치(8)와 대응되는 촉매반응탑(7)에는 마이크로웨이브투과창(22)을 형성하고, 이 마이크로웨이브투과창(22)에는 그을음이나 먼지등을 제거하기 위한 공기주입파이프(13)를 설치한 것을 특징으로 하는 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치.

제 1항에 있어서, 상기한 촉매는 인산알루미늄(Al(H₂PO₄))이 첨착된 활성탄 분말25-35중량%와, 90% Cu이온이 치환된 x타입 xeolite(이하 Cu/x-zeo라 함)5-10중량%, 바인더인 점토 55-65중량%, Na-CMC(Sodium Carvorxylmethyl Cellulose) 0.01-2중량%를 혼합하여 스크류 압출기를 이용하여 외부에 길이방향 요철이 형성된 관형의 촉매를 사출성형하여 24시간동안 음건한 후, 음건된 촉매는분위기 상태에서 600℃ 4시간동안 소성하여 제조하는 것을 특징으로 하는 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치.

제 1항에 있어서, 상기 촉매는 인산알루미늄이 첨착된 활성탄 분말30-35중량%, 바인더인 점토 60-70중량%, Na-CMC 0.1-0.5중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 소형소각시설의 오염 배기가스 저감 촉매장치.