KR20060003167A - 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의배출가스 정화장치 및 그 정화방법 - Google Patents

저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의배출가스 정화장치 및 그 정화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치는, 기판유리 용해로의 배출가스를 소정의 온도로 냉각하는 냉각부(20), 상기 냉각부(20)를 거친 가스가 흐르는 통로 상에 석회를 투입하여 황산화물의 흡수 및 산화반응을 유발하는 석회투입부(21), 및 상기 배출가스 중에 생성된 석고성분 및 분진을 여과하여 제거하는 집진부로 구성된 탈황수단(2); 상기 집진부를 통과한 배출가스를 습식으로 세정하여 상기 집진부에서 미처 제거하지 못한 분진을 제거하는 습식 세정수단(3); 및 상기 습식세정수단(3)의 후단에 연결하여 배출가스를 적정한 활성화 온도까지 증기를 이용하여 승온시키는 승온부(41), 상기 승온부(41)를 거친 배출가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입 및 혼합하는 환원약품 혼합부(45), 및 상기 환원약품 혼합부(45)의 혼합기를 특수 활성탄 촉매층 안으로 통과시켜 비소 및 붕소 성분은 활성탄 촉매에 흡착되고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환되도록 하는 활성탄촉매 반응부(440)로 구성된 탈질수단(4);을 포함한다. 이에 의해, 촉매의 열화현상 없이 법 규제치 이하로 질소산화물을 쉽게 제거하여 대기환경보존에 이바지하며, 촉매의 수명을 연장하여 비용을 절감하는 효과가 있다.
질소산화물, 엘시디(LCD), 기판유리, 용해로, 탈질공정, 활성탄, 흡착

Description

저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치 및 그 정화방법{Apparatus for purifying flue gas of smelting furnace for LCDs' substrate glass using low-temperature activated carbon catalyst and the method thereof}
도1a는 종래의 엘시디(LCD)용 기판유리 용해로에서 배출되는 가스를 정화하는 장치의 개략적인 구성도이고, 도1b는 도1a의 탈질설비(4)에 사용되는 금속촉매장치(44)의 구성도이며, 도1c는 도1b의 금속촉매장치(44)의 각 촉매(44a)의 상세 확대도이다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치의 개략적인 구성도이다.
도3 및 도4는 도2의 탈질설비(4)중 활성탄촉매반응부(440)의 반응기 내부의 구조도이고, 도5는 상기 활성탄촉매반응부(440)의 결합상태 및 반응기 내부에서 가스가 통과하는 경로를 설명하는 분해사시도이다.
도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치의 개략적인 구성도로서, 도2와 비교하여 백필터(230) 대신 습식 전기집진기(Wet EP; Wet Electrostatic Precipitator: 240)가 설치된 점에 차이가 있다.
*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: LCD 제조용 유리용해로 2: 탈황설비
3: 탈질설비 5,31,206: 송풍기
6: 연돌 21:석회저장소
22: 약품저장소 23, 230: 백필터(Bag Filter)
32: 습식세정장치 33: 공업용수 저장조
34: 약품공급장치 41: 승온장치
42: 보일러 43: 암모니아 저장소
44: 촉매장치 201: 냉각기
240: 습식 전기집진기 241: 집진관
440: 활성탄 촉매장치 441: 인입덕트
442: 배기덕트 443: 저장층
444: 흡착층 445a: 플로우인 호퍼(Flow-in Hopper)
445b: 미니호퍼 446: 촉매공급호퍼
448: 배출호퍼 AC: 활성탄(Activated Carbon)
본 발명은 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치 및 그 정화방법에 관한 것으로서, 특히 엘시디용 기판유리 용해설비에서 발생하는 배출가스중의 질소산화물(Nitrogen Oxide; NOx)을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction; SCR)에 있어 종래 사용되던 금속산화물 촉매 대신 저온활성탄을 촉매로 사용하여 비소 등의 중금속성분과 붕소성분을 활성탄 촉매에 흡착시켜 효율적으로 제거함으로써 질소산화물의 저감효율을 극대화한 배출가스 정화장치 및 그 정화방법에 관한 것이다.
최근 그 수요가 급속도로 증가하고 있는 엘시디(Liquid Crystal Display; LCD)를 제조하기 위한 기판유리 용해설비에서는 원료 물질의 연소 및 용해공정 중에 다량의 입자상 물질, 황산화물(Sulfuric Oxide; SOx), 염화수소, 질소산화물, 일산화탄소, 기타 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs) 및 비소 등과 같은 중금속성분과 붕소성분이 배출되게 된다.
이 중에서 황산화물(주로 아황산가스)은 대기중에서 광화학 반응에 의하여 산화되어 산성비의 원인이 되며, 동식물 및 건축 구조물에 피해를 준다. 한편, 질소산화물에는 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)가 있는데, 일산화질소는 대기 중에서 산화되어 이산화질소가 된다. 이산화질소는 인체에 유해하며 특히 고농도 아래에서는 폐기종(肺氣腫), 기관지염 등 각종 호흡기 질환의 원인이 된다.
도1a는 종래의 엘시디용 기판유리 제조공장에서 배출되는 유독가스 중의 황산화물 및 질산화물을 저감하기 위한 대기정화시설의 개략적인 구성도이다.
도1a를 참조하면, 엘시디용 기판유리 제조공장으로부터 발생되는 유독 배기 가스를 처리하는 종래의 대기정화시설은 대체적으로, 엘시디용 기판유리 용해로(1)에서 발생된 유독가스로부터 황산화물을 제거하는 탈황설비(2), 탈황설비(2)에서 미처 제거하지 못한 가용성 기체와 분진(Dust) 및 액적(Mist)을 제거하는 습식세정장치(Wet Scrubber;3), 및 금속촉매장치(44)를 이용하여 질소산화물을 제거하는 탈질설비(4)로 구성되어 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 탈황설비(2)에서는 엘시디용 기판유리용해로(1)로부터 배출되는 가스에 소석회(CaO), 생석회(Ca(OH)2) 또는 석회(CaCO3)와 같은 강알칼리성 물질의 분체(粉體)를 분사하여 황산화물과 석회가 반응하여 석고(CaSO4)를 만든 다음 집진장치(23)에서 이를 걸러내도록 하는 방식을 채택하고 있다. 도1a에서 미설명부호 21은 석회저장소이며, 22는 탈황공정을 제어하기 위하여 필요한 기타 약품들을 보관하는 약품저장소이다. 탈황설비(2)에서 일어나는 반응식은 다음과 같다.
SO2 + H2O → H2SO3 (SO2가 물에 용해됨)
H2SO3 + ½ O2 (산화) → H2SO4
CaCO3 (석회) + H2SO4 + H2O → CaSO4 + 2H 2O (석고↓) + CO2 (↑)
배출가스에서 황산화물을 제거하는 배연탈황기술은 습식, 반건식 및 건식의 세 가지로 나눌 수 있는데, 도1a의 탈황설비(2)는 반응기(反應器; Chemical Reactor) 없이 분체를 직접 가스에 분사하는 건식 탈황설비를 예시하였다.
한편, 배출가스 중에 포함된 질소산화물을 제거하는 방법은 배가스처리법(Flue Gas Treatment; FGT)이라고 하여 배출가스에 촉매 또는 환원제를 적용하여 질소산화물을 강제로 환원하는 방법이 사용된다. 이러한 배가스처리법은 선택적 촉매환원법(Selective Catalytic Reduction; SCR)과 선택적 비촉매환원법(Selective Non-Catalytic Reduction; SNCR)으로 나누어지는데, 이 중 선택적 비촉매환원법은 촉매를 사용하지 않고 약 900~1,000℃의 반응온도에서 암모니아(NH3)를 질소산화물과 1:1 또는 2:1의 비율로 배출가스 중에 직접 혼입하여 질소산화물을 저감하는 방법으로서, 저감효율이 낮고 적정 반응온도를 유지하기 어려운 점이 단점으로 지적되고 있다.
이에 비해, 선택적 촉매 환원법은 촉매하에서 암모니아, 탄화수소 등의 환원제를 이용하여 질소산화물을 질소(N2)로 전환시키는 기술로서, 신뢰성 및 정화효율이 높아 상업적 질소산화물 처리기술로 발전하였다. 도1a의 탈질설비(4)에 채택된 촉매장치(44)는 파이프형 또는 벌집형의 금속산화물 촉매(44a; 도1b 및 도1c 참조)가 일정한 간격을 두고 여러 층으로 쌓여 형성된 것으로서, 금속산화물 촉매물질로는 백금, 바나듐 혹은 이산화티타늄 등이 사용된다. 탈질설비(4)에서 일어나는 반응식은 다음과 같다.
N2 + O2 -> 2NO
NO + ⅔NH3 -> 5/6 N2 + H2O
도1a의 탈질설비(4)에서는 선택적 촉매 환원법을 실시하기 위하여 배출가스 를 250~350℃의 반응온도로 승온시키고 암모니아를 분사한 후 혼합기를 촉매장치(44)안으로 통과시켜서 상기 반응을 통해 질소산화물을 제거한다. 도1a에서 미설명부호 41은 배출가스를 상기 반응온도로 승온시키기 위한 승온장치이며, 42는 상기 승온장치(41)에 증기(Steam)를 공급하는 보일러이고, 43은 암모니아 저장소이며, 44는 배출가스를 연돌(굴뚝; stack)로 압송하기 위한 송풍기이다.
도1a에 설명한 바와 같은 엘시디 제조용 기판유리 제조시설의 배출가스로부터 질소산화물을 제거하는 장치에는 지금까지 주로 금속 촉매가 사용되었는데, 이러한 금속 촉매는 황 성분, 비소 등의 중금속 성분, 붕소성분 및 염소성분이 많은 배가스와 접하는 경우에는 촉매의 수명이 단축되며, 특히 비소 등의 농도가 높은 경우 촉매의 성능이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.
엘시디용 기판유리 제작에 사용되는 원료물질에는 비소 성분 및 붕소 성분이 다량 혼입되어 있는 관계로, 기판유리 용해로에서는 이러한 성분들이 황산화물 및 질소산화물과 함께 가스상으로 배출된다. 따라서, 엘시디용 기판유리 제조공장의 배가스중의 질소산화물 제거를 위하여 금속촉매를 사용할 경우, 비소, 붕소 등의 성분으로 인해 금속 촉매의 열화현상이 심화되고, 그 결과 촉매성능이 저하된 상태에서 질소산화물이 미처 제거되지 못한 채로 배출될 가능성이 매우 크다.
이러한 이유로, 통상적인 금속촉매를 사용한 질소산화물 제거장치는 소각로 혹은 발전소 등의 배기가스를 처리하는 데는 사용된 예가 많이 있으나, 아직까지 엘시디용 기판유리의 제조공장에는 성공적으로 적용된 예가 없으며, 억지로 적용한다고 하더라도 배가스 중에 함유된 비소, 붕소 성분으로 인해 촉매 수명이 단축되 어 일반적인 형식으로는 적용이 불가능하였다.
이와 같은 문제점 때문에 아직까지 우리나라의 엘시디용 기판유리 제조공장에서는 배가스 중의 질소산화물을 효율적으로 저감시켜 배출하기 보다는 공기로 희석시켜서 배출하는 경향이 강하였고, 이는 환경오염의 주 원인이 되었다. 그러나, 환경오염 방지의 필요성이 커지면서 점차 환경관련법규의 규제정도가 강화되고 있으므로, 더 이상 배가스를 희석시키는 방법만 가지고서는 환경법규위반을 면할 수 없게 될 것이다. 즉, 앞으로는 엘시디용 기판유리 제조공정에서 발생하는 배가스의 비소, 붕소 성분 및 질소산화물을 효과적으로 저감할 수 있는 정화시설을 갖추지 못할 경우 엘시디 생산 설비를 가동하는 것 자체도 제한을 받게 되어 전체 공정의 흐름이 원활하지 못하게 될 가능성이 있는 것이다.
본 발명은 상기 문제점을 극복하기 위하여, 종래의 선택적 촉매 환원법에서 사용되었던 금속 촉매 대신 저온활성탄 촉매를 사용하여, 환원제가 혼입된 배가스가 저온활성탄 촉매층을 통과하도록 함으로써 비소, 붕소 등의 성분이 활성탄의 미세공극에 흡착되고 질소산화물은 질소로 전환되도록 하여 촉매의 열화현상 없이 법 규제치 이하로 질소산화물을 제거할 수 있도록 한 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치 및 그 정화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의해 제공된 저온활성탄 촉매를 이 용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치는, 엘시디용 기판유리 용해시설(1)로부터 배출되는 고온의 배가스를 소정의 온도로 냉각하는 냉각부(20), 상기 냉각부(20)를 거친 가스가 흐르는 통로 상에 석회를 투입하여 황산화물의 흡수 및 산화반응을 유발하는 석회투입부(21), 및 상기 배출가스 중에 생성된 석고성분 및 분진을 여과하여 제거하는 집진부로 구성된 탈황수단(2); 상기 집진부를 통과한 배출가스를 습식으로 세정하여 상기 집진부에서 미처 제거하지 못한 분진을 제거하는 습식 세정수단(3); 및 상기 습식세정수단(3)의 후단에 연결하여 배출가스를 적정한 활성화 온도까지 증기를 이용하여 승온시키는 승온부(41), 상기 승온부(41)를 거친 배출가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입 및 혼합하는 환원약품 혼합부(45), 및 상기 환원약품 혼합부(45)의 혼합기를 활성탄 촉매층 안으로 통과시켜 비소 및 붕소 성분은 활성탄 촉매에 흡착되고, 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환되도록 하는 활성탄촉매 반응부(440)로 구성된 탈질수단(4);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의하여 제공된 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화방법은, (a) 배출가스를 소정의 온도로 냉각하는 냉각단계; (b) 냉각된 배출가스에 석회를 투입하여 황산화물의 흡수 및 산화반응을 유발하는 석회 투입 단계; (c) 상기 배출가스 중에 생성된 석고성분 및 분진을 여과하여 제거하는 집진단계; (d) 상기 집진단계에서 미처 제거하지 못한 분진을 습식으로 세정하여 제거하는 습식 세정단계; (e) 배출가스를 적정한 활성화 온도까지 증기를 이용하여 승온시키는 승온단계; (f) 배출가스에 암 모니아를 포함한 환원약품을 투입 및 혼합하는 환원약품 혼합단계; 및 (g) 배출가스와 환원약품이 혼합된 가스를 활성탄 촉매층 안으로 통과시켜 비소 및 붕소 성분은 활성탄 촉매에 흡착시키고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키는 활성탄촉매 반응단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명에 의한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치 및 그 정화방법을 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치의 개략적인 구성도로서, 연속적인 일련의 공정으로 구성된다.
도2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 배출가스 정화장치는, 엘시디용 기판유리 용해로(1)에서 발생된 유독가스로부터 황산화물을 제거하는 탈황설비(2), 탈황설비(2)에서 미처 제거하지 못한 가용성 기체와 분진(Dust) 및 액적(Mist)을 제거하는 습식세정장치(3), 및 활성탄 촉매를 이용하여 질소산화물 및 비소, 붕소 성분등을 제거하는 탈질설비(4)로 구성되어 있다.
이 중에서 상기 탈황설비(2)는 엘시디 기판유리 용해로의 배가스를 88℃ 이하로 냉각하는 냉각탑(20), 상기 냉각탑(20)을 거친 배가스가 흐르는 통로 상에 소석회, 생석회 또는 석회를 투입하여 황산화물의 흡수 및 산화반응을 유발하는 석회투입부(21), 및 상기 배가스 중에 생성된 석고성분 및 분진을 여과하여 제거하는 백필터(Bag Filter; 230)로 구성된다.
이때, 상기 냉각탑(20)내에서는 펌프(205)에 의해 순환된 공업용수(Process Water)가 분무노즐(202)로부터 하방으로 분사되며, 배가스는 냉각탑(20)의 측면 입구로부터 유입되어 상방으로 이동하면서 분무노즐(202)의 물과 접촉하여 냉각된다. 그리고, 냉각기(201)에 의해 소정 온도로 냉각된 냉매(냉각수)가 응축코일(204)을 타고 흐를 때 상기 분무노즐(202)로부터 분사된 물은 응축코일(204)과 접하면서 냉각되어 배가스의 냉각효과를 증대시킨다. 배가스가 냉각수와 접촉하면서 발생한 고형물 등의 폐기물은 냉각탑의 하단부에서 배출된다. 도2의 미설명부호 203은 배가스의 인입구를 개폐하는 댐퍼(Damper;203a)를 구동하기 위한 댐퍼모터(Damper Motor)이다. 한편, 본 발명의 냉각탑(20)은 도2에 도시된 구조 이외의 다양한 구조로 제작하는 것이 가능하다.
한편, 상기 백필터(230)는 배가스로부터 먼지 입자를 분리하기 위하여 가장 광범위하게 쓰이는 장치로서, 내부에는 여러 개의 여과재(Filter: 미도시)가 나란히 설치되어 있으며, 각종 분진(Dust)이 함유된 배가스가 여과재를 통과할 때 분진은 여과재에 걸려 쌓이고 분진을 제외한 배가스만이 통과한다.
도2의 습식 세정장치(Wet Scrubber; 3)는 기체를 액체에 접촉시켜 기체중의 가용성 성분을 액상 중에 용해시키는 일련의 공정, 즉 '가스흡수'를 목적으로 하는 장치로서, 입자상 물질, 먼지, 유해가스 등을 액체에 흡수 또는 용해시켜서 제거한다.
습식 세정장치(3)의 흡수탑(Absorption Tower) 내부는 충전물(Packing: 미도시)이 채워진 충전층(Packed Area: 32b)과 그 위의 분무노즐(Spray Nozzle; 32a)로구성되며, 펌프(32d)에 의해 압송된 흡수액이 분무노즐(32a)로부터 하방으로 뿌려 지면 충전층(32b)에 액적, 액막, 기포 등이 형성되고 오염물질과 입자상 물질이 상호 응집되어 흡수액에 흡수 및 용해된다. 배가스 중의 응집된 분진 및 입자상 물질은 데미스터(Demister; 32a)에서 걸러져 배가스로부터 분리되며, 나머지 배가스는 배출구를 통하여 나간다. 미설명부호 31은 배가스를 백필터(230)로부터 습식 세정장치(32)안으로 압송하는 송풍기이며, 33은 흡수탑에 흡수액을 공급하는 공업용수 저장조이고, 34는 입자상 물질의 흡수 및 용해를 촉진하는 약품을 흡수탑에 공급하는 약품공급장치이다.
도2의 탈질설비(4)는 상기 습식세정수단(3)의 후단에 연결하여 증기를 이용하여 배가스를 적정한 활성화 온도인 120℃까지 승온시키는 승온부(41), 상기 승온부(41)를 거친 배가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입 및 혼합하는 환원약품 혼합부(45), 및 상기 환원약품 혼합부(45)의 혼합기를 활성탄 촉매층 안으로 통과시켜 비소, 붕소 등의 성분은 활성탄 촉매에 흡착시키고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키는 활성탄촉매 반응부(440)로 구성된다. 이때, 증기는 보일러(42)에 의해 발생되어 승온부(41)로 공급되며, 승온부(41)의 온도인 120℃는 종래의 금속촉매를 이용할 경우의 반응온도인 250~350℃에 비해 저온이므로, 이와 같이 상대적으로 낮은 온도에서 촉매로서 사용되는 활성탄은 저온 활성탄 촉매라고 칭할 수 있다. 한편, 암모니아는 암모니아 저장조(43)로부터 혼합부(45)에 공급되어 배가스와 골고루 섞여지는데, 혼합부(45)는 압력손실이 적으면서도 배가스와 암모니아 등의 약품이 원활하게 혼합될 수 있는 구조로 제작된다.
그리고, 본 발명의 가장 중요한 특징인 활성탄 촉매 반응부(440)는 반응기 내부에 활성탄이 채워진 상태에서 운전되며, 인입덕트(441)을 통해 반응기 내부로 유입된 배가스는 반응기의 하부에 위치한 플로우인 호퍼(Flow-in Hopper; 445a)와 상부에 위치한 촉매공급호퍼(446) 사이의 흡착층(Adsorption Layer; 444)을 통과하여 배기덕트(442)를 통해 외부로 배출된다.
활성탄은 견과껍질(Nut Shell)이나 목재, 코코아 야자열매 껍질, 토탄, 과일씨 또는 석탄 등을 공기 없이 열처리(탄화)하여 고온에서 증기로 활성화한 것으로서, 탄화공정에 의해 목재의 세포벽이 타들어 갈 때 생긴 수많은 미세한 구멍들로 인해 그 빈 공간을 채우려고 하는 강한 흡착력을 갖게 되는데, 이러한 흡착력에 의해 비소 및 붕소 성분의 흡착이 가능하게 되며 질소산화물 및 암모니아의 원자간 결합을 느슨하게 하여 질소 및 물로 변환되는 작용이 쉽게 일어나도록 돕는다.
활성탄 촉매는 반응기 상부의 촉매투입구(451)를 통해 반응기 안으로 투입되어 저장층(443)에 축적된 상태에서 대기하다가, 사용완료된 촉매가 배출호퍼(448)를 통해 외부로 방출되면 촉매공급호퍼(446)를 통해 그 아래의 흡착층(444)으로 공급된다.
도3 및 도4는 도2의 활성탄촉매반응부(440)의 반응기 내부의 구조를 나타내는 투시도 및 단면도이고, 도5는 상기 활성탄촉매반응부(440)의 분해사시도로서 구조물의 결합상태 및 배가스의 통과경로를 나타낸다. 도5에서는 반응기 내부의 구조를 설명하기 위하여 편의상 벽체를 도면부호 454a 및 454b로 분리하여 도시하였다.
도3 및 도5를 참고하면, 배출호퍼(448)의 상방에 위치한 복수 개의 플로우인 호퍼(445a)의 각각의 상부 내측에는 4개의 미니호퍼(Mini-hopper; 445b)가 내삽되어 있다. 이때, 플로우인 호퍼(445a)와 미니호퍼(445b) 사이에는 약간의 틈이 있어서 이 틈을 통하여 배가스가 스며들게 된다. 그리고, 인입덕트(441)와 반응기의 벽체(454a)가 접한 부분에는 입구측 개구부(441a)가 여러 개 마련되어 있는데, 이를 통해 반응기내로 유입된 배가스는 플로우인 호퍼(445a)와 미니호퍼(445b) 사이의 틈새를 통해 미니호퍼(454b)의 하부 개구로 들어간 후 상부 개구로 나와 흡착층(444)안을 상승이동하게 된다. 또한, 배기덕트(442)와 반응기의 벽체(454a)가 접한 부분에는 출구측 개구부(442a)가 여러 개 마련되어 있어서, 흡착층(444)을 통과한 배가스가 출구측 개구부(442a)를 통해 외부로 배출된다(도5의 화살표로 표시된 부분 참조).
도4 및 도5를 참고하면, 배출호퍼(448)의 상방에는 지지대(453)가 설치되며, 이 지지대(453)의 위에는 플로우인 호퍼(445a)의 열(列)의 수 만큼 지지빔(447)이 배치된다. 지지빔(447)위의 플로우인 호퍼(445a)의 하단부가 닿는 위치에는 덧판(447b)이 부착되어, 사용완료된 활성탄(445a)이 덧판(447b)과 지지빔(447)의 틈새를 통해 흘러 내려오게 되며, 계속해서 지지빔(447)에 형성된 촉매배출공(447a)을 통해 배출호퍼(448)로 내려가게 된다. 한편, 배출호퍼(448)는 프레임(450)에 의해 지지된다.
상기 장치 및 공정을 통하여 예상되는 질소산화물의 제거효율은 약 75~80% 정도가 될 것으로 판단되며, 이 경우 주변 환경의 오염을 방지하고 작업환경을 개선하는 효과를 충분히 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치의 개략적인 구성도로서, 도2와 비교하여 백필터(230) 대신 습식 전기집진기(Wet EP; Wet Electrostatic Precipitator: 240)가 설치된 점에 차이가 있다.
전기집진기(Electrostatic Precipitator: EP)는 기체, 특히 공기 속에 부유하고 있는 분진에 전기장을 작용시켜 전기를 띠게 한 다음 정전적인 힘에 의해 입자를 포집하여 제거함으로써 기체를 깨끗하게 하는 장치로서, 그 집진원리는 원통형의 집진관(Collecting Tube; 241)을 양(+)으로 하고 집진관(241)의 중앙에 위치한 방전선(미도시)을 음(-)으로 하여 직류 고전압을 가해 놓은 뒤 집진관(241)안에 분진을 함유한 배가스를 통과시킴으로써 음(-)으로 대전된 분진이 집진관(241)의 내면에 부착되고, 집진관(241)의 상부로 빠져나오는 가스는 깨끗하도록 하는 것이다. 습식 전기집진기는 이러한 전기집진기의 집진관 안에 쌓인 분진을 물로 씻어내리는 방식을 말한다. 도6의 습식 전기집진기(240)에 관하여 도면부호 242는 배출호퍼이며, 243은 배가스의 배출통로상에 설치된 거름망이다.
도6에 도시된 바와 같이 냉각탑(20)의 후단에 습식 전기집진기(240)를 설치하면, 탈황공정의 결과 발생한 석고 및 분진을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서의 발명의 상세한 설명 및 첨부도면은 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치 및 그 정화방법에 관한 바람직한 실시예를 제시한 것에 불과하며, 본 발명의 보호범위가 도면 및 상세한 설명에 나 타난 바에만 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치 및 그 정화방법에 의하면, 종래의 선택적 촉매 환원법에서 사용되었던 금속 촉매 대신 저온활성탄 촉매를 사용하여, 엘시디용 기판유리 제조공장의 배가스에 다량 함유된 비소, 붕소 성분을 활성탄의 미세공극에 흡착시키고 배가스중의 질소산화물은 질소로 전환되도록 하여 촉매의 열화현상 없이 법 규제치 이하로 질소산화물을 쉽게 제거할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이, 본 발명은 촉매의 열화현상을 방지하고 지속적, 안정적으로 질소산화물의 제거효과를 높일 수 있으므로 대기환경보존에 크게 이바지하며, 아울러 촉매의 수명을 연장함으로써 촉매 구입에 드는 비용을 절감하여 경제적으로도 유리한 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 엘시디(LCD)용 기판유리 용해시설로부터 배출되는 고온의 배출가스를 소정의 온도로 냉각하는 냉각부, 상기 냉각부를 거친 가스가 흐르는 통로 상에 석회를 투입하여 황산화물의 흡수 및 산화반응을 유발하는 석회투입부, 및 상기 배출가스 중에 생성된 석고성분 및 분진을 여과하여 제거하는 집진부로 구성된 탈황수단;
    상기 집진부를 통과한 배출가스를 습식으로 세정하여 상기 집진부에서 미처 제거하지 못한 분진을 제거하는 습식 세정수단; 및
    상기 습식세정수단의 후단에 연결하여 배출가스를 적정한 활성화 온도까지 증기를 이용하여 승온시키는 승온부, 상기 승온부를 거친 배출가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입 및 혼합하는 환원약품 혼합부, 및 상기 환원약품 혼합부의 혼합기를 활성탄 촉매층 안으로 통과시켜 비소 및 붕소 성분은 활성탄 촉매에 흡착되고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환되도록 하는 활성탄촉매 반응부로 구성된 탈질수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 집진부는 복수개의 여과포 안으로 상기 배출가스를 통과시켜 상기 석고성분 및 분진을 포집하는 백필터로 구성된 것을 특징으로 하는, 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 집진부는 상기 배출가스가 통과하는 복수 개의 집진관들 안에서 직류 고전압으로 방전을 일으켜 배출가스 중의 석고성분 및 분진이 전기적으로 대전되어 상기 집진관들의 벽면에 부착되도록 하고 부착된 분진은 물로 씻어 내리는 습식 전기집진기로 구성된 것을 특징으로 하는, 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 활성탄촉매 반응부의 반응기 내부는 상기 환원약품 혼합부의 혼합기를 반응기 내의 활성탄 촉매층으로 안내하는 복수 개의 플로우인 호퍼들(Flow-in Hopper), 상기 플로우인 호퍼들의 상부에 이격되어 설치된 복수 개의 촉매공급호퍼들, 상기 플로우인 호퍼들과 상기 촉매공급호퍼들의 사이에 활성탄 촉매로 채워져 형성된 흡착층, 상기 촉매공급호퍼의 상부에 축적된 미사용 활성탄의 저장층, 및 상기 플로우인 호퍼의 하부에서 사용 완료된 활성탄을 배출하는 배출호퍼로 구성된 것을 특징으로 하는, 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 활성탄촉매 반응부는 상기 반응기의 벽체의 외부에서 상기 플로우인 호퍼들의 높이에 맞추어 형성된 인입덕트 및 상기 촉매공급호퍼들의 높이에 맞추어 형성된 배기덕트를 더 구비하고, 상기 인입덕트가 상기 벽체와 결합된 부분에는 복수 개의 입구측 개구부가 형성되어 가스가 반응기 내로 유입되며, 상기 배기덕트가 상기 벽체와 결합된 부분에는 복수 개의 출구측 개구부가 형성되어 반응기 내부의 정화된 가스가 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 각각의 플로우인 호퍼의 상부 내측에는 복수 개의 미니호퍼들이 소정의 간격을 유지한 상태에서 얹혀져 내삽된 상태로 설치된 것을 특징으로 하는, 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화장치.
  7. (a) 엘시디(LCD)용 기판유리 용해시설로부터 배출되는 고온의 배출가스를 소 정의 온도로 냉각하는 냉각단계;
    (b) 냉각된 배출가스에 석회를 투입하여 황산화물의 흡수 및 산화반응을 유발하는 석회 투입 단계;
    (c) 상기 배출가스 중에 생성된 석고성분 및 분진을 여과하여 제거하는 집진단계;
    (d) 상기 집진단계에서 미처 제거하지 못한 분진을 습식으로 세정하여 제거하는 습식 세정단계;
    (e) 배출가스를 적정한 활성화 온도까지 증기를 이용하여 승온시키는 승온단계;
    (f) 배출가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입 및 혼합하는 환원약품 혼합단계; 및
    (g) 배출가스와 환원약품이 혼합된 가스를 활성탄 촉매층 안으로 통과시켜 비소 및 붕소 성분은 활성탄 촉매에 흡착시키고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키는 활성탄촉매 반응단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화방법.
  8. (ⅰ) 엘시디용 기판유리 용해시설로부터 배출되는 고온의 배출가스를 소정의 온도로 냉각하는 냉각단계;
    (ⅱ) 냉각된 배출가스에 석회를 투입하여 황산화물의 흡수 및 산화반응을 유 발하는 석회 투입 단계;
    (ⅲ) 상기 배출가스 중에 생성된 석고성분 및 분진을 여과하여 제거하는 집진단계;
    (ⅳ) 상기 집진단계에서 미처 제거하지 못한 분진을 습식으로 세정하여 제거하는 습식 세정단계;
    (ⅴ) 배출가스를 적정한 활성화 온도까지 증기를 이용하여 승온시키는 승온단계;
    (ⅵ) 배출가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입 및 혼합하는 환원약품 혼합단계; 및
    (ⅶ) 배출가스와 환원약품이 혼합된 가스를 활성탄 촉매층 안으로 통과시켜 비소 및 붕소 성분은 활성탄 촉매에 흡착시키고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키는 활성탄촉매 반응단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온활성탄 촉매를 이용한 엘시디용 기판유리 용해로의 배출가스 정화방법.
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