KR20070010725A

KR20070010725A - 집진장치를 이용한 분진 및 질소산화물, 황산화물처리기술개발.

Info

Publication number: KR20070010725A
Application number: KR1020050065540A
Authority: KR
Inventors: 김기호
Original assignee: 김기호
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-01-24

Abstract

본 발명은 SOx, NOx, Dust 등의 배기가스를 동시에 제거하는 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 배기가스내의 분진과 다수의 유해물질의 제거를 목적으로 고온집진이 가능한 필터의 적용과 촉매 담지체를 통하여 일괄 공정으로 고온(약250∼600℃)에서 처리하도록 함으로써 소형 소각로, 발전기 또는 보일러 등에 낮은 설비 비용과 적은 공간에서도 용이하게 적용할 수 있다.

최적의 조건에서 유해가스와 반응이 일어나는 물질과 유해가스와 반응하지 않거나 분진 포집이 가능한 층, 선택적 반응촉매로서만 작용하는 구조 층을 구분하여 반응의 공간의 순서와 서로 다른 사용주기의 반응물질 층만을 교체하도록 함으로써 집진 및 정화설비의 운전비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 정화용 반응물질의 반응효율을 기존의 정화시설보다 획기적으로 개선할 수 있는 복합 장치로서, 고온 집진이 가능한 필터와 상기 필터의 정화대상물질의 유로 상에 연속하여 위치하며, 내부에 일정공간을 가지며 탈착이 가능한 다공성 구조 촉매담체 및 상기 다공성 구조 촉매담체에 촉매 코팅된 것을 특징으로 하는 복합 장치에 관한 것이다.

배기가스 동시처리, 복합집진장치, 고온필터, 세라믹필터, 금속필터, 호퍼, 다공성 구조 촉매담체, 촉매, 환원제 투입 파이프, 에어 펄스 파이프.

Description

집진장치를 이용한 분진 및 질소산화물, 황산화물 처리기술개발. { Development for Removal of Dust and Nitrogen Oxides, Sulfur Oxides Using Dust Collect System }

도 1은 종래의 일반적인 배기가스 중의 분진, 황산화물, 질소산화물을 한 장치에서 순차적으로 반응 공간을 이용한 장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 복합장치 흐름도로 분진 및 배기가스 처리의 일 실시예의 장착 예를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 적용되는 고온 필터 여러 형태의 실시 예를 나타낸 사진이다.

도 4는 본 발명의 복합장치에 적용되는 다공성 구조 담체의 실시 예를 나타낸 사진이다.

도 5는 본 발명의 복합장치 흐름도로 분진 및 배기가스 처리의 또 다른 일 실시예의 장착 예를 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명 도 5의 배기가스 처리의 실시 장착 예에서 다공성 구조 담체의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다.

도 7은 본 발명의 배기가스 처리 흐름도로 분진, 황산화물, 질소산화물을 한 장치에서 순차적으로 반응 공간을 이용한 장치의 또 다른 개략도이다.

도 8은 본 발명 도 7의 배기가스 처리의 실시 장착 예에서 다공성 구조 담체의 또 다른 위치에서의 실시 예를 나타낸 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 고온 필터 11 : 개방부

20 : 다공성 구조 촉매 담체 21 : 거치대

23 : 천공구멍 30 : 촉매

40 : 환원제 투입 파이프 50 : 본체(복합집진장치)

51 : 입구 53 : 출구

55 : 타공판 57 : 호퍼

60 : 에어 펄스 파이프 80 : 반응물 투입 장치

본 발명은 복합장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 배기가스내의 분진과 다수의 유해물질의 제거를 고온 필터와 촉매를 통하여 일괄 공정으로 처리하도록 함으로써 소형 소각로, 발전기 또는 보일러 등에 낮은 설비비용과 적은 공간에서도 용이하게 적용할 수 있고, 유해가스와 반응이 일어나서 소모가 쉽게 이루어지거나 촉매의 오염으로 물질과 유해가스와 반응이 떨어지거나, 촉매로서만 작용하여 소모가 일어나지 않는 물질 층을 구분하여, 상기 소모가 쉽게 일어나는 반응물질 층만을 교체하도록 함으로써 집진 및 정화설비의 운전비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니 라 정화용 반응물질의 반응효율을 기존의 정화시설보다 획기적으로 개선할 수 있는 복합장치로서 고온필터와 상기 고온필터의 정화대상물질의 유로 상에 연속하여 위치하며, 내부에 일정공간을 가지며 탈착이 가능한 다공성 구조 촉매담체 및 상기 다공성 구조 촉매담체에 담지된 정화용 반응물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합장치에 관한 것이다.

일반적으로 고온집진장치가 설치되는 설비에는 분진과 함께 다량의 유해가스가 함께 배출되고 있으며, 특히 보일러, 발전소 또는 소각로 등의 각종 연소설비로부터 배출되는 배기가스 중에는 분진과 함께 질소산화물, 염화수소 및 황산화물 등과 같은 산성가스, 일산화탄소 및 다이옥신을 포함하는 방향족 할로겐화물 등 인체에 유해한 물질들이 함께 배출되는데 이의 제거를 위하여 많은 연구가 진행되어 다양한 방법들이 제시되고 있으며, 일부 기술들은 이미 실용화되고 있다.

상기 분진의 제거에는 기존의 백(Bag)필터나 세라믹필터를 이용한 집진장치가 적용되고 있으며, 유해가스의 일반적인 제거기술로는 각 유해가스 별로 특유의 제거기술이 적용되고 있는데, 질소산화물을 제거하기 위한 경우에는 일반적으로 선택적 촉매환원법(SCR)이나 선택적 무촉매환원법(SNCR)이 가장 대표적인데 SCR법의 경우는 일반적으로 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속 물질 또는 바나듐, 철, 코발트, 구리, 등의 기타 전이금속 물질을 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 등에 반응시켜 제조한 촉매를 내구성이 강한 하니컴형 코디어라이트(Cordierite) 등의 기지에 결합시켜 반응탑에 여러 단으로 적재하거나, 상기 촉매를 입자 형태로 만들어 반응탑에 충진한 후, 암모니아 또는 암모니아수를 환원제로 하여 고온으로 가열된 촉매에 분사함으로써 질소산화물만을 선택적으로 환원시켜 질소가스로 바꾸는 것이다. 한편, 선택적 무촉매환원법(SNCR)은 연소 부위에 직접 암모니아나 암모니아 내지는 우레아 용액을 분사하여 질소 산화물을 환원하는 것인데, 암모니아를 분사시켜 고온의 배기가스와 완전하게 혼합시키는 데 어려움이 있고, 온도를 적절하게 제어하기가 어려움이 있다.

또한, 산화제를 이용하여 질소산화물 제거하기 위한 종래 기술로서 세 단계로 이루어진 공정을 제안하고 있는데, 제1반응탑(제1살수탑)에 산화제인 NaClO₂를 분사하여 NO를 NO₂로 산화시키고(산화단계), 제1반응탑에서 유입된 NO₂ 가스를 제2반응탑(제2살수탑)에서 환원제인 Na₂S를 분사하여 NO₂를 N₂로 환원시키며 (환원단계), 제3반응탑(제3살수탑)에서 산화환원반응이 종결된 가스를 중화시키기 위해 NaOH를 투입한다.(중화단계) 그러나, 이 방법은 기존의 단일 반응탑을 이용한 습식 알칼리 세정방식에 비해 공정 구성이 복잡하며, 효과적으로 NO가스를 제거하기 위해선 산화제인 NaClO₂농도가 높아야 되므로 경제성이 떨어지는 문제가 있으므로 실제적으로는 실용적인 SCR법이 주로 이용되고 있다.

또한, 황산화물을 제거하기 위한 경우에는 황산화물을 흡착하여 다시 황산으로 정제하는 방법이 있으나 이러한 공정은 대규모 설비를 필요로 하므로 소형집진장치에 적용이 어렵고, 대부분의 경우에는 소석회나 생석회 분말이나 이를 주성분으로 하는 슬러리를 배기가스에 분무하는 방법을 사용하고 있으나 상기 분말이나 슬러리의 반응효율이 떨어져 2차적인 오염물질이 다량 발생하며, 다량의 반응물질 의 사용에 따라 정화설비의 운영비용이 증가하는 문제점이 있다.

이외에 다이옥신을 포함하는 방향족 할로겐화합물 제거기술의 경우에는 고압방전시설, 플라즈마, 산화촉매탑 등을 이용하여 분해하는 기술이 개발되고 있으나 모두 높은 설치비 및 유지비와 운전기술 및 효율의 문제를 안고 있어 국내의 경우 활성탄을 이용하여 흡착하는 방법을 추가하여 많이 사용하고 있다.

뿐만 아니라 상기 각각의 유해물질을 별도로 처리하지 않고 동시에 제거하기 위한 기술이 개발되고 있으나 현재까지 실용화가 가능한 형태의 개발이 이루어지지 못하고 있는 실정이며, 따라서 상기 기술들을 순차적으로 적용하여 각각의 분진, 유해물질을 순차적으로 제거하고 있으나, 이러한 경우에는 집진정화설비가 복잡하고, 대형화되는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 순차적 다단 처리과정을 통한 분진 집진 및 다양한 유해가스의 처리를 하나의 장치 내에서 처리 가능하도록 일체화하여, 소형 집진장치에도 적용이 가능하도록 하는 콤팩트한 복합형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 복합형 장치내의 단주기성의 반응물질과 장시간 사용이 가능한 부분을 구분하여 반응물질만을 부분적으로 교환이 가능하도록 하여 복합집진정화장치의 운전비용을 절감하고, 정화효율을 높일 수 있는 일체형 복합장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이외에 본 발명은 정화용 반응물질의 반응이 최대한 많이 일어나도록 다공성 구조 촉매담체의 장착 위치를 다양화하여 이를 통한 2차 오염물질의 발생량을 줄임과 동시에 운전비용을 절감할 수 있는 일체형 복합장치 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

복합집진장치;

상기 복합장치는 장치의 본체는 300℃이상의 내열성을 갖는 금속 구조물로 고온필터 및 다공성 구조의 촉매담체, 환원제 투입파이프, 에어펄스장치 등의 주요부품으로 구성한다.

고온 필터;

상기 고온필터는 세라믹 필터, 금속 필터와 이밖에 300℃이상의 내열성을 갖는 재질로 구성된 필터로 한다.

다공성 구조 촉매담체 ;

상기 다공성 구조 촉매담체는 세라믹 폼 필터(Al2O3, SiC, 점토계 등 1종 이상의 세라믹 재질) 금속 직조 망이나 그물 망, 금속 천공 판재 등에 여러 가지 촉매물질을 담지 하는 것을 특징으로 한다.

촉매 ;

상기 촉매는 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속 물질 또는 바나듐, 철, 코발트, 구리, 니켈 등의 기타 전이금속 물질을 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 등에 반응시켜 제조한 촉매물질 등이 사용 될 수 있다,

환원제 투입 파이프 ;

상기 환원제 투입 파이프는 300℃이상 내열성을 갖는 재질로 금속, 비철금속 등으로 하며, 파이프를 통해 암모니아, 요소, 알콜 등을 투입하여 반응이 일어날 수 있도록 한다.

에어 펄스 파이프 ;

상기 에어 펄스 파이프는 에어탱크, 펄스 밸브, 타이머 등의 에어를 공급하는 장치를 포함하며, 고온 필터의 표면에 붙은 분진을 털어내는 것을 특징으로 한다.

반응물 투입 장치 ;

상기 반응물 투입 장치는 규조토, 소석회, 활성탄, 복합 중화제 등의 일정량을 투입하는 것으로 한다.

이하 본 발명에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 도1은 일체형 복합장치의 구성 단면도로 장치의 입구 반응물 투입장치(80)에서 규조토, 소석회, 활성탄 등의 반응물 투입장치로 적정량을 투입하고 고온필터(10) 표면에서 분진 및 황산화물을 포함하는 대상 배기가스를 정화하고 호퍼(57)로 탈리하며, 반응이 없는 또 다른 가스의 종류는 복합장치의 내부에 일정공간을 가지며 탈착이 가능한 다공성 구조 촉매담체(20),(30) 및 고온필터 내부의 다공성 구조 촉매담체(20),(30) 를 장착하여 또 다른 공간에서 환원제 투입 파이프를 통해 환원제 투입을 하는 형태로 미 반응 가스의 반응을 활성화하여 정화하는 복합장치로 구성된다.

도 2는 도1의 세부적인 단면도로 복합장치의 연소 배기가스 처리에 대한 실시 예를 나타낸 것이다. 도 1의 입구(51)에서 분진과 배기가스가 동시 발생하면 반응물 투입장치(80)을 통해 규조토, 소석회, 활성탄 등을 분말, 액상 등의 형태로 투입하여, 분진과 반응물 투입장치(80)에서 투입되는 반응물과 반응하는 가스는 호퍼(57)로 포집되며 미 반응 가스는 고온필터(10)를 통과한 후에 환원제 투입 파이프(40)에서 공급되는 환원제와 다공성 구조 촉매담체(20)의 코팅된 촉매(30)층에서 충분히 반응하게 함으로써 통과한 후에 정화된 가스를 얻게 되며, 일정 주기마다 에어 펄스 파이프(60)를 통해 고온필터(10)의 표면을 털어내어 일정 차압을 유지하는 분진 및 배기가스를 동시처리 하는 복합장치이다.

도 3의 (a), (b), (c) 사진은 고온필터 중에서 세라믹 필터의 다양한 형태의 사진으로 이외의 당양한 재질의 금속 필터 등을 도2의 고온필터 위치에서 사용할 수 있다.

도 4는 세라믹 폼 필터의 일예의 사진으로 다공성 구조 촉매담체(20)에 촉매(30)를 코팅한 후에 도2, 도5의 위치에 장착하여 사용하는 것으로 다공성 구조 촉매담체(20)의 기공크기, 형태, 재질 등을 다양화 하여 사용할 수 있다.

도5는 도2의 흐름과 동일하나 다공성 구조 촉매담체(20)(30)의 위치와 환원제 투입 파이프(40)위치의 장착을 달리한 예이다.

도6의 (j), (k)는 다공성 구조 촉매담체(20)를 금속 판재의 천공과 금속직조망의 또 다른 재질과 형태로 도5의 단면도 위치에 장착할 수 있다.

도7은 도1의 흐름과 동일하나 다공성 구조 촉매담체(20)(30)의 위치와 환원 제 투입 파이프(40)위치의 장착을 달리한 또 다른 예이다.

도8은 도2의 흐름과 동일하나 다공성 구조 촉매담체(20)(30)의 위치와 환원제 투입 파이프(40)위치의 장착을 달리한 또 다른 예이며, 도7의 단면도이다.

.

Claims

분진 및 배기가스 처리 복합집진장치;

상기 분진 및 배기가스 동시제거 복합집진장치는 입구 쪽에서 반응물 투입과 분진 및 배기가스가 혼합하여 고온필터의 표면에서 분진 및 반응대상물질을 처리하고 유로 상에 연속하여 상기 고온필터가 설치되며, 내부에 일정공간을 가지며 탈착이 가능한 다공성 구조 촉매담체에서 환원제의 투입으로 미 반응 가스의 반응을 유도하는 다단계적인 반응을 순차 적으로 또다른 공간에서 일으키는 복합집진장치.
제1항에 있어서,

상기 고온필터는 세라믹 필터, 금속 필터 등을 포함하며, 두께방향으로 외부에 더 미세한 기공을 가지는 여러 구조 층을 가지는 것을 특징으로 하는 고온필터.
제1항에 있어서,

상기 다공성 구조 촉매담체는 촉매담체의 촉매는 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속 물질 또는 바나듐, 철, 코발트, 구리, 니켈 등의 기타 전이금속 물질을 이산화티탄, 산화바나듐, 알루미나, 제올라이트 등에 1종 이상 반응시켜 제조한 촉매물질 등이 사용 될 수 있으며, 선택적 질소산화물 환원촉매는 TiO₂/V₂O₅계 촉매가 바람직한 다공성 구조 촉매담체.
제1항에 있어서,

상기 다공성 구조 촉매담체는 금속 망상 지지체 또는 천공 플레이트로 이루어지고, 여러 형태를 가지고 치부하기 편한 거치대를 가지는 것을 특징으로 하는 다공성 구조 촉매담체.
제1항에 있어서,

상기 복합집진장치는 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 고온필터 및 다공성 촉매담체 위치는 발생 가스의 같은 유로 상에 있으며 그에 대한 형태나 크기, 재질, 배열 등을 다양하게 가질 수 있다.